三爪卡盘增力机构夹具设计设计说明书

1、毕业设计（论文）课题名称三爪卡盘增力机构夹具设计专业名称机械设计与制造及其自动化所在班级学生学号学生姓名指导教师完成日期： 2006 年5月摘要本论文设计一种在三爪卡盘上加装摆动式液压缸和平面螺旋机构的螺旋摆动式液压缸增力机构的结构。传统的机床如车床、铳床 上三爪卡盘的工作一般依靠工人用手工进行夹紧，这不但增加了工人 的劳动强度，而且所需夹紧力非常大，还常常有夹不紧的情况，阻碍 了生产率的提高。通过在三爪卡盘加装摆动式液压缸和平面螺旋机构 构成螺旋摆动式液压缸增力机构，可实现与原有卡盘体的较好结合，并使外加压力能转换成圆周运动，且其结构简单，工作可靠，能达到较 高的增力比，具有良好的经济性和可

2、行性。关键词 三爪卡盘，液压缸，夹具，增力目录第1章.选题背景51.1 夹具的特点1.2 研究夹具的目的和意义1.3 夹具的国内外现状和发展趋势1.4 夹具的基本结构和原理第2章.三爪卡盘螺旋摆动式液压缸增力机构的结构和原理 10第3章.主要参数确定与结构计算 113.1 液压腔的结构设计3.2 转子叶片数的设计3.3 摆动角的设计3.4 定子圆柱活塞杠面积的设计第4章.凹槽轮廓线的设计 134.1 轮廓面段数的确定4.2 活塞杠升程的确定4.3 参数8 1的设计4.4 参数b的设计第5章.夹具在安装和操作时应注意的事项 165.1 夹具的安装5.2 夹具在操作时应注意的事项第6章.夹具的经济

3、效益分析 18第7章.单工位夹具与成组夹具的分析 197.1 定位基准与定位元件的选择7.2 夹紧元件与夹紧力的选择7.3 夹具基体的设计夹具基体7.4 机壳成组夹具结构第8章.误差分析 238.1 定位误差分析8.2 装备误差分析第9章.机床夹具公差的综合设计理论与方法 25结束语 32附录1参考文献刖百随着我国改革开放的不断深入,市场经济体系的不断完善，我国工业逐渐向成熟化发展。在整个机械工业中，设计在其中占有的地位日益显现出 来。工业设计主要包括三个方面的内容。第一是产品设计 ，第二是与产品有关的 视觉传达设计，如产品的包装、商业广告等平面设计。第三是由产品设计扩展的 环境设计.如产品的

4、展示与陈列，商品橱窗设计以及室内设计等。产品设计作为工业设计的核心，它涉及的面广，从人们的衣食住行，到社会的各 行各业，产品设计无时不有，无时不在。产品设计的对象既包括一般的日用生活 制品，也包括工业生产的机床，加工工具；既包括家用小电器产品，也包括专业 的仪器，仪表；既包括私有的自行车，摩托车，也包括大型的汽车，飞机等交通 工具；“从口红到宇宙飞船”都是属于产品的设计的范畴，本论文主要针对加工 工具设计，在一定范围内又称“加工辅助设计”，即机床夹具体的设计。本论文设计一种在三爪卡盘上加装摆动式液压缸和平面螺旋机构的螺旋摆动 式液压缸增力机构的结构。传统的机床如车床、铳床上三爪卡盘的工作一般依

5、靠 工人用手工进行夹紧，这不但增加了工人的劳动强度，而且所需夹紧力非常大，还常常有夹不紧的情况，阻碍了生产率的提高。通过在三爪卡盘加装摆动式液压 缸和平面螺旋机构构成螺旋摆动式液压缸增力机构，可实现与原有卡盘体的较好 结合，并使外加压力能转换成圆周运动，且其结构简单，工作可靠，能达到较高的 增力比，具有良好的经济性和可行性。第1章选题背景1.1夹具的特点在机床上加工工件时，我们可以看到两种不同的情况：一种是用划针或指 示表等量具，按工件的某一表面，或者按工件表面上所划的线进行找正，使工件在 机床上处于所需要的正确位置，然后夹紧工件进行加工；另一种是把工件安装字 夹具上进行加工。为了在工件的某一

