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塔 里 木 大 學
銑床用組合夾具設計
前 言
夾具是能夠使產(chǎn)品按一定的技術(shù)要求準確定位和牢固夾緊的工藝裝置，它的主要用于保證產(chǎn)品的加工質(zhì)量、減輕勞動強度、輔助產(chǎn)品檢測、展示、運輸?shù)?。軸類工件是常見的工程結(jié)構(gòu)，提高軸類工件銑床夾具設計效率有實際工程意義。
目前，世界上許多國家在計算機輔助夾具設計方面，都做了大量工作。我國在該項領(lǐng)域中尚處于研究階段。計算機輔助夾具設計是通過計算機軟件程序來完成夾具結(jié)構(gòu)設計、總裝圖和零件圖的繪制，以及制定出夾具零件的制造工藝等主要工作的計算機輔助機械設計的一個分支。傳統(tǒng)的機床夾具設計需要檢索許多資料，并花費許多繪圖時間，設計的效率低、成本高。機床夾具設計往往還需借助于設計者的經(jīng)驗。計算機輔助夾具設計的開發(fā)和應用，既可縮短設計周期，又能促進機床夾具的標準化和系列化。
在計算機輔助夾具設計中，主要分為組合夾具和專用夾具設計二類。而國際上主要研究的對象是采用標準元件的槽系和孔系的組合夾具。當前國外正向開發(fā)夾具柔性化系統(tǒng)領(lǐng)域努力。夾具柔性化主要表現(xiàn)在以下兩方面：一是結(jié)構(gòu)的柔性化，即廣泛采用標準元件的槽系和孔系組合夾具。二是夾具設計過程柔性化，也就是利用計算機技術(shù)和人工智能，把工程師設計夾具的過程描述為一個軟件系統(tǒng)。
主要符號表
M 彎矩
F 力
n 轉(zhuǎn)速
ap 背吃刀量
T 壽命
d 直徑
v 速度
f 進給量
L 長度
P 功率
p 壓力
t 時間
26
1緒論
1.1研究的目的及意義
夾具是能夠使產(chǎn)品按一定的技術(shù)要求準確定位和牢固夾緊的工藝裝置，它的主要用于保證產(chǎn)品的加工質(zhì)量、減輕勞動強度、輔助產(chǎn)品檢測、展示、運輸?shù)?。保證穩(wěn)定可靠地達到各項加工精度要求，縮短加工工時，提高勞動生產(chǎn)率，降低生產(chǎn)成本，可由較低等級的工人進行加工，能擴大機床工藝范圍。槽類工件是常見的工程結(jié)構(gòu)，提高槽類工件銑床夾具設計效率有實際工程意義。應用機床夾具，有利于保證機床的加工精度、穩(wěn)定產(chǎn)品質(zhì)量；有利于提高勞動生產(chǎn)率和降低成本；有利于改善工人勞動條件，保證安全生產(chǎn)。
一個優(yōu)良的機床夾具必須滿足下列基本要求：
（1） 保證工件的加工精度
保證加工精度的關(guān)鍵，首先在于正確地選定定位基準、定位方法和定位元件，必要時還需進行定位誤差分析，還要注意夾具中其他零部件的結(jié)構(gòu)對加工精度的影響，確保夾具能滿足工件的加工精度要求。
（2）提高生產(chǎn)效率
專用夾具的復雜程度應與生產(chǎn)綱領(lǐng)相適應，應盡量采用各種快速高效的裝夾機構(gòu)，保證操作方便，縮短輔助時間，提高生產(chǎn)效率。
（3）工藝性能好
專用夾具的結(jié)構(gòu)應力求簡單、合理，便于制造、裝配、調(diào)整、檢驗、維修等。
專用夾具的制造屬于單件生產(chǎn)，當最終精度由調(diào)整或修配保證時，夾具上應設置調(diào)整和修配結(jié)構(gòu)。
（4）使用性能好
專用夾具的操作應簡便、省力、安全可靠。在客觀條件允許且又經(jīng)濟適用的前提下，應盡可能采用氣動、液壓等機械化夾緊裝置，以減輕操作者的勞動強度。專用夾具還應排屑方便。必要時可設置排屑結(jié)構(gòu)，防止切屑破壞工件的定位和損壞刀具，防止切屑的積聚帶來大量的熱量而引起工藝系統(tǒng)變形。
（5）經(jīng)濟性好
專用夾具應盡可能采用標準元件和標準結(jié)構(gòu)，力求結(jié)構(gòu)簡單、制造容易，以降低夾具的制造成本。因此，設計時應根據(jù)生產(chǎn)綱領(lǐng)對夾具方案進行必要的技術(shù)經(jīng)濟分析，以提高夾具在生產(chǎn)中的經(jīng)濟效益。
（6）設計流程的高效化
在Solid Works環(huán)境中，利用Solid works插件，工藝方程式的優(yōu)勢，對頂尖裝配體中的標準件、非標準件和裝配體實現(xiàn)三維參數(shù)化設計，實現(xiàn)了只改變一個尺寸就可驅(qū)動整個裝配體變化的效果，展示了Solid works強大的建模功能和參數(shù)化功能，展現(xiàn)三維參數(shù)化設計是一種高效的三維設計方法。為工程技術(shù)人員探索了一條更快更新的產(chǎn)品設計道路，對提高設計、裝配效率與節(jié)省制造成本有著重要的現(xiàn)實意義。這一種方法相對易于掌握，適合一般的工程技術(shù)人員。在此利用Solid works軟件自帶的參數(shù)化功能來研究銑床夾具虛擬設計中的參數(shù)化設計。