加工支座组合夹具虚拟拼装的设计.docx

加工支座组合夹具虚拟拼装的设计.docx

《加工支座组合夹具虚拟拼装的设计.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《加工支座组合夹具虚拟拼装的设计.docx（52页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

加工支座组合夹具虚拟拼装的设计

加工支座组合夹具虚拟拼装设计

摘要

组合夹具是在夹具零部件完全标准化的基础上，根据积木化原理，针对不同的工件对象和加工要求，拼装组合而成的夹具。

夹具用完后可进行拆卸，留待组装新的夹具。

它主要用于单件、中小批多品种生产和数控加工中，是一种较经济的夹具。

目前已基本普及，各城市及各大工厂均有自己的组合夹具站。

本文通过五章内容介绍了加工支座组合夹具的设计，第一章先对机床夹具和组合夹具的概念、作用和发展趋势做出了明确的说明。

从第二章到第五章分别对车Φ28H8孔零件的组合夹具设计、铣A、C两平面零件的组合夹具设计、刨B面及槽零件的组合夹具设计、钻2-M10底孔零件的组合夹具设计进行了详细的阐述，每章都通过零件图的分析、零件的组合夹具设计方案的拟定、零件的组合夹具的总体设计、夹具装配工程图上尺寸公差及技术要求的标注、零件在夹具中的定位方案分析（从零件图分析应限制哪些自由度、从夹具定位方案分析已限制了哪些自由度、定位方案论证）、零件在夹具中的夹紧、零件加工误差的分析、保证零件图各项精度要求的分析、组装过程及注意要点、本夹具的使用操作过程说明、本夹具的优缺点分析。

关键词：

支座组合夹具定位夹紧

VirtualAssemblyofSupportProcessingModularFixture

ABSTRACT

Modularfixtureisbasedonthestandardizationoffixtureparts,accordingtotheprincipleofmodular,andmachiningobjectandaccordingtodifferentrequirements,becomestheassemblingfixture.Afterusing,Fixturecanberemovedtoanewassemblyfixture.Itismainlyusedforsinglepiece,smallbatchandmorevarietiesofproductionandinthenumericalcontrolprocessing.Itisakindofmoreeconomicfixture.Ithasbasicpopularization,eachcityandeachbigfactoryallhavetheirowncombinationfixturestandard.

Thefifthchaptersinthispaper,introducestheprocessingsupportmodularfixturedesign.Thefirstchapterintroducethemachinetoolfixtureandtheconcept,functionanddevelopmenttrendofthemodularfixtureveryclearly.Fromchapter2tochapter5respectivelyintroducethedesignofΦ28h8holepartsofmodularfixture,millingAandCtwoplanepartsofmodularfixture,planesurfaceandgroovepartBofmodularfixture,drillingand2-M10bottomintakeofmodularfixture.Eachchaptercompletestheanalysisofpartdrawing,partsofmodularfixturedesignschemeproposed,thecomponentsoftheoveralldesignofmodularfixture,fixtureassemblyengineeringdimensionaltoleranceandtechnicalrequirementsofmarkingonthedrawing,partsinthefixturelocatingschemeanalysis（fromtheanalysisofthepartdrawingshouldlimitfreedomwhich,fromtheanalysisoffixturelocatingschemewhichhaslimitedthedegreeoffreedom,positioningschemecomparison）,partsinthefixtureclamping,processingerroranalysis,.Inordertoensurethattherequirementofaccuracyinthedetaildrawingsofvariousanalysis,assemblyprocessandkeypoints,theuseofthisfixtureoperationprocess,analysisoftheadvantagesanddisadvantagesofthisfixture.

