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CNC Cutting Technology Review
Numerical control high speed cutting technology (High Speed Machining, HSM, or High Speed Cutting, HSC), is one of the advanced manufacturing technology to improve the machining efficiency and quality, the study of related technology has become an important research direction of advanced manufacturing technology at home and abroad. China is a big manufacturing country, in the world of industry transfer to accept the front instead of back-end of the transfer, to master the core technology of advanced manufacturing, or in a new round of international industrial structure adjustment, our country manufacturing industry will further behind. Imminent research on the theory and application of advanced technology.
1, high-speed CNC machining meaning
High speed cutting theory put forward by the German physicist Carl.J.Salomon in the last century and early thirty's. He concluded by a lot of experiments: in the normal range of cutting speed, cutting speed if the increase, will cause the cutting temperature rise, exacerbating the wear of cutting tool; however, when the cutting speed is increased to a certain value, as long as more than the inflection point, with the increase of the cutting speed, cutting temperature can not rise, but will decline, so as long as the cutting speed is high enough, it can be solved very well in high cutting temperature caused by tool wear is not conducive to the cutting problem, obtained good processing efficiency.
With the development of manufacturing industry, this theory is gradually paid more attention to, and attracted a lot of attention, on the basis of this theory has gradually formed the field of high-speed cutting technology of NC, relatively early research on NC High-speed Machining Technology in developed countries, through the theoretical basis of the research, basic research and applied research and development application, at present applications have entered the substantive stage in some areas.
The high-speed cutting processing category, generally have the following several kinds of classification methods, one is to see that cutting speed, cutting speed over conventional cutting speed is 5-10 times of high speed cutting. Also has the scholar to spindle speed as the definition of high-speed processing standards, that the spindle speed is higher than that of 8000r\/min for high speed machining. And from the machine tool spindle design point of view, with the product of DN diameter of spindle and spindle speed, if the value of DN to (5~2000) * 105mm.r\/min, is considered to be of high speed machining. In practice, different processing methods, different materials, high speed cutting speed corresponding to different. Is generally believed that the turning speed of (700~7000) m\/min, milling speed reaches m\/min (300~6000), that is in the high-speed cutting.
In addition, from the practical considerations, high-speed machining concept not only contains the high speed cutting process, integration and optimization also contains the process of cutting, is a
can obtain good economic benefits and high speed, is the unity of technology and benefit.
High-speed cutting technology is in the machine tool structure and materials, machine tool design, manufacturing technology, high-speed spindle system, high performance and fast feeding system, a high performance CNC system, tool holder system, high performance tool material and tool design and manufacturing technology, high efficiency and high precision measurement and testing technology, the mechanism of high speed cutting, high speed cutting process and other related hardware and software technology are fully integrated into the development foundation. Therefore, high speed cutting technology is a complex system engineering, is a with the related technology development and the development of the concept of.
2, the superiority of high-speed CNC machining
Due to the large amplitude of the increase of the cutting speed, high speed machining technology not only improves the cutting productivity, and compared with the conventional cutting also has some obvious advantages: first, small cutting force: in high speed milling, cutting adopts the form of small quantities, high cutting speed, the cutting force is reduced by 30% compared to the conventional cutting, especially the radial cutting force greatly spindle bearing, tool, workpiece is reduced. Both to reduce tool wear, and effective control of the vibration machining system, improve the machining accuracy. Second, the material removal rate is high: the use of high speed cutting, cutting speed and feed rate are improved greatly, the same time the material removal rate is improved greatly. Thus greatly improve the processing efficiency. Third, thermal deformation small: in the high-speed cutting, cutting heat, most of the time to the work piece by the outflow of high-speed chip away, so the heating time of the machined surface is short, not because of the temperature rise leads to thermal deformation, is helpful to improve the surface accuracy, physical and mechanical properties of the machined surface processing method is better than the common. Fourth, high precision machining: high speed cutting usually feed is relatively small, so that the machined surface roughness is greatly reduced, at the same time as the cutting force is smaller than the conventional vibration cutting, machining system is reduced, the machining process more smoothly, so that good quality, can realize high accuracy, low degree of rough machining. Fifth, the green environmental protection: when high speed cutting, workpiece machining time is shortened, the use of energy and equipment rate, high processing efficiency, low processing energy consumption, at the same time, due to the high speed cutting can be achieved even without dry cutting, reduce the cutting fluid, reduce pollution and consumption.
Research and application of numerical control high speed cutting technology, 3
In view of the above characteristics of high speed machining, the technology has great application potential in the field of traditional processing weak. First of all, the workpiece for thin-wall parts and slender, uses the high-speed cutting, the cutting force is significantly reduced, the heat is chipping away, can be very good for using the traditional method of the deformation problem caused due to the influence of cutting force and cutting heat, greatly improving the processing
quality. Secondly, because of the cutting resistance is small, to reduce tool wear, materials of high manganese steel, hardened steel, austenitic stainless steel, composite materials, wear-resistant cast iron is difficult to be processed by traditional methods, can be studied using numerical control high speed cutting technology to process. In addition, in the automotive, aerospace, mold, manufacturing field, some integral components require relatively large material removal rate, the feed speed CNC high speed cutting with the cutting speed increase and the corresponding increase in unit time, so that the material removal rate is greatly improved, thus in the mold manufacturing, automobile manufacturing, aerospace manufacturing application of numerical control high speed cutting technology, will produce the enormous economic benefits. Fourth, because of the high-speed cutting, machining process is stable, the vibration is small, compared with the conventional cutting, high speed cutting can significantly improve the precision of 1~2, can be cancelled completely finishing, and subsequent, adopt numerical control high speed cutting technology, can achieve and rough, finishing on the overall structure of complex parts in a machine, reduces the likelihood of locating error transfer process, which is also conducive to improve the machining accuracy. Therefore, high speed cutting technology has a wide application prospect in precision manufacturing. Aluminium mould such as a business process, the mold cavity length is 1500mm, the required size error of ±0.05mm, surface roughness Ra0.8 μm, manufacturing process the original: rough planing - semi finish planing - finishing - Manual scraping - manual polishing, manufacturing cycle is 60 hours. Using high speed milling, after semi-finish machining and finish machining, the processing cycle is only 6 hours, not only improve efficiency, but also greatly improve the quality of mold.
4, research on Key Technologies of high-speed CNC machining
NC High-speed machining is a complex systems engineering, involves cutting mechanism, cutting machine, cutter, cutting process monitoring and processing technology and other related hardware and software technology, implementation and development of numerical control high speed cutting technology, rely on this system of various elements, the key technology to realize high-speed CNC cutting technology cannot do without, specifically in the following aspects:
1) the mechanism of high speed cutting: the various materials in high speed machining conditions, the chip formation mechanism, variation of cutting force, cutting heat, tool wear patterns and effects on the surface quality, the basic theory above experiments and research, will be conducive to promoting the high-speed cutting process for determining and cutting the amount of choice, and provide a theoretical basis for the processing of specific parts and material formulation, which belongs to the technical principle. At present, to determine the process specification of high speed cutting and cutting ferrous metals and difficult to machine materials, is one of the difficulties in the production of high-speed cutting, and is also the focus of research in the field of high speed machining.
2) technology of high speed cutting machine tool module: high-speed cutting machine needs
high-speed spindle system, feeding system and high-speed CNC control system. Able to work in very high speed under the high-speed processing requirements of spindle unit, the above general spindle speed 10000 r\/min, some even as high as 60000-100000r\/min, and to ensure good dynamic and thermal properties. The key part is the main shaft bearing, it decides the life of high-speed spindle and load capacity, one of the core components and high-speed cutting machine tool spindle structure, improvement and performance improvement is one of the most important technology of high-speed machine tools. Another important element of the technology is high speed feed system. With the development of machine tool spindle speed increasing, in order to ensure each cutter teeth or feeding amount per rotation invariant, machine tool feed speed and acceleration is also a corresponding increase, the same time to improve travel speed. Therefore, machine tool feed system must move quickly and fast and accurate positioning, which is obviously on the machine tool guide, servo system, working table, put forward new and higher requirements, is the key technology of high-speed machine tool technology control unit.
3) the high speed cutting tool technology module: high-speed machining process system composed of machine tools, tool and workpiece, tool is the most active factor. The cutting tool is one of the key technology to ensure high speed cutting smoothly. With the substantial increase of cutting velocity, have put forward different from traditional speed cutting requirements of cutting tool materials, geometric parameters of cutting tool, cutter body structure, high speed cutting tool material and tool manufacturing technology has undergone tremendous changes, high-speed machining, to ensure productivity and high machining precision, but also to to ensure safety and reliability. Therefore, high speed cutting tool system must meet with a clamp repeat positioning accuracy of geometric accuracy good and high loading, clamping rigidity, good high speed when the equilibrium state and safe and reliable. As far as possible to reduce the knife body quality, in order to reduce the high speed rotating centrifugal force by security, meet the requirement for high speed cutting tool, clamping method improvement. Technology research and development tool system is one of the key tasks of high-speed CNC machining.
