杠杆夹具设计毕业设计.docx

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杠杆夹具设计毕业设计

前言

不论是传统制造系统还是现代制造系统，夹具都是非常重要的。

在机械制造过程中，用来固定加工对象，使之占有正确位置，以便接受施工或者检测的装置都可以称为夹具。

例如:

焊接过程中用的焊接夹具，检验过程中用的检验夹具，机械加工过程中用的机床夹具等。

夹具对于加工质量、生产率和产品成本都有直接的影响。

花费在夹具设计和制造的时间不论是在改进现有产品或者开发新产品中，在生产周期中都占有较大的比重。

所以，在制造业中非常重视对夹具的研究。

夹具是由一套预先制造好的各种不同形状、不同尺寸、不同功能的系列化、标准化元件组装而成的。

因此夹具具有通用性和专用性双重性质，即组成夹具的元件是通用性的元件，而一旦组装成成套夹具即为专用夹具。

组合夹具机构灵活多变，元件长期重复使用，因此，其元件比其它类型的夹具元件要求具有高精度，高强度，高硬度，耐磨性高等优点，单个元件功能多样，并有完全互换性。

产品制造环节的柔性化的着眼点主要是在机床和工装两个方面，而夹具又是工装柔性化的重点。

夹具能保证工件在规定的坐标位置上准确定位和牢固的夹紧，也就是说能保证工件相对于机床坐标原点具有准确和稳定可靠的坐标位置。

这种夹具具有较高的刚度和精度，在粗加工时能承受较大的切削用量，加工表面，可以减少机床的停机时间:

在夹具上还能一次装夹多个工件同时一次加工，可以减少夹具、刀具、工件系统的调整时间；还能减少刀具的更换次数和刀具的调整时间，夹具元件可以通过组装、使用。

夹具的平均设计和组装时间是专用夹具所花时间的5%-20%。

此夹具设计的内容为：

（a）分析制定了杠杆零件的工艺；

（b）设计了钻床工序的专用夹具；

一零件的分析

1.1零件的作用

题目所给的零件是杠杆零件，零件的结构比较复杂，尺寸较小，形状比较复杂。

主要作用一是传递扭矩；二是起着固定的作用；三是起着连接作用。

图1杠杠零件图

1.2零件的工艺分析

以Ø10H9mm的孔为中心的加工表面：

这组加工表面包括Ø10H9mm的孔，Ø10H9mm孔的端面，且Ø10H9mm的孔的中心轴线与Ø28H7mm孔的中心轴线有平行度要求，其误差为0.3mm。

其中主要加工表面为Ø10H9mm的孔。

1.3零件的材料

考虑到杠杆要受到扭矩的作用，而零件的尺寸有比较小，因此应选用材料为模锻件。

因为不传递力与功率，主要起固定和定位作用，所以不需要特别的工艺处理。

故可采用模锻成型。

这从提高生产效率、保证加工精度上考虑也是应该的。

1.4零件的生产类型

零件的生产类型为中批量生产。

因此需要设计专用夹具来提高生产效率。

二工序制定

2.1工序划分

根据工序卡片的划分，钻φ10预孔到φ9.8±0.1，保证周边min4.1

图2工序卡片

2.2加工Ø10H9mm

（1）钻孔Ø10mm

a）确定进给量：

根据《切削手册》表2.7，当钢的时，。

由于本零件在加工Ø9mm孔时属于低刚度零件，故进给量应乘系数0.75，则

；

根据Z525机床说明书，现取=0.25mm/r。

图3525立式钻床

b）确定切削速度：

根据《切削手册》表2．13及表2．14，查得切削速度v=18m/min。

所以

。

根据机床说明书，现取,故实际切削速度为：

。

c）切削工时的计算：

；

。

（2）扩钻孔至Ø9.8mm

a）刀具的选择：

采用Ø9.8mm专用扩孔钻。

b）确定进给量：

根据《切削手册》表2.10，

；

查机床说明书，取。

c）机床主轴转速n及切削速度v：

根据机床说明书，现取，故实际切削速度为；

。

d）切削工时的计算：

；

。

三夹具的设计

3.1夹具类型的确定

由于设计任务及条件可知，工件的外形轮廓尺寸小，重量轻，加工要求不高，生产批量不大。

因此，设计的夹具不宜复杂，在保证质量和提高生产率的前提下，尽量简化结构，做到经济合理。

根据被加工部位的分布情况，拟采用翻转式钻夹具（固定钻套）。

3.2定位装置的设计

a.确定定位方案

（1）定位原理

在机床上加工工件时，要使工件的各个被加工面的尺寸及位置精度满足工件图或者工艺文件所规定的要求，就必须在切削加工前使工件在机床夹具中占有一个确定的位置，使其相对于刀具的切削运动具有正确的位置，这个确定工件位置的过程我们称为定位。

