开合螺母设计

错误！未找到引用源。

机械工程系

机械制造装备设计说明书

设计题目 开合螺母夹具设计

学科专业 机械设计制造及其自动化13-1班 学生学号 2013220068 学生姓名 李 凯 指导教师 李 强

日期 2019年07月25日

新疆工程学院

课程设计任务书

2014—2015学年第一学期

机械工程 系 机械设计 专业 机械设计13 班级

课程名称： 《机械制造装备设计》 设计题目： 开合螺母夹具设计 时间日期：共 1 周

内 容 及 任 务

一、设计任务:

1.加工条件

（1）工件的燕尾面和+0.019

0212mm φ-孔已经加工，两孔距离为380.1mm ±； （2）+0.027040mm φ孔经过粗加工。

采用卧式车床加工 2.加工要求

精镗+0.027

040mm φ孔及车端面，要求：

（1）+0.027040mm φ孔轴线至燕尾端面为450.05±轴线； （2）+0.027040mm φ孔轴线与C 面的平行度为0.05mm ；

（3）加工孔轴线与+0.019

012mm φ孔的距离为80.05mm ±。

3.提交任务要求

（1）开合螺母零件图（2D 电子版&纸质版）；

（2）开合螺母车床夹具装配图（2D 电子版&纸质版）； （3）开合螺母车床夹具装配3D ，并呈现爆炸视图； （4）开合螺母零件3D

（5）开合螺母车床夹具设计说明书零件图、装配图装订成册

要求内容：

① 开合螺母零件图；

② 开合螺母车床夹具装配图； ③ 夹具定位基准误差分析；

④ 夹具零件3D 截图展示，及设计说明；

二、设计工作量

1、 设计计算说明书一份, 非标准零件图1-2张，专用夹具装配总图1张，夹具

爆炸图1张（3D 图）；图纸工作量应大于一张A0图； 2、 设计说明书及图纸必须为计算机输出稿；

上交作业应包括电子稿以及打印稿，设计说明书文件格式为word2003版本，平面工作图纸文件格式为Autocad2008或以下版本文件dwg 格式，3D 图可采用任何一种三维造型软件绘制。

进度安排

起止日期

工作内容

2015.1.5

1、设计准备工作：熟悉设计任务书，明确设计的内容

与要求；2、熟悉设计指导书、有关资料、图纸等 3、结构方案分析；

2015.1.6 机构（夹具）草图设计；机构（夹具）分析计算； 2015.1.7-1.9 装配图绘制草图；夹具零件图绘制； 2015.1.10 编写设计计算说明书； 2015.1.11

答辩

主要参考资料1.《机械制造装备设计》冯辛安等著机械工业出版社

2.《机械制造装备设计课程设计》陈立德编高等教育出版社

3.《机械制造装备设计》陈立德编高等教育出版社

4.《金属切削机床夹具设计手册》浦林详等编机械工业出版社

5. 《金属切削机床设计》戴曙著机械工业出版社

指导教师（签字）：2014 年12月22日系（教研室）主任（签字）：年月日

目录

1.明确设计任务与收集设计资料 (6)

2.拟定夹具结构方案与绘制夹具草图 (7)

2．1 确定工件的定位方案，设计定位装置 (7)

2．2 夹具类型的确定 (8)

2．3 确定工件的夹紧方案，设计夹紧装置 (9)

2．4 夹具与机床的连接方式及安装基面 (12)

2．5 夹具的平衡 (12)

2．6 绘制夹具草图，并标注尺寸、公差及技术要求 (13)

2．7 夹具的精度分析 (14)

2.9夹具的使用说明 (16)

2.10夹具总装配图 (16)

参考文献 (18)

1.明确设计任务与收集设计资料

+0.019mm孔已图1-1所示为一开合螺母车削工序图，工件的燕尾面和两个φ12

+0.027mm孔经过粗加工。本道工序为精镗φ经加工，两孔距离为38±0.1mm，φ40

+0.027mm孔及车端面。加工要求是：

40

+0.027mm孔轴线至燕尾面C的距离为45±0.05 mm；

（1）φ40

+0.027mm孔轴线与C面的平行度为0.05 mm；

（2）φ40

+0.019mm孔的距离为8±0.05 mm。

（3）加工孔轴线与φ12

+0.027mm的孔轴线对两B面的对称面的垂直度为0.05mm （4）φ40

试设计本道工序所用的专用夹具。

图1-1 开合螺母车削工序图

1)工件的结构特点及材料

开合螺母由上下两个半螺母组成，装在溜板箱体后壁的燕尾形导轨中，可上下移动。上下半螺母的背面各装有一个圆销，其伸出端分别嵌在槽盘的两条曲线槽中。扳动手柄，经轴使槽盘逆时针转动时，曲线槽迫使两圆销互相靠近，带动上下半螺母合拢，与丝杠啮合，刀架便由丝杠螺母经溜板箱传动进给。槽盘顺时针转动时，曲线槽通过迫使圆销使两半螺母相互分离，与丝杠脱开啮合，刀架便停止进给。开合螺母的材料为45钢

