机械工艺与工装夹具的设计方案.doc

机械工艺与工装夹具的设计方案652020年4月19日文档仅供参考机械工艺与工装夹具的设计一 工装夹具设计的基础 具备机械设计方面的知识; 具备机械原理、液压(气压)传动原理、电机电气等方面的知识; 具备制造工艺方面的知识; 具备材料工程方面的知识; 具备检测方面的知识; 具备机械绘图(特别是计算机辅助设计)方面的知识; 具备有关国家、企业标准方面的知识;二 制造工艺的简单介绍、机床的分类 机床主要是按加工方法和所用刀具进行分类,根据国家制定的机床型号编制方法,机床分为11大类:车床,钻床,镗床,磨床,齿轮加工机床,螺纹加工机床,铣床,刨插床,拉床,锯床和其它机床。在每一类机床中,又按工艺范围,布局型式和结构性能分为若干组,每一组又分为若干个系(系列)。 除了上述基本分类方法外,还有其它分类方法:1.按照万能性程度,机床可分为:通用机床 工艺范围很宽,可完成多种类型零件不同工序的加工,如卧式车床、万能外圆磨床及摇臂钻床等。专门化机床 工艺范围较窄,它是为加工某种零件或某种工序而专门设计和制造的,如铲齿车床、丝杠铣床等。 专用机床 工艺范围最窄,它一般是为某特定零件的特定工序而设计制造的,如大量生产的汽车零件所用的各种钻、镗组合机床。 2.按照机床的工作精度,可分为普通精度机床、精密机床和高精度机床。 3.按照重量和尺寸,可分为仪表机床、中型机床(一般机床)、大型机床(质量大于10t)、重型机床(质量在30t以上)和超重型机床(质量在100t以上)。 4.按照机床主要器官的数目,可分为单轴、多轴、单刀、多刀机床等。 5.按照自动化程度不同,可分为普通、半自动和自动机床。三 自动机床具有完整的自动工作循环,包括自动装卸工件,能够连续的自动加工出工件。半自动机床也有完整的自动工作循环,但装卸工件还需人工完成,因此不能连续地加工。、刀具种类(一)刀具分类 由于机械零件的材质、形状、技术要求和加工工艺的多样性,客观上要求进行加工的刀具具有不同的结构和切削性能。因此,生产中所使用的刀具的种类很多。刀具常按加工方式和具体用途,分为车刀、孔加工刀具、铣刀、拉刀、螺纹刀具、齿轮刀具、自动线及数控机床刀具和磨具等几大类型。刀具还能够按其它方式进行分类,如按所用材料分为高速钢刀具、硬质合金刀具、陶瓷刀具、立方氮化硼(CBN)刀具和金刚石刀具等;按结构分为整体刀具、镶片刀具、机夹刀具和复合刀具等;按是否标准化分为标准刀具和非标准刀具等。(二)常见刀具简介1.车刀 车刀是金属切削加工中应用最广的一种刀具。它能够在车床上加工外圆、端平面、螺纹、内孔,也可用于切槽和切断等。车刀在结构上可分为整体车刀、焊接装配式车刀和机械夹固刀片的车刀。机械夹固刀片的车刀又可分为机床车刀和可转位车刀。机械夹固车刀的切削性能稳定,工人不必磨刀,因此在现代生产中应用越来越多。2.孔加工刀具 孔加工刀具一般可分为两大类:一类是从实体材料上加工出孔的刀具,常见的有麻花钻、中心钻和深孔钻等;另一类是对工件上已有孔进行再加工的刀具,常见的有扩孔钻、铰刀及镗刀等。例如,下图示标准高速钢麻花钻的结构。工作部分(刀体)的前端为切削部分,承担主要的切削工作,后端为导向部分,起引导钻头的作用,也是切削部分的后备部分。3.铣刀 铣刀是一种应用广泛的多刃回转刀具,其种类很多。按用途分有:1)加工平面用的,如圆柱平面铣刀、端铣刀等;2)加工沟槽用的,如立铣刀、T形刀和角度铣刀等;3)加工成形表面用的,如凸半圆和凹半圆铣刀和加工其它复杂成形表面用的铣刀。铣削的生产率一般较高,加工表面粗糙度值较大。4.拉刀 拉刀是一种加工精度和切削效率都比较高的多齿刀具,广泛应用于大批量生产中,可加工各种内、外表面。拉刀按所加工工件表面的不同,可分为各种内拉刀和外拉刀两类。使用拉刀加工时,除了要根据工件材料选择刀齿的前角、后角,根据工件加工表面的尺寸(如圆孔直径)确定拉刀尺寸外,还需要确定两个参数:(1)齿升角af即前后两刀齿(或齿组)的半径或高度之差;(2)齿距p即相邻两刀齿之间的轴向距离。 5.螺纹刀具 螺纹可用切削法和滚压法进行加工。