这是定位方案设计的主要任务。

（2）定位基准

为了保证工件上各个加工表面之间或者对其它加工表面的位置精度，工件在机械加工时，必须安放在机床板的一个固定位置上。

任何一个零件都是由若干几何表面所组成，这些表面之间根据零件设计的技术要求，广泛存在距离尺寸和角度位置的要求。

工艺文件中所谓的基准，就是指零件图上某些点、线、面的位置，可以用它们来确定某些点、线、面的位置。

根据这些基准的作用和性质，可以分为设计基准和工艺基准两类。

设计基准通常指零件图样上标注尺寸的起点。

工艺基准又分为工序基准、定位基准、测量基准等。

通常希望将设计基准和工艺基准统一，但是实际上，由于制造上的困难而难以实现，这就引起误差。

定位基准的选择是否合理，将直接影响到夹具结果的复杂程度以及工件的加工精度。

因此，在选择定位基准时应进行多种方案的分析比较。

选择定位基准时，应重点考虑如何减少误差，提高精度，也要考虑安装的方便性、准确性和可靠性。

定位基准的选择分为粗基准和精基准的选择两种，下面分别介绍。

a）粗基准的选择。

粗基准是用没有加工的表面作为定位基准，选择粗基准时应考虑以下原则:

1）保证加工表面与不加工表面之间的相对要求，应选择不加工表面作为粗基准，特别是选择与加工表面有紧密联系的表面作为粗基准;

2）若加工表面较多，选择粗基准时，应合理分配各加工表面的加工余量；

3）选择作为粗加工基准的表面，应平整、光洁，以便定位准确，夹紧可靠；

4）因为粗基准的定位误差较大，一般粗基准只能使用一次。

b）精基准的选择。

精基准是己经加工过的表面作为定位基准。

一般应遵循下列原则:

1）选择零件的设计基准作为精基准，也就是“基准重合”原则，这样可以避免因基准不重合而引起的基准不重合误差;

2）能选用统一的定位基准加工各个表面，以保证各个表面对基准的位置精度，这就是“基准统一”原则;

3）获得均匀的加工余量或使加工表面间有较高的位置精度，有时可以采取互为基准反复加工的原则;

4）有的精加工工序要求加工余量小，或垂直度要求高，为了保证加工质量和提高生产率，应选择加工面本身作为定位基准。

以上的选择原则，有时是互相矛盾的，在选择的时候要综合考虑。

在保证工件加工要求的前提下，尽量使夹具结构简单，工件稳定性好。

（3）工件在空中的自由度

忽略工件的微小变形，工件可以看成一个理想的刚体。

将其放在一个空间直角坐标系中，以此坐标作为参照系来观察刚体位置和方位的变化，由刚体力学可知，在空间中处于自由状态的刚体，共有6种可能的运动，即沿x轴、Y轴、Z轴移动，或者绕x轴、Y轴、Z轴的转动，这种移动和转动的可能性就称为自由度。

这6种移动或者转动的变化形式是基本的变化形式，工件在空间的运动状态都可以由这6种基本变化合成得到。

限制了工件的某个自由度，该工件在这个方向上的位置也就确定了。

因此，可以根据工件的加工要求，通过限制工件自由度的方法，达到工件在夹具上定位的目的。

当工件的6个自由度被全部限制后，工件的位置和方位也就会被唯一的确定下来。

（4）六点定位原理

基于运动原理，要限制工件的6个自由度，典型的方法就是在夹具设计中设置（如图4所示）的6个支承点。

图中的矩形工件每次都安放到与6个支承相接触，从而使一批工件中每个工件得到确定的位置，其中底面A放在3个支承上，限制了3个自由度（沿着z轴的移动和沿着x,y轴的转动），侧面B限制了2个自由度（沿Y轴的移动和沿z轴的转动），另一个侧面C限制了一个自由度（沿x轴的移动）。

