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文檔簡(jiǎn)介
1、<p><b> 編號(hào) </b></p><p><b> 本科生畢業(yè)論文</b></p><p><b> 孔槽系組合夾具設(shè)計(jì)</b></p><p> Slotted Modular Fixture Design</p><p><b&g
2、t; 二〇一一年六月</b></p><p> 學(xué) 生 姓 名</p><p> 專(zhuān) 業(yè) </p><p> 學(xué) 號(hào) </p><p> 指 導(dǎo) 教 師 </p><p&g
3、t; 學(xué) 院 </p><p><b> 摘 要</b></p><p> 組合夾具是一種先進(jìn)的工藝裝備,它是由一套預(yù)先制造好的各種不同的形狀、不同規(guī)格、不同尺寸、具有互換性、高耐磨性和高精度的標(biāo)準(zhǔn)元件組成,其結(jié)構(gòu)靈活多變,適應(yīng)性廣,元件可長(zhǎng)期循環(huán)使用,組合夾具分為槽系和孔系兩個(gè)系列,隨著科技不斷發(fā)展,組合夾具的應(yīng)用程度在機(jī)械行業(yè)得到了很大的
4、提高,特別是近年來(lái)機(jī)械行業(yè)領(lǐng)域正朝著高精度、高質(zhì)量、高效率、低成本方向發(fā)展,因此為了適應(yīng)現(xiàn)代制造技術(shù)的發(fā)展,組合夾具的發(fā)展也達(dá)到了更高的領(lǐng)域,其由原來(lái)的孔系組合夾具和槽系組合夾具發(fā)展到孔槽系組合夾具??撞巯到M合夾具是采用孔和槽結(jié)合的定位結(jié)構(gòu),克服了槽系夾具剛性差、不穩(wěn)定,及孔系夾具不能連續(xù)調(diào)整的缺點(diǎn),將孔、槽夾具的優(yōu)勢(shì)合二為一,其可用幾小時(shí)的組裝周期代替幾個(gè)月的設(shè)計(jì)制造周期,從而縮短了生產(chǎn)周期;節(jié)省了工時(shí)和材料、保證加工精度,提高生產(chǎn)率
5、、降低了生產(chǎn)成本,擴(kuò)大了機(jī)床的工藝范圍;還可減輕工人勞動(dòng)強(qiáng)度,減少夾具庫(kù)房面積,有利于管理。</p><p> 關(guān)鍵詞:組合夾具 孔系 槽系 孔槽系 </p><p><b> Abstract</b></p><p> Modular fixture is an advanced technology and equipment,
6、 it is a good set of pre-manufacturing a variety of different shapes, different sizes, different sizes, with interchangeable, high wear resistance and high-precision standard components, its structure Flexibility, adapta
7、bility, long-term recycling of components, integrated systems and fixture holes into slot two series, with the continuous development, the application of modular fixture degree in mechanical industry has been greatly imp
8、rove</p><p> Keywords: modular fixture; holes; tank system; hole slot system目 錄</p><p><b> 摘 要I</b></p><p> AbstractII</p><p><b> 第1章 緒論1<
9、/b></p><p> 1.1 研究的目的及意義1</p><p> 1.2 國(guó)內(nèi)外的發(fā)展及研究狀況2</p><p> 1.3 本課題研究的內(nèi)容3</p><p> 第2章 組合夾具的類(lèi)型5</p><p> 2.1 組合夾具的概念5</p><p> 2.2
10、槽系組合夾具5</p><p> 2.3 孔系組合夾具5</p><p> 2.4 孔槽系組合夾具6</p><p> 2.4.1 孔槽系組合夾具在數(shù)控機(jī)床中的應(yīng)用6</p><p> 2.4.2 孔槽系組合夾具在焊接中的應(yīng)用6</p><p> 2.4.3 孔槽系組合夾具的發(fā)展趨勢(shì)7</p
11、><p> 第3章 組合夾具的基本組成8</p><p> 3.1 主要有八大類(lèi)元件組成及元件圖8</p><p> 第4章 工件在組合夾具中的定位與夾緊11</p><p> 4.1 工件的定位11</p><p> 4.1.1 工件定位的概念11</p><p> 4.
12、1.2 定位基準(zhǔn)的概念11</p><p> 4.2 定位原理11</p><p> 4.2.1 六點(diǎn)定位原理11</p><p> 4.2.2 完全定位11</p><p> 4.3 定位誤差的分析與計(jì)算12</p><p> 4.3.1 定位誤差的概念12</p><p&g
13、t; 4.3.2 產(chǎn)生定位誤差的原因13</p><p> 4.3.3 工件以孔定位13</p><p> 4.4 工件在夾具中的夾緊15</p><p> 4.4.1 工件的夾緊15</p><p> 4.4.2 夾緊力的確定15</p><p> 第5章 CATIA設(shè)計(jì)系統(tǒng)20</p
14、><p> 5.1 CATIA簡(jiǎn)介20</p><p> 5.2 CATIA界面介紹20</p><p> 5.2.2 CATIA的工作界面21</p><p> 5.3 CATIA V5的設(shè)計(jì)思路21</p><p> 第6章 孔槽系組合夾具23</p><p> 6.1
15、零件的結(jié)構(gòu)分析23</p><p> 6.2 工藝規(guī)程設(shè)計(jì)23</p><p> 6. 3 夾具設(shè)計(jì)24</p><p> 6.3.1 設(shè)計(jì)夾具體的基本要求24</p><p> 6.3.2 夾具設(shè)計(jì)為螺旋夾緊機(jī)構(gòu)25</p><p> 6.5 組合夾具的組裝26</p><p
16、><b> 總 結(jié)28</b></p><p><b> 參考文獻(xiàn)29</b></p><p><b> 致 謝30</b></p><p><b> 第1章 緒論</b></p><p> 1.1 研究的目的及意義</p&g
17、t;<p> 組合夾具是一種先進(jìn)的工藝裝備,它是由一套預(yù)先制造好的各種不同的形狀、不同規(guī)格、不同尺寸、具有互換性、高耐磨性和高精度的標(biāo)準(zhǔn)元件組成,其結(jié)構(gòu)靈活多變,適應(yīng)性廣,元件可長(zhǎng)期循環(huán)使用。組合夾具的元件精度高、耐磨,并且實(shí)現(xiàn)了完全互換,元件精度一般為IT6~IT7級(jí)。用組合夾具加工的工件,位置精度一般可達(dá)IT8~IT9級(jí),若精心調(diào)整,可以達(dá)到IT7級(jí)。由于組合夾具有很多優(yōu)點(diǎn),又特別適用于新產(chǎn)品試制和多品種小批量生產(chǎn),
18、所以近年來(lái)發(fā)展迅速應(yīng)用較廣。組合夾具的主要缺點(diǎn)是體積較大,剛度較差,一次投資多,成本高,這使組合夾具的推廣應(yīng)用受到一定限制。隨著機(jī)械制造業(yè)的飛速發(fā)展,產(chǎn)品的更新?lián)Q代越來(lái)越快,傳統(tǒng)的大批量生產(chǎn)模式逐步被中小批量生產(chǎn)模式所取代,機(jī)械制造系統(tǒng)欲適應(yīng)這種變化需具備較高的柔性。國(guó)外己把柔性制造系統(tǒng)(FMS)作為開(kāi)發(fā)新產(chǎn)品的有效手段,并將其作為機(jī)械制造業(yè)的主要發(fā)展方向。柔性化的著眼點(diǎn)主要在機(jī)床和工裝兩個(gè)方面,組合夾具是工裝柔性化的重點(diǎn)。組合夾具是一
