夹具设计报告1

1.前言

本次产品数字化设计实训的目的：训练利用机械设计自动化软件进行机械产品设计的能力，通过实训使自己具备利用机械设计产品自动化软件进行中等难度的机械产品设计的能力。

本次实训的设计方法是采用Top-down（自顶向下）的设计方法，主要是训练自己利用机械产品设计自动化软件对机械产品进行自顶向下的设计能力。这与传统的设计方法有所不同，自顶向下设计是一种设计思想，即设计由总体布局、总体结构、部件结构到部件零件的一种自上而下、逐步细化的设计过程。Top-down设计符合大部分产品设计的实际设计流程。比如载重卡车的设计，设计的流程是先确定整车基本参数，然后是整车总布置、部件总布置，最后是零件设计和绘图。这个过程就是Top-down设计的过程。

Top-down设计是一种设计思想，于软件工具。下面对传统down-top设计思想和Top-down设计思想进行对比。

图1为传统的设计流程是每个设计人员各自为政专自己负责的零件，然后总工程师拿这些零件装配出产品总的模型。这样的缺点有:

a)产品整体设计信息无法准确地传递给每个设计人员；

b)每个零件进行单独设计时无法保证装配关系准确性；

c)当产品设计发生变更的时候由于复杂的参照导致模型很难更改。  

图2为自顶向下的设计流程，首先总工程师对产品的整体结构布局进行规划，然后对整个设计任务进行划分成多个元件包并传递整体设计信息至各个元件中，最后各设计人员分别设计各元件。

优点有:

a)产品的整体信息有明确的渠道传递至子部件中；

b)可以通过修改整体布局信息准确地完成产品设计变更。

实训的要求：通过实训环节使自己进一步提高三维软件的操作能力，掌握机械设计自动化软件进行机械产品设计的主要功能，并能够利用机械设计自动化软件进行机械产品设计和三维建模，以及对Top-down（自顶向下）设计理念的熟悉。

2.主体

主体部分主要介绍了后钢板弹簧吊耳铣孔的外侧面的夹具设计过程以及工艺设计过程。

2.1零件的分析

a)零件的作用

题目给出的零件是CA10B牌汽车后钢板弹簧吊耳。后钢板弹簧吊耳的主要作用是载重后，使钢板能够得到延伸，伸展，能有正常的缓冲作用。因此汽车后钢板弹簧吊耳零件的加工质量会影响汽车的工作精度、使用性能和寿命。汽车后钢板弹簧吊耳主要作用是减震功能、阻尼缓冲部分功能、导向功能。

图2.1 后钢板弹簧吊耳零件图

b)零件的工艺分析

        由后钢板弹簧吊耳零件图知可将其分为两组加工表面。它们相互间有一定的位置要求。现分析如下：

（1）以两外圆端面为主要加工表面的加工面。这一组加工表面包括：。两外圆端面的铣削，加工的孔，其中两外圆端面表面粗糙度要求为，的孔表面粗糙度要求为

（2）以孔为主要加工表面的加工面。这一组加工表面包括：2个的孔，2个的孔、2个孔的内外两侧面的铣削，宽度为4的开口槽的铣削，2个在同一中心线上数值为的同轴度要求。其中2个的孔表面粗糙度要求为，2个的孔表面粗糙度要求为，2个孔的内侧面表面粗糙度要求为，2个孔的外侧面表面粗糙度要求为，宽度为4的开口槽的表面粗糙度要求为。

粗基准选择应当满足以下要求：

（1） 粗基准的选择应以加工表面为粗基准。目的是为了保证加工面与不加工面的相互位置关系精度。如果工件上表面上有好几个不需加工的表面，则应选择其中与加工表面的相互位置精度要求较高的表面作为粗基准。以求壁厚均匀、外形对称、少装夹等。

（2） 选择加工余量要求均匀的重要表面作为粗基准。例如：机床床身导轨面是其余量要求均匀的重要表面。因而在加工时选择导轨面作为粗基准，加工床身的底面，再以底面作为精基准加工导轨面。这样就能保证均匀地去掉较少的余量，使表层保留而细致的组织，以增加耐磨性。

