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機(jī)床夾具現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢
1.前言
夾具是涵蓋了從加工到組裝的幾乎所有操作過程的一種裝夾設(shè)備。裝夾最重要的標(biāo)準(zhǔn)是位置精度、工件穩(wěn)定性、最小工件變形和最小位移,以及夾具和切割工具之間無干涉等要求。由于大量的加工操作需要裝夾,夾具設(shè)計(jì)在制造系統(tǒng)中就變得非常重要,它直接影響加工質(zhì)量,生產(chǎn)率和制造成本。在機(jī)床上加工工件時(shí),為了保證工件在該工序所加工的表面能達(dá)到圖紙上規(guī)定的尺寸及位置精度等技術(shù)要求,必須使得工件相對于刀具和機(jī)床占有正確的加工位置(即工件的定位),并把工件壓緊夾牢,以便在加工過程中,工件受到切削力、離心力的作用及沖擊、振動(dòng)等影響時(shí),能保持這個(gè)確定了的位置穩(wěn)定不變(即工件的夾緊)。在機(jī)床上對工件進(jìn)行定位和夾緊,稱作裝夾。一切能使工件在機(jī)床上實(shí)現(xiàn)定位和夾緊的工藝裝置,一般稱為機(jī)床夾具,簡稱夾具。
機(jī)床夾具按專門化程度分通用夾具、專用夾具、可調(diào)整夾具、專門化拼裝夾具和自用化生產(chǎn)用夾具。通用夾具是指已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化,且具有較大適用范圍的夾具。它由專業(yè)廠生產(chǎn)供應(yīng),有的已作為機(jī)床附件與通用機(jī)床配套,這類夾具主要用于單件小批生產(chǎn)。專用夾具是根據(jù)零件工藝機(jī)械加工過程中的某一道工序而專門設(shè)計(jì)的夾具。由于不考慮通用性,故結(jié)構(gòu)緊湊、操作方便。這類夾具可保證高的加工精度和生產(chǎn)率。但這類夾具的針對性很強(qiáng)。本文通過分析注油器油閥座零件的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和加工要求,制定了一套較合理的夾具設(shè)計(jì),從而為保證該零件的加工精度將提供一種經(jīng)濟(jì)實(shí)用的工藝裝備,具有一定的實(shí)用價(jià)值。對于夾具設(shè)計(jì)來說,最重要的就是定位、夾緊方案的確定。通過對各種定位夾緊裝置的分析比較,選擇并組合了一套既能夠滿足加工要求的,又比較簡潔的裝置。
機(jī)械的加工工藝及夾具設(shè)計(jì)是我們在完成了大學(xué)的全部課程之后,進(jìn)行的一次理論聯(lián)系實(shí)際的綜合運(yùn)用,使我對專業(yè)知識(shí)、技能有了進(jìn)一步的提高,為從事專業(yè)的工作打下基礎(chǔ)。機(jī)械加工工藝是實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品設(shè)計(jì),保證產(chǎn)品質(zhì)量、節(jié)約能源、降低成本的重要手段,是企業(yè)進(jìn)行生產(chǎn)準(zhǔn)備,計(jì)劃調(diào)度、加工操作、生產(chǎn)安全、技術(shù)檢測和健全勞動(dòng)組織的重要依據(jù),也是企業(yè)上品種、上質(zhì)量、上水平,加速產(chǎn)品更新,提高經(jīng)濟(jì)效益的技術(shù)保證。然而夾具又是制造系統(tǒng)的重要組成部分,不論是傳統(tǒng)制造,還是現(xiàn)代制造系統(tǒng),夾具都是十分重要的。因此,好的夾具設(shè)計(jì)可以提高產(chǎn)品勞動(dòng)生產(chǎn)率,保證和提高加工精度,降低生產(chǎn)成本等,還可以擴(kuò)大機(jī)床的使用范圍,從而使產(chǎn)品生產(chǎn)在保證精度的前提下提高效率、降低成本。當(dāng)今激烈的市場競爭和企業(yè)信息化的要求,企業(yè)對夾具的設(shè)計(jì)及制造提出了更高的要求。
2.發(fā)展歷史
夾具從產(chǎn)生到現(xiàn)在,大約可以分為三個(gè)階段:第一個(gè)階段主要表現(xiàn)在夾具與人的結(jié)合上,這一階段的夾具主要是以人為主,夾具作為單純的輔助工具,使加工過程趨于完善;第二階段,夾具成為人與機(jī)床之間的橋梁,夾具的機(jī)能發(fā)生變化,它主要用于工件的定位和夾緊。人們越來越認(rèn)識(shí)到,夾具的改進(jìn)可以提高勞動(dòng)生產(chǎn)率、提高加工精度、改善操作者的工作條件和擴(kuò)大機(jī)床的使用范圍,所以對夾具引起了重視;第三階段表現(xiàn)為夾具與機(jī)床的結(jié)合,夾具作為機(jī)床的一部分,成為機(jī)械加工中不可缺少的工藝裝備。
