機(jī)床夾具設(shè)計(jì)

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機(jī)床夾具設(shè)計(jì) 夾具設(shè)計(jì)一般是在零件的機(jī)械加工工藝制定之后，按照某一工序的具體要求進(jìn)行的。 夾具設(shè)計(jì)質(zhì)量的高低應(yīng)以能穩(wěn)定地保證工件的加工精度，達(dá)到加工的生產(chǎn)效率要求，成本低，排屑方便，操作安全省力和制造維護(hù)容易等為衡量指標(biāo)。 1、 機(jī)床夾具設(shè)計(jì)的基本要求 一個(gè)優(yōu)良的機(jī)床夾具，必須滿足下列基本要求： 1、 保證工件的加工精度 保證工件加工精度的關(guān)鍵在于正確地選定定位基準(zhǔn)、定位方法、定位元件以及夾緊裝置，確定合適的夾具尺寸、公差和計(jì)數(shù)要求，并進(jìn)行必要的夾具精度分析。同時(shí)還要注意夾具中其他零部件的結(jié)構(gòu)對(duì)工件加工精度的影響，確保夾具能滿足工件的加工精度要求。 2、 工藝性能好 專用夾具應(yīng)盡可能地采用標(biāo)準(zhǔn)元件和標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)，力求結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造容易，便于裝配、檢驗(yàn)和維修。當(dāng)夾具最終精度由調(diào)整或修配保證時(shí)，夾具上應(yīng)設(shè)置適當(dāng)?shù)恼{(diào)整間隙和可修磨的墊片等調(diào)整或修配結(jié)構(gòu)。 3、 達(dá)到加工的生產(chǎn)效率要求 專用夾具的復(fù)雜程度應(yīng)與生產(chǎn)批量相適應(yīng)，應(yīng)根據(jù)工件生產(chǎn)批量的大小選用不同復(fù)雜程度的快速高效裝夾機(jī)構(gòu)，以縮短輔助生產(chǎn)時(shí)間，提高生產(chǎn)效率。 4、 使用性能好 專用夾具的操作應(yīng)簡(jiǎn)便、省力、安全可靠。應(yīng)盡可能采用氣動(dòng)、液壓等快速高效夾緊裝置，以減輕操作者的勞動(dòng)強(qiáng)度。 夾具的操作位置應(yīng)符合操作工人的操作習(xí)慣。 專用夾具應(yīng)排屑方便，必要時(shí)應(yīng)設(shè)置排屑結(jié)構(gòu)，防止切屑破壞工件的正確定位和損壞刀具，防止切屑熱量引起工藝系統(tǒng)變形。 5、 經(jīng)濟(jì)性好 除考慮專用夾具本身結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、標(biāo)準(zhǔn)化 程度高、成本低廉外，還應(yīng)根據(jù)生產(chǎn)批量對(duì)夾具進(jìn)行必要的經(jīng)濟(jì)分析，以提高夾具在生產(chǎn)中的經(jīng)濟(jì)效益。 以上基本要求中保證工件的加工精度是最重要的。在此前提下，要處理好其他要求的辯證統(tǒng)一關(guān)系。 2、 機(jī)床夾具設(shè)計(jì)的一般步驟 1、明確設(shè)計(jì)要求，收集和研究有關(guān)資料 工藝人員在編制零件的工藝規(guī)程時(shí)，提出了相應(yīng)的夾具設(shè)計(jì)任務(wù)書，對(duì)其中的定位基準(zhǔn)、夾緊方案及有關(guān)要求作出說明。