6.齿轮刀具 齿轮刀具是用于加工齿轮齿形的刀具。按刀具的工作原理,齿轮分为成形齿轮刀具和展成齿轮刀具。常见的成形齿轮刀具有盘形齿轮铣刀和指形齿轮刀具等。常见的展成齿轮刀具有插齿刀、齿轮滚刀和剃齿刀等。选用齿轮滚刀和插齿刀时,应注意以下几点:(1)刀具基本参数(模数、齿形角、齿顶高系数等)应与被加工齿轮相同。(2)刀具精度等级应与被加工齿轮要求的精度等级相当。(3)刀具旋向应尽可能与被加工齿轮的旋向相同。滚切直齿轮时,一般用左旋齿刀。7.自动线与数控机床刀具 这类刀具的切削部分总的来说与一般刀具没有多大区别不同情况,只是为了适应数控机床和自动线加工的特点,对它们提出了更高的要求。车刀拉刀螺纹刀具(梳刀)齿轮刀具(盘形铣刀)孔加工刀具(麻花钻)铣刀二、刀具材料 刀具切削性能的好坏,取决于构成刀具切削部分的材料、几何形状和刀具结构。刀具材料对刀具使用寿命、加工效率、加工质量和加工成本等都有很大影响,因此要重视刀具材料的正确选择与和合理使用。 (一)刀具材料应具备的性能 1、 高的硬度和耐磨性刀具材料要比工件材料硬度高,常温硬度在HRC62以上;耐磨性表示抵抗磨损的能力,它取决于组织中硬质点的硬度、数量和分布。2、足够的强度和韧性为了承受切削中的压力冲击和韧性,避免崩刀和折断,刀具材料应具有足够的强度和韧性。3、高耐热性刀具材料在高温下保持硬度、耐磨性、强度和韧性得能力。4、良好的工艺性为了便于制造,要求刀具材料有较好的可加工性。如,切削加工性、铸造性、锻造性和热处理性等。5、良好的经济性 (二)常见的刀具材料当前,生产中所用的刀具材料以高速钢和硬质合金居多。碳素工具钢(如T10A、T12A)、工具钢(如9SiCr、CrWMn)因耐热性差,仅用于一些手工或切削速度较低的刀具。 高速钢 定义:是一种加入较多的钨、铬、钒等合金元素的高合金工具钢。性能:有较高的热稳定性;有较高的强度、韧性、硬度和耐磨性;制造工艺简单,容易磨成锋利的切削刃,可锻造。是制造钻头、成形刀具、拉刀、齿轮刀具等的主要材料。 分类:按用途分:通用型高速钢和高性能高速钢;按制造工艺分:熔炼高速钢和粉末冶金高速钢。1、通用型高速钢钨钢:典型牌号为W18Cr4V,有良好的综合性能,能够制造各种复杂刀具。钨钼钢:典型牌号为W6Mo5Cr4V2,可做尺寸较小、承受冲击力较大的刀具;热塑性特别好,更适用于制造热轧钻头等;磨加工性好,当前各国广泛应用。2、高性能高速钢典型牌号为高碳高速钢9W18Cr4V、高钒高速钢W6MoCr4V3、钴高速钢W6MoCr4V2Co8和超硬高速钢W2Mo9Cr4Co8等。适合于加工高温合金、钛合金和超高强度钢等难加工材料。3、粉末冶金高速钢用高压氩气或氮气雾化熔融的高速钢水,直接得到细小的高速钢粉末,高温下压制成致密的钢坯,而后锻压成材或刀具形状。适合于制造切削难加工材料的刀具、大尺寸刀具(如滚刀、插齿刀)、精密刀具、磨加工量大的复杂刀具、高动载荷下使用的刀具等。 硬质合金 由难熔金属化合物(如WC、TiC)和金属粘结剂(Co)经粉末冶金法制成。 硬质合金以其切削性能优良被广泛用作刀具材料(约占50%)。如大多数的车刀、端铣刀以至深孔钻、铰刀、拉刀、齿轮刀具等。 具有高耐磨性和高耐热性,但抗弯强度低、冲击韧性差,很少用于制造整体刀具。它还可用于高速钢刀具不能切削的淬硬钢等硬材料。ISO将切削用的硬质合金分为三类:(各种牌号的应用范围见p16表1.1)1、 YG(K)类,即WC-Co类硬质合金2、 YT(P)类,即WC-TiC-Co类硬质合金3、 YW(M)类,即WC-TiC-TaC-Co类硬质合金(三)其它刀具材料1、 涂层刀具2、 陶瓷:硬度高、耐用度高,还可用于冲击负荷下的粗加工,切削效率显著提高。3、 金刚石4、 立方氮化硼三、刀具选用1.刀具种类的选择 刀具种类主要根据被加工表面的形状、尺寸、精度、加工方法、所用机床及要求的生产率等进行选择。2.刀具材料的选择 刀具材料主要根据工件材料、刀具形状和类型及加工要求等进行选择。.机械加工方法 根据机床运动的不同、刀具的不同,可将去除零件毛坯多余材料的切削方法分为几种主要不同方法。