铣削类夹具设计制造浅谈.docx
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铣削类夹具设计制造浅谈
高级技师专业论文
工种:
铣工
题目:
铣削类夹具设计制造浅谈
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培训单位:
鉴定单位:
日期:
铣削类夹具设计制造浅谈
时间:
工作单位:
摘要:
针对通用夹具加工某种批量零件时存在的不足,根据自己多年的实际工作经验,对工件的加工特性,使用要求,进行了综合分析,自己动手设计制造了一套“多件铣夹具”,充分发挥原有设备的能力。
通过实际使用,达到了预期的目的。
关键词;多件铣夹具,设计制造,夹具定位。
论文主体:
在机械制造中,为完成需要的加工工序,装配工序及检验工序等,使用着大量的夹具。
利用夹具,可以提高劳动生产率,提高加工精度,减少废品,扩大机床的工作范围,改善操作者的劳动条件。
因此,夹具是机械制造中一项重要的工艺装备。
所有的机床夹具可以分成两大类:
第一类机床夹具是由机床附件厂或专门的工具制造厂制造的,它们只要稍加调整或更换零件就可以应用于加工不同零件。
如三爪卡盘,铣切用虎钳,分度头等。
因为它们具有通用性,所以称之为通用夹具。
第二类机床夹具是专为某个零件的某工序而设计,制造的夹具。
因为它们具有专用性,所以称之为专用夹具。
在小批生产或试制时用的组合夹具,也是专用夹具的一种。
为了适应不同零件的需要,通用夹具的结构是要复杂些。
专用夹具是为特殊目的设计制造的,在成批或大量流水线生产中,大部分的机床夹具都是专用夹具,特别是钻床,铣床,专用机床,生产流水线和自动线上用的更是如此。
因此,专用夹具的设计制造,应用在机械加工中,确实发挥了很大的作用。
一、专用夹具的设计:
专用夹具制造批量极少,一般不经过试制阶段,它的设计全过程,分为两个阶段:
第一阶段是从调查研究到图纸设计的阶段,第二阶段是经过制造,调整到修改完善原设计图纸的阶段。
设计的第一阶段是夹具设计的关键阶段,这个阶段的工作的好坏,决定着夹具的制造质量和使用质量。
设计的第二阶段也是非常重要的,只有通过这个阶段才能考查原来的设计是否符合预期的要求。
夹具设计需要调查以下几个方面:
1.熟悉零件图纸,了解其形状,尺寸,精度,技术要求;
2.熟悉工艺,了解各工序之间的相互关系,本工序前有关表面粗糙度及位置尺寸,本工序的工艺要求;
3.了解所用设备的特性,精度,有关尺寸及其与夹具连接处的形式;
4.了解所用刀具的有关尺寸及其与夹具配合的要求;
5.了解加工特性。
二、夹具设计基础理论与制定夹具设计方案的关系
1.为了满足零件的质量要求,制定出正确的设计方案:
a.如何限制好零件的自由度;
b.如何选择合理的定位基准;
c.如何正确地使用定位元件;
d.如何正确地分析加工允差和制定技术条件;
e.如何正确选择夹紧力的作用点,方向,大小和支承形式。
夹具设计方案的选择正确与否,将直接影响零件的质量。
2.夹具机构设计与夹具结构设计的关系:
