组合夹具的设计和组装实验报告

组合夹具的设计和组装实验报告

精04 张为昭 2010010591 指导老师：冯平法

一、实验目的

1.强化机床夹具在机械加工中的重要作用。在机械加工过程中,将工件准

确定位并牢固地夹持在一定的位置;加深工件定位与夹紧的概念,定位——工件

相对于机床和刀具占有正确的加工位置称为工件的定位;夹紧——把工件定位后牢固地夹紧,以保持工件既定的正确位置在加工过程中稳定不变称为工件的夹紧。

2.深入理解六点定位原理、过定位、欠定位、完全定位、不完全定位、工序基准、定位基准、测量基准、设计基准等基本概念。

3.了解组合夹具的工作原理。组合夹具是由一套结构与尺寸标准化、系列化、通用化的元件或合件构成的具有一定柔性的、可重复使用的模块化夹具。

4.了解组合夹具的主要特点。专用夹具从设计→制造→使用→报废,是一单向过程,组合夹具从组装→使用→拆卸→再组装→再使用→再拆卸,是一循环过程柔性、可重复使用、生产准备周期短是组合夹具的最大优点。一次性投资大、夹具体积与重量大、刚性差是组合夹具的主要缺点。

5.了解组合夹具的适用范围。适合多品种小批量生产,新产品试制,临时紧急或短期生产,多用于普通加工机床,数控机床上也有使用的。

6.了解组合夹具的元件分类与基本功能。组合夹具元件包括:基础件、支承件、定位件、导向件、压紧件、其它件和合件。

7.学会组合夹具设计的基本要求及基本组装知识。

8.了解组合夹具的精度与刚度概念。

二、实验内容和步骤

1.预习机床夹具基本知识,掌握六点定位基本原理。

2.预习组合夹具基本知识,熟悉槽系组合夹具元件分类、功用及相互连接方法。

3.掌握槽系组合夹具组装的基本技能和技巧。

4.分析零件技术要求,首先分析清楚零件有那些表面要加工,各个表面以及各个表面相互间都有那些技术要求,然后每一个小组（2—3 人）选定某一个工序,确定相应的加工方法,要求选择具体的加工设备,为其设计组装一套槽系组合夹具。本次实验所选零件共3个,分别是汽车刹车油泵的一个主要零件,分油泵零件和拨叉,均为不规则零件。提供了相应零件图(见附图)及毛坯或半成品。

5.选择定位基准,符合粗精基准选择原则。

6.确定零件定位方案,运用六点定位原理选择合理的定位方案,要满足零件

加工要求。

7.画出初步的夹具草图。图上能反映出不同类机床夹具(车床夹具、铣床夹具、钻床夹具等)的主要组成部分(夹具体、定位元件、夹紧元件、对刀元件、导向元件等)。我们已经为三个零件的重要工序设计了相应的夹具样板,并拍摄成照片供同学们参考,希望同学们不要照搬这些夹具样板的设计方案,尽量能够想自

己的方案。

8.为所设计的夹具选定合适的夹具元件。各种夹具元件的尺寸和形状可以

参考实验室的挂图,每个夹具元件按照其分类及尺寸规格,均有相应的编号,编号已经刻在元件上,便于查找和图纸对应。

9.按照合理的组装次序装配好夹具,一般要先装基础件,再装支承件、定位件、导向件,最后安装工件并夹紧。

10.分析夹具结构是否合理。分析工件装卸、夹紧、排屑是否方便,夹具与刀具和机床是否发生干涉,夹具体积、重量、安全等是否符合使用要求。

11.分析夹具的定位精度及刚度,判断夹具是否满足使用要求。

三、实验结果及分析

本次实验针对汽车上的制动总泵主体的工序3进行。

1.零件功能与技术要求分析(附零件图)。

制动总泵的零件图如下所示。

制动总泵零件图

制动总泵的功能是：当进行制动操作时，制动踏板作用于活塞推动液压

油经过f34的孔通过四个f10的斜孔流向四个轮毂，使制动分泵工作产生制动效果。制动液压油通过两个f20的孔进行回收和补充。

技术要求分析：（1）f41的外圆、内孔及端面为重要的工作和连接部分，

需要进行加工；（2）端面上有两个f8的孔用于固定，需要在毛坯上加工出来；（3）f20的孔及其所在平面为重要的工作和连接部分，需要进行加工；（4）f10

的斜孔为重要工作部分，需要进行加工。

2.制定出零件大致的加工工艺(加工过程),细化到工序即可,实际上就是

要确定零件加工工序。

依照技术要求，加工工序为：（1）加工直径为φ41的外圆、内孔以及端面：（2）钻两个直径为φ8的位于端面上的孔；（3）加工平面以及两个直径为φ20的孔;（4）加工4个直径为φ10的斜孔。

3.选定一个工序,确定加工方法,并选择具体加工设备(机床)和装备(夹

具及刀具),要说明理由。

选定制动总泵加工工序3。为保证在同一机床上完成整个工序以简化加工过程，加工设备选为既可车端面又可钻孔的车床，首先用普通车刀车端面（待加工平面），然后用麻花钻钻孔。

4.按照粗精基准选择原则选择合理的定位基准,初步分析定位误差。

依照粗精基准选择原则，选择已加工的f41的外圆为定位基准采用V型块进

行定位。由于夹具精度较高，故不考虑夹具本身的精度问题，参照教材P326，加工平面可类比为铣键槽，零件图中的尺寸标注类似于教材P326的尺寸H1标注法，则定位误差：

e DH1=

d D

sin(a/2)