主要有:车削、刨削、磨削、钻削和特种加工等。下面对这些主要方法逐一介绍。一、车削 车削中工件旋转,形成主切削运动。刀具沿平行旋转轴线运动时,就形成内、外园柱面。刀具沿与轴线相交的斜线运动,就形成锥面。仿形车床或数控车床上,能够控制刀具沿着一条曲线进给,则形成一特定的旋转曲面。采用成型车刀,横向进给时,也可加工出旋转曲面来。车削还能够加工螺纹面、端平面及偏心轴等。车削加工精度一般为IT8IT7,表面粗糙度为6.31.6m。精车时,可达IT6IT5,粗糙度可达0.40.1m。车削的生产率较高,切削过程比较平稳,刀具较简单。车床加工的典型工艺(FLASH动画)锥面车削(avi)二、铣削 主切削运动是刀具的旋转。卧铣时,平面的形成是由铣刀的外园面上的刃形成的。立铣时,平面是由铣刀的端面刃形成的。提高铣刀的转速能够获得较高的切削速度,因此生产率较高。但由于铣刀刀齿的切入、切出,形成冲击,切削过程容易产生振动,因而限制了表面质量的提高。这种冲击,也加剧了刀具的磨损和破损,往往导致硬质合金刀片的碎裂。在切离工件的一般时间内,能够得到一定冷却,因此散热条件较好。按照铣削时主运动速度方向与工件进给方向的相同或相反,又分为顺铣和逆铣。顺铣铣削力的水平分力与工件的进给方向相同,工件台进给丝杠与固定螺母之间一般有间隙存在,因此切削力容易引起工件和工作台一起向前窜动,使进给量突然增大,引起打刀。在铣削铸件或锻件等表面有硬度的工件时,顺铣刀齿首先接触工件硬皮,加剧了铣刀的磨损。逆铣能够避免顺铣时发生的窜动现象。逆铣时,切削厚度从零开始逐渐增大,因而刀刃开始经历了一段在切削硬化的已加工表面上挤压滑行的阶段,加速了刀具的磨损。同时,逆铣时,铣削力将工件上抬,易引起振动,这是逆铣的不利之处。铣削的加工精度一般可达IT8IT7,表面粗糙度为6.31.6m。 普通铣削一般只能加工平面,用成形铣刀也能够加工出固定的曲面。数控铣床能够用软件经过数控系统控制几个轴按一定关系联动,铣出复杂曲面来,这时一般采用球头铣刀。数控铣床对加工叶轮机械的叶片、模具的模芯和型腔等形状复杂的工件,具有特别重要的意义。三、刨削 刨削时,刀具的往复直线运动为切削主运动。因此,刨削速度不可能太高,生产率较低。刨削比铣削平稳,其加工精度一般可达IT8IT7,表面粗糙度为Ra6.31.6m,精刨平面度可达0.02/1000,表面粗糙度为0.80.4m。四、磨削磨削以砂轮或其它磨具对工件进行加工,其主运动是砂轮的旋转。砂轮的磨削过程实际上是磨粒对工件表面的切削、刻削和滑擦三种作用的综合效应。磨削中,磨粒本身也由尖锐逐渐磨钝,使切削作用变差,切削力变大。当切削力超过粘合剂强度时,圆钝的磨粒脱落,露出一层新的磨粒,形成砂轮的”自锐性”。但切屑和碎磨粒仍会将砂轮阻塞。因而,磨削一定时间后,需用金刚石车刀等对砂轮进行修整。 磨削时,由于刀刃很多,因此加工时平稳、精度高。磨床是精加工机床,磨削精度可达IT6IT4,表面粗糙度Ra可达1.250.01m,甚至可达0.10.008m。磨削的另一特点是能够对淬硬的金属材料进行加工。因此,往往作为最终加工工序。磨削时,产生热量大,需有充分的切削液进行冷却。按功能不同,磨削还可分为外园磨、内孔磨、平磨等五、钻削与镗削 在钻床上,用钻头旋转钻削孔,是孔加工的最常见方法。钻削的加工精度较低,一般只能达到IT10,表面粗糙度一般为12.56.3m在钻削后常常采用扩孔和铰孔来进行半精加工和精加工。扩孔采用扩孔钻,铰孔采用铰刀进行加工。铰削加工精度一般为IT9IT6,表面粗糙度为Ra1.60.4m。扩孔、铰孔时,钻头、铰刀一般顺着原底孔的轴线,无法提高孔的位置精度。镗孔能够较正孔的位置。镗孔可在镗床上或车床上进行。在镗床上镗孔时,镗刀基本与车刀相同,不同之处是工件不动,镗刀在旋转。镗孔加工精度一般为IT9IT7,表面粗糙度为Ra6.30.8mm。六、齿面加工 齿轮齿面加工方法可分为两大类:成形法和展成法。成形法加工齿面所使用的机床一般为普通铣床,刀具为成形铣刀,需要两个简单成形运动:刀具的旋转运动和直线移动。