項目三

鋁型材多工位自動加工裝置的工裝夾具設(shè)計3.1項目任務(wù)下達3.1.1任務(wù)描述某機電科技有限公司委托開發(fā)設(shè)計一臺適用于鋁型材打孔、攻螺紋、切割一體的自動化專機該設(shè)備可完成雙螺栓臂座側(cè)面3個孔的加工及2個M8螺紋孔的加工，完成打孔工作之后對鋁材進行切斷加工，單臺設(shè)備加工效率為大于120只/小時，單人可同時操作2臺設(shè)備。單臺設(shè)備即可完成四道工序的加工任務(wù)，效率極大提升。圖3-1雙螺栓臂座零件圖3.1.2工序分析圖3-1雙螺栓臂座零件圖生產(chǎn)綱領(lǐng)生產(chǎn)綱領(lǐng)

雙螺栓臂座斜孔距離前端面距離為23mm，距離上端傾斜平面的距離為13mm。由A向視圖知整體為異形結(jié)構(gòu)，外形復(fù)雜，但為型材，本工序為常規(guī)打孔，只需找到規(guī)則的表面作為定位基準(zhǔn)面和夾緊表面即可。結(jié)構(gòu)分析3.1.2工序分析本工序?qū)?米長型材進行打孔、切割操作，后續(xù)對切割后的工件上機床精加工，本工序?qū)纫筝^低。精度分析人工只需手動將2m的鋁型材左端放置在移動工作臺上，另一端放入夾緊工位，按下啟動按鈕，設(shè)備自動找起始位置，進入夾緊工位工件被夾緊，設(shè)備通過臺階鉆形式完成M8底孔及直徑過道孔的加工任務(wù)，完成后夾緊工位松開，尾部電機帶動絲桿移動，進入第二個工位，進行攻絲任務(wù)，同時一號工位進行鉆孔任務(wù)，同上，完成后進入第三個工位，進行直徑的鉆孔任務(wù)，同時前面兩道工序同時進行，鉆孔任務(wù)完成后進入切割工位，進行切斷工作。切割完成后自動下料，完成一個工件的所有加工任務(wù)。設(shè)備自帶鉆孔冷卻液冷卻系統(tǒng)，導(dǎo)軌組件自動潤滑系統(tǒng)。自動化程度1、送料支架組件2、物料夾緊組件3、分度裝置4、鉆斜孔模塊5、切割設(shè)備主體模塊6、伺服攻絲模塊7、鉆底孔模塊8、臂座工件3.1.2工序分析設(shè)備概況1、送料支架組件2、物料夾緊組件3、分度裝置4、鉆斜孔模塊5、切割設(shè)備主體模塊6、伺服攻絲模塊7、鉆底孔模塊8、臂座工件本設(shè)備機械部分由8個單元組成，主要分為兩大模塊機械動作本體完成物料的自動送料夾緊鉆孔攻絲切割拉料等一系列動作流程。前端料架部分主要起物料輔助支撐功能設(shè)備占地尺寸4500mmx

1500mmx1500mm電源交流三相380V，50/60Hz

須可靠接地氣源不小于

6Kgf/cm2項目五

自動化生產(chǎn)線工夾具選型與設(shè)計

3.2方案選擇金華職業(yè)技術(shù)大學(xué)

黃鵬程3.2.1分度裝置如在工件上有一組按一定角度或一定距離分布的形狀和尺寸都相同的加工表面（如刻度尺的刻線、葉片液壓泵轉(zhuǎn)子葉片槽的銑削、齒輪和齒條的加工、多線螺紋的車削及其他等分孔或等分槽的加工等）機械加工中經(jīng)常遇到工件的多工位加工易于保證加工表面間的位置精度，減少裝夾次數(shù)，提高生產(chǎn)率。分度加工目的分度裝置在完成一個表面的加工以后，依次使工件隨同夾具的可動部分轉(zhuǎn)過一定角度或移動一定距離，對下一個表面進行加工，直至完成全部加工內(nèi)容，具有這種功能的裝置稱為分度裝置。采用具有分度裝置的夾具能使工件加工的工序集中保證加工質(zhì)量，故廣泛應(yīng)用于車削、鉆削、銑削和鏜削等加工。圖3-2

常見的等分結(jié)構(gòu)(a）圓周分度的孔(b）圓周分度的孔(C）圓周分度的槽(d）直線分度的孔(e）直線分度的槽3.2.2分度裝置的形式回轉(zhuǎn)分度裝置一種對圓周角分度的裝置，又稱圓分度裝置，適用于工件表面圓周分度孔或槽的加工。直線分度裝置對直線方向上的尺寸進行分度的裝置，適用于沿直線分度的孔和槽，分度原理與回轉(zhuǎn)分度裝置相同。因直線分度是轉(zhuǎn)角分度的展開形式，且生產(chǎn)中以回轉(zhuǎn)分度裝置應(yīng)用為多，故主要分析和介紹回轉(zhuǎn)分度裝置來說明一般分度裝置的設(shè)計方法。按分度方式3.2.2分度裝置的形式專用分度裝置在單件生產(chǎn)中，使用通用分度裝置有利于縮短生產(chǎn)的準(zhǔn)備周期，降低生產(chǎn)成本；在中、小批生產(chǎn)中，常將通用分度裝置與專用夾具聯(lián)合使用，簡化專用夾具的設(shè)計和制造。通用分度裝置的分度精度相對較低，例如FW80型萬能分度頭，如圖3-3所示，采用速比1:40的蝸桿、蝸輪副，分度精度為1'，故只能滿足一般需要。在成批生產(chǎn)中，廣泛使用專用分度裝置;獲得較高的分度精度和生產(chǎn)效率。通用分度裝置按使用特性圖3-3

