改善工藝系統(tǒng)剛性的夾具結(jié)構(gòu)設(shè)計[機械畢業(yè)論文-答辯通過]

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優(yōu)秀畢業(yè)論文，支持預(yù)覽，答辯通過，歡迎下載需要 CAD 圖紙，咨詢 QQ：414951605 或 1304139763西安科技大學(xué)高新學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文）系 別 ： 機電信息學(xué)院專 業(yè) ： 機械設(shè)計制造及其自動化學(xué) 生 姓 名 ： 學(xué) 號： 0901140225設(shè) 計 (論 文 )題 目 ： 改善工藝系統(tǒng)剛性的夾具結(jié)構(gòu)設(shè)計起 迄 日 期 : 2012 年 9 月 24 日 — 2012 年 12 月 16 日設(shè) 計 (論 文 )地 點 : 西安科技大學(xué)高新學(xué)院指 導(dǎo) 教 師 :專 業(yè) 教 研 室 負 責 人 :日期: 2012 年 月 日II摘 要本論文是結(jié)合目前實際生產(chǎn)中，常常發(fā)現(xiàn)僅用通用夾具不能滿足生產(chǎn)要求，用通用夾具裝夾工件生產(chǎn)效率低勞動強大，加工質(zhì)量不高，而且往往需要增加劃線工序，而專門設(shè)計夾具：車床夾具，主要包括夾具的定位方案，夾緊方案、對刀方案，夾具體與定位鍵的設(shè)計及加工精度等方面的分析。本設(shè)計車床夾具有良好的加工精度，針對性強，主要用于零件孔工序的加工。其具有夾緊力裝置，具備現(xiàn)代機床夾具所要求的高效化和精密化的特點，可以有效的減少工件加工的基本時間和輔助時間，大大提高了勞動生產(chǎn)力，從而可以有效地減輕工人的勞動強度和增加勞動效率。因此，對夾具知識的認識和學(xué)習(xí)以及設(shè)計新式的適合實際生產(chǎn)的夾具在今天顯得尤為重要起來。在工藝設(shè)計中要首先對零件進行分析，了解零件的工藝，并選擇好零件的加工基準，設(shè)計出零件的工藝路線；接著對零件各個工步的工序進行尺寸計算，關(guān)鍵是決定出各個工序的工藝裝備及切削用量；然后進行專用夾具的設(shè)計，選擇設(shè)計出夾具的各個組成部件，如定位元件、夾緊元件、引導(dǎo)元件、夾具體與機床的連接部件以及其它部件；計算出夾具定位是產(chǎn)生的定位誤差，分析夾具結(jié)構(gòu)的合理性與不足之處，并在以后設(shè)計中注意改進。關(guān)鍵詞：工藝、工序、切削用量、夾緊、定位、誤差I(lǐng)IIAbstractThis thesis is combined with the actual production, often found only universal fixture can not meet production requirements, workpiece clamping fixture with low production efficiency of labor power, the processing quality is not high, and often need to increase the marking process, specially designed fixture: lathe fixture, including fixture locating scheme, clamping programme, setting scheme, key clip and location specific design and machining precision analysis and etc..The design of lathe clamp has good machining precision, strong pertinence, the main components used in hole process. It has a clamping force device, equipped with modern machine tool required for high efficiency and precision of the characteristics, the workpiece can be effectively reduced processing time and supporting basic time, greatly increased the labor productivity, which can effectively reduce the labor intensity of workers and increased labor efficiency. Therefore, understanding and knowledge of the clamp study and design the new fit to actual production fixture in today is particularly important.In the design process should first of all parts for analysis, to understand the parts of the process, and select good parts processing base, design parts of the process route; and then the various parts of process dimension calculation, is the key to determine the various processes and process equipment and cutting parameters; then the special fixture design, selection of design of fixture for the various components, such as positioning devices, clamping elements, the guide element, clamp and the machine tool connecting parts and other