夾具的種類雖然很多,但是他們的工作原理基本上相同,一般有如下幾個(gè)組成部分。
(1)定位元件
是用來確定工件再夾具中的位置的元件,它包括元件或元件的組合。
(2)夾緊裝置
這種裝置包括夾緊元件或其組合及動(dòng)力源。其作用是將工件壓緊夾牢,保證工件在定位時(shí)所占據(jù)的位置在加工過程中不因外力而破壞。
(3)確定夾具對機(jī)床相互位置的元件
此類的元件是為了用來確定夾具對機(jī)床工作臺(tái)、導(dǎo)軌或主軸的相互位置。
(4)對刀—導(dǎo)引元件
這類元件的共同作用是保證工件和刀具之間的正確加工位置。
(5)其他裝置或元件
這類裝置或元件主要有:為使工件在依次裝夾中多次轉(zhuǎn)位而加工不同位置上的表面所設(shè)置的分度裝置,為了便于卸下工件而設(shè)置的頂出器;以及標(biāo)準(zhǔn)話了的連件元件等。
(6)夾具體
夾具體是夾具的基座和骨架。其他裝置都安在夾具體上使之成為一個(gè)夾具的整體。
當(dāng)然上述的各組成部分,不是每個(gè)夾具都必須完全具備的。但一般來說,定位元件、夾緊裝置、夾具體則是夾具的基本組成部分。
專用夾具的組成
(1)定位裝置
這種裝置包括定位元件及其組合,其作用是確定工件在夾具中的位置,即通過它使工件加工時(shí)相對于刀具及切削成形運(yùn)動(dòng)處于正確的位置,如支承釘、支承板、V形塊、定位銷等。
(2)夾緊裝置
它的作用是將工件壓緊夾牢,保證工件在定位時(shí)所占據(jù)的位置在加工過程中不因受重力、慣性力以及切削力等外力作用而產(chǎn)生位移,同時(shí)防止或減小振動(dòng)。它通常是一種機(jī)構(gòu),包括夾緊元件(如夾爪、壓板等),增力及傳動(dòng)裝置(如杠桿、螺紋傳動(dòng)副、斜楔、凸輪等)以及動(dòng)力裝置(如氣缸、油缸)等。
(3)對刀—引導(dǎo)裝置
它的作用是確定夾具相對于刀具的位置,或引導(dǎo)刀具進(jìn)行加工,如對刀塊、鉆套、鏜套等。
(4)其他元件及裝置
如定向件、操作件以及根據(jù)夾具特殊功用需要設(shè)置的一些裝置,如分度裝置、工件頂出裝置、上下料裝置等。
(5)夾具體
用于連接夾具各元件及裝置,使其成為一個(gè)整體的基礎(chǔ)件,并與機(jī)床有關(guān)部位連接,以確定夾具相對于機(jī)床的位置。
工件夾緊的基本要求
工件在定位后,因加工中還要受切削力、慣性力及工件自重等影響,將使工件產(chǎn)生位移或振動(dòng),破壞工件已有的正確定位,故必須用夾緊機(jī)構(gòu),將工件固定在定位元件上。在設(shè)計(jì)夾具時(shí),確定夾緊方法一般與定位問題應(yīng)同時(shí)考慮。夾緊方案通常需滿足以下要求:
(1)夾得穩(wěn)——夾緊時(shí)不能破壞工件穩(wěn)定的正確定位;夾緊機(jī)構(gòu)的動(dòng)作應(yīng)平穩(wěn),有足夠的剛度和強(qiáng)度。
(2)夾得牢——夾緊力要合適,過小易使工件移動(dòng)或振動(dòng),過大也會(huì)使工件變形或損傷,影響加工精度。此外,夾緊機(jī)構(gòu)要有自鎖作用,即原始作用力除后,工件仍能保持夾緊狀態(tài)而不松開。
(3)夾得快——夾緊機(jī)構(gòu)應(yīng)盡量簡單、緊湊、操作時(shí)安全省力,迅速方便,以減輕工人勞動(dòng)強(qiáng)度,縮短輔助時(shí)間,提高生產(chǎn)效率。
為了達(dá)到以上要求,正確設(shè)計(jì)夾緊機(jī)構(gòu),首先必須合理確定夾緊力的三要素:大小、方向和作用力(數(shù)量和位置)。
3.發(fā)展現(xiàn)狀
制造業(yè)是國民經(jīng)濟(jì)的基礎(chǔ),隨著以計(jì)算機(jī)技術(shù)為主導(dǎo)的現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展,以“時(shí)間驅(qū)動(dòng)”為特征的市場競爭、產(chǎn)品更新?lián)Q代的加快、商品需求的多樣化等使制造業(yè)面臨著巨大的挑戰(zhàn),特別是像撥叉類不規(guī)則零件的加工就出現(xiàn)了重大問題,在現(xiàn)階段撥叉類零件的加工還沒有達(dá)到現(xiàn)代自動(dòng)化的加工水平。在批量的生產(chǎn)中,它的加工工藝還需要人工畫線的方法來保證其精度,而對工件的裝夾也是通過人工的方法進(jìn)行的。因此,我國對撥叉類不規(guī)則零件的加工還處于效率低、加工成本高的階段。