4) numerical control high speed cutting process: high speed cutting as a new cutting method, to be applied to actual production, the lack of application examples for reference, not the amount of cutting and processing parameter database, parameter optimization technology of high speed machining is one of the key technologies of the current constraints should be used. In addition, the high-speed cutting parts NC program must ensure stable load in the whole cutting process, but most CNC software is now used in the automatic programming function still cannot meet the requirements, needs to be added and optimized by manual programming, which reduces the high speed cutting value in a certain extent, must study a new programming method, so that the cutting data power characteristic curve for high speed spindle, give full play to the advantages of numerical control high speed cutting.
Development and comprehensive development and application of high speed machining
technology depends on the key technology of the above principles, machine tool, cutting tool, the process of the.
Research status and development trend of high speed cutting technology, 5
Due to the high speed cutting has great potential in improving production efficiency, has already become important technologies in the field of competing for the United States and Japan, Germany and other countries. The United States Japan as early as the 60 century, started to study on the mechanism of high speed cutting. The last century 70's, the United States has developed high-speed milling machine maximum speed of up to 20000r\/min. Now, Europe and the United States and other developed countries the production of different specifications of the various high-speed machine tool has the commercial production and into the market, the actual application in aircraft, automotive and mold manufacturing industry. For example, manufacturing enterprises in the American Boeing aircraft, has adopted the high-speed CNC machining technology to machining integral super high-speed milling of aluminum alloy, titanium alloy thin-walled structure and the waveguide, flexible gyroscope frame of the ordinary method of parts. In recent years, the United States, Europe, Japan and other countries of the new generation of NC machine tools, high-speed machining center, high speed tool system and industrialization process further speed up the pace, the specialized production electric spindle technology and high performance products increase; tool system technology of high performance rapid development; application of linear motor in high speed feed system.
Our country in the research and development of high speed cutting technology, many universities and research efforts and exploration, including cutting mechanism, cutting tool material, spindle bearing, etc., have also made considerable achievements. However, compared with developed countries, there is still a big gap, basically still in the research stage of laboratory. In order to meet the needs of economic and social development, to meet the needs of aerospace, automobile, mold and other industry, NC Application Research of high-speed cutting technology has a long way to go.
At present, the research of high-speed cutting technology has been to the application stage from the stage of experiment. Research in the application of includes two aspects: one is the basic theoretical research on the key technology of high speed machining, including high speed spindle unit and a high speed feed unit, realizing the localization of high-speed machine tool. On the other hand, based on existing laboratory practice technology, application of process performance and process scope. Among them, research on the high speed cutting process is one of the most active research areas at present, the main goal is to directly process through advanced equipment testing or import, processing technology to resolve the issue of key parts, the development and perfection of the high-speed cutting method of special materials; research and development to adapt to the CAD\/CAM software system in high speed machining and post processing system, the processing state safety monitoring system based on a new detection technology.
