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1、1,机械制造工艺学,第6章 机床夹具设计 Design of Machine Tool Fixture,6.6 机床夹具的设计步骤与方法 Design Process& Method of Machine Tools Fixture,2,6.6.1 专用夹具设计,机床专用夹具定义 针对特定的零件、使用同一类型机床、完成指定的加工表面而使用的机床夹具称之。,3,6.6.1 专用夹具设计,夹具结构方案应与生产纲领相适应在大批量生产时应尽量采用高效夹具结构,以缩短辅助时间;中、小批量生产,则以降低夹具制造成本为前提下,使夹具结构简单。制造方便。,专用夹具设计的基本要求,保证加工精度正确地确定定位、夹
2、紧方案、刀具导向方式及合理确定夹具的技术要求。必要时进行误差分析与计算。,操作方便。安全、省力采用减轻工人劳动强度的动力夹紧装置,并可较好地控制夹紧力。夹具操作位置应符合工人操作习惯,必要时应有安全防护装置,以确保使用安全。,便于排屑切屑的积集会破坏工件的正确定位,引起夹具和工件的热变形,损伤刀具甚至引发工伤事故。夹具设计中应充分考虑排屑问题,在设计高效机床和自动线夹具时尤为重要。,有良好的结构工艺性设计的夹具要便于制造、检验、装配、调整、维修等。,4,6.6.2 专用夹具设计的一般步骤,专用夹具设计的一般步骤,5,对于零件加工中的某一个工序,是否使用夹具,使用什么类型的夹具,设计什么档次的夹
3、具,这些问题在设计夹具时必须认真考虑。除了从保证加工质量的角度考虑外,还应作经济性分析,以确保所设计的夹具在经济上合理。具体内容可参考有关文献。,成组设计思想的采用,6.6.3 设计中的几个重要问题,夹具设计的经济性分析,在夹具设计中采用成组技术原理,有利于夹具设计的标准化和通用化,同时还可大大减轻设计工作量,加快设计进度。,6,其它重要的尺寸和公差,6.6.3 设计中的几个重要问题,夹具总图要求,应标注的尺寸和公差,最大轮廓尺寸 一般是指夹具的最大外轮廊尺寸。特别是当夹具结构中有可动部分时,应包括可动部分处于极限位置时在空间所占尺寸。,配合尺寸及公差 工件与定位元件间、定位元件与支撑元件间的
4、配合尺寸及公差,相对位置尺寸及公差 影响定位、对刀、夹具及夹具在机床上安装精度的尺寸和公差,7,6.6.3 设计中的几个重要问题,夹具总图要求,应标注的技术要求,夹具总图上无法用符号标注而又必须说明的问题,可作为技术要求用文字写在总图上。主要内容有: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酌定位表面等,以保证夹具精度,某些零件的重要表面应一起加工,如一起镗孔、一起磨削等;工艺孔的设置和检测;夹具使用时的操作顺序,夹具表面的装饰要求等。,8,6.6.3 设计中的几个重要问题,夹具总图要求,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
5、要求的前提下,尽量降低夹具的制造精度。,直接影响工件加工精度的夹具公差 夹具总图上标注的尺寸公差和位置公差均直接影响工件的加工精度。一般取夹具总图上的尺寸公差或位置公差为相应工序公差的(1/21/5)。,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。 也可用经验估计。对重要工序可以作试验。,9,6.6.4 工件在夹具上加工的精度分析,影响加工精度的因素,定位、对刀、夹具安装、夹具制造、加工方法(变形、受热等引起),保证加工精度的条件,10,典型夹具设计步骤,11,例图6-73夹具设
6、计过程,限1自由度,限4自由度,配合, 限1自由度,导向套设置,压紧方案,定位方案,12,例图6-73夹具设计结果,技术要求,13,例图6-73装配动画,单件,14,夹具设计实例分析,图示,在拨叉上铣槽。据规程,这是末工序,加工要求有: 槽宽16Hll,槽深8mm,槽侧面与25H7孔轴线的垂直度为0.08mm,槽侧面与E面的距离为ll土0.2mm,槽底面与B面平行。试设计其定位装置和手动夹紧装置。,15,夹具设计实例分析,定位方案分析,支撑板 短销 长销 支撑钉 长条支撑板,16,夹具设计实例分析,挡销位置,铣刀,Fp,17,夹具设计实例分析,夹紧方案,18,定位误差计算练习,加工例图所示零件