夹具设计方案确定之后,要对夹具结构提出具体要求。
每项具体要求都是通过夹具结构中一定的元件(如定位元件)和机构(如夹紧机构)的协调动作来实现的。
夹具结构还要满足生产率要求,减少操作时间。
综上所述,掌握好夹具设计基础理论和夹具机构分析方面的知识,对合理制定夹具设计方案和正确设计夹具结构,起着巨大的作用。
3.定位基本原理在夹具设计中的应用:
当零件未和任何表面靠住时,它是一个自由的物体,可以自由地活动,占有任意位置。
一个自由的物体,它对三个互相垂直的坐标面来说,有六种活动的可能性。
其中三种是移动,三种是转动。
自由物体在空间的不同位置,就是这六种活动的综合结果,习惯上把这种活动的可能性称为自由度。
一个空间的自由物体共有六个自由度,沿x,y,z轴移动的三个自由度,绕x,y,z轴转动的三个自由度。
要使物体在某方向有确定的位置,必须限制该方向的自由度。
当物体的六个自由度被完全限制之后,该物体在空间的位置也就完全确定了,所以定位就是限制自由度。
要使一个物体完全定位,必须限制六个自由度。
但在特殊的条件下,可不完全定位或过定位。
4.怎样限制好零件的自由度:
零件相对于夹具的自由度分为两种:
a.影响加工面位置尺寸或位置精度的自由度,称第一种自由度;
b.不影响加工面位置尺寸及位置精度的自由度,称为第二种自由度。
当考虑零件在夹具中的定位问题时,首先找出第一种自由度,它们必须要被限制。
然后,再从承受切削力,夹紧力等需要方面考虑,对某些第二种自由度加以限制。
限制第一种自由度时要考虑定位准确度。
为获得合格零件,首先要使零件相对于机床和刀具处于正确的位置,也就是说,零件在该位置进行加工时,加工出来的位置尺寸偏差(加工偏差)小于加工允许偏差(加工允差),称为正确定位。
正确定位主要包括三个内容:
a.使零件的定位基准在夹具中保持正确位置;
b.使夹具定位件与机床保持正确位置;
c.使夹具定位件与刀具保持正确位置。
5、怎样选择合适的定位基准:
选择定位基准的原则:
a.使本工序的加工允差大;
b.定位误差小;
c.对以后工序的加工余量有适当照顾;
d.受外力后定位稳定可靠;
e.有利于夹具结构的简化。
三、多件铣夹具的制造与实际应用(实例)
1、V型槽装夹的“多件铣夹具”:
在生产实践中,灵活应用夹具的定位原理和夹紧原理解决生产中的难题,使加工的零件完全达到工艺要求,保证了产品质量,且大大提高了工作效率,减少了辅助时间。
名称:
轮轴材料:
45#件数:
40000件
技术要求
1.两端扁方面相互偏转小于30分;
2.锐边到钝;
3.调质硬度HRC28——32;
4.发蓝。
2003年,我们接到一批零件,需要在有限的时间里赶制一批小零件“轮轴”(图1所示)。
按过去的加工方式,我们采用了分度头装夹,加工好第一端扁方后需要划线,再调头进行二次装夹校正划线加工第二端面扁方。
这样做操作者十分劳神,效率极低。
经检测,加工误差太大,无法满足工艺规定的要求。
于是我便认真地研究了“轮轴”的有关形位公差及精度要求的特点,认为加工的难点是“两端扁方面相互偏转不得大于30ˊ。
能否只装夹一次就能把零件两端扁方都加工好呢?