19、種標(biāo)準(zhǔn)化、系列化、通用化程度很高的工藝裝備,它是由一套預(yù)先制造好的各種不同形狀、不同規(guī)格、不同尺寸、具有完全互換性的標(biāo)準(zhǔn)元件和組合件,按工件的加工要求</p><p> 一個(gè)優(yōu)良的組合夾具必須滿(mǎn)足下列基本要求:</p><p> 保證工件的加工精度,穩(wěn)定加工質(zhì)量</p><p> 保證加工精度的關(guān)鍵,首先在于正確地選定定位基準(zhǔn)、定位方法和定位元件,必要時(shí)還要進(jìn)
20、行定位誤差分析,還要注意夾具中其它零部件的結(jié)構(gòu)對(duì)加工精度的影響,確保組合夾具能滿(mǎn)足工件的加工精度要求。</p><p> 提高生產(chǎn)效率,降低成本</p><p> 組合夾具的復(fù)雜程度應(yīng)與生產(chǎn)綱領(lǐng)相適應(yīng),應(yīng)盡量采用各種快速高效的裝夾機(jī)構(gòu),保證操作方便,縮短輔助時(shí)間,提高生產(chǎn)效率。</p><p> 良好的強(qiáng)度、剛度和結(jié)構(gòu)工藝性能</p><p
21、> 組合夾具的結(jié)構(gòu)應(yīng)力簡(jiǎn)單、合理,便于制造、裝配、調(diào)整、檢驗(yàn)、維修等,有利于提高組合夾具的制造精度。</p><p><b> 操作性能好</b></p><p> 組合夾具的操作方便、省力、安全可靠。在客觀條件允許及又經(jīng)濟(jì)適用的前提下,應(yīng)盡可能采用氣動(dòng)、液壓等機(jī)械化夾緊裝置,以減輕操作者的勞動(dòng)強(qiáng)度。</p><p><b&g
22、t; 經(jīng)濟(jì)性好</b></p><p> 組合夾具應(yīng)盡量采用標(biāo)準(zhǔn)件和標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu),力求結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制造容易,以降低組合夾具的成本。因此,設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)根據(jù)生產(chǎn)綱領(lǐng)對(duì)組合夾具方案進(jìn)行必要的技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析,以提高組合夾具在生產(chǎn)中的經(jīng)濟(jì)效益。</p><p><b> 擴(kuò)大機(jī)床的使用范圍</b></p><p> 使用組合夾具可以改變?cè)瓩C(jī)床的用
23、途和使用范圍,實(shí)現(xiàn)一機(jī)多能</p><p><b> 排屑順暢</b></p><p> 組合夾具中積集切削會(huì)影響到工件的定位精度,切削的熱量使工件和夾具產(chǎn)生熱變形,影響加工精度。清理切削將曾加輔助時(shí)間,降低生產(chǎn)率。因此組合夾具設(shè)計(jì)中要給予排屑問(wèn)題充分的重視。</p><p> 1.2 國(guó)內(nèi)外的發(fā)展及研究狀況</p><
24、;p> 我國(guó)國(guó)內(nèi)的組合夾具【1】始于20世紀(jì)60 年代, 當(dāng)時(shí)建立了面向機(jī)械行業(yè)的天津組合夾具廠, 和面向航空工業(yè)的保定向陽(yáng)機(jī)械廠, 和面向航空工業(yè)的保定向陽(yáng)機(jī)械廠, 以后又建立了數(shù)個(gè)生產(chǎn)組合夾具元件的工廠。當(dāng)時(shí)產(chǎn)品均為引進(jìn)前蘇聯(lián)烏斯貝(YCⅡ) 槽系組合夾具系統(tǒng)。推廣應(yīng)用遍及機(jī)械航空、電子輕工、造船、紡織等各類(lèi)制造業(yè), 取豐碩的社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益。在使用過(guò)程中改進(jìn)并修改了原系統(tǒng), 建立了適合我國(guó)國(guó)情有我國(guó)特色的槽系組合夾具系統(tǒng)。在當(dāng)
25、時(shí)曾達(dá)到全國(guó)年產(chǎn)組合夾具元件800萬(wàn)件的水平。至今天津保定二廠仍是我國(guó)組合夾具的主要生產(chǎn)基地。.20世紀(jì)80 年代以后,兩廠又各自獨(dú)立開(kāi)發(fā)了適合, 機(jī)床加工中心的孔系組合夾具系統(tǒng), 不僅滿(mǎn)足了我國(guó)國(guó)內(nèi)的需求,。還出口到美國(guó)等國(guó)家。當(dāng)前我國(guó)每年尚需進(jìn)口不少, ) 機(jī)床加工中心, 而由國(guó)外配套孔系夾具, 價(jià)格非常昂貴, 現(xiàn)大都由國(guó)內(nèi)配套, 節(jié)約了大量外匯。</p><p> 從國(guó)際上看俄國(guó)、德國(guó)和美國(guó)是組合夾具的
26、主要生產(chǎn)國(guó)。前蘇聯(lián)的( YCⅡ)槽系組合夾具系統(tǒng)非常著名, 以后又開(kāi)發(fā)了孔系組合夾具系統(tǒng)沖合沖模和焊接組合夾具系統(tǒng), 但主要在國(guó)內(nèi)應(yīng)用, 出口交流較少。德國(guó)一直都重視工藝裝備(包括夾具) 的設(shè)計(jì)制造及其標(biāo)準(zhǔn)化,組合夾具和各種機(jī)床附件都由專(zhuān)業(yè)化中小型企業(yè)生產(chǎn)。這些企業(yè)中具有代表性的有:Halder 是設(shè)計(jì)生產(chǎn)槽系組合夾具的著名公司;Bluco 是享譽(yù)世界生產(chǎn)完整系列孔系組合夾具系統(tǒng)的供應(yīng)商;Kipp 生產(chǎn)中型和大型孔系組合夾具;Witte
27、公司生產(chǎn)孔系組合檢測(cè)夾具, 是為三座標(biāo)準(zhǔn)測(cè)量機(jī)(CMM) 配套的絕好的柔性檢測(cè)夾具。目前在美國(guó)本土生產(chǎn)銷(xiāo)售和出租組合夾具的工廠都是小型企業(yè),分為三種類(lèi)型: 一種是專(zhuān)門(mén)銷(xiāo)售出租組合夾具的小型工廠! 二是工具制造廠, 同時(shí)生產(chǎn)或銷(xiāo)售組合夾具# 三為某類(lèi)機(jī)械廠, 在生產(chǎn)某一產(chǎn)品的同時(shí)也生產(chǎn)銷(xiāo)售組合夾具。在芝加哥附近的Rockford 的Bluco公司原為德國(guó)Bluco 公司的銷(xiāo)售代理商, 現(xiàn)已獨(dú)立生產(chǎn)、銷(xiāo)售、租賃, 16 ㎜ 、12㎜ 、10
28、㎜ 三個(gè)系列的公制孔系組合夾具。Carrlane是一家工具公司, 生產(chǎn)夾具通用零部</p><p> 1.3 本課題研究的內(nèi)容</p><p> 我們目前常見(jiàn)的標(biāo)準(zhǔn)件庫(kù)主要是基于不同CAD 支撐軟件的通用零件標(biāo)準(zhǔn)件庫(kù),它的建立和使用提高了設(shè)計(jì)效率,使設(shè)計(jì)人員有更多的時(shí)間注重產(chǎn)品的設(shè)計(jì),充分體現(xiàn)了使用CAD 系統(tǒng)所帶來(lái)的經(jīng)濟(jì)效益【3】。</p><p> 從目前
29、的使用情況來(lái)看,主要有二維和三維標(biāo)準(zhǔn)件庫(kù)兩大類(lèi)。二維標(biāo)準(zhǔn)件庫(kù)一般是利用編程方式實(shí)現(xiàn)的,調(diào)用方便。但這種建庫(kù)方式編程工作量相當(dāng)大,增加和修改零件時(shí)都需修改程序,系統(tǒng)的應(yīng)用范圍窄,此外,二維圖形不夠直觀,不便于設(shè)計(jì)的可用性評(píng)價(jià),也很難進(jìn)行干涉檢驗(yàn)。與此相比,三維平臺(tái)可以很方便地實(shí)現(xiàn)參數(shù)驅(qū)動(dòng)功能﹑裝配圖和零件圖關(guān)聯(lián)功能,而且其造型非常直觀,進(jìn)行干涉檢驗(yàn)也非常方便,所以隨著三維設(shè)計(jì)的廣泛使用,現(xiàn)在越來(lái)越多的標(biāo)準(zhǔn)件庫(kù)基于三維平臺(tái)建立。</p
