【正文】 論文在回顧了夾具的概念、發(fā)展、組成以及國(guó)內(nèi)外應(yīng)用現(xiàn)狀后，詳細(xì)介紹了夾具的總體設(shè)計(jì)和各組成部分的設(shè)計(jì)，并著重闡述了設(shè)計(jì)研究過程中的各項(xiàng)所需的關(guān)鍵技術(shù)在對(duì)國(guó)內(nèi)外眾多夾具設(shè)計(jì)系統(tǒng)進(jìn)行仔細(xì)的分析研究之后，本課題確定以專用夾具為對(duì)象，以銑床夾具為主要開發(fā)內(nèi)容，設(shè)計(jì)一種適合國(guó)內(nèi)企業(yè)現(xiàn)狀的具有先進(jìn)性和實(shí)用性的銑床夾具。AUTOCAD；計(jì)算機(jī)輔助夾具設(shè)計(jì)(CAFD) 第一章 緒論 本世紀(jì)的一個(gè)重大變革是全球市場(chǎng)的統(tǒng)一，它使市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)更加激烈，產(chǎn)品更新更快，但是有限的資源加上消費(fèi)者對(duì)復(fù)雜產(chǎn)品的需求日益增加，使你合很難保持市場(chǎng)分額。 PRO/ENGINEER軟件包的產(chǎn)品開發(fā)環(huán)境在支持并行工作，它通過一系列完全相關(guān)的模塊表述產(chǎn)品的外形、裝配及其他功能。 PRO/E的最新版本為PRO/，它可運(yùn)行于Windows/NT和UNIX平臺(tái)上，共有六大主模塊：（1）工業(yè)設(shè)計(jì)(CAID)模塊 工業(yè)設(shè)計(jì)模塊主要用于對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行幾何設(shè)計(jì)，以前，在零件未制造出時(shí)，是無法觀看零件形狀的，只能通過二維平面圖進(jìn)行想象。包括： PRO/3DPAINT(3D建模)、 PRO/ANIMATE(動(dòng)畫模擬)、 PRO/DESIGNER(概念設(shè)計(jì))、PRO/NETWORKANIMATOR(網(wǎng)絡(luò)動(dòng)畫合成)、PRO/PERSPECTASKETCH（圖片轉(zhuǎn)三維模型）、PRO/PHOTORENDER(圖片渲染)幾個(gè)子模塊。用 PRO/E生成曲面僅需2步～3步操作。包括：PRO/ASSEMBLY（實(shí)體裝配）、PRO/CABLING（電路設(shè)計(jì)）、PRO/PIPING（彎管鋪設(shè)）、PRO/REPORT（應(yīng)用數(shù)據(jù)圖形顯示）、PRO/SCANTOOLS（物理模型數(shù)字化）、PRO/SURFACE（曲面設(shè)計(jì)）、PRO/WELDING（焊接設(shè)計(jì)）（3） 功能仿真(CAE)模塊 功能仿真(CAE)模塊主要進(jìn)行有限元分析。有限元仿真使我們有了一雙慧眼，能“看到”零件內(nèi)部的受力狀態(tài)。（4） 制造(CAM)模塊 在機(jī)械行業(yè)中用到的 CAM制造模塊中的功能是NC Machining(數(shù)控加工)。在這一事件中出盡風(fēng)頭的CAMMAX軟件就是一種數(shù)控模塊。并自動(dòng)跟蹤你創(chuàng)建的數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)包括你存貯在模型文件或庫中零件的數(shù)據(jù)。