When we entered the twenty-first Century, from the observation of the world, we are in the advanced manufacturing technology unprecedented rapid development period. Due to the advent of CNC machine tool (NC), the development of a series of CNC machining, such as machining center (MC), flexible manufacturing unit of flexible manufacturing system (FMS), computer integrated manufacturing system, and even the emergence of virtual axis machine tool is completely different with the traditional machine (also known as the six legs machine), closely and machine tool at the same time complement each other up the development of high speed machining technology, new tools, new technology, make the mechanical processing greatly reduces the labor intensity, auxiliary time is greatly shortened, the product quality and the production efficiency is improved greatly, become the development of manufacturing industry and the global economy has played a tremendous role in promoting. In the case of the United States, the manufacturing industry is known as the most economic sectors in the United States, for the United States in the 90's gross domestic product (GDP) growth reached 29%.
Today, vigorously develop the NC technology and equipment, has become the strategic decision of the governments in the world, with CNC equipped modern industry and transformation of traditional industries have become the developing direction of manufacturing countries in the world. In the late 90's as the output of CNC machine tools of Germany, Japan, Italy, the rate has reached more than 51.75%. CNC machine tools has become the main equipment in modern manufacturing technology, NC machining technology has become the mainstream of the advanced manufacturing technology, a new era of the modern manufacturing industry. The party's sixteen big clearly pointed out: "to revitalize the equipment manufacturing industry". New China's equipment manufacturing industry after many generations, especially the 20 years of reform and opening up and modernization construction, has established a relatively complete, independent industrial system, has the certain material and technical basis, the overall production scale has been ranked the fourth in the world. Many economists predict, in
数控切削技术综述
数控高速切削技术(High Speed Machining,HSM,或High Speed Cutting,HSC),是提高加工效率和加工质量的先进制造技术之一,相关技术的研究已成为国内外先进制造技术领域重要的研究方向。我国是制造大国,在世界产业转移中要尽量接受前端而不是后端的转移,即要掌
握先进制造核心技术,否则在新一轮国际产业结构调整中,我国制造业将进一步落后。研究先进技术的理论和应用迫在眉睫。
1、数控高速切削加工的含义
高速切削理论由德国物理学家Carl.J.Salomon在上世纪三十年代初提出的。他通过大量的实验研究得出结论:在正常的切削速度范围内,切削速度如果提高,会导致切削温度上升,从而加剧了切削刀具的磨损;然而,当切削速度提高到某一定值后,只要超过这个拐点,随着切削速度提高,切削温度就不会升高,反而会下降,因此只要切削速度足够高,就可以很好的解决切削温度过高而造成刀具磨损不利于切削的问题,获得良好的加工效益。
随着制造工业的发展,这一理论逐渐被重视,并吸引了众多研究目光,在此理论基础上逐渐形成了数控高速切削技术研究领域,数控高速切削加工技术在发达国家的研究相对较早,经历了理论基础研究、应用基础研究以及应用研究和发展应用,目前已经在一些领域进入实质应用阶段。
关于高速切削加工的范畴,一般有以下几种划分方法,一种是以切削速度来看,认为切削速度超过常规切削速度5-10倍即为高速切削。也有学者以主轴的转速作为界定高速加工的标准,认为主轴转速高于8000r/min即为高速加工。还有从机床主轴设计的角度,以主轴直径和主轴转速的乘积DN定义,如果DN值达到(5~2000)×105mm.r/min,则认为是高速加工。生产实践中,加工方法不同、材料不同,高速切削速度也相应不同。一般认为车削速度达到(700~7000)m/min,铣削的速度达到(300~6000)m/min,即认为是高速切削。
另外,从生产实际考虑,高速切削加工概念不仅包含着切削过程的高速,还包含工艺过程的集成和优化,是一个可由此获得良好经济效益的高速度的切削加工,是技术和效益的统一。
高速切削技术是在机床结构及材料、机床设计、制造技术、高速主轴系统、快速进给系统、高性能CNC系统、高性能刀夹系统、高性能刀具材料及刀具设计制造技术、高效高精度测量测试技术、高速切削机理、高速切削工艺等诸多相关硬件和软件技术均得到充分发展基础之上综合而成的。因此,高速切削技术是一个复杂的系统工程,是一个随相关技术发展而不断发展的概念。
2、数控高速切削加工的优越性
由于切削速度的大幅度提高,高速切削加工技术不仅提高了切削加工的生产率,和常规切削相比还具有一些明显的优越性:第一、切削力小:在高速铣削加工中,采用小切削量、高切削速度的切削形式,使切削力比常规切削降低30%以上,尤其是主轴轴承、刀具、工件受到的径向切削力大幅度减少。既减轻刀具磨损,又有效控制了加工系统的振动,有利于提高加工精度。第二、材料切除率高:采用高速切削,切削速度和进给速度都大幅度提高,相同时间内的材料切除率也相应大大提高。从而大大提高了加工效率。第三、工件热变形小:在高速切削时,大部分的切削热来不及传给工件就被高速流出的切屑带走,因此加工表面的受热时间短,不会由于温升导致热变形,有利于提高表面精度,加工表面的物理力学性能也比普通加工方法要好。第四、加工精度高:高速切削通常进给量也比较小,使加工表面的粗糙度大大降低,同时由于切削力小于常规切削,加工系统的振动降低,加工过程更平稳,因此能获得良好的表明质量,可实现高精度、低粗糙度加工。第五、绿色环保:高速切削时,工件的加工时间缩短,
能源和设备的利用率提高了,加工效率高,加工能耗低,同时由于高速切削可以实现干式切削,减少甚至不用切削液,减少污染和能耗。
3、数控高速切削技术的应用领域研究
鉴于以上所述高速切削加工的特点,使该技术在传统加工薄弱的领域有着巨大应用潜力。首先,对于薄壁类零件和细长的工件,采用高速切削,切削力显着降低,热量被切屑带走,可以很好的弥补采用传统方法时由于切削力和切削热的影响而造成其变形的问题,大大提高了加工质量。其次,由于切削抗力小,刀具磨损减缓,高锰钢、淬硬钢、奥氏体不锈钢、复合材料、耐磨铸铁等用传统方法难以加工的材料,可以研究采用数控高速切削技术来加工。另外,在汽车、模具、航天航空等制造领域, 一些整体构件需要比较大的材料切除率,由于数控高速切削的进给速度可随切削速度的提高而相应提高, 使得单位时间内的材料切除率大大提高,因而在模具制造、汽车制造、航空航天制造中,数控高速切削技术的应用将产生巨大的经济效益。第四,由于高速切削时,加工过程平稳、振动小,与常规切削相比, 高速切削可显着提高加工精度1~2级,完全可以取消后续的光整加工, 同时,采用数控高速切削技术, 能够在一台机床上实现对复杂整体结构件同时进行粗、精加工,减少了转工序中可能的定位误差, 因而也有利于提高工件的加工精度。因此, 高速切削技术在精密制造中有着广阔的应用前景。如某企业加工的铝质模具,模具型腔长达1500mm,要求尺寸精度误差±0.05mm,表面粗糙度Ra0.8μm,原先的制造工艺为:粗刨—半精刨—精刨—手工铲刮—手工抛光,制造周期要60小时。采用高速铣床加工后,经过半精加工和精加工,加工周期仅需6小时,不仅效率提高,而且模具质量也大大提高。
4、实现数控高速切削加工的关键技术研究
数控高速切削加工是一个复杂的系统工程,涉及到切削机理、切削机床、刀具、切削过程监控及加工工艺等诸多相关的硬件与软件技术,数控高速切削技术的实施和发展,依赖于此系统中的各个组成要素的,这些实现数控高速切削技术离不开的关键技术,具体体现在以下方面:
1)高速切削机理:有关各种材料在高速加工条件下,切屑的形成机理,切削力、切削热的变化规律,刀具磨损规律及对加工表面质量的影响规律,对以上基础理论的实验和研究,将有利于促进高速切削工艺规范的确定和切削用量的选择,为具体零件和材料的加工工艺制定提供理论基础,属于原理技术。目前,黑色金属及难加工材料的高速切削工艺规范和切削用量的确定,是高速切削生产中的难点,也是高速切削加工领域研究的焦点。
2)高速切削机床技术模块:高速切削机床需要高速主轴系统、快速进给系统和高速CNC控制系统。高速加工要求主轴单元能够在很高的转速下工作,一般主轴转速10000 r/min以上,有的甚至高达60000-100000r/min,且保证良好动态和热态性能。其中关键部件是主轴轴承,它决定着高速主轴的寿命和负载容量,也是高速切削机床的核心部件之一,主轴结构的改进和性能的提高是高速机床的一项重要单元技术。另一项重要的单元技术是高速进给系统。随着机床主轴转速的提高,为保证刀具每齿或每转进给量不变,机床的进给速度和进给加速度也相应提高,同时空行程速度也要提高。因此,机床进给系统必须快速移动和快速准确定位,这显然对机床导轨、伺服系统、工作台结构等提出了新的更高要求,是制约高速机床技术的
关键单元技术。
3)高速切削刀具技术模块:由机床、刀具和工件组成的高速切削加工工艺系统中,刀具是最活跃的因素。切削刀具是保证高速切削加工顺利进行的最关键技术之一。随着切削速度的大幅度提高,对切削刀具材料、刀具几何参数、刀体结构等都提出了不同于传统速度切削时的要求,高速切削刀具材料和刀具制造技术都发生了巨大的变化,高速切削加工时,要保证高的生产率和加工精度,更要保证安全可靠。因此,高速切削加工的刀具系统必须满足具有良好的几何精度和高的装夹重复定位精度,装夹刚度,高速运转时良好的平衡状态和安全可靠。尽可能减轻刀体质量,以减轻高速旋转时所受到的离心力,满足高速切削的安全性要求,改进刀具的夹紧方式。刀具系统的技术研究和发展是数控高速切削加工的关键任务之一。
