機床夾具設計

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機床夾具設計 夾具設計一般是在零件的機械加工工藝制定之后，按照某一工序的具體要求進行的。 夾具設計質量的高低應以能穩(wěn)定地保證工件的加工精度，達到加工的生產效率要求，成本低，排屑方便，操作安全省力和制造維護容易等為衡量指標。 1、 機床夾具設計的基本要求 一個優(yōu)良的機床夾具，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鍵在于正確地選定定位基準、定位方法、定位元件以及夾緊裝置，確定合適的夾具尺寸、公差和計數(shù)要求，并進行必要的夾具精度分析。同時還要注意夾具中其他零部件的結構對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 專用夾具應盡可能地采用標準元件和標準結構，力求結構簡單，制造容易，便于裝配、檢驗和維修。當夾具最終精度由調整或修配保證時，夾具上應設置適當?shù)恼{整間隙和可修磨的墊片等調整或修配結構。 3、 達到加工的生產效率要求 專用夾具的復雜程度應與生產批量相適應，應根據(jù)工件生產批量的大小選用不同復雜程度的快速高效裝夾機構，以縮短輔助生產時間，提高生產效率。 4、 使用性能好 專用夾具的操作應簡便、省力、安全可靠。應盡可能采用氣動、液壓等快速高效夾緊裝置，以減輕操作者的勞動強度。 夾具的操作位置應符合操作工人的操作習慣。 專用夾具應排屑方便，必要時應設置排屑結構，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、 經濟性好 除考慮專用夾具本身結構簡單、標準化 程度高、成本低廉外，還應根據(jù)生產批量對夾具進行必要的經濟分析，以提高夾具在生產中的經濟效益。 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)一關系。 2、 機床夾具設計的一般步驟 1、明確設計要求，收集和研究有關資料 工藝人員在編制零件的工藝規(guī)程時，提出了相應的夾具設計任務書，對其中的定位基準、夾緊方案及有關要求作出說明。夾具設計人員則應根據(jù)夾具設計任務書進行夾具的結構設計。為了使所設計的夾具能夠滿足上述要求，設計前要認真收集和研究如下有關資料。 （1） 生產批量 夾具結構的合理性及經濟性與生產批量有著密切的關系。 大批量生產多采用氣動、液壓或其他機動夾具，其自動化程度高，同時夾緊的工件數(shù)量多，結構也比較復雜。 單件小批生產時，宜采用結構簡單、成本低廉的手動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計的重要資料之一，它給出了工件的結構形狀、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、已加工表面、待加工表面和工序加工精度要求等，它是設計夾具的主要依據(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床的主要技術參數(shù)、性能、規(guī)格和精度，所使用的量具的精度等級，刀具和輔助工具等的型號、規(guī)格，還表面了該工序的加工余量、切屑用量、工步安排、工時定額及同時加工的工件數(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床部分結構尺寸的主要依據(jù)。 （4） 夾具典型結構及有關標準 準備好設計夾具用的各種標準、工藝規(guī)定、典型夾具圖冊和有關夾具的設計知道資料等。了解本企業(yè)制造和使用夾具的生產條件與技術現(xiàn)狀、收集國內外有關設計、制造同類型夾具的資料，以便使所設計的夾具能夠適合本廠實際，吸取其中先進而又能結合本企業(yè)實際情況的合理部分。 2、擬定夾具的結構方案，繪制夾具結構方案草圖 在廣泛收集和研究有關資料的基礎上，著手擬定夾具的結構方案，主要包括： （1） 確定夾具類型 各類機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、翻轉式和蓋板式等。應根據(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，是否應提出修改意見或提出新的方案，并在與有關工藝人員協(xié)商后確定。 工件的定位方案確定后，根據(jù)定位基準面的形狀，選取相應的定位元件，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、支承板和可調支承等；用于內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計夾緊機構，計算所需的夾緊力 夾緊機構應保證工件夾緊可靠、安全，不破壞工件的定位及夾壓表面的精度和粗糙度。同時，夾緊裝置的復雜程度應與工件的生產類型相適應。 在大批生產中，既要解決工件的質量問題，又要解決工件的產量問題。因此，應盡量采用省力、高效的夾緊裝置。 在小批量生產中，采用夾具的目的主要是保證加工質量和擴大機床的工藝性能，因此對夾緊裝置的要求主要是加工質量，而效率問題則次之。 必要時，還應進行夾緊力的估算。 （4） 確定刀具的導向方式或對刀裝置 對刀精度、導向精度取決于對刀元件、導向元件的位置精度，可通過計算得到。 對于鉆床夾具應正確地選擇鉆套的類型和結構尺寸； 對于銑床夾具應合理地設置對刀裝置； 鏜床夾具則應合理地選擇鏜套類型和鏜模導向的布置方式。 （5） 確定其他元件或裝置的結構形式 如確定夾具在機床上的定位元件、分度夾具的分度裝置、裝卸工件的輔助裝置等。應盡量采用通用標準元件和機構，以縮短夾具的設計周期、制造周期和提高夾具的標準化程度。只有在標準元件和機構不能滿足要求時才自行設計。 （6） 協(xié)調各元件、裝置的布局，確定夾具體的總體結構和尺寸 夾具上的各種裝置和元件通過夾具體連接成一個整體，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床的連接。 