機(jī)床夾具設(shè)計(jì)實(shí)例教程

1）組合夾具虛擬設(shè)計(jì)實(shí)例

具體應(yīng)用步驟有：

①以零件實(shí)體模型作為設(shè)計(jì)依據(jù)

②按設(shè)計(jì)需要選用支撐組件、壓緊組件、基礎(chǔ)組件、定位組件、導(dǎo)向組件等元件、組件。

*元件、組件不帶知識(shí)庫(kù)的可以從標(biāo)準(zhǔn)件、組件樹(shù)上直接下載。

*元件、組件帶知識(shí)庫(kù)的，通過(guò)組件設(shè)計(jì)推理，進(jìn)行組件、元件的推理和系列尺寸驅(qū)動(dòng)，并下載到工作區(qū)，進(jìn)行裝配。

③組件和元件之間的裝配。對(duì)于已經(jīng)下載的各類(lèi)元件和組件，使用三維CAD平臺(tái)裝配功能進(jìn)行裝配，并輸出結(jié)果，完成整個(gè)組合夾具的設(shè)計(jì)。組合夾具其裝配示例見(jiàn)圖12-22，SolidWrorks平臺(tái)下的增強(qiáng)裝配實(shí)例見(jiàn)圖12-23.

2）專(zhuān)用夾具設(shè)計(jì)實(shí)例

具體設(shè)計(jì)步驟

①根據(jù)被加工零件的尺寸參數(shù)及其形狀，在基礎(chǔ)版庫(kù)中選擇可用基礎(chǔ)版或進(jìn)行基礎(chǔ)版建模；連桿被加工零件見(jiàn)圖12-24，基礎(chǔ)版見(jiàn)圖12-25.

②智能件打孔裝配加快專(zhuān)用夾其設(shè)計(jì)。將標(biāo)準(zhǔn)件緊固螺釘、定位銷(xiāo)、螺栓、檔銷(xiāo)等制作成具有裝配屬性的智能件，這些智能件具有打孔、裝配一次性完成功能，并可實(shí)現(xiàn)多層板的打孔及各層板的間隙設(shè)置。定位銷(xiāo)智能件在打孔裝配操作后，還具有陣列、刪除、修改等功能，如若智能件規(guī)格不臺(tái)適，還可直接進(jìn)行足寸系列替換，大大提高了專(zhuān)用夾具的工作效率。擋銷(xiāo)智能件見(jiàn)圖12-26，智能件打孔裝配及陣列見(jiàn)圖12-27。

③組件知識(shí)庫(kù)推理及打孔裝配。建立夾具組件知識(shí)庫(kù)和智能件，通過(guò)采集相關(guān)信息，對(duì)組件進(jìn)行知識(shí)庫(kù)參數(shù)化驅(qū)動(dòng)，并實(shí)現(xiàn)組件打孔裝配，陣列，提高組件設(shè)計(jì)效率。壓板組件打孔快速裝配見(jiàn)圖12-28，壓板組件打孔陣列見(jiàn)圖12-29。

3）夾具典型整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)實(shí)例

當(dāng)夾具具有整體結(jié)構(gòu)重用價(jià)值時(shí)，系統(tǒng)通過(guò)建立夾具典型整體結(jié)構(gòu)參數(shù)化模型庫(kù)、知識(shí)庫(kù)，實(shí)現(xiàn)夾具變結(jié)構(gòu)快速設(shè)計(jì)，在設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)中如果遇到一些強(qiáng)度計(jì)算問(wèn)題，在建立知識(shí)庫(kù)推理時(shí)可以將相應(yīng)的公式計(jì)算（含有限元分析計(jì)算結(jié)果）整理入庫(kù)，當(dāng)再次使用時(shí)通過(guò)系統(tǒng)進(jìn)行推理計(jì)算以滿(mǎn)足快速設(shè)計(jì)的需要。以下結(jié)合某廠焊接夾具設(shè)計(jì)為例，簡(jiǎn)述典型整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過(guò)程。通過(guò)前期對(duì)焊接夾具典型結(jié)構(gòu)的實(shí)體模型、設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)、計(jì)算公式、二維工程圖等數(shù)據(jù)、圖形的總結(jié)整理后．已經(jīng)建立該類(lèi)零件的焊接夾具典型結(jié)構(gòu)模型庫(kù)、數(shù)據(jù)庫(kù)、知識(shí)庫(kù)。系統(tǒng)通過(guò)4次數(shù)據(jù)采集，4次推理設(shè)計(jì)完成整個(gè)設(shè)計(jì)。在三維夾具模型驅(qū)動(dòng)完成后，修改二維工程圖的標(biāo)注變化特征參數(shù)和尺寸即可。

