鏜床夾具畢業(yè)設(shè)計(jì)

鏜床夾具設(shè)計(jì)摘要摘要 鏜床發(fā)展的水平之高主要表現(xiàn)在產(chǎn)品設(shè)計(jì)理念的不斷更新，體現(xiàn)了產(chǎn)品設(shè)計(jì)將裝飾藝術(shù)與精細(xì)加工的完美結(jié)合；產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的不斷創(chuàng)新，顯示了鏜床在向高速、高精、高效發(fā)展的同時(shí)，還向人性化、精細(xì)化制造的方向發(fā)展，而鏜床夾具的發(fā)展也是齊頭并進(jìn)，毫不遜色。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(jì)了一個(gè)鏜床夾具，并給出了結(jié)構(gòu)方案。該夾具設(shè)計(jì)有對刀裝置。既能夠?qū)崿F(xiàn)工件的準(zhǔn)確裝夾，還可以準(zhǔn)確對刀。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(zhǔn)確，通過對刀裝置的準(zhǔn)確對刀，最終保證了工件的加工精度。關(guān)鍵詞關(guān)鍵詞鏜床 夾具 對刀 箱體 Jigs for Boring Machine DesignAbstract: Boring development of a high standard of performance in the major product design concepts is continuously updated. reflect the product design of decorative arts and fine processing the perfect combination; product mix of constant innovation and shows the boring machine to the high-speed, high-precision, high-efficiency development, it is also to humanity, fine Manufacturing direction, Jig Boring Machine and the parallel development is not out of step. In this paper, through the boring machine processing method, principle of research and analysis selected parts of the box design a jig boring machine, and gives the structure of the program. The fixture is designed to knife device. Both to achieve the exact workpiece fixturing, but also accurate right knife. Ways to intensify the use of hydraulic clamping. Clamping rapid concise, clamping force control and accurate positioning fixture, the right knife devices accurate right knife, the ultimate guarantee of a workpiece machining accuracy. Key words: Boring Machine Jigs Right knife Box I 目 錄序序 言言 .11 1 緒論緒論 .31.1 鏜床的起源、功能及基本特點(diǎn).31.2 鏜床的分類.41.3 鏜床的發(fā)展趨勢.41.4 本課題的研究目標(biāo)，內(nèi)容及意義.61.4.1 本課題的研究目標(biāo).61.4.2 本課題的研究內(nèi)容.61.4.3 本課題的研究意義.72 2 夾具設(shè)計(jì)及其概論夾具設(shè)計(jì)及其概論 .82.1 概論.82.2 夾具發(fā)展簡史.82.2.1 夾具發(fā)展簡史及其分類.82.2.2 夾具的基本功能描述.92.3 工件的裝夾方式.102.4 夾具的組成及夾具體的設(shè)計(jì).112.4.1 夾具的組成.112.4.2 夾具體的設(shè)計(jì).122.4.3 其它裝置或元件.142. 5 夾具設(shè)計(jì)中的定位.152.5.1 定位基準(zhǔn)選取.152.5.2 工件在空間自由度的分析.162.5.3 工件定位方式的確定.172.5.4 現(xiàn)有定位規(guī)劃方法介紹.182.6 夾具中夾緊方式的設(shè)計(jì).192.6.1 夾緊設(shè)計(jì)的基本要求.202.6.2 夾緊力方向、位置和大小的確定.212.7 現(xiàn)有組合夾具夾緊規(guī)劃方法介紹.242.7.1 確定工件的夾緊區(qū)域.24 II 2.7.2 確定與可行夾緊區(qū)域?qū)?yīng)的安裝固定區(qū)域.242.8 夾具的定位誤差分析及夾緊力的計(jì)算.252.8.1 定位銷高度的計(jì)算.252.8.2 定位誤差計(jì)算.262.8.3 工件以一面及兩圓孔定位的夾緊力計(jì)算.272.8.4 液壓-壓板組合夾緊計(jì)算.282.9 小結(jié).293 3 夾具中對刀的設(shè)計(jì)夾具中對刀的設(shè)計(jì) .303.1 對刀概述.303.2 工件與主軸的同軸找正.303.3 對刀.313.4 對刀誤差的確定.334 4 液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì) .344.1 液壓傳動(dòng)技術(shù)的發(fā)展概況.344.3 液壓系統(tǒng)中執(zhí)行元件的選擇 .364.3.1 液壓缸的類型和特點(diǎn).364.4 本課題選用液壓缸的計(jì)算.384.4.1 液壓缸的組成.384.4.2 液壓缸的計(jì)算.384.5 液壓系統(tǒng)的控制及動(dòng)力源.395 5 夾具的裝配夾具的裝配 .415.1 概述.415.1.1 機(jī)器裝配的基本概念.415.1.2 裝配精度.415.2 裝配尺寸鏈 .425.2.1 裝配尺寸鏈的基本概念.425.2.2 裝配尺寸鏈的查找方法.425.2.3 裝配尺寸鏈的計(jì)算方法.435.3 保證裝配精度的方法.435.3.1 完全互換法.43 III 5.3.2 選擇裝配法.445.3.3 修配法.445.3.4 調(diào)節(jié)法(調(diào)整法).455.4 裝配工藝規(guī)程的制定 .465.4.1 制定裝配工藝規(guī)程的基本原則及原始資料.465.4.2 制定裝配工藝過程的步驟.465.4.3 裝配元件系統(tǒng)圖.475.5 本裝置的裝配要求.47致致謝謝.48參考文獻(xiàn)參考文獻(xiàn).49 第 1 頁 共 49 頁 序序 言言隨著科技的迅速發(fā)展，鏜床發(fā)展的水平之高主要表現(xiàn)在產(chǎn)品設(shè)計(jì)理念的不斷更新，體現(xiàn)了產(chǎn)品設(shè)計(jì)將裝飾藝術(shù)與精細(xì)加工的完美結(jié)合；產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的不斷創(chuàng)新，顯示了鏜床在向高速、高精、高效發(fā)展的同時(shí)，還向人性化、精細(xì)化制造的方向發(fā)展。