6、部位上加工出符合规定技术要求的表面，一般都按工件的结构形状，加工方法和生产批量的不同，采用各种不同的装置将工 件准确，方便的而可靠地安装在机床上，然后进行加工.这种用来安装的工件以确 定工件与切削刀具的相对位置并将工件夹紧的装置称为“机床夹具”。在实际的生产中，例如活塞，连杆的生产线上，几乎每道工序中都采用了夹具。十分明显 ， 如果不采用夹具，不但工件的加工精度难以保证，而且加工生产率也会大大降低， 有时甚至会造成无法加工的情况。除了机床加工时需要使用夹具外，有时在检验， 装配等的工序中也要用到夹具，因之在这种场合中用到的夹具可分别称为“检验 夹具”和“装配夹具”。机床夹具通常是指装夹工件用的

7、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，铳床上的 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

8、某一工件的某一工序加工的要求而专门设计制造的，具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

9、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， 第5页总之，随着专用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 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链模夹具后，便可以代替链床工作；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

10、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

11、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

12、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 ，第6页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

13、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，铳，包山钻,链等工序用的各种不 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

14、常还可按使用夹具 的工序不同分为车床夹具，铳床夹具等；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）铳床类夹具：包括铳床，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，链床类夹具：用于在钻床上钻，扩，钱等工序或在链孔工序,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

15、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

16、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）。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 研究夹具的目的和意义机床夹具设计是工艺装备设计中的一个重要组成部分，是保证产品质量和提高劳动生产率的一项重

17、要技术措施。在设计过程中应深人实际，进行调查研究， 吸取国内外的先进技术，制定出合理的设计方案，再进行具体的设计。而深入生 产实际调查研究中，应当掌握下面的一些资料：1 .工件图纸；详细阅读工件的图纸，了解工件被加工表面是技术要求， 该件 在机器中的位置和作用，以及装置中的特殊要求。2 .工艺文件：了解工件的工艺过程，本工序的加工要求，工件被加工表面及 待加工面状况，基准面选择的情况，可用机床设备的主要规格，与夹具连接部分 的尺寸及切削用量等。3 .生产纲领：夹具的结构形式应与工件的批量大小相适应，做到经济合理。4 .制造与使用夹具的情况，有无通用零部件可供选用。工厂有无压缩空气站； 制造和使

18、用夹具的工人的技术状况等。夹具的出现可靠地保证加工精度，提高整体工作效率，减轻劳动强度，充分 发挥和扩大机床的工艺性能。1.3 夹具的国内外现状和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

19、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”。第8页材料、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

20、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。1.4 夹具的基本结构和工作原理按在夹具中的作用，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

21、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。第2章三爪卡盘螺旋摆动式液压缸增力机构的结构及原理设计本设计是在三爪卡盘的结构基础上增设一个液压机构来实现夹紧省力的，设计方案如图1所示，主要是在原有结构的基础上增加了一个螺旋盘，一个摆动 油缸及柱塞等。大锥齿轮背面加工出凹槽，圆柱活塞一端与槽配合，另一端装在 液压缸定子叶片的孔中，端部装有弹簧，柱塞在弹簧作用下，一端始终与凹槽接 触。工作时利用转动杠转动小锥齿轮

22、2带动大锥齿轮3,当卡爪7未接触工件时， 圆锥螺旋弹簧5所受载荷较小，圆柱活塞4与大锥齿轮3无相对运动，缸体6随之一 起转动，卡爪7径向移动，接近工件，此为空行程。当卡爪7接触工件后，所受阻力激 增，进1.卡盘体端盖2.小锥齿轮3.大锥齿轮 4.圆柱活塞5.圆锥螺旋弹簧 6.液压缸体 7.卡爪 8.定子叶片9.换油机构10.转子叶片11.缸体端盖12.液压油 13. 卡盘体图2-1卡盘结构方案简图给激减，继续转动手柄，活塞4受力增大，当其达到一定程度时，圆锥螺旋弹簧 5 被压缩，活塞4与大锥齿轮3产生相对运动，活塞4向定子孔中运动，液压油12被 加压缩，液体推动转子叶片10旋转，卡爪7径向微进