KeyWords:

BearingModularfixturePositioningclamping

引言

机械制造业欲适应这种变化须具备较高的柔性，国外已把柔性制造系统作为开发新产品的有效手段，并将其作为机械制造业的主要发展方向。

柔性化的着眼点主要在机床和工装两个方面，而夹具又是工装柔性化的重点。

随着制造技术的发展，产品的设计周期缩短，更新换代增快。

传统的大批量生产模式逐步被中小批量生产模式所取代。

组合夹具的平均设计和组装时间是专用夹具所花时间的5%—20%，可以认为组合夹具就是柔性夹具的代名词。

由于组合夹具应变能力强、设计和制造周期短、成本低、适应产品更新换代的要求，提高了企业的竞争力，所以日益受到厂家的青睐。

本设计的研究方法是主要运用solidworks软件进行实体建模，将组合夹具进行装配并把需要加工零件与组合夹具进行装配，从而检验夹具效果。

本课题研究手段是，机械产品是三维实体，只有从三维开始设计，所以CAD软件对设计的辅助作用才能很容易扩展和贯穿到产品开发的全过程。

应用SolidWorks软件，可以清晰明了的了解自己所设计的产品，并且只要有一处修改，其他的全都自动修改，极大地提高了效率与设计水平。

第一章夹具概念

1.1机床夹具

1.1.1机床夹具的概念

机床夹具是在机床上用来固定加工对象，使之占有正确加工位置的工艺装备，简称为夹具。

1.1.2机床夹具的作用

1.缩短辅助时间，提高劳动生产率

2.保证加工精度，稳定产品质量

3.降低对工人技术等级的要求和减轻工人劳动强度

4.扩大机床的工艺范围

1.1.3机床夹具的发展趋势

1.高精度

2.高效率

3.模块化、组合化

4.自动化、智能化

1.2组合夹具

组合夹具由一套预先制造好的不同形状、不同规格、不同尺寸的标准元件及合件组装而成。

组合夹具一般是为某一工件的某一工序组装的专用夹具，也可以组装成通用可调夹具或成组夹具。

组合夹具适用于各类机床。

组合夹具的优点是缩短生产周期；节省工时和材料，降低生产成本；还可减小夹具库房面积，有利于管理。

组合夹具的元件精度高、耐磨，并且实现了完全互换。

组合夹具的主要缺点是体积大、刚度较差、一次性投资大、成本高。

1.3加工支座组合夹具

作用：

将上部结构承受的各种荷载传递给墩台，并能适应桥梁上部结构的变形，使上、下部结构的实际受力情况符合设计的计算图式。

要求：

1、具有足够的承载能力，以保证安全可靠地传递支座反力2、对桥梁变形的约束应尽可能小，以适应梁体自由伸缩及转动的需要3、便于安装，造价经济。

4.具有相当的使用寿命，便于养护维修以及必要时更换。

变形方向：

固定支座，单向活动支座和多向活动支座。

结构形式：

弧形支座、摇轴支座、辊轴支座、板式橡胶支座、四氟板式橡胶支座、盆式橡胶支座和球形支座。

材料：

刚支座、聚四氟乙烯支座（滑动支座）、橡胶支座、混凝土支座和铅支座。

第二章车Φ28H8孔零件的组合夹具设计

2.1零件图的分析

车Φ28H8孔零件的组合夹具工件图见图2.1所示。

图2.1工件图

本工序的加工表面为：

Ф28孔

被加工表面的加工精度要求如下：

该孔中心与工件的下表面距离35mm,与右侧表面距离80mm，到B面的距离为88mm。

2.2车Φ28H8孔零件的组合夹具设计方案的拟定

由于被加工的是孔，所以应以B面作为主要定位表面在车床圆型基础板上进行定位。

如图2.1的工件图所示，工件被加工表面Ф28孔，距离右侧面80mm和下表面35mm的加工位置要求，按照基准重合的原则，在夹具结构中也把工件的这两个表面作为定位面，在夹具定位元件中进行定位，有利于保证孔的位置精度。

