连杆铣45槽夹具设计.docx

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连杆铣45槽夹具设计

摘要

随着机械加工工业的飞速发展，对提高加工效率和改善劳动强度的要求已经越来越高，对于各式各样的结构复杂的工件，普通的机床夹具已经不能满足其加工要求。

因此结合现状，为了适应某一工件的某一工序加工的要求而专门设计制造的专用夹具便应运而生，本次设计为连杆铣槽专用夹具。

它针对连杆的结构特点，采用了“一面两孔”的定位方案，以支承板、圆柱销、削边销为定位元件。

使工件安装方便，且能保证加工精度。

压紧装置以杠杆原理为核心，双压板压紧工件，同时采用联动机构，左侧压板压紧之后右侧自动压紧。

引用液压系统为夹紧动力源，降低了工人的劳动强度。

采用三个工件平行加工方案，使加工三个工件的机动时间合为一个，提高了工作效率。

关键词：

定位、夹紧、液压

Abstract

Withthemachineryoftherapiddevelopmentofprocessingindustries,toenhanceefficiencyandimprovetheprocessingoflaborintensityhasbeenincreasingdemandforawiderangeofcomplexstructureoftheworkpiece,ordinarymachinefixturehasbeenunabletomeetitsprocessingrequirements.Sowiththestatusquo,inordertomeetacertainpartofaprocessofprocessingtherequestofthespecializeddesignandmanufactureofspecialfixturewillcomeintobeing,suchasconnectingrodmillslotdedicatedfixture.Itisaimedatconnectingrodofthestructuralfeaturesandadoptedthe"one-two"targetedprogrammestoensurethattheworkpiecebeprocessedonthelocationaccuracy,moreconvenientinstallationoftheworkpiece,assistedbyashortworkinghours.Atthesametimeaddingahigherdegreeofautomationofhydraulicclampingsystem,reducingthelaborintensityoftheworkers.Threepartsusedinparallelprocessingprogrammes,toenabletheprocessingofthethreepartsofamobiletimeandimproveworkefficiency.Inshort,withthefixturefortheuseandfurtherimprovementcaneffectivelyshortentheprocesstimetomeettheevolvingneedsofproduction.

Keywords:

positioning,clamping,hydraulic

第一章概述

1.1夹具的特点

机床夹具通常是指装夹工件用的装置:

至于装夹各种刀具用的装置,则一般称为“辅助工具”。

辅助工具有时也广义地包括在机床夹具的范围内。

按照机床夹具的应用范围,一般可分为通用夹具,专用夹具和可调整式夹具等。

通用夹具是在普通机床上一般都附有通用夹具,如车床上的卡盘,铣床上的回转工作台,分度头,顶尖座等。

它们都一标准化了,具有一定的通用性,可以用来安装一定形状尺寸范围内的各种工件而不需要进行特殊的调整。

但是,在实际生产中,通用夹具常常不能够满足各种零件加工的需要;或者因为生产率低而必须把通用夹具进行适当的改进;或者由于工件的形状,加工的要求等的不同须专门设计制造一种专用夹具,以解决生产实际的需要。

专用夹具是为了适应某一工件的某一工序加工的要求而专门设计制造的,其功用主要有下列几个方面:

1.保证工件被加工表面的位置精度,例如与其他表面间的距离精度,平行度,同轴度等。

对于外行比较复杂,位置精度要求比较高的工件,使用通用夹具进行加工往往难以达到精度要求。

2.缩短了工序时间,从而提高了劳动生产率。

进行某一工序所需要的时间,其中主要包括加工工件所需要的机动时间和装卸工件等所需要的辅助时间两部分。

采用专用夹具后,安装工件和转换工位的工作都可以大为简化,不再需要画线和找正,缩短了工序的辅助时间并且节省了画线这个工序,从而提高了劳动生产率.在生产中由于采用了多工件平行加工的夹具,使同时加工的几个工件的机动时间将与加工一个工件的机动时间相同。

