机床夹具设计改进思路.docx
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机床夹具设计改进思路
机床夹具设计改进的思路探究
机床夹具在机械制造业中应用很广。
由机床夹具和机床、刀具、工件组成的加工工艺系统,能够根据工艺要求,迅速实现工件的定位和夹紧,并在加工过程中保持它们之间相对位置的正确。
毫无疑问,使用夹具,可提高劳动生产率和加工精度。
随着生产规模的不断扩大,近年各家齿轮制造公司从国内外引进了大量的数控加工设备,并推行精益生产方式。
新技术、新设备、新的管理方法的应用,使机械加工的现场条件发生了很大变化。
面对这些变化,如何与时俱进地进行机床夹具的设计,成为工艺设计人员不可回避的问题。
一.双工位倒档齿压铜套夹具
在汽车变速器齿轮的中,常有在内孔中镶铜套的齿轮。
这些齿轮的加工工艺过程一般有:
制齿→硬化处理→压铜套→车(磨)内孔。
设计安全高效的压铜套夹具,离不开对其工艺过程的仔细分析。
1.问题的提出
压铜套工序的设备放置在热前加工区域,为与热前压其它齿轮的同步器接合齿环共用的设备,由同一人操作。
根据精益生产布线需要,为减少不必要的搬运浪费,并平衡工作量,需将压铜套工序调整到热后加工区域,由其下一工序(车内孔)的操作者完成。
2.问题的分析
通过对原来的压铜套工序过程进行分析,认为有以下几点不能满足调整后的要求:
1)动作过于复杂,致使工序节拍过长,不能满足一人多机的要求。
原来的压铜套工序使用的工装,其工序过程的内容为:
右手取工件→将工件放工作台上→左手取铜套→将铜套对准齿轮孔口→右手取压具→将压具装入铜套孔中→左手持压具→右手操作压床手把→压入→检查(是否压到位或存在切边)→拿走工件。
由此可见,一次成功的压铜套操作需要11个动作才能完成,动作复杂,操作者劳动强度大,熟练的操作需要15秒。
2)不能可靠地保证工序质量。
3)在压入的过程中,一手持压具,一手操作设备,存在安全隐患。
3.新设计方案
对以上动作过于复杂的原因进行分析,主要是由于原来的夹具在工序进行的过程中不具备定位、导向的功能,完全靠操作者保证工件在加工过程中的相对位置的正确性。
铜套和工件的硬度相差较大,在压入的整个过程中,如果铜套与工件的相对位置不能保证,很容易产生切边甚至报废现象。
必须解决铜套和工件两者的定位问题,才能避免发生切边或报废现象。
双工位倒档齿压铜套夹具主要设计思路是:
1)采用带顶尖孔的轴向浮动的台阶式定位芯轴。
一方面解决在整个压入过程中铜套和工件的集中定位问题,另一方面解决在压入行程结束时两这定位关系的顺利交接。
2)采用带顶尖的上压头。
由于压入行程较长且工件的孔较小,因而芯轴也细长,采用这样的上压头可以起到导向的作用,使芯轴不至于倾斜。
同时,顶尖在夹具的安装调试时兼起自动找正中心的作用。
3)采用两件同时压入(即双工位)。
在底座上及上压头上设计两个(或4个)压入加工位置,一方面实现多件同时加工,提高生产效率。
另一方面在整个过程均采用双手操作,避免产生压床操作安全事故。
使用多工位倒档齿压铜套夹具,其工序过程的内容为:
双手取工件→将工件套芯轴上→双手取铜套→将铜套套芯轴上→双手按按扭→压入→双手按按扭→双手拿走工件。
同时完成两个工件的加工,只需8个动作,动作简化,无人为检查内容,熟练的操作只需10秒(2件)。
二.数控复合磨夹具
进口高效的数控设备的应用,在提高了机床夹具设计水平的同时,也改变了高精度夹具的加工制造能力。
只有充分考虑现场设备条件,才可以使夹具的设计制造成为可能。
1.问题的提出
进口的数控端面内控外圆复合磨床,由于受其使用的夹具国内无法制造,只能委托原夹具制造商制造,所以一直只能用随机附带的两个夹具加工2种产品,设备利用率不高。
为了降低夹具成本,提高机床利用率,进行其夹具的国产化设计具有现实意义。