在定位方案中，工件被加工表面Ф28孔的中心，必须与夹具圆型基础板同心，从而才能与车床回转中心重合。

该夹具的夹紧方案，应该在不影响Φ28H8孔加工的前提下，用压板压紧工件上表面的两侧，来实现工件的夹紧。

由于车削加工的工件孔必须与回转中心保持同心，应设置辅助基准使定位稳定夹紧可靠。

2.3车Φ28H8孔零件的组合夹具的总体设计

车Φ28H8孔零件的组合夹具的总体设计装配图如图2.2所示。

图2.2总体设计装配图

该支座几何形状较复杂，精度要求不高，但批量较大。

该夹具用于车Φ28H8孔。

以B面为三点定位面，40mm宽的槽为两点定位面，保证被加工孔与Φ55mm凸台同轴。

本夹具所用元件的明细表如图2.3所示:

图2.3元件明细表

2.4夹具装配工程图上尺寸公差及技术要求的标注

夹具装配工程图的尺寸公差及技术要求的标注，如图2.4所示。

外形轮廓尺寸：

由于夹具的圆形基础板是最大的基础件，因此外形轮廓尺寸为Φ360mm，夹具的总高度为335mm。

工件与定位元件间的联系尺寸：

为保证工件在专用直角槽方支承和对称槽方支承201005上定位后，其中心与夹具上圆形基础板中心同心。

由于工件在图示2.1中，垂直方向上的尺寸为35mm，在水平方向上的尺寸为80mm。

因此，专用直角槽方支承到圆形基础板中心的尺寸为35mm。

对称槽方支承201005到圆形基础板中心的尺寸为80mm。

夹具与刀具的联系尺寸：

这类尺寸是用来确定夹具上对刀——导引元件的位置的尺寸。

本夹具没有设置对刀块，因此无需标注该类尺寸。

夹具与机床连接部分的尺寸：

本夹具以Φ360mm的圆形基础板为基础件，以该元件底面Φ180±0.05mm深5mm的止口（或Φ35±0.05mm的内孔）与车床主轴进行定位，尺寸公差取工件的相应公差的1/2～1/3，。

以Φ42均布的4—M12孔紧固连接。

因此该类尺寸标注见图2.4所示。

其它装配尺寸：

按照组合夹具装配标准执行。

图2.4夹具装配工程图

2.5零件在夹具中的定位方案分析

2.5.1从零件图分析应限制哪些自由度

图2.1工件图

由工件图4.1所示，由工件的右侧视图可以看出应该限制工件X移动、Y移动、Z移动X转动、Z转动五个自由度，由左侧视图可以看出应该限制工件Y的转动。

零件图所示的定位方案，表明了应限制工件的六个自由度，为完全定位。

2.5.2从夹具定位方案分析已限制了哪些自由度

夹具的定位分析图如图2.5所示。

本夹具定位方案分析如下：

工件以大平面在圆形基础板上定位，限制了工件Y移动和X转动以及Z转动三个自由度。

两个以窄长平面在专用直角槽方支承上定位，限制了工件Z移动和工件Y转动两个自由度。

而工件左边的小平面，在对称槽方支承上定位，限制了工件X移动的自由度。

该夹具的定位方案分别限制了工件的六个自由度，也属于完全定位。

图2.5夹具定位分析图

2.5.3定位方案论证

综上所述，该夹具的定位方案限制的自由度与零件图分析应限制的自由度完全一致，均为限制六个自由度的完全定位，符合零件图的定位要求，该夹具定位方案合理可行。

2.6零件在夹具中的夹紧

夹紧方案结构图如图2.6所示：

用两套由平压板及方头螺栓等所组成的轴向夹紧装置，产生的两个轴向的夹紧力，把工件压紧在圆形基础板上。

由压紧螺钉、连接板、紧固支承230007等组成的径向夹紧装置，所产生的径向夹紧力，把工件压紧在两个专用直角槽方支承上。

从而实现稳定可靠地夹紧。

图2.6夹紧方案结构图

工件夹紧方案分析：

本工件的加工为车Z方向的Φ28H8孔，由于是车削加工,切削力有两个方向,即轴向力Q和沿轴向的扭矩N。

工件受力分析图如图2.7ａ）所示。

工件受到车削产生的轴向力Q和沿轴向的扭矩N。

由于扭矩N的作用，工件有发生旋转而脱离现有位置的趋势。

此时，两套由压紧螺钉、连接板等组成的夹紧装置对工件两端施加F1的正压力，以及车削轴向力Q，共同所产生对工件产生的摩擦力，抵御了沿轴向的扭矩N，以及工件自身的重力，使得夹紧稳定可靠。