30、><p> 三維標(biāo)準(zhǔn)件庫(kù)的建立現(xiàn)在常用的有三種: 1.建立完全的三維標(biāo)準(zhǔn)件模型,為每一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)件建立一個(gè)實(shí)體模型,然后將每個(gè)標(biāo)準(zhǔn)件都存儲(chǔ)在標(biāo)準(zhǔn)零件庫(kù)中,在需要時(shí)直接調(diào)用。這種方法工作量巨大不說(shuō),并且會(huì)出現(xiàn)存儲(chǔ)量占用龐大,管理困難,調(diào)用速度慢等一系列問(wèn)題。 2.利用二次開(kāi)發(fā)工具通過(guò)編程來(lái)實(shí)現(xiàn)三維標(biāo)準(zhǔn)件建模,對(duì)于每一系列的標(biāo)準(zhǔn)件,采用一個(gè)獨(dú)立的子程序來(lái)實(shí)現(xiàn),通過(guò)預(yù)留的接口來(lái)實(shí)現(xiàn)參數(shù)化。這樣的好處是不必建立三維實(shí)體模型庫(kù),
31、標(biāo)準(zhǔn)件實(shí)例化是在程序運(yùn)行時(shí)自動(dòng)形成裝配用的零件圖形文件,大大節(jié)省了硬盤(pán)空間。缺點(diǎn)是編程工作量龐大,有些復(fù)雜零件建模困難,容易出錯(cuò)。 3.采用參數(shù)化方法建立三維標(biāo)準(zhǔn)件模型,由于相同系列的標(biāo)準(zhǔn)件具有相間的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和不同的尺寸參數(shù),對(duì)同一系列的標(biāo)準(zhǔn)件就可以使用同一三維實(shí)體模型,不同的實(shí)際尺寸由存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)庫(kù)中的參數(shù)表來(lái)提供。其特點(diǎn)一是現(xiàn)用現(xiàn)生成,執(zhí)行速度快,占用空間??;二是只通過(guò)修改參數(shù)表就可以修改標(biāo)準(zhǔn)件,給標(biāo)準(zhǔn)件庫(kù)的維護(hù)和擴(kuò)充帶來(lái)了極大的便利
32、。它是一種非??尚械慕◣?kù)方法,因此,本文也正是采用這種方法建立了CATIA環(huán)境下的標(biāo)準(zhǔn)件庫(kù)[5]。</p><p> 第2章 組合夾具的類(lèi)型</p><p> 2.1 組合夾具的概念</p><p> 組合夾具是一種模塊化的夾具。標(biāo)準(zhǔn)的模塊元件具有較高精度和耐磨性,可組裝成各種夾具。夾具用畢可拆卸,清洗后留待組裝新夾具。由于使用組合夾具可縮短生產(chǎn)準(zhǔn)備周期,元
33、件能重復(fù)多次使用,并具有減少專(zhuān)用夾具數(shù)量等優(yōu)點(diǎn),因此組合夾具在單件、中、小批量多品種生產(chǎn)和數(shù)控加工中,是一種較經(jīng)濟(jì)的夾具。組合夾具也已經(jīng)商品化。組合夾具由可以循環(huán)使用的標(biāo)準(zhǔn)夾具元件、合件配套組成,根據(jù)工藝要求組裝成容易聯(lián)接和拆卸的夾具,組合夾具分為槽系組合夾具、孔系組合夾具、孔槽系組合夾具【11】。</p><p> 2.2 槽系組合夾具 </p><p> 主要是通過(guò)鍵與槽確定元件間
34、的相互位置(主要靠槽來(lái)定位和緊固)</p><p> 槽系夾具元件最突出的特點(diǎn)是組裝靈活多變,可調(diào)性好;缺點(diǎn)是精度低、剛性差;T型槽和螺栓頭定位和緊固變形,多個(gè)元件用一個(gè)螺栓連接穩(wěn)定性差、結(jié)合強(qiáng)度低,因元件緊固靠摩擦力,組裝調(diào)整需要測(cè)量即費(fèi)時(shí)又費(fèi)力。使用中承受不了大切削量切削力,因碰撞或較大的負(fù)載而產(chǎn)生位移,降低精度,導(dǎo)致工件報(bào)廢,不能滿(mǎn)足現(xiàn)代加工要求。</p><p> 槽系列夾具元
35、件分為八大類(lèi),曹寬分別為大型16H7和中型12H7。螺栓直徑分大、中、小、微型M6X1.5 M16、M12X1.5 M12 、M8 M6三個(gè)系列。</p><p> 大型、中型、小型系列元件均可獨(dú)立使用,用戶(hù)根據(jù)機(jī)床工作臺(tái)或托板尺寸以及被加工工件的外形尺寸選擇所需要的系列,三系類(lèi)具有統(tǒng)一的節(jié)距尺寸,備有過(guò)渡元件,因此可以混合使用。</p><p> 2.3 孔系組合夾具 </p&
36、gt;<p> 主要是通過(guò)銷(xiāo)和孔確定元件間的相互位置。(靠孔來(lái)定位和緊固)</p><p> 孔系組合夾具是目前國(guó)際上的一種新技術(shù),主要是為了適應(yīng)現(xiàn)在加工設(shè)配對(duì)工裝精度和剛性的要求而創(chuàng)造的,是繼槽系組合夾具元件之后出現(xiàn)的又一新穎快速組合工藝裝備,它的主要特點(diǎn)是:結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、以孔定位、螺栓連接,定位精度高、剛性好、品種少、組裝方便、經(jīng)濟(jì)效益大,便于計(jì)算機(jī)編程,特別使用于數(shù)控機(jī)床和加工中心等切削受力較
37、大的工件加工,缺點(diǎn)是可調(diào)性差、不太適宜普通機(jī)床使用??紫祳A具元件在國(guó)外應(yīng)用很普遍,在國(guó)內(nèi)的用戶(hù)也在逐年增多。</p><p> 孔系組合夾具剛出現(xiàn)的時(shí)候?yàn)槁菁y孔式,只是在基礎(chǔ)件矩陣式分布螺紋孔,用螺栓進(jìn)行連接、定位和緊固,沒(méi)有定位孔和定位銷(xiāo),承受的外力較槽式的要小,不像現(xiàn)在這樣為配合孔式即有精密的配合孔還有相互連接的螺紋孔。</p><p> 孔系列夾具元件也分為八大類(lèi),大、中、小型三
38、個(gè)系列M8、M12、M16。定位孔中心設(shè)計(jì)有螺紋孔,定位孔和螺紋孔是同心的,定位銷(xiāo)是空心定位銷(xiāo),定位孔和螺紋孔是間隔分布的,孔距有40mm和50mm。大型元件的定位孔徑16H6和定位孔徑12H5、螺紋M16 M16X1.5和螺紋M12 M12X1.5倆種,定位孔和螺紋孔是間隔分布的。孔系夾具元件的定位孔采用壓套結(jié)構(gòu),定位孔中心至定位基準(zhǔn)面的尺寸差0.015mm,相鄰定位孔孔距公差±0.01。</p><p&
39、gt; 孔系組合夾具是以孔銷(xiāo)來(lái)完成元件之間的定位,以M16 M16X1.5、M12 M12X1.5的短螺釘來(lái)完成元件間的緊固連接。</p><p> 2.4 孔槽系組合夾具 </p><p> 主要是通過(guò)銷(xiāo)、孔和建、槽及槽孔結(jié)合的鍵銷(xiāo)確定元件間的相互位置即通過(guò)槽和孔結(jié)合的方式進(jìn)行定位和緊固。</p><p> 孔槽系組合夾具吸收了槽、孔系列的精華,克服了二
40、者得缺點(diǎn)和不足,它的主要特點(diǎn)是:結(jié)構(gòu)巧、精度高、剛性好、強(qiáng)度大、體積小、重量輕、承受工件負(fù)荷大、組裝安裝調(diào)整簡(jiǎn)易快速、靈活多變(柔性)、組裝結(jié)合強(qiáng)度高、精度穩(wěn)定、安全可靠。</p><p> 2.4.1 孔槽系組合夾具在數(shù)控機(jī)床中的應(yīng)用</p><p> 隨著機(jī)械制造業(yè)的發(fā)展,對(duì)于組合夾具數(shù)控機(jī)床有許多不同于普通機(jī)床的特殊要求,如:粗加工時(shí)要求夾具具有很好的剛度,能承受大功率、高速切削
