浅谈加工中心专用夹具的设计方法


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1前言

随着现代生产技术的进步,加工中心夹具己成为机械加工中不可缺少的一种辅助装备,它既可以提髙工件的加工精度,保证加工质量,也可以提高劳动生产率,降低生产成本,减轻工人的劳动强度,使生产过程实现自动化。因此,加工中心夹具在机械加工中发挥着重要的作用[1]

在机械加工中,对于结构比较复杂的、加工部位多的工件,就不能用一般的夹具进行装夹,需要设计专用夹具。加工中心专用夹具fc要应用于成批、大量的生产中,具有普通夹具的优点,但是它具有制造成本高,周期长等缺点。因此,要综合考虑工件的生产批量和制造成本,合理的设计出加工精度髙、经济效益好的专用夹具。那么,研宂加工中心专用夹具的设计方法就有着非常重要的意义。

2加工中心专用夹具的设计的基本要求

加工中心夹具是一种能够保证工件相对于

加工中心和刀具占据正确位置,且使工件被夹紧,便于加工或检测的工艺装备。在加工中心专用夹具的设计过程中,首先要通过设计出合理定位方案、夹紧方案等来保证工件的加工精度,同时还要保证设计的专用夹具结构简单、合理,便于加工制造、安装和维修,操作简便、省力、安全可靠,排屑方便,能够提高生产率和降低成本。

3加工中心专用夹具的设计方法

加工中心夹具主要由夹具体、定位装置、夹紧装置、对刀或导向元件和其他装置或元件等组成。专用夹具设计时,主要是从这几个方面着手考虑,首先是根据工件的生产批量和工件的零件图、工序图对工件进行工艺分析,拟定加工的工艺路线;然后对工件要加工的工序确定定位方案、夹紧方案以及夹具体的设计,并且进行精度分析和经济性分析;最后绘制装配总图。

3.1零件加工工艺过程分析

首先根据被加工工件的结构特点、材料及设计图纸、技术资料等,明确工件的生产纲领,确定生产类型,并且对工件进行工艺分析,确定工件主要加工表面的工序尺寸、形状位置精度、定位基准面和夹具上的夹紧力作用点、大小及方向;然后在工件工艺分析的S础上,确定毛坯的制造方式,制定出工件的加工工艺路线;最后确定机械加工余量、工序尺寸及公差,整个工艺系统中加工中心、刀具、夹具的需用情况。

3. 2加工中心夹具总体结构设计

3.2. 1工件定位方案的设计

在机W加工|,为了加工出合格的零fl_, I:件在加工中心L与夹具、刀具必须保持正确的相对位置。因此,工件的正确定位显得尤为重要..C件定位方案的设计,首先要按照I:忭的结构特点和工序加工要求来确定应限制的自由度,然后选择或设计合适的定位元件来保证工件在加工中心或夹具中的正确加工位置,从而来满足工件的IjIM:要求。丨I.体设计方法如下:

(I )按照加I:要求确定工件所需限制的|'丨由度。I:件定位的实质就是限制工件的自由度,确定工件在夹具上的正确位置。完全限制工件的六个自由度,使工件在夹具中的唯一位置被确定,称为完全定位,这种定位方式适用于工件自由度需要完全被限制的情况;也有一些特殊情况,如,只需限制工件的部分自由度就能满足工件的加工要求的不完全定位;另外,有时为了提高工件定位的稳定性和刚度,在一定条件下也可采用过定位。在设计时自由度的限制要具体视情况而定。

(2) 定位基准的选择。合理地选择定位基准对于保证加工精度和确定加工顺序都有决定性的影响[2]。在工件定位装置的设计过程中,要按工件的工艺基准选择原则,遵循“基准重合”和“基准统一”原则,尽量选用精基准定位。

(3) 位元件的选择。定位元件的选择要根据所需限制的自由度数及定位基准面的形状来确定,通常定位基准面有平面、外圆柱面、内孔表面等。

当工件以平面定位时,可选用的定位元件有主要支承固定支承、可调支承、自位支承)和辅助支承。固定支承有支承钉和支承板两种,圆头支撑钉主要用于粗基准定位,而平头支撑钉及支撑板主要用于精基准定位;当工件定位基面是台阶面或毛坯尺寸变化较大时,可采用可调支承;另外自位支承主要用于工件以毛坯面定位或刚性不足的场合,其作用相当于一个固定支承,只限制一个自由度;辅助支承不起定位作用,可用来提髙工件的装夹刚度和稳定性。工件以圆孔定位时可选用的定位元件有定位销、圆柱心轴、圆111:销、111:沒心轴。工件以外l_f柱面记丨卜I.丨丨」选用的记位元f卜有v形块、定位套、半圆套。

(4) 定位误差的计算。定位误差的大小也是判断定位方案设计是否合理的一个重要指标,因此定位误差的计算也是非常重要的。造成定位误差的原因是定位基准与工序基准不重合以及定位S准的位移误差两个方面,在计算定位误差时,要分别计算出基准不重合误差和基准位移误差,最后利用合成法求出定位误差,只要所产生的定位误差小于工件有关尺寸或位置公差的1/3 - 1/5,即认为此定位方案能满足该工序的加工精度要求,它的设计是合理的。

3.2.2工件夹紧方案的设计

为了保证被加工的工件在加工中心上占据的正确位置不在切削、离心力等外力的作用下发生变化,就要求夹紧方案的设计能够保证工件在夹具中的位置稳定可靠,保证加工质量。同时在设计N•要求夹紧装置P_J易于击J造,具f i以好的Wi构1:il-: 1L紧力大小合适。因此,要设计出正确的夹紧方案,可以从夹紧力和夹紧装置两个方面来考虑:

(1) 确定夹紧力。-套夹紧装置的设计的优劣,很大程度上取决于夹紧力的设计是否合理[3] »夹紧力包括大小、方向和作用点三要素,一般根据工件的特点、加工要求、切削力以及定位元件的结构和布置方式来确定。在夹紧装置的设计中,夹紧力方向应朝向主要限位面;夹紧力的作用点应落在定位元件的支承范围内,应落在工件刚性较好的部位上,应靠近工件的加工表面;紧力大要适当,过大会使工件变形,过小则会使工件松动。夹紧力大小的计算可采用经验类比法时,一般是进行概略的估算;也可采用分析计算法,根据工件在切削力、夹紧力作用下进行静力平衡计算,算出理论夹紧力,再乘上安全系数,作为所需的实际夹紧力。

(2) 夹紧装置的确定。夹紧装置由动力装置和夹紧机构组成。动力装置的作用是产生夹紧力,夹具上常用的动力装置有液压装置、气压装置、电动装置、气液联动装置。夹紧机构的主要作用是在工件夹紧过程中起到力的传递作用,常用的夹紧机构有斜換夹紧机构、螺旋夹紧机构和偏心夹紧机构。斜楔夹紧机构结构简单,行程小,但自锁性差,常与其他结构联合使用;螺旋夹紧机构结构简单,夹紧可靠,夹紧行程大,自锁性能好,应用广泛;偏心夹紧机构由于夹紧力和夹紧行程小、自锁性能差,一般用于切削力不大、振动较小的场合。

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结束语:

在现代生产中,加工中心专用夹具是一种不可缺少的装备,它直接影响着工件加工的精度、劳动生产率和生产制造成本等。因此,夹具在设计时,应保证夹具操作方便,拆装、维修简单,生产效率高,制造成本低,各个装置的方案设计合理,都具有足够的强度和刚度,结构工艺性好,能够保证工件的加工精度。

 

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