机床夹具资料

-.z.课程导入制造业是衡量国力强盛与否的尺码之一，机械制造技术水平的开展与进步助推了机械制造工业的开展与进步。由机床、刀具、夹具与被加工工件一起构成了一个实现*种加工方法的机械加工工艺系统。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。1. 机床夹具的现状国际生产研究协会的统计说明，目前中、小批多品种生产的工件品种e占工件种类总数的85%左右。现代生产要求企业所制造的产品品种经常更新换代，以适应市场的需求与竞争。然而，一般企业都仍习惯于大量采用传统的专用夹具，一般在具有中等生产能力的工厂里，约拥有数千甚至近万套专用夹具；另一方面，在多品种生产的企业中，每隔3-4年就要更新50%-80%左右专用类具，而夹具的实际磨损量仅10%-20%左右。特别是近年来，数控机床、加工中心、放组技术、柔性制造系统〔FMS〕等新加工技术的应用，对机床夹具提出了如下新的要求。1〕能迅速而方便地装备新产品的投产，以缩短生产准备周期，降低生产本钱；2〕能装夹一组具有相似性特征的工件；3〕能适用于精细加工的高精度机床夹具；4〕能适用于各种现代化制造技术的新型机床夹具；5〕夹具的柔性化、低本钱设计。6〕带有传输装置的自动化夹具的设计。7〕采用以液压站等为动力源的高效夹紧装置，以进一步减轻劳动强度和提高劳动生产率；8〕提高机床夹具的标准化程度。2. 现代机床夹具的开展方向夹具是机械加工不可缺少的部件，在机床技术向高速、高效、精细、复合、智能、环保方向开展带动下，夹具技术正朝着高精、高效、模块、组合、通用、经济方向开展。(1)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，夹具的定位精度可达±5um，夹具支承面的垂直度到达0.01mm/300mm，平行度高达0.01mm/500mm。德国demmeler公司制造的把4m长、2m宽的孔系列组合焊接夹具平台，其等高误差为±0.03mm；精细平口钳平行度和垂直度在5um以内；夹具重复安装的定位精度为±5um；瑞士ER-OWA柔性夹具的重复定位精度高达2~5um。机床夹具的精度已提高到微米级。世界知名的夹具制造商都是精细机械制造企业。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选择。(2)高效为了提高的生产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、精细平口钳、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，夹紧和松开工件只用1~2S，夹具构造简化，为机床进展多工位、多面和多件加工创造了条件。为了缩短在机床上安装与调试夹具的时间，瑞典3R夹具仅用lmin，即可完成线切割机床夹具的安装与调正。采用美国Jergens公司的球锁夹紧系统，lmin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。(3) 模块、组合夹具元件模块化是实现组合化的根底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，表达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了根底。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，进展夹具优化设计，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、合理的夹具与配套方案，又能积累使用经历，了解市场需求，不断改良和完善夹具系统。