萬能分度頭外形圖3.2.2分度裝置的形式萬能分度頭的結(jié)構(gòu)底

座其它零件均裝在底座上面圖3-3

萬能分度頭外形圖本

體裝有與底座水平軸線垂直的主軸；扳動本體可使主軸與工作臺面傾斜位置(上傾斜最大90度，下傾斜最大-6度)主

軸為空心軸，兩端為莫氏3#的錐度，用于差動分度；傳動軸用于安裝掛輪刻度盤裝在主軸前與主軸一起旋轉(zhuǎn)，盤上刻有0至360度刻度，用于直接分度;分度盤其上有不同等分的小孔，用于分度手柄的定位。為直接轉(zhuǎn)動主軸，裝有脫落蝸桿手柄；為分度后使主軸固定，裝有主軸鎖緊手柄；為使分度盤固定，裝有分度盤禁錮螺釘。3.2.2分度裝置的形式機械分度裝置的結(jié)構(gòu)簡單，工作可靠，應(yīng)用廣泛。光學(xué)分度裝置分度精度較高，例如光柵分度裝置的分度精度可達土10'';由于對工作環(huán)境的要求較高，故在機械加工中的應(yīng)用受到限制。電磁分度裝置通常通過控制系統(tǒng)接收來自外部（如PLC、數(shù)控系統(tǒng)等）的分度指令，根據(jù)分度指令，控制系統(tǒng)控制電磁鐵或電磁線圈的通斷產(chǎn)生磁力驅(qū)動轉(zhuǎn)動部分（如分度盤、轉(zhuǎn)盤等）轉(zhuǎn)動到預(yù)定位置，最后定位與鎖緊機構(gòu)發(fā)揮作用，確保轉(zhuǎn)動部分精確定位并鎖緊，實現(xiàn)精確的角度分度。按工作原理的不同分為機械分度分為通用的蝸桿蝸輪式分度，專用的差動齒輪式、分度盤式和端齒盤式分度。按分度盤回轉(zhuǎn)軸線位置的不同分為立軸式臥軸式斜軸式一般可按機床類型以及工件被加工面的位置等具體條件進行設(shè)計。軸向分度裝置如圖3-4所示，分度與定位是沿著與分度盤回轉(zhuǎn)軸線向平行的方向進行的裝置。徑向分度裝置如圖3-5，分度與定位是沿著與分度盤的半徑方向進行的裝置。3.2.2分度裝置的形式按工作原理的不同分為圖3-4

軸向分度裝置的基本形式圖3-5

徑向分度裝置的基本形式軸向分度與徑向分度比較在分度盤直徑相同下，分度孔距回轉(zhuǎn)中心愈遠，分度精度愈高，所以徑向分度精度較高。(a)圓頭銷(b)圓柱銷(c)菱形銷(d)圓錐銷(a)圓頭削(b)雙斜面削(c)單斜面削(d)正多面體一斜楔3.2.3分度裝置的組成及工作原理回轉(zhuǎn)分度裝置固定部分分度裝置的基體，相當(dāng)于夾具體的作用，與機床工作臺或機床主軸相連。材料：通常采用灰口鑄鐵制造。分度盤抬起鎖緊機構(gòu)當(dāng)分度精確對定后，應(yīng)將轉(zhuǎn)動部分鎖緊，以增強分度裝置工作時的剛度。大型分度裝置還需設(shè)置抬起機構(gòu)。抬起機構(gòu)為了使分度轉(zhuǎn)動靈活，減少摩擦。鎖緊機構(gòu)是為了防止切削時產(chǎn)生振動。分度對定機構(gòu)及控制機構(gòu)由分度盤和對定銷組成，作用是在轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)位后，使其相對于固定部分定位。分度對定機構(gòu)的誤差會直接影響分度精度，因此是分度裝置的關(guān)鍵部分。轉(zhuǎn)動部分一般包括回轉(zhuǎn)盤、襯套和轉(zhuǎn)軸等?；剞D(zhuǎn)盤通常用45、40Cr、20鋼經(jīng)滲碳淬火加工制成。潤滑部分指由油杯組成的潤滑系統(tǒng)。功能：減少摩擦面的磨損，使機構(gòu)操作靈活。用滾動軸承時，可直接用潤滑脂潤滑。分度裝置的組成1.3.2.3分度裝置的組成及工作原理分度裝置在工作時大致分為以下五個步驟初始定位與裝夾首先工件被放置在分度裝置的固定部分上，通過定位元件（如定位銷、壓板等）進行精確的定位和裝夾，保證工件在加工過程中的穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性。010203分度對定通過分度對定控制機構(gòu)（如分度盤和對定銷），使工件連同定位元件相對于刀具或機床轉(zhuǎn)過一定角度或移動一定距離。當(dāng)分度盤轉(zhuǎn)動到預(yù)定位置時，對定銷會插入分度盤的相應(yīng)孔中，實現(xiàn)精確定位。這個過程中，分度對定機構(gòu)的精度直接影響分度的準(zhǔn)確性。分度準(zhǔn)備在進行分度前，可能需要通過抬起機構(gòu)將轉(zhuǎn)動部分（如回轉(zhuǎn)盤）稍微抬起，以減少摩擦和便于轉(zhuǎn)動。分度裝置的核心步驟分度裝置的工作原理2.3.2.3分度裝置的組成及工作原理分度裝置在工作時大致分為以下五個步驟鎖緊與加工分度對定后，通過鎖緊機構(gòu)將轉(zhuǎn)動部分鎖緊在固定位置上，以增強分度裝置工作時的剛度和穩(wěn)定性。鎖緊機構(gòu)的設(shè)計應(yīng)確保在加工過程中不會因振動或外力作用而發(fā)生松動。在新的加工位置上，進行所需的加工操作，如鉆孔、銑削等。0405重復(fù)分度根據(jù)工件的加工要求，重復(fù)上述分度、鎖緊和加工的過程，直至完成所有工位的加工。在每次分度前，都需要進行分度對定和鎖緊操作，以確保加工精度和穩(wěn)定性。3.2.3分度裝置的組成及工作原理分度裝置的工作原理——鉆孔用分度夾具工作原理鉆孔用機械式分度夾具用于鉆削工件徑向五個等分孔，工件以短圓柱凸臺和平面在轉(zhuǎn)軸4及分度盤3上定位，以小孔在菱形銷1上周向定位。由兩個壓板9夾緊。分度銷8裝在夾具體5上，借助彈簧的作用插入分度盤相應(yīng)的孔中，確定工件與鉆套間的相對位置。分度盤3的孔座數(shù)與工件被加工孔數(shù)相等，分度時松開手柄6，利用手柄7拔出分度銷8，轉(zhuǎn)動分度盤直至分度銷插入第二個孔座；轉(zhuǎn)動手柄6軸向鎖緊分度盤，完成一次分度。當(dāng)加工完一個孔后，繼續(xù)依次分度直至加工完工件上的全部孔。圖3-6