用分布在3个互相垂直的平面上的6个支承点来限制六个自由度，使得工件在夹具中的位置完全确定，这就是著名的3-2-1六点定位原理[6]。

六点定位原理适合任何形状的工件。

如图5所示的轴类工件的六点定位原理示意图。

其中轴的圆柱表面放在4个支承点上，消除了工件的4个自由度（沿y,z轴的移动和绕z轴的转动），轴端部靠在一个支承点上，消除了一个自由度（沿x轴的移动），轴上一端的槽正放在一个支承点上，消除了工件绕x轴转动的自由度（图5）所示。

根据工件形状的不同，所用的定位基准也不同，定位点的分布情况也不同。

运用六点定位原理可以分析和判断夹具中的定位结构是否正确，将工件的六个自由度完全约束或受限制的定位称为完全定位。

但是在很多情况下，无需将工件的6个自由度完全约束，只需要限制那些对加工后位置精度有影响的自由度即可，无需限制6个自由度的定位称为不完全定位。

在保证工件位置精度的前提下，不完全定位可以减少夹具元件，简化夹具结构。

如果一个夹具的定位结构所限制的自由度少于位置精度必须要限制的自由度数量，就会产生定位不足，这种定位方式称为欠定位。

如果一个夹具的定位结构中，不同支承点重复的约束工件上同一个自由度，就会产生定位不稳定，这种定位方式称为过定位。

欠定位情况下，工件的位置精度不能保证，因此是不允许的。

过定位要视具体的情况而定是否允许。

如图5中，如果B平面的两个支承点在一条垂直线上，这样绕z轴转动的自由度就没有被限制，这种情况属于欠定位;而沿Y轴移动的自由度就被限制了两次，这种情况属于过定位。

图4六点定位原理

图5轴类工件的六点定位原理

（5）根据工件结构特点，其定位方案为：

如图6所示，以Ø28H7mm孔及一组合面（K面与Ø10H9mm孔下端面组合）为定位面，以限制五个自由度（，，

图6定位方案

，，），以Ø10H9mm孔端外缘毛坯一侧为防转定位面，以限制工件自由度。

b.选择定位元件

（1）根据Ø28孔的大小定做凸台进行定位.其结构和尺寸按要求确定。

图7凸台

（2）以Ø10H9mm孔外缘定位，采用V形块进行定位：

图8V形块

采用V形块作为定位元件，如图8所示。

3.3定位误差的分析计算

a）加工Ø10H9mm，要求保证中心距尺寸（80±0.20）mm及两孔轴线平行度Ø0.30mm.计算中心距（80±0.20）mm定位误差为：

；

由图可知，mm。

基准定位等于定位销与定位孔的最大间隙,

销孔配合代号为Ø28H7/g6mm,Ø28H7mm为Ømm，以Ø28g6mm为Ømm。

于是

其中：

；

。

则。

该定位方案满足要求。

b）计算Ø10H9mm与Ø28H7mm两孔轴线的平行度误差

同理mm，

由于基准位移误差定义可知。

是定位销圆柱部分与台阶面的垂直度误差。

由于此两表面是在一次安装中加工出的，其误差很小，可忽略不计=0mm。

是工件定位孔Ø28H7mm与定位面K间的垂直度误差，而Ø28H7mm孔与定位面K也是在一次安装中加工出的，其误差很小，也可以忽略不计=0mm。

因此mm。

定位误差的允许值；

显然。

因此该定位方案也能满足两孔轴线平行度0.30mm的加工要求。

由以上分析可知，该定位方案与定位装置是可行的。

3.4夹紧装置的设计

根据生产类型，此夹具的夹紧机构不宜复杂，采用钩形压板（组合）进行压紧。

图9钩形压板

a.夹紧力的计算

1）加工Ø10H9mm时，见图10受力分析，钻削轴向力F与夹紧力F1同向，作用在定位支承上，而钻削扭矩T1则有使工件紧靠于可调支承之势，所用钻头直径小，切削力矩不大。

因此，对加工此孔来说，夹紧是可靠的，不必进行夹紧力校核。

图10加工Ø11H9mm孔时工件受力图

3.5导向装置的设计及其他装置结构、夹具体的确定

根据生产的需求选取固定钻套

图11固定钻套B型（GB/T8045.1-1999）

根据生产的快捷与方便性，选取铰链式钻模板

图12铰链式钻模板

根据导向装置的配合与钻孔的需要绘制导