采用回转式多工位连续加工夹具,可以在进行切削加工某个工件的同时,进行其它工件的装卸工作,从而使辅助时间与机动时间相重合。

总之,随着专用夹具的采用和进一步改善,可以有效地缩短工序时间,满足生产不断发展的需要。

3.采用专用夹具还能扩大机床的工艺范围。

例如在普通车床上附加镗模夹具后,便可以代替镗床工作;装上专用夹具后可以车削成型表面等,以充分发挥通用机床的作用。

4.减轻劳动强度,保障安全生产。

根据生产需要,采用一些气动,液压或其它机械化,自动化程度较高的专用夹具,对于减轻工人的劳动强度,保障生产安全和产品的稳质高产都有很大作用。

加工大型工件时,例如加工车床床身上,下两面上的螺孔,需要把床身工件翻转几次进行加工,劳动强度大而且不安全。

采用电动回转式钻床家具后,就能够达到提高生产效率,减轻劳动强度,保障生产安全的目的。

专用夹具在生产上起着很大的作用,那么是不是在任何场合都要设计和采用呢!

这个问题就是具体问题具体的分析。

上面说的关于专用夹具在生产中的作用,只是事物的一个方面。

另一方面,由于夹具的设计,制造和所用的材料等须消耗一定的费用,增加了产品的成本。

因之,在什么情况下采用什么样的夹具才是经济合算的,这是一个大问题,特别对于重大的,设计制造工作量大的专用夹具需与工人师傅等三结合共同研究解决。

事物总是一分为二的,专用夹具也存在缺点,即专用夹具的专用性和产品多样性的矛盾。

由于专用夹具只适用于一个工件加工的某一个工序,因而随着产品品种的不断增多,夹具数量也不断上升,造成存放和管理上的困难;而当某产品不再进行生产时,原来的夹具一般都无法重新利用,造成浪费.同时,专用夹具的设计生产时间周期长,与生产的迅速发展也有矛盾。

但是在当前成批生产的机械工厂中,多数还是采用通用机床加上专用夹具进行工件的机械加工。

可调整夹具是为了扩大夹具的使用范围,弥补专用夹具只适用与一个工件的某一特定工序的缺点,正在逐步推广使用可调整式的夹具。

可调整式夹具一般可分为标准化夹具,成组夹具和组合夹具等。

1.标准化夹具:

标准化夹具就是利用本厂已规格化了的部分或全部标准零件装配成的专用夹具。

专用夹具中的大件,如夹具体,以及定位元件,夹紧件和机械夹紧用的气缸部件等,经过标准化,尺寸规格化后有利于工厂成批准备配件,成批加工,这样可使夹具的设计,制造工作加快,节省费用。

另外,当产品更改,夹具不再使用时可以拆开,把标准零件保存起来,备以后使用。

2.成组夹具:

多品种,小批量生产的机械加工车间中,往往可以采用成组加工法。

采用成组加工法,是把多种产品的零件按加工所用的机床和刀具,夹具等工艺装备的共性分组,同一组的零件能在同一台机床上用共同的工艺装备和调整方法进行加工。

例如分成轴类,套类,盘类,齿轮,杠杆,支架类等各种零件。

成组夹具就是根据一组安装方法相类似的零件而设计的,只要稍作调整或更换夹具上的某些定位,夹紧件,就可以从加工某一工件转为加工另一工件。

3.组合夹具:

组合夹具是有一套专门设计制造,便于组装和拆卸的有各种不同的形状,不同尺寸规格并且有完全互换性和耐磨性的标准元件和合件所组成。

利用这些元件和合件,根据加工工件的需要可以组装成车,磨,铣,刨,钻,镗等工序用的各种不同的机床夹具。

夹具使用完毕,可以方便的拆开,洗净元件存放起来,留待以后组装新夹具时再用。

因之组合夹具是具有高度标准化和系列化元件的新型工艺装备。

关于组合夹具的问题,其设计原理基本相同。

在实际生产中应用的夹具很多,分类方法也有很多种。

通常还可按使用夹具的工序不同分为车床夹具,铣床夹具……等;还可以根据在机床上运动的特点归并成以下几类：

（1）车床类夹具:

包括车床,内外圆磨床,螺纹磨床用夹具,其特点是夹具与工件一起作旋转运动。

（2）铣床类夹具:

