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1绪论一、机械行业的发展回顾过去，展望未来中国机械工业的发展，我们不难看到，中国机械行业得到了前所未有的高速发展。在21世纪，世界机械工业进入前所未有的高速发展阶段，特别是作为有“世界工厂”之称的中国，机械行业更是迅猛发展。在向机械行业提供了新的机遇的同时，也向我们提出的新的挑战；机械行业涉及面相当广泛，如：工程、建筑、汽车、船舶、电子、石化、电力、电气、仪器仪表、物流、医疗、饮食、环保、纺织等等，涉及到一个国家的国计民生的方方面面，都是国家支柱性的重要行业，对这些行业的发展和影响也起着至关重要的作用。经过半个多世纪的努力，我国机械工业已经逐步发展成为具有一定综合实力的制造业，初步确立了在国民经济中的支柱地位。“八五”期间，党的十四大明确提出要把机械工业、汽车工业建成国民经济的支柱产业。按照这一战略要求，原机械工业部会同原国家计划委员会制定了《机械工业振兴纲要》，经国务院批准颁布实施，要求到2010年基本实现机械工业的振兴，使之成为国民经济的支柱产业。“九五”初期，原机械工业部按照党的十四届五中全会精神，制定了着重打好“三大战役”的战略方针。在此期间，机械工业取得了长足的发展。突出表现在机械工业产值在全国工业中的比重逐步上升，生产保持稳定增长，为国民经济提供了大量可靠装备；先进制造技术得到大量采用，同时在高新技术产业化方面取得重大进展；研制、制造重大、精密、成套装备的能力显著提高；全方位、多层次的对外开放格局基本形成，机械行业产品出口的迅速增长，有力地支持了机械工业乃至全国经济的发展；体制改革取得突破性进展，市场机制已在机械工业发展中起主导作用，以建立现代企业制度为目标的国有企业改革稳步推进，民营企业、乡镇企业成为机械工业发展的新兴力量。简而言之，机械行业已成为国家支柱性的重要行业，是国民经济的重要组成部分，同时对其他行业的发展和影响也起着至关重要的作用。2二、机床夹具的现状及发展方向1、机床夹具的现状国际生产研究协会的统计表明，目前中、小批多品种生产的工件品种已占工件种类总数的85％左右。现代生产要求企业所制造的产品品种经常更新换代，以适应市场的需求与竞争。然而，一般企业都仍习惯于大量采用传统的专用夹具，一般在具有中等生产能力的工厂里，约拥有数千甚至近万套专用夹具；另一方面，在多品种生产的企业中，每隔3~4年就要更新50~80％左右专用夹具，而夹具的实际磨损量仅为10~20％左右。特别是近年来，数控机床、加工中心、成组技术、柔性制造系统（FMS）等新加工技术的应用，对机床夹具提出了如下新的要求：1）能迅速而方便地装备新产品的投产，以缩短生产准备周期，降低生产成本；2）能装夹一组具有相似性特征的工件；3）能适用于精密加工的高精度机床夹具；4）能适用于各种现代化制造技术的新型机床夹具；5）采用以液压站等为动力源的高效夹紧装置，以进一步减轻劳动强度和提高劳动生产率；6）提高机床夹具的标准化程度。2、现代机床夹具的发展方向现代机床夹具的发展方向主要表现为标准化、精密化、高效化和柔性化等四个方面。（1）标准化机床夹具的标准化与通用化是相互联系的两个方面。目前我国已有夹具零件及部件的国家标准：GB/T2148~T2259－91以及各类通用夹具、组合夹具标准等。机床夹具的标准化，有利于夹具的商品化生产，有利于缩短生产准备周期，降低生产总成本。（2）精密化随着机械产品精度的日益提高，势必相应提高了对夹具的精度要求。精密化夹具的结构类型很多，例如用于精密分度的多齿盘，其分度精度3可达±0.1；用于精密车削的高精度三爪自定心卡盘，其定心精度为5μm。（3）高效化高效化夹具主要用来减少工件加工的基本时间和辅助时间，以提高劳动生产率，减轻工人的劳动强度。常见的高效化夹具有自动化夹具、高速化夹具和具有夹紧力装置的夹具等。例如，在铣床上使用电动虎钳装夹工件，效率可提高5倍左右；在车床上使用高速三爪自定心卡盘，可保证卡爪在试验转速为9000r/min的条件下仍能牢固地夹紧工件，从而使切削速度大幅度提高。