【文章內(nèi)容簡介】 ％ 左右?，F(xiàn)代生產(chǎn)要求企業(yè)所制造的產(chǎn)品品種經(jīng)常更新?lián)Q代，以適應(yīng)市場的需求與競爭。然而，一般企業(yè)都仍習(xí)慣于大量采用傳統(tǒng)的專用夾具，一般在具有中等生產(chǎn)能力的工廠，里約擁有數(shù)千甚至近萬套專用夾具；另一方面，在多品種生產(chǎn)的企業(yè)中，每隔 3～ 4 年就要更新 50％～ 80％ 左右專用夾具，而夾具的實際磨損量僅為 10％～ 20％ 左右。特別是近年來，數(shù)控機床、加 工中心、成組技術(shù)、柔性制造系統(tǒng)、（ FMS）等新加工技術(shù)的應(yīng)用，對機床夾具提出了如下新的要求： 1） 能迅速而方便地裝備新產(chǎn)品的投產(chǎn)，以縮短生產(chǎn)準備周期，降低生產(chǎn)成本； 青島理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 4 2） 能裝夾一組具有相似性特征的工件； 3） 能適用于精密加工的高精度機床夾具； 4）能適用于各種現(xiàn)代化制造技術(shù)的新型機床夾具； 5） 采用以液壓站等為動力源的高效夾緊裝置，以進一步減輕勞動強度和提高勞動生產(chǎn)率； 6） 提高機床夾具的標(biāo)準化程度。 在機械加工中，使用機床夾具的目的主要有一些六個方面，然而在不同的生產(chǎn)條件下，應(yīng)該有不同的側(cè)重點。夾具設(shè)計時 應(yīng)該綜合考慮加工的技術(shù)要求，生產(chǎn)成本個工人操作方面的要求以達到預(yù)期的效果。 機床夾具的發(fā)展趨勢 現(xiàn)代機床夾具的發(fā)展趨勢主要表現(xiàn)為標(biāo)準化、高效化、精密化和柔性化等四個方面。 （ 1）標(biāo)準化 機床夾具的目的就在于提高生產(chǎn)效率，這樣也就必使其具有標(biāo)準化和通用化，而機床夾具的標(biāo)準化與通用化是相互聯(lián)系的兩個方面。目前我國已有夾具零件及部件的國家標(biāo)準： GB/T2148～ T2259－ 91 以及各類通用夾具、組合夾具標(biāo)準等。機床夾具的標(biāo)準化，有利于夾具的商品化生產(chǎn)，有利于縮短生產(chǎn)準備周期，降低生產(chǎn)總成本。 （ 2） 高效化 高效化夾具主要用來減少工件加工的基本時間和輔助時間，以提高勞動生產(chǎn)率，減輕工人的勞動強度。常見的高效化夾具有自動化夾具、高速化夾具和具有夾緊力裝置的夾具等。例如，在銑床上使用電動虎鉗裝夾工件，效率可提高 5倍左右；在車床上使用高速三爪自定心卡盤，可保證卡爪在試驗轉(zhuǎn)速為 9000r/min 的條件下仍能牢固地夾緊工件，從而使切削速度大幅度提高。目前，除了在生產(chǎn)流水線、自動線配置相應(yīng)的高效、自動化夾具外，在數(shù)控機床上，尤其在加工中心上出現(xiàn)了各種自動裝夾工件的夾具以及自動更換夾具的裝置，充分發(fā)揮了數(shù)控機床的效 率。 （ 3）精密化 機床夾具的精度會直接影響到零件的加工精度，而隨著機械產(chǎn)品精度的日益提高，勢必相應(yīng)提高了對夾具的精度要求。精密化夾具的結(jié)構(gòu)類型很多，例如用于精密分度的多齒盤，其分度精度可達 177。；用于精密車削的高精度三爪自定心卡盤，其定心精度為 5um。這些精密化的夾具為以后零件加工的青島理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 5 精度提供了保證。 (4)柔性化 機床夾具的柔性化與機床的柔性化相似，它是指機床夾具通過調(diào)整、組合等方式，以適應(yīng)工藝可變因素的能力。工藝的可變因素主要有：工序特征、生產(chǎn)批量、工件的形狀和尺寸等。具有柔性化特征的新型夾具種類 主要有：組合家具、成組夾具、通用可調(diào)夾具、模塊化夾具、數(shù)控夾具等。