机床专用夹具分析研究

机床专用夹具分析研究（共11篇）

机床专用夹具分析研究 篇1

1 前言

如图1所示为一铸铁托架的零件图,生产规模为中等批量生产。零件的Φ35H8孔和左侧平面B已在前面工序按图纸要求加工完毕,本道工序要求在铣床上加工顶面C,需要设计一专用铣床夹具以便满足零件图上的各项尺寸精度要求及形位公差要求[1]。

2 零件的加工工艺分析

零件图对顶面C加工的精度要求如下:

(1)顶面C至Φ35H8孔轴线的距离精度为(20±0.06)mm;

2)顶面C对Φ35H8孔轴线的平行度公差为0.06mm;

3)顶面C对侧平面B的垂直度公差为0.1mm;

4)顶面C的表面粗糙度Ra为6.3μm。

加工顶面时工件对垂直向下的切削力支承刚度较差,前工序已对Φ35H8和侧平面B加工完毕,工件的其他部位均为毛面,所以在选择精基准时只能以Φ35H8孔和侧平面B作为精基准[2]。

3 定位夹紧方案的确定

根据工序加工要求分析,工件定位时只需限制五个自由度,沿工件宽度方向的自由度可不必予以限制,现有两种定位夹紧方案可供选择。

方案一:工件以侧平面B作为第一位基准,限制三个自由度(沿X方向移动,绕Y、Z轴转动),可保证被加工平面C与侧平面B的垂直要求,以Φ35H8孔作为第二定位基准,用长削边销限制工件的两个自由度(绕X轴转动、沿Z轴移动),可保证C面的高度尺寸(20±0.06)mm及C面对Φ35H8孔轴线的平行度要求。根据主要夹紧力应作用于第一定位基准面的原则,主要夹紧力W1的方向垂直于侧面B,为防止工件在加工过程中发生振动,在铣削平面C时,为了提高其稳定性,在加工面C的下方需增加一个辅助支承,以提高工件的刚度,辅助支承不限制工件的自由度。如图2所示。

方案二:工件以孔Φ35H8作为第一定位基准,用长圆柱销定位,限制工作的四个自由度(沿X、Z方向移动,沿X、Z轴转动),以保证高度尺寸(20±0.06)mm及待加工面C与孔Φ35H8轴线的平行度要求。以侧平面B的下端靠在一固定支承上定位,限制其沿Y轴转动的自由度,保证C面与B面的垂直度要求。为防止工件在加工过程中发生振动,还需在加工面附近增加夹紧力W2,作用于工件的宽度方向上,为使工件稳定,采用两点式夹紧,为避免过定位现象,采用自位支承。在本方案中主要夹紧力为W2,而W1为辅助夹紧力,只要保证工件与支承点接触即可,因此只需单点夹紧[3]。如图3为该定位夹紧方案。

比较上述两种方案可以看出它们各有优缺点。

方案二的结构图如图4所示。其夹紧机构因为W1是单点夹紧,夹紧力又小,W1与W2可采用联动夹紧,虽然操作方便,但是结构复杂,零件较多,加工困难,生产周期长,制造成本高,而且B面上只有一点定位,垂直度的定位误差较大。

方案一的定位基准与设计基准重合,因而C面与B面的垂直度定位误差为零,这是它的主要优点。此外还具有结构简单,夹具零件加工简单,生产成本低,故采用方案一的夹具结构。

4 铣床夹具结构初步设计

图5所示为该铣床夹具的定位夹紧部分的三维结构图。

设计简要说明如下。

(1)铣夹具定位销设计:本夹具采用固定式削销边,销的一端以Φ18H7/r6过盈配合压入支承板。定位销直径选项用Φ35g6与工件孔Φ35H8形成小间隙配合,销的精度等级为IT6,比配合孔高两级,其长度与配合孔长度基本相同,端部做成15°大倒角,倒角部分长度为6mm,以便能方便地套装工件。

(2)支承板的设计:支承板用来限制工件绕削边销轴转动的自由度,它用两个M8×20内六角螺钉固定在夹具体中,为保证夹具的装配尺寸,在夹具装配图的技术要求中,保证定位板的装配面与支承板Φ18H7距离精度要求为(18±0.015)mm。

(3)辅助支承的设计:采用M10螺钉,可调辅助支承。

(4)夹紧机构的设计:为使夹具的结构紧凑,操作迅速方便,采用M24螺栓,头部进行加工,头部车有R3的环槽,用于装配3的圆柱销,使螺栓旋转时保证压板不旋转。

(5)铣夹具在机床工作台上的定位:在铣夹具的底面槽中,设计有两个定位键,夹具的底平面装在机床工作台台面,定位键安装在T形槽中,以保证夹具在机床工作台上正确位置[4]。

5 结束语

本文在对铸铁托架加工工艺及生产应用实际的分析情况下,得出了结构、加工简单,生产成本低的夹具零件的设计方案。其中本方案设计的突出特点是利用切边销来对包含圆筒形零件的装夹。

摘要：为中批生产的铸铁托架设计了一个专用铣床夹具,使其能够在铣床上进行某一难加工平面的加工。通过对该零件加工面加工工艺的分析得出两种夹具的设计方案,并结合实际生产的需要对两种方案的优缺点进行比较,选择了结构简单、夹具零件加工方便、生产成本较低的方案。

关键词：加工工艺分析,定位夹紧方案,夹具结构分析

参考文献

[1]唐增宝,何永然,刘安俊.机械设计课程设计(第二版)[M].武汉:华中科技大学出版社,1995.

[2]薛源顺,机床夹具设计(第二版)[M].北京:机械工业出版社,2003.

[3]哈尔滨工业大学,哈尔滨市教育局.专用机床夹具设计与制造[M].哈尔滨:黑龙江人民出版社,1979.

[4]东北重型机械学院,洛阳工学院等编,机床夹具设计手册(第三版)[M].上海:上海科学技术出版社,1998.

机床专用夹具分析研究 篇2

定位：使工件在机床上占有准确的位置夹紧：使工件始终保持这一准确位置不变 夹具组成：定位元件及定位装置、夹具装置、对刀及导引元件、夹具体、其他元件

保证精度的条件：1.工件在夹具中占据一定的位置 2.夹具在机床上保持一定的位置 3.夹具相对刀具保持一定的位置夹具上的动力源分类：手动夹具、气动、液压、电动、磁动、真空、切削力离心力夹具夹具应用范围分类：通用夹具、专业..、成组..、组合..夹具的作用：1.易于保证加工精度，并使一批工件的加工精度稳定2.缩短辅助时间，提高劳动生产率，降低生产成本 3.减轻工人操作强度，降低对工人的技术要求4.扩大机床的工艺范围，实现一机多能5.减少生产准备时间，缩短新品试制周期。

工艺系统：工件，工具，机床，夹具体

第二章

工件定位类型：全定位、部分定位、欠定位、重复定位

定位元件：1.固定支承：在夹具体上，支承点的位置固定不变的定位元件。2.可调支承：在夹具上，支承点的位置可调节的定位元件。3.自位支承：指支承点的位置在工件定位过程中随工件定位基准面位置变化而自动与之适应的定位元件。4：辅助支承：在夹具中，只能起提高工件支承刚性或起辅助作用的。

定位误差：由于定位不准而造成某一工序在工序尺寸或位置要求方面的加工误差。定位误差组成：由基准位置误差和基准不重合误差组成。

典型的表面定位误差：平面定位时的定位误差、圆孔表面...、外圆表面...、圆锥表面...。

第四章

铣床夹紧的对刀：1.单件试刀 2.通过试切个数来对刀 3.同样件或对刀装置对刀。影响因素：

1.测量调整误差 2.定位元件定位面相对对刀装置的位置误差。钻套：固定钻套，可换钻套，快速钻套，特殊钻套。

分度装置：使工件的加工工序集中，夹紧次数减少，从而提高加工表面的位置精度，减轻劳动强度，提高生产率。分类：1原理：机械，光学，电磁。2.回转轴：立轴式，卧轴式，斜轴式。3.分度定位:轴向分度装置，径向分度装置。

