《機制工藝及夾具設計》講稿.doc

機制工藝及夾具設計講稿第一章 機械加工工藝規(guī)程設計機械加工工藝規(guī)程：是規(guī)定產品或零件機械加工工藝過程和操作方法等的工藝文件第一節(jié) 基本概念一、機械產品生產過程與機械加工工藝過程機械產品生產過程：是指從原材料到該產品出廠的全部勞動過程。機械加工工藝過程：是機械產品生產過程的一部分，是對機械產品中的零件采用各種加工方法直接用于改變毛坯的形狀、尺寸、表面粗糙度以及力學物理性能，使之成為合格零件的全部勞動過程。二、機械加工工藝過程的組成機械加工工藝過程由工序組成，工序又分為：安裝、工步、工位、走刀。1.工序工序：是指一個（或一組）工人在一個工作地點對一個（或同時幾個）工件連續(xù)完成的那一部分工藝過程圖 1-1.jpg2.安裝 如果在一個工序中需要對工件進行幾次裝夾，則每次裝夾下完成的那部分工序內容。3.工位 在工件的一次安裝中，通過分度（或移位）裝置，使工件相對于機床床身變換加工位置，我們把每一個加工位置的安裝內容稱為工位。 1-2.jpg4.工步加工表面、切削刀具、切削速度和進給量都不變的情況下所完成的工位內容，稱為一個工步。1-3.jpg 1-4.jpg 1-5.jpg 1-7.jpg5.走刀 1-6.jpg切削刀具在加工表面上切削一次所完成的工步內容，稱為一次走刀。三、生產類型與機械加工工藝規(guī)程用工藝文件規(guī)定的機械加工工藝過程，稱為機械加工工藝規(guī)程。（一）年生產綱領和生產批量企業(yè)根據(jù)市場需求和自身的生產能力決定生產計劃。生產綱領：在計劃期內，應當生產的產品產量和進度計劃。年生產綱領：計劃期為一年的生產綱領。N=Qn(1+ %+ %) 件/年生產批量：是指一次投入或產出的同一產品（或零件）的數(shù)量。（二）生產類型根據(jù)工廠（或車間、工段、班組、工作地）生產專業(yè)化程度的不同，可將生產類型分為：大量生產，成批生產和單件生產。表1-4.jpg 表1-5.jpg（三）機械加工工藝規(guī)程的作用（四）機械加工工藝規(guī)程的格式通常，機械加工工藝規(guī)程被填寫成表格（卡片）的形式。在我國各廠使用的表格的形式不盡一致，但是其基本內容是相同的。四、機械加工工藝規(guī)程的設計原則、步驟和內容（一）機械加工工藝規(guī)程的設計原則設計機械加工工藝規(guī)程應遵循如下原則：1）必須可靠地保證零件圖紙上所有的技術要求的實現(xiàn)。2）在規(guī)定的生產綱領和生產批量下，一般要求工藝成本最低。3）充分利用現(xiàn)有生產條件，少花錢，多辦事。4）盡量減輕工人的勞動強度，保障生產安全，創(chuàng)造良好、文明的勞動條件。（二）設計機械加工工藝規(guī)程的步驟和內容1）閱讀裝配圖和零件圖2）工藝審查 表1-9-1.jpg 表1-9-2.jpg 表1-9-3.jpg3）熟悉或確定毛坯4）擬定機械加工工藝路線5）確定工藝裝備6）確定各工序技術要求和檢驗方法7）確定各工序的加工余量、計算工序尺寸、和公差。8）確定其雪用量9）確定時間定額10）填寫工藝文件第二節(jié) 工件加工時的定位及基準一、工件的定位（一）工件的裝夾裝夾有兩個含義，即定位和夾緊。定位：是指確定工件在機床或夾具中占有正確位置過程。夾緊：是指工件定位后將其固定，使其在加工過程中保持定位位置不變的操作。在生產實際中常用的裝夾方式有三種：1.直接找正裝夾工件的定位過程可以由操作工人直接在機床上利用千分表、劃線盤等工具，找正某些有相互位置要求的表面，然后夾緊工件，稱之為直接找正裝夾。1-9.jpg2.劃線找正裝夾圖 1-10.JPG3.夾具裝夾 圖1-8（二）定位原理1.六點定位原理采用6個按一定規(guī)則布置的約束點，可以限制工件的6個自由度，實現(xiàn)完全定位，稱為六點定位原理。 1-11.JPG2.用定位元件代替約束點限制自由度 表1-10-1.jpg 表1-10-2.jpg3.完全定位和不完全定位 1-12.JPG根據(jù)工件加工面的位置（包括位置尺寸）要求，有時需要限制6個自由度，有時僅需要限制1個或幾個（少于6個）自由度。前者稱作完全定位，后者稱作不完全定位。1-13.JPG 1-14.JPG 1-15.JPG4.欠定位和過定位（1）欠定位根據(jù)工件加工面位置尺寸要求必須限制的自由度沒有得到全部限制，或者說在完全定位和不完全定位中，約束點不足，這樣的定位稱為欠定位。1-16.JPG（2）過定位 1-18.JPG工件在定位時，同一個自由度被兩個以上約束點約束，這樣的定位被稱為過定位（或稱定位干涉）。1-17.JPG二、基準基準是用來確定生產對象上幾何要素之間的幾何關系所依據(jù)的哪些點、線或面。（一）設計基準設計者在設計零件時，根據(jù)零件在裝配結構中的裝配關系以及零件本身結構要素之間的相互關系，確定標注尺寸（或角度）的起始位置。這些尺寸（或角度）的起始位置稱作設計基準。（二）工藝基準零件在加工藝過程中所采用的基準稱為工藝基準。1.工序基準在工序圖上用來確定本工序所加工表面加工后的尺寸、形狀、位置的基準。稱為工序基準。2.