【導(dǎo)讀】本論文通過(guò)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(guò)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(zhuān)門(mén)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(lái)清除切屑。對(duì)于加工時(shí)產(chǎn)生大量切屑的夾具體來(lái)說(shuō)，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(mǎn)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龋ぜ跈C(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(xiàn)、面，可以用它來(lái)確定某些其它點(diǎn)、線(xiàn)、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(lèi)。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(wèn)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(lái)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(chēng)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(guò)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(lái)。 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(lái)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(lèi)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(chēng)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(xiàn)上，這樣繞 z軸轉(zhuǎn)動(dòng)的自由度(z? )就 沒(méi)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(guò)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(méi)有被完全限制 。過(guò)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(guò)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(guò)定位。 圖 理 圖 夾緊位置與翻轉(zhuǎn)力矩問(wèn)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(guò)定位和欠定位對(duì)工件定位的影響，采用了一面兩銷(xiāo)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(xiāo)變成菱形銷(xiāo)，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(xiāo)限制了沿 x,y移動(dòng)的自由度 ,菱形銷(xiāo)限制了繞 z軸旋轉(zhuǎn)的自由度 ,然后通過(guò)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(lái)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(guò)解非線(xiàn)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(xiāo)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(xiāo)和一個(gè)夾緊元件，假設(shè)基礎(chǔ)板無(wú)限大，所有接觸都是無(wú)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(xiāo)、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(guò)對(duì)工件進(jìn)行邊界擴(kuò)展來(lái)實(shí)現(xiàn)，擴(kuò)展的距離為定位銷(xiāo) 的半徑 ，從而將定位銷(xiāo)簡(jiǎn)化為一個(gè)理想的點(diǎn)。 2) 通過(guò)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(xiāo)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(lái)問(wèn)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(guò)程中來(lái)確定基礎(chǔ)板上的三個(gè)定位銷(xiāo)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(xiāo)的位置，然后枚舉出第三個(gè)定位銷(xiāo)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(chēng)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(méi)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(guò)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(xiāo)，而在實(shí)際組合夾具設(shè)計(jì)中，還有其它類(lèi)型的定位銷(xiāo)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