普通车改为车磨等分球窝专用机床的夹具设计.docx
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普通车改为车磨等分球窝专用机床的夹具设计
摘要
工具是人类文明进步的标志。
自21世纪以来，现代制造技术与机械制造工艺自动化都有了长足的发展。
但工具（含夹具、刀具、量具与辅具等）在不段的革新中，其功能仍然十分显著。
机床夹具对零件加工的质量、生产率和产品成本都有着直接的影响。
因此，无论在传统制造还是现代制造系统中，夹具都是重要的工艺装备。
夹具是一种能够使工件按一定的技术要求准确定位和牢固加紧的工艺装备，它广泛地应用于机械加工、检测和装配等整个工艺过程中。
在现代化的机械和仪器制造业中，提高加工精度和生产率，降低制造成本，一直是生产厂家所追求的目标。
正确的设计并、合理地使用夹具，是保证加工质量和提高生产效率从而降低成本的重要技术环节之一，同时也是扩大各种机床使用范围比不可少的手段。
本文研究的是将C620-1改造成可以车磨两用加工等分球窝的专用机床；专用机床要加工等分球窝的不同尺寸，要加工不同大小的零件时只需调节等分盘上的螺钉和换上相配合的胎座。
本文介绍了机床夹具的组成、特点及发展现状，同时分析了机床夹具的不同作用。
最主要的就是将C620-1改造成可以车磨两用加工等分球窝的专用机床的整个过程，车等分球窝夹具组成的零部件的设计及组合夹具装配精度和注意事项。
研究内球面的加工工艺及专用夹具的应用。
本文提出的加工等分球窝的专用夹具克服了以前车磨不能使用同一个机床的弊端。
而本文设计安装在车床主轴上的专用夹具，实现多等分、多中心径球面的系列加工。
并且提出球兜孔保持架模具生产纲领为多品种小批量，其上有在等分球窝，要求在车床上加工。
研究结果表明：
将C620-1改造成可以车磨两用加工等分球窝的专用机床的专用夹具与磨床夹具比较有明显的优点：
结构简单，精度高，通用性强及使用方便等。
关键词：
现代制造技术，机床夹具，车磨两用，等分球窝的专用夹具
Abstract
Toolisasignofprogressinhumancivilization.Sincethe21stcentury,themodernmanufacturingtechnologyandmanufacturingprocessautomationmachineryhaveseensignificantdevelopment.Buttools（includingfixtures,tools,Toolsandassistivedevice,etc.）,notininnovation,itsfunctionsarestillverysignificant.Fixtureprocessingmachinepartsonthequality,productivityandproductcostshaveadirectimpact.Therefore,whetherintraditionalmanufacturingormodernmanufacturingsystems,fixturesandequipmentisanimportantprocess.
Isafixtureontheworkpiececanbecertainthatthetechnicalrequirementsofaccuratepositioningandfirmlysteppeduptheprocessandequipment;itiswidelyusedmechanicalprocessing,testingandassemblyoftheentireprocess.
Inthemodernizationofmachineryandequipmentmanufacturingindustry,improveprocessingaccuracyandproductivity,lowermanufacturingcosts,hasbeenbythemanufacturerspursuitofthegoal.Thedesignandcorrectandrationaluseoffixtureistoensurethattheprocessingqualityandimproveproductivitytoreducethecostofoneoftheimportanttechnicalaspects,butalsotoexpandthescopeofuseofalltypesofmachinetoolsthanindispensable.
Inthispaper,theC620-1willbetransformedintodual-useprocessingmillcarscanbeequallydedicatedballmachine;machinededicatedtotheprocessingofthedifferentsub-ballsizetothesizeofdifferentpartsprocessing,andonlysub-conditioningonthescrewsandreplacedcompatiblechildseat.Thispaperintroducesthemachinefixturecomposition,characteristicsandthedevelopmentofthestatusquo,atthesametimeanalyzingthemachinefixturedifferentrole.ThemainthingistoC620-1carscanbetransformedintosub-processingmilldual-usetheballmachineforthewholeprocess,carsandothersub-componentsconsistingofWaterloofixturedesignandmodularfixtureassemblyprecisionandattentiontothematter.Studysphericalprocessingtechnologyandtheapplicationofspecialfixture.
