机床夹具的设计原则和设计步骤有哪些

组合机床设计步骤

一、组合机床的设计特点

由于组合机床是由大量通用零、部件和少量专用零、部第一节组合机床设计步骤一、组合机床的设计特点由于组合机床是由大量通用零、部件和少量专用零、部件组成的专用机床，因此，它的设计具有如下特点：

1)组合机床设计时必须首先确定加工产品的生产类型，以便根据不同的生产类型选择合理的组合机床的配置形式。因为在制造组合机床过程中，有些通用零、部件要经过补充加工，专用件、夹具及刀具随产品而有所不同。变更产品的加工要求或尺寸以及变更产品本身，常常会使整台组合机床要重新调整，或必须进行重新的设计和制造。

2)组合机床的设计与产品的加工工艺有非常密切的联系，因此，在设计组合机床前，一定要做好调查研究，在总结经验的基础上来决定被加工产品的工艺过程、加工方法、定位夹紧方法等。因为组合机床设计的先进性与可靠性，除了与机床本身的结构有关外，在很大程度上决定于工艺方案的先进性与可靠性。

3)在选择通用部件和进行专用件的设计时，应坚持尽最大可能采用通用件的原则，这对于加快组合机床设计和制造速度有决定性的意义。当通用件不能满足机床工作要求时，才设计专用件。而这种专用件也应该考虑尽可能与通用件接近(结构、形式、尺寸等)，以便简化设计和制造工作，提高零件的通用化程度。

4)组合机床的加工精度在相当大的程度上是依靠组合机床零、部件的安装调整精度来保证的，因此，在设计时，应考虑装配调整的可靠与方便。

5)对于自动线上用的组合机床，应该把组合机床自动线看成一个有机的整体，从设计一开始就考虑自动线的总体、自动运输装置及其与机床夹具之间的联系以及自动线上其他辅助装置的安排等问题。在整个设计过程中，机床设计和自动线运输装置和其他辅助装置的设计可以平行交叉进行，但机床和夹具设计需服从自动线总体设计的需要。

二、组合机床的设计步骤

1、调查在明确设计任务之后，应该进行下列工作：

1)了解被加工零件在机器中的作用，工件的加工部位、技术要求、装配关系及其生产纲领。

2)深入现场。详细了解相同类型的产品和生产规模，基本相近的被加工零件的整个工艺过程。其中包括机床、夹具、刀具和其他附属结构和性能；工件的定位基面和夹压点；切削用量、加工余量及刀具寿命所能达到的精度和光洁度；毛坯分型面、飞边等情况；产生废品的原因；自动化的可靠程度；电气、液压设备的工作情况；自动线的运输装置和其他辅助设备的结构工作情况等，并听取操作工人的经验和改进意见。

3)了解生产厂的制造能力及技术水平。

4)了解使用厂的技术水平，如：能否制造和修理液压设备，有无压缩空气站，工夹具的制造和维修能力及能否制造复杂刀具等。

5)收集有关资料，并加以分析比较。

6)确定采用新工艺的方法，对一些需要保证技术条件而没有经过生产实际考验的工艺方法进行必要的试验。

2、制造工艺方案

1)对工件进行工艺分析，并根据毛坯情况结合组合机床的工艺可能性和可能达到的精度，初步确定工件的工艺过程。

2)选择定位基准，决定定位、夹紧方式。

3)详细拟定被加工零件的工艺路线，即决定各表面的加工方法及顺序，决定工序(包括热处理、检验工序及其他)、工位(包括装卸工位)和工步，初步确定组合机床的配置形式及其总体布局。