展成法加工齿面的常见机床有滚齿机、插齿机等。七、复杂曲面加工 三维曲面的切削加工,主要采用仿形铣和数控铣的方法或特种加工方法。仿形铣必须有原型作为靠模。加工中球头仿形头,一直以一定压力接触原型曲面。仿形头的运动变换为电感量,加工放大控制铣床三个轴的运动,形成刀头沿曲面运动的轨迹。铣刀多采用与仿形头等半径的球头铣刀。数控技术的出现为曲面加工提供了更有效的方法。在数控铣床或加工中心上加工时,是经过球头铣刀逐点按坐标值加工而成。采用加工中心加工复杂曲面的优点是:加工中心上有刀库,配备几十把刀具。曲面的粗、精加工,可用不同刀具对凹曲面的不同曲率半径,也可选用适当的刀具。同时,可在一次安装中加工各种辅助表面,如孔、螺纹、槽等。这样充分保证了各表面的相对位置精度。 八、特种加工特种加工方法是指区别于传统切削加工方法,利用化学、物理(电、声、光、热、磁)或电化学方法对工件材料进行加工的一系列加工方法的总称。这些加工方法包括:化学加工(CHM)、电化学加工(ECM)、电化学机械加工(ECMM)、电火花加工(EDM)、电接触加工(RHM)、超声波加工(USM)、激光束加工(LBM)、离子束加工(IBM)、电子束加工(EBM)、等离子体加工(PAM)、电液加工(EHM)、磨料流加工(AFM)、磨料喷射加工(AJM)、液体喷射加工(HDM)及各类复合加工等。.零件制造的工艺过程一、几个概念1、生产过程:从原材料或半成品到成品制造出来的各有关劳动过程的总和称为工厂的生产过程。一台产品的生产过程包括的内容有: 1)原材料(或半成品、元器件、标准件、工具、工装、设备)的购置、运输、检验、保管; 2)生产准备工作:如编制工艺文件,专用工装及设备的设计与制造等; 3)毛坯制造; 4)零件的机械加工及热处理; 5)产品装配与调试、性能试验以及产品的包装、发运等工作。 提示: 生产过程往往由许多工厂或工厂的许多车间联合完成,这有利于专业化生产,提高生产率、保证产品质量、降低生产成本。2、工艺过程:在生产过程中凡直接改变生产对象的尺寸、形状、性能(包括物理性能、化学性能、机械性能等)以及相对位置关系的过程,统称为工艺过程。 工艺过程又可分为铸造、锻造、冲压、焊接、机械加工、装配等工艺过程,本门课程只研究机械加工工艺过程和装配工艺过程;铸造、锻造、冲压、焊接、热处理等工艺过程是课程的研究对象。二、 机械加工工艺过程(一) 定义: 用机械加工的方法直接改变毛坯形状、尺寸和机械性能等,使之变为合格零件的过程,称为机械加工工艺过程,又称工艺路线或工艺流程。(二)机械加工工艺过程的组成机械加工工艺过程由若干个按一定顺序排列的工序组成。工序:指一个(或一组)工人在一个工作地点(如一台机床或一个钳工台),对一个(或同时对几个)工件连续完成的那部分工艺过程,称为工序。它包括在这个工件上连续进行的直到转向加工下一个工件为止的全部动作。区分工序的主要依据是:工作地点固定和工作连续。工序是组成工艺过程的基本单元,也是制定生产计划、进行经济核算的基本单元。工序又可细分为安装、工位、工步、走刀等组成部分。安装: 工件加工前,使其在机床或夹具中相对刀具占据正确位置并给予固定的过程,称为装夹。(装夹包括定位和夹紧两过程) 安装是指工件经过一次装夹后所完成的那一部分工序。工位: 工位是指在一次装夹中,工件在机床上所占的每个位置上所完成那一部分工序。 采用多工位加工,可提高生产率和保证被加工表面的相互位置精度。工步: 当加工表面、切削刀具、切削速度和进给量都不变的情况下所完成的那部分工序,称为工步。工步是构成工序的基本单元。为了提高生产率,常常见几把刀具同时加工几个表面,这样的工步称为复合工步。走刀: 走刀(又称工作行程)是指刀具相对工件加工表面进行一次切削所完成的那部分工作。每个工步可包括一次走刀或几次走刀。(三)机械加工工艺过程与生产类型 不同的生产类型,其生产过程和生产组织、车间的机床布置、毛坯的制造方法、采用的工艺装备、加工方法以及工人的熟练程度等都有很大的不同,因此在制定工艺路线时必须明确该产品的生产类型。1、生产纲领: 指包括备品、备件在内的该产品的年产量。