為適應(yīng)現(xiàn)代機械工業(yè)多品種、中小批量生產(chǎn)的需要，擴大夾具柔性化的程度，改變專用夾具的不可拆結(jié)構(gòu)，發(fā)展可調(diào)夾具結(jié)構(gòu)，將是當(dāng)前夾具發(fā)展的主要方向。 機床夾具的概念和功能 機床夾具的概念 夾具是裝夾工件的一種工藝裝備，它廣泛地應(yīng)用于機械制造過程的切削加工，熱處理裝配，焊接和檢測等工藝過程中。在金屬切削機床工件是使用的夾具稱為機床夾具，在現(xiàn)代生產(chǎn)過程中，機床夾具是一種不可缺少的工藝裝備，它直接影響著加工的精度，勞動生產(chǎn)率和產(chǎn)品的制 造成本等，故機床夾具的設(shè)計在企業(yè)產(chǎn)品設(shè)計和制造以及生產(chǎn)技術(shù)裝備中占有極其主要的地位。機床夾具設(shè)計是一項重要的技術(shù)工件。 定位元件是夾具的主要功能元件之一 ，通常當(dāng)工件定位基準面的形狀確定后，定位元件的結(jié)構(gòu)也就確定了。 機床夾具的功能 機床夾具主要的功能是裝夾工件，使工件在夾具中定位和夾緊。 定位 確定工件在夾具中正確的位置的過程。定位是通過工件定位基準面與夾具定位元件的定位面接觸和配合實現(xiàn)的。正確的定位可以保證工件加工面的尺寸和位置精度要求。 夾緊 工件定位后將其固定，使其在加工過程中保持定位位 置不變的操作。由于工件在加工時，受到各種力的作用，若不使工件固定，則工件會松動、甚至脫落。因此夾緊為工件提供了安全、可靠的加工條件。 對刀 調(diào)整 刀具切削刃相對工件或夾具的正確位置。如銑床夾具中的對刀塊，它能迅速的確定銑刀相對于夾具的正確位置。 導(dǎo)向 如鉆床夾具中的鉆模板和鉆套，能迅速的確定鉆頭的位置，并引導(dǎo)其青島理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 6 進行鉆削。導(dǎo)向元件制成鉆模板形式，故鉆床夾具常稱為鉆模。鏜床夾具 （鏜模）也具有導(dǎo)向功能。 夾緊裝置也是夾具的主要元件之一，一般是鉸鏈壓板、螺釘 夾緊裝置等。 機床夾具的分類和組成 機 床夾具的分類 1. 按夾具的通用特性分類 這是一種基本的分類方法，主要反應(yīng)夾具在不同生產(chǎn)類型中的通用特性，故也是選擇夾具的主要依據(jù)。目前，我國常用的分類用通 用 夾具、專用夾具、可調(diào)夾具、組合夾具和自動化生產(chǎn)夾具五類。 （ 1） 通用夾具 通用夾具是指結(jié)構(gòu)、尺寸已經(jīng)規(guī)格化，具有一定通用性的夾具，如三角自定心卡盤、四爪單動卡盤、臺虎鉗、萬能分度頭、頂尖中心架、電磁吸盤等。其特點是適應(yīng)性強，不需調(diào)整稍加調(diào)整即可裝夾一定形狀和尺寸范圍內(nèi)的各種工件。這類夾具已商品化，且成為機床附件。采用這類夾具可縮短生產(chǎn)準備周期，減少夾具種類， 從而降低成本。其缺點是夾具的加工精度不高，生產(chǎn)率也較低，且較難以加工形狀復(fù)雜的工件，故適應(yīng)單件小批量生產(chǎn)。 （ 2）專用夾具 專用夾具根據(jù)某一工件某一工序的加工要求而專門設(shè)計和制造的夾具。其特點是針對性強，沒有通用性。在產(chǎn)品相對穩(wěn)定，批量較大的生產(chǎn)中，常用各類專用夾具，可獲得較高的生產(chǎn)率和加工精度。專用夾具設(shè)計和制造的周期較長，隨著現(xiàn)代多種品種，中、小批生產(chǎn)的發(fā)展，專用夾具適應(yīng)性和經(jīng)濟型等方面已存在很多問題。 （ 3）可調(diào)夾具 可調(diào)夾具是根據(jù)通用夾具和專用夾具的缺點而設(shè)計發(fā)展起來的一類新型夾具。對不同類型和不同 尺寸的工件，只需調(diào)整或更換原來夾具上的個別定位元件或夾緊元件便可使用。它一般又可分為通用可調(diào)夾具和成組可調(diào)夾具兩種。