镗床夹具的毕业设计

镗床夹具的毕业设计 镗床夹具设计 摘要] 镗床发展的水平之高主要表现在产品设计理念的不断更新～体现了产品设计[ 将装饰艺术与精细加工的完美结合,产品结构的不断创新～显示了镗床在向高速、高精、高效发展的同时～还向人性化、精细化制造的方向发展～而镗床夹具的发展也是齐头并进～毫不逊色。本论文通过对镗床的加工 方法 快递客服问题件处理详细方法山木方法pdf计算方法pdf华与华方法下载八字理论方法下载 ～工作原理的研究分析～选定了箱体零件设计了一个镗床夹具～并给出了结构 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 。该夹具设计有对刀装置。既能够实现工件的准确装夹～还可以准确对刀。夹紧方式采用了液压夹紧。夹紧快速简洁～夹紧力的控制和装夹定位准确～通过对刀装置的准确对刀～最终保证了工件的加工精度。 [关键词]镗床 夹具 对刀 箱体 Jigs for Boring Machine Design Abstract: 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 目 录 序 言 ........................................................................................................ 1 1 绪论 ...................................................................................................... 3 1.1镗床的起源、功能及基本特点 ............................................................... 3 1.2镗床的分类 .............................................................................................. 4 1.3镗床的发展趋势 ...................................................................................... 4 1.4本课题的研究目标，内容及意义 ........................................................... 6 1.4.1本课题的研究目标 ........................................................................... 6 1.4.2本课题的研究内容 ........................................................................... 6 1.4.3本课题的研究意义 ........................................................................... 7 2 夹具设计及其概论 ................................................................................ 8 2.1概论 ......................................................................................................... 8 2.2夹具发展简史 .......................................................................................... 8 2.2.1夹具发展简史及其分类 ................................................................... 8 2.2.2夹具的基本功能描述 ....................................................................... 9 2.3工件的装夹方式 .................................................................................... 10 2.4夹具的组成及夹具体的设计................................................................. 11 2.4.1夹具的组成 ..................................................................................... 11 2.4.2夹具体的设计 ................................................................................. 12 2.4.3 其它装置或元件 ............................................................................ 14 2. 5夹具设计中的定位 .............................................................................. 15 2.5.1定位基准选取 ................................................................................. 15 2.5.2工件在空间自由度的分析 .............................................................. 16 2.5.3工件定位方式的确定 ..................................................................... 17 2.5.4现有定位规划方法介绍 ................................................................. 18 2.6夹具中夹紧方式的设计 ........................................................................ 19 2.6.1夹紧设计的基本要求 ..................................................................... 20 2.6.2夹紧力方向、位置和大小的确定 .................................................. 21 2.7现有组合夹具夹紧规划方法介绍 ......................................................... 24 2.7.1确定工件的夹紧区域 ..................................................................... 24 I 2.7.2确定与可行夹紧区域对应的安装固定区域 .................................. 24 2.8夹具的定位误差分析及夹紧力的计算 ................................................. 25 2.8.1定位销高度的计算 ......................................................................... 25 2.8.2定位误差计算 ................................................................................. 26 2.8.3工件以一面及两圆孔定位的夹紧力计算 ...................................... 27 2.8.4液压-压板组合夹紧计算................................................................ 28 2.9小结 ....................................................................................................... 29 3 夹具中对刀的设计 ............................................................................ 30 3.1对刀概述 ................................................................................................ 30 3.2工件与主轴的同轴找正. ...................................................................... 30 3.3对刀 ....................................................................................................... 31 3.4对刀误差的确定 .................................................................................... 33 4 液压系统的设计 ................................................................................ 34 4.1液压传动技术的发展概况 .................................................................... 34 4.3 液压系统中执行元件的选择 ................................................................ 36 4.3.1液压缸的类型和特点 ..................................................................... 36 4.4本课题选用液压缸的计算 .................................................................... 38 4.4.1液压缸的组成 ................................................................................. 