定位基準在加工時用于工件定位的基準，稱為定位基準。1）粗基準和精基準2）附加基準3.測量基準在加工中或加工后用來測量工件形狀、位置和尺寸誤差，測量時采用的基準，稱為測量基準。4.裝配基準在裝配時用來確定零件或部件在產品中的相對位置所采用的基準。第三節(jié) 工藝路線的制定一、 定位基準的選擇(一)粗基準的選擇 1-21.jpg1.保證相互位置要求的原則 1-22.jpg2.保證加工表面加工余量合理分配的原則 1-23.jpg3.便于工件裝夾的原則4.粗基準一般不得重復使用的原則. 1-24.jpg 1-25.JPG（二）精基準的選擇選擇精基準時要考慮的主要問題是如何保證設計技術要求的實現(xiàn)以及裝夾準確、可靠、方便。1.基準重合原則應盡可能選擇被加工表面的設計基準為精基準。2. 基準統(tǒng)一原則當工件以某一精基準定位，可以比較方便地加工大多數(shù)（或所有）其它表面，則應盡早地把這個基準面加工出來，并達到一定精度，以后工序均以它為精基準加工其它表面。 表1-11.jpg3.互為基準原則某些位置度要求很高的表面，常采用互為基準反復加工的辦法來達到位置度要求。4.自為基準原則旨在減少表面粗糙度，減小加工余量和保證加工余量均勻的工序，常以加工面本身為基準進行加工。 1-26.JPG 表1-12.jpg5.便于裝夾原則所選擇的精基準，應能保證定位準確、可靠。夾緊機構簡單，操作方便。二、加工經濟精度與加工方法的選擇（一）加工經濟精度加工經濟精度：是指在正常加工條件下所能保證的加工精度和表面粗糙度。（二）加工方法的選擇一般情況下，根據(jù)零件的精度（包括尺寸精度，形狀精度和位置精度以及表面粗糙度）要求，考慮本車間（或本廠）現(xiàn)有工藝條件，考慮加工經濟精度的因素選擇加工方法。三、典型表面的加工路線（一）外圓表面的加工路線1.粗車半精車精車2.粗車半精車粗磨精磨3.粗車半精車精車金剛石車4.粗車半精車粗磨精磨研磨、超精加工、砂帶磨、鏡面磨或拋光1-29.JPG（二）孔的加工路線1.鉆粗拉精拉2.鉆擴鉸手鉸3.鉆或粗鏜半精鏜精鏜浮動鏜或金剛鏜1-34.JPG4.鉆（或粗鏜）粗磨半精磨精磨研磨1-33.JPG（三）平面的加工路線1.粗銑半精銑精銑高速銑2.粗刨半精刨精刨寬刀精刨、刮研或研磨3.粗銑（刨）半精銑（刨）粗磨精磨研磨、精密磨、砂帶磨或拋光4.粗拉精拉5.粗車半精車精車金剛石車 1-37.JPG四、工序順序的安排（一）工序順序的安排原則1.先加工基準面，再加工其它表面2.一般情況下，先加工平面，后加工孔3.先加工主要表面，后加工次要表面4.先安排粗加工工序，后安排精加工工序（二）熱處理工序及表面處理工序的安排（三）其它工序的安排檢查、檢驗工序，去毛刺、平衡、清洗工序等也是工藝規(guī)程的重要組成部分。五、工序的集中與分散工序集中：是使每個工序中包括盡可能多的工步內容，因而使總的工序數(shù)目減少，夾具的數(shù)目和工件的安裝數(shù)目也相應地減少。工序分散：是將工藝路線中的工步內容分散在更多的工序中去完成，因而每道工序的工步少，工藝路線長。六、加工階段的劃分當零件的精度要求比較高時，若將加工面從毛坯面開始到最終的精加工或精密加工都集中在一個工序中連續(xù)完成，則難以保證零件的精度要求，或浪費人力、物力資源。第四節(jié) 加工余量、工序間尺寸及公差的確定一、加工余量的概念（一）加工總余量（毛坯余量）與工序余量毛坯尺寸與零件設計尺寸之差稱為加工總余量 余量公差: 其中 為加工面在本道工序的工序尺寸公差加工面在上道工序的工序尺寸公差1-38.JPG 1-39.JPG 1-40.JPG（二）工序余量的影響因素1.上工序的尺寸公差Ta2.上道工序產生的表面粗糙度Ry（表面輪廓最大高度）和表面缺陷層深度Ha在本道工序加工時，應將它們切除掉。3.上工序留下的需要單獨考慮的空間誤差，用符號ea表示。1-42.JPG 表1-18.jpg4.本工序的裝夾誤差 綜上所述, 1)對于單邊余量 2)對于雙邊余量 二、加工余量的確定1. 計算法1) 鏜孔、鉸孔、拉孔 2) 磨外圓 3) 光整加工 2.查表法3.經驗法三、工序尺寸與公差的確定生產上絕大部分加工面都是在基準重合的情況下進行加工。所以，掌握基準重合情況下工序尺寸與公差的確定過程非常重要。第五節(jié) 工藝尺寸鏈一、直線尺寸鏈的基本計算公式（一）極值法計算公式1. 封閉環(huán)的基本尺寸等于各組成環(huán)基本尺寸的代數(shù)和2. 封閉環(huán)的公差等于各組成環(huán)的公差之和3. 封閉環(huán)的上偏差等于所有增環(huán)的上偏差之和減去所有減環(huán)的下偏差之和4. 封閉環(huán)的下偏差等于所有增環(huán)的下偏差之和減去所有減環(huán)的上偏差之和（二）概率法計算公式1.將極限尺寸換算成平均尺寸： 2.將極限偏差換算成中間偏差： 3.封閉環(huán)中間偏差的平方等于各組成環(huán)中間偏差平方之和： 二、直線尺寸鏈在工藝過程中的應用（一）工藝基準和設計基準不重合時工藝尺寸的計算1.測量基準和設計基準不重合 1-43.JPG2.