鏜床技術(shù)發(fā)展的同時(shí)，鏜床夾具也在迅速的直追而上，因?yàn)樗麄兪窍噍o相成的。夾具是機(jī)械加工不可缺少的部件，在機(jī)床技術(shù)向高速、高效、精密、復(fù)合、智能、環(huán)保方向發(fā)展的帶動(dòng)下，夾具技術(shù)正朝著高精、高效、模塊、組合、通用、經(jīng)濟(jì)方向發(fā)展。一、高精 隨著機(jī)床加工精度的提高，為了降低定位誤差，提高加工精度，對夾具的制造精度要求更高。高精度夾具的定位孔距精度高達(dá)5m，夾具支承面的垂直度達(dá)到0.01mm/300mm，平行度高達(dá) 0.01mm/500mm。德國 demmeler（戴美樂）公司制造的4m 長、2m 寬的孔系列組合焊接夾具平臺，其等高誤差為0.03mm；精密平口鉗的平行度和垂直度在 5m 以內(nèi)；夾具重復(fù)安裝的定位精度高達(dá)5m；瑞士 EROWA 柔性夾具的重復(fù)定位精度高達(dá) 25m。機(jī)床夾具的精度已提高到微米級，世界知名的夾具制造公司都是精密機(jī)械制造企業(yè)。誠然，為了適應(yīng)不同行業(yè)的需求和經(jīng)濟(jì)性，夾具有不同的型號，以及不同檔次的精度標(biāo)準(zhǔn)供選擇。二、高效 為了提高機(jī)床的生產(chǎn)效率，雙面、四面和多件裝夾的夾具產(chǎn)品越來越多。為了減少工件的安裝時(shí)間，各種自動(dòng)定心夾緊、精密平口鉗、杠桿夾緊、凸輪夾緊、氣動(dòng)和液壓夾緊等，快速夾緊功能部件不斷地推陳出新。新型的電控永磁夾具，加緊和松開工件只用 12 秒，夾具結(jié)構(gòu)簡化，為機(jī)床進(jìn)行多工位、多面和多件加工創(chuàng)造了條件。為了縮短在機(jī)床上安裝與調(diào)整夾具的時(shí)間，瑞典 3R 夾具僅用 1 分鐘，即可完成線切割機(jī)床夾具的安裝與校正。采用美國 Jergens（杰金斯）公司的球鎖裝夾系統(tǒng)，1 分鐘內(nèi)就能將夾具定位和鎖緊在機(jī)床工作臺上，球鎖裝夾系統(tǒng)用于柔性生產(chǎn)線上更換夾具，起到縮短停機(jī)時(shí)間，提高生產(chǎn)效率的作用。三、模塊、組合 夾具元件模塊化是實(shí)現(xiàn)組合化的基礎(chǔ)。利用模塊化設(shè)計(jì)的系列化、標(biāo)準(zhǔn)化夾具元件，快速組裝成各種夾具，已成為夾具技術(shù)開發(fā)的基點(diǎn)。省工、省時(shí)，節(jié)材、節(jié)能， 第 2 頁 共 49 頁 體現(xiàn)在各種先進(jìn)夾具系統(tǒng)的創(chuàng)新之中。模塊化設(shè)計(jì)為夾具的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與組裝打下基礎(chǔ)，應(yīng)用 CAD 技術(shù)，可建立元件庫、典型夾具庫、標(biāo)準(zhǔn)和用戶使用檔案庫，進(jìn)行夾具優(yōu)化設(shè)計(jì)，為用戶三維實(shí)體組裝夾具。模擬仿真刀具的切削過程，既能為用戶提供正確、合理的夾具與元件配套方案，又能積累使用經(jīng)驗(yàn)，了解市場需求，不斷地改進(jìn)和完善夾具系統(tǒng)。組合夾具分會與華中科技大學(xué)合作，正在著手創(chuàng)建夾具專業(yè)技術(shù)網(wǎng)站，為夾具行業(yè)提供信息交流、夾具產(chǎn)品咨詢與開發(fā)的公共平臺，爭取實(shí)現(xiàn)夾具設(shè)計(jì)與服務(wù)的通用化、遠(yuǎn)程信息化和經(jīng)營電子商務(wù)化。四、通用、經(jīng)濟(jì) 夾具的通用性直接影響其經(jīng)濟(jì)性。采用模塊、組合式的夾具系統(tǒng)，一次性投資比較大，只有夾具系統(tǒng)的可重組性、可重構(gòu)性及可擴(kuò)展性功能強(qiáng)，應(yīng)用范圍廣，通用性好，夾具利用率高，收回投資快，才能體現(xiàn)出經(jīng)濟(jì)性好。德國 demmeler（戴美樂）公司的孔系列組合焊接夾具，僅用品種、規(guī)格很少的配套元件，即能組裝成多種多樣的焊接夾具。元件的功能強(qiáng)，使得夾具的通用性好，元件少而精，配套的費(fèi)用低，經(jīng)濟(jì)實(shí)用才有推廣應(yīng)用的價(jià)值。 第 3 頁 共 49 頁 1 1 緒論緒論1.11.1 鏜床的起源、功能及基本特點(diǎn)鏜床的起源、功能及基本特點(diǎn) 17 世紀(jì)，由于軍事上的需要，大炮制造業(yè)的發(fā)展十分迅速，如何制造出大炮的炮筒成了人們亟需解決的一大難題。 世界上第一臺真正的鏜床是 1775 年由威爾金森發(fā)明的。其實(shí)，確切地說，威爾金森的鏜床是一種能夠精密地加工大炮的鉆孔機(jī)，它是一種空心圓筒形鏜桿，兩端都安裝在軸承上。1775 年，47 歲的威爾金森在他父親的工廠里經(jīng)過不斷努力，終于制造出了這種能以罕見的精度鉆大炮炮筒的新機(jī)器。有意思的是，1808 年威爾金森去世以后，他就葬在自己設(shè)計(jì)的鑄鐵棺內(nèi)。 1802 年，瓦特也在書中談到了威爾金森的這項(xiàng)發(fā)明，并在他的索霍鐵工廠里進(jìn)行仿制。以后，瓦特在制造蒸汽機(jī)的汽缸和活塞時(shí)，也應(yīng)用了威爾金森這架神奇的機(jī)器。原來，對活塞來說，可以在外面一邊量著尺寸，一邊進(jìn)行切削，但對汽缸就不那么簡單了，非用鏜床不可。當(dāng)時(shí)，瓦特就是利用水輪使金屬圓筒旋轉(zhuǎn)，讓中心固定的刀具向前推進(jìn)，用以切削圓筒內(nèi)部，結(jié)果，直徑 75 英寸的汽缸，誤差還不到一個(gè)硬幣的厚度，這在當(dāng)對是很先進(jìn)的了。 在以后的幾十年間，人們對威爾金森的鏜床作了許多改進(jìn)。1885 年，英國的赫頓制造了工作臺升降式鏜床，這已成為了現(xiàn)代鏜床的雛型。經(jīng)過一百多年的發(fā)展，鏜床發(fā)展的水平之高主要表現(xiàn)在產(chǎn)品設(shè)計(jì)理念的不斷更新，體現(xiàn)了產(chǎn)品設(shè)計(jì)將裝飾藝術(shù)與精細(xì)加工的完美結(jié)合；產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的不斷創(chuàng)新，顯示了鏜床在向高速、高精、高效發(fā)展的同時(shí)，還向人性化、精細(xì)化制造的方向發(fā)展。鏜床主要是用鏜刀在工件上鏜孔的機(jī)床，通常，鏜刀旋轉(zhuǎn)為主運(yùn)動(dòng)，鏜刀或工件為進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。它的加工精度和表面質(zhì)量要高于鉆床。鏜床是大型箱體零件加工的主要設(shè)備。鏜床的功能是十分強(qiáng)大的，它是車床和銑床的綜合體，不但可以進(jìn)行鏜孔加工還可以進(jìn)行車削和銑削加工。鏜削是把工件上的預(yù)制孔擴(kuò)大至具有一定的孔徑、并提高孔形精度和表面光潔度的加工過程。鏜孔的質(zhì)量是鏜床性能好壞的重要標(biāo)志。鏜床的鏜孔精度一般可達(dá)IT7， 第 4 頁 共 49 頁 對于精度要求更高的孔，可用高精度的金剛鏜、坐標(biāo)鏜或?qū)Ｓ苗M床進(jìn)行細(xì)精鏜，以獲得更高的孔形精度和孔距精度。