淺談機(jī)床夾具在設(shè)計(jì)過程中的幾點(diǎn)問題- 百度文庫

1、淺談機(jī)床夾具在設(shè)計(jì)過程中的幾點(diǎn)問題摘要:制造業(yè)是一個(gè)國家或地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要支柱,其發(fā)展水平標(biāo)志著該國家或地區(qū)的經(jīng)濟(jì)實(shí)力、科技水平、生活水準(zhǔn)和國防實(shí)力。其中機(jī)械制造業(yè)是整個(gè)制造業(yè)的核心,其生產(chǎn)能力和水平標(biāo)志著一個(gè)國家或地區(qū)國民經(jīng)濟(jì)現(xiàn)代化的程度,而這種能力又取決于機(jī)械制造裝備的先進(jìn)程度。在機(jī)械制造過程中機(jī)器零部件的精度控制與機(jī)床夾具的優(yōu)劣程度有重要的關(guān)系。關(guān)鍵詞:定位機(jī)構(gòu)夾緊機(jī)構(gòu)“四化”機(jī)器零件在工藝規(guī)程制定后,就要按照工藝規(guī)程的順序加工。加工中工件相對(duì)于機(jī)床或是刀具要獲得正確的位置,機(jī)床夾具的好壞將直接影響工件加工表面的位置精度,所以機(jī)床夾具設(shè)計(jì)是加工過程的活躍因素,也是其中一項(xiàng)重要的工作。1

2、 機(jī)床夾具的功能1.1 保證加工精度工件加工過程通過機(jī)床夾具進(jìn)行定位、加緊,以保證加工表面穩(wěn)定的位置精度。1.2 縮短輔助時(shí)間,提高生產(chǎn)率夾具的使用,可以減少劃線、找正、對(duì)刀等輔助時(shí)間,多件,多工位的夾具及氣動(dòng)、液動(dòng)的夾緊裝置能進(jìn)一步減少輔助時(shí)間,提高生產(chǎn)率。1.3 擴(kuò)大了機(jī)床的使用范圍有的機(jī)床夾具實(shí)質(zhì)上對(duì)機(jī)床進(jìn)行了局部改造,擴(kuò)大了原來機(jī)床的功能和使用范圍。1.4 降低了對(duì)工人技術(shù)水平的要求和減輕工人的勞動(dòng)強(qiáng)度,保證生產(chǎn)安全。2 機(jī)床夾具的類型2.1 通用夾具通用性強(qiáng)的夾具,一般不需要調(diào)整就可以適應(yīng)多種工件的安裝,在單價(jià)小批量生產(chǎn)中應(yīng)用較廣。如三爪卡盤、平口鉗、萬能分度頭。2.2 專用夾具用于

3、特定工件特定工序的夾具。廣泛應(yīng)用于成批或是大批生產(chǎn)的工件中。如為銑削鍵槽專門設(shè)計(jì)的銑槽夾具。2.3 組合夾具它具有良好的互換性和耐磨性的一系列標(biāo)準(zhǔn)件組裝成的夾具。使用時(shí)根據(jù)工件結(jié)構(gòu)和工序選擇適當(dāng)?shù)臉?biāo)準(zhǔn)件組裝即可。但是剛性差,結(jié)構(gòu)相對(duì)龐大,適用于單件或是小批生產(chǎn)中。2.4 成組夾具按照工件形狀、尺寸、材料和工藝的相似性分組,為每組工件的某道工序設(shè)計(jì)組內(nèi)通用的專用夾具。通過對(duì)夾具中部分元件進(jìn)行更換和調(diào)整,便可加工組內(nèi)任何工件。柔性較強(qiáng),適用于產(chǎn)品品種多,批量小時(shí)的工件。2.5 隨行夾具這類夾具一般在自動(dòng)生產(chǎn)線上使用,除了裝夾工件外,還沿生產(chǎn)線輸送工件從一個(gè)工位到下一工位,所以稱之為隨行夾具。3 機(jī)