产品的年生产纲领就是产品的年生产量。零件的年生产纲领由下式计算: N=Qn(1+a)(1+b)式中:N:零件的生产纲领(件/年); Q:产品的年产量(台/年); n:单台产品该零件的数量(件/年); a:备品率,以百分数计; b:废品率,以百分数计。2、生产类型: 根据生产纲领的大小,生产可分为三种类型: 1) 单件生产: 定义:单个的生产不同结构和不同尺寸的产品。 特点:是产品的种类繁多。2) 成批生产: 定义:一年中分批、分期地制造同一产品。 特点:生产品种较多,每种品种均有一定数量,各种产品分批、分期轮番进行生产。 小批生产: 生产特点与单件生产基本相同。 中批生产: 生产特点介于小批生产和大批生产之间。 大批生产: 生产特点与大量生产相同。 3) 大量生产: 定义:全年中重复制造同一产品。 特点:产品品种少、产量大,长期重复进行同一产品的加工。.零件工艺性分析与毛坯的选择一、零件工艺性分析1、查零件图的完整性: 审查零件图上的尺寸标注是否完整、结构表示是否清楚。 2、分析技术要求是否合理:(1) 加工表面的尺寸精度;(2) 主要加工表面的形状精度;(3) 主要加工表面的相互位置精度;(4) 表面质量要求;(5) 热处理要求。 零件上的尺寸公差、形位公差和表面粗糙度的标注,应根据零件的功能经济合理地决定。过高的要求会增加加工难度,过低的要求会影响工作性能,两者都是不允许的。3、审查零件材料选用是否适当: 材料的选择既要满足产品的使用要求,又要考虑产品成本,尽可能采用常见材料,如45号钢,少用贵重金属。 4、零件的结构工艺性分析:(1) 零件结构工艺性: 是指所设计的零件在能满足使用要求的前提下制造的可行性和经济性。 它包括零件的各个制造过程中的工艺性,有零件结构的铸造、锻造、冲压、焊接、热处理、切削加工等工艺性。由此可见,零件结构工艺性涉及面很广,具有综合性,必须全面综合地分析。 在制订机械加工工艺规程时,主要进行零件切削加工工艺性分析。(2) 机械加工对零件局部结构工艺性的要求(3) 机械加工对零件整体结构工艺性的要求零件是各要素、各尺寸组成的一个整体,因此更应考虑零件整体结构的工艺性,具体有以下几点要求:1)尽量采用标准件、通用件。2)在满足产品使用性能的条件下,零件图上标注的尺寸精度等级和表面粗糙度要求应取最经济值3)尽量选用切削加工性好的材料4)有便于装夹的定位基准和夹紧表面。5)节省材料,减轻质量。二、毛坯的选择 1、 毛坯的种类:(1) 铸造毛坯:适合做形状复杂零件的毛坯(2) 锻造毛坯:适合做形状简单零件的毛坯;(3) 型材:适合做轴、平板类零件的毛坯;(4) 焊接毛坯:适合板料、框架类零件的毛坯。 2、 选择毛坯的原则:(1) 选择原则: 毛坯的形状和尺寸应尽量接近零件的形状和尺寸,以减少机械加工。(2) 毛坯选择应考虑的因素: 1) 生产纲领的大小: 对于大批大量生产,应选择高精度的毛坯制造方法,以减少机械加工,节省材料。 2) 现有生产条件: 要考虑现有的毛坯制造水平和设备能力。.基准一、 基准的概念及分类: 1、 基准的定义: 在零件图上或实际的零件上,用来确定其它点、线、面位置时所依据的那些点、线、面,称为基准。2、 基准的分类:按其功用可分为:1) 设计基准: 零件工作图上用来确定其它点、线、面位置的基准,为设计基准。2) 工艺基准: 是加工、测量和装配过程中使用的基准,又称制造基准。a、 工序基准: 是指在工序图上,用来确定加工表面位置的基准。它与加工表面有尺寸、位置要求。b、 定位基准: 是加工过程中,使工件相对机床或刀具占据正确位置所使用的基准。c、 度量基准(测量基准): 是用来测量加工表面位置和尺寸而使用的基准。d、 装配基准: 是装配过程中用以确定零部件在产品中位置的基准。举例如下:二、定位基准的选择: 定位基准包括粗基准和精基准。 粗基准:用未加工过的毛坯表面做基准 。 精基准:用已加工过的表面做基准 。1、 粗基准的选择原则: 粗基准影响:位置精度、各加工表面的余量大小(均匀?足够?)。 