根據(jù)機(jī)床、刀具和工件的相對位置以及成形原理，鏜削具有以下基本特點(diǎn)：1）鏜削表面的運(yùn)動(dòng)軌跡是由鏜床主軸上的鏜刀作回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)來實(shí)現(xiàn)的。它與鉆削加工相似。2）鏜削時(shí)，由于刀具裝在刀桿上伸入內(nèi)孔進(jìn)行切削，因此，鏜刀是在半封閉狀態(tài)下工作的。3）鏜削加工時(shí)，把工件裝夾在工作臺上，有鏜桿作縱向、垂直移動(dòng)或工作臺縱、橫向移動(dòng)來實(shí)現(xiàn)對工件的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。4）鏜削時(shí)，由于刀具后刀面和內(nèi)孔表面摩擦較大和鏜桿懸臂外伸，因此鏜刀的切削條件較差，且一起振動(dòng)。1.21.2鏜床的分類鏜床的分類 加工特點(diǎn)：加工過程中工件不動(dòng)，讓刀具移動(dòng)，將刀具中心對正孔中心，并使刀具轉(zhuǎn)動(dòng)(主運(yùn)動(dòng))。 1) 臥式鏜床是鏜床中應(yīng)用最廣泛的一種。它主要是孔加工，鏜孔精度可達(dá)IT7，表面粗糙度Ra值為1.6-0.8um.臥式鏜床的主參數(shù)為主軸直徑。 2) 坐標(biāo)鏜床是高精度機(jī)床的一種。它的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是有坐標(biāo)位置的精密測量裝置。坐標(biāo)鏜床可分為單柱式坐標(biāo)鏜床、雙柱式坐標(biāo)鏜床和臥式坐標(biāo)鏜床。 單柱式坐標(biāo)鏜床：主軸帶動(dòng)刀具作旋轉(zhuǎn)主運(yùn)動(dòng)，主軸套筒沿軸向作進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡單，操作方便，特別適宜加工板狀零件的精密孔，但它的剛性較差，所以這種結(jié)構(gòu)只適用于中小型坐標(biāo)鏜床。 雙柱式坐標(biāo)鏜床：主軸上安裝刀具作主運(yùn)動(dòng)，工件安裝在工作臺上隨工作臺沿床身導(dǎo)軌作縱向直線移動(dòng)。它的剛性較好，目前大型坐標(biāo)鏜床都采用這種結(jié)構(gòu)。雙柱式坐標(biāo)鏜床的主參數(shù)為工作臺面寬度。 臥式坐標(biāo)鏜床：工作臺能在水平面內(nèi)做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，進(jìn)給運(yùn)動(dòng)可以由工作臺縱向移動(dòng)或主軸軸向移動(dòng)來實(shí)現(xiàn)。它的加工精度較高。 3）金剛鏜床：特點(diǎn)是以很小的進(jìn)給量和很高的切削速度進(jìn)行加工，因而加工的工件具有較高的尺寸精度（IT6），表面粗糙度可達(dá)到0.2微米。1.31.3 鏜床的發(fā)展趨勢鏜床的發(fā)展趨勢鏜床技術(shù)發(fā)展呈現(xiàn)新的特點(diǎn)，在提高進(jìn)給速度和快速移動(dòng)速度的同時(shí)，又出現(xiàn)了提高加速度這一新的概念，提高起動(dòng)加速度，以提高速度挖掘鏜床的潛力。因此，鏜銑床采用電主軸也就成為新的追求。并且有出現(xiàn)立柱采用斜面概念的設(shè)計(jì)，剛性極高，具有臥式主軸和電主軸可交換使用的功能，具有“一機(jī)兩用”之功效的鏜床等等。縱 第 5 頁 共 49 頁 觀鏜床的發(fā)展過程，其發(fā)展趨勢大致為：1) 高速高精高效的數(shù)字化鏜床由提高主軸轉(zhuǎn)速后能夠降低工件對刀具的切削力的理論的提出，出現(xiàn)了提高加速度這一新的概念，這樣電主軸就成為新的追求。目前世界一流的電主軸，功率達(dá)到80kW，轉(zhuǎn)速高達(dá) 30000r/min。其 X、Y、Z 軸的移動(dòng)速度高達(dá) 50m/min，加速度9.8m/s2。為了滿足汽車發(fā)動(dòng)機(jī)缸體缸蓋及航天航空、高新技術(shù)、儀器、儀表、電子信息和生物工程、輕金屬材料零件和精密零件加工需求，高精度鏜床的發(fā)展更是突飛猛進(jìn)。位置精度達(dá)到 0.0080.01mm，重復(fù)定位精度 0.0040.005mm。2) 重型、超重型的大型鏜床 為了滿足能源、航天航空、軍工、艦船主機(jī)制造、重型機(jī)械制造、大型模具加工、汽輪機(jī)缸體、大型發(fā)電、輸變電設(shè)備、大型石油化工和煤化工裝置、礦山采掘設(shè)備、成套軋鋼設(shè)備、大型海洋船舶、高速列車、大端面巖石掘進(jìn)機(jī)為代表的工程機(jī)械、民用航空飛機(jī)及發(fā)動(dòng)機(jī)等零件加工的需要。重型、超重型的鏜床加工能力顯得越來越重要。這類鏜床不但在精度和剛度方面要求高，而且對床子的綜合性能方面提出了更高的要求。我國的機(jī)床技術(shù)指標(biāo)、加工精度、可靠性和先進(jìn)性在國際競爭中處于下風(fēng)是不爭的事實(shí)。我國的西部大開發(fā)也正在進(jìn)行之中，基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)十分重要，像一些大型的水力發(fā)電機(jī)組的建設(shè)等，這給重型鏜銑床的發(fā)展帶來了很大的鍥機(jī)。迎合這個(gè)發(fā)展機(jī)遇重型鏜銑床設(shè)備的發(fā)展將走出一條新的大道。3) 主流產(chǎn)品和各類產(chǎn)品共存?zhèn)鹘y(tǒng)制造業(yè)的發(fā)揮依托先進(jìn)制造業(yè)的發(fā)展而變化，同時(shí)勢必影響著數(shù)控機(jī)床行業(yè)的變化。由于國內(nèi)行業(yè)繁多，并且各類行業(yè)所需生產(chǎn)方式不同，對鏜床的加工要求也就存在不同的方式，所以各類床子的生產(chǎn)就必須同時(shí)進(jìn)行。在我國，從地域發(fā)展分析，由于近幾年中國經(jīng)濟(jì)飛速發(fā)展，帶動(dòng)了一系列相關(guān)事物的變化，尤其是我國東部產(chǎn)業(yè)的升級、東北等老工業(yè)基地的振興和中西部的開發(fā)加快步伐，并且多數(shù)是重型制造行業(yè)要求大型的鏜床裝備。在我國中南，東南部，大都是一些輕工業(yè)和精工業(yè)的部門，相對與中小型裝備需求較多。國內(nèi)市場；經(jīng)濟(jì)全球化，國際發(fā)展期資本和產(chǎn)業(yè)向中國的轉(zhuǎn)移、國際技術(shù)和人才的交流、中國國際貿(mào)易的強(qiáng)勁發(fā)展等，更為我國鏜床產(chǎn)業(yè)的綜合發(fā)展提供了外部環(huán)境，使我們處于難得的戰(zhàn)略，走一條依存互補(bǔ)、相輔相成、共同發(fā)展的道路。 第 6 頁 共 49 頁 1.41.4 本課題的研究目標(biāo)，內(nèi)容及意義本課題的研究目標(biāo)，內(nèi)容及意義1.4.11.4.1 本課題的研究目標(biāo)本課題的研究目標(biāo)結(jié)合國內(nèi)鏜床夾具的各方面的現(xiàn)狀和不足，由于加工精度和加工效率的提高，目前的普通鏜床的夾具在裝夾工件和夾緊工件十分麻煩，尤其在工件的定位，對刀方面，如果遇到體積大、噸位重的大型工件時(shí)，定位，夾緊，對刀是十分困難的。這樣不但裝夾、對刀時(shí)間長，而且加工精度不能夠保證。