定位基準和設計基準不重合 1-44.JPG（二）一次加工滿足多個設計尺寸要求的工藝尺寸計算 1-45.JPG（三）表面淬火、滲碳層深度及鍍層、涂層厚度工藝尺寸鏈對那些要求淬火或滲碳處理，加工精度要求又比較高的表面，常常在淬火或滲碳處理之后安排磨削加工，為了保證磨后有一定厚度的淬火層或滲碳層，需要進行有關的工藝尺寸計算。1-47.JPG 1-48.JPG（四）余量校核校核加工余量，對加工余量進行必要的調整是制定工藝規(guī)程時不可少的工藝工作。二、 工序尺寸與加工余量計算圖表法 1-50.JPG（一）繪制加工過程尺寸聯(lián)系圖（二）工藝尺寸鏈查找在尺寸聯(lián)系圖中，從結果尺寸的兩端出發(fā)向上查找，遇到圓點不拐彎繼續(xù)往上查找，遇到箭頭拐彎，逆箭頭方向水平找加工基準面，遇到加工基準面再向上拐，重復前面的查找方法，直至兩條查找路線匯交為止。（三）計算項目欄的填寫 1-51.JPG第六節(jié) 時間定額和提高生產率的工藝途徑一、時間定額1.時間定額的概念 時間定額是指在一定生產條件下，規(guī)定生產一件產品或完成一道工序所消耗的時間。2.時間定額的組成（1）基本時間t基= （2）輔助時間t輔（3）布置工作地時間t布置（4）休息和生理需要時間t休（5）準備與終結時間t準備2. 單件時間和單件工時定額計算公式單件生產時 單件時間的計算公式:T單件=t基+t輔+t布置+t休成批生產時 單件工時定額的計算公式:T定額= T單件+t準備/n大量生產時 單件工時定額的計算公式:T定額= T單件二、提高生產率的工藝途徑（一）縮短基本時間1.提高切削用量縮短基本時間提高切削用量的主要途徑是進行新型刀具材料的研究與開發(fā)。2.采用復合工步縮短基本時間（1）多刀單件加工 1-54.JPG 1-56.JPG 1-57.JPG（2）單刀多件或多刀多件加工 1-58.JPG 1-59.JPG 1-60.JPG將工件串聯(lián)裝夾或并聯(lián)裝夾進行多件加工，可有效地縮短基本時間。（二）減少輔助時間和輔助時間與基本時間重疊1.減少輔助時間（1）采用先進夾具或自動上、下料裝置減少裝、卸工件的時間。（2）提高機床操作的機械化與自動化水平，實現(xiàn)集中控制、自動調速與變速以縮短開、停車床和改變切削用量的時間。.使輔助時間與基本時間重疊（1）采用可換夾具或可換工作臺，在機床外裝夾工件，可使裝夾工件的時間與基本時間重疊。（2）采用轉位夾具或轉位工作臺，可在加工中完成工件的裝卸，使裝卸時間與基本時間基本重疊。1-61.JPG（3）采用回轉夾具或回轉工作臺進行連續(xù)加工 1-62.JPG 1-63.JPG 1-64.JPG（4）采用在線檢測的方法來控制加工過程中的尺寸，使測量時間與基本時間重疊。（三）減少布置工作地時間減少布置工作地時間，可在減少更換刀具的時間方面采取措施。1-65.JPG 1-66.JPG（四）減少準備與終結時間準備與終結時間的多少，與工藝文件是否詳盡清楚、工藝裝備是否齊全、安裝、調整是否方便有關。第七節(jié)工藝方案的比較與技術經濟分析一、工藝方案比較當用同一加工內容的集中工藝方案均能保證所要求的質量和生產率時，一般可通過經濟評比加以選擇。全年的工藝成本Sn=VN+Cn其中 V每零件的可變費用（元/件）N零件的年生產綱領（件）Cn全年的不變費用（元）單個零件的工藝成本Sd =V+ . 當需評比的工藝方案均采用現(xiàn)有設備，或其基本投資相近時，工藝成本即可作為衡量各種工藝方案經濟性的依據(jù)。Sn=V1Nj+Cn1 =V2Nj+Cn21-67.JPG 1-68.JPG. 當需評比的工藝方案基本投資差額較大時，單純比較其工藝成本是難以全面評定其經濟性的，必須同時考慮不同方案的基本投資差額的回收期。二、技術經濟指標當新建或擴建車間時，在確定了主要零件的工藝規(guī)程、工時定額、設備需要量和廠房面積等以后，通常要計算 車間的技術經濟指標。第八節(jié) 成組技術一、成組技術的基本概念成組技術：是從成組工藝發(fā)展起來的。成組工藝：是把形狀、工藝、尺寸相近似的零件組成一個零件族（組），按零件族統(tǒng)一制定工藝規(guī)程進行制造，這樣就擴大了批量，便于采用高效率的生產方法，從而大大提高勞動生產率。二、零件的成組分類編碼零件的分類編碼：是用數(shù)字來描繪零件的名稱、幾何形狀、工藝特征、尺寸和精度等，也就是零件特征的數(shù)字化。 1-76.JPG 1-77.JPG三、產品零件設計的成組技術在設計部門應用成組技術的主要手段是成組零件設計圖冊。四、成組工藝（一）劃分零件族（組）根據(jù)零件編碼劃分零件族（組）的方法主要有：1）特征碼域法2）勢函數(shù)法3）生產流程分析法（二）設計主樣件和制定典型工藝在零件組組成以后，選擇一個能包括該組全部結構要素的主樣件（多半是人為擬定的假想零件），編制其工藝規(guī)程。并使這個工藝規(guī)程適用于組內所有零件。（三）機床的選擇與布置推行成組工藝時，機床的選擇與布置可按下述四種情況來介紹：1.成組單機主要用于能在同一設備上基本加工完成的零件組，它可以是獨立的成組加工機床或成組加工柔性制造單元。