三維參數(shù)化設計是通過修改圖形的某一部分或幾部分的尺寸，或修改已定義好的零件參數(shù)，自動完成對圖形相關(guān)部分的改動，從而實現(xiàn)對圖形的驅(qū)動。在三維參數(shù)化設計中零件的幾何外形是由受約束的數(shù)學關(guān)系式來定義的，而不僅僅取決于簡單的、孤立的尺寸參數(shù)。主要技術(shù)特點在于:基于特征，全尺寸約束，尺寸驅(qū)動設計修改以及全數(shù)據(jù)聯(lián)動。三維參數(shù)化設計，在提高設計水平和設計效率上發(fā)揮著積極的作用。運用Solid works進行二次開發(fā)，通過訪問數(shù)據(jù)庫，實現(xiàn)參數(shù)化設計的要求。實踐證明，它使用簡單方便，迅速可靠，可以大量節(jié)省在繪制三維夾具標準零部件和常用零部件時花費的時間和精力，對于推動零部件標準化、系統(tǒng)化有著非常重要的意義。
1.2國內(nèi)外的發(fā)展及研究狀況
1.2.1國外發(fā)展現(xiàn)狀
由于計算機技術(shù)迅猛發(fā)展、CAD技術(shù)和標準化技術(shù)的廣泛應用, 國外對零件庫技術(shù)一直給予了充分的重視。早在1971年, 德國標準化協(xié)會（DIN）為建立標準件庫而制定發(fā)布了標準件和通用件的DIN4000標準, 并逐漸得到了多個國家（包括中國）的采用。隨著WEB技術(shù)的發(fā)展和制造業(yè)的全球化, 對零部件供應商與企業(yè)之間, 企業(yè)與企業(yè)之間數(shù)據(jù)交換和共享的要求也日益強烈。為了提供一個傳輸零件庫數(shù)據(jù)的中性機制和獨立于任何使用零件庫數(shù)據(jù)系統(tǒng)的應用系統(tǒng), ISO/TC184技術(shù)委員會在德國國家標準DIN4000的基礎(chǔ)上, 制定了一個關(guān)于計算機可解釋的零件庫數(shù)據(jù)表達和交換的國際標準ISO13584。ISO13584對零件庫的基本原理、零件庫的概念模型、表達式的邏輯模型、供應商庫的邏輯模型、零件族構(gòu)造方法學等進行了描述, 為零件庫的信息表達、數(shù)據(jù)交換、使用和更新提供了必要的機制和定義。這一標準的制定和實施為基于的零件庫建立與應用提供了必要條件在具體應用方面, 目前國外已有多家極具規(guī)模的網(wǎng)絡零件庫。如EWEBCAD、Inpart3Dcontent、CAD Click和Trace Parts等。
各零件供應廠家提供的CAD模型支持目前世界上較流行的CAD系統(tǒng)如：Auto CAD、Pro/Engineer、Solid Edge、Solid Works、CATIA等。
1.2.2國內(nèi)發(fā)展現(xiàn)狀
在理論研究方面, 上海交大的楊東, 張申生等對基于ISO13584的零件庫的零件的表達方法、體系結(jié)構(gòu)和實現(xiàn)方案等進行了研究；浙江大學蘇寶華等人基于零件庫國際標準（ISO13584）, 對零件庫建立的方法及基于零件庫實現(xiàn)產(chǎn)品資源共享的原理進行了研究, 分析了網(wǎng)上信息交互的類型, 討論了零件庫在產(chǎn)品設計中的應用；中科院軟件研究所對基于Internet/Intranet的零件庫資源共享技術(shù)進行了研究；中國礦業(yè)大學的張宏林等對建立基于Internet的符合國際標準（ISO13584）的零件庫總體開發(fā)方案進行了探討。
隨著各種CAD系統(tǒng)在國內(nèi)企業(yè)中的廣泛應用, 許多企業(yè)在CAD系統(tǒng)中提供的標準件庫基礎(chǔ)上建立了企業(yè)自己的零件庫系統(tǒng), 并基于IEGS和STEP 標準實現(xiàn)零件信息在不同CAD系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)交換。但是在國內(nèi)還沒有一個滿足零部件供應商與企業(yè)之間, 企業(yè)與企業(yè)之間數(shù)據(jù)交換和共享的、投人實際運行的在線零件庫。中國機械網(wǎng)(w w w.china-machine.c o m)
一提供了一個3D標準件的在線零件圖庫, 可以通過網(wǎng)絡瀏覽三維零件圖, 查看詳細尺寸。但不提供下載功能, 也沒有供應商的信息, 只相當于一個在線的電子設計手冊。
1.3本課題研究的內(nèi)容
1.3.1研究內(nèi)容
我們目前常見的標準件庫主要是基于不同CAD 支撐軟件的通用零件標準件庫，它的建立和使用提高了設計效率，使設計人員有更多的時間注重產(chǎn)品的設計，充分體現(xiàn)了使用CAD 系統(tǒng)所帶來的經(jīng)濟效益。
從目前的使用情況來看，主要有二維和三維標準件庫兩大類。二維標準件庫一般是利用編程方式實現(xiàn)的，調(diào)用方便。但這種建庫方式編程工作量相當大，增加和修改零件時都需修改程序，系統(tǒng)的應用范圍窄，此外，二維圖形不夠直觀，不便于設計的可用性評價，也很難進行干涉檢驗。與此相比，三維平臺可以很方便地實現(xiàn)參數(shù)驅(qū)動功能﹑裝配圖和零件圖關(guān)聯(lián)功能，而且其造型非常直觀，進行干涉檢驗也非常方便，所以隨著三維設計的廣泛使用，現(xiàn)在越來越多的標準件庫基于三維平臺建立。
