【導(dǎo)讀】本論文通過對鏜床的加工方法，工作原理的研究分析，選定了箱體零件。設(shè)計了一個鏜床夾具，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。夾緊快速簡潔，夾緊力的控制。和裝夾定位準確，通過對刀裝置的準確對刀，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) 采用切屑自動排除結(jié)構(gòu) 本 夾具體上專門設(shè)計排屑用的斜面或缺口，是切屑自動由斜面處滑下而排至夾具體外。即使不能使切屑全部自動排除，也便于操作者來清除切屑。對于加工時產(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 共 49 頁 （ 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)律分布的多個表面時，常設(shè)置分度裝置；為了能方便、準確地定位，常設(shè)置預(yù)定位裝置；對于大型夾具，常設(shè)置吊裝元件等 。 第 15 頁 共 49 頁 圖 2. 5 夾具設(shè)計中的 定位 在機床上加工工件時，要使工件的各個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床夾具中占有一個確定的位置，使其相對于刀具的切削運動具有正確的位置，這是定位方案設(shè)計的主要任務(wù)。 定位基準 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龋ぜ跈C械加工時，必須安放在機床基礎(chǔ)板的一個固定位置上。任何一個工件都是有若干個幾何表面組成，這些表面之間根據(jù)工件設(shè)計的技術(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，就是指工件圖上的某些點、線、面，可以用它來確定某些其它點、線、面的位置。根據(jù)基準的作用和性質(zhì)， 可以分為設(shè)計基準和工藝基準兩類。設(shè)計基準通常是指工件圖樣上標注尺寸的起點。工藝基準又分為 :工序基準、定位基準和測量基準。通常希望將設(shè)計基準和工藝基準統(tǒng)一，但實際上，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 共 49 頁 及工件的加工精度，因此，在選擇定位基準時應(yīng)進行多種方案的分析比較。選擇定位基準時， 應(yīng)重點考慮如何減少誤差，提高定 精度，也要考慮安裝的方便性、準確性和可靠性。一般定位基準的選擇應(yīng)遵循以下原則 1)應(yīng)盡量選用工件上的設(shè)計基準作為定位基準，也就是“基準重 合”原則，這樣可避免因基準不重合而引起的基準不重合誤差。 2)應(yīng)盡可能選用統(tǒng)一的定位基準加工各個表面，以確保各表面相對基準的定位精度，這就是“基準統(tǒng)一”原則。采用統(tǒng)一的定位基準，可以避免由于基準轉(zhuǎn)換引起的誤差，也有利于夾具結(jié)構(gòu)的簡化。 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，有時可采取互為基準反復(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。在選擇定位基準時，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)簡單，工件穩(wěn)定性好。 本夾具在參考了以上原則后，確定了 以夾具體的上表面為定位基準，由于工件的設(shè)計基準在與夾具體安裝時是重合的，只要保證安裝誤差定位不會出現(xiàn)大的問題，不會導(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，工件可視為一個理想的剛體。將其放在一個空間直角坐標系中， 如圖 ， 以此坐標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，共有六種可能的運動，即沿 x軸、 Y軸、 z軸移動，或繞 x軸、 y軸、 z軸轉(zhuǎn)動，這種移動和轉(zhuǎn)動的可能性就 稱為自由度。因此，工件在自由狀態(tài)下共具有六個自由度。 用 zyx ??? , 表示沿三個坐標軸移動， 用 zyx ??? , 表示繞三個坐標軸轉(zhuǎn)動，這六種移動或轉(zhuǎn)動的變化形式是基本的變化形式，工件在空間的運動狀態(tài)都可以由這 6種基本變化合成得到 。限制了工件的某個自由度，該工件在這個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，達到工件在夾具上定位的目的。當(dāng)工件的六個自由度被全部限制后，工件的位置和方位就會被唯一的確定下來。 第 17 頁 共 49 頁 圖 自由度示意圖 工件定位方式的確定 1）定位原理的介紹 基于運動學(xué)原理，夾具要限制工件的 6個自由度，典型的方法就是在夾具設(shè)計中設(shè)置如圖 6個支承點。圖中所示矩形工件每次都安放到與 6個支承相接觸，從而使一批工件中每個工件得到確定的位置，其中工件的底面 A放在了 3個支承上，限制了 3個自由度 ( yxz ??? , )，側(cè)平面 B與 2個支撐接觸，限制了 2個自 由度 ( zy??, )，另一側(cè)面 C與 1個支承點接觸，限制了一個自由度 (x? )。用分布在 3個相互垂直平面上的 6個支承點來限制工件的 6個自由度， 使工件在夾具中的位置完全確定，這就是著名的 321六點定位原理 。六點定位原理適合于任何形狀的工件，如圖 (b)為軸類工件的六點定位示意 圖 其中軸的圓柱表面放在4個支承點上，消除了工件的 4個自由度 ( zyzy ???? , )，軸端部靠在一個支承點上消除了一個自由度 (x? )，軸上一端的槽正放在一個支承點上，消除了工件繞 x軸轉(zhuǎn)動的自由度 (x? )。根據(jù)工件形狀的不同，所用的定位基準也不同，定位點的分布情況因而也不同。 運用六點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，將工件的六個自由度完全約束或受限制的定位稱為完全定位。但是，六點定位并不是指六個支承點定位，例如，假設(shè)圖 (a)中側(cè)面 B上的兩個支承點在一條垂直線上，這樣繞 z軸轉(zhuǎn)動的自由度(z? )就 沒有被限制，而沿 y軸移動的自由度 (y? )被限制了兩次。因此，在定位時，可能會出現(xiàn)欠定位和過定位的情況 :欠定位是指工件在某一個方向上可以自由旋轉(zhuǎn)或移動，六個自由度沒有被完全限制 。過定位是指工件上同一個或幾個自由度被幾個定位支承重復(fù) 第 18 頁 共 49 頁 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、增強工件的剛度及減振 (如圖 ,增加一個輔助支承，防止工件的長臂由于受力發(fā)生斷裂或產(chǎn)生振動 )以及提高定位精度時，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)計中的實際情況，以及在定位中過定位和欠定位對工件定位的影響，采用了一面兩銷的定位方式對工件進行定位，在考慮到 由于孔中心距的誤差可能使工件難以裝夾，為此將其中的一個圓柱銷變成菱形銷，以適應(yīng)基準孔的變化。 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定位原理或者根據(jù)形封閉和力封閉規(guī)則進行定位，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簡單的多邊形，定位銷可以看作是半徑相同的圓，同時半徑小于基礎(chǔ)板孔間距的一半。夾具元件為 三個定位銷和一個夾緊元件，假設(shè)基礎(chǔ)板無限大，所有接觸都是無摩擦接觸。 第 19 頁 共 49 頁 除了多邊形的邊界，還提出了幾何可及性約束和質(zhì)量評價約束。算法的輸出包括三個定位銷、一個夾緊元件的位置以及工件相對于基礎(chǔ)板的移動和旋轉(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工件進行邊界擴展來實現(xiàn)，擴展的距離為定位銷 的半徑 ，從而將定位銷簡化為一個理想的點。 2) 通過工件相對于基礎(chǔ)板的旋轉(zhuǎn)和移動，枚舉出三個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，然后對剩余的定位方 案根據(jù)定位質(zhì)量評價指標進行評價。在工件相對于基礎(chǔ)板旋轉(zhuǎn)和移動的過程中來確定基礎(chǔ)板上的三個定位銷的位置，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，然后枚舉出第三個定位銷所有可能的位置。在對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)計的完備算法，是因為它能針對一個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，而在實際組合夾具設(shè)計中，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