1-80.JPG2.成組制造單元將一個零件組的加工設備封閉在一塊面積中，使管理和運輸方便，其中有成組單機、也可有普通機床或專用機床。3.成組流水線是按零件組的成組工藝建立的，各臺設備的工序節(jié)拍基本一致。4.成組加工柔性制造系統(tǒng)成組加工柔性制造系統(tǒng)是成組工藝的最高組織形式。（四）設計成組工藝裝備在實施成組加工中，當工件變換時，一般不更換夾具而只做適當調整。五、成組技術的效益第九節(jié) 計算機輔助工藝過程設計計算機輔助工藝過程設計是指用計算機編制零件的加工工藝過程一、計算機輔助工藝過程設計的基本方法（一）樣件法在成組技術的基礎上，將同一零件族中所有零件的主要形面特征合成主樣件，再按主樣件制定出適合本廠條件的典型工藝規(guī)程，并以文件的形式存儲在計算機中。1-84.JPG（二）創(chuàng)成法利用對各種工藝決策制定的邏輯算法語言自動地生成工藝規(guī)程。（三）綜合法以樣件法為主，創(chuàng)成法為輔。二、樣件法CAPP的基本原理（一）各種工藝信息的數(shù)字化1.零件編碼的矩陣化按照所選用的零件分類編碼系統(tǒng)，將本廠所生產的零件進行編碼。1-85.JPG2.零件組特征的矩陣化將同一零件組內所有零件的編碼都轉換成特征矩陣，并疊加起來，就得到零件組的特征矩陣。3.主樣件的設計零件組的特征矩陣雖顯示了該零件組的結構工藝特征，但還不能表示零件組所具有的所有表面。 1-87.JPG1）零件行面的數(shù)字化2）工序工步名稱的數(shù)字化3）工序工步內容矩陣（二）CAPP的數(shù)據(jù)庫第二章 機床夾具設計原理第一節(jié) 機床夾具概述一、機床夾具及其組成機床夾具：是在機床上用以裝夾工件的一種裝置，其作用是使工件對于機床或刀具有一個正確的位置，并在加工過程中保持這個位置不變。2-1.JPG機床夾具組成：二、機床夾具的分類機床夾具按其使用范圍可分為以下五種基本類型：1）通用夾具通用夾具具有一定的通用性。2）專用夾具專用夾具是針對某一種工件的某一個工序而專門設計的。3）通用可調整夾具和成組夾具通用可調整夾具和成組夾具的特點是夾具的部分元件可以更換，部分裝置可以調整，以適應不同零件的加工。4）組合夾具組合夾具是由一套完全標準化的元件，根據(jù)零件的加工要求拼裝而成的夾具。5）隨行夾具隨行夾是一種在自動線或柔性制造系統(tǒng)中使用的夾具。三、機床夾具的功用1）保證加工質量機床夾具的首要任務是保證加工精度，特別是保證被加工工件的加工與定位面之間以及被加工表面相互之間的位置精度。2）提高生產率，降低成本使用夾具后可減少劃線、找正等輔助時間，且易于實現(xiàn)多件、多工位加工。3）擴大機床工藝范圍在機床上使用夾具可使加工變得方便，并可擴大機床工藝范圍。4）減輕工人勞動強度，保證生產安全。第二節(jié) 工件在夾具上的定位一、常用定位方法與定位元件（一）工件以平面定位平面定位的主要形式是支承定位。夾具上常用的支承元件有以下幾種：1.固定支承固定支承有支承釘和支承板兩種形式。2-2.JPG2.可調支承 2-3.JPG支承點位置可以調整的支承稱為可調支承。3.自位支承自位支承在定位過程中，支承本身可以隨工件定位基準面的變化而自動調整并與之相適應。2-4.JPG4.輔助支承輔助支承是在工件定位后才參與支承的元件，它不起定位作用。 2-5.JPG（二）工件以圓柱孔定位1.心軸工件在心軸上的定位通常限制了工件除繞自身軸線轉動和沿自身軸線移動以外的四個自由度，是四點定位。2-6.JPG2.定位銷2-7.JPG 2-8.JPG（三）工件以外圓表面定位2-9.JPG工件以外圓表面定位有兩種形式，一種是定心定位，一種是支承定位。 2-10.JPGT=H+ （四）工件以其它表面定位 2-11.JPG 2-12.JPG（五）定位表面的組合實際生產中經常遇到的不是單一表面定位，而是幾個定位表面的組合。2-13.JPG 圖 2-14.JPG 中菱形銷的寬度 考慮到1 與銷之間的間隙補償則上式變?yōu)?二、定位誤差的計算定位誤差：是由于工件在夾具上定位不準確所引起的加工誤差，在采用調整法加工時，工件的定位誤差實質上就是工序基準在加工尺寸方向上的最大變動量。（一）用幾何方法計算定位誤差2-15.JPG采用幾何方法計算定位誤差通常要畫出工件的定位簡圖，并在圖中夸張地畫出工件變動的極限位置，然后運用三角幾何知識，求出工序基準在工序尺寸方向上的最大變動量，即為定位誤差。 2-16.JPG（二）用微分方法計算定位誤差第三節(jié) 工件在夾具中的夾緊一、對夾緊裝置的要求二、夾緊力的確定夾緊力包括大小、方向和作用點三個要素，它們的確定是夾緊機構設計中首先要解決的問題。（一）夾緊力方向的選擇夾緊力方向的選擇一般應遵循以下原則：1）夾緊力的作用方向應有利于工件的準確定位，而不能破壞定位。2-18.JPG2）夾緊力的作用方向應盡量與工件剛度最大的方向相一致，以減小工件變形。2-19.JPG3）夾緊力的作用方向應盡可能與切削力、工件重力方向一致，以減小所需夾緊力。 