鉆孔用分度夾具1、

菱形銷2、鉆套3、分度盤4、

轉(zhuǎn)軸5、夾具6、鎖緊手柄7、

拔銷手柄8、分度銷9、壓板3.2.3分度裝置的組成及工作原理分度裝置的工作原理——鉆孔用分度夾具工作原理機械式分度裝置實現(xiàn)分度必須有兩個主要部分：分度盤和分度定位機構(gòu)。裝在固定不動的分度夾具的底座上，專門用于完成分度、對準(zhǔn)和定位。圖3-6

鉆孔用分度夾具1、

菱形銷2、鉆套3、分度盤4、

轉(zhuǎn)軸5、夾具6、鎖緊手柄7、

拔銷手柄8、分度銷9、壓板一般分度盤與轉(zhuǎn)軸相連，并帶動工件一起轉(zhuǎn)動，用以改變工件被加工面的位置。分度盤分度定位機構(gòu)為了防止切削中產(chǎn)生振動及避免分度銷受力而影響分度精度，還需鎖緊機構(gòu)，用來把分度后的分度盤鎖緊到夾具體上。3.2.3分度裝置的組成及工作原理分度裝置的對定機構(gòu)3.（1）鋼球式分度對定機構(gòu)指依靠彈簧將鋼球或圓頭銷壓入分度盤錐孔內(nèi)實現(xiàn)對定的機構(gòu)。此類分度對定方式有兩種，即鋼球分度對定機構(gòu)和圓頭銷分度對定機構(gòu)，如圖3-7所示。圖3-7

鋼球式分度對定機構(gòu)

(a)鋼球分度

（b）圓頭銷分度1、

基座2、鋼球3、分度盤4、

村套5、彈簧6、圓頭銷3.2.3分度裝置的組成及工作原理分度裝置的對定機構(gòu)3.（2）拉銷式分度對定機構(gòu)指用手拉動圓柱銷使其插入或抽出分度盤的定位孔實現(xiàn)對定的機構(gòu)。此類分度對定機構(gòu)有直向拉伸分度對定機構(gòu)和旋轉(zhuǎn)拉伸分度對定機構(gòu)兩種，如圖3-8所示。(a)直向拉伸分度(b)旋轉(zhuǎn)拉伸分度1、

圓柱銷2、襯套3、分度盤4、

基座5、銷座圖3-8

拉銷式分度對定機構(gòu)7、

拉鈕8、導(dǎo)向銷9、削邊銷6、彈簧3.2.3分度裝置的組成及工作原理分度裝置的對定機構(gòu)3.（3）杠桿式分度對定機構(gòu)指通過操縱杠桿帶動定位銷使其插入或抽出分度盤的定位槽（或孔）實現(xiàn)對定的機構(gòu)。此類分度對定機構(gòu)有拉動杠桿分度對定機構(gòu)、壓動杠桿分度對定機構(gòu)和擺動杠桿分度對定機構(gòu)三種方式，如圖3-9所示。圖3-9

杠桿式分度對定機構(gòu)(a)拉動杠桿分度(c)擺動杠桿分度(b)壓動杠桿分度1、

圓錐銷2、襯套3、分度盤4、

基座5、杠桿6、導(dǎo)向套7、

彈簧8、支架9、斜楔10、調(diào)節(jié)螺釘11、連接螺釘12、操縱桿13、頂銷3.2.3分度裝置的組成及工作原理分度裝置的對定機構(gòu)3.指通過操縱凸輪（偏心輪）帶動定位銷使其插入或抽出分度盤的定位槽（或孔）實現(xiàn)對定的機構(gòu)。典型的分度對定方式有四種,即偏心輪分度對定機構(gòu)、偏心軸銷分度對定機構(gòu)、斜面凸輪分度對定機構(gòu)和圓缺凸輪分度對定機構(gòu)，如圖3-10所示。圖3-10

凸輪（偏心輪）式分度對定機構(gòu)（4）凸輪（偏心輪）式分度對定機構(gòu)(a)偏心輪分度(b)偏心軸銷分度(c)斜面凸輪分度(d)圓缺凸輪分度

3.2.3分度裝置的組成及工作原理分度裝置的對定機構(gòu)3.槍栓式分度對定機構(gòu)是指用帶有螺旋槽的元件直接或間接地拉動定位銷對定，或者將其插入或抽出分度盤的定位孔（或槽）實現(xiàn)對定的機構(gòu)。具體類型主要有兩種直接式槍栓分度對定機構(gòu)和間接式槍栓分度對定機構(gòu)，如圖3-11所示。圖3-11