4)数控高速切削工艺:高速切削作为一种新的切削方式,要应用于实际生产,缺乏可供参考的应用实例,更没有实用的切削用量和加工参数数据库,高速加工的工艺参数优化是当前制约其应用的关键技术之一。另外,高速切削的零件NC程序要求必须保证在整个切削过程中载荷稳定,但是现在使用的多数CNC软件中的自动编程功能都还不能满足这一的要求,需要由人工编程加以补充和优化,这在一定程度上降低了高速切削的价值,必须研究采用一种全新的编程方式,使切削数据适合高速主轴的功率特性曲线,充分发挥数控高速切削的优势。
高速切削加工技术的发展和应用有赖于以上原理方面、机床、刀具、工艺等各项关键单元技术的发展和综合。
5、高速切削技术应用方面研究状况和发展趋势
由于高速切削在提高生产效益方面具有巨大潜力,早己成为美、日、德等国竞相研究的重要技术领域。美国日本等国早在60年代初,就开始了超高速切削机理的研究。上世纪70年代,美国已经研制出最高转速达20000r/min 的高速铣床。如今,欧美等发达国家生产的不同规格的各种超高速机床已经商业化生产并进入市场,在飞机、汽车及模具制造行业实际应用。例如,在美国波音公司等飞机制造企业,已经采用数控高速切削加工技术超高速铣削铝合金、钛合金等整体薄壁结构件和波导管、挠性陀螺框架等普通方法难加工的零件。近年来,美、欧、日等国对新一代数控机床、高速加工中心、高速工具系统的研究和产业化进程进一步加快,高性能的电主轴技术及其产品的专业化生产步伐加大;高性能的刀具系统技术也进展迅速;直线电机技术应用于高速进给系统。
我国在研究和开发高速切削技术方面,许多高校和研究所作了努力和探索,包括切削机理、刀具材料、主轴轴承、等方面,也取得了相当大的成就。然而,与国外工业发达国家相比,仍存在着较大的差距,基本上还处在实验室的研究阶段。为适应社会经济发展需要,满足航空航天、汽车、模具等各行业的制造需求,数控高速切削技术应用研究任重道远。
目前,针对高速切削技术的研究已从实验阶段转向应用阶段。在应用方面的研究包括两个层面:一是高速加工关键技术的基础理论研究,包括高速主轴单元和高速进给单元等,实现高速机床国产化。另一方面,在现有实验室实践技术基础上,进行工艺性能和工艺范围的应用研究。其中,关于高速切削工艺的研究是当前最活跃的研究领域之一,主要目标是通过试验或引进的先进设备直接进行工艺研究,努力解决关键零部件的加工工艺问题,开发和完善特种材料的高速切削工艺方法;研究开发适应高速加工的CAD/CAM软件系统和后处理系统,建立在新
型检测技术基础上的加工状态安全监控系统。
当我们进入21世纪的时候，从世界范围观察，我们正处在先进制造技术空前快速发展的时期。由于数控机床（NC）的问世，发展一系列数控加工技术，如加工中心（MC）、柔性制造单元柔性制造系统（FMS）、计算机集成制造系统、甚至出现了与传统机床完全不同的虚拟轴机床（又称六条腿机床），和与机床同时相辅相成发展起来的高速加工新技术、新刀具、新工艺的紧密结合，使机械加工中的劳动强度大大降低，辅助时间大大缩短，产品质量和生产效率大大提高，成为制造业乃至全球经济的发展起到巨大的推动作用。以美国为例，制造业在美国被誉为产出最多的经济部门，在90年代为美国国内生产总值（GDP）增长的贡献达到29%。
今天，大力发展数控加工技术及装备，已成为世界各国政府的战略决策，用数控装备武装现代工业和改造传统工业也成为世界各国制造业发展方向。在90年代后期如德、日、美、意四国的机床产值数控化率已达到51.75%以上。数控机床已成为当今制造技术的主要装备，数控加工技术成为先进制造技术的主流，开创着整个现代制造业的新时代。党的十六大明确指出：“大力振兴装备制造业”。新中国的装备制造业经过几代人的前仆后继，尤其是20多年的改革开放和现代化建设，已经建立起比较完整、独立的工业体系，具有了一定的物质技术基础，总体生产规模已居世界第四位。许多经济学家预测，中国将成为继英国、美国、日本后的又一个“世界工厂”和“制造大国”。
应当清醒地看到，我们虽然有了举世公认的飞速发展，但与日新月异的世界制造业发展相比，无论在市场竞争力，产品水平和发展后劲上仍存在较大差距。仅就我国目前切削加工整体水平与先进工业国家相比相差20年，相当一部分生产企业还较普遍采用焊接式刀具，或几十年一贯制的老工艺方法，这些都需要我们急待解决。为了促进生产力的发展，增强企业竞争力，我们只有抓住机遇，迎接挑战，更新观念，引进创新，大力推广和采用新技术、新工艺、新材料，才能与时俱进改变我们的落后面貌。
机床夹具复习题 一、填空与选择题 1、机床夹具的种类，组成 2、定位原理 3、机床夹具的夹紧机构主要有斜楔夹紧机构、螺旋夹紧机构和偏心夹紧机构三种。 4、机床夹具的夹紧装置由动力源、中间传力机构和夹紧机构所组成。 5、定位误差产生的原因有基准不重合误差和基准位移误差 6、生产中最常用的正确的定位方式有完全定位和不完全定位两种。 1、钻床上钻孔时，进给运动是：---------------------------------------------（ B ） A. 钻头旋转 B. 钻头轴向运动 C . 工件的移动D.都不对 2、下列四种切削液中,冷却性能最好的是--------------- ------------------( C ) A乳化液B极压乳化液 C水溶液D矿物油 3、工件定位时，绝对不能采用：-----------------------------------------------（ D ） A 完全定位； B 不完全定位； C 过定位；D欠定位。 4、基准不重合误差大小与有关。-----------------------（ B ） A．本道工序要保证的尺寸大小和技术要求； B．只与本道工序设计〔或工序〕基准与定位基准之间位置误差； C．定位元件和定位基准本身的制造误差。 D．以上都不对 5、在加工箱体零件时，定位元件常选择一大平面及两销（一短圆柱销和一短菱形销）其共限制了工件的自由度数为-----------------------（ D ） A2个 B3个 C5个 D6个 6、加工大中型工件的多个孔时，应选用的机床是-----------------------( D ) A卧式车床B台式钻床 C立式钻床D摇臂钻床 三、名词解释 1、六点定位原理：用“3、 2、1”合理分布的六个支承点来限制工件的六个自由度，其中 一个支承点限制工件的一个自由度，把工件的六个自由度都限制了的定位方法。 2、定位基准：用于定位的工件上的点、线、面。 3、完全定位：合理分布的六个支承点来限制工件的六个自由度，其中一个支承点限制工件 的一个自由度，把工件的六个自由度都限制了的定位方法。 4、机床夹具：在机床上用于确定工件相对与机床和刀具的相对位置的辅助工艺装备 5、工序基准：用以确定本工序加工表面加工位置的点、线、面。 四、分析计算题 1、什么叫六点定位规则？工件在夹具中的定位是否一定要完全限制其六个自由度才算合理？ 答：六点定位原理：用“3、2、1”合理分布的六个支承点来限制工件的六个自由度，其中一个支承点限制工件的一个自由度，把工件的六个自由度都限制了的定位方法。
实验三：机床夹具设计 姓名：谢银飞班级：机制152班学号：72（22） 姓名：朱嘉俊班级：机制152班学号：73（23） 一.明确设计任务 1.设计任务 加工拨叉上?孔(工件材料45钢）。工件以?孔、叉口及槽在定位轴2、削边销1、?偏心轮3上定位，由偏心轮夹紧工件，并利用偏心轮楔面的作用限制工件一个自由度。本夹具采用铰链式钻模板，放松锁锁紧螺钉6，即可回转钻模板，以便于装卸工件。图1所示为拨叉钻孔工序图。? 设计在Z525立式钻床上钻拨叉零件上?的钻床夹具。 图 1 零件图 图 2 三维实体图
2．杠杆臂加工工艺分析 （1）加工要求 加工φ10 和φ13 两孔；孔距为78±；U型槽14.20+0.1对称轴线与?轴线的水平尺寸为±，垂直尺寸为两孔垂直；?对?轴线平行度公差为；φ13对φ22 轴线垂直度公差为。Φ10 孔Ra 值为，Φ13 孔Ra 值为。 （2）加工工艺由于该工序中两个孔的位置关系为相互垂直，且不在同一个平面里，要钻完 一个孔后翻转90°再钻削另一个孔，因此要设计成翻转式钻夹具。分析零件图可知，该拔叉的叉角两端面厚度薄于连接的表面，但减少了加工面，使用淬火处理提供 局部的接触硬度。叉角两端面面积相对较大，可防止加工过程中钻头钻偏，保证 孔的加工精度，及孔与叉角两端面的垂直度。其它表面加工精度较低，通过铣削、钻床的粗加工就可达到加工要求；而主要工作表面虽然加工精度相对较高，但也 可以在正常的生产条件下，采用较经济的方法保质保量地加工出来，可见该零件 工艺性好。 二．定位方案与定位元件 1.夹具设计要求 已知工件材料为45钢，毛坯为模锻件，所用机床为Z525型立式钻床，大 批生产规模。试为该工序设计一钻床夹具。 2、夹具的设计方案? 分析：? ①孔?为自由尺寸，可一次钻削保证。该孔在轴线方向的设计基准距离槽 14.20+0.1mm的对称中心线为±；在径向方向的设计基准是孔?的中心线，其对称 度要求为，该尺寸精度可以通过钻模保证。 ②孔：、槽14.20+0.1mm和拨叉槽口510+0.1mm是已完成的尺寸，钻孔?。 ③立钻Z525的最大钻孔直径为?25mm，主轴端面到工作台面的最大距离H 为700mm，工作台面尺寸为375mm×500mm，其空间尺寸完全能够满足夹具的布 置和加工范围的要求。 ④本工序为单一的孔加工，夹具可采用固定式。 方案设计:? 1、定位基准的选择：为了保证孔?对基准孔?垂直并对该孔中心线的对称度 符合要求，应当限制工件X的平移、Y轴旋转、Z轴旋转，三个自由度；为保证孔?处于拨叉的对称面内且不发生扭斜，应当限制Y轴旋转自由度； 根据零件的构造，最容易想到的是以Φ22mm 的孔为定位基准，这样可以 避免基准不重合误差，同时可以限定四个自由度；用Φ22 孔口端面（底面） 限定零件的上下移动的自由度；用φ10 孔附近圆柱表面限定零件沿Φ22 中心 线转动的自由度就可以实现完全定位。 φ10 孔附近为悬壁梁结构,加工时容易变形,在φ10 孔口端面(底面)设辅助 支承,用来增加零件的刚性。
机床夹具设计期末考试试卷A,B卷答案 HEN system office room 【HEN16H-HENS2AHENS8Q8-HENH1688】
2009—2010学年第二学期《机床夹具设计》期末考试试卷 A 卷答 案 一、 填空题：(每空2分，共计 30分) 1、工件六个自由度完全限制称为完全定位，按加工要求应限制的自由度没有被限制的定位称为欠定位，夹具上的两个或两个以上的定位元件重复约束同一个自由度的现象，称为过定位。 2、夹紧机构被称为基本夹紧机构的有 斜楔夹紧机构、螺旋夹紧机构和偏心轮夹紧机构。 3、工件在夹具中造成定位误差的原因为基准位移误差和基准不重合误差两种。 4、工件的装夹指的是工件的 定位 和 夹紧。 5、斜楔自锁条件是：21Φ+Φ<α 手动夹紧机构一般取α=6度~8 度。 6、夹紧装置主要由动力源装置、 传力机构、夹紧元件 三部分组 成。 二、 判断题：(每题1分，共计 10分) 1、零件在加工工艺过程中采用的基准称为工艺基准。 （√） 2、在零件图上，用以表达相关尺寸的基准称为设计基准。 （×） 3、欠定位在实际生产中是允许出现的 （×） 4、辅助支撑可以提高工件的装夹 5、定位误差是由于夹具定位元件制造不准确所造成的加工误差 （×） 6、夹具装夹广泛应用于各种生产类型 （√） 7、组合夹具特别适用于新产品的试制 （√） 8、专用夹具是专为某一工件的某 道工序的加工而设计制造的夹具 （√） 姓名-----------------------------班级--------- --------------学号-----------------