components; calculate fixture is to produce a positioning error, analysis of fixture structure rationality and deficiency, and later in the design of improved.Key Words: process, process, cutting dosage, clamping, positioning, errorIV目 錄摘 要 ........................................................................................................................................IIAbstract.....................................................................................................................................III目 錄 ......................................................................................................................................IV第 1 章 緒論...............................................................................................................................61.1 夾具概述 ......................................................................................................................61.2 機床夾具的功能 ..........................................................................................................61.3 機床夾具的發(fā)展趨勢 ...................................................................................................71.3.1 機床夾具的現(xiàn)狀 ........................................................................................................71.3.2 現(xiàn)代機床夾具的發(fā)展方向 ........................................................................................7第 2 章 課題研究內(nèi)容及要求...................................................................................................92.1 設(shè)計內(nèi)容 .......................................................................................................................92.2 設(shè)計要求 .......................................................................................................................9第 3 章 夾具設(shè)計概述.............................................................................................................103.1 夾具的組成 ................................................................................................................103.2 常用定位元件及選用 ................................................................................................103.2.1 工件以平面定位 ..............................................................................................113.2.2 工件以外圓柱定位 ..........................................................................................113.2.3 工件以內(nèi)孔定位 ..............................................................................................113.2.4 對定位元件的基本要求 .................................................................................123.2.5 常用定位元件所能限制的自由度 ..................................................................123.3 工件的夾緊 ................................................................................................................123.3.1 夾緊裝置的組成 ..............................................................................................123.3.2 夾緊裝置的設(shè)計原則 ......................................................................................133.3.3 定位夾緊力的基本原則 ..................................................................................133.3.4 減小夾緊變形的措施 ......................................................................................153.4 機床夾具設(shè)計原理 ....................................................................................................152 支承點與定位元件 ................................................................................................16V第 4 章 薄壁零件車削加工注意事項.....................................................................................184.1 概述 ............................................................................................................................184.2 加工薄壁零件在夾具上所采取的措施 ....................................................................194.2.1 將局部夾緊力機構(gòu)改成均勻夾緊力機構(gòu) .....................................................194.2.2 增加輔助支承面 .............................................................................................204.2.3 改變夾緊力的作用點（部位） .....................................................................204.2.4 采用心軸夾緊 .................................................................................................214.3 加工薄壁零件在車削時所采取的措施 ....................................................................224.3.1 合理選擇車刀材料及其幾何參數(shù) .................................................................224.3.2 減少切削用量，減小吃刀深度、進給量和切削速度 .................................224.3.2 合理選擇切削液 .............................................................................................22第 5 章 具體夾具設(shè)計.............................................................................................................225.1 車床夾具的主要類型 ................................................................................................225.2 車床夾具的設(shè)計要點 .................................................................................................235.3 定位機構(gòu) ....................................................................................................................245.4 夾緊機構(gòu) .....................................................................................................................255.5 零件的車床夾具的加工誤差分析 .............................................................................265.6 零件的車床專用夾具的總體設(shè)計 ...........................................................................27總結(jié)...........................................................................................................................................28參考文獻...................................................................................................................................29致 謝.........................................................................................................................................306第 1 章 緒論1.1 夾具概述夾具是一種裝夾工件的工藝裝備，它廣泛地應(yīng)用于機械制造過程的切削加工、熱處理、裝配、焊接和檢測等工藝過程中。