图1-2 开合螺母实体图

2)确定本工序的加工表面、加工要求、加工余量、定位基准和夹紧表面及所用

的机床、刀具、量具等

表1-1:加工表面、加工要求、加工余量、定位基准和夹紧表面及机床

（1）加工表面：φ40

+0.027mm孔和两个端面

（2）加工要求：a.φ40

+0.027mm孔轴线至燕尾面C的距离为45±0.05 mm；

b.φ40

+0.027mm孔轴线与C面的平行度为0.05 mm；

c.加工孔轴线与φ12

+0.019mm孔的距离为8±0.05 mm

（3）加工余量：精镗φ40

+0.027mm孔的工序余量为0.5mm；

车端面的工序余量为1 mm。

（4）定位基准：主要加工表面φ40

+0.027mm孔的定位基准为燕尾底面C和

φ120+0.019mm孔轴心线

（5）夹紧表面：燕尾面B和C

（6）所需机床：C620车床

2.拟定夹具结构方案与绘制夹具草图

2．1 确定工件的定位方案，设计定位装置

定位就是使同一工序中的一批工件都能在夹具中占据正确的位置。它的基

本任务有以下三项：

（1）从理论上讲就是如何使同一批工件在夹具中占据正确的位置。

（2）选择或设计合理的定位方案及定位装置。

（3）保证有足够的定位精度。即工件在夹具中虽有一定的误差，但仍能保证工件

的加工误差。

它的基本原理是六点定位规则，即用合理分布的六个支承点限制工件六个自由度的规则。但实际中还存在着过定位和欠定位。其中欠定位保证不了加工精度，所以是绝不允许发生的，而过定位由于夹具上的定位元件同时重复限制了工件的一个或几个自由度，将造成工件定位不稳定，降低了加工精度；使工件或定位元件产生变形，甚至无法安装和加工，故应尽量避免采用。

根据本工序的加工要求，不仅要镗孔，还要加工两个平面，因此工件必须完全定位，即六点定位原则。按照加工要求，工件的定位方案分析如下：

表2-1:工件的定位及应限制的自由度：

定位元件限位基准定位基准

限制自由度

支承板8、10支承板8、10

的平面

燕尾底面C Z转动、Y移动、X转动

燕尾面B Y转动、X移动

活动菱形销9活动菱形销9

的轴心线

φ120+0.019mm

孔轴心线Z移动

工件装卸时，可从上方推开活动支承板10将工件插入，靠弹簧力使工件靠紧固定支承板8，并略推移工件使活动菱形销9弹入定位孔φ12

+0.019mm内。

2．2 夹具类型的确定

由于开合螺母以燕尾面C为主要定位基准，且在车床上加工，而工件的形状与尺寸决定了它不适宜于采用心轴类、卡盘类或花盘类夹具，只能采用角铁式车床加工。

夹具体呈角铁状的车床夹具称为角铁式车床夹具，其结构不对称，用于加工壳

体、支承座、杠杆、接头等零件上的回转面和端面。

考虑车床夹具的特点和工件的加工表面，本工序应有两次安装，当孔和一个端面加工完毕后，应松开压板，将工件回转180度，重新定位夹紧，再加工另一端面。

2．3 确定工件的夹紧方案，设计夹紧装置

（1）确定夹紧装置

由于车削时工件和夹具一起随主轴作旋转运动，故在加工过程中，工件除受切削扭矩的作用外，整个夹具还受到离心力的作用，转速越高离心力越大，会降低夹紧机构产生的夹紧力。此外，工件定位基准的位置相对于切削力和重力的方向来说是变化的。因此，夹紧机构所产生的夹紧力必须足够，自锁性能要好，以防止工件在加工过程中脱离定位元件的工作表面。

