【正文】 數(shù)量等優(yōu)點(diǎn)因此組合 夾具在單件中小批多品種生產(chǎn)和數(shù)控加工中是一種較經(jīng)濟(jì)的夾具 2 按夾具使用的機(jī)床分類 這是專用夾具設(shè)計(jì)所用的分類方法按使用的機(jī)床分類可把夾具分為車床夾具銑床夾具鉆床夾具鏜床夾具磨床夾具齒輪機(jī)床夾具數(shù)控機(jī)床夾具 3 按夾具動力源來分類 按夾具夾緊動力源可將夾具分為手動夾具和機(jī)動夾具兩大類為減輕勞動強(qiáng)度和確保安全生產(chǎn)手動夾具應(yīng)有擴(kuò)力機(jī)構(gòu)與自鎖性能常用的機(jī)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 機(jī)床夾具的設(shè)計(jì)要求 機(jī)床夾具設(shè)計(jì)與其他裝備的設(shè)計(jì)有較大的差別設(shè)計(jì)機(jī)床夾 具時應(yīng)滿足下列五項(xiàng)基本要求 1 在機(jī)械加工工藝系統(tǒng)中夾具要具有以下要求工件在夾具中的準(zhǔn)確定位夾具在機(jī)床上的準(zhǔn)確位置刀具的準(zhǔn)確位置按加工要求對夾具及其它元件的幾何參數(shù)提出一定的精度要求夾具的設(shè)計(jì)精度應(yīng)滿足加工精度要求具有一定的夾具制造精度 2 保證工人操作方便省力安全 3 達(dá)到一定的勞動生產(chǎn)率要求 4 滿足一定的使用壽命要求 5 滿足設(shè)計(jì)的經(jīng)濟(jì)性要求 14 機(jī)床夾具保證加工精度的原理 機(jī)床夾具保證加工精度的工作原理 機(jī)床夾具保證加工精度的工作原理有以下三個方面 1 工件在夾具的準(zhǔn)確定位 工件的定位使工件在夾具中占有準(zhǔn)確的加工位置 2 夾具在機(jī)床上的準(zhǔn)確位置 夾具在機(jī)床上的相對定位是使夾具體的連接表面與機(jī)床連接以確定夾具在機(jī)床主軸或工作臺上的準(zhǔn)確位置實(shí)現(xiàn)對機(jī)床切削成形運(yùn)動的定位影響夾具對切削成形運(yùn)動的定位精度的環(huán)節(jié)較多其中有定位元件工作面對夾具體的連接表面間的位置誤差連接元件的連接誤差等夾具在機(jī)床上的準(zhǔn)確位置其本質(zhì)是指定位元件的工作面對機(jī)床切削成形運(yùn)動的定位從而達(dá)到了工件被加工表面對定位基準(zhǔn)的位置和尺寸精度的要求 3 刀具的準(zhǔn)確位置 使刀具相對有關(guān)的定 位元件工作面之間保持準(zhǔn)確的位置關(guān)系這就保證了刀具在工件上加工出的表面對工件定位基準(zhǔn)的位置尺寸達(dá)到了加工精度要求 在夾具設(shè)計(jì)時滿足加工精度要求是檢驗(yàn)夾具性能的第一標(biāo)準(zhǔn) 使用夾具對工件進(jìn)行加工時加工誤差的組成 1 加工誤差的組成 使用夾具對工件進(jìn)行加工時在機(jī)械加工工藝系統(tǒng)中有下列誤差影響加工精度 定位誤差 夾緊誤差 夾具體基面連接表面誤差 定位元件工作面對夾具體基面的位置誤差 夾具與機(jī)床的連接誤差 夾具磨損及剛度 機(jī)床有關(guān)幾何精度 機(jī)床剛度 機(jī)床熱變形 對刀導(dǎo)向面的位置誤差 對刀導(dǎo)向的調(diào)整誤差 刀 具磨損及刀具剛度 工件剛度及熱變形 測量誤差 滿足加工精度要求有賴于對加工誤差的分析并達(dá)到一定的夾具制造精度 上述影響加工精度的因素中與夾具直接有關(guān)的因素公式 11 表示 11 式中 —— 定位誤差 —— 夾具位置誤差 —— 對刀導(dǎo)向誤差 —— 夾緊誤差 —— 夾具磨損及夾具剛度 2 加工誤差不等式 工件在夾具中被加工時盡管影響加工精度的因素很多但是為了得到合格的產(chǎn)品就必須使各項(xiàng)加工誤差的總和等于或小于規(guī)定的工件的工序尺寸公差用加工 誤差不等式表示公式 12 12 式中 —— 定位誤差見前述影響因素 a —— 夾具位置誤差見前述影響因素 c d e —— 對刀導(dǎo)向誤差見前述影響因素 j k —— 加工過程誤差見前述影響因素 b f g h i l m n —— 工件的工序尺寸公差 式 12 