1、任务五4.能够编写车床夹具的设计说明书。表5-1开合螺母车内孔及端面的夹具设计任务表工件名称开合螺母机床型号普通车床C620材料HT200夹具类型专用夹具(设计任务)生产类型批量同时装夹工件数1件刀具通孔车刀和端面车刀工序内容及要求精车?40mm孔及端面4.能够编写车床夹具的设计说明书。表5-1开合螺母车内孔及端面的夹具设计任务表工序零件图一、车床夹具的种类和结构形式1.角铁式车床夹具2.卡盘式车床夹具3.心轴式及夹头式车床夹具4.夹头式车床夹具的特点和用途5.花盘式车床夹具1.角铁式车床夹具(1)角铁式车床夹具示例夹具体呈角铁状的车床专用夹具称为角铁式车床夹具。图5-1车削气门顶杆的角铁式车
2、床夹具(2)角铁式车床夹具的特点和用途1.角铁式车床夹具1)其结构不对称，要特别注意质量平衡和操作安全性。2)工件的主要定位基准是平面，要求被加工表面的轴线对定位基准保持一定的位置关系(平行或成一定角度)。3)常用于加工壳体、支座、杠杆、接头等零件上的回转面和端面。2.卡盘式车床夹具(1)卡盘式车床夹具示例卡盘式车床夹具一般用一个以上的卡爪来夹紧工件，多采用定心夹紧机构。图5-2斜楔-滑块式定心夹紧自定心卡盘1定位套2斜楔3滑块卡爪4压块5弹簧销2.卡盘式车床夹具图5-3虎钳式定心夹紧两爪卡盘1叉形块2夹具体3螺杆4V形块2.卡盘式车床夹具图5-4气动杠杆卡盘1双头螺柱2弹簧3V形块4拉杆5楔
3、块6杠杆7圆柱8支承板9卡爪2.卡盘式车床夹具图5-5铰链式卡盘1夹具体2铰链压板3可卸定位杆销4螺母5半圆定位套2.卡盘式车床夹具图5-6衬套镗孔气动卡盘1卡盘2过渡盘3主轴4拉杆5连接盘6回转气缸7活塞8导气接头9浮动盘10卡爪2.卡盘式车床夹具(2)卡盘式车床夹具的特点和用途1)用卡盘式车床夹具的零件大都是回转体或对称零件，因此卡盘式车床夹具的结构基本上是对称的，回转时的质量平衡影响较小。2)常用于以外圆(或内圆)及端面定位的回转体的加工，尽量采用定心夹紧机构。3.心轴式及夹头式车床夹具(1)心轴式及夹头式车床夹具示例心轴式车床夹具的主要限位元件为轴，常用于以孔作主要定位基准的回转体零件
4、的加工，如套类、盘类零件。1)弹簧心轴与弹簧夹头。图5-7手动弹簧心轴1锥体2防转销3锥套4螺母5弹性筒夹3.心轴式及夹头式车床夹具图5-8弹簧夹头1夹具体2弹性筒夹3螺母4螺钉3.心轴式及夹头式车床夹具图5-9波纹套弹簧心轴2)波纹套弹性心轴。3)液性介质弹性心轴及夹头。3.心轴式及夹头式车床夹具图5-10液性介质弹性心轴及夹头1夹具体2加压螺钉3柱塞4密封圈5薄壁套6螺钉7端盖8螺塞9钢球10、11调整螺钉12过渡盘3.心轴式及夹头式车床夹具(2)心轴式车床夹具的特点和用途1)其主要限位元件为轴，常用的有圆柱心轴和弹性心轴。2)心轴一般以莫氏锥柄与车床主轴锥孔配合连接，用拉杆拉紧。3)常用
5、于以内孔作定位基准的回转体零件的外圆精车，如套类、盘类零件。4.夹头式车床夹具的特点和用途1)其主要限位元件为孔，常用的有弹性夹头等。2)常用于以外圆作主要定位基准的小型回转体零件的加工，如小轴零件。5.花盘式车床夹具图5-11花盘式车床夹具1定位套2定位销二、车床夹具结构设计的要点1.车床夹具结构形式的选择和设计2.定位装置3.夹紧装置4.车床夹具在车床主轴上的连接设计要求5.夹具配重的设计要求6.夹具总体结构的要求2.定位装置(1)定位元件对于回转体或对称零件，一般采用心轴或定心夹紧式夹具，以保证工件的定位基面、加工表面和主轴的轴线重合。(2)找正基面若夹具的限位面为与主轴同轴的回转面，则