38 4.4.2液压缸的计算 ................................................................................. 38 4.5液压系统的控制及动力源 .................................................................... 39 5 夹具的装配 .......................................................................................... 41 5.1概述 ....................................................................................................... 41 5.1.1机器装配的基本概念 ..................................................................... 41 5.1.2装配精度 ......................................................................................... 41 5.2 装配尺寸链 ........................................................................................... 42 5.2.1装配尺寸链的基本概念 ................................................................. 42 5.2.2装配尺寸链的查找方法 ................................................................. 42 5.2.3装配尺寸链的计算方法 ................................................................. 43 5.3保证装配精度的方法 ............................................................................ 43 5.3.1完全互换法 ..................................................................................... 43 II 5.3.2选择装配法 ..................................................................................... 44 5.3.3修配法 ............................................................................................. 44 5.3.4调节法(调整法) ............................................................................. 45 5.4 装配工艺规程的制定 ............................................................................ 46 5.4.1制定装配工艺规程的基本原则及原始资料 .................................. 46 5.4.2制定装配工艺过程的步骤 .............................................................. 46 5.4.3装配元件系统图 ............................................................................. 47 5.5本装置的装配要求 ................................................................................ 47 致谢 .......................................................................................................... 48 参考文献 ...................................................................................................... 49 III 序 言 随着科技的迅速发展，镗床发展的水平之高主要表现在产品设计理念的不断更新，体现了产品设计将装饰艺术与精细加工的完美结合;产品结构的不断创新，显示了镗床在向高速、高精、高效发展的同时，还向人性化、精细化制造的方向发展。 镗床技术发展的同时，镗床夹具也在迅速的直追而上，因为他们是相辅相成的。夹具是机械加工不可缺少的部件，在机床技术向高速、高效、精密、复合、智能、环保方向发展的带动下，夹具技术正朝着高精、高效、模块、组合、通用、经济方向发展。 一、高精 随着机床加工精度的提高，为了降低定位误差，提高加工精度，对夹具的制造精度要求更高。高精度夹具的定位孔距精度高达?5μm，夹具支承面的垂直度达到0.01mm/300mm，平行度高达0.01mm/500mm。德国demmeler(戴美乐)公司制造的4m长、2m宽的孔系列组合焊接夹具平台，其等高误差为?0.03mm;精密平口钳的平行度和垂直度在5μm以内;夹具重复安装的定位精度高达?5μm;瑞士EROWA柔性夹具的重复定位精度高达2,5μm。机床夹具的精度已提高到微米级，世界知名的夹具制造公司都是精密机械制造企业。诚然，为了适应不同行业的需求和经济性，夹具有不同的型号，以及不同档次的精度 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 供选择。 二、高效 为了提高机床的生产效率，双面、四面和多件装夹的夹具产品越来越多。为了减少工件的安装时间，各种自动定心夹紧、精密平口钳、杠杆夹紧、凸轮夹紧、气动和液压夹紧等，快速夹紧功能部件不断地推陈出新。新型的电控永磁夹具，加紧和松开工件只用1,2秒，夹具结构简化，为机床进行多工位、多面和多件加工创造了条件。为了缩短在机床上安装与调整夹具的时间，瑞典3R夹具仅用1分钟，即可完成线切割机床夹具的安装与校正。采用美国Jergens(杰金斯)公司的球锁装夹系统，1分钟内就能将夹具定位和锁紧在机床工作台上，球锁装夹系统用于柔性生产线上更换夹具，起到缩短停机时间，提高生产效率的作用。 三、模块、组合 夹具元件模块化是实现组合化的基础。利用模块化设计的系列化、标准化夹具元件，快速组装成各种夹具，已成为夹具技术开发的基点。省工、省时，节材、节能，体现在各种先进夹具系统的创新之中。模块化设计为夹具的计算机辅助设计与组装打下基 第1页 共49页 础，应用CAD技术，可建立元件库、典型夹具库、标准和用户使用档案库，进行夹具优化设计，为用户三维实体组装夹具。模拟仿真刀具的切削过程，既能为用户提供正确、合理的夹具与元件配套方案，又能积累使用经验，了解市场需求，不断地改进和完善夹具系统。组合夹具分会与华中科技大学合作，正在着手创建夹具专业技术网站，为夹具行业提供信息交流、夹具产品咨询与开发的公共平台，争取实现夹具设计与服务的通用化、远程信息化和经营电子商务化。 四、通用、经济 夹具的通用性直接影响其经济性。采用模块、组合式的夹具系统，一次性投资比较大，只有夹具系统的可重组性、可重构性及可扩展性功能强，应用范围广，通用性好，夹具利用率高，收回投资快，才能体现出经济性好。德国demmeler(戴美乐)公司的孔系列组合焊接夹具，仅用品种、规格很少的配套元件，即能组装成多种多样的焊接夹具。元件的功能强，使得夹具的通用性好，元件少而精，配套的费用低，经济实用才有推广应用的价值。 第2页 共49页 1 绪论 1.1镗床的起源、功能及基本特点 17世纪，由于军事上的需要，大炮制造业的发展十分迅速，如何制造出大炮的炮筒成了人们亟需解决的一大难题。 世界上第一台真正的镗床是1775年由威尔金森发明的。其实，确切地说，威尔金森的镗床是一种能够精密地加工大炮的钻孔机，它是一种空心圆筒形镗杆，两端都安装在轴承上。 1775年，47岁的威尔金森在他父亲的工厂里经过不断努力，终于制造出了这种能以罕见的精度钻大炮炮筒的新机器。有意思的是，1808年威尔金森去世以后，他就葬在自己设计的铸铁棺内。 1802年，瓦特也在书中谈到了威尔金森的这项发明，并在他的索霍铁工厂里进行仿制。以后，瓦特在制造蒸汽机的汽缸和活塞时，也应用了威尔金森这架神奇的机器。原来，对活塞来说，可以在外面一边量着尺寸，一边进行切削，但对汽缸就不那么简单了，非用镗床不可。当时，瓦特就是利用水轮使金属圆筒旋转，让中心固定的刀具向前推进，用以切削圆筒内部，结果，直径75英寸的汽缸，误差还不到一个硬币的厚度，这在当对是很先进的了。 在以后的几十年间，人们对威尔金森的镗床作了许多改进。1885年，英国的赫顿制造了工作台升降式镗床，这已成为了现代镗床的雏型。经过一百多年的发展，镗床发展的水平之高主要表现在产品设计理念的不断更新，体现了产品设计将装饰艺术与精细加工的完美结合;产品结构的不断创新，显示了镗床在向高速、高精、高效发展的同时，还向人性化、精细化制造的方向发展。 镗床主要是用镗刀在工件上镗孔的机床，通常，镗刀旋转为主运动，镗刀或工件为进给运动。它的加工精度和表面质量要高于钻床。镗床是大型箱体零件加工的主要设备。镗床的功能是十分强大的，它是车床和铣床的综合体，不但可以进行镗孔加工还可以进行车削和铣削加工。 镗削是把工件上的预制孔扩大至具有一定的孔径、并提高孔形精度和表面光洁度的加工过程。镗孔的质量是镗床性能好坏的重要标志。镗床的镗孔精度一般可达IT7，对 第3页 共49页 于精度要求更高的孔，可用高精度的金刚镗、坐标镗或专用镗床进行细精镗，以获得更高的孔形精度和孔距精度。 根据机床、刀具和工件的相对位置以及成形原理，镗削具有以下基本特点: 1)镗削表面的运动轨迹是由镗床主轴上的镗刀作回转运动来实现的。它与钻削加工相似。 2)镗削时，由于刀具装在刀杆上伸入内孔进行切削，因此，镗刀是在半封闭状态下工作的。 3)镗削加工时，把工件装夹在工作台上，有镗杆作纵向、垂直移动或工作台纵、横向移动来实现对工件的进给运动。 4)镗削时，由于刀具后刀面和内孔表面摩擦较大和镗杆悬臂外伸，因此镗刀的切削条件较差，且一起振动。 1.2镗床的分类 加工特点:加工过程中工件不动，让刀具移动，将刀具中心对正孔中心，并使刀具转动(主运动)。 1) 卧式镗床是镗床中应用最广泛的一种。它主要是孔加工，镗孔精度可达IT7，表面粗糙度Ra值为1.6-0.8um.卧式镗床的主参数为主轴直径。 2) 坐标镗床是高精度机床的一种。它的结构特点是有坐标位置的精密测量装置。坐标镗床可分为单柱式坐标镗床、双柱式坐标镗床和卧式坐标镗床。 