23、给，此为夹紧行程。当大锥 齿轮3继续旋转至某一角度，活塞4将复位，继续转动，将重复上一次的运动直到 把工件完全夹紧。第3章主要参数确定与结构计算第1 #页以下以在kz32m卡盘基础上增设一个螺旋摆动式液压机构为例进行分析。3.1 液压腔的结构设计根据其具体的安装条件和强度刚度要求，拟对其尺寸初步取：外壁厚：ni=16mm内壁厚：n 2=8mm油腔宽：a=30mm空隙宽：x=1mm故液压腔的面积：s尸a(d/2-d/2-l1-l2-x-n1-n2)=1350mmi (1)其中：卡盘体大径d=320mm小径d=100mm卡盘体外壁厚li=25mm卡盘体内壁厚l2=15mm3.2 转子叶片数的设计摆

24、动缸中转子叶片的作用是得到尽可能大的扭矩，其输出扭矩的表达式为：m=zb(d12-d12)pym (n.m) ( 2)其中z:叶片数 b :轴间宽度 d i：油腔大径d i：油腔小径 p :进油口压力(pa) ym :机械效率d=d-2li-2xi-2n 1=236mmd 产d+2l+2l2=146mm由错误！未找到引用源。可得，在b、d、&、p及ym一定的情况下，理论上 叶片数越大，得到的输出扭矩也越大。在本设计中，摆动液压缸是利用液体压强向各个方向等压强传递的原理，来实现轴向运动向旋转运动的转换。由于已知结构特定，故在本方案中其输出扭矩 并不随叶片数的增大而增大，在外力一定的情况下，mr与

25、油腔轴向面积成正比。叶片数z只影响压加由压强，但最终扭矩不变。故为了便于制造、安装和密封，取z=3.3.3 摆动角的设计由经验可知，在通常情况下，工件被夹紧时其变形bk 1mm取每次夹紧行程中卡爪进给0.05mm故可得摆动角0 =360o/ t f=1.5 o其中平面螺旋机构的升程t=12卡爪每次进给量f=0.053.4 定子圆柱活塞杠面积的设计由结构可知，叶片输出扭矩 m=p?8r?z1?ym (3)其中p:进油口压强 s :叶片面积 z :叶片数r :叶片面积的几何中心到轴心线的距离ym :机械效率第1 1页油液压强 p=f 2/s2 (4)其中 f2=f/z (5)每个叶片受力f1=ps

26、 ( 6)f i/f2=s/s2=(ti (7)其中(7 1为增力比，为一常数，故&=s/ (71 (8)第4章.凹梢轮廓线的设计根据设计方案可知，凹槽轮廓线分两个功能部分，即增力夹紧第1 2页部分和圆柱活塞杠位置复原部分。活塞杠与叶片组成增力系统，又与弹簧配合， 组成离合销系统。为了使两个系统的工作顺利衔接，特设计过渡斜面系统.设计的 凹槽形状如图3所示。图3凹槽展开图如图所示,9 i角斜面为槽面的第一部分,a角斜面为槽面第二部分增力 部分，8 2角为第三部分过渡部分，下面分别确定个参数。4.1 确定轮廓面段数因采用三个圆柱活塞杠，故同样形状的轮廓面段数n=3n(n=1、2、3) 考虑到结构

27、的具体需要，取n=2,则n=6,卡爪在一周内将进给f=6 xf 10.30 故缩短了夹紧时间，提高了效率。4.2 活塞杠的升程活塞杠的升程 h= h 1+ h2分别确定h、h2再根据 h=(r?m (9)其中6：增力比m：卷子叶片的平均移动距离m=9 兀？=8。/兀？ (d+d2/2) 191/2 x 2 兀/200=3mm根据安装的需要，活塞杠轴线与卡盘体轴线r= (191-6) /2=92mm得轮廓线参数l=2兀r /6=90.3mm,贝uh=m o- 1=12mm,故s2=s/(t1,=1350/15=270mm. r 2=6 1s2/ 兀=9.0mm凹槽轮廓线的增力部分增力比最大为(7

