《组合夹具综合试验》指导书.docx
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《组合夹具综合试验》指导书
《组合夹具设计性实验》实验指导书
适用专业：
机械工程及自动化
一实验目的
随着科学技术的不断发展，机械制造工业的自动化程度越来越高，生产成本越来越低，尤其组合夹具的使用，在机械制造工业中取得了十分显著的经济效果。
通过对组合夹具的组装实验，可以了解到组合夹具的使用范围、类型，初步掌握组合夹具的使用原则，设计原理、以及简单的装配技术。
实验中，学生必须综合运用机床夹具、金属切削机床、金属切削原理、机械加工工艺规程设计和装备设计方面的知识，才能完成本实验。
工艺规程的设计、组合夹具元器件的选择，组合夹具装配方案的确定以及自己动手组装组合夹具，这些都具有设计性。
加强学生综合运用各种专业知识的能力、开拓学生的创造性思维、提高学生的动手能力、机械制图能力，是开设本实验的根本初衷。
二实验所需设备
1、十套典型零件的组合夹具组件，每套包括钻削类和铣（或刨）削类组合夹具，如基础件、定位元件、夹紧元件、以及钻套、钻模、对刀块等辅助元件。
2、装配所用工具若干套。
三实验内容和要求
1.实验分组
每班分成二个大组，每16～20人为一个大组。
每2人为一小组，共同组装二套组合夹具。
组合夹具组装实验用典型零件：
（参见附图，单击图面可以放大阅读零件图）
图号zhjj01：
拨叉（钻铰孔）图号zhjj02：
叉子（钻铰孔）
图号zhjj03：
活塞（钻孔）图号zhjj04：
底座（钻斜孔）
图号zhjj05：
楔块（钻斜孔）图号zhjj06：
支座（刨面和槽）
图号zhjj07：
支架（铣斜槽）图号zhjj08：
鼓轮（铣斜面）
图号zhjj09：
滑块（铣双斜面）图号zhjj10：
托脚（铣开口槽）
2．实验任务：
每个实验小组中必须任选铣削类零件、钻铰类零件各一个，根据零件图的加工要求，合作完成拆装两套组合夹具，具体实验任务如下：
确定这两个零件各加工表面的加工方法，分析零件加工工艺过程，并设计选定零件的机械加工工艺规程；分析指定工序加工表面的机械加工定位原理、并选择合理的定位元件；
分析该加工表面的夹紧原理（夹紧力的大小、方向、作用点），确定夹紧方案，并选择合适的夹紧机构；
如需要设置钻、镗刀具的导向装置时，选择合适的钻模或对刀装置；
根据定位和夹紧方案，画出该零件的工序简图。
根据工序图的定位和夹紧方案，组装完成合理、完整的组合夹具装置。
每个学生选择一套组合夹具，对有关机械零部件进行实际测量和机械绘图，现场完成该套组合夹具的部件装配图和主要基础元件、支承元件、定位元件和夹紧元件的机械制图任务（只要求大致按比例绘图）、以作为设计性实验的主要成果。
⑺学生做完实验后，根据上述实验过程，写出详细的实验报告。
要求：
组合夹具有关机械零件草图、装配草图必须现场绘制完成，经指导教师签字后有效，未经签字，实验报告成绩无效。
3．实验报告要求
实验报告，包含如下内容：
1画出零件图，并对该零件进行工艺分析，确定各表面的定位基准面、机械加工方法、定位原理并拟定工件的简要加工工艺路线；
2分析指定加工表面的定位原理和夹紧原理，并画出工序图；
3将现场测绘的机械零件草图部件装配草图以A4复印纸重新绘制成较规范图纸，附在实验报告后面。
（经指导教师签字的零部件草图，随实验报告一起上交）
4做完综合设计性实验后的收获、体会与感想。
4.注意事项：
⑴．实验前学生必须进行预学习，认真阅读教材和实验指导书，分析工件定位、夹紧的概念，写出其中一个零件的机械加工工艺过程、画出指定加工表面的加工工序图、初步了解组合夹具的各种元件及用途，并写出预学习报告。
⑵．学生通过组合夹具的组装实验，初步了解机床与组合夹具之间的相互联系，掌握组合夹具的结构组成原理。
通过对机械零部件的实际测绘，提高学生的机械制图能力和机械设计能力。
⑶．实验时严格执行实验室的规章制度，严格按操作规程操作，确保实验安全顺利完成
⑷．学生应独立完成整个实验，指导教师只给学生答疑，但不提供具体的实验方案。
四.实验步骤
1.学生根据组合夹具设计性实验实验指导书，提前阅读并熟悉实验要求和过程，写出预习报告。
（采用专用实验报告纸）
2.了解组合夹具各个元件的功能和作用；