三維標準件庫的建立現(xiàn)在常用的有三種: 1.建立完全的三維標準件模型，為每一個標準件建立一個實體模型，然后將每個標準件都存儲在標準零件庫中，在需要時直接調(diào)用。這種方法工作量巨大不說，并且會出現(xiàn)存儲量占用龐大，管理困難，調(diào)用速度慢等一系列問題。 2.利用二次開發(fā)工具通過編程來實現(xiàn)三維標準件建模，對于每一系列的標準件，采用一個獨立的子程序來實現(xiàn)，通過預留的接口來實現(xiàn)參數(shù)化。這樣的好處是不必建立三維實體模型庫，標準件實例化是在程序運行時自動形成裝配用的零件圖形文件，大大節(jié)省了硬盤空間。缺點是編程工作量龐大，有些復雜零件建模困難，容易出錯。 3.采用參數(shù)化方法建立三維標準件模型，由于相同系列的標準件具有相間的拓撲結(jié)構(gòu)和不同的尺寸參數(shù)，對同一系列的標準件就可以使用同一三維實體模型，不同的實際尺寸由存儲在數(shù)據(jù)庫中的參數(shù)表來提供。其特點一是現(xiàn)用現(xiàn)生成，執(zhí)行速度快，占用空間??；二是只通過修改參數(shù)表就可以修改標準件，給標準件庫的維護和擴充帶來了極大的便利。它是一種非?？尚械慕◣旆椒?，因此，本文也正是采用這種方法建立了SOLID WORKS 環(huán)境下的標準件庫。
1.3.2研究意義
夾具是能夠使產(chǎn)品按一定的技術(shù)要求準確定位和牢固夾緊的工藝裝置，它的主要用于保證產(chǎn)品的加工質(zhì)量、減輕勞動強度、輔助產(chǎn)品檢測、展示、運輸?shù)?。保證穩(wěn)定可靠地達到各項加工精度要求，縮短加工工時，提高勞動生產(chǎn)率，降低生產(chǎn)成本，可由較低等級的工人進行加工，能擴大機床工藝范圍。槽類工件是常見的工程結(jié)構(gòu)，提高槽類工件銑床夾具設計效率有實際工程意義。應用機床夾具，有利于保證機床的加工精度、穩(wěn)定產(chǎn)品質(zhì)量；有利于提高勞動生產(chǎn)率和降低成本；有利于改善工人勞動條件，保證安全生產(chǎn)。
一個優(yōu)良的機床夾具必須滿足下列基本要求：
（1）保證工件的加工精度 保證加工精度的關(guān)鍵，首先在于正確地選定定位基準、定位方法和定位元件，必要時還需進行定位誤差分析，還要注意夾具中其他零部件的結(jié)構(gòu)對加工精度的影響，確保夾具能滿足工件的加工精度要求。
（2）提高生產(chǎn)效率 專用夾具的復雜程度應與生產(chǎn)綱領(lǐng)相適應，應盡量采用各種快速高效的裝夾機構(gòu)，保證操作方便，縮短輔助時間，提高生產(chǎn)效率。
（3）工藝性能好 專用夾具的結(jié)構(gòu)應力求簡單、合理，便于制造、裝配、調(diào)整、檢驗、維修等。
專用夾具的制造屬于單件生產(chǎn)，當最終精度由調(diào)整或修配保證時，夾具上應設置調(diào)整和修配結(jié)構(gòu)。
（4）使用性能好 專用夾具的操作應簡便、省力、安全可靠。在客觀條件允許且又經(jīng)濟適用的前提下，應盡可能采用氣動、液壓等機械化夾緊裝置，以減輕操作者的勞動強度。專用夾具還應排屑方便。必要時可設置排屑結(jié)構(gòu)，防止切屑破壞工件的定位和損壞刀具，防止切屑的積聚帶來大量的熱量而引起工藝系統(tǒng)變形。
（5）經(jīng)濟性好 專用夾具應盡可能采用標準元件和標準結(jié)構(gòu)，力求結(jié)構(gòu)簡單、制造容易，以降低夾具的制造成本。因此，設計時應根據(jù)生產(chǎn)綱領(lǐng)對夾具方案進行必要的技術(shù)經(jīng)濟分析，以提高夾具在生產(chǎn)中的經(jīng)濟效益。
2 中型組合夾具概念
2.1夾具概念
在機械制造工業(yè)中，為了達到保證產(chǎn)品質(zhì)量，改善勞動條件，提高勞動生產(chǎn)條件提高勞動生產(chǎn)率及降低勞動成本的目的，在工藝過程中，除機床等設備外，還大量使用著各種工藝裝備。它包括：夾具、模具、刀具、輔助工具及測量工具等。因此，廣義的說，夾具是一種保證產(chǎn)品質(zhì)量并便利和加速工藝過程的一種工藝裝備。不同的夾具，其結(jié)構(gòu)形式、工作情況、設計原則都不同。但就其數(shù)量和在生產(chǎn)中所占的地位來說，應以“機床夾具”為首。
所謂機床夾具，就是機床上所使用的一種輔助設備，用它來準確的確定工件與刀具的準確位置，即將工件的定位及加緊，以完成加工所需的相對運動。所以機床夾具是用以使工件和夾緊的機床附加裝置。
2.2機床夾具的分類
夾具的形式很多，可以按照不同的特點進行分類，現(xiàn)主要按以下類型來進行分類：
通用夾具