為了解決這個(gè)問題，我們設(shè)計(jì)了主要針對于加工大型或超大型工件的重型鏜床和普通臥式鏜床的夾具裝置，主要為了縮短定位，夾緊，對刀時(shí)間，提高加工精度和大型鏜床的加工效率，減少加工成本，最終使達(dá)到資源的優(yōu)化利用。1.4.21.4.2 本課題的研究內(nèi)容本課題的研究內(nèi)容鏜銑床適用于機(jī)械加工車間對單件或小批量生產(chǎn)的零件進(jìn)行平面銑削和孔系加工，能精確鏜削尺寸較大的孔和平面。此外還可進(jìn)行鉆、鉸孔及螺紋加工。本課題研究的內(nèi)容：鏜床工作臺的工作原理的了解、鏜床夾具的設(shè)計(jì)、鏜床結(jié)構(gòu)的分析、了解鏜床傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、同軸度的調(diào)整、對刀調(diào)刀等問題。1) 了解工作臺的運(yùn)動(dòng)原理，確定定為基準(zhǔn)以及對刀基準(zhǔn)。2) 鏜床夾具方面，主要研究定位元件，夾緊裝置，對刀，引導(dǎo)元件，安裝裝置和夾具體等。選擇合適的零件設(shè)計(jì)一夾具來完成對刀裝置的設(shè)計(jì)。3) 鏜床種類較多，但主要功能是加工各種孔。通過各種途徑了解它的結(jié)構(gòu)，傳動(dòng)方式，加工原理和加工能力等。最終選擇一個(gè)合適的鏜床為例來完成課題。4) 同軸度保證了對刀也就容易了。利用一種機(jī)械裝置來完成對孔和主軸同軸這一要求。此裝置可以通過在工作臺上設(shè)計(jì)一個(gè)特殊的夾具或鏜模來完成。 5) 對于對刀裝置的設(shè)計(jì)可以依據(jù)先擺正工件的裝夾位置，然后對刀位利用對刀塊和其它的輔助裝置進(jìn)行調(diào)整，最終完成鏜床的對刀。從而保證工件的加工精度。6) 定位誤差的分析計(jì)算，對刀誤差的分析計(jì)算，液壓夾緊裝置的設(shè)計(jì)等等各種夾緊力的計(jì)算。7) 總裝圖的繪制。 第 7 頁 共 49 頁 1.4.31.4.3 本課題的研究意義本課題的研究意義由于目前國內(nèi)的鏜床加工要求的不斷提高，對加工效率的要求越來越高，在航空航天，軍工，船舶，煤炭，汽輪機(jī)缸體，大型發(fā)電機(jī)組，裝備制造等行業(yè)對重型鏜床的使用越來越多，這使的鏜床的發(fā)展加速，對鏜床的加工效率提出挑戰(zhàn)， 本裝置的設(shè)計(jì)正是迎合了這種要求，在設(shè)計(jì)中對夾具的定位精度，夾緊速度以及夾具上的對刀裝置作了很大的改進(jìn)，使夾具的加工精度更高。因此本課題的研究有很重要的現(xiàn)實(shí)意義，并且有一定的市場前景。再加之這些年來精密機(jī)械和精密測量的快速發(fā)展對本課題的研究也提供了相當(dāng)多的參考資料。 第 8 頁 共 49 頁 2 2 夾具設(shè)計(jì)及其概論夾具設(shè)計(jì)及其概論2.12.1 概論概論在機(jī)械制造過程中，用來固定加工對象，使之保持正確的位置，以便接受施工或檢測的裝置，都可以稱為夾具。在機(jī)械加工中，為了保證工件的加工精度要求，工件在機(jī)床中需要有準(zhǔn)確的定位和可靠的夾緊。使工件相對于刀具和機(jī)床占有準(zhǔn)確的加工位置稱為工件的定位;把工件定位后壓緊夾牢，以保證這個(gè)準(zhǔn)確的位置在加工過程中不會發(fā)生改變稱為工件的夾緊。工件的定位和夾緊是夾具的兩個(gè)主要功能。夾具是工藝裝備的主要組成部分，在機(jī)械制造中占有重要地位。對保證工件的加工精度和加工質(zhì)量，提高生產(chǎn)率，降低制造成本，減輕勞動(dòng)強(qiáng)度，擴(kuò)大機(jī)床使用范圍，縮短產(chǎn)品試制周期等都具有重要意義。夾具一般可分為專用夾具和組合夾具兩種。隨著市場對產(chǎn)品的需求不斷增加，產(chǎn)品的更新?lián)Q代速度不斷加快。由于機(jī)械產(chǎn)品的品種繁多，要求機(jī)械產(chǎn)品的開發(fā)周期不斷縮短，傳統(tǒng)的大批量生產(chǎn)模式逐步被中小批量生產(chǎn)模式所取代。按單一品種設(shè)計(jì)專用夾具的方法己不能滿足生產(chǎn)發(fā)展的要求，因此，如何縮短工藝裝備的設(shè)計(jì)和制造周期，以及產(chǎn)品換型后能如何保證原有工裝夾具延續(xù)使用已事在必行。機(jī)械制造業(yè)欲適應(yīng)這種變化須具備較高的柔性，國內(nèi)外已把柔性制造系統(tǒng)作為開發(fā)新產(chǎn)品的有效手段，并將其作為機(jī)械制造業(yè)的主要發(fā)展向。 2.22.2 夾具發(fā)展簡史夾具發(fā)展簡史2.2.12.2.1 夾具發(fā)展簡史及其分類夾具發(fā)展簡史及其分類早期的機(jī)床夾具，如車床的雞心夾頭和卡盤、刨床的虎鉗，是和機(jī)床同時(shí)誕生和發(fā)展起來的。由于他們是與機(jī)床配套供應(yīng)用戶，一般也稱為機(jī)床附件，是通用機(jī)床夾具的鼻祖。現(xiàn)代的專用夾具是伴隨著大批大量生產(chǎn)的發(fā)展而發(fā)展出現(xiàn)的，特別是和汽車工業(yè)的發(fā)展密切相關(guān)。專用夾具的使用，一方面縮短了工序時(shí)間，降低了加工成本:另一方面，夾具本身的設(shè)計(jì)制造工時(shí)、材料消耗等又增加了工件的成本。因此，在何種生產(chǎn)條件下使用哪種類型的夾具才是經(jīng)濟(jì)合理的，也就是夾具的經(jīng)濟(jì)性，一直都是 第 9 頁 共 49 頁 夾具結(jié)構(gòu)發(fā)展和設(shè)計(jì)的一個(gè)主要問題。如圖所示，為夾具分類框圖。圖2.1夾具分類框圖 專用夾具的費(fèi)用分擔(dān)在大批量生產(chǎn)的每一個(gè)工件上是極小的，所以，從事大批量生產(chǎn)的企業(yè)都采用專用夾具。與此同時(shí)，卻帶來一個(gè)嚴(yán)重問題 如果零件的結(jié)構(gòu)和尺寸參數(shù)一旦發(fā)生變化，相關(guān)夾具就要報(bào)廢。從這個(gè)意義上說.專用夾具被認(rèn)為是一種一次性使用的夾具。但是制造業(yè)中約有75%的企業(yè)從事單件小批生產(chǎn)。若為其單獨(dú)設(shè)計(jì)制造專用夾具，在經(jīng)濟(jì)上就極不合理了。為解決這一問題，從20世紀(jì)40年代開始，人們就已經(jīng)著手研制能夠適合單件小批和成批生產(chǎn)的可多次重復(fù)使用的夾具，相繼出現(xiàn)了組合夾具和各種可調(diào)整夾具。90年代以后，快速多變的市場競爭促進(jìn)制造產(chǎn)品的快速變化，要求制造企業(yè)對傳統(tǒng)的夾具技術(shù)進(jìn)行革新，以滿足產(chǎn)品品種變化頻繁、批量變換、交貨期縮短、制造低成本與高質(zhì)量的要求。它們形成了夾具發(fā)展的新動(dòng)力。2.2.22.2.2 夾具的基本功能描述夾具的基本功能描述夾具的功能應(yīng)該滿足將工件固定在機(jī)床或其他設(shè)備準(zhǔn)確位置上的要求，所以在現(xiàn)代制造系統(tǒng)條件下一個(gè)常用的“3-2-1”定為夾具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)能滿足的功能要求為= 底面定位，頂面夾緊，水平定位，水平夾緊，側(cè)面定位，側(cè)面夾緊。設(shè)計(jì)者SFR應(yīng)該按照功能要求確定夾具的設(shè)計(jì)參數(shù)=底面定位組件，頂面夾緊組件，水平SDP定位組件，水平夾緊組件，側(cè)面定位組件，側(cè)面夾緊組件。