零件加工工艺装备设计和加工工艺编制

1、零件加工工艺装备设计和加工工零件加工工艺装备设计和加工工艺编制艺编制一、夹具的基本概念：夹具是零件在加工时用来装夹工件的装置，是机械制造中的重要工艺装备。1.工件的装夹-工件在进行机械加工时，要使工件符合图纸上规定的形状公差和位置公差以及精度的要求，必须先将工件装夹在机床的一定位置上。如在车床上用四爪卡盘夹紧C616车床的方刀架（见图1-1）上的孔。要求孔的位置在刀架的中心上，为了在车床上正确地对准这个位置，可用搞针按方刀架的四个侧面找正或先进行划线，再在车床上按划线找正。这个找正的过程就是工这个找正的过程就是工件的定位件的定位。找正后再将四爪夹紧，然后进行钻孔、镗孔。这个找正和夹紧的过程就是

2、工件在车床上的装夹。这个找正和夹紧的过程就是工件在车床上的装夹。定位和夹紧的作用是不同的。定位和夹紧的作用是不同的。 定位定位-是将工件装在机床的一定位置上，是将工件装在机床的一定位置上，使工件、机床、刀具有正确的相互位置。使工件、机床、刀具有正确的相互位置。 夹紧夹紧-是把工件夹牢固，保证工件在加工是把工件夹牢固，保证工件在加工时的定位，不因切削时受力而而移动。时的定位，不因切削时受力而而移动。 定位和夹紧不能混为一谈。如前面的例子，定位和夹紧不能混为一谈。如前面的例子，如果不进行找正，用四爪卡盘夹紧后就加工，如果不进行找正，用四爪卡盘夹紧后就加工，则加工的孔不一定通过刀架的中心，这就没有则

3、加工的孔不一定通过刀架的中心，这就没有达到刀架的技术要求，必然会影响整台机器的达到刀架的技术要求，必然会影响整台机器的装配性能。装配性能。 工件在机床上装夹的正确与否，决定着工件与机床、刀具间的相互工件在机床上装夹的正确与否，决定着工件与机床、刀具间的相互位置，从而决定着工件被加工面的形状以及加工表面与其他表面间相位置，从而决定着工件被加工面的形状以及加工表面与其他表面间相互位置精度。工件装夹的快慢，操作是否方便、安全、省力，必然影互位置精度。工件装夹的快慢，操作是否方便、安全、省力，必然影响辅助时间的长短，从而影响工序时间的长短，即生产率的高低。响辅助时间的长短，从而影响工序时间的长短，即生

4、产率的高低。 2.什么叫夹具-根据机械加工工艺要求，为完成工件的某一道工序用来装夹工件的装置叫夹具。 3.夹具在机械制造中的作用- 由机械加工的生产实践知道，任何机械加工都不能离开夹具，不论是通用夹具（如车床上的卡盘、顶针，铣床上的台钳等），还是专用夹具，总是需要先把工件夹住才能进行加工，否则，就不可能进行加工。所以，夹具是机械加工中不可缺少的组成部分。采取合适夹具的工序，即能保证产品质量、提高生产效率，又能使工人操作方便、快速准确、安全生产。 具体讲夹具的作用有以下几点： .提高生产效率，降低加工成本-采用夹具后，一般不需要划线找正，简少了工件装夹的辅助时间，这对于那些加工时间短、而辅助时间

5、长的中小件来说，具有重大意义；夹具使工件夹得牢固可靠，可以加大切削用量，减少机动时间。 .保证加工精度-采用夹具后，工件各表面的形状公差和位置公差能得到保证。如果把机床和刀具都调整好，就可使工件的加工精度稳定，保证零件的互换性。 .扩大机床的工艺范围-采用夹具后，就可以做到“一机多用”。如在车床上采用镗模，就可以代替镗床进行镗孔。这样，可以解决工厂各类机床的生产能力和负荷不平衡的问题，解决缺乏某种设备的困惑。 . 减轻工人的劳动强度，保证安全生产-在夹具中采用气动、液压或其他机械动力装置，可以大大减轻工人的劳动强度。 夹具在生产中的作用很大，但是，并非所有的场合都合适，设计夹具必须适应现场的生