但在實(shí)際工作中，往往需要接受別的CAD數(shù)據(jù)。傳統(tǒng)夾具以專用夾具為代表主要有四種功能:定位、夾緊、導(dǎo)向和對(duì)刀。 單件小批生產(chǎn)一般選用通用夾具、可調(diào)整夾具和組合夾具等，使用這類夾具時(shí)的調(diào)整和測(cè)量需要依賴經(jīng)驗(yàn)，而且需花費(fèi)大量時(shí)間。在使用CNC機(jī)床修改產(chǎn)品設(shè)計(jì)時(shí)，只要變更NC程序，加工工藝就能隨之變化，而NC程序借助于計(jì)算機(jī)輔助編程系統(tǒng)只要花一天或數(shù)個(gè)小時(shí)就能完成修改。所以柔性的概念是模糊的。表11現(xiàn)代柔性夾具的工作原理及分類表表11┌──────────┬──────────┬──────────┐│分類 │柔性工作原理 │子分類 │├──────────┼──────────┼──────────┤│組合夾具 │標(biāo)準(zhǔn)元件的機(jī)械裝配 │槽系組合夾具 ││ │ │孔系組合夾具 │├──────────┼──────────┼──────────┤│可調(diào)整夾具 │在通用或?qū)Ｓ脢A具基礎(chǔ)│通用可調(diào)夾具 ││ │上更換元件和調(diào)節(jié)元件│專用可調(diào)夾具 ││ │ 的位置 │ │├──────────┼──────────┼──────────┤│模塊化程序控制式夾具│用伺服控制機(jī)構(gòu)變動(dòng)元│雙轉(zhuǎn)臺(tái)回轉(zhuǎn)式 ││ │ 件的位置 │可移動(dòng)拇指式 │├──────────┼──────────┼──────────┤│適應(yīng)性夾具 │將定位元件或夾緊元件│渦輪葉片式 ││ │分解為更小的元素以適│彎曲長(zhǎng)軸式 ││ │ 應(yīng)工件的連續(xù)變化 │ │├──────────┼──────────┼──────────┤│相變材料夾具 │材料物理性質(zhì)的變化 │ 真相變材料夾具 ││ │ │偽相變材料流態(tài)床夾具│├──────────┼──────────┼──────────┤│防生抓夾式夾具 │形狀記憶合金 │用于機(jī)器人終端器也可││ │ │ 用于夾具 │└──────────┴──────────┴──────────┘1. 3國(guó)內(nèi)外計(jì)算機(jī)輔助夾具設(shè)計(jì)發(fā)展現(xiàn)狀 CADICAM系統(tǒng)中，計(jì)算機(jī)輔助夾具設(shè)計(jì)(CAFD)以其本身特點(diǎn)是相對(duì)獨(dú)立的一部分，并和其他部分尤其是CAPP緊密連接，廣義的說，CAFD是新興的計(jì)算機(jī)輔助工藝裝備CAT (Computer Aided Tooling)范疇。到現(xiàn)在大約經(jīng)歷了三代: （1）第一代是交互式夾具CAD系統(tǒng)，該系統(tǒng)應(yīng)用CAD軟件建立夾具元件庫，菜單驅(qū)動(dòng)的夾具裝配程序，借規(guī)定的坐標(biāo)系統(tǒng)和XY平面內(nèi)的轉(zhuǎn)動(dòng)角度來執(zhí)行夾具裝配操作，實(shí)際操作時(shí)費(fèi)時(shí)較多，但在工業(yè)上有實(shí)用價(jià)值。