(4) 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，一次性投资比拟大。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，才能表达出经济性好。德国demmeler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，既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。同时，超精细加工技术的开展需要学习俄罗斯的经历。对于超精细加工技术来说，最大的需求就是国防军事工业。我国的超精细加工技术与国外，特别是美、俄等国家相比，落后较多，面临的最大任务是根据目前的需求如何在较短的时间内尽快提高超精细加工技术〔包括设备及工艺〕的水平，使之能够适应应用要求。美国、俄罗斯在超精细加工技术的研究上开展思路完全不同。美国充分利用其科技优势，研制了一系列先进的超精细加工设备和超精细检测仪器，利用这些先进的设备加工出高精度的零件。而俄罗斯则很少有非常先进的超精细加工设备，但是同样能够加工出所需的高精度零件，原因在于它掌握着先进的工艺。例如从有关资料分析俄罗斯研磨机的性能指标并不先进，甚至不如国内*些实验室设备，但是他们有自己独特的工装夹具以及研磨工艺，最终加工零件的精度及其稳定性却优于美国。所以根据我国的国情，盲目地靠引进先进设备和仪器只能受制于人，况且许多超精细加工设备仪器禁运。而在一定时期内要靠自行研制所有超精细加工设备和仪器也不现实，因此应该走俄罗斯的路子，即重视超精细加工工艺的研究。3.机床夹具与设备、工序、刀具的关系机床夹具在机械加工中起着十分重要的作用，归纳起来，主要表现在以下几个方面。①缩短辅助时间，提高劳动生产率，降低加工本钱。使用夹具包括两个过程：一是夹具在机床上的安装与调整是工件在夹具中的安装。前者可以依靠夹具上的定向键、对刀块等专用装置快速实现，后者则由夹具上专门用于定位的V形块、定位环等元件迅速实现。此外，夹具中还可以不同程度地采用高效率的多件、多位、快速、增力、机动等夹紧装置，利用辅助支承等提高工件的刚度，以利于采用较大的切削用量。这样，便可缩短辅助时间、减少机动时间，有效地提高劳动效率、降低加工本钱。②保证加工精度，稳定加工质量。采用夹具安装工件，夹具在机床上的安装位置和工件在夹具中的安装位置均已确定，因而工件在加工过程中的位置精度不会受到各种主观因素以及操作者的技术水平影响，加工精度易于保证，并且加工质量稳定。③降低对工人的技术要求，减轻工人的劳动强度，保证平安生产，使用专用夹具安装工件，定位方便、准确、快捷，位置精度依靠夹具精度保证，因而可以降低对工人的技术要求；同时，夹紧又可采用增力、机动等装置，可以减轻工人的劳动强度。根据加工条件，还可设计防护装置，确保操作者的人身平安。④扩大机床的工艺范围，实现机多能。在批量不大、工件种类和规格较多，机床品种有限的生产条件下，可以通过设计机床夹具，改变机床的工艺范围，实现"一机多能〞。例如：在普通铣床上安装专用夹具铣削成形外表；在车床溜板上或在摇臂钻床上安装镗模可以加工箱体孔系等。⑤在自动化生产和流水线生产中，便于平衡生产节拍。在加工工艺过程中，特别在自动化生产和流水线生产中，当*些工序所需工时特别长时，可以采用多工位或高效夹具等提高生产效率，平衡生产节拍。不过，机床夹具的作用也存在一定的局限性，如下所示。①专用机床夹具的设计制造周期长。它往往是新产品生产技术准备工作的关键，对新产品的研制周期影响较大。②对毛坯质量要求较高。因为工件直接安装在夹具中，为了保证定位精度，要求毛坯外表平整，尺寸偏差较小。③专用机床夹具主要适用于生产批量较大、产品品种相对稳定的场合。