单柱式坐标镗床:主轴带动刀具作旋转主运动，主轴套筒沿轴向作进给运动。特点:结构简单，操作方便，特别适宜加工板状零件的精密孔，但它的刚性较差，所以这种结构只适用于中小型坐标镗床。 双柱式坐标镗床:主轴上安装刀具作主运动，工件安装在工作台上随工作台沿床身导轨作纵向直线移动。它的刚性较好，目前大型坐标镗床都采用这种结构。双柱式坐标镗床的主参数为工作台面宽度。 卧式坐标镗床:工作台能在水平面内做旋转运动，进给运动可以由工作台纵向移动或主轴轴向移动来实现。它的加工精度较高。 3)金刚镗床:特点是以很小的进给量和很高的切削速度进行加工，因而加工的工件具有较高的尺寸精度(IT6)，表面粗糙度可达到0.2微米。 1.3镗床的发展趋势 镗床技术发展呈现新的特点，在提高进给速度和快速移动速度的同时，又出现了提高加速度这一新的概念，提高起动加速度，以提高速度挖掘镗床的潜力。因此，镗铣床采用电主轴也就成为新的追求。并且有出现立柱采用斜面概念的设计，刚性极高，具有卧式主轴和电主轴可交换使用的功能，具有“一机两用”之功效的镗床等等。纵观镗床 第4页 共49页 的发展过程，其发展趋势大致为: 1) 高速高精高效的数字化镗床 由提高主轴转速后能够降低工件对刀具的切削力的理论的提出，出现了提高加速度这一新的概念，这样电主轴就成为新的追求。目前世界一流的电主轴，功率达到80kW， 2其X、Y、Z轴的移动速度高达50m/min，加速度9.8m/s。为了转速高达30000r/min。 满足汽车发动机缸体缸盖及航天航空、高新技术、仪器、仪表、电子信息和生物工程、轻金属材料零件和精密零件加工需求，高精度镗床的发展更是突飞猛进。位置精度达到0.008,0.01mm，重复定位精度0.004,0.005mm。 重型、超重型的大型镗床 2) 为了满足能源、航天航空、军工、舰船主机制造、重型机械制造、大型模具加工、汽轮机缸体、大型发电、输变电设备、大型石油化工和煤化工装置、矿山采掘设备、成套轧钢设备、大型海洋船舶、高速列车、大端面岩石掘进机为代表的工程机械、民用航空飞机及发动机等零件加工的需要。重型、超重型的镗床加工能力显得越来越重要。这类镗床不但在精度和刚度方面要求高，而且对床子的综合性能方面提出了更高的要求。我国的机床技术指标、加工精度、可靠性和先进性在国际竞争中处于下风是不争的事实。我国的西部大开发也正在进行之中，基础设施建设十分重要，像一些大型的水力发电机组的建设等，这给重型镗铣床的发展带来了很大的锲机。迎合这个发展机遇重型镗铣床设备的发展将走出一条新的大道。 3) 主流产品和各类产品共存 传统制造业的发挥依托先进制造业的发展而变化，同时势必影响着数控机床行业的变化。由于国内行业繁多，并且各类行业所需生产方式不同，对镗床的加工要求也就存在不同的方式，所以各类床子的生产就必须同时进行。在我国，从地域发展分析，由于近几年中国经济飞速发展，带动了一系列相关事物的变化，尤其是我国东部产业的升级、东北等老工业基地的振兴和中西部的开发加快步伐，并且多数是重型制造行业要求大型的镗床装备。在我国中南，东南部，大都是一些轻工业和精工业的部门，相对与中小型装备需求较多。国内市场;经济全球化，国际发展期资本和产业向中国的转移、国际技术和人才的交流、中国国际贸易的强劲发展等，更为我国镗床产业的综合发展提供了外部环境，使我们处于难得的战略，走一条依存互补、相辅相成、共同发展的道路。 第5页 共49页 1.4本课题的研究目标，内容及意义 1.4.1本课题的研究目标 结合国内镗床夹具的各方面的现状和不足，由于加工精度和加工效率的提高，目前的普通镗床的夹具在装夹工件和夹紧工件十分麻烦，尤其在工件的定位，对刀方面，如果遇到体积大、吨位重的大型工件时，定位，夹紧，对刀是十分困难的。这样不但装夹、对刀时间长，而且加工精度不能够保证。为了解决这个问题，我们设计了主要针对于加工大型或超大型工件的重型镗床和普通卧式镗床的夹具装置，主要为了缩短定位，夹紧，对刀时间，提高加工精度和大型镗床的加工效率，减少加工成本，最终使达到资源的优化利用。 1.4.2本课题的研究内容 镗铣床适用于机械加工车间对单件或小批量生产的零件进行平面铣削和孔系加工，能精确镗削尺寸较大的孔和平面。此外还可进行钻、铰孔及螺纹加工。 本课题研究的内容:镗床工作台的工作原理的了解、镗床夹具的设计、镗床结构的分析、了解镗床传动机构、同轴度的调整、对刀调刀等问题。 1) 了解工作台的运动原理，确定定为基准以及对刀基准。 2) 镗床夹具方面，主要研究定位元件，夹紧装置，对刀，引导元件，安装装置和 夹具体等。选择合适的零件设计一夹具来完成对刀装置的设计。 3) 镗床种类较多，但主要功能是加工各种孔。通过各种途径了解它的结构，传动 方式，加工原理和加工能力等。最终选择一个合适的镗床为例来完成课题。 4) 同轴度保证了对刀也就容易了。利用一种机械装置来完成对孔和主轴同轴这一 要求。此装置可以通过在工作台上设计一个特殊的夹具或镗模来完成。 5) 对于对刀装置的设计可以依据先摆正工件的装夹位置，然后对刀位利用对刀块 和其它的辅助装置进行调整，最终完成镗床的对刀。从而保证工件的加工精度。 6) 定位误差的分析计算，对刀误差的分析计算，液压夹紧装置的设计等等各种夹 紧力的计算。 7) 总装图的绘制。 第6页 共49页 1.4.3本课题的研究意义 由于目前国内的镗床加工要求的不断提高，对加工效率的要求越来越高，在航空航天，军工，船舶，煤炭，汽轮机缸体，大型发电机组，装备制造等行业对重型镗床的使用越来越多，这使的镗床的发展加速，对镗床的加工效率提出挑战， 本装置的设计正是迎合了这种要求，在设计中对夹具的定位精度，夹紧速度以及夹具上的对刀装置作了很大的改进，使夹具的加工精度更高。因此本课题的研究有很重要的现实意义，并且有一定的市场前景。再加之这些年来精密机械和精密测量的快速发展对本课题的研究也提供了相当多的参考资料。 第7页 共49页 2 夹具设计及其概论 2.1概论 在机械制造过程中，用来固定加工对象，使之保持正确的位置，以便接受施工或检测的装置，都可以称为夹具。在机械加工中，为了保证工件的加工精度要求，工件在机床中需要有准确的定位和可靠的夹紧。使工件相对于刀具和机床占有准确的加工位置称为工件的定位;把工件定位后压紧夹牢，以保证这个准确的位置在加工过程中不会发生改变称为工件的夹紧。工件的定位和夹紧是夹具的两个主要功能。 夹具是工艺装备的主要组成部分，在机械制造中占有重要地位。对保证工件的加工精度和加工质量，提高生产率，降低制造成本，减轻劳动强度，扩大机床使用范围，缩短产品试制周期等都具有重要意义。 夹具一般可分为专用夹具和组合夹具两种。随着市场对产品的需求不断增加，产品的更新换代速度不断加快。由于机械产品的品种繁多，要求机械产品的开发周期不断缩短，传统的大批量生产模式逐步被中小批量生产模式所取代。按单一品种设计专用夹具的方法己不能满足生产发展的要求，因此，如何缩短工艺装备的设计和制造周期，以及产品换型后能如何保证原有工装夹具延续使用已事在必行。机械制造业欲适应这种变化须具备较高的柔性，国内外已把柔性制造系统作为开发新产品的有效手段，并将其作为机械制造业的主要发展向。 2.2夹具发展简史 2.2.1夹具发展简史及其分类 早期的机床夹具，如车床的鸡心夹头和卡盘、刨床的虎钳，是和机床同时诞生和发展起来的。由于他们是与机床配套供应用户，一般也称为机床附件，是通用机床夹具的鼻祖。现代的专用夹具是伴随着大批大量生产的发展而发展出现的，特别是和汽车工业的发展密切相关。专用夹具的使用，一方面缩短了工序时间，降低了加工成本:另一方面，夹具本身的设计制造工时、材料消耗等又增加了工件的成本。因此，在何种生产条件下使用哪种类型的夹具才是经济合理的，也就是夹具的经济性，一直都是夹具结构发 第8页 共49页 展和设计的一个主要问题。 如图所示，为夹具分类框图。 图2.1夹具分类框图 专用夹具的费用分担在大批量生产的每一个工件上是极小的，所以，从事大批量生产的企业都采用专用夹具。与此同时，却带来一个严重问题— 如果零件的结构和尺寸参数一旦发生变化，相关夹具就要报废。从这个意义上说.专用夹具被认为是一种一次性使用的夹具。但是制造业中约有75%的企业从事单件小批生产。若为其单独设计制造专用夹具，在经济上就极不合理了。为解决这一问题，从20世纪40年代开始，人们就已经着手研制能够适合单件小批和成批生产的可多次重复使用的夹具，相继出现了组合夹具和各种可调整夹具。 90年代以后，快速多变的市场竞争促进制造产品的快速变化，要求制造企业对传统的夹具技术进行革新，以满足产品品种变化频繁、批量变换、交货期缩短、制造低成本与高质量的要求。它们形成了夹具发展的新动力。 2.2.2夹具的基本功能描述 夹具的功能应该满足将工件固定在机床或其他设备准确位置上的要求，所以在现代制造系统条件下一个常用的“3-2-1”定为夹具结构设计应能满足的功能要求为{}= FRS{底面定位，顶面夹紧，水平定位，水平夹紧，侧面定位，侧面夹紧}。设计者应该按照功能要求确定夹具的设计参数{}={底面定位组件，顶面夹紧组件，水平定位组件，DPS 水平夹紧组件，侧面定位组件，侧面夹紧组件}。分析与之间的关系，底面定FRDPSS 位功能的实现主要取决于底面定位组件，即=====0;顶面夹紧功能的实aaaaa1315161214 现主要取决于顶面夹紧组件即== = ==0以此类推: aaaaa2325262124 =====0， = ====0， aaaaaaaaaa31323435364345464142 =====0， =====0 。 aaaaaaaaaa51525354566162636465 第9页 共49页 因此，按照顾客需求的和设计参数之间的关系，可以得到: FRDPSS 显然 ， 是一个对角矩阵，故此它是一个非复合方案，符合独立公理的要求。夹具设计还要考虑动力源，主要是气动或者液压装置，这些装置本身大多已经标准化和通用化，可以从市场上采购到。这时应该考虑的主要问题就是这些夹具组件与其它夹具组件的接口问题。例如，应该在其它夹具组件设计时考虑它们与这些气压装置之间的空间位置关系，不同夹紧力源组件与其它夹具组件之间的接口问题，以及夹具同机床运动时刀具间相互干涉等。 2.3工件的装夹方式 工件在机床上加工时，应按照定位基准的要求，把工件安放在工作台上或夹具里使它和刀具之间保持正确的相对位置，这就是定位。定位是为了能够使工件占据正确的空间坐标位置，多次重复摆放时，都能在同样的位置。在加工过程中为了保持工件位置不变，必须把工件夹紧，以承受切削力及其他外力，这就是夹紧。夹紧是为了平衡和抵抗来自加工中的切削力，保持正确的定位位置不变。工件定位与夹紧的过程称为裝夹或安装。 工件在机床上的装夹，有三种方式: (1)直接找正裝夹 工件装到机床后，用百分表或划线盘上的划针目测校正工件位置，以保证被加工表面的位置精度，而后夹紧工件。每加工一个工件都得重复上述过程。 (2)划线找正裝夹 有些重、大、复杂工件，先在待加工处划线，然后装到机床上，按线找正定位。 (3)夹具裝夹 夹具是使工件在机床上迅速、正确裝夹的一种工艺装备。夹具与刀具间的相对位置，以在加工前预先调整好，所以一批工件加工时，不必逐个找正定位。在夹具上裝夹工件时，有工件上的定为基准与夹具定位元件的工作表面保持接触来实现工件的定位，再用夹紧装置夹紧。 第10页 共49页 2.4夹具的组成及夹具体的设计 机床夹具的种类和结构虽然繁多，但它们的组成均可概括为以下几个部分，这些组成部分既相互独立又相互联系。 