3.每个学生任意选择铣、刨类零件和钻削类零件各一个，对零件进行工艺分析，画出工序简图；
4.根据工序图，选择组合夹具元器件，组装成合理完整的组合夹具。
5.现场测量并绘制某套组合夹具的零部件装配草图。
6.认真、详细地撰写实验报告。
五.设计性实验教学的考核办法
指导教师在指导过程中，注意考察学生的动手能力和刻苦钻研的工作态度，作为学生评定实验成绩的重要依据之一。
指导教师根据学生在实验操作中的工作表现和实验报告质量，给出学生的实验成绩（实行优、良、中、及格和不及格五级分制）。
实验成绩将计入《机械制造技术基础》课程综合考试成绩中（平时成绩占30％，其中实验成绩占10％）、（从机自04级开始执行）。
六.组合夹具基本概念
（一）概述
夹具，尤其是机床夹具，在机械制造中应用很广，是机械制造过程中的重要工艺装备，其主要作用包括：
提高加工精度和保证产品质量；提高劳动生产率和降低加工成本；扩大机床的工艺范围；减轻工人的劳动强度。
现代的组合夹具是伴随着大批大量生产的发展而出现的，早期的夹具为专用夹具。
随着近代工业的不断发展，产品不断的更新换代，零件的结构和尺寸参数亦发生变化，原有的专用夹具就要报废，必须设计新的专用夹具，显然，在经济上和生产周期上是非常不合理的。
为解决这个问题，从本世纪四十年代开始，科技人员就着手研制能够适合单件小批量和成批生产的可多次重复使用的夹具，即组合夹具。
组合夹具的使用范围：
组合夹具的使用范围十分广泛，由于其灵活、多变和易于使用，它最适合于品种多、产品变化快、新产品试制和小批量的轮番生产。
对成批生产的工厂，也可利用组合夹具代替临时短缺的专用夹具，以满足生产要求。
大批生产的工厂也可在工具车间、机修车间和试制车间使用组合夹具。
近年来，随着组合夹具组装技术的提高，不少工厂也在成批生产中使用组合夹具，效果也较好。
（二）组合夹具元件
我国目前生产和使用的组合夹具，可分为槽系组合夹具和孔系组合夹具。
槽系组合夹具——元件间以键和键槽定位。
孔系组合夹具——用孔和圆销定位。
孔系组合夹具槽系组合夹具
1元件的编号
组合夹具根据其承载能力的大小分为三种系列，其划分的依据主要是连接螺栓的直径、定位键槽尺寸及支承件界面尺寸如：
16mm槽系列——大型组合夹具；
12mm槽系列——中型组合夹具；
8mm、6mm槽系列——小型组合夹具。
组合夹具的分类编号原则和标记方法，按照原机械工业部标准（JB2814—79）规定如下：
1）编号方法
元件分类编号以分数形势表示。
1、分子表示元件的型、类、组、品种，称之为“分类编号”。
元件分大、中、小三个类型，用汉语拼音大、中、小三字的字头表示：
D---大（Da）型组合夹具元件，即16mm槽系列组合夹具元件;
Z---中（Zhong）型组合夹具元件，即12mm槽系列组合夹具元件;
X---小（Xiao）型组合夹具元件，即8mm或6mm槽系列组合夹具元件。
元件的类、组、品种各用一位数字表示。
第一位数字表示元件的“类”，按元件的用途划分，用数字1～9表示：
1---基础件；2---支承件；
3---定位件；4---导向件；
5---压紧件；6---紧固件；
7---其它件；8---合件；
9---组装用工具和辅具。
第二位数字表示元件类中的“组”，按元件的用途划分，用数字0～9表示。
第三位数字表示“组”中的“品种”，按元件的结构特征划分，用数字0～9表示。
2、分母表示元件的规格特征尺寸，一般用L×B×H（长×宽×高）表示规格尺寸。
【例】
型别（中型），亦称12mm槽系列
类别，支承件类
组别，支承件中的5号组
品种，伸长板中的4号品种
Z254
180×90×30
2）元件的分类
组合夹具元件的分类，主要根据元件的结构、形状和用途而划分的。
组合夹具元件，按其用途不同，可划分为八大类，详见表1
表1元件类别及用途
序号
类别
作用
部件
1
基础件
夹具的基础元件
方型基础板、长方形基础板和基础角铁等
2
支承件
用做不同高度的支承和各种定位支承平面
各种垫片、垫板、支承、角铁、V型角铁、伸长板和菱形板等
3
定位件
元件间定位和工件正确安装用的元件
各种键、定位销、定位盘、角度定位件、定位支承、定位板和V型件
4
导向件
在夹具上确定切削工具位置的元件
各种钻模板、钻套、铰套和导向支承等
5
压紧件
作压紧元件或工件的元件
各种压板
6
紧固件
