带头人马丽霞(专用夹具在现代制造系统中的应用讲座)

专用夹具在现代制造系统中的应用机械制造与自动化专业带头人马丽霞现代制造技术系统1零件制造与夹具应用2专用夹具应用技术教学3目录瑞士人均产值居世界第一？瑞士700万人口的小国，但制造业十分发达，瑞士的精密机械产品的出口量是我国的8倍，瑞士的手表世界第一，连小小的军刀，也风靡全世界。年人均国民生产总值达到4.3万美元以上,居世界第一。先进的制造技术是推动经济发展的主要源动力20世纪是一个伟大的世纪发明和发展了汽车、机床、机器人、飞机、火箭、芯片、计算机、电视机等成千上万的机电产品，极大地改变了人类的生产方式和生活方式。会飞的汽车21世纪的制造业发展更加安全舒适的飞机磁悬浮列车微型机器人战队实现无创伤手术智能机器人机器狗可视电话普及平板电脑这些产品的制作均离不开先进制造技术的推广！制造技术概念制造技术：指实现设计技术原理的方法和手段。在产品生产中，具体指使原材料转化为产品的过程中所施行的各种手段的总和。对于制造技术的理解也有广义和狭义之分。广义理解制造技术涉及生产活动的各个方面和生产的全过程，制造技术被认为是一个从产品概念到最终产品的集成活动。狭义理解为机电产品的机械制造技术。广义的概念已为越来越多的人所接受。纺织机械动力机械家用电器通讯设备出版印刷网络媒体文化娱乐冶金机械建筑机械交通工具环保设备军事装备医疗设备机器制造农业机械化工设备制造业当今制造业的社会功能：第一产业农业林业渔业畜牧业矿业采石业石油业第二产业（52%）制造业（45%）航天航空纺织、服装汽车、装备、重型机械冶金、钢铁、金属制品食品、饮料化工、石油精炼计算机、半导体、电器建筑、建材日用消费品玻璃、陶瓷、造纸制药橡胶、塑料制品能源、电力第三产业银行、金融服务、保险通讯、资讯教育、医疗、保健娱乐、旅馆、餐饮、旅游政府法律机构房地产修理与维护商业（零售、批发）交通、运输我国第一、二、三产业的划分一个国家经济发展的支柱国民经济收入的重要来源工业经济年代经济增长的“发动机”一个国家经济强大、经济腾飞的重要基础制造业地位提供人们衣、食、住、行物质消费决定全社会的长远效益和经济的持续增长国际商品贸易的保证（美国78%，日本96%，我国81%-1995年）农业基础地位的物质保障，服务业发展的重要条件信息产业发展的物质基础；农业劳动力转移和就业的重要途径为科技和教育发展提供经费支持和实验装备实现军事现代化和国家安全的保障制造业的作用制造业发展离不开现代制造技术的推广应用！美国机械科学研究院(AMST)提出的现代制造系统技术TQCSE基础制造技术CADCAM数控技术机器人技术FMC清洁生产技术质量与可靠性CE系统管理技术MRPⅡCIMSIMSAM集成技术新型产业及市场需求带动（重大装备、高新技术产业、社会协调发展）系统工程及管理科学信息技术AMST（美国机械科学研究院）提出的体系图新材料技术新能源技术◆第二个层次是新型的制造单元技术。如制造业自动化单元技术、极限加工技术、质量与可靠性技术、系统管理技术、CAD／CAM、清洁生产技术、新材料成形加工技术、激光与高密度能源加工技术、工艺模拟及工艺设计优化技术等。◆第一个层次是优质、高效、低耗、清洁基础制造技术。包括精密下料、精密塑性成形、精密铸造、精密加工、精密测量、毛坯强韧化、精密热处理、优质高效连接技术、功能性防护涂层及各种与设计有关的基础技术、各种现代管理技术。◆第三个层次是先进制造集成技术。这是应用信息技术和系统管理技术，通过网络与数据库对上述两个层次的技术集成而形成的。现代制造技术的应用研究可分为四大领域：◆先进制造生产模式敏捷制造、精益生产、并行工程、精良生产、智能制造、虚拟制造等。◆现代设计技术计算机辅助设计技术、仿真与虚拟设计、优化设计、绿色设计、可靠性设计等。◆先进制造工艺技术特种加工技术、快速原型制造技术、超高速超精密加工、微型机械加工技术等。◆制造自动化技术数控技术、工业机器人、计算机集成制造系统、柔性制造系统等。产品的制作实际是零件的制作与装配！