机械工艺与工装夹具的设计

机械工艺与工装夹具的设计机械工艺与工装夹具的设计 一 一 工装夹具设计的基础工装夹具设计的基础 1 具备机械设计方面的知识 具备机械设计方面的知识 2 具备机械原理 液压 气压 传动原理 电机电气具备机械原理 液压 气压 传动原理 电机电气 等方面的知识 等方面的知识 3 具备制造工艺方面的知识 具备制造工艺方面的知识 4 具备材料工程方面的知识 具备材料工程方面的知识 5 具备检测方面的知识 具备检测方面的知识 6 具备机械绘图 特别是计算机辅助设计 方面的知具备机械绘图 特别是计算机辅助设计 方面的知 识 识 7 具备有关国家 企业标准方面的知识 具备有关国家 企业标准方面的知识 二 二 制造工艺的简单介绍制造工艺的简单介绍 机床的分类 机床的分类 机床主要是按加工方法和所用刀具进行分类 根据国家制定的机 床型号编制方法 机床分为 11 大类 车床 钻床 镗床 磨床 齿轮 加工机床 螺纹加工机床 铣床 刨插床 拉床 锯床和其他机床 在每一类机床中 又按工艺范围 布局型式和结构性能分为若干组 每一组又分为若干个系 系列 除了上述基本分类方法外 还有其它分类方法 1 1 按照万能性程度 机床可分为 按照万能性程度 机床可分为 2 通用机床通用机床 工艺范围很宽 可完成多种类型零件不同工序的加工 如卧式车床 万能外圆磨床及摇臂钻床等 专门化机床专门化机床 工艺范围较窄 它是为加工某种零件或某种工序而 专门设计和制造的 如铲齿车床 丝杠铣床等 专用机床专用机床 工艺范围最窄 它一般是为某特定零件的特定工序 而设计制造的 如大量生产的汽车零件所用的各种钻 镗组合机床 2 2 按照机床的工作精度按照机床的工作精度 可分为普通精度机床 精密机床和高精度 机床 3 3 按照重量和尺寸按照重量和尺寸 可分为仪表机床 中型机床 一般机床 大 型机床 质量大于 10t 重型机床 质量在 30t 以上 和超重型机床 质量在 100t 以上 4 4 按照机床主要器官的数目按照机床主要器官的数目 可分为单轴 多轴 单刀 多刀机床 等 5 5 按照自动化程度不同按照自动化程度不同 可分为普通 半自动和自动机床 三 三 自动机床具有完整的自动工作循环 包括自动装卸工件 能够连 续的自动加工出工件 半自动机床也有完整的自动工作循环 但 装卸工件还需人工完成 因此不能连续地加工 刀具种类 一 刀具分类 一 刀具分类 3 由于机械零件的材质 形状 技术要求和加工工艺的多样性 客观上要求进 行加工的刀具具有不同的结构和切削性能 因此 生产中所使用的刀具的种类 很多 刀具常按加工方式和具体用途 分为车刀 孔加工刀具 铣刀 拉刀 螺纹刀具 齿轮刀具 自动线及数控机床刀具和磨具等几大类型 刀具还可以 按其它方式进行分类 如按所用材料分为高速钢刀具 硬质合金刀具 陶瓷刀 具 立方氮化硼 CBN 刀具和金刚石刀具等 按结构分为整体刀具 镶片刀 具 机夹刀具和复合刀具等 按是否标准化分为标准刀具和非标准刀具等 二 常用刀具简介 1 1 车刀车刀 车刀是金属切削加工中应用最广的一种刀具 它可以在车床上加工外圆 端 平面 螺纹 内孔 也可用于切槽和切断等 车刀在结构上可分为整体车刀 焊接装配式车刀和机械夹固刀片的车刀 机械夹固刀片的车刀又可分为机床车 刀和可转位车刀 机械夹固车刀的切削性能稳定 工人不必磨刀 所以在现代 生产中应用越来越多 2 2 孔加工刀具孔加工刀具 孔加工刀具一般可分为两大类 一类是从实体材料上加工出孔的刀具 常用 的有麻花钻 中心钻和深孔钻等 另一类是对工件上已有孔进行再加工的刀具 常用的有扩孔钻 铰刀及镗刀等 例如 下图示标准高速钢麻花钻的结构 工 作部分 刀体 的前端为切削部分 承担主要的切削工作 后端为导向部分 起引导钻头的作用 也是切削部分的后备部分 3 3 铣刀铣刀 4 铣刀是一种应用广泛的多刃回转刀具 其种类很多 按用途分有 1 加工 平面用的 如圆柱平面铣刀 端铣刀等 2 加工沟槽用的 如立铣刀 T 形刀 和角度铣刀等 3 加工成形表面用的 如凸半圆和凹半圆铣刀和加工其它复杂 成形表面用的铣刀 铣削的生产率一般较高 加工表面粗糙度值较大 4 4 拉刀拉刀 拉刀是一种加工精度和切削效率都比较高的多齿刀具 广泛应用于大批量生 产中 可加工各种内 外表面 拉刀按所加工工件表面的不同 可分为各种内 拉刀和外拉刀两类 使用拉刀加工时 除了要根据工件材料选择刀齿的前角 后角 根据工件加工表面的尺寸 如圆孔直径 确定拉刀尺寸外 还需要确定 两个参数 1 齿升角 af 即前后两刀齿 或齿组 的半径或高度之差 2 齿距 p 即相邻两刀齿之间的轴向距离 5 5 螺纹刀具螺纹刀具 螺纹可用切削法切削法和滚压法滚压法进行加工 6 6 齿轮刀具齿轮刀具 齿轮刀具是用于加工齿轮齿形的刀具 按刀具的工作原理 齿轮分为成形齿轮刀具和 展成齿轮刀具 常用的成形齿轮刀具有盘形齿轮铣刀和指形齿轮刀具等 常用的展成齿轮 刀具有插齿刀 齿轮滚刀和剃齿刀等 选用齿轮滚刀和插齿刀时 应注意以下几点 1 刀具基本参数 模数 齿形角 齿顶高系数等 应与被加工齿轮相同 2 刀具精度等级应与被加工齿轮要求的精度等级相当 3 刀具旋向应尽可能与被加工齿轮的旋向相同 滚切直齿轮时 一般用左旋 齿刀 5 7 7 自动线与数控机床刀具自动线与数控机床刀具 