28、 3=j/l第1 3页对活塞杠进行受力分析，如图4所示第1 6页图4活塞杠受力图0 =nsin a +fcosa ( 10) j=ncos a (11)f=nf (12)其中 f 为摩擦系数，可取 f=0.18,则：(t3=t/q=1/tg a+ f若 a 取极大值，则 tg a 0, 9 0, 9 c式中s-使用机床夹具后生产费用的节约，即经济效果；式中n-用机床夹具全年加工的工件数量，即工件的年产量；式中c-使用机床夹具全年的费用。(1)使用机床夹具的经济效果：机床夹具的使用减少了生产单件的时间，一个工件的某一工序因使用机床夹具而减少的单件时间是：t=t-t2,式中t1和t2分别为使用机床

29、夹具前后工件的单件时间。若比较两种机床夹具的经济性， ti和t2又分别代表两种夹具加工工件的单 件时间，由于使用机床夹具而节约的工人工资额为：式中zi, t2分别为使用机床夹具前后机床工人每分钟的工资额，若考虑杂费方面h的节约，使用机床夹具的经济效果为：s=a z(1+0.01h)(2)使用机床夹具的的全年费用，一套专用夹具的费用为：1 as c )( ay)cz式中as-专用夹具的设计系数,通常为0.5 ;式中ay -专用夹具的使用系数，一般取用专用夹具制造价格的0.20.3 ;式中t- 专用夹具的使用年限，简单夹具=1年，中等复杂的夹具=23年, 复杂夹具是二45年；cz专用夹具的制造价格

30、由下式计算 cz = 6 8+tzp(1+0.01h);式中6 材料的平均价格(元/kg )式中0- 夹具元件的重量；式中t- 夹具制造工时 h ;式中zp-工人的平均工资元/人；式中h-工具车间杂费百分比；通过原理，已经可以从该方案中检索到实现设计可行性原理方案。 实现某一 功能可能有多个解，其优劣程序要视具体情况而论。评价项给出了评价准则和评 价的特性值，反映了原理方案在技术性、经济性和社会性上的效用。以上所述原理中有关项目中所表达的评价决策的方方面面，为设计展示出统率全局的设计信息空间。第1 9页第7章单工位夹具与成组夹具的分析成组技术是近年来在国内外机械制造领域内得到迅速发展的一种新的

31、作业方式。而成组夹具则是按成组技术原理，在零件分组的基础上，针对一组（或几组）相似零件的一道（或几道）工序而设计的夹具。它具有专用夹具的若干特 点，又具有对工件特征在一定范围内变化的适应性， 它能使产品多品种、中小批 量生产达到大批量生产的效果，因此，成组夹具在产品不断更新换代的今天， 有 着不可比拟的优势。零件的分析与分组，如某厂生产的交、直流起动机机壳，由于结构简单，采用 第2 010号无缝钢管加工而成。本道工序为半精车内孔，其品种有12种之多。轴向长度尺寸最大为1820+0.023 ,最小为900+0.18,止口定位尺寸最大为小0-0.087 ,最小为小 7 1 00.046 ,轴向止口

32、长度一律为3 ,由于尺寸段相距较远，轴向长度考虑压板尺寸， 将其分为两组。第1组轴向长度为90135 ,第2组为140182,止口定位尺寸 由于需更换定位元件不再分组。把这类使用机床、夹紧方式、加工内容相同的零 件挑选出来，形成所需要的成组工序(见图)0成组夹具的结构设计：成组夹具设计与专用夹具的设计方法相似，但具有一定的 针对性，它是为加工某些几何形状相似、工艺过程和定位夹紧相似的零件而设 计的。设计时仍然需要选择合理的定位基准、定位元件；选择合适的夹紧力、火紧元件；设计好合理的基体件。7.1 定位基准与定位元件的选择定位基准与定位元件的选择制定设计方案时需选择合理的定位基准、定位元件。以图

33、工件为例，选4 10200.07处止口为定位基准，止口平面为辅助定位。夹 具采用定位盘定位，这样定位基准与设计基准重合，无基准不重合误差。但在实 际中考虑多种因素的影响，往往采用增大定位盘内圆柱孔的方法。 定位盘内圆柱 孔最小增大尺寸为：6 =hxtg a =3x(0.05/123)=0.00127.2 夹紧元件与夹紧力的选择火紧力的选择，除夹紧力方向和作用点外，还要使工件产生尽可能小的夹紧 变形，这是选择夹紧元件和夹紧力的主要因素。 本例采用压板压紧，夹紧力方向 平行工件外圆母线，夹紧牢靠，工件保持正确位置，既防止了薄壁零件装夹变形， 又满足了成组的要求。7.3 夹具基体的设计夹具基体是成组

