生产管理知识_工业生产过程夹具量具和获得加工精度的方法概述

2014 10 8 工业生产过程基准 定位等概念 夹具 量具和获得加工精度的方法概述 ZZQ 本节课内容 基准 定位等概念 夹具 量具和获得加工精度的方法概述 2014 10 8 今天的课程学完后 预期学习结果 熟悉基准 定位等概念 了解六点定位原理及有关概念 了解常见夹具与量具 了解获得加工精度的方法 2014 10 8 CDIO相关能力在今天课程中的培养 应用基础科学知识与工程基础知识 实行工程推理并解决问题 对各项学习任务进行合理的时间安排 有效高质量地完成 2014 10 8 套筒零件及钻夹具 1 快换钻套2 导向套3 钻模板4 开口垫圈5 螺母6 定位销7 夹具体 2014 10 8 基准的概念 基准就是在零件上用以确定其它点 线 面的位置所依据的点 线 面 作为基准的点 线 面在工件上不一定具体存在 例如几何中心 对称线 对称平面等 根据基准的功用不同可分为设计基准和工艺基准两大类 2014 10 8 设计基准 在产品或零件图上使用的基准称为设计基准 例如 在下页图a所示的钻套 轴线O O是外圆 40h6及内孔D的设计基准 端面A是端面B C的设计基准 内孔D的轴心线是 40h6外圆的径向圆跳动和B面端面圆跳动的设计基准 同样 图b中的D面是F面的设计基准 也是两孔 和 在Y方向的设计基准 E面是两孔 和 在X方向的设计基准 而孔 的设计基准是孔 和 2014 10 8 设计基准 2014 10 8 工艺基准 在零件的加工和装配等工艺过程中所使用的基准称为工艺基准 工艺基准按用途又可分为以下4种 1 工序基准在工序图上使用的基准称为工序基准 如前面套筒零件及钻孔夹具 图a所示的套筒零件钻孔工序图中 25H7的内孔轴线和左端面 工序尺寸为37 5 0 02 为加工 6H7孔的工序基准 2014 10 8 工艺基准 2 定位基准加工时 使工件在机床或夹具中占有一正确位置时所用的基准称为定位基准 如前面套筒零件及钻孔夹具 图b所示夹具中 工件 25H7的内孔轴线 25H7内孔表面称为定位基面 和左端面是加工 6H7孔的定位基准 3 测量基准工件在测量时使用的基准称为测量基准 4 装配基准在装配时 用来确定零件或部件在机器中的位置所用的基准称为装配基准 如前面 设计基准 图a所示套筒 端面B和外圆 40h6是装配基准 必须注意 应尽可能选设计基准作为工艺基准 2014 10 8 工件的定位与夹紧 工件在加工前 必须使工件在机床上或夹具中占有某一正确的位置 这个过程称为定位 为了使定位好的工件在加工过程中始终保持正确的位置 不受切削力 惯性力等力的作用而发生位移 还需要将工件压紧夹牢 这个过程称为夹紧 定位和夹紧的整个过程合称为装夹 工件的装夹不仅影响加工质量 而且对生产率 加工成本及操作安全都有直接影响 2014 10 8 工件定位 直接找正定位 此法是用百分表 划线盘或目测直接在机床上找正工件 使其获得正确位置的定位方法 直接找正时工件的定位基准是所找正的表面 如下页图所示 图a为在磨床上用四爪单动卡盘装夹套筒磨内孔 先用百分表找正工件的外圆再夹紧 以保证磨削后的内孔与外圆同轴 工件的定位基准是外圆 图b为在牛头刨床上用直接找正法刨槽 以保证槽的侧面与工件右侧面平行 工件的定位基准是右侧面 直接找正法生产率低 找正精度取决于工人的技术水平 一般多用于单件小批生产或位置精度要求特别高的工件 2014 10 8 工件定位 直接找正定位 2014 10 8 工件定位 划线找正定位 此法是先在毛坯上按照零件图划出中心线 