夾具設(shè)計(jì)人員則應(yīng)根據(jù)夾具設(shè)計(jì)任務(wù)書進(jìn)行夾具的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。為了使所設(shè)計(jì)的夾具能夠滿足上述要求，設(shè)計(jì)前要認(rèn)真收集和研究如下有關(guān)資料。 （1） 生產(chǎn)批量 夾具結(jié)構(gòu)的合理性及經(jīng)濟(jì)性與生產(chǎn)批量有著密切的關(guān)系。 大批量生產(chǎn)多采用氣動(dòng)、液壓或其他機(jī)動(dòng)夾具，其自動(dòng)化程度高，同時(shí)夾緊的工件數(shù)量多，結(jié)構(gòu)也比較復(fù)雜。 單件小批生產(chǎn)時(shí)，宜采用結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低廉的手動(dòng)夾具以及萬能通用夾具或組合夾具，以便盡快的投入使用。 （2） 加工工件圖樣及工序圖 加工工件圖樣是夾具設(shè)計(jì)的重要資料之一，它給出了工件的結(jié)構(gòu)形狀、尺寸、材料和熱處理要求，主要表面的加工精度、表面粗糙度及其他技術(shù)要求。 工序圖則給出了所用夾具加工工件的工序尺寸、工序基準(zhǔn)、已加工表面、待加工表面和工序加工精度要求等，它是設(shè)計(jì)夾具的主要依據(jù)。 （3） 加工工件工藝規(guī)程 加工工件工藝規(guī)程表明了該工序所使用機(jī)床的主要技術(shù)參數(shù)、性能、規(guī)格和精度，所使用的量具的精度等級(jí)，刀具和輔助工具等的型號(hào)、規(guī)格，還表面了該工序的加工余量、切屑用量、工步安排、工時(shí)定額及同時(shí)加工的工件數(shù)目等，這些都是確定夾具的尺寸、類型、夾緊裝置以及夾具與機(jī)床部分結(jié)構(gòu)尺寸的主要依據(jù)。 （4） 夾具典型結(jié)構(gòu)及有關(guān)標(biāo)準(zhǔn) 準(zhǔn)備好設(shè)計(jì)夾具用的各種標(biāo)準(zhǔn)、工藝規(guī)定、典型夾具圖冊(cè)和有關(guān)夾具的設(shè)計(jì)知道資料等。了解本企業(yè)制造和使用夾具的生產(chǎn)條件與技術(shù)現(xiàn)狀、收集國內(nèi)外有關(guān)設(shè)計(jì)、制造同類型夾具的資料，以便使所設(shè)計(jì)的夾具能夠適合本廠實(shí)際，吸取其中先進(jìn)而又能結(jié)合本企業(yè)實(shí)際情況的合理部分。 2、擬定夾具的結(jié)構(gòu)方案，繪制夾具結(jié)構(gòu)方案草圖 在廣泛收集和研究有關(guān)資料的基礎(chǔ)上，著手?jǐn)M定夾具的結(jié)構(gòu)方案，主要包括： （1） 確定夾具類型 各類機(jī)床夾具均有多種不同的類型，如車床夾具具有角鐵式、圓盤式等，鉆床夾具具有固定式、翻轉(zhuǎn)式和蓋板式等。應(yīng)根據(jù)工件的形狀、尺寸、加工要求及重量確定合適的夾具類型。 （2） 確定工件的定位方案，選擇定位元件 根據(jù)工件的六點(diǎn)定位原理，分析工序圖上所規(guī)定的定位方案是否可取，是否應(yīng)提出修改意見或提出新的方案，并在與有關(guān)工藝人員協(xié)商后確定。 工件的定位方案確定后，根據(jù)定位基準(zhǔn)面的形狀，選取相應(yīng)的定位元件，確定尺寸精度和配合公差。 