在金屬切削機床上使用的夾具統(tǒng)稱為機床夾具。在現(xiàn)代生產(chǎn)中，機床夾具是一種不可缺少的工藝裝備，它直接影響著加工的精度、勞動生產(chǎn)率和產(chǎn)品的制造成本等，幫機床夾具設(shè)計在企業(yè)的產(chǎn)品設(shè)計和制造以及生產(chǎn)技術(shù)準備中占有極其重要的地位。機床夾具設(shè)計是一項重要的技術(shù)工作。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，各種新材料、新工藝和新技術(shù)不斷涌現(xiàn)，機械制造工藝正向著高質(zhì)量、高生產(chǎn)率和低成本方向發(fā)展。各種新工藝的出現(xiàn)，已突破傳統(tǒng)的依靠機械能、切削力進行切削加工的范疇，可以加工各種難加工材料、復(fù)雜的型面和某些具有特殊要求的零件。數(shù)控機床的問世，提高了更新頻率的小批量零件和形狀復(fù)雜的零件加工的生產(chǎn)率及加工精度。特別是計算方法和計算機技術(shù)的迅速發(fā)展，極大地推動了機械加工工藝的進步，使工藝過程的自動化達到了一個新的階段。“工欲善其事，必先利其器。 ”工具是人類文明進步的標志。自 20 世紀末期以來，現(xiàn)代制造技術(shù)與機械制造工藝自動化都有了長足的發(fā)展。但工具（含夾具、刀具、量具與輔具等）在不斷的革新中，其功能仍然十分顯著。機床夾具對零件加工的質(zhì)量、生產(chǎn)率和產(chǎn)品成本都有著直接的影響。因此，無論在傳統(tǒng)制造還是現(xiàn)代制造系統(tǒng)中，夾具都是重要的工藝裝備。1.2 機床夾具的功能在機床上用夾具裝夾工件時，其主要功能是使工件定位和夾緊。1．機床夾具的主要功能機床夾具的主要功能是裝工件，使工件在夾具中定位和夾緊。（1）定位 確定工件在夾具中占有正確位置的過程。定位是通過工件定位基準面與夾具定位元件面接觸或配合實現(xiàn)的。正確的定位可以保證工件加工的尺寸和位置精度要求。（2）夾緊 工件定位后將其固定，使其在加工過程中保持定位位置不變的操作。7由于工件在加工時，受到各種力的作用，若不將工件固定，則工件會松動、脫落。因此，夾緊為工件提供了安全、可靠的加工條件。2．機床夾具的特殊功能機床夾具的特殊功能主要是對刀和導(dǎo)向。（1）對刀 調(diào)整刀具切削刃相對工件或夾具的正確位置。如銑床夾具中的對刀塊，它能迅速地確定銑刀相對于夾具的正確位置。（2）導(dǎo)向 如鉆床夾具中的鉆模板的鉆套，能迅速地確定鉆頭的位置，并引導(dǎo)其進行鉆削。導(dǎo)向元件制成模板形式，故鉆床夾具常稱為鉆模。鏜床夾具（鏜模）也具有導(dǎo)向功能。1.3 機床夾具的發(fā)展趨勢隨著科學(xué)技術(shù)的巨大進步及社會生產(chǎn)力的迅速提高，夾具已從一種輔助工具發(fā)展成為門類齊全的工藝裝備。1.3.1 機床夾具的現(xiàn)狀國際生產(chǎn)研究協(xié)會的統(tǒng)計表明，目前中、小批多品種生產(chǎn)的工作品種已占工件種類總數(shù)的 85%左右?，F(xiàn)代生產(chǎn)要求企業(yè)所制造的產(chǎn)品品種經(jīng)常更新?lián)Q代，以適應(yīng)市場激烈的競爭。然而，一般企業(yè)仍習(xí)慣于大量采用傳統(tǒng)的專用夾具。另一方面，在多品種生產(chǎn)的企業(yè)中，約 4 年就要更新 80%左右的專用夾具，而夾具的實際磨損量僅為 15%左右。特別是近年來，數(shù)控機床（NC） 、加工中心（ MC） 、成組技術(shù)（GT） 、柔性制造系統(tǒng)（FMS ）等新技術(shù)的應(yīng)用，對機床夾具提出了如下新的要求：1）能迅速而方便地裝備新產(chǎn)品的投產(chǎn)，以縮短生產(chǎn)準備周期，降低生產(chǎn)成本。2）能裝夾一組具有相似性特征的工件。3）適用于精密加工的高精度機床夾具。4）適用于各種現(xiàn)代化制造技術(shù)的新型機床夾具。5）采用液壓或氣壓夾緊的高效夾緊裝置，以進一步提高勞動生產(chǎn)率。6）提高機床夾具的標準化程度。1.3.2 現(xiàn)代機床夾具的發(fā)展方向現(xiàn)代機床夾具的發(fā)展方向主要表現(xiàn)為精密化、高效化、柔性化、標準化四個方面。8精密化隨著機械產(chǎn)品精度的日益提高，勢必相應(yīng)提高了對夾具的精度要求。精密化夾具的結(jié)構(gòu)類型很多，例如用于精密分度的多齒盤，其分度精度可達±0.1；用于精密車削的高精度三爪卡盤，其定心精度為 5μm；精密心軸的同軸度公差可控制在 1μm 內(nèi)；又如用于軸承套圈磨削的電磁無心夾具，工件的圓度公差可達 0.2～0.5μm。高效化高效化夾具主要用來減少工件加工的基本時間和輔助時間，以提高勞動生產(chǎn)率，減輕工人的勞動強度。常見的高效化夾具有：自動化夾具、高速化夾具、具有夾緊動力裝置的夾具等。例如，在銑床上使用電動虎鉗裝夾工件，效率可提高 5 倍左右；在車床上使用的高速三爪自定心卡盤，可保證卡爪在（試驗）轉(zhuǎn)速為 2600r/min 的條件下仍能牢固地夾緊工件，從而使切削速度大幅度提高。柔性化機床夾具的柔性化與機床的柔性化相似，它是指機床夾具通過調(diào)整、拼裝、組合等方式，以適應(yīng)可變因素的能力?？勺円蛩刂饕校汗ば蛱卣?、生產(chǎn)批量、工件的形狀和尺寸等。具有柔性化特征的新型夾具種類主要有：組合夾具、通用可調(diào)夾具、成組夾具、拼裝夾具、數(shù)控機床夾具等。在較長時間內(nèi)，夾具的柔性化將是夾具發(fā)展的主要方向。標準化機床夾具的標準化與通用化是相互聯(lián)系的兩個方面。在制訂典型夾具結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，首先進行夾具元件和部件的通用化，建立類型尺寸系列或變型，以減少功能用途相近的夾具元件和部件的型式，屏除一些功能低劣的結(jié)構(gòu)。