Thispaperpresentstheprocessingsub-Waterloodedicatedfixtureovercomebeforecarscanusethesamegrindingmachinedisadvantages.Inthispaperthedesignandinstallationofthelathespindlespecialfixturetoachievemoreequally,multi-center,aseriesofsphericaldiametermachining.HoleandputtheballtoutingCageDieProgrammefortheproductionofsmallquantitiesvariety,areinsub-Waterloo,inthelatheprocessingrequirements.
Theresultsshowthat:
C620-1carscanbetransformedintosub-processingmilldual-usetheballmachineforthespecialfixturejiggrindersandmoreobviousadvantages:
simplestructure,highprecision,highuniversalityandeasytouse,etc..
Keywords:
modernmanufacturingtechnology,andmachinetoolfixture,grindingdual-usevehicles,andothersub-Waterloodedicatedfixture
目录
摘要I
AbstractII
第1章绪论1
1.1现代机械工业的生产特点2
1.2夹具的特点2
1.2.1机床夹具在机械加工中的作用2
1.2.2机床夹具的工作原理3
1.2.3机床夹具的类型3
1.3机床夹具的组成5
1.4机床夹具的现状及发展方向6
1.4.1机床夹具的现状6
1.4.2现代机床夹具的发展方向6
1.5本课题的来源及主要研究内容8
第2章车球窝等分夹具设计要求9
2.1车球窝等分夹具设计步骤与方法9
2.1.1车球窝等分夹具设计的基本要求9
2.1.2车球窝等分夹具设计的步骤9
2.1.3车球窝等分夹具设计中的几个重要问题9
2.2等分夹具车球窝工艺路线的制定10
2.2.1定位基准的选择10
2.2.2提高等份夹具车球窝生产率的工艺途径11
2.3车床夹具的设计特点11
2.4设计夹具应注意的问题12
第3章将C620车床改为车球窝机床的工作原理
13
3.1球面凹模的加工图13
3.2根据此加工工艺设计工装夹具14
第4章车球窝等分夹具结构设计几技术要求16
4.1车球窝等分夹具结构16
4.2夹具体与等分盘的连接17
4.3胎座与等分盘的连接18
4.4被加工工件的定位19
4.5偏心距的测量20
4.6夹具与机床主轴的连接21
第5章结论23
5.1结论23
5.2展望24
致谢25
参考文献26
第1章绪论
夹具是一种装夹工件的工艺装备，它广泛地应用于机械制造过程的切削加工、热处理、装配、焊接和检测等工艺过程中。
在金属切削机床上使用的夹具统称为机床夹具。
在现代生产中，机床夹具是一种不可缺少的工艺装备，它直接影响着工件加工的精度、劳动生产率和产品的制造成本等。
现代机床特别是组合机床通常配备专用夹具，有些组合机床是围绕专用夹具设计的，专用夹具作为组合机床的重要组成部分，往往是能否满足使用要求的关键。
应用机床夹具，有利于保证工件的加工精度、稳定产品质量；有利于提高劳动生产率和降低成本；有利于改善工人劳动条件，保证安全生产；有利于扩大机床工艺范围，实现“一机多用”。
通用夹具是指已经标准化的，可用于加工一定范围内的不同工件的夹具。
如三爪自定心卡盘、机床用平口虎钳、万能分度头磁力工作台等。
据夹具在不同生产类型中的通用特性，机床夹具可分为通用夹具、专用夹具、可调夹具、组合夹具和拼装夹具五大类。