这类刀具的切削部分总的来说与一般刀具没有多大区别不同情况 只是为了 适应数控机床和自动线加工的特点 对它们提出了更高的要求 车刀车刀拉刀拉刀 螺纹刀具螺纹刀具 梳刀 梳刀 齿轮刀具齿轮刀具 盘形铣刀 盘形铣刀 孔加工刀具孔加工刀具 麻花钻 麻花钻 铣刀铣刀 二 刀具材料 刀具切削性能的好坏 取决于构成刀具切削部分的材料 几何形 状和刀具结构 刀具材料对刀具使用寿命 加工效率 加工质量和加 工成本等都有很大影响 因此要重视刀具材料的正确选择与和合理使 用 一 刀具材料应具备的性能 一 刀具材料应具备的性能 1 高的硬度和耐磨性高的硬度和耐磨性 刀具材料要比工件材料硬度高 常温硬度在 HRC62 以上 耐磨性表示抵抗磨损的 能力 它取决于组织中硬质点的硬度 数量和分布 2 足够的强度和韧性 足够的强度和韧性 为了承受切削中的压力冲击和韧性 避免崩刀和折断 刀具材料应具有足够的强 度和韧性 3 高耐热性 高耐热性 6 刀具材料在高温下保持硬度 耐磨性 强度和韧性得能力 4 良好的工艺性 良好的工艺性 为了便于制造 要求刀具材料有较好的可加工性 如 切削加工性 铸造性 锻 造性和热处理性等 5 良好的经济性 良好的经济性 二 常用的刀具材料 二 常用的刀具材料 目前 生产中所用的刀具材料以高速钢和硬质合金居多 碳素工具钢 如 T10A T12A 工具钢 如 9SiCr CrWMn 因耐热性差 仅用于一些手工或切削速度较 低的刀具 高速钢高速钢 定义 定义 是一种加入较多的钨 铬 钒等合金元素的高合金工具钢 性能 性能 有较高的热稳定性 有较高的强度 韧性 硬度和耐磨性 制造工艺简单 容 易磨成锋利的切削刃 可锻造 是制造钻头 成形刀具 拉刀 齿轮刀具等的主要 材料 分类 分类 按用途分 通用型高速钢和高性能高速钢 按制造工艺分 熔炼高速钢和粉末冶金高速钢 1 通用型高速钢 通用型高速钢 钨钢 典型牌号为 W18Cr4V 有良好的综合性能 可以制造各种复杂刀具 钨钼钢 典型牌号为 W6Mo5Cr4V2 可做尺寸较小 承受冲击力较大的刀具 热塑性 特别好 更适用于制造热轧钻头等 磨加工性好 目前各国广泛应用 2 高性能高速钢 高性能高速钢 典型牌号为高碳高速钢 9W18Cr4V 高钒高速钢 W6MoCr4V3 钴高速钢 W6MoCr4V2Co8 和超硬高速钢 W2Mo9Cr4Co8 等 适合于加工高温合金 钛合金和超高强 度钢等难加工材料 3 粉末冶金高速钢 粉末冶金高速钢 用高压氩气或氮气雾化熔融的高速钢水 直接得到细小的高速钢粉末 高温下压制 7 成致密的钢坯 而后锻压成材或刀具形状 适合于制造切削难加工材料的刀具 大 尺寸刀具 如滚刀 插齿刀 精密刀具 磨加工量大的复杂刀具 高动载荷下使 用的刀具等 硬质合金硬质合金 由难熔金属化合物 如 WC TiC 和金属粘结剂 Co 经粉末冶金法制成 硬质合金以其切削性能优良被广泛用作刀具材料 约占 50 如大多数的车刀 端铣刀以至深孔钻 铰刀 拉刀 齿轮刀具等 具有高耐磨性和高耐热性 但抗弯强度低 冲击韧性差 很少用于制造整体刀具 它还可用于高速钢刀具不能切削的淬硬钢等硬材料 ISO 将切削用的硬质合金分为三类 各种牌号的应用范围见 p16 表 1 1 1 YG K 类 即 WC Co 类硬质合金 2 YT P 类 即 WC TiC Co 类硬质合金 3 YW M 类 即 WC TiC TaC Co 类硬质合金 三 其它刀具材料 三 其它刀具材料 1 涂层刀具 2 陶瓷 硬度高 耐用度高 还可用于冲击负荷下的粗加工 切削效率 显著提高 3 金刚石 4 立方氮化硼 三 刀具选用 1 1 刀具种类的选择刀具种类的选择 刀具种类主要根据被加工表面的形状 尺寸 精度 加工方法 所用机床及要求的生产 率等进行选择 2 2 刀具材料的选择刀具材料的选择 刀具材料主要根据工件材料 刀具形状和类型及加工要求等进行选择 8 机械加工方法机械加工方法 根据机床运动的不同 刀具的不同 可将去除零件毛坯多余材料的 切削方法分为几种主要不同方法 主要有 车削 刨削 磨削 钻削 和特种加工等 下面对这些主要方法逐一介绍 一 车削一 车削 车削中工件旋转 形成主切削运动 刀具沿平行旋转轴线运动时 就形成内 外园柱面 刀具沿与轴线相交的斜线运动 就形成锥面 仿形车床或数控车床上 可以控制刀具沿着一条曲线进给 则形成一 特定的旋转曲面 采用成型车刀 横向进给时 也可加工出旋转曲面 来 车削还可以加工螺纹面 端平面及偏心轴等 车削加工精度一般 为 IT8 IT7 表面粗糙度为 6 3 1 6 m 精车时 可达 IT6 IT5 粗糙度可达 0 4 0 1 m 车削的生产率较高 切削过程比较平稳 刀 具较简单 车床加工的典型工艺 车床加工的典型工艺 FLASHFLASH 动画 动画 锥面车削 锥面车削 aviavi 二 铣削二 铣削 主切削运动是刀具的旋转 卧铣时 平面的形成是由铣刀的外园面 9 上的刃形成的 立铣时 平面是由铣刀的端面刃形成的 提高铣刀的 转速可以获得较高的切削速度 因此生产率较高 但由于铣刀刀齿的 切入 切出 形成冲击 切削过程容易产生振动 因而限制了表面质 量的提高 这种冲击 也加剧了刀具的磨损和破损 往往导致硬质合 金刀片的碎裂 在切离工件的一般时间内 可以得到一定冷却 因此 散热条件较好 