目前，除了在生产流水线、自动线配置相应的高效、自动化夹具外，在数控机床上，尤其在加工中心上出现了各种自动装夹工件的夹具以及自动更换夹具的装置，充分发挥了数控机床的效率。（4）柔性化机床夹具的柔性化与机床的柔性化相似，它是指机床夹具通过调整、组合等方式，以适应工艺可变因素的能力。工艺的可变因素主要有：工序特征、生产批量、工件的形状和尺寸等。具有柔性化特征的新型夹具种类主要有：组合夹具、通用可调夹具、成组夹具、模块化夹具、数控夹具等。为适应现代机械工业多品种、中小批量生产的需要，扩大夹具的柔性化程度，改变专用夹具的不可拆结构为可拆结构，发展可调夹具结构，将是当前夹具发展的主要方向。4第1章机床夹具介绍1.1夹具的概念机械加工过程中，用以确定工件相对于刀具和机床的正确位置，并使这个位置在加工过程中不因外力的影响而变动的工艺装备，称为机床夹具，即机床夹具是用以使工件定位和夹紧的机床附加装置。1.2夹具的组成夹具由以下几部分组成：1）定位夹紧装置由于夹具的首要任务是对工件进行定位和夹紧，因此，夹具必须有用以确定工件正确位置的定位元件和将工件夹牢的夹紧装置。常见的定位方式是以平面、圆孔和外圆定位，为了保证定位有足够的精度、强度和刚度，还要防止大批量装卸时的磨损。夹紧装置要保证定位可靠，不能破坏原定位精度，还要使用方便、安全。2）对刀、引导元件使用专用夹具进行加工时，为了预先调正刀具的位置，在夹具上设有确定刀具位置或引导刀具方向的元件，如对刀块、钻套等。3）连接元件为了使夹具在机床上占有正确的位置，一般夹具设有供夹具本身在机床上定位和夹紧的连接元件。4）夹具体夹具上所有组成部分都必须最终通过一个基础件使之连接成一个有机整体，这个基础件为夹具体。举专用夹具为例来说明夹具的组成，专用夹具的组成如下：5连接元件定位元件夹紧装置其它装置对刀、引导元件夹具辅助工具机床工件夹具夹具体专用夹具的组成1.3夹具的作用1）缩短辅助时间，提高劳动生产率。2）可靠稳定定位，提高了加工精度的稳定性，便于实现工艺过程自动化。3）扩大机床使用范围4）降低对工人技术等级要求和减轻工人劳动强度。1.4夹具的种类按适用工件的范围和特点分为通用夹具、专用夹具、组合夹具和可调夹具；按适用的机床分为车床夹具、铣床夹具、钻床夹具、镗床夹具及数控机床夹具等；按动力源又分为手动、气动、液压、气液压、电磁、自紧等夹具。6第2章零件的分析2.1零件的作用该零件的名称为贮油缸总成，它是汽车减震器上一重要零件。汽车减震器是汽车上一重要的安全部件，它并不是用来支持车身的重量，而是用来抑制弹簧吸震后反弹时的震荡和吸收路面冲击的能量。如果你开过减振器已坏掉的车，你就可以体会汽车通过每一坑洞、起伏后余波荡漾的弹跳，而减振器正是用来抑制这种弹跳的。没有减振器将无法控制弹簧的反弹，汽车遇到崎岖的路面时将会产生严重的弹跳，过弯时也会因为弹簧上下的震荡而造成轮胎抓地力和循迹性的丧失。最理想的状况是利用减振器把弹簧的弹跳限制在一次左右。减震器和弹簧一起起到减震缓冲的作用。而贮油缸总成是汽车减震器上一主要部件，它用来储存油液及为活塞杆的运动提供空间。2.2零件的分析贮油缸总成是由20钢精轧管的贮油缸，壁厚2.2mm的弹簧盘和连接板总成为厚2.5mm的冷轧板，缸底为厚3mm的冷轧板焊接而成的。其毛坯成型方式分别为精轧和冷轧。生产类型为大批大量生产。该零件的焊缝特点为：贮油缸与弹簧托盘之间为一个三等分断续焊缝，连接板总成一端与贮油缸之间有一环形焊缝，中间有85°区段不焊，另一端与贮油缸缸底焊接在一起亦为环形焊缝，其中有85°区段焊缝为贮油缸与缸底2层金属，另外的焊缝为连接板总成、贮油缸、缸底3层金属。该零件对焊接的要求为：此焊缝要求焊枪焊接时自动变位。焊接参数也不相同，焊后用0.5的压缩空气进行气密性试验，不得有漏气现象，焊缝熔深≥0.5。为确保焊缝质量，避免产生气孔，降低焊缝氢含量，焊前对焊接处进行严格清理。