槍栓式分度對定機構(gòu)（5）槍栓式分度對定機構(gòu)(a)直接式槍栓分度(b)間接式槍栓分度8、

操縱桿9、導(dǎo)向銷10、支座11、背帽12、定位套13、驅(qū)動套14、固定座1、

分度盤2、定位銷3、定位襯套4、

連接銷5、基座6、小軸7、彈簧3.2.3分度裝置的組成及工作原理

鎖緊機構(gòu)4.為了增強分度裝置工作時的剛性及穩(wěn)定性，防止加工時因切削力引起振動，當(dāng)分度裝置經(jīng)分度對定后，應(yīng)將轉(zhuǎn)動部分鎖緊在固定的基座上，對銑削加工等尤為重要。當(dāng)在加工中產(chǎn)生的切削力不大且振動較小時，也可不設(shè)鎖緊機構(gòu)。圖3-12

幾種常用的鎖緊機構(gòu)(a)(b)(c)(d)

3.2.4夾具體的設(shè)計03夾具體應(yīng)具有足夠的強度、剛度和抗振性，以保證工件的加工精度。02在加工過程中，夾具體要承受工件重力、夾緊力、切削力、慣性力和振動力的使用夾具體是夾具的基礎(chǔ)元件，其安裝基面與機床連接，其他工作表面用于裝配各種元件和裝置，以組成夾具的總體。013.2.4夾具體的設(shè)計鋼套孔加工鉆床夾具（a)鑄造夾具體

（b)型材夾具體1、

鎖緊螺母2、鑄造夾具體3、定位心軸4、

鉆模板5、固定鉆套6、開口墊圈7、

夾緊螺母8、防轉(zhuǎn)銷9、調(diào)整墊圈10、

螺釘11、套12、盤如圖所示為鋼套孔加工鉆床夾具,試分析比對其夾具體設(shè)計方案。任務(wù)提出3.2.4夾具體的設(shè)計知識準(zhǔn)備1、對夾具體的設(shè)計要求有適當(dāng)?shù)木群统叽绶€(wěn)定性1有足夠的強度和剛度2有良好的結(jié)構(gòu)工藝性3

排屑方便4在機床上安裝穩(wěn)定可靠

53.2.4夾具體的設(shè)計知識準(zhǔn)備2、夾具體毛坯的類型(1)鑄造夾具體

優(yōu)

點工藝性好可鑄出各種復(fù)雜的形狀具有良好的抗壓強度、剛度和抗振性,目前應(yīng)用較多圖3-13

夾具毛坯類型-（a）鑄造夾具體3.2.4夾具體的設(shè)計知識準(zhǔn)備2、夾具體毛坯的類型(2)焊接夾具體

優(yōu)

點制造方便，生產(chǎn)周期短成本低，質(zhì)量較輕熱應(yīng)力較大,易變形因此,需進行退火,以保證夾具體尺寸的穩(wěn)定性圖3-13

夾具毛坯類型-（b）焊接夾具體3.2.4夾具體的設(shè)計知識準(zhǔn)備2、夾具體毛坯的類型(3)鍛造夾具體

優(yōu)

點適用于形狀簡單、尺寸不大要求強度和剛度高的場合,鍛造后也需進行退火(4)型材夾具體優(yōu)

點取材方便,生產(chǎn)周期短成本低,質(zhì)量較輕圖3-13

夾具毛坯類型-（c）鍛造夾具體3.2.4夾具體的設(shè)計知識準(zhǔn)備2、夾具體毛坯的類型(5)裝配夾具體由標(biāo)準(zhǔn)的毛坯件、零件及個別非標(biāo)準(zhǔn)件通過螺釘、銷釘連接及組裝而成。1、底座2、支承件3、銷釘4、

螺釘

5、鉆模板圖3-15

裝配夾具體3.2.4夾具體的設(shè)計知識準(zhǔn)備3、夾具體常用結(jié)構(gòu)(1)底座基體底座基體的典型結(jié)構(gòu)平板基體箱形基體圖3-16

底座基體3.2.4夾具體的設(shè)計知識準(zhǔn)備3、夾具體常用結(jié)構(gòu)(2)角鐵基體底座基體的典型結(jié)構(gòu)普通角鐵基體T形角鐵基體肋板角鐵基體圖3-16

角鐵基體3.2.4夾具體的設(shè)計知識準(zhǔn)備3、夾具體常用結(jié)構(gòu)(3)槽鐵基體槽鐵基體的典型結(jié)構(gòu)普通槽鐵基體框架基體肋板槽鐵基體圖3-16

槽鐵基體3.2.4夾具體的設(shè)計知識準(zhǔn)備3、夾具體常用結(jié)構(gòu)(4)過渡盤與機床主軸連接(短錐面十平面)與夾具連接(平面十短圓柱面)7°7'30"錐面對于需要更換車床夾具的情況下，一般使用過渡盤。過渡盤的兩個側(cè)面分別和機床主軸連接，和夾具連接。當(dāng)與機床連接時是一個側(cè)平面和一個短錐面；和夾具連接時是一個大端面和小的短圓柱面。圖3-19

過渡盤3.2.4夾具體的設(shè)計知識準(zhǔn)備3、夾具體常用結(jié)構(gòu)(5)支架體和支座體支架體支座體支架體常用于鉆削夾具和鏜削夾具中定位刀具或刀桿,保證對準(zhǔn)加工孔的回轉(zhuǎn)中心

支座體主要用于安裝及固定工件和其他夾具元件。圖3-20

支架體和支座體(a)鑄造夾具體(b)型材夾具體1、鎖緊螺母2、鑄造夾具體3、定位心軸4、

鉆模板5、固定鉆套6、開口墊圈7、夾緊螺母8、防轉(zhuǎn)銷9、調(diào)整墊圈10、螺釘11、套12、盤3.2.4夾具體的設(shè)計任務(wù)實施如圖4-1a所示鋼套孔鉆床夾具采用鑄造夾具體定位心軸及鉆模板均安裝在夾具體上,夾具體上的B面作為安裝基面。此方案結(jié)構(gòu)緊湊,安裝穩(wěn)定,剛度高,制造周期較長,成本略高。

