管状零件内涨夹具设计说明书讲解

专业课程综合设计说明书题目管状零件内涨夹具设计院(系)别机电及自动化学院专业机械电子2班级别2010级学号1011113042姓名肖晓杰指导老师郑亚青老师华侨大学机电及自动化学院2014年1月目录第1章、设计任务介绍 (2)1.1零件的工艺分析 (3)1.2零件生产类型 (3)1.3夹具设计任务简述 (3)第2章、夹具设计 (3)2.1方案选择 (4)2.2定位误差分析与计算 (5)2.3夹具的夹紧力分析 (7)2.4夹具体各个非标零件的确定 (9)2.5各个非标零件表面粗糙度值、形位公差和尺寸公差的确定 (12)第3章、夹具在机床上的安装与调整过程分析 (12)第4章、夹具设计的注意事项 (13)第5章、夹具优缺点 (13)第6章、设计小结 (14)参考文献 (15)第1章、设计任务介绍1.1零件的工艺分析下图为某工厂需要生产的管状工件。

该工件毛坯沿轴线方向整个外圆表面在数控车床上一次加工完成；该工件上∅90、∅95、∅98、∅100等4处有规定长度的直径部位，表面粗糙度应达到0．8um，需上磨床磨削；中段及尾段各有25 mm及15 mm 长的两段螺纹有待加工；最后有一段57 mm长的花键需要加工。

这些部位均有同轴度要求。

1.2零件生产类型工件毛坯为模锻成型，沿轴线方向整个外圆表面在型号CK6140数控车床上一次加工完成。

为满足成批生产，针对该工件的加工工艺需设计一套夹具来保证工件的加工质量，同时又能提高生产效率。

1.3夹具设计任务简述夹具是工艺装备的主要组成部分，很大程度上影响着机械产品的质量、生产率及生产成本。

机械行业国内外市场竞争的日趋激烈，以及数控机床和加工中心的普遍使用，快速工装准备显得尤为关键。

使用夹具可以提高工件的加工精度并保证零件的互换性，提高劳动生产率；同时可以降低劳动强度，改善工人的劳动条件；使用夹具还可以扩大现有机床的应用范围，充分利用现有的设备资源。

由于市场的竞争越来越激烈，产品推向市场的周期越来越短，产品更新换代的速度越来越快，因此必须在最短的时间内设计并制造出结构简单、夹紧点固定、夹紧力可靠、能减少工人劳动强度和人为因素的不稳定性的夹具。

第2章、夹具设计夹具的设计不宜太复杂，在保证质量的生产率的前提下，应尽量简化结构，做到经济合理。

该工件的通身需在数控车床上一次加工到预定尺寸，所以夹持内孔成了唯一可行的方案。

2.1方案选择方案一：方案分析：该夹具以M12螺纹杆为夹具中心，四根压杆与压片和圆弧柱体压轴通过铰链连接。

右侧M12螺母固定，当工件装上后，通过锁紧与拧松左侧M12螺母，使压轴向内外移动。

当锁紧时，压轴向外移动，通过螺母作用使夹紧力向外，涨紧内孔，从而夹紧工件，达到装夹目的。

同时，加工时工件右侧用顶尖顶住。

当工件加工完毕，螺母拧松，压轴向着轴心方向运动，从而松开工件。

但是，该方案不太合理，因为压轴面积相对较小，向外的夹紧力会使管件内壁受一些集中应力作用，管状零件在数控车床上加工时易出现变形，导致不符合工件加工要求。

同时，由于管件内壁直径较小，四根压杆较细，若螺母预紧力较大，压杆强度无法保证。

方案二：方案分析：该夹具通过联接盘3与数控车床夹盘头部联接。

利用M20螺母1控制心轴8左右移动，当工件装上后，螺母带动心轴向左移动，三个夹爪9在心轴的斜面作用下沿槽向外运动，涨紧内孔，准确夹持工件；当工件加工完毕，螺母控制心轴向右运动，夹爪向着轴心方向运动，从而松开工件。