重点考虑:如何保证各加工表面有足够余量,使不加工表面和加工表面间的尺寸、位置符合零件图要求。1)合理分配加工余量的原则a、应保证各加工表面都有足够的加工余量:如外圆加工以轴线为基准;b、以加工余量小而均匀的重要表面为粗基准,以保证该表面加工余量分布均匀、表面质量高;如床身加工,先加工床腿再加工导轨面;具体实例 在床身零件中,导轨面是最重要的表面,它不但精度要求高,而且要求导轨面具有均匀的金相组织和较高的耐磨性。由于在铸造床身时,导轨面是倒扣在砂箱的最底部浇铸成型的,导轨面材料质地致密,砂眼、气孔相对较少,因此要求加工床身时,导轨面的实际切除量要尽可能地小而均匀,故应选导轨面作粗基准加工床身底面,然后再以加工过的床身底面作精基准加工导轨面,此时从导轨面上去除的加工余量可较小而均匀。导轨面作粗基准加工床身底面床身底面作精基准加工导轨面2)保证零件加工表面相对于不加工表面具有一定位置精度的原则 一般应以非加工面做为粗基准,这样能够保证不加工表面相对于加工表面具有较为精确的相对位置。当零件上有几个不加工表面时,应选择与加工面相对位置精度要求较高的不加工表面作粗基准。具体实例 图示套筒法兰零件,表面为不加工表面,为保证镗孔后零件的壁厚均匀,应选表面作粗基准镗孔、车外圆、车端面。套筒法兰加工实例3) 便于装夹的原则:选表面光洁的平面做粗基准,以保证定位准确、夹紧可靠。4) 粗基准一般不得重复使用的原则:在同一尺寸方向上粗基准一般只允许使用一次,这是因为粗基准一般都很粗糙,重复使用同一粗基准所加工的两组表面之间位置误差会相当大,因此,粗基一般不得重复使用。2、 精基准的选择: 重点考虑:如何较少误差,提高定位精度。 1) 基准重合原则: 利用设计基准做为定位基准,即为基准重合原则。 2) 基准统一原则: 在大多数工序中,都使用同一基准的原则。 这样容易保证各加工表面的相互位置精度,避免基准变换所产生的误差。 例如,加工轴类零件时,一般都采用两个顶尖孔作为统一精基准来加工轴类零件上的所有外圆表面和端面,这样能够保证各外圆表面间的同轴度和端面对轴心线的垂直度。 3) 互为基准原则: 加工表面和定位表面互相转换的原则。一般适用于精加工和光磨加工中。例如:车床主轴前后支承轴颈与主轴锥孔间有严格的同轴度要求,常先以主轴锥孔为基准磨主轴前、后支承轴颈表面,然后再以前、后支承轴颈表面为基准磨主轴锥孔,最后达到图纸上规定的同轴度要求。 4) 自为基准原则:以加工表面自身做为定位基准的原则, 如浮动镗孔、拉孔。只能提高加工表面的尺寸精度,不能提高表面间的位置精度。还有一些表面的精加工工序,要求加工余量小而均匀,常以加工表面自身为基准,例如:图示为在导轨磨床上磨床身导轨表面,被加工床身1经过楔铁2支承在工作台上,纵向移动工作台时,轻压在被加工导轨面上的百分表指针便给出了被加工导轨面相对于机床导轨的不平行度读数,根据此读数操作工人调整工件1底部的4个楔铁,直至工作台带动工件纵向移动时百分表指针基本不动为止,然后将工件1夹紧在工作台上进行磨削。在导轨磨床上磨床身导轨面三工装夹具设计原理.工艺装备的概念与分类从广义来说,工艺过程所使用的一切工具,都属于”工装”的范畴。各工序使用的主机,如机床、冲压设备等是工艺装备的主要部分,而每工序使用的各种辅助工具,如夹具、刀具、量检具以及各种模具等也是工装的内容。一般,我们说的”工装”,指的是后者。机床夹具是机械加工工艺系统的一个重要组成部分。为保证工件某工序的加工要求,必须使工件在机床上相对刀具的切削或成形运动处于准确的相对位置。当用夹具装夹加工一批工件时,是经过夹具来实现这一要求的。而要实现这一要求,又必须满足三个条件:一批工件在夹具中占有正确的加工位置;夹具装夹在机床上的准确位置;刀具相对夹具的准确位置。这里涉及了三层关系:零件相对夹具,夹具相对于机床,零件相对于机床。工件的最终精度是由零件相对于机床获得的。因此”定位”也涉及到三层关系:工件在夹具上的定位,夹具相对于机床的定位,而工件相对于机床的定位是间接经过夹具来保证的。 