分析與之間的關(guān)SFRSDP系，底面定位功能的實(shí)現(xiàn)主要取決于底面定位組件，即=0;頂面夾12a13a14a15a16a緊功能的實(shí)現(xiàn)主要取決于頂面夾緊組件即= = =0以此類推：21a23a24a25a26a =0， = =0，31a32a34a35a36a41a42a43a45a46a =0， =0 。51a52a53a54a56a61a62a63a64a65a 第 10 頁 共 49 頁 因此，按照顧客需求的和設(shè)計(jì)參數(shù)之間的關(guān)系，可以得到:SFRSDP 顯然 ， 是一個(gè)對角矩陣，故此它是一個(gè)非復(fù)合方案，符合獨(dú)立公理的要求。夾具設(shè)計(jì)還要考慮動(dòng)力源，主要是氣動(dòng)或者液壓裝置，這些裝置本身大多已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化和通用化，可以從市場上采購到。這時(shí)應(yīng)該考慮的主要問題就是這些夾具組件與其它夾具組件的接口問題。例如，應(yīng)該在其它夾具組件設(shè)計(jì)時(shí)考慮它們與這些氣壓裝置之間的空間位置關(guān)系，不同夾緊力源組件與其它夾具組件之間的接口問題，以及夾具同機(jī)床運(yùn)動(dòng)時(shí)刀具間相互干涉等。2.32.3 工件的裝夾方式工件的裝夾方式 工件在機(jī)床上加工時(shí)，應(yīng)按照定位基準(zhǔn)的要求，把工件安放在工作臺上或夾具里使它和刀具之間保持正確的相對位置，這就是定位。定位是為了能夠使工件占據(jù)正確的空間坐標(biāo)位置，多次重復(fù)擺放時(shí)，都能在同樣的位置。在加工過程中為了保持工件位置不變，必須把工件夾緊，以承受切削力及其他外力，這就是夾緊。夾緊是為了平衡和抵抗來自加工中的切削力，保持正確的定位位置不變。工件定位與夾緊的過程稱為裝夾或安裝。工件在機(jī)床上的裝夾，有三種方式：（1）直接找正裝夾 工件裝到機(jī)床后，用百分表或劃線盤上的劃針目測校正工件位置，以保證被加工表面的位置精度，而后夾緊工件。每加工一個(gè)工件都得重復(fù)上述過程。（2）劃線找正裝夾 有些重、大、復(fù)雜工件，先在待加工處劃線，然后裝到機(jī)床上，按線找正定位。（3）夾具裝夾 夾具是使工件在機(jī)床上迅速、正確裝夾的一種工藝裝備。夾具與刀具間的相對位置，以在加工前預(yù)先調(diào)整好，所以一批工件加工時(shí)，不必逐個(gè)找正定位。在夾具上裝夾工件時(shí)，有工件上的定為基準(zhǔn)與夾具定位元件的工作表面保持接觸來實(shí)現(xiàn)工件的定位，再用夾緊裝置夾緊。 第 11 頁 共 49 頁 2.42.4 夾具的組成夾具的組成及夾具體的設(shè)計(jì)及夾具體的設(shè)計(jì)機(jī)床夾具的種類和結(jié)構(gòu)雖然繁多，但它們的組成均可概括為以下幾個(gè)部分，這些組成部分既相互獨(dú)立又相互聯(lián)系。2.4.12.4.1 夾具的組成夾具的組成1）定位元件定位元件保證工件在夾具中處于正確的位置。如圖 2.2 所示，鉆后蓋上的 10孔，其鉆夾具如圖 2.4 所示。夾具上的圓柱銷 5、菱形銷 9 和支承板 4 都是定位元件，通過它們使工件在夾具中占據(jù)正確的位置。2）夾緊裝置 夾緊裝置的作用是將工件壓緊夾牢，保證工件在加工過程中受到外力(切削力等)作用時(shí)不離開已經(jīng)占據(jù)的正確位置。3）對刀或?qū)蜓b置對刀或?qū)蜓b置用于確定刀具相對于定位元件的正確位置。如圖 2-4 中鉆套 l 和鉆模板 2 組成導(dǎo)向裝置，確定了鉆頭軸線相對定位元件的正確位置。銑床夾具上的對刀塊和塞尺為對刀裝置。 圖2.2后蓋零件鉆徑向孔的工序 4）連接元件連接元件是確定夾具在機(jī)床上正確位置的元件。如圖 2.4 中夾具體 3 的底面為安裝基面，保證了鉆套 1 的軸線垂直于鉆床工作臺以及圓柱銷 5 的軸線平行于鉆床工作臺。因此，夾具體可兼作連接元件。車床夾具上的過渡盤、銑床夾具上的定位鍵都是連接元件。 第 12 頁 共 49 頁 5）夾具體夾具體是夾具的基座和骨架。定位裝置、夾緊機(jī)構(gòu)及其它裝置或元件都安裝在夾具體上，使之成為一個(gè)夾具整體。2.4.22.4.2 夾具體的設(shè)計(jì)夾具體的設(shè)計(jì) 如圖 2.3 所示的夾具體，它是本裝置設(shè)計(jì)的夾具體的零件圖。夾具體是夾具的基礎(chǔ)件。在夾具體上，要安裝組成該夾具所需要的各種元件、機(jī)構(gòu)、裝置、并且還必須便于裝卸工件，因此夾具體應(yīng)該具有一定的形狀尺寸。在加工過程中，夾具還要承受夾緊力、切削力、和由此產(chǎn)生的沖擊和震動(dòng)。所以，夾具體應(yīng)該具有必要的強(qiáng)度和剛度。加工過程中所產(chǎn)生的切削，有一部分落在夾具體上。若夾具體上切削聚集過多，將嚴(yán)重影響工件可靠地定位和夾緊。為此，在夾具體的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，還應(yīng)考慮便于清除切屑的要求。此外，還要考夾具體結(jié)構(gòu)的工藝性，使能合理、經(jīng)濟(jì)、方便地設(shè)計(jì)與制造出來。1)夾具體的毛坯結(jié)構(gòu)實(shí)際生產(chǎn)匯總所用夾具體的毛坯結(jié)構(gòu)很多，但常見的有下列三種：(1) 鑄造結(jié)構(gòu)夾具體采用鑄造結(jié)構(gòu)時(shí)，則具有下述優(yōu)點(diǎn)：可以鑄出復(fù)雜的結(jié)構(gòu)形狀鑄鐵件的抗壓強(qiáng)度大、耐振性好，因此特別使用于加工時(shí)振動(dòng)大、切削負(fù)荷大的場合。鑄鐵件易于加工，價(jià)格低廉，可降低夾具成本。但是鑄造的生產(chǎn)周期長，而且因鑄造時(shí)內(nèi)應(yīng)力緣故，易引起變形，從而影響夾具體精度的持久性。因此鑄造夾具體必須進(jìn)行時(shí)效處理。(2) 焊接結(jié)構(gòu)與鑄造相比，焊接結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)為：容易制造，生產(chǎn)周期短。采用鋼板、型材組成，結(jié)構(gòu)合理，可減輕夾具重量。根據(jù)這兩個(gè)優(yōu)點(diǎn)，焊接結(jié)構(gòu)的夾具體特別適用于新產(chǎn)品試制或其它臨時(shí)急用的場合，以縮短生產(chǎn)周期。此外，一些結(jié)構(gòu)簡單的小型夾具，采用焊接結(jié)構(gòu)也十分有利。焊接結(jié)構(gòu)的主要缺點(diǎn)，是焊接過程中的熱變形以及殘余應(yīng)力對夾具工作精度的不利影響。因此，應(yīng)在焊完后進(jìn)行退火處理。此外，焊接結(jié)構(gòu)一般須增加強(qiáng)筋來提高剛性。具體選擇夾具體毛坯結(jié)構(gòu)時(shí)，必須根據(jù)夾具體本身的要求和工廠的實(shí)際生產(chǎn)技術(shù)情況 第 13 頁 共 49 頁 綜合考慮。一般精度要求高，結(jié)構(gòu)相當(dāng)復(fù)雜，加工時(shí)有較大振動(dòng)的，宜選用周件結(jié)構(gòu)；否則，應(yīng)考慮充分利用焊接結(jié)構(gòu)。