第五章

钻床夹具：固定式钻膜：磨损后不易更换，主要用于中小批生产用的钻床夹具上或用来加工孔距小和孔距精度高的孔。回转式钻膜：立轴式，卧轴式，斜轴式三种。

铣床夹具：特点：主要用于加工平面，键槽，缺口，花键，此轮及成型表面。分类：直线进给式，圆周进给式，靠模进给式。

车床夹具：分类：顶尖类、心轴类、拨盘类、中心架类、自动定心卡盘类、卡盘类、角铁类。

第三章

夹紧装置的基本任务：保持工件在定位中所获得的既定位以便于切削力，重力，惯性力等为例作用下，不发生移动和振动确保加工质量和生产安全。

夹紧装置的组成：动力源、夹紧机构

夹紧力的方向：1.夹紧力应锤子于主要定位基准面2.夹紧力的方向应有利于减小夹紧力 夹紧力作用点：1.夹紧力作用点应能保持工件定位稳定，而不致引起工件发生位移和偏转。

2.夹紧力的作用点，应使被夹紧工件的夹紧变形尽可能小。3.夹紧力的作用点应尽可能靠近工件加工表面，提高定位稳定性和夹紧可靠性。

夹紧力大小：夹紧力大小必须适当，夹紧力过小，工件可能在加工过程中移动而破坏定位，不仅影响质量，还可能造成事故，夹紧力过大，不但会使工件和夹具产生变形，对加工质量不利，而且造成人力物力的浪费。

斜契夹紧机构（少）：1.工作原理：利用其斜面移动时所产生的压力来夹紧工件 2.应用特点：具有自锁习性，改变夹紧作用力方向，具有扩力作用，夹紧行程小，夹紧效率低3.应用范围：毛坯质量较高时，用于机动夹紧装置中，手动的夹紧机构，费时费力，效率低，较少采用。螺旋夹紧机构（实用广泛）：原理：通过转动螺旋，使绕在圆柱体上的斜契高度发生变化来夹紧。结构特点：结构简单，扩力比大，自锁性能好，行程不受限制，夹紧动作慢。

圆偏心夹紧机构：是一种快速动作的夹紧机构，它的工作效率高。2.结构特点：偏心圆上个点的升角是变化的，偏心圆的自锁条件，圆偏心的夹紧行程是变化的，圆偏心的有效工作区域一般为90°。

铰链夹紧机构：结构特点：结构简单，扩力比大，摩擦损失小。2.适用范围:铰链夹紧机构使用于多点，多件夹紧并在气动夹紧中广泛应用。

定心、对中夹紧机构：1.特点：定位和夹紧两种作用是再工件被夹紧中同时实现的既是定位元件也是夹紧元件。2.分类：1.按定位-夹紧元件等速移动原理来实现定心对中夹紧 2.按定位-夹紧元件均匀弹性变形原理来实现定心夹紧。3.实用范围：一般适用于精加工和半精加工工序，工件定位基准的尺寸变化范围在0.1-0.5.联动夹紧机构：1.多点.多向夹紧机构：用一个原始作用力，通过一定的机构分散到数个点上对工件进行夹紧 2.多件夹紧机构：用一个原始力，通过一定的机构对数个相同或不同的工件进行夹紧 3.形式：平行夹紧，对向夹紧和复合夹紧，依次连续夹紧

机床专用夹具分析研究 篇3

一、全方位的多媒体效果形象直观,有利于突破重难点

PowerPoint集文字、图形、图像、声音、视频、动画制作于一体,具有强大的多媒体演示功能,能化静态为动态,化动态为静态,化无声为有声,化枯燥为生动,化抽象为直观,化微观为宏观,并能跨越时空的限制。各种多媒体素材可信手拈来,为教学所用。下面仅从声音、视频、动画三方面加以说明。

1.声音

点击“插入”菜单中的“影片和声音”,获取“剪辑库中的声音”或从其他位置(如CD-ROM等)插入音效、音乐。恰如其分的背景音乐能烘托出复习的主题,同时也为枯燥紧张的理论学习营造了一点轻松愉快的氛围。如在组合夹具教学时,插入一些音乐可以引起学生的注意力。此外还可视具体情况在幻灯片放映中录制语音旁白或者声音。

2. 视频

点击“插入”——“影片和声音”——“剪辑库中的影片”(或“文件中的影片”,便可在幻灯片中自动播放插入的影片,或通过鼠标随机控制影片的放映。还可使用缩放手柄改变影片视窗的大小,循环放映或为影片添加动画效果。如在学习“工件的六点定位原则”、“定位误差的分析”等时,利用插入的动画辅之教师的讲解,完全能够引导学生轻松突破这些重点难点的问题。

3.动画

在PowerPoint中,教师可根据情况对每张幻灯片及每张幻灯片上的不同对象设计相同或不同的动画效果,从而使演示文稿更加生动、直观,比如在学习车床的六级变速操纵机构时用动画演示其操纵过程,易于学生理解、掌握,突破重难点。

二、精彩生动的电子挂图有利于教学

有人说“图是机械结构的第二语言”此话一点不假。纵览机械专业教材(无论新版、旧版)、各类练习试题,其中各种图、表比比皆是。传统教学中,教师常利用自制的各种挂图进行演示,它对于学生对机构的认识起到了一定的作用,然而挂图在制作、呈现、保存、更新上非常麻烦,可视性、直观性也欠佳。PowerPoint之于专业知识最基本的作用就是作为电子挂图发挥其强大的功效。

1.制作简单

利用“插入”命令,可十分方便地插入各种图片(包括从网上下载、扫描仪输入的现成图片);同时也可导入自己利用绘图软件绘制的图片;PowerPoint本身也自带绘图、制表等功能,可方便地制作各章节的知识体系图表、重难点知识归纳比较表、章节知识的"组织结构图"等,比传统挂图制作上更方便省时。

2.呈现方式生动活泼

这一点是传统挂图根本无法比拟的。PowerPoint具有丰富多彩的"切换方式",教师可根据情况随机掌握控制;而各种"自定义"的动画效果更是生动活泼。一方面在展示时大大节省了时间,另一方面在吸引学生注意力,突出重点上更有独到之处。

3.容量大且保存方便

通常,用PowerPoint制作的两节机床与夹具课的课件(演示文稿)大约为几百KB,可包含许多幅图片和文字等资料。课件制作完毕后可根据需要保存在硬盘、软盘或光盘上,甚至发布到校园网、因特网上实现资源共享。这些是传统挂图无法想象的。

4.修改、更新均很轻松容易

传统挂图在制作中若出现错误,修改后便有失美观。而PowerPoint的每张幻灯片都可任意修改、添加,使之更富有表现力,绝不至于出现补丁、污迹。至于随着知识的更新,对演示文稿作全面或局部的调整更是非常轻松的事。

三、超级链接方便自如,有利于前后联系、综合应用

在专业知识的学习中,经常要对本节的知识进行前后对照,对相关章节知识进行横向联系,对同一专题的知识进行对比综合等,利用PowerPoint在演示文稿中插入超级链接,可以从当前的幻灯片直接跳转至本演示文稿的其他幻灯片、其他演示文稿、文件、局域网或因特网上的地址。这样进一步增大了演示文稿的容量及知识的相互联系,最大限度地适应专业理论知识学习的需要。

此外,由于一个演示文稿的容量可能很大,学生在课堂上来不及作详尽的笔记,教师可以发给学生打印的演示文稿,或者让学生复制到软盘上带回家学习,或登录校园网浏览,这样学生在课堂上可以节省不少时间,从而能较宽松地听老师的讲解和与老师进行交流。

当然,PowerPoint在使用中也有一些局限性,如交互性还不够强,在讲解一些推理推导的知识点时效果不佳等,因此我们应该扬长避短,充分发挥PowerPoint的独特优势,提高学生学习机械专业知识的质量和兴趣。

机床专用夹具分析研究 篇4

定位误差的计算在夹具设计中占有非常重要的地位,它直接关系到该夹具能不能加工出合格的产品。在夹具设计中就是通过定位误差的大小来判断定位方案是否合理的。工件加工误差的来源有:定位误差、夹紧误差、对刀误差、测量误差等,而这些误差之和不能超过工件的公差要求。因此,一般情况下将定位误差限制在工件公差的1/3之内,才有可能加工出合格工件,否则可能会导致工件加工误差过大而产生废品。定位误差的分析计算是夹具设计必不可少的一步。

