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洛陽理工學院 創(chuàng)新設計說明書 課 程 名 稱 先進制造技術 設 計 課 題 立臂鉆床夾具創(chuàng)新設計 專 業(yè) 機械設計制造及其自動化 班 級 姓 名 學 號 2017年 03月08日 第1章 夾具的發(fā)展概況 機床夾具實在金屬切削中用以準確地確定工件位置，并將其牢固地夾緊，以接受加工的工藝裝備。它的主要作用是：可靠的保證工件的加工質(zhì)量，提高加工效率，減輕勞動強度，充分發(fā)揮和擴大機床的工藝性能。因此，機床夾具在機械制造中占有重要的地位。 夾具最早出現(xiàn)在18世紀后期。隨著科學技術的不斷進步，夾具已從一種輔助工具發(fā)展成為門類齊全的工藝裝備。 1、機床夾具的現(xiàn)狀 國際生產(chǎn)研究協(xié)會的統(tǒng)計表明，目前中、小批多品種生產(chǎn)的工件品種已占工件種類總數(shù)的85％左右。現(xiàn)代生產(chǎn)要求企業(yè)所制造的產(chǎn)品品種經(jīng)常更新?lián)Q代，以適應市場的需求與競爭。然而，一般企業(yè)都仍習慣于大量采用傳統(tǒng)的專用夾具，一般在具有中等生產(chǎn)能力的工廠里，約擁有數(shù)千甚至近萬套專用夾具；另一方面，在多品種生產(chǎn)的企業(yè)中，每隔3~4年就要更新50~80％左右專用夾具，而夾具的實際磨損量僅為10~20％左右。特別是近年來，數(shù)控機床、加工中心、成組技術、柔性制造系統(tǒng)（FMS）等新加工技術的應用，對機床夾具提出了如下新的要求： (1) 能迅速而方便地裝備新產(chǎn)品的投產(chǎn)，以縮短生產(chǎn)準備周期，降低生產(chǎn)成本； (2) 能裝夾一組具有相似性特征的工件； (3) 能適用于精密加工的高精度機床夾具； (4) 能適用于各種現(xiàn)代化制造技術的新型機床夾具； (5) 采用以液壓站等為動力源的高效夾緊裝置，以進一步減輕勞動強度和提高勞動生產(chǎn)率； (6) 提高機床夾具的標準化程度。 2、現(xiàn)代機床夾具的發(fā)展方向 現(xiàn)代機床夾具的發(fā)展方向主要表現(xiàn)為標準化、精密化、高效化和柔性化等四個方面。 (1) 標準化 機床夾具的標準化與通用化是相互聯(lián)系的兩個方面。目前我國已有夾具零件及部件的國家標準：GB/T2148~T2259－91以及各類通用夾具、組合夾具標準等。機床夾具的標準化，有利于夾具的商品化生產(chǎn)，有利于縮短生產(chǎn)準備周期，降低生產(chǎn)總成本。 (2) 精密化 隨著機械產(chǎn)品精度的日益提高，勢必相應提高了對夾具的精度要求。精密化夾具的結(jié)構類型很多，例如用于精密分度的多齒盤，其分度精度可達0.1"；用于精密車削的高精度三爪自定心卡盤，其定心精度為5μm。 (3) 高效化 高效化夾具主要用來減少工件加工的基本時間和輔助時間，以提高勞動生產(chǎn)率，減輕工人的勞動強度。常見的高效化夾具有自動化夾具、高速化夾具和具有夾緊力裝置的夾具等。例如，在銑床上使用電動虎鉗裝夾工件，效率可提高5倍左右；在車床上使用高速三爪自定心卡盤，可保證卡爪在試驗轉(zhuǎn)速為9000r/min的條件下仍能牢固地夾緊工件，從而使切削速度大幅度提高。