夹具按使用机床不同，可分为车床夹具、铣床夹具、钻床夹具、镗床夹具、齿轮机床夹具、数控机床夹具、自动机床夹具、自动线随行夹具以及其他机床夹具等。
随着科学技术的高速发展，机械产品不断更新换代，其产品型号越来越多，质量要求越来越高，更新周期也越来越短。
机床夹具是保证产品质量、提高劳动生产率的重要手段，其结构形式必须与其生产类型和市场变化相适应。
显然，单一品种大批量生产中所使用的专用夹具的结构形式，已难以适应这种多品种、高精度、短周期生产的要求，必须随生产形式的变化而向前发展。
其发展方向，主要表现在柔性化、精密化、高效自动化等方面，夹具设计工作则更加注重标准化和采用计算机辅助实现夹具设计自动化。
先进高效的机床夹具不仅能减轻工人劳动强度，提高生产率，甚至能使生产过程实现自动化。
随着汽车、内燃机、摩托车、轴承等行业的规模化发展，对机床夹具的设计与制造不断提出新的课题。
深入研究机床夹具设计的理论和改进机床夹具的结构，无疑具有巨大的经济意义。
1.1现代机械工业的生产特点
附着科学技术的进步和生产的发展，国民经济各部门要求机械工业不断提供先进的技术装备，研制新的产品品种，以满足国民经济的持续发展和保证人民生活水平不断的提高。
这样，促使机械工业的主产形式发生了显著的变化：
多品种、中小批量生产逐渐占了优势。
许多工业发达国家的统计资料表明，在现代机械工业中，约有80％的企业是属于这种生产类型的。
多品种、中小批量生产的特点，就是企业生产的产品品种多，而各种产品的批量不大，特别是近代科学新技术的应用，但产品的更新换代的周期愈来愈短．往往一种产品持续生产三至五年，就会被新的产品所取代。
这样，原来传统的生产技术准备工作，很不适应这种新的生产特点，而产生以下的主要问题：
（1）一般小批量生产采用先进的工艺方法和专用工艺装备是不经济的，高、精、尖产品而言，不采用这种手段无法达到规定的技术要求；
（2）现行的生产技术准备工作，一般都需较长的时间，花费的人力、物力较大，赶不上产品更新的需要；
（3）由于产品更新越来越快，使用一般的专用夹具，容易造成积压浪费。
为了解决这些矛盾，除了在产品结构设计和产品生产工艺方面进行改革之外，在工艺装备方面也必须改革其狭隘的专用性，使之适应新的需要。
1.2夹具的特点
应用机床夹具，有利于保证工件的加工精度、稳定产品质量；有利于提高劳动生产率和降低成本；有利于改善工人劳动条件，保证安全生产；有利于扩大机床工艺范围，实现“一机多用”。
1.2.1机床夹具在机械加工中的作用
1保证加工精度
采用夹具安装，可以准确地确定工件与机床、刀具之间的相互位置，工件的位置精度由夹具保证，不受工人技术水平的影响，其加工精度高而且稳定。
2提高生产率、降低成本
用夹具装夹工件，无需找正便能使工件迅速地定位和夹紧，显著地减少了辅助工时；用夹具装夹工件提高了工件的刚性，因此可加大切削用量；可以使用多件、多工位夹具装夹工件，并采用高效夹紧机构，这些因素均有利于提高劳动生产率。
另外，采用夹具后，产品质量稳定，废品率下降，可以安排技术等级较低的工人，明显地降低了生产成本。
3扩大机床的工艺范围
使用专用夹具可以改变原机床的用途和扩大机床的使用范围，实现一机多能。
例如，在车床或摇臂钻床上安装镗模夹具后，就可以对箱体孔系进行镗削加工；通过专用夹具还可将车床改为拉床使用，以充分发挥通用机床的作用。
4减轻工人的劳动强度
用夹具装夹工件方便、快速，当采用气动、液压等夹紧装置时，可减轻工人的劳动强度。
1.2.2机床夹具的工作原理
夹具工作原理的要点：
（1）使工件在夹具中占有正确的加工位置。
这是通过工件各定位面与夹具的相应定位元件的定位工作面（定位元件上起定位作用的表面）接触、配合或对准来实现的。
（2）夹具对于机床应先保证有准确的相对位置，而夹具结构又保证定位元件的定位工作面对夹具与机床相连接的表面之间的相对准确位置，这就保证了夹具定位工作面相对机床切削运动形成表面的准确几何位置，也就达到了工件加工面对定位基准的相互位置精度要求。
（3）使刀具相对有关的定位元件的定位工作面调整到准确位置，这就保证了刀具在工件上加工出的表面对工件定位基准的位置尺寸。