由于该工件的轴向尺寸相对径向尺寸比例较大，在加工过程中为防止轴线变形，一端为内孔夹持的同时，另一端要用顶尖11顶住。

该工件轴向尺寸比较大，在夹持工件时为防止轴线偏斜，要先加工出左边内孔及左端面，作为粗基准。

上数控车床加工时，用此内涨夹具夹持左内孔并将左端面靠紧定位衬套6。

这种机床夹具设计方案是合理的，因为一方面它保证了加工基准与定位基准，误差较小，能够满足要求。

综合上述分析，管状零件内涨专用夹具设计采用方案二。

2.2定位误差分析与计算该夹具定位时，由心轴顶住夹爪向外，使管状零件内孔受4个自由度限制，再由工件左侧的定位衬套补充定位，总共限制5个自由度（除绕X轴旋转自由度未限制外），属于不完全定位，但是是合理定位，满足加工要求。

定位误差是由于定位不准确而引起加工表面相对工序基准在工序尺寸方向上的最大位移量，以dw ∆表示。

定位误差由基准不重合误差jb ∆和定位基准位移误差jw ∆两部分组成。

基准不重合误差由工序基准与定位基准不重合引起的，其大小为工序基准与定位基准之间的尺寸在工序尺寸方向上的最大变化量。

定位基准位移误差是由于定位副制造不准确或间隙配合引起定位基准在工序尺寸方向上的最大变化量。

基准不重合误差jb ∆分析（此时，暂不考虑定位副制造误差和间隙配合，及定位孔径与工件孔径完全重合）：由于待加工件是管状零件，加工外圆，其定位基面是管状零件70Φ内孔，由心轴、夹爪、定位衬套组成的定位基准是中心轴线，而工序基准是管状零件中心轴线，即工序基准与定位基准重合，故不存在基准不重合误差，即基准不重合误差0=∆jb 。

定位基准位移误差jw ∆分析：由于心轴和夹爪要插入管状零件内孔，故它们与零件的配合方式是间隙配合，必然存在由配合间隙引起的定位基准位移误差。

加工时，工件以孔中心线为定位基准在水平放置的心轴上定位，由于工件受重力的作用使工件定位孔与心轴和夹爪在上母线处接触，且非标准零件心轴与夹爪子都存在制造误差，心轴与本体的配合代号为7740h H Φ，本体与管件内孔的配合代号为7870h K Φ，心轴外径mm 0025.040-Φ本体内径mm 025.0040+Φ本体外径mm 0030.070-Φ管状零件内径mm 007.0039.070+-Φ故定位基准位移误差jw ∆为mmT T T jw 063.0046.021030.021025.021025.02121212121=⨯+⨯+⨯+⨯=+++=∆管内本外本内轴外 所以，定位误差dw ∆=基准不重合误差jb ∆+定位基准位移误差jw ∆mm 063.0063.00=+= 查阅资料可知，工件加工允许误差mm 17.0=∆允许，则有允许∆<∆dw ，故该定位方案合理。

2.3夹具的夹紧力分析（1）夹紧机构：根据成批生产的类型所设计的该管状零件内涨夹具，采用的夹紧方式是螺旋夹紧机构方式，当工件装上后，M20螺母带动心轴向左移动，三个夹爪9在心轴的斜面作用下沿槽向外运动，涨紧内孔，准确夹持工件；当工件加工完毕，螺母控制心轴向右运动，夹爪向着轴心方向运动，从而松开工件。

由于工件和夹具一起随着主轴旋转，工件除受切削力作用外，还受到离心力作用，故要求夹紧装置产生的夹紧力足够。

在该夹具设计中特意将夹爪设计成长方形块状，与管状零件的轴向接触长度为40 mm ，以保证比较长的接触长度；其次在夹爪上设计出夹角为60°的沟槽，增大夹爪表面与工件接触表面之间的摩擦系数，从而增大夹持力。