41、; 精加工時(shí)要求工件在夾具中產(chǎn)生的定位及夾緊誤差最小;為提高工效,要求組合夾具元件能大、中融合一體,安裝在同一塊基礎(chǔ)板上,以適應(yīng)單件或多件同時(shí)加工等??紫祳A具靠銷(xiāo)孔定位,故坐標(biāo)孔系一定,組裝程度簡(jiǎn)單,無(wú)需測(cè)量調(diào)整就能確定工件在機(jī)床坐標(biāo)中的位置。當(dāng)使用多夾具基礎(chǔ)板時(shí),既可組裝單個(gè)大零件夾具,又可組裝多個(gè)中小零件夾具,工效高,柔性好??紫祳A具的特點(diǎn),適用于數(shù)控機(jī)床和柔性制造系統(tǒng)的配套工裝或隨行夾具,在數(shù)控中的應(yīng)用覆蓋面超過(guò)槽系夾具,占據(jù)主導(dǎo)
42、地位。</p><p> 2.4.2 孔槽系組合夾具在焊接中的應(yīng)用</p><p> Grove公司是生產(chǎn)汽車(chē)液壓吊車(chē)的著名制造企業(yè)。過(guò)去焊接工序全部依靠手工焊接臨時(shí)工裝和專(zhuān)用焊接夾具去完成?,F(xiàn)在該公司設(shè)計(jì)出組合夾具系統(tǒng),其核心是安裝焊接零件、各式各樣的標(biāo)準(zhǔn)角度支承、支承塊及各種附件的三維工作臺(tái)。此臺(tái)設(shè)計(jì)成一個(gè)堅(jiān)實(shí)的平臺(tái),并由帶加強(qiáng)筋的高強(qiáng)度鋼制成,加工到很?chē)?yán)的公差以保證穩(wěn)定性和平直度
43、在0.033mm/m以?xún)?nèi)。三維工作臺(tái)做成數(shù)種尺寸,設(shè)計(jì)成單獨(dú)使用或用螺栓將數(shù)個(gè)工作臺(tái)連接在一起以適應(yīng)較大焊接零件。每一工作臺(tái)作為焊接夾具的主要結(jié)構(gòu)元件,由孔徑28mm和l0mm的孔遍布工作臺(tái)面及四周的網(wǎng)狀孔系組成。需要更準(zhǔn)確的孔距時(shí),可用網(wǎng)孔密度為一倍的輔助板,這些板的網(wǎng)狀孔距為50mm-6Omm,并很容易安裝在三維工作臺(tái)上。這些網(wǎng)狀孔系設(shè)計(jì)成將結(jié)構(gòu)零件和夾具元件安裝在工作臺(tái)上并保持孔的位置精度為士 0.025mm,整體為士0.05mm
44、。除網(wǎng)狀孔系外有些夾具元件也制成28mm寬的槽系,這些槽允許不同夾具元件精確定位以適應(yīng)焊接零件需要的位置。</p><p> 為使每一焊工容易理解每項(xiàng)焊接任務(wù),每一焊接工作地上有一本夾具組裝手冊(cè),手冊(cè)中包括一切照片、圖形以及每一種零件的相關(guān)資料。每一次每項(xiàng)特定任務(wù)重復(fù)進(jìn)行時(shí),焊工簡(jiǎn)易地參考這一手冊(cè)作為組裝所需夾具的指南,今天隨著工裝設(shè)計(jì)的功能集成到CAD系統(tǒng)中,焊工和工具工程師緊密配合,將點(diǎn)焊夾具與 CAD系統(tǒng)
45、合在一起為每一焊接夾具準(zhǔn)備好必需的生產(chǎn)文件,組合夾具在加工特殊工件中的應(yīng)用:</p><p> 在組合夾具使用過(guò)程中,針對(duì)一些形狀復(fù)雜、尺寸較大、要求精度較高、定位壓緊有困難的零件,單純用組合夾具無(wú)法完成的,可以采取以下方法:</p><p> (1)設(shè)計(jì)專(zhuān)用零件配合組合夾具元件使用。使用最多也最常用的是設(shè)計(jì)制造專(zhuān)用定位心軸和鉆模板。因工件孔定位時(shí),多數(shù)情況下不是最后工序,孔沒(méi)有做到尺
46、寸,都留有磨量。由于產(chǎn)品圖樣和工藝要求不一樣,孔所留的磨量各異,組合夾具元件不能滿(mǎn)足要求,為保證定位精度,設(shè)計(jì)制造專(zhuān)用定位心軸或者定位盤(pán),下面與組合夾具元件一級(jí)精度配合,上面和零件孔配合,從而解決了定位精度問(wèn)題。</p><p> (2)采用半組合夾具形式。對(duì)一些工件加工內(nèi)容復(fù)雜,精度要求高,用組合夾具和專(zhuān)用夾具都不好解決的,可以采用半組合夾具形式。</p><p> 2.4.3 孔槽
47、系組合夾具的發(fā)展趨勢(shì)</p><p> 夾具元件多功能模塊化:能單獨(dú)使用也能與其他元件組合在一起使用的多功能模塊化單元體的比例將進(jìn)一步增加,如現(xiàn)在使用的各種定位夾緊座、定位壓緊支承、精密虎鉗等模塊式單元體具有定位、夾緊以及調(diào)節(jié)的綜合功能,可以一件單獨(dú)使用,也可以幾件組裝在一起使用,T形基礎(chǔ)、方箱能組裝成一次能裝夾多件相同或不相同的工件的夾具,使用這種夾具可以減少機(jī)床的停機(jī)時(shí)間,最大限度發(fā)揮數(shù)控、加工中心機(jī)床的高
48、效性能。專(zhuān)用夾具、組合夾具一體化:現(xiàn)代化加工設(shè)備的多功能化,使工藝過(guò)程高度集中、工件一次定位裝夾后能完成多工序加工,這就需要一種通用而又能重復(fù)使用的組合可調(diào)式的夾具系統(tǒng)。它是由一系列統(tǒng)一化、標(biāo)準(zhǔn)化的元件和合件組成,利用這些元件、合件組裝成各種不同形式、不同結(jié)構(gòu)、可重復(fù)使用的夾具,供單件或中小批量生產(chǎn)使用。這種夾具系統(tǒng)保留了組合夾具的各種優(yōu)點(diǎn),組裝又像專(zhuān)用夾具那樣簡(jiǎn)單可靠。為了便于夾具與機(jī)床定位連接,夾具基體有統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)的定位連接位置,使之
49、專(zhuān)用、組合夾具向著一體化、組合化方向發(fā)展,以滿(mǎn)足現(xiàn)代化加工設(shè)備的需要。</p><p> 第3章 組合夾具的基本組成</p><p> 3.1 主要有八大類(lèi)元件組成及元件圖</p><p> 1、基礎(chǔ)件 夾具的基本元件</p><p> 例如:方形基礎(chǔ)板、長(zhǎng)方形基礎(chǔ)板和基礎(chǔ)角鐵等【5】。</p><p>
50、 圖3-1 長(zhǎng)方形基礎(chǔ)板</p><p> 2、支撐件 夾具的骨架元件</p><p> 例如:各種墊片、墊板、支撐、角鐵、V形角鐵、伸長(zhǎng)板和菱形板等。</p><p><b> 圖3-2 墊片</b></p><p><b> 圖3-3 支撐件</b></p><p&
51、gt; 3、定位件 元件間定位和工件正確安裝用的元件</p><p> 例如:各種鍵、定位銷(xiāo)、定位盤(pán)、角度定位件、定位支撐、定位板、和V形件等。</p><p><b> 圖3-4 定位銷(xiāo)</b></p><p> 4、導(dǎo)向件 在夾具上確定切削工具位置的元件</p><p> 例如:各種鉆模板、鉆套、鉸套和
52、導(dǎo)向支撐等。這類(lèi)元件主要用來(lái)確定刀具與工件的相對(duì)位置,加工時(shí)起到刀具上的正確引導(dǎo)作用。導(dǎo)向件中的鉆模板,是組裝鉆床家具的重要元件。鉆床夾具在各類(lèi)組合夾具中用的數(shù)量最多,因此,鉆模板的型別和規(guī)格也較多。在組裝夾具時(shí),應(yīng)根據(jù)被加工孔的直徑和位置來(lái)選擇相應(yīng)孔徑和長(zhǎng)度的鉆模板。</p><p><b> 圖3-7 鉆套</b></p><p><b> 圖3-8
53、 鉆模板</b></p><p> 5、壓緊件 作壓緊元件或工件的元件</p><p> 例如:平壓板、伸長(zhǎng)板。</p><p><b> 圖3-9 平壓板</b></p><p> 6、緊固件 作緊固元件或工件的元件</p><p> 例如:各種螺栓、螺釘、螺母和墊圈等
54、。組合夾具上使用的螺栓和螺母,一般要求強(qiáng)度高、壽命長(zhǎng),因此這些元件與普通 螺栓、螺母相比所用的材料要好一些,技術(shù)要求要高一些。12mm槽系列組合夾具使用的螺栓、螺釘只有四種直徑即M12、M8、M6、M5。除M12外,都采用粗牙螺紋。M12的螺栓和螺釘采用螺距為1.5mm的細(xì)牙螺紋,其優(yōu)點(diǎn)是自鎖性能較好,在受到切削振動(dòng)情況下不易松動(dòng)【4】。</p><p> 圖3-10螺釘 &