专用机床夹具是针对*个零件、*道工序而专门设计制造的，一旦产品改型，专用夹具便无法使用。因此，当现代机械工业出现多品种、中小批量的开展趋势时，专用夹具往往便成为开发新产品、改革老产品的障碍。4机床夹具在工艺系统中的地位4.1机床夹具对工艺系统误差的影响零件的加工过程是在由机床、夹具、刀具、工件组成的工艺系统中完成的，工艺系统的受力变形、受热变形以及工艺系统各组成局部的静态精度和磨损等，都会不同程度地影响工件的加工精度。然而，工件的机械加工精度，主要取决于工件和刀具切削过程中的相互位置关系。造成外表位置加工误差的因素主要来源于以下三个方面。①与工件在夹具中安装有关的加工误差，即工件安装误差，包括工件在夹具中定位时所造成的加工误差以及夹紧时工件变形所造成的加工误差。②与夹具相对刀具和机床上安装夹具有关的加工误差，即夹具调整误差，包括夹具在机床上定位时所造成的加工误差以及夹具相对刀具调整时所造成的加工误差。③与加工过程有关的加工误差，即过程误差，包括工艺系统的受力变形、受热变形、磨损等因素引起的加工误差。为了获得合格产品，必须使上述误差在工序尺寸方向上的总和小于或等于工序尺寸公差。由于工件和刀具分别安装在夹具和机床上，受到夹具和机床的制约，因而必须按照工艺系统整体的动态观点去研究加工误差，并从系统的加工误差中科学地别离出由夹具所产生的误差成分，进而了解夹具误差对工艺系统加工误差的影响规律，以及可能产生的误差互补作用，以便设计时进展控制，利用其误差互补作用对夹具元件误差进展修正，做到对工艺系统误差进展局部补偿。4.2机床夹具在工艺系统中的能动性夹具不同于其他环节，它在工艺系统中具有特殊的地位，夹具的整体刚度对工件加工的动态误差产生着非常特殊的影响。当夹具的整体刚度远大于其他环节时，工件加工的动态误差根本上只取决于夹具的制造精度和安装精度。因此，设计夹具时，对夹具的整体刚度应给予足够重视。如因工艺系统其他环节的刚度缺乏而引起较大的系统动态误差时，也可以采取修正夹具定位元件的方法进展补偿。生产实践中这方面的实例屡见不鲜，这就是夹具的能动作用。第一章现代机床夹具第一节现代机床夹具的开展随着科学技术的巨大进步及社会生产力的迅速提高，夹具已从一种辅助工具开展成为种类齐全的工艺装备。一、机床夹具的现状国际生产研究协会的统计说明，目前中、小批量、多品种的工件生产已占工件种类总数的85%左右。现代生产要求企业所制造的产品品种经常更新换代，以适应剧烈的市场竞争。然而，一般企业仍习惯于大量采用传统的专用夹具。另一方面，在多品种生产的企业中，约隔4年就要更新80%左右的专用夹具，而夹具的实际磨损量仅为15%左右。特别是现代先进制造业的开展，数控机床〔C)、加工中心〔MC)、成组技术〔GT)、柔性制造系统(FMS)等新技术的广泛应用，对机床夹具设计提出了如下新的要求：1) 能迅速而方便地装备新产品的投产，以缩短生产准备周期，降低生产本钱,适应市场竞争。2) 能装夹一组具有相似性特征的工件〔零件族〕。3) 适用于精细加工的高精度机床夹具。4) 适用于各种现代化数控制造技术的新型机床夹具。5) 夹具的柔性化、低本钱设计。6) 带有传输装置的自动化夹具的设计。7) 广泛采用液压等高效夹紧装置，以进一步提高劳动生产率。8) 提高机床夹具的标准化程度。二、现代机床夹具的开展现代机床夹具的开展主要表现为精细化、高效自动化、柔性化、标准化四个方面。1.精细化随着机械产品精度的日益提高，势必相应提高了对夹具的精度要求。精细化夹具的构造类型很多，例如，精细多齿盘分度装置，其最高分度精度可达±0.1〞；用于精细车削的高精度三爪自定心卡盘，同轴度可达5um；精细心轴可将同轴度控制在1um内；用于轴承套磨削的电磁无心夹具，工件的圆度可达m；又如用于内画磨削的弦线传动V形夹具，工件的同轴度公差可达0.3um。夹具的加工精度由微米级向纳米级开展，以制造高品质的产品。