2.问题的分析
通过分析,随机附带夹具与其它内圆磨床的相同之处是夹具体均为弹性膜片,不同之处是工件的夹紧元件。
进口机床加工时工件主轴转速高,在加工工件后端面时对工件有向前的拉力,在夹紧元件设计时采用整体焊接形式,并将夹紧用的卡爪设计成安装在座体的孔内,卡爪的头部采用三角形楔块形式。
该夹具的设计难点是:
整体焊接结构,现有条件无法加工制造;卡爪(3个)头部三角形楔块角度的确定及在加工时的一致性和对称度难以保证。
3.新设计方案
在机械设计中,对加工难以控制的尺寸和精度,经常在总成装配时通过调整法获得相应的精度。
因此,可以通过对原夹具进行解体设计,用螺栓连接组装,通过调整法获得所需要的精度。
在进行解体设计时,要注意以下几点:
1)在零件设计时,设计必要的基准作为整个夹具装配调整的基准。
2)考虑进口机床的转速较高,各零件尺寸的大小及公差选择应合理,避免夹具在使用中运转不平衡,造成加工振纹或不合格现象,特别是对于工件齿数不能被3整除的工件。
3)为扩大夹具的使用范围,应考虑一定的调整范围,以满足不同大小工件的加工,避免不必要的重复设计。
4)卡爪头部三角形楔块的加工精度及一致性,普通的磨床难以保证,可以充分利用引进的进口数控工具磨床进行加工保证。
三.通用滚中间轴夹具
为数控加工设备设计夹具,离不开对设备加工原理的了解。
采用不同的加工程序,不仅加工效率不同,而且有时会给夹具设计带来方便。
1.问题的提出
国产的六轴数控滚齿机,随机附带的夹具用于滚某种型号的中间轴上的两档齿轮,由于产量的增大,为解决生产瓶颈,生产部门要求将另一种中间轴的滚齿工序在六轴数控滚齿机上进行。
由于该中间轴较长,安装上滚齿夹具(夹具高度尺寸已经设法降低)后,其高度超出了机床Z轴行程的极限,因而无法进行滚齿加工。
2.问题的分析与解决
加工工艺系统由机床夹具、机床、刀具、工件组成,夹具设计要兼顾工艺系统的不同方面,如经常要考虑刀具干涉问题、机床规格(如工作台回转半径、行程极限)等问题。
针对滚齿时Z轴加工行程不够的问题,可以从改变刀具直径及螺旋升角、改变夹具方案、改变加工方法等方面进行考虑,最简单高效的方法即为最佳的方法。
滚齿时滚刀的切入方式有两种:
轴向切入法和径向切入法,不同的切入方式有不同的应用场合。
径向切入法具有切入行程短、效率高的优点,在普通滚齿机上无法发挥,在数控滚齿机却又容易被忽视。
大量的实践证明,数控机床的使用效果,很大程度上取决于编程水平的高低,这直接影响到数控机床的使用和数控加工特点的发挥。
在本例中,正是通过将滚齿加工程序中的滚刀切入方式改为径向切入方式,不仅解决了在不换夹具的情况下两种中间轴的滚齿问题,实现了夹具的通用化,而且提高了生产效率。
四.CF—702曲轴连杆颈车床,加工一般四拐曲轴(如图所示)
该夹具主要存在以下问题:
1.、四连杆颈,但加工第二、三连杆颈时无轴向和圆周方向的定位装置,故不能加工。
2.受夹具体结构限制,该夹具只能加工曲柄半径在57.5mm以下的曲轴,且平衡块宽度在150mm以下。
曲柄半径在50~65mm,主轴颈直径在70~90mm,档宽(单个主轴颈轴向长度)在30mm以上,总长在752mm以下。
并针对上述存在的问题,设计了一套夹具,(如图2所示),使其既能加工全部四个连杆颈,又能加工所有型号的四拐曲轴。
图1 四拐曲轴的两种结构
3.对于图1b所示的曲轴,由于第1、8曲臂无配重
1.夹具体 2.压盖 3.瓦块 4.周向定位块
5.轴向定位块 6.定位座 7.卡盘
图2 车曲轴二、三连杆颈夹具结构
加工过程中曲柄半径尺寸得不到有效保证。
据以上几点,该夹具只能加工YZ495,YZ4102,GB495Q1,485Q等几种曲轴,而且需要配置一台S1—217曲轴车床加工曲轴第二、三连杆颈。
像图1b所示的曲轴只能用S1—130C万能曲轴车床加工.