2 引起定位误差的原因

一批工件逐件在夹具上定位时,由于工件及定位元件本身存在误差,使得各个工件所占据的位置不完全一致,加工后形成加工尺寸的不一致,即为定位误差。根据造成定位误差的原因不同,定位误差分为两部分:一是基准不重合误差,是由于定位基准和工序基准不重合而引起的;二是基准位移误差,是由于定位表面本身存在误差以及各定位表面之间的位置误差而引起的。

3 定位误差的计算

定位误差的引起原因看似简单,但由于工件结构不同,定位方式也就不同,所以在计算过程中通常难以把握,笔者通过多年教学、实践总结出了一些定位误差的计算方法,现介绍如下:

3.1 合成法计算

先分别计算出基准不重合误差(△B)和基准位移误差(△r),然后将二者合成便是定位误差(△D)。

(1)基准不重合误差△B的分析

基准不重合误差的大小是由于定位基准和工序基准不重合而引起的工序基准在工序尺寸方向上的最大变动量。

如图1所示要加工面3,其工序基准为面2,而定位基准为面1,二者不重合。由图1可以看出工序基准在工序尺寸方向的最大变动量,即△B=2δA(△B为尺寸A的公差,而尺寸A为定位基准与工序基准之间的联系尺寸)。

如图2所示要加工小孔,工序基准为面3,而定位基准为面1,二者仍然不重合。由图2可以看出工序基准在工序尺寸方向的最大变动量,即△B=2δA+2δB(△B为尺寸A和尺寸B的公差之和,而A、B为定位基准与工序基准之间的联系尺寸)。

通过以上分析可以得出基准不重合误差计算的一般方法:基准不重合误差的大小等于定位基准和工序基准之间联系尺寸的公差之和。如果联系尺寸中有与工序尺寸不平行的尺寸时,需要将该尺寸的公差分解到工序尺寸方向再求和。

(2)基准位移误差△r:基准位移误差的计算和具体的定位方式有关。如平面定位,一般认为△r=0;心轴定位时,如果是竖直心轴,则△r=Xmax(孔轴配合的最大间隙),若是水平心轴,则(δD为孔直径公差值,δd为心轴直径公差值);工件以外圆表面在V形块上定位时,则(其中δd为工件上用来定位的外圆表面的直径公差,α为V形块的夹角)。这部分的计算比较固定,此处不再赘述。

(3)合成△D=△r±△B。

合成时,若工序基准不在定位表面上,即△B和△Y无相关公共变量,不用考虑“+”“-”直接相加即可。若工序基准在定位基面上,即△B和△Y有相关公共变量,则需要考虑“+”“-”号的问题:在定位基面尺寸变动方向一定(由大变小,或由小变大)的条件下,△Y(或定位基准)与△B(或工序基准)的变动方向相同时,取“+”号,变动方向相反时,取“-”号。

3.2 尺寸链法

尺寸链法就是通过做工件定位图,确定出工件及夹具上与加工尺寸D有关几何参数xi,所有的几何参数将形成一个封闭的尺寸链环(称为尺寸链)。找出各几何参数与加工尺寸D之间的关系式:D=φ(x1,x2,…,xm)

求全微分,即可求出加工尺寸D的定位误差

若组成环内有公共变量因素,应按公共变量的组成环对封闭环的影响方向求代数和,其它无公共变量项仍取绝对值存和。

3.3 综合图示法

综合图示法就是综合考虑基准不重合和基准位移原因,通过做图法找出工序基准的两极限位置,计算出该位置之间在工序尺寸方向的距离,即为定位误差△D。

4 结语

以上三种计算方法,在应用中应该根据实际情况加以选择。综合图示法比较直观,但有时画图比较麻烦;尺寸链法对包含多误差因素的复杂定位方案的定位误差分析计算较方便;而合成法计算则比较简单,较易掌握,特别是对于基准不重合误差的计算给出了一般性的结论,使计算分析过程大大简化,这也是本文的关键之所在。

参考文献

[1]顾立志,林碧,等.采用组成法解析键槽尺寸位置定位误差[J].华侨大学学报(自然科学版),2008(2):167-171.

[2]肖继德,陈宁平.机床夹具设计[M].北京:机械工业出版社,2011.

[3]王宪逵.机械制造工艺学[M].北京:机械工业出版社,2004.

[4]王建平,夏季,曾国英.加工夹具定位误差的计算[J].重型机械科技,2005(4):10-11.

《机床夹具设计》课程标准 篇5

课程代码：适用专业：课程类别： 先修课程：

学时：考试方式： 制订人：审核人：

一、教学大纲说明

（一）课程的性质、任务

本课程是机械类专业的一门重要专业课程，具有较强的实践应用性，本课程主要研究机床夹具的设计和制造的基本知识。学生学完本课程后应达到下列要求：

1、掌握机床夹具的基本理论知识和设计计算方法，能对机床夹具进行结构设计和精度分析。

2、会查阅有关夹具设计的标准、手册、图册等技术资料。

3、掌握机床夹具设计的一般方法，具有设计一般复杂程度夹具的基本能力。

4、了解现代夹具设计的一般知识。

（二）课程的基本要求

通过本课程的学习，应使学生了解机床夹具的基本组成及作用，理解机床夹具的工作原理，熟练掌握机床夹具设计的专业技能。

（三）本课程与相关课程的关系 本课程是一门重要的专业课程，夹具是为满足机械加工工艺要求而进行的一种工装设计，同时它又是一项较为独立的生产实用技能。本课程的学习需要有机床、刀具、公差与技术测量、机械制图、工程材料及热处理、机械设计基础等机械专业多门专业基础课程做支撑。

（四）课程教学方法与手段

本课程教学主要采用老师讲授和课堂讨论相结合的方法，注重理论联系实际；注重现代化教学手段的应用，全课程采用PPT多媒体教学工具，帮助学生最大限度地实现学习的目标。

（五）教材与参考书 建议使用教材：《机床夹具设计》哈尔滨工业大学主编上海科学技术出版社 参考书：《机械制造工程》，郧建国主编，机械工业出版社，2004

二、课程的教学内容、重点、难点、要求 第一章 夹具设计概论

1、内容：机床夹具的分类；工件的装夹与找正；机床夹具的组成；加工误差的组成；课程教学内容、目的、安排及要求。第二章 工件的在夹具中的定位

1、内容：定位基准的概念；定位的基本原理；定位单个典型表面的定位元件；组合定位中各定位元件限制自由度分析；定位误差的分析计算。

2、重点：工件的在夹具中的定位 第三章 工件的夹紧

1、内容：夹紧装置的组成和基本要求；设计夹紧装置的基本准则；典型夹紧机构；联动夹紧机构；定心夹紧机构。

2、重点：工件的夹紧 第四章 夹具的定位

内容：夹具对切削成形运动的定位；夹具的对刀；分度装置。重点：夹具对切削成形运动的定位。第五章 典型机床夹具 内容：床夹具；铣床夹具；钻床夹具；镗床夹具 重点：床夹具；铣床夹具。第六章 专用夹具的设计方法

1、内容：夹具设计的要求，方法和设计步骤；夹具总装配图上尺寸、公差配合与技术要求的标注；夹具的制造特点。

2、重点：夹具设计的方法和设计步骤；公差配合与技术要求的标注。第七章 现在机床夹具

内容：随行夹具；通用可调夹具；成组夹具；组合夹具；数控机床夹具。重点：通用可调夹具；组合夹具。

三、教学时数分配： 序号

教学内容

总学时

讲授课时

实验

习题课讨论课

l

夹具设计概论 2

工件的在夹具中的定位 8

工件的夹紧 6

夹具的定位 4

典型机床夹具 8

专用夹具的设计方法 4

现在机床夹具 2

合计

四、教学方法建议

１、第二章 工件的在夹具中的定位、第三章 工件的夹紧、第四章 夹具的对定、第六章 专用夹具的设计方法，是本课程的重点章节。

2、自由度分析及常见定位方式的定位误差计算，应作详细讲解；组合定位的分析和计算要掌握基本方法；一面两孔定位掌握设计方法。

3、夹紧力的推导和计算不作要求，了解典型夹紧机构的特点和工作原理，学会分析和选用各种夹紧机构。

4、夹具的对刀误差、夹具位置误差的计算应该掌握。

浅谈机床夹具课程教学的有效性 篇6

关键词：机床夹具 课程教学 有效性

对于机械加工行业来说，机床、夹具、刀具以及测量工具是进行零件加工的四大要素，其中夹具属于机床加工中的工艺装备，直接关系到机床的技工精度。因此夹具课程一直是机械类专业学生必须要掌握的专业性课程，但是受中职院校学生综合素质水平的影响，机床夹具课程在教学过程中遇到的难度非常大，学生的学习兴趣不高，很难实现教学质量的提升。下面就中职院校机床夹具课程的教学有效性的提升，给出自己的几点意见和建议。