2.高效自动化高效自动化夹具主要用来减少工件加工的根本时间和辅助时间，以提高劳动生产率，轻工人的劳动强度。常见的高效自动化夹具有：自动化夹具、高速化夹具、具有夹紧动力装置的夹具等。例如，在铣床上使用电动虎钳装夹工件，效率可提高5倍左右；在车床上使用的高速三爪自定心卡盘，可保证卡爪在〔试验〕转速为9000r/min的条件下仍能结实地夹紧工件，从而使切削速度大幅度提高；在柔性加工单元中使用机器人装卸工件，实现加工自动化、高效化。3. 柔性化机床夹具的柔性化与机床柔性化相似，它是指机床夹具通过调整、拼装、组合等方式以适应可变因素的能力。工艺可变因素主要有：工序特征、生产批量、装夹方式、工件的形状和尺寸等。具有柔性化特征的新型夹具种类主要有：组合夹具、通用可调夹具、成组夹具、拼装夹具、数控机床夹具及非标夹紧组件等。在较长时间内，数控机床夹具的柔性化将是世界夹具开展的主要方向，在夹具设计中占有主导地位。4. 标准化机床夹具的标准化与通用化是相互联系的两个方面。在制订典型夹具构造的根底上，首先进展夹具元件和部件的通用化，建立类型尺寸系列或变型，以减少功能用途相近的夹具元件和部件的形式，摒除一些功能低劣的构造。通用化方法包括夹具、部件、元件、毛坯和材料的通用化。夹具的标准化阶段是通用化的深入，主要是确立夹具零件或部件的尺寸系列，为夹具工作图的审查创造良好的条件。我国有机床夹具零件及部件的机械行业标准〔/T8004.1 -/T10128—1999〕以及各类通用夹具、组合夹具标准等。机床夹具的标准化，有利于夹具的商品化生产，有利于缩短生产准备周期，降低生产总本钱。三、夹具的低本钱设计夹具的本钱主要包括设计费用和材料、制造费用等。夹具的低本钱设计，取决于企业的市场环境、产品设计环境、产品制造环境等因素。在工业兴旺茵家，已有许多成功的经历。1．大批量生产的经济效益分析在产品相对稳定、批量较大的生产中，使用专用夹具可获得较高的生产率和加工精度。企业的经济效益也很好。夹具的低本钱设计可采用以下方法:1)增加专用夹具的功用.，使一个夹具能代替多个夹具使用，从而可降低夹具的总本钱。2)夹具体、连接元件、液压缸等夹具元件的低本钱设计。3)将专用夹具改为可调整夹具，如成组夹具、滑柱式钻模等，可减少夹具数量，降低夹具本钱。4)采用新型夹具，如组合夹具、通用可调夹具，可减少专用夹具的数量，降低夹具本钱。5)简化专用夹具的构造，并减少夹具的材料、制造费用。2．现代机械制造的经济效益分析现代机械制造的特点是市场竞争加剧。产品的制造环境是多品种、中小批量生产。生产中广泛采用数控机床作为制造设备，其夹具的低本钱设计如下：1)广泛采用组合夹具，减少专用夹具数量。2)设计拼装夹具。3)设计成组夹具、通用可调夹具。4)设计非标夹紧组件。这类设计的核心是夹紧元件的模块化设计。5)制造系统夹具的柔性化设计。第二章机床夹具概论第一节机床夹具简介一、机床夹具1. 夹具夹具是一种装夹工件的工艺装备，种类很多。夹具广泛地应用于机械制造的切削加工、焊接、装配、检测、热处理等工艺过程中，如机床夹具、焊接夹具、检测夹具等。2. 机床夹具在金属切削机床上使用的夹具统称为机床夹具。在现代生产中，机床夹具是一种不可缺少的工艺装备，它直接影响着机械制造加工工艺的精度、劳动生产率和产品的制造本钱等，故机床夹具设计在企业的产品设计和制造以及生产技术准备中占有极其重要的地位。机床夹具设计是一项重要的技术工作。二、专用夹具简介机床夹具的主要功能是使工件定位和夹紧。有些夹具还具有对刀〔导向〕功能等。机床夹具的种类繁多，现以下述的几种专用夹具为例来说明机床夹具的构造和作用。第二节机床夹具的功能和在机械加工中的作用一、机床夹具的功能1. 概述机床夹具的主要功能是装夹工件，使工件在夹具中定位和夹紧。夹具还要与机床连接，并在机床上相对定位，以完成切削成形的加工过程。