机床夹具设计方法探讨.pdf

EQUIPMENTMANUFACTRINGTECHNOLOGYNO8,2008机床夹具设计的主要任务是根据客户提出的设计任务要求,结合被加工零件、金切设备及其切削方式和参数,合理选择定位方式,设计合理的定位支承元件、夹紧装置、对刀元件、夹具体等装置或元件。其设计流程的关键点是首先应分析使用夹具时,造成被加工零件表面位置的加工误差因素,合理分配夹具定位精度；其次要根据加工过程中被加工零件受到的切削力、惯性力及重力等外力的作用,合理选择定位方式、支承点、夹紧点、夹紧力大小及其作用方向,设计合适的夹紧机构,以保证被加工零件的既定位置稳定可靠；第三是设计夹具对定；最后校核夹具关键零件强度和设备进刀抗力等,最终完成全套夹具图设计。1加工误差因素分析使用夹具时,造成被加工零件表面位置加工误差的因素分为下列三个方面1与夹具相对刀具及切削成型运动的位置有关的加工误差,即对定误差△DD。它包括与夹具相对刀具的位置有关的加工误差对刀误差△DA和与夹具相对切削成型运动的位置有关的加工误差夹具位置误差△W。2与被加工零件在夹具中安装有关的加工误差,即安装误差△AZ。其中包括被加工零件在夹具中定位不准确所造成的加工误差定位误差△DW以及被加工零件夹紧时被加工零件和夹具变形所造成的加工误差夹紧误差△J。3与加工过程中一些因素有关的加工误差,即过程误差△GC。它包括工艺系统的受力变形、热变形、磨损等因素所造成的加工误差。为了得到合格产品,必须使各项加工误差之总和不大于规定的被加工零件的相应公差Δ,即△DD△AZ△GC≤Δ。在设计夹具时需要仔细分析计算△DD和△AZ,从全局出发对其数值加以控制。初步计算可粗略按三项误差平均分配,各不超过公差的三分之一考虑。其中△DD和△AZ与夹具的设计和使用有关,当这种单项分配不能满足误差控制要求时,也可按△DD△AZ≤2/3Δ分配误差。2定位支承方案确定定位方案设计,应根据被加工零件的形状特点和工序加工要求来决定必须消除哪些自由度,选择或设计什么定位元件来保证这些自由度的消除,不能过定位和欠定位。设计夹具从减小加工误差考虑,应尽可能选用工序基准为定位基准,即基准重合原则。定位方式要根据具体情况,以最基本的典型定位为基础,进行举一反三设计。如1平面基准的定位。为了保证其定位基准位置精确,定位基准应该具有相对较高的表面质量,同时应尽可能增大支承之间的距离,使三点之间面积尽可能大,保证被加工零件稳定可靠,不使被加工零件在定位时重心失稳。对于未加工的粗糙平面定位,要用圆头支承钉,以保证接触点位置相对稳定。对于已加工过的平面,为避免压坏基准面和减少支钉磨损,通常用平头支承钉或支承板。此外还可以用浮动的多点自位支承,提高毛基准定位的精度或工件刚度,其作用相当于一个固定支承,限制一个自由度。2一面两销定位是夹具设计中经常使用的定位方法,两定位销为短圆柱销,其中一个削边,另一个不削边。削边的一个定位方向要与两个被定位孔连线方向垂直。不削边的短圆柱销直径的取值,要等于其定位孔处于最大实体状态时的孔值,即工件孔值的下极限偏差值,按G6或F7给定公差。削边的短圆柱销要在其定位孔处于最大实体状态时的孔值D2基础上,根据被加工零件的两孔间距尺寸公差ΔG、夹具的两定位销间距尺寸制造公差ΔX和削边销宽度B,按2BΔGΔX/D2进行修正,即削边销直径D2D22BΔGΔX/D2,公差按H5或H6给定。其中ΔX取值一般为1/3～1/5ΔG,但要结合制造夹具工艺水平。3辅助支承不属于定位支承,它不起消除自由度作用,但不能破坏被加工零件已消除自由度的既定位置,只能起到增大支承刚度,以减小其承受夹紧力、切削力时的变形。机床夹具设计方法探讨许爱玲一拖洛阳汇德工装有限公司,河南洛阳471003摘要机床夹具设计是金属切削加工批量生产的重要环节,设计质量的高低直接影响到零件的加工质量和效率。笔者总结了多年实际工作的经验,系统介绍了机床夹具设计的基本方法和关键技术。关键词定位元件；支承元件；夹紧装置；夹具对定；强度校核；动静平衡中图分类号TG75文献标识码A文章编号1672545X200808006002收稿日期20080517作者简介许爱玲1963,女,河南偃师人,主要从事设备机械技术、工装设计、产品研发等工作。60装备制造技术2008年第8期总之,定位支承元件要稳定可靠、耐磨。材料通常选用T8A或20渗碳钢渗碳深08～12MM,热处理淬火硬度HRC55～60。