6、产规模。大量生产用的夹具结构比较完善、复杂，对批量生产就不太适应；单件生产一般不使用专用夹具，因设计、制造都需要费用。所以生产中使用夹具应根据情况具体分析，即有简单的，也有复杂的，即有专用的，又有通用的。 4.夹具的种类和应用范围- 按夹具的使用范围，一般可分为专用夹具、通用夹具和可调整夹具。 . 专用夹具-为某一种工件的某一道工序的加工要求所设计使用的夹具叫专用夹具。专用夹具只能适应这一种工件的某一种工序的需要。 优点：A.可以按照工件的加工要求，设计制造出结构紧凑，外形尺寸最小，使用维护方便，并符合加工要求的各种夹具； B.可以结合本厂的设备、能源情况，设计符合实际需要的夹具。 缺点：A.

7、当生产对象变换时，原有的专用夹具都无法重新使用； B.设计制造周期长； C.随着产品的增多，专用夹具的数量越来越多，管理也复杂。 .通用夹具-车床上使用的三爪卡盘、四爪卡盘、顶针，铣床上使用的回转工作台、台钳、分度头等都是通用夹具。 通用夹具适用于不同工件的装夹，特别是在装夹形状相同、而尺寸不同的工件时不需要特殊调整。不论是大量生产、批量生产、还是单件小批生产的机械工厂，都广泛地采用各种不同性能和结构的通用夹具，可以用来代替某些专用夹具。通用夹具的主要用途，是作为附件与机床配套，以保证机床的基本性能，并扩大其使用范围。 .可调整夹具-经过部分元件的更换或拆装组合就可以适应于不同工件的加工。介于

8、专用夹具和通用夹具之间。 类型：A.通用调整夹具-如在台钳上装上专用V形钳口用来装夹圆柱形工件；在卡盘上换上专用成型卡爪装夹相应的工件等，就是通用调整夹具。这类夹具由通用部分和可调整部分组成，可调整部分是专用件，它根据工件定位基准的形状和尺寸来设计装配。 B.组合夹具-是由一套预先制好的各种不同形状、不同规格尺寸、具有互换性和耐磨性的标准元件和部件组成。 以上两种夹具都已经标准化、系列化，有专门工厂生产。按使用夹具的工种，可分为车床夹具、铣床夹具、刨床夹具、钻床夹具、镗床夹具、磨床夹具等。 5.夹具的组成- .定位元件-它是规定工件在夹具中位置的元件。是夹具上与工件定位基准接触，并起着支承工件

9、的作用，所以，一般叫支承。 .夹紧装置-在加工过程中保证工件定位的位置不变的夹紧工件的装置。 . 夹具体-把组成夹具的元件和装置联成一个完整夹具的元件。 . 其他特殊用途的元件-如车削螺纹的对刀块，工件分度的分度装置等。 二.工件的定位和定位元件： 工件的定位就是要限制它在某些方向的移动和转动，也就是要限制它的自由度。这些自由度分别由夹具中相应的定位元件来限制。 工件的六点定位规律工件的六点定位规律- 任何工件在空间对于三个互相垂直的座标轴（X、Y、Z）来说，都有六个可能的运动情况（自由度），即： 沿X、Y、Z三个方向的移动，用X移、Y移、Z移来表示； 沿X、Y、Z三个方向的转动，用X转、Y转

