淺談機床夾具在設(shè)計過程中的幾點問題

1、淺談機床夾具在設(shè)計過程中的幾點問題摘要：制造業(yè)是一個國家或地區(qū)經(jīng)濟發(fā)展的重要支柱，其發(fā)展水 平標志著該國家或地區(qū)的經(jīng)濟實力、科技水平、生活水準和國防實 力。其屮機械制造業(yè)是整個制造業(yè)的核心，其生產(chǎn)能力和水平標志 著一個國家或地區(qū)國民經(jīng)濟現(xiàn)代化的程度，而這種能力又取決丁機 械制造裝備的先進程度。在機械制造過程中機器零部件的精度控制 與機床夾具的優(yōu)劣程度有重要的關(guān)系。關(guān)鍵詞：定位機構(gòu)夾緊機構(gòu)“四化”機器零件在工藝規(guī)程制定后，就要按照工藝規(guī)程的順序加工。加 工中工件相對于機床或是刀具要獲得正確的位置，機床夾具的好壞 將直接影響工件加工表面的位置精度，所以機床夾具設(shè)計是加工過 程的活躍因素，也是其小一

2、項重要的工作。1機床夾具的功能1.1保證加工精度 工件加工過程通過機床夾具進行定位、加緊， 以保證加工表面穩(wěn)定的位置精度。1.2縮短輔助吋間，提高生產(chǎn)率夾具的使用，可以減少劃線、找 正、對刀等輔助時間，多件，多工位的夾具及氣動、液動的夾緊裝 置能進一步減少輔助時間，提高生產(chǎn)率。1.3擴大了機床的使用范圍有的機床夾具實質(zhì)上對機床進行了 局部改造，擴大了原來機床的功能和使用范圍。1.4降低了對工人技術(shù)水平的要求和減輕工人的勞動強度，保證 生產(chǎn)安全。2機床夾具的類型2.1通用夾具 通用性強的夾具，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。

3、2.2專用夾具用于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。如為銃削鍵槽專門設(shè)計的銃槽夾具。2.3組合夾具它具有良好的互換性和耐磨性的一系列標準件組 裝成的夾具。使用時根據(jù)工件結(jié)構(gòu)和工序選擇適當(dāng)?shù)臉藴始M裝即 可。但是剛性差，結(jié)構(gòu)相對龐大，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)計組內(nèi)通用的專用夾具。通過對夾具中部 分元件進行更換和調(diào)整，便可加工組內(nèi)任何工件。柔性較強，適用 于產(chǎn)品品種多，批量小時的工件。2.5隨行夾具這類夾具一般在自動生產(chǎn)線上使用，除了裝夾工件 外，還沿生產(chǎn)線輸送工件從一個工位到下一工位

4、，所以稱之為隨行 夾具。3機床的組成機床夾具一般由定位、加緊和夾具休，不可缺少的三部分和導(dǎo)向 對刀、動力、定位元件及其他輔助元件裝置構(gòu)成。如下圖：4機床夾具設(shè)計4. 1定位機構(gòu)的設(shè)計4. 1. 1六點定位原理采用六個按照一定規(guī)則布置的約束點，限制工件的六個自由度，使工件實現(xiàn)完全定位。常見的情況有四種： 平面。釆用廣3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、浮動錐銷、i古i定錐銷 和浮動錐銷組合；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

5、銷; 一個短定位套、兩個短定位套、一個長定位套。 圓錐孔。采用固定頂尖、浮動頂尖、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，將六個自由度全部限制時稱之為 完全定位。當(dāng)限制的自由度少于六個時，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，或是某個自由 度被兩個或是兩個以上約束重復(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

6、寸、形狀、位置精度已很高時, 過定位不僅對定位精度影響不大，還有利于提高剛度。在實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： 不允許出現(xiàn)欠定位。即根據(jù)加工要求應(yīng)予限制的白由度，但是 并未限制，在實際中支撐點數(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)冃越多，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口由度數(shù)冃不得少于三個，否 則工件定位不穩(wěn)定，而支撐點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，實際采用的支撐點的數(shù)目 允許多于理論分析的支撐點數(shù)冃，但