（2）夹紧力的确定：方法一（查表法）：由于该夹具运用螺旋夹紧机构，其夹紧力可通过查《机床夹具设计手册》（1979年7月，上海科学出版社，东北重型机械学院、洛阳农业机械学院、长春汽车厂工人大学 编 ） 表2-18可知，用扳手的M20六角螺母的夹紧力计算： 螺纹公称直径（mm ）螺纹中径(mm) 手柄长度(mm) 手柄上作用力 产生的夹紧力 2018.37624010KgF=98N806KgF=7898.8N方法二（计算法）：夹紧力计算的一般公式为：()11ϕβαtg r tg r LP W ⨯'++⨯⨯=；式中：W---工作夹紧力（公斤力）；P---手柄上的外加力；L---手柄长； r---螺纹中经；α---螺纹升角；rttg ⨯=πα2；t----螺纹螺距； β1--螺纹配合面的摩擦角（实际计算β1可取8.5°）； 1ϕ---旋转接触面的摩擦系数，可取1ϕtg =0.15； r '---摩擦力炬的半径，与接触处的形状有关。

（3）夹紧力的校核其中，主切削力 FC n C Y X PFC C K V f C F FC FC FC⋅⋅⋅⋅=.81.9α 取加工材料为铸钢，刀具材料为高速钢，加工方式为外圆纵车，各系数取最大值：mm p 5=α，r mm f /5.0=，min /105m v c =修正系数2.1=FC K ，则最大主切削力NK fK V f C F FC p FC n C Y X P FC C FC FC FC 71.62992.115,0518081.9118081.9.81.975.075.00.1max =⨯⨯⨯⨯⨯=⨯⨯⨯⨯⨯=⋅⋅⋅⋅=αα而夹紧力N F N F C 71.62998.7898max =>=故该夹紧力完全可以满足要求，该夹紧机构合理。

2.4夹具体各个非标零件的确定(1)零件图1：联接盘 材料：ZG230-450热处理：表面渗碳淬硬至58-62HRC(2)零件图2：本体 材料：45钢 热处理：35-40HRC(3)零件图3：心轴材料：45钢热处理：表面渗碳淬硬至58-62HRC为配合夹爪的伸缩运动，在控制其运动的心轴上设计出三个斜面，呈间隔120。

对称分布，如下图所示。

为保证夹爪伸缩时的尺寸一致，用铣刀加工这三个斜面时必须保证在任一截面上，三等槽至芯轴外圆所要求的尺寸公差为±0．02 mm。

这三个斜面用铣刀加工在工艺性方面较优越。

(4)零件图4：紧固压板材料：HT200热处理：35-40HRC(5)零件图5：定位衬套材料：20钢渗碳、淬火、回火54-60HRC渗碳深度0.8-1.2mm(6)零件图6：夹爪材料：45钢渗碳、淬火、回火54-60HRC渗碳深度0.8-1.2mm夹爪设计成矩形块状如下图所示。

安装时将心轴插入本体，放置矩形夹爪，然后用橡皮圈将三个夹爪紧固住，以防止夹爪从槽中掉出。

由于工件和夹具一起随着主轴旋转，工件除受切削力作用外，还受到离心力作用，故要求夹紧装置产生的夹紧力足够。

在该夹具设计中特意将夹爪设计成长方形块状，与管状零件的轴向接触长度为40 mm，以保证比较长的接触长度；其次在夹爪上设计出夹角为60。

的沟槽，增大夹爪表面与工件接触表面之间的摩擦系数，从而增大夹持力。

夹爪三个为一组，一组夹爪中高度必须一致。

所以加工时先由钳工在圆棒料上划线，标出三个夹爪的矩形凸起部位。

然后用铣刀铣掉不必要的材料，保留夹爪的矩形凸起部分，但不把矩形夹爪切割下来，而是仍然保留在棒料上。

加工出夹爪表面的60°沟槽后进行热处理，上磨床加工外圆，最后把夹爪切割下来。

然后完成176°±5’的斜面的加工以及各配合面的磨削加工。

2.5各个非标零件表面粗糙度值、形位公差和尺寸公差的确定由于该管状零件的生产类型是成批生产，且其中零件图中有位置公差同轴度的要求，值均为0.03，为保证工件加工精度要求，经分析，对通用机械而言，定联接盘的公差等级为IT8，本体的公差等级为IT7，心轴的公差等级为IT7，紧固压板的公差等级为IT8，定位衬套的公差等级为IT7，夹爪的公差等级为IT6。