用于夾具的精度設(shè)計(jì)夾具的誤差主要計(jì)入三項(xiàng)隨著加工精度要求的提高必須將其數(shù)值控制在很小的范圍內(nèi)以提高定位精度夾具位置精度和對刀導(dǎo)向精度 綜上所述夾具能保證工件加工精度的原因是 由于工件在夾具中的位置和夾具相對刀具機(jī)床的位置被確定因此工件在加工中的準(zhǔn)確位置得到保證從而使夾具能滿足工件的加工精度要求 15 機(jī)床夾具的現(xiàn)狀及發(fā)展方向 夾具最早出現(xiàn)在 18 世紀(jì)后期隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步夾具已從一種輔助工具發(fā)展成為門類齊全的工藝裝備 1 機(jī)床夾具的現(xiàn)狀 國際生產(chǎn)研究協(xié)會的統(tǒng)計(jì)表明目前中小批量多品種生產(chǎn)的工件品種已占工件種類總數(shù)的 85 左右現(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)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)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 的專用夾具而夾具的實(shí)際磨損量僅為 10～ 20特別是近年來數(shù)控機(jī)床加工中心成組技術(shù)柔性制造系統(tǒng)等新加工技術(shù)的應(yīng)用對機(jī)床夾具提出了如下新的要求 能迅速而方便地裝配新產(chǎn)品的投產(chǎn)以縮短生產(chǎn)準(zhǔn)備周期降低生產(chǎn)成本 能裝夾一組具有相似性特征的工件 能適用于精密加工的高精度機(jī)床夾具 能適用于各種現(xiàn)代化制造技術(shù)的新型機(jī)床夾具 采用以液壓站等為動力源的高效夾緊裝置以進(jìn)一步減輕勞動強(qiáng)度和提高勞動生產(chǎn)率 提高機(jī)床夾具的標(biāo)準(zhǔn)化程度 2 現(xiàn)代機(jī)床夾具的發(fā)展方向 隨 著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步和市場需求的日益增長要求產(chǎn)品更新?lián)Q代的周期越來越短因而縮短生產(chǎn)準(zhǔn)備周期提高產(chǎn)品質(zhì)量和降低生產(chǎn)準(zhǔn)備的成本等問題已顯得十分突出在現(xiàn)代制造業(yè)中機(jī)床夾具如何適應(yīng)上述發(fā)展的要求是廣大工藝設(shè)計(jì)人員值得注意的問題根據(jù)今后各種生產(chǎn)組織形式的發(fā)展特點(diǎn)機(jī)床夾具的發(fā)展方向可以歸納為以下幾個方面 功能柔性化 由于多品種小批量生產(chǎn)方式將成為今后的主要生產(chǎn)形式機(jī)床夾具應(yīng)能在一定范圍內(nèi)適用于不同的生產(chǎn)類型和不同的機(jī)床加工 傳動高效化自動化 為了減少夾緊的輔助時間和減輕工人的勞動強(qiáng)度提高生產(chǎn)率在現(xiàn)代機(jī)床夾具上普遍采用機(jī)械化 和自動化的高效傳動部件 制造的精密化 隨著產(chǎn)品質(zhì)量要求的不斷提高對夾具精度也提出了更高的要求如定心夾具的定心精度目前可以達(dá)到微米級甚至亞微米級 旋轉(zhuǎn)夾具的高速化 車削加工中為了獲得高表面質(zhì)量對于有色金屬材料切削速度要求高達(dá)1000mmin 以上對于黑色金屬也要求超過 600mmin 為了適應(yīng)高速切削的需要夾具必須采用特殊結(jié)構(gòu)自動進(jìn)行夾緊力的檢測和補(bǔ)償使動態(tài)夾緊力始終保持在所需的范圍內(nèi) 結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)化模塊化 夾具標(biāo)準(zhǔn)化是生產(chǎn)專業(yè)化和柔性化的基礎(chǔ)模塊化是在夾具的標(biāo)準(zhǔn)化和組合化的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的新型夾具 設(shè)計(jì)自動化 隨著計(jì) 算機(jī)輔助設(shè)計(jì) CAD的廣泛應(yīng)用機(jī)床夾具的 