包括铣床,刨床,平面磨床等机床用夹具,其特点是夹具固定字工作台上,只作纵向或横向往复运动或回转运动。

（3）钻,镗床类夹具:

用于在钻床上钻,扩,铰等工序或在镗孔工序,其实就是夹具固定在机床上,刀具通过夹具上的导向装置进行送进运动。

上述的各种夹具都是固定在机床上的,但是在自动线加工中,有的夹具带着工件由生产线的输送装置,挨着每台机床逐步向前输送,这类夹具通常称为“随行夹具”。

自动线上的随行夹具除了完成工件的定位,支承和夹紧外,还带着工件沿自动线的加工机床进行定位（相对于每台机床的刀具位置）,夹紧,待加工完了再自动送至下一台机床加工,以便通过自动线的各台机床,完成工件的全部工序加工。

随行夹具主要适用于采用组合机床自动线加工,但又无良好的输送基面和定位基面的工件,以便将这种畸形工件先装夹于基面完整的随行夹具上,然后在通过自动线进行加工。

对一些有色金属等软件性材料的工件,虽然具有良好的输送基面,但为了保护工件的基面不受划伤,有时也采用随行夹具。

通用可调夹具,若产品中有若干零件具有相似性,有选用通用可调整夹具的可能,应进一步探索,应用下面三方面分析判断：

（1）工件结构要素的相似性,主要是被加工表面形式和部位的相似,工序内容和技术要求基本相似;能有相似或相同的定位基准和定位方式。

（2）有可能采用功能相同的定位方式和夹紧方式（包括夹紧动力源）。

（3）工件尺寸要素相似,如定位基准和外廓尺寸的近似程度,看能否使用,可调夹具结构紧凑,布局协调的夹具。

综上所述,机床夹具已成为机械加工中的重要装备。

机床夹具的设计和使用是促进生产发展的重要工艺措施之一。

随着我国机械工业生产的不断发展,机床夹具的改进和创造已成为广大机械工人和技术人员在技术革新中的一项重要任务。

1.2夹具的发展趋势

工业设计是人类社会发展和科学技术进步的产物，从英国莫里斯的“工艺美术运动”，到德国的包豪斯设计革命以及美国的广泛传播与推广，工业设计经过了酝酿，探索，形成，发展百余年的历史沧桑。

时至今日，工业设计已成为一门独立的专业学科，并且有一套完整的研究体系。

1980年国际工业设计协会理事会（ICSID）给工业作了明确定义：

“就批量生产的工业产品而言，凭借训练，技术知识，经验及视觉感受，而预示材料、结构、构造、形态、色彩、表面加工，装饰以新的品质和规格，叫做工业设计。

根据当时的具体情况，工业设计师应在上述工业产品全部侧面或其中几个方面进行工作，而且需要工业设计师对包装、宣传、展示，市场开发等问题的解决付出自己的技术知识和经验以及视觉评价能力时，这也属于工业设计的范畴”。

材料、结构、工艺是产品设计的物质技术基础，一方面，技术制约着设计；另一方面，技术也推动着设计。

从设计美学的观点看，技术不仅仅是物质基础还具有其本身的“功能”作用，只要善于应用材料的特性，予以相应的结构形式和适当的加工工艺，就能够创造出实用，美观，经济的产品，即在产品中发挥技术潜在的“功能”。

任何设计都是时代的产物，它的不同的面貌，不同的特征反映着不同历史时期的科学技术水平。

技术是产品形态发展的先导，新材料，新工艺的出现，必然给产品带来新的结构，新的形态和新的造型风格。

材料，加工工艺，结构，产品形象有机地联系在一起的，某个环节的变革，便会引起整个机体的变化。

1.3夹具的设计步骤

按在夹具中的作用,地位结构特点,组成夹具的元件可以划分为以下几类:

（1）定位元件及定位装置；

（2）夹紧元件及定位装置（或者称夹紧机构）；

（3）夹具体；

（4）对刀,引导元件及装置（包括刀具导向元件,对刀装置及靠模装置等）；

（5）动力装置；

（6）分度,对定装置；

（7）其它的元件及装置（包括夹具各部分相互连接用的以及夹具与机床相连接用的紧固螺钉,销钉,键和各种手柄等）；

每个夹具不一定所有的各类元件都具备,如手动夹具就没有动力装置,一般的车床夹具不一定有刀具导向元件及分度装置。

反之,按照加工等方面的要求,有些夹具上还需要设有其它装置及机构,例如在有的自动化夹具中必须有上下料装置。

在专用夹具设计中，除要考虑工件的定位、夹紧和夹具结构外，还需要进行夹具总图上尺寸公差及技术要求的标注，工件在夹具中的加工的精度分析，夹具的经济分析等。

1.对专用夹具的基本要求

（1）保证工件的加工精度专用夹具应有合理的定位方案，合适的尺寸、公差和技术要求，并进行必要的精度分析，确保夹具能满足工件的加工精度要求。

（2）提高生产率专用夹具的复杂程度要与工件的生产纲领相适应。

应根据工件生产批量的大小选用不同复杂程度的快速高效定位与夹紧装置，以缩短辅助时间，提高生产效率。

（3）工艺性好专用夹具的结构应简单、合理、便于加工、装配、检验和维修。

专用夹具的制造属于单件生产，当最终精度由调整或修配保证时，夹具上应设置修配结构，如适当的调整间隙、可修磨的垫片等。

（4）使用性好专用夹具的操作应简单、省力、安全可靠，排屑方便，必要时应设置排屑结构。

（5）经济性好除考虑专用夹具本身结构简单、标准化程度高、成本低廉外，还应根据生产纲领对夹具方案惊醒必要的经济分析，以提高夹具在生产中的经济效益。

2.专用夹具设计步骤

（1）明确设计任务与收集设计资料

夹具设计的第一步是在以知生产纲领的前提下，研究工件的零件图、工序图、工艺规程和设计任务书，对工件进行工艺分析。

了解工件的结构特点、材料；本工序的加工表面、加工要求、加工余量、定位基准和夹紧表面及所用的机床刀具、量具等。

其次是根据设计任务收集有关资料，如机床的技术参数，夹紧零部件的国家标准、部颁标准和厂定标准，各类夹具图册、夹具设计手册等，还可收集一些同类夹具的设计图样，并了解该厂的工状制造水平，以供参考。

