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1、模块6现代机床夹具设计【知识目标】 现代机床夹具设计思路及方法； 现代机床夹具典型的夹具类型； 现代机床夹具的发展方向。【技能目标】 掌握随行夹具、组合夹具、成组夹具以及数控机床夹具的基本组成及其应用场合； 培养学生现代机床夹具的设计能力，能利用计算机系统来辅助完成一部分或大部分夹具设计工作。随着科学技术的迅猛发展，市场需求的变化多端及商品竞争的日益激烈，使机械产品更新换代的周期越来越短，多品种、小批量生产的比例越来越高。为了适用这种形势的需要，出现了各种新型夹具。【任务描述】如图6-1所示为生产一线常见内燃机曲轴零件的示意图，现对曲轴的连杆颈部和主轴颈部进行磨削加工,要求为其设计一套现代机床
2、夹具。图6-1内燃机曲轴零件的示意图【任务分析】普通夹具的设计思想就是在加工连杆颈时,改变其回转中心的位置.从而实现连杆颈部的加工。而现代夹具的设计思想就是曲轴的主轴颈部和连杆颈部同时加工。既设计一套随动夹具可以采用两个磨削主轴箱同时加工一个曲轴的主轴颈和连杆轴颈。如图6-2所示。图6-2采用现代夹具同时加工曲轴的主轴颈和连杆轴颈【任务引导】（1）作为现代机床夹具，在生产中有什么优势？（2）作为现代机床夹具的典型代表，其基本组成是什么？（3）便于认识和更好的使用现代机床夹具，如何对其进行分类？（4）生产一线对现代机床夹具还有什么新的要求？（5）在认识实习、生产实习时，应对现代机床夹具的基本结构
3、及其分析有所认识。学习情境6.1随行夹具设计随行夹具是在自动线上或柔性制造系统中使用的一种移动式夹具。它既要完成工件的定位和夹紧，又要作为运载工具将工件在机床间进行传递。传送到下一道工序的机床后，随行夹具应能在机床上准确的定位和夹紧。一条生产线上有许多随行夹具，每个随行夹具随着工件经历生产线的全过程，然后卸下已加工的工件，装上新的待加工工件，循环使用。如图6-3所示为随行夹具在自动线机床上工作的简图。随行夹具1由自动线上的输送带(一般常用带棘爪的和摆杆的输送带)运送到自动线上的各台机床上。带棘爪的步伐式输送带3支承在支承滚5上。自动线各台机床上都有一个相同的机床夹具，它除了要对随行夹具进行定位
4、和夹紧外，还要提供一个输送支承面4。随行夹具在机床上的定位采用一面两销的定位方法。夹紧是用四个钩形压板压住随行夹具的下部底板，钩形压板由油缸8通过杠杆9带动。图6-3随行夹具在自动线机床上的工作图1随行夹具；2机床夹具；3带棘爪的步伐式输送带；4输送支承；5支承滚；6定位机构；7钩形压板；8油缸；9杠杆随行夹具主要用于形状复杂而不规则、又无良好输送基面的工件，以便将工件装夹于输送基面规整的随行夹具上，然后再通过自动线各台机床进行加工。对一些有色金属的工件，虽然具有良好的输送基面，有时为了保护基面避免划伤，也采用随行夹具。【小提示】有时为了在自动线上尽可能加工完所有被加工表面，不得不选用毛坯面作
5、安装基准，而毛坯面不能作多次安装，这就需要使用随行夹具，以便一次安装完成全部加工。6.1.1随行夹具板设计随行夹具的底板是随行夹具的一个重要部件，它的底平面是用于定位和输送的。随行夹具定位和输送基面一般都设计在底板底平面上，因此，它直接影响着随行夹具的定位精度和工作效率，设计时必须给以足够的注意。由于底板是根据自动线的专门需要设计的，因而可以设计得更为合理和完善。关于随行夹具底板设计的有关问题分述如下。1.随行夹具在机床夹具上的定位1）随行夹具定位随行夹具在机床夹具上的定位大多采用一面两销的定位方法，这种定位方法有如下特点：（1）有利于达到随行夹具敞开性的要求，对于安装在随行夹具上的工件，在一