4、床的組成機(jī)床夾具一般由定位、加緊和夾具體,不可缺少的三部分和導(dǎo)向?qū)Φ?、?dòng)力、定位元件及其他輔助元件裝置構(gòu)成。如下圖:4 機(jī)床夾具設(shè)計(jì)4.1 定位機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)4.1.1 六點(diǎn)定位原理采用六個(gè)按照一定規(guī)則布置的約束點(diǎn),限制工件的六個(gè)自由度,使工件實(shí)現(xiàn)完全定位。常見的情況有四種:平面。采用13根支撐釘;采用12塊條形支撐板;采用一塊矩形支撐板。圓孔。采用短圓柱銷、長圓柱銷、兩段短圓柱銷;菱形銷、長銷小平面組合、短銷大平面組合;固定錐銷、浮動(dòng)錐銷、固定錐銷和浮動(dòng)錐銷組合;長圓柱心軸、短圓柱心軸、小錐度心軸。外圓柱面。采用一塊短v形銷、兩塊短v形銷、一塊長v形銷;一個(gè)短定位套、兩個(gè)短定位套、一個(gè)長定位套。

5、圓錐孔。采用固定頂尖、浮動(dòng)頂尖、錐度心軸。4.1.2 限制工件自由度與加工要求的關(guān)系根據(jù)工件加工表面的位置要求,將六個(gè)自由度全部限制時(shí)稱之為完全定位。當(dāng)限制的自由度少于六個(gè)時(shí),稱之為不完全定位。當(dāng)需要的自由度均被限制,稱為定位的正常情況,可以是完全定位,也可以是不完全定位。當(dāng)需要的自由度沒有完全限制,或是某個(gè)自由度被兩個(gè)或是兩個(gè)以上約束重復(fù)限制,稱為非正常情況,前者為欠定位,后者為過定位。有兩種情況允許過定位:工件剛度差,在夾緊力、切削力作用下會(huì)產(chǎn)生很大變形,此事只是提高工件某些部位的剛度,減小變形。工件的定位表面和定位元件在尺寸、形狀、位置精度已很高時(shí),過定位不僅對(duì)定位精度影響不大,還有利于

6、提高剛度。在實(shí)際加工中為解決限制工件自由度和加工要求的關(guān)系問題是還須注意以下幾點(diǎn):不允許出現(xiàn)欠定位。即根據(jù)加工要求應(yīng)予限制的自由度,但是并未限制,在實(shí)際中支撐點(diǎn)數(shù)目少于理論上的,于是工件的正確位置將無法保證。一般情況下,限制自由度數(shù)目越多,夾具的結(jié)構(gòu)越是復(fù)雜,故為了簡化夾具結(jié)構(gòu),在保證工藝的前提下,限制的自由度數(shù)目應(yīng)盡量減少;但是在任何情況下所限制的自由度數(shù)目不得少于三個(gè),否則工件定位不穩(wěn)定,而支撐點(diǎn)的布置取決于工件的形狀。為了便于夾緊或是合理的安排工件,實(shí)際采用的支撐點(diǎn)的數(shù)目允許多于理論分析的支撐點(diǎn)數(shù)目,但是一般不重復(fù)限制自由度。4.1.3 定位誤差的產(chǎn)生及原因定位誤差是指工序基準(zhǔn)在加工方向

7、上的最大位置變動(dòng)量所引起的加工誤差。通常在加工后,由于尺寸、形狀、位置三方面偏離理想工件造成。大概有以下三方面因素造成:工件在夾具中的定位、夾緊誤差。夾具帶著工件安裝在機(jī)床上,相對(duì)于機(jī)床主軸或是刀具或是運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌的位置誤差。工件加工過程中由于機(jī)床的幾何精度、受熱變形、切削振動(dòng)、工藝系統(tǒng)的受力等引起的誤差。誤差產(chǎn)生的原因有如下幾種:基準(zhǔn)不重合帶來的定位誤差。有平面定位誤差、工件以圓孔在心軸上定位的誤差、工件以外圓柱面在v形塊上定位的誤差、工件以一面雙孔定位的誤差四種。間隙引起的誤差。在使用心軸、銷、定位套定位時(shí),定位面與定位元件間的間隙使工件定心不準(zhǔn)產(chǎn)生的誤差。與夾具有關(guān)的因素引起的誤差。這類因素