7、是i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在加工方向上的最大位置變動量所引起的 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。人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床上，相對于機床主軸或是刀具或是運 動導(dǎo)軌的位置誤差。 工件加工過程中由于機床的幾何精度、受熱變形、切削振動、 工藝系統(tǒng)的受力等引起的誤差。誤差產(chǎn)生的原因有如下兒種： 基準不重合帶來的定位誤差。有平而定位誤差、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 以一而雙孔定位的誤差四種。 間隙引起的誤差。在使用心軸

8、、銷、定位套定位時，定位面與 定位元件間的間隙使工件定心不準產(chǎn)生的誤差。 與夾具有關(guān)的因素引起的誤差。這類因素屬于夾具在設(shè)計制造 過程中的誤差。女lh定位基準面與定位元件表面的形狀誤差；導(dǎo)向 元件和對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)計步驟 了解本工序的加工要求。 確定支撐點并選擇定位基準。 選擇定位元件的結(jié)構(gòu)及布置方式。 分析定位精度。4.2夾緊機構(gòu)的設(shè)計一個夾具在性能上的優(yōu)劣，除了從定位性能上加以評定外，還需

9、考核夾緊機構(gòu)的可靠性、操作方便性。其機構(gòu)的復(fù)雜程度基本決定 了夾具的復(fù)雜程度。因此夾緊機構(gòu)在夾具設(shè)計中占有重要地位。4. 2. 1夾緊機構(gòu)設(shè)計應(yīng)滿足的要求 夾緊必須保證定位準確可靠，不能破壞定位。 夾具和工件的變形必須在允許的范圍內(nèi)。 夾緊機構(gòu)必須安全可靠，要有足夠的剛度和強度，手動式必須 保證自鎖，機動式應(yīng)有聯(lián)鎖保護裝置，夾緊行程必須足夠。 夾緊機構(gòu)必須在操作上安全、省力、迅速、方便、符合工人操 作習(xí)慣。 機構(gòu)復(fù)雜程度，自動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、大小三要素，是設(shè)計中首先要解決的 問題。 方向的確定：應(yīng)用有利于工件的準確定位，不能破

10、壞定位，一 般要求主夾緊力應(yīng)垂直于第一定位基準面；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。 作用點的選擇：應(yīng)與支承點進行點對點的對應(yīng)，或在支承點的 確定區(qū)域內(nèi)，以避免破壞定位或造成較大的夾緊變形；作用點應(yīng)作 用在工件剛度高的部位；應(yīng)與支承點盡量靠近切削部位，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：在需要準確的場合，一般經(jīng)過實驗確定；計算 時將夾具和工件看作一個剛性的系統(tǒng)，以切削力的作用點、方向、 大小處于最不利于加緊時的狀況為工件受力狀況，根據(jù)切削力、夾 緊力（運動中的

11、工件考慮慣性力，大件考慮重力），以及夾緊機構(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)工件和支承件之間的摩擦因數(shù)可以進行粗略的估算。4. 2.3常見的夾緊機構(gòu) 斜楔夾緊機構(gòu)。使用楔塊楔入夾具與工件之間，由于斜面移動 產(chǎn)生壓力，把工件夾緊。 螺旋夾緊機構(gòu)。相當(dāng)于一個斜楔繞在圓柱上，其夾緊過程是通 過轉(zhuǎn)動螺旋使斜楔在高度上發(fā)生變化，實現(xiàn)對工件的夾緊。具有結(jié) 構(gòu)簡單、增力大、自鎖性好的優(yōu)點，廣泛應(yīng)用于機床夾具。 偏心夾緊機構(gòu)。相當(dāng)于是斜楔包在圓盤上，由丁結(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