工件定位以后必须经过一定的装置产生夹紧力把工件固定,使工件保持在准确定位的位置上,否则,在加工过程中因受切削力,惯性力等力的作用而发生位置变化或引起振动,破坏了原来的准 确定位,无法保证加工要求。这种产生夹紧力的装置便是夹紧装置。.夹具:机床夹具概述1.机床夹具的概念 机床夹具是机床上用以装夹工件(和引导刀具)的一种装置。其作用是将工件定位,以使工件获得相对于机床和刀具的正确位置,并把工件可靠地夹紧。 装夹:定位+夹紧2.机床夹具的分类(1)按专门化程度分类 1)通用夹具 通用夹具是指已经标准化的,在一定范围内可用于加工不同工件的夹具。例如,车床上三爪卡盘和四爪单动卡盘,铣床上的平口钳、分度头和回转工作台等。这类夹具一般由专业工厂生产,常作为机床附件提供给用户。其特点是适应性广,生产效率低,主要适用于单件、小批量的生产中。 2)专用夹具 专用夹具是指专为某一工件的某道工序而专门设计的夹具。其特点是结构紧凑,操作迅速、方便、省力,能够保证较高的加工精度和生产效率,但设计制造周期较长、制造费用也较高。当产品变更时,夹具将由于无法再使用而报废。只适用于产品固定且批量较大的生产中。 3)通用可调夹具和成组夹具 其特点是夹具的部分元件能够更换,部分装置能够调整,以适应不同零件的加工。用于相似零件的成组加工所用的夹具,称为成组夹具。通用可调夹具与成组夹具相比,加工对象不很明确,适用范围更广一些。 4)组合夹具 组合夹具是指按零件的加工要求,由一套事先制造好的标准元件和部件组装而成的夹具。由专业厂家制造,其特点是灵活多变,万能性强,制造周期短、元件能重复使用,特别适用于新产品的试制和单件小批生产。 5)随行夹具 随行夹具是一种在自动线上使用的夹具。该夹具既要起到装夹工件的作用,又要与工件成为一体沿着自动线从一个工位移到下一个工位,进行不同工序的加工。 (2)按使用的机床分类 由于各类机床自身工作特点和结构形式各不相同,对所用夹具的结构也相应地提出了不同的要求。按所使用的机床不同,夹具又可分为:车床夹具、铣床夹具、钻床夹具、镗床夹具、磨床夹具、齿轮机床夹具和其它机床夹具等。 (3)按夹紧动力源分类 根据夹具所采用的夹紧动力源不同,可分为:手动夹具、气动夹具、液压夹具、气液夹具、电动夹具、磁力夹具、真空夹具等。3.机床夹具的组成(1) 定位元件: 它与工件的定位基准相接触,用于确定工件在夹具中的正确位置,从而保证加工时工件相对于刀具和机床加工运动间的相对正确位置。如图6-1中的定位销6。(2) 夹紧装置: 用于夹紧工件,在切削时使工件在夹具中保持既定位置。如图6-1中的螺母5和开口垫圈4。(3)对刀、引导元件或装置: 这些元件的作用是保证工件与刀具之间的正确位置。用于确定刀具在加工前正确位置的元件,称为对刀元件,如对刀块。用于确定刀具位置并导引刀具进行加工的元件,称为导引元件。如图6-1中的快换钻套1。 图为用于钻轴套工件上 6H7孔的钻床夹具,工件以内孔及端面为定位基准,在夹具的定位销6及其端面上定位,即确定了工件在夹具中的正确位置。拧紧螺母5,经过开口垫圈4可将工件夹紧,然后由装在钻模板3上的快换钻套1导引钻头进行钻孔。图6-1 钻床夹具 1快换钻套 2导向套 3钻模板 4开口垫圈 5螺母 6定位销 7夹具体(4)连接元件 使夹具与机床相连接的元件,保证机床与夹具之间的相互位置关系。 (5)夹具体 用于连接或固定夹具上各元件及装置,使其成为一个整体的基础件。它与机床有关部件进行连接、对定,使夹具相对机床具有确定的位置。如图6-1中的夹具体7。 (6)其它元件及装置 有些夹具根据工件的加工要求,要有分度机构,铣床夹具还要有定位键等。 以上这些组成部分,并不是对每种机床夹具都是缺一不可的,可是任何夹具都必须有定位元件和夹紧装置,它们是保证工件加工精度的关键,目的是使工件定准、夹牢。 4、机床夹具的功用 1)能稳定地保证工件的加工精度 用夹具装夹工件时,工件相对于刀具及机床的位置精度由夹具保证,不受工人技术水平的影响,使一批工件的加工精度趋于一致。 2 )能减少辅助工时,提高劳动生产率 使用夹具装夹工件方便、快速,工件不需要划线找正,可显著地减少辅助工时;工件在夹具中装夹后提高了工件的刚性,可加大切削用量;可使用多件、多工位装夹工件的夹具,并可采用高效夹紧机构,进一步提高劳动生产率。 