夾治具設(shè)計(jì)概論

夾治具設(shè)計(jì)概論1.1夾治具(FixtureJig的定義一般而言，凡是在機(jī)械制造過(guò)程中，使任何加工程序能加速、方便或安全的輔助裝置工具，均可稱為夾具(Fixture)。廣義的夾具可包括機(jī)器夾具(MachineFixture)，沖壓夾具(pressFixture)熱處理夾具(HeatTreatmentFixture),焊接夾具(WeldingFixture),裝配夾具(AssemblingFixture)等等。狹義的夾具，一般即指機(jī)器夾具，可簡(jiǎn)稱為夾具，它主要用于機(jī)器加工，也是機(jī)器與工件、刀具之間的橋梁，目前較統(tǒng)稱的定義為“用以裝夾工件的裝置工具“為夾具?！坝靡匝b夾工件并配合引導(dǎo)刀具的裝置工具”稱為治具或鉆模(Ji)。1.2夾治具的功能夾具的功能：在加工過(guò)程中，將工件維持在一安定的位置上，并吸收切削過(guò)程中產(chǎn)生的推力與變形力。一讓工件能得到定位，維持較安定的加工精度。由于夾具的制作成本與所要達(dá)到的精度成正比，因此，選擇適當(dāng)?shù)木?，才能達(dá)到降低成本的要求。由于高精度的夾具一定貴，因此，我們往往必須在成本與效率做一選擇。1.3夾具的分類一般可按夾具的通用性和使用特點(diǎn)，所使用的機(jī)器類型，以及所用動(dòng)力源進(jìn)行分類，如表1所示。4-2夾具規(guī)劃虬鼎帆典泰網(wǎng)伯置與帝tt.#^Rb?L工時(shí)堂秋M編工可秋*虬鼎帆典泰網(wǎng)伯置與帝tt.#^Rb?也工M切之FMfffMI工方式.AK的fi程h工作吉月T，工祚白白■虬即工牌胃對(duì)時(shí)的討圖（一）夾具規(guī)劃要點(diǎn)2.2夾具設(shè)計(jì)流程圖圖（二）夾具設(shè)計(jì)流程圖4-3夾具設(shè)計(jì)考慮因素設(shè)計(jì)重點(diǎn)：⑴構(gòu)思：一必須瞭解加工方法與切削過(guò)程。一不要僅依靠自己的知識(shí)來(lái)判斷，必須保持有別的看法之柔軟性。⑵對(duì)下一工程的考慮點(diǎn)：一要站在使用者的立場(chǎng)設(shè)計(jì)。一優(yōu)良的夾具設(shè)計(jì)是要考慮到價(jià)格、精度、安裝容易與耐用。（3）設(shè)計(jì)上的重點(diǎn)項(xiàng)目：一單純。一多使用標(biāo)準(zhǔn)品（市售品、標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格品等），盡量避免使用特殊品。一夾持必須配合加工物且要保持充份的剛性?！紤]充份的調(diào)配性（標(biāo)準(zhǔn)品）?！紤]到安全第一。一要注意基準(zhǔn)面、基準(zhǔn)點(diǎn)的設(shè)定，要統(tǒng)一前后工程，不可相互矛盾。一加工物的中間尺寸與公差要確實(shí)檢查。一要考慮切屑處理。一要設(shè)計(jì)成即使操作錯(cuò)誤也是安全的。一要考慮到作業(yè)者浪費(fèi)動(dòng)作，要提高手動(dòng)機(jī)構(gòu)的操作性。一從使用頻率與磨耗的關(guān)系來(lái)考慮耐久忤（零件的淬火等）。3.1設(shè)計(jì)夾貝常用基準(zhǔn)及其相互關(guān)系表2設(shè)計(jì)夾具常用基準(zhǔn)及其相互關(guān)系設(shè)計(jì)基準(zhǔn)一設(shè)計(jì)圖樣上所采用基準(zhǔn)工序基準(zhǔn)一在工程中采用的基準(zhǔn)。