紧固元件或工件
各种螺栓、螺钉、螺母和垫片等
7
其它件
在夹具中起辅助作用的元件
除上述六类外的各种用途的单件元件，如连接板、滚花手柄、各种支钉和支承冒、支承环、弹簧、二爪支承、三爪支承及平衡块等。
8
合件
用于分度、导向、支承等的组合件
不可拆卸，有定位合件、导向合件、分度合件、支承合件、夹紧合件等
要组装好夹具，必须熟悉各类元件的结构、尺寸和使用方法，才能充分发挥各种元件的效能和特长，组装出刚度大、结构良好和使用方便的夹具。
基础件
支承件定位件
导向件压紧件
紧固件
其它件合件
（三）工件在组合夹具中的定位与夹紧
图1定位及夹紧符号
1.工件的定位
1）定位
在机械加工中，为了保证工件各加工表面间的相互位置精度，工艺系统的各要素，即机床、刀具、组合夹具及工件之间，要有正确的相对位置关系。
而工件相对于刀具或切削成形运动的相对位置关系，是由工件在组合夹具上的定位和组合夹具在机床上的定位来保证的。
工件在组合夹具上定位的任务是，既要保证单个工件相对于已经调整好刀具位置的准确性，又要保证一批工件相对于刀具位置的一致性。
工件定位的准确性和可靠性是影响加工后工件各表面相互位置精度的重要因素。
定位的准确性和可靠性，除了与工件定位基准面的制造精度有关外，还取决于夹具元件定位精度和定位结构的合理性。
实践证明，在组装组合夹具时，首先要熟悉和掌握工件在组合夹具中的定位基本原理和方法，拟定出定位方案，在此基础上根据工件的加工要求，分析定位的准确性和可靠性，最后通过组装达到夹具结构的合理化。
2）基准
基准就是人们在评价或衡量某一事物时，所采用的出发点或参照物。
在机械加工中人们讨论工件上某些点、线和面的位置时，总是相对于工件上的另一些点、线和面而言，后者就是衡量前者的参照点、线和面，即为基准。
根据基准的性质和作用，可分为设计基准和工艺基准。
在工艺基准中又可分为工序基准、定位基准和测量基准。
与组合夹具关系较大的是工序基准和定位基准（如图3）。
图3基准的分类
（1）工序基准
在机械加工工序中确定本工序被加工表面位置的基准被称为工序基准。
在工艺规程中的工序简图上，要表示出被加工表面本道工序基准的尺寸（称为加工尺寸）和相互位置要求（如平行度、垂直度等）。
工序基准可以是工件上的实际表面，也可以是几何轴线和对称面。
工序基准与设计基准不同，设计基准是零件图上所用的基准、设计尺寸经过最终加工才能达到。
而工序基准是在加工过程中所用的基准。
所以工序基准可能是设计基准，也可能不是设计基准，这要根据工件的加工过程来决定。
组合夹具是为加工工件的某些表面而组装的，所以工序基准和加工尺寸是选择定位基准和组装夹具的重要依据。
（2）定位基准
用来确定工件相对于夹具位置的基准称为定位基准。
定位基准是工件与夹具定位元件接触或配合的实际点、线和面。
在机械加工过程中，一般将工件视为刚体，刚体上各质点的相对位置是固定不变的。
对于单个的工件来说，只要定位基准的位置被确定，其余部分的位置也随之确定。
因此，工件的定位也就是使定位基准获得确定的位置。
2.工件定位原理
1）六点定位原理
当工件不受任何条件约束时，其位置是任意的和不确定的。
设工件为一理想的刚体，并以一个空间直角坐标系作为参照来观察刚体的位置变动。
由理论力学可知，在空间处于自由状态的刚体，具有六个自由度，即沿x、y、z三个坐标轴的移动，和绕着这三个坐标轴的转动，如图4所示。
这六种位置变动是基本的变动形式，工件在空间的任何位置状态，都可由这六种基本位置变动的组合来得到。
在机床夹具设计中，用符号
、
、
和
、
、
分别表示沿三个坐标轴移动和绕这三个轴转动的自由度。
从自由度的数量来看，自由状态下的工件有六个自由度。
当工件受到外界条件约束时，它的某些自由度被限制，所以工件定位的实质就是从加工要求出发，限制其应该限制的自由度。
图4刚体在空间的六个自由度
2）完全定位与部分定位
如图4所示，当刚体的六个自由度被完全限制时，这种定位叫做工件的完全定位。
但在许多情况下，不需要对工件的自由度都限制，只限制那些对加工后位置精度有影响的自由度就可以了，这样的定位叫做工件的部分定位。
在保证加工精度的前提下，部分定位可简化夹具的结构。
3）欠定位与过定位
如果一个定位结构所限制的自由度，没有完全包括必须限制的自由度，就会发生工件定位的不足，这种现象为欠定位。