按照铣削时主运动速度方向与工件进给方向的相同或按照铣削时主运动速度方向与工件进给方向的相同或 相反 又分为相反 又分为顺铣顺铣和和逆铣逆铣 顺顺 铣铣 铣削力的水平分力与工件的进给方向相同 工件 台进给丝杠与固定螺母之间一般有间隙存在 因 此切削力容易引起工件和工作台一起向前窜动 使进给量突然增大 引起打刀 在铣削铸件或锻 件等表面有硬度的工件时 顺铣刀齿首先接触工 件硬皮 加剧了铣刀的磨损 逆逆 铣铣 可以避免顺铣时发生的窜动现象 逆铣时 切削 厚度从零开始逐渐增大 因而刀刃开始经历了一 段在切削硬化的已加工表面上挤压滑行的阶段 加速了刀具的磨损 同时 逆铣时 铣削力将工 件上抬 易引起振动 这是逆铣的不利之处 铣削的加工精度一般可达 IT8 IT7 表面粗糙度为 6 3 1 6 m 普通铣削一般只能加工平面 用成形铣刀也可以加工出固定的曲面 数控铣床可以用软件通过数控系统控制几个轴按一定关系联动 铣出 10 复杂曲面来 这时一般采用球头铣刀 数控铣床对加工叶轮机械的叶 片 模具的模芯和型腔等形状复杂的工件 具有特别重要的意义 三 刨削三 刨削 刨削时 刀具的往复直线运动为切削主运动 因此 刨削速度不可能太高 生产率较低 刨削比铣削平稳 其加工精度一般可达 IT8 IT7 表面粗糙度为 Ra6 3 1 6 m 精刨平面度可达 0 02 1000 表面粗糙 度为 0 8 0 4 m 四 磨削四 磨削 磨削以砂轮或其它磨具对工件进行加工 其主运动是砂轮的旋转 砂轮的磨削过程实际上是磨粒对工件表面的切削切削 刻削刻削和滑擦滑擦三种作 用的综合效应 磨削中 磨粒本身也由尖锐逐渐磨钝 使切削作用变 差 切削力变大 当切削力超过粘合剂强度时 圆钝的磨粒脱落 露 出一层新的磨粒 形成砂轮的 自锐性自锐性 但切屑和碎磨粒仍会将砂轮 阻塞 因而 磨削一定时间后 需用金刚石车刀等对砂轮进行修整 磨削时 由于刀刃很多 所以加工时平稳 精度高 磨床是精加工 机床 磨削精度可达 IT6 IT4 表面粗糙度 Ra 可达 1 25 0 01 m 甚至可达 0 1 0 008 m 磨削的另一特点是可以对淬硬的金属材料进 行加工 因此 往往作为最终加工工序 磨削时 产生热量大 需有 充分的切削液进行冷却 按功能不同 磨削还可分为外园磨 内孔磨 平磨等 11 五 钻削与镗削五 钻削与镗削 在钻床上 用钻头旋转钻削孔 是孔加工的最常用方法 钻削的加 工精度较低 一般只能达到 IT10 表面粗糙度一般为 12 5 6 3 m 在 钻削后常常采用扩孔和铰孔来进行半精加工和精加工 扩孔采用扩孔 钻 铰孔采用铰刀进行加工 铰削加工精度一般为 IT9 IT6 表面粗 糙度为 Ra1 6 0 4 m 扩孔 铰孔时 钻头 铰刀一般顺着原底孔的 轴线 无法提高孔的位置精度 镗孔可以较正孔的位置 镗孔可在镗 床上或车床上进行 在镗床上镗孔时 镗刀基本与车刀相同 不同之 处是工件不动 镗刀在旋转 镗孔加工精度一般为 IT9 IT7 表面粗 糙度为 Ra6 3 0 8mm 六 齿面加工六 齿面加工 齿轮齿面加工方法可分为两大类 成形法成形法和展成法展成法 成形法加工 齿面所使用的机床一般为普通铣床 刀具为成形铣刀 需要两个简单 成形运动 刀具的旋转运动和直线移动 展成法加工齿面的常用机床 有滚齿机 插齿机等 七 复杂曲面加工七 复杂曲面加工 三维曲面的切削加工 主要采用仿形铣和数控铣的方法或特种 加工方法 仿形铣必须有原型作为靠模 加工中球头仿形头 一直以 一定压力接触原型曲面 仿形头的运动变换为电感量 加工放大控制 铣床三个轴的运动 形成刀头沿曲面运动的轨迹 铣刀多采用与仿形 头等半径的球头铣刀 数控技术的出现为曲面加工提供了更有效的方 12 法 在数控铣床或加工中心上加工时 是通过球头铣刀逐点按坐标值 加工而成 采用加工中心加工复杂曲面的优点是 加工中心上有刀库 配备几十把刀具 曲面的粗 精加工 可用不同刀具对凹曲面的不同 曲率半径 也可选用适当的刀具 同时 可在一次安装中加工各种辅 助表面 如孔 螺纹 槽等 这样充分保证了各表面的相对位置精度 八 特种加工八 特种加工 特种加工方法是指区别于传统切削加工方法 利用化学 物理 电 声 光 热 磁 或电化学方法对工件材料进行加工的一系列加工方法的总 称 这些加工方法包括 化学加工 CHM 电化学加工 ECM 电化学 机械加工 ECMM 电火花加工 EDM 电接触加工 RHM 超声波加工 USM 激光束加工 LBM 离子束加工 IBM 电子束加工 EBM 等 离子体加工 PAM 电液加工 EHM 磨料流加工 AFM 磨料喷射加工 AJM 液体喷射加工 HDM 及各类复合加工等 零件制造的工艺过程零件制造的工艺过程 一 几个概念一 几个概念 1 生产过程 生产过程 从原材料或半成品到成品制造出来的各有关劳动过程的从原材料或半成品到成品制造出来的各有关劳动过程的 总和称为工厂的总和称为工厂的生产过程生产过程 一台产品的生产过程包括的内容有 一台产品的生产过程包括的内容有 提示 提示 13 2 工艺过程 工艺过程 在生产过程中凡直接改变生产对象的尺寸 形状 性能在生产过程中凡直接改变生产对象的尺寸 形状 性能 包括物理性能 化学性能 机械性能等包括物理性能 化学性能 机械性能等 以及相对位置关系的过程 统以及相对位置关系的过程 统 称为称为工艺过程工艺过程 