具体加工改进方法
首先按工艺调整曲轴车床主轴箱,使左、右夹具体上瓦块的距离等于四拐曲轴第一、五(或二、四)主轴颈之间的距离,然后拧紧主轴箱上的螺母,即可按下述方法加工:
1)加工图1a所示的曲轴一、四连杆颈定位方法与原夹具的结构基本相同,这里不再赘述。
2)图2是加工图1a所示的曲轴二、三连杆颈夹具结构示意图。
曲轴的轴向定位靠定位块5来实现,圆周方向的定位靠定位块4来完成。
3)图3是加工图1b所示的曲轴一、四连杆颈夹具结构示意图。
曲轴的轴向定位靠瓦块侧面来实现,圆周方向的定位靠定位块4来完成。
以曲轴主轴颈的最小档宽来设计瓦座和压盖的
宽度,以保证所有型号的曲轴都能放进去。
3.加工曲柄半径不同的曲轴时,可通过更换偏心
瓦块来实现:
如图5a所示,按南昌X4105B曲轴设计的夹具体,主轴颈工序直径为<81.5mm,曲柄半径60mm,瓦块外圆与内孔同心。
如加工云内4100Q曲轴(主轴颈工序直径为<
76.5mm,曲柄半径52.5mm)时,则可使内孔<76.5mm与瓦块外圆偏心7.5mm(如图5b所示),这样曲柄半径就调整为52.5mm。
3与时俱进的机床夹具设计思路初探
通过对以上三个夹具设计思路的分析,可以看出,结合现场的生产条件进行机床夹具设计,要考虑以下几点:
1)认真分析工艺过程
结合生产现状及工序内容的安排,对工艺过程进行分析研究,找出夹具设计所要解决的主要问题。
2)熟悉夹具所配机床的情况
熟悉夹具所配机床的规格、性能参数、加工原理,避免设计出的夹具与机床不匹配,有时对解决夹具设计时遇到的问题也有帮助。
3)及时了解现场设备状况
夹具上有些关键的零部件,用通常的加工设备无法保证加工精度,通过对现有设备状况的了解,可以初步分析所设计夹具加工制造的可行性,提高设计的成功率。
4)用系统的方法、创新的思路解决设计中遇到的问题
夹具作为由夹具、机床、刀具、工件共同组成的工艺系统的一个部分,对夹具设计时遇到的问题,应从系统的角度去考虑解决,在借鉴类似夹具设计经验时,要勇于创新。
5)懂得夹具的调整和使用
通过对所设计夹具的调整和使用方法的分析,能够在设计时考虑到必要的精度、调整基准和空间,考虑到夹具使用的安全性和复杂性。
4结束语
一套良好的夹具必须是:
能够稳定地保证工件的加工质量,降低劳动强度,提高劳动生产率;结构简单、操作方便、安全,便于制造和维修;能够降低制造成本。
设计一套良好的夹具必须建立在对现时、现场、现物的充分研究的基础之上。
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