〔3〕第三代能生成夾具結(jié)構(gòu)的商品化夾具設(shè)計(jì)系統(tǒng)，如美國(guó)吳士脫理工學(xué)院容亦鳴教授和清華大學(xué)朱耀祥、羅振璧教授合作開發(fā)的孔系數(shù)控組合夾具設(shè)計(jì)系統(tǒng):國(guó)內(nèi)有中國(guó)航空工業(yè)總公司保定向陽機(jī)械廠用AUTOCAD開發(fā)的組合夾具設(shè)計(jì)系統(tǒng)，建有元件庫，交互式生成組合夾具。機(jī)床夾具設(shè)計(jì)以培養(yǎng)夾具設(shè)計(jì)能力為主線，貫穿機(jī)械設(shè)計(jì)制造工藝的整個(gè)過程，通過學(xué)習(xí)夾具設(shè)計(jì)的基本原理、原則和方法，典型夾具的分析與設(shè)計(jì)，來培養(yǎng)獨(dú)立設(shè)計(jì)機(jī)械產(chǎn)品的能力。定位方案和定位元件的選擇包括定位元件的結(jié)構(gòu)，形狀，尺寸及布置形式等，主要決定于工件的加工要求，工件定位基準(zhǔn)和外力的作用狀況等因素。鍵槽長(zhǎng)度60177。夾具設(shè)計(jì)的基本要求：提高機(jī)械加工的勞動(dòng)生產(chǎn)率和降低工件的制造成本，操作方便、安全，使設(shè)計(jì)的夾具便于制造、裝配、檢驗(yàn)、調(diào)整與維修。 工件定位的基本原理工件定位的實(shí)質(zhì)，就是要使工件在夾具中占有某個(gè)確定的位置。因此，要使工件在夾具中占有確定的位置，就是要在空間直角坐標(biāo)系中，通過定位元件限制工件的六個(gè)自由度。應(yīng)該采用完全定位還是不完全定位，主要由該工序的加工要求來決定。兩個(gè)或兩個(gè)以上定位支承點(diǎn)重復(fù)限制同一個(gè)自由度，這種重復(fù)定位的現(xiàn)象叫做過定位。如因某些結(jié)構(gòu)上的原因，無法避免過定位時(shí)，應(yīng)采取必要的相應(yīng)措施，以減小由于過定位所造成的影響。即沿三個(gè)相互垂直的坐標(biāo)軸的移動(dòng)自由度，以及繞這三個(gè)坐標(biāo)軸的轉(zhuǎn)動(dòng)自由度。如果根據(jù)該工序加工要求只需限制部分自由度，而其他自由度無需限制時(shí)，工件雖然不占有確定的唯一位置，但不影響該工序的加工要求，此時(shí)稱為不完全定位。所以，在確定工件在夾具中的定位方案時(shí)，不允許出現(xiàn)欠定位這樣的原則性錯(cuò)誤。因此，在設(shè)計(jì)夾具時(shí)，一般情況下應(yīng)避免出現(xiàn)過定位現(xiàn)象。但當(dāng)兩基準(zhǔn)重合后，會(huì)使夾具結(jié)構(gòu)復(fù)雜或工件定位不穩(wěn)定時(shí)，則應(yīng)另選定位基準(zhǔn)，此時(shí)必須計(jì)算和控制基準(zhǔn)不符誤差。不當(dāng)?shù)貌徊捎妹孀龆ㄎ换鶞?zhǔn)時(shí)，應(yīng)盡量只用一次。但如因此造成夾具結(jié)構(gòu)復(fù)雜時(shí)，則不必強(qiáng)求定位基準(zhǔn)統(tǒng)一。方案1：，端面加止推銷，如圖22a所示。比較以上兩種方案，方案2則使對(duì)稱度的定位誤差為零。由《機(jī)床夾具手冊(cè)》查得，技術(shù)條件為材料20號(hào)鋼。為了保證在這些外力作用下，工件仍能在夾具中保持由定位元件所確定的加工位置，而不致發(fā)生振動(dòng)或位移，一般在夾具結(jié)構(gòu)中都必須設(shè)置一定的夾緊裝置，將工件可靠地夾緊。（3） 夾緊裝置應(yīng)操作安全、方便、省力。由于頂尖套較長(zhǎng)，須用兩塊壓板在兩處夾緊。