现代机床夹具的发展方向

4、现代机床夹具的发展方向现代机床夹具的发展方向主要表现为标准化、精密化、高效化和柔性化等四个方面。（1）标准化：机床夹具的标准化与通用化是相互联系的两个方面。目前我国已有夹具零件及部件的国家标准：以及各类通用夹具、组合夹具标准等。机床夹具的标准化，有利于夹具的商品化生产，有利于缩短生产准备周期，降低生产总成本。（2）高效化：高效化夹具主要用来减少工件加工的基本时间和辅助时间，以提高劳动生产率，减轻工人的劳动强度。常见的高效化夹具有自动化夹具、高速化夹具和具有夹紧力装置的夹具等。例如，在铣床上使用电动虎钳装夹工件，效率可提高5倍左右；在车床上使用高速三爪自定心卡盘，可保证卡爪在试验转速为9000r/min的条件下仍能牢固地夹紧工件，从而使切削速度大幅度提高。目前，除了在生产流水线、自动线配置相应的高效、自动化夹具外，在数控加床上，尤其在加工中心上出现了各种自动装夹工件的夹具以及自动更换夹具的装置，充分发挥了数控机床的效率。（3）精密化：随着机械产品精密度的日益提高，势必相应提高了对夹具的精密度要求。精密化夹具的结构类型很多，例如用于精密分度的多齿盘，其分度精度可达±0.1；用于精密车削的高精度三爪自定心卡盘，其定心精度为5μm。（4）柔性化：机床夹具的柔性化与机床的柔性化相似，它是指机床夹具通过调整、组合等方式，以适应工艺可变因素的能力。工艺的可变因素主要有：工序特征、生产批量、工件的形状和尺寸等。具有柔性化特征的新型夹具种类主要有：组合夹具、通用可调夹具、成组夹具、模块化夹具、数控夹具等。为适应现代机械工业多品种、中小批量生产的需要，扩大夹具的柔性化程度，改变专用夹具的不可拆结构，发展可调夹具结构，将是当前夹具发展的主要方向。1.4质量、生产率和经济生的辩证关系机械零件的加工质量直接关系到产品的性能好坏。提高质量也是工业生产中所极力寻求的。而影响零件加工质量的因素很多，为了提高加工质量，保证机械加工精度，生产中采取的工艺措施很多，比如增强工艺系统刚性的工艺措施，采用减振、消振装置等。机械加工的劳动生产率，是指工人在单位时间内加工出合格零件的数目。工艺过程基本组成单元是工序，因此评价机械加工劳动生产率，主要看各个工序加工的单件工时，即该工序加工完成一个零件所需要的时间，提高生产率的途径有缩短基本时间、缩短辅助时间、缩短服务时间、缩短准备结束时间。机械加工的经济性主要体现在产品或零件的生产成本。制造一个产品或零件所必须的一切费用的总和，称为产品或零件的生产成本。生产成本由两大部分费用组成：即工艺成本和其他费用。总之协调好质量、生产率和经济性三者的关系才能创造出更多的效益。1.5工艺与夹具设计的方案1、工艺设计方案:无论是在传统制造还是现代制造系统中都离不开工艺与夹具的设计，并且设计指导思想都是现有的条件下以优质、高效、低耗的工艺完成零件的加工。本课题是在企业的现有生产设备上进行零件的加工。本产品要求较高的疲劳强度，连杆两端面要有高的位置精度误差，根据加工顺序安排的原则，先铣出两个平面为钻小头孔作定位基准等等，工艺设计方案初步拟定为：模锻坯—调质处理—探伤—铣两平面—磨两平面—钻小头孔—镗小头孔—铣大头定位点—铣小头定位点—粗铣舌顶面—镗半边大头孔—铣打标记处到尺寸—精铣舌顶面—铣槽侧分开面—挤压螺纹—拉舌槽。2、夹具设计方案：钻床夹具在批量生产中是使用最多的一种机床夹具。其设计指导思想是：机床夹具是保证产品质量、提高劳动生产率的重要技术手段，其结构形式必须与其生产类型和市场变化相适应，夹具设计要注重标准化。本课题是钻孔夹具设计，本课题夹具结构设计方案见本说明书第三章专用夹具设计。