(3) 由標(biāo)準(zhǔn)毛坯件組合成夾具體毛坯，或由標(biāo)準(zhǔn)零部件組合成夾具體，為克服周件制造周期長、單件生產(chǎn)成本高、經(jīng)濟(jì)性差的缺點(diǎn)，便選用標(biāo)準(zhǔn)毛坯件或標(biāo)準(zhǔn)零部件組合成夾具體的結(jié)構(gòu)。這樣，不但大大縮短了夾具體的制造周期，而且可組織專業(yè)化生產(chǎn)，有利于降低生產(chǎn)成本。為此，就必須使夾具體的結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)化、系列化。(4) 由于本夾具主要是加工大型工件，所以本夾具體使用的是使鑄造結(jié)構(gòu)，并且需要人工時(shí)效處理。2)夾具制造屬單件生產(chǎn)性質(zhì)，為縮短設(shè)計(jì)和制造周期，減少設(shè)計(jì)和制造經(jīng)費(fèi)，所以夾具體設(shè)計(jì) ，一般不做復(fù)雜的計(jì)算，通常都是參照類似的夾具結(jié)構(gòu)。按經(jīng)驗(yàn)類比法估計(jì)確定。實(shí)際上，在繪制夾具總圖時(shí)，根據(jù)工件、定位元件、夾緊裝置、對刀-引導(dǎo)元件、以及其它輔助機(jī)構(gòu)和裝置在總體上的配置，夾具體的外形尺寸，便已大體確定。為具體確定夾具體結(jié)構(gòu)尺寸，特取以下數(shù)據(jù)參考選取：(1)采用鑄造結(jié)構(gòu)的夾具體，其壁厚一般取為 830mm。過厚處應(yīng)挖空。(2)選用鋼板和型材制作焊接結(jié)構(gòu)的夾具體時(shí)，一般板厚取為 610mm。若剛度不夠?？稍鲈O(shè)加強(qiáng)筋。參考以上數(shù)據(jù)，本夾具在設(shè)計(jì)中采用了加強(qiáng)筋來保證夾具體的剛度，加強(qiáng)筋的厚度為 10mm，.夾具體的壁厚取為 30mm 左右。(3)夾具體不加工的毛面與工件表面之間有一定的間隙，以保證工件與夾具體之間不致干涉。間隙的大小應(yīng)按下述規(guī)定選?。簥A具體是毛面，工件也是毛面時(shí)，取 815mm；夾具體是毛面，工件是光面時(shí)，取 410mm。本夾具中確定取為 10mm.3)夾具體的排屑結(jié)構(gòu)為了便于排除切屑，不使積聚在定位元件工作表面上而影響工件正確定位，一般在夾具體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，可從以下兩方面考慮排屑：(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)本夾具體上專門設(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 第 14 頁 共 49 頁 體外。即使不能使切屑全部自動(dòng)排除，也便于操作者來清除切屑。對于加工時(shí)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).（a） 主視圖 (b) 左視圖 （c） 俯視圖 圖 2.3 夾具體零件圖 第 15 頁 共 49 頁 2.4.32.4.3 其它裝置或元件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；對于大型夾具，常設(shè)置吊裝元件等。圖 2.4 后蓋鉆夾具2.2. 5 5 夾具設(shè)計(jì)中的夾具設(shè)計(jì)中的定位定位 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)。2.5.12.5.1 定位基準(zhǔn)定位基準(zhǔn)選取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?，工件在機(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、面，可以用它來確定某 第 16 頁 共 49 頁 些其它點(diǎn)、線、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。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(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出現(xiàn)大的問題，不會導(dǎo)致工件位置誤差。2.5.22.5.2 工件在空間自由度工件在空間自由度的分析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2.5所示，以此坐標(biāo)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(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。用表示沿三個(gè)坐標(biāo)軸移動(dòng)，用表示繞三個(gè)zyx,zyx,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被唯一的確定下來。 第 17 頁 共 49 頁 圖2.5 自由度示意圖 2.5.32.5.3 工件定位方式的確定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2.6所示的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()，側(cè)平面B與2個(gè)支撐接觸，限制了2個(gè)自由度()，另一側(cè)面C與1yxz,zy,個(gè)支承點(diǎn)接觸，限制了一個(gè)自由度()。用分布在3個(gè)相互垂直平面上的6個(gè)支承點(diǎn)來x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3-2-1六點(diǎn)定位原理。六點(diǎn)定位原理適合于任何形狀的工件，如圖2.6(b)為軸類工件的六點(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()，軸端部靠在一個(gè)支承點(diǎn)上消除了zyzy,一個(gè)自由度()，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。x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2.6(a)中側(cè)面B上的兩個(gè)支承點(diǎn)在一條垂直線上，這樣繞z軸轉(zhuǎn)動(dòng)的自由度()就沒有被限制，而沿y軸移動(dòng)的自由度()被限制了兩次。因此，在定位時(shí)，zy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(gè)方向上可以自由旋轉(zhuǎn)或移 第 18 頁 共 49 頁 動(dòng)，六個(gè)自由度沒有被完全限制;過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)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(qiáng)工件的剛度及減振(如圖2.7,增加一個(gè)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(dòng))以及提高定位精度時(shí)，可以考慮采用過定位。 