用于平面定位的定位元件有支承釘、支承板和可調(diào)支承等；用于內(nèi)孔定位的定位元件有定位銷和心軸等；用于外圓柱面的定位元件有V形架或定位套等。 （3） 確定工件的夾緊方案和設(shè)計(jì)夾緊機(jī)構(gòu)，計(jì)算所需的夾緊力 夾緊機(jī)構(gòu)應(yīng)保證工件夾緊可靠、安全，不破壞工件的定位及夾壓表面的精度和粗糙度。同時(shí)，夾緊裝置的復(fù)雜程度應(yīng)與工件的生產(chǎn)類型相適應(yīng)。 在大批生產(chǎn)中，既要解決工件的質(zhì)量問題，又要解決工件的產(chǎn)量問題。因此，應(yīng)盡量采用省力、高效的夾緊裝置。 在小批量生產(chǎn)中，采用夾具的目的主要是保證加工質(zhì)量和擴(kuò)大機(jī)床的工藝性能，因此對(duì)夾緊裝置的要求主要是加工質(zhì)量，而效率問題則次之。 必要時(shí)，還應(yīng)進(jìn)行夾緊力的估算。 （4） 確定刀具的導(dǎo)向方式或?qū)Φ堆b置 對(duì)刀精度、導(dǎo)向精度取決于對(duì)刀元件、導(dǎo)向元件的位置精度，可通過計(jì)算得到。 對(duì)于鉆床夾具應(yīng)正確地選擇鉆套的類型和結(jié)構(gòu)尺寸； 對(duì)于銑床夾具應(yīng)合理地設(shè)置對(duì)刀裝置； 鏜床夾具則應(yīng)合理地選擇鏜套類型和鏜模導(dǎo)向的布置方式。 （5） 確定其他元件或裝置的結(jié)構(gòu)形式 如確定夾具在機(jī)床上的定位元件、分度夾具的分度裝置、裝卸工件的輔助裝置等。應(yīng)盡量采用通用標(biāo)準(zhǔn)元件和機(jī)構(gòu)，以縮短夾具的設(shè)計(jì)周期、制造周期和提高夾具的標(biāo)準(zhǔn)化程度。只有在標(biāo)準(zhǔn)元件和機(jī)構(gòu)不能滿足要求時(shí)才自行設(shè)計(jì)。 （6） 協(xié)調(diào)各元件、裝置的布局，確定夾具體的總體結(jié)構(gòu)和尺寸 夾具上的各種裝置和元件通過夾具體連接成一個(gè)整體，因此夾具體的形狀及尺寸取決于夾具各種裝置的布置及夾具與機(jī)床的連接。 在確定夾具結(jié)構(gòu)方案的過程中，工件定位、夾緊、對(duì)刀和夾具在機(jī)床定位等各部分的結(jié)構(gòu)以及總體布局都會(huì)有幾種不同的方案可供選擇，因而，都應(yīng)畫出草圖并通過必要的計(jì)算（如定位誤差及夾緊力計(jì)算等）和分析比較，從中選取較為合理的方案。 3、繪制夾具裝配圖 （1）繪制夾具裝配圖應(yīng)遵循國家制圖標(biāo)準(zhǔn)，繪圖比例應(yīng)盡量取1：1，以便使圖形有良好的直觀性。 如被加工工件的尺寸過大，夾具裝配圖可按1：2或1：5的比例繪制； 如被加工工件的尺寸過小，裝配圖也可按2：1或5：1的比例繪制。 夾具裝配圖中視圖的布置也應(yīng)符合國家制圖標(biāo)準(zhǔn)，在能清楚表達(dá)夾具內(nèi)部結(jié)構(gòu)、各元件內(nèi)部和各元件裝置位置關(guān)系的情況下，視圖的數(shù)目應(yīng)盡量少。 （2） 夾具裝配圖的主視圖應(yīng)取操作者實(shí)際工作時(shí)的位置，以便于夾具裝配及使用時(shí)參考。被加工工件在夾具中被看作透明體，所畫的工件輪廓線與夾具上的任何線彼此獨(dú)立，不相干涉，其外輪廓以雙點(diǎn)畫線表示。 （3） 繪制裝配圖的順序是先用雙點(diǎn)畫線繪出工件輪廓外形和主要表面的幾個(gè)視圖，并用網(wǎng)紋線表示出加工余量。