本實(shí)例設(shè)計(jì)過(guò)程如下：

①被加工零件模型參數(shù)的數(shù)據(jù)采集被加工零件模型參數(shù)的數(shù)據(jù)采集主要解決推理?xiàng)l件的自動(dòng)數(shù)據(jù)錄入問(wèn)題，由于人工錄人數(shù)據(jù)效率低，容易出錯(cuò)。通過(guò)參數(shù)采集直接獲取被加工零件模型參數(shù)，存儲(chǔ)在驅(qū)動(dòng)參數(shù)表內(nèi)供推理設(shè)計(jì)使用。被加工零件模型參數(shù)采集獲取后，首先驅(qū)動(dòng)被加工零件模型，再將零件模型作為焊接夾具各部件設(shè)計(jì)驅(qū)動(dòng)的依據(jù)。被加工零件見(jiàn)圖l2-30，零件參數(shù)拾取界面見(jiàn)圖12-31。

②驅(qū)動(dòng)法蘭、底板、蓋板零件模型由被加工零件模型的驅(qū)動(dòng)結(jié)果作為焊接夾具法蘭、底板、蓋極零件模型驅(qū)動(dòng)條件，在知識(shí)庫(kù)中自動(dòng)進(jìn)行推理驅(qū)動(dòng)，焊接夾具法蘭，底板、蓋板模型驅(qū)動(dòng)后形狀見(jiàn)圖12-32

③筋肋自動(dòng)計(jì)算驅(qū)動(dòng)

焊接夾具的筋肋設(shè)計(jì)是一項(xiàng)非常繁瑣的設(shè)計(jì)工作，設(shè)計(jì)員需要反復(fù)計(jì)算、畫(huà)圖，如果一次計(jì)算不合理或因其它原因變化還需反復(fù)修改，工作量大。本設(shè)計(jì)在知識(shí)庫(kù)中建立了推理規(guī)則，將筋肋設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)和算法存入知識(shí)庫(kù)，設(shè)計(jì)時(shí)只需輸入筋肋的分布區(qū)域和數(shù)量，系統(tǒng)即可自動(dòng)進(jìn)行三維實(shí)體模型設(shè)計(jì)和二維工程圖的設(shè)計(jì)。

④起吊螺栓的結(jié)構(gòu)驅(qū)動(dòng)和強(qiáng)度校核

當(dāng)夾具筋肋自動(dòng)計(jì)算驅(qū)動(dòng)后，需要進(jìn)行起吊螺栓的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。系統(tǒng)在知識(shí)庫(kù)中已建立了起吊螺栓的強(qiáng)度計(jì)算公式，在確定了新的筋肋結(jié)構(gòu)后，按照新結(jié)構(gòu)條件進(jìn)行起吊螺栓的強(qiáng)度計(jì)算，并根據(jù)起吊螺栓的強(qiáng)度計(jì)算結(jié)果自動(dòng)在系統(tǒng)中選擇起吊螺栓的規(guī)格，井輸出螺栓模

型.夾具筋肋和起吊螺栓自動(dòng)計(jì)算驕動(dòng)后的模型見(jiàn)圖12-33。

⑤工程圖輸出

在典型結(jié)構(gòu)變參數(shù)三維設(shè)計(jì)完成后，特征沒(méi)有變化的設(shè)計(jì)，其工程圖自動(dòng)關(guān)聯(lián)驅(qū)動(dòng)，標(biāo)注習(xí)慣和模板是一致的，特征發(fā)生變化的部分由人工進(jìn)行調(diào)整和標(biāo)注。