压板受力分析图如图2.7b）所示。

在螺栓压板结构中，以压板为受力体进行分析，该压板受到向下的螺栓夹紧力F2、向上的工件作用反力F1、向上的后支承力F1。

在三个平行力的作用下，达到受力平衡状态，起到夹紧工件的作用。

a）

b）

图2.7受力分析图

2.7零件加工误差的分析

表2.1工件在具有经济组装精度的组合夹具中加工后达到的位置精度

车夹具

精度名称

误差值（mm）

以面为定位基准车孔

孔与基准面之间的距离:

孔与基准面的平行度或垂直度:

+0.03

0.01-0.02/100

以孔为定位基准:

加工孔与基准孔的中心距:

加工孔与基准孔的平行度:

加工孔与基准孔的垂直度:

+0.02

0.04/100

0.02/100

由表2.1工件在具有经济组装精度的组合夹具中加工后达到的位置精度可知,本夹具为以面为定位基准车孔,孔与基准面可达到+0.03mm的精度,本工件孔与基准面之间的公差为+0.1,由此可见,能够保证工件的精度要求。

2.8保证零件图各项精度要求的分析

孔本身的尺寸Φ28H8孔的保证

孔本身的尺寸由刀具调整和测量保证。

2.9组装过程及注意要点

图2.8组装及使用操作

在实际组装中先从基础元件开始组装，组装顺序为:

先摆上圆形基础板,然后进行定位方案的拼装设计，包括两个专用直角槽方支承、对称槽方支承等。

调整并测量定位元件的位置，使其满足装配工程图所标注的尺寸及公差要求后，锁紧紧固螺栓确定其位置。

继而进行夹紧装置的拼装设计，包括两个平压板、槽用方头螺栓、槽用长方头螺栓、连接板以及压紧螺钉等。

注意：

1.在各夹具元件的拼装过程中，对凡是有精度要求的元件之间，都必须安装定位键进行定位。

尺寸较大的元件应该安装两个定位键，并且两定位键之间距离较远。

2.所有夹具元件均必须用螺栓进行紧固。

组装图见图2.8。

2.10本夹具的使用操作过程说明

工件的定位装夹过程见图2.8所示。

首先将工件的大平面与圆型基础板紧贴接触，使其侧面及端面与专用直角槽方支承及对称槽方支承紧贴接触，从而实现定位。

夹紧工件时，首先锁紧连接板上的压紧螺钉，使工件的窄长平面与专用直角槽方支承稳定接触后，再锁紧两侧平压板上的螺母，即实现了稳定的夹紧过程。

此时可以进行车孔的加工。

加工完毕后，按照夹紧时相反的顺序松开工件，即先松开两侧平压板上的螺母，再松开连接板上的压紧螺钉，可方便的拆、装工件。

该夹紧操作起来简单方便，能够有效地提高生产率。

2.11本夹具的优缺点分析

首先本夹具的设计方案完全能够满足工件的加工精度要求。

本夹具结构简单，组装和调整比较方便。

工件定位准确，夹紧可靠，且拆卸方便。

本夹具经过实际拼装后，可以很快的投入到生产,应能够有效地提高劳动生产率。

该夹具的缺点为：

需要三个夹紧动作才能够最终完成工件的夹紧，工人的辅助操作时间较长。

今后应该考虑联动的夹紧方案，以更好地提高生产率和降低工人的劳动强度。

第三章铣A、C两平面零件的组合夹具设计

3.1零件图的分析

铣A、C两平面零件的组合夹具工件图见图3.1所示。

图3.1工件图

本工序的加工表面为:

铣A、C两平面

被加工表面的加工精度要求如下：

C面距离A面为50mm。

A面的直径为Ф55。

3.2铣A、C两平面零件的组合夹具设计方案的拟定

由于被加工的是A、C两平面，所以应以大平面作为主要定位表面在铣床长方形基础板上进行定位。

如图4.1的工件图所示，工件被加工表面A面和C面，C面到A面的距离为50mm的加工位置要求，按照基准重合的原则，在夹具结构中也把工件的这两个表面作为定位面，在夹具定位元件中进行定位，有利于保证孔的位置精度。

在定位方案中，工件被加工表面A和C面，必须与夹具长方形基础板平行，从而才能与铣床工作台平行。

该夹具的夹紧方案，应该在不影响A面、C加工的前提下，用压板压紧工件上表面的的两侧，来实现工件的夹紧。

铣削时切削力较大，而且振动也很大，因此，夹具要有足够的刚度与强度，铣床夹具的结构形式在很大程度上取决于定位元件、夹紧装置其他元件的结构和布置。

3.3铣A、C两平面零件的组合夹具的总体设计

铣A、C两平面零件的组合夹具的总体设计装配图如图3.2所示。

图3.2总体设计装配图

该支座几何形状较复杂，精度要求不高，但批量较大。

该家具用于铣A、C两平面。

定位基准全是毛面，为保证A、C两面的距离，先铣A面。

去掉C面上的压板，以A面为基准铣C面，C至A面尺寸为50mm。

本夹具所用元件的明细表如图3.3所示：

图3.3元件明细表

3.4夹具装配工程图上尺寸公差及技术要求的标注

夹具装配工程图的尺寸公差及技术要求的标注，如图3.4所示。

外形轮廓尺寸：

由于夹具的长方形基础板是最大的基础件，因此外形轮廓尺寸长为287mm，宽为257mm，夹具的总高度为346mm。

工件与定位元件间的联系尺寸：

为保证工件在专用槽用方头螺栓和双头螺栓上定位后，使A、C两平面便于铣削。

夹具与刀具的联系尺寸：

这类尺寸是用来确定夹具上对刀——导引元件的位置的尺寸。

本夹具没有设置对刀块，因此无需标注该类尺寸。

夹具与机床连接部分的尺寸：

本夹具以240×180×60的长方形基础板为基础件，以该元件底面与铣床主轴进行定位，尺寸公差取工件的相应公差的1/2～1/3，。

以Φ42均布的4—M12孔紧固连接。

因此该类尺寸标注见图3.4所示。

其它装配尺寸：

按照组合夹具装配标准执行。

图3.4夹具装配工程图

3.5零件在夹具中的定位方案分析

3.5.1从零件图分析应限制哪些自由度

图3.1工件图

由工件图3.1所示，工件主视图的V型槽的上表面属于窄长平面，应该限制工件Y移动和Z转动两个自由度，而右面属大平面，应该限制工件Z移动、X转动、Y转动三个自由度。

零件图所示的定位方案，表明了应限制工件的五个自由度，为不完全定位。

3.5.2从夹具定位方案分析已限制了哪些自由度

夹具的定位分析图如图3.5所示。

本夹具定位方案分析如下：

工件以大平面在长方形基础板上定位，限制了工件Z移动和X转动以及Y转动三个自由度。

两个以窄长平面在双头螺栓和槽用方头螺栓上定位，限制了工件Y移动和工件Z转动两个自由度。

该夹具的定位方案分别限制了工件的五个自由度，也属于不完全定位。

图3.5夹具定位分析图

3.5.3定位方案论证

综上所述，该夹具的定位方案限制的自由度与零件图分析应限制的自由度完全一致，均为限制五个自由度的不完全定位，符合零件图的定位要求，该夹具定位方案合理可行。

3.6零件在夹具中的夹紧