圍繞工件的幾個(gè)視圖依次繪出定位元件、夾緊機(jī)構(gòu)、對(duì)刀元件以及其他元件，最后繪制出夾具體及連接元件，把夾具的各組成元件和裝置練成一體。 （4） 夾具裝配圖上，還應(yīng)畫出零件明細(xì)欄和標(biāo)題欄，寫明夾具名稱及零件明細(xì)欄上所規(guī)定的內(nèi)容。 4、夾具裝配圖上有關(guān)尺寸、公差及技術(shù)要求的標(biāo)注 （1）夾具裝配圖上應(yīng)標(biāo)注的尺寸。 1）夾具的外輪廓尺寸。一般指夾具的最大外形輪廓尺寸。 當(dāng)夾具上有可動(dòng)部分時(shí)，應(yīng)包括可動(dòng)部分處于極限位置時(shí)所占的空間尺寸。 標(biāo)出夾具最大外形輪廓尺寸，就能知道夾具在空間實(shí)際所占的位置和可能活動(dòng)的范圍，以便能夠發(fā)現(xiàn)夾具是否會(huì)與機(jī)床、刀具發(fā)生干涉。 2） 工件與定位元件的聯(lián)系尺寸。常指工件以孔在軸心或定位銷上定位時(shí)，工件孔與上述定位元件間的配合尺寸。 3）夾具與刀具的聯(lián)系尺寸。用來確定夾具上對(duì)刀、導(dǎo)向元件位置的尺寸。 對(duì)于銑、刨床夾具，是指對(duì)刀元件與定位元件的位置尺寸； 對(duì)于鉆、鏜床夾具，則是指鉆、鏜套與定位元件間的位置尺寸，鉆、鏜套之間的位置尺寸以及鉆、鏜套與刀具導(dǎo)向部分的配合尺寸等。 4）夾具內(nèi)部的配合尺寸等。它們與工件、機(jī)床和刀具無關(guān)，主要是為了保證夾具裝配后能滿足規(guī)定的使用要求。如工件定位孔與夾具定位銷（或定位心軸）的配合尺寸；夾具組成元件間（如定位銷與夾具體、固定襯套與模板、可換導(dǎo)套與固定襯套以及鉸鏈軸與支架等）的配合尺寸。 5）夾具與機(jī)床的聯(lián)系尺寸。用于確定夾具在機(jī)床上正確位置的尺寸。 對(duì)于車、磨床夾具，主要是指夾具與主軸端的配合尺寸； 對(duì)于銑、刨床夾具，則是指夾具上的定向鍵與機(jī)床工作臺(tái)上的T形槽的配合尺寸。 標(biāo)注尺寸時(shí)，常以夾具上的定位元件作為相互位置尺寸的基準(zhǔn)。 （2） 夾具公差的確定 為滿足加工精度要求，夾具本身應(yīng)有較高的精度。由于目前分析計(jì)算方法不夠完善，因此，對(duì)夾具的有關(guān)公差仍按經(jīng)驗(yàn)來確定。如生產(chǎn)規(guī)模較大，要求夾具具有一定壽命時(shí)，夾具有關(guān)公差可取得小些；對(duì)加工精度較低的夾具，則取較大的公差，一般可按以下方法選取： 1） 一般情況下，夾具的尺寸公差取工件相應(yīng)尺寸公差的1/3~1/5； 2） 夾具的相互位置公差取工件相應(yīng)的相互位置公差的1/3/~1/5； 3） 當(dāng)加工未注公差時(shí)，夾具一般可取0.1mm； 4） 未注形位公差的加工面按照GB/T1184-1996中形位公差未注公差值的規(guī)定，查相應(yīng)形位公差對(duì)應(yīng)的表格確定。 注意：夾具有關(guān)公差均應(yīng)在工件公差帶的中間位置，即不管工件偏差對(duì)稱與否，都要將其化為雙向?qū)ΨQ偏差，然后取其值的1/3~1/5以確定夾具上有關(guān)的基本尺寸和公差。 （3） 夾具裝配圖上應(yīng)標(biāo)注的技術(shù)條件 夾具的安裝基面、定向鍵側(cè)面以及與其向垂直的平面是夾具的安裝基準(zhǔn)，也是夾具的測(cè)量基準(zhǔn)，因而，應(yīng)該以此作為夾具的精度控制基準(zhǔn)來標(biāo)注技術(shù)條件。