工序基準(zhǔn)一在工序圖上用來(lái)確定本工序被加工表面加工后的尺寸、形狀位置的基準(zhǔn)。定位基準(zhǔn)一在加工中用作定位的基準(zhǔn)。3.2常用定位方法及定位組件?工件以平面為定位基準(zhǔn)的定位方法及定位組件⑴支承釘與支承板，如圖3(a),(b)(2調(diào)節(jié)支承及浮動(dòng)自位支承，如圖4(a)(b)?工作以外圓柱面為定占基準(zhǔn)的定位方法及定位組件，以工件的一個(gè)外圓柱面作為定位基準(zhǔn)時(shí)，常用的定位方法是將外圓柱裝在圓孔、半圓孔、V形塊或定心夾緊機(jī)構(gòu)中。后兩種最為常用。^?工件以圓孔為定位基準(zhǔn)的定位方法及定位組件，定位基準(zhǔn)為圓孔的工作，常用定位銷及定位心軸定位。此外，還可利用定心夾緊機(jī)構(gòu)進(jìn)行定位。3.3定位誤差產(chǎn)生的原因任意一批工件在夾具中加工時(shí)，引起加工尺寸產(chǎn)生誤差的主要原因有兩類：由于定位基準(zhǔn)本身的尺寸和幾何形狀誤差，以及定位基準(zhǔn)與定位組件之間的間隙，所引起的同批工件定位基準(zhǔn)沿加工尺寸方向的最大位移，稱為定位基準(zhǔn)位移誤差，以^jy表示。由于工序基準(zhǔn)與定位基準(zhǔn)不重合，所引起的同批工件工序圖三(a)支承釘

Jrt1ZT7Wj=IXi4?一做圖三（b）支承板圖四（a）調(diào)節(jié)支承件圖四（b）浮動(dòng)支承件基準(zhǔn)相對(duì)于定位基準(zhǔn)而言沿加工尺寸方向的最大位移，稱為基準(zhǔn)不重合誤差，以△jb表示。上述兩類誤差之和即為定位誤差，故可得△aw=△jy+△jb3.4夾具的組成組件按在夾具中的作用、地位及結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，組成夾只的組件可分為以下各類定位組件及定位裝置夾緊組件及夾緊裝置⑶夾具體對(duì)刀及導(dǎo)引組件裝置(包括刀具導(dǎo)引組件，對(duì)刀裝置及靠模裝置)⑸動(dòng)力裝置分度、對(duì)定裝置其它組件及裝置飽括夾具各部份相互連接用的以及夾具與機(jī)器相連接用的鎖緊螺釘、銷、鍵和各種手柄等。3.5定位、夾緊和裝夾的概念工件在加工之前須安放在夾具中，使其得到一個(gè)正確的位置或方向，并使其在加工過(guò)程中雖然受到切削力及其它外力的影響，仍能保證正確位置或方向。根據(jù)上述過(guò)程劃分而得出以下概念定義確定工件在機(jī)器上或夾具中有正確位置的過(guò)程，稱為定位。工件定位后將其固定使其在加工過(guò)程中保持定位不變的操作，稱為夾緊。將工件在機(jī)器上或夾具中定位，夾緊的過(guò)里，稱為裝夾。3.6工件在夾具中的夾緊夾緊的目的，是保證工件在夾具中的定位，不致因加工時(shí)受切削力、重力或伴生力(離心力、慣性力、熱應(yīng)力等)的作用而產(chǎn)生移動(dòng)或振動(dòng)。夾緊裝置可按夾緊機(jī)構(gòu)的類型和夾緊裝置的動(dòng)力源來(lái)分類如表3夾緊裝置的分類。表3夾緊裝置的分類n'.k燮.gii.WE3.7夾緊機(jī)構(gòu)應(yīng)滿足下列主要要求夾緊裝置在對(duì)工件夾緊時(shí)，不應(yīng)破壞工件的定位，為此必須正確選擇夾緊力的方向及著力點(diǎn)。