在確定夾具結構方案的過程中，工件定位、夾緊、對刀和夾具在機床定位等各部分的結構以及總體布局都會有幾種不同的方案可供選擇，因而，都應畫出草圖并通過必要的計算（如定位誤差及夾緊力計算等）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）繪制夾具裝配圖應遵循國家制圖標準，繪圖比例應盡量取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符合國家制圖標準，在能清楚表達夾具內部結構、各元件內部和各元件裝置位置關系的情況下，視圖的數(shù)目應盡量少。 （2） 夾具裝配圖的主視圖應取操作者實際工作時的位置，以便于夾具裝配及使用時參考。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立，不相干涉，其外輪廓以雙點畫線表示。 （3） 繪制裝配圖的順序是先用雙點畫線繪出工件輪廓外形和主要表面的幾個視圖，并用網(wǎng)紋線表示出加工余量。圍繞工件的幾個視圖依次繪出定位元件、夾緊機構、對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，還應畫出零件明細欄和標題欄，寫明夾具名稱及零件明細欄上所規(guī)定的內容。 4、夾具裝配圖上有關尺寸、公差及技術要求的標注 （1）夾具裝配圖上應標注的尺寸。 1）夾具的外輪廓尺寸。一般指夾具的最大外形輪廓尺寸。 當夾具上有可動部分時，應包括可動部分處于極限位置時所占的空間尺寸。 標出夾具最大外形輪廓尺寸，就能知道夾具在空間實際所占的位置和可能活動的范圍，以便能夠發(fā)現(xiàn)夾具是否會與機床、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，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。用來確定夾具上對刀、導向元件位置的尺寸。 對于銑、刨床夾具，是指對刀元件與定位元件的位置尺寸； 對于鉆、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、鏜套與刀具導向部分的配合尺寸等。 4）夾具內部的配合尺寸等。它們與工件、機床和刀具無關，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）夾具與機床的聯(lián)系尺寸。用于確定夾具在機床上正確位置的尺寸。 對于車、磨床夾具，主要是指夾具與主軸端的配合尺寸； 對于銑、刨床夾具，則是指夾具上的定向鍵與機床工作臺上的T形槽的配合尺寸。 標注尺寸時，常以夾具上的定位元件作為相互位置尺寸的基準。 （2） 夾具公差的確定 為滿足加工精度要求，夾具本身應有較高的精度。由于目前分析計算方法不夠完善，因此，對夾具的有關公差仍按經驗來確定。如生產規(guī)模較大，要求夾具具有一定壽命時，夾具有關公差可取得小些；對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?。? 1） 一般情況下，夾具的尺寸公差取工件相應尺寸公差的1/3~1/5； 2） 夾具的相互位置公差取工件相應的相互位置公差的1/3/~1/5； 3） 當加工未注公差時，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，查相應形位公差對應的表格確定。 注意：夾具有關公差均應在工件公差帶的中間位置，即不管工件偏差對稱與否，都要將其化為雙向對稱偏差，然后取其值的1/3~1/5以確定夾具上有關的基本尺寸和公差。 （3） 夾具裝配圖上應標注的技術條件 夾具的安裝基面、定向鍵側面以及與其向垂直的平面是夾具的安裝基準，也是夾具的測量基準，因而，應該以此作為夾具的精度控制基準來標注技術條件。在夾具總圖上應標注的技術條件（位置精度要求）有如下幾個方面： 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） 定位元件與導向元件間的位置要求。 5） 夾具在機床上安裝時的位置精度要求。 上述技術條件是保證工件相應的加工要求所必需的，其數(shù)值應取工件相應技術要求所規(guī)定數(shù)值的1/3~1/5。當工件沒注明要求時，夾具上的那些主要元件間的位置公差可以按經驗取為（100：0.02）~（100：0.05）mm或在全長上不大于0.03~0.05mm。 5、 夾具精度校核 在夾具設計中，當結構方案擬定之后，應該對夾具的方案進行精度分析和估算。在夾具總圖設計完成后，還應該根據(jù)夾具有關元件的配合性質及技術要求再進行一次復核。這是確保產品加工質量而必須進行的誤差分析。 6、 繪制夾具零件工作圖 夾具裝配圖繪制完畢后，對夾具上的非標準件要繪制零件工作圖。繪制夾具零件圖樣時，除應符合制圖標準外，其尺寸、位置精度應與裝配圖上的相應要求相適應。同時，還應考慮為保證總裝精度而作必要的說明，如指明在裝配時需補充加工等有關說明。零件的結構、尺寸應盡可能標準化和規(guī)格化，以減少品種規(guī)格。 在夾具設計圖紙全部繪制完畢后，還有待于精心制造、時間和使用來驗證設計的科學性。經試用后，有時還可能要對原設計作必要的修改，因此，要獲得一項完善的優(yōu)秀的夾具設計，設計人員通常應參與夾具的制造、裝配、鑒定和使用的全過程。 7、 編寫說明書 說明書應概括地介紹設計全貌，對設計中的各部分內容應作重點說明、分析論證及必要的計算。要求系統(tǒng)性好、條理清楚、圖文并茂，充分表達自己的見解，避免抄書。文內公式、圖表和數(shù)據(jù)等出處應在參考文獻中注明。 說明書要求語言簡練、文字通順、圖例清晰。 說明書包括的內容有： 1） 目錄 2） 設計任務書 3） 總論或前言 4） 定位夾緊方案分析與論證 5） 刀具的導向方式或對刀裝置設計 6） 夾具精度校核 7） 夾具總體結構分析及夾具的使用說明 8） 設計心得體會 9） 參考文獻