于是我便构思设计制作了这套用V型槽定位,压板夹紧的“多件铣夹具”(如图2A)。
可满足零件定位,夹紧的要求。
这套轮轴铣夹具设计成每次可同时装夹24件工件,在X52机床上使用,既要充分利用机床的纵向有效行程,又要考虑夹具制作的工艺手段要简单,周期要短,成本要低。
之所以将夹具长度定为480mm,是因为刚好有一块闲置着的45#钢调过质的余料,便利用上了。
2,多件铣夹具结构组成:
多件铣夹具由《多件铣夹具体》图2A;压紧工件用的《压板》图2B;压紧工件用的《螺栓》图2C;连接夹具体与铣床工作台用《梯形槽螺栓》图2D连接夹具体与铣床工作台用《螺母》图2E;将夹具体定位于铣床工作台上用的《定位键》图2F等所示的零件组成。
名称:
多件铣夹具体材料:
45钢件数:
1件(见附页图2A)技术要求
1.24个V型槽中心应与夹具体底部两个定位槽中心连线垂直;
2.锐边到钝;
3.调质硬度HRC30——32;
4.发蓝。
图2A
名称:
压板材料:
45钢,件数:
12件
技术要求
1.锐边到钝;
2.调质硬度HRC28——32;
3..发蓝。
名称:
压紧螺栓材料:
45钢件数:
12件
技术要求
1.锐边到钝;
2.调质硬度HRC28——32;
3..发蓝。
名称:
梯形螺栓材料:
45钢件数:
2件
技术要求
1.锐边到钝;
2.调质硬度HRC28——32;
3..发蓝。
名称:
螺母材料:
45钢件数:
2件
技术要求
1.锐边到钝;
2.调质硬度HRC28——32;
3..发蓝。
名称:
定位键材料:
45钢件数:
2件
技术要求
1.锐边到钝;
2.调质硬度HRC28——32;(见附页图2F)
3..发蓝。
3、多件铣夹具的定位原理:
V型面加一端面止点(B)见图1“轮轴”,当轮轴两端ф10圆柱面落V型槽中,轮轴被长V型定位限制了四个自由度,再将轮轴ф15的端面(B)紧靠在夹具体图2A中4×10的槽侧(A),这样轮轴长度方向自由度被限制了(这样总共限制了5个自由度)。
剩下绕“轮轴”轴芯旋转的自由度,可通过螺栓压紧压板,使轮轴ф10圆柱面与V型槽定位面的摩擦力增大,从而制约了轮轴绕轴芯旋转的自由度。
此时轮轴需加工扁方的两头均处于可供铣削的良好状态。
即在同一次装夹下可依次将两端扁方铣出,有效的避免了二次装夹基准转换所带来的定位误差。
4、定位误差的计算和多件加工精度的保障条件:
从轮轴图1我们知道用于定位面的ф10圆柱面,在铣工序时实为ф10.35mm-ф10.4mm的工艺(放磨量)尺寸,其公差为0.05mm,多件铣夹具采用的是90°V型槽作为定位元件,根据V型定位误差有关知识,轮轴扁方尺寸是以轴心为基准,在水平方向定位误差为零,而在垂直方向其定位误差为:
定位误差=工件外圆公差÷2sinα/2(α为所选V型角度)
代工件外圆误差入式=0.05mm÷2sin90°/2
=0.05mm÷1.41
≈0.035mm
结论是轮轴ф100-0.03外圆工艺尺寸公差0.05mm对90°V型定位方法造成的定位误差为0.035mm,能满足轮轴对称度0.1的设计要求。
从轮轴(图1)中可以看出,要保证轮轴扁方7尺寸和对称度0.1,只要通过调整刀具(图4)与轮轴相对位置就可解决。
但多件铣夹具的多个零件,用什么方法来保证呢?