6、直接用限位表面找正它与主轴的同轴度，如图5-10所示液性介质弹性心轴的外圆面。3.夹紧装置图5-12施力方式的比较4.车床夹具在车床主轴上的连接设计要求(1)夹具通过主轴锥孔与机床主轴连接如图5-13所示，D140mm或D(23)d的小型车床夹具一般通过锥柄安装在主轴锥孔中，并在主轴后端穿一根螺栓拉杆拉紧，以防加工中受力松脱。图5-13夹具与车床主轴锥孔的连接1拉杆2主轴3夹具4.车床夹具在车床主轴上的连接设计要求(2)夹具通过过渡盘与机床主轴连接径向尺寸较大的夹具，一般用过渡盘与车床主轴连接，如图5-14所示。图5-14过渡盘与车床主轴连接结构a)1主轴2大螺母3过渡盘4键5夹具体b)1主轴
7、2过渡盘3压块4夹具体6.夹具总体结构的要求1)结构要紧凑，悬伸长度要短。2)车床夹具的夹具体应制成圆形，夹具上的各元件(包括工件在内)不应伸出夹具体的轮廓之外，当夹具上有不规则的突出部分，或有切削液飞溅及切屑缠绕时，应加设防护罩。3)夹具的结构应便于工件在夹具上装夹和测量，切屑能顺利排出或清理。一、拟订夹具结构方案1.拟订定位方案及其定位装置的结构2.拟订夹紧装置的结构3.拟订夹具体的结构及其与车床的连接元件1.拟订定位方案及其定位装置的结构(1)拟订车削开合螺母?40+0021mm孔的定位方案1)定位方式。图5-15开合螺母车孔的定位及夹紧方案图1.拟订定位方案及其定位装置的结构2)基准的
8、合理性及定位元件的基本结构。为保证所车的孔轴线对C面高度和平行度要求，按“基准重合原则”，应选C面作为定位基准。根据本工序的加工要求和加工过程，C面应作为该工序的主要基准，设置三个限位点即限制三个自由度。为保证所车的孔对两个B面的对称面的垂直度要求，按“基准重合原则”，应选两个B面的对称中心平面作为定位基准，其定位基面为两个B面。根据加工要求，并结合上述主要基准的选择，两个B面应限制两个自由度。1.拟订定位方案及其定位装置的结构图5-16开合螺母的定位装置图1固定燕尾块2活动菱形销3活动燕尾块经过上述的选用，现仅剩的移动自由度未限制，1.拟订定位方案及其定位装置的结构按“基准重合原则”，应选距
9、离被加工孔(80.05)mm的小孔作为定位基准。具体而言，在该小孔位置上设置一个削边销，放置该削边销时，其削边方向应与两个燕尾块的对称面平行。(2)选择定位元件，确定定位装置1)燕尾面的定位元件。2)小圆孔的定位元件。(3)分析计算定位误差本道工序为精车?400027mm孔及车端面，其主要加工要求为：?400027mm孔轴线至燕尾顶面的距离为(450.05)mm；孔轴线相对燕尾顶面的平行度为0.05mm；?400027mm孔轴线与孔的距离为(8；?400027mm孔轴线相对两B面的对称面的垂直度为0.05mm。1)尺寸(450.05)mm的定位误差。1.拟订定位方案及其定位装置的结构2)相对燕
10、尾顶面的平行度0.05mm的定位误差。3)尺寸(80.05)mm的定位误差。4)相对两B面的对称面的垂直度0.05mm的定位误差。2.拟订夹紧装置的结构(1)拟订夹紧方案 初步选定在开合螺母外圆的上端夹紧工件(图5-15)，夹紧力方向斜向下。(2)夹紧机构采用摆动V形块3(图5-17)作为夹紧元件。1.tif2.拟订夹紧装置的结构图5-17开合螺母车孔的夹紧装置简图1、4螺栓2压板3摆动V形块5铰链叉座2.拟订夹紧装置的结构(3)夹紧的可靠性在车床上车孔的加工过程中，工件受力的来源主要有两个：一个是车削时产生的车削力；另一个是摆动V形块3夹紧时所产生的夹紧力。3.拟订夹具体的结构及其与车床的连