工艺过程又可分为工艺过程又可分为铸造 锻造 冲压 焊接 机械加工 装配铸造 锻造 冲压 焊接 机械加工 装配等工等工 艺过程 本门课程只研究机械加工工艺过程和装配工艺过程 铸造 艺过程 本门课程只研究机械加工工艺过程和装配工艺过程 铸造 锻造 冲压 焊接 热处理等工艺过程是锻造 冲压 焊接 热处理等工艺过程是 材料成型技术材料成型技术 课程的研课程的研 究对象 究对象 二 二 机械加工工艺过程机械加工工艺过程 一一 定义 定义 用机械加工的方法直接改变毛坯形状 尺寸和机械性能等 用机械加工的方法直接改变毛坯形状 尺寸和机械性能等 使之变为合格零件的过程 使之变为合格零件的过程 称为称为机械加工工艺过程机械加工工艺过程 又称又称工艺路线工艺路线或或 工艺流程工艺流程 二二 机械加工工艺过程的组成机械加工工艺过程的组成 机械加工工艺过程由机械加工工艺过程由若干个按一定顺序排列的若干个按一定顺序排列的 工序工序组成 组成 工序工序 指一个 或一组 工人在一个工作地点 如一台机床或一个钳工台 对一个 或同时对几个 工件连续完成的那部分工艺过程 称为工序 工位工位 工位是指在一次装夹中 工件在机床上所占的每个位置上所完成那一部分工序 三三 机械加工工艺过程与生产类型机械加工工艺过程与生产类型 14 不同的生产类型 其生产过程和生产组织 车间的机床布置 毛坯不同的生产类型 其生产过程和生产组织 车间的机床布置 毛坯 的制造方法 采用的工艺装备 加工方法以及工人的熟练程度等都有的制造方法 采用的工艺装备 加工方法以及工人的熟练程度等都有 很大的不同 因此很大的不同 因此在制定工艺路线时必须明确该产品的生产类型在制定工艺路线时必须明确该产品的生产类型 1 生产纲领 生产纲领 指包括备品 备件在内的该产品的年产量 产品的年指包括备品 备件在内的该产品的年产量 产品的年 生产纲领就是产品的年生产量 生产纲领就是产品的年生产量 零件的年生产纲领零件的年生产纲领由下式计算 由下式计算 2 生产类型 生产类型 根据生产纲领的大小 根据生产纲领的大小 生产可分为三种类型 生产可分为三种类型 1 单件生产单件生产 定义 定义 单个的生产不同结构和不同尺寸的产品 单个的生产不同结构和不同尺寸的产品 特特 点 点 是产品的种类繁多 是产品的种类繁多 2 成批生产成批生产 定义 定义 一年中分批 分期地制造同一产品 一年中分批 分期地制造同一产品 特点 特点 生产品种较多 每种品种均有一定数量 各种产品分批 分期轮番进生产品种较多 每种品种均有一定数量 各种产品分批 分期轮番进 行生产 行生产 小批生产 小批生产 生产特点与单件生产基本相同 生产特点与单件生产基本相同 中批生产 中批生产 生产特点介于小批生产和大批生产之间 生产特点介于小批生产和大批生产之间 大批生产 大批生产 生产特点与大量生产相同 生产特点与大量生产相同 3 大量生产大量生产 定义 定义 全年中重复制造同一产品 全年中重复制造同一产品 特点 特点 产品品种产品品种 少 产量大 长期重复进行同一产品的加工 少 产量大 长期重复进行同一产品的加工 零件工艺性分析与毛坯的选择零件工艺性分析与毛坯的选择 15 一 零件工艺性分析一 零件工艺性分析 1 查零件图的完整性 查零件图的完整性 审查零件图上的尺寸标注是否完整 结构表审查零件图上的尺寸标注是否完整 结构表 达是否清楚 达是否清楚 2 分析技术要求是否合理 分析技术要求是否合理 1 加工表面的尺寸精度 加工表面的尺寸精度 2 主要加工表面的形状精度 主要加工表面的形状精度 3 主要加工表面的相互位置精度 主要加工表面的相互位置精度 4 表面质量要求 表面质量要求 5 热处理要求 热处理要求 零件上的尺寸公差 形位公差和表面粗糙度的标注 应根据零件的零件上的尺寸公差 形位公差和表面粗糙度的标注 应根据零件的 功能经济合理地决定 过高的要求会增加加工难度 过低的要求会影功能经济合理地决定 过高的要求会增加加工难度 过低的要求会影 响工作性能 两者都是不允许的 响工作性能 两者都是不允许的 3 审查零件材料选用是否适当 审查零件材料选用是否适当 材料的选择既要满足产品的使用要求 又要考虑产品成本 尽可能材料的选择既要满足产品的使用要求 又要考虑产品成本 尽可能 采用常用材料 如采用常用材料 如 45 号钢 少用贵重金属 号钢 少用贵重金属 4 零件的结构工艺性分析 零件的结构工艺性分析 1 零件结构工艺性零件结构工艺性 是指所设计的零件在能满足使用要求的前提是指所设计的零件在能满足使用要求的前提 下制造的可行性和经济性 下制造的可行性和经济性 16 它包括零件的各个制造过程中的工艺性 有零件结构的铸造 锻造 它包括零件的各个制造过程中的工艺性 有零件结构的铸造 锻造 冲压 焊接 热处理 切削加工等工艺性 由此可见 零件结构工艺冲压 焊接 热处理 切削加工等工艺性 由此可见 零件结构工艺 性涉及面很广 具有综合性 必须全面综合地分析 性涉及面很广 具有综合性 必须全面综合地分析 在制订机械加工工艺规程时 主要进行零件切削加工工艺性分析 在制订机械加工工艺规程时 主要进行零件切削加工工艺性分析 2 机械加工对零件局部结构工艺性的要求机械加工对零件局部结构工艺性的要求 3 机械加工对零件整体结构工艺性的要求机械加工对零件整体结构工艺性的要求 