一、通过问题设置，提高学生学习兴趣

传统情况下对于机床夹具的教学，教师上来就讲各种原理，学生学习起来非常枯燥。特别是中职院校的学生，他们认为自己只要掌握机床的操作知识就可以了，学不学夹具的理论根本无所谓，导致他们在夹具课程中听讲的积极性较差。为此教师要想提高机床夹具课程教学的有效性，首先要解决的一个问题就是学习兴趣。

这就要求教师在进行课程讲解之前，根据本节课所要讲解的知识设置相应的问题，激发学生进行探究的兴趣。如夹具课程中比较典型的一个知识是零件的定位原理，在上课之前教师可以拿一些零件让学生寻找一定的方法，将零件的运动限制为一个或者几个。在这个过程中学生肯定会进行多次尝试，同时也会出现很多问题。这时教师可以引入6个自由度的概念，然后讲解如何通过定位实现对零件不同数量自由度的限制问题。整个讲课过程中，通过问题的层层设置和解答，不断满足学生进行探索的好奇心。这样一个零件自由度问题就得到了很好的解决，学生学习起来也会感到非常快乐和有趣，自然就会达到较好的教学效果。

二、通过小组讨论，充分发挥学生的创新性思维

素质教育的实施，强调教师在教学活动中的主导性，要求教师将课堂真正还给学生，实现学生创新能力的培养。只有这样学生才能够真正掌握学习的方法，才能够真正体会到学习的快乐。如在进行夹紧力确定原则时，教师可以将班内的学生分成若干个小组，一般每个小组由6～7名成员组成。然后教师为每个小组发放一个零件模型，要求各个小组讨论应该采用的夹紧方案。这样学生就会努力回忆自己学习过的相关知识，并且通过查找相关资料得到具体的解决方案。

职业院校中的学生理论性较差，但是其思维比较活跃，通过讨论可能得到的方案多种多样。这时候教师就要起到引导的作用，首先对学生提出的方案给予充分的肯定，然后引导学生认识到其方案中存在的不足之处，鼓励其小组对其方案进行进一步的优化。最后每个小组将自己的方案和得到的夹紧力确定的原则总结到一张纸上，并且张贴到黑板。各个小组可以对其他组的方案进行对比和总结，从而确定应该选择的最佳夹紧方案。对于各个小组给出的方法，教师要给予多方面的评价，从其方案的合理性、小组成员的参与性以及方案讲解过程中的表述语言等等，实现对学生的综合性评价。同时教师还可以让学生对自身存在的问题进行分析，以实现其更好的进步。

如在教学过程中，教师可以为学生准备两个V形架和一个圆柱，为学生讲解V形架在零件定位中的应用。首先教师让学生将圆柱放置在一个V形架上，这时圆柱出现了一定的倾斜现象，如下图（a）所示。这时教师不要直接为学生讲解造成这种现象的原因，而是向学生提出疑问，让各个小组的学生对现象产生的原因进行探讨。然后教师让学生将第二块V形架放在圆柱体的下面，如下图（b）所示。此时圆柱体不会再出现任何倾斜现象，通过这两种现象的对比，学生对夹具课程中所讲自由度会有更深的理解。前一种现象的主要原因是由于圆柱体在该方向上的自由度没有被限制住，圆柱还能够绕此方向进行旋转运动。后一种则是由于圆柱体在该方向上的旋转自由度被完全限制，不能够再绕此方向进行旋转。通过讨论，学生能够对长V形架对圆柱体自由度的限制的情况有更好的理解。

整个教学过程中，学生跟随教师的思路一步步进行，充分调动了学生的参与性，该方法还在很大程度上培养了学生的创新性思维，促进了学生的长久发展。

三、运用多种现代化的教学手段

夹具中的很多内容非常抽象，学生对生产实践的接触较少，教师在讲解过程中往往花费很大的力气，学生还是对其内部结构和工作原理难以理解。因此教师在教学过程中要充分利用各种现代化的教学手段，如多媒体或者虚拟教学，将课堂上所要讲解的内容制作成三维动画形式，在讲课过程中利用多媒体为学生演示其工作原理。如在进行铰链四杆机构一节知识的讲解过程中，教师可以利用动画向学生展示四杆机构独有的急回特性以及死点位置，学生能够清楚地看到其动态效果，提高对该知识点的理解能力。

四、增加实践环节

机床中夹具中使用的原理都是源于生活和生产，因此教师在进行课程讲解过程中要做到理论和实践的结合。特别是中职院校学生，他们对理论知识的兴趣较低，在学习过程中的重视程度不够，但是对于实践性课程，他们的兴趣较高，参与的积极性较强。所以教师要为学生创造各种机会，学生通过亲自动手实现对所需理论知识的理解和加深。如在进行典型机床夹具一节时，教师可以带领学生到实习车间进行参观，让学生了解当前机床中使用的夹具类型和特点。

通过观察，学生能够清楚地看到夹具和机床主轴之间的连接情况，从而明确夹具使用时必须要确保其旋转轴跟主轴一致的结论。如果出现夹具结构不平衡现象，可以通过增加配重等方式得到改善。这样教师在课堂上需要花费较大时间和精力进行讲解的东西，在实习车间可以非常轻松地讲完，而且学生的学习兴趣较高，有利于学生感性认识的形成。这时教师再将学生带回，在课堂上对本节课所讲知识进行总结，能够达到事半功倍的效果。

另外，教师可以根据教学内容，让学生设计一些简单的夹具，让学生能够将所学知识成功应用到实践过程中，增强学生的成就感，激发他们进一步学习的信心和兴趣。如每年学校都会让学生在金工实习阶段，自行制作机床钻孔时所用的夹具。

五、小结

机床夹具设计课程是中职院校机械专业学生的专业性课程，具有较强的抽象性。调查中我们发现，教师在教学过程中普遍采用传统的教学方法，学生的接受能力较差，不能够达到预定的教学目标。为了能够确保课程教学的有效性，必须要进行教学改革。笔者根据自己多年的教学经验，对教学过程中可以采取的措施进行了探讨，如可以通过问题设置，激发学生兴趣；小组讨论，培养学生的创新意识；运用多种现代化的教学手段以及理论和实践相结合的方法。另外教师在教学过程中要充分考虑中职院校学生学习的特点，采取合适的教学方法，从而确保机床夹具课程教学的有效性。

参考文献：

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[4]林平.车床切削加工夹具设计存在问题及其解决方法[J].华章，2011（8）.