2-20.JPG（二）夾緊力作用點的選擇一般注意以下幾點：1）夾緊力作用點應正對支承元件或位于支承元件所形成的支承面內，以保證工件已獲得的定位不變。2-21.JPG2）夾緊力作用點應處在工件剛性較好的部位，以減小工件的夾緊變形。2-22.JPG3）夾緊力作用點應盡可能靠近被加工表面，以便減小切削力對工件造成的翻轉力矩。 2-23.JPG（三）夾緊力大小的估算夾緊力不足，會使工件在切削過程中產生位移并引起振動；夾緊力過大又會造成工件或夾具不應有的變形或表面損傷。2-24.JPG 2-25.JPG三、常用夾緊機構（一） 斜楔夾緊機構 斜楔夾緊具有結構簡單，增力比大，自鎖性能好等特點，因此獲得廣泛應用。 2-26.JPG可獲得的夾緊力為 （二） 螺旋夾緊機構 螺旋夾緊機構結構簡單，易于操作，增力比大，自鎖性能好，是手動夾緊中應用最廣泛的一種夾緊機構。可獲得的夾緊力為 2-27.JPG 表2-3.jpg 2-28.JPG 2-29.JPG（三）偏心夾緊機構偏心夾緊的優(yōu)點是結構簡單，操作方便，動作迅速，缺點是自鎖性能較差，增力比較小。一般常用于切削平穩(wěn)且切削力不大的場合?？色@得的夾緊力為 2-30.JPG 2-31.JPG （四）鉸鏈夾緊機構鉸鏈夾緊機構的優(yōu)點是動作迅速，增力比大，并易于改變力的作用方向；缺點是自鎖性能差。多用于機動夾緊機構中?？色@得的夾緊力為 2-32.JPG（五）定心夾緊機構定心夾緊機構是一種同時實現(xiàn)對工件定心定位和夾緊的夾緊機構，即在夾緊過程中，能使工件相對于某一軸線或某一對稱面保持對稱性。定心夾緊機構按其工作原理可分為兩大類：1.以等速移動原理工作的定心夾緊機構2-33.JPG 2-34.JPG2.以均勻彈性變形原理工作的定心夾緊機構2-35.JPG（六）聯(lián)動夾緊機構夾緊力作用在兩個相互垂直的方向上，稱為雙向聯(lián)動夾緊；兩夾緊點的夾緊力方向相同，稱為平行聯(lián)動夾緊。 2-36.JPG 2-37.JPG 2-38.JPG 四、夾緊機構的動力裝置（一）氣動夾緊裝置氣動夾緊裝置的工作介質是壓縮空氣，其工作壓力通常為0.40.6MPa。2-39.JPG 2-40.JPG 2-41.JPG 2-42.JPG 2-43.JPG（二）液壓夾緊裝置液壓夾緊裝置利用壓力油為夾緊動力。（三）氣、液增壓夾緊裝置 氣、液增壓夾緊裝置以壓縮空氣為動力源，通過壓力油來傳力和增力。2-44.JPG第四節(jié) 各類機床夾具一、鉆床夾具鉆床夾具因大都具有刀具導向裝置，習慣上又稱為鉆模。（一）鉆模的類型鉆模根據(jù)其結構特點可分為固定式鉆模、回轉式鉆模、翻轉式鉆模、蓋板式鉆模和滑柱式鉆模等。2-45.JPG 2-46.JPG2-47.JPG 2-26.JPG 2-48.JPG 2-49.JPG 2-50.JPG（二）鉆模設計要點1.鉆套鉆套是引導刀具的元件，用以保證孔的加工位置，并防止加工過程中刀具的偏斜。2-51.JPG 2-52.JPG 2-53.JPG2.鉆模板鉆模板用于安裝鉆套。2-45.JPG 2-46.JPG 2-54.JPG 2-55.JPG3.夾具體鉆模的夾具體一般不設定位或導向裝置，夾具通過夾具底面安放在鉆床工作臺上，可直接用鉆套找正并用壓板壓緊（或在夾具體上設置耳座用螺栓壓緊）。2-26.JPG二、鏜床夾具具有刀具導向的鏜床夾具，習慣上又稱為鏜模，鏜模與鉆模有很多相似之處。（一）鏜模的種類鏜模 根據(jù)其鏜套支架的布置形式可分為單面導向和雙面導向兩類。2-56.JPG 2-57.JPG（二）鏜模的設計要點1.鏜套鏜套用于引導鏜桿。 2-58.JPG 2-59.JPG 2-60.JPG2.鏜模支架與夾具體鏜模支架用于安裝鏜套，保證被加工孔系的位置精度，并可承受切削力的作用。2-61.JPG三、銑床夾具銑床夾具主要用于加工零件上的平面、鍵槽、缺口及成形表面等。（一）銑床夾具的類型按不同的進給方式將銑床夾具分為直線進給式，圓周進給式和仿形進給式三種類型。2-62.JPG 2-63.JPG 2-64.JPG2-65.JPG（二）銑床夾具設計要點1.夾具總體結構銑削加工的切削力較大，又是斷續(xù)切削，加工中易引起振動，因此銑 夾具的受力元件要有足夠的強度和剛度。2.對刀裝置對刀裝置用以確定夾具相對于刀具的位置。2-66.JPG3.夾具體銑床夾具的夾具體要承受較大的切削力，因此要有足夠的強度和穩(wěn)定性。2-67.JPG四、車床夾具車床夾具主要用于加工零件的內外圓柱面、圓錐面、回轉成形面、螺紋及端平面等。（一）車床夾具的類型根據(jù)工件的定位基準和夾具本身的結構特點，車床夾具可分為以下四類：1）以工件外圓定位的車床夾具。2）以工件內孔定位的車床夾具。3）以工件頂尖孔定位的車床夾具。4）用于加工非回轉體的車床夾具。 2-68.JPG（二）車床夾具設計要點1.車床夾具總體結構車床夾具大都安裝在機床主軸上，并與主軸一起作回轉運動。2.夾具與機床主軸的聯(lián)結車床夾具與車床主軸的聯(lián)接方式取決于機床主軸軸端的結構以及夾具的體積和精度要求。2-71.JPG第五節(jié) 成組夾具、組合夾具與隨行夾具一、成組夾具成組夾具是在成組技術原理指導下，為執(zhí)行成組工藝而設計的夾具。