（2）拟订夹具结构方案，绘制夹具草图。

1）确定工件的定位方案，设计定位装置。

2）确定工件的夹紧方案，设计夹紧装置。

3）确定其它装置及元件的结构形式，如对刀、导向装置等。

4）确定夹具体的结构形式及夹具在机床上的安装方式。

5）绘制夹具草图。

（3）进行必要的分析计算

工件的加工精度较高时，应进行工件加工精度分析，且计算定位误差。

有动力装置的夹具，需计算夹紧力。

当有几种夹具方案时，可进行经济分析，选用经济效益较高的方案。

（4）审查方案与改进设计

夹具草图画出后，应征求有关人员的意见，并送有关部门审查，然后根据他们的意见，对夹具方案作进一步修改。

（5）绘制夹具装配总图

夹具的总装配图应按国家制图标准绘制。

绘图比例尽量采用1：

1。

主视图按夹具面对操作者的方向绘制。

总图应把夹具的工作原理、各种装置的结构及其相互关系表达清楚。

夹具总图的绘制次序如下：

1.用双点划线将工件的外形轮廓、定位基面、夹紧表面及加工表面绘制在各个视图的合适位置上。

在总图中工件可看作透明体，不遮挡后面的线条。

2.依次绘出定位装置、夹紧装置、其他装置及夹具体。

3．标准必要的尺寸、公差和技术要求。

4．编制夹具明细表及标题栏。

（6）绘制夹具零件图夹具中的非标准零件均要画零件图，并按夹具总图要求，确定零件的尺寸、公差及技术要求。

第二章夹具的具体结构设计

2.1工件分析

下图所示为连杆的铣槽工序简图。

工序要求铣工件中间的一个通槽，槽宽45

mm，深10

mm，表面粗糙度值

为6.3

m。

先行工序以加工好的表面可作为本工序用的定位基准，即厚度为16

mm的两个端面和直径皆为φ13H8的两个孔，此两基准孔中心距为77

0.1mm，槽宽由刀具直接保证，槽深和位置要用夹具保证。

本次设计要求一次性加工3个工件，每次安装的基准都用两个孔和一个端面，并在上端面上进行夹紧。

图2-1铣槽工序简图

2.2工件的定位方案

在加工箱体、支架类零件时，常用工件的一面两孔作为定位基准，以使基准统一。

此时，常采用一面两销的定位方式。

这中定位方式简单、可靠、夹紧方便。

有时工件上没有合适的小孔时，常把紧固螺钉孔的精度提高或专门做出两个工艺孔来，以备一面两孔之用。

根据连杆铣槽的工序尺寸，形状和位置精度要求，工件定位时需限制六个自由度。

工件的定位基准和夹紧位置虽然在工序图上已经规定，但在拟定定位、夹紧方案时，仍然应对其进行分析研究，考查定位基准的学则是否能满足工件位置精度的要求，夹具的结构能否实现。