零件是各要素 各尺寸组成的一个整体 所以更应考虑零零件是各要素 各尺寸组成的一个整体 所以更应考虑零 件整体结构的工艺性 具体有以下几点要求 件整体结构的工艺性 具体有以下几点要求 1 尽量采用标准件 通用件 尽量采用标准件 通用件 2 在满足产品使用性能的条件下 零件图上标注的尺寸 在满足产品使用性能的条件下 零件图上标注的尺寸 精度等级和表面粗糙度要求应取最经济值精度等级和表面粗糙度要求应取最经济值 3 尽量选用切削加工性好的材料 尽量选用切削加工性好的材料 4 有便于装夹的定位基准和夹紧表面 有便于装夹的定位基准和夹紧表面 5 节省材料 减轻质量 节省材料 减轻质量 二 毛坯的选择二 毛坯的选择 1 毛坯的种类 毛坯的种类 1 铸造毛坯 适合做形状复杂零件的毛坯铸造毛坯 适合做形状复杂零件的毛坯 2 锻造毛坯 适合做形状简单零件的毛坯 锻造毛坯 适合做形状简单零件的毛坯 3 型材 适合做轴 平板类零件的毛坯 型材 适合做轴 平板类零件的毛坯 4 焊接毛坯 适合板料 框架类零件的毛坯 焊接毛坯 适合板料 框架类零件的毛坯 17 2 选择毛坯的原则 选择毛坯的原则 1 选择原则 选择原则 毛坯的形状和尺寸应尽量接近零件的形状和尺寸 毛坯的形状和尺寸应尽量接近零件的形状和尺寸 以减少机械加工 以减少机械加工 2 毛坯选择应考虑的因素 毛坯选择应考虑的因素 1 生产纲领的大小 生产纲领的大小 对于大批大量生产 应选择高精度的毛坯制对于大批大量生产 应选择高精度的毛坯制 造方法 以减少机械加工 节省材料 造方法 以减少机械加工 节省材料 2 现有生产条件 现有生产条件 要考虑现有的毛坯制造水平和设备能力 要考虑现有的毛坯制造水平和设备能力 基准基准 一 一 基准的概念及分类 基准的概念及分类 1 基准的定基准的定义义 在零件图上或实际的零件上 用来确定其它点 线 在零件图上或实际的零件上 用来确定其它点 线 面位置时所依据的那些点 线 面 称为基准 面位置时所依据的那些点 线 面 称为基准 2 基准的分类 基准的分类 按其功用可分为 按其功用可分为 1 设计基准设计基准 零件工作图上用来确定其它点 线 面位置的基准 为设计基准 零件工作图上用来确定其它点 线 面位置的基准 为设计基准 2 工艺基准工艺基准 是加工 测量和装配过程中使用的基准 又称是加工 测量和装配过程中使用的基准 又称制造基准制造基准 a 工序基准 工序基准 是指在工序图上 用来确定加工表面位置的基准 它与加工表面有尺寸 位置是指在工序图上 用来确定加工表面位置的基准 它与加工表面有尺寸 位置 要求 要求 b 定位基准 定位基准 是加工过程中 使工件相对机床或刀具占据正确位置所使用的基准 是加工过程中 使工件相对机床或刀具占据正确位置所使用的基准 c 度量基准 度量基准 测量基准测量基准 是用来测量加工表面位置和尺寸而使用的基准 是用来测量加工表面位置和尺寸而使用的基准 d 装配基准 装配基准 是装配过程中用以确定零部件在产品中位置的基准 是装配过程中用以确定零部件在产品中位置的基准 举例如下 举例如下 18 二 定位基准的选择 二 定位基准的选择 定位基准包括粗基准和精基准 定位基准包括粗基准和精基准 粗基准粗基准 用未加工过的毛坯表面做基准 用未加工过的毛坯表面做基准 精基准精基准 用已加工过的表面做基准 用已加工过的表面做基准 1 粗基准的选择原则 粗基准的选择原则 粗基准影响 位置精度 各加工表面的余量大小 均匀 足够 粗基准影响 位置精度 各加工表面的余量大小 均匀 足够 重点考虑 如何保证各加工表面有足够余量 使不加工表面和加工重点考虑 如何保证各加工表面有足够余量 使不加工表面和加工 表面间的尺寸 位置符合零件图要求 表面间的尺寸 位置符合零件图要求 1 合理分配加工余量的原则 合理分配加工余量的原则 a 应保证各加工表面都有足够的加工余量 如外圆加工以轴线为基 应保证各加工表面都有足够的加工余量 如外圆加工以轴线为基 准 准 b 以加工余量小而均匀的重要表面为粗基准 以保证该表面加工余 以加工余量小而均匀的重要表面为粗基准 以保证该表面加工余 19 量分布均匀 表面质量高 如床身加工 先加工床腿再加工导轨面 量分布均匀 表面质量高 如床身加工 先加工床腿再加工导轨面 具体实例具体实例 导轨面作粗基准导轨面作粗基准加加 工床身底面工床身底面 在床身零件中 导轨面是最重要的表面 在床身零件中 导轨面是最重要的表面 它不仅精度要求高 而且要求导轨面具有均它不仅精度要求高 而且要求导轨面具有均 匀的金相组织和较高的耐磨性 由于在铸造匀的金相组织和较高的耐磨性 由于在铸造 床身时 导轨面是倒扣在砂箱的最底部浇铸床身时 导轨面是倒扣在砂箱的最底部浇铸 成型的 导轨面材料质地致密 砂眼 气孔成型的 导轨面材料质地致密 砂眼 气孔 相对较少 因此要求加工床身时 导轨面的相对较少 因此要求加工床身时 导轨面的 实际切除量要尽可能地小而均匀 故应选实际切除量要尽可能地小而均匀 故应选导导 轨面作粗基准轨面作粗基准加工床身底面 然后再以加工加工床身底面 然后再以加工 过的过的床身底面作精基准床身底面作精基准加工导轨面 此时从加工导轨面 此时从 导轨面上去除的加工余量可较小而均匀 导轨面上去除的加工余量可较小而均匀 床身底面作精基准床身底面作精基准 加工导轨面加工导轨面 