对于角铁式夹具，夹紧力的施力方式要注意防止引起夹具变形。这里有两种夹紧方案。

图a）图b）

图2-1 夹紧方案的选择

如果采用图a）所示的施力方式其夹紧装置比较简单，但可能会引起角铁悬伸部分的变形和夹具体的弯曲变形，离心力、切削力也会助长这种变形。

如果改用图b）所示回转式螺旋摆动压板机构显然较好，因为角铁刚性好，压板的变形不影响加工精度。所以根据工件形状特点，采用带摆动V形块3的回

转式螺旋压板机构夹紧。

（2）螺旋夹紧机构各元件材料、热处理要求和结构尺寸确定。

螺旋夹紧机构各元件均已标准化，可参阅《机械零件手册》确定。

1.带肩六角螺纹（GB/T2148-91）

图2-2 带肩六角螺纹

技术要求：

材料：45钢；

热处理：HRC35-40；

细牙螺纹的支承面对螺纹轴线的垂直度按GB1184-80《形状和位置公差》规定的9级公差。

2.铰链压板（GB/T2188-91）

图2-3铰链压板

技术要求：

材料：45钢 ;

热处理：淬火、回火HRC35-40。

3．摆动V形块（GB2208-80）

图2-4 摆动V形块技术要求：

材料：20钢;

热处理：淬火HRC60-64, 渗碳深0.8~1.2mm; 锐边倒钝。

4．活节螺栓（GB/T798-88）

图2-5活节螺栓

技术要求：

材料：钢

表面处理：a.不经处理；b.镀锌钝化；

螺纹公差：g8

2．4 夹具与机床的连接方式及安装基面

车床夹具与机床主轴的连接精度对夹具的回转精度有决定性的影响。因此，要求夹具的回转轴线与车床主轴轴线有尽可能高的同轴度。

对于径向尺寸较大的夹具，一般通过过渡盘与车床主轴轴颈联接。专用夹具以其定位止口按H7/h6或H7/js6装配在过渡盘的凸缘上，然后用螺钉紧固。过渡盘与主轴配合的表面形状取决于主轴前端的结构。

如图2-8所示的过渡盘，其上有一个定位圆孔按H7/h6或H7/j6和主轴的轴颈相配合，并有螺纹和主轴连接。为了安全起见，还可以用压块把过渡盘压紧在主轴上，这样可防止停车和倒车时，不致因惯性作用而可能松开。这种连接方式的安装精度受到配合精度的限制，为了提高安装精度，在车床上安装夹具时，可按找正圆校正夹具与车床主轴的同轴度。

图2-6 过渡盘

2．5 夹具的平衡

由于加工时夹具随同主轴旋转，如果夹具的重心不在主轴旋转轴线上就会产生离心力，这样不仅加剧机床主轴和轴承的磨损，而且会产生振动，影响加工质量和刀具寿命且不安全。所以对于角铁式夹具，要有平衡要求，平衡的方法是设置平衡块。平衡块重心的位置应可以调节，可在平衡块上（或夹具体上）开径向槽或环形槽，以使夹具装配时调整其位置。

图2-7 平衡块

2．6 绘制夹具草图，并标注尺寸、公差及技术要求

图2-8 角铁式车床夹具

+0.027mm孔的专用夹具。由角铁式的专用夹图2-8为加工图2-1开合螺母φ40

具和过渡盘两部分组成，专用夹具以夹具体5上定位止口和过渡盘4的凸缘相配合并加以紧固，形成一个夹具整体。在装配时应使夹具体止口的轴线（代表专用夹具的回转轴线）和过渡盘的定位圆孔同轴。为保持夹具回转运动时平衡，在角铁的另一端设置了平衡块。

2．7 夹具的精度分析

工件在车床夹具上加工时，加工误差的大小受工件在夹具在夹具上的定位误

差△

D 、夹具误差△

J

、夹具在主轴上的安装误差△

A

和加工方法误差△

G

的影响。

以下对尺寸45±0.05mm的精度问题作一分析。

1）定位误差△

D

定位误差△

D

常用合成法进行计算。

由于定位基准与工序基准不重合以及定位基准与限位基准不重合是造成定

位误差的原因，因此，定位误差应是基准不重合误差△

B 与基准位移误差△

Y

的合

成。计算时，可先算出△

B 和△

Y

，然后将两者合成而得△

D

。

由于C面既是工序基准，又是定位基准，基准不重合误差△

B

为零。

工件在夹具上定位时，定位基准与限位基准（支承板8、10平面）是重合的，

基准位移误差△

Y

也为零。

因此，尺寸45±0.05mm的定位误差△

D

等于零。

2）夹具误差△

J

因夹具上定位元件、对刀或导向元件、分度装置及安装基准之间的位置不精

确而造成的加工误差，称为夹具误差△

J

。

夹具误差△

J 主要包含定位元件相对于安装基准的尺寸或位置误差△

J1

；定位

元件相对于对刀或导向元件（包括导向元件之间）的尺寸或位置误差△

J2

；导向

元件相对于安装基准的尺寸或位置误差△

J3。以上几项共同组成夹具误差△

J

。

图2-10中，夹具误差△

J

为限位基面（支承板8、10的平面）与止口轴线间的距离误差，即夹具总图上尺寸45±0.05mm的公差0.04mm，以及限位基面相对于安装基面D、C的平行度和垂直度误差0.01mm（两者公差兼容）。