夾緊力的大小應(yīng)該可靠，適當(dāng)，要保證工件在夾緊后的變形和受壓表面的損傷不致超過(guò)允許范圍。夾緊裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單合理，夾緊動(dòng)作要迅速，操縱方省力和安全。夾緊力或夾緊行程在一定范圍內(nèi)可進(jìn)行調(diào)整和補(bǔ)償。3.8夾緊裝置設(shè)計(jì)的內(nèi)容和步驟設(shè)計(jì)夾緊裝置時(shí)，可按以下四個(gè)步驟確定夾緊力：根據(jù)工序圖繪制夾緊力示意圖，在圖中應(yīng)表明夾緊力的作用點(diǎn)與方向及應(yīng)考慮的其它力的作用情況；確定夾緊組件結(jié)構(gòu)；確定夾緊裝置所能產(chǎn)生的夾緊力。夾緊力的作用點(diǎn)及作用方向在選擇夾緊力的作用點(diǎn)及作用方向時(shí)應(yīng)考慮下面幾點(diǎn):夾緊力應(yīng)有助于定位，而不應(yīng)破壞定位，在夾緊力作用下，工件不應(yīng)離開(kāi)支承點(diǎn)。首先要保證主要定位基準(zhǔn)與定位組件可靠度接觸，最好使工件對(duì)各個(gè)支承都有一定的壓力。對(duì)圖5所示定位情況，應(yīng)使夾緊力W1作用在主要定位基準(zhǔn)的中心位置，以便對(duì)主要定位基準(zhǔn)A、B、C支承點(diǎn)均產(chǎn)生壓力。若有兩個(gè)夾緊力，則W2應(yīng)垂直作用在D點(diǎn)。在這種情況下，也可用夾緊力W3。代替W1與W2同時(shí)作用在主要定位支承上和輔助定位支承上，什工件得到可靠定位。⑵夾緊變形要小，特別對(duì)剛度差的工件更應(yīng)予以注意。保證加工中工件振動(dòng)小，為此，夾緊點(diǎn)應(yīng)盡量接近被加工表面，特別是對(duì)低剛度工件。圖五夾力作用點(diǎn)及方向?夾緊力的大小計(jì)算夾緊力時(shí)，根據(jù)工件所受切削力P(或切削力矩Mp)、夾緊力W以及摩擦力F(或摩擦力炬MF)，對(duì)大工件還應(yīng)考慮重力G，運(yùn)動(dòng)的工件還應(yīng)考慮慣性力等，繪制夾緊示意圖，見(jiàn)圖6。然后，根據(jù)靜力平衡條件，計(jì)算出理論夾緊力Wp，再乘以安全系數(shù)k，得出實(shí)際夾緊力W。在不考慮重力和其它伴生力的情況下，夾緊力的大小既與切削力的大小有關(guān)，也與切削力對(duì)支承的作用方向有關(guān)，圖6為幾種典型加工情況的夾緊示意圖，所需夾緊力為:鉆削、拉削(圖6(a)、(b))W=kM/(fiRfi+f2Rf2)N銑削(圖6(c))W=kP/(f1+f2)N車削(圖6(d))W=kP/(f~kPz/+3f)N式中k：安全系數(shù)，可按下式計(jì)算k=k1k2k3k4M:切削扭矩f1、f2:夾緊組件、定位組件各自與工件接觸表面的摩擦系數(shù)Rf1、Rf2:夾緊組件、定位組件各自與工件接觸表面間的摩擦力矩半徑R:工件半徑f：夾緊爪工件間的摩擦系數(shù)k1:一般安全系數(shù)，考慮增加夾緊力的可靠性和因工件材料性質(zhì)及加工余量不均勻等引起的切削力的變化，一般取ki=1.5~2k2:加工性質(zhì)系數(shù)。粗加工取1.2，精加工取1。k3:刀具鈍化系數(shù)，考慮刀具磨鈍后，切削力增大，一般取k3=1.廣1.3k4:斷續(xù)切削系數(shù)。