CAD技術(shù)也逐漸應(yīng)用于生產(chǎn) 第 2 章 零件的分析 零件的生產(chǎn)加工類型對工藝規(guī)程的制定具有決定性的影響生產(chǎn)類型就是對企業(yè)或車間工段班組工作地生產(chǎn)專業(yè)化程度的分類一般分為單件生產(chǎn)成批生產(chǎn)和大量生產(chǎn)三種生產(chǎn)類型零件的生產(chǎn)類型又取決于零件的生產(chǎn)綱領(lǐng)來確定零件的生產(chǎn)綱領(lǐng)主要是指包括備品與廢品在內(nèi)的計(jì)劃期內(nèi)產(chǎn)量以年生產(chǎn)綱領(lǐng)為例可按下式計(jì)算 21 式中 N 零件的年產(chǎn)量件年 Q 產(chǎn)品的年產(chǎn)量臺年 n 每臺產(chǎn)品中該零件的數(shù)量件臺 a 備品率一般取 2～ 4 b 廢品率一般取 03～ 07 本次設(shè)計(jì)的銑槽工序用的銑床夾具產(chǎn)品的類型為輕型機(jī)械年產(chǎn)量為 5000臺年根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)的情況投產(chǎn)備品率取 3 廢品率取 05 由題意知 Q 5000n 1a 3 b 05 代入公式 21 得 500013105 517575 件年 根據(jù)計(jì)算結(jié)果查表 21 生產(chǎn)類型與生產(chǎn)綱領(lǐng)的關(guān)系可知零件的生產(chǎn)為大批生產(chǎn)根據(jù)生產(chǎn)類型查《機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)》 11 第 184 頁各種生產(chǎn)類型的工藝特點(diǎn)查得生產(chǎn)類型的工藝特點(diǎn)分別為加工對象固定不變 毛坯特點(diǎn)模鍛件精度高余量小機(jī)床設(shè)備專用機(jī)床自動機(jī)床及自動線夾具采用專用夾具量具生產(chǎn)率高生產(chǎn)成本低操作工人操作技能要求一般長期連續(xù)生產(chǎn) 表 21 生產(chǎn)類型與生產(chǎn)綱領(lǐng)的關(guān)系 生產(chǎn)類型 生產(chǎn)綱領(lǐng)件年 重型機(jī)械 中型機(jī)械 小型機(jī)械 單件生產(chǎn) 5 10 100 小批生產(chǎn) 5～ 100 10～ 200 100 ～500 中批生產(chǎn) 100～ 300 200～ 500 500～ 5000 大批生產(chǎn) 300 ～1000 500～ 5000 5000～ 50000 大量生產(chǎn) 1000 5000 50000 工 件的為套筒類零件此零件為車床尾座套筒它是車床的主要零件其結(jié)構(gòu)合理與否質(zhì)量好壞對加工過程加工精度等有極大影響其作用是軸類零件定心同時具有輔助支撐和夾緊的功能尾座頂尖的定位精度直接影響機(jī)床加工工件的徑向尺寸精度以及圓度圓柱度同軸度等形位精度其外圓和箱體之間經(jīng)常來回運(yùn)動其耐磨性要求較高平鍵槽用來安裝平鍵起導(dǎo)向作用Φ 6 孔為排氣孔Φ 30 孔安裝手輪絲杠 零件的材料為 45 鋼鍛造成型經(jīng)調(diào)質(zhì)硬度在 HRC28～ 32 具有良好的力學(xué)性能改善切削加工性細(xì)化晶粒消除組織缺陷 夾具設(shè)計(jì)方法夾具設(shè)計(jì)是在機(jī)械加工工藝過程制定之后按照某一工序 的具體要求進(jìn)行夾具設(shè)計(jì)是工藝裝備設(shè)計(jì)的一部分是保證質(zhì)量和提高勞動生產(chǎn)率的一項(xiàng)重要技術(shù)措施之一其首先研究分析原始資料明確設(shè)計(jì)任務(wù)第二確定夾具的結(jié)構(gòu)方案第三繪制夾具總圖第四確定并標(biāo)注有關(guān)尺寸及技術(shù)條件第五繪制夾具零件圖 首先問題的提出 本次設(shè)計(jì)的工藝內(nèi)容在實(shí)體上銑出兩通槽如圖 21 所示本工序選用的加工要求是 槽寬為 mm 槽深為兩槽在圓周方向互為角度表面粗糙度為 125 在大批大量生產(chǎn)的條件下為節(jié)約輔助時間采用兩把銑刀同時進(jìn)行加工即采用兩工位銑床夾具工序圖如圖 22 