（一）成組夾具的結構特點成組夾具在結構上由兩大部分組成：基礎部分和可調整部分。2-72A.JPG 2-72B.JPG（二）成組夾具的調整方式1.更換式采用更換夾具可調整部分元件的方法，來實現(xiàn)組內不同零件的定位、夾緊、對刀或導向。 2-72A.JPG 2-72B.JPG2.調節(jié)式借助于改變夾具上可調元件位置的方法來實現(xiàn)組內不同零件的裝夾和導向。3.綜合式在實際中應用較多的是上述兩種方法的綜合，即在同一套成組夾具中，既采用更換元件的方法，又采用調節(jié)的方法。2-73A.JPG 2-73B.JPG 4.組合式將一組零件的有關定位或導向元件同時組合在一個夾具體上，以適應不同零件加工的需要。2-74.JPG（三）成組夾具設計成組夾具的設計方法與專用夾具大體相同，主要區(qū)別在于成組夾具的使用對象不是一個零件而是一組零件。二、組合夾具（一）組合夾具的特點組合夾具是一種根據(jù)被加工工件的工藝要求，利用一套標準化的元件組合而成的夾具。（二）組合夾具的類型目前使用的組合夾具有兩種類型，即槽系組合夾具和孔系組合夾具。2-76.JPG 2-75A.JPG 2-75B.JPG 2-77.JPG 2-78.JPG（三）組合夾具的組裝一般過程如下：1.熟悉原始資料2.構思夾具結構方案3.進行必要的組裝計算4.試裝5.組裝6.檢驗（四）組合夾具的精度與剛度 2-79.JPG 2-80.JPG 2-81.JPG三、隨行夾具隨行夾具是在自動線上或柔性制造系統(tǒng)中使用的一種移動式夾具。（一）工件在隨行夾具上的安裝工件在隨行夾具上的定位與在一般夾具上的定位完全一樣。工件在隨行夾具上的夾緊則應考慮到隨行夾具在運輸、提升、翻轉排屑和清洗等過程中由于振動而可能引起的松動，應采用能夠自鎖的夾緊機構，其中螺紋夾緊機構用的最多。2-82.JPG（二）隨行夾具的運輸及其在機床夾具上的安裝 2-82.JPG 2-83.JPG第六節(jié) 機床夾具設計步驟與方法一、專用夾具設計的基本要求 1）保證工件的加工精度2）夾具總體方案應與生產綱領相適應3）操作方便，工作安全，能減輕工人勞動強度4）便于排屑5）有良好的結構工藝性二、專用夾具設計的一般步驟（一）研究原始資料，明確設計要求（二）擬定夾具結構方案，繪制夾具結構草圖（三）繪制夾具總圖，標注有關尺寸及技術要求（四）繪制零件圖2-84.JPG1.精度與批量生產2.確定夾具結構方案1）確定定位方案，選擇定位元件2）確定導向裝置3）確定夾緊機構4）確定其它裝置和夾具體3.在繪制夾具草圖的基礎上繪制夾具總圖，標注尺寸和技術要求。4.對零件進行編號，填寫明細表和標題欄，繪制零件圖。三、夾具設計中的幾個重要問題（一）夾具設計的經濟性分析（二）成組設計思想的采用 2-72A.JPG 2-72B.JPG（三）夾具總圖上尺寸及技術條件的標注夾具總圖上標注尺寸及技術要求的目的主要是為了便于拆零件圖，便于夾具裝配和檢驗。為此應有選擇地標注尺寸及技術要求。 2-84.JPG（四）夾具結構工藝性分析在分析夾具結構工藝性時，應重點考慮以下問題：1）夾具零件的結構工藝性2）夾具最終精度保證方法 2-85.JPG3）夾具的測量與檢驗 2-62.JPG（五）夾具的精度分析夾具的主要功能是用來保證零件加工的位置精度。使用夾具加工時，影響被加工零件位置精度的誤差因素主要有三個方面：1.定位誤差2.夾具制造與裝夾誤差3.加工過程誤差 2-84.JPG 2-86.JPG第七節(jié) 計算機輔助夾具設計一、計算機輔助夾具設計原理采用計算機輔助夾具設計不僅可以大大提高夾具設計工作的效率，縮短夾具設計周期；而且可以提高設計質量，使傳統(tǒng)的主要靠經驗類比和估算的夾具設計方法逐漸地向科學的、精確的計算和模擬方法轉變。 2-87.JPG二、計算機輔助夾具設計系統(tǒng)應用軟件的設計方法2-87.JPG1）系統(tǒng)軟件2）支撐軟件3）應用軟件（一）程序庫及其建立方法夾具CAD系統(tǒng)程序庫的建立，除了要開發(fā)夾具設計計算所需的各種程序外，還需研制相應的庫管理程序，以使程序庫有效地工作。（二）數(shù)據(jù)庫及其建立方法數(shù)據(jù)庫通常系指以一定組織方式存儲在一起的相互有關的數(shù)據(jù)集合，它能以最佳方式、最少的冗余為多種用途服務。 2-88.JPG 2-89.JPG（三）圖形庫的建立方法圖形庫中圖形的生成方式主要有兩種：1）直接輸入法生成圖形直接輸入法生成圖形是一種利用圖形軟件的作圖命令，通過人機交互方式生成圖形的方法。2）參數(shù)法生成圖形三、計算機輔助繪制夾具裝配圖（一）夾具元件圖形的編目與檢索夾具裝配圖實際上是有關夾具元件圖形在二維空間的有序集合。（二）圖形的拼接 夾具由若干夾具元件裝配而成，夾具裝配圖則由若干夾具元件圖形拼接而成。（三）繪圖步驟設計者在采用交互方式在計算機屏幕上繪制夾具裝配圖時，首先要對夾具總體結構進行構思，然后按著手工繪制夾具草圖大體相同的步驟繪制夾具裝配圖。第三章 機械加工精度第一節(jié) 概 述一、機械加工精度機械加工精度：是指零件加工后的實際幾何參數(shù)（尺寸、形狀和表面間的相互位置）與理想幾何參數(shù)的符合程度。