【導(dǎo)讀】本論文通過對(duì)鏜床的加工方法，工作原理的研究分析，選定了箱體零件。設(shè)計(jì)了一個(gè)鏜床夾具，并給出了結(jié)構(gòu)方案。既能夠?qū)崿F(xiàn)工件的。夾緊方式采用了液壓夾緊。夾緊快速簡(jiǎn)潔，夾緊力的控制。和裝夾定位準(zhǔn)確，通過對(duì)刀裝置的準(zhǔn)確對(duì)刀，最終保證了工件的加工精度。

　　

【正文】 1) 增加容納切屑的空間 在本夾具體上增加容屑空間，使落在定位元件上的少量切屑，可將 容屑空間排 除。 (2) 采用切屑自動(dòng)排除結(jié)構(gòu) 本 夾具體上專門設(shè)計(jì)排屑用的斜面或缺口，是切屑自動(dòng)由斜面處滑下而排至夾具體外。即使不能使切屑全部自動(dòng)排除，也便于操作者來清除切屑。對(duì)于加工時(shí)產(chǎn)生大量切屑的夾具體來說，應(yīng)該盡可 能考慮這種排屑結(jié)構(gòu) . 第 14 頁(yè) 共 49 頁(yè) （ a） 主視圖 (b) 左視圖 （ c） 俯視圖 圖 夾具體零件圖 其它裝置或元件 它們是指夾具中因特殊需要而設(shè)置的裝置或元件。 若需加工按一定規(guī)律分布的多個(gè)表面時(shí)，常設(shè)置分度裝置；為了能方便、準(zhǔn)確地定位，常設(shè)置預(yù)定位裝置；對(duì)于大型夾具，常設(shè)置吊裝元件等 。 第 15 頁(yè) 共 49 頁(yè) 圖 2. 5 夾具設(shè)計(jì)中的 定位 在機(jī)床上加工工件時(shí)，要使工件的各個(gè)被加工面的尺寸及位置精度滿足工件圖 或工藝文件所規(guī)定的要求，就必須在切削加工前使工件在機(jī)床夾具中占有一個(gè)確定的位置，使其相對(duì)于刀具的切削運(yùn)動(dòng)具有正確的位置，這是定位方案設(shè)計(jì)的主要任務(wù)。 定位基準(zhǔn) 選取 為了保證工件上各加工表面之間或?qū)ζ渌庸け砻娴奈恢镁?，工件在機(jī)械加工時(shí)，必須安放在機(jī)床基礎(chǔ)板的一個(gè)固定位置上。任何一個(gè)工件都是有若干個(gè)幾何表面組成，這些表面之間根據(jù)工件設(shè)計(jì)的技術(shù)要求，廣泛存在著距離尺寸和角度位置的要求。工藝文件中的所謂基準(zhǔn)，就是指工件圖上的某些點(diǎn)、線、面，可以用它來確定某些其它點(diǎn)、線、面的位置。根據(jù)基準(zhǔn)的作用和性質(zhì)， 可以分為設(shè)計(jì)基準(zhǔn)和工藝基準(zhǔn)兩類。設(shè)計(jì)基準(zhǔn)通常是指工件圖樣上標(biāo)注尺寸的起點(diǎn)。工藝基準(zhǔn)又分為 :工序基準(zhǔn)、定位基準(zhǔn)和測(cè)量基準(zhǔn)。通常希望將設(shè)計(jì)基準(zhǔn)和工藝基準(zhǔn)統(tǒng)一，但實(shí)際上，由于制造上的困難而難以做到，這就引起了誤差。定位基準(zhǔn)的選擇是否合理，將直接影響到夾具結(jié)構(gòu)的復(fù)雜程度以 第 16 頁(yè) 共 49 頁(yè) 及工件的加工精度，因此，在選擇定位基準(zhǔn)時(shí)應(yīng)進(jìn)行多種方案的分析比較。選擇定位基準(zhǔn)時(shí)， 應(yīng)重點(diǎn)考慮如何減少誤差，提高定 精度，也要考慮安裝的方便性、準(zhǔn)確性和可靠性。一般定位基準(zhǔn)的選擇應(yīng)遵循以下原則 1)應(yīng)盡量選用工件上的設(shè)計(jì)基準(zhǔn)作為定位基準(zhǔn)，也就是“基準(zhǔn)重 合”原則，這樣可避免因基準(zhǔn)不重合而引起的基準(zhǔn)不重合誤差。 2)應(yīng)盡可能選用統(tǒng)一的定位基準(zhǔn)加工各個(gè)表面，以確保各表面相對(duì)基準(zhǔn)的定位精度，這就是“基準(zhǔn)統(tǒng)一”原則。采用統(tǒng)一的定位基準(zhǔn)，可以避免由于基準(zhǔn)轉(zhuǎn)換引起的誤差，也有利于夾具結(jié)構(gòu)的簡(jiǎn)化。 3)為了獲得均勻的加工余量或使加工表面間有較高的位置精度，有時(shí)可采取互為基準(zhǔn)反復(fù)加工的原則。 