6、次定位中有可能同时加工五个面，这样既能高度集中加工工序，又能提高各加工面的位置精度。（2）有利于达到随行夹具在工位上定位时的基准统一的要求，使整个工艺过程实现基准统一。（3）有利于实现随行夹具在机床夹具上定位和夹紧的自动化要求，容易使夹紧力的着力点对准定位支承，消除夹紧力引起的夹具变形对加工精度的影响。（4）有利于防止切屑落入随行夹具的定位基面。【小提示】采用这种定位方法时，要在随行夹具的底板上设计一个定位平面和两个定位销孔。2）随行夹具定位底板设计设计底板定位基面要注意到以下三点：（1）当被加工工件的加工精度要求不高时，可以考虑定位基面和输送基面合一，因为随行夹具在自动线机床间的运送及返回的
7、过程中，定位基面的磨损对加工精度影响不大。所以可以在底板的底面上装两块支承板，用作定位基面和输送基面。（2）当被加工工件的加工精度要求很高时，尤其是工序尺寸在高度方向上有严格要求时，必须考虑随行夹具由于运送和多次定位造成的定位基面的磨损对加工精度影响。因此设计底板时，要采用定位基面和输送基面分开的原则，粗、精定位销孔分开的原则。如图6-4所示为一个随行夹具底板的底平面图。当随行夹具送到机床夹具上时，略低于输送支承板2(一般低于0.10.2mm)的机床夹具上的定位块，以便支承住随行夹具上的定位支承板1，并且机床夹具上的定位机构向随行夹具插入两个定位销，使随行夹具完成定位，实现了定位基面与输送基面
8、分开的原则。随行夹具在粗加工机床上加工时用粗加工定位销图6-4随行夹具底板的底平面1定位支承板；2输送支承板；3粗加工定位销孔；4精加工定位销孔孔3进行定位，在精加工机床上加工时则换用精加工定位销孔4进行定位，从而实现了粗、精销孔分开的原则，保证了精加工时提高定位精度的要求。（3）为进一步提高随行夹具在机床夹具上的定位精度，除采用上述粗、精加工定位销孔分开的措施外，还可根据被加工工件的具体要求，采取提高定位销孔与定位销配合精度和适当增大两个定位销之间的距离，以减小定位系统间隙，还可以在半精加工和精加工工序的机床夹具上增设附加装置，将工件推靠在定位销的同一侧，以减小因定位间隙而造成的误差。2.随
9、行夹具的输送基面输送基面有两种结构形式，即采用带滑动输送基面的结构和采用带滚动输送基面的结构。1）采用带滑动输送基面的结构图6-4中为采用带滑动输送基面的结构。在底板上装有四块输送支承板，构成了随行夹具底板上的输送基面。采用这种滑动面输送的方法，输送阻力较大，一般多用在中、小型随行夹具上。2）采用带滚动输送基面的结构如图6-5所示为随行夹具的底平面。为了减少运送阻力，在随行夹具底板上设有两排各四个纵向输送滚子和另外两排各四个横向输送滚子，用作纵向和横向输送基面。在设计这种结构时，要使滚子高出底板上的定位基面l3mm。图6-5随行夹具的底平面1定位销孔；2定位块；3纵向输送牵引块；4横向输送滚子
10、；5纵向输送滚子；6横向输送导向块；7横向输送牵引块随行夹具在机床夹具上的定位时，随行夹具运动方向上的滚子应落入到机床夹具支承板上的相应槽中，使定位基面相接触。为了减少随行夹具在运送过程中滚子落入槽中的次数，设计时应使同向的四个滚子前后两组间距不等。这种结构形式一般用在200kg以上的随行夹具上。【小提示】滚子一般不宜采用滚动轴承，而应采用滑动轴承。这是因为随行夹具较重，输送速度较大，在随行夹具输送支承板的接头处产生冲击，致使轴承破碎。3.随行夹具在输送中的引导为了使随行夹具定向输送，并能较准确的接通机床夹具的定位机构，在随行夹具上还必须有输送的导向机构。目前常用的有侧限位板导向随行夹具、带导