如圖4-1b所示鋼套孔鉆床夾具采用型材夾具體夾具體由盤及套組成,定位心軸安裝在盤上,套下部為安裝基面,上部兼作鉆模板。此方案的夾具體為框架式結(jié)構(gòu)。采用此方案的鉆模剛度高,質(zhì)量較輕,取材容易,制造方便,制造周期短,成本較低。3.2.4夾具體的設(shè)計夾具體的技術(shù)要求知識鏈接夾具元件間常用的配合選擇工作形式精度要求示例一般精度較高精度定位元件與工件定位基準(zhǔn)之間H7/h6、H7/g6、H7/17H6/h5、H6/g5、H6/f5定位銷與工件定位孔有引導(dǎo)作用，并有相對運動的元件之間H7/h6、H7/g6、H7/f7、

G7/h6、F7/h6H6/h5、H6/g5、H6/f6、

G6/h5、F6/h5滑動定位元件、刀具

與導(dǎo)套無引導(dǎo)作用，但有相對運動的元件之間H7/9、H9/d9H7/d8滑動夾具底板無相對運動的元件之間

無緊固件：H7/n6、H7/

p6、H7/r6、H7/s6、H7/u6、

H8/17

無緊固件：H7/n6、H7/

p6、H7/r6、H7/s6、H7/u6、

H8/17固定支承釘定位

有緊固件：H7/m6、H7/

k6、H7/js6、H7/m7、H8/k7

有緊固件：H7/m6、H7/

k6、H7/js6、H7/m7、H8/k7(1)有適當(dāng)?shù)木群统叽绶€(wěn)定性(2)有足夠的強度和剛度(3)有良好的結(jié)構(gòu)工藝性(4)排屑方便(5)在機床上安裝穩(wěn)定可靠(1)

鑄造夾具體(2)

焊接夾具體

(3)

鍛造夾具體(4)

型材夾具體(5)

裝配夾具體3.2.4夾具體的設(shè)計思考與練習(xí)對夾具體的設(shè)計要求有哪些?1夾具體毛坯的類型有哪些?23.2.5組合夾具組合夾具在夾具零部件標(biāo)準(zhǔn)化基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種新型工藝裝備一種標(biāo)準(zhǔn)化、系列化程度很高的柔性化夾具由一套結(jié)構(gòu)已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化，尺寸已經(jīng)規(guī)格化而且具有完全互換性、高耐磨性、高精度的標(biāo)準(zhǔn)元件及合件，按照不同工件的工藝要求，組裝成加工所需的專用夾具，可以按工件的加工需要組成各種所需功用的夾具。組合夾具已商品化，工作原理類似于“搭積木”。使用完畢，可將夾具元件拆開，擦洗并分類歸檔保存，以便于再次組裝為另一形式的夾具反復(fù)使用。正常情況下，組合夾具元件的使用壽命在15年左右。組合夾具是由一套預(yù)先制造好的具有不同幾何形狀、不同尺寸的高精度元件與組合件組成,使用時按照工件的加工要求,采用組合的方式組裝成所需的夾具。如圖所示為鉆、鉸支承板上

?20H7深孔用組合夾具。試根據(jù)加工要求完成其組裝工作。3.2.5組合夾具任務(wù)提出(a)工序圖(b)組合夾具（已簡化）1、基礎(chǔ)板2、基礎(chǔ)角鐵3、導(dǎo)向板4、

鉆模板5、圓柱銷6、鉆模板元件

7、削邊銷3.2.5組合夾具

任務(wù)分析組合夾具是在機床夾具零部件標(biāo)準(zhǔn)化基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種新型工藝裝備,是一種標(biāo)準(zhǔn)化、系列化程度很高的柔性化夾具,已商品化,工作原理類似于“搭積木”。123使用完畢,可將夾具拆開,擦洗并歸檔保存,便于再次組裝時使用。要完成組裝任務(wù),有必要學(xué)習(xí)組合夾具的特點及應(yīng)用場合、基本元件及組裝步驟。3.2.5組合夾具特點說明

可縮短生產(chǎn)的準(zhǔn)備周期組合夾具的各類標(biāo)準(zhǔn)元件均為預(yù)先制備的通用標(biāo)準(zhǔn)元件，只是在應(yīng)用時根據(jù)生產(chǎn)的具體需要進行組裝使用，夾具形成的組裝時間都較短。組裝一套中等復(fù)雜程度的組合夾具一般只需幾小時，而若專門設(shè)計、制造一套同樣功能的專用夾具，需要數(shù)百個工作小時，使用組合夾具可以使生產(chǎn)的準(zhǔn)備周期大為縮短，這是組合夾具應(yīng)用的一大特點可節(jié)省大量工藝裝備的費用支出應(yīng)用組合夾具可以節(jié)省大量的與專用夾具有關(guān)的各種費用。專用夾具為專門化應(yīng)用，當(dāng)產(chǎn)品的尺寸、規(guī)格發(fā)生變化，或者不再生產(chǎn)時，這種夾具即告報廢，不能再利用。組合夾具為重復(fù)性使用件，絕大部分元件的重復(fù)使用率都很高。推廣應(yīng)用組合夾具可以節(jié)省大量的專用夾具的設(shè)計、制造費用，以及大量的材料消耗費用，并可以減少夾具的庫存量。一般情況下，組合夾具標(biāo)準(zhǔn)元件的備件規(guī)模與一定的生產(chǎn)規(guī)模相適應(yīng)，基本上為一個常數(shù)，比較便于管理、儲存。所以，在產(chǎn)品的品種多變、批量都不大的中等規(guī)模企業(yè)，科學(xué)地組織組合夾具的應(yīng)用，可以有效降低工藝裝備的費用支出。夾具元件的可重復(fù)使用性是組合夾具的又一大特點適應(yīng)性較好組合夾具的組裝結(jié)構(gòu)形式視工件的具體安裝及加工需要而定。由于組合夾具各元件本身都具有較高的精度和組裝靈活性，其組裝適應(yīng)性較強。一般情況下，工件形狀的復(fù)雜程度可以不受限制，很少遇到因工件幾何形狀特殊而不能完成組裝的情況。夾具的組裝精度也可以通過調(diào)裝、檢驗過程中的修研和調(diào)整得到進一步保證結(jié)構(gòu)一般較笨重