机床专用夹具分析研究 篇7

夹具设计与制造对于产品的开发周期、产品上市的时间有重大的影响。传统夹具设计很大程度上受夹具设计者的经验和知识水平的限制,且设计周期长、效率低、成本高、柔性差,是企业急于解决的难点问题之一[1]。于是基于实例的夹具设计系统[2,3,4]、基于知识的专家系统[5,6,7]等计算机辅助夹具设计系统应运而生,但主要集中在组合夹具(或标准元件)拼装、或明确的逻辑关系推理上,在自适应、自学习和模糊推理上存在一定局限性。本文拟研究和实现一个具有宽泛接口和自定义功能的计算机辅助夹具设计专家系统。

1 专家系统自适应性设计

夹具设计专家系统的自适应性主要包含三个方面,即夹具资源自适应性、模糊推理自适应性和专家知识库自适应性。

1.1 夹具资源自适应性

夹具资源的丰富程度及其与企业常见加工工艺相匹配的程度直接影响专家系统的效果与效率,而由于大多数企业均有自己的企业标准件和专用件,预先建好的再庞大的标准件库也难以满足所有用户的需求。

对此,本课题组采用“开放式参数化”方法[8]和“二次参数化”方法[9],使用数据库动态构建技术和参数过滤技术,根据用户在实际使用过程中的需求和要求将标准件、非标准件添加到夹具资源库,无形中完成夹具资源库自丰富的过程,实现了资源数量上的自适应性。

同时由于各企业均围绕本企业产品使用该专家库,增加的资源均是本企业实际所需的元件,既可大大减少资源库扩充工作量,又可形成企业自身特色资源库,实现资源类型上的自适应性。

1.2 推理规则自适应性

不同的企业,生产规模不同、产品类型不同、大小不同、材料不同等,对夹具设计推理和决策都有一定影响,如1000个零件的批量,在小型企业算大批量,需要集中最优生产资源加工,而对于大企业,可能只需要用闲置的生产资源即可;又如加工直径20mm的孔,在重工企业可直接钻削加工,而在轻工企业则必须用镗削完成等。

故不同的企业,老员工、老专家可根据本企业的实际生产能力、现有生产资源、现有夹具资源、产品工艺特殊要求等因素,定制适合本企业的夹具设计的推理规则,能充分利用现有资源、降低生产成本、提高设计效率,实现夹具设计专家系统推理规则的自适应性。

1.3 专家知识库自适应性

专家知识在企业用户不断使用中积累、优化,逐渐形成具有本企业产品特色的专家知识库,不但有效减少了无用和冗余信息、缩小了数据库,而且极大提高了知识搜索速度和系统决策能力。

另一方面,在专家系统推理过程中,对各影响参数均施以一定权重,在本系统中,企业用户可以根据本企业产品特点、工艺特点、特殊要求等自主设置所有权重,由此可形成更贴近本企业需求的推理规则和结果,具有充分的自适应性。

2 专家系统模糊推理算法研究

信息是专家库的躯体,推理规则是专家库的灵魂。所谓推理就是在对相关信息充分分析的基础上根据规则、经验、协议等对输入信息进行推理演算,得到输出结果的过程,信息和算法是其关键。

2.1 夹具设计特征信息分析

夹具设计特征信息隐含了工件安装、夹具夹紧要求,一般包含三类信息:工件的几何形状信息、工艺信息和装夹信息,如工件形状与尺寸直接影响加工方法、定位方法、夹紧方法,进而影响装夹方案和夹具结构。

但从推理应用角度上,必须根据需要对上述信息进行重新分类,主要从参数性质上考虑,上述信息中有些是定性参数,如待加工面形状中,如果是键槽,则主要用铣削而肯定不能车削;而大部分参数则为定量参数,如尺寸、批量等,对夹具结构就没有直接决定性影响。具体如图1所示。

2.2 夹具特征信息的表示

编码技术脉络清楚,便于理解和操作,是知识库的信息表示常用方法,本系统对图1中的夹具设计信息进行归纳,将其分为五个组成部分:

式中前半部分为定性参数,后半部分为定量参数,其中P为工艺信息,G为工件几何信息,UQ、VQ、WQ为工件待加工面、定位面、夹紧面的定性信息,UC、VC、WC为工件待加工面、定位面、夹紧面的定量信息。

以待加工面定量信息UQ码为例,其编码如表1所示。

在该二维矩阵码中,元素UQij代表待加工面i在特征j项的码值。例如矩阵元素UQ14=4表示在某工序中第一个待加工面的第四项(形位公差)值为0.02～0.05。

2.3 模糊推理规则制定

本系统中推理规则的模糊性体现在利用专家知识库设计新的夹具时,没有完全固定的逻辑关系,不存在精确的推理过程,而采用要设计夹具的特征信息与知识库中现有夹具装夹方案的“总相似度”为依据,相似度越高,被采信的可能性越大。该方法也作为成组技术的一种应用[10],但具体使用规则千变万化,各不相同。

“总相似度”取决于每项影响因素之间的相似度及该因素的权重,根据夹具特征信息的定性、定量等性质不同其相似度计算方法也有明显的区别。

1)对于定性参数,如工件的热处理、材料等,作为检索或判断因素时,与知识库中的信息比较结果要么是相同,要么是不同,加入该参数对相似度影响的权重后,某项定性参数相似度计算公式为:

Sk:在第k项特征因素上夹具之间的相似度;

Ak:要设计夹具在第k项特征因素上的编码值;

Bk:专家库中某装夹方案在第k因素上的编码值;

Wk:第k项因素在其所在的装夹特征中的权重。

2)对于定量参数,如工件的几何尺寸、批量,加工面的加工精度等,其码位值之间的差值及该码值的变化范围可表示在该属性上的相似性,加入该参数对相似度影响的权重后,某项定性参数相似度计算公式为:

式中各参数意义同上。

由于式(1)中待加工面、定位面的内部信息联系紧密,故可分别计算其各大项相似度,然后进行加权,可得总相似度的计算公式:

式(4)中各大项的相似度均小于等于1,所以所得总相似度也小于等于1,即S越接近1,相似度越高。

3 专家系统构架

根据用户实际需求,本系统提供五部分功能:知识库管理、夹具方案设计、夹具结构设计、装夹过程仿真、装夹方案综合评价,并应用对三维设计软件的二次开发技术,开发实现了计算机辅助夹具设计专家系统(Computer Aided Fixture Design Expert System,CAFDES),该系统的层次体系如图2所示。各部分功能和层次之间相辅相成,有机构成了本自适应模糊型专家系统。

4 应用验证

待加工零件模型、待加工面(右端外圆)以及工艺卡上相关定位和夹紧信息如图3所示。

通过简单操作将模型和工艺信息添加到本系统后,经专家库推理,可得如图4所示四个相似度较高的设计方案:

由图4可知最接近的装夹方案其相似度达到0.864,专家知识库中原有夹具结构如图5所示,可以看出该夹具只要稍做尺寸调整即可应用于本设计方案。

本系统已经在企业中得到实际应用。

5 结论

企业实践证明充分证明了本系统中设计和采用的专家知识库自适应原理和模糊推理规则正确性和合理性。

参考文献

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[2]Boyle I M,Rong K,Brown D C.CAFixD:A Case-BasedReasoning Fixture Design Method.Framework andIndexing Mechanisms[J].Journal of Computing andInformation Science in Engineering.2006,(6):40-48.

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[8]魏群,高青风,张林鍹,等.基于Solid Edge的开放式参数化零件族方法[A].第十届中国科协年会论文集(一)[C],2008,9:265-269.

[9]魏群.计算机辅助夹具结构设计关键技术研究[D].山东科技大学,2009.

机床专用夹具分析研究 篇8

随着数控机床的广泛应用,机床专用夹具在制造企业中发挥了越来越重要的作用,与其相关的设计过程和设计方法、经验等方面的管理技术和相应的计算机辅助技术研究越来越受到国内外学术领域的重视,产生一系列计算机辅助夹具设计的方法,并且研制了相应的设计系统。以三维CAD软件Pro/e为平台,研究机床专用夹具快速设计方法,进行机床专用夹具虚拟设计,可以达到缩短机床专用夹具设计时间,减少工程设计人员工作强度,提高机床夹具设计质量的目的。本文试图利用现有机床专用夹具设计经验,在建立典型夹具参数化零部件的基础上进行推理、变型,快速地设计和组装出满足工艺要求的机床专用夹具,以缩短夹具设计与准备的时间,满足快速响应客户需求的目标。

1 机床专用夹具零件参数化建模

机床专用夹具零件自动几何建模主要基于三维造型中的尺寸驱动原理如图1所示,尺寸驱动原理最初是由美国麻省理工大学D.C.Gossand教授在20世纪70年代末提出的,已经成为一项热门的研究课题。目前,在国内随着用户对软件产品的使用要求日益增强,这一新技术正在逐步发展成熟。所谓尺寸驱动思想通俗的讲指正式图或徒手勾画的图,一经标注尺寸后,允许任意修改尺寸值,绘图系统自动保持图形与最新尺寸保持一致的图形编辑方法。其中,操作对象是尺寸值,而操作结果是图形的变换,这种方法显然是与传统的绘图过程截然不同的全新思路。尺寸驱动过程是指在零件几何特征不变的约束下,把零件的尺寸参数作为尺寸驱动变量,给定尺寸驱动变量的值,即可生成相应参数的零件的过程。