（3） 应选择加工余量最小的表面作为粗基准。这样可以保证该面有足够的加工余量。

（4） 应尽可能选择平整、光洁、面积足够大的表面作为粗基准，以保证定位准确夹紧可靠。有浇口、冒口、飞边、毛刺的表面不宜选作粗基准，必要时需经初加工。

（5） 粗基准应避免重复使用，因为粗基准的表面大多数是粗糙不规则的。多次使用难以保证表面间的位置精度。

为了满足上述要求，基准选择以后钢板弹簧吊耳大外圆端面作为粗基准，先以后钢板弹簧吊耳大外圆端面互为基准加工出端面，再以端面定位加工出工艺孔。在后续工序中除个别工序外均用端面和工艺孔定位加工其他孔与平面。

2.2精基准的选择

精基准的选择主要考虑基准重合的问题，当设计基准与工序基准不重合时，应当进行尺寸换算。

2.3定位方案的分析和定位基准的选择

在进行后钢板弹簧吊耳内侧端面粗铣加工工序时，外圆端面已经精铣，工艺孔已经加工出。很容易想到一面一孔组合基准定位，以在带台肩长销为第一定位基准工件的四个自由度，端面应一点接触，一个自由度，工件以孔及端面和叉杆面为定位基准，在带台肩长销和浮动支撑板上实现完全定位。夹紧时，首先由螺母和开口垫圈夹紧孔两端面，再用铰链杠杆机构压板在工件叉杆处夹紧。

2.4定位误差分析

本工序选用的工件以圆孔在定位销上定位，定位销为水平放置，由于定位副间存在径向间隙，因此必将引起径向基准位移误差。在重力作用下定位副只存在单边间隙，即工件始终以孔壁与心轴上母线接触，故此时的径向基准位移误差仅存在Z轴方向，且向下，见下图。

式中——定位副间的最小配合间隙（mm）；

     ——工件圆孔直径公差（mm）； 

     ——定位销外圆直径公差（mm）。

2.5铣削力与夹紧力计算

根据《机械加工工艺手册》可查得：

铣削力计算公式为

圆周分力      式（3-1）

查表可得：            

代入公式（3-1）得 

           =

查表可得铣削水平分力、垂直分力、轴向分力与圆周分力的比值为：        

铣削加工产生的水平分力应由夹紧力产生的摩擦力平衡。

        即：        （）

计算出的理论夹紧力F再乘以安全系数k既为实际所需夹紧力

            即：       取k=2

2.6工艺过程设计所应采取的相应措施

由以上分析可知。该零件的主要加工表面是平面及孔系。一般来说，保证平面的加工精度要比保证孔系的加工精度容易。因此，对于该零件来说，加工过程中的主要问题是保证平面的尺寸精度以及孔的尺寸精度及位置精度，处理好孔和平面之间的相互关系。

该类零件的加工应遵循先面后孔的原则：即先加工零件的基准平面，以基准平面定位加工其他平面。然后再加工孔系。后钢板弹簧吊耳的加工自然应遵循这个原则。这是因为平面的面积大，用平面定位可以确保定位可靠夹紧牢固，因而容易保证孔的加工精度。其次，先加工平面可以先切去铸件表面的凹凸不平。为提高孔的加工精度创造条件，便于对刀及调整，也有利于保护刀具。