通用化方法包括夾具、部件、元件、毛壞和材料的通用化。夾具的標準化階段是通用化的深入，主要是確立夾具零件或部件的尺寸系列，為夾具工作圖的審查創(chuàng)造良好的條件。目前我國已有夾具零件及部件的國家標準：GB/T2148~T2259—91 以及各類通用夾具、組合夾具標準等。機床夾具的標準化，有利于夾具的商品化生產(chǎn)，有利于縮短生產(chǎn)準備周期，降低生產(chǎn)總成本。9第 2 章 課題研究內(nèi)容及要求2.1 設(shè)計內(nèi)容設(shè)計的基本情況本設(shè)計的名稱：改善工藝系統(tǒng)剛性夾具的結(jié)構(gòu)設(shè)計。結(jié)構(gòu)特點：體積小、重量輕、旋轉(zhuǎn)既能平衡又能保證安全。用途：確定工件在車床上的正確位置，并夾緊工件。主要技術(shù)參數(shù)：（1）主軸轉(zhuǎn)速最終達到 n=250r/min（2）加工工件尺寸：L=580mm,L2=400mm,D=110mm，D1=90mm。車床細長軸深孔加工內(nèi)容：（1）車床夾具結(jié)構(gòu)方案設(shè)計； （2）車床夾具的設(shè)計的總裝圖的繪制（含技術(shù)要求、明細表）；（3）車床夾具結(jié)構(gòu)設(shè)計的主要（CAD）零件圖繪制。（4）設(shè)計說明書編寫。2.2 設(shè)計要求（1）在指導(dǎo)老師指導(dǎo)下完成方案設(shè)計；（2）獨立完成的詳細設(shè)計；（3）圖紙繪制和標注應(yīng)符合國家標準；（4）設(shè)計或論文應(yīng)在教學(xué)計劃所規(guī)定的時間內(nèi)完成；（5）論文書面材料的形成應(yīng)符合學(xué)院規(guī)定。10第 3 章 夾具設(shè)計概述3.1 夾具的組成雖然夾具的種類繁多，但它們的工作原理基本上是相同的。將各類夾具中，作用相同的結(jié)構(gòu)或元件加以概括，可得出夾具一般所共有的以下幾個組成部分，這些組成部分既相互獨立又相互聯(lián)系。1．定位支承元件定位支承元件的作用是確定工件在夾具中的正確位置并支承工件，是夾具的主要功能元件之一。定位支承元件的定位精度直接影響工件加工的精度。2．夾緊裝置夾緊元件的作用是將工件壓緊夾牢，并保證在加工過程中工件的正確位置不變。3．連接定向元件這種元件用于將夾具與機床連接并確定夾具對機床主軸、工作臺或?qū)к壍南嗷ノ恢谩?．對刀元件或?qū)蛟?這些元件的作用是保證工件加工表面與刀具之間的正確位置。用于確定刀具在加工正確位置的元件稱為對刀元件，用于確定刀具位置并引導(dǎo)刀具進行加工的元件稱為導(dǎo)向元件。5．其它裝置或元件 根據(jù)加工需要，有些夾具上還設(shè)有分度裝置、靠模裝置、上下料裝置、工件頂出機構(gòu)、電動扳手和平衡塊等，以及標準化了的其它聯(lián)接元件。6．夾具體 夾具體是夾具的基體骨架，用來配置、安裝各夾具元件使之組成一整體。常用的夾具體為鑄件結(jié)構(gòu)、鍛造結(jié)構(gòu)、焊接結(jié)構(gòu)和裝配結(jié)構(gòu)，形狀有回轉(zhuǎn)體形和底座形等形狀。上述各組成部分中，定位元件、夾緊裝置、夾具體是夾具的基本組成部分。3.2 常用定位元件及選用工件在夾具中要想獲得正確定位，首先應(yīng)正確選擇定位基準，其次是選擇合適的11定位元件。工件定位時，工件定位基準和夾具的定位元件接觸形成定位副，以實現(xiàn)工件的六點定位。用定位元件選用時，應(yīng)按工件定位基準面和定位元件的結(jié)構(gòu)特點進行選擇。3.2.1 工件以平面定位1.以面積較小的已經(jīng)加工的基準平面定位時，選用平頭支承釘，以基準面粗糙不平或毛坯面定位時，選用圓頭支承釘，側(cè)面定位時，可選用網(wǎng)狀支承釘。2.以面積較大、平面度精度較高的基準平面定位時，選用支承板定位元件，用于面定位時用不帶斜槽的支承板，通常盡可能選用帶斜槽的支承板，以利清除切屑。3.以毛坯面，階梯平面和環(huán)形平面作基準平面定位時，選用自位支承作定位元件。但須注意，自位支承雖有兩個或三個支承點，由于自位和浮動作用只能作為一個支承點。4.以毛坯面作為基準平面，調(diào)節(jié)時可按定位面質(zhì)量和面積大小分別選用可調(diào)支承作定位元件。5.當工件定位基準面需要提高定位剛度、穩(wěn)定性和可靠性時，可選用輔助支承作輔助定位元件，但須注意，輔助支承不起限制工件自由度的作用，且每次加工均需重新調(diào)整支承點高度，支承位置應(yīng)選在有利工件承受夾緊力和切削力的地方。3.2.2 工件以外圓柱定位1.當工件的對稱度要求較高時，可選用 V 形塊定位。V 形塊工作面間的夾角 α 常取 60°、90°、120°三種，其中應(yīng)用最多的是 90°V 形塊。90°V 形塊的典型結(jié)構(gòu)和尺寸已標準化，使用時可根據(jù)定位圓柱面的長度和直徑進行選擇。V 形塊結(jié)構(gòu)有多種形式，有的 V 形塊適用于較長的加工過的圓柱面定位；有的 V 形塊適于較長的粗糙的圓柱面定位；有的 V 形塊適用于尺寸較大的圓柱面定位，這種 V 形塊底座采用鑄件，V 形面采用淬火鋼件，V 塊是由兩者鑲合而成。2.當工件定位圓柱面精度較高時（一般不低于 IT8） ，可選用定位套或半圓形定位座定位。大型軸類和曲軸等不宜以整個圓孔定位的工件，可選用半圓定位座。3.2.3 工件以內(nèi)孔定位1.在套類、盤類零件的車削、磨削和齒輪加工中，大都選用心軸定位，為了便于夾緊和減小工件因間隙造成的傾斜，當工件定位內(nèi)孔與基準端面垂直精度較高時，常以孔和端面聯(lián)合定位。因此，這類心軸通常是帶臺階定位面的心軸，當工件以內(nèi)花鍵為12定位基準時，可選用外花鍵軸，當內(nèi)孔帶有花鍵槽時，可在圓柱心軸上設(shè)置鍵槽配裝鍵塊；當工件內(nèi)孔精度很高，而加工時工件力矩很小時，可選用小錐度心軸定位。2.工件上定位內(nèi)孔較小時，常選用定位銷作定位元件。圓柱定位銷的結(jié)構(gòu)和尺寸標準化，不同直徑的定位銷有其相應(yīng)的結(jié)構(gòu)形式，可根據(jù)工件定位內(nèi)孔的直徑選用。當工件圓柱孔用孔端邊緣定位時，需選用圓錐定位銷。當工件圓孔端邊緣形狀精度較差時，選用圓錐定位銷；當工件需平面和圓孔端邊緣同時定位時，選用浮動錐銷。綜上：正確定位，必須選對定位基準。