在夾具總圖上應(yīng)標(biāo)注的技術(shù)條件（位置精度要求）有如下幾個(gè)方面： 1） 定位元件之間或定位元件與夾具體底面間的位置要求，其作用是保證加工面與工件定位基準(zhǔn)面間的位置精度。 2） 定位元件與連接元件（或找正基面）間的位置要求。 3） 對(duì)刀元件與連接元件（或找正基面）間的位置要求。 4） 定位元件與導(dǎo)向元件間的位置要求。 5） 夾具在機(jī)床上安裝時(shí)的位置精度要求。 上述技術(shù)條件是保證工件相應(yīng)的加工要求所必需的，其數(shù)值應(yīng)取工件相應(yīng)技術(shù)要求所規(guī)定數(shù)值的1/3~1/5。當(dāng)工件沒注明要求時(shí)，夾具上的那些主要元件間的位置公差可以按經(jīng)驗(yàn)取為（100：0.02）~（100：0.05）mm或在全長(zhǎng)上不大于0.03~0.05mm。 5、 夾具精度校核 在夾具設(shè)計(jì)中，當(dāng)結(jié)構(gòu)方案擬定之后，應(yīng)該對(duì)夾具的方案進(jìn)行精度分析和估算。在夾具總圖設(shè)計(jì)完成后，還應(yīng)該根據(jù)夾具有關(guān)元件的配合性質(zhì)及技術(shù)要求再進(jìn)行一次復(fù)核。這是確保產(chǎn)品加工質(zhì)量而必須進(jìn)行的誤差分析。 6、 繪制夾具零件工作圖 夾具裝配圖繪制完畢后，對(duì)夾具上的非標(biāo)準(zhǔn)件要繪制零件工作圖。繪制夾具零件圖樣時(shí)，除應(yīng)符合制圖標(biāo)準(zhǔn)外，其尺寸、位置精度應(yīng)與裝配圖上的相應(yīng)要求相適應(yīng)。同時(shí)，還應(yīng)考慮為保證總裝精度而作必要的說明，如指明在裝配時(shí)需補(bǔ)充加工等有關(guān)說明。零件的結(jié)構(gòu)、尺寸應(yīng)盡可能標(biāo)準(zhǔn)化和規(guī)格化，以減少品種規(guī)格。 在夾具設(shè)計(jì)圖紙全部繪制完畢后，還有待于精心制造、時(shí)間和使用來驗(yàn)證設(shè)計(jì)的科學(xué)性。經(jīng)試用后，有時(shí)還可能要對(duì)原設(shè)計(jì)作必要的修改，因此，要獲得一項(xiàng)完善的優(yōu)秀的夾具設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)人員通常應(yīng)參與夾具的制造、裝配、鑒定和使用的全過程。 7、 編寫說明書 說明書應(yīng)概括地介紹設(shè)計(jì)全貌，對(duì)設(shè)計(jì)中的各部分內(nèi)容應(yīng)作重點(diǎn)說明、分析論證及必要的計(jì)算。要求系統(tǒng)性好、條理清楚、圖文并茂，充分表達(dá)自己的見解，避免抄書。文內(nèi)公式、圖表和數(shù)據(jù)等出處應(yīng)在參考文獻(xiàn)中注明。 說明書要求語言簡(jiǎn)練、文字通順、圖例清晰。 說明書包括的內(nèi)容有： 1） 目錄 2） 設(shè)計(jì)任務(wù)書 3） 總論或前言 4） 定位夾緊方案分析與論證 5） 刀具的導(dǎo)向方式或?qū)Φ堆b置設(shè)計(jì) 6） 夾具精度校核 7） 夾具總體結(jié)構(gòu)分析及夾具的使用說明 8） 設(shè)計(jì)心得體會(huì) 9） 參考文獻(xiàn)