夹具的设计方法Word下载.docx
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1、有适当的精度和尺寸稳定性夹具体上的重要表面,如安装定位元件的表面、安装对刀或导向元件的表面以及夹具体的安装基面(与机床相连接的表面)等,应有适当的尺寸和形状精度,它们之间应有适当的位置精度。
为增加夹具体尺寸稳定,铸造夹具体要进行时效处理,焊接和锻造夹具体要进行退火处理。
2、有足够的强度和刚度
加工过程中,夹具体要承受较大的切削力和夹紧力。
夹具体需有一定的壁厚,铸造和焊接夹具体常设置加强肋,或在不影响工件装卸的情况下采用框架式夹具体(如图2-1c所示)。
3、结构工艺性好
夹具体应便于制造、装配和检验。
铸造夹具体上安装各种元件的表面应铸出
4、排屑方便
切屑多时,夹具体上应考虑排屑结构。
如图2—2所示,在夹具体上开排屑槽及夹具体下部设置排屑斜面,斜角可取30°
—50°
图2-2夹具体上设置排屑结构
5、在机床上安装稳定可靠
1夹具在机床工作台上安装,夹具的重心应尽量低,重心越高则支承面应越大;
2夹具底面四边应凸出,使夹具体的安装基面与机床的工作台面接触良好,如图2—3所示,接触边或支脚的宽度应大于机床工作台梯形槽的宽度,应一次加工出来,并保证一定的平面精度;
①夹具在机床主轴上安装,夹具安装基面与主轴相应表面应有较高的配合
精度,并保证夹具体安装稳定可靠
222夹具体毛坯的类型
1.铸造夹具体
夹具体材料一般是铸造,其特点是工艺性好,可铸出各种复杂形状,具有较好的抗压强度、刚度和抗振性,但生产周期长,需进行时效处理,以消除内应力。
常用材料为灰铸铁
2.焊接夹具体
它由钢板、型材焊接而成,这种夹具体制造方便、生产周期短、成本低、重量轻(壁厚比铸造夹具体薄)。
但焊接夹具体的热应力较大,易变形,需经退火处理,以保证夹具体尺寸的稳定性。
3.锻造夹具体
它适用于形状简单、尺寸不大、要求强度和刚度大的场合。
锻造后也需经退火处理.此类夹具体应用较少。
4.型材夹具体
小型夹具体可以直接用板料、棒料、管料等型材加工装配而成.
这类夹具体取材方便、生产周期短、成奉低、重量轻,
5.装配夹具体
它由标准的毛坯件、零件及个别非标准件通过螺钉、销钉连接,组装而成此类夹具体具有制造成本低、周期短、精度稳定等优点,有利于夹具标准化、
系列化,也便于夹具的计算机辅助设计
2.3专用夹具设计示例
如图2—6所示,本工序需在钢套上钻©
5mnJL,应满足如下加工要求:
1、©
5mn孔轴线到端面B的距离20士0.Imn;
2、©
5mn孔对©
20H7孔的对称度为0.1mm
试设计钻©
5mnJL的钻床夹具。
图2—6
图2—7
[亠
、疋位方案
按基准重合原则定位基准确定为:
B面及©
20H7孔轴线。
采用一凸面和一心轴组合定位。
、导向方案
置,钻夹具上都应设置引导刀具的元件钻套。
钻套一般安装在钻模板上,钻模板与夹具体连接,钻套与工件之间留有排屑空间,如图2—7所示
三、夹紧方案
钢套的轴向刚度比径向刚度好,因此夹紧力应指
向限位台阶面。
如图2—8所示,采用带开口垫圈的螺旋夹紧机构。
四、夹具体的设计如图2—8所示采用铸造夹具体的钢套钻孔钻模。
图2—8铸造夹具体钻模
1—铸造夹具体2—定位心轴3—钻模板4—固定钻套
5—开口垫圈6—具紧螺母7—防转销钉8—锁紧螺母
五、绘制夹具装配总图如图2—9所示
图2-9为采用型材夹具体的钻模。