目前，除了在生產(chǎn)流水線、自動線配置相應的高效、自動化夾具外，在數(shù)控機床上，尤其在加工中心上出現(xiàn)了各種自動裝夾工件的夾具以及自動更換夾具的裝置，充分發(fā)揮了數(shù)控機床的效率。 (4) 柔性化 機床夾具的柔性化與機床的柔性化相似，它是指機床夾具通過調(diào)整、組合等方式，以適應工藝可變因素的能力。工藝的可變因素主要有：工序特征、生產(chǎn)批量、工件的形狀和尺寸等。具有柔性化特征的新型夾具種類主要有：組合夾具、通用可調(diào)夾具、成組夾具、模塊化夾具、數(shù)控夾具等。為適應現(xiàn)代機械工業(yè)多品種、中小批量生產(chǎn)的需要，擴大夾具的柔性化程度，改變專用夾具的不可拆結(jié)構為可拆結(jié)構，發(fā)展可調(diào)夾具結(jié)構，將是當前夾具發(fā)展的主要方向。 第2章 夾具設計 2.1 夾具的功用 機床夾具是在機床上用以準確，迅速地安裝工件或刀具，從而保證工件與刀具間正確相對位置的一種工藝裝備。使用夾具可以有效地保證工件的加工質(zhì)量，提高勞動生產(chǎn)率，擴大機床的工藝范圍和減輕勞動強度；因此，夾具在機械制造中占有重要的地位。 2.2 夾具的設計 2.2.1. 設計前的準備工作 1、 明確工件的年生產(chǎn)綱領 機床夾具是在機床上裝加工件的一種裝置，其作用是使工件相對機床和刀具有一個正確的位置，并在加工過程中保持不變。它是夾具總體方案確定的依據(jù)之一，它決定了夾具的復雜程度和自動化程度。本次加工的工件需大批量生產(chǎn)，此時，一般選擇機動、多工件同時加工，自動化程度高的方案，結(jié)構也隨之復雜，成本也提高較多。 2、 熟悉工件零件圖和工序圖 零件圖給出了工件的尺寸、形狀和位置、表面粗糙度等精度的總體要求，工序圖則給出了夾具所在工序的零件的工序基準、工序尺寸、已加工表面、待加工表面、以及本工序的定位、夾緊原理方案，這是夾具設計的直接依據(jù)。 已知待加工工件如圖2-1所示，加工C向2φ6的通孔（前工序已將各部尺寸加工完成）。 2.2.2. 加工方法 了解工藝規(guī)程中本工序的加工內(nèi)容，機床、刀具、切削用量、工步安排、工時定額，同時加工零件數(shù)。這些是在考慮夾具總體方案、操作、估算夾緊力等方面必不可少的，根據(jù)零件圖可知，本夾具主要用來鉆直徑為φ6的通孔，這個孔的技術要求一般，考慮提高生產(chǎn)率，降低生產(chǎn)成本及勞動強度，需設計專用夾具。而精度則不是本道工序主要考慮的重點問題。 2.3. 總體方案的確定 2.3.1. 定位方案和定位元件的擬定和選擇 工件在機床上的定位實際上包括工件在夾具上的定位和夾具在機床上的定位兩個方面。工序圖只是給出了原理方案，此時應仔細分析本工序的工序內(nèi)容 圖2-1 工件視圖 及加工精度要求，按照六點定位原理和本工序的加工精度要求，確定具體的定位方案和定位元件。要擬定幾種具體方案進行比較，選擇或組合最佳方案。 根據(jù)工序圖給出的定位元件方案，按有關標準正確選擇定位元件或定位的組合。在機床夾具的使用過程中，工件的批量越大，定位元件的磨損越快，選用標準定位元件增加了夾具零件的互換性，方便機床夾具的維修和維護。 常有定位方法有： (1) 工件以平面定位。 (2) 工件以圓柱孔定位。 (3) 工件以外圓表面定位。 (4) 工件以其他表面定位。 根據(jù)加工零件的形狀，工藝要求，加工精度和批量我采用一個平面、一個支撐板和一個菱形銷組合定位，限制工件6個自由度，同時保證了加工方向上的剛性，保證零件的加工精度以及便于保證加工部位之間位置要求，如圖2-2所示。 由零件圖可知：直徑為φ6的孔對底面的技術要求一般，其設計基準為底面，所以為了使定位基準為零，應選擇以與孔垂直的基準底面定位。另外，選擇φ8定位螺釘作為定位零件。 圖2-2 定位方案示意圖 2.3.2. 定位精度的分析與計算 夾具的主要功能是用來保證工件加工表面的位置精度。影響位置精度的主要因素有三個方面： 　?。?）工件在夾具中的安裝誤差，它包括定位誤差和夾緊誤差。 　?。?）夾具在機床上對定誤差，指夾具相對于刀具或相對于機床成形運動的位置誤差。 　?。?）加工過程中出現(xiàn)的誤差，包括機床的幾何精度、運動精度，機床、刀具、工件和夾具組成的工藝系統(tǒng)加工時的受力變形，受熱變形，磨損，調(diào)整、測量中的誤差，以及加工成形原理上的誤差等。 　　第三項一般不易估算，夾具精度驗算是指前兩項，其和不大于工件允差的2/3為算合格。 2.3.3. 夾緊方案的設計和壓緊元件的選擇 (1) 對工件夾緊裝置的要求 ① 在夾緊過程中應保持工件定位時所獲得的正確位置 。 ② 在切削過程中，切削力不應破壞工件的正確位置，并使平衡切削力所需的夾緊力最小。 ③ 在切削過程中，應避免工件產(chǎn)生不能允許的振動。 ④ 夾緊裝置應操作方便、省力、安全。 ⑤ 夾緊裝置的復雜程度和制動化程度應與生產(chǎn)批量和生產(chǎn)方式相適應。 (2) 夾緊力的方向 夾緊力的方向要有利于工件的定位，并注意工件的剛性方向，不能使工件有脫離定位表面的趨勢，防止工件在夾緊力的作用下產(chǎn)生變形。 (3) 夾緊力的作用點 夾緊力的作用點應選擇在定位元件支承點的作用范圍內(nèi)，以及工作剛度高的位置，確保工件定位準確、不變形。 (4) 選擇夾緊機構 在確定夾緊力的方向、作用點的同時，要確定相應的夾緊機構。確定夾緊機構要注意以下幾方面的問題： ① 安全性。夾緊機構應具備足夠的強度和夾緊力，以防止以外傷及夾具操作人員。 ② 手動夾具夾緊機構的操作力不應過大，以減輕操作人員的勞動強度。 ③ 夾緊機構的行程不宜過長，以提高夾具的工作效率。 　　確定夾緊力的方向、作用點，以及夾緊元件或夾緊機構，估算夾緊力大小，要選擇和設計動力源。夾緊方案也需反復分析比較，確定后，正式設計時也可能在具體結(jié)構上作一些修改。 　　方案一 使用快速螺旋夾緊機構 　　方案二 使用偏心輪夾緊機構 　　因定位方案選擇的是一面一銷一支撐板定位，偏心輪夾緊機構更合適于本方案，所以采用方案二。 根據(jù)以上對夾緊機構的要求和鉆床夾具的主要技術要求，本設計采用的夾緊機構比較簡單，如圖2-3所示。 圖2-3 夾緊機構 2.3.4 導正裝置的選擇 刀具的導向是為了保證孔的位置精度，增加鉆頭的支撐以提高其剛度，減少刀具的變形，保證孔加工的位置精度，常用的幾種鉆套如下圖所示。 圖2-4可換鉆套 圖2-5快換鉆套 圖2-6固定鉆套（A、B型） 圖示鉆套均已標準化，設計時可以查夾具設計手冊。本次設計由于加工方式只有鉆一道工序，故選用可換鉆套，如圖2-7所示。 圖2-7可換鉆套 2.3.5. 夾具體的設計 用來安裝和固定定位元件，夾緊機構和鉆模板的實體。