12、單獨使用, 與壓板組成的機構(gòu)應(yīng)用較廣泛。4.3動力裝置4. 3.1氣動夾緊裝置采用壓縮空氣作為裝置的動力源。壓縮氣體 具有粘度小，不污染，分配輸送方便的有點。但是夾緊力比液壓的 小，結(jié)構(gòu)尺寸大，有排氣噪聲。4.3.2液動夾緊裝置結(jié)構(gòu)原理和氣動的相似，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。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氣液動夾緊裝置利用壓縮空氣為動力，油液為傳動介質(zhì)， 兼顧氣動和液動兩種裝置的優(yōu)點。通常將壓縮空氣的動力轉(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 是利用工件上基準面與夾具上定位面

13、間的封閉 空腔處于真空時的吸力來夾緊工件。實質(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床的運動或是切削力來進行夾緊，包 括重力、慣性力、彈性力等，而不需要另設(shè)動力源。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 鉆頭和鎮(zhèn)桿的支承以提高其剛度，減少丿j具的變形，確?？准庸さ?位置精度。常見有鉆模、鉆模版、鉆套（固定鉆套、可換鉆套、快 換鉆套、特殊鉆套）和錘套（固

14、定鎮(zhèn)套、回轉(zhuǎn)式鎮(zhèn)套）。4. 4.2對刀裝置在銃床和刨床中，刀具和對工件的位置需要調(diào) 整，常設(shè)對刀裝置。應(yīng)用對刀塊，在刀具刀刃和對刀塊之間放置塞 尺，當(dāng)?shù)度薪咏邥r，抽動塞尺，有摩擦力存在，抽走塞尺，開 動機器進行加工。4. 4.3分度裝置加工有角度分布的表面時應(yīng)用。為了簡化可以把 夾具安裝在通用的回轉(zhuǎn)工作臺上實現(xiàn)分度，但是精度較低。4. 4.4對定裝置在進行機床夾具總體設(shè)計時，考慮機床上的定 位、固定才能保證夾具相對于機床主軸、運動導(dǎo)軌有準確的位置和 方向。銃床、刨床和鎮(zhèn)床夾具一般裝在機床工作臺上，車床上一般 裝在機床主軸上。4.5加工中心的夾具設(shè)計注意的問題4. 5. 1防止夾具與機床的空

15、間干涉。4. 5.2為簡化定位和裝夾，夾具的每個定位面和對于機床的坐標 原點應(yīng)有精確的坐標尺寸。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而相交的表面，夾具應(yīng)設(shè)有 工件托起一定高度的等高墊板。5現(xiàn)代機床夾具的發(fā)展方向為適應(yīng)現(xiàn)代機械發(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標準化對現(xiàn)有夾具的零部件，各類型的夾具結(jié)構(gòu)及專用夾具 的零部件實行統(tǒng)一的標準化、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 加強專用夾具與同一類零件加工的夾具之間的可調(diào) 性；加強

16、專用夾具的重復(fù)利用，實行組合化后，減少因工藝的不同 造成的夾具的報廢情況。5.3精密化 機械產(chǎn)品的不斷精密使得高精度機床的大量涌現(xiàn)，勢 必要求機床夾具跟隨時代發(fā)展步伐實現(xiàn)精密化。5.4高效自動化未獲得良好的效益，機械加工在不斷的提高生產(chǎn) 率、降低成本、改善勞動強度，同樣要求著機床夾具的發(fā)展要滿足 自動流水線的生產(chǎn)要求，中小批量的產(chǎn)品生產(chǎn)同樣需要考慮適合自 身程度的高效自動化。參考文獻：1 陳明機械制造工藝學(xué)m北京：機械工業(yè)出版社，2005.2 王先逵機械制造工藝學(xué)m北京:機械工業(yè)出版社,19953 王季昆機械制造t藝學(xué)m天津：天津大學(xué)出版社，19984 王啟平.機械制造工藝學(xué)m.哈爾濱：哈爾濱

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