4)一般精加工工序要求加工余量小而且均勻，或垂直度要求高，為了保證加工質(zhì)量和提高生產(chǎn)率，應(yīng)選擇加工面本身作為定位基準(zhǔn)。在選擇定位基準(zhǔn)時(shí)，必須綜合考慮，在保證工件加工要求的前提下，盡量 使夾具結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，工件穩(wěn)定性好。 本夾具在參考了以上原則后，確定了 以?shī)A具體的上表面為定位基準(zhǔn)，由于工件的設(shè)計(jì)基準(zhǔn)在與夾具體安裝時(shí)是重合的，只要保證安裝誤差定位不會(huì)出現(xiàn)大的問題，不會(huì)導(dǎo)致工件位置誤差。 工件在空間 自由度 的分析 忽略工件的微小變形，工件可視為一個(gè)理想的剛體。將其放在一個(gè)空間直角坐標(biāo)系中， 如圖 ， 以此坐標(biāo)系作為參照系來觀察剛體位置和方位的變化，由剛體力學(xué)可知，在空間中處于自由狀態(tài)的剛體，共有六種可能的運(yùn)動(dòng)，即沿 x軸、 Y軸、 z軸移動(dòng)，或繞 x軸、 y軸、 z軸轉(zhuǎn)動(dòng)，這種移動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)的可能性就 稱為自由度。因此，工件在自由狀態(tài)下共具有六個(gè)自由度。 用 zyx ??? , 表示沿三個(gè)坐標(biāo)軸移動(dòng)， 用 zyx ??? , 表示繞三個(gè)坐標(biāo)軸轉(zhuǎn)動(dòng)，這六種移動(dòng)或轉(zhuǎn)動(dòng)的變化形式是基本的變化形式，工件在空間的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)都可以由這 6種基本變化合成得到 。限制了工件的某個(gè)自由度，該工件在這個(gè)方向上的位置就確定了。因此，我們可以根據(jù)工件加工的要求，通過限制工件自由度的方法，達(dá)到工件在夾具上定位的目的。當(dāng)工件的六個(gè)自由度被全部限制后，工件的位置和方位就會(huì)被唯一的確定下來。 第 17 頁(yè) 共 49 頁(yè) 圖 自由度示意圖 工件定位方式的確定 1）定位原理的介紹 基于運(yùn)動(dòng)學(xué)原理，夾具要限制工件的 6個(gè)自由度，典型的方法就是在夾具設(shè)計(jì)中設(shè)置如圖 6個(gè)支承點(diǎn)。圖中所示矩形工件每次都安放到與 6個(gè)支承相接觸，從而使一批工件中每個(gè)工件得到確定的位置，其中工件的底面 A放在了 3個(gè)支承上，限制了 3個(gè)自由度 ( yxz ??? , )，側(cè)平面 B與 2個(gè)支撐接觸，限制了 2個(gè)自 由度 ( zy??, )，另一側(cè)面 C與 1個(gè)支承點(diǎn)接觸，限制了一個(gè)自由度 (x? )。用分布在 3個(gè)相互垂直平面上的 6個(gè)支承點(diǎn)來限制工件的 6個(gè)自由度， 使工件在夾具中的位置完全確定，這就是著名的 321六點(diǎn)定位原理 。六點(diǎn)定位原理適合于任何形狀的工件，如圖 (b)為軸類工件的六點(diǎn)定位示意 圖 其中軸的圓柱表面放在4個(gè)支承點(diǎn)上，消除了工件的 4個(gè)自由度 ( zyzy ???? , )，軸端部靠在一個(gè)支承點(diǎn)上消除了一個(gè)自由度 (x? )，軸上一端的槽正放在一個(gè)支承點(diǎn)上，消除了工件繞 x軸轉(zhuǎn)動(dòng)的自由度 (x? )。根據(jù)工件形狀的不同，所用的定位基準(zhǔn)也不同，定位點(diǎn)的分布情況因而也不同。 運(yùn)用六點(diǎn)定位原理可以分析和判斷夾具中的定位結(jié)構(gòu)是否正確，將工件的六個(gè)自由度完全約束或受限制的定位稱為完全定位。但是，六點(diǎn)定位并不是指六個(gè)支承點(diǎn)定位，例如，假設(shè)圖 (a)中側(cè)面 B上的兩個(gè)支承點(diǎn)在一條垂直線上，這樣繞 z軸轉(zhuǎn)動(dòng)的自由度(z? )就 沒有被限制，而沿 y軸移動(dòng)的自由度 (y? )被限制了兩次。