鉆夾具的設(shè)計(jì)實(shí)例

圖2-2-20所示為杠桿類(lèi)零件圖樣。圖2-2-21所示為本零件工序圖。

1．零件本工序的加工要求分析

①鉆、擴(kuò)、鉸φ10H9孔及φ11孔。

②φ10H9孔與φ28H7孔的距離為(80±0. 2)mm；平行度為0.3mm。

③φ11孔與φ28H7孔的距離為(15±0. 25)mm。

④φ11孔與端面K距離為14mm。

本工序前已加工的表面如下。

①φ28H7孔及兩端面。

②φ10H9兩端面。

本工序使用機(jī)床為Z5125立鉆，刀具為通用標(biāo)準(zhǔn)工具。

2．確定夾具類(lèi)型

本工序所加工兩孔(φ10H9和φ11)，位于互成90°的兩平面內(nèi)，孔徑不大，工件質(zhì)量較小、輪廓尺寸以及生產(chǎn)量不是很大，因此采用翻轉(zhuǎn)式鉆模。

3．?dāng)M定定位方案和選擇定位元件

(1)定位方案。根據(jù)工件結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，其定位方案如下。

①以φ28H7孔及一組合面(端面K和φ10H9一端面組合而成)為定位面，以φ10H9孔端外緣毛坯面一側(cè)為防轉(zhuǎn)定位面，限制六個(gè)自由度。這一定位方案，由于尺寸 mm公差大，定位不可靠，會(huì)引起較大的定位誤差。如圖2-2-22(a)所示。

②以孔φ28H7孔及端面K定位，以φ11孔外緣毛坯一側(cè)為防轉(zhuǎn)定位面，限制工件六個(gè)自由度。為增加剛性，在φ10H9的端面增設(shè)一輔助支承，如圖2-2-22 (b)所示。

比較上述兩種定位方案，初步確定選用圖2-2-22(b)所示的方案。

(2)選擇定位元件。

①選擇帶臺(tái)階面的定位銷(xiāo)，作為以φ28H7孔及其端面的定位元件，如圖2-2-23所示。定位副配合取 。

②選擇可調(diào)支承釘為φ11孔外緣毛坯一側(cè)防轉(zhuǎn)定位面的定位元件，如圖2-2-24(a)所示。也可選擇如圖2-2-24 (b)所示移動(dòng)V形塊?？紤]結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，現(xiàn)選用圖2-2-24(a)所示結(jié)構(gòu)。

(3)定位誤差計(jì)算

①加工φ10H9孔時(shí)孔距尺寸(80±0.2)mm的定位誤差計(jì)算。

由于基準(zhǔn)重合，故ΔB＝0。

基準(zhǔn)位移誤差為定位孔(φ38 mm)與定位銷(xiāo)(φ38 mm)的最大間隙，故ΔY＝(0.021＋0. 007＋0.013)mm＝0.041rnm。

由此可知此定位方案能滿(mǎn)足尺寸(80±0.2)mm的定位要求。

②加工φ10H9孔時(shí)軸線(xiàn)平行度0.3mm的定位誤差計(jì)算。

由于基準(zhǔn)重合，故ΔB＝0。

基準(zhǔn)位移誤差是定位孔φ28H7與定位面K間的垂直度誤差。故ΔY＝0. 03mm。

此方案能滿(mǎn)足平行度0. 3mm的定位要求。

③加工φ11孔時(shí)孔距尺寸(15±0.25)mm。加工φ11孔時(shí)與加工φ10H9孔時(shí)相同。

此方案能滿(mǎn)足孔距(15±0.25) mm的定位要求。

4．確定夾緊方案

參考夾具資料，采用M12螺桿在φ28H7孔上端面夾緊工件。

5．確定引導(dǎo)元件(鉆套的類(lèi)型及結(jié)構(gòu)尺寸)

⑴對(duì)φH9孔，為適應(yīng)鉆、鉸選用快換鉆套。

主要尺寸由《機(jī)床夾具零、部件》國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T2263－80, GB/T2265－80選取。鉆孔時(shí)鉆套內(nèi)徑φ10 mm、外徑φ15 mm；襯套內(nèi)徑φ15 mm，襯套外徑φ22 mm。鉆套端面至加工面的距離取8mm。