且剛度較低各元件的組裝性及結(jié)構(gòu)的標(biāo)準(zhǔn)性、通用性，使單個元件的外形結(jié)構(gòu)細節(jié)較復(fù)雜，需配套組裝定位結(jié)構(gòu)和連接結(jié)構(gòu)。例如，槽系夾具的基礎(chǔ)件、支承件需預(yù)制縱橫交錯的T形槽，以供定位、連接用，外形結(jié)構(gòu)一般較笨重。各元件均靠螺釘、鍵、銷等擠壓連接，其組裝接觸環(huán)節(jié)較多，總體接觸剛度為各環(huán)節(jié)的串聯(lián)關(guān)系，一般連接剛度較低初始投資較大為保證組合夾具元件長期循環(huán)使用、反復(fù)拆裝的要求，制造這些元件的材料應(yīng)具有足夠的強度、剛度、韌性，良好的耐腐蝕性和切削性能，所以多采用工具鋼和優(yōu)質(zhì)合金鋼制造。元件的材料費用較高，加上元件的制造精度要求較高，制造成本也較高3.2.5組合夾具知識準(zhǔn)備組合夾具的類型、

基本元件和組裝步驟(1)組合夾具的類型根據(jù)組合夾具組裝時連接基面的形狀,分為槽系和孔系兩大類?？紫到M合夾具的連接基面為圓柱孔和螺孔,元件用兩個圓柱銷定位,一個螺釘緊固。根據(jù)孔徑、孔距、螺釘直徑不同,孔系組合夾具分為不同系列,以適應(yīng)不同尺寸的工件。孔系組合夾具比槽系組合夾具具有更高的剛度,結(jié)構(gòu)緊湊,常用于裝夾小型精密工件,尤其適用于加工中心、數(shù)控機床等?？紫到M合夾具槽系組合夾具的連接基面為T形槽,元件由鍵和螺栓等元件定位及緊固連接。根據(jù)T形槽的槽距、槽寬、螺紋直徑不同,槽系組合夾具有大型、中型、小型三種系列,以適應(yīng)不同尺寸的工件。小型系列組合夾具主要適用于儀器、儀表和電信、電子工業(yè),也可用于較小工件的加工。中型系列組合夾具主要適用于機械制造工業(yè)。大型系列組合夾具主要適用于重型機械制造工業(yè)。槽系組合夾具3.2.6組合夾具的基本元件知識準(zhǔn)備組合夾具的類型、

基本元件和組裝步驟(2)組合夾具的基本元件如圖所示為T形槽系組合夾具各類基本元件示例。(a)長方形基礎(chǔ)件(b)方形支承(c)圓形定位盤(d)

鉆模板(e)壓板(f)T形螺栓(g)組合件(h)

接頭圖3-22

基本元件3.2.6組合夾具的基本元件知識準(zhǔn)備基本元件的外形結(jié)構(gòu)及主要作用基本元件外形結(jié)構(gòu)及主要作用

（教材108-111頁）基礎(chǔ)件基礎(chǔ)件分為圓形、方形、長方形基礎(chǔ)板和基礎(chǔ)角鐵等?；A(chǔ)件是整個組合夾具的夾具體，作為其他元件的安裝基礎(chǔ)。基礎(chǔ)件具有一定的剛度，并設(shè)置有供元件安裝的T形槽系統(tǒng)支承件支承件包括各種方形支承、長方形支承、角度支承、角鐵等。支承件主要用作不同高度的墊塊及支承用定位件定位件包括各種定位銷、定位盤、定位座、定位鍵、V形塊、T形鍵、直鍵等，此外，還有各種心軸、頂尖、對定銷、定位板、支座(三棱、六棱、四方形)、定位支承及調(diào)整塊等。定位件主要用作各單元確定準(zhǔn)確的相互位置關(guān)系及為工件和機床提供定位導(dǎo)向件導(dǎo)向件包括各種鉆套、鉆模板、鏜孔支承、導(dǎo)向支承等。導(dǎo)向件主要用來引導(dǎo)刀具(如鉆頭、鏜桿等)壓緊件壓緊件主要有各種壓板、壓腳，包括平壓板、開口壓板、伸長壓板、回轉(zhuǎn)壓板等。壓緊件用來壓緊工件及組合元件，由于壓板表面都經(jīng)磨光，也常用于限位擋板、連接板和墊鐵等其他用途緊固件緊固件主要包括各種T形螺栓、關(guān)節(jié)螺栓、鉤頭螺栓、雙頭螺柱及其他特殊結(jié)構(gòu)的螺母、墊圈等。緊固件用來緊固夾具上的各種散件及組件組合件組合件又稱合件，是由數(shù)個元件組成的獨立部件。組合件按用途不同有定位組合件、分度組合件、支承組合件、導(dǎo)向組合件、夾緊組合件等，按結(jié)構(gòu)有頂尖座、回轉(zhuǎn)頂尖、可調(diào)V形架、折合板、分度盤、可調(diào)支座、可調(diào)角度轉(zhuǎn)盤等其他件其他件包括連接件、滾花手柄、各種支釘和支承帽、平衡彈簧、平衡塊、接頭、搖板、搖塊等。其他件是組合夾具中的輔助元件3.2.7組合夾具的組裝知識準(zhǔn)備組合夾具的組裝步驟步驟說明組裝前的調(diào)查及