在铣连杆槽时，工件在槽深方向的工序基准是和槽相连的端面，若以次端面为平面定位基准，可以达到与工序基准相重合。

但是由于要在此面上开槽，那么夹具的定位面就势必要设计成朝下的，这就会给工件的定位夹紧带来麻烦，夹具的结构也较复杂。

如果选择与所加工槽相对的另一端面为定位基准，则会引起基准不重合误差，起大小等于工件两端面间的尺寸公差0.1mm。

考虑到槽深的公差较大（为0.4mm），还可以保证精度要求的。

而这样又可以使定位夹紧可靠，操作方便，所以应当选择工件底面为定位基准。

采用平面为定位元件。

在保证角度方面，以两孔为定位基准，可以做到基准重合，而且操作方便。

为了避免发生不比样的过定位现象，采用一个圆柱销和一个菱形销做定位元件。

工件以一面两孔为定位基准。

而定位元件采用一面两销，分别限制了工件的六个自由度，属

于完全定位。

如图2-2：

图2-2定位简图

2.3工件的夹紧方案设计

一、对夹紧装置的基本要求

机械加工过程中，为保持工件定位时所确定的正确位置，防止工件在切削力、惯性力、离心力及重力等作用下发生位移和振动，机床夹具应设有夹紧装置，将工件压紧夹牢。

夹紧装置是否合理、可靠及安全，对工件加工的精度、生产率和工人的劳动条件有着重大的影响，为此提出下列基本要求：

1）夹紧过程中，不能改变工件定位后占据的正确位置。

2）夹紧力的大小要适当，既要保证工件在整个加工过程中位置稳定不变、振动小，又要使工件不产生过大的夹紧变形。

3）夹紧装置的自动化和复杂程度应富裕生产类型相适应，在保证生产效率的前提下，其结构要力求简单，便于制造和维修。

4）夹紧装置的操作应当方便、安全、省力。

5）夹紧装置应具有良好的自锁性能，以保证源动力暴动或消失后，仍能保持夹紧状态。

夹紧的目的是保证工件在夹具中的定位，不致因工时受切削力，重力或伴生离心力，惯性力，热应力等的作用产生移动或振动。

夹紧装置是夹具完成夹紧作用的一个重要的而不可以缺少的组成部分，除非工件在加工过程中所受到的各种力不会使它离开定位时所需确定的位置，才可以设有夹紧装置。

夹紧装置设计的优劣，对于提高夹紧的精度和加工作效率，减轻劳动强度都有很大的影响。

分析各类夹具的基本功能要求可以将夹紧装置概括为两类：

第一类是性能要求，主要指定位唯一性、定位稳定性,夹紧稳定性及总体约束；第二类要求是夹具的结构刚性、成本及易操作性、易于维修等要求。

本设计目录中功能项包括夹紧对象特征项、加工信息特征及夹紧要求特征。

夹紧对象特征项目：

包括夹紧对象类型、材料、形状、体积、数量、物理特性、磁性、导电性、刚性等信息。

加工信息特征项：

加工类型、机加工、装配、检测、焊接等、加工参数、切削参数、运动参数、几何参数等。

夹紧要求特征项：

主要指性能要求，包括定位要求、定位基准选择，如特征点、特征面。

夹紧力大小、夹紧方向、夹紧行程、夹紧松开速率，自锁性等。

元件功能分析：

夹紧功能主要包括四种元功能：

定位功能、传动功能、执行功能和分度功能等辅助功能。

定位功能由定位元件完成，定位元件按定位面特征分为平面定位元件、圆孔定位元件、外圆定位元件。

传动功能由中间递力机构完成，该机构一般有三个作用；改变作用力的力一向、大小和自锁作用。

目前常用的有以下机构：

斜楔机构、螺旋机构、圆偏心机构、杠杆铰链机构、连杆机构、联动机构、对中机构、定心机构等。

设计夹紧装置时,应满足下述主要要求：

1.夹紧装置在对工件夹紧时，不应破坏工件的定位,为此，必须正确选择夹紧力的方向及着力点。

2.夹紧力的大小应该可靠，适当，要保证工件在夹紧后的变形和受压表面的损伤不致超出允许的范围。

3.夹紧装置结构简单合理，夹紧动作要迅速，操作方便省力，安全。

4.夹紧力或夹紧行程在一定范围内可进行调整和补偿。

二、夹紧力的确定

确定夹紧力的方向、作用点和大小时，应依据工件的结构特点、加工要求，并结合工件加工中的受力状况及定位元件的结构和不止方式来确定。

夹紧力的方向

夹紧力的方向应有住与定位正顶，且主夹紧力应朝向主要限位基面。

如图2-3所示：

夹紧力

直接朝向限位基面—支承板上面。

图2-3夹紧力FJ

夹紧力的作用点

夹紧力的方向确定后，应根据下述原则确定作用点的位置：

1）夹紧力的作用点应落在定位元件的支承范围内。

2）夹紧力的作用点应落在工件刚性好的方向和部位。

3）夹紧力的作用点应靠近工件的加工表面。

根据工件定位方案，可以考虑夹紧力的作用点及方向采用装配图中所示的方法（图2-3）较好。

工件以一面两孔的定位方式在支承板、圆柱销和菱形销上定位，按下液压系统启动按钮，启动液压缸以使其工作，当液压活塞杆在压力油的作用自下向上伸出时，顶起压紧板的外端向上运动，通过活节螺栓带动浮动杠杆绕铰链顺时针旋转，右端螺栓向下移动，使单副压板均匀地同时夹紧工件两端。

该夹具有三副压板，可同时加工三个工件。

2.4对刀具的对刀或导引方案

对刀元件主要由对刀块和塞尺组成，用以确定夹具和刀具的相对位置，对刀元件的结构形式取决于加工表面的形状。

本夹具采用侧装对刀块。

用对刀块调整刀具与工件待加工面的相对位置，适用于加工精度不超过IT8级，本方案采用侧装对刀块，用螺钉，销钉固定在夹具体上。

使用对刀元件对刀时，在刀具和对刀块之间用塞尺进行调整，以免损坏切削刃或造成对刀块过早磨损。

本次设计采用平塞尺，其基本尺寸s为5mm，公差按h6制造。

标准对刀块的材料为20钢，渗碳深度为0.8-1.2mm，淬火硬度为55-60HRC。

标准塞尺的材料为T8，淬火硬度为55-60HRC。

2.5夹具在机床上的安装方式以及夹具体的结构型式

一、夹具在机床上的安装，一般有两种形式，一种是安装在机床工作台上（如铣床、镗床、钻床等）；另一种是安装在机床的回转主轴上（如车床、磨床等）。

本夹具通过定向键与机床工作台T形槽的配合使夹具上的定位元件表面对工作台的送进方向具有正确的相对位置。

定向键与夹具体上键槽的配合选择为

，两个定向键间距为435mm。

夹具安装时，为了避免定向键与T型槽间配合间隙对安装精度的影响，在精度要求较高时，可以将键紧靠在工作台T型槽精加工的一侧，使夹具上定位元件的工作表面相对于工作台的进给方向具有正确的位置。

夹具体与机床的安装方式如下图所示。

定向键的材料多为45钢，淬火至43-48HRC。

图2-4耳座

铣床夹具与工作台的连接部分称为耳座，因连接要牢固稳定，故夹具上耳座两边的