通用夾具是指結(jié)構(gòu)、尺寸已規(guī)格化,而且具有一定通用性的夾具，如三爪自動定心卡盤、四爪單動卡盤、臺虎鉗、萬能分度頭、頂尖、中心架和電子吸盤等。這類夾具適應性強，可用來裝夾一定形狀和尺寸范圍內(nèi)的各種工件。這類夾具已商品化，且成為機床附件。其缺點是夾具的加工精度不高，生產(chǎn)率也較低，且較難裝夾形狀復雜的工件，一般適用于單件小批量生產(chǎn)中。
專用夾具
這類夾具是專為零件的某一道工序的加工而設計和制造的。在產(chǎn)品相對穩(wěn)定、批量較大的生產(chǎn)中，常用各種專用夾具，可獲得較高的生產(chǎn)率和加工精度。專用夾具的設計周期較長、投資較大。
可調(diào)夾具
可調(diào)夾具是針對通用夾具和專用夾具的缺陷而發(fā)展起來的一類新型夾具。對不同類型和尺寸的工件，只需調(diào)整或更換原來夾具上的個別定位元件和夾緊元件便可使用。它一般又可分為通用可調(diào)夾具和成組夾具兩種。前者的通用范圍比通用夾具更廣；后者則是一種專用可調(diào)夾具，它按成組原理設計并能加工一族相似的工件，故在多品種，中、小批量生產(chǎn)中使用有較好的經(jīng)濟效果。
組合夾具
組合夾具是一種模塊化的夾具。標準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)準備周期，元件能重復多次使用,并具有減少專用夾具數(shù)量等優(yōu)點，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)濟的夾具。組合夾具也已經(jīng)商品化。
自動線夾具
自動線夾具一般分為兩種:一種為固定式夾具,它與專用夾具相似;另一種為隨行夾具,使用中夾具隨著工件一起運動,并將工件沿著自動線從一個工位移至下一個工位進行加工。
夾具還可以按使用機床可將其分為車床夾具、銑床夾具、鉆床夾具、鏜床夾具、齒輪機床夾具、數(shù)控機床夾具、自動機床夾具、自動線隨行以及其他機床夾具等。這是專用夾具設計所用的分類方法。設計專用夾具時,機床的組別、型別和主要參數(shù)均已確定。它們的不同點是機床的切削成形運動不同，故夾具與機床的連接方式不同。它們的加工精度要求也各不相同。
按夾緊的動力源分類夾具按夾緊的動力源可分為手動夾具、氣動夾具、液壓夾具、氣液增力夾具、電磁夾具、真空夾具、離心夾具等。
2.3槽系列組合夾具概念
組合夾具是在機床夾具零部件標準化的基礎(chǔ)上，由一整套預先制造好的，具有各種不同形狀、不同規(guī)格的標準元件和合件，按照組合化的原理，針對工件的加工要求組裝成各種專用夾具。夾具使用完畢后，可以拆卸，待留組裝新夾具時使用。
組合夾具的應用范圍十分的廣泛。它最適合于品種多、產(chǎn)品變化快、新產(chǎn)品試制和單件小批生產(chǎn)等場合，在批量生產(chǎn)也可以利用組合夾具代替臨時短缺的專用夾具，以滿足生產(chǎn)要求。用組合夾具元件可以組裝成各類機床夾具。數(shù)控機床和柔性制造單元的出現(xiàn)，更加推動了組合夾具技術(shù)的進步，擴大了組合夾具的應用范圍。
使用組合夾具，工件輪廓尺寸在一定范圍內(nèi)不受形狀的限制。我國的槽系列組合夾具可以滿足普通機械制造廠的大部分零件的加工，其中6mm、8mm槽系列組合夾具主要適用于儀表制造行業(yè)的小型零件的加工。適用于各系列組合夾具的工件范圍見表2-1。
表2-1 各系列組合夾具的適用范圍
組合夾具元件的系列
可加工工件的最大外輪廓尺寸（mm）
6mm系列，8mm系列
500×250×250
12mm系列
1500×1000×500
16mm系列
2500×2500×1000
應當指出，由于組合夾具有很大的機動性和靈活性，表2-1中所介紹的可加工工件的最大輪廓尺寸，僅是一般情況下的參考數(shù)據(jù)，通過熟練的組合技術(shù)，可用小尺寸系列的元件組裝成更大尺寸工件的組合夾具。此外，不同系列的組合夾具元件還可以通過過渡元件共同組裝在一套組合夾具上，以達到縮小組合夾具尺寸和減輕組合夾具重量的目的。
組合夾具元件的精度一般在IT6-7級，因此在通常情況的組裝技術(shù)水平下，采用組合夾具加工元件時，工件的位置精度一般在IT8-9級，通過精選元件和精心調(diào)整，也可達到IT6-7級的精度。
組合夾具具有以下特點：
1.元件可供多次使用，但其一旦組裝成某個夾具后，該夾具結(jié)構(gòu)仍屬專用性，只能一次使用。當變換加工對象時，一般仍需要全部拆開，重新組裝成新夾具結(jié)構(gòu)，以滿足新工件的加工要求。
2.夾具不一樣。組合夾具的最終精度，是靠各組合元件的精度，直接組合來保證的，不允許進行任何的補充加工，否則無法保證元件的互換性。
3.合夾具是由各標準件組合起來的，因此剛性較差，尤其是元件連接的接合面接觸剛度，對加工精度影響較大。
4.一般組合夾具的外形尺寸較大，不及專用夾具那樣緊湊。
5.這種夾具不受生產(chǎn)類型的限制，可隨時組裝，以適應生產(chǎn)之需。
2.4組合夾具元件的分類和編號
我國目前生產(chǎn)和使用的組合夾具多是槽系列的組合夾具，其元件間以鍵和鍵槽定位。用孔和圓銷定位的組合夾具稱為孔系列組合夾具，目前生產(chǎn)中亦有應用。下面主要介紹槽系列組合夾具元件。