第七节机床夹具设计的基本步骤 夹具设计的基本步骤： 1. 研究原始资料，明确设计任务； 2. 确定夹具的结构方案 3. 绘制夹具总图 4. 确定并标注有关尺寸和夹具技术要求 5. 绘制夹具零件图 明确设计任务： 1. 分析研究工件的结构特点、材料、生产规模和本工序加工的技术要求以及前后工序的联系 2. 了解加工所用设备、辅助工具中与设计夹具有关的技术性能和规格； 3. 了解工具车间的技术水平等。 必要时还要了解同类工件的加工方法和所使用夹具的情况，作为设计的参考 确定夹具的结构方案，主要考虑以下问题： 1.根据六点定位原理确定工件的定位方式，并设计相应的定位装置； 2.确定刀具的导引方法，并设计引导元件和对刀装置； 3.确定工件的夹紧方案并设计夹紧装置； 4.确定其它元件或装置的结构形式，如定向键、分度装置等； 5.考虑各种装置、元件的布局，确定夹具的总体结构； 6.对夹具的总体结构，最好考虑几个方案，经过分析比较，从中选取较合理的方案。 绘制总装图的顺序是： 1.用双点划线绘出工件的轮廓外形，示意出定位基准面和加工面的位置； 2.把工件视为透明体，按照工件的形状和位置依次绘出定位、夹紧、导向及其它元件和装置的具体结构； 3.最后绘制夹具体，形成一个夹具整体。 五类尺寸和四类技术要求： 五类尺寸：包括夹具外形轮廓尺寸、工件与定位元件间的联系尺寸、夹具与刀具的联系尺寸、夹具与机床联系部分的联系尺寸、夹具内部的配合尺寸。 四类技术要求：包括定位元件之间的定位要求、定位元件与连接元件和（或）夹具体底面的相互位置要求、导引元件和和（或）夹具体底面的相互位置要求、导引元件与定位元件间的相互位置要求。
机床夹具设计说明书 设计课程：钻床夹具设计 专业：机械工程及其自动化 学号： 姓名：
2、定位方案的确定与定位元件的选择 定位基准为下表面和左端面，考虑到工件加工尺寸较大，结合工艺性，工件以平面为定位基准，常用定位元件采用支撑板和2个支撑钉 3、夹具结构设计 3.1 定位装置（含定位误差分析与计算）
采用一面两孔定位时，支撑钉位如下。两定位孔中心距为150 ±0.06mm 1）确定圆柱销直径 圆柱销直径公差取g6，即 mm。 （2）确定圆柱销与削边销之间的中心距 根据公式（5-3），取 mm ，所以圆柱销与削边销之间的中心距为150±0.02mm。 3.2 夹紧装置（含夹紧机构设计与夹紧力计算） 根据设计思想，则此钻床夹具采用固定式钻床夹具，草图如下所示：
夹紧力计算 09.81Zf Yf F F F C d f K = 查表可得F C =42.7、 xf=1.0、 yf=0.7、.Z F K =. 0.9 因此Fz=.595N 09.81ZM YM M M M C d f K = 查表可得M C =0.021、 xM=2.0、 yM=0.8、.M K =.0.87 因此 扭矩 M=1.6Nm 由夹紧力机构产生的实际夹紧力应满足下式 P=K ×'F 其中：其余系数K=K1×K2×K3×K4 K1——基本安全系数 1.3 K2——加工性质系数1.1 K3——刀具钝化系数1.15 K4——断续刀削系数1.2
所以K=1.3×1.1×1.15×1.2.=1.98 考虑实际夹紧力较小，以及所加工零件的结构特征，决定选用螺旋夹紧机构，而且不需要进行强度校核 3.3辅助装置（如钻模板、钻套等） 钻模板 1）钻模板类型的选择 引导刀具在工件上钻孔用的机床夹具。钻模的结构特点是除有工件的定位，夹紧装置外还有根据被加工的孔的位置的分布而设置的钻套和钻模板，确定刀具的位置，并防止刀具在加工过程中倾斜，从而保证被加工的位置精度。由于加工的两个孔均匀分布在180度的轴线两侧，则选择固定式钻模。 2）钻模板的主要尺寸的确定 钻模板的厚度，夹具板的外尺寸确定，可根据加工工序的要求及尺寸确定。 厚度为25，长为262.5mm,宽为50mm
1.1定位原理及定位误差计算1. 2.
答： a.不完全定位，限制了x y z和y z,合理 b.完全定位，六个自由度都限制了，合理 c.过定位，x重复定位，可将左顶尖去除或者改为自由顶尖 3.在阶梯轴上铣削一平面，该零件在短V形块、圆头支钉和浮动支点上定位。试分析该定位方案有何不合理之处？如何改进？ 答：欠定位。短V形块不能限制Z方向的旋转以保证尺寸L的加工。 改进：将短V形块改为长V形块。 4.题图4为连杆零件在夹具中的平面及两个固定的短V形块1及2上定位，试问属何种定位？限制了哪些不定度？是否有需要改进之处？提出改进措施。 答：过定位，限制了x y z x y z ,其中x重复定位。 改进：将右侧的V形块改为可左右活动的V形块。
5. 答：该方案属于六点定位。左边两个短V形块相当于一个长V形块，限制了y y z z四个自由度，右边短V形块限制了x x两个自由度。 8. 试确定合理的定位方案并绘制定位方案草图。
答：一面两销定位原理。 9．题图9为在杆件上有宽度为b的开口槽，内孔D已加工，试确定合理的定位方案并绘制定位方案草图。 答：直径为d的圆弧端用V形块定位，半径为D的内孔用浮动菱形销定位。 11.题图11(a)为在圆盘零件上加工O1、O2及O3三孔的工序简图，题图11（b）、（c）、（d）为用三轴钻床及钻模同时加工三孔的几种定位方案（工件底面的定位元件未表示），试分别计算当α=90°时各定位方案的定位误差。
解：加工面C 以O 1O 2连线为基准，因此=0δ不重 1=0.08662sin 2O Td δα =位置 2=0.12 O Td δ=位置 12 0.1866=arctan arctan 2160O O L δδδ+=位置位置角度 121=0.18663L O O Td δδδδ++=<定位不重位置位置 即该工序定位合理，定位误差为0.1866 13.
江苏XX 学院2007/2008学年第1学期期末考试 《机床夹具设计》 期末试卷（A ） 出卷人： 校对人： 考试时间：100分钟 一、 选择题（每题2分，共30分） 1．在金属切削机床上使用的夹具统称为（ ） A 机床装备 B 机床夹具 C 安全设施 D 机床本体 2．（ ）是确定工件在夹具中的占有正确位置的过程。 A 定位 B 夹紧 C 辅助 D 导向 3．用合理分布的六个支承点限制工件的六个自由度称为（ ）。 A 自由原则 B 夹紧原则 C 六点定位规则 D 不确定 4．长方体大表面由的三个支承点（不在同一直线）定位可限制（ ）个自由度。 A 一个 B 两个 C 三个 D 四个 5．一个尚未定位的工件其位置是不确定的，空间直角坐标系中有（ ）自由度。 A 一个 B 两个 C 三个 D 六个 6．下列定位方法中属于不正确的定位方式是（ ） A 不完全定位 B 完全定位 C 欠定位 D 自动定心定位 7．在各种类型的固定支承钉中（ ）适合于较大型的机体的粗基准面定位。 A B 型钉 B C 型钉 C A 型钉 D E 型钉 8．支承板比较适合于工件以（ ）平面定位。 姓名：______________ 班级：________________ 学号：_____________________ …………………………………………………………密……封……线……内……不……要……答……
A精基准B粗基准C铸造基准D不确定 9．关于浮动支承的说法正确的是（） A容易出现欠定位。 B对工件既起到支承作用又限制工件运动自由度。 C采用浮动支承会产生过定位。 D与工件的接触点虽然是两点或三点，但仍只限制工件的一个自由度。 10．工件以两孔一面组合定位时可限制工件（）个自由度。 A六个B两个C三个D四个 11．关于磁力夹紧装置说法正确的是（） A主要适用于铁磁性薄件加工和高精度的磨削。 B 适用于各种材质的工件夹紧。 C夹紧动作很慢，但稳定性好。 D结构复杂，安全性低。 12．关于径向分度说法正确的是（） A径向分度机构对定销运动方向与分度盘回转轴线平行。 B径向分度机构对定销运动方向与分度盘回转轴线垂直。 C径向分度机构对定销运动方向与分度盘回转轴线相交。 D不能确定。 13．下列对定机构中对定精度最低的结构型式是（） A双斜面楔形槽对定B单斜面楔形槽对定C钢球对定结构D正多面体对定 14．斜楔夹紧装置的自锁条件是（） A．斜楔的升角大于斜楔与工件、斜楔与夹具体之间的摩擦角之和。 B．斜楔的升角等于斜楔与工件、斜楔与夹具体之间的摩擦角之和。 C．斜楔的升角略大于斜楔与工件、斜楔与夹具体之间的摩擦角之和。 D．斜楔的升角小于斜楔与工件、斜楔与夹具体之间的摩擦角之和。 15．成组夹具中不属于可调部分的机构是（） A定位元件B动力装置C夹紧元件D分度装置 二、判断题（每题1分，共10分，正确用“√”错误用“Χ”）
机床夹具设计课程设计 Company Document number：WUUT-WUUY-WBBGB-BWYTT-1982GT
机床夹具设计课程设计说明书课题名称: 机床夹具设计 专业：机械设计制造及其自动化 班级：13机械一班 姓名：阮吴祥 学号： 指导老师：张秀香 2017年 1月
目录 一、机床夹具课程设计任务书 (1) 二、机床夹具课程设计说明书 (2) 1.对加工件进行工艺分析 (2) 2.定位方案设计 (2) 3.导引方案设计 (4) 4.夹紧方案设计 (5) 5.夹具体设计 (6) 6.其它装置设计 (6) 7.技术条件制定 (6) 8.夹具工作原理(操作)简介 (6) 9.设计心得 (7) 三、参考文献 (8) 四、附录 (9)
一、机床夹具课程设计任务书
二、机床夹具课程设计说明书 1、对加工件进行工艺分析： 零件名称为通孔套,为铸件，本工序铣削加工直径22mm的孔，设计手动钻绞孔专用夹具。工件已加工过的孔径为φ22mm，厚度为50mm。 在加工槽时，槽的尺寸精度和表面粗糙度要求不是很高，由铣削直接加工就可以达到要求，其中槽的宽度由刀具的尺寸保证，槽的深度尺寸和位置精度由设计的夹具来保证。槽的位置包括如下两方面要求： 加工槽的宽度为12mm，且两个侧面相对于中心面A对称度； 加工槽的深度为30±。 2、定位方案设计： 根据加工孔两侧面相对于中心面对称要求，需要限制工件X方向转动自由度、Y方向转动自由度和Z方向转动自由度；根据加工孔宽度和深度要求，需要限制工件X方向移动自由度和Z方向移动自由度。但考虑到加工时工件定位的稳定性，可以将六个自由度全部限制。 工件相对中心面对称，要实现加工孔两侧面相对中心面对称的要求，且根据基准重合的原则应选A面作为定位基准，但A面实际不存在，故可选工件的两侧面M或N的任一面作为定位基准，限制三个不定自由度，此为第一定位基准。