夹具体由盘I及套2组成,定位心轴3安装在盘I上,套2下部为安装基面8,上部兼作钻模板。
此方案的夹具体为框架式结构。
采用此方案的钻模刚度好、重量轻、取材容易、制造方便、制造周期短、成本较低。
123
图2-9型材夹具体钻模
7一螺钉8一垫圈9一锁紧螺母10一防转销钉11一调整垫圈
2.4夹具总图上尺寸、公差和技术要求的标注
2.4.1夹具总图上应标注的尺寸和公差
1•最大轮廓尺寸
若夹具上有活动部分,则应用双点划线画出最大活动范围,或标出活动部分的尺寸范围。
如图2—9中最大轮廓尺寸为:
84mm©
70mn和60mm
2.影响定位精度的尺寸和公差
主要指工件与定位元件及定位元件之间的尺寸、公差。
如图2-9中标注的定位基面与限位基面的配合尺寸©
20也;
f6
图2—10中标注为圆柱销及菱
形销的尺寸di、d2及销间距
L±
.L。
3.影响对刀精度的尺寸和公差图2—10车床夹具尺寸标注示意
主要指刀具与对刀或导向元件之间的尺寸、公差,如图2-9中标注的钻套导
向孔的尺寸©
5F7
4.影响夹具在机床上安装精度的尺寸和公差
主要指夹具安装基面与机床相应配合表面之间的尺寸、公差,如图2—10中
的尺寸DH7
5.影响夹具精度的尺寸和公差
主要指定位元件、对刀或导向元件、分度装置及安装基面相互之间的尺寸、公差和位置公差,
如图2-9中尺寸:
20土0.03mm对称度0.03mm垂直度60:
0.03、平行度0.05mm
6.其它重要尺寸和公差
一般是机械设计中应标注的尺寸、公差,如图2—9中标注的配合尺寸©
“H7H7H7
14、©
40、©
10
n6n6n6
242夹具总图上应标注的技术要求
1、夹具的装配、调整方法,如几个支承钉应装配后修磨达到等高、装配时
调整某元件或临床修磨某元件的定位表面等,以保证夹具精度;
2、某些零件的重要表面应一起加工,如一起镗孔、一起磨削等;
3、工艺孔的设置和检测;
4、夹具使用时的操作顺序;
5、夹具表面的装饰要求等。
2.4.3夹具总图上公差值的确定
夹具总图上标注公差值的原则是:
在满足工件加工要求的前提下,尽量降低夹具的制造精度。
1•直接影响工件加工精度的夹具公差
夹具总图上的尺寸公差或位置公差为
j=(1/2〜1/5)(2—1)
式中十与j相应的工件尺寸公差或位置公差。
当工件批量大、加工精度低时,「取小值,反之取大值。
1工件的加工尺寸未注公差时,工件公差娃视为ITI2〜ITI4,夹具上相应的尺寸公差按IT9〜ITII标注;
2工件上的位置要求未注公差时,工件位置公差文视为9〜11级,夹具上相
应的位置公差按7〜9级标注;
3工件上加工角度未注公差时,工件公差&
视为士307〜士I07,夹具上相
应的角度公差标为土10'
〜土37'
(相应边长为10〜400mm边长短时取大值)。
2•夹具上其它重要尺寸的公差与配合
这类尺寸的公差与配合的标注对工件的加工精度有间接影响。
在确定配合性
质时,应考虑减小其影响,其公差等级可参照“夹具手册”或《机械设计手册》标注。
2.5工件在夹具上加工厂的精度分析
2.5.1影响加工精度的因素
用夹具装夹工件进行机械加工时,其工艺系统中用夹具装夹工件进行机械加工时,其工艺系统中影响工件加工精度的因素很多。
与夹具有关的因素如图
2—11所示,有定位误差△D对刀误△「夹具在机床上的安装误差△A和夹具误差厶DJ。
在机械加工工艺系统中,影响加工精度的其它因素综合称为加工方法误差厶G上述各项误差均导致刀具相对工件的位置不精确,从而形成总的加工误差刀