具體大小根據(jù)整個機構的大小而調(diào)整，要保證機構的穩(wěn)定，水平，所以形位公差會有較嚴格的要求。 夾具體是夾具的基礎體，它將夾具上的各種裝置和元件連接成一個整體，并通過它將夾具安裝到機床上。它的結(jié)構形狀及尺寸大小，取決于加工工件的特點、尺寸大小，各種元件的結(jié)構和布局，夾具于機床的連接方式，切削力、重力等大小的影響。 夾具體應滿足以下幾點計算要求： 1、應有足夠的強度和剛度； 2、力求結(jié)構簡單及裝卸工件方便 ； 3、結(jié)構工藝形好； 4、排屑切屑要方便； 5、在機床上安裝穩(wěn)定可靠； 6、具有適當?shù)木群统叽绶€(wěn)定性 根據(jù)要求夾具體選用鑄件，這樣既滿足要求而且工藝性較鍛造好，然后對夾具體毛胚進行加工。 2.4. 繪制夾具裝配圖 根據(jù)以上夾具設計要求和相應分析，本次夾具設計選擇制圖比例為1:1，繪圖時把工件視為透明體，用雙點劃線畫出輪廓，同時畫出定位面、夾緊面和加工表面，具體裝配圖見圖2-8。 圖2-8 夾具裝配圖 第3章 夾具裝配圖上的尺寸和技術條件 夾具裝配圖上應標注必要的尺寸和技術要求，主要目的是為了檢驗本工序零件加工表面的形狀，位置和尺寸精度在夾具中是否可以達到，為了設計夾具零件圖，也為了夾具裝配和裝配精度的檢測。 3.1. 夾具裝配圖上標注的尺寸 1、夾具總體外形輪廓尺寸，總長310mm，總寬262mm，總高105mm。 2、夾具與鉆模套導向的配合關系，如襯套與鉆模套所需的配合為Φ18H7/n6。 3、各定位元件之間，定位元件與工件之間，與夾具體之間裝配后的位置尺寸及公差，如圓柱銷與孔配合為Φ6H7/g6。 上述聯(lián)系尺寸和位置尺寸的公差，一般取工件的相應公差的1/3~1/5,最常用的是1/3。 3.2. 夾具裝配圖上應標注的技術要求 應標注的技術要求包括：相關元件表面間的位置精度，主要表面形狀精度，保證裝配精度和檢測的特殊要求，以及調(diào)整、操作等必要的說明。通常有以下幾方面： (1) 定位元件的定位表面間相互位置精度。 (2) 定位元件的定位表面與夾具安裝基面、定向基面間的相互位置精度。 (3) 導向元件工作面與安裝基面間的相互位置精度。 (4) 寫明需要鉗工配作的元件。 對于不同的機床夾具，對于夾具的具體結(jié)構和使用要求，應進行具體分析，訂出該夾具的具體的技術要求。設計中可以參考機床夾具設計手冊以及同類夾具的圖樣資料。 第4章 夾具零件圖上的尺寸和技術條件 零件圖上應標注必要的尺寸和技術要求，標注的主要目的是保證夾具體各個零件之間的尺寸要求和安裝配合后的精度要求，也是為了各夾具零件加工后進行安裝配合能滿足制造工件的要求，本設計所畫夾具零件圖為夾具體。 4.1 夾具零件圖上標注的尺寸 (1) 夾具體底座的外形尺寸，總長為310mm，總寬262mm，總高33mm。 (2) 夾具體底座上各螺紋孔之間的位置尺寸要求，定位銷的配做精度要求。 4.2 夾具零件圖上應標注的技術要求 (1) 零件圖中必須用規(guī)定的代號、數(shù)字和文字簡明地表示出在制造和檢驗時所應達到的技術要求。 (2) 夾具體零件圖需要標注必要的表面粗糙度、形位公差、極限配合等技術要求，以滿足加工精度。夾具體零件示意圖如圖4 -1所示 圖4-1 夾具體零件示意圖 第5章 設計論證 5.1 設計方案論證 (1) 根據(jù)所給工件的需要，選擇加工機床，選用搖臂鉆床加工比較合理。 (2) 然后工件主要定位部分為基準底面平面、后面和一個φ10的孔，分析所要加工2φ6的孔必須完全定位，而本次設計所選用的定位方案正好滿足六點定位原理且結(jié)構簡單。 (3) 最后將定位銷固定在大平面上，以平面、支撐板和菱形銷進行定位。把工件定位后，可利用偏心輪夾緊機構來對工件進行夾緊，工件的夾緊力的方向應該與工件重心線平行，保證夾緊時點的穩(wěn)定可靠。 5.2 設計方法與結(jié)果 (1) 對工件的加工要進行分析，已知工件上待加工2φ6的孔，根據(jù)工件的形狀和加工要求和批量，采用立式搖臂鉆床比較合理。 (2) 根據(jù)六點定位原理，選用一面、一支撐板和一菱形銷定位，由于限制了六個自由度，所以只需要將工件夾緊就可以進行加工了，在工件加工方向上進行夾緊，可以用偏心輪夾緊機構，因為他們可以對工件快速夾緊，且夾緊力的方向要有利于工件的定位。 (3) 最后，對整個夾緊方案分析得出，定位符合六點定位原理，夾緊工件穩(wěn)定，所以此夾具設計可行。 課程設計心得 通過這次課程設計實訓，使我對機械裝備課程有了更進一步的了解。裝備在現(xiàn)在工業(yè)中有著重要的作用，當然，我們現(xiàn)在對機械設計只不過時一個初步的了解，這門課程還有更多的知識等著我們?nèi)W習，在這兩周短暫的課程設計里，我學會了一些機械設計的最基本的理論，同時也對機械裝備產(chǎn)生了濃厚的興趣。 在這次課程設計過程中，我發(fā)現(xiàn)自己還有很多不足之處，在設計和計算過程中也出現(xiàn)了各種各樣的錯誤，在同學和張老師的幫助下也都盡量改正了，雖然還存在或多或少的問題，這也是我今后努力的方向，我會繼續(xù)努力學習，來豐富自己的知識。 在這段時間的不懈努力下，我了解了在課程設計中應注意的問題： (1) 注意與工藝規(guī)程的銜接，夾具設計應和工序設計統(tǒng)一 所需設計的夾具絕大多數(shù)用于零件加工的某一特定工序。在工藝設計環(huán)節(jié)中，對該工序的設計已要求設計其定位與夾緊方案，因此夾具設計的具體內(nèi)容應與工序設計保持一致，不能相互沖突。 (2) 設計時要有整體觀念 夾具設計有其自身的特點：定位、夾緊等各種裝置在設計前是分開考慮的，設計后期通過夾具體的設計將各種元件聯(lián)系為一個整體。 (3) 設計中應學習正確運用標準與規(guī)范 對于國家標準的規(guī)范要嚴格要求和執(zhí)行。夾具設計過程中選擇各種功能元件時應注意盡可能選用標準件，減少非標準件的設計制造工作量，降低夾具成本。 另外，在寫說明書的過程中學習到好多關于Word應用方面的知識，為以后的畢業(yè)設計說明書的書寫打下了良好的基礎。 參考文獻 [1]　 《機械制造裝備設計》 趙雪松 任小中 于華 編著 華中科技大學出版社 [2]　 《現(xiàn)代夾具設計手冊》 朱耀祥 蒲林祥 主編 機械工業(yè)出版社 [3]　 《現(xiàn)代機床夾具設計》 吳 拓 編著 化學工業(yè)出版社 [4]　 《機床制圖》 何銘新 錢可強 徐祖茂 主編 高等教育出版社 [5]　 《機械制造裝備設計課程設計》 陳立德 主編 高等教育出版社 [6]　 《機械制造工藝與機床夾具》 劉守勇 主編 機械工業(yè)出版社 [7]　 《機床夾具設計手冊》 孟憲棟 劉彤安 編著 機械工業(yè)出版社 [8]　 《機床夾具設計手冊》 徐弘本 編著 遼寧科學技術出版社