【课后作业】2 、填空题 (1) 由刚体运动的规律可知，在空间一个自由刚体有且仅有六个自由度。 (2) 工件在夹具中定位时，若几个定位支承点重复限制同一个或几个自由度， 称为过定位。 (3) 要确定零件上点、线、面的位置，必须以一些指定的点、线、面作为依据, 这些作为依据的点、线、面称为基准。 (4) 工艺基准是指在制造零件和装配机器的过程中所使用的基准。工艺基准又 分为工序基准、定位基准、测量基准和装配基准。 (5) 在最初的每一道工序中，只能用毛坯上未经加工的表面作为定位基准，这 种定位基准称为粗基准。经过加工的表面所组成的定位基准称为精基准。 根据定位误差分析计算的结果，便可看出影响定位误差的因素，从而找到 减小定位误差 和提高夹具工作精度的途径。 (9)实际生产中，常用几个定位元件组合起来同时定位工件的几个定位面，以 达到定位要求，这就是组合面定位。 (10)定位基准的选择应尽可能遵循基准重合原则，并尽量选用精基准定位。 、选择题 (1) 在机械制造中，工件的 6个自由度全部被限制而在夹具中占有完全确定的 唯一位置，称为【A 】定位。 A.完全 B.不完全 C.过定位 D.欠定位 (6) 工件以圆孔定位时，心轴用来定位回转体零件。 (7) 工件以外圆柱面定位有支承定位和定心定位两种。 (8)
(2)加工时确定零件在机床或夹具中位置所依据的那些点、线、面称为【B】基准，即确定被加工表面位置的基准。 A.工序 B.定位 C.测量 D.装配 (3)在机械加工中，支承板与支承钉的结构已经标准化，其对工件定位基面的 形状通常是【A】。 A.平面 B.外圆柱面 C.内孔 D.锥面 (4)常见典型定位方式很多，当采用宽V形块或两个窄V形块对工件外圆柱面 定位时，限制自由度的数目为【D】个。 A.1 B.2 C.3 D.4 (5)工件在夹具中定位时，由于定位误差由基准不重合误差也B和基准位移纠组 成。因此，有以下【ABCD】种情况。 A.当人B =0卫丫工0时，产生定位误差的原因是基准位移，故 B.当 A B H 0严丫 = 0时，产生定位误差的原因是基准不重合, C.当也B 工0,也丫=0时，如果工序基准不在定位基准面上，则 D.当人B 工0严丫 = 0时，如果工序基准在定位基面上，则 A D = A 丫 -也B 三、简答题 1?简述六点定位原理、完全定位、不完全定位、欠定位及过定位的基本概念，并 举例说明。 答：(1)六点定位原理：在夹具中采用合理的六个定位支承点，与工件的定位 基准相接触，来限制工件的六个自由度，称为六点定位原理。 (2)完全定位：工件的六个自由度全部被限制而在夹具中占有完全确定的位置。 举例：在长方体上加工不通孔，属于完全定位。
机床夹具设计步骤和实例 Prepared on 22 November 2020
第2节机床夹具设计实例 一、钻夹具的设计实例 图2-2-20所示为杠杆类零件图样。图2-2-21所示为本零件工序图。 1．零件本工序的加工要求分析 ①钻、扩、铰φ10H9孔及φ11孔。 ②φ10H9孔与φ28H7孔的距离为(80±0. 2)mm；平行度为。 ③φ11孔与φ28H7孔的距离为(15±0. 25)mm。 ④φ11孔与端面K距离为14mm。 本工序前已加工的表面如下。 ①φ28H7孔及两端面。 ②φ10H9两端面。 本工序使用机床为Z5125立钻，刀具为通用标准工具。 2．确定夹具类型 本工序所加工两孔(φ10H9和φ11)，位于互成90°的两平面内，孔径不大，工件质量较小、轮廓尺寸以及生产量不是很大，因此采用翻转式钻模。 3．拟定定位方案和选择定位元件 (1)定位方案。根据工件结构特点，其定位方案如下。 ①以φ28H7孔及一组合面(端面K和φ10H9一端面组合而成)为定位面，以φ10H9孔端外缘毛坯面一侧为防转定位面，限制六个自由度。这一定位方案，由于尺寸885.0 mm 公差大，定位不可靠，会引起较大的定位误差。如图2-2-22(a)所示。
②以孔φ28H7孔及端面K 定位，以φ11孔外缘毛坯一侧为防转定位面，限制工件六个自由度。为增加刚性，在φ10H9的端面增设一辅助支承，如图2-2-22 (b)所示。 比较上述两种定位方案，初步确定选用图2-2-22(b)所示的方案。 (2)选择定位元件。 ①选择带台阶面的定位销，作为以φ28H7孔及其端面的定位元件，如图2-2-23所示。定位副配合取6 7 28 g H φ。 ②选择可调支承钉为φ11孔外缘毛坯一侧防转定位面的定位元件，如图2-2-24(a)所示。也可选择如图2-2-24 (b)所示移动V 形块。考虑结构简单，现选用图2-2-24(a)所示结构。 (3)定位误差计算 ①加工φ10H9孔时孔距尺寸(80±mm 的定位误差计算。 由于基准重合，故ΔB ＝0。 基准位移误差为定位孔(φ38021.00+mm)与定位销(φ38007 .0002.0--mm)的最大间隙，故ΔY ＝＋0. 007＋mm ＝。 由此可知此定位方案能满足尺寸(80±mm 的定位要求。 ②加工φ10H9孔时轴线平行度的定位误差计算。 由于基准重合，故ΔB ＝0。 基准位移误差是定位孔φ28H7与定位面K 间的垂直度误差。故ΔY ＝0. 03mm 。 此方案能满足平行度0. 3mm 的定位要求。 ③加工φ11孔时孔距尺寸(15±mm 。加工φ11孔时与加工φ10H9孔时相同。
机床夹具设计课程设计 说明书 设计题目：钻床夹具设计 系别：机械与电子工程学院 专业：机械设计制造及其自动化
前言 夹具是机械加工不可缺少的部件，在机床技术向高速、高效、精密、智能、复合、 环保方向发展的带动下，夹具技术正朝着高精、高效、模块、组合、通用、经济方向发展。 本次的设计任务是加工零件（板件）上的两个孔。零件属于大批量生产，钻孔要 求精度高，所以需要设计一个专用夹具，保证零件加工质量。由于夹具的利用率高， 经济性好，使用元件的功能强而且数量少，配套费用低，降低生产成本；采用夹紧装 置，缩短停机时间，提高生产效率。 设计钻床夹具，首先要分析加工零件的技术要求，运用夹具设计的基本原理和方 法，拟定夹具设计方案；在满足加工精度的条件下，合理的进行安装、定位、夹紧； 完成草图后考虑零件间的连接关系和螺钉、螺母、定位销等的固定方式，设计合理结 构实现零部件间的相对运动，根据零件要求选择材料。 完成钻床夹具的所有设计后，用 AutoCAD进行二维图的绘制，首先画好零件图，最 后进行装配，标注相关尺寸及技术要求，并用 Pro/ENGINEER绘制最终三维效果图，最 终进行说明书，任务书的撰写、整理、修改完成设计任务。
目录 第一章对加工零件的工艺分析 .......................................................错误！未定义书签。 1.1夹具设计 ...........................................................................错误！未定义书签。 1.2零件分析 ...........................................................................错误！未定义书签。 1.2.1零件图 (1) 1.2.2加工零件图分析 (2) 第二章定位方案及误差分析 ...........................................................错误！未定义书签。 2.1拟定定位方案 .....................................................................错误！未定义书签。 2.1.1定位方案拟定 (2) 2.1.2定位方案选定 (2) 2.2定位误差分析 .....................................................................错误！未定义书签。 2.2.1相关概念 (3) 2.2.2定位误差分析 (4) 第三章对刀导向方案 .......................................................................错误！未定义书签。 3.1对刀导向方案 .....................................................................错误！未定义书签。 3.2对刀导向元件详细参数 .....................................................错误！未定义书签。 第四章夹紧方案及夹紧力分析 (5) 4.1 夹紧方案分析 .............................................................................错误！未定义书签。 4.2夹紧力分析 .........................................................................错误！未定义书签。 4.2.1夹紧力估算 .....................................................................错误！未定义书签。 第五章夹具体设计及连接元件选型 ...............................................错误！未定义书签。 5.1夹具体设计 ..........................................................................错误！未定义书签。 5.2连接元件选型 ......................................................................错误！未定义书签。 5.2.1标准件 .............................................................................错误！未定义书签。 5.2.2非标准件 .........................................................................错误！未定义书签。 第六章夹具零件图和装配图及标注 ...............................................错误！未定义书签。 6.1零件图 (8) 6.2钻模板零件图 ...................................................................................................... 1 1 6.3装配图 .................................................................................................................. 2 1第七章三维效果图...........................................................................错误！未定义书签。 14 总结 .................................................................. 14 参考文献 ..............................................................