準(zhǔn)備工作組裝夾具前，首先應(yīng)了解工件的加工要求，包括加工工序內(nèi)容、加工精度要求、切削用量大小、毛坯質(zhì)量情況、切削刀具的有關(guān)參數(shù)、結(jié)構(gòu)及加工機床工作臺、主軸連接條件等，明確夾具組裝要點和需要重點解決的問題。另外，應(yīng)了解庫存夾具元件的備品，做到心中有數(shù)。設(shè)計組裝方案設(shè)計組裝方案，即確定工件的定位、夾緊、其他輔助結(jié)構(gòu)方案，確定夾具基礎(chǔ)件及支承件的結(jié)構(gòu)、形狀和相互位置。結(jié)構(gòu)較簡單的組合夾具，可直接考慮試裝。中等以上復(fù)雜程度夾具的層次較多，各元件相互之間的安裝關(guān)系較為密切，一個元件的改動或調(diào)整，會影響周圍若干元件和組件的位置與結(jié)構(gòu)、形狀。為避免及減少對復(fù)雜夾具的組裝和調(diào)整過程中有較大的返工，應(yīng)對夾具的組裝方案進行總體設(shè)計。通過總體設(shè)計確定主要元件、關(guān)鍵組合件的安裝順序、安裝精度。對多層次結(jié)構(gòu)進行適當(dāng)?shù)难b配尺寸鏈計算，以確定各重要環(huán)節(jié)組裝前所應(yīng)達到的精度，確定修配環(huán)的位置及其修配余量。最后，要確定最終組裝的各項精度指標(biāo)和檢驗方法。3.2.7組合夾具的組裝知識準(zhǔn)備組合夾具的組裝步驟步驟說明試裝試裝是在初步確定定位、夾緊、引導(dǎo)方案以及其他主要結(jié)構(gòu)后，先試裝一下，以便對重要元件的相應(yīng)精度進行檢驗、配研，對夾具的結(jié)構(gòu)方案細節(jié)進行修改、補充，以免正式組裝時造成較大的返工工作量。試裝和正式組裝時，最好有工件的實物做對照，以便考慮工件的定位、夾緊和裝卸空間及刀具的運動空間組裝連接組裝連接即按照預(yù)先確定好的組裝方案由里向外，由下到上依次進行正式安裝。在裝配過程中，應(yīng)注意保持各接合面的緊密、牢固。具有間隙的閉式連接應(yīng)注意接觸方向，以使裝配的累積誤差盡量小。正式組裝過程實際是組裝、檢測、修研反復(fù)交替進行的過程。夾具重要定位元件間的位置公差要求應(yīng)為工件相應(yīng)位置公差要求的1/5~1/3。對較高精度的裝配要求，可以采用專門修配環(huán)節(jié)的選配、互研、補償裝配和定向裝配法，以滿足夾具組裝精度的要求。檢驗檢驗過程與組裝過程實際上是緊密結(jié)合在一起的。組裝的最后階段需要進行總裝精度的總體檢驗，其內(nèi)容根據(jù)工件的加工精度要求、夾具的安裝條件確定，重點是檢驗夾具的對定元件及定位元件之間的平行度、垂直度和圓跳動等相互位置精度。檢驗時，應(yīng)注意盡量使測量基準(zhǔn)與定位基準(zhǔn)相重合，使檢驗值直接反映定位精度情況;測量同一方向上的幾個尺寸時，應(yīng)取統(tǒng)一的測量基準(zhǔn)，以免產(chǎn)生不必要的累積誤差及換算問題:同時應(yīng)注意檢査夾具的夾緊可靠性和剛度，是否會產(chǎn)生較大的夾緊變形，高速回轉(zhuǎn)夾具是否滿足靜平衡條件等;最后應(yīng)檢查是否有細小的配件被遺漏，如鍵、銷、壓板等。3.2.7組合夾具的組裝鉆、鉸支承板上

?20H7深孔用組合夾具的組裝步驟任務(wù)實施1.組裝前的準(zhǔn)備根據(jù)分析得出：0.05mm的平行度公差為主要加工精度要求其次是尺寸55mm的0.20mm公差要求尺寸75mm的0.40mm公差要求,故設(shè)計夾具時應(yīng)重點保證將來的鉆套軸線相對安裝基面C的平行度公差要求。2.確定組裝方案夾具采用平面雙銷組合定位為工位提供定位基準(zhǔn)依據(jù)。工件利用平面C作為第一定位基準(zhǔn),利用2個?10H7孔作為第二、第三定位基準(zhǔn),以保證各定位基準(zhǔn)與相應(yīng)工序基準(zhǔn)相重合。具體組裝尺寸如圖所示。3.2.7組合夾具的組裝任務(wù)實施工件的夾緊選擇d面為壓緊表面,使壓板的壓緊力直接作用在?20H7孔旁邊的凸緣處,既保證了夾緊的穩(wěn)定、可靠,也避免了孔壁材料的壓緊變形。上述定位、夾緊系統(tǒng),采用基礎(chǔ)板、基礎(chǔ)角鐵與機床相聯(lián)系,保證工件相對機床及刀具的空間位置關(guān)系。3.2.7組合夾具的組裝試裝及組裝任務(wù)實施整個夾具結(jié)構(gòu)簡單,位置關(guān)系較嚴格的元件只有鉆模板元件和鉆模板,相互間位置變動容易,不受其他結(jié)構(gòu)的影響,試裝和正式組裝合并為一個大步驟：1基礎(chǔ)板和角鐵的連接2鉆模板元件的連接3導(dǎo)向板的連接4鉆模板的連接5檢驗3.2.7組合夾具的組裝模塊化夾具(拼裝夾具)知識鏈接一種柔性化夾具,通常由基礎(chǔ)件和其他模塊元件組成。如圖所示的手動滑柱式鉆模為典型的模塊化夾具。模塊化夾具與組合夾具的共同點具有方形、矩形和圓形基礎(chǔ)件;在基礎(chǔ)件表面有坐標(biāo)孔系。不同點:組合夾具的萬能性好,標(biāo)準(zhǔn)化程度高;模塊化夾具為非標(biāo)準(zhǔn)的。產(chǎn)品品種不同或加工方式不同的企業(yè),所使用的模塊結(jié)構(gòu)會有較大差別。模塊化夾具適用于成批生產(chǎn)的企業(yè)。1、滑柱2、鉆模板

3、螺母4、齒條軸5、手柄6、斜齒輪軸3.2.7組合夾具的組裝思考與練習(xí)組合夾具有什么特點?T形槽系組合夾具由哪幾部分組成?1試述組合夾具的組裝步驟。2項目三

鋁型材多工位自動加工裝置的工裝夾具設(shè)計

3.3項目實施金華職業(yè)技術(shù)大學(xué)

黃鵬程3.3.1定位裝置設(shè)計加工要求分析1.