专用夹具的应用在大背景下又有新发展！夹具概述机床夹具使用装夹的含义装夹又称安装，指使毛坯或半成品在加工中相对于机床刀具有准确的位置，从而使其加工后达到设计要求的过程。包括定位和夹紧两项要求。定位——使工件在机床或夹具上占有正确位置夹紧——对工件施加一定的外力，使其已确定的位置在加工过程中保持不变虎钳夹紧工件划线找正装夹——精度不高，效率低，多用于形状复杂的铸件直接找正装夹——精度高，效率低，对工人技术水平要求高夹具装夹——精度和效率均高，广泛采用工件装夹方法直接找正安装毛坯孔加工线找正线划线找正安装工件在夹具上装夹（滚齿夹具）1）定位元件及装置5）其他元件及装置（防护、防错、分度…）4）夹具体3）对刀及导向元件2）夹紧元件及装置夹具的组成夹具的作用（1）保证加工精度（2）提高生产率（3）扩大机床使用范围：车床→镗床（4）减轻工人劳动强度1）通用夹具：三爪、四爪卡盘，平口钳等，一般由专业厂生产，常作为机床附件提供给用户。2）专用夹具：为某一工件特定工序专门设计的夹具，多用于批量生产中。3）通用可调整夹具及成组夹具：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。4）组合夹具：由一套预先制造好的标准元件组合而成。根据工件的工艺要求，将不同的组合夹具元件像搭积木一样，组装成各种专用夹具。使用后，元件可拆开、洗净后存放，待需要时重新组装。组合夹具特别适用于新产品试制和单件小批生产。5）随行夹具：在自动线或柔性制造系统中使用的夹具。夹具的分类三爪卡盘四爪卡盘万向平口钳回转工作台分度头通用夹具专用夹具43φDL零件工序简图零件工序简图43φDLLφD43φD43LφDL34φDL43φDL34成组夹具KH1KH2KH3KH4组合夹具1组合夹具2组合夹具的应用组合夹具：是由一套预先制造好的，具有各种不同结构形状、不同规格尺寸的标准元件和合件所组成的夹具。组合夹具的优缺点：优点：使用组合夹具可节省夹具的材料费、设计费、制造费，方便库存保管；另外，其组合时间短，能够缩短生产周期，反复拆装，不受零件尺寸改动限制，可以随时更换夹具定位易磨损件；缺点：组合夹具需要经常拆卸和组装；其结构与专用夹具相比显得复杂、笨重；对于定型产品大批量生产时，组合夹具的生产效率不如专用夹具生产效率高组合夹具的适用范围：1.组合夹具适用于新产品研制，单件、小批量生产，适用于产品品种多，生产周期短的产品结构；2.机床设备适用于钻床、加工中心、镗床、铣床、磨床，也可以组合成装配工装、检查的检具和焊接夹具1．基础件：基础件是组合夹具中尺寸最大的元件，它包括圆形、方形、矩形基础板和基础角铁等四种形式。组合夹具元件及其作用2．支承件：支承件的规格较多，主要包括各种方形支承、长方形支承、角铁、角度支承和角度垫板等。3．定位件：定位件主要用于工件的定位和确定元件与元件之间的相对位置。如各种定位销、定位盘、定位支承、v形支承、定位键等。4．导向件：导向件是用来确定刀具与工件间相对位置的元件，包括各种尺寸规格的钻套、钻模板、导向支承、锤孔支承等。5．夹紧件：夹紧件专指各种形式的压板，用于夹紧工件。6．紧固件：其作用是用来连接组合夹具元件和紧固工件。它包括各种螺钉、螺母、垫圈等。其中紧因用螺栓所用材料为40Cr，它有较高的抗拉强度。7．其他件：这类元件为一些辅助元件。如连接板、摇板、滚花手柄、各种支承帽、弹簧、平衡块等8.合件：合件是由几个元件组成的单独部件，它在组装夹具时不再拆散，而是以其合件形式作为独立单元参加组装。可分为：定位合件、导向合件、分度合件、支承合件和夹紧合件等。1．组装前的准备熟悉被加工的零件图及其加工工艺，初步确定工件的定位、夹紧及装卸。2．确定组装方案选定合适的定位元件、夹紧元件以及相应的支承元件和基础板。3．试装4．连接5．检测组合夹具的组装专业加强与国内知名企业合作，进行先进夹具应用技术广泛推广，取得初步成效！