10、、Z转来表示。 工件的六个自由度是由夹具中相当于六个支承点的定位元件和工件的定位基准相接触来限制的，因而使工件得到了正确的位置；这就叫做工件的六点定位规律。也就是说，根据工件加工精度的要求，用各种定位元件来限制影响加工精度的自由度，是设计定位装置的时必须首先考虑的原则。 对于一个具体的工件，需要限制它哪几个自由度，应根据工件的具体要求，做具体分析。在实际生产中，工件在夹具中定位，常有以下几种情况： .六点定位-如图2-3，加工连杆的大头孔。平面定位元件1相当于三点支承（三点决定一个平面），限制了Z移、X转、Y转三个自由度；短销2相当于二点支承，限制了X移、Y移二个自由度； 圆柱销3相当于一点支

11、承，限制了Z转一个自由度。 这样定位把工件的六个自由度，用相当于六个支承点的元件，都完全限制了，这就是完全定位了，称为六点定位。 在实际生产中，不一定都要限制六个自由度，要根据工件的精度要求来限制那些与加工精度有关的自由度。.不完全定位-如图2-4，加工平板工件，把工件装在电磁工作台上限制了工件的Z移、X转、Y转三个自由度（定位），工件被吸紧后，就保证了工件定位基准与定位元件的接触，保持定位的正确位置（夹紧）。其他方向的移动或转动，对加工结果没有影响，所以不必限制。注意区分“定位”和“夹紧”是两个不同的概念。不能认为夹紧后，工件就不能动了，就是工件的自由度被限制了，而把“夹紧”看作是“定位”。

12、.过定位-如图2-6，当三爪卡盘夹住工件很短的一段时，只能限制工件的 Y移、Z移的两个自由度，再把尾架顶针顶到工件的中心孔中，又限制了Y转、Z转的自由度，共限制了工件的四个自由度。这就能满足了加工光轴的需要，其他两个自由度（X移和X转），不限制对加工光轴也无影响。 相反，当三爪卡盘夹住工件较长一段时，则限制了工件的Y移、Z移、Y转、Z转四个自由度，顶针又限制了工件的Y转、Z转两个自由度。这时工件的Y转、Z转两个自由度，卡盘和顶针都要限制。因此，产生矛盾，再加上工件的外圆和中心孔不可能准确同轴，所以，当卡盘夹住工件长时，顶针顶不到中心孔中。如果勉强使顶针顶到中心孔中，工件就要变形。 这就是工件的

13、某一个自由度同时被夹具上的定位元件（卡盘和顶针）同时限制的缘故，这种现象就是过定位。 常用的定位元件有：平面定位和圆柱面定位。三.各类机床夹具设计特点： 1.车床、磨床夹具-. 车床、磨床夹具的结构-在车床上和内圆、外圆磨床上，常使用心轴或专用夹具装夹工件进行加工，这些夹具都要根据工件的要求自行设计。.心轴-在车床上常用圆柱形心轴加工以内孔为定位基准的回转体工件。如图4-1所示的车齿轮块外圆时，工件以内孔及端面为定位基准装在心轴上，用螺母通过垫圈压紧工件。由于该心轴的悬臂长度较短，可采用莫氏5号锥柄与车床主轴锥孔连接，锥柄用拉杆从车床主轴后面拉紧。 设计圆柱形心轴应正确选择工件内孔与心轴的配合

14、。孔与心轴的配合间隙影响心轴的定位精度和装夹工件的快慢。一般情况，心轴精度采用h7或h6，可保证加工后的外圆面跳动在0.03mm以内。当孔与心轴的配合间隙小时，心轴的定位精度高，但装夹工件费时。 另外，压紧垫圈的两个端面的平行度必须有不平行度要求，心轴在磨削前要经过热处理以提高其耐磨性。 .车、磨专用夹具-如图4-3所示，为在车床上加工输油泵体（如图4-4）两孔（40.4+0.027）的专用夹具，加工时工件以端面B和两个销孔（12+0.019）为基准定位，在夹具上以件1的端面和两个定位销定位，采用结构紧凑的钩形压板夹紧。为保证工件两孔的中心距，件1和夹具体2有17.050.005的偏心距。当加