3.3.1定位裝置設(shè)計限制自由度分析2.

（2）由于3種不同規(guī)格的孔在XYZ三個方向上均有尺寸要求，需要采用完全定位方式，限制工件的6個自由度。3.3.1定位裝置設(shè)計定位元件的設(shè)計與選擇3.工件的外輪廓為多曲線和直線的組合，為異形件。鋁型材的外輪廓面作為主要定位基準(zhǔn)面。設(shè)計定位元件時，與鋁型材的外輪廓面接觸的定位元件的限位面采用仿形設(shè)計使定位基準(zhǔn)面與限位基準(zhǔn)面充分接觸，達到限制工件5個自由度的目的。由于工件為多工位加工，加工要素相同，需要設(shè)計直線分度裝置，工件沿軸線方向移動的自由度依靠夾緊元件與工件接觸產(chǎn)生的摩擦力來約束，實現(xiàn)完全定位。3.3.1定位裝置設(shè)計定位元件的設(shè)計與選擇3.采用鉆床形式對3種不同規(guī)格的孔進行加工。仿形定位元件如圖3-33所示，需要進行直線分度，布置多個相同的定位元件對工件進行支撐。圖3-32

仿形定位元件3.3.2夾緊方案設(shè)計夾緊力的確定1.鋁型材工件軸向需要進行直線分度，夾緊力方向考慮施加沿工件的周向。圖3-33工件的加工放置角度圖3-34夾緊力方向確定

夾緊力作用點確定圖3-35工件放置于定位元件考慮鉆孔采用臥鉆形式，將鋁型材工件的加工角度放置如圖3-34所示。鉆孔過程中工件發(fā)生振動，為保證夾緊的可靠性，確保夾緊元件與工件接觸面有足夠的接觸面積，故夾緊力方向不能指向曲面，使其垂直于規(guī)則平面如圖3-35所示。鉆孔過程中產(chǎn)生的鉆削力較小，故夾緊力作用點可作用于圖3-36所示位置，即夾緊力作用點為工件和定位元件構(gòu)成的穩(wěn)定受力區(qū)內(nèi)。3.3.2夾緊方案設(shè)計夾緊力的確定1.對理論最小夾緊力的大小采用估算法計算查《機械加工工藝手冊》，當(dāng)材料為鋁合金，進給量為0.25mm/r時，鉆φ9mm的孔，轉(zhuǎn)速為800r/min，鉆削力F鉆為149N。鋁型材自重G為200N，夾緊力Fw方向已知，F(xiàn)鉆、G、Fw及定位元件對工件的支撐力保持平衡，采用正交分解可估算出夾緊力Fw大小約為220N。實際夾緊力，其中安全系數(shù)k取值范圍為1.5~3.5，鉆削加工k可取2。故圖3-36

鉆削力估算3.3.2夾緊方案設(shè)計夾緊裝置的選型設(shè)計2.圖3-37

氣動夾鉗工廠對設(shè)備有較高的自動化要求，要求單臺設(shè)備加工效率為大于120只/小時，單人可以同時操作2臺設(shè)備，單臺設(shè)備即可完成4個人工五道工序的加工任務(wù)。鉸鏈夾緊機構(gòu)因其動作迅速，被廣泛應(yīng)用于機動夾緊場景。故：選擇鉸鏈夾緊機構(gòu)——氣動夾鉗對鋁型材進行夾緊，夾緊動力源選擇氣動夾緊。3.3.2夾緊方案設(shè)計夾緊裝置的選型設(shè)計2.表3-3氣動夾鉗規(guī)格參數(shù)表表3-4CALC系列產(chǎn)品尺寸參數(shù)表圖3-38

工件的夾緊杠桿式氣壓缸提供的夾緊力不低于440N=44kgf，查閱某品牌氣動夾鉗的產(chǎn)品手冊，其相關(guān)參數(shù)見表3-3、3-4，故型號選擇CALC-40（面積為800mm2=8.0cm2，7×8.0=56kgf>44kgf）。3.3.3分度裝置與夾具體的設(shè)計方法分度裝置的設(shè)計1.一般的分度裝置組成對定部分移動部分固定部分鎖緊機構(gòu)圖3-39

分度內(nèi)撐鎖緊夾具（1）對定部分鋁型材的直線移動需要相應(yīng)的鎖緊機構(gòu)保證直線分度過程不發(fā)生相對滑動，結(jié)合鋁型材工件內(nèi)部有方孔的特征，可設(shè)計相應(yīng)的內(nèi)撐鎖緊夾具實現(xiàn)工件每個工位位置的對定，保證鋁型材等距移動而不發(fā)生滑動，分度內(nèi)撐鎖緊夾具的動力源選擇氣動。3.3.3分度裝置與夾具體的設(shè)計方法分度裝置的設(shè)計1.（1）對定部分圖3-40內(nèi)撐活動夾爪零件圖圖3-41

內(nèi)撐固定夾爪零件圖3.3.3分度裝置與夾具體的設(shè)計方法（2）移動部分工廠要求加工過程實現(xiàn)加工的自動化，同時滿足分度的精確定位，故宜采用伺服電機驅(qū)動滾珠絲杠機構(gòu)實現(xiàn)高精度的直線分度。

圖3-42

移