麻花鉆選用φ9. 8 mm。

(2)對(duì)φ11孔，鉆套采用快換鉆套。鉆孔時(shí)鉆套內(nèi)徑φ11 mm、外徑φ18 mm，襯套內(nèi)徑φ18 mm，外徑φ26 mm；鉆套端面至加工面間的距離取12mm。

麻花鉆選用φ10. 8 mm。

各引導(dǎo)元件至定位元件間的位置尺寸分別為(15±0.03)mm和(18±0. 05)mm，各鉆套軸線(xiàn)對(duì)基面的直線(xiàn)度允差為0.02mm。

6．夾具精度分析與計(jì)算

由圖2-2-22可知，所設(shè)計(jì)夾具需保證的加工要求有：尺寸(15±0.25)mm；尺寸(80±0.2)mm；尺寸14mm及φ10H9孔和φ28H7孔軸線(xiàn)間平行度允差0.3mm等四項(xiàng)。除尺寸14mm，因精度要求較低不必進(jìn)行驗(yàn)算外，其余三項(xiàng)精度分別驗(yàn)算如下。

(1)尺寸(80±0.2)mm的精度校核。

定位誤差ΔD，由前已計(jì)算，已知Δ＝0.041mm。

定位元件對(duì)底面的垂直度誤差ΔA＝0.03mm。

鉆套與襯套間的最大配合間隙ΔT1＝0. 033mm。

襯套孔的距離公差ΔT2＝0.1mm。

麻花鉆與鉆套內(nèi)孔的間隙X2＝0.050mm。

襯套軸線(xiàn)對(duì)底面(F)的垂直度誤差ΔT3＝0. 05mm。

因而該夾具能保證尺寸(80±0. 2)mm的加工要求。

(2)尺寸(15±0. 25)mm的精度校核。

ΔD＝0. 041mm，ΔA＝0. 03mm，ΔT1＝0. 033mm。

襯套孔與定位元件的距離誤差ΔT2＝0.06mm。

麻花鉆與鉆套內(nèi)孔的間隙X＝0.061mm。

因而尺寸(15±0.25)mm能夠保證。

(3)φ10H9軸線(xiàn)對(duì)φ25H7軸線(xiàn)的平行度0.3mm的精度校核。

ΔD＝0. 03mm，ΔA＝0. 03mm。

襯套對(duì)底面(F)的垂直度誤差ΔT＝0. 05mm。

因而此夾具能保證兩孔軸線(xiàn)的平行度要求。

7．繪制夾具總圖

根據(jù)已完成的夾具結(jié)構(gòu)草圖，進(jìn)一步修改結(jié)構(gòu)，完善視圖后，繪制正式夾具總裝圖，如圖2-2-23所示。

8．繪制夾具零件圖樣

從略。

9．編寫(xiě)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)

從略。

銑床夾具設(shè)計(jì)實(shí)例

圖2-2-25所示為軸套類(lèi)零件的零件圖樣?，F(xiàn)需設(shè)計(jì)銑兩槽5 mm的銑夾具。

1．零件本工序的加工要求分析

本工序的加工要求，在實(shí)體上銑出兩通槽，槽寬為5 mm，槽深為27 mm，兩槽在圓周方向互成60°±30′角度，表面粗糙度為Ra1. 25μm。

本工序之前，外圓φ60 mm、內(nèi)孔φ32 mm及兩端面均已加工完畢。

本工序采用φ5mm標(biāo)準(zhǔn)鍵槽銑刀在X5l立式銑床上，一次裝夾六件進(jìn)行加工。

2．確定夾具類(lèi)型

本工序所加工的是兩條在圓周互成60°角的縱向槽，因此宜采用直線(xiàn)進(jìn)給帶分度裝置的銑夾具。

3．?dāng)M定定位方案和選擇定位元件

(1)定位方案。

①以φ32 mm內(nèi)孔作為定位基準(zhǔn)，再選孔端面為定位基準(zhǔn)，限制工件五個(gè)自由度。如圖2-2-26(a)所示。

②以φ60 mm外圓為定位基準(zhǔn) (以長(zhǎng)V形塊為定位元件)，限制4個(gè)自由度。如圖2-2-26 (b)所示。

方案②由于V形塊的特性，所以較易保證槽的對(duì)稱(chēng)度要求，但對(duì)于實(shí)現(xiàn)多件夾緊和分度較困難。

方案①的不足之處是由于心軸與孔之間有間隙、不易保證槽的對(duì)稱(chēng)度，且有過(guò)定位現(xiàn)象。但本工序加工要求井不高，而工件孔和兩端面垂直精度又較高，故過(guò)定位現(xiàn)象影響不大。