3.2.4 對定位元件的基本要求 1.限位基面應(yīng)有足夠的精度。定位元件具有足夠的精度，才能保證工件的定位精度。2.限位基面應(yīng)有較好的耐磨性。由于定位元件的工作表面經(jīng)常與工件接觸和磨擦，容易磨損，為此要求定位元件限位表面的耐磨性要好，以保持夾具的使用壽命和定位精度。3.支承元件應(yīng)有足夠的強度和剛度。定位元件在加工過程中，受工件重力、夾緊力和切削力的作用，因此要求定位元件應(yīng)有足夠的剛度和強度，避免使用中變形和損壞。4.定位元件應(yīng)有較好的工藝性。定位元件應(yīng)力求結(jié)構(gòu)簡單、合理，便于制造、裝配和更換。5.定位元件應(yīng)便于清除切屑。定位元件的結(jié)構(gòu)和工作表面形狀應(yīng)有利于清除切屑，以防切屑嵌入夾具內(nèi)影響加工和定位精度。3.2.5 常用定位元件所能限制的自由度 定位元件可按工件典型定位基準面分為以下幾類：1.用于平面定位的定位元件：括固定支承（釘支承和板支承） ，自位支承，可調(diào)支承和輔支承。2.用于外圓柱面定位的定位元件：括 V 形架，定位套和半圓定位座等。3.用于孔定位的定位元件：括定位銷（圓柱定位銷和圓錐定位銷） ，圓柱心軸和小錐度心軸。3.3 工件的夾緊在機械加工過程中，工件會受到切削力、離心力、慣性力等的作用。為了保證在13這些外力作用下，工件仍能在夾具中保持已由定位元件所確定的加工位置，而不致發(fā)生振動和位移，在夾具結(jié)構(gòu)中必須設(shè)置一定的夾緊裝置將工件可靠地夾牢。工件定位后，將工件固定并使其在加工過程中保持定位位置不變的裝置，稱為夾緊裝置。3.3.1 夾緊裝置的組成夾緊裝置的組成由以下三部分組成。第一部分：動力源裝置 它是產(chǎn)生夾緊作用力的裝置。分為手動夾緊和機動夾緊兩種。手動夾緊的力源來自人力，用時比較費時費力。為了改善勞動條件和提高生產(chǎn)率，目前在大批量生產(chǎn)中均采用機動夾緊。機動夾緊的力源來自氣動、液壓、氣液聯(lián)動、電磁、真空等動力夾緊裝置。第二部分：傳力機構(gòu) 它是介于動力源和夾緊元件之間傳遞動力的機構(gòu)。傳力機構(gòu)的作用是：改變作用力的方向；改變作用力的大?。痪哂幸欢ǖ淖枣i性能，以便在夾緊力一旦消失后，仍能保證整個夾緊系統(tǒng)處于可靠的夾緊狀態(tài)，這一點在手動夾緊時尤為重要。第三部分：夾緊元件 它是直接與工件接觸完成夾緊作用的最終執(zhí)行元件。3.3.2 夾緊裝置的設(shè)計原則在夾緊工件的過程中，夾緊作用的效果會直接影響工件的加工精度、表面粗糙度以及生產(chǎn)效率。因此，設(shè)計夾緊裝置應(yīng)遵循以下原則：1.工件不移動原則夾緊過程中，應(yīng)不改變工件定位后所占據(jù)的正確位置。2.工件不變形原則夾緊力的大小要適當，既要保證夾緊可靠，又應(yīng)使工件在夾緊力的作用下不致產(chǎn)生加工精度所不允許的變形。3.工件不振動原則 對剛性較差的工件，或者進行斷續(xù)切削，以及不宜采用氣缸直接壓緊的情況，應(yīng)提高支承元件和夾緊元件的剛性，并使夾緊部位靠近加工表面，以避免工件和夾緊系統(tǒng)的振動。4.安全可靠原則 14夾緊傳力機構(gòu)應(yīng)有足夠的夾緊行程，手動夾緊要有自鎖性能，以保證夾緊可靠。5.經(jīng)濟實用原則 夾緊裝置的自動化和復(fù)雜程度應(yīng)與生產(chǎn)綱領(lǐng)相適應(yīng)，在保證生產(chǎn)效率的前提下，其結(jié)構(gòu)應(yīng)力求簡單，便于制造、維修，工藝性能好；操作方便、省力，使用性能好。3.3.3 定位夾緊力的基本原則設(shè)計夾緊裝置時，夾緊力的確定包括夾緊力的方向、作用點和大小三個要素。1、夾緊力的方向夾緊力的方向與工件定位的基本配置情況，以及工件所受外力的作用方向等有關(guān)。選擇時必須遵守以下準則：1.力的方向應(yīng)有助于定位穩(wěn)定，且主夾緊力應(yīng)朝向主要定位基面。2.緊力的方向應(yīng)有利于減小夾緊力，以減小工件的變形、減輕勞動強度。3.力的方向應(yīng)是工件剛性較好的方向。由于工件在不同方向上剛度是不等的。不同的受力表面也因其接觸面積大小而變形各異。尤其在夾壓薄壁零件時，更需注意使夾緊力的方向指向工件剛性最好的方向。2、夾緊力的作用點夾緊力作用點是指夾緊件與工件接觸的一小塊面積。選擇作用點的問題是指在夾緊方向已定的情況下確定夾緊力作用點的位置和數(shù)目。夾緊力作用點的選擇是達到最佳夾緊狀態(tài)的首要因素。合理選擇夾緊力作用點必須遵守以下準則：1.力的作用點應(yīng)落在定位元件的支承范圍內(nèi)，應(yīng)盡可能使夾緊點與支承點對應(yīng)，使夾緊力作用在支承上。如夾緊力作用在支承面范圍之外，會使工件傾斜或移動，夾緊時將破壞工件的定位。2.力的作用點應(yīng)選在工件剛性較好的部位。這對剛度較差的工件尤其重要，如將作用點由中間的單點改成兩旁的兩點夾緊，可使變形大為減小，并且夾緊更加可靠。3.力可的作用點應(yīng)盡量靠近加工表面，以防止工件產(chǎn)生振動和變形，提高定位的穩(wěn)定性和靠性。3、夾緊力的大小夾緊力的大小，對于保證定位穩(wěn)定、夾緊可靠，確定夾緊裝置的結(jié)構(gòu)尺寸，都有著密密切的關(guān)系。夾緊力的大小要適當。夾緊力過小則夾緊不牢靠，在加工過程中工件可能發(fā)生位移而破壞定位，其結(jié)果輕則影響加工質(zhì)量，重則造成工件報廢甚至發(fā)生安全事故。夾緊力過大會使工件變形，也會對加工質(zhì)量不利。15理論上，夾緊力的大小應(yīng)與作用在工件上的其它力（力矩）相平衡；而實際上，夾緊力的大小還與工藝系統(tǒng)的剛度、夾緊機構(gòu)的傳遞效率等因素有關(guān)，計算是很復(fù)雜的。因此，實際設(shè)計中常采用估算法、類比法和試驗法確定所需的夾緊力。 當采用估算法確定夾緊力的大小時，為簡化計算，通常將夾具和工件看成一個剛性系統(tǒng)。根據(jù)工件所受切削力、夾緊力（大型工件應(yīng)考慮重力、慣性力等）的作用情況，找出加工過程中對夾緊最不利的狀態(tài)，按靜力平衡原理計算出理論夾緊力，最后再乘以安全系數(shù)作為實際所需夾緊力，即Fwk=KFw （1-11）式中 Fwk——實際所需夾緊力，單位為 N；Fw——在一定條件下，由靜力平衡算出的理論夾緊力，單位為 N；K——安全系數(shù)，粗略計算時，粗加工取 K＝2.5～3，精加工取K＝1.5～2。