某異形件的夾具設計案例目錄TOC\o"1-3"\h\u9472某異形件的夾具設計案例 161381.1定位元件 1167301.1.1定位元件工作原理 2275881.1.2氣動回路圖 2124381.2.1對夾緊裝置的要求 3119961.2.2夾緊裝置分析 3171611.2.3夾緊裝置設計過程 4148421.2.4夾緊力的確定 4228941.2.3夾緊力大小的估算 5210351.3氣缸 6304291.1.1氣缸的工作原理 6244391.1.2氣缸的組成和特點 6223421.4夾具體 7312241.5其他零部件 8221971.6定位夾緊機構 9夾具的基本組成部分主要有：定位元件、夾緊元件、氣缸、連桿機構、夾具體、其他元件或裝置。定位夾緊機構屬于非標設計，沒有統一設計標準，但是存在基本設計要求：（1）盡量確保夾具的結構簡單，操作方便。（2）盡量滿足各工件的定位準確，并選擇合適的夾緊方式有效控制異形工件變形。（3）夾具各零部件應當盡可能標準化，增強互換性，降低成本。本文選用的是SolidWorks三維建模軟件，SolidWorks目前應用較為廣泛并且具有界面簡單，設計功能方便，分析功能準確，可快速生成工程圖等優點，在參數化設計，裝配設計，全相關等領域優勢明顯[6]。本文的產品設計與三維建模過程如下方所示：選取基準面→草圖繪制、對草圖應用特征命令→生成特征→模型建造→零件裝配。1.1定位元件工件與定位元件之間不僅有點定位而且還有線定位，面定位，兩點之間確定一條直線，線定位只能使工件的兩個自由度得到限制，平面定位只能使工件的三個自由度得到限制[7]，而本文選用的定位元件為旋轉氣缸。1.1.1定位元件工作原理要想準確夾緊工件，就需要先定位，這時就需要旋轉氣缸的存在了。當工件放置到工作臺時，旋轉氣缸通過推力使活塞直桿上升，并使旋轉氣缸上面部分旋轉，使定位螺釘位置對準工件兩側，然后旋轉氣缸通過推力使活塞直徑下降，從而使工件夾緊，確保機構翻轉工件不會掉落。其3D建模圖如下圖3-1所示圖3-1定位元件1.1.2氣動回路圖氣動回路圖如圖3-2所示圖3-2氣動回路圖1.油箱；2.液壓泵；1.溢流閥；4.三位四通電磁換向閥1；5.液壓缸1；6.三位四通電磁換向閥2；7.液壓缸21.2.1對夾緊裝置的要求夾緊裝置可以說是夾緊機構最關鍵的一部分。所以在設計的過程中中，應注意以下幾點：設計出的夾緊裝置應該是一個靠譜、方便、易用、安全的裝置。夾緊裝置在夾緊的過程中可以正確地找到（定位到）工件的位置。夾緊力大小不能太大也不能太小即大小合適。夾緊裝置要確保工件在加工的過程中盡量保持固定不動，不能產生位移和偏轉。夾緊裝置的先進程度應該與生產工件的多少和生產工件的方式相適應。并且設計出的夾緊裝置盡可能地采用國家標配元件[8]。異形工件定位夾緊機構要求具體如下特點：首先動作迅速，能夠滿足工作環境使用需求，夾緊異形工件后機構旋轉90°保證工件不會掉落。夾緊力要適中，過小容易造成旋轉過程中工件滑落，過大則會造成工件產生形變。夾緊裝置主要包括與導軌座相連的擋板、連接架、固定架、夾緊部分。1.2.2夾緊裝置分析夾緊裝置的設計要符合實際異形工件大小，不能太大也不能太小，且能對應異形工件進行夾緊、限制工件自由度。并且可使其與導軌座相連最后能在滑軌上移動。由于夾緊裝置對應異形工件尺寸設計，所以可進行準確夾緊。1.2.3夾緊裝置設計過程根據對工作臺整體和異形工件的分析，設計了一個長為280mm、寬為90mm的擋板。在擋板的左右兩側各設計一個底長為370mm、高為220mm、上方長為300mm的連接架，其中連接架的寬為40mm。為防止連接架活動，在擋板后方、擋板上方靠后各連接一個固定架，最后設計夾緊部分。通過第二章異形工件尺寸分析可知，需要設計出夾緊異形工件左右兩側的夾緊部分。異形工件的鞍面長為124mm，寬為70mm，兩側的小凹槽長為15mm，寬為70mm，小凹槽左右兩側凸出來的地方長為21.5mm，相對鞍面突出25.5mm。由以上數據可以確定夾緊部分的高為70mm，經過對異形工件和夾緊裝置的分析，確定模型拉伸尺寸為110mm，由此可以設計出與異形工件兩側相嚙合的夾緊部分。最后將擋板與連接架相連接再用固定架接上兩個連接架，之后將夾緊部分裝在連接架上方，夾緊裝置就完成了。其中，夾緊裝置三維圖如下圖3-3所示圖3-3夾緊裝置1.擋板；2.連接架；1.固定架；4.夾緊部分1.2.4夾緊力的確定要想確定夾緊力，就需要從夾緊力的大小、夾緊力的方向、夾緊力的作用點這三個方面來入手：首先是夾緊力方向的確定：通常情況下，夾緊力的方向最好和工件剛度大的那個方向保持一致，因為這樣可以最不容易使工件產生變形。