8、屬于夾具在設(shè)計(jì)制造過程中的誤差。如:定位基準(zhǔn)面與定位元件表面的形狀誤差;導(dǎo)向元件和對(duì)刀元件與定位元件的位置誤差,及形狀導(dǎo)致的導(dǎo)向和對(duì)刀誤差;夾具的安裝誤差引起的位置誤差;夾緊力下的變形(工件或是夾具引起的位置誤差;定位元件間的位置誤差,及夾具各構(gòu)成元件的磨損帶來的誤差。4.1.4 定位裝置的設(shè)計(jì)步驟了解本工序的加工要求。確定支撐點(diǎn)并選擇定位基準(zhǔn)。選擇定位元件的結(jié)構(gòu)及布置方式。分析定位精度。4.2 夾緊機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)一個(gè)夾具在性能上的優(yōu)劣,除了從定位性能上加以評(píng)定外,還需考核夾緊機(jī)構(gòu)的可靠性、操作方便性。其機(jī)構(gòu)的復(fù)雜程度基本決定了夾具的復(fù)雜程度。因此夾緊機(jī)構(gòu)在夾具設(shè)計(jì)中占有重要地位。4.2.1 夾緊

9、機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)滿足的要求夾緊必須保證定位準(zhǔn)確可靠,不能破壞定位。夾具和工件的變形必須在允許的范圍內(nèi)。夾緊機(jī)構(gòu)必須安全可靠,要有足夠的剛度和強(qiáng)度,手動(dòng)式必須保證自鎖,機(jī)動(dòng)式應(yīng)有聯(lián)鎖保護(hù)裝置,夾緊行程必須足夠。夾緊機(jī)構(gòu)必須在操作上安全、省力、迅速、方便、符合工人操作習(xí)慣。機(jī)構(gòu)復(fù)雜程度,自動(dòng)化程度必須與工廠條件和生產(chǎn)綱領(lǐng)適應(yīng)。4.2.2 夾緊力的確定夾緊力包括方向、作用點(diǎn)、大小三要素,是設(shè)計(jì)中首先要解決的問題。方向的確定:應(yīng)用有利于工件的準(zhǔn)確定位,不能破壞定位,一般要求主夾緊力應(yīng)垂直于第一定位基準(zhǔn)面;應(yīng)與工件剛度高的方向一致,以利于減少工件變形;應(yīng)盡可能與切削力、重力方向一致,以有利于減小夾緊力。作用點(diǎn)

10、的選擇:應(yīng)與支承點(diǎn)進(jìn)行點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的對(duì)應(yīng),或在支承點(diǎn)的確定區(qū)域內(nèi),以避免破壞定位或造成較大的夾緊變形;作用點(diǎn)應(yīng)作用在工件剛度高的部位;應(yīng)與支承點(diǎn)盡量靠近切削部位,以提高工件切削部位的剛度和抗振性;夾緊力的反作用力不應(yīng)使夾具產(chǎn)生影響加工精度的變形。夾緊力的確定:在需要準(zhǔn)確的場合,一般經(jīng)過實(shí)驗(yàn)確定;計(jì)算時(shí)將夾具和工件看作一個(gè)剛性的系統(tǒng),以切削力的作用點(diǎn)、方向、大小處于最不利于加緊時(shí)的狀況為工件受力狀況,根據(jù)切削力、夾緊力(運(yùn)動(dòng)中的工件考慮慣性力,大件考慮重力,以及夾緊機(jī)構(gòu)的具體尺寸列出靜力平衡方程,求出理論夾緊力,再乘以安全系數(shù),作為實(shí)際所需夾緊力;一般情況下由于切削力可以近似估算,再根據(jù)工件和支承件之