34、夹具的基础，在设计夹具基体时， 除应保证结构合理外，还应保证夹具基体有足够的刚度，而且在可能的范围内， 力求能加工零件组的全部。对其基体件还应根据相似件形状、尺寸、精度、毛坯 种类及其工艺方法来确定基体件形状、 尺寸，以满足加工所有相似件的要求。 该 基体件与其它夹具元件组成的夹具结构紧凑，操作方便，更换元件容易，可以加 工不同产品的相似件，详见下图，通过它组成半精车内孔成组夹具， 可以完成不 同产品机壳内孔的加工。11()7.4 机壳成组夹具结构机壳成组夹具由基体件、调换件、标准件三部分组成，见下图。该夹具由基体件与机床连接，使用机床可视厂方具体情况而定。 为保证 工件轴线与机床轴线相重合，

35、使用法兰盘（过渡件）与机床内锥孔配合，完成定位。 与夹具定位则依靠基体件上的外止口 （本例为小240处），准确定位后，予以轴向 锁紧。夹紧采用双压板球较压紧，由大拉杆1带动两个小拉杆2来完成。两小拉 杆做为调换件，以适应分段两组中不同轴向长度的需要。成蛆夹具结构l大拉杆？.小拉打工基体件4.定位盘5.垫块6忘板4成组夹具的误差分析（1）机床回转中心与夹具安装不同轴时，使夹具在机床上 定位脱离理想状态，造成安装误差。解决办法：可在车床上重新车一次定位盘止口，保证定位盘中心和机床主轴 中心同轴度小于0.015。（2）工件在夹具上定位时，定位脱离理想位置，产生加工偏差，产生的原因 有：定位元件制造超

36、差；工件与定位元件间定位面间隙太大，或定位元件与机床主轴不垂直；解决办法：a）确保元件制造精度，定位盘与基体件的配合可按公差等级 5级或6级精度。 b）夹具基体件上与定位元件的配合需在机床上精车，以确保定位元件安装后，处于正确位置。如图2中甲120h6及其端面a,并保证尺寸公差和精度要求。c）定位盘内孔尺寸，取工件最大实体尺寸加（或减）制造公差的1/51/8即:102+0.1 x1/7 =102.0143 。成组夹具的经济效益分析1）节约设计时间：成组夹具只需设计调换件，可单独出图或提供元件号填表 选用，一般只占总夹具设计量的515%以本夹具为例，调换件只占设计总量的 10%2）节约制造工时：

37、只需制造调换件即可，因此节约工时，缩短生产周期，减 轻工具车间负荷。3）节约原材料：一般调换件所需原材料只占夹具用料的515%4）便于管理，减少库存面积。5）为工装标准化、系列化、规格化打下基础。目前，成组夹具和组合夹具在车床、铳床、钻床、磨床上得到推广应用。开 展成组夹具的设计和应用，对保证产品质量，缩短生产准备周期，提高经济效益 起到积极作用，对我国工业发展将起到良好的推动作用。第8章误差分析8.1定位误差分析工件的定位就是使同一工序中的所有工件逐次放置到夹具中，使之占有正确的位置的工艺过程。一批工件逐个在夹具中定位时，由于定位基准与工序基准 不重合、定位副制造不准确等原因，使得各个工件在

38、夹具中占据的位置不可能完 全一致，势必产生定位误差，即工件在夹具中因定位不准确而产生的工件加工误 差。定位误差实际上是一批工件采用调整法加工时，由于定位所造成的工件加工 面相对于工序基准的位置误差。假定在加工时，夹具相对于刀具及切削成形运动 的位置经调整后不再变动，那么可以认为加工面的位置是固定的， 这样工件加工 面相对于其工序基准的位置误差就是由于工序基准的位置变动所引起的。所以， 定位误差也就是工件定位时工序基准在工序加工要求（位置尺寸或位置精度）方向上的位置变动量。应用夹具cad系统设计夹具时，在未选定夹具定位方案的具体结构之前， 尚 不能建立定位尺寸链。在系统确定了夹具定位结构之后，就