装配前用砂纸将氧化膜及锈迹打磨干净，直至露出金属光泽，然后用汽油洗去油污。最后用丙酮清洗干净，放人烘干箱进行20—250预热，保温待焊。焊接方法采用气体保护焊对贮油缸总成进行自动焊接。根据贮油缸总成各组件的材料及成型方式，选用1.250--6焊丝，保护气体采用妒(0)7%()3%，气体流量为15/.3.2。7该工件在工序（焊接弹簧盘、油管支架、缸底于贮油缸上）中的主要技术要求如下：1、所有的焊接采用二氧化碳保护焊；焊接应牢固可靠，焊接强度≥25KN，熔深最小为0.4，油管支架做剥离试验，熔深最小为0.3。2、焊接后贮油缸总成应在不小于0.5MPa压缩空气下无渗漏。3、工艺保证：弹簧下座焊接后a、b、c、d四点的正确性，且偏差在同一方的1mm内。4、各焊接部位应光整、无渗漏、裂纹等缺陷。5、外表面电泳漆，耐雾试验480小时。按Q/HMAC103.134-202-2005执行。8第3章专用夹具的设计为了提高劳动生产率，保证加工质量，降低劳动强度，需要设计专用夹具。现要求设计工序（焊接弹簧盘、油管支架、缸底于贮油缸上）的专用夹具，本夹具将用于由PLC控制的三枪自动焊接设备上。三枪自动焊接技术是为代替焊接机器人而研制的。此前主要靠焊接机器人完成上述焊缝，但因机器人造价高，维修费用高昂，故而研制了三枪自动焊接设备。三台焊机同时工作，三把焊枪自动移位，同时对三条焊缝进行加工。3.1问题的指出由于本工序由三处待焊部位，且为环形焊缝，这就要求焊头能自动移位。本道工序之前的工序对其没有明显的影响及制约，又因生产类型为大批大量生产，故在此主要考虑如何提高劳动生产率，降低劳动强度。3.2夹具设计3.2.1定位方案的选择根据零件的结构特点和工序的安排，本工序加工时有两种定位方案可供选择。方案一以工件的中心线为定位基准，以弹簧托盘定位铝胎具上各定位点上的磁铁吸合工件，进行定位。方案二以工件的中心线为定位基准，在以弹簧托盘定位铝胎具上各定位点上的磁铁吸合工件进行定位后，同时以如附图1所示工件上贮油缸右端缸壁为定位表面进行定位。两种方案都是以工件的中心线为定位基准，不同的是：方案一中只以弹簧托盘上各定位点定位，限制六个自由度。虽然能满足加工要求，但忽略了因支撑点过少及工件自重而带来的同轴度误差，从而不易保证加工精度。9方案二中在以弹簧托盘上各定位点进行定位，限制六个自由度后，又以贮油缸右端内缸壁定位，形成了过定位，这样就弥补了方案一中的缺陷，准确地保证加工精度。故选用方案二的定位方案。附图13.2.2定位元件的选择定位元件应选用能与弹簧盘定位表面形成定位副的弹簧托盘定位铝胎具，和与贮油缸内壁形成间隙配合的夹具体外圆柱部分。3.2.3夹紧方案与夹紧机构的确定由于工件形状及焊接部位所处位置，显然从工件外部夹紧是不合理的，故应采用内部夹紧形式。因加工要求对焊接的技术要求较高，故焊接速度不宜太大，因其产生的作用力也不大，又因工件较轻且是一薄壁零件，故主夹紧力不宜太大，因弹簧盘起定位作用，为保持工件相对平衡，内部夹紧机构应偏向油管支架一方。为保证工件在加工过程中的同轴度，夹具体上与夹紧机构相对的一端应与工件构成间隙配合，起定位、支撑、平衡的作用。由于焊接作用力不大，工件质量又不大，为同时满足生产要求，故应选用气动夹紧机构。上述定位和夹紧机构即为要设计的内涨式夹紧装置，其结构祥见夹具装配10图。3.2.4内涨式夹紧装置的设计思路因内涨式夹紧装置的动力源为气源，动力装置为气缸，易想到活塞及活塞杆。因该工件的夹紧方式采用内部夹紧，考虑到斜楔式夹紧机构，用一带锥度的推杆推动与其有相配合锥度的楔块上下运动，从而涨紧工件内壁，达到夹紧的目的。该夹具的作用原理可初步拟定为：由气源产生的内能转化为活塞杆的动能，使活塞杆带动传动装置，推动推杆往复运动，从而使楔块一起上下往复运动，达到夹紧和松开的目的。这就概括地构成了夹具的内部结构。根据工件形状，草拟的夹具内部结构，机床主轴的结构及环缝焊接等要求，可初步确定内涨式夹紧装置的夹具体为一中空且阶梯状的外圆柱形结构。具体设计要求中a点（