夹紧方案结构图如图3.6所示：

用三套由伸长压板及方头螺栓等所组成的轴向夹紧装置，产生的三个轴向的夹紧力，把工件压紧在长方形形基础板上。

由压紧螺钉、连接板、紧固支承等组成的径向夹紧装置，所产生的径向夹紧力，把工件压紧在双头螺栓和槽用方头螺栓上。

从而实现稳定可靠地夹紧。

图3.6夹紧方案结构图

工件夹紧方案分析：

本工件的加工为铣A、C两平面，由于是铣削加工,切削力有一个方向,即轴向力Q。

工件受力分析图如图3.7ａ）所示。

工件受到铣削产生的轴向力Q。

此时，两套由压紧螺钉、连接板、紧固支承等组成的夹紧装置对工件两端施加F1的正压力，以及铣削轴向力Q，共同所产生对工件产生的摩擦力，抵御了沿轴向的扭矩，以及工件自身的重力，使得夹紧稳定可靠。

压板受力分析图如图3.7b）所示。

在螺栓压板结构中，以压板为受力体进行分析，该压板受到向下的螺栓夹紧力F2、向上的工件作用反力F1、向上的后支承力F1。

在三个平行力的作用下，达到受力平衡状态，起到夹紧工件的作用。

ａ）

ｂ）

图3.7受力分析图

3.7零件加工误差的分析

表3.1工件在具有经济组装精度的组合夹具中加工后达到的位置精度

车夹具

精度名称

误差值（mm）

斜面的角度

面与基准面的平行度

面与基准面的垂直度

3ˊ

0.05/100

0.05/100

由表3.1工件在具有经济组装精度的组合夹具中加工后达到的位置精度可知,本夹具为以面为定位基准铣面,由此可见,能够保证工件的精度要求。

3.8保证零件图各项精度要求的分析

3.8.1铣A、C两平面本身的尺寸的保证

A、C面本身的尺寸由刀具调整和测量保证。

3.8.2铣A、C两平面的位置尺寸C至A面尺寸为50mm的保证

由图3.4可知：

工程图的总长为287mm，总宽为257mm，总高为346mm。

以及图3.1工件图C至A面尺寸为50mm。

因此，完全能够保证工件A、C两平面上的尺寸的精度要求。

3.9组装过程及注意要点

图3.8组装及使用操作

在实际组装中先从基础元件开始组装，组装顺序为:

先摆上长方形形基础板,然后进行定位方案的拼装设计，包括专用直角槽方支承、小长方方支承等。

调整并测量定位元件的位置，使其满足装配工程图所标注的尺寸及公差要求后，锁紧紧固螺栓确定其位置。

继而进行夹紧装置的拼装设计，包括三个伸长板、槽用方头螺栓、槽用长方头螺栓、连接板以及压紧螺钉等。

注意：

1.在各夹具元件的拼装过程中，对凡是有精度要求的元件之间，都必须安装定位键进行定位。

尺寸较大的元件应该安装两个定位键，并且两定位键之间距离较远。

2.所有夹具元件均必须用螺栓进行紧固。

组装图见图3.8。

3.10本夹具的使用操作过程说明

工件的定位装夹过程见图3.8所示。

首先将工件的V型槽两平面分别于双头螺栓和槽用方头螺栓上端紧贴接触，使其侧面与麟齿支承帽紧贴接触，从而实现定位。

夹紧工件时，首先锁紧连接板上的压紧螺钉，使工件的窄长平面与专用直角槽方支承稳定接触后，再锁紧两侧平压板上的螺母，即实现了稳定的夹紧过程。

此时可以进行两平面的铣削。

加工完毕后，按照夹紧时相反的顺序松开工件，即先松开两侧平压板上的螺母，再松开连接板上的压紧螺钉，可方便的拆、装工件。

该夹紧操作起来简单方便，能够有效地提高生产率。

3.11本夹具的优缺点分析

首先本夹具的设计方案完全能够满足工件的加工精度要求。

本夹具结构简单，组装