以图2-9钢套钻①5mm孔的钻模为例计算。
1、定位误差AD
加工尺寸2O±
0.1mm的定位误差,△D=Q
对称度0.1mm误差为工件定位孔与定位心轴配合的最大间隙。
工件定位孔的尺寸为①20H7(•一2OoO.O21mm)定位心轴的尺寸①20f6(一201023mm)
=d=Xmax=(0.021-0.033)mm=0.54mm
2、对刀误差盘:
T
因刀具相对于对刀或导向元件的位置不精确而造成的加工误差,称为对刀误差。
如图2-9中钻头与钻套间的间隙,会引起钻头的位移或倾斜,造成加工误差。
由于钢套壁厚较薄,可只计算钻头位移引起的误差。
钻套导向孔尺寸为声
5F7(*5¥
022)mm)钻头尺寸为声5h9(軌纭^mm)尺寸20±
0.1mm及对称度0.1mm的对刀误差均为钻头与导向孔的最大间隙
“二Xmax=(0.0220.03)mm=0.052mm
3、夹具的安装误差-■:
-
因夹具在机床上的安装不精确而造成的加工误差,
称为夹具的安装误差。
图2—9中夹具的安装基面为平面,因而没有安装误差,厶A=0。
图2—10中车床夹具的安装基面D1H7与车床过渡盘配合的最大间隙为安装误
差,厶a,或者把找正孔相对车床主轴的同轴度「2作为安装误差。
4、夹具误差LJ
差二ji;
图2-11工件在夹具上加工时影响加工精度的主要因素
若有分度装置时,还存在分度误差「汴。
以上几项共同组成夹具误差5。
图2—9中,影响尺寸20_0.1mm勺夹具误差的定位面到导向孔轴线的尺寸公差△j2=0.06mm及导向孔对安装基面B的垂直度△j3=0.03mm
影响对称度0.1mm的夹具误差为导向孔对定位心轴的对称度.>
J2=0.03mm导向孔对安装基面B的垂直度误差厶J3=0.03mm与J在公差上兼容,只需计算其中较大的一项即可)。
5•加工方法误差>
G
因机床精度、刀具精度、刀具与机床的位置精度、工艺系统的受力变形和受热变形等因素造成的加工误差,统称为加工方法误差。
因该项误差影响因素多,又不便于计算,所以常根据经验为它留出工件公差的、。
计算时可设
AG=(2-2)
2.5.2保证加工精度的条件
工件在夹具中加工时,总加工误差刀△为上述各项误差之和。
由于上述误差均为独立随机变量,应用概率法叠加。
因此保证工件加工精度的条件是
Z.■■:
=二;
*7尤一、:
K(2—3)
即工件的总加工误差刀△应不大于工件的加工尺寸公差;
,K。
为保证夹具有一定的使用寿命,防止夹具因磨损而过早报废,在分析计算工件加工精度时,需留出一定的精度储备量Jc。
因此将上式改写为
:
八-■-K-JC
或Jc二、K-(2—4)
当Jc一°
时,夹具能满足工件的加工要求。
Jc值的大小还表示了夹具使用寿命的长短和夹具总图上各项公差值J确定得是否合理。
3、在钢套上钻5mnfL的加工精度计算
在图2—9所示钻模上钻钢套的5mnfL时,加工精度的计算列于表2—1中。
由表2—1可知,该钻模能满足工件的各项精度要求,且有一定的精度储备。
表2-1用钻模在钢套上钻5mnfL的加工精度计算
误差计算^工^误差名称
2°
±
0.1mm
对称度为°
.1mm
心D
°
.°
54mm
0.052mm
52mm
—
△j2+^J3=(°
6+°
3)mm
AJ2=°
3mm
也G
(°
.2/3)mm=°
67mm
.1/3)mm=°
33mm
J°
52十。
"
+°
才+°
67mm
54!
52?
3?