55、lt;/p><p><b> 圖3-11螺母</b></p><p><b> 圖3-12螺栓</b></p><p> 7、其它件 在夾具中起輔助作用的元件</p><p> 例如:包括上述六類(lèi)外的各種用途的單件元件,如連接板、滾花手柄、各種支釘和支撐冒、支撐環(huán)、彈簧、二爪支撐、三爪支撐及平
56、衡塊等。這類(lèi)元件,有的有比較明顯的用途,若選用適當(dāng),能再組裝中起到極為有利的輔助作用。</p><p><b> 圖3-12彈簧</b></p><p> 8、合 件 用于分度、導(dǎo)向 、支撐等的組合件 </p><p> 例如:是指在組裝過(guò)程中不拆散使用的獨(dú)立元件。按其用途不同,可分為定位合件、導(dǎo)向合件、度合件、支撐合件、夾緊合件等
57、【6】。</p><p> 第4章 工件在組合夾具中的定位與夾緊</p><p><b> 4.1 工件的定位</b></p><p> 4.1.1 工件定位的概念</p><p> 在機(jī)械加工中,為了保證工件個(gè)加工表面間的相互位置精度,工藝系統(tǒng)的各要素,即機(jī)床、刀具、組合家具及工件之間,要有正確的相對(duì)位置關(guān)系
58、。</p><p> 工件定位的準(zhǔn)確性和可靠性是影響加工后工件個(gè)表面相互位置精度的重要因素。定位的準(zhǔn)確性和可靠性,除了與工件定位基準(zhǔn)面得制造精度有關(guān)外,還取決于夾具定位元件的精度和定位機(jī)構(gòu)的合理性。實(shí)踐表明,在組裝組合夾具時(shí),首先要熟悉和掌握工件在組合夾具中的定位基本原理和方法,擬定出定位方案,在此基礎(chǔ)上根據(jù)工件的加工要求,分析定位的準(zhǔn)確性和可靠性,最后通過(guò)組裝達(dá)到夾具結(jié)構(gòu)的合理化。</p>&l
59、t;p> 4.1.2 定位基準(zhǔn)的概念</p><p> 用來(lái)確定工件相對(duì)于夾具位置的基準(zhǔn)稱(chēng)為定位基準(zhǔn)。定位基準(zhǔn)是工件與夾具定位元件接觸或配合的實(shí)際點(diǎn)、線(xiàn)和面。定位基準(zhǔn)分為粗基準(zhǔn)和精基準(zhǔn),在選擇定位基準(zhǔn)是時(shí)一般都是先根據(jù)零件的加工要求要求選擇精基準(zhǔn),然后再考慮用哪一組表面做粗基準(zhǔn)才能把精基準(zhǔn)加工出來(lái)。</p><p> 4.2 定位原理 </p><p&g
60、t; 4.2.1 六點(diǎn)定位原理</p><p> 任一物體在空間都有宏觀運(yùn)動(dòng)的可能性,稱(chēng)之為自由度,在OXYZ坐標(biāo)系中,物體可以有沿X、Y、Z軸的移動(dòng)和繞此三軸的轉(zhuǎn)動(dòng)如圖4-1所示,欲使工件在空間取得唯一位置,則必須限制六個(gè)自由度,這就是六點(diǎn)定位原理。所謂的工件的定位,就是采取適當(dāng)?shù)募s束措施,來(lái)消除工件的六個(gè)自由度,以實(shí)現(xiàn)工件的定位。</p><p> 圖4-1 六點(diǎn)自由度</
61、p><p> 4.2.2 完全定位</p><p> 消除全部(6個(gè))自由度,叫做完全定位。</p><p> 圖4-2所示的定位情況即為完全定位。在底面(主支承面)設(shè)置3個(gè)支承釘限制Z旋轉(zhuǎn)、X移動(dòng)、Y移動(dòng);側(cè)面(導(dǎo)向面)設(shè)置2個(gè)支承釘限制Z旋轉(zhuǎn)、X移動(dòng);后面(止推面)設(shè)置1個(gè)支承釘限制Y移動(dòng),共限制6個(gè)自由度。</p><p> 這種方
62、式常用、保險(xiǎn),因?yàn)椴槐負(fù)?dān)心漏了自由度。但是,可能會(huì)造成夾具復(fù)雜化,使夾具成本上升。</p><p> 圖4-2 長(zhǎng)方體在空間的六個(gè)自由度 </p><p><b> 例如:</b></p><p> 圖4-3工件分別以?xún)蓚€(gè)Φ8mm孔的上下兩端面為主要定位基準(zhǔn),在Φ8mm孔的上端與壓板4接觸限制3個(gè)自由度,工件的Φ8mm孔與定位銷(xiāo)13接觸限
63、制3個(gè)自由度,以實(shí)現(xiàn)六點(diǎn)定位。安裝時(shí),先將定位銷(xiāo)13安裝在支撐件2上,隨即將工件放在以固定好的定位銷(xiāo)13上,最后用壓板4壓緊Φ8mm孔的上端面。</p><p><b> 圖4-3 工件</b></p><p> 4.3 定位誤差的分析與計(jì)算</p><p> 4.3.1 定位誤差的概念</p><p> 工件的
64、正確定位是保證加工精度的必要條件,但不是充分條件,還要在正確定位基礎(chǔ)之上進(jìn)一步分析工件定位的誤差問(wèn)題。由于工件定位所造成的加工表面對(duì)于工序基準(zhǔn)的位置變化成為定位誤差(在機(jī)械加工工序中確定本工序被加工表面位置的基準(zhǔn)成為工序基準(zhǔn))。定位誤差用它是由三部分因素產(chǎn)生的:</p><p> 工件在夾具中的定位、加緊誤差。</p><p> (1)夾具帶著工件安裝在機(jī)床上,相對(duì)機(jī)床主軸(或刀具)或
65、運(yùn)動(dòng)導(dǎo)航的位置誤差,也成對(duì)定誤差。</p><p> (2)加工過(guò)程中誤差,如機(jī)床幾何精度、工藝系統(tǒng)的受力與受熱變形、切削振動(dòng)等原因引起的誤差。</p><p> 其中,定位誤差是指工序基準(zhǔn)在加工方向上的最大位置變動(dòng)量所引起的加工誤差??梢?jiàn),定位誤差只是工件加工誤差的一部分。設(shè)計(jì)夾具定位方案時(shí),要充分考慮此定位方案的定位誤差的大小是否在允許的范圍內(nèi)。一般定位誤差應(yīng)控制在工件的1/5~1
66、/3之內(nèi)。</p><p> 4.3.2 產(chǎn)生定位誤差的原因</p><p> (1)基準(zhǔn)不重合帶來(lái)的定位誤差 </p><p> 即定位基準(zhǔn)與設(shè)計(jì)基準(zhǔn)不重合導(dǎo)致的誤差△jb 。計(jì)算定位誤差時(shí),主要這兩項(xiàng),把它們限制在工件公差的1/3范圍內(nèi),把2/3留給其它(安裝誤差、夾緊變形、熱變形、磨損等)誤差,工件以已經(jīng)加工過(guò)的表面定位,其定位基準(zhǔn)的位置可 基準(zhǔn)面位置誤
67、差△jw 。</p><p> Δdw=Δjw+Δjb≤1/3Tg(4-1)</p><p> (2)間隙引起的定位誤差</p><p> (3)與夾具有關(guān)的因素產(chǎn)生的定位誤差</p><p> 這類(lèi)因素基本上屬于組合夾具設(shè)計(jì)與制造中的誤差,如:</p><p> 1)定位基準(zhǔn)面與定位元件表面的形狀誤差。&
68、lt;/p><p> 2)導(dǎo)向元件、對(duì)刀元件與定位元件間的位置誤差,以及其形狀誤差導(dǎo)致產(chǎn)生的導(dǎo)向誤差和對(duì)刀誤差。</p><p> 3)夾具在機(jī)床上的安裝誤差,即對(duì)定位誤差導(dǎo)致工件相對(duì)刀具主軸或運(yùn)動(dòng)方向產(chǎn)生的位置誤差。</p><p> 4)夾緊力使工件或夾具產(chǎn)生變形,產(chǎn)生位置誤差。</p><p> 5)定位元件與定位元件間的位置誤差,
69、以及定位元件、對(duì)刀元件、導(dǎo)向元件、定向元件等元件的磨損。</p><p> 4.3.3 工件以孔定位</p><p> 工件以孔定位時(shí),夾具上相應(yīng)的定位元件可以是心軸或是定位銷(xiāo)。</p><p> 工件內(nèi)孔以過(guò)盈配合在剛性心軸(或定位銷(xiāo))上定位內(nèi),孔定位誤差的計(jì)算比較復(fù)雜,尺寸的標(biāo)注方式不同,定位誤差計(jì)算方法也不一樣,一般有以下不同的情況:</p>