对称线和各待加工表面的加工线及找正线 找正线和加工线之间的距离一般为5mm 然后将工件装上机床 按照划好的线找正工件在机床上的正确位置 划线找正时工件的定位基准是所划的线 如下页图所示 图a 为某箱体的加工要求 局部 划线过程如下 找出铸件孔的中心O 并划出孔的中心线 和 按尺寸A和B检查E F面的余量是否足够 如果不够再调整中心线 按照图纸尺寸A要求 以孔中心为划线基准 划出E面的找正线 按照图纸尺寸B划出F面的找正线 见图b 2014 10 8 工件定位 划线找正定位 加工时 将工件放在可调支承上 通过调整可调支承的高度来找正划好的线 见图c 这种定位方法生产率低 精度低 一般多用于单件小批生产中加工复杂而笨重的零件 或毛坯精度低而无法直接采用夹具定位的场合 2014 10 8 工件定位 用夹具定位 夹具是按照被加工工序要求专门设计的 夹具上的定位元件能使工件相对于机床与刀具迅速占有正确位置 不需要划线和找正就能保证工件的定位精度 用夹具定位生产率高 定位精度较高 广泛用于成批及大量生产中 2014 10 8 六点定位原理 工件在未定位前 可以看成是空间直角坐标系中的自由物体 它可以沿三个坐标轴的平行方向放在任意位置 即具有沿着三个坐标轴移动的自由度 记为 下页图 同样 工件沿三个坐标轴转角方向的位置也是可以任意放置的 即具有绕三个坐标轴转动的自由度 记为 因此 要使工件在夹具中占有一致的正确位置 就必须对工件的自由度加以限制 采用六个按一定规则布置的约束 可限制工件的六个自由度 实现完全定位 这就是六点定位原理 2014 10 8 工件的六个自由度 2014 10 8 长方体工件定位 2014 10 8 圆环形工件定位 在如下页图a所示圆环形工件上钻孔 要求保证孔的轴线到左端面A的距离与端面平行 并保证与大孔轴线正交且通过键槽的对称中心 现用图c所示的定位方案 工件端面A与夹具短圆柱销B的台阶面接触 限制 三个自由度 工件内孔与短圆柱销外圆配合 限制 两个自由度 嵌入键槽的销C限制自由度 相当于用6个支承点限制了工件的6个自由度 2014 10 8 圆环形工件定位 2014 10 8 注意 2014 10 8 完全定位与不完全定位 工件限制几个 限制哪几个自由度完全取决于加工技术要求 完全定位 工件的六个自由度全被限制的定位方式 不完全定位 按照技术要求 工件的六个自由度没有被全部限制的定位方式 2014 10 8 欠定位与过定位 欠定位 应该消除的自由度没有消除 不允许 过定位 几个支承点重复限制某个自由度 一般不允许 应用是有条件的 正确处理过定位 提高工件定位表面与定位元件之间的位置精度 或改变定位元件的结构 2014 10 8 正确配置支承点 一般按三 二 一布置 主要定位表面受力面积越大越好 在具体的夹具中 与工件为点接触的支承点是由对工件起定位作用的定位元件如支承钉 支承板 圆柱销等来体现的 一个定位元件可以体现一个或多个支承点 某一定位元件相当支承点的数目 由该定位元件限制的工件自由度数来判断 2014 10 8 思考 完全定位 即工件的六个自由度全被限制的情况下 是否可能欠定位 不完全定位 即工件的六个自由度没有被全部限制的情况下 是否可能过定位 为什么 2014 10 8 定位实例1 2014 10 8 不完全定位方法1 2014 10 8 不完全定位方法2 2014 10 8 定位实例2 不完全定位 2014 10 8 定位实例3 完全定位 2014 10 8 欠定位实例 2014 10 8 过定位实例1 2014 10 8 过定位实例2 2014 10 8 解决方法1 