11、向块的随行夹具及采用下方夹压的随行夹具等三种。1）侧限位板导向随行夹具如图6-6所示为利用侧限位板导向的随行夹具。侧限位板4固定在机床夹具的侧面，与随行夹具3之间留有1mm的间隙。当随行夹具3被输送装置6送到机床夹具1时，由于侧限位板4的导向，保证了其定位时所要求的位置。这种导向机构结构简单，但对机床排屑不利。图6-6利用侧限位板导向的随行夹具1机床夹具；2锺套；3随行夹具；4侧限位板；5支承板；6输送装置2）带导向块的随行夹具如图6-7所示为带导向块的随行夹具。导向块3安装在随行夹具2的底面上，导向块3与机床夹具支承板5之间留有1mm的间隙。这种方法不妨碍机床排屑也不会因侧限位板变形夹住工件
12、而增加运送阻力，但在自动线组装时必须将各机床及中间支承板调整在一条直线上。图6-7带导向块的随行夹具1机床夹具；2随行夹具；3导向块；4随行夹具支承板；5机床夹具支承板；6输送带3）采用下方夹压的随行夹具当随行夹具在机床夹具上采用下方夹压的方案时，如图6-8所示，就不必另外再专门设计导向机构，机床夹具的支承导向板的两个侧面即可起着导向的作用。图6-8采用下方夹压的随性夹具1机床夹具；2定位机构；3随行夹具；4中间支承板；5机床夹具支承导向板；6夹紧油缸；7模铁夹紧机构。6.2组合夹具设计组合夹具是一种标准化、系列化、通用化程度很高的工艺装备，如图6-9所示。我国从60年代初开始推广使用，目前已
13、基本普及，各城市及各大工厂均有自己的组合夹具站。从组合夹具的使用角度考虑,组合夹具具有以下性质:图6-9组合夹具实体图（1）组合夹具由一套预先制造好的不同形状、不同规格、不同尺寸的标准元件及合件组装而成。组合夹具一般是为某一工件的某一工序组装的专用夹具，也可以组装成通用可调夹具或成组夹具。（2）组合夹具适用于各类机床。（3）组合夹具把专用夹具的设计、制造、使用、报废的单向过程变为组装、扩散、清洗入库、再组装的循环过程。可用几小时的组装代替几个月的设计制造周期，从而缩短了生产周期；节省了工时和材料，降低了生产成本；还可减少夹具库房面积，有利管理。（4）组合夹具的元件精度高、耐磨，并且实现了完全互
14、换，元件精度一般为IT7IT6级。用组合夹具加工的工件，位置精度一般可达IT9IT8级，若精心调整可达IT7级。（5）组合夹具的主要缺点是体积大、刚度较差、一次性投资大、成本高。这使组合夹具的推广应用受到一定限制。6.2.1组合夹具的组成及类型1.组合夹具的基本组成组合夹具是由八大类零件组成，即基础件、支承件、定位件、导向件、夹紧件、紧固件、辅助件及组合件，见表6-1。表6-1组合夹具各元件基础件支承件定位件导向件夹紧件紧固件辅助件组合件1）基础件基础件主要是作夹具体，如图6-10所示，可以分为方形基础板、长方形基础板、圆形基础板和角尺形基础板等。基础板的各个面上都有T形槽、螺钉孔，通过定位键
15、、螺栓来安装其他元件。圆形基础板工作面上的T形槽可成45或60径向分布，中央还有IT6级精度定位孔，底面还有定位止口，可与机床主轴上的过渡盘相连。图6-10槽系组合夹具基础板2）支承件支承件主要用作不同高度的支承和各种定位交承平面，分为垫片、垫板、支承等。垫片又有方垫片、长方垫片等；垫板又有方垫板、长方垫板、紧固支承垫板、角铁垫板、菱形垫板、V形垫板等；支承又有方支承、长方支承、紧固支承、角铁支承、V形支承等。【小提示】支承件有时可以和基础件一起构成夹具体，也可以在小型组合夹具中作夹具体。3）定位件定位件主要作定位元件，有定位键、定位销、定位盘、定位支承、定位板、定位支座，定位轴和顶尖等。4）导向件导向件主要用来确定孔加工刀具的位置，并起引导刀具作用，有时也可起定位件作用。导向件有钻模板、钻套和导向支承等。5）夹紧件夹紧件用来夹紧工件，有各种压板，如平压板、伸长压板、叉形压板等。6）紧固件紧固件有各种螺钉、螺母、螺栓、垫圈等，而螺栓又有双头螺栓、T形螺栓等；垫圈又有球面垫圈、开口垫圈等。7）辅助件凡是难以列入上述6类元件的元件，都称为