70、<p> ?。?)工件內(nèi)孔以過(guò)盈配合在剛性心軸(或定位銷(xiāo))上定位</p><p> 1) 過(guò)盈配合,孔與軸無(wú)間隙,孔與軸(銷(xiāo))的同軸度誤差等于零,即△jw =0</p><p> 2) 孔中心線(xiàn)作定位基準(zhǔn),在心軸上定位,△jb=0 ,所以△dw = 0</p><p> 3)過(guò)盈配合時(shí),孔在心軸上定位的定心精度是最高的。</p>&
71、lt;p> ?。?)工件內(nèi)孔以間隙配合在剛性心軸(或銷(xiāo))上定位</p><p> 1)心軸與內(nèi)孔單邊接觸(心軸水平放置)</p><p> 由于工件自重,工件內(nèi)孔的上母線(xiàn)始終與心軸上母線(xiàn)接觸,由于孔中心定位,△jb=0,設(shè)定位心軸(銷(xiāo))直徑d1、工件外徑d、工件內(nèi)孔D</p><p> 圖4-4 心軸水平放置</p><p>
72、△dw=△jw=o1o2=o1 P-o2P= (Dmax-d1min)/2</p><p> =(D+△D)/2-(d1-△d1)/2</p><p> =△S/2+△D/2+△d1/2</p><p> =(△S+△D+ △ d1)/2</p><p> 2)心軸與內(nèi)孔雙邊接觸(心軸垂直放置)</p><p>
73、; 同樣以孔中心定位△jb=0</p><p> △dw = △jw </p><p> = Dmax-d1min=(D+△D)-(d1-△d1)</p><p> =△S+△D+△d1</p><p> 定位誤差為單邊接觸定位誤差的兩倍</p><p><b> 圖4-5 工件</b>
74、;</p><p><b> 例如:</b></p><p> 圖5定位銷(xiāo)水平放置,工件裝到定位銷(xiāo)中后,由于自重作用,工件定位孔與心軸上母線(xiàn)接觸,孔軸線(xiàn)位于心軸軸線(xiàn)的下方,由于定位副制造不準(zhǔn)確引起的定位誤差</p><p> Δab=1/2(Dmax-dmin)</p><p> 由于 Dmax=Dmin+TD
75、 </p><p> dmin=dmax-Td</p><p> 所以Δab=1/2【Dmin+TD -(dmax-Td)】</p><p> =1/2(TD+Td+Δs)</p><p><b> 式中</b></p><p> Dmin——定位孔的最小直徑(mm);<
76、/p><p> TD ——定位孔的公差(mm);</p><p> Dmax—定位銷(xiāo)的最大直徑(mm);</p><p> Td—定位銷(xiāo)的公差(mm);</p><p> Δs—定位孔與定位銷(xiāo)間最小配合間隙(mm),Δs=Dmin-dmax。</p><p> 定位孔的直徑D=8mm</p><
77、;p> 定位銷(xiāo)的直徑d=8mm</p><p> 則TD=Dmax-Dmin=0.025-0=0.025</p><p> Td=dmax-dmin=-0.0098-(-0.0265)=0.0167</p><p> Δs=0-(-0.0098)=0.0098</p><p> 所以Δab=1/2(0.025+0.0167+0
78、.0098)</p><p><b> =0.0515</b></p><p> 定位誤差Δab=0.0515,對(duì)于工序尺寸(Φ10±0.08)mm而言,由公式(4-1)可知,定位誤差小于該工序尺寸制造誤差0.16的1/3,證明上述定位方案可行。</p><p> 4.4 工件在夾具中的夾緊</p><p&g
79、t; 4.4.1 工件的夾緊</p><p> 1、夾緊裝置的組成:(兩個(gè)部分組成)</p><p> (1)動(dòng)力源:手動(dòng)夾緊:人力提供動(dòng)力源</p><p> 機(jī)動(dòng)夾緊:以氣動(dòng)、液動(dòng)、電動(dòng)等提供動(dòng)力源。</p><p> (2)夾緊機(jī)構(gòu):是接受和傳遞作用力的機(jī)構(gòu),包括中間遞力機(jī)構(gòu)和夾緊元件中間遞力機(jī)構(gòu)的作用:a、改變夾緊力方向;b
80、、改變夾緊力大??;c 、提供自鎖功能。</p><p> 2、夾緊裝置的設(shè)計(jì)要求</p><p> 1、夾緊力不應(yīng)破壞定位;</p><p> 2、足以抵抗加工中的各種力和振動(dòng);</p><p> 3、工件不應(yīng)發(fā)生過(guò)度變形;</p><p> 4、有足夠的夾緊行程;</p><p>&
81、lt;b> 5、具有自鎖性;</b></p><p> 6、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、易于操作。</p><p> 4.4.2 夾緊力的確定 </p><p> 1、夾緊力的方向的選擇</p><p> ?。?)夾緊力的方向應(yīng)垂直于主要定位基準(zhǔn)面,主要定位基準(zhǔn)面面積大、精度高、限制不定度數(shù)目多,二者垂直,有利于準(zhǔn)確定位。如圖4-8&
82、lt;/p><p> 圖4-8 夾緊力方向?qū)︾M孔位置精度的影響 </p><p> 夾緊力的方向與工件剛度最大的方向一致減小夾緊力,以減小工件的夾緊變形。如圖4-9</p><p> 圖4-9 夾緊力方向與工件剛度最大的方向一致</p><p> 夾緊力作用方向應(yīng)盡量與工件的切削力、重力等的作用方向一致,可以減小所需夾緊力值。如圖4-1
83、0</p><p> 圖4-10 夾緊力方向盡量與作用力方向一致</p><p> 2、夾緊力作用點(diǎn)的選擇</p><p> ?。?)夾緊力的作用點(diǎn)應(yīng)位于工件剛性較好的部位,若夾緊力的作用點(diǎn)位置工件剛性較大,工件變形??;若夾緊力作用點(diǎn)位置工件剛性小,工件變形大。即夾緊力應(yīng)作用在工件剛度最大的部位。如圖4-11</p><p> 圖4-
84、11 夾緊力作用的部位</p><p> 夾緊力的作用點(diǎn)應(yīng)正對(duì)定位元件或位于定位元件所形成的支撐面內(nèi),若夾緊力的作用點(diǎn)不正對(duì)定位元件,容易是定位元件發(fā)生翻轉(zhuǎn),從而破壞了工件的定位位置。如圖4-12</p><p> 圖4-12 夾緊力的穩(wěn)定性</p><p> 夾緊力作用點(diǎn)應(yīng)盡量靠近加工表面,使夾緊穩(wěn)固可靠。如圖4-13</p><p&
85、gt; 圖4-13 夾緊力的作用位置</p><p> 3、夾緊力的大小的選擇</p><p> ?。?)設(shè)計(jì)夾具,估算夾緊力是一件十分重要的工作。夾緊力過(guò)大會(huì)增大工件的夾緊變形,還會(huì)無(wú)謂地增大夾緊裝置,造成浪費(fèi);夾緊力過(guò)小工件夾不緊,加工中工件的定位位置將被破壞,而且容易引發(fā)安全事故。</p><p> 在確定夾緊力時(shí),可將夾具和工件看成一個(gè)整體,將作用在
86、工件上的切削力、夾緊力、重力和慣性力等,根據(jù)靜力平衡原理列出靜力平衡方程式,即可求的夾緊力。夾緊力太小,不足以抵抗加工中的各種力;夾緊力太大,易造成工件、夾具的較大變形。實(shí)際夾緊力W0一般為理論夾緊力W乘以安全系</p><p><b> 數(shù)K,即:</b></p><p><b> W0 =KW</b></p><p&g
87、t; 一般安全系數(shù) K=1.5~3</p><p> 粗加工 K=2.5~3</p><p> 精加工 K=1.5~2</p><p> 加工過(guò)程中切削力的作用點(diǎn)、方向和大小可能都在變化,估算夾緊力時(shí)應(yīng)按最不利的情況考慮。</p><p> (2)鉆床鉆孔時(shí)切削力分析</p><p> 切削力的來(lái)源
88、,切削合力及其分解,切削功率 </p><p> 研究切削力,對(duì)進(jìn)一步弄清切削機(jī)理,對(duì)計(jì)算功率消耗,對(duì)刀具、機(jī)床、夾具的設(shè)計(jì),對(duì)制定合理的切削用量,優(yōu)化刀具幾何參數(shù)等,都具有非常重要的意義。金屬切削時(shí),刀具切入工件,使被加工材料發(fā)生變形并成為切屑所需的力,稱(chēng)為切削力。切削力來(lái)源于三個(gè)方面: </p><p> 克服被加工材料對(duì)彈性變形的抗力; </p><p>