圖2.6六點(diǎn)定位原理 圖2.7 夾緊位置與翻轉(zhuǎn)力矩問題 2）定位方式的確定 如圖2.13所示，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(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)圓柱銷變成菱形銷，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，圓柱銷限制了沿x,y移動(dòng)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(dòng)的自由度。2.5.42.5.4 現(xiàn)有定位規(guī)劃方法介紹現(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Brost-Goldberg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 t-Goldberg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)簡單的多邊形，定位銷可以看作是半徑相同的圓，同時(shí)半徑小于基礎(chǔ)板孔間 第 19 頁 共 49 頁 距的一半。夾具元件為三個(gè)定位銷和一個(gè)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。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(jià)約束。算法的輸出包括三個(gè)定位銷、一個(gè)夾緊元件的位置以及工件相對于基礎(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對工件進(jìn)行邊界擴(kuò)展來實(shí)現(xiàn)，擴(kuò)展的距離為定位銷 的半徑 ，從而將定位銷簡化為一個(gè)理想的點(diǎn)。2) 通過工件相對于基礎(chǔ)板的旋轉(zhuǎn)和移動(dòng)，枚舉出三個(gè)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(jià)指標(biāo)進(jìn)行評價(jià)。在工件相對于基礎(chǔ)板旋轉(zhuǎn)和移動(dòng)的過程中來確定基礎(chǔ)板上的三個(gè)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(gè)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(jì)的完備算法，是因?yàn)樗茚槍σ粋€(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(shí)際組合夾具設(shè)計(jì)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定位，在實(shí)踐中，它只能適用于高度很小的棱柱形工件 ，三維工件的夾具設(shè)計(jì)仍需進(jìn)一步探討。4) 未能考慮夾具設(shè)計(jì)過程中所需的一些標(biāo)準(zhǔn)，如定位公差、可及性分析以及其它的加工條件 。5) 夾緊元件位置規(guī)劃中沒有考慮摩擦力。由于本夾具設(shè)計(jì)主要針對大型的工件，而且在定位中選擇了限制六自由度的一面兩銷定位方式，為了防止過定位和欠定位的影響，加之夾緊采用了液壓夾緊，所以本夾具的定位采用的是六點(diǎn)定位原理。2.62.6 夾具中夾緊夾具中夾緊方式的設(shè)計(jì)方式的設(shè)計(jì)本裝置在設(shè)計(jì)中考慮到在精確定位后，工件不能任意的旋轉(zhuǎn)和移動(dòng)。但是在實(shí)際 第 20 頁 共 49 頁 加工過程中，還必須確保工件在受力的情況下，仍然保持原來的位置。因此，夾緊和夾緊裝置的主要任務(wù)是保持工件的精確定位位置，在自身重力、切削力、慣性力和離心力等外力作用下，不發(fā)生位移偏轉(zhuǎn)，確保加工質(zhì)量和生產(chǎn)安全。在生產(chǎn)實(shí)踐中, 盡管定位方式是合理的, 但由于夾緊狀態(tài)不良(即夾緊力的大小、方向、作用點(diǎn)和支承的位置選擇不當(dāng)) 可能出現(xiàn)如下問題: 加工件飛出夾具, 打壞刀具, 造成安全事故; 加工出來的位置尺寸不準(zhǔn)確; 加工表面產(chǎn)生形位公差(如不平度、不垂直度) ; 加工表面粗糙度高等。因此, 當(dāng)加工件正確定位后, 還需要獲得良好的夾緊狀態(tài)。使加工件獲得良好的夾緊狀態(tài)的措施, 叫做正確的夾緊。工件的正確夾緊原則(1) 在夾緊過程中, 如何克服重力的影響, 把加工件壓回正確位置, 是正確夾緊原則之一。所以在考慮定位方案及設(shè)置定位支承時(shí), 應(yīng)盡可能使支承反力與重力不構(gòu)成力偶, 使加工件重心位于支承范圍內(nèi)。(2) 在夾緊過程中, 如何使已獲得正確定位的加工件不脫離正確位置, 是正確夾緊原則之二。所以, 在制定夾緊方案時(shí), 應(yīng)盡可能避免夾緊力與支承反力構(gòu)成力偶。(3) 在夾緊過程中, 如何使加工件不產(chǎn)生超出允許范圍的變形, 是正確夾緊原則之三。所以在制定夾緊方案時(shí), 對于剛性較差的加工件, 應(yīng)盡可能避免產(chǎn)生或應(yīng)盡可能減小由夾緊力產(chǎn)生的彎曲力矩。(4) 在切削過程中, 如何避免加工件發(fā)生不能允許的振動(dòng), 是正確夾緊原則之四。所以, 在制定夾緊方案時(shí), 對于剛性較差的加工件, 應(yīng)盡可能避免產(chǎn)生或應(yīng)盡可能減小由切削力產(chǎn)生并作用于加工件上的彎曲力矩。(5) 如何使平衡切削力所需要的夾緊力最小, 是正確夾緊原則之五。所以, 在制定夾緊方案時(shí), 切削力最好由支承反力平衡, 而盡可能避免用夾緊力及由夾緊力產(chǎn)生的摩擦力平衡。2.6.12.6.1 夾緊設(shè)計(jì)的基本要求夾緊設(shè)計(jì)的基本要求工件加工過程中受到切削力、慣性力、離心力等各種力的作用，為了保證工件能可靠的固定在工作平臺上，除對工件定位外，還必須將其夾緊。夾緊機(jī)構(gòu)組裝正確與否，不僅影響工件的加工精度，而且也影響加工效率、安全和勞動(dòng)強(qiáng)度的改善。因此，對夾具中夾緊機(jī)構(gòu)的基本要求是 :1) 夾緊必須保證加工質(zhì)量，夾緊后不能破壞工件在夾具中的正確定位。2) 夾緊力的大小要適當(dāng)，既要防止因夾緊力不足工件在加工過程中產(chǎn)生移動(dòng) 、轉(zhuǎn)動(dòng)或發(fā)生 振動(dòng)，又要避免夾緊力過大以致工件產(chǎn)生變形，壓壞工件表面或損壞組合 第 21 頁 共 49 頁 夾具元件。3) 夾緊機(jī)構(gòu)要操作方便，節(jié)省操作工人的勞動(dòng)力，提高勞動(dòng)生產(chǎn)率。夾緊機(jī)構(gòu)不能妨礙工件的裝卸，并保證裝卸方便，夾緊操作時(shí)不應(yīng)碰到工件、刀具或機(jī)床上相關(guān)部分。4) 夾緊結(jié)構(gòu)的復(fù)雜程度和自動(dòng)化程度應(yīng)與工件的產(chǎn)量和批量相適應(yīng)。2.6.22.6.2 夾緊力方向、位置和大小的確定夾緊力方向、位置和大小的確定夾緊就是意味著力的作用，力有三要素，即:力的方向、力的大小和作用點(diǎn)(夾緊位置)。為了正確的確定夾緊力的方向、大小和作用點(diǎn)，就需要根據(jù)工件的定位方法、工件的幾何形狀以及工件的剛度等，具體的分析各種力(切削力、重力、支承力、摩擦力和夾緊力)共同作用在工件上時(shí)，對受力平衡最為有利、對工件變形影響最小等來確定夾緊力的方向、大小和作用點(diǎn)(夾緊位置)。