液壓缸的結(jié)構(gòu)型式為單作用式油缸。因?yàn)閵A緊裝置為聯(lián)動(dòng)夾緊機(jī)構(gòu)，且是為了防止工件移動(dòng) WＫ=KP對(duì)刀裝置是由對(duì)刀塊和塞尺組成。采用對(duì)刀塞尺的目的，是為了不使刀具與對(duì)刀塊直接接觸，以免損壞刀刃或造成對(duì)刀塊過早磨損。由于兩銑刀的直徑相等，油槽深度由兩工位V形塊定位高度之差保證。在夾具體上，安裝組成該夾具所需要的各種元件、機(jī)構(gòu)和裝置等。為了在夾具體上安裝液壓缸和聯(lián)動(dòng)夾緊機(jī)構(gòu)，夾具體應(yīng)有適當(dāng)高度，中部應(yīng)有較大的空間。圖27圖27為定位鍵，其技術(shù)要求：（1）材料：45鋼（2）熱處理：HRC40~45（3）其他技術(shù)條件按GB2259——80《機(jī)床夾具零件及部件技術(shù)條件》。（3）影響夾具在機(jī)床上安裝精度的尺寸和公差S為定位鍵與銑床工作臺(tái)T形槽的配合尺寸18h8（T形槽為18H8）。；Ⅰ工位與Ⅱ。對(duì)刀塊的位置尺寸h為限位基準(zhǔn)到對(duì)刀塊表面的距離。s+imin式中 h——對(duì)刀塊的位置尺寸：H——定位基準(zhǔn)至加工表面的距離；S——塞尺厚度。本例中，==177。,所以對(duì)刀塊水平方向的位置尺寸為　　　　　　?。?= h=(+)mm=（基本尺寸）對(duì)刀塊垂直方向的位置尺寸為　　　　　　　Ｈ2=()mm= h2=()mm=(基本尺寸)取工件相應(yīng)尺寸公差的1/2—1/5得　　　　　　　h=177。造成誤差的原因有兩個(gè)：一是定位基準(zhǔn)與工序基準(zhǔn)不重合，由此產(chǎn)生基準(zhǔn)不重合誤差ΔB；二是定位基準(zhǔn)與限位基準(zhǔn)不重合，由此產(chǎn)生基準(zhǔn)位移誤差ΔY。為了滿足工序的加工要求，必須使工序中各項(xiàng)加工誤差之總和等于或小于該工序所規(guī)定工序誤差: Δj+Δw Δg Δj——與機(jī)床夾具有關(guān)的加工誤差； Δw——與工序中除夾具外其他因素有關(guān)的誤差； Δg——工序公差。在使用夾具的情況下，影響工件加工精度的因素可歸納為以下幾個(gè)方面：（1） 工件的定位誤差ΔD（2） 夾緊誤差ΔJ （3） 對(duì)刀和導(dǎo)向誤差ΔT（4） 夾具在機(jī)床上的安裝誤差ΔA（5） 加工方法誤差ΔG由于頂尖套銑雙槽工序中，應(yīng)進(jìn)行精度分析，其他加工要求未注公差或公差很大，可不進(jìn)行精度分析。因此，對(duì)稱度的定位誤差為零。當(dāng)使用銑床夾具加工工件時(shí)，采用標(biāo)準(zhǔn)塞尺和對(duì)刀塊進(jìn)行對(duì)刀，其對(duì)刀誤差為：ΔT=TS+Th式中 TS——塞尺的制造公差； Th——對(duì)刀塊工作面對(duì)定位元件的尺寸公差。由以上幾項(xiàng)共同組成夾具誤差。 總加工誤差ΣΔ和精度儲(chǔ)備JC計(jì)算見表21。從而實(shí)現(xiàn)了工件的完全定位。因此銑夾具底面A和定位鍵的工作面B是銑夾具與銑床的接合面。該夾具中對(duì)刀塊7與定位銷9的軸心線的距離18177。圖829為成批生產(chǎn)中加工該零件的單件銑床夾具。在卡爪3的末端開有三條軸向槽，形成三片簧瓣，繼續(xù)擰緊螺母，錐套5即迫使簧瓣脹開，使其鎖緊在夾具中，從而增強(qiáng)夾緊剛度，以免銑削時(shí)產(chǎn)生振動(dòng)。