根據(jù)連接螺栓直徑、支承截面尺寸和定位鍵槽尺寸，槽系列組合夾具分為三種：
1.16mm槽系列組合夾具，又稱大型組合夾具，用“D”表示。
2.12mm槽系列組合夾具，又稱中型組合夾具，用“Z”表示。
3.8mm和6mm槽系列組合夾具，又稱小型夾具，用“X”表示。
組合夾具元件的分類，主要根據(jù)元件的結(jié)構(gòu)、形狀和用途而劃分的。按其用途不同，可分為八大類，參見表2.3。另有一類是組合夾具組裝工具和輔具。分別用2-3表示。
表2-3 元件類別及用途
類別
名稱
用途
1
基礎(chǔ)件
夾具的基礎(chǔ)元件
2
支承件
作夾具骨架的元件
3
定位件
元件間定位和工件定位用的元件
4
導向件
在夾具上確定刀具位置的元件
5
壓緊件
作壓緊元件或工件的元件
6
緊固件
作緊固元件或工件的元件
7
其他件
在夾具中起輔助作用的元件
8
合件
用于分度、導向、支承等的組合件
9
組裝工具和輔具
在夾具組裝中起輔助作用的元件
組合夾具元件的每一類別中又包括對多個品種，每個品種中又有不同的規(guī)格。
組合夾具元件的分類編號用分數(shù)來表示。分子表示元件的型、類、組、品種，總分類代號。分母表示元件的規(guī)格特征尺寸，及規(guī)格。
2.5組合夾具的組裝
組合夾具的組裝就是將組合夾具元件按照一定的步驟和要求，裝配成加工所需要的夾具的全過程。其本質(zhì)和設計制造一套專用夾具完全相同，是一個復雜的思維設計和動手裝配制造的全過程。但是，組合夾具又有自己的裝配特點和裝配規(guī)律。組裝步驟如下：
1.組裝前的準備。首先明確組裝的要求，熟悉有關(guān)組裝工作的原始資料，即了解工件的加工要求，工件的形狀、尺寸、公差和其他技術(shù)要求，加工工藝以及使用的機床、刀具等情況。認真分析工件的定位、夾緊、裝卸等問題。
2.擬定組裝方案。按工件的定位原理和夾緊的基本要求，確定工件的定位基準面及夾緊部件。選擇定位元件、夾緊元件以及相適應的支承元件、基礎(chǔ)板等，從而初步確定夾具的結(jié)構(gòu)形式。與其同時進行有關(guān)尺寸的計算和分析，其中包括工件工序尺寸，夾具結(jié)構(gòu)尺寸，測量尺寸及精度分析等。在考慮組裝方案時，應該注意矛盾的特殊性，如銑、刨夾具要求剛性好，磨夾具和鏜孔夾具要求高的精度。
3.試裝。試裝就是把前面設想的夾具結(jié)構(gòu)方案先組裝一下，擺出一個樣子。對一些主要元件的精度，如等高度、平行度等需進行測量和挑選，但各元件之間暫不緊固。試裝的目的就是要檢驗夾具的結(jié)構(gòu)方案是否合理，發(fā)現(xiàn)問題及時解決，最后確定組裝方案。
4.連接。經(jīng)過試裝確定了夾具的結(jié)構(gòu)方案后，即可進行元件的連接和調(diào)整工作。按照所要求的位置和數(shù)量裝上定位鍵，用螺栓和螺母連接成不同形式的組裝單元，由組裝單元裝配成不同的結(jié)構(gòu)，最后組裝成完整的夾具。通常一套組合夾具順序是基礎(chǔ)部分—定位部分—導向部分—夾緊部分。裝配時要求對各有關(guān)尺寸進行測量和調(diào)整，以達到精度要求。連接和調(diào)整要交替進行。調(diào)整工作是：正確選擇測量基面，合理使用量具，準確測定元件間的相關(guān)尺寸。夾具上有關(guān)尺寸的公差通常取工件相應尺寸公差的1/3～1/5。若工件相應的尺寸為自由公差，夾具尺寸公差可取±0.05mm，角度公差可取±5′。在調(diào)整精度要求較高的夾具時要注意積累誤差的問題，一般可采取調(diào)整墊片和挑選元件的方法解決。組合夾具的尺寸調(diào)整工作十分重要，調(diào)整后的夾具精度直接影響工件的加工精度。
5.檢驗。檢驗是按零件的加工要求和其他要求，對組裝后的夾具進行一次全面檢查，必要時還應在機床上進行試切，以確定夾具達到使用要求。
檢驗夾具的總裝配精度時，要注意測量基準的選擇，以積累誤差最小為原則，即測量基準盡可能與定位基準重合，測量同一方向上的幾個尺寸時，要利用統(tǒng)一的測量基準。夾具總裝后的檢驗項目，應根據(jù)工件的加工精度要求而定，除有關(guān)尺寸的精度外，一般為同軸度、平行度、垂直度等的相互位置精度。
2.6槽系列組合夾具元件與合件
我國目前使用最廣泛的就是中型槽系列組合夾具，先將各類元件的名稱、結(jié)構(gòu)和規(guī)格簡要介紹如下。
基礎(chǔ)件是組合夾具元件中的最大元件，用作組裝夾具的基礎(chǔ)，通過把其他元件連接起來成為一套夾具。按其形狀特征可分為方形、長方形、角鐵形、圓形等四個組別。其結(jié)構(gòu)特征又分為簡式方形板，二側(cè)槽方形基礎(chǔ)板和四側(cè)槽方形基礎(chǔ)板。其下邊就是幾種基礎(chǔ)板的示例。
圖2-1 四面槽長方形基礎(chǔ)板
支承件包括各種墊片、墊板和支承、伸長板、加肋角鐵和角度支承等。它在夾具中起上下連接的作用，把定位件、導向件同基礎(chǔ)板連接起來，是組合夾具中的骨架元件。如下所列了幾種支承件的結(jié)構(gòu)。