斷續(xù)切削時(shí)，取k4=1.2；連續(xù)切削時(shí)，取k4=1圖六(a)(b)夾緊示意圖rrJ(dJ圖六(c，(d)夾緊示意圖各種支承條件下的摩擦系數(shù)見(jiàn)表5rrJ(dJ定位支術(shù)而的形式摩擦保數(shù)『光滑表面C.UCL25R有熨切削力方向?-致的直滿槽0.3()H有熨可削力方向頁(yè)直的直溜糟i)一40有交佛的淆槽0.7O--0_8(J3.9數(shù)控機(jī)器夾具的設(shè)計(jì)要點(diǎn)設(shè)計(jì)數(shù)控加工用夾具時(shí)，除遵循一般夾具設(shè)計(jì)的原則外還應(yīng)注意下列問(wèn)題在數(shù)控加工中，為了確定加工點(diǎn)的空間位置，必須建立坐標(biāo)系。數(shù)控加工批量較小，故應(yīng)盡量可能采用標(biāo)準(zhǔn)化的通用夾具或組合夾具等。為滿足數(shù)控加工精度，要求夾具的定位，夾緊精度高。夾具的結(jié)構(gòu)應(yīng)使工件在一次裝夾后，能進(jìn)行多個(gè)表面的多種加工。夾緊件應(yīng)牢靠，其位置應(yīng)注意防止在進(jìn)退刀或變換工位時(shí)發(fā)生碰撞。自動(dòng)讓刀夾緊裝置的設(shè)計(jì)，應(yīng)保證其動(dòng)作的準(zhǔn)確可靠以及巳與刀具運(yùn)動(dòng)軌跡的協(xié)調(diào)。4-4組合夾具：(組合夾又稱為模塊化夾具)4-1傳統(tǒng)式夾具及專用夾具的鏜銑加工問(wèn)題一般傳統(tǒng)夾具裝設(shè)耗時(shí)。設(shè)計(jì)和制造專用夾具時(shí)間久，成本高。⑶多種少量訂貨生產(chǎn)所需的夾具占用庫(kù)房空間，庫(kù)存成本高。⑷零件的設(shè)計(jì)變更造成現(xiàn)行夾具不適用或需修改，時(shí)效性不足。針對(duì)以上問(wèn)題，基于經(jīng)濟(jì)性及時(shí)效性觀點(diǎn)來(lái)考慮，積木式的組合式夾具(圖7)提供最好解決方法。4-2組合式夾具分類(1)梢孔式定位：以固定的節(jié)距(PITCH)的孔定位，分解后再重組容易適合于多種少量重復(fù)性生產(chǎn)型態(tài)。(2)T槽式位：(圖8)T槽定位的自由度高，任意尺寸的孔定位能設(shè)定(圖9)，但重復(fù)組合時(shí)重現(xiàn)性不良，適用于單件生產(chǎn)的場(chǎng)合。4-3組合式夾具的特征本體：有方形基板(圖10)、長(zhǎng)方形基板、角座等，均可與綜合加工機(jī)的工作臺(tái)結(jié)合，一般平面度要求0.01/100槽距及孔距公差為土0.02。定位組件：考慮到工件可能以平面或孔定位方式，有肩部定位柱。徑向定位柱、定位梢..等，其尺寸公工差要求在土0.01以內(nèi)，而且是整批加工輪磨。夾持組件：有整組夾持方式及單件夾持組件，M12螺紋用于一般夾時(shí)，M16螺紋用于重切削加工時(shí)之夾持。以上零組件不論是T槽式或梢孔式均可互用，且具有下列多項(xiàng)優(yōu)點(diǎn)。不需要另外制作夾具零件或僅少部份定位組件需制作。明顯縮短夾具制作、組裝時(shí)間，并能得到質(zhì)量安定的夾持。減少專用夾具的設(shè)計(jì)與制作，并減少庫(kù)存空間及成本。對(duì)于設(shè)計(jì)變更和急件的處理，能適切的提供。圖七可像積木方式任意組合的組合式夾具圖八可任意組合的T槽式組合式夾具圖九任意兩孔距定位圖十T槽方