2.4.1夹具的组成 1)定位元件 定位元件保证工件在夹具中处于正确的位置。如图2.2所示，钻后盖上的φ10?孔，其钻夹具如图2.4所示。夹具上的圆柱销5、菱形销9和支承板4都是定位元件，通过它们使工件在夹具中占据正确的位置。 2)夹紧装置 夹紧装置的作用是将工件压紧夹牢，保证工件在加工过程中受到外力(切削力等)作用时不离开已经占据的正确位置。 3)对刀或导向装置 对刀或导向装置用于确定刀具相对于定位元件的正确位置。如图2-4中钻套l和钻模板2组成导向装置，确定了钻头轴线相对定位元件的正确位置。铣床夹具上的对刀块和塞尺为对刀装置。 图2.2后盖零件钻径向孔的工序 4)连接元件 连接元件是确定夹具在机床上正确位置的元件。如图2.4中夹具体3的底面为安装基面，保证了钻套1的轴线垂直于钻床工作台以及圆柱销5的轴线平行于钻床工作台。因此，夹具体可兼作连接元件。车床夹具上的过渡盘、铣床夹具上的定位键都是连接元件。 第11页 共49页 5)夹具体 夹具体是夹具的基座和骨架。定位装置、夹紧机构及其它装置或元件都安装在夹具体上，使之成为一个夹具整体。 2.4.2夹具体的设计 如图2.3所示的夹具体，它是本装置设计的夹具体的零件图。夹具体是夹具的基础件。在夹具体上，要安装组成该夹具所需要的各种元件、机构、装置、并且还必须便于装卸工件，因此夹具体应该具有一定的形状尺寸。在加工过程中，夹具还要承受夹紧力、切削力、和由此产生的冲击和震动。所以，夹具体应该具有必要的强度和刚度。加工过程中所产生的切削，有一部分落在夹具体上。若夹具体上切削聚集过多，将严重影响工件可靠地定位和夹紧。为此，在夹具体的结构设计中，还应考虑便于清除切屑的要求。此外，还要考夹具体结构的工艺性，使能合理、经济、方便地设计与制造出来。 1)夹具体的毛坯结构 实际生产汇总所用夹具体的毛坯结构很多，但常见的有下列三种: (1) 铸造结构 夹具体采用铸造结构时，则具有下述优点: ?可以铸出复杂的结构形状 ?铸铁件的抗压强度大、耐振性好，因此特别使用于加工时振动大、切削负荷大的场合。 ?铸铁件易于加工，价格低廉，可降低夹具成本。但是铸造的生产周期长，而且因铸造时内应力缘故，易引起变形，从而影响夹具体精度的持久性。因此铸造夹具体必须进行时效处理。 (2) 焊接结构 与铸造相比，焊接结构的优点为: ?容易制造，生产周期短。 ?采用钢板、型材组成，结构合理，可减轻夹具重量。 根据这两个优点，焊接结构的夹具体特别适用于新产品试制或其它临时急用的场合，以缩短生产周期。此外，一些结构简单的小型夹具，采用焊接结构也十分有利。 焊接结构的主要缺点，是焊接过程中的热变形以及残余应力对夹具工作精度的不利影响。因此，应在焊完后进行退火处理。此外，焊接结构一般须增加强筋来提高刚性。具体选择夹具体毛坯结构时，必须根据夹具体本身的要求和工厂的实际生产技术情况综合考虑。一般精度要求高，结构相当复杂，加工时有较大振动的，宜选用周件结构;否则，应考虑充分利用焊接结构。 第12页 共49页 (3) 由标准毛坯件组合成夹具体毛坯，或由标准零部件组合成夹具体，为克服周件制造 周期长、单件生产成本高、经济性差的缺点，便选用标准毛坯件或标准零部件组合 成夹具体的结构。这样，不但大大缩短了夹具体的制造周期，而且可组织专业化生 产，有利于降低生产成本。为此，就必须使夹具体的结构标准化、系列化。 (4) 由于本夹具主要是加工大型工件，所以本夹具体使用的是使铸造结构，并且需要人 工时效处理。 2)夹具制造属单件生产性质，为缩短设计和制造周期，减少设计和制造经费，所以夹具体设计 ，一般不做复杂的计算，通常都是参照类似的夹具结构。按经验类比法估计确定。实际上，在绘制夹具总图时，根据工件、定位元件、夹紧装置、对刀-引导元件、以及其它辅助机构和装置在总体上的配置，夹具体的外形尺寸，便已大体确定。 为具体确定夹具体结构尺寸，特取以下数据参考选取: (1)采用铸造结构的夹具体，其壁厚一般取为8~30mm。过厚处应挖空。 (2)选用钢板和型材制作焊接结构的夹具体时，一般板厚取为6~10mm。若刚度不够。可增设加强筋。 参考以上数据，本夹具在设计中采用了加强筋来保证夹具体的刚度，加强筋的厚度为10mm，.夹具体的壁厚取为30mm左右。 (3)夹具体不加工的毛面与工件表面之间有一定的间隙，以保证工件与夹具体之间不致干涉。间隙的大小应按下述规定选取: 夹具体是毛面，工件也是毛面时，取8~15mm; 夹具体是毛面，工件是光面时，取4~10mm。 本夹具中确定取为10mm. 3)夹具体的排屑结构 为了便于排除切屑，不使积聚在定位元件工作表面上而影响工件正确定位，一般在夹具体结构设计时，可从以下两方面考虑排屑: (1) 增加容纳切屑的空间 在本夹具体上增加容屑空间，使落在定位元件上的少量切屑，可将容屑空间排除。 (2) 采用切屑自动排除结构 本夹具体上专门设计排屑用的斜面或缺口，是切屑自动由斜面处滑下而排至夹具体外。即使不能使切屑全部自动排除，也便于操作者来清除切屑。对于加工时产生大量切屑的夹具体来说，应该尽可能考虑这种排屑结构. 第13页 共49页 (a) 主视图 (b) 左视图 (c) 俯视图 图2.3夹具体零件图 2.4.3 其它装置或元件 它们是指夹具中因特殊需要而设置的装置或元件。若需加工按一定规律分布的多个表面时，常设置分度装置;为了能方便、准确地定位，常设置预定位装置;对于大型夹具，常设置吊装元件等。 第14页 共49页 图2.4后盖钻夹具 2. 5夹具设计中的定位 在机床上加工工件时，要使工件的各个被加工面的尺寸及位置精度满足工件图或工艺文件所规定的要求，就必须在切削加工前使工件在机床夹具中占有一个确定的位置，使其相对于刀具的切削运动具有正确的位置，这是定位方案设计的主要任务。 2.5.1定位基准选取 为了保证工件上各加工表面之间或对其它加工表面的位置精度，工件在机械加工时，必须安放在机床基础板的一个固定位置上。任何一个工件都是有若干个几何表面组成，这些表面之间根据工件设计的技术要求，广泛存在着距离尺寸和角度位置的要求。工艺文件中的所谓基准，就是指工件图上的某些点、线、面，可以用它来确定某些其它点、线、面的位置。根据基准的作用和性质，可以分为设计基准和工艺基准两类。设计基准通常是指工件图样上标注尺寸的起点。工艺基准又分为:工序基准、定位基准和测量基准。通常希望将设计基准和工艺基准统一，但实际上，由于制造上的困难而难以做到，这就引起了误差。定位基准的选择是否合理，将直接影响到夹具结构的复杂程度以 第15页 共49页 及工件的加工精度，因此，在选择定位基准时应进行多种方案的分析比较。选择定位基准时，应重点考虑如何减少误差，提高定精度，也要考虑安装的方便性、准确性和可靠性。一般定位基准的选择应遵循以下原则 1)应尽量选用工件上的设计基准作为定位基准，也就是“基准重合”原则，这样可避免因基准不重合而引起的基准不重合误差。 2)应尽可能选用统一的定位基准加工各个表面，以确保各表面相对基准的定位精度，这就是“基准统一”原则。采用统一的定位基准，可以避免由于基准转换引起的误差，也有利于夹具结构的简化。 3)为了获得均匀的加工余量或使加工表面间有较高的位置精度，有时可采取互为基准反复加工的原则。 4)一般精加工工序要求加工余量小而且均匀，或垂直度要求高，为了保证加工质量和提高生产率，应选择加工面本身作为定位基准。在选择定位基准时，必须综合考虑，在保证工件加工要求的前提下，尽量使夹具结构简单，工件稳定性好。 本夹具在参考了以上原则后，确定了以夹具体的上表面为定位基准，由于工件的设计基准在与夹具体安装时是重合的，只要保证安装误差定位不会出现大的问题，不会导致工件位置误差。 2.5.2工件在空间自由度的分析 忽略工件的微小变形，工件可视为一个理想的刚体。将其放在一个空间直角坐标系 .5所示，以此坐标系作为参照系来观察刚体位置和方位的变化，由刚体力学中，如图2 可知，在空间中处于自由状态的刚体，共有六种可能的运动，即沿x轴、Y轴、z轴移动，或绕x轴、y轴、z轴转动，这种移动和转动的可能性就称为自由度。因此，工件在自由 ,,,:::x,y,zx,y,z状态下共具有六个自由度。用表示沿三个坐标轴移动，用表示绕三个坐标轴转动，这六种移动或转动的变化形式是基本的变化形式，工件在空间的运动状态都可以由这6种基本变化合成得到。限制了工件的某个自由度，该工件在这个方向上的位置就确定了。因此，我们可以根据工件加工的要求，通过限制工件自由度的方法，达到工件在夹具上定位的目的。当工件的六个自由度被全部限制后，工件的位置和方位就会被唯一的确定下来。 第16页 共49页 图2.5 自由度示意图 2.5.3工件定位方式的确定 1)定位原理的介绍 基于运动学原理，夹具要限制工件的6个自由度，典型的方法就是在夹具设计中设置如图2.6所示的6个支承点。图中所示矩形工件每次都安放到与6个支承相接触，从而使一批工件中每个工件得到确定的位置，其中工件的底面A放在了3个支承上，限制了3 ,,:::z,x,yy,z个自由度()，侧平面B与2个支撑接触，限制了2个自由度()，另一侧面C与1个 ,支承点接触，限制了一个自由度()。用分布在3个相互垂直平面上的6个支承点来限制x 工件的6个自由度， 使工件在夹具中的位置完全确定，这就是著名的3-2-1六点定位原理。六点定位原理适合于任何形状的工件，如图2.6(b)为轴类工件的六点定位示意图其中轴的圆柱表面放在 ,,::y,z,y,z4个支承点上，消除了工件的4个自由度()，轴端部靠在一个支承点上消除了一 ,:个自由度(x)，轴上一端的槽正放在一个支承点上，消除了工件绕x轴转动的自由度(x)。根据工件形状的不同，所用的定位基准也不同，定位点的分布情况因而也不同。 运用六点定位原理可以分析和判断夹具中的定位结构是否正确，将工件的六个自由度完全约束或受限制的定位称为完全定位。但是，六点定位并不是指六个支承点定位，例如，假设图2.6(a)中侧面B上的两个支承点在一条垂直线上，这样绕z轴转动的自由度 ,:yz()就没有被限制，而沿y轴移动的自由度()被限制了两次。因此，在定位时，可能会出现欠定位和过定位的情况:欠定位是指工件在某一个方向上可以自由旋转或移动，六个自由度没有被完全限制;过定位是指工件上同一个或几个自由度被几个定位支承重复 第17页 共49页 限制。在一般情况下要避免欠定位和过定位的情况，但是当考虑增加结构刚度、增强工件的刚度及减振(如图2.7,增加一个辅助支承，防止工件的长臂由于受力发生断裂或产生振动)以及提高定位精度时，可以考虑采用过定位。 图2.6六点定位原理 图2.7 夹紧位置与翻转力矩问题 2)定位方式的确定 如图2.13所示，本夹具在设计中参考已有的定位原理和定位方法发，考虑到本夹具设计中的实际情况，以及在定位中过定位和欠定位对工件定位的影响，采用了一面两销的定位方式对工件进行定位，在考虑到由于孔中心距的误差可能使工件难以装夹，为此将其中的一个圆柱销变成菱形销，以适应基准孔的变化。夹具体限制了，绕x,y轴旋转的自由度，圆柱销限制了沿x,y移动的自由度,菱形销限制了绕z轴旋转的自由度,然后通过压板限制沿z轴移动的自由度。 2.5.4现有定位规划方法介绍 现有的定位规划方法大都采用了六点定位原理或者根据形封闭和力封闭规则进行定位，具有代表性的是Brost-Goldberg用来分析多边形工件的算法，Markus针对棱柱形工件提出的基于规则的组合夹具定位和夹具位置选择的一种算法以及融亦鸣通过解非线性方程组求出定位元件位置确定定位方案的分析方法等。