圖2-2 雙槽正方形支承
圖2-3 平壓板
定位件包括各種鍵、定位銷、定位盤、角度定位件、定位支承、定位板和V形件等，這類元件主要用來保證元件與元件間的定位連結(jié)和元件間的正確安裝與定位。如下所列了幾種定位件的結(jié)構(gòu)。
圖2-4 左偏心鉆模版
圖2-5 伸長壓板
導向件包括各種鉆模板、鉆套和導向支承等，主要用來確定刀具與工件的相對位置，加共時正確引導刀具。如下所列了幾種定位件的結(jié)構(gòu)。
圖2-6 圓形定位銷
圖2-7 活動V型塊
壓緊件包括這種壓板，主要用于夾緊工件。如下所列了幾種定位件的結(jié)構(gòu)。
圖2-8 正方形對稱槽支承（銑多件軸槽夾具用）
圖2-9 單槽伸長板
緊固件包括各種螺母、螺釘、螺母和墊圈等。主要用于把夾具上的各種元件連接緊固成一體，以及通過壓板夾緊工件。如下所列了幾種定位件。
圖2-10 六角頭法蘭面螺栓
這類元件，有的有比較明顯的用途，有的常無固定的用途，若選用適當，能在組裝中得到極為有利的輔助作用。
圖2-11 連接板
合件是指在組裝過程中不拆散使用的獨立部件。其特點是加快組裝速度，簡化夾具結(jié)構(gòu)，提高組合夾具的萬能性。
圖2-12 折合板
圖2-13 六角套筒扳手
為便于組裝和操作，結(jié)合組合夾具結(jié)構(gòu)特點，電子工業(yè)部制定了組裝用工具和輔具部頒標準。
2.7 中型組合夾具的Solid Works設計思路
1. 零件三維模型的建立
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)勾畫出零件的草圖，一般來說這些草圖是由點、線或者面組合而成的單一、封閉的圖形。根據(jù)這些草圖進行特征的設計如拉伸、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。
2. 裝配造型的建立
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。
3. 干涉檢查
檢查相互有接觸的零部件之間是否會產(chǎn)生運動干涉，軟件可自動進行檢查，在系統(tǒng)提示了檢查結(jié)果后，要對干涉的零件進行尺寸或者位置的修改。
4. 生成爆炸視圖
使裝配后的零件再次分離，重新設定它們之間的相對位置，明確的顯示零部件的結(jié)構(gòu)和相互之間的裝配關(guān)系。
5. 裝配體的運動仿真
根據(jù)裝配體實際的運動狀態(tài)，設置有運動關(guān)系的零部件之間的相對運動狀態(tài)，用來檢查零部件之間的位置約束和相對運動關(guān)系的正確性，并簡單明了的進行仿真運動，是運動件的運動軌跡在裝配體中的顯示。
6. 二維工程圖的設計
可以由三維視圖直接生成，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，使三維實體轉(zhuǎn)換成工程圖紙。
3 銑直槽組合夾具設計
3.1零件的結(jié)構(gòu)分析
零件的材料為HT200，灰鑄鐵生產(chǎn)工藝簡單，主要銑工件上50H7mm直槽。工件以大平面及40H7mm孔為定位基準，實現(xiàn)五點定位，用鱗齒支釘限制工件的轉(zhuǎn)動自由度。通過平板和圓形壓板夾緊工件。夾具的定位裝置均安裝在由長方形基礎(chǔ)版所組成的彎板上。該夾具結(jié)構(gòu)簡單，使用方便。
圖3-1銑直槽夾具工件圖
3.2 工藝規(guī)程設計
零件材料為HT200?？紤]零件在機床運行過程中所受沖擊不大，零件結(jié)構(gòu)又比較簡單，故選擇鑄造毛坯。
基面選擇是工藝規(guī)程設計的重要工作之一。基面選擇的正確與合理是加工質(zhì)質(zhì)量得到保證，生產(chǎn)率得以提高。否則，加工工藝過程中回問題百出，更有甚者，還會造成零件的大批量報廢，使生產(chǎn)無法正常運行。
1. 粗基準的選擇。對于零件而言，盡可能選擇不加工表面為粗基準。而對于若干個不加工的表面的工件，則應該與加工表面要求相對位置精度較高的不加工表面作粗基準。根據(jù)這個基準選擇原則，選取側(cè)面和上面限制自由度以達到完全定位。
2. 精基準的選擇。主要應該考慮基準重合的問題。當設計基準和工序基準重合時，應該進行尺寸換算，在這以后還要專門計算，此處不再重復。
制定工藝路線得出發(fā)點，應是使零件的的幾何形狀、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，可以考慮采用萬能性機床配以組合夾具，并盡量使工序集中來提高生產(chǎn)率。除此之外，還應當考慮經(jīng)濟效果，以便使生產(chǎn)成本盡量降低。
一個好的結(jié)構(gòu)不但要達到設計要求，而且要有好的機械加工工藝性，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，同時使加工的勞動量最小。而設計和工藝是密切相關(guān)的，設計者要考慮加工工藝，鞏工藝師要考慮如何從工藝上保證設計的要求。
工藝路線：
1.先粗銑上端面，再精銑上端面；