11、間的摩擦因數(shù)可以進(jìn)行粗略的估算。4.2.3 常見的夾緊機(jī)構(gòu)斜楔夾緊機(jī)構(gòu)。使用楔塊楔入夾具與工件之間,由于斜面移動(dòng)產(chǎn)生壓力,把工件夾緊。螺旋夾緊機(jī)構(gòu)。相當(dāng)于一個(gè)斜楔繞在圓柱上,其夾緊過程是通過轉(zhuǎn)動(dòng)螺旋使斜楔在高度上發(fā)生變化,實(shí)現(xiàn)對(duì)工件的夾緊。具有結(jié)構(gòu)簡單、增力大、自鎖性好的優(yōu)點(diǎn),廣泛應(yīng)用于機(jī)床夾具。偏心夾緊機(jī)構(gòu)。相當(dāng)于是斜楔包在圓盤上,由于結(jié)構(gòu)比斜楔緊湊,夾緊迅速,但是夾緊行程小,增力倍數(shù)不大,通常不單獨(dú)使用,與壓板組成的機(jī)構(gòu)應(yīng)用較廣泛。4.3 動(dòng)力裝置4.3.1 氣動(dòng)夾緊裝置采用壓縮空氣作為裝置的動(dòng)力源。壓縮氣體具有粘度小,不污染,分配輸送方便的有點(diǎn)。但是夾緊力比液壓的小,結(jié)構(gòu)尺寸大,有排氣噪

12、聲。4.3.2 液動(dòng)夾緊裝置結(jié)構(gòu)原理和氣動(dòng)的相似,具有工作壓力大,裝置緊湊;油的不可壓縮性,以致裝置剛度大,工作平穩(wěn)可靠;噪聲小等優(yōu)點(diǎn)。由于需供油裝置,成本較高,應(yīng)用于切削力大的場合。4.3.3 氣液動(dòng)夾緊裝置利用壓縮空氣為動(dòng)力,油液為傳動(dòng)介質(zhì),兼顧氣動(dòng)和液動(dòng)兩種裝置的優(yōu)點(diǎn)。通常將壓縮空氣的動(dòng)力轉(zhuǎn)換為較高的液體壓力以供應(yīng)夾具的夾緊油缸。4.3.4 真空夾緊是利用工件上基準(zhǔn)面與夾具上定位面間的封閉空腔處于真空時(shí)的吸力來夾緊工件。實(shí)質(zhì)上是利用大氣壓力來夾緊工件,適合于夾緊薄壁易變形的零件。4.3.5 電磁夾緊如平面磨床上的電磁吸盤,當(dāng)線圈通直流電,鐵芯將產(chǎn)生磁場,在磁力作用下將導(dǎo)磁工件夾緊。由于電

13、磁力不大,因此只適宜于切削力小的加工中。4.3.6 自夾裝置直接利用機(jī)床的運(yùn)動(dòng)或是切削力來進(jìn)行夾緊,包括重力、慣性力、彈性力等,而不需要另設(shè)動(dòng)力源。4.4 其它裝置4.4.1 孔加工的導(dǎo)向裝置為了保證孔加工過程的位置精度,增加鉆頭和鏜桿的支承以提高其剛度,減少刀具的變形,確?？准庸さ奈恢镁取３Ｒ娪秀@模、鉆模版、鉆套(固定鉆套、可換鉆套、快換鉆套、特殊鉆套和鏜套(固定鏜套、回轉(zhuǎn)式鏜套。4.4.2 對(duì)刀裝置在銑床和刨床中,刀具相對(duì)工件的位置需要調(diào)整,常設(shè)對(duì)刀裝置。應(yīng)用對(duì)刀塊,在刀具刀刃和對(duì)刀塊之間放置塞尺,當(dāng)?shù)度薪咏邥r(shí),抽動(dòng)塞尺,有摩擦力存在,抽走塞尺,開動(dòng)機(jī)器進(jìn)行加工。4.4.3 分度裝置