89、 克服被加工材料對(duì)塑性變形的抗力; </p><p> 克服切屑對(duì)前刀面的摩擦力和刀具后刀面對(duì)過(guò)渡表面與已加工表面之間的摩擦力。</p><p><b> 切削力的來(lái)源</b></p><p> 上述各力的總和形成作用在刀具上的合力Fr(國(guó)標(biāo)為F)。為了實(shí)際應(yīng)用,F(xiàn)r可分解為相互垂直的Fx(國(guó)標(biāo)為Ff)、Fy(國(guó)標(biāo)為Fp)和Fz(國(guó)標(biāo)為
90、Fc)三個(gè)分力。在車(chē)削時(shí): </p><p> Fz——切削力或切向力。它切于過(guò)渡表面并與基面垂直。Fz是計(jì)算車(chē)刀強(qiáng)度,設(shè)計(jì)機(jī)床零件,確定機(jī)床功率所必需的。 </p><p> Fx——進(jìn)給力、軸向力或走刀力。它是處于基面內(nèi)并與工件軸線(xiàn)平行與走刀方向相反的力。Fx是設(shè)計(jì)走刀機(jī)構(gòu),計(jì)算車(chē)刀進(jìn)給功率所必需的。 </p><p> Fy——切深抗力、或背向力、徑向力
91、、吃刀力。它是處于基面內(nèi)并與工件軸線(xiàn)垂直的力。Fy用來(lái)確定與工件加工精度有關(guān)的工件撓度,計(jì)算機(jī)床零件和車(chē)刀強(qiáng)度。它與工件在切削過(guò)程中產(chǎn)生的振動(dòng)有關(guān)。</p><p> 圖 4-14 工件受力圖</p><p> 例如圖4-14所示鉆孔工序中,G為工件自重,F(xiàn)為夾緊力。F1、F2分別為主切削力和進(jìn)給力。已知L=21mm,L2=40mm,L1=54mm,L3=7mm, F1=800N,F(xiàn)
92、2=200N,G=100N。問(wèn)需施加多大夾緊力才能保證加工正常進(jìn)行?(F1=Fz,F(xiàn)2=Fx,)</p><p> 解 根據(jù)靜力平衡原理 可列出作用在工件上所有作用力的靜力平衡方程式</p><p> F1L-[GL2+FL3+F(2L2-L3)-F2L2]=0</p><p> 從夾緊性的可靠性考慮,在刀具切削到終點(diǎn)時(shí),屬于最不利的情況。將有關(guān)已知
93、條件代入上式,即可求得夾緊力F= 318.4N;取安全系數(shù)K=3,最后求得需施加的夾緊力F=955.2N。</p><p> 夾具設(shè)計(jì)中,夾緊力大小并非在所有情況下都需要計(jì)算。在手動(dòng)夾緊裝置中,常根據(jù)經(jīng)驗(yàn)或類(lèi)比法確定所需的夾緊力。</p><p> 第5章 CATIA設(shè)計(jì)系統(tǒng)</p><p> 5.1 CATIA簡(jiǎn)介</p><p>
94、 CATIA是英文 Computer Aided Tri-Dimensional Interface Application 的縮寫(xiě)。是世界上一種主流的CAD/CAE/CAM 一體化軟件。在70年代Dassault Aviation成為了第一個(gè)用戶(hù),CATIA 也應(yīng)運(yùn)而生。從1982年到1988年,CATIA 相繼發(fā)布了1版本、2版本、3版本,并于1993年發(fā)布了功能強(qiáng)大的4版本,現(xiàn)在的CATIA 軟件分為V4版本和 V5版本兩個(gè)系列
95、。V4版本應(yīng)用于UNIX 平臺(tái),V5版本應(yīng)用于UNIX和Windows兩種平臺(tái)。V5版本的開(kāi)發(fā)開(kāi)始于1994年。為了使軟件能夠易學(xué)易用,Dassault System于94年開(kāi)始重新開(kāi)發(fā)全新的CATIA V5版本,新的V5版本界面更加友好,功能也日趨強(qiáng)大,并且開(kāi)創(chuàng)了CAD/CAE/CAM 軟件的一種全新風(fēng)格,法國(guó) Dassault Aviation 是世界著名的航空航天企業(yè)。其產(chǎn)品以幻影2000和陣風(fēng)戰(zhàn)斗機(jī)最為著名。CATIA的產(chǎn)品開(kāi)發(fā)
96、商Dassault System 成立于1981年。而如今其在CAD/CAE/CAM 以及PDM 領(lǐng)域內(nèi)的領(lǐng)導(dǎo)地位,已得到世</p><p> CATIA是法國(guó)Dassault System公司的CAD/CAE/CAM一體化軟件,居世界CAD/CAE/CAM領(lǐng)域的領(lǐng)導(dǎo)地位,廣泛應(yīng)用于航空航天、汽車(chē)制造、造船、機(jī)械制造、電子\電器、消費(fèi)品行業(yè),它的集成解決方案覆蓋所有的產(chǎn)品設(shè)計(jì)與制造領(lǐng)域,其特有的DMU電子樣機(jī)模
97、塊功能及混合建模技術(shù)更是推動(dòng)著企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力和生產(chǎn)力的提高。CATIA 提供方便的解決方案,迎合所有工業(yè)領(lǐng)域的大、中、小型企業(yè)需要。包括:從大型的波音747飛機(jī)、火箭發(fā)動(dòng)機(jī)到化妝品的包裝盒,幾乎涵蓋了所有的制造業(yè)產(chǎn)品。在世界上有超過(guò)13,000的用戶(hù)選擇了CATIA。CATIA 源于航空航天業(yè),但其強(qiáng)大的功能以得到各行業(yè)的認(rèn)可,在歐洲汽車(chē)業(yè),已成為事實(shí)上的標(biāo)準(zhǔn)。CATIA 的著名用戶(hù)包括波音、克萊斯勒、寶馬、奔馳等一大批知名企業(yè)。其用戶(hù)群體
98、在世界制造業(yè)中具有舉足輕重的地位。波音飛機(jī)公司使用CATIA完成了整個(gè)波音777的電子裝配,創(chuàng)造了業(yè)界的一個(gè)奇跡,從而也確定了CATIA 在CAD/CAE/CAM 行業(yè)內(nèi)的領(lǐng)先地位。</p><p> 5.2 CATIA界面介紹</p><p> 本課題選用CATIA V5作為本次設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)的平臺(tái)。</p><p> CATIA V5是IBM/DS基于Windo
99、ws NT/2000操作系統(tǒng)上開(kāi)發(fā)的高端的CAD/CAM軟件,它涵蓋了產(chǎn)品開(kāi)發(fā)的全過(guò)程,提供了完善無(wú)縫的集成環(huán)境,CATIA V5之前的版本CATIA V4是基于UNIX系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的,隨著NT操作系統(tǒng)的普及,以及個(gè)人計(jì)算機(jī)性能不斷地提高、成本不斷地下降,許多高端的CAD/CAM軟件紛紛從UNIX移植到Windows NT平臺(tái)。IBM/DS在充分了解客戶(hù)的需求,并積累了大量客戶(hù)的應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)后,決定開(kāi)發(fā)新一代基于NT平臺(tái)的CATIA即CATIA
100、 V5。</p><p> 5.2.2 CATIA的工作界面</p><p> CATIA采用了標(biāo)準(zhǔn)的Windows工作界面,雖然擁有幾十個(gè)模塊,但其工作界面的風(fēng)格是一致的,如下圖。二維作圖或三維建模的區(qū)域位于屏幕的中央,周邊是工具欄,頂部是菜單條,底部是狀態(tài)欄。如圖5-1 </p><p> 圖5-1 CATIA的工作界面</p><p&
101、gt; 5.3 CATIA V5的設(shè)計(jì)思路</p><p> 1.零件三維模型的建立</p><p> 要建立起零件的三維模型,首先要根據(jù)零件的具體結(jié)構(gòu)勾畫(huà)出零件的草圖,一般來(lái)說(shuō)這些草圖是由點(diǎn)、線(xiàn)或者面組合而成的單一、封閉的圖形。根據(jù)這些草圖進(jìn)行特征的設(shè)計(jì)如拉伸、旋轉(zhuǎn)、放樣、掃面、倒角、抽殼、拔模等,形成所需的零件的三維模型。</p><p> 2.裝配造型