3)能扩大机床的使用范围,实现一机多能 根据加工机床的成形运动,附以不同类型的夹具,即可扩大机床原有的工艺范围。例如在车床的溜板上或摇臂钻床工作台上装上镗模,就能够进行箱体零件的镗孔加工。、工件在夹具中的定位六点定位原理 任何未定位的工件在空间直角坐标系中都具有六个自由度。工件定位的任务就是根据加工要求限制工件的全部或部分自由度。工件的六点定位原理是指用六个支撑点来分别限制工件的六个自由度,从而使工件在空间得到确定定位的方法。完全定位与不完全定位 工件的六个自由度完全被限制的定位称为完全定位。按加工要求,允许有一个或几个自由度不被限制的定位称为不完全定位。图6-2a所示,在工件上加工不通槽。槽宽由刀具直径保证,可是要保证尺寸A,就需要限制 、 、 ,要保证尺寸B,需要限制 、 ,要保证尺寸C,需要限制 ,因此六个自由度都要限制。 图6-3b所示,在工件上加工通槽,不需要保证尺寸C,因此也不必限制 ,只需要限制其它五个自由度就能够了。这种定位虽然没有完全限制工件的六个自由度,但保证加工精度的自由度已全部限制,因此也是合理的定位,在实际夹具定位中普遍存在。图6-2 不同加工要求的工件 . 欠定位与过定位图6-3 工件过定位情况及改进措施按工序的加工要求,工件应该限制的自由度而未予限制的定位,称为欠定位。在确定工件定位方案时,欠定位时绝对不允许的。 工件的同一自由度背二个或二个以上的支撑点重复限制的定位,称为过定位。在一般情况下,应尽量避免出现过定位。 图6-3a为某工件以孔与端面联合定位情况,长销与工件孔配合限制工件四个自由度,支承大端面限制工件 三个自由度,可见 被两个定位元件重复限制,出现过定位。 消除过定位及其干涉一般有两个途径:改变定位元件的结构,以消除被重复限制的自由度;如图6-3b中将大端面改为小端面,图6-3c中在工件与大端面间加球形垫圈。提高工件定位基面之间及夹具定位元件工作表面之间的位置精度,以减少或消除过定位引起的干涉。. 支承点与定位元件常见的定位方式及其定位元件:(一)工件以平面定位图5-6 几种常见支承钉平面定位的主要形式是支承定位,工件的定位基准平面与定位元件表面相接触而实现定位。常见的支承元件有下列几种:1固定支承 支承的高矮尺寸是固定的,使用时不能调整高度。1)支承钉 图5-6所示为用于平面定位的几种常见支承钉,它们利用顶面对工件进行定位。其中图5-6a为平顶支承钉,常见于精基准面的定位。图5-6b为圆顶支承钉,多用于粗基准面的定位。图5-6c为网纹顶支承钉,常见在要求较大摩擦力的侧面定位。图5-6d为带衬套支承钉,由于它便于拆卸和更换,一般用于批量大、磨损快、需要经常修理的场合。支承钉限制一个自由度。图5-7 两种常见的支承板2)支承板 支承板有较大的接触面积,工件定位稳固。一般较大的精基准平面定位多用支承板作为定位元件。图5-7是两种常见的支承板,图5-7a为平板式支承板,结构简单、紧凑,但不易清除落入沉头螺孔中的切屑,一般用于侧面定位。图5-7b为斜槽式支承板,它在结构上做了改进,即在支承面上开两个斜槽为固定螺钉用,使清屑容易,适用于底面定位。短支承板限制一个自由度,长支承板限制两个自由度。支承钉、支承板的结构、尺寸均已标准化,设计时可查国家标准手册。图5-8 几种常见的可调支承1可调支承螺钉 2螺母图5-9 几种常见的自位支承结构2可调支承 可调支承的顶端位置能够在一定的范围内调整。图5-8为几种常见的可调支承典型结构,按要求高度调整好调整支承钉1后,用螺母2锁紧。可调支承用于未加工过的平面定位,以调节补偿各批毛坯尺寸误差,一般不是对每个加工工件进行调整,而是一批工件毛坯调整一次。3自位支承 又称浮动支承,在定位过程中,支承本身所处的位置随工件定位基准面的变化而自动调整并与之相适应。图5-9是几种常见的自位支承结构,尽管每一个自位支承与工件间可能是二点或三点接触,但实质上依然只起一个定位支承点的作用,只限制工件的一个自由度,常见于毛坯表面、断续表面、阶梯表面定位。