39、可以根据具体结构建 立定位尺寸链进行正计算或反计算。a）正计算就是当已知定位结构中有关定位元 件尺寸的公差时，用定位尺寸链求解封闭环公差（即定位误差）。如果所求的定位 误差值在允许的公差范围之内，则表明所确定的定位元件的尺寸公差能满足精度 要求。否则不能保证精度，就需调整定位结构中定位元件的尺寸公差。 如果这些 公差无调整的余地则需考虑重新确定定位结构。b）反计算就是已知封闭环的尺寸 及公差，确定各组成环的公差，即将允许的定位误差合理地分配到各组成环中去。 8.2装备误差分析“机床夹具装配调整及夹具精度检验”实验，认识到夹具制造工艺特点和工 件加工精度的保证方法，认识到夹具总装图公差配合与技术

40、要求的实际意义。从而使我在进行夹具设计时明白到底应标注哪些技术要求有其意义。安装误差与定位误差：在应用夹具安装工件时，往往由于下列几种因数引起 工件的安装误差：1 .夹具本身的误差；2 .夹具在机床上的安装，调整误差；3 .夹紧时，整个夹具或其它元件受力后产生弹性变形；4 .工件的定位基准与定位元件接触后的变形；5 .由于工件的定位基准与设计基准不重合而引起的误差 ；6 .由于工件的定位基准面与定位元件之间的间隙 （如内，外圆柱面定位时）引起的工件可能的最大的位移小结：在实际工作中，应多读些典型机床夹具总图，多调试一些夹具，多了 解一些夹具结构方案，从中多学习一些结构工艺性方面的知识， 使设计

41、能力有所 提高。第9章机床夹具公差的灰色综合设计理论与方法机床夹具是机械制造业中的一种高效工艺装备，易于保证稳定的加工精度降低工人的劳动强度，这在批量生产中显得特别重要。随着现代制造技术的发展 和计算机的应用，夹具设计与制造的水平不断提高，发挥的作用也越来越大。如何设计与制造高质量、低消耗和性能稳定的夹具，是现代机械制造生产的重要条 件，也是保证机械零件质量的关键因素。 在夹具设计中，由于夹具公差直接影响 工件的加工精度（尺寸、位置公差），因此，夹具公差的选择是否合理，对于工件 的加工精度起着决定性的作用，而且影响夹具的制造、使用维护和检验。因此， 如何合理地确定夹具公差是夹具人员不断探讨的课

42、题之一。由于夹具公差的优化选择是多影响因素对单一目标最优解的问题，它不仅受工件精度、生产类型、工厂技术水平等因素的影响，而且各个因素又相互制约，难以建立数学模型。目前， 夹具公差的选择是依据误差不等式，在工件公差6 k的（1/51/2）的范围内取值，在实际工作中，往往要经过反复的误差分析，依据同类夹具及夹具人员的经 验修改公差数值，其本身有一定的误差，加之实际加工环境具有多变性。因此 ， 夹具公差的选取具有明显的不确切意向，且影响选择夹具公差的许多因素是部分 信息已知、部分信息未知的，是灰色的。夹具公差影响因素信息的不完全性，是 客观存在的。而灰色系统理论的中心内容在于充分利用已知信息，将灰色

43、系统的灰色性淡化、白化。因此用灰色系统的有关理论和方法选择工艺参数就会更符合 客观实际，结果更为合理。灰色聚类综合评判的原理：灰色聚类综合评判是建立在灰数的白化函数生成 的基础上，将聚类对象对于不同的聚类指标所拥有的白化数， 按几个灰类归纳后 进行综合评判的方法。记i、h、田、为聚类对象，k=1, 2,，k,即要评价的切削参数；记1#、2#、3#、为聚类指标，j=1 , 2,，m；记1、2、3、为聚类灰类，即灰类，i=1 , 2,，n；记dki为第k个聚类对象对第i个聚类指标所拥有的白化数据（样本）（k=1 , 2,，k； i=1 , k,，m）0灰色聚类按以下步骤进行：划分灰类：在夹具公差选