建设精品课程实施项目教学《机械工艺装备设计》是“机械设计与制造”专业的核心专业课程，为培养专业所需机械工艺装备设计的基本理论和基本设计方法，使学生具备设计专用工艺装备的技能起到重要的核心作用。本课程现已立项为院级精品课程，课程团队积极努力，在教学课件开发、教材编写、共享资源网站建设、校企合作、社会培训服务等领域加强建设，促进新技术的推广及应用，推动专业建设发展。课程理念：从典型工艺装备的设计及应用工作内容出发，构建课程项目；以工作一线提取的典型工作任务作为导向；以专业核心技能为中心，合理设计学习内容，逐步培养学生职业技能。夹具原理及应用专用夹具设计应用专用夹具拆装及调整机械工艺装备设计职业能力学习领域课程专用刀具、量具设计课程思路：专用夹具设计及应用能力专用夹具组装及调整技能项目二专用夹具设计项目三专用夹具拆装项目四刀具量具设计职业能力课程体系夹具定位方案确定、元件选择能力项目一夹具的应用专用刀具量具的设计能力课程体系构建组合夹具实训教学案例长方形基础板宽180毫米名称简图双槽方形支承60×60毫米Ⅰ型型II三槽方形支承60×60毫米双槽长方形支承60×60毫米双槽长方形垫板60×45毫米三槽长方形垫板90×60毫米单槽长方形支承60×45毫米快换垫圈钻模板宽45毫米，孔径18毫米Ⅰ型型II导向支承定位螺钉导向支承方形螺栓导向支承快换钻套内径26毫米钻套螺钉钻模板宽22.5毫米，孔径8毫米钻模板宽22.5毫米，孔径12毫米钻模板宽45毫米，孔径26毫米钻模板宽45毫米，孔径35毫米套筒连接板平压板叉形压板三点圆垫铁伸长压板特厚六角螺母定位套带垫六角螺母内球面垫片定位螺钉外球面垫片六角螺母铣杠杆（CA6140车床）平面组合夹具的组装杠杆简图待加工平面这是CA6140车床杠杆的一个外观视图。加工平面如图所示。工件三维立体图定位夹紧分析12xyz如图箭头1、2所示，它们总共限制5个自由度，即：，xy,z，z。x，xyz如图所示，螺钉按箭头所指方向装配，将限制方向的自由度。y如图所示，用六角螺母和快换垫圈进行夹紧。铣拨叉（CA6140床)平面组合夹具的组装拨叉简图待加工面拨叉立体图待加工面定位夹紧分析①xyz如左图所示，①所指的夹具体和垫板，两个平面定位总共限制了5个自由度：y,z，z。x，Y，xyz②②所示，定位钉限制了一个自由度x。夹紧分析如图所示，通过③螺母来进行夹紧。④为快换垫圈，主要是为了能够进行快速装夹。③④我专业及专业群运用CAD及信息化技术提高夹具设计效率，符合现代制造发展趋势！车床夹具设计案例一、明确设计任务设计“涡轮箱体”零件工艺流程中第8道工序的车床专用夹具。二、定位方案及定位元件1．确定定位方案2．选择定位元件选择角铁（角铁支承面消除工件3个不定度）、两个支承钉（消除工件2个不定度）和削边心轴（消除工件1个不定度。三、夹紧方案及夹紧装置的设计1．夹紧力方向的确定2．夹紧力作用点确定3．夹紧力大小夹紧方案示意图四、夹具结构的设计1．定位装置（1）角铁削边定位心轴与蜗轮孔为间隙配合，为保证顺利安装，同时为保证蜗杆孔中心轴线到蜗轮孔中心轴线的距离，减少定位误差，采用φ46H7/g6的配合，即削边心轴的尺寸为φmm。且安装后其轴线对夹具体中心轴线的垂直度公差不大于0.01mm。009.0025.046（2）定位心轴（3）支承钉两个支承钉在夹具体上等高布置且位置不低于回转中心（相对角铁支承板），两个支承钉相隔距离应尽量大（分别靠近工件的两端）。为保证蜗杆孔中心轴线对端面N（144mm×72mm）的垂直度要求，两个支承钉在夹具体上安装到位后（见装配图），随夹具体在车床上加工（车支承钉端面），以保证它们伸出的长度等高允差不大于0.01mm。2．夹紧装置（1）夹紧机构夹紧机构采用螺旋夹紧机构，为使机构简单，直接在定位心轴上加工螺纹。并根据类比法，选用M20螺纹以满足强度要求。（2）压板压板结构如图所示，本夹具采用削边圆形压板，是为了保证压板轮廓不超出工件宽度，压板削边一侧开口，则可实现工件在夹具上方便、快速地拆装。3．夹具体夹具体应根据被