1机械制造工艺与夹具.

机械制造工艺与夹具绪论工艺就是将各种原料，半成品成为产品的方法和过程1.机械制造工艺与夹具在制造业中的作用（1）高质量，先进的产品；（2）提高生产率；（3）降低生产成本，缩短生产周期。2.机械制造工艺的现状与发展（1）20世纪50年代：“刚性”生产模式下，用专用设备和工装夹具，进行单一品种的“规模生产”，以提高生产率；（如发动机钻孔）（2）20世纪70年代：改善生产管理以提高质量和生产率；（如丰田管理）（3）20世纪80年代：“柔性制造”，数控机床，机器人，产品个性化和多样化；（4）20世纪90年代：高精度，高效率，高自动化，CAD/CAPP/CAM广泛应用。3.机械制造与夹具课程的研究内容机械制造工艺的内容：零件的毛坯制造；机械加工；热处理；产品装配等。机械制造工艺和夹具内容：零件加工及加工过程中工件的装夹和装配。归结为：（1）保证和提高产品质量；（2）提高生产率；（3）降低成本。学习要求：（1）掌握机械制造工艺基本理论；（2）具有一定制定制造工艺的能力；（3）掌握了解先进的机械制造技术。第1章机械加工工艺规程及工件的装夹1.1基本概念1.1.1生产过程和工艺过程生产过程：1.生产技术准备过程（设计，实验，专用工艺装备）；2.毛坯制造过程（铸造，锻造，冲压）；3.零件加工过程（加工，焊接，热处理）；4.产品装配过程（部装，总装，调配，涂装）；5.生产服务过程（工具，材料供应和运输）。1.1.2工艺过程的组成（工作地和设备不变）1.工序：同一组人在同一机床上对工件连续完成的工艺过程2.工步和进给工步：加工表面，切削工具，切削量中的转速与进给量均不变条件下的工艺过程。进给：一个工步（可能包含多次切削）内的每一次切削。3.装夹与工位装夹：将工件在夹具中定位、加紧的过程；工位：采用旋转或移动夹具时，工件在机床上占的每一个位置。多工位加工1.1.3生产纲领与生产类型生产纲领：企业包括备品和废品在内的（年）产量。N=Qn（1+a%+b%）式中，a—备品率；b—废品率；Q—产品的计划产量；n—每件产品中该种零件的数量；N—零件的计划产量。生产类型：1.单件生产；2.成批生产；3.大量生产。（生产类型和生产工艺P7表1-3）1.工艺规程的作用（1）指导生产的技术文件；（2）生产组织管理的依据；（3）建厂的基本资料。工艺规程：包括加工工艺路线；各工序加工内容；切削量；工时；设备；工艺装备。2.工艺规程的格式（没有统一格式）（1）工艺过程卡：列出零件加工的工艺路线（管理生产）（2）工艺卡：以工序为单位说明整个工艺过程（指导生产）（3）工序卡：为每个工序制定的工艺过程（指导工人操作）3.制定工艺规程的步骤（1）分析研究零件；（2）选择确定毛坯；（3）拟定工艺路线；（4）拟定工序内容；（5）技术经济分析；（6）填写工艺文件。1.2零件的结构工艺性分析1.2.1零件的结构工艺性概念工艺性分析：制造的可行性和经济性（P10图1-5）1.2.2标注零件的尺寸、公差和表面粗糙度1.按加工顺序标注尺寸，避免多尺寸同时保证（P11图1-6）2.由定位基准或调整基准标注尺寸，避免基准不重合误差（P11图1-7）3.由形状简单和易接近的轮廓要素为基准标注尺寸，避免尺寸换算1.2.3零件要素的工艺性零件要素：零件的各加工表面；其工艺性的三点要求：（1）形状尽量简单，面积尽量小，规格尽量标准统一；（2）尽量用普通设备和标准刀具；（3）加工面和非加工面明显分开，加工面之间也明显分开。（P12表1-8）。1.2.4零件整体结构的工艺性（1）尽量采用标准件、通用件；（2）有便于装夹的基准；（P13图1-8）（3）同方向的表面能在一次装夹中加工出来；（4）零件要有足够的刚度；（P13图1-9）（5）节省材料，减轻重量。1.3毛坯的确定1.3.1毛坯的种类及其选择1.常见的毛坯（1）铸件；（2）锻件；（3）型材；（4）组合毛坯，将上述几种件组合。2.毛坯选择两种方向：与成品形状差别小；大。