所谓 Bros t-Goldberg算法，主要是适用于分析棱柱形工件的平面组合夹具。算法的基本假设是工件可以描述成一个简单的多边形，定位销可以看作是半径相同的圆，同时半径小于基础板孔间距的一半。夹具元件为三个定位销和一个夹紧元件，假设基础板无限大，所有接触都是无摩擦接触。 第18页 共49页 除了多边形的边界，还提出了几何可及性约束和质量 评价 LEC评价法下载LEC评价法下载评价量规免费下载学院评价表文档下载学院评价表文档下载 约束。算法的输出包括三个定位销、一个夹紧元件的位置以及工件相对于基础板的移动和旋转的位置。算法描述如下: 1) 棱柱形工件和几何可及性约束通过对工件进行边界扩展来实现，扩展的距离为定位销 的半径 ，从而将定位销简化为一个理想的点。 通过工件相对于基础板的旋转和移动，枚举出三个定位销所有可能的位置， 得2) 到所有 的候选定位方案，根据每一种候选定位方案确定夹紧元件可能的夹紧位置 。 3> 从所有候选定位方案种剔除可能带来问题的方案，例如干涉等，然后对剩余的定位方 案根据定位质量评价指标进行评价。在工件相对于基础板旋转和移动的过程中来确定基础板上的三个定位销的位置，需要一套较复杂的算法。首先要确定第一、第二定位销的位置，然后枚举出第三个定位销所有可能的位置。在对力域的约束分析的基础上，可以枚举出夹紧元件所有可能的位置。之所以称这种算法为组合夹具设计的完备算法，是因为它能针对一个特定的棱柱形工件产生所有的定位方案。但是，这种方法还存在以下局限性。 1) 仅考虑了工件为一般多边形时的定位情况，没有考虑工件侧定位面为曲面的情况 。 而 在实际生产过程中，侧定位面为圆柱面或圆弧面的情况很多。 2) 算法只考虑了具有统一半径的定位销，而在实际组合夹具设计中，还有其它类型的定位销或其它定位元件(如V形块、半V形块等)可以广泛应用 。 3) 算法只考虑了二维工件的定位，在实践中，它只能适用于高度很小的棱柱形工件 ，三维工件的夹具设计仍需进一步探讨。 4) 未能考虑夹具设计过程中所需的一些标准，如定位公差、可及性分析以及其它的加工条件 。 5) 夹紧元件位置规划中没有考虑摩擦力。 由于本夹具设计主要针对大型的工件，而且在定位中选择了限制六自由度的一面两销定位方式，为了防止过定位和欠定位的影响，加之夹紧采用了液压夹紧，所以本夹具的定位采用的是六点定位原理。 2.6夹具中夹紧方式的设计 本装置在设计中考虑到在精确定位后，工件不能任意的旋转和移动。但是在实际加工过程中，还必须确保工件在受力的情况下，仍然保持原来的位置。因此，夹紧和夹紧装置的主要任务是保持工件的精确定位位置，在自身重力、切削力、惯性力和离心力等外力作用下，不发生位移偏转，确保加工质量和生产安全。 第19页 共49页 在生产实践中, 尽管定位方式是合理的, 但由于夹紧状态不良(即夹紧力的大小、方向、作用点和支承的位置选择不当) 可能出现如下问题: ?加工件飞出夹具, 打坏刀具, 造成安全事故; ?加工出来的位置尺寸不准确; ?加工表面产生形位公差(如不平度、不垂直度) ; ?加工表面粗糙度高等。因此, 当加工件正确定位后, 还需要获得良 叫做正确的夹紧。 好的夹紧状态。使加工件获得良好的夹紧状态的措施, 工件的正确夹紧原则 (1) 在夹紧过程中, 如何克服重力的影响, 把加工件压回正确位置, 是正确夹紧原则之一。所以在考虑定位方案及设置定位支承时, 应尽可能使支承反力与重力不构成力偶, 使加工件重心位于支承范围内。 (2) 在夹紧过程中, 如何使已获得正确定位的加工件不脱离正确位置, 是正确夹紧原则之二。所以, 在制定夹紧方案时, 应尽可能避免夹紧力与支承反力构成力偶。 (3) 在夹紧过程中, 如何使加工件不产生超出允许范围的变形, 是正确夹紧原则之三。所以在制定夹紧方案时, 对于刚性较差的加工件, 应尽可能避免产生或应尽可能减小由夹紧力产生的弯曲力矩。 (4) 在切削过程中, 如何避免加工件发生不能允许的振动, 是正确夹紧原则之四。所以, 在制定夹紧方案时, 对于刚性较差的加工件, 应尽可能避免产生或应尽可能减小由切削力产生并作用于加工件上的弯曲力矩。 是正确夹紧原则之五。所以, 在制定夹紧(5) 如何使平衡切削力所需要的夹紧力最小, 方案时, 切削力最好由支承反力平衡, 而尽可能避免用夹紧力及由夹紧力产生的摩擦力平衡。 2.6.1夹紧设计的基本要求 工件加工过程中受到切削力、惯性力、离心力等各种力的作用，为了保证工件能可靠的固定在工作平台上，除对工件定位外，还必须将其夹紧。夹紧机构组装正确与否，不仅影响工件的加工精度，而且也影响加工效率、安全和劳动强度的改善。因此，对夹具中夹紧机构的基本要求是 : 1) 夹紧必须保证加工质量，夹紧后不能破坏工件在夹具中的正确定位。 2) 夹紧力的大小要适当，既要防止因夹紧力不足工件在加工过程中产生移动 、转动或发生 振动，又要避免夹紧力过大以致工件产生变形，压坏工件表面或损坏组合夹具元件。 3) 夹紧机构要操作方便，节省操作工人的劳动力，提高劳动生产率。夹紧机构不能妨碍工件的装卸，并保证装卸方便，夹紧操作时不应碰到工件、刀具或机床上相关部 第20页 共49页 分。 4) 夹紧结构的复杂程度和自动化程度应与工件的产量和批量相适应。 2.6.2夹紧力方向、位置和大小的确定 夹紧就是意味着力的作用，力有三要素，即:力的方向、力的大小和作用点(夹紧位置)。为了正确的确定夹紧力的方向、大小和作用点，就需要根据工件的定位方法、工件的几何形状以及工件的刚度等，具体的分析各种力(切削力、重力、支承力、摩擦力和夹紧力)共同作用在工件上时，对受力平衡最为有利、对工件变形影响最小等来确定夹紧力的方向、大小和作用点(夹紧位置)。设计 夹 具 夹紧机构，首先要确定夹紧力的位置、方向以及所施夹紧力的大小，然后再进一步确定安装夹紧装置的位置。 1)夹紧力的方向 在实际生产中，工件的安装方式各种各样，但对夹紧力作用方向的基本要求是一致的，在选择夹紧力方向时，应考虑以下问题: a. 夹紧力的作用方向应不破坏工件定位的准确性和可靠性。为保证安装的正确可靠，保证工件定位的准确性和可靠性，夹紧力的方向应该朝向对工件精度影响最大的定位面(主定位面)，以保证定位的可靠。如图2.8所，当夹紧力F1作用于工件时，工件定位基准与定位面接触面积较大，使夹紧稳定，但如果在夹紧力F2作用下，工件可能离开主基准面，使加工精度降低，因此夹紧力的选择应该朝向影响定位精度最大的定位面。 图2.8夹紧力的方向选择可能出现的问题 b. 夹紧力方向应使工件不会产生超出许可范围内的变形。为了减少工件产生超出许可范围内变形的可能，夹紧力方向应当选择垂直于主要定位元件与工件接触面积较大的那个表面。因为夹紧力一定时，接触面积越大，单位压力就越小，因而变形也越小。另外，还应选择工件刚度最大的方向，以减少工件的形变量。在加工薄壁工件时，更要注意避免工件的形变，一般选择在工件刚度和厚度较大的方向上夹紧。 c. 夹紧力方向的确定，应使所需的夹紧力尽可能的小。在加工过程中，工件受到切削力P、重力G等的作用，有时还有离心力和惯性力的作用，这些力均由夹紧力Q来平 第21页 共49页 衡。在保证夹紧力可靠的条件下，减小所需的夹紧力可以减轻工人的劳动强度，减小工件的变形程度，简化夹紧机构。如图2.9(a)夹紧力Q的方向与切削力P、重力G的方向一致，夹紧力不是用来平衡P和G的，而是为了确保安全可靠，只需稍加夹紧力就够了，故所需夹紧力最小;图(b)中切削力P和重力G都与夹紧力Q方向相反，故需要较大的夹紧力 P与主要定位表面平行，如果忽略重力G，则应使Q产生的摩擦力能克服切削力Q:图(c)中 P产生的移动，故所需夹紧力也比较大; 图2.9 夹紧力方向与大小的关系 图(d)是定位表面在垂直方向的情况，此时需要一定大小的摩擦力来平衡切削力和重力，故所需的夹紧力Q很大。在选择夹紧力方向时，能完全满足以上要求的情况，实际上并不多见，在设计夹具时，只能按主要因素来考虑夹紧力的方向。 2)夹紧力的位置 夹紧位置是指夹紧件与工件接触的位置。选择夹紧位置的问题是在夹紧力方向已确定的情况下，再确定夹紧位置和数目。确定夹紧位置应注意以下几点: a. 夹紧力的作用点应不破坏工件的定位 夹紧位置要保证工件定位正确不变，即夹紧力的合力应该落在定位基准与定位支承表面接触面积(等效受力面)的范围内。 b. 夹紧位置应选择工件刚度和厚度最好的位置 夹紧方向正确，但夹紧位置刚度差，或者夹紧方向正确，但夹紧位置厚度太薄，都会造成工件的夹紧变形量很大，这样的夹紧位置选择并不合适。如图2.10所示，(a)图夹紧方向正确，但夹紧点位置刚度差，工件夹紧变形量大，一般不适合用作夹紧;(b)图作用点作用在工件刚度较好的位置，夹紧工件稳定并且变形小，所以一般选择(b)图夹紧方式。 本装置的夹紧选择的是图(b)中的夹紧方式，这种夹紧方式将力集中在工件和夹具体相接触的位置，这个位置强度高，不会由于夹紧力过大而造成工件的变形。 第22页 共49页 图2.10夹紧力位置选择预受力变形问题 c. 夹紧位置应避免对工件造成的翻转力矩和产生振动 在加工过程中，为减少因切削力、惯性力等形成的力矩而产生的形变、振动或翻转，夹紧位置应尽可能地靠近被加工表面。应在工件刚度差，远离等效受力面的位置增加辅助支承并施加夹紧力。如图2.5所示，由于加工表面远离主要受力面，同时工件悬伸部分刚度差，故应在A点增加一个辅助支承，然后施加夹紧力Q，这样工件在被切削时，翻转力矩变小，增加了刚性，同时减少了工件在加工时产生振动的可能，保证了定位与夹紧的可靠性，又减小了工件的振动和变形。 d. 又寸薄壁或刚度差的工件可采用分散夹紧力的形式进行夹紧 当对某些工件不适合采用集中力进行夹紧时，可以增加夹紧力作用点的数量，从而能减小单个夹紧力的大小，使工件夹紧均匀，提高夹紧的可靠性，减少夹紧变形。另外 ，夹紧位置还要避开加工部分，保证不与定位元件干涉等。 3)夹紧力的计算时的注意事项 对于一定的加工形式和定位夹紧方案, 为保证有足够的力量来平衡切削力, 必须求出为平衡切削力所需要的夹紧力最大值。为此, 在求平衡切削力所需的夹紧力(Q 平衡) 时, 应注意以下各点: a. 如果在整个切削过程中, 切削力作用点在变化着, 那么在计算Q 平衡时, 应分别计算切削力在各极端位置时所需的Q 平衡, 然后选取最大值。 b. 如果在整个切削过程中, 切削力大小在变化着, 那么在计算Q 平衡时, 应取最大的切削力数值。 c. 在计算Q 平衡时, 要特别注意切削力对加工件的力矩, 有时为平衡切削力矩所需要的夹紧力是较大的。 d. 当定位基准为毛坯面时, 只有在夹紧力的方向上, 定位基准和定位元件才能保持良好的接触。在计算Q 平衡时, 对于不在夹紧力方向上的那些定位支承元件不能按受力元件看待, 它不起承担平衡切削力的作用。 第23页 共49页 2.7现有组合夹具夹紧规划方法介绍 本夹具的夹紧主要是采用液压缸和压板组成的夹紧机构夹紧，采用的是杠杆原理。现有的组合夹具夹紧规划的方法，一般采用枚举的方法，事先人为的确定夹紧装置的个数，大都定为三个然后根据具体情况，确定组合夹具的夹紧方案。大体有如下两种方法:根据夹紧区域(夹紧点)组合确定夹紧方案的规划方法和根据安装位置组合确定夹紧方案的规划方法。其中，根据安装位置组合确定夹紧方案的规划方法的主要步骤如下: 2.7.1确定工件的夹紧区域 在工件己精确定位后，确定夹紧方案的第一步是确定工件的全部夹紧区域。