因此，在定位時(shí)，可能會(huì)出現(xiàn)欠定位和過定位的情況 :欠定位是指工件在某一個(gè)方向上可以自由旋轉(zhuǎn)或移動(dòng)，六個(gè)自由度沒有被完全限制 。過定位是指工件上同一個(gè)或幾個(gè)自由度被幾個(gè)定位支承重復(fù) 第 18 頁(yè) 共 49 頁(yè) 限制。在一般情況下要避免欠定位和過定位的情況，但是當(dāng)考慮增加結(jié)構(gòu)剛度、增強(qiáng)工件的剛度及減振 (如圖 ,增加一個(gè)輔助支承，防止工件的長(zhǎng)臂由于受力發(fā)生斷裂或產(chǎn)生振動(dòng) )以及提高定位精度時(shí)，可以考慮采用過定位。 圖 理 圖 夾緊位置與翻轉(zhuǎn)力矩問題 2）定位方式的確定 如圖 ， 本夾具在設(shè)計(jì)中參考已有的定位原理和定位方法發(fā)，考慮到本夾具設(shè)計(jì)中的實(shí)際情況，以及在定位中過定位和欠定位對(duì)工件定位的影響，采用了一面兩銷的定位方式對(duì)工件進(jìn)行定位，在考慮到 由于孔中心距的誤差可能使工件難以裝夾，為此將其中的一個(gè)圓柱銷變成菱形銷，以適應(yīng)基準(zhǔn)孔的變化。 夾具體限制了，繞 x,y軸旋轉(zhuǎn)的自由度，圓柱銷限制了沿 x,y移動(dòng)的自由度 ,菱形銷限制了繞 z軸旋轉(zhuǎn)的自由度 ,然后通過壓板限制沿 z軸移動(dòng)的自由度。 現(xiàn)有定 位規(guī)劃方法介紹 現(xiàn)有的定位規(guī)劃方法大都采用了六點(diǎn)定位原理或者根據(jù)形封閉和力封閉規(guī)則進(jìn)行定位，具有代表性的是 BrostGoldberg用來分析多邊形工件的算法， Markus針對(duì)棱柱形工件提出的基于規(guī)則的組合夾具定位和夾具位置選擇的一種算法以及融亦鳴通過解非線性方程組求出定位元件位置確定定位方案的分析方法等。所謂 Bros tGoldberg算法 ，主要是適用于分析棱柱形工件的平面組合夾具。算法的基本假設(shè)是工件可以描述成一個(gè)簡(jiǎn)單的多邊形，定位銷可以看作是半徑相同的圓，同時(shí)半徑小于基礎(chǔ)板孔間距的一半。夾具元件為 三個(gè)定位銷和一個(gè)夾緊元件，假設(shè)基礎(chǔ)板無限大，所有接觸都是無摩擦接觸。 第 19 頁(yè) 共 49 頁(yè) 除了多邊形的邊界，還提出了幾何可及性約束和質(zhì)量評(píng)價(jià)約束。算法的輸出包括三個(gè)定位銷、一個(gè)夾緊元件的位置以及工件相對(duì)于基礎(chǔ)板的移動(dòng)和旋轉(zhuǎn)的位置。算法描述如下 : 1) 棱柱形工件和幾何可及性約束通過對(duì)工件進(jìn)行邊界擴(kuò)展來實(shí)現(xiàn)，擴(kuò)展的距離為定位銷 的半徑 ，從而將定位銷簡(jiǎn)化為一個(gè)理想的點(diǎn)。 2) 通過工件相對(duì)于基礎(chǔ)板的旋轉(zhuǎn)和移動(dòng)，枚舉出三個(gè)定位銷所有可能的位置， 得到所有 的候選定位方案，根據(jù)每一種候選定位方案確定夾緊元件可能的夾緊位置 。 3 從 所有候選定位方案種剔除可能帶來問題的方案，例如干涉等，然后對(duì)剩余的定位方 案根據(jù)定位質(zhì)量評(píng)價(jià)指標(biāo)進(jìn)行評(píng)價(jià)。在工件相對(duì)于基礎(chǔ)板旋轉(zhuǎn)和移動(dòng)的過程中來確定基礎(chǔ)板上的三個(gè)定位銷的位置，需要一套較復(fù)雜的算法。首先要確定第一、第二定位銷的位置，然后枚舉出第三個(gè)定位銷所有可能的位置。在對(duì)力域的約束分析的基礎(chǔ)上，可以枚舉出夾緊元件所有可能的位置。之所以稱這種算法為組合夾具設(shè)計(jì)的完備算法，是因?yàn)樗茚槍?duì)一個(gè)特定的棱柱形工件產(chǎn)生所有的定位方案。但是，這種方法還存在以下局限性 。 1) 僅考慮了工件為一般多邊形時(shí)的定位情況，沒有考 慮工件側(cè)定位面為曲面的情況 。 而 在實(shí)際生產(chǎn)過程中，側(cè)定位面為圓柱面或圓弧面的情況很多。 2) 算法只考慮了具有統(tǒng)一半徑的定位銷，而在實(shí)際組合夾具設(shè)計(jì)中，還有其它類型的定位銷或其它定位元件 (如 V形塊、半 V形塊等 )可以廣泛應(yīng)用 。 3) 算法只考慮了二維工件的