1.3.2毛坯的影响因素1.零件材料的工艺特性；（如青铜只能铸造，不能锻）2.零件的形状和尺寸；（如阶梯轴常选圆棒料）3.生产纲领的大小；（生产量大应选精度高的毛坯）4.现有生产条件。1.3.3毛坯的形状与尺寸（1）为便于装夹，有些零件铸造出专门的夹头；（2）多块零件加工后再分离；（P15图1-10）；（3）小件可整体加工后再切割。（P15图1-11）；（4）薄壁件多件组合，减小装夹变形。（P16图1-12）1.4.1基准的概念及其分类1.设计基准：在设计图上采用的基准；（P16图1-13），A是B,C的设计基准，内孔D的轴心线是25h6的设计基准。1.4工件的定位2.工艺基准：在工艺过程中采用的基准。（1）定位基准：在加工过程中作定位；（2）测量基准：测量工件采用的基准；（P16图1-13），A是B,C的测量基准，内孔D25h6的测量基准。（3）装配基准：装配时确定零部件的相对位置；（4）工序基准：在工序图上确定本工序加工面的位置。1.4.2工件的定位方法（1）直接找正法：（P17图1-14），装夹时找正内孔，定位基准是内孔。（2）划线找正法：先在工件上画线（P18图1-15）；（3）在夹具上定位。（P18图1-16）1.4.3工件定位的基本原理1.六点定位原则一个刚体具有六个自由度。定位就是对工件的六个自由度加以必要的限制——即约束。夹具用一个支承点限制工件的一个自由度，用合理分布的六个支承点限制工件的六个自由度，使工件在夹具中的位置完全确定。这就是六点定位原则。x工件的六个自由度六点定位xoy面上三个点，限制了z平动和x,y的转动；Zoy面上两个点，限制了x平动和z的转动；Zox面上1个点，限制了y平动。（p18图1-17;1-18）2.工件自由度和加工要求的关系1个加工面——限制3个自由度；2个加工面——限制5个自由度；3个加工面——限制6个自由度。例如图1-21的键槽，有2个加工面要求，需限制5个自由度；如果键的长度有要求，则限制6个自由度。图1-22钻孔L1限制x平，y转，z转；垂直度限制y转；对称度限制y平工件的定位方式（1）完全定位：工件的六个支承点全部被限制，工件在空间占有完全确定的惟一位置，称完全定位。（2）不完全定位：有些工件，根据加工要求，并不需要限制其全部自由度。（3）欠定位：工件实际定位限制的自由度数少必须限制的自由度数目。欠定位不合理。（4）过定位（重复定位）不完全定位例子：为保证槽底面与A面的平行度和尺寸60mm两项加工要求，必须限制、、三个自由度;为保证槽侧面与B面的平行度及尺寸30±0.1mm两项加工要求，必须限制两个自由度;至于，从加工要求的角度看，可以不限制图2-9加工零件通槽工序图过定位（重复定位）：是指定位时几个定位支承点重复限制工件的同一个自由度。工件过定位及改进措施3.正确处理重复定位（1）改变定位装置结构（2）提高工件定位基准之间与定位元件之间的位置精度球形垫1.4.4、常用的定位方式和定位元件1、工件以平面定位定位元件——支承起定位作用的支承固定支承、可调支承、浮动（自位）支承不起定位作用的支承辅助支承固定支承限制的自由度点1、线2、面3固定支承用于侧面定位支承钉(GB2226—80)用于粗基准定位用于精基准定位限制的自由度数点1、线2、面3用于侧面或顶面定位支承板(GB2236—80)有下凹斜槽,用于底面定位可调支承主要定位表面不规则或毛坯尺寸变化较大的粗基准应用定位，也用于成组夹具可调支承一般仅对一批工件调整一次可调支承主要定位表面不规则或毛坯尺寸变化较大的粗基准应用定位，也用于成组夹具可调支承一般仅对一批工件调整一次可调支承应用实例以顶面A（毛坯面）定位加工B面，再以B面定位镗孔，采用可调支承可根据一批毛坯的实际偏差情况，调节支承点的位置，以解决镗孔的余量均匀问题。