前者的通用范圍比通用夾具更大，后者是一種可調(diào)夾具，它按成組夾具設(shè)計并能加工相似的工件，故多品種，中、小批生產(chǎn)中使用有較好的經(jīng)濟效果。 青島理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 7 （ 4）組合夾具 組合夾具是一種模糊化的夾具。標(biāo)準的模塊化元件有較高的精度和耐磨性，可組裝成各種夾具，用完即可拆卸，留待組合新的夾具。由于使用組合夾具可縮短生產(chǎn)準備周期，零件能重復(fù)多次使用，并具有減少專用夾具數(shù)量的優(yōu)點，因此組合夾具在單件、中、小批多品種生產(chǎn)和數(shù)控 加工中，是一種非常經(jīng)濟的夾具。 （ 5）自動線夾具 自動線夾具生產(chǎn)用夾具主要分自動線夾具和數(shù)控機床用夾具兩大類。自動線夾具有兩種：一是固定式夾具；另一種是隨行夾具。數(shù)控機床夾具還包括加工中心用夾具和柔性制造系統(tǒng)用夾具。隨著制造的現(xiàn)代化，在企業(yè)中數(shù)控機床夾具的比例正在增多，以滿足數(shù)控加工的需要。數(shù)控機床夾具的典型結(jié)構(gòu)式拼裝夾具。它利用標(biāo)準的模塊組裝成的夾具 。 2. 按夾具使用的機床分類 這是專用夾具設(shè)計所用的分類方法。如車床夾具、銑床夾具、刨床夾具、鏜床夾具、磨床夾具等夾具。設(shè)計專用夾具時，機床的類別、組別、型別和主 要參數(shù)均已確定。它們的不同點是機床切削成型運動不同，故夾具與機床的連接方式不同，他們的加工精度要求也不同。 3. 按夾具的動力源分類 按夾具夾緊動力源可將夾具分為手動夾具和機動夾具兩大類。為減輕勞動強度和確保安全生產(chǎn)，手動夾具應(yīng)有擴力機構(gòu)與自鎖性能。常用的機動夾具有氣動夾具、液壓夾具、氣液夾具、電動夾具、電磁夾具、真空夾具和離心力夾具等。 上述各分類中：最常用的分類方法是，按通用 、 專用和組合進行分類。 機床夾具的組成 機床夾具雖然種類繁多，形狀千差萬別，其作用主要是保證加工精度，提高生產(chǎn)率，擴大機床工 藝范圍，減輕工人勞動強度。但它們的工作原理基本相同。如果將各種夾具中作用相同的元件或機構(gòu)加以概括，夾具一般是由以下幾部分組成： (1)定位裝置 主要包括定位元件及其組合，用于確定工件在夾具中的位置，即通過它使工件加工時相對于刀具及切削運動處于正確的位置，如定位銷、 V形塊等。 青島理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 8 (2)夾緊裝置 用于保持工件在夾具中的確定位置，使工件在定位時所占據(jù)的位置在加工過程中不因受重力、慣性力以及切削力等外力作用下而產(chǎn)生位移，如壓塊、壓板、螺釘、螺母等。 (3)導(dǎo)向或?qū)Φ堆b置 用于引導(dǎo)刀具進行加工或確定刀具與夾具之間的正確 位置，如對刀塊、塞尺、鉆模、鏜套等。 (4)其它裝置 根據(jù)夾具特殊功能需要而設(shè)計的一些裝置，如定向件、定位鍵、操作件等。 (5)夾具體 用于連接夾具各元件及裝置，使其成為一個整體夾具骨架，并與機床有關(guān)部位進行連接，使其成為一個整體的基礎(chǔ)件，以確定夾具相對于機床的位置。 機床夾具的設(shè)計特點 用夾具裝夾工件的優(yōu)點 （ 1）保證加工精度 用夾具裝夾工件時工件相對刀具及機床的位置由夾具保證不受工人技術(shù)的影響，使一批工件的加工精度趨于一致。 （ 2）提高勞動生產(chǎn)率 使用夾具裝 夾工件方便、快速工件不需劃線找正，可顯著的減少輔助工時，提高勞動生產(chǎn)率，工件在夾具裝夾后提高了工件的剛性，因此可加大切削用量，提高勞動生產(chǎn)率，可使用多工位夾具，并可采用高小夾緊機構(gòu)，進一步提高勞動生產(chǎn)率。 （ 3）擴大機床的使用范圍 。 （ 4）降低成本 在批量生產(chǎn)后使用夾具后，由于勞動生產(chǎn)率的提高，使用技術(shù)等級較低的工人以及廢 品率下降等原因，明顯的降低了成本夾具制造成本分攤在一批工件上，每 個工件制造的成本是極少的，遠遠小于由于提高勞動生產(chǎn)率而降低的成本，元件批量越大使用夾具所取得的經(jīng)濟效應(yīng)就 越大。 （ 5）改善工人的勞動條件 用夾具裝夾工件方便、省力、安全。當(dāng)采用氣動、液動等夾緊裝置時可減少工人的勞動強度，保證安全生產(chǎn)延長工人的操作壽命，提高企業(yè)整體的技術(shù)水平。 青島理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 9 機床夾具設(shè)計特點 機床夾具設(shè)計與其他設(shè)備設(shè)計比較有較大的差別，主要表現(xiàn)在以下五個方面。 （ 1）要有較短的設(shè)計和制造周期，一般沒有條件對夾具進行原理性實驗和復(fù)雜的計算工作； （ 2）夾具的精度一般比工件的精度要高三倍； （ 3）夾具在一般情況下是單體制造的，重復(fù)制造的機會通常要求夾具在投產(chǎn)時一次成功； （ 4）夾具和操作工人的關(guān)系非常的密切，要求夾具與生產(chǎn)條件和操作密切結(jié)合； （ 5）夾具的社會協(xié)作制造條件較差，特別是商品化的元件較少，設(shè)計者要熟悉夾具的制造方法，以滿足設(shè)計的工藝要求。 機床夾具的設(shè)計步驟 （ 1） 確定夾具的類型。 （ 2） 定位設(shè)計，根據(jù)六點定位原則設(shè)計確定工件的定位方式，選擇合適的定位元件。 （ 3） 確定工件的夾緊方式，選擇合適的夾緊裝置。使夾緊力與切削力靜力平衡，并注意縮短輔助時間。 （ 4） 確定刀具的對刀導(dǎo)向方案，選擇合適的對刀元件或?qū)蛟? （ 5） 確定夾具與 機床的連接方式。 （ 6） 確定其它元件和裝置的結(jié)構(gòu)形式，如分度裝置、靠模裝置等。 （ 7） 確定夾具總體布局和夾具的結(jié)構(gòu)形式。并處理好定位元件在家具體上的位置。 （ 8） 繪制夾具方案設(shè)計圖。 （ 9） 進行工序精度分析。 （ 10）對動力夾緊裝置進行夾緊力驗算。 機床夾具的設(shè)計要求 設(shè)計夾具時，應(yīng)滿足下列四項基本要求 ： 青島理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 10 （ 1）保證工件的加工精度 即在機械加工工藝系統(tǒng)中，夾具在滿足以下三項要求，工件在夾具中的定位，夾具在機床上的位置，刀具的正確位置 。 （ 2）保證工人的造作安全 。 （ 3）達到加工的造作生產(chǎn)率要求 。 （ 4）滿足夾具一定的使用壽命和經(jīng)濟效應(yīng) 。 對夾緊裝置的基本要求 夾緊裝置是夾具的重要組成部分，合理設(shè)計夾緊裝置有利于保證工件的加工質(zhì)量。提高生產(chǎn)率和減輕工人的勞動強度，因此對夾緊裝置提出以下要求： （ 1）夾緊力應(yīng)有利于工件的定位，夾緊時不破壞工件在夾具中占有正確位置； （ 2）夾緊力方向應(yīng)可靠、適當(dāng)。也就是既要保證工件在加工過程中不產(chǎn)生移動或震動（即要保證工件在加工過程中定位的穩(wěn)定性），又要防止因夾緊力大損傷工件表面及產(chǎn)生夾緊變形； （ 3）夾緊機構(gòu)操作 安全、省力、夾緊迅速； （ 4）加緊結(jié)構(gòu)的復(fù)雜程度、工作效率與生產(chǎn)類型相適應(yīng)。結(jié)構(gòu)應(yīng)盡量簡單，便于維護和制造； （ 5）具有良好的自鎖性能。 夾緊力的作用點的設(shè)計原則 （ 1）夾緊力作用點應(yīng)靠近或應(yīng)落在支撐元件上或幾個支承元件所形成的的支承平面內(nèi)； （ 2）夾緊力的作用點應(yīng)落在工件剛性較好的部位上； （ 3）夾緊力的作用點應(yīng)盡可能靠近被加工表面，這樣可以減小切削力對工件造成的反轉(zhuǎn)力矩，必要時應(yīng)在工件剛性差的部位增加輔助支撐并施加附加夾緊力。 夾緊力的方向 （ 1）夾緊力