第五章机床夹具设计习题答案 1.机床夹具的作用是什麽？有那些要求？ （1）机床夹具的作用 1）保证加工精度2 ）提高生产率3）扩大机床的使用范围。4）减轻工人的劳动强度，保证生产安全。 （2）机床夹具的要求 1）保证加工面的位置精度2）夹具的总体方案应与年生产纲领相适应 3）安全、方便、减轻劳动强度4）排屑顺畅5 ）应有良好的强度、刚度和结构工艺性。 2.机床夹具的组成有那些部分？ 1）定位元件及定位装置2 ）夹紧元件及夹紧装置3 ）导向及对刀元件4）动力装置5 ）夹具体6 ）其它元件及装置 不同的生产条件下的夹具，其组成会有不同。 3.何谓六点定位原理“何谓定位的正常情况和非正常情况，它们各包括那些方面？ （1）六点定位原理是采用六个按一定规则布置的约束点，限制工件的六个自由度，使工件实现完全定位。 （2）定位的非正常情况是指凡是保证加工位置精度的自由度均已被约束所限制的情况，它可以是完全定位，即限制了六个自由度，也可以是小于六个约束点。 （3）定位的非正常情况包括欠定位和过定位两种。欠定位是指保证加工精度的某自由度应该被限制而没有被限制的情况。此情况不能保证加工精度，因此此定位方案是绝对不允许的。 过定位是指为保证加工精度应该被限制的某个自由度被两个或两个以上的约束所重复限制。一般情况下这是不允许的。但在工件定位和定位元件精度很高或者在工件刚度很低的情况下，过定位的情况是被允许的。 4.试分析图5－7中a、c 方案为什麽属过定位？如何改进的？尚存在什麽问题？ 过定位及其改进 图5.7 a ）：工件下底面有俩个短圆柱销台阶面支撑，为平面约束，限制3 个自由度，而每个短圆柱销插入工件孔内，限制了2 个自由度，因此共限制了7 个自由度，超出了6个，即y 方向的移动自由度被重复限制了，因此属于过定位。C）:工件左端由销的又台阶端面定位，此端面限制了3个自由度，而销的长径比已超过1，属于长销，它限制了4个自由度，共限制了7个自由度，还有转动的自由度没有被限制。所以实际上x和z都被重复限制，此方案属于过定位。 5.确定夹具的定位方案时，要考虑那些方面的要求？
《机床夹具设计》期终考试试卷A卷 班级学号姓名 一、填空题（共20分，每空1分） 1、造成定位误差的原因有基准位移误差和基准不重误差 2 、采用布置恰当的六个支承点限制工件六个自由度的法则，称为六点定则。 3、工件的实际定位点数，如不能满足加工要求，少于应有的定位点数，称为欠定位。这在加工中是不允许的。 4、机床夹具由定位装置、夹紧装置、对刀或导向装置连接元件、夹具体和其它装置或元件组成） 5、主要支承用来限制工件的自由度起定位作用。辅助支承用来提高工件的装夹刚度和稳定性，不起定位作用。。 6、定位和夹紧两个过程综合称为装夹，完成工件装夹的工艺装备称为机床夹具。 7、夹具体的结构形式分为开式结构、半开式结构和框架式结构。 8、夹具总图上标注公差值的原则是：在满足加工要求的前提下，尽量降低夹具的制造精度。 9、影响加工精度的因素有定位误差、对刀误差、安装误差、夹具误差和加工方法误差组成. 10、斜楔的自锁条件是斜楔的升角小于斜楔与工件、斜楔与夹具体之间的摩擦角之和。 二、选择题（共20分，每小题2分） 1、机床上的卡盘，中心架等属于（ A ）夹具。 A．通用 B. 专用 C. 组合、 2、在夹具中，用一个平面对工件进行定位，可限制工件的（ B ）自由度。 A．两个 B. 三个 C. 四个 3、决定某种定位方法属几点定位，主要根据（ B ）。 A 、有几个支承点与工件接触 B 、工件被消除了几个自由度 C 、工件需要消除几个自由 D 、夹具采用几个定位元件 4、确定夹紧力方向时，应该尽可能使夹紧力方向垂直于（ A ）基准面。 A 、主要定位 B 、辅助定位 C 、止推定位 5、在车床上加工轴，用三爪卡盘安装工件，相对夹持较长，它的定位是：（ C ） A、六点定位 B、五点定位 C、四点定位 D、三点定位 6、在保证夹紧的前提下，夹紧行程最大的基本夹紧机构是（ B ） A、斜楔夹紧机构 B、螺旋夹紧机构 C、偏心夹紧机构 7、工件以短锥孔在活动顶针上定位，被限制的自由度是（ A ）自由度 A、二个转动 B、三个移动 C、一个移动及二个转动 8、绘制夹具总装配图时尽量采用（ A）的比例。 A、1:1 B、2:1 C、1:2 9、工件被夹紧后不能发生位置变动时，即说明工件（ C ）完全定位
目录 前言 (2) 第一章机床夹具 (3) 1．1机床夹具在加工中的作用 (3) 1．2机床夹具的分类 (3) 1．3机床夹具的组成 (4) 1．4 工件零件图 (5) 第二章夹具设计 (6) 2．1 夹具设计的基本原则 (6) 2．2 定位方案 (6) 2．2．1 定位基准的选择 (6) 2．2．2 定位元件的布置 (7) 2．3 夹紧方案....................................................................................... 错误！未定义书签。 2．3．1 夹紧元件的注意事项..................................................... 错误！未定义书签。 2．3．2 夹紧元件的确定 (9) 2．4导向装置........................................................................................ 错误！未定义书签。 2．4．1 导向装置的选择 (9) 2．4．2 导向装置的布置 (10) 2．5夹具装配图的绘制 (11) 总结 (13)
前言 夹具设计是机械设计制造及其自动化（或机械工程及自动化）专业的一门重要的专业基础课。 夹具设计是机械工程的重要组成部分，是决定机械性能的最主要因素。由于各产业对机械的性能要求不同而有许多专业性的夹具设计。 在机械制造厂的生产过程中,用来安装工件使之固定在正确位置上,完成其切削加工、检验、装配、焊接等工作,所使用的工艺装备统称为夹具。如机床夹具、检验夹具、焊接夹具、装配夹具等。 机床夹具的作用可归纳为以下四个方面： 1.保证加工精度机床夹具可准确确定工件、刀具和机床之间的相对位置，可以保证加工精度。 2.提高生产效率机床夹具可快速地将工件定位和夹紧，减少辅助时间。 3.减少劳动强度采用机械、气动、液动等夹紧机构，可以减轻工人的劳动强度。 4.扩大机床的工艺范围利用机床夹具，可使机床的加工范围扩大，例如在卧式车床刀架处安装镗孔夹具，可对箱体孔进行镗孔加工。 机械制造装备设计课程设计是机械设计中的一个重要的实践性教学环节，也是机械类专业学生较为全面的机械设计训练。其目的在于： 1.培养学生综合运用机械设计基础以及其他先修课程的理论知识和生产实际知识去分析和解决工程实际问题的能力，通过课设训练可以巩固、加深有关机械课设方面的理论知识。 2.学习和掌握一般机械设计的基本方法和步骤。培养独立设计能力，为以后的专业课程及毕业设计打好基础，做好准备。 3.使学生具有运用标准、规范手册、图册和查询有关设计资料的能力。 我国的装备制造业尽管已有一定的基础，规模也不小，实力较其它发展中国家雄厚。但毕竟技术基础薄弱，滞后于制造业发展的需要。我们要以高度的使命感和责任感，采取更加有效的措施，克服发展中存在的问题，把我国从一个制造业大国建设成为一个制造强国，成为世界级制造业基础地之一。