機械加工誤差：是指零件加工后的實際幾何參數(shù)（尺寸、形狀和表面間的相互位置）與理想幾何參數(shù)的偏離程度。二、影響機械加工精度的因素1）裝夾 3-1.JPG2）調整3）加工三、誤差的敏感方向為了便于分析原始誤差對加工精度的影響，我們把對加工精度影響最大的那個方向（即通過刀刃的加工表面的法向）稱為誤差的敏感方向。3-2.JPG四、研究加工精度的方法1）單因素分析法研究某一確定因素對加工精度的影響，為簡單起見，研究時一般不考慮其它因素的同時作用。2）統(tǒng)計分析法以生產中一批工件的實測結果為基礎，運用數(shù)理統(tǒng)計方法進行數(shù)據(jù)處理，用以控制工藝過程的正常進行。第二節(jié) 工藝系統(tǒng)的幾何精度對加工精度的影響一、加工原理誤差加工原理誤差是指采用了近似的成形運動或近似的刀刃輪廓進行加工而產生的誤差。 3-3.JPG 3-4.JPG二、調整誤差在機械加工的每一個工序中，總是要對工藝系統(tǒng)進行這樣或那樣的調整工作。由于調整不可能絕對地準確，因而產生調整誤差。（一）試切法調整1.測量誤差指量具本身的精度、測量方法或使用條件下的誤差（如溫度影響、操作者的細心程度）等，它們都影響調整精度，因而產生加工誤差。2.機床進給機構的位移誤差3.試切時與正式切削時切削層厚度不同的影響（二）調整法在成批、大量生產中，廣泛采用試切法（或樣件樣板）預先調整好刀具與工件的相對位置，并在一批零件的加工過程中保持這種相對位置不變來獲得所要求的零件尺寸。1 定程機構誤差2 樣板或樣件誤差3 測量有限試件造成的誤差三、機床誤差引起機床誤差的原因是機床的制造誤差、安裝誤差和磨損。（一）機床導軌導向誤差1.導軌導向精度及其對加工精度的影響在機床的精度標準中，直線導軌的導向精度一般包括下列主要內容：1）導軌在水平面內的直線度； 3-5.JPG2）導軌在垂直面內的直線度； 3-5.JPG3）前后導軌的平行度；4）導軌對主軸回轉軸線的平行度（或垂直度）。3-6.JPG 3-7.JPG 3-8.JPG 3-9.JPG2.導軌導向誤差的理論分析方法 3-10.JPG （二）機床主軸的回轉誤差1.主軸回轉誤差的基本概念主軸回轉誤差：是指主軸實際回轉軸線對其理想回轉軸線的漂移。主軸回轉誤差分為：徑向圓跳動、端面圓跳動、傾角擺動 圖1-132.主軸回轉誤差對加工精度的影響1) 端面圓跳動 圖3-142) 徑向圓跳動 圖3-15、163) 傾角擺動 3.影響主軸回轉精度的主要因素（1）軸承誤差的影響軸承誤差主要是指主軸頸和軸承內孔的圓度誤差和波度。圖1-17（2）軸承間隙的影響主軸軸承間隙對回轉精度也有影響，如軸承間隙過大，會使主軸工作時油膜厚度增大，油膜承載能力降低，當工作條件（載荷、轉速等）變化時，油楔厚度變化較大，主軸軸線漂移量增大。（3）與軸承配合零件誤差的影響（4）主軸轉速的影響（5）主軸系統(tǒng)的徑向不等剛度和熱變形4.提高主軸回轉精度的措施 圖3-18、19（1）提高主軸部件的制造精度（2）對滾動軸承進行預緊（3）使主軸的回轉誤差不反映到工件上（三）機床傳動鏈的傳動誤差 圖3-201.傳動鏈精度分析傳動鏈的傳動誤差是指內聯(lián)系的傳動鏈中首末兩端傳動元件之間相對運動的誤差。2.傳動精度的測量與信號處理傳動鏈的傳動誤差可以用誤差頻譜圖來表示。3-21.JPG 3-22.JPG 3-23.JPG3.傳動誤差的估算和對加工精度的影響1）齒輪轉角誤差的估算2）螺距誤差的估算4.減少傳動鏈傳動誤差的措施 3-24.JPG四、夾具的制造誤差與磨損夾具的誤差主要是指1）定位元件、刀具導向元件、分度機構、夾具體等的制造誤差。2）夾具裝配后，以上各種元件工作面間的相對尺寸誤差。3）夾具在使用過程中工作表面的磨損。3-25.JPG五、刀具的制造誤差與磨損1）采用定尺寸刀具（如鉆頭、絞刀、鍵槽銑刀、鏜刀塊及圓拉刀等）加工時，刀具的尺寸精度直接影響工作的尺寸精度。2）采用成形刀具（如成形車刀、成形銑刀、成形砂輪等）加工時，刀具的形狀精度將直接影響工件的形狀精度。3）展成刀具（如齒輪滾刀、花鍵滾刀、插齒滾刀等）的刀刃形狀必須是加工表面的共軛曲線。此刀刃的形狀誤差會影響加工表面的形狀精度。4）對于一般刀具（如車刀、鏜刀、銑刀），其制造精度對加工精度無直接影響，但這類刀具的耐用度較低，刀具容易磨損。 3-26.JPG 3-27.JPG 第三節(jié) 工藝系統(tǒng)的受力變形對加工精度的影響一、基本概念工藝系統(tǒng)剛度：是指工件加工表面在切削力法向分力Fy的作用下，刀具相對工件在該方向上位移y的比值。即 3-28.JPG二、工藝系統(tǒng)剛度的計算切削加工時，機床的有關部件、夾具、刀具和工件在各種外力作用下，都會產生不同程度的變形，使刀具和工件的相對位置發(fā)生變化，從而產生相應的加工誤差。即總的變形 所以 三、工藝系統(tǒng)剛度對加工精度的影響（一）切削力作用點位置變化引起的工件形狀誤差1.機床的變形假定工件短而粗，同時車刀懸伸長度很短，即工件和刀具的剛度好，其受力變形比機床的變形小到可以忽略不計。 