2 加工托架斜孔的分度钻模夹具零件三维设计示例

如图2为托架工序图,工件的材料为铸铁,年产1000件,已加工面为Φ33H7孔及其两端面A、C和距离为44mm的两侧面B。本工序加工2个M12mm的底孔Φ10.1mm,试设计钻床专用夹具模。

机床专用夹具零件参数化设计过程一般是:首先通过对机床专用夹具零件建模特征的解析,从特征中抽象出特征参数,再对特征参数进行分析,得到参数模型。根据模型信息建立参数间关联与约束,并确定某些参数为设计变量,进而建立由设计变量驱动的零件族。通过待加工件托架的参数化造型过程的造型过程来讲述机床专用夹具零件参数化设计过程。参数化设计过程简述如下:

3 机床夹具零部件数据库

为了提高夹具的设计质量和效率,在进行夹具图形库的建立时首先将夹具系统零部件按功能分类为基础件、支承件、定位件、导向件、夹紧及紧固件、合件、专用夹具零部件、辅助件等几大部分。夹具零部件的分类有助于夹具库的建立和操作,有利于夹具设计时对零部件的编辑和修改。事实证明模型建立的正确与否在很大程度上决定了夹具设计过程的有效性和顺利程度。

为了提高夹具设计时的装配效率,在进行夹具零部件的图形设计时,按照机床专用夹具的装配设计规律如槽槽对齐、槽键对齐、孔轴同心等对零部件的装配面进行特征属性面定义(Face Type),当属性面定义完成后按装配方式(Mate Type)通过搜索对应的特征属性面进行装配设计,达到快速装配的目的。

在机床专用夹具零件和部件参数化造型完成以后,根据机床专用夹具设计意图将不同的零件或者部件组装在一起,形成符合工件定位和夹紧要求的装配结构以供夹具设计者分析评估,这个过程称之为机床专用夹具装配。目前机床专用夹具装配在很多企业都是利用机床专用夹具零件实物直接进行装配,装配过程复杂,需要反复试装,花费时间较长,而且效率较低。如果改为在CAD平台上进行试装,则可大大提高装配的效率,而且还可以达到真实模拟实物装配过程,从而在进行实物装配时不需试装,只需按照虚拟装配的过程进行实物零件的装配,这样可以节省大量装配时间和节省装配人员的体力消耗。

4 加工托架斜孔的分度钻模零件成库后的装配

应用Pro/E软件进行机床专用夹具设计,Pro/E系统本身有一个数量庞大的特征库:Pro/LIBRARY其中包括少部分机床夹具标准件,在创建了机床专用夹具零件图形库后,利用Pro/E软件标准件模型,直接在标准件库和机床专用夹具零件图形库中选取零件,非常快捷地实现夹具的虚拟装配。

机床专用夹具装配时可根据零部件之间的装配关系和约束条件,在分析工序图,初步确定了定位、夹紧及导向、对刀方案后,即可在标准件库中直接选取合适的定位、夹紧、导向、对刀元件,同时在机床专用夹具零件图形库选择合适的基础板来支承这些元件虚拟装配,利用Analysis命令可在元件间检查干涉现象,及时发现零部件在装配体中的静态空间位置的相交性和零部件在夹具装配过程中在空间上的几何干涉性,从而及时纠正虚拟装配设计中存在的问题,图4即虚拟装配好的加工托架斜孔的钻床专用夹具装配图。

在Pro/E中创建装配体的一般步骤:启动Pro/E后单击主菜单中“文件”>“新建”,此时会打开“新建”对话框在左边一栏中选择“组建”,在文本输入框内输入文件名称,单击“确定”进入Pro/E环境。选择主菜单中选择“插入”>“元件”>“装配”,选择需要装配的文件,此时图形窗口内会出现所选择的零件,单击“元件放置”对话框的确定按钮。选择主菜单中选择“插入”>“元件”>“装配”,选择所需要装配的其他文件。在“元件放置”对话框内指定约束条件,将两个元件装配到一起。重复装配步骤,直到装配所有零部件,如图4所示,装配完成之后,可以使用主菜单中的“视图”>“分解”选项来看装配的分解视图,如图5所示。

5 总结

本文讨论了机床夹具零件参数化设计过程,讨论了机床夹具零件和部件的设计信息和结构特征信息的联系和传递及如何进行快速装配机床专用夹具,以加工托架斜孔的分度钻模为例分析了计算机辅助虚拟装配的整个过程,达到快速设计机床专用夹具的目的。

参考文献

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[2]向新平,蔡茂蓉.机床夹具虚拟设计系统研究[J].机电工程技术,2004,1:26-27.

[3]陈佳,殷国富.机床夹具参数化三维标准件图库的开发技术[J],机械,2007,10:34-36.

机床夹具设计方法 篇9

夹具是连接机床与工件的机械装置, 其功能是定位与夹紧工件, 使工件相对机床有正确的位置和良好的连接刚性, 进而能够优质高效地完成工件的切削加工, 达到设计要求的尺寸精度、形位精度、表面质量等。机床夹具主要由夹具主体、定位元件、夹紧装置、对刀元件、导引元件等组成。

2 夹具总体设计

2.1 确定工艺路线, 注意各工序节拍平衡, 使夹具规划与

生产匹配

工艺路线决定各工序加工内容, 进而决定各工序夹具形式。同时, 夹具设计时也要考虑各工序节拍平衡, 保证生产流畅, 加工节拍短的工序可以考虑一次装夹多件工件, 以达到延长加工时间、平衡加工节拍的目的。

2.2 确定各工序定位和夹紧方式

粗加工基准只使用一次, 在首序加工时, 加工出后续工序的精基准, 并尽量使后续工序基准统一。

2.3 确定机床各轴行程及机械尺寸, 保证无干涉无超程

等问题

夹具体或夹具零件, 以及工件非加工部位可以超出机床行程, 但须保证在运动过程中无干涉, 否则将使工件或夹具与机床碰撞, 造成损坏。同时, 我们在布置工件时, 应尽量将加工部位避开机床行程极限, 一方面, 机床在行程极限时各轴定位精度有所下降, 另一方面, 某些机床在行程极限时刚性不足, 易造成振刀等问题。笔者曾设计过一套卧式加工中心夹具, 该机床Y轴行程730mm, 工件Y轴方向最高加工部位为700mm, 在工件Y轴方向400mm以上加工时, 就出现严重振刀, 铣面时产生很严重的振纹, 孔加工也由于振刀使孔径偏大超差。

2.4 确定机床工作台载荷, 夹具装夹上工件毛坯后, 其总

重量应小于机床额定载荷

机床切削力与机床载荷受力方向相同时, 其切削力也将成为机床载荷的一部分, 故根据切削力大小不同, 夹具总重量应留有一定安全系数。比如立式加工中心, 其钻孔时切削力全部成为机床工作台载荷的一部分, 那么设计夹具时就应将夹具和工件总重量留有一定安全量。

2.5 保证夹具体具有足够的刚性, 较大型夹具主体可采

用整体铸造形式

对于精密夹具, 其夹具主体如采用铸造件或焊接件, 应经过时效处理, 使其释放残余应力, 减小夹具后期变形, 以防止产生定位精度误差。

2.6 保证工件具有一定的刚性

使工件既不会因为装夹过远造成工件颤振, 也不会因为装夹太近造成加工干涉。同时, 工件装夹受力点应避开工件薄弱部位, 比如需精密加工的内孔正对外表面等。

2.7 夹具基准应尽量统一

夹具基准主要有夹具调校基准、对刀基准、工件测量基准。夹具调校基准是夹具安装时, 其自身相对机床的调校基准, 对刀基准是工件加工时用于确定刀具相对工件位置的基准, 测量基准是工件加工后部分需在线检测的检测基准。以上基准应尽量统一。

2.8 部分夹具应设计防错装置

对于工件具有对称性, 或用于加工系列类似工件的夹具, 应设计防错装置, 以防止工件装夹错误。

3 定位设计

3.1 定位原理

根据理论力学原理, 我们知道刚体在空间具有六个自由度, 定位的原理就是要限制工件的六个自由度, 使其在空间具有确定的几何位置。根据限制自由度的不同, 工件定位存在以下几种情况:

(1) 完全定位。即工件六个自由度刚好被限制, 工件在夹具上占有完全确定的唯一位置, 此种定位方式是夹具设计的理想方式, 也是我们在设计夹具时应努力追求达到的一种状态。

(2) 不完全定位。即工件未完全限制六个自由度, 但是已满足加工要求。例如, 夹具限制了工件五个自由度, 而剩余一个未限制自由度由于不是受力方向, 不会造成工件移位和晃动, 此种情况即为不完全定位, 是夹具设计的次理想状态。

(3) 欠定位。即工件工序加工要求应该限制的几个自由度未得以限制, 此种情况称为欠定位。欠定位可能造成工件加工过程中的移位、崩刀、工件与机床碰撞等严重事故, 是夹具设计的严重失误。

(4) 过定位。部分自由度被重复限制的现象称为过定位。过定位也会造成工件位置的不确定, 可能造成工件加工误差, 但其危害应比欠定位小。

3.2 夹具本身的定位

夹具是连接机床与工件的机械装置, 我们设计夹具的目的, 是使工件相对机床具有确定的几何位置, 而工件的几何位置, 是通过夹具传递到机床上, 所以夹具本身相对机床的定位与工件相对夹具的定位一样重要, 任何一个定位误差, 都将造成工件几何位置的误差, 并最终造成加工质量偏差。不同机床具有不同定位方式, 立式加工中心工作台多采用T型槽定位, 中间一条T型槽是定位槽, 精度较高, 其余槽是夹具夹紧槽, 不具备定位精度;卧式加工中心多采用工作台中心芯轴定位 (也有采用T型槽定位的) , 车床主轴则是以主轴外圆定位, 我们应根据不同机床确定夹具的定位方式。同时, 夹具自身定位基准, 应与本文2.7节所阐述的基准具有确定的几何关系 (平行、垂直或一定的角度等) , 从而达到工件定位准确传递到机床的目的。

3.3 工件在夹具上的定位

根据不同工件, 选用不同定位方式, 箱体类、液压阀体、壳体类零件, 多采用“一面两销”定位方式, 轴类零件则采用外圆定位。

3.4 定位元件的要求

(1) 具有一定的强度和刚性。某些时候, 定位元件要承受工件重力或切削力, 如刚性和强度不足, 久而久之可能造成定位元件的变形甚至损坏。

(2) 具有较高耐磨性。由于工件的拆装, 定位元件经常与工件产生摩擦, 必须具有较高耐磨性, 否则易造成定位元件本身磨损, 带来定位精度误差。

(3) 具备防屑防尘功能。定位元件应具备防屑防尘功能, 避免铁屑和灰尘造成定位精度误差。例如面定位时, 定位平面可开斜槽, 用于容纳铁屑和灰尘等。

(4) 应避开加工边缘和毛刺部位, 进而保证定位精度。例如, 在定位面的直角处开槽, 可防止工件边缘毛刺造成定位误差。

(5) 定位元件拆装方便。由于定位元件是易损件, 需要更换。加工系列化零件时, 也可能需要更换定位元件, 故定位元件应拆装方便。

4 夹紧设计

4.1 夹紧力源

夹具常用夹紧力源主要有机械夹紧、液压夹紧、气动夹紧。机械加工中一般切削力较大, 需要夹紧力也较大, 故气动夹紧使用较少, 多为机械夹紧和液压夹紧。

4.2 夹紧力设计

(1) 主要夹紧力的作用方向应指向主要定位基准。 (2) 夹紧力的作用方向尽可能有利于减小夹紧力。夹紧力过大, 可能造成工件的弹性和塑性变形, 甚至造成夹具夹紧装置的变形。 (3) 夹紧力的作用点和作用方向应不破坏工件的准确定位。例如, 采用一面两销方式定位时, 夹紧力不应施加在定位销径向方向, 而应是轴向方向夹紧。 (4) 尽可能在工件刚性较好的部位。应避免夹紧力方向工件悬空, 同时也应避免工件薄弱部位夹紧。 (5) 夹紧力应尽可能靠近加工部位, 以防止工件振动。但同时需保证不产生刀具干涉, 产生工件加工中“夹具被加工”的现象。

5 结语

以上是笔者在多年工艺工作中从事夹具设计的一些体会, 在实际设计中, 还应根据不同机床、不同工件具体问题具体分析。

摘要：机械加工中, 工件相对机床应具有唯一确定的几何位置。夹具是连接工件与机床的机械装置, 同时起到传递工件位置精度、固定工件的作用。文中介绍了夹具设计的常用方法、设计思路及设计禁忌等经验。

关键词：机床,夹具,设计

参考文献

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[5]吴磊, 等.计算机辅助夹具设计发展现状与趋势[J].装备制造技术, 2011 (11) :89-91.

特殊专用工装夹具 篇10

1 特殊专用离心式弹性夹头

(1)工作原理

图1所示的特殊专用离心式弹性夹头是用来装夹轴销类或套类零件外圆表面的。夹具体1以上止口(或外锥柄)与车床的法兰盘(或主轴锥孔)连接,开动机床前将工件9放入弹性夹头7前端的孔中,当机床带动夹具开始旋转后,离心重块8(数只)在离心力的作用下,绕销6作逆时针方向摆动,其左端部即压缩柱塞3,柱塞3继而压缩浮动介质4使拉杆2左移。由于拉杆2的右端是以螺纹与弹性夹头7的螺孔相连接,因而拉杆2左移时,弹性夹头7也随之左移,其右端则由于受夹具体1锥孔的强迫而产生弹性收缩,从而夹紧工件9的外圆表面,此时便可进行切削加工。加工完毕后机床主轴停止旋转,由于弹性夹头7的锥体与夹具体1之间为非自锁配合,所以弹性夹头7会自动恢复变形而松开工件。

1.夹具体2.拉杆3.柱塞4.浮动介质5.防护罩6.销7.弹性夹头8.离心重块9.工件图1特殊专用离心式弹性夹头

(2)特殊专用夹具的特性

1)优点:轴向尺寸较小,结构较为紧凑,且由于采用浮动介质4而使得拉杆2的后移机构变得简单可靠。此外,由于离心重块8的绝大部分质量集中在夹具前端,因此,夹具体1上安装离心重块8的部位的加工工艺性较好[1]。为了防止夹具在高速旋转时可能发生的偶然事故,在离心重块8的外部设置了防护罩5。

2)缺点:离心重块8与销6、离心重块8与夹具体1上的槽之间的配合要求较高,否则重块可能会出现卡滞现象。

(3)需注意的问题

具体设计这类特殊弹性夹头时,应注意以下几点。

1)弹性夹头7锥部之锥角应在非自锁范围内,以免机床停车后无法松开工件。

2)弹性夹头7与夹具体1的孔之间一般应加一过渡套,以延长夹具体的使用寿命。此外,当工件直径发生较大变化时,也便于更换过渡套及弹性夹头。

3)与浮动介质4相连通的有关部位应注意采取适当密封措施。

在这里值得指出的是,图1所示的特殊专用离心式弹性夹头结构也完全可以移植用于设计专用离心式弹性胀套,用来夹紧盘套类工件内孔(具体结构略)。

2 特殊专用离心式端面拨动顶尖

(1)用途

在工件加工中用轴类零件两端的中心孔进行定位,依靠拨爪拨动工作端面来传递切削加工时所需运动及动力的车床夹具习惯上称之为端面拨动顶尖。这种端面拨动顶尖由于工人装夹劳动强度低,可不停车装卸工件,可在一次装夹中完成所有外表面的加工,且具有综合加工效率高及工件各被加工表面之间相互位置精度高等一系列优点,因而日益受到重视。但是,目前的端面拨动顶尖结构一般仅限于尾座力顶紧式的,即工件通过尾座力的作用向主轴方向移动而使得端面拨动顶尖的拨爪夹紧工件端面,带动其旋转并传递加工时所需扭矩。这种尾座力顶紧式端面拨动顶尖的显著缺点一是操作工人仍有一定劳动强度,二是尾座力的大小不易控制和掌握,造成实际切削用量的选取有很大盲目性[2]。为了克服尾座力顶紧式端面拨动顶尖的上述缺点,设计了如图2所示的特殊专用离心式端面拨动顶尖。