《机床夹具设计》思考题与习题参考答案 （仅说明解答要点，供使用者参考） 第1章 1-1 在机械加工中，机床夹具能起到哪些作用？有哪些局限性？ （参见第1章之1.2.1） 机床夹具在机械加工中起着十分重要的作用，归纳起来，主要表现在以下几方面： ⑴缩短辅助时间，提高劳动生产率，降低加工成本。 ⑵保证加工精度，稳定加工质量。 ⑶降低对工人的技术要求，减轻工人的劳动强度，保证安全生产。 ⑷扩大机床的工艺范围，实现“一机多能”。 ⑸在自动化生产和流水线生产中，便于平衡生产节拍。 不过，机床夹具的作用也存在一定的局限性： ⑴专用机床夹具的设计制造周期长。 ⑵对毛坯质量要求较高。 ⑶专用机床夹具主要适用于生产批量较大、产品品种相对稳定的场合。 1-2 机床夹具通常由哪些部分组成？各组成部分功能如何？ （参见第1章之1.2.3） 虽然机床夹具的种类繁多，但它们的工作原理基本上是相同的。将各类夹具中，作用相同的结构或元件加以概括，可得出夹具一般所共有的以下几个组成部分，这些组成部分既相互独立又相互联系。 ⑴定位支承元件。定位支承元件的作用是确定工件在夹具中的正确位置并支承工件，是夹具的主要功能元件之一。定位支承元件的定位精度直接影响工件加工的精度。 ⑵夹紧装置。夹紧元件的作用是将工件压紧夹牢，并保证在加工过程中工件的正确位置不变。 ⑶连接定向元件。这种元件用于将夹具与机床连接并确定夹具对机床主轴、工作台或导轨的相互位置。 ⑷对刀元件或导向元件。这些元件的作用是保证工件加工表面与刀具之间的正确位置。用于确定刀具在加工前正确位置的元件称为对刀元件；用于确定刀具位置并引导刀具进行加工的元件称为导向元件。 ⑸其它装置或元件。根据加工需要，有些夹具上还设有分度装置、靠模装置、上下料装置、工件顶出机构、电动扳手和平衡块等，以及标准化了的其它联接元件。 ⑹夹具体。夹具体是夹具的基体骨架，用来配置、安装各夹具元件使之组成一整体。 上述各组成部分中，定位元件、夹紧装置、夹具体是夹具的基本组成部分。
课程名称 机床夹具设计期末考试题 试卷卷别 A 卷 3、 定位元件的材料一般选（A D F ） A 、20钢渗碳淬火； B 、铸铁； D 合金钢； E 、T7A 钢； 4、 工件在夹具中安装时，绝对不允许采 用， A 、完全定位 B 、不完全定位 （多选，3分） 、中碳钢； 、中碳钢淬火; C ） 、欠定位 D 、判断题（对的画0,错的画X ）（共10分，每小题1分）。 1、长的V 形块可限制四个自由度。短的 V 形块可限制二个自由度。 2、为了防止工件变形，夹紧部位要与支承对应，不能在工件悬空处夹 紧。 3、组合夹具是由一套完全标准化的元件，根据工件的加工 要求拼装成的不同结构和用途的夹具。 4、如右图所示定位方式是合理的。 5、浮动支承是为了增加工件的刚性和定位稳定性，并不 限制工件的自由度。 V ) V ) ) ) f 2 _ ，斗 6在车床上用三爪自定心卡盘多次装夹同一工件时，三爪 定心卡盘的对中精度将直接影响工件上被加工表面的位置精度 7、采用欠定位的定位方式，既可保证加工质量，又可简化夹具结 构。 8、为了保证工件达到图样所规定的精度和技术要求，夹具上的定位基准应与工件上设计 基准、测量基准尽可能重合。 9、固定式普通钻模主要用于加工直径小于 10mm 勺孔。 10、成组夹具是成组工艺中为一组零件的某一工序而专门设计的夹 具。 分 得 、选择题（共24分，除注明分数外，每小题2分）。 1、 在夹具中，用一个平面对工件进行定位，可限制工件的（ B ）自由度。 A 、两个 B 、三个 C 、四个 2、 三爪自定心卡盘夹住一端，另一端搭中心架钻中心孔时，如果夹住部分较短, 属于（A ）。 A 、部分定位 B 、完全定位 C 、重复定位 P1 5、 下列工件定位面与定位元件一般限制两个自由度的是：（ A 、外圆柱面与长支承平板 C 圆柱孔与固定锥销 D 6、 决定某种定位方法属几点定位， A 、有几个支承点与工件接触 C 工件需要消除几个自由度 、过定位 A 、C 、E ）（多选、3 B 、外圆柱面与一短V 型铁 、圆柱 孔与短圆柱销 E 、 主要根据（ B ）。 、工件被消除了几个自由 度 、夹具采用几个定位元件 C ）个自由度。 D 长轴与两个半圆孔定位座 B D 7、轴类零件用双中心孔定位，能消除（ A 、三 B 、四 C 8在简单夹紧机构中，（E ）夹紧机构一般不考虑自锁；（ D ）夹紧机构既可增力 又可（ C ）夹紧机构实现工件定位作用的同时，并将工件夹紧； （A ）夹紧机构 夹紧行程与自锁性能有矛盾。（4分） A 、斜楔； B 、螺旋； C 、定心； D 杠杆； E 、铰链； F 、偏心 9、 基准不重合误差的大小主要与哪种因素有关： A 、本工序要保证的尺寸大小 B C 工序基准与定位基准间的位置误差 D 10、 铣床上用的平口钳属于（ A 、通用夹具 、四 、五 、六 （C ） 、本工序要保证的尺寸精度 、定位元件和定位基准本身的制造精度 A ）。 专用夹具C 、成组夹具 三、填空题（共20分，每小题2分） 1、夹具按夹紧的动力源可分为 手动夹具 、气动夹具、一液压夹具 具、 电磁夹具 以及 真空夹具 等。 、气液增 2、机床夹具设计主要研究的是 P2 专用 夹具的设计。
机床夹具设计步骤和实例
第2节机床夹具设计实例 一、钻夹具的设计实例 图2-2-20所示为杠杆类零件图样。图2-2-21所示为本零件工序图。 nhuH?> 36-訂 ^5 0 0 +￡* 出 ? 外 一 一 益 殳 」 ? 16 逹," _ . 一 T P25H?\ 图2-?-21杠杆工序图
1零件本工序的加工要求分析 ①钻、扩、铰? 10H9 孔及? 11孔。 ②? 10H9 孔与? 28H7 孔的距离为(80 ± 0. 2)mm ;平行度为0.3mm。 ③0 11孔与0 28H7孑L的距离为(15 ± 0. 25)mm。 ④0 11孔与端面K距离为14mm。 本工序前已加工的表面如下。 ①0 28H7孔及两端面。 ②0 10H9两端面。 本工序使用机床为Z5125立钻，刀具为通用标准工具。 2?确定夹具类型 本工序所加工两孔(0 10H9和0 11),位于互 成90°的两平面内，孔径不大，工件质量较小、 轮廓尺寸以及生产量不是很大，因此采用翻转式 钻模。 3 .拟定定位方案和选择定位元件 (1)定位方案。根据工件结构特点，其定位方案如下。 ①以0 28H7孔及一组合面(端面K和0 10H9 一端面组合而成)为定位面，以0 10H9孔端外缘毛坯面一侧为防转定位面，限制六个自由度。这
一定位方案，由于尺寸8&"5mm公差大，定位不可靠，会引起较大的定位误差。如图2-2- 22(a) 所示。 011 y ■■I I 耳■ I BE) 2-2-22定位夹蛍方秦 ②以孔$ 28H7孔及端面K定位，以? 11孔外 缘毛坯一侧为防转定位面，限制工件六个自由 度。为增加刚性，在$ 10H9的端面增设一辅助支承，如图2-2-22 (b)所示。 比较上述两种定位方案，初步确定选用图 2-2-22(b)所示的方案。 (2)选择定位元件。 ①选择带台阶面的定位销，作为以 $ 28H7孔 及其端面的定位元件，如图2-2-23所示。定位副配合取28竺。 g6