B可调支承A采用可调支承可使夹具适应不同尺寸工件加工的定位要求可调支承应用实例自位支承（浮动支承）(a)(c)(b)工作原理根据工件定位面的变化自动调整支承点与定位面的接触位置作用增加支承接触点数增大支承接触面积避免过定位的产生一般只限制一个自由度（相当一点定位）使用于毛坯表面、断续表面或阶梯面(图a、b)有基准角度误差的平面(c)自位支承的工作原理及定位情况几种自位支承的实例球面三点式二点浮动式杠杆二点式辅助支承作提高工件的定位刚度和稳定性，减用小工件的装夹受力变形及加工振动工作工件定位完成后再使辅助支承与工件原理表面接触；辅助支承必须逐件调整。不限制工件自由度提高定位稳定性提高工件安装刚度辅助支承的应用辅助支承不起定位作用菱形销（1）定位销固定定位销——GB2203—80可换定位销——GB2204—802.工件以圆柱孔定位固定锥销活动锥销用于粗基准用于精基准圆锥销定心夹紧心轴举例（2）定位心轴过盈心轴小锥度心轴间隙心轴3、工件以外圆表面定位定位形式定位元件限制的自由度支承定位V形块长4短2定心圆柱套长4短2定位圆锥套三点定位外圆定心夹紧机构长4短2V形块特点对中性好;可用于非完整外圆表面定位主要参数:夹角标准:90°(GB2208—80)非标准:60°，120°V形块的常用形式活动V形块按接触线长短分析圆柱体在V形块上的定位定位套圆柱套筒圆锥套筒半圆套筒L+kL–kL+xL–xB1、当两孔中心距最大，而两销的中心距最小时的干涉2、当两孔中心距最小，而两销的中心距最大时的干涉一面两销定位时的削边销工件定位孔夹具定位销B1.4.5定位基准的选择1.粗基准的选择(1)以不加工表面作粗基准。(2)合理分配加工余量重要加工面为粗基准保证足够加工余量(3)粗基准应尽量避免重复使用。(4)以质量较好的毛坯作为粗基准。2.精基准的选择(1)基准重合原则设计基准为定位基准。(2)基准统一原则采用同一组基准来加工工件的多个表面。(3)自为基准原则以加工表面本身作为定位基准称为自为基准原则。(4)互为基准原则用两个表面互相作为基准，反复进行加工，以保证位置精度要求。1.4.6定位误差分析与计算（1）基准不重合误差；（2）基准位移误差；（3）定位误差为两者之和。以D,C定位加工A,B加工A有基准不重合误差加工B无定位误差销定位加工10mm孔有基准位移误差保证工件定位时确定的正确位置,防止工件在切削力、离心力、惯性力、重力等作用下产生位移和振动。目的组成（1）力源装置：手动装置气压装置、液压装置气、液增压装置、电动装置、磁力装置、真空装置（2）中间传力机构1）改变作用力的方向；2）改变作用力的大小；3）使夹紧实现自锁。（3）夹紧元件1.组成1.5工件的夹紧1.5.1夹紧装置组成和基本要求一、夹紧概述(1)有助于定位稳定，且主要夹紧力应垂直主要定位面；(2)有利于减小夹紧力(3)夹紧力的方向应是工件刚性较好的方向。1.5.2夹紧力的确定（方向、作用点和大小）方向作用点(1)夹紧力的作用点应落在定位元件的支承范围内(2)应选在工件刚性较好的部位(3)应尽量靠近加工表面。夹紧力的方向和作用点和大小夹紧力的方向和作用点和大小应和重力方向相同夹紧力的方向和作用点和大小夹紧力引起薄壁件变形夹紧力的方向和作用点和大小保证定位稳定可靠,避免支承反力与夹紧力构成力偶夹紧力的方向和作用点和大小工件的夹紧2.夹紧力的方向和作用点和大小夹紧力的方向和作用点和大小夹紧力靠近加工点(1)分散着力点和增加压紧件接触面积。减小夹紧变形的方法(1)分散着力点和增加压紧件接触面积。(2)提高工件和夹具元件的装夹刚度。镗模架受力变形1.斜楔夹紧机构1.5.3典型夹紧机构（1）夹紧力的计算（2）自锁（3）夹紧行程（1）夹紧力的计算（2）自锁（3）行程∑F（X）=0→Q=F1+RxF1=wtgφ1Rx=wtg(α+φ2)Q=wtgφ1+wtg(α+φ2)设φ1=φ2=φ，α很小时，w--斜楔对工件的夹紧力；α--斜楔升角；Q--加在斜楔上的作用力；Φ1--斜楔与工件间的摩擦角；Φ2--斜楔与夹具体间的摩擦角。12Qwtgtg2Qwtg1.斜楔夹紧机构是在螺钉头部装上图