3）夹具的安装误差△A

因夹具在机床上的安装不精确而造成的加工误差，称为夹具的安装误差△

A

。产生夹具的安装误差的因素有：

⑴夹具定位元件对夹具体安装基面的相互位置误差。

⑵夹具安装基面本身的制造误差及其与机床卡面间的间隙所产生的连接误差。

△

A = X

1max

+ X

2max

式中

X

1max

——过渡盘与主轴间的最大配合间隙；

X

2max

——过渡盘与夹具体间的最大配合间隙。

设过渡盘与车床主轴间的配合尺寸为φ92H7/js6，查表：φ92H7为φ

92

+0.035mm，φ92js6为φ92±0.011mm，因此

X

1max

= （0.035+0.011）mm = 0.046mm

过渡盘与夹具体间的配合尺寸为φ160H7/js6，查表：φ160H7为φ

160

+0.040mm，φ160js6为φ160±0.0125mm，因此

X

2max

= （0.040+0.0125）mm = 0.0525mm

故

△

A

=（0.0462 + 0.05252）0.5 =0.0698mm

4）加工方法误差△

G

因机床精度、刀具精度、刀具与机床的位置精度、工艺系统的受力变形和受

热变形等因素造成的加工误差，统称为加工方法误差△

G

。

车床夹具的加工方法误差，如车床主轴上安装夹具基准（圆柱面轴线、圆锥面轴线或圆锥孔轴线）与主轴回转轴线间的误差、主轴的径向跳动、车床溜板进给方向与主轴轴线的平行度或垂直度等。它的大小取决于机床的制造精度、夹具的悬伸长度和离心力的大小等因素。一般取

△

G =δ

K

/3=0.1/3=0.033mm

5）总加工误差∑△

工件在夹具中加工时，总加工误差∑△为上述各项误差之和。由于上述误差均为独立随机变量，应用概率法叠加。因此保证工件加工精度的条件是

∑△=（△

D +△

J

+△

A

+△

G

）0.5≤δ

K

既工件的总加工误差∑△应不大于工件的加工尺寸公差δ

K

。

为保证夹具有一定的使用寿命，防止夹具因磨损而过早损废，在分析计算工

件加工精度时，需留出一定的精度储备量J

C

。因此将上式改写为

J

C =δ

K

-∑△≥0

当J

C ≥0时，夹具能满足工件的加工要求。J

C

值的大小还表示了夹具使用寿

命的长短和夹具总图上各项公差值δ

J

确定得是否合理。

图1-1夹具的总加工误差为

∑△=（△2

D +△2

J

+△2

A

+△2

G

）0.5

=（0+0.042+0.012+0.0462+0.05252+0.0332）0.5

=0.088mm

精度储备 J

C

=（0.1-0.088）mm=0.012mm

2.9夹具的使用说明

1.先将过渡盘与夹具体用螺栓连接，并将其与主轴连接配合。

2.再将工件放置在夹具体上，使其燕尾槽部位贴合，并调节位置使主体部位孔与主轴同心。

3.将夹具体尾部活动支撑块与工件燕尾槽的另一部分相配合，并使用活动支撑块上的螺母及导轨使工件固定到合理的加工位置。

4.最后将V型块通过螺杆与工件配合，通过螺杆的拧紧来调节工件的位置直至到合理的加工位置为止。

2.10夹具总装配图

图2-9 CAD装备图

图2-10 UG装配图

图2-11 UG爆炸图

参考文献

（1）《机床夹具设计手册》上海科学技术出版社， 1998。

（2）《夹具设计手册》杨黎明主编，国防工业出版社， 1996。

（3）《机械夹具设计》机械工业出版社， 1991。

（4）《机械制造工艺学》机械工业出版社， 1991。

（5）《机械零件》机械工业出版社， 1991。

（6）《机床夹具设计》肖继德、陈宁平主编，机械工业出版社，2000。

（7）《画法几何及机械制图》许锡祺主编，中央广播电视大学出版社，2001。（8）《机械设计课程设计》巩云鹏、田万禄、张祖立、黄秋波编，东北大学出版社 2004。

（9）《机械工程材料》许德珠主编，高等教育出版社，2004。

（10）《中文野火版教程－零件设计范例》詹友刚主编，清华大学出版社2004年。

（11）《机械设计》孙志礼、冷兴聚、魏延刚、曾海泉主编，东北大学出版社2004年。

（12）《机械原理》邹慧君主编，高等教育出版社。