經(jīng)上述分析比較，確定采用方案①。

(2)選擇定位元件。根據(jù)定位方式，采用帶臺(tái)肩的心軸。心軸安裝工件部分的直徑為φ32g6( )mm，考慮同時(shí)安裝6個(gè)工件，所以這部分長(zhǎng)度取112mm，由于分度精度不高，為簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)，在心軸上做出六方頭，其相對(duì)兩面間的距離尺寸取28g6( )mm，與固定在支座上的卡塊槽28H7( )mm相配合；加工完畢一個(gè)槽后，松開(kāi)并取下心軸，轉(zhuǎn)過(guò)相鄰的一面再嵌入卡塊槽內(nèi)即實(shí)現(xiàn)分度。心軸通過(guò)兩端φ25H6mm柱部分安裝在支座的V形槽上，并通過(guò)M16螺栓鉤形壓板及錐面壓緊，壓緊力的方向與心軸軸線(xiàn)成45°角。

(3)定位誤差計(jì)算。工序尺寸27 mm 定位誤差分析如下。

由于基準(zhǔn)重合ΔB＝0

由于定位孔與心軸為任意邊接觸，則因此定位精度足夠。

由于加工要求不高，其他精度可不必計(jì)算。

4．確定夾緊方案

根據(jù)圖2-2-26所示心軸結(jié)構(gòu)，用M30螺母把工件軸向夾緊在心軸上。心軸的具體結(jié)構(gòu)如圖2-2-27所示。

5．確定對(duì)刀裝置

(1)根據(jù)加工要求，采用GB/T2242－80直角對(duì)刀塊；塞尺符合GB/T2244－80，基本尺寸及偏差2 mm。

(2)計(jì)算對(duì)刀尺寸H和B

如圖2-2-28所示，計(jì)算時(shí)應(yīng)把尺寸化為雙向?qū)ΨQ(chēng)偏差，即

6．夾具精度分析和計(jì)算

本夾具總圖上與工件加工精度直接有關(guān)的技術(shù)要求如下。

定位心軸表面尺寸φ32g6。

定位件與對(duì)刀間的位置尺寸(24.75±0.08)mm，(4.575±0.05)mm。

定位心軸安裝表面尺寸φ25h6。

對(duì)刀塞尺厚度尺寸2 mm。

 分度角度60°±10′。

定位心軸軸線(xiàn)與夾具安裝面、定位鍵側(cè)平面間的平行度公差為0. lmm。

分度裝置工作表面對(duì)定位表面的對(duì)稱(chēng)度公差為0. 07mm。

分度裝置工作表面對(duì)夾具安裝面垂直度公差為0.07mm。

對(duì)刀裝置工作表面對(duì)夾具安裝面的平行度和垂直度公差為0. 07mm。

(1)尺寸27 mm的精度分析。

ΔD＝0. 064mm(定位誤差前已計(jì)算)。

ΔT＝0. 16mm(定位件至對(duì)刀塊間的尺寸公差)。

ΔA＝ ×20mm＝0.0086mm(定位心軸軸線(xiàn)與夾具底面平行度公差對(duì)工件尺寸的影響)。

故此夾具能保證27 mm尺寸。

(2)對(duì)60°±30′的精度分析。

分度裝置的轉(zhuǎn)角誤差可按下式計(jì)算。  

故此分度裝置能滿(mǎn)足加工精度要求。

7．繪制夾具總圖

圖2-2-27所示為本夾具的總裝圖樣。

8．繪制夾具零件圖樣

從略。

9．編寫(xiě)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)

從略。

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