夾緊力三要素的確定，實際是一個綜合性問題。必須全面考慮工件結(jié)構(gòu)特點、工藝方法、定位元件的結(jié)構(gòu)和布置等多種因素，才能最后確定并具體設(shè)計出較為理想的夾緊裝置。3.3.4 減小夾緊變形的措施有時，一個工件很難找出合適的夾緊點。如較長的套筒在車床上鏜內(nèi)孔和高支座在鏜床上鏜孔，以及一些薄壁零件的夾持等，均不易找到合適的夾緊點。這時可以采取以下措施減少夾緊變形。1.均勻的對稱變形，以便獲得變形量的統(tǒng)計平均值，通過調(diào)整刀具適當消除部分變形量，也可以達到所要求的加工精度。 ）增加輔助支承和輔助夾緊點 。 若高支座可采用增加一個輔助支承點及輔助夾緊力，就可以使工件獲得滿意的夾緊狀態(tài)。2.分散著力點 ，用一塊活動壓板將夾緊力的著力點分散成兩個或四個，從而改變著力點的位置，減少著力點的壓力，獲得減少夾緊變形的效果。3.增加壓緊件接觸面積，在壓板下增加墊環(huán)，使夾緊力通過剛性好的墊環(huán)均勻地作用在薄壁工件上，避免工件局部壓陷。4.利用對稱變夾具的夾緊設(shè)計，應(yīng)保證形狀在加工薄壁套筒時，采用加寬卡爪，如果夾緊力較大，仍有可能發(fā)生較大的變形。因此，在精加工時，除減小夾緊力外，工件能產(chǎn)生。165.其它措施 對于一些極薄的特形工件，靠精密沖壓加工仍達不到所要求的精度而需要進行機械加工時，上述各種措施通常難以滿足需要，可以采用一種凍結(jié)式夾具。這類夾具是將極薄的特形工件定位于一個隨行的型腔里，然后澆灌低熔點金屬，待其固結(jié)后一起加工，加工完成后，再加熱熔解取出工件。低熔點金屬的澆灌及熔解分離，都是在生產(chǎn)線上進行的。3.4 機床夾具設(shè)計原理機床夾具是機械加工工藝系統(tǒng)的一個重要組成部分。為保證工件某工序的加工要求，必須使工件在機床上相對刀具的切削或成形運動處于準確的相對位置。當用夾具裝夾加工一批工件時，是通過夾具來實現(xiàn)這一要求的。而要實現(xiàn)這一要求，又必須滿足三個條件：(1)一批工件在夾具中占有正確的加工位置；(2)夾具裝夾在機床上的準確位置；(3)刀具相對夾具的準確位置。這里涉及了三層關(guān)系：零件相 對夾具，夾具相對于機床，零件相對于機床。工件的最終精度是由零件相對于機床獲得的。所以“定位”也涉及到三層關(guān)系：工件在夾具上的定位，夾具相對于機床的定位，而工件相對于機床的定位是間接通 過夾具來保證的。工件定位以后必須通過一定的裝置產(chǎn)生夾緊力把工件固定，使工件保持在準確定位的位置上，否則，在加工過程中因受切削力，慣性力等力的作用而發(fā)生位置變化或引起振動，破壞了原來的準 確定位，無法保證加工要求。這種產(chǎn)生夾緊力的裝置便是夾緊裝置。1 六點定位原理任何未定位的工件在空間直角坐標系中都具有六個自由度。工件定位的任務(wù)就是根據(jù)加工要求限制工件的全部或部分自由度。工件的六點定位原理是指用六個支撐點來分別限制工件的六個自由度，從而使工件在空間得到確定定位的方法。 172 支承點與定位元件18上圖為常見定位方式中的定位元件所限制的自由度和相當?shù)闹С悬c數(shù)3、完全定位與不完全定位工件的六個自由度完全被限制的定位稱為完全定位。按加工要求，允許有一個或幾個自由度不被限制的定位稱為不完全定位。4、欠定位與過定位按工序的加工要求，工件應(yīng)該限制的自由度而未予限制的定位，稱為欠定位。在確定工件定位方案時，欠定位時絕對不允許的。工件的同一自由度背二個或二個以上的支撐點重復(fù)限制的定位，稱為過定位。在通常情況下，應(yīng)盡量避免出現(xiàn)過定位。消除過定位及其干涉一般有兩個途徑：其一是改變定位元件的結(jié)構(gòu)，以消除被重19復(fù)限制的自由度；其二是提高工件定位基面之間及夾具定位元件工作表面之間的位置精度，以減少或消除過定位引起的干涉。第 4 章 薄壁零件車削加工注意事項4.1 概述高強度結(jié)構(gòu)的金屬薄殼零件已較廣泛的應(yīng)用在各工業(yè)部部門，為了適用薄壁零件加工的需要，機械制造業(yè)正朝著“無切削或少切削”方向發(fā)展，如采用板材進行沖壓、滾壓、焊接等工藝，可以節(jié)省鋼材、動力、機床設(shè)備和加工工時，達到質(zhì)量好、產(chǎn)量高和成本低的要求。但是，畢竟有一些薄壁零件的結(jié)構(gòu)不能采用沖壓、滾壓、焊接等工藝來代替，如具有形狀復(fù)雜的環(huán)形橫截面零件，只能采用車削方法。對于這一類環(huán)形零件的車削加工，因其結(jié)構(gòu)單薄，零件尺寸較大，環(huán)形截面復(fù)雜和材料切削性較差（如高溫合金、鋁合金等） ，因此難以保證一定的加工精度和提高勞動生產(chǎn)率。車削薄壁零件的主要問題是變形，而產(chǎn)生變形的主要原因是切削力和夾緊力。薄壁套類零件剛性低，在夾緊力和切削力作用下非常容易產(chǎn)生變形，導(dǎo)致吃刀深度不均和讓刀現(xiàn)象。另外，薄壁套類零件金屬體積小，總的熱容量小，薄壁套類零件的溫度容易升高和變形，使加工后的零件出現(xiàn)形狀和尺寸誤差。減少切削力、切削熱的方法是：合理的選擇切削用量、合理的選擇刀具幾何角度、合理的選擇刀具材料和冷卻潤滑液等；改善或改變夾緊力對零件的作用。204.2 加工薄壁零件在夾具上所采取的措施4.2.1 將局部夾緊力機構(gòu)改成均勻夾緊力機構(gòu)圖 1（a）是用三爪卡盤夾緊薄壁工件，圖 1（b）是在夾緊變形的情況下，分幾次走刀逐漸減少吃刀深度車出了內(nèi)孔，保證了內(nèi)孔的圓度，但壁厚不均勻。圖 1（c）是從三爪卡盤中取出薄壁套后，夾緊力消失后薄壁套外圓恢復(fù)為圓形，而內(nèi)孔則變成了棱圓，棱圓形的特點是雖然看上去不像圓形，但各處的直徑尺寸相同，棱圓的孔會影響其和軸的裝配。針對以上可能產(chǎn)生的問題，介紹一下減少變形的方法。（1）采用開口套用開口套改變?nèi)ūP的三點接觸為整圓抱緊，三爪卡盤夾持開口套使其變形并均勻地抱緊薄壁工件后，再車削內(nèi)孔。在可能的條件下，開口套的壁厚可以厚一點。注意在夾持開口夾套時要使開口在兩夾爪的中間位置。如圖 2。（2）采用弧形軟爪21改裝卡盤的三爪，在通用的三爪上焊接弧形軟爪，增大夾持面積，使夾緊力均勻分布在工件上，可以有效減少薄壁套的夾緊變形。保證軟卡爪內(nèi)弧與薄壁工件外徑相等，并保證軟卡爪具有足夠的剛度。如圖3 所示。