首先，为了保证夹紧可靠，只选择平行于工件基准面的毛坯面、粗加工面作为夹紧面，并且夹紧面的外法线与主定位面垂直。然后剔除平压板压不到的沉孔面，以及厚度、刚度过小的夹紧面区域。再对这些夹紧面进行简化，即用等距线划分夹紧面:沿夹紧面内部做夹紧面外轮廓的等距线，等距线的距离可以由人机交互指定，这样等距线就将夹紧面划分成一个窄条，再在窄条中剔除靠近定位位置、加工位置等不能用于夹紧的区域，剩下的即为可用于平压板夹紧的区域。由于剩下的可用于夹紧的窄条区域与该窄条区域的边(夹紧边)是一一对应的，所以，为了实现方便，用夹紧边代替夹紧区域。这样。夹紧边上每一个点都可以作为夹紧点，根据每条夹紧边对应的可夹紧用螺纹孔的位置，可以确定对应的夹紧点，从而可以组成有限个夹紧方案。 2.7.2确定与可行夹紧区域对应的安装固定区域 因为夹紧装置只用一个螺纹孔与基础板连接，因此，每一个夹紧区域都必须对应有的夹紧用螺纹孔;又因为不同的夹紧边有不同的法线方向，从而对应不同的夹紧边，安装在同一螺纹孔上的夹紧装置也就有着不同的夹紧方向，夹紧组合因而也就不同，所以夹紧用螺纹孔与夹紧边是一一对应的。因此需要建立基础板上符合条件的螺纹孔的集合。首先 需 要 确定夹紧用螺纹孔到工件夹紧边的距离。夹紧用螺纹孔到工件夹紧边的最长距离不能大于平压板的最大可伸长量与最小搭接量之差，即需保证压板能与工件及压板支座相连接。夹紧用螺纹孔到工件夹紧边的最短距离应避免夹紧装置与工件相碰撞，即工件与夹紧装置不能发生干涉。满足以上要求的基础板上的螺纹孔的集合即为可夹紧用螺纹孔的集合。然后 ， 根 据夹紧用螺纹孔到工件夹紧边的距离，就也可以确定可夹紧用螺纹孔所在的区域，从而可以确定可用螺纹孔的集合。虽然在工件外轮廓内部空腔中也能摆放夹紧装置，但是由于几何碰撞计算复杂，一般只考虑基础板上夹紧用 第24页 共49页 螺纹孔在工件外部的情况。 图2.11 螺纹孔区域的确定 如图2.11所示 ，工件的顶点为,,,,,,。对于工件夹紧边,，PPPPPPPPP356712412为了找到与其对应的可夹紧用螺纹孔，我们首先要找出与该边对应的可夹紧用螺纹孔所在的区域S。考虑到前面提到的夹紧用螺纹孔到工件夹紧边的最小距离。应避免夹Dmin紧装置与工件相碰撞，所以先沿的外侧作一条平行于并与的距离为。DPPPPPP121212min的直线;考虑到前面提到的夹紧用螺纹孔到工件夹紧边的最大距离不能大于平压DLmax1 板的最大可伸长量与最小搭接量之差，即需保证平压板能与工件及压板支座相连接，于是，作一条平行于，并与的距离为的直线;过点作一条垂直于边的DPPPPLPPPmax12122112直线，过点作一条垂直于边的直线，直线,，所形成的矩形区域SLLPPPLLLL332124124 即为对应边的可夹紧用螺纹孔的区域。图中所示螺纹孔A在可夹紧用螺纹孔的区域S中，则螺纹孔A即为对应边的可用于夹紧的一个螺纹孔。图 2-9 中其它夹紧边对应的可PP12 夹紧用螺纹孔区域的找法与此相同。 2.8夹具的定位误差分析及夹紧力的计算 2.8.1定位销高度的计算 如图2.12所示，定位销的计算如下: 右定位销计算高度: L，l，0.5D2(L，D),,14.9=mm Hmin1L，D 左定位销计算高度: l，0.5D=mm 2D,,22.5Hmin2D 式中 L—— 工件两定位孔间的距离; L—— 工件定位孔到端面间的距离; D—— 工件定位孔的最小直径; —— 工件定位孔与定位销间的最小间隙; ,min 第25页 共49页 H—— 定位销的最大允许高度。 图2.12 定位销高度计算示意图 2.8.2定位误差计算 本课题的定位方式是以一平面及两圆孔为定位基准。如图2.13所示， 1. 圆柱销 2.夹具体 3.菱形销 4.工件 图2.13 定位误差计算示意图 第26页 共49页 111.两定位销中心距偏差 : ,) ,L,(,L,0.006dD53 —— 对称分布的孔中心距偏差值 ,LD 2.菱形销的基本尺寸、宽度及偏差。 菱形销的基本尺寸和孔径相同为20mm ，公差带按g6选取，查表2.1 xDxD2min22min2b,, 2(LL)2e,，,Dd 则 x,0.0142min 2.1 菱形销尺寸表 D3,6 ，6,8 ，8,20 ，20,25 ，25,32 ，32,40 ，40,50 2 b 2 3 4 5 6 7 8 -0.5 -1 -2 -3 -4 -5 -5 DDDDDDDB 2222222 2.8.3工件以一面及两圆孔定位的夹紧力计算 如图2.14所示，本夹紧装置的夹紧力与切削力方向相互垂直，为防止工件在颠覆PL力矩的作用下绕A点倾斜，使工件离开及面所需的夹紧力: 图2.14 夹紧力示意图 L=400mm f=0.25 H=425mm l=125mm KPLQ=(N)=5080N fH，l 式中L、H、l单位为mm K为安全系数 第27页 共49页 K-安全系数 总的安全系数由考虑各种因素所需的安全系数来决定，即 K,KKKKKKK,1.80123456 式中 ——基本安全系数，一般均取1.5 K0 ——加工状态系数 取1.2 K1 ——刀具钝化系数， 取1.0 K2 ——切削特点系数 ，取1.0 K3 ——夹紧动力稳定性系数， 机动夹紧，取1.0 K4 ——取1.0 K5 ——1.0 K6 2.8.4液压-压板组合夹紧计算 压板夹紧力用的是杠杆原理，由液压系统产生的压力传递给液压缸，液压缸将压力转换为活塞杆的位移来顶压板，通过杠杆原理将力传递给工件，最终将工件夹紧。如图2.15所示，计算方法如下: 图2.15 压板示意图 l1，rfP=Q=5134N l,rf 式中 P—— 液压缸的工进压力 Q—— 压紧力 第28页 共49页 2.9小结 夹具设计的理论基础和夹具结构分析, 对合理制定夹具设计方案和正确设计夹具结构起着巨大的作用。夹具方案选择正确与否, 将直接影响制件的质量。定位误差和夹紧力误差影响整个夹具。 镗床夹具一般是通过其夹具体的底平面安装在镗床的工作台上，然后用T形槽螺钉或压板将其压紧夹牢在镗床的工作台上。其安装方法一般是:通过镗床夹具体上加工的找正基准平面或通过安装于定位元件上或导向元件内的标准检验心轴的侧母线，找正镗床夹具与镗床切削运动之间的正确位置关系。镗床夹具安装误差的产生就主要是找正基准平面与定位元件之间的平行度误差或垂直度误差 第29页 共49页 3 夹具中对刀的设计 3.1对刀概述 镗削加工中的“试切法”就是在零件加工过程中通过不断试切并对已加工尺寸进行测量,每次测量后都相应调整刀具相对于工件加工表面的位置,直至达到零件尺寸精度 对刀) 都要花费时间,尤其在加工尺寸精度要求的加工方法。由于每次试切后调整刀具( 较高的工件时,试切—检测—调刀这一过程需反复进行多次, 因此采用试切法加工时应考虑对生产率的影响。对于批量镗孔加工而言,当采用试切法来获得对刀尺寸,然后利用已调好的对刀尺寸完成一批工件的加工,获得本工序孔的尺寸精度时,由于采用试切法对刀所花费的时间由批量中的每个工件分担,因此,采用试切法对镗削生产率的影响很小。但对于单件小批量零件孔的镗削加工来说,采用试切法对刀所花的时间对于孔加工生产率的影响则相当显著。此外,操作者的熟练程度对加工效率的影响也非常明显。 3.2工件与主轴的同轴找正. 工件的加工精度不但与机床的精度有很大的关系，而且与夹具的装夹位置，主轴的找正等等有很大的关系。以下是主轴找正的示意图: (a) 第30页 共49页 (b) 1.夹具体 2.液压缸 3.对刀块 4.找正心棒初始位 5.主轴 6.平旋盘 7.找正心棒找正位 8.工件 图3.1主轴找正示意图 主轴找正只是对刀的第一步，如图(a)将找正心棒装夹在主轴上，这样便使得找正心棒与主轴同轴，然后使主轴向下移动，将找正心棒(4)靠在对刀块3上，由于工件的轴心线到工作台的距离为L，而对刀块到工作台的距离为M，找正心棒的直径为d，则找正心棒的中心线到工件的中心线的距离为s=L-M-d/2,将主轴向上移动s便将主轴的中心线和工件的中心线保持在同一个水平高度。如图(b)所示，将找正心棒7靠到工件的基准面，由于基准面到工件的中心线的距离为X，则将主轴向下移动X，通过这两步后，主轴和工件便同轴了。这样便为下一步的对刀做好了准备。 3.3对刀 夹具在机床上安装完毕，在进行加工之前，尚需进行夹具的对刀，使刀具相对夹具定位元件处于正确位置。对刀的方法通常有三种:试切法对刀，调整法对刀，用样件或对刀装置对刀。不管采用哪种对刀方法，都涉及到对刀基准和对刀尺寸。通常是以与工年定位基准重合的定位元件上的定位面作为对刀基准，以减少基准变换带来的误差。 对刀块是机床对刀中常用的对刀工具，本课题也采用对刀块进行对刀。将对刀块装在夹具体上，以对刀块为对刀基准进行对刀。如图3-2所示为本课题设计的对刀块的零件图。对刀块的表面粗糙度要求很高，尺寸公差要求高，还有几个面的垂直度和平行度都有很严格的要求。 如图3.3所示为对刀装置示意图，此对刀是在图3.1的基础上进行对刀的，在同轴找正的条件下，再通过平旋盘的回转，使装在平旋盘上的刀架绕主轴作同轴回转，装在刀 第31页 共49页 架上的镗刀也就绕主轴作回转运动，调整刀架在平旋盘上的径向位置来调节刀尖到主轴中心的距离，即就是加工工件的孔的直径的大小，当刀尖切到对刀块的对刀基准面时就是对刀到位的时候，这时就锁定这个刀位。这样便可以对工件进行加工。 3.2对刀块的零件图 1.夹具体 2.对刀块 3.心棒 4.平旋盘 5.刀架 6.镗刀 7.工件 8.销钉 图3.3 对刀示意图 第32页 共49页 3.4对刀误差的确定 造成对刀误差的原因主要有:1.夹具的安装误差。2.对刀块的设计尺寸误差。3.刀架在平旋盘上移动产生的位移误差。 总的误差就是这几种误差的综合， 夹具的安装误差主要是找正基准平面与定位元件之间的平行度误差或垂直度误差，记为 ,1 对刀块的误差主要为对刀块的尺寸公差， 记为 ,2 刀架在平旋盘上产生的误差主要是镗床自身系统误差。记为 ,3 总误差为?=++ ,,,123 第33页 共49页 4 液压系统的设计 4.1液压传动技术的发展概况 液压传动和气压传动称为流体传动，是根据17世纪帕斯卡提出的液体静压力传动原理而发展起来的一门新兴技术，是工农业生产中广为应用的一门技术。如今，流体传动技术水平的高低已成为一个国家工业发展水平的重要标志。 1795年英国约瑟夫?布拉曼(Joseph Braman,1749-1814)，在伦敦用水作为工作介质,以水压机的形式将其应用于工业上,诞生了世界上第一台水压机。1905年将工作介质水改为油,又进一步得到改善。 第一次世界大战(1914-1918)后液压传动广泛应用,特别是1920年以后,发展更为迅速。液压元件大约在 19 世纪末 20 世纪初的20年间,才开始进入正规的工业生产阶段。1925 年维克斯(F.Vikers)发明了压力平衡式叶片泵,为近代液压元件工业或液压传动 的逐步建立奠定了基础。20 世纪初康斯坦丁?尼斯克(G?Constantimsco)对能量波动传递所进行的理论及实际研究;1910年对液力传动(液力联轴节、液力变矩器等)方面的贡献，使这两方面领域得到了发展。 第二次世界大战(1941-1945)期间,在美国机床中有30%应用了液压传动。应该指出,日本液压传动的发展较欧美等国家晚了近 20 多年。在 1955 年前后 , 日本迅速发展液压传动,1956 年成立了“液压工业会”。近20~30 年间，日本液压传动发展之快，届世界领先地位。 