3夹紧装置设计夹紧装置设计既要保证被加工零件的既定位置稳定可靠,又要避免被加工零件产生不允许的变形和表面损伤,同时夹紧机构应操作安全、方便、省力。因此需通过合理选择夹紧点、正确确定所需夹紧力大小及方向,设计合适的夹紧机构来予以保证。对于薄壁刚性差的被加工零件,要特别注意夹紧变形。除了改变夹紧部位以减小夹紧变形外,还可以通过设计特殊形状的夹爪和压脚如具有较大弧面的夹爪、带活动压块的螺旋机构等,使夹紧力分散作用在一条线或一个面上,以减少被加工零件变形。另外,对于低刚度被加工零件,夹紧点应尽可能接近被加工表面,以保证加工中被加工零件震动较小。夹紧力计算时,通常将夹具看成一个刚性系统以简化计算,根据被加工零件受切削力、夹紧力、重力大型被加工零件、惯性力高速运动的被加工零件后处于静力平衡状态,计算出理论夹紧力,再乘以安全系数K,作为实际所需夹紧力。其中安全系数K应包含一般的安全系数K115～2、加工性质系数K212粗加工、刀具钝化系数K311～13、断续切削系数K412。切削力可依据有关金属切削工艺手册中给定的相应公式计算。夹紧工件所需作用力的大小不仅与切削力的大小有关,与切削力对支承的作用方向也有关,要具体问题具体分析,按最不利情况考虑。实际工作中,对于具体的夹紧机构,需结合具体情况,掌握并运用一些经验数据进行设计。在此,笔者提供一些常用的设计基础资料数据1一般钢铁斜楔夹紧机构自锁条件Α≤11～17,手动夹紧可靠常取Α6～8,气动或液压夹紧在不考虑自锁时可取Α15～30。2摩擦系数取值见表1。3螺栓的许用夹紧力、夹紧扭矩见表2。4偏心轮、凸轮、螺钉等均可看作是斜楔机构的变种。5夹紧装置离不开螺钉、螺栓,螺纹零件最常见的失效形式是螺纹楼脱,在螺纹零件分梯队布局时,要结合表2的数值合理配置数量；同时还要结合被连接件夹具本体或支座选用的材料及受力性质拉伸、压缩。4夹具对定夹具对定主要包括三个方面一是夹具的定位,即夹具对切削成形运动的定位；二是夹具的对刀,指夹具对刀具的对准；三是分度和转位定位只对有分度和转位夹具考虑。影响夹具对切削成形运动的定位精度的环节一般有元件定位面对夹具定位面的位置误差,机床上用于与夹具连接和配合的表面即机床定位面对成形运动的位置误差,以及连接处的配合误差等。其中机床定位面对成形运动的位置误差是由机床精度所决定。因此在夹具设计中,夹具的对定就是解决好夹具与机床的连接和配合问题,以及正确规定元件定位面对夹具定位面的位置要求。5强度校核夹具上的一般零件不需要进行强度校核,根据经验直观判断即可,但对于关键的零部件必须进行强度校核,以保证夹具在使用过程中安全可靠,满足用户要求。强度校核模型的建立,需要根据具体结构及其受力状况而确定；校核计算取值可查阅相关技术资料。6夹具的动、静平衡对于车床夹具和内外圆磨削夹具,由于加工过程中,夹具要带动被加工零件一起作较高速旋转,需要进行惯性力的动平衡。对于回转钻模夹具要考虑其静平衡,以减轻操作者工作强度。惯性力的产生是由于夹具和工件重心偏离其旋转轴心,此时惯性力按离心力公式计算PG≈0098GEN2/GN。其中G工件总质量KG；G重力加速度98M/S2；E工件重心离旋转中心的距离M；N工件转速R/MIN。7装配图标注机床夹具装配图,除技术条件中有关夹具文字说明外,在图中需要直接标注下列基本尺寸,它们或作为夹具验收的标准,或作为夹具给人的直观概念。1夹具最大轮廓尺寸；2夹具与机床联接尺寸；3元件定位面对夹具定位面的位置要求夹具验收标支承块表面为光滑面支承块表面有与切削力方向一致的沟槽支承块表面有与切削力方向垂直的沟槽支承块表面有交叉的网状沟槽F016～025F03F04F07～08表1摩擦系数F取值表螺纹公称直径MM8101216202430许用夹紧力N25503924569010300156962256335316加在螺母上的夹紧扭矩NMM螺母支承面有滚动轴承螺母支承面无滚动轴承21584120716116775318387838210663490593201589237180657271211523936表2螺栓的许用夹紧力及夹紧扭矩表下转第64页61EQUIPMENTMANUFACTRINGTECHNOLOGYNO8,2008段周期可能会稍长,但后期工艺生产周期将大大缩短,而且也便于后期的更改、优化。4结论及建议内燃机零件如气缸体、气缸盖、曲轴箱,结构日益复杂,设计和试制周期长,是制约内燃机开发阶段的主要障碍。