2 保证零件加工表面相对于不加工表面具有一定位置精度的原则 保证零件加工表面相对于不加工表面具有一定位置精度的原则 一般应以非加工面做为粗基准 这样可以保证不加工表面相对于加一般应以非加工面做为粗基准 这样可以保证不加工表面相对于加 工表面具有较为精确的相对位置 当零件上有几个不加工表面时 应工表面具有较为精确的相对位置 当零件上有几个不加工表面时 应 选择与加工面相对位置精度要求较高的不加工表面作粗基准 选择与加工面相对位置精度要求较高的不加工表面作粗基准 具体实具体实 例例 图示套筒法兰零件 表面为不加工图示套筒法兰零件 表面为不加工 表面 为保证镗孔后零件的壁厚均匀 表面 为保证镗孔后零件的壁厚均匀 应选表面作粗基准镗孔 车外圆 车应选表面作粗基准镗孔 车外圆 车 20 端面 端面 套筒法兰加工实例套筒法兰加工实例 3 便于装夹的原则 便于装夹的原则 选表面光洁的平面做粗基准 以保证定位准确 夹紧可选表面光洁的平面做粗基准 以保证定位准确 夹紧可 靠 靠 4 粗基准一般不得重复使用的原则 粗基准一般不得重复使用的原则 在同一尺寸方向上粗基准通常只允许使在同一尺寸方向上粗基准通常只允许使 用一次 这是因为粗基准一般都很粗糙 重复使用同一粗基准所加工的两组表用一次 这是因为粗基准一般都很粗糙 重复使用同一粗基准所加工的两组表 面之间位置误差会相当大 因此 粗基一般不得重复使用 面之间位置误差会相当大 因此 粗基一般不得重复使用 2 精基准的选择 精基准的选择 重点考虑 如何较少误差 提高定位精度 重点考虑 如何较少误差 提高定位精度 1 基准重合原则 基准重合原则 利用设计基准做为定位基准 即为基准重合原则 利用设计基准做为定位基准 即为基准重合原则 2 基准统一原则 基准统一原则 在大多数工序中 都使用同一基准的原则 在大多数工序中 都使用同一基准的原则 这样容易保证各加工表面的相互位置精度 避免这样容易保证各加工表面的相互位置精度 避免 基准变换所产生的误差 基准变换所产生的误差 例如 加工轴类零件时 一般都采用两个顶尖孔作为统一精基准来加工轴类零件上的所有外圆表面和端面 这样例如 加工轴类零件时 一般都采用两个顶尖孔作为统一精基准来加工轴类零件上的所有外圆表面和端面 这样 可以保证各外圆表面间的同轴度和端面对轴心线的垂直度 可以保证各外圆表面间的同轴度和端面对轴心线的垂直度 3 互为基准原则 互为基准原则 加工表面和定位表面互相转换的原则 一般适用于精加工和光磨加工中 例如 加工表面和定位表面互相转换的原则 一般适用于精加工和光磨加工中 例如 车床主轴前后支承轴颈与主轴锥孔间有严格的同轴度要求 常先以主轴锥孔为基准磨主轴前 后支承车床主轴前后支承轴颈与主轴锥孔间有严格的同轴度要求 常先以主轴锥孔为基准磨主轴前 后支承 轴颈表面 然后再以前 后支承轴颈表面为基准磨主轴锥孔 最后达到图纸上规定的同轴度要求 轴颈表面 然后再以前 后支承轴颈表面为基准磨主轴锥孔 最后达到图纸上规定的同轴度要求 4 自为基准原则 自为基准原则 以加工表面自身做为定位基准的原则 以加工表面自身做为定位基准的原则 如如浮动镗孔 拉孔浮动镗孔 拉孔 只能提高加工表面的 只能提高加工表面的 尺寸精度 不能提高表面间的位置精度 尺寸精度 不能提高表面间的位置精度 还有一些表面的精加工工序 要求加工余量小而均匀 常以加工表面自身为基准 还有一些表面的精加工工序 要求加工余量小而均匀 常以加工表面自身为基准 例如 例如 图示为在导轨磨床上磨床身导轨表面 被加工床身图示为在导轨磨床上磨床身导轨表面 被加工床身 1 通过楔铁通过楔铁 2 支承在工作台上 纵向移动工作台时 支承在工作台上 纵向移动工作台时 轻压在被加工导轨面上的百分表指针便给出了被加工导轨面相对于机床导轨的不平行度读数 根据此轻压在被加工导轨面上的百分表指针便给出了被加工导轨面相对于机床导轨的不平行度读数 根据此 读数操作工人调整工件读数操作工人调整工件 1 底部的底部的 4 个楔铁 直至工作台带动工件纵向移动时百分表指针基本不动为止 个楔铁 直至工作台带动工件纵向移动时百分表指针基本不动为止 然后将工件然后将工件 1 夹紧在工作台上进行磨削 夹紧在工作台上进行磨削 21 在导轨磨床上磨床身导轨面在导轨磨床上磨床身导轨面 三 工装夹具设计原理三 工装夹具设计原理 工艺装备的概念与分类工艺装备的概念与分类 从广义来说 工艺过程所使用的一切工具 都属于从广义来说 工艺过程所使用的一切工具 都属于 工装工装 的范畴 的范畴 各工序使用的主机 如机床 冲压设备等是工艺装备的主要部分 而各工序使用的主机 如机床 冲压设备等是工艺装备的主要部分 而 每工序使用的各种辅助工具 如夹具 刀具 量检具以及各种模具等每工序使用的各种辅助工具 如夹具 刀具 量检具以及各种模具等 也是工装的内容 通常 我们说的也是工装的内容 通常 我们说的 工装工装 指的是后者 指的是后者 机床夹具是机械加工工艺系统的一个重要组成部分 为保证工件机床夹具是机械加工工艺系统的一个重要组成部分 为保证工件 某工序的加工要求 必须使工件在机床上相对刀具的切削或成形运动某工序的加工要求 必须使工件在机床上相对刀具的切削或成形运动 处于准确的相对位置 当用夹具装夹加工一批工件时 是通过夹具来处于准确的相对位置 当用夹具装夹加工一批工件时 