(2)工作原理

夹具体1以止口(或外锥柄)与车床的法兰盘(或主轴锥孔)配合连接,其前端部锥孔中装有固定顶尖11。当工件12在尾座顶尖与固定顶尖11之间获得正确定位后,即可开动机床。在离心力的作用下,数只圆柱型离心重块2向离心方向运动,其右侧面的斜面推动钢球7向右移动,进而通过浮动介质9使拨爪10右移,拨爪10前端的刃部便微量嵌入工件12的左端面中,带动其旋转并传递加工时所需扭矩。切削加工完毕后机床停车,圆柱形重块2在钢球3及弹簧4的作用下复位,拨爪10失去对工件端面的顶紧力,便可取下工件。使用圆柱形重块2的离心式夹具较图1所示的杠杆式夹具从结构方面来说更为简单紧凑,加工工艺性也有较大地改善,且重块不易出现卡滞现象。

在具体设计图2所示的特殊专用离心式端面拨动顶尖时,对重块2与夹具体孔之间的配合应适当选取,并在结构方面采取一定措施,保证重块2能在夹具体1的孔中滑动自如。此外,对拨爪10应设置保持机构,以防止其滑出[3]。

1.夹具体2.离心重块3.钢球4.弹簧5.防护罩6.挡圈7.钢球8.螺钉9.浮动介质10.拨爪11.顶尖12.工件

(3)特殊专用夹具的特性

特殊专用离心式端面拨动顶尖相对尾座力顶紧式来说,其优越之处除了能显著减轻工人劳动强度外,另一个非常突出的优点是其允许的极限切削用量可通过切削实验来进行确定,这对于指导实际切削加工过程具有重要意义。

3 结束语

由上述两种典型的特殊专用离心式夹具可以看出,特殊专用离心式夹具的结构研究还有很大的拓展空间。金属切削加工高速化的潮流已随着刀具材料与机床技术的发展而兴起,这无疑为特殊专用离心式夹具提供了一个很好的发展机遇。可以断定,随着机械制造技术的不断发展,特殊专用工装夹具将发挥重要的作用。

摘要：介绍为提高劳动生产率和降低加工成本,在进行各类机械加工时有效地利用特殊离心式专用夹具的方法。零件旋转时产生的离心力,既能夹紧又可固定零件;停止旋转后随着离心力的消失,零件处于自由状态,可轻松装卸零件。采用特殊专用工装夹具既保证了工件的加工精度,又稳定了产品质量,还可改善工人劳动条件,保证安全生产,进而扩大机床工艺范围。

关键词：专用工装夹具,弹性夹头,拨动顶尖,离心力,夹具体

参考文献

[1]陶崇德.机床夹具设计[M].上海:上海科学技术出版社,2005.

[2]李家宝.夹具设计[M].北京:机械工业出版社,2000.

机床夹具设计方法的应用 篇11

关键词：机床,作用,设计方法

机床夹具是在进行机械制造时, 用于固定工件的一种装备, 在机械生产中发挥着重要的作用。工业企业生产的工件, 对尺寸、规格有很严格的要求, 很小的偏差就会造成工件不能使用, 给后续的操作带来不便。机床夹具的使用可以减少工件不合格的几率, 在对工件进行作业时, 将工件固定在机床夹具内, 可以方便作业, 保证生产的工具满足生产的要求。

一、机床夹具的作用

机床夹具在生产工件时有很重要的作用, 主要体现在以下方面:

首先, 使用机床夹具可以保证工件的加工精度, 我们知道, 机械产品的规格要求比较严格, 有些工件的尺寸较小, 可是又是机械设备中必不可少的, 传统的手工生产很难保证规格不出现偏差, 使用机床夹具就可以有效的避免尺寸不准确的问题, 因为将需要加工的工件固定的夹具内, 能够精准的确定刀具和机床的位置, 保证生产的产品准确无偏差。

其次, 使用机床夹具可以提高生产效率, 减轻工作人员的劳动强度, 使用机床夹具可以很快速的将需要加工的工件加紧, 进行加工操作, 不会进行其他的辅助操作, 节约时间。现在采用的机械、气动、液压夹具装置可以大大的减轻工人的劳动强度, 提高工作效率。

最后, 可以扩展机床的使用范围, 许多工件的加工都可以采用机床夹具的模式来完成, 不管尺寸多少, 规格怎样, 只需要选择恰当的夹具。例如传统的生产镗具的时候需要用到镗床, 现在只需要在机床上加入镗模就可以, 是机床具有了镗床的功能, 从而扩宽了机床的使用范围。

二、机床家具设计方法的应用

(一) 机床夹具的总体设计思路

首次要明确产品的要求, 协调好各工序之间的生产程序, 让生产能够流畅顺利的进行, 对于生产时间短, 用量大的工件可以一次夹装多个, 以保证各环节的平衡。

其次, 要精准的确定夹具的规格, 要保证生产出的产品准确无误, 在产品生产的过程中, 也要保证生产夹具体和加工工件的生产的流程中, 没有碰撞, 以防止夹具之间碰撞造成损伤。另外的生产的过程中, 也要注意机床的使用极限, 不能盲目的追求效率而不注重质量, 极限作业就造成机床生产的精度下降, 影响产品的质量。

再次, 要保证夹具的刚性, 工件的加工生产完全依靠夹具的形状, 因此夹具的质量直接影响着工件的质量, 在选择夹具材质时, 要选择刚性较强的, 防止夹具在多次的使用中出现变形, 影响生产。

最后, 夹具的基准要统一, 夹具调校基准、对刀基准和工件测量基准是夹具设置基准的几个方面, 在夹具安装的期初, 就需要把这些基准调整好, 以保证工件的精确生产。

(二) 机床夹具的定位设计

夹具是连接机床和工件的只要设备, 我们使用夹具的目的是为了精准的确定工件在机床中的几何位置, 因此做好机床夹具的定位设计是很有必要的, 稍微的偏差就会造成工件在机床中的位置不准确, 从而影响产品的质量。工件定位中有完全定位、不完全定位、欠定位和过定位几种方式, 不同的机床可以根据生产的工件的要求选择不同的定位方式。在确定工件规格以后, 就要选择恰当的夹具定位方式, 并合理的进行夹具定位设计, 以保证产品的顺利生产。定位原件的选择也是很重要的, 最好是应用强度大和刚性强的材质, 不易磨损, 在工件的加工过程中会有粉屑产生, 定位原件也要具备较好的防尘、防屑效果。生产不同的工件需要的夹具是不一样的, 因此定位原件要便于拆装, 方便更换定位原件, 进行不同的工件生产。

(三) 机床夹具的加紧设计

机械加工中所生产的工件的材质一般比较硬, 所需要的切削力比较大, 因此对于夹具的夹紧力也要求较高, 现阶段夹具采用的加紧力源主要有机械力源、液压力源和气动力源。首先, 要确定夹紧力的作用方向, 这样可以轻松的进行夹紧力增大或减小的操作。夹紧力的大小要控制得当, 因为太小会夹不住工件, 不便于进行工具操作, 夹紧力太大, 可能会造成工件变形, 所生产的工件也会不符合要求。其次, 选择合理的加紧位置, 要选择刚性好、部件厚的部位加紧, 否则容易造成工件的损伤。同时加紧力要靠近加工的部位, 但是也要与刀具保持一定的距离, 防止在工件的加工过程中, 夹具也被刀具加工的现象发生。

三、结语

总之, 机床夹具在机械生产中发挥着重要的作用, 企业要根据自己的生产需要合理的设计夹具, 让其更好的为生产服务。

参考文献

[1]唐敦兵, 钱晓明, 王晓勇, 楼佩煌.公理化设计矩阵与设计结构矩阵同步演化机制研究[J].计算机集成制造系统, 2007 (08) .

[2]高卫国, 徐燕申, 陈永亮, 章青.广义模块化设计原理及方法[J].机械工程学报, 2007 (06) .

[3]姜莉莉, 习小英, 李敏, 李宗斌.基于多色集合理论的夹具概念设计研究[J].中国机械工程, 2006 (08) .