7、,在工件上欲铣削一缺口,保证尺寸 mm, 现采用(b)、(c)两种定位方案试计算各定位误差,并分析能否满足加工要求。若不能满足工序要求,请提出改进方案,19,综合练习,所示轴套工件,在车床上已加工好外圆、内孔及各表面,现需在铣床上以端面A定位铣出表面C,保证尺寸 ,试计算铣此缺口时的工序尺寸。,解:1)尺寸链如图; 2)加工中尺寸是间接得到的,为封闭环。A、 为增环, 650.05为减环 20A+40-65 A45 0ES10.05-(-0.05) ES1-0.1 -0.2EI100.05 EI1-0.15 校核:0.20.05+0.05+0.1 (封闭环公差等于组成环公差之和),20,定位误
8、差计算练习,如图在鼓轮上先铣平面A,再铣平面B,铣平面B时的定位方式如下图所示。求铣平面B时的角度定位误差。,解:1)由图可知,工序基准为A面,定位基准是OOl,两者不重合,定位尺寸(角度)为2510, 故B20。 2)同时,定位基准与限位基准不重合, 定位基准可以两个方向转动(角位移),3)因工序基准不在定位基面(mm内孔面)上, D= B+ r =2810”,21,定位误差计算,图示工件以800.05外圆定位加工通槽,定位止口直径为 , 1)试求其定位误差。 2)如何能够提高定位精度?,解:1)定位基准800.05,对称度基准为12H8,基准不重合: B0.02; 2)有间隙: rDdXm
9、in0.030.10.02 0.15 3)定位误差:D B r 0.02+0.15 0.17,22,综合练习,例:试提出成批生产例图示零件的机械加工工艺过程(从工序到工步)并指出各工序的定位基准。,工序 工步内容及安装 定位基准及限自由度数 1 车端面,钻、扩、铰20H7孔(安装1) 外圆 4 2 车另一端面及外圆20(安装1) 端面1内孔4 3 拉键槽 内孔4端面1 4 钻、扩、铰310H7孔(安装1) 内孔2端面3,23,图示零件的A、B、C面,10H7及30H7孔均已加工。试分析加工10H7孔时,选用哪些表面定位最合理?为什么?,解:选A面(定位元件为支承扳) 30H7孔(定位元件为圆柱
10、销) 10H7 (定位元件为削边销)作为定位基准。 (一面二销,限制6个自由度。) 选30H7孔和A面可以符合 基准重合原则。,综合练习,24,图示为加工工件的M面时的定位情况。N面、P面已在前工序加工完毕,L1450.2,定位基准为P面,工序尺寸为L 2200.25,工序基准为N面。试计算定位误差,并分析能否满足工序要求。,【解】当工件以平面为精基准时基准位置误差主要是由平面度引起的,但误差很小,常可忽略不计。在该定位方案中存在基准不重合误差,将会造成工序尺寸L 2的加工误差。根据图示工件工序基准相对定位基准的最大位置变动量进行分析,得: L定位L1maxL1min45.244.80.4,因
11、为L定位远远大于工序尺寸L 2公差的l/3,故该定位方案是无法保证尺寸L2200.25的加工要求。,综合练习,25,某托脚零件,一孔及一端面A己加工,今要加工另一端面B,且B面与A面垂直度为0.02。定位方案如题图所示。试分析定位、夹紧方案是否合理?若不合理,应如何改进?,解:因B面与A面有垂直度要求,应选A为第一定位基准,且原方案存在重复定位,故不合理。 改进方案:将长柱销改为带台肩削边销,且在捕助支承上方施加一定的夹紧力,以减少被切削部位的振动和变形。,综合练习,26,在卧式镗床上加工箱体孔,若只考虑镗杆刚度的影响,试在图中画出下列四种镗孔方式加工后孔的形状,并说明为什么? a)镗杆送进,有后支承; b)镗杆送进,无后支承; c)工作台送进; d)在镗模上加工。,思考,27,思考,在车床上加工一批光轴的外圆,加工后经度量发现整批工件有下列几何形状误差.锥形(a)鞍形(b),腰鼓形(c),喇叭形(d)。试分别说明可能产生上述误差的各种因素?,28,思考,? 滚压加工圆环工件外圆,加工后切开成两瓣,零件形状如何变化,为什么?如果是滚压的内圆呢? ?图示套筒的材料为20钢,当其在外圆磨床上用心轴定位磨削外圆时,由于磨削区的高温,将在工件上残余应力。,试分析外圆及内孔处残余应力的符号(方向)?若用锯片刀铣开此套筒,问铣开后的两个半圆环将产生什么样的变形?,
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