十°
33mm
=°
.1°
8mm
87mm
JC
.2-°
8)mm°
92mm>
.1一°
87)mm=°
13mm>
2.6夹具的经济分析
夹具的经济分析是研究夹具的复杂程度与工件工序成本的关系,以便分析比
较和选定经济效益较好的夹具方案。
261经济分析的原始数据
1)工件的年批量N(件)。
2)单件工时td(h)。
3)机床每小时的生产费用f(元/h)。
此项费用包括工人工资、机床折旧费、生产中辅料损耗费、管理费等。
它的数值主要根据使用不同的机床而变化,一般情况下可参考各工厂规定的各类机床对外协作价。
4)夹具年成本Cj(元)0Cj为专用夹具的制造费用Cz分摊在使用期内每年的
费用与全年使用夹具的费用之和。
专用夹具的制造费用Cz由下式计算
Cz=pmtfe
(2-5)
式中p材料的平均价格(元/kg);
m夹具毛坯的重量(kg);
――夹具制造工时(h);
制造夹具的每小时平均生产费
用(元/h)。
夹具年成本Cj由下式计算
Cj=
(2-6)
<
2――专用夹具使用系数,常取0.2〜0.3;
-――专用夹具使用年限,对于简单
夹具,-=1a;
对于中等复杂程度的夹具,-=2~3a;
对于复杂夹具,T=4~5a
2.6.2经济分析的计算步骤
经济分析的计算步骤如表2—2所示。
根据工序总成本公式:
C=Cj・CsdN,
可作出各方案的成本与批量关系线,如图2-12所示。
表2-2经济分析的计算步骤
序号
项目
计算公式
单位
备注
1
工件年批量
N
件
已知
2
单件工时
td
h
3
机床每小时生产费用
f
元/h
4
夹具年成本
Cj
元
估算
5
生产效率
tl=1/ta
件/h
6
工序生产成本
Nf
Cs-Ntdf-
7
单件工序生产成本
Csd=%=tdf=—
元/件
8
工序总成本
C=Cj+Cs=Cj+CsdN
9
单件工序总成本
cC59
Cd-NN
10
两方案比较的经济效益e1,2
E1.2=C1_C2=N(Cd1—Cd2)
两个方案交点处的批量称临界批量Nk。
当批量为Nk时,两个方案的成本相
等。
在图2—12中,方案I、U的临界批量为Nk1.2,当N•Nk12时,C2:
G,
采用第二方案经济效益高;
反之,应采用第一方案按成本相等条件,可求出临界批量N“2。
Csd1Nk1.2'
Cj^-Csd2Nk1.2'
Cj2
Cj2—Cj1N(Cj2—Cj1)
Csd1-Csd2Cs1-Cs2
2.经济分析举例
设钢套(图2—6)批量N=500件,钻床每小时生产费用f=20元/h。
试分
析下列三种加工方案的经济效益。
方案I:
不用专用夹具,通过划线找正钻孔。
夹具年成本Cj1=0,单件工时
td1=0.4ho
方案U:
用简单夹具,如图2—9所示。
单件工时td2=0.15h,设夹具毛坯重量m=2kg材料平均价p=l6元/kg,夹具制造工时t=4h,制造夹具每小时平均生产费fe=20元/h,可估算出专用夹具的制造价格为
Cz2二pmtfe二(16X2+4X20)元=112元
计算夹具的年成本Cj2。
设心=0.5,K2=0.2,T=1a则
j2
10.5
0.2112元=190.4元
方案川:
采用如图7—19所示的自动化夹具。
单件工时td3=0.05h,设夹具毛坯重量m=30kg材料平均价格p=16元,夹具制造工时t=56h,制造夹具每小时平均生产费用fe=20元/h,则夹具制造价格为
Cz3二pmtfe=(16305620)兀二1600兀
计算夹具成本Cj3。
设K^0.5,K^0.2,T=2a贝U
各方案的工序成本估算见表2-3。
表2-3钢套钻孔各方案成本估算
工序成本估算
方案I(不用夹具)
方案n(简单夹具)
方案川(半自动夹具)
%
0.4
0.15
0.05
山丄)(件・h-1)
丄=2.5
1-6.7
1-20
/元
190.4
1520
Cs=(Ntdf)/元
500汉0.4汉20=4000
500汉0.15汉20=1500
500汉0.05汉20=500
Csd=
d1/
IN丿
4000
=8
1500
=3
500=1
500
(元,
件1)
c=(Cj
+Csy元
190.4+1500=1690.4
1520十500=2020
Cd—
*NC\
——1/
l丿
4000°
1690.4
2020小
=8
一4.04
—3.38
(元
•件-1
各方案的经济效益估算如下
E12-C1-0^4000-1690.4兀二2309.6兀
E2、3=C2-C3二1690.4-2020元二-329.6元
E1、=G-C3=(4000-2020^元=1980兀
可见,批量为500件时,用简单钻模经济效益最好,不用钻模经济效益最差
图2—12是上述三个方案的成本一批量关系图。
可算出三个方案的临界批量为
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