那就是要让24个V型槽的检测中心等高(即图中尺寸82.5mm)。
这是对夹具体制作的主要精度要求。
为了确保这一要求,我采用了最终完工时精铣90°V型面的方法。
即加工夹具体时,将24个V型面留有0.3-0.4mm的余量。
当所有尺寸,形状都加工好后,将定位键安装于底面(N)的槽中,模拟使用状态,将夹具体紧固在X52K机床台面上,将主轴偏转45°,依次逐个地精铣90°V型面。
检测结果24个V型面中心误差小于0.02mm;
以下条件已满足夹具对轮轴相关精度的要求:
a.24个V型槽测量中心等高;
b.V型槽定位面与底面(N)平行;
c.4×10mm槽侧(A)与底面(N)定位槽中心(K)平行。
5、多件铣夹具的夹紧方式:
(图3)
利用小压板(3)、压紧螺栓(4)、将轮轴每两件一对压入相邻的两V型槽内,此时的每个轮轴既是被压紧的工件,又是相邻工件被压紧的支撑点。
压板上开有4×5mm的槽,用于让开轮轴上ф15圆柱面,使压板的着力点在轮轴两端ф10圆柱面的上侧与下边V型槽面支点相对应。
压板中点ф6.5螺栓过孔,制约压板相对于螺栓孔水平面内移动小于0.5mm的距离,压紧工件时不必刻意地放正压板,使装夹方便快捷。
这种装夹方式使夹紧着力点靠近铣削力点,增加工件的刚性,有效地减少了工件在加工过程中受铣削力影响而产生变形。
由于轮轴扁方单边铣削加工余量只在1.7mm左右,上述所具备的压紧元件和定位方式,足以使装夹工作变得很轻松,可靠。
轮轴夹紧定位原理示意图
6、多件铣夹具的使用(安装):
利用安装在夹具体底面(N)上的定位键
(2),嵌入铣床(立式铣床)工作台面T型槽内,使夹具定位件与机床保持正确的位置,紧固梯形螺栓座(5)即可完成夹具的安装。
7、运用多件“轮轴”铣夹具时刀具的选择:
(图4)
铣刀因其形状、材质、加工特性的不同而五花八门。
特别是改革开放以来,我国刀具产品已达到了国际水平。
显然先进刀具价格昂贵。
我所在单位是一个老企业,过去留下一些旧刀具,我在其中选择了两把ф63×6相同外径的三面刃铣刀,组装在ф22的短刀杆上,采用错齿安装两把等径的三面刃铣刀,可同时各自铣削轮轴扁方的上下两面。
如(图4)所示。
隔圈(3)是用来控制扁方尺寸70-0.1,它的厚度经过试铣调整后确认。
因轮轴扁方单边余量只在1.7mm左右,铣削阻力小。
切削速度可选择在23-30米/分,刀具转速为118-150转/分,每齿进给量0.10-0.15mm/齿,走刀量150-190mm/分。
8.铣削过程:
铣刀绕夹具行程一周后,完成24件轮轴两端扁方的加工。
步骤为:
首先调整好工作台高度以保证扁方对轴心的对称度要求,然后确定刀具相对于工作台在水平面上的运动轨迹(如图5A所示)其中零件尺寸33,通过L可以计算得出:
L=轮轴长度-2(扁方长度)+2R(R为刀具半径)
L=48-15+63(L为铣刀中心
L=96mm
如(图5A)所示,刀具从起点O开始,向左运行到达O1点时,完成了轮轴一端扁方的加工。
由O1点向外快速运行至O2点,移动L距离,转向右运行到达O3点时,便完成了该24件轮轴的铣削。
由于采用了“多件铣夹具”加工“轮轴”,大大提高了生产效率,降低了劳动强度。
投资少,见效快,为工厂创造了一定的经济效益(见下图表):
“通用夹具”与“多件铣夹具”所产生的经济效益比较表
名称
工时(分)/单件
价格
件/每班
效率
效益(年)
通用夹具
5
1.00元
96(件)
1
24096元
多件铣夹具
8÷24≈0.3333
0.066元
1440(件)
15
361440元
说明:
表中“每班”指8小时工作制;
“价格”是按当时普通铣床加工费用为12元/时计算;
“8(分)”指每铣削1次(24件)的时间。
由此可得出:
采用多件铣夹具铣削轮轴比使用通用夹具效率将提高15倍,每年可为企业创造约32万元的效益。
9.设想:
如果条件允许,采用硬质合金镶片三面刃铣刀,用此夹具应用在数控机床上加工(没条件则用普通机床),采用高速铣削,则可以提高效率和加工质量。
10.结束语:
生产中常常会碰到一些批量的,要求较高的小零件。
由于零件体积小,装夹定位都比较困难。
灵活地运用一些小型夹、辅具,只要设计得合理,运用得巧妙,既能满足加工零件的质量和技术要求,又能降低生产成本,提高工作效率,减少废品的发生。
此类方式可广泛地运用于车、钳、铣、磨等工序,都能取得满意的效果。
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