=

0.1

sin(a/2)

mm

其中a为V型槽两条边的夹角。可见a越大，定位误差越小。

5.确定详细的定位方案,简述理由。

取X为水平面内垂直零件对称轴线的方向，Y为零件的对称轴方向，Z为竖直方向。要完成工序3的加工，需要限制零件X,Y,Z,X,Y,Z方向的自由度。因此，选择短V型块对f41的外圆和端面定位限制X,Z,X,Z方向的自由度，选择固定顶尖限制零件另一端X,Y,Z方向的自由度，与V型块共同限制零件X方向的自由度。选择盲螺孔小菱形定位销限制端面f8孔Z方向的自由度，与V型块和顶尖共同限制零件Y方向的自由度。

6.画出夹具草图,要表示出夹具体、定位元件、夹紧元件、对刀元件、导

向元件等。

夹具草图如下所示。

夹具草图

7.给出夹具元件组装次序。

（1）将导向元件（用于钻孔时使孔的中心对准主轴轴心用）安装在夹具体上；（2）按照计算的尺寸安装V型块，至导向元件；（3）按照计算的尺寸，组装定位夹板及固定螺栓，并依照V型块的位置安装至导向元件；（4）按照计算的尺寸，组装移动平台和盲螺孔小菱形定位销并安装在导向元件上；（5）按照计算的尺寸，组装顶尖并安装在导向元件上。

8.夹具结构合理性分析,工件装卸、夹紧、排屑是否方便,夹具和刀具与

机床是否发生干涉,夹具体积、重量、安全等是否符合使用要求。

此种夹具可以在一台车床上完成所需的平面和孔的加工，排屑较为方便，且

固定较紧，安全程度较高，但车平面的时候，车刀和固定夹板可能会发生干涉，因此需要仔细设计夹板的厚度，同时夹具的重量和体积也较大，不如专用夹具。

9.夹具定位精度与刚度分析。

该夹具的组成零件本身精度、刚度较高，由于是槽定位，所以组合后的尺寸

也可以调整至完全满足加工零件的要求，但同时因为是槽定位，夹具组合后的精

度较低，而且组装时要保证固定各个零件的螺栓有足够的预紧力以使夹具整体刚

度较高且使用中不会松脱。

10.实验总结(收获、建议或意见)。

收获：通过这次实验，我们认识和学习了组合夹具的使用方法。这是一种我

们过去没有见过的夹具，有着很强的扩展性，可以适于加工不同的零件。但它也

存在一定的不足，比如说结构较复杂，体积重量大等，因此只适用于小批量生产。

在未来的学习和工作中，我们要注意在合适的场合选用这种夹具来改善加工的质量，成本等重要因素。

建议和意见：希望实验室能提供更多的标准件，让我们能够有自行设计夹具

的可能，从而加深我们对组合夹具的理解。或者实验室能直接提供同一种加工工

序用组合夹具进行的多种不同加紧方案，这样不仅可以不用提供给学生过多的标

准件，也能在一定程度上加深我们对组合夹具使用灵活性的了解。

四、实验注意事项

1.要爱护夹具元件、量具及有关工具,操作过程中要轻拿轻放,避免磕碰。

2.拧紧螺母的力量不要过大。

3.搬动重量较大元件时要十分小心,注意砸脚、砸手。

4.实验结束后,应将元件、工量具清理干净。

五、思考问题

1.通过本次实验,您认为组合夹具有哪些优点?有哪些缺点?

优点：可适用各种不同零件不同工序的加工，且用完后可拆卸易于保存。

缺点：体积、重量较大，且安装时要求高以防止使用时夹具零件松脱。

初期投资大,但由于其可重复长期使用,最终成本不高。

2.组合夹具适用那些加工范围?

适用于单件、小批生产以及新产品试制。

3.组合夹具分为槽系和孔系两大类，二者比较,各有何优缺点?

槽系：通过键在槽中的定位就能决定元件在夹具中的准确位置,元件之间

再通过螺栓连接和紧固。由于槽无限位，故槽系组合夹具具有很好的可

调整性，装配灵活性高，但装配过程中需要较多的测量和调整，且槽和

健配合精度及可靠性较低。

孔系：元件刚度高,夹具整体刚度也高,适合数控机床大切削用量要求, 提高了生产效率。用孔代替了槽,元件结构刚度提高。制造成本低。组装

时间短只需将孔对准用螺钉紧固即可。组装简单容易,对工人熟练程度要

求也低。定位可靠,孔系元件之间由一面两销定位。元件上任何一个孔均

可方便的作为数控加工时的坐标原点。装配灵活性差,元件位置不便作无

级调节,元件品种数量比槽系少。

4.就组合夹具设计来看,有什么高效率的设计手段?

通过将组合夹具的标准件按定位功能（限制的自由度）和尺寸进行分类，

在设计时就可以依照需要的尺寸和定位要求来选择标准件进行组装。此

种方法尤其适合通过计算机来进行标准件组装设计。

5.通过本次实验,你对机床夹具与机床的互补关系有何新的认识?

夹具和机床是相互配合的，同一种加工工序，使用的机床不同，夹具也不桶，同时使用的夹具不同（体积、尺寸、结构等），需要的机床大小及结构也不同。