15、工完一个孔后，松开压紧螺栓3、拔出定位销4，将件1绕心轴5转180度，定位销4弹入夹具体2的另一个定位孔内，锁紧螺栓3，将件1紧固在夹具体2上，再加工另一个孔。 夹具体2以端面、止口定位，用4个螺栓9 固定在车头盘8上，车头盘8旋紧在车床主轴上。 叶轮的车床夹具就用心轴和车头盘联合使用， 加工叶轮的进水端各部尺寸。 . 设计车床、磨床夹具应注意的问题- 夹具与机床主轴连接在一起，在加工过程中带动 工件旋转。因为夹具工作时要转动，所以，夹具 的锁紧、平衡、安全等问题，就显得非常重要， 故设计时应注意以下问题。 .结构力求紧凑，轮廓尺寸要小，重量要轻。 车床夹具轮廓尺寸可参考以下数据（图4-5）。

16、 当D300mm时，B/D应0.6； 当D150mm时，B/D应1.2； 采用莫氏5号锥柄与车床主轴锥孔连接时， 一般D140mm，或D（23）d. 单支承的心轴悬伸长度不应大于直径的5倍，前后两顶针支承的心轴长度不应大于直径的12倍。夹具的轴向尺寸过大，影响夹具的刚性。一般被加工件距主轴前端以6070mm为宜。 .夹紧装置应使夹紧迅速、可靠，不使工件或夹具变形，还应注意夹具转动的惯性力，不应使夹紧力有减小的趋势。.夹具应平衡，以免产生振动。.夹具上的元件及其他装置，不应大于夹具体的直径，以免转动产生事故。.夹具与机床连接的方式，决定于机床主轴前端的结构形式，图4-6为一般常见的几种方式。 .

17、在加工过程中，工件在夹具上应能测 量尺寸，切屑能顺利排出和清理。 2.钻床夹具-钻模- .钻床夹具的结构-钻床夹具一般称为钻模， 在机械加工中，钻模较其他专用夹具使用更为 广泛，其结构形式也很多。 .盖板式钻模-用工件上已经加工的平面、 止口及不加工的外形为定位基准，进行钻孔的夹 具。盖板式钻模就是一块钻模板，上面装有定位 元件、夹紧元件及导向钻套。 一般小的盖板式钻模，可以直接用钢板制作， 较大的可以钢管或角钢焊成，以减轻模板重量。 。 设计焊接结构时，应注意本身的刚度，焊接后的消除应力处理。在模板上布置夹紧元件时，应注意夹紧后，模板不能变形。 盖板式钻模具有结构简单、轻便、消除切屑方便，一

18、般使用于批量生产.固定式钻模-其特点是：加工时钻模固定在机床工作台上，夹具体上有夹紧的部位。这类钻模一般适用于立式钻床上钻单孔，或在摇臂钻床上加工同一方向的孔系。 .翻转式钻模-在加工过程中，需用手翻转，因此，只有当工件较小时才宜采用。用来加工分布在工件上的几个面上的孔。其结构简单，适应性强，在成批生产中应用广泛。.回转钻模-回转钻模要安装在回转工作台上使用，可做360度回转，分别加工不同方位的孔。回转工作台装在钻床底座上。.设计钻床夹具应注意的问题-.力求结构简单，制造容易，使用方便。.夹紧装置应使夹紧迅速、可靠，不使工件或夹具变形。.导向钻套是引导刀具的元件，刀具在钻套中快速旋转，摩擦很厉害，所以，设计时应注意：。A.导向钻套的材质应采用高碳钢T8或T10来制造，热处理硬度HRc64左右，以免磨损太快；B. 钻孔用导向钻套内径的公差取F8，外径的公差取n6；C. 钻孔用导向钻套与刀具的配合长度一般取1.52d；D.导向钻套内径对外径的跳动公差0.05mm。 . 钻孔用导向钻套与工件间留有间隙h。如果间隙太小，排屑困难，会影响钻孔，且易咬死钻头甚至折断；但间隙过大，则影响孔的位置度。间隙h值可参照下式确定：加