4.2.2 增加輔助支承面加強薄壁零件在車削時的剛性，在工件的夾緊部位特制工藝肋，使夾緊力作用在工藝肋上，以減少夾緊力引起的變形。如圖 4 所示。4.2.3 改變夾緊力的作用點（部位）由零件剛性較弱處移至剛性較強的部位，以改善夾緊力作用點來減少薄壁零件的變形。圖 5 為加工合金的材料，環(huán)形直徑較大，其薄壁處厚度為 4mm 的零件的夾具示意圖。所示的夾具說明了夾緊元件角度的改變，使夾緊力的作用點從零件剛性較弱22的部位移至剛性較強的部位，從而減少零件的變形，保證了加工精度的要求。圖 5-（a）所示的夾具的夾緊機構(gòu)，當擰緊螺釘 1 時，壓緊圈 2 便沿著斜面將零件夾緊，但夾緊力 P 正壓向零件剛性較差的薄壁部分，使零件變形加劇，難以保證加工精度。如將夾緊機構(gòu)改成如圖 5-（b）所示的結(jié)構(gòu)，則使夾緊力 P 的作用點移至零件剛性較好的輪輻處，零件變形減小，保證了加工精度。4.2.4 采用心軸夾緊當車薄壁套的外圓時，有效防止薄壁套變形的方法是采用心軸定位，使夾緊力沿著剛性較好的軸線方向分布，如果薄壁套有階梯孔，心軸也相應(yīng)作成階梯心軸，防止夾裝變形。如圖6 所示。234.3 加工薄壁零件在車削時所采取的措施4.3.1 合理選擇車刀材料及其幾何參數(shù)（1）易選用較大的主偏角，外圓精車刀90~93，內(nèi)孔精車刀60°左右。（2）適當增大副偏角，減少摩擦，降低車削熱，外圓精車刀15°左右，內(nèi)孔精車刀30°左右。（3）前角的選擇，主要決定于被切材料的性能。應(yīng)盡量使車刀鋒利、切削輕快、排屑好。外圓精車刀14~16 °，內(nèi)孔精車刀35°左右。（4）后角不易過大，以減少工件加工中的振動，一般以14~16°為好。（5）前角適當增大一般為25~35°。（6）刃傾角根據(jù)加工性質(zhì)選擇，增大刃傾角可使車刀實際切削前角增大、實際切削刃口圓弧半徑減少，對提高刀具的鋒利程度有利。（7）刀尖圓弧半徑及修光刃均選用較小值，減小工件加工中的振動。4.3.2 減少切削用量，減小吃刀深度、進給量和切削速度對于余量較大的工件，分粗、精車，適當增加走刀次數(shù)，可以有效避免薄壁工件變形。4.3.2 合理選擇切削液選擇比熱容大、黏度小、流動性好的切削液，就可以吸收大量的熱量，從而降低切削溫度，減小薄壁套工件的變形。第 5 章 具體夾具設(shè)計車床夾具主要用于零件的旋轉(zhuǎn)表面以及端面。因而車床夾具的主要特點是工件加工表面的中心線與機床主軸的回轉(zhuǎn)軸線同軸。5.1 車床夾具的主要類型（1） 安裝在車床主軸上的夾具。這類夾具很多，有通用的三爪卡盤、四爪卡盤，花盤，頂尖等，還有自行設(shè)計的心軸；專用夾具通?？煞譃樾妮S式、夾頭式、卡盤式、角鐵式和花盤式。這類夾具的特點是加工時隨機床主軸一起旋轉(zhuǎn)，刀具做進給運動定心式車床夾具 在定心式車床夾具上，工件常以孔或外圓定位，夾具采用定心24夾緊機構(gòu)。角鐵式車床夾具 在車床上加工殼體、支座、杠桿、接頭等零件的回轉(zhuǎn)端面時，由于零件形狀較復(fù)雜，難以裝夾在通用卡盤上，因而須設(shè)計專用夾具。這種夾具的夾具體呈角鐵狀，故稱其為角鐵式車床夾具?；ūP式車床夾具 這類夾具的夾具體稱花盤，上面開有若干個 T 形槽，安裝定位元件、夾緊元件和分度元件等輔助元件，可加工形狀復(fù)雜工件的外圓和內(nèi)孔。這類夾具不對稱，要注意平衡。（2） 安裝在托板上的夾具。某些重型、畸形工件，常常將夾具安裝在托板上。刀具則安裝在車床主軸上做旋轉(zhuǎn)運動，夾具做進給運動。由于后一類夾具應(yīng)用很少，屬于機床改裝范疇。而生產(chǎn)中需自行設(shè)計的較多是安裝在車床主軸上的專用夾具，所以零件在車床上加工用專用夾具。5.2 車床夾具的設(shè)計要點（1）定位裝置的設(shè)計特點和夾緊裝置的設(shè)計要求當加工回轉(zhuǎn)表面時，要求工件加工面的軸線與機床主軸軸線重合，夾具上定位裝置的結(jié)構(gòu)和布置必須保證這一點。當加工的表面與工序基準之間有尺寸聯(lián)系或相互位置精度要求時，則應(yīng)以夾具的回轉(zhuǎn)軸線為基準來確定定位元件的位置。工件的夾緊應(yīng)可靠。由于加工時工件和夾具一起隨主軸高速回轉(zhuǎn)，故在加工過程中工件除受切削力矩的作用外，整個夾具還要受到重力和離心力的作用，轉(zhuǎn)速越高離心力越大，這些力不僅降低夾緊力，同時會使主軸振動。因此，夾緊機構(gòu)必須具有足夠的夾緊力，自鎖性能好，以防止工件在加工過程中移動或發(fā)生事故。對于角鐵式夾具，夾緊力的施力方式要注意防止引起夾具變形。（2）夾具與機床主軸的連接車床夾具與機床主軸的連接精度對夾具的加工精度有一定的影響。因此，要求夾具的回轉(zhuǎn)軸線與臥式車床主軸軸線應(yīng)具有盡可能小的同軸度誤差。心軸類車床夾具以莫氏錐柄與機床主軸錐孔配合連接，用螺桿拉緊。有的心軸則以中心孔與車床前、后頂尖安裝使用。25根據(jù)徑向尺寸的大小，其它專用夾具在機床主軸上的安裝連接一般有兩種方式：1)對于徑向尺寸 D＜140mm，或 D＜(2～3)d 的小型夾具，一般用錐柄安裝在車床主軸的錐孔中，并用螺桿拉緊，如圖 1-a 所示。這種連接方式定心精度較高。2)對于徑向尺寸較大的夾具，一般用過渡盤與車床主軸軸頸連接。過渡盤與主軸配合處的形狀取決于主軸前端的結(jié)構(gòu)。圖 1-b 所示的過渡盤，其上有一個定位圓孔按 H7/h6 或 H7/js6 與主軸軸頸相配合，并用螺紋和主軸連接。為防止停車和倒車時因慣性作用使兩者松開，可用壓板將過渡盤壓在主軸上。專用夾具則以其定位止口按 H7/h6 或 H7/js6 裝配在過渡盤的凸緣上，用螺釘緊固。這種連接方式的定心精度受配合間隙的影響。為了提高定心精度，可按找正圓校正夾具與機床主軸的同軸度。對于車床主軸前端為圓錐體并有凸緣的結(jié)構(gòu)，如圖 1-c 所示，過渡盤在其長錐面上配合定心，用活套在主軸上的螺母鎖緊，由鍵傳遞扭矩。這種安裝方式的定心精度較高，但端面要求緊貼，制造上較困難。圖 1-d 所示是以主軸前端短錐面與過渡盤連接的方式。過渡盤推入主軸后，其端面與主軸端面只允許有 0.05～0.1mm 的間隙，用螺釘均勻擰緊后，即可保證端面與錐面全部接觸，以使定心準確、剛度好。圖 1 車床夾具與機床主軸的連接過渡盤常作為車床附件備用，設(shè)計夾具時應(yīng)按過渡盤凸緣確定專用夾具體的止口尺寸。過渡盤的材料通常為鑄鐵。各種車床主軸前端的結(jié)