2014 10 8 解决方法2 2014 10 8 解决方法3 2014 10 8 过定位实例3 2014 10 8 解决方法 2014 10 8 课堂练习 试分析下图所示各零件加工所必须限制的自由度 图a 在球上打盲孔 B 保证尺寸H 图b 在套筒零件上加工 B孔 要求与 D孔垂直相交 且保证尺寸L 图c 在轴上铣横槽 保证槽宽B以及尺寸H和L 图d 在支座零件上铣槽 保证槽宽B和槽深H及与4分布孔的位置度 2014 10 8 套筒零件及钻夹具 1 快换钻套2 导向套3 钻模板4 开口垫圈5 螺母6 定位销7 夹具体 2014 10 8 机床夹具的作用 如前所述 用夹具定位生产率高 定位精度较高 广泛用于成批及大量生产中 夹具能 较容易 较稳定地保证加工精度用夹具装夹工件时 工件相对于刀具 或机床 的位置由夹具来保证 基本不受工人技术水平的影响 因而能较容易 较稳定地保证工件的加工精度 如前面套筒零件及钻孔夹具 图a所示套筒零件的 6H7孔加工 就用图b所示的专用钻床夹具完成 工件以内孔和端面在定位销6上定位 旋紧螺母5 通过开口垫圈4将工件夹紧 然后由装在钻模板3上的快换钻套1引导钻头或绞刀进行钻孔或铰孔 2014 10 8 机床夹具的作用 提高劳动生产率采用夹具后 工件不需划线找正 装夹方便迅速 可显著地减少辅助时间 提高劳动生产率 如采用前面图b所示专用钻孔夹具 省去了加工前在工件加工位置划十字中心线 在交点打冲孔的时间 也省去了找正冲孔位置的时间 扩大机床的使用范围使用专用夹具可以改变机床的用途和扩大机床的使用范围 例如 在车床或摇臂钻床上安装镗模夹具后 就可对箱体孔系进行镗削加工 改善劳动条件 保证生产安全使用专用机床夹具可减轻工人的劳动强度 改善劳动条件 降低对工人操作技术水平的要求 保证安全 2014 10 8 机床夹具的分类 机床夹具通常有三种分类方法 即按应用范围 使用机床 夹紧动力来源来分类 如图所示 2014 10 8 机床夹具的组成 虽然机床夹具的种类繁多 但它们的组成均可概括为下面五个部分 定位元件定位元件的作用是确定工件在夹具中的正确位置 在前面图b中 夹具上的圆柱销5 菱形销9和支承板4都是定位元件 通过它们使工件在夹具中占据了正确的位置 夹紧装置夹紧装置的作用是将工件夹紧夹牢 保证工件在加工过程中正确位置不变 夹紧装置包括夹紧元件或其组合以及动力源 前面图b中的螺杆8 与圆柱销合成的一个零件 螺母7和开口垫圈6组成了夹紧装置 2014 10 8 机床夹具的组成 对刀及导向装置对刀及导向装置的作用是迅速确定刀具与工件间的相对位置 防止加工过程中刀具的偏斜 前面图b中的钻套1与钻模板2就是为了引导钻头而设置的导向装置 夹具体夹具体是机床夹具的基础件 如前面图b中的件3 通过它将夹具的所有部分连接成一个整体 其他装置或元件机床夹具除有上述五部分外 还有一些根据需要设置的其他装置或元件 如分度装置 夹具与机床之间的联接元件等 2014 10 8 量具 分类及其作用 量具是用来检验或测量工件的几何量是否合格的一种工艺装备 量具按照其通用性 可分为通用量具和专用量具 通用量具 如钢尺 各种游标尺 各种千分尺 各种量仪等等 都有刻度 能测量出一定范围内几何量的具体数值 专用量具是为工件某特定参数设计的 用于检验该参数的加工合格与否 不能测量出该参数的具体数值 在成批和大量生产中 为减少测量时间 常采用专用量具 2014 10 8 光滑极限量规 量规是一种专用量具 检验工件参数合格与否 就是检验工件参数是否在规定的两个极限尺寸范围内 光滑极限量规是用通端和止端检验光滑工件极限尺寸的专用量具 