夾具是機(jī)械加工中的一種工藝設(shè)備,它在機(jī)械加工中起著十分重要的作用,主要有以下的幾個(gè)方面。
(1)便于工件的正確定位,以保證加工精度
工件裝夾在夾具上后,工件上各有關(guān)的幾何元素(點(diǎn)、線、面)之間的相互位置精度在一定程度上就由夾具保證。當(dāng)夾具在機(jī)床上正確定位及固定以后,工件在夾具中又得到正確定位并被夾緊,這樣就保證了再加工過程中“同批”工件對刀具和機(jī)床保持確定的相對位置,使加工得以順利進(jìn)行。
(2)提高勞動(dòng)生產(chǎn)效率和降低加工成本
采用夾具以后,可以省去即十分費(fèi)時(shí)又不很緊缺的劃線、找正工序,減少了輔助時(shí)間。若采用聯(lián)動(dòng)夾具裝置、快速夾緊裝置,既能降低勞動(dòng)強(qiáng)度,又能提高生產(chǎn)效率。例如采用氣壓、液壓等傳動(dòng)裝置,只需要幾秒鐘舊可以完成夾緊動(dòng)作。
(3)改善工人的勞動(dòng)條件
采用夾具后,工件的裝卸比不用夾具要方便、省力、安全。如果生產(chǎn)規(guī)模較大,還可以采用機(jī)械化傳動(dòng)裝置和自動(dòng)裝卸工件的自動(dòng)化夾具,以實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程中的自動(dòng)化,進(jìn)一步提高勞動(dòng)生產(chǎn)效率和改善工人的勞動(dòng)條件。
(4)擴(kuò)大機(jī)床工藝范圍
在單件小批量生產(chǎn)的條件下,工件的種類、規(guī)格多,而機(jī)床的數(shù)量、品種卻有限。為了解決這種矛盾,可以設(shè)計(jì)制造專用的夾具,使機(jī)床“一機(jī)多用”。例如,可以采用專用的夾具,在車床上實(shí)現(xiàn)拉削。
夾具在機(jī)械加工中的作用是重要的,但是在不同的生產(chǎn)規(guī)模和不同的生產(chǎn)條件下,夾具的功用也有所側(cè)重,其結(jié)構(gòu)的復(fù)雜程度也有很大的不同。例如,在單件小批生產(chǎn)條件下,宜于使用通用的可調(diào)夾具,若采用專用的夾具,其結(jié)構(gòu)也應(yīng)求簡單。在大批量生產(chǎn)的條件下,夾具的作用則主要是在保證加工精度的前提下提高生產(chǎn)效率,因此夾具的結(jié)構(gòu)更完善些是必要的。雖然此時(shí)夾具的制造費(fèi)用大一些,但由于生產(chǎn)效率的提高,產(chǎn)品質(zhì)量的穩(wěn)定,技術(shù)經(jīng)濟(jì)效果還是好的。
4、發(fā)展趨勢
夾具是機(jī)械加工不可缺少的部件,在機(jī)床技術(shù)向高速、高效、精密、復(fù)合、智能、環(huán)保方向發(fā)展的帶動(dòng)下,夾具技術(shù)正朝著高精、高效、模塊、組合、通用、經(jīng)濟(jì)方向發(fā)展。
隨著機(jī)械工業(yè)的迅速發(fā)展,對產(chǎn)品的品種和生產(chǎn)率提出了愈來愈高的要求,使多品種,中小批生產(chǎn)作為機(jī)械生產(chǎn)的主流,為了適應(yīng)機(jī)械生產(chǎn)的這種發(fā)展趨勢,必然對機(jī)床夾具提出更高的要求。特別是像撥叉類不規(guī)則零件的加工還處于落后階段。然而,在今后的發(fā)展過程中,為加速撥叉類零件的生產(chǎn),簡化設(shè)計(jì)工作,加速工藝裝備的準(zhǔn)備工作,以獲得良好的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效果,必須重視機(jī)床夾具的標(biāo)準(zhǔn)化,系列化和通用化工作。同時(shí),在對該類零件的設(shè)計(jì)時(shí)還應(yīng)大力推廣使用組合夾具、半組合夾具和可調(diào)夾具,尤其是成組夾具。隨著數(shù)控機(jī)床,組合機(jī)床及其它高效自動(dòng)化機(jī)床的出現(xiàn),夾具的自動(dòng)化程度也得到相應(yīng)的提高,它將向著柔性化、集成化方向發(fā)展,才能更好的發(fā)揮機(jī)床的作用和提高生產(chǎn)效率。
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