1.2.3机床夹具的类型
夹具是一种装夹工件的工艺装备，它广泛地应用于机械制造过程的切削加工、热处理、装配、焊接和检测等工艺过程中。
在金属切削机床上使用的夹具统称为机床夹具。
在现代生产中，机床夹具是一种不可缺少的工艺装备，它直接影响着工件加工的精度、劳动生产率和产品的制造成本等。
机床夹具的种类繁多，可以从不同的角度对机床夹具进行分类。
常用的分类方法有以下几种。
（１）按夹具的使用特点分类
根据夹具在不同生产类型中的通用特性，机床夹具可分为通用夹具、专用夹具、可调夹具、组合夹具和拼装夹具五大类。
①通用夹具已经标准化的可加工一定范围内不同工件的夹具，称为通用夹具，其结构、尺寸已规格化，而且具有一定通用性，如三爪自定心卡盘、机床用平口虎钳、四爪单动卡盘、台虎钳、万能分度头、顶尖、中心架和磁力工作台等。
这类夹具适应性强，可用于装夹一定形状和尺寸范围内的各种工件。
这些夹具已作为机床附件由专门工厂制造供应，只需选购即可。
其缺点是夹具的精度不高，生产率也较低，且较难装夹形状复杂的工件，故一般适用于单件小批量生产中。
②专用夹具专为某一工件的某道工序设计制造的夹具，称为专用夹具。
在产品相对稳定、批量较大的生产中，采用各种专用夹具，可获得较高的生产率和加工精度。
专用夹具的设计周期较长、投资较大。
专用夹具一般在批量生产中使用。
除大批大量生产之外，中小批量生产中也需要采用一些专用夹具，但在结构设计时要进行具体的技术经济分析。
③可调夹具某些元件可调整或更换，以适应多种工件加工的夹具，称为可调夹具。
可调夹具是针对通用夹具和专用夹具的缺陷而发展起来的一类新型夹具。
对不同类型和尺寸的工件，只需调整或更换原来夹具上的个别定位元件和夹紧元件便可使用。
它一般又可分为通用可调夹具和成组夹具两种。
前者的通用范围比通用夹具更大；后者则是一种专用可调夹具，它按成组原理设计并能加工一族相似的工件，故在多品种，中、小批量生产中使用有较好的经济效果。
④组合夹具采用标准的组合元件、部件，专为某一工件的某道工序组装的夹具，称为组合夹具。
组合夹具是一种模块化的夹具。
标准的模块元件具有较高精度和耐磨性，可组装成各种夹具。
夹具用毕可拆卸，清洗后留待组装新的夹具。
由于使用组合夹具可缩短生产准备周期，元件能重复多次使用，并具有减少专用夹具数量等优点，因此组合夹具在单件，中、小批量多品种生产和数控加工中，是一种较经济的夹具。
⑤拼装夹具用专门的标准化、系列化的拼装零部件拼装而成的夹具，称为拼装夹具。
它具有组合夹具的优点，但比组合夹具精度高、效能高、结构紧凑。
它的基础板和夹紧部件中常带有小型液压缸。
此类夹具更适合在数控机床上使用。
（２）按使用机床分类
夹具按使用机床不同，可分为车床夹具、铣床夹具、钻床夹具、镗床夹具、齿轮机床夹具、数控机床夹具、自动机床夹具、自动线随行夹具以及其他机床夹具等。
（３）按夹紧的动力源分类
夹具按夹紧的动力源可分为手动夹具、气动夹具、液压夹具、气液增力夹具、电磁夹具以及真空夹具等。
1.3机床夹具的组成
虽然机床夹具的种类繁多，但它们的工作原理基本上是相同的。
将各类夹具中，作用相同的结构或元件加以概括，可得出夹具一般所共有的以下几个组成部分，这些组成部分既相互独立又相互联系。
1．定位支承元件
定位支承元件的作用是确定工件在夹具中的正确位置并支承工件，是夹具的主要功能元件之一。
2．夹紧装置
夹紧元件的作用是将工件压紧夹牢，并保证在加工过程中工件的正确位置不变。
3．连接定向元件
这种元件用于将夹具与机床连接并确定夹具对机床主轴、工作台或导轨的相互位置。
4．对刀元件或导向元件
这些元件的作用是保证工件加工表面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
5．其它装置或元件
根据加工需要，有些夹具上还设有分度装置、靠模装置、上下料装置、工件顶出机构、电动扳手和平衡块等，以及标准化了的其它联接元件。
6．夹具体
夹具体是夹具的基体骨架，用来配置、安装各夹具元件使之组成一整体。