14、加工有角度分布的表面時(shí)應(yīng)用。為了簡化可以把夾具安裝在通用的回轉(zhuǎn)工作臺(tái)上實(shí)現(xiàn)分度,但是精度較低。4.4.4 對(duì)定裝置在進(jìn)行機(jī)床夾具總體設(shè)計(jì)時(shí),考慮機(jī)床上的定位、固定才能保證夾具相對(duì)于機(jī)床主軸、運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌有準(zhǔn)確的位置和方向。銑床、刨床和鏜床夾具一般裝在機(jī)床工作臺(tái)上,車床上一般裝在機(jī)床主軸上。4.5 加工中心的夾具設(shè)計(jì)注意的問題4.5.1 防止夾具與機(jī)床的空間干涉。4.5.2 為簡化定位和裝夾,夾具的每個(gè)定位面相對(duì)于機(jī)床的坐標(biāo)原點(diǎn)應(yīng)有精確的坐標(biāo)尺寸。4.5.3 夾具應(yīng)盡可能少的元件數(shù)和具有較高的剛度。4.5.4 為了在一次裝夾中能加工與底面相交的表面,夾具應(yīng)設(shè)有工件托起一定高度的等高墊板。5 現(xiàn)代機(jī)床

15、夾具的發(fā)展方向?yàn)檫m應(yīng)現(xiàn)代機(jī)械發(fā)展的高、精、尖的發(fā)展方向,現(xiàn)代夾具的發(fā)展主要體現(xiàn)為“四化”。5.1 標(biāo)準(zhǔn)化對(duì)現(xiàn)有夾具的零部件,各類型的夾具結(jié)構(gòu)及專用夾具的零部件實(shí)行統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)化、系列化、通用化,是原來單件生產(chǎn)的夾具,轉(zhuǎn)變?yōu)閷I(yè)化的生產(chǎn),以降低成本,保證質(zhì)量,縮短產(chǎn)品的生產(chǎn)周期。5.2 柔性化加強(qiáng)專用夾具與同一類零件加工的夾具之間的可調(diào)性;加強(qiáng)專用夾具的重復(fù)利用,實(shí)行組合化后,減少因工藝的不同造成的夾具的報(bào)廢情況。5.3 精密化機(jī)械產(chǎn)品的不斷精密使得高精度機(jī)床的大量涌現(xiàn),勢必要求機(jī)床夾具跟隨時(shí)代發(fā)展步伐實(shí)現(xiàn)精密化。5.4 高效自動(dòng)化未獲得良好的效益,機(jī)械加工在不斷的提高生產(chǎn)率、降低成本、改善勞動(dòng)強(qiáng)

16、度,同樣要求著機(jī)床夾具的發(fā)展要滿足自動(dòng)流水線的生產(chǎn)要求,中小批量的產(chǎn)品生產(chǎn)同樣需要考慮適合自身程度的高效自動(dòng)化。參考文獻(xiàn):1陳明.機(jī)械制造工藝學(xué)m.北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2005.2王先逵.機(jī)械制造工藝學(xué)m.北京:機(jī)械工業(yè)出版社,1995.3王季昆.機(jī)械制造工藝學(xué)m.天津:天津大學(xué)出版社,1998.4王啟平.機(jī)械制造工藝學(xué)m. 哈爾濱:哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社,1999.5楊曉君,楊楚民.機(jī)床夾具設(shè)計(jì)網(wǎng)絡(luò)教學(xué)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與開發(fā)j.機(jī)械研究與應(yīng)用,2002,15 (2: 4849.6馮辛安等編.機(jī)械制造裝備設(shè)計(jì)m. 北京:機(jī)械工業(yè)出版社,1999. 7陳日曜主編.金屬切削原理m. 第 2 版.北京：機(jī)械工業(yè)出版 社，1992. 8方子良等編.機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)m.上海：上海交通大學(xué)出版 社，2004. 9劉秋生，李忠文主編.液壓傳動(dòng)與控制m.北京：宇航出版社， 1994. 10陳于萍，周兆元等.互換性與測量技術(shù)基礎(chǔ)m.第 2 版.北京： 機(jī)械工業(yè)出版社，2005. 11東北重型機(jī)械學(xué)院等合編.機(jī)床夾具設(shè)計(jì)手冊m.上海：上海 科學(xué)技術(shù)出版社，1979. 12機(jī)械設(shè)計(jì)手冊聯(lián)合編寫組.機(jī)械設(shè)計(jì)手冊m.第 2 版.北 京：機(jī)械工業(yè)出版社，1987. 13徐