在战期间，由于战争需要，出现了由响应迅速、精度高的液压控制机构所装备的各种军事武器。第二次世界大战结束后，战后液压技术迅速转向民用工业，液压技术不断应用于各种自动机及自动生产线，从而使它在机械制造、工程机械、农业机械、汽车制造等行业得到推广应用。 20世纪60年代以来，液压技术随着原子能、空间技术、计算机技术的发展而迅速发展，并渗透到各个工业领域中。液压技术开始向高速、高压、大功率、高效率、低噪声、经久耐用、高度集成化的方向发展。同时，新型液压元件和液压系统的计算机辅助设计(CAD)、计算机辅助测试(CAT)、计算机直接控制(CDC)、机电一体化技术、可靠性技术等方面也是当前液压传动及控制技术发展和研究的方向。 我国的液压工业开始于20世纪50年代，最初只应用于机床和锻压设备上，后来又用于拖拉机和工程机械。现在，我国的液压元件随着从国外引进一些液压元件、生产技术以及进行自行设计，现已形成了系列，并在各种机械设备上得到了广泛的使用。尽管如此，我国的液压元件与国外先进的同类产品相比，在性能上，在种类上、在规格上仍 第34页 共49页 存在着较大的差距。 我国已瞄准世界发展主流的液压元件系列型谱，有 计划 项目进度计划表范例计划下载计划下载计划下载课程教学计划下载 地引进、消化、吸收国外最先进的液压技术和产品，大力开展产品国产化工作。我国的液压技术在21世纪必将获得更快的发展。 液压传动有许多突出的优点，因此它的应用非常广泛，如一般工。业用的塑料加工机械、压力机械、机床等;行走机械中的工程机械、建筑机械、农业机械、汽车等;钢铁工业用的冶金机械、提升装置、轧辊调整装置等;土木水利工程用的防洪闸门及堤坝装置、河床升降装置、桥梁操纵机构等;发电厂涡轮机调速装置、核发电厂等国;船舶用的甲板起重机械(绞车)、船头门、舱壁阀、船尾推进器等;特殊技术用的巨型天线控制装置、测量浮标、升降旋转舞台等;军事工业用的火炮操纵装置、船舶减摇装置、飞行器仿真、飞机起落架的收放装置和方向舵控制装置等。 液压传动的基本原理是在密闭的容器内，利用有压力的油液作为工作介质来实现能量转换和传递动力的。其中的液体称为工作介质，一般为矿物油，它的作用和机械传动中的皮带、链条和齿轮等传动元件相类似。 在液压传动中，液压油缸就是一个最简单而又比较完整的液压传动系统，分析它的工作过程，可以清楚的了解液压传动的基本原理. 液压传动系统的组成 。 液压系统主要由:动力元件(油泵)、执行元件(油缸或液压马达)、控制元件(各种阀)、辅助元件和工作介质等五部分组成。 1、动力元件(油泵) 它的作用是把液体利用原动机的机械能转换成液压力能;是液压传动中的动力部分。 2、执行元件(油缸、液压马达) 它是将液体的液压能转换成机械能。其中，油缸做直线运动，马达做旋转运动。 3、控制元件 包括压力阀、流量阀和方向阀等。它们的作用是根据需要无级调节液动机的速度，并对液压系统中工作液体的压力、流量和流向进行调节控制。 4、辅助元件 除上述三部分以外的其它元件，包括压力表、滤油器、蓄能装置、冷却器、管件及油箱等，它们同样十分重要。 5、工作介质 工作介质是指各类液压传动中的液压油或乳化液，它经过油泵和液动机实现能量转换。 4.2液压传动的特点分析 目前的夹紧装置方式主要是机械夹紧和液压夹紧，本装置选择了液压夹紧是因为它 第35页 共49页 与机械夹紧装置相比主要存在以下的优点: 1) 如在同等的体积下液压装置较能比机械装置产生出更大的动力在同等的功率下液压传动装置重量轻体积小结构紧凑。 2)便于实现无级调速且可实现大范围调速一般可达到100:1 2000:1 的传动比。 反应快冲击小工作平稳易于实现高速起动制动和换向液压传动装置的换向频率回3) 转运动每分钟可达500 次往复直线运动每分钟可达1000 次。 4) 易控制易调节操纵方便易与电气控制相结合可用以实现远程控制和复杂顺序控制的自动化易于实现过载保护。 5) 液压传动具有自润滑自冷却作用可以减少因摩擦和高温产生的液压元件损坏因此工作寿命较长。 6) 液压元器件易于实现三化系列化标准化通用化故可以降低制造成本和使用成本并大大缩短了设计制作周期。 7) 用液压传动来实现直线运动远比用机械传动简单液压传动同时也存在一定的缺点如不能保证严格的传动比等但总体上讲液压传动的优点是突出的。 4.3 液压系统中执行元件的选择 镗床夹具的设计中对工件在夹具体上的夹紧使用了液压夹紧。液压系统的执行元件选择了液压缸。它是一种把液体的压力能转换成机械能以实现直线往复运动的能量转换装置。 4.3.1液压缸的类型和特点 液压缸按其结构形式，可以分为活塞缸、柱塞缸两类。活塞缸和柱塞缸的输入为压力和流量，输出为推力和速度。 1)双杆活塞缸 如图4.1a所示，缸筒固定的双杆活塞缸。它的进、出油口布置在缸筒两端，两活塞杆的直径是相等的，因此当工作压力和输入流量不变时，两个方向上输出的推力和速度是相等的，其值为 ,22 F,F,(p,p)A,,(p,p)(D,d),mm1212124 qvv, ,12vA 第36页 共49页 式中 ，A 为活塞的有效工作面积;D,d为活塞、活塞杆直径， q为输入流量;p1,p2为缸进、出口压力;,为缸的机械、容积效率。 ,,mv 这种安装形式使工作台的移动范围约为活塞有效行程的3倍，占地面积大，宜用于小型设备中。 a) 缸固定，活塞移动 b)活塞固定，缸移动 图4.1 双杆活塞缸 图4.1b示活塞杆固定的双杆活塞缸。它的进、出油口可布置在活塞杆两端，油液经活塞杆内的通道输入液压缸;使用软管连接时，进、出油口亦可布置在缸筒两端。缸筒移动式输出的推力和速度大小都和缸筒固定式的相同。 2)单杆活塞缸 4.2所示，单杆活塞缸，它的进、出油口的布置视其安装方式而定，可以缸筒如图 固定，也可以活塞杆固定，工作台的移动范围都是活塞有效行程的2倍。 由于液压缸两腔的有效工作面积不等，因此它在两个方向上的输出推力和速度不等，其值分别为 ,22 F,(pA,pA,),[(p,p)D，Pd],mm111221224 ,22 F,(PA,PA,),[(p,p)D,Pd],mm212211214 第37页 共49页 图4.2 单杆活塞缸 4.4本课题选用液压缸的计算 4.4.1液压缸的组成 液压缸的结构基本上可以分为缸筒和缸盖、活塞和活塞杆、密封装置、缓冲装置和排气装置五部分。一般地说，钢筒和缸盖的结构形式和其使用的材料有关。工作压力小于10MPa时使用铸铁，小于20MPa时使用无缝钢管，大于20MPa时使用铸钢或锻钢。密封装置主要有四种:1间隙密封 摩擦环密封 3 O型圈密封 4 V型圈密封 缓冲装置的工作原理是利用活塞或缸筒仔其走向行程终端是在活塞和缸盖之间封住一部分油液，强迫他从小孔或细缝中挤出，以产生很大的阻力，使工作部件受到制动，逐渐减慢运动速度，达到避免活塞和缸盖相互撞击的目的。 4.4.2液压缸的计算 本课题所选用的液压缸如图4-3所示，液压缸的缸筒内径D，是根据负载大小和 选定的工作压力，或运动速度和输入的流量等因素确定的。液压缸活塞杆的直径d 按工作时的受力情况来决定，如表4.1 4.1 机床液压缸活塞杆直径推荐值 受压缩，工作压力P(MPa) 活塞杆受力情况 受拉伸 P?5 5，P?7 P，7 活塞杆直径d (0.3,0.5)D (0.5,0.55)D (0.6,0.7)D 0.7D 第38页 共49页 图4.3 液压缸 由工况分析中可知工进阶段的负载力最大所以液压缸的工作压力按此负载力计算根据液压缸与负载的关系有: F,pA,pA1122 液压缸无杆腔的压力 取=3 MPa pp11 液压缸有杆腔的压力 取=0.5MPa pp22 液压缸无杆腔活塞面积 取缸径为D =64mm A1 液压缸有杆腔活塞面积 取活塞杆直径为d=32mm A2 ---液压缸机械效率=0.9 ,m F--工进阶段的负载 则可导出 F,(pA,pA),,7596(N)1122m 4.5液压系统的控制及动力源 本课题的液压系统的设计是一个简单的保压系统，保压回路的功用是使系统在液压缸不动或仅有极小的位移下稳定地维持住压力。最简单的保压回路是使用密封性能较好的液控单向阀的回路。如图4.4所示， 1为液压泵，为本系统提供动力源，它的工作压 第39页 共49页 力为3MPa,保证系统能够正常工作。2为溢流阀，它的作用主要是通过阀口的溢流，使被控系统或回路的压力维持恒定，实现稳压，调压或限压的作用。 在本系统中它主要是调压，稳压的作用。3为3位4通手动换向阀，换向阀是利用阀心相对与阀体的相对运动，使油路接通、关断，或变换油流的方向，从而使液压执行元件启动、停止或变换运动方向，在本系统中主要实现三个功能来保证系统的正常工作。 1)换到右位时，实现的是液压缸的向上运动，去夹紧工件。 2)换到中位时，实现的是液压泵的卸荷。 3)换到左位时，实现的是液压缸的向下运动，松开工件。 4为液控单向阀，它的主要作用是实现系统的保压，保证液压缸在夹紧工件时的夹紧力。5为液压缸实现位移运动去夹紧工件。 图4.4液压系统原理图 本系统中动力源是镗床自身提供，液压油从镗床的油箱中取油。 通过溢流阀对 系统进行调压稳压，保证工件的夹紧力。 第40页 共49页 5 夹具的装配 5.1概述 装配就是把加工好的零件按一定的顺序和技术要求连接到一起，成为一部完整的机器(或产品)，它必须可靠地实现机器(或产品)设计的功能。机器的装配工作，一般包括:装配、调整、检验、试车等。它不仅是制造机器所必需的最后阶段，也是对机器的设计思想、零件的加工质量和机器装配质量的总检验。 5.1.1机器装配的基本概念 任何机器都是由零件、套件、组件、部件等组成的。为保证有效地进行装配工作，通常将机器划分为若干能进行独立装配的部分，称为装配单元。 零件是组成机器的最小单元，它是由整块金属或其他材料制成的。零件一般都预先装成套件、组件、部件后才安装到机器上。 套件是在一个基准零件上，装上一个或若干个零件构成。它是最小的装配单元。 组件是在一个基准零件上，装上若干套件及零件而构成的。如机床主轴箱中的主轴，在基准轴件上装上齿轮、套、垫片、键及轴承的组合件称为组件。 部件是在一个基准零件上，装上若干组件、套件和零件构成的。部件在机器中能完成一定的、完整的功用。例如车床的主轴箱装配就是部件装配。 在一个基准零件上，装上若干部件、组件、套件和零件就成为整个机器，把零件和部件装配成最终产品的过程，称之为总装。例如卧式车床就是以床身为基准零件，装上主轴箱、进给箱、溜板箱等部件及其它组件、套件、零件所组成。 5.1.2装配精度 1)装配精度的概念 产品的装配精度一般包括: (1)尺寸精度 包括相关零部件的距离精度和配合精度。 第41页 共49页 (2)位置精度 包括相关零部件间的同轴度、平行度、垂直度等。 (3)相对运动精度 (4)接触精度 接触精度常以接触面积大小及接触点的分布来衡量。 2)装配精度与零件精度的关系 各种机器或部件都是许多零件有条件地装配在一起的。各个相关零件的误差累积起来，就反映到装配精度上。因此，机器的装配精度受零件特别是关键零件的加工精度影响很大。 为了合理地确定零件的加工精度，必须对零件精度和装配精度的关系进行综合分析。而进行综合分析的有效手段就是建立和分析产品的装配尺寸链。 5.2 装配尺寸链 5.2.1装配尺寸链的基本概念 在机器的装配关系中，由相关零件的尺寸或相互位置关系所组成的尺寸链，称为装配尺寸链。装配尺寸链的封闭环就是装配所要保证的装配精度或技术要求。