欠定位不能满足加工要求，因此不允许出现。
如果在一个定位结构中，不同的支承点重复的限制工件的同一个或几个自由度，就会发生工件定位的不稳定，这种现象为过定位（或称重复定位）。
过定位结构是否允许，要试具体情况具体分析，一般情况下是不允许出现过定位。
3.工件的夹紧
在机械加工过程中，切削力、重力、支承反力和惯性力均作用在工件上，为了使工件保持定位时的正确位置，必须将工件夹紧，以使夹紧力与上述各力平衡。
夹具中将工件夹紧的机构称为夹紧机构。
对组合夹具的夹紧机构有如下要求：
（1）夹紧不能破坏工件的定位。
（2）夹紧力的大小要适合，加紧后工件和组合夹具元件的变形要小。
（3）夹紧动作力求迅速、省力。
（4）加紧装置不要妨碍工件的装卸。
（5）夹紧力应指向工件各定位基准的支承面，力的作用点应落在支承面内或支承点上。
（四）组合夹具的组装
组装就是将组合夹具元件按照一定的原则，装配成具有一定功能的组合夹具的过程。
组合夹具的组装，其本质和设计制造一套专用夹具完全相同，是一个复杂思维（设计）和动手装配（制造）的过程。
但是，组合夹具又有自己的装配特点和装配规律。
一般装配过程为：
1.熟悉有关资料
这是组装过程开始的第一步，其目的在于明确组装要求和条件，与之有关的资料有如下内容。
1）工件
（1）工件形状与轮廓尺寸；
（2）加工部位与加工方法；
（3）加工精度与技术要求；
（4）定位基准与工序尺寸；
（5）有关前、后工序的要求；
（6）加工批量与使用时间。
2）机床和刀具
（1）机床型号及主要技术参数；
（2）机床主轴或工作台的安装尺寸；
（3）可供使用的刀具种类、规格及特点；
（4）刀具或辅具所要求的配合尺寸。
同时，还要了解类似组合夹具的组装记录，供组装时参考。
要了解夹具的使用场合，使用条件，加工条件，工人的操作水平等。
2.初步拟定方案
根据原始资料，应用组合夹具的基本组装原理来构思夹具的基本结构，一般过程如下。
（1）局部结构的构思。
一般首先考虑定位方案和定位部分结构，其次考虑刀具引导方案，然后考虑夹紧方案和夹紧部分机构，最后考虑基础部分和其它部分结构。
（2）整体结构的构思。
在各局部结构初步确定之后，应考虑如何将这些局部结构连成一个整体，此时应特别注意整体结构和各部分之间的协调。
（3）有关尺寸的计算和分析，其中包括：
工件工序尺寸，夹具结构尺寸，测量尺寸，角度及精度分析等。
此外，在构思夹具结构时，还需进行必要的受力分析，以保证夹具有足够的刚度。
（4）元件品种、规格的选用。
（5）调整与测量方法的确定。
（6）提出专用件及特殊要求。
3.试装
按拟定的组装方案用实际的元件初步组装成一个“模样”，以验证组装方案是否能满足工件、机床、夹具、刀具等各方面要求，以及发现存在的问题和提出改进措施等等。
试装时一定要按要求的尺寸对每一局部结构及整体结构进行试装，仔细检查每一个定位键、螺栓的安装位置。
4.确定方案
针对试装时所发现的问题，修正原方案，重新试装，直到满足设计要求为止。
5.选择元件、装配、调整和固定
选择元件就是根据精度分析的结果，从所要求规定的元件中挑选合适精度的元件。
按要求的位置和数量装上定位键，用螺栓和螺母可靠地连接成不同形式的组装单元，由组装单元装配成不同的结构，最后组装成完整的夹具。
6.检验
按零件加工的精度及其要求，在夹具交付使用之前对夹具进行全面检查，必要时还应在机床上进行试切，以确保夹具合乎使用要求。
7.整理和积累组装技术资料
积累组装技术资料是总结组装经验，提高组装技术以及进行技术交流的重要手段。
详细的组合夹具设计原理，设计要求，可参考有关资料。
参考资料：
《组合夹具组装应用理论》，朱耀祥主编，
1990年1月，机械工业出版社。
附加工零件图：
图号Zhjj01：
拨叉（钻铰2－Φ8H8孔）
图号zhjj02：
叉子（钻铰2－Φ8H7孔）
图号zhjj03：
活塞（钻2－Φ12H8孔）
图号zhjj04：
底座（钻双角度斜孔）
图号zhjj05：
楔块（钻斜孔）
图号zhjj06：
支座（刨B面和槽）
图号zhjj07：
支架（铣斜槽）
图号zhjj08：
鼓轮（铣两斜面）
图号zhjj09：
滑块（铣双斜面）
图号zhjj10：
托脚（铣开口槽）
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