后钢板弹簧吊耳零件的加工工艺应遵循粗精加工分开的原则，将孔与平面的加工明确划分成粗加工和精加工阶段以保证孔系加工精度。

由于后钢板弹簧吊耳的生产量很大。怎样满足后钢板弹簧吊耳生产率要求也是过程中的主要考虑因素。

3.毛坯的设计

零件材料为Q235。由于生量已达到大批生产的水平，而且零件的轮廓尺寸不大，故可以采用铸造成型，这对提高生产效率，保证加工质量。

3.1 圆柱销的设计

        圆柱销主要起到这次夹具设计的关键，它负责在37mm的孔定位及其侧面的定位一共了3个自由度。

3.2压板的设计

   压板是起到在后钢板弹簧吊耳肋板垂直方向上的辅助定位配合支承钉。

3.3平面定位元件支承钉的设计

   支承钉采用了固定支承中的A型，它结构简单，制造方便。工件Z轴方向上的自由度。

3.4 固定吊耳侧端面的设计

      它是在配合37的销子对后钢板弹簧吊耳侧面方向水平方向上的定位。了工件的一个自由度

3.5 夹紧螺杆设计

     它主要配合压板的夹紧。

3.6 支撑座的设计

   对压板的的转动起到可调和固定的作用。

3.7夹具底座的设计的设计

3.8 螺母的设计

3.9内角螺母的设计

     夹具体的固定作用。

4夹具设计及操作的简要说明

由零件图可知，两工艺孔位于零件孔上，其有尺寸精度要求和表面粗糙度要求并应与端面垂直。为了保证所钻、扩的孔与侧面垂直，根据基准重合、基准统一原则。在选择两工艺孔的加工定位基准时，应尽量选择上一道工序即钻扩铰工序的定位基准，以及设计基准作为其定位基准。因此加工工艺孔的定位基准应选择孔端面为主要定位基面以工件的三个自由度，以孔配和的圆柱销工件的两个自由度，以孔配和的削边销工件的一个自由度，既采用一面两销定位。然后由一个螺旋夹紧机构夹紧就可以开始加工了

5心得体会与总结

  时间过得真快，二周的课程设计将接近尾声。这二周主要是对后钢板弹簧吊耳的加工工艺和夹具进行设计。后钢板弹簧吊耳的加工工艺设计主要是确定加工工艺路线，机械加工余量和切削用量、基本工时的确定，夹具的设计主要是要设计出正确的定位夹紧机构。在本设计中工件的加工工艺路线正确合理，夹具的定位夹紧机构也能达到定位夹紧的目的，能保证加工工件的精度。在设计中遇到了很多问题，如出现工艺路线的不合理，甚至出现不能保证加工所要求达到的精度。在进行夹具设计时，因定位基准选择不合理，出现过定位或欠定位造成加工的零件的精度得不到保证。在选择夹紧机构时由于机构的大小，尺寸等不合理，而达不到夹紧的目的，也可能因夹紧力作用点或作用面的位置不合理而使工件产生翻转。不过在指导老师的悉心认真的指导下，经过二个多星期的不断努力，这些问题都一一解决。本夹具主要用来加工后钢板弹簧吊耳铣孔的外侧面的夹具。首先应明确本夹具中的夹紧定位机构，本工艺孔的定位基准应选择孔端面为主要定位基面以工件的三个自由度，以孔配和的圆柱销工件的两个自由度，以孔配和的削边销工件的一个自由度，既采用一面两销定位。再用一个螺旋夹紧机构从孔的另一端面进行夹紧。然后按照有关公式进行切削力和夹紧力的计算，然后对钻床夹具必不可少的钻套和衬套进行设计，对夹具精度进行分析。夹具是制造系统的重要组成部分，夹具对加工质量、生产率和产品成本都有直接的影响。是能否高效、便捷生产出合格、优质零件的保证。所以对夹具设计也是非常重要的。本次产品数字化设计实训的目的：训练利用机械设计自动化软件进行机械产品设计的能力，通过实训使自己具备利用机械设计产品自动化软件进行中等难度的机械产品设计的能力。这个目的通过二周的努力已基本完成。不过在熟练程度和速度还有点慢，所以还得在课后多联系。总之这二周的数字化设计对我在今后工作中会起到很好的帮助。

6参 考 文 献

1．机械制图第六版 大连理工大学工程图学教研室主编 高等教育出版社

2．金属切削原理与道具 陆剑中 孙家宁主编 机械工业出版社

3．机械制造基础 梁旭坤 焦建雄主编 中南大学出版社

4．机械加工工艺师手册 杨叔子主编 机械工业出版社

5．金属切削手册第三版 上海市金属切削技术协会主编 上海科学技术出版社

6．机械设计手册 成大先主编 化学工业出版社

7.  机械制造工艺课程设计指导书第二版 赵家齐主编 机械工业出版社

8．机床夹具设计 王启平主编 哈尔滨工业大学出版社 

9．机械制造工艺学第二版 王先奎主编 机械工业出版社