是通过夹具来 实现这一要求的 而要实现这一要求 又必须满足三个条件 实现这一要求的 而要实现这一要求 又必须满足三个条件 一批一批 22 工件在夹具中占有正确的加工位置 工件在夹具中占有正确的加工位置 夹具装夹在机床上的准确位置 夹具装夹在机床上的准确位置 刀具相对夹具的准确位置 刀具相对夹具的准确位置 这里涉及了这里涉及了三层关系 三层关系 零件相对夹具 零件相对夹具 夹具相对于机床 零件相对于机床 工件的最终精度是由零件相对于夹具相对于机床 零件相对于机床 工件的最终精度是由零件相对于 机床获得的 所以机床获得的 所以 定位定位 也涉及到三层关系 也涉及到三层关系 工件在夹具上的定位 夹工件在夹具上的定位 夹 具相对于机床的定位 而工件相对于机床的定位是间接通过夹具来保具相对于机床的定位 而工件相对于机床的定位是间接通过夹具来保 证的 证的 工件定位以后必须通过一定的装置产生夹紧力把工件固定 使工件工件定位以后必须通过一定的装置产生夹紧力把工件固定 使工件 保持在准确定位的位置上 否则 在加工过程中因受切削力 惯性力保持在准确定位的位置上 否则 在加工过程中因受切削力 惯性力 等力的作用而发生位置变化或引起振动 破坏了原来的准等力的作用而发生位置变化或引起振动 破坏了原来的准 确定位 无确定位 无 法保证加工要求 这种产生夹紧力的装置便是夹紧装置 法保证加工要求 这种产生夹紧力的装置便是夹紧装置 夹具夹具 机床夹具概述 机床夹具概述 1 1 机床夹具的概念机床夹具的概念 机床夹具机床夹具是机床上用以装夹工件 和引导刀具 的一种装置 其作是机床上用以装夹工件 和引导刀具 的一种装置 其作 用是将工件定位 以使工件获得相对于机床和刀具的正确位置 并把用是将工件定位 以使工件获得相对于机床和刀具的正确位置 并把 工件可靠地夹紧 工件可靠地夹紧 装夹装夹 定位定位 夹紧夹紧 2 2 机床夹具的分类机床夹具的分类 1 1 按专门化程度分类 按专门化程度分类 23 1 1 通用夹具 通用夹具 通用夹具通用夹具是指已经标准化的 在一定范围内可用于加工不同工件的是指已经标准化的 在一定范围内可用于加工不同工件的 夹具 例如 车床上三爪卡盘和四爪单动卡盘 铣床上的平口钳 分夹具 例如 车床上三爪卡盘和四爪单动卡盘 铣床上的平口钳 分 度头和回转工作台等 这类夹具一般由专业工厂生产 常作为机床附度头和回转工作台等 这类夹具一般由专业工厂生产 常作为机床附 件提供给用户 其特点是适应性广 生产效率低 主要适用于单件 件提供给用户 其特点是适应性广 生产效率低 主要适用于单件 小批量的生产中 小批量的生产中 2 2 专用夹具 专用夹具 专用夹具专用夹具是指专为某一工件的某道工序而专门设计的夹具 其特是指专为某一工件的某道工序而专门设计的夹具 其特 点是结构紧凑 操作迅速 方便 省力 可以保证较高的加工精度和点是结构紧凑 操作迅速 方便 省力 可以保证较高的加工精度和 生产效率 但设计制造周期较长 制造费用也较高 当产品变更时 生产效率 但设计制造周期较长 制造费用也较高 当产品变更时 夹具将由于无法再使用而报废 只适用于产品固定且批量较大的生产夹具将由于无法再使用而报废 只适用于产品固定且批量较大的生产 中 中 3 3 通用可调夹具和成组夹具 通用可调夹具和成组夹具 其特点是夹具的部分元件可以更换 部分装置可以调整 以适应不其特点是夹具的部分元件可以更换 部分装置可以调整 以适应不 同零件的加工 用于相似零件的成组加工所用的夹具 称为同零件的加工 用于相似零件的成组加工所用的夹具 称为成组夹具成组夹具 通用可调夹具与成组夹具相比 加工对象不很明确 适用范围更广一通用可调夹具与成组夹具相比 加工对象不很明确 适用范围更广一 些 些 4 4 组合夹具 组合夹具 组合夹具组合夹具是指按零件的加工要求 由一套事先制造好的标准元件是指按零件的加工要求 由一套事先制造好的标准元件 24 和部件组装而成的夹具 由专业厂家制造 其特点是灵活多变 万能和部件组装而成的夹具 由专业厂家制造 其特点是灵活多变 万能 性强 制造周期短 元件能反复使用 特别适用于新产品的试制和单性强 制造周期短 元件能反复使用 特别适用于新产品的试制和单 件小批生产 件小批生产 5 5 随行夹具 随行夹具 随行夹具随行夹具是一种在自动线上使用的夹具 该夹具既要起到装夹工是一种在自动线上使用的夹具 该夹具既要起到装夹工 件的作用 又要与工件成为一体沿着自动线从一个工位移到下一个工件的作用 又要与工件成为一体沿着自动线从一个工位移到下一个工 位 进行不同工序的加工 位 进行不同工序的加工 2 2 按使用的机床分类 按使用的机床分类 由于各类机床自身工作特点和结构形式各不相同 对所用夹具的结由于各类机床自身工作特点和结构形式各不相同 对所用夹具的结 构也相应地提出了不同的要求 按所使用的机床不同 夹具又可分为 构也相应地提出了不同的要求 按所使用的机床不同 夹具又可分为 车床夹具 铣床夹具 钻床夹具 镗床夹具 磨床夹具 齿轮机床夹车床夹具 铣床夹具 钻床夹具 镗床夹具 磨床夹具 齿轮机床夹 具和其他机床夹具等 具和其他机床夹具等 3 3 按夹紧动力源分类 按夹紧动力源分类 根据夹具所采用的夹紧动力源不同 可分为 手动夹具 气动夹具 根据夹具所采用的夹紧动力源不同 可分为 手动夹具 气动夹具 