設(shè)計(jì) 夾 具 夾緊機(jī)構(gòu)，首先要確定夾緊力的位置、方向以及所施夾緊力的大小，然后再進(jìn)一步確定安裝夾緊裝置的位置。1）夾緊力的方向在實(shí)際生產(chǎn)中，工件的安裝方式各種各樣，但對夾緊力作用方向的基本要求是一致的，在選擇夾緊力方向時(shí)，應(yīng)考慮以下問題:a. 夾緊力的作用方向應(yīng)不破壞工件定位的準(zhǔn)確性和可靠性。為保證安裝的正確可靠，保證工件定位的準(zhǔn)確性和可靠性，夾緊力的方向應(yīng)該朝向?qū)ぜ扔绊懽畲蟮亩ㄎ幻?主定位面)，以保證定位的可靠。如圖2.8所，當(dāng)夾緊力F1作用于工件時(shí)，工件定位基準(zhǔn)與定位面接觸面積較大，使夾緊穩(wěn)定，但如果在夾緊力F2作用下，工件可能離開主基準(zhǔn)面，使加工精度降低，因此夾緊力的選擇應(yīng)該朝向影響定位精度最大的定位面。 圖2.8夾緊力的方向選擇可能出現(xiàn)的問題 b. 夾緊力方向應(yīng)使工件不會產(chǎn)生超出許可范圍內(nèi)的變形。為了減少工件產(chǎn)生超出許可范圍內(nèi)變形的可能，夾緊力方向應(yīng)當(dāng)選擇垂直于主要定位元件與工件接觸面積較大的那個(gè)表面。因?yàn)閵A緊力一定時(shí)，接觸面積越大，單位壓力就越小，因而變形也越 第 22 頁 共 49 頁 小。另外，還應(yīng)選擇工件剛度最大的方向，以減少工件的形變量。在加工薄壁工件時(shí)，更要注意避免工件的形變，一般選擇在工件剛度和厚度較大的方向上夾緊。c. 夾緊力方向的確定，應(yīng)使所需的夾緊力盡可能的小。在加工過程中，工件受到切削力P、重力G等的作用，有時(shí)還有離心力和慣性力的作用，這些力均由夾緊力Q來平衡。在保證夾緊力可靠的條件下，減小所需的夾緊力可以減輕工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，減小工件的變形程度，簡化夾緊機(jī)構(gòu)。如圖2.9(a)夾緊力Q的方向與切削力P、重力G的方向一致，夾緊力不是用來平衡P和G的，而是為了確保安全可靠，只需稍加夾緊力就夠了，故所需夾緊力最小;圖(b)中切削力P和重力G都與夾緊力Q方向相反，故需要較大的夾緊力Q:圖(c)中P與主要定位表面平行，如果忽略重力G，則應(yīng)使Q產(chǎn)生的摩擦力能克服切削力P產(chǎn)生的移動(dòng)，故所需夾緊力也比較大; 圖2.9 夾緊力方向與大小的關(guān)系 圖(d)是定位表面在垂直方向的情況，此時(shí)需要一定大小的摩擦力來平衡切削力和重力，故所需的夾緊力Q很大。在選擇夾緊力方向時(shí)，能完全滿足以上要求的情況，實(shí)際上并不多見，在設(shè)計(jì)夾具時(shí)，只能按主要因素來考慮夾緊力的方向。2)夾緊力的位置夾緊位置是指夾緊件與工件接觸的位置。選擇夾緊位置的問題是在夾緊力方向已確定的情況下，再確定夾緊位置和數(shù)目。確定夾緊位置應(yīng)注意以下幾點(diǎn):a. 夾緊力的作用點(diǎn)應(yīng)不破壞工件的定位夾緊位置要保證工件定位正確不變，即夾緊力的合力應(yīng)該落在定位基準(zhǔn)與定位支承表面接觸面積(等效受力面)的范圍內(nèi)。b. 夾緊位置應(yīng)選擇工件剛度和厚度最好的位置夾緊方向正確，但夾緊位置剛度差，或者夾緊方向正確，但夾緊位置厚度太薄，都會造成工件的夾緊變形量很大，這樣的夾緊位置選擇并不合適。如圖2.10所示，（a)圖夾緊方向正確，但夾緊點(diǎn)位置剛度差，工件夾緊變形量大，一般不適合用作夾緊;(b)圖作用點(diǎn)作用在工件剛度較好的位置，夾緊工件穩(wěn)定并且變形小，所以一般選擇(b)圖 第 23 頁 共 49 頁 夾緊方式。本裝置的夾緊選擇的是圖(b)中的夾緊方式，這種夾緊方式將力集中在工件和夾具體相接觸的位置，這個(gè)位置強(qiáng)度高，不會由于夾緊力過大而造成工件的變形。 圖2.10夾緊力位置選擇預(yù)受力變形問題 c. 夾緊位置應(yīng)避免對工件造成的翻轉(zhuǎn)力矩和產(chǎn)生振動(dòng)在加工過程中，為減少因切削力、慣性力等形成的力矩而產(chǎn)生的形變、振動(dòng)或翻轉(zhuǎn)，夾緊位置應(yīng)盡可能地靠近被加工表面。應(yīng)在工件剛度差，遠(yuǎn)離等效受力面的位置增加輔助支承并施加夾緊力。如圖2.5所示，由于加工表面遠(yuǎn)離主要受力面，同時(shí)工件懸伸部分剛度差，故應(yīng)在A點(diǎn)增加一個(gè)輔助支承，然后施加夾緊力Q，這樣工件在被切削時(shí)，翻轉(zhuǎn)力矩變小，增加了剛性，同時(shí)減少了工件在加工時(shí)產(chǎn)生振動(dòng)的可能，保證了定位與夾緊的可靠性，又減小了工件的振動(dòng)和變形。d. 又寸薄壁或剛度差的工件可采用分散夾緊力的形式進(jìn)行夾緊當(dāng)對某些工件不適合采用集中力進(jìn)行夾緊時(shí)，可以增加夾緊力作用點(diǎn)的數(shù)量，從而能減小單個(gè)夾緊力的大小，使工件夾緊均勻，提高夾緊的可靠性，減少夾緊變形。另外 ，夾緊位置還要避開加工部分，保證不與定位元件干涉等。3)夾緊力的計(jì)算時(shí)的注意事項(xiàng)對于一定的加工形式和定位夾緊方案, 為保證有足夠的力量來平衡切削力, 必須求出為平衡切削力所需要的夾緊力最大值。為此, 在求平衡切削力所需的夾緊力(Q 平衡) 時(shí), 應(yīng)注意以下各點(diǎn):a. 如果在整個(gè)切削過程中, 切削力作用點(diǎn)在變化著, 那么在計(jì)算Q 平衡時(shí), 應(yīng)分別計(jì)算切削力在各極端位置時(shí)所需的Q 平衡, 然后選取最大值。b. 如果在整個(gè)切削過程中, 切削力大小在變化著, 那么在計(jì)算Q 平衡時(shí), 應(yīng)取最大的切削力數(shù)值。c. 在計(jì)算Q 平衡時(shí), 要特別注意切削力對加工件的力矩, 有時(shí)為平衡切削力矩所需要的夾緊力是較大的。d. 當(dāng)定位基準(zhǔn)為毛坯面時(shí), 只有在夾緊力的方向上, 定位基準(zhǔn)和定位元件才能保持良 第 24 頁 共 49 頁 好的接觸。在計(jì)算Q 平衡時(shí), 對于不在夾緊力方向上的那些定位支承元件不能按受力元件看待, 它不起承擔(dān)平衡切削力的作用。2.72.7 現(xiàn)有組合夾具夾緊規(guī)劃方法介紹現(xiàn)有組合夾具夾緊規(guī)劃方法介紹本夾具的夾緊主要是采用液壓缸和壓板組成的夾緊機(jī)構(gòu)夾緊，采用的是杠桿原理?，F(xiàn)有的組合夾具夾緊規(guī)劃的方法，一般采用枚舉的方法，事先人為的確定夾緊裝置的個(gè)數(shù)，大都定為三個(gè)然后根據(jù)具體情況，確定組合夾具的夾緊方案。大體有如下兩種方法:根據(jù)夾緊區(qū)域(夾緊點(diǎn))組合確定夾緊方案的規(guī)劃方法和根據(jù)安裝位置組合確定夾緊方案的規(guī)劃方法。其中，根據(jù)安裝位置組合確定夾緊方案的規(guī)劃方法的主要步驟如下:2.7.12.7.1 確定工件的夾緊區(qū)域確定工件的夾緊區(qū)域在工件己精確定位后，確定夾緊方案的第一步是確定工件的全部夾緊區(qū)域。首先，為了保證夾緊可靠，只選擇平行于工件基準(zhǔn)面的毛坯面、粗加工面作為夾緊面，并且夾緊面的外法線與主定位面垂直。然后剔除平壓板壓不到的沉孔面