装配精度(封闭环)是零部件装配后才最后形成的尺寸或位置关系。在装配关系中，对装配精度有直接影响的零、部件的尺寸和位置关系，都是装配尺寸链的组成环。如同工艺尺寸链一样，装配尺寸链的组成环也分为增环和减环。 5.2.2装配尺寸链的查找方法 1)装配尺寸链的查找方法 首先根据装配精度要求确定封闭环。再取封闭环两端的任一个零件为起点，沿装配精度要求的位置方向，以装配基准面为查找的线索，分别找出影响装配精度要求的相关零件(组成环)，直至找到同一基准零件，甚至是同一基准表面为止。 装配尺寸链也可从封闭环的一端开始，依次查找相关零部件直至封闭环的另一端，也可以从共同的基准面或零件开始，分别查到封闭环的两端。 2)查找装配尺寸链应注意的问题 在查找装配尺寸链时，应注意以下问题: (1)装配尺寸链应进行必要的简化 机械产品的结构通常都比较复杂，对装配精度有影响的因素很多，查找尺寸链时，在保证装配精度的前提下，可以不考虑那些影响较小的因素，使装配尺寸链适当简化。 第42页 共49页 (2)装配尺寸链组成的“一件一环”原则 在装配精度既定的条件下，组成环数越少，则各组成环所分配到的公差值就越大，零件加工越容易、越经济。 在查找装配尺寸链时，每个相关的零、部件只应有一个尺寸作为组成环列入装配尺寸链，即将连接两个装配基准面间的位置尺寸直接标注在零件图上。这样组成环的数目就等于有关零、部件的数目，即“一件一环”，这就是装配尺寸链的最短路线(环数最少)原则。 (3)装配尺寸链的“方向性” 在同一装配结构中，在不同位置方向都有装配精度的要求时，应按不同方向分别建立装配尺寸链。 5.2.3装配尺寸链的计算方法 装配方法与装配尺寸链的解算方法密切相关。同一项装配精度，采用不同装配方法时，其装配尺寸链的解算方法也不相同。装配尺寸链的计算可分为正计算和反计算。 5.3保证装配精度的方法 在设计装配体结构时，就应当考虑到采用什么装配方法。因为，装配方法直接影响装配尺寸链的解法、装配工作组织、零件加工精度、产品的成本。常用的装配方法有:完全互换装配法、选择装配法、修配法和调节法。 5.3.1完全互换法 这种方法，就是在装配时，对参加装配的零件，直接按其加工所得的尺寸进行装配。不经过任何选择、修配或调节都能达到装配精度的要求。为此，就应按极值法解装配尺寸链来确定各组成环(或零件有关尺寸)的公差和上、下偏差。此外，当在大批大量(或批量较大的)生产条件下，采用了概率法解装配尺寸链确定出各组成环(或零件有关尺寸)的公差和上、下偏差，此时假定加工出的各零件尺寸的分布符合正态分布、各环的尺寸分散中心与各自的公差带中点重合、各环的公差值又包容其尺寸分散范围、封闭环的平均尺寸等于增环平均尺寸之和减去减环的平均尺寸之和，这样加工出的零件也能满足完全互换的要求。 在设计装配体时，常遇到有外购件或标准件，它们的尺寸和偏差都是已知的(例如:滚动轴承的外径、内径和宽度的尺寸及偏差都已由轴承厂决定了)，因此，在装配尺寸链计算中，只要确定好它们是增环或减环，然后把它们已知的尺寸代入尺寸链中应有的 第43页 共49页 位置进行计算即可。如果遇到并联尺寸链，它们的公共环在计算第一个尺寸链时是未知量，在计算第二个尺寸链时就应按已知量进行处理。 采用完全互换法进行装配，使装配过程简单，生产率高，易实现流水装配作业，便于组织协作生产，便于维修中更换零件。但当装配精度要求较高、装配体中组成环数较多时，就会使零件尺寸公差过小，造成加工困难。对于这种情况，就要考虑采用其它装配方法。 5.3.2选择装配法 选择装配法是将尺寸链中组成环的公差放大到经济可行程度，然后选择合适的零件进行装配，以保证规定的装配精度要求。实际生产中还可分成各种不同情况。 (1)直接选配 从配对的零件群中，选择二个符合规定要求的零件进行装配。这种方法劳动量大，与工人的技术水平和测量方法有关。 (2)分组互换 将装配的零件按公差预先进行分组，同一组号的零件便可按互换的原则装配。这是生产中常用的方法，分组愈多，则所获得的装配质量愈高。 (3)分组选配 分组后再成对选配零件，它可比分组互换法获得更高的质量。 (4)分组选配后研配 对特别精密的装配(如圆柱面或圆锥面的配合要求密封性)，在进行分组选配后，往往还采用装配接触表面相互研磨的方法，以保证密合。 5.3.3修配法 修配法是用钳工或机械加工的方法修整产品某个有关零件的尺寸以获得规定装配精度的方法。这样产品中其它有关零件就可以按照经济加工精度进行制造。这种方法常用于产品结构比较复杂(或尺寸链环数较多)、产品精度要求高、以及单件和小批生产等情况。 用修配法进行装配，装配工作复杂、劳动量大。产品装配以后，先要测量产品的装配精度，如果不合格，就要拆开产品。对某一零件进行修整，然后重新装配，进行检验，直到满足规定的精度为止。 修配法作为解尺寸链的一种方法来说，就是修配尺寸链中某一预定组成环的尺寸，使封闭环达到规定的精度。通常所选择的修配件应是容易进行修配加工、并且对其它尺寸链没有影响的零件。 计算尺寸链决定修配环的实质尺才时，要使修配时有足够的、而且是最小的修配量。修配环在修配时对封闭环尺寸变化的影响不外乎两种情况，即使封闭环尺寸变小，或者变大。 第44页 共49页 修配法有三种方式:即独件修配法、合并加工修配法和就地加工修配法。 独件修配法就是选定某一固定零件为修配件，在装配时进行修配以保证装配精度。如车床尾架底板的修配是为保证前后顶尖的等高度，又如平键的修配是为保证其与键槽的配合间隙。 合并加工修配法是将数个零件预先装配在一起进行加工修配，此组成尺寸为一个组成环。用这种方法可以减少组成环数，并相应地减少了修配劳动量。 就地加工修配法是在机床总装时常用的自己加工自己以达到总装精度的方法。对于某些装配精度要求很高的产品或部件，由于严格控制各组成零件的公差较难，且不易选择一个适当的修配件，为此，在装配时采用专门的加工工序，可直接抵消装配后产生的累积误差以保证装配精度，这种方法又称综合抵消法。 修配法的主要优点是既可放宽组成环的制造公差，又能保证装配精度。其缺点是增加了一道修配工序，对工人技术要求较高。 5.3.4调节法(调整法) 对于精度要求高且组成环数又较多的产品和部件，在不能用互换法进行装配时，除了用分组互换和修配法外，还可用调节法来保证装配精度。 调节法的特点也是按经济加工精度确定零件的公差，由于每一个组成环的公差取得较大，就必然会使装配部件超差。为了保证装配精度，可改变一个零件的位置(动调节法)，或选定一个(或几个)适当尺寸的调节件(也称补偿件)加入尺寸链(固定调节法)，来补偿这种影响。 动调节法是通过移动或旋转来改变零件的位置，可较方便地达到装配精度。 固定调节法是在尺寸链中选定一个或加入一个零件作为调节环。作为调节环的零件是按一定尺寸间隙级别制成的一组专门零件，根据装配时的需要，选用其中的某一级别的零件来作补偿，从而保证所需要的装配精度。通常使用的调节件有垫圈、垫片、轴套等。 最后需要说明的是:利用尺寸链分析计算装配精度，仅考虑了零件尺寸和公差的影响，实际上，零件的几何形状和表面间的位置误差也会影响封闭环。不过零件的形状误差一般都在规定的公差范围以内，可以不予考虑。至于表面位置误差，除零件图上特别标明者外，一般也可忽略不计。 此外在分析计算中没有考虑由于结构的刚性不足所引起的弹性变形、温度变形以及使用过程中零件的磨损。在实际计算时应根据实际情况予以适当的考虑。 第45页 共49页 5.4 装配工艺规程的制定 装配工艺规程对保证装配质量、提高装配生产效率、缩短装配周期、减轻工人劳动 强度、缩短小装配占地面积、降低生产成本等都有重要的影响。它取决于装配工艺规程 的合理性。 装配工艺规程的主要内容是: (1)分析产品样图，划分装配单元，确定装配方法。 (2)拟订装配顺序，划分装配工序。 (3)计算装配时间定额。 (4)确定各工序装配技术要求、质量检查方法和检查工具。 (5)选择和设计装配过程中所需的工具、夹具和专用设备。 5.4.1制定装配工艺规程的基本原则及原始资料 1)制定装配工艺规程的原则 (1)保证产品装配质量，力求提高质量，以延长产品的使用寿命。 2)合理安排装配顺序和工序，尽量减少钳工手工劳动量，缩短装配周期，提高( 装配效率。 (3)尽量减少装配占地面积，提高单位面积的生产率。 (4)尽量减少装配工作所占的成本。 2)制定装配工艺规程的原始资料 在制定装配工艺规程前，需要具备以下原始资料: (1)产品的装配图及验收技术标准 (2)产品的生产纲领 (3)生产条件 5.4.2制定装配工艺过程的步骤 根据上述原则和原始资料，可以按下列步骤制定装配工艺规程。 1(研究产品的装配图及验收技术条件 2(确定装配方法与组织形式 3(划分装配单元，确定装配顺序 4(划分装配工序 装配工艺过程是由站、工序、工步和操作组成的。 第46页 共49页 5(确定工序的时间定额 它是按装配工作标准时间来确定的。装配工作的时间定额包括基本时间及辅助时间，即工序时间、工作地点服务时间即工人必须的间歇时间，一般按工序时间的百分数来计算。 5.4.3装配元件系统图 在装配工艺规程设计中，划分装配工序常采用绘制装配元件系统图。装配元件系统图是用图解法说明产品零件和合件的装配程序，以及各装配单元的组成零件。在设计装配车间时可以根据它来组织装配单元的平行装配，并可合理地按照装配顺序布置工作地点，将装配过程的运输工作减至最少。 5.5本装置的装配要求 本装置的装配主要存在以下几个方面: (1) 夹具体在工作台的装夹，工作台是镗床的一部分，它的平面度是有保证的， 在装夹中主要以它为参考基准，夹具体是铸造件，它的底面是要和工作台相 接触的，它的底面的加工误差就是它和工作台的装夹误差 ，在装配主要调 整这方面的误差。 (2) 工件在夹具体上的装夹，工件和夹具体都是铸造件，并且采用销钉定位，保 证工件被加工孔的轴线和夹具体的装夹表面的平行度，销钉定位的距离精度 要求和配合精度要求。销钉的定位不能出现工件和夹具体的相对移动，还要 保证工件侧面和夹具体表面的垂直度，最好使用调节法进行调整。 (3) 对刀块在夹具体上的装夹，对刀块的装配是十分重要的，它的装配精度直接 影响工件的加工精度，按照对刀快零件图的要求公差进行装配，保证平行度 要和垂直度要求。 (4) 对刀块和工件的相对位置的调整，它们之间的距离精度在安装中按照装配要 求安装。 (5) 最终的安装误差要符合工件加工的最小误差，才能进行加工。 第47页 共49页 致谢 值此毕业设计完成之际，我首先衷心感谢尊敬的指导老师。本文是在杜老师的悉心指导下完成的，在作毕业设计期间，杜老师对我的学习和研究工作给予了极大的关怀和帮助，尤其是杜老师的敏锐洞察力和对前沿科学研究的把握能力大大开拓了我的眼界，将是我终生追求的境界。杜老师深厚广博的学识修养、严谨求实的治学态度、敏锐活跃的学术思想、崇高执著的敬业精神和平易近人的学者风范深深地影响和教育了我，将是我毕生受益的宝贵财富.在此，谨向我的老师致以崇高的敬意和衷心的感谢. 在此，我也非常感谢测控教研室的所有老师对本次毕业设计的大力支持，在这大学四年里你们给我教授不少的知识，使我受益匪浅，能够顺利完成这次毕业设计。 感谢我的父亲母亲及家人，没有他们的支持，我也不能顺利完成这次毕业设计。 第48页 共49页 参考文献 [1] 王小华 机床夹具图册，北京:机械工业出版社，1992 [2] 刘裕先，刘北英 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