所示本工序前已加工的表面為外圓內(nèi)孔及兩端面均已加工完畢 該槽既要保證尺寸精度又要保證位置精度需要設(shè)計(jì)專用夾具來進(jìn)行工才能實(shí)現(xiàn)本工序采用 5mm標(biāo)準(zhǔn)鍵槽銑刀在立式銑床 X51上一次裝夾六件進(jìn)行加工 圖 21 零件圖 其次設(shè)計(jì)的任務(wù)保證加工精度提高勞動生產(chǎn)率改善工人的勞動條件采用夾具裝夾工件方便省力安全可靠當(dāng)采用氣動液動等夾緊裝置時可減輕工人的勞動強(qiáng)度同時保證安全生產(chǎn)降低生產(chǎn)成本在成批生產(chǎn)中使用夾具生產(chǎn)效率高對工人的技術(shù)要求低可相對降低生產(chǎn)成本批量越大生產(chǎn)成本降低越顯著獲得良好經(jīng)濟(jì)效率夾具應(yīng)具有良好地結(jié)構(gòu)工藝性操作安全可靠 加工工序圖如圖 22 所示 圖 22 工序圖 由于該工 件生產(chǎn)為大批大量生產(chǎn)為了減少夾緊的輔助時間和減輕工人的勞動強(qiáng)度提高生產(chǎn)率采用具有一定自動化程度的夾具由于零件的壁厚較薄加工中容易變形從工作平穩(wěn)剛性大無噪聲勞動條件好等方面考慮本工序加工采用具有柔性的夾具故擬定選用 V 形塊定位浮動夾緊液壓裝置 第 3 章 工件的定位 31 工件的定位方案 概述 使用夾具加工工件有多種加工要求其主要是滿足工件被加工表面的工序尺寸和位置精度要求為此必須保證工件在加工過程中相對機(jī)床切削成形運(yùn)動有準(zhǔn)確的位置從夾具保證加工精度的原理可知工件的定位是其中極為重要的一個環(huán)節(jié) 1 基 準(zhǔn) 基準(zhǔn)是零件上用以確定其他點(diǎn)線面位置所依據(jù)的那些點(diǎn)線面根據(jù)作用不同可將基準(zhǔn)做如下分類 2 設(shè)計(jì)基準(zhǔn) 在零件圖上用來確定其他點(diǎn)線面位置的基準(zhǔn)稱為設(shè)計(jì)基準(zhǔn) 3 定位基準(zhǔn) 加工時工件定位所使用的基準(zhǔn)稱為定位基準(zhǔn) 4 定位與夾緊的關(guān)系 定位與夾緊是裝夾工件的兩個有聯(lián)系的過程在工件使用定位元件定位以后工件在夾具中的位置即為使在切削力重力離心力等外力作用下能保持即定的位置不變通常使用夾緊機(jī)構(gòu)再妥善的夾緊工件將工件固定還有些夾具能使工件的定位與夾緊同時完成例如三爪自定心卡盤等 限制工件 自由度與加工要求的關(guān)系 1 自由度的概念 由剛體運(yùn)動學(xué)可知一個自由剛體在空間有且僅有六個自由度工件在空間的位置是任意的即它既能沿 OxOyOz 三個坐標(biāo)軸移動稱為移動自由度分別表示為又能繞 OxOyOz 三個坐標(biāo)軸轉(zhuǎn)動稱為轉(zhuǎn)動自由度分別表示為 圖 31 自由度 2 六點(diǎn)定位原則 如果要使一個自由剛體在空間有一個確定的位置就必須設(shè)置相應(yīng)的六個約束分別限制剛體的六個運(yùn)動自由度分析工件定位時通常是用一個支承點(diǎn)限制工件的一個自由度用合理設(shè)置的六個支承點(diǎn)限制工件的六個自由度使工件在夾具中 的位置完全確定這就是六點(diǎn)定位原則根據(jù)工件加工面的位置精度包括位置尺寸要求有時需要限制 6個自由度有時僅需要限制 1個或幾個少于 6個自由度具體視工件加工要求而定下面分幾種情況討論 1 完全定位 完全定位是指不重復(fù)地限制了工件的六個自由度的定位當(dāng)工件在 xyz 三個坐標(biāo)方向均有尺寸要求或位置精度要求時一般采用這種定位方式 2 不完全定位 根據(jù)工件的加工要求有時并不需要限制工件的全部自由度這樣的定位方式稱為不完全定位 3 欠定位 根據(jù)工件的加工要求應(yīng)該限制的自由度沒有完全被限制的定位稱為欠定位欠定 位無法保證加工要求因此在確定工件在夾具中的定位方案時決不允許有欠定位的現(xiàn)象產(chǎn)生 4 過定位 夾具上的兩個或兩個以上的定位元件重復(fù)限制同一個自由度的現(xiàn)象稱為過定位 確定定位方式與定位元件 工件的外圓柱面定位有兩種基本形式定心定位和支承定位定心定位的外圓柱面是定位基面外圓柱面的中心線是定位基準(zhǔn)在夾具設(shè)計(jì)中常用于外圓表面定位的定位元件有定位套支承板