常用的夹具体为铸件结构、锻造结构、焊接结构和装配结构，形状有回转体形和底座形等形状。
上述各组成部分中，定位元件、夹紧装置、夹具体是夹具的基本组成部分。
1.4机床夹具的现状及发展方向
夹具最早出现在18世纪后期。
随着科学技术的不断进步，夹具已从一种辅助工具发展成为门类齐全的工艺装备。
1.4.1机床夹具的现状
国际生产研究协会的统计表明，目前中、小批多品种生产的工件品种已占工件种类总数的85％左右。
现代生产要求企业所制造的产品品种经常更新换代，以适应市场的需求与竞争。
然而，一般企业都仍习惯于大量采用传统的专用夹具，一般在具有中等生产能力的工厂里，约拥有数千甚至近万套专用夹具；另一方面，在多品种生产的企业中，每隔3~4年就要更新50~80％左右专用夹具，而夹具的实际磨损量仅为10~20％左右。
特别是近年来，数控机床、加工中心、成组技术、柔性制造系统（FMS）等新加工技术的应用，对机床夹具提出了如下新的要求：
（1）能迅速而方便地装备新产品的投产，以缩短生产准备周期，降低生产成本；
（2）能装夹一组具有相似性特征的工件；
（3）能适用于精密加工的高精度机床夹具；
（4）能适用于各种现代化制造技术的新型机床夹具；
（5）采用以液压站等为动力源的高效夹紧装置，以进一步减轻劳动强度和提高劳动生产率；
（6）提高机床夹具的标准化程度。
1.4.2现代机床夹具的发展方向
夹具是机械加工不可缺少的部件,在机床技术向高速、高效、精密、复合、智能、环保方向发展的带动下,夹具技术正朝着高精、高效、模块、组合、通用、经济方向发展.
一、高精随着机床加工精度的提高,为了降低定位误差,提高加工精度对夹具的制造精度要求更高高精度夹具的定位孔距精度高达±5μm,夹具支承面的垂直度达到0.01mm/300mm,平行度高达0.01mm/500mm。
德国demmeler（戴美乐）公司制造的4m长、2m宽的孔系列组合焊接夹具平台,其等高误差为±0.03mm；精密平口钳的平行度和垂直度在5μm以内；夹具重复安装的定位精度高达±5μm；瑞士EROWA柔性夹具的重复定位精度高达2～5μm。
机床夹具的精度已提高到微米级,世界知名的夹具制造公司都是精密机械制造企业。
诚然,为了适应不同行业的需求和经济性,夹具有不同的型号,以及不同档次的精度标准供选择。
二、高效为了提高机床的生产效率,双面、四面和多件装夹的夹具产品越来越多。
为了减少工件的安装时间,各种自动定心夹紧、精密平口钳、杠杆夹紧、凸轮夹紧、气动和液压夹紧等,快速夹紧功能部件不断地推陈出新。
新型的电控永磁夹具,加紧和松开工件只用1～2秒,夹具结构简化,为机床进行多工位、多面和多件加工创造了条件。
为了缩短在机床上安装与调整夹具的时间,瑞典3R夹具仅用1分钟,即可完成线切割机床夹具的安装与校正。
采用美国Jergens（杰金斯）公司的球锁装夹系统,1分钟内就能将夹具定位和锁紧在机床工作台上,球锁装夹系统用于柔性生产线上更换夹具,起到缩短停机时间,提高生产效率的作用。
三、模块、组合夹具元件模块化是实现组合化的基础。
利用模块化设计的系列化、标准化夹具元件,快速组装成各种夹具,已成为夹具技术开发的基点。
省工、省时,节材、节能,体现在各种先进夹具系统的创新之中。
模块化设计为夹具的计算机辅助设计与组装打下基础,应用CAD技术,可建立元件库、典型夹具库、标准和用户使用档案库,进行夹具优化设计,为用户三维实体组装夹具。
模拟仿真刀具的切削过程,既能为用户提供正确、合理的夹具与元件配套方案,又能积累使用经验,了解市场需求,不断地改进和完善夹具系统。
组合夹具分会与华中科技大学合作,正在着手创建夹具专业技术网站,为夹具行业提供信息交流、夹具产品咨询与开发的公共平台,争取实现夹具设计与服务的通用化、远程信息化和经营电子商务化。
四、通用、经济夹具的通用性直接影响其经济性。
采用模块、组合式的夹具系统,一次性投资比较大,只有夹具系统的可重组性、可重构性及可扩展性功能强,应用范围广,通用性好,夹具利用率高
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