2.粗銑50H7mm的直槽，再精銑50H7mm的直槽；
3．檢驗
4.入庫
由于本工件簡單容易加工，故采用上邊的工藝路線便可完成加工，而且效率很高。
3.3夾具設計
定位基準的選擇
該夾具為銑工件上50H7mm直槽的組合夾具。工件以大平面及40H7mm孔為定位基準，實現(xiàn)五點定位，用鱗齒支釘限制工件的轉(zhuǎn)動自由度。通過平板和圓形壓板夾緊工件。夾具的定位 裝置均安裝在由長方形基礎(chǔ)版所組成的彎板上。該夾具結(jié)構(gòu)簡單，使用方便。
夾具體是夾具的基本件，它既要把夾具的各種元件、機構(gòu)、裝置連接成一個整體，而且還要考慮工件裝卸的方便。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。在設計夾具體時應滿足以下基本要求:
1.結(jié)構(gòu)簡單、輕便，在保證強度和剛度前提下結(jié)構(gòu)盡可能簡單緊湊，體積小、質(zhì)量輕和便于工件裝卸。
2.結(jié)構(gòu)的工藝性好，便于制造、裝配和檢驗。
3.尺寸要穩(wěn)定且具有一定精度。
4.具有足夠的強度和剛度。
5.安裝穩(wěn)定牢靠。
6.清理方便。
夾具體毛坯制造方法的選擇，綜合考慮經(jīng)濟型、結(jié)構(gòu)合理性、標準化、工藝性以及各種夾具體的優(yōu)缺點等，選擇夾具體毛坯制造方法為鑄造夾具體；夾具體的外形尺寸在繪制夾具總圖時，根據(jù)定位元件、工件、夾緊裝置及其輔助機構(gòu)在總體上的配置，夾具體的外形尺寸便已大體確定。然后進行造型設計，再根據(jù)強度和剛度要求選擇斷面的結(jié)構(gòu)形狀和壁厚尺寸。
夾緊是工件裝夾過程的重要組成部分。工件定位之后必須通過夾具上的夾緊裝置將其可靠地固定在正確的加工位置上，使其在承受工藝力和慣性力等的情況下正確位置不發(fā)生變化。否則，在加工過程中因切削力、慣性力的作用而發(fā)生位置的變化或引起振動，原有的正確定位遭到破壞，就不能保證加工要求。夾緊機構(gòu)的三要素是夾緊力作用點的確定、夾緊力方向的確定、夾緊力大小的確定。
對夾緊機構(gòu)的基本要求如下：
1.夾緊動作迅速，操作方便省力，夾緊時不應損害零件表面質(zhì)量
2.結(jié)構(gòu)力求簡單，便于制造和維修。
3.夾緊件應具備一定的剛性和強度，夾緊作用力應是可調(diào)節(jié)的。
4.夾緊作用準確，處于夾緊狀態(tài)時應能保持自鎖，保證夾緊定位的安全可靠。
零件的加工誤差實際上是機械加工系統(tǒng)綜合誤差的反映，它不僅包括夾具的制造誤差，還包括刀具誤差、機床誤差、工件的定位誤差，就其誤差的組成和誤差的可控性來說，夾具的誤差就顯得較為重要。為了保證產(chǎn)品的加工質(zhì)量，使零件的誤差控制在合理的范圍內(nèi)，夾具磨損到什么程度必需進行修復或報廢，亦即研究夾具磨損的極限偏差問題及其誤差的分配就顯得十分有意義。由于本夾具采用手動夾緊的方式，故可以不用考慮夾緊力的大小，實際夾緊時可根據(jù)情況而定。
圖3-2 銑直槽組合夾具的三維模型
圖3-3 爆炸示圖
4 銑斜槽組合夾具設計
4.1零件的結(jié)構(gòu)分析
零件的材料為HT200，該零件是銑工件上40H12mm寬斜槽兩側(cè)面和底面的組合夾具。工件以側(cè)平面、寬52mm的槽和端圓弧面為定位基準，將工件置于長方形基礎(chǔ)板和兩個圓形定位銷上實現(xiàn)五點定位，另用側(cè)支釘實現(xiàn)一點定位。為了能用鍵定位，在圓形定位銷下面裝圓形定位盤，一處采用十字定鍵，一處采用裝順鍵。
圖4-1 銑單角度斜槽組合夾具工件圖
4.2 工藝規(guī)程設計
基面選擇是工藝規(guī)程設計的重要工作之一?；孢x擇的正確與合理是加工質(zhì)質(zhì)量得到保證，生產(chǎn)率得以提高。否則，加工工藝過程中回問題百出，更有甚者，還會造成零件的大批量報廢，使生產(chǎn)無法正常運行。
1.粗基準的選擇。對于零件而言，盡可能選擇不加工表面為粗基準。而對于若干個不加工的表面的工件，則應該與加工表面要求相對位置精度較高的不加工表面作粗基準。根據(jù)這個基準選擇原則，選取側(cè)面和上面限制自由度以達到完全定位。
2.精基準的選擇。主要應該考慮基準重合的問題。當設計基準和工序基準重合時，應該進行尺寸換算，在這以后還要專門計算，此處不再重復。
制定工藝路線得出發(fā)點，應是使零件的的幾何形狀、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，可以考慮采用萬能性機床配以組合夾具，并盡量使工序集中來提高生產(chǎn)率。除此之外，還應當考慮經(jīng)濟效果，以便使生產(chǎn)成本盡量降低。
在保證零件尺寸公差、形位公差及表面粗糙度等技術(shù)條件下，考慮到經(jīng)濟效果和降低生產(chǎn)成本，現(xiàn)擬定加工工藝方案，如下：
1.翻砂鑄造
2.粗銑40H12mm斜槽兩側(cè)面
3.粗銑40H12mm斜槽底面
4.精銑基準面
5.精銑40H12mm斜槽兩側(cè)面