44、择进行灰色聚类时，聚类的灰类是把夹具公差值 的经验取值范围划成几个等间距的小区间记为v, v=vl, v ,vn,聚类指标是指工件精度、生产类型、工厂技术水平、同类夹具公差及其它因素等，记为 u, u=u, u2,，u。灰类划分见表1,表中rj为第j个指标第i个灰类的无 量纲化值（j=1由i=1n）。给出聚类白化样本数据dkj& uj2jjj按不同k与j可得下述样本矩阵 指标1 2 3 m& 1d 2& 3dr dr r：d =d”4$媒川如：d代表被第一要评价的夹具公差在第二项指标的得分表1灰类划分确定灰类的白化权函数：每个评价指标的等级都是一个变化范旨标灰类7指标1指标2指标3 指标卿k丸

45、小心 r imv,与1邑* 4 事4 9 4 , v%如 4 r围，该范围是一个灰数，灰数不是一个确定的数，而是一个区间范围。在这 个确切范围内的任何一白化数对该区间所对应的灰数亲疏程度并非相等，因 此用白化函数来表征。白化函数有 3种基本形式，图1为第一类白化函数图，入1j为第j个指标第一类白化函数的阈值，入2j为第j个指标第二类白化函数 的阈值；图2为第2至n-1类白化函数图，入i-1）j为第j个指标第i-1类白化 函数的阈值，入j为第j个指标第i类白化函数的阈值，入w）j为第j个指标 第i+1类白化函数的阈值；图3为第n类白化函数图，入（n-1）j为第j个指标第第2 8页n-1类白化函数

46、的阈值，入nj为第j个指标第n类白化函数的阈值；阈值即为 灰类的中心值。当白化函数为入j时，该白化函数对第j个指标的第i个灰类最亲密(函数值最大为 1)。入产rij/2,入 nj=2rnj-入(n-i)j ,入 ij=(rij+r(i-i)j )/2(1) 式中：i=2(n-1) , j=1mt其中，第n类白化函数的等级范围为入(n-i)j , , 无灰类中心值，其阈值按第(n-1)类与第n类的交界处两类白化函数值相等的 原则来确定。记fj (d kj)为第j个指标对于第k个灰类的白化函数值。其中：i=1 , 2,，n； j=1 , 2,m；k=1,2,，凡白化函数的形式如下：灰类0,入1j,

47、入2j,如图1所示。 (%)= 4(4)=(% = dj /(% =九 a八 %(2)、,(%) =1 ， 纸0,%灰类 入(i-1)j，入 j ,入(i+1)j , 如图2所示灰类 入(n-1)jj , oo,如图3所示。(戒) d灯)-(心，*入彳- i)j) /(入门-入r _ j1/)，* 入 (kj) i,4灯=入仃 () =,d*/a 入口-)入s+i)j () =r(乩,)=(入1413-d*j) /(% + ”-入“i 第2 9dij6 入i”入 + l叫(3)(4)(4)求标定聚类权4j记“j为j个指标属于第i个灰类的标定聚类权，则%i=m ， j= i , 2,优(5 )鼻

48、人”(5)求聚类系数(聚类权)wk淄=z (九) l(6) (6)确定聚类向量(tk, (tik=(r1k,(r2k,，(rnk), (tk 是(tik 的向量。(7)进行灰类聚类综合评价灰类聚类综合评价有2种方法：一种方法是按最大聚类评价，即：如果满足0- i k=maxo- ik =max(一水,.,，6nk),则称聚类对象k属于灰类i , 即第k个被评价参数属于的区间，以该参数区间均值为最后评价结果。另一种方 法是加权平均，即取第k个被评价参数相应的区间均值 vk与聚类向量ak加权平 均，计算式为：(7)据公司设计师的经验，一般按加权平均取值较为合适。该公司的生产工件相 应加工尺寸的公差为it6it5,其公差数值为 八，工厂夹具制造水平为一般，现 场同类夹具公差要求严格，其它因素对夹具影响较小。优化设计夹具公差。由文献查得该类夹具公差值的经验取值范围为(0.50.2) 6 k,将其离散为(0.50 , 0.44)、(0.44 , 0.38)、(0.38 , 0.32)、(0.32 , 0.26)、(0.26 , 0.20) 等五个区间。将工件精度、生产类型、工厂技术水平、同类夹具公差及其它因素 等划分为i、h、m、iv、v ,即机床性能综合评价得分在0 950以上为v类，0 90 0 95为iv类,0 850 90为