102、的建立 </p><p> 裝配零部件首先要有裝配關(guān)系的零件嵌入到裝配環(huán)境中,按照相切、同軸、重合、平行、垂直等裝配關(guān)系將零部件之間添加裝配約束關(guān)系,限制零部件的自由度。</p><p><b> 3.干涉檢查</b></p><p> 檢查相互有接觸的零部件之間是否會(huì)產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)干涉,軟件可自動(dòng)進(jìn)行檢查,在系統(tǒng)提示了檢查結(jié)果后,要對(duì)干涉的
103、零件進(jìn)行尺寸或者位置的修改。</p><p> 4.裝配體的運(yùn)動(dòng)仿真</p><p> 根據(jù)裝配體實(shí)際的運(yùn)動(dòng)狀態(tài),設(shè)置有運(yùn)動(dòng)關(guān)系的零部件之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)狀態(tài),用來(lái)檢查零部件之間的位置約束和相對(duì)運(yùn)動(dòng)關(guān)系的正確性,并簡(jiǎn)單明了的進(jìn)行仿真運(yùn)動(dòng),是運(yùn)動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)軌跡在裝配體中的顯示。</p><p> 5.二維工程圖的設(shè)計(jì)</p><p> 可以由
104、三維視圖直接生成,在二維工程圖上可以加注尺寸和技術(shù)要求生成工程圖樣,使三維實(shí)體轉(zhuǎn)換成工程圖紙。</p><p><b> 5.4 三維裝配</b></p><p> 裝配設(shè)計(jì)過(guò)程所涉及的對(duì)象是立體的工業(yè)產(chǎn)品。裝配設(shè)計(jì)的優(yōu)劣,對(duì)于縮短產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)周期,提高設(shè)計(jì)質(zhì)量,降低裝配成本有著顯著的影響。對(duì)處于設(shè)計(jì)階段的工業(yè)產(chǎn)品,比較直觀的評(píng)判是在計(jì)算機(jī)上仿真產(chǎn)品的實(shí)際裝配過(guò)程,
105、實(shí)現(xiàn)由可視化方式展開(kāi)并改進(jìn)產(chǎn)品性能的目的。CATIA V5所提供的裝配模式就是通過(guò)零件間的裝配關(guān)系來(lái)生成裝配體,還能管理裝配過(guò)程中的一些裝配文件,并在裝配體生成之后可以進(jìn)行裝配體中零件間的干涉檢查、裝配體的分解,可以手動(dòng)或者自動(dòng)生成爆炸圖,以使觀眾對(duì)裝配體的零件組成有一個(gè)宏觀上總體的把握;還可以定義裝配體各部件的分解動(dòng)畫(huà)和總體分解動(dòng)畫(huà)。可以采用自底向上、自頂向下的裝配方法進(jìn)行。在實(shí)際的裝配體設(shè)計(jì)里,通常會(huì)混合使用自頂向下的裝配體設(shè)計(jì)和自
106、底向上的裝配體設(shè)計(jì)方式。</p><p> 在完成組合夾具的零件建模后,就可以進(jìn)行裝配了??芍苯佑肅ATIA V5中的重合、對(duì)齊、平行、距離、相切、同心等命令將所有零件模型按要求裝配在一起即可。</p><p> 第6章 孔槽系組合夾具</p><p> 6.1 零件的結(jié)構(gòu)分析</p><p> 零件的材料為Q235,灰鑄鐵生產(chǎn)工藝
107、簡(jiǎn)單,主要銑工件上Φ10mmH7的孔(如圖6-1)。工件以8H7mm孔為定位基準(zhǔn),實(shí)現(xiàn)6點(diǎn)定位,用定位銷(xiāo)限制工件的轉(zhuǎn)動(dòng)自由度。通過(guò)螺旋平板夾緊工件。夾具的定位裝置均安裝在由長(zhǎng)方形基礎(chǔ)版所組成的彎板上。該夾具結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,使用方便。</p><p><b> 圖6-1 工件圖</b></p><p> 6.2 工藝規(guī)程設(shè)計(jì)</p><p> 零
108、件材料為Q235??紤]零件在機(jī)床運(yùn)行過(guò)程中所受沖擊不大,零件結(jié)構(gòu)又比較簡(jiǎn)單,故選擇鑄造毛坯。</p><p> 基面選擇是工藝規(guī)程設(shè)計(jì)的重要工作之一。基面選擇的正確與合理是加工質(zhì)質(zhì)量</p><p> 得到保證,生產(chǎn)率得以提高。否則,加工工藝過(guò)程中回問(wèn)題百出,更有甚者,還會(huì)造成零件的大批量報(bào)廢,使生產(chǎn)無(wú)法正常運(yùn)行。</p><p> 1.粗基準(zhǔn)的選擇。對(duì)于零件
109、而言,盡可能選擇不加工表面為粗基準(zhǔn)。而對(duì)于若干個(gè)不加工的表面的工件,則應(yīng)該與加工表面要求相對(duì)位置精度較高的不加工表面作粗基準(zhǔn)。根據(jù)這個(gè)基準(zhǔn)選擇原則,選取側(cè)面和上面限制自由度以達(dá)到完全定位。</p><p> 2.精基準(zhǔn)的選擇。主要應(yīng)該考慮基準(zhǔn)重合的問(wèn)題。當(dāng)設(shè)計(jì)基準(zhǔn)和工序基準(zhǔn)重合時(shí),應(yīng)該進(jìn)行尺寸換算,在這以后還要專(zhuān)門(mén)計(jì)算,此處不再重復(fù)。</p><p> 制定工藝路線(xiàn)得出發(fā)點(diǎn),應(yīng)是使零件
110、的的幾何形狀、尺寸精度及位置精度等技術(shù)要求能得到合理的保證,在生產(chǎn)綱領(lǐng)已確定的情況下,可以考慮采用萬(wàn)能性機(jī)床配以</p><p> 組合夾具,并盡量使工序集中來(lái)提高生產(chǎn)率。除此之外,還應(yīng)當(dāng)考慮經(jīng)濟(jì)效果,以便使生產(chǎn)成本盡量降低。</p><p> 一個(gè)好的結(jié)構(gòu)不但要達(dá)到設(shè)計(jì)要求,而且要有好的機(jī)械加工工藝性,也就是要有加工的可能性,要便與加工,要能夠保證加工質(zhì)量,同時(shí)使加工的勞動(dòng)量最小。而
111、設(shè)計(jì)和工藝是密切相關(guān)的,設(shè)計(jì)者要考慮加工工藝,鞏工藝師要考慮如何從工藝上保證設(shè)計(jì)的要求[13]。</p><p><b> 工藝路線(xiàn):</b></p><p> 1.先粗銑上端面,再精銑上端面;</p><p> 2.粗銑Φ10mmH7的孔,再精銑Φ10mmH7的孔;</p><p><b> 3.檢驗(yàn)
112、</b></p><p><b> 4.入庫(kù)</b></p><p> 由于本工件簡(jiǎn)單容易加工,故采用上邊的工藝路線(xiàn)便可完成加工,而且效率很高</p><p><b> 6. 3 夾具設(shè)計(jì)</b></p><p> 6.3.1 設(shè)計(jì)夾具體的基本要求</p><
113、p> 夾具體是夾具的基本件,它既要把夾具的各種元件、機(jī)構(gòu)、裝置連接成一個(gè)整體,而且還要考慮工件裝卸的方便[4]。因此,夾具體的形狀和尺寸主要取決于夾具各組成件的分布位置、工件的外形輪廓尺寸以及加工的條件等。在設(shè)計(jì)夾具體時(shí)應(yīng)滿(mǎn)足以下基本要求: </p><p> 1.結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、輕便,在保證強(qiáng)度和剛度前提下結(jié)構(gòu)盡可能簡(jiǎn)單緊湊,體積小、質(zhì)量輕和便于工件裝卸。</p><p> 2.結(jié)
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