第2章工艺规程设计2.1概述2.1.1机械加工工艺规程的作用1、工艺规程是指导生产的主要技术文件，是指挥现场生产的依据对于大批量生产的工厂，由于生产组织严密，分工细致，要求工艺规程比较详细，才能便于组织和指挥生产。对于单件小批生产的工厂，工艺规程可以简单些。但无论生产规模大小，都必须有工艺规程，否则生产调度、技术准备、关键技术研究、器材配置等都无法安排，生产将陷入混乱。同时，工艺规程也是处理生产问题的依据，如产品质量问题，可按工艺规程来明确各生产单位的责任。按照工艺规程进行生产，便于保证产品质量、获得较高的生产效率和经济效益。2、工艺规程是生产组织和管理工作的基本依据首先，有了工艺规程，在新产品投入生产之前，就可以进行有关生产前的技术准备工作。例如为零件的加工准备机床，设计专用的工、夹、量具等。其次，工厂的设计和调度部门根据工艺规程，安排各零件的投料时间和数量，调整设备负荷，各工作地按工时定额有节奏地进行生产等，是整个企业的各科室、车间、工段和工作地紧密配合，保证均衡地完成生产计划。3、工艺规程是新建或改（扩）建工厂或车间的基本资料在新建或改（扩）建工厂或车间时，只有依据工艺规程才能确定生产所需要的机床和其他设备的种类、数量和规格；车间的面积；机床的布局；生产工人的工种、技术等级及数量；辅助部门的安排。但是，工艺规程并不是固定不变的，它是生产工人和技术人员在生产过程中的实践的总结，它可以根据生产实际情况进行修改，使其不断改进和完善，但必须有严格的审批手续。2.1.2机械加工工艺规程的类型一般说来，在中批生产中，多采用较详细的机械加工工艺卡或机械加工工艺过程卡和主要工序用机械加工工序卡。（本课题机械加工工艺过程见附卡1，本课题工序直接关联的主要机械加工工序卡见附卡2、附卡3，附卡装订在论文最后。）2.1.3制定加工工艺规程的原则、步骤和内容制定工艺规程的原则：可靠地保证零件图样上所有技术要求的实现；必须满足生产纲领的要求；在满足技术要求和生产纲领的前提下，一般要求工艺成本较低；尽量减轻工人的劳动强度，保证生产安全。制定工艺规程的步骤和内容：分析研究零件图样，审查零件的结构工艺性；选择和确定毛坯；拟定机械加工工艺路线，这是制定机械加工工艺规程的核心；详细拟定工序具体内容；对工艺方案进行技术经济分析；填写工艺文件。2.2连杆体图样的分析2.2.1连杆体的结构特点连杆的作用是将活塞承受的力传给曲轴，并使活塞的往复运动转变为曲轴的旋转运动。连杆由连杆体、连杆盖、连杆螺栓和连杆轴瓦等零件组成，连杆体分为连杆小头、杆身和连杆大头。连杆小头用来安装活塞销，一连接活塞。杆身通常做成“工”形断面，以求在满足强度和刚度要求的前提下减少质量。连杆大头与曲轴的连杆轴颈相连。一般做成分开式，与杆身切开的一半称为连杆盖，二者靠连杆螺栓连接为一体。连杆轴瓦安装在连杆大头孔座中，与曲轴上的连杆轴颈在一起，是发动机中最重要的配合副之一。连杆体与连杆盖是通过舌顶和舌槽来定位的，并用螺栓连接。连杆大头孔和小头孔内分别安装轴瓦和衬套。为了减轻重量并保证连杆具有足够的强度和刚度，连杆的杆身截面为工字形，其外表面不需要机械加工。连杆体的大头端面和小头端面与杆身对称。2.2.2连杆体的结构工艺性连杆体的结构形式直接影响到机械加工工艺的可靠性和经济性。连杆体大头和小头端面与杆身对称，且连杆盖厚度比连杆体大头厚度单边小2mm，连杆盖和连杆体大头装配后不存在端面不一致的问题，故连杆两端面的精磨不需要在装配后进行，可安排在螺栓孔加工之前，这有效地改善了连杆的加工工艺性。而且它后续加工面对端面的位置精度可由加工精度直接保证，而不会受精磨加工精度的影响。所以连杆体结构合理，工艺性也较好。2.3生产批量的确定在生产中，一般按照生产纲领的大小选用相应的生产类型。生产类型可分为单件生产、成批生产、大量生产。其中，成批生产又可分为大批生产、中批生产和小批生产。