液压夹具 气液夹具 电动夹具 磁力夹具 真空夹具等 液压夹具 气液夹具 电动夹具 磁力夹具 真空夹具等 3 3 机床夹具的组成机床夹具的组成 1 定位元件定位元件 它与工件的定位基准相接触 用于确定工件在夹具中的它与工件的定位基准相接触 用于确定工件在夹具中的 正确位置 从而保证加工时工件相对于刀具和机床加工运动间的相正确位置 从而保证加工时工件相对于刀具和机床加工运动间的相 25 对正确位置 如图对正确位置 如图 6 16 1 中的定位销中的定位销 6 6 2 夹紧装置夹紧装置 用于夹紧工件 在切削时使工件在夹具中保持既定位置 用于夹紧工件 在切削时使工件在夹具中保持既定位置 如图如图 6 16 1 中的螺母中的螺母 5 5 和开口垫圈和开口垫圈 4 4 3 对刀 引导元件或装置对刀 引导元件或装置 这些元件的作用是保证工件与刀具之间的这些元件的作用是保证工件与刀具之间的 正确位置 用于确定刀具在加工前正确位置的元件 称为对刀元件 正确位置 用于确定刀具在加工前正确位置的元件 称为对刀元件 如对刀块 用于确定刀具位置并导引刀具进行加工的元件 称为导引如对刀块 用于确定刀具位置并导引刀具进行加工的元件 称为导引 元件 如图元件 如图 6 16 1 中的快换钻套中的快换钻套 1 1 图为用于钻轴套工件上图为用于钻轴套工件上 6H7 6H7 孔的钻床夹具 工件以内孔及端孔的钻床夹具 工件以内孔及端 面为定位基准 在夹具的定位销面为定位基准 在夹具的定位销 6 6 及其端面上定位 即确定了工件及其端面上定位 即确定了工件 在夹具中的正确位置 拧紧螺母在夹具中的正确位置 拧紧螺母 5 5 通过开口垫圈 通过开口垫圈 4 4 可将工件夹紧 可将工件夹紧 然后由装在钻模板然后由装在钻模板 3 3 上的快换钻套上的快换钻套 1 1 导引钻头进行钻孔 导引钻头进行钻孔 图 6 1 钻床夹具 1 快换钻套 2 导向套 3 钻模板 4 开口垫圈 5 螺母 6 26 定位销 7 夹具体 4 连接元件连接元件 使夹具与机床相连接的元件 保证机床与夹具之间的相互位置关系 使夹具与机床相连接的元件 保证机床与夹具之间的相互位置关系 5 夹具体夹具体 用于连接或固定夹具上各元件及装置 使其成为一个整体的基础件 用于连接或固定夹具上各元件及装置 使其成为一个整体的基础件 它与机床有关部件进行连接 对定 使夹具相对机床具有确定的位置 它与机床有关部件进行连接 对定 使夹具相对机床具有确定的位置 如图如图 6 16 1 中的夹具体中的夹具体 7 7 6 其它元件及装置其它元件及装置 有些夹具根据工件的加工要求 要有分度机构 铣床夹具还要有有些夹具根据工件的加工要求 要有分度机构 铣床夹具还要有 定位键等 定位键等 以上这些组成部分 并不是对每种机床夹具都是缺一不可的 但以上这些组成部分 并不是对每种机床夹具都是缺一不可的 但 是任何夹具都必须有定位元件和夹紧装置 它们是保证工件加工精度是任何夹具都必须有定位元件和夹紧装置 它们是保证工件加工精度 的关键 目的是使工件定准 夹牢 的关键 目的是使工件定准 夹牢 4 4 机床夹具的功用 机床夹具的功用 1 1 能稳定地保证工件的加工精度 能稳定地保证工件的加工精度 用夹具装夹工件时 工件相对于刀具及机床的位置精度由夹具保证 用夹具装夹工件时 工件相对于刀具及机床的位置精度由夹具保证 不受工人技术水平的影响 使一批工件的加工精度趋于一致 不受工人技术水平的影响 使一批工件的加工精度趋于一致 27 2 2 能减少辅助工时 提高劳动生产率 能减少辅助工时 提高劳动生产率 使用夹具装夹工件方便 快速 工件不需要划线找正 可显著地减使用夹具装夹工件方便 快速 工件不需要划线找正 可显著地减 少辅助工时 工件在夹具中装夹后提高了工件的刚性 可加大切削用少辅助工时 工件在夹具中装夹后提高了工件的刚性 可加大切削用 量 可使用多件 多工位装夹工件的夹具 并可采用高效夹紧机构 量 可使用多件 多工位装夹工件的夹具 并可采用高效夹紧机构 进一步提高劳动生产率 进一步提高劳动生产率 3 3 能扩大机床的使用范围 实现一机多能 能扩大机床的使用范围 实现一机多能 根据加工机床的成形运动 附以不同类型的夹具 即可扩大机床根据加工机床的成形运动 附以不同类型的夹具 即可扩大机床 原有的工艺范围 例如在车床的溜板上或摇臂钻床工作台上装上镗模 原有的工艺范围 例如在车床的溜板上或摇臂钻床工作台上装上镗模 就可以进行箱体零件的镗孔加工 就可以进行箱体零件的镗孔加工 工件在夹具中的定位 工件在夹具中的定位 六点定位原理 六点定位原理 任何未定位的工件在空间直角坐标系中都任何未定位的工件在空间直角坐标系中都 具有六个自由度 工件定位的任务就是根据具有六个自由度 工件定位的任务就是根据 加工要求限制工件的全部或部分自由度 工加工要求限制工件的全部或部分自由度 工 件的件的六点定位原理六点定位原理是指用六个支撑点来分别是指用六个支撑点来分别 限制工件的六个自由度 从而使工件在空间限制工件的六个自由度 从而使工件在空间 得到确定定位的方法 得到确定定位的方法 完全定位与不完全定位 完全定位与不完全定位 28 工件的六个自由度完全被限制的定位称为工件的六个自由度完全被限制的定位称为完全定位完全定位 按加工要求 按加工要求 允许有一个或几个自由度不被限制