11、接元件(1)夹具体的结构开合螺母结构属于座类零件，其定位基准为平面，且考虑夹具与车床主轴的连接，因此拟采用角铁式车床夹具结构，即夹具体为半开式结构，整个夹具体近似“L”形，如图5-18所示的夹具体5。图5-18开合螺母车孔的车床夹具1、11活节螺栓2压板3摆动V形块4过渡盘5夹具体6平衡块7盖板8固定燕尾块9活动菱形销10活动燕尾块3.拟订夹具体的结构及其与车床的连接元件(2)与车床主轴的连接方式虽然该工件不大，但其铰链式夹紧机构却导致整个夹具变得较大，因此，应选用过渡盘的连接方式，即通过过渡盘将夹具与车床主轴连接起来。(3)夹具的平衡(配重)如图5-18所示，铰链夹紧机构相对于车床主轴旋转中
12、心近似对称，是基本平衡的。二、校核夹具的精度1.定位误差2.导向(或对刀)误差T3.夹具的安装误差A4.夹具误差J5.加工方法误差G6.精车?40+0027孔工序的加工精度计算(表5-2)1.定位误差1)尺寸(450.05)mm的定位误差D=0。2)平行度0.05mm的定位误差D=0。3)尺寸(80.05)mm的定位误差D=0.036mm。4)垂直度0.05mm的定位误差D=0。3.夹具的安装误差A(1)过渡盘与主轴间的最大配合间隙(2)过渡盘与夹具体间的最大配合间隙4.夹具误差J(1)定位元件相对于安装基准的尺寸或位置误差J1夹具误差为限位基面(燕尾块8、10的平面)与止口轴线间的距离误差，
13、即如图5-18所示的尺寸(450.02)mm的公差0.04mm，以及限位基面相对安装基面D、C的平行度和垂直度误差0.01mm(两者公差兼容)。(2)定位元件相对于对刀元件(包含对刀元件之间)的尺寸或位置误差J2不存在该项误差。(3)对刀元件相对于安装基准的尺寸或位置误差J3不存在该项误差。(4)分度装置相对于定位元件、导向元件及安装基准的尺寸或位置误差F本工序夹具没有分度装置，故不存在分度误差。6.精车?40+0027孔工序的加工精度计算(表5-2)表5-2在角铁式车床夹具上车削开合螺母?4mm孔的加工精度计算加工要求误差计算误差名称车孔轴线至燕尾底面C的距离(45005)mm车孔轴线相对C
14、面的平行度005mm车孔轴线与?12mm孔的距离(8005)mm车孔轴线相对两B面的对称面的垂直度005mm0000360不存在=0046=005250=0046=0052506.精车?40+0027孔工序的加工精度计算(表5-2)表5-2在角铁式车床夹具上车削开合螺母?4mm孔的加工精度计算加工要求误差计算误差名称车孔轴线至燕尾底面C的距离(45005)mm车孔轴线相对C面的平行度005mm车孔轴线与?12mm孔的距离(8005)mm车孔轴线相对两B面的对称面的垂直度005mm=004=0010010001003300170033001700880020008500200100050101三
15、、绘制夹具装配图图5-19车床夹具装配图四、绘制夹具零件图1.分析图5-20所示的定位方案是否合理。2.如图5-21所示，根据工件加工要求，分析各工序理论上应该限制哪些自由度？3.如图5-22所示，进行定位误差分析及计算。4.如图5-23所示，进行夹紧与结构分析，并改错。5.如图5-24所示为对开轴承座，本工序是车削?32H8孔及其倒角。6.试设计项目1中任务3(连杆加工工艺)中的车削大头端面及孔?37.40039mm工序的车床夹具。1.分析图5-20所示的定位方案是否合理。图5-20定位方案分析2.如图5-21所示，根据工件加工要求，分析各工序理论上应该限制哪些自由度？图5-21限制自由度分