6.精銑40H12mm斜槽底面
7.檢驗
8.入庫
4.3夾具設計
毛坯為鑄造件，且對毛坯的結(jié)構(gòu)工藝有一定的要求，其材料是HT200，生產(chǎn)類型為中批量生產(chǎn)，具體要求如下：
1).鑄件的壁厚要均勻，不應有較大的截面變化。
2).鑄件的選材要合理，以便于鑄造。
3).要設計合理的起模斜度，便于起模。
4).鑄件要有圓角，不得出現(xiàn)尖角棱角等。
定位基準的選擇
該夾具為銑工件上50H7mm直槽的組合夾具。工件以大平面及40H7mm孔為定位基準，實現(xiàn)五點定位，用鱗齒支釘限制工件的轉(zhuǎn)動自由度。通過平板和圓形壓板夾緊工件。夾具的定位 裝置均安裝在由長方形基礎(chǔ)版所組成的彎板上。該夾具結(jié)構(gòu)簡單，使用方便。
夾具體是夾具的基本件，它既要把夾具的各種元件、機構(gòu)、裝置連接成一個整體，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。該工件主要以工件以側(cè)平面、寬52mm的槽和端圓弧面為定位基準，將工件置于長方形基礎(chǔ)板和兩個圓形定位銷上實現(xiàn)五點定位，另用側(cè)支釘實現(xiàn)一點定位。為了能用鍵定位，在圓形定位銷下面裝圓形定位盤，一處采用十字定鍵，一處采用裝順鍵。
圖4-2銑單角度斜槽組合夾具三維模型
圖4-3 爆炸示圖
5 銑多件軸槽組合夾具
5.1零件的結(jié)構(gòu)分析
零件的材料為HT200，灰鑄鐵生產(chǎn)工藝簡單，鑄造性能良好。該零件主要為銑小軸開口槽組合夾具，用于多件加工。夾具中用于定位的V型架必須處于同中心平面內(nèi)，以保證工件的對稱度要求。
圖5-1銑多件軸槽組合夾具工件
5.2 工藝規(guī)程設計
在保證零件尺寸公差、形位公差及表面粗糙度等技術(shù)條件下，考慮到經(jīng)濟效果和降低生產(chǎn)成本，現(xiàn)擬定加工工藝方案，如下：
1.翻砂鑄造
2.粗銑小軸上頂面開口槽
3.精銑小軸上頂面開口槽
4.去毛刺
5.檢驗
6.入庫
制定工藝路線得出發(fā)點，應是使零件的的幾何形狀、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，可以考慮采用萬能性機床配以組合夾具，并盡量使工序集中來提高生產(chǎn)率。除此之外，還應當考慮經(jīng)濟效果，以便使生產(chǎn)成本盡量降低。
5.3夾具設計
毛坯為鑄造件，且對毛坯的結(jié)構(gòu)工藝有一定的要求，其材料是HT200，生產(chǎn)類型為中批量生產(chǎn)，具體要求如下：
1.鑄件的壁厚要均勻，不應有較大的截面變化。
2.鑄件的選材要合理，以便于鑄造。
3.要設計合理的起模斜度，便于起模。
4.鑄件要有圓角，不得出現(xiàn)尖角棱角等。
基面選擇是工藝規(guī)程設計的重要工作之一。基面選擇的正確與合理是加工質(zhì)質(zhì)量得到保證，生產(chǎn)率得以提高。否則，加工工藝過程中回問題百出，更有甚者，還會造成零件的大批量報廢，使生產(chǎn)無法正常運行。
1.粗基準的選擇。對于零件而言，盡可能選擇不加工表面為粗基準。而對于若干個不加工的表面的工件，則應該與加工表面要求相對位置精度較高的不加工表面作粗基準。根據(jù)這個基準選擇原則，選取側(cè)面和上面限制自由度以達到完全定位。
2.精基準的選擇。主要應該考慮基準重合的問題。當設計基準和工序基準重合時，應該進行尺寸換算，在這以后還要專門計算，此處不再重復。
該夾具中，用于定位的活動V型架必須處于同中心平面內(nèi)，以保證工件上6H12mm槽的對稱度要求。
圖5-2 銑多件軸槽組合夾具三維模型
圖5-3 爆炸示圖
6 總結(jié)
本畢業(yè)設計主要完成了如下工作：
1.完成了機床夾具標準件庫的建模工作，該建模過程包括單個零件模型的建立，子零件系列的生成，和后單個零件的分解。
2.設計了三套夾具，并完成了三套夾具的三維建模工作，將平面的二維圖形用三維裝配體形象的表示出來。
基于以上工作所建立的基于機床夾具的標準件庫的設計，將會給機床夾具設人員在對夾具進行三維建模時，避開繁瑣的建模工作，從而大大提高設計人員的工作效率，減少設計人員的工作量和勞動強度，縮短夾具的設計和開發(fā)周期，減少夾具設計中的成本費用，加快產(chǎn)品的更新速度。同時應用人機交互方法可以避免不必要的疏忽和錯誤，能在短時間內(nèi)尋求最優(yōu)設計結(jié)果，從而加快了設計速度，提高到了設計質(zhì)量。
由于設計時間有限，該設計中的疏忽和缺陷在所難免，系統(tǒng)中依然存在許多漏洞和不足之處，因此，在以后還需對該系統(tǒng)進行必要的修補和完善工作，包括如下幾方面：
1.校核軟件中個零件的參數(shù)，保證和夾具設計手冊中的數(shù)據(jù)完全吻合。
2.制作一個搜索模塊，通過輸入設計中所用的數(shù)據(jù)，能過方便的查找到所需的零件，減少用戶查找的時間。
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致 謝