該夾具定位銷9的軸心線應(yīng)垂直于定位鍵的B面定位銷9的臺(tái)肩平面應(yīng)垂直于底面A，它們的精度均影響夾具的安裝誤差?！　《ㄎ辉木燃?2H7/g36177。在工位Ⅱ上，用圓弧銑刀銑油槽，工件以外圓、已加工過的鍵槽及端面作為定位基準(zhǔn)，在V形塊11，定位銷12和止推銷 14上完全定位。要盡量小方能保證夾緊穩(wěn)定，可靠?！　°娤骷庸どa(chǎn)率高(切削時(shí)間短)，設(shè)計(jì)夾具時(shí)要考慮如何快速地安裝工件以縮短輔助時(shí)間，一般在夾具上還設(shè)置有確定刀具位置及方向的元件，以便于迅速地調(diào)整好夾具、機(jī)床和刀具的相對(duì)位置。根據(jù)工件的進(jìn)給方式，一般可將銑床夾具分為下列二種類型：　　　　這類夾具在銑削加工中隨銑床工作臺(tái)作直線進(jìn)給運(yùn)動(dòng)?！　　　∵@類夾具常用于具有回轉(zhuǎn)工作臺(tái)的銑床上，工件連同夾具隨工作臺(tái)作連續(xù)、緩慢的回轉(zhuǎn)進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，不需停車就可裝卸工件。根據(jù)加工要求，也可用兩個(gè)銑刀頭同時(shí)進(jìn)行粗、精加工　?。ㄈＳ勉姶矈A具的結(jié)構(gòu)分析。從而實(shí)現(xiàn)了工件的完全定位。因此銑夾具底面A和定位鍵的工作面B 是銑夾具與銑床的接合面。該夾具中對(duì)刀塊7與定位銷9的軸心線的距離18177?！　”竟ば虿捎脙砂雁姷锻瑫r(shí)進(jìn)行加工，圖832為用于大批生產(chǎn)的夾具。　　夾具采用液壓驅(qū)動(dòng)聯(lián)動(dòng)夾緊，當(dāng)壓力油從油路系統(tǒng)進(jìn)入液壓缸5的上腔時(shí)，推動(dòng)活塞下行，通過支承釘浮動(dòng)杠桿螺桿3帶動(dòng)鉸鏈壓板7下行夾緊工件?！　榱颂岣咩姶矈A具在機(jī)床上安裝的穩(wěn)定性和動(dòng)態(tài)下的抗振性能，各種裝置的結(jié)構(gòu)應(yīng)緊湊，加工面盡量靠近工作臺(tái)面，以降低夾具的重心，一般夾具的高度H與寬度B之比應(yīng)限制在H/B≤1~?！　　　°姶矈A具在銑床工作臺(tái)上的安裝位置，直接影響被加工表面的位置精度，所以在設(shè)計(jì)時(shí)就必須考慮其安裝方法。對(duì)于A型鍵，其與夾具體槽和工作臺(tái)T形槽的配合尺寸均為B，其公差帶可選h6或h8?！　楸ＷC安裝精度，兩個(gè)定位鍵間的距離盡可能大些。如定位精度要求高時(shí)，可修配定位鍵下部的尺寸b，或在安裝夾具時(shí)將夾具推向T形槽的一側(cè)。對(duì)刀裝置是由對(duì)刀塊和塞尺等組成，其結(jié)構(gòu)尺寸已標(biāo)準(zhǔn)化。使用時(shí)，將塞尺放在刀具與對(duì)刀塊之間，憑抽動(dòng)的松緊感覺來判斷，以適度為宜。若采用標(biāo)準(zhǔn)對(duì)刀塊不便時(shí)，可以設(shè)計(jì)非標(biāo)準(zhǔn)的特殊對(duì)刀塊?！楹?jiǎn)化夾具結(jié)構(gòu)，生產(chǎn)中有時(shí)不用對(duì)刀裝置，而采用試切法、標(biāo)準(zhǔn)件對(duì)刀法或用百分表來元件相對(duì)于刀具的位置第三章 銑床夾具三維造型設(shè)計(jì)三維實(shí)體模型可以將用戶的設(shè)計(jì)思想以最真實(shí)的模型在計(jì)算機(jī)上表現(xiàn)出來。(2)