16、析2.如图5-21所示，根据工件加工要求，分析各工序理论上应该限制哪些自由度？图5-22定位误差分析3.如图5-22所示，进行定位误差分析及计算。1)长圆柱心轴限制哪几个自由度?2)台阶端面B限制哪几个自由度?3)该工件的定位方法属于哪种定位?4)该工序要求保证所车的外圆轴线对内孔轴线的同轴度误差为?0.04mm。4.如图5-23所示，进行夹紧与结构分析，并改错。图 5Z23A4.如图5-23所示，进行夹紧与结构分析，并改错。图5-23夹紧与结构分析5.如图5-24所示为对开轴承座，本工序是车削?32H8孔及其倒角。图5-24轴承座的车孔工序图6.试设计项目1中任务3(连杆加工工艺)中的车削大
17、头端面及孔?37.40039mm工序的车床夹具。表5-3车床夹具设计评分表项目权重优秀(90100分)良好(8090分)及格(6080分)不及格(60分)评分备注查 阅 收 集010能根据课题任务，独立查阅和收集资料，提出合理的完成任务的实施方案能查阅和收集教师指定的资料，提出合理的完成任务的实施方案能查阅和收集教师指定的资料，提出大体合理的完成任务的实施方案未能查阅和收集教师指定的资料，且实施方案不合理或没有实施方案6.试设计项目1中任务3(连杆加工工艺)中的车削大头端面及孔?37.40039mm工序的车床夹具。表5-3车床夹具设计评分表定 位 设 计015能独立、合理地设计定位方案和定位结
18、构，且定位误差分析和计算正确在教师的指导下，设计的定位装置合理，且分析和计算正确定位装置设计较不合理，或定位误差分析和计算较不正确未完成定位装置的设计，或未完成定位误差分析和计算夹 紧 设 计015能独立地按照夹紧装置的设计原则进行夹紧装置的设计能按照夹紧装置的设计原则进行夹紧装置的设计设计的夹紧装置基本符合夹紧装置的设计原则未完成夹紧装置的设计或不符合夹紧装置的设计原则6.试设计项目1中任务3(连杆加工工艺)中的车削大头端面及孔?37.40039mm工序的车床夹具。表5-3车床夹具设计评分表其他015能独立、合理地选用、设计和布置其他元件及装置能合理地选用、设计和布置其他元件及装置其他元件及
19、装置选用较不合理，或设计较不合理，或布置较不合理未完成其他元件及装置的选用，或设计，或布置的工作6.试设计项目1中任务3(连杆加工工艺)中的车削大头端面及孔?37.40039mm工序的车床夹具。表5-3车床夹具设计评分表设 计 图 样020能独立绘制夹具装配图和夹具中的非标零件图，且其各部结构及其关系表达清晰在教师的指导下，绘制夹具装配图和夹具中的非标零件图能绘制夹具装配图和夹具中的非标零件图，但其各部结构及其关系表达较不清晰未完成夹具装配图或零件图的绘制6.试设计项目1中任务3(连杆加工工艺)中的车削大头端面及孔?37.40039mm工序的车床夹具。表5-3车床夹具设计评分表设 计 说 明
20、书020说明书的结构严谨，逻辑性强，论述层次清晰，数据或公式等来源可靠，理论分析与计算正确，文字及语句准确、流畅，完全符合规范要求说明书的结构合理，逻辑合理，论述层次清晰，数据或公式等来源有依据，理论分析与计算基本正确，文字及语句准确、流畅，达到规范要求说明书的结构合理，论述层次基本清楚，数据或公式等来源不清，理论分析与计算基本正确，文理基本通顺，勉强达到规范要求结构及逻辑混乱，数据或公式等无任何依据，理论分析和计算有原则错误，文理表达不清，有较多错别字，达不到规范要求6.试设计项目1中任务3(连杆加工工艺)中的车削大头端面及孔?37.40039mm工序的车床夹具。表5-3车床夹具设计评分表创新005有重大改进或独特见解，有一定实用价值有一定改进或新颖的见解，实用性尚可无创新，且实用价值较低无创新，且无实用价值