通过UG/WAVE分解这些复杂部件模型,减少了模型树中特征数目的长度,使单独设计局部与快速进行结构变更成为可能。这样产品的设计流程与生产流程一致,工艺细节可以充分考虑到,实现与CAM无缝连接,使三维模型可以直接用于开金属模,降低零件废品率。内燃机行业设计中如能推广这项先进的开发技术,将极大地提高行业的开发速度和设计一次成功率,充分体现了团体协作的力量,提高企业的产品研发实力。参考文献12APPLICATIONOFWAVETECHNOLOGYINCOMPLEXCRANKCASEDESIGNBASEDONUGPANGWEI,XUWANYITECHNICALCENTEROFGUANGXIYUCHAIMACHINERYCO,LTD,YULINGUANGXI537005,CHINAABSTRACTTHEMETHODANDTHINKINGOFBUILDING3DMODELSOFCOMPLEXGASENGINEPARTWITHUG/WAVEMODULEWEREINTRODUCEDFORTHENONEGAPCONNECTIONBETWEENCADCAE,THECOMPLEXCASTINGOFGASENGINEPARTTOPDOWNDESIGNMETHODWITHUG/WAVEMODULEWASDESIGNED,SUCHASCRANKCASE,THECOREMOULDANDOUTSIDEMOULDFIRSTWEREDESIGNED；ANDTHENTHECRANKCASEROUGHCASTWEREOBTAINED,THEPRODUCTMACHININGHAVEFINISHEDASTHERESULTOFDESIGNINGPROCESSASREALPRODUCINGPROCESS,THECAREABOUTALMOSTEVERYTECHNOLOGICALDETAILCANBECONSIDEREDTHISMETHODISSUITABLETODESIGNLARGECOMPLEXPARTTHESEPREDIGESTTHEBUILDINGANDCHANGINGMODELPROCESSANDMORECONVENIENTTOREFRESHINGTHEMODELKEYWORDUG；WAVE；MODELINGOFCRANKCASE；TOPDOWNDESIGN林胜,周运金,朱向丽基于PRO/E的“外部复制几何”技术在气缸盖设计中的应用J内燃机,2007,62728洪如瑾UGNX2CAD快速入门指导M北京清华大学出版社,2004ENGINEBEDJIGDESIGNMETHODDISCUSSIONXUAILINGYITUOLUOYANGHUIDETECHNICALEQUIPMENTCO,LET,LUOYANGHENAN471003,CHINAABSTRACTTHEENGINEBEDJIGDESIGNISTHEIMPORTANTPARTOFTHEBARCHPRODUCTIONOFTHEMETALMACHININGTHEQUALITYANDTHEEFFICIENCYOFTHECOMPONENTSDEPENDONTHEQUALITYOFDESIGNTHISARTICLEWILLSUMMARIZEPRACTICALWORKEXPERIACESFORYEARSANDWILLINTRODUCETHEBASICMETHODSANDKEYPOINTSOFTHEENGINEBEDJIGDESIGNSYSTEMATICALLYKEYWORDLOCATESTHEPART；THESUPPORTINGPART；THECLAMP；THEJIGTODECIDES；THEINTENSITYEXAMINATION；BALANCEOFMOVEMENT准和定位元件尺寸；4对刀块对刀表面或导套中心线的位置与元件定位面之间的尺寸位置要求；5夹紧机构夹紧和放松状态位置尺寸要求。8结束语总之,作为一名合格的机床夹具设计人员,不仅应充分理解和尽量满足客户提出的要求,服务好客户；更要能用系统的设计思路和方法,当好客户参谋客户有时给出的技术要求不一定合理,把握夹具设计的关键环节,设计出合理、完美的机床夹具,从而达到提高零件的加工质量和效率的目的。参考文献12王光斗,王春福机床夹具设计手册第三版M上海上海科学技术出版社,2000哈尔滨工业大学,上海工业大学机床夹具设计M上海上海科学技术出版社,1984上接第61页64