除上述功能外，根据工艺要求，夹具还可具备对刀、导向、分度等功能。2. 功能(1)定位确定工件在夹具中占有准确位置的过程称为定位。定位是通过工件的定位基准面与夹具定位件的定位面接触或相配合实现的。准确地定位可以保证加工面的尺寸和外表之间的位置精度要求。(2)夹紧夹紧是工件定位后将其固定，使其在加工过程中保持定位位置不变的操作。夹紧为工件提供了平安、可靠的加工条件。(3)夹具在机床上的定位夹具与机床连接，并相对切削成形运动定位，以确定夹具位置。由于刀具相对工件所作的切削成形运动通常是由机床提供的，所以，夹具在机床上的定位，即为对切削成形运动的定位，以使夹具在机床上占有准确的位置，完成对工件被加工外表的切削成形。(4)对刀对刀就是调整刀具相对工件或夹具的准确位置。如铣床夹具中的对刀块和塞尺，它们能迅速地确定铣刀相对于夹具的准确位置。(5)导向导向的作用是确定刀具相对于夹具的准确位置，并引导刀具进展切削。如钻床夹具中的钻模板和钻套；镗床夹具中的镗模支架和镗套。(6)分度分度的作用是确定多个加工外表间位置的分度间距或角度，分度分为圆周分度和首线分度两大类。二、机床夹具在机械加工中的作用1. 概述在机械加工中，使用机床夹具的目的主要有以下六个方面：保证加工精度；提高劳动生产率；改善工人的劳动条件；降低生产本钱；保证工艺纪律；获得良好经济效益。然而，在不同的生产条件下，应该有不同的侧重点。夹具设计时应该综合考虑加工的技术要求、生产本钱和工人操作方便等方面的要求，以到达预期的效果。2. 作用(1)保证加工精度用夹具装夹工件，能稳定地保证加工精度，减少操作误差；还可以减少对其他生产条件的依赖性，满足加工的技术要求。特别是在精细零件的加工中，广泛地使用夹具以保证加工精度。作为重要的工艺装备，夹具还是实现全面质量管理的一个重要手段。(2)提高劳动生产率使用夹具后，能使工件迅速地定位和夹紧，能够显著地缩短辅助时间和根本时间，提高劳动生产率。(3)改善工人的劳动条件用夹具装夹工件方便、省力、平安。当采用气压、液压、电动等夹紧动力装置时，可减轻工人的劳动强度，改善劳动条件，保证平安生产。(4)降低生产本钱在批量生产中使用夹具，由于劳动生产率的提高和允许技术等级较低的工人参与操作，故可明显地降低生产本钱。(5)保证工艺纪律在生产加工过程中使用夹具，可以确保产品制造过程顺畅。例如，夹具设计往往是工程技术人员解决高难度零件加工精度的主要工艺手段之一。使用夹具，可以满足对高难度零件的生产方案、调度等工艺秩序的要求。(6)获得良好经济效益现代制造企业生产的主导是多品种、中小批、高品质、低本钱生产。目前，在数控机床、加工中心和柔性制造系统中使用多种先进夹具，已在剧烈的市场竞争中获得了良好的经济效益。特别是在缩短产品制造周期、增强生产能力、缩短交货期、提高企业的市场竞争力等方面起到了很大的作用。第三节机床夹具的组成一、概述机床夹具由以下六个局部组成：①定位无件夹紧装置；③夹具体；④连接元件；⑤对刀导向元件；⑥其他元件或装置。二、机床夹具的根本组成局部虽然各类机床夹具的构造有所不同，但按夹具的主要功能来分析，机床夹具的根本组成分为定位元件、夹紧装置和夹具体三个局部，这也是夹具设计的主要内容。1.定位元件定位元件是夹具的主要功能元件之一。通常，定位元件按工件定位基准面的形状设计。当工件的定位基准面与定值元件的工作面接触或配合时，就实现了工件的定位。定位元件的定位精度直接影响工件的加工精度。2. 夹紧装置夹紧装置也是夹具的主要功能元件之一。夹紧装置按需要设计局部以下两个局部：(1)夹紧机构如螺旋夹紧机构，偏心夹紧机构等。(2)夹紧动力装置如液压动力装置、气压动力装置、电动装置等。使用夹紧动力装置可实现工件的自动夹紧，到达较高的劳动生产率。3. 夹具体夹具体是夹具的基体、骨架，通