检验孔用的量规称为塞规 检验轴用的量规称为卡规 塞规和卡规的结构形式很多 主要的结构如图所示 为识别量规的通端和止端 常刻有字母 T 通端 和 Z 止端 另外 通端的尺寸一般较长 而止端的尺寸较短 由于通端在检验时要通过工件 其工作表面会磨损 应留一定的磨损储量 以增加量规的使用寿命 2014 10 8 量具 孔用量规 孔用量规的形式 2014 10 8 量具 轴用量规 轴用量规的形式 2014 10 8 获得加工精度的方法 工件的加工精度分为三个方面 即尺寸精度 几何形状精度和相互位置精度 机械加工的目的就是要保证工件的加工精度符合图纸要求 2014 10 8 获得尺寸精度的方法 1 试切法就是通过试切 测量 调整 再试切 反复进行到被加工尺寸达到要求为止的加工方法 工件的尺寸精度取决与操作者的调整精度 试切法的效率低 对工人技术水平要求高 主要适合于单件 小批生产 2 调整法先调整好刀具和工件在机床上的相对位置 并在一批零件的加工过程中保持这个位置不变 以保证被加工尺寸的方法 工件的尺寸精度取决于调整精度 调整法的生产率高 广泛用于各类半自动 自动机床和自动线上 适合于成批 大量生产 在 先进制造 二级项目的机械加工工艺规程设计中 主要考虑这一方法 2014 10 8 试切法 2014 10 8 镗刀静调整法 2014 10 8 铣刀静调整法 2014 10 8 动调整法 2014 10 8 思考 在成批生产中 采用调整法对刀 刀具调整好后不宜改变位置 那么 安排采用普通机床来加工时 可否在一个工序中安排需要采用多把刀具的不同工步 安排采用普通车床来加工时 可否在一个工序中安排粗车工步和半精车工步 2014 10 8 获得尺寸精度的方法 3 定尺寸刀具法用刀具的相应尺寸来保证工件尺寸的方法 如钻孔 拉孔和攻螺纹等 工件的尺寸精度主要取决于刀具的精度 这种方法的生产率较高 但刀具制造较复杂 常用于孔 螺纹和成形表面的加工 4 自动控制法在加工过程中 通过尺寸测量装置 进给机构和控制机构来自动完成切削加工 尺寸测量和刀具的调整 补偿的方法 工件的尺寸精度取决于机床的精度 常用于用数控机床上加工 2014 10 8 定尺寸刀具法 2014 10 8 主动测量法 2014 10 8 获得几何形状精度的方法 1 轨迹法是利用刀尖运动的轨迹来获得工件表面形状的 工件的形状精度取决于成形运动的精度即机床的精度 普通的车削 刨削 铣削和磨削等都属于轨迹法 2 成形刀具法是利用成形刀具的几何形状来代替机床的某些成形运动 获得工件的表面形状 工件的加工精度主要取决于刀刃的形状精度 3 展成法是利用刀具与工件作展成运动所形成的包络面获得工件的表面形状 展成法常用于各种齿形加工 工件的形状精度取决于刀具精度以及机床的展成运动精度 2014 10 8 获得相互位置精度的方法 工件表面间的相互位置是通过直接找正法 划线找正法和夹具定位法获得的 位置精度取决于有关的划线精度 找正精度 机床精度及夹具精度 2014 10 8 齿轮轴加工实训 题目 分析如图所示齿轮轴由哪些表面组成 选择它们的加工方法 目的 掌握根据工件表面的形状选择合适的加工方法及机床 刀具 夹具 量具 并确定工件加工时的定位方法 2014 10 8 逐一分析每一加工要素 齿轮轴由外圆柱面 端面 外螺纹 齿轮 键槽 退刀槽和平面等表面组成 外圆柱面的粗加工和半精加工 以及端面 外螺纹 退刀槽等可以在普通车床上加工 工件通过外圆和顶尖孔定位 装夹在三爪卡盘和后顶尖间 分别用外圆车刀 端面车刀 螺纹车刀和切槽刀加工 在单件