设计任务书规定连杆按中批量生产确定。2.4连杆体毛坯的选择和确定在机械加工中常见的零件毛坯类型有铸件、锻件、型材、及焊件四种。毛坯选择依据零件的材料及其力学性能，零件的结构形状和尺寸大小，生产类型，现有生产条件，充分考虑利用新工艺、新技术和新材料额可能性。根据连杆的作用，力学性能要求比较高，采用钢质模锻，这样既满足连杆力学性能要求又使切削余量较小便于提高生产率、精度也得以提高。连杆的毛坯锻造工艺有两种，即分开锻和整体锻，由于分开锻的连杆盖金属纤维是连续的，而整体锻经铣切后的连杆盖的纤维是断裂的。所以，本课题采用连杆体和连杆盖分开锻造。2.5连杆体加工工艺路线的制定2.5.1定位基准的选择1、粗基准的选择粗基准的选择主要考虑两问题：一是保证主要加工面有足够而均匀的余量和各待加工表面有足够的余量；二是保证加工面与不加工面之间的相互位置精度。（1）为了保证加工面与不加工面之间的位置要求，应当选不加工面为粗基准。当工件上有多个不加工面与加工面之间有位置要求时，则应当以其中要求最高的不加工面为粗基准。如连杆体小头孔加工，选小头外圆为粗基准，小头外圆表面为不加工面，保证了小头孔的壁厚均匀。（2）为了保证各加工面有足够的加工余量，应该选择毛坯余量最小的面为粗基准。对于工件上的某些重要表面，为了尽可能的使其加工余量均匀，则应选择重要表面作为粗基准。（3）粗基准应避免重复使用。本课题中粗基准没被重复使用。（4）粗基准表面应平整无缺陷。选作粗基准的表面应平整，没有浇口、冒口或飞边等缺陷，以便定位可靠。如毛坯杆身的面为粗基准，保证了两端面的位置精度及平行度，又避免了分型面出现飞边。2、精基准的选择选择精基准应该从保证零件加工精度要求和加工的位置精度要求考虑，同时考虑装夹方便可靠，夹具结构简单。（1）基准重合的原则。应当尽量选用设计基准作为定位基准，以便避免定位基准与设计基准不重合面引起的基准不重合误差。如铣大小头定位点工序采用的就是“基准重合”的原则。（2）基准统一原则。在零件加工的整个工艺过程中或者有关的某几道工序中尽可能采用同一个（或一组）定位基准来定位。采用基准统一原则，可以简化夹具的设计和制造工作，减少工作在加工过程中的翻转次数。如连杆体加工工艺过程的大部分工序都是采用统一的精基准：一个端面、小头孔和大头定位点。这样既保证加工精度，而且因端面的面积大，定位也比较稳定，符合基准统一原则。（3）“自为基准”原则，对于零件上重要表面的精加工，必须选加工表面本身作为基准以保证加工余量少而且均匀。（4）互为基准原则，零件采用互为基准原则可以保证零件较高的相互位置精度。本工艺过程中铣、磨两端面采用的是互为基准。（5）便于装夹原则，在选择精基准原则应能保证零件定位准确、夹紧可靠，还应使夹具结构简单，操作方便。2.5.2加工经济精度和加工方法的选择所谓加工经济精度是指在正常加工条件下（采用符合质量标准的设备、工艺装备和标准技术等级的工人，不延长加工时间）所能保证的加工精度和表面粗糙度。而加工方法则根据零件表面、零件材料和加工精度以及生产率的要求，考虑本厂（或车间）现有的工艺条件，考虑从加工精度等因素选择。1、平面加工可采用车、铣、刨、磨、拉等加工方法。连杆体两侧定位面直接铣削到最终尺寸，符合加工经济精度；舌顶面先粗铣再进行半精铣、精铣到最终尺寸，符合加工经济精度；因两端面选作大部分工序的精基准，根据工艺需求提高两端面要求，两端面经铣削、磨削到最终尺寸。螺栓台子面加工在车床上进行，加工经济精度为IT12，粗车到最终尺寸即可。2、孔加工可采用钻、铰、拉、镗、磨等加工方法。螺栓孔的加工选择在钻床上进行，加工经济精度为IT12，可以一次钻孔到最终尺寸。倒螺栓孔口角在钻床上进行，加工经济精度为IT12。