3-29.JPG考慮刀具變形： 根據(jù)剛度定義： ， ， 機床總變形： 當 x = 0時: 當 x =L時： 當 時： 當 是： 2.工件的變形若在兩頂尖間車削剛性很差的細長軸，則工藝系統(tǒng)中的工件變形必須考慮。圖3-30當x = 0或x =L時， 當 時： 3.工藝系統(tǒng)的總變形當同時考慮機床和工件的變形時，工藝系統(tǒng)的總變形為二者的疊加。1/ （三） 切削力大小變化引起的加工誤差 誤差復映 3-31.JPG時產生 車削時 誤差復映系數(shù) （三）夾緊力和重力引起的加工誤差 3-32.JPG工件在裝夾時，由于工件剛度較低或夾緊力著力點不當，會使工件產生相應的變形，造成加工誤差。 3-33.JPG 3-34.JPG 3-35.JPG 3-36.JPG（四）傳動力和慣性力對加工精度的影響1.傳動力影響 3-37.JPG2.慣性力的影響四、機床部件剛度（一）機床部件剛度的測定1.靜態(tài)測定法 3-38.JPG1）變形與作用力不是線性關系，反映刀架變形不純粹是彈性形變2）加載與卸載曲線不重合，兩曲線間包容的面積代表了加載-卸載循環(huán)中所損失的能量，也就是消耗在克服部件內零件間的摩擦和接觸性變形所作的功。3）卸載后曲線不回到原點，說明有殘留變形。在反復加載-卸載后，殘留變形逐漸接近于零。4）部件的實際剛度遠比按實體所估計的小。2.工作狀態(tài)測定法工作狀態(tài)測定法的依據(jù)是誤差復映規(guī)律。不足之處是不能得出完整的剛度特性曲線，而且由于材料不均勻等所引起的切削力變化和切削過程中的其它隨機因素，都會給測定的剛度值帶來一定的誤差。 3-39.JPG （二）影響機床部件剛度的因素. 連接表面間的接觸變形連接表面的接觸剛度將隨著法向載荷的增加而增大，并受接觸表面材料、硬度、表面粗糙度、表面紋理方向，以及表面集合形狀誤差等因素的影響。2.零件間摩擦力的影響3.接合面的間隙 3-40.JPG4.薄弱零件本身的變形 3-41.JPG五、減小工藝系統(tǒng)受力變形對加工精度影響的措施（一）提高工藝系統(tǒng)的剛度1.合理的結構設計在設計工藝裝備時，應盡量減少連接面數(shù)目，并注意剛度的匹配，防止有局部低剛度環(huán)節(jié)出現(xiàn)。在設計基礎件、支承件時，應合理選擇零件結構和截面形狀。2.提高連接表面的接觸剛度（1）提高機床部件中零件間接合表面的質量（2）給機床部件以預加載荷（3）提高工件定位基準面的精度和減小它的表面粗糙度值3.采用合理的裝夾和加工方式 3-42.JPG（二）減小載荷及其變化采取適當?shù)墓に嚧胧┤绾侠磉x擇刀具幾何參數(shù)以減少切削力，就可以減少受力變形。將毛坯分組，使一次調整中加工的毛坯余量比較均勻，就能減少切削力的變化，減少復映誤差。 3-44.JPG六、工件殘余應力引起的變化殘余應力也稱內應力，是指在沒有外力作用下或去除外力后工件內存留的應力。（一）毛坯制造和熱處理過程中產生的殘余應力在鑄、鍛、焊、熱處理等加工過程中，由于各部分冷熱收縮不均勻以及金相組織轉變的體積變化，使毛坯內部產生了相當大的殘余力。（二）冷校直帶來的殘余應力（三）切削加工帶來的殘余應力切削過程中產生的力和熱，也會使加工工件的表面層產生殘余應力。要減少殘余應力，一般采取下列措施：1）增加消除內應力的熱處理工序2）合理安排工藝過程3）改善零件結構，提高零件的剛性，使壁厚均勻等均可減少殘余應力的產生。第四節(jié) 工藝系統(tǒng)的熱變形對加工精度的影響一、概述熱變形：在機械加工過程中，工藝系統(tǒng)會受到各種熱的影響而產生溫度變形。這種變形將破壞刀具與工件的正確幾何關系和運動關系，造成的加工誤差。（一）工藝系統(tǒng)的熱源熱源：內部熱源（切削熱、磨擦熱）外部熱源（環(huán)境溫度、各種輻射熱）熱傳遞的方式:導熱、對流、輻射傳熱（二）工藝系統(tǒng)的熱平衡和溫度場概念物體中各點溫度的分布稱為溫度場。二、工件熱變形對加工精度的影響使工件產生熱變形的熱源，主要是切削熱。對于精密零件，周圍環(huán)境溫度和局部受到日光等外部熱源的輻射熱也不容忽視。產生圓度誤差： （一）工件比較均勻地受熱為了避免工件粗加工時熱變形對精加工時加工精度的影響，在安排工藝過程時應盡可能把粗、精加工分開在兩個工序中進行，以使工件粗加工后有足夠的冷卻時間。（二）工件不均勻地受熱銑、刨、磨平面時，除在沿進給方向有溫度差外，更重要的是在工件只是在單面受到切削熱的作用，上下表面間的溫度差將導致工件向上拱起，加工時中間凸起部分被切去，冷卻后工件變成下凹，造成誤差。3-45.JPG三、刀具熱變形對加工精度的影響刀具熱變形主要是由切削熱引起的。為了減少刀具的熱變形，應合理選擇切削用量和刀具幾何參數(shù)，并給以充分冷卻和潤滑，以減少切削熱，降低切削溫度。3-46.JPG四、機床熱變形對加工精度的影響機床在工作過程中，受到內外熱源的影響，各部分的溫度將逐漸升高。機床空運轉時，各運動部件產生的摩擦熱基本不變。機床類型不同，其內部主要熱源也各不相同，熱變形對加工精度的影響