夾緊力作用的方向應該更方便工件的定位，而不是妨礙工件的定位。大部分情況下，夾緊力都是和主要定位面垂直。盡可能地，使夾緊力作用的方向與重力一個方向，因為這樣可以減小所需夾緊力，從而使計算更簡單[9]。其次是夾緊力作用點的選擇：只有在夾緊力的方向確定的情況下，才能確定夾緊力的作用點。一般要注意以下幾點：夾緊力作用點最好與支承的元件或支承元件所在的面保持平行（或正對），因為這樣可以使工件的定位不發生改變。夾緊力作用點可能在工件剛度強的地方，這樣不會使工件產生變形。最好讓夾緊力作用點盡可能靠近被加工的面，因為這樣可以降低切削時候的力對工件產生的旋轉力矩。在迫不得已的時候，可以在工件剛度弱的地方增加一個輔助支承，這樣可以降低切削過程中的抖動[10]。由之前對異形工件的分析可知，為了有效控制異形工件的形變，夾緊點確定在鞍面兩側的凹槽點處。1.2.3夾緊力大小的估算想要估算夾緊力的大小，我們一般會把工件看成一個整體（分離體），然后再對工件進行受力分析，之后依據力的平衡條件，算出可以使工件能一直平衡所需要的最小的夾緊力，最后再將之前算出的最小的夾緊力乘一個合適的安全系數，就可以算出所需的夾緊力[11]。設加工部件的直徑為d，裝夾部位的直徑為d0。把工件視為一個分離體，忽略其他因素，只考慮主切削力Fc所產生的力矩與夾緊裝置夾緊力Fj所產生的力矩相平衡，可列出如下關系式：Fc式中μ—夾緊裝置與工件之間的摩擦系數；Fjmin由上式可得Fjmin將算出的最小夾緊力再乘安全系數k，就可以得到所需夾緊力Fj摩擦系數主要取決于工件與夾具支承件或夾緊件之間的接觸形式，其具體數值見表3-1。表3-1不同表面的摩擦系數接觸表面特征摩擦系數接觸表面特征摩擦系數光滑表面0.15～0.25直溝槽，方向與切削方向垂直0.4～0.5直溝槽，方向與切削方向一致0.25～0.35交錯網狀溝槽0.6～0.81.3氣缸氣缸是氣壓傳動系統中的執行元件，它的職能是將空氣中的壓力能轉換成機械能，對外做功。1.1.1氣缸的工作原理氣缸的工作原理就是,氣缸先利用活塞來使自身增加氣壓，然后氣壓傳動會將壓縮空氣時產生的壓力能轉換成機械能,產生的機械能就會讓機構做來回重復的運動，包括直線運動、旋轉運動等。其中它的具體過程是沒有桿的一側會先使壓縮空氣進入,而有桿的一側進行壓縮空氣輸出（排氣）,這時氣缸兩側會產成壓力差,這會使活塞上的力,推著活塞向前走,使活塞桿往外伸；當有桿的一側使壓縮空氣進入,而沒有桿的一側進行壓縮空氣輸出（排氣）時,氣缸兩側同樣會形成壓力差，這就會使活塞桿往回縮,若有桿的一側和沒有桿的一側交替進氣和排氣,活塞就會做出往復直線運動[12]。1.1.2氣缸的組成和特點氣缸主要由缸筒、端蓋、活塞、活塞桿和密封件等結構組成。結構上的特點是卡環把活塞和活塞桿相連接，因此拆裝起來非常容易；活塞上面支撐環的材料比較特殊，它是由聚四氟乙烯組成，這種材料的特點是摩擦力小；活塞桿可以在軸向的運動中一直保持豎直不動都是導向套的功勞，這樣可以保護密封件；緩沖裝置裝在缸的兩側，緩沖裝置的主要作用就是減小活塞在運動中的沖擊。此類缸的工作壓力為12～15MPa[13]。三維建模圖如下圖3-4所示圖3-4氣缸1.4夾具體夾具體是夾具的主要承載體，夾具各個零部件都安裝在夾具體上面，夾具體的加工精度直接影響工件定位的準確性，材質為Q345鋼，夾具體上表面進行精細加工，平面度為0.02mm，表面粗糙度為1.6μm，上下兩側安裝面的平面度、表面粗糙度與上面一致。其余各個表面的表面粗糙度均為1.2μm。本文采用SolidWorks軟件完成夾具體設計，其三維建模如下圖3-5所示圖3-5夾具體夾具體為長1800mm，寬1000mm，高40mm的鋼板，以圖3-8的左端面為定位基準面，鋼板中心為定位基準點。定位基準點左右兩側各排列著直徑為9mm的8個通孔，其中通孔以定位基準點左右對稱分布，最左邊通孔距離左端面80mm，通孔之間距離為80mm。在第五個通孔的上下100mm處裝兩個邊長為40mm，高為190mm的兩個柱體，同樣以定位基準點對稱分布，用于安裝小擋板限制夾緊裝置移動過度。在左上角柱體距離底板80mm處有一置物板，其中置物板的厚度為8mm，置物板用于連接氣缸。1.5其他零部件（1）連桿機構連桿機構用于連接氣缸和夾緊裝置，從而使氣缸帶動夾緊裝置夾緊工件。其SolidWorks三維建模圖如圖3-6所示圖3-6連桿機構（2）導軌座在夾緊裝置擋板下有兩個導軌座，導軌座的通孔與擋板上的通孔相連，使其與擋板緊緊連接在一起，從而使導軌座帶著夾緊裝置在滑軌上移動。