4)确定加工余量和工序尺寸，并进行必要的尺寸链换算。

5)绘制被加工零件的工序图。

6)决定刀具种类、形式、尺寸、安装方法及辅助工具(接杆、卡头等)的尺寸，并进行切削用量的选择。

7)决定夹具的定位、导向、夹紧机构的方案及外形尺寸。

8)绘制加工示意图，决定机床的工作循环。

9)计算机床的生产率和负荷率，编制机床的生产率计算卡。

10)审查及通过工艺方案。

3、机床总体设计

1)计算切削力、进给力、动力部件的最大功率。

2)选择动力部件的类型、型号、规格和配套部件。

3)选择机床的支承及零件输送部件(滑座、侧底座、立柱、立柱底座及工作台等)，并决定中间底座的主要尺寸，冷却、排屑系统等。

4)绘制机床联系尺寸图。

5)拟定液压、电气控制系统方案。

6)审查及通过机床的设计方案。

4、部件设计

根据机床的联系尺寸图及工艺要求设计组合机床的各部件。在设计过程中如果发现拟定的方案有不合理的地方，应当进行及时的修改。部件设计的内容包括：

1)夹具设计。

2)多轴箱设计。

3)专用刀具设计。

4)液压系统设计。

5)电气系统设计。

6)其他部件设计：如中间底座、润滑冷却系统等。

5、工作图设计

1)绘制通用零件的补充加工图、专用零件图等。

2)绘制各部件总图、润滑冷却管路图、液压管路图、气动管路图、电气控制线路图、电气线路安装图等。

3)修改和最后确定机床联系尺寸图、工序图、加工示意图、生产率计算卡。

4)绘制机床总酎。

5)编制机床所需要的各种明钿表，如：零件明细表、标准件明细表、外购件明细表等。

6)编制机床使用说明书，包括机床验收精度要求、润滑卡、地基图等。

组合机床设计基础：

一、组合机床最常用的加工范围

1、孔加工

对于一般尺寸较小的孔，可以用钻、扩、铰等刀具分几次加工，或采用复合刀具加工，还可以用普通刀具或复合刀具进行端面、沉孔、埋头孔、倒角等。

对于尺寸较大孔，可以用粗镗、半精镗、高速精镗的方法进行加工，可以用刚性主轴或有导向装置的浮动镗杆进行加工。加工时可以采用单刀，也可以采用多刀进行加工；此外还可以加工孔的端面、倒角及挖槽等。

对于大的锥孔，可以采用特种工具进行加工。

在组合机床上还可以实现一些其他的孔的精加工工序，如挤压孔、滚压孔等。对于加工深度精度要求不高的止口，可以采用死挡铁来控制止口深度。但对于加工深度要求较高的止口，则必须采用特种工具进行加工。

2、螺纹加工

一般紧固螺纹孔可以在钻孔、倒角后攻丝动力头或攻丝主轴。

对于外螺纹可以用自动板牙头来切削。

3、平面及直槽加工

平面和直槽一般采用铣削动力头进行加工。可以是铣头移动，也可以是工件移动。对于加工与孔垂直的大端面，可以采用镗孔车端面动力头进行加工；若是小端面，则可采用锪端面的方法进行加工。

4、其他

利用组合机床的动作可以进行不太长外圆的套车、自动测量等。

二、组合机床加工所能达到的精度和表面粗糙度

1、孔本身的精度和表面粗糙度

1)对于在铸铁及铜件上加工IT8级精度的孔时，一般需经过3次加工，表面粗糙度可达到Ra5；若加工IT6级精度的孔时，则需要3～4次加工，表面粗糙度可达到Ra2、5以上；当采用精镗或滚压加工时，精度可达到IT6级，表面粗糙度可达Ra1、25以上。

2)对于在铸铁件上加工IT8级精度的孔时，一般需要2次加工，表面粗糙度可达Ra2、5；加工IT7级精度的孔时，需经过2～3次加工，表面粗糙度可达Ra1、25；加工IT6级精度的孔时，需经过3～4次加工，表面粗糙度可达Rai、25；对于加工IT6～IT5级精度的孔时，则需要经过4～5次加工，表面粗糙度为Ral、25。

3)加工有色金属件时，若经过3～4次加工，可以稳定地达到IT6～IT5级精度，表面粗糙度可达Ra0、63～0、16。

上述三种材料在组合机床及自动线上进行加工时，一般对于IT6级、IT5级精度孔的椭圆度，可以控制到接近孔的公差；对于IT6级精度以下孔的椭圆度及圆柱度，可控制在孔的加工公差范围的一半以内。

4)对于加工螺纹孔，精度一般可以达到IT7级；当采用特殊结构的工具进行加工时，可以达到IT6级精度。

2、孔的同轴度

1)若由一面镗孔，镗杆采用后或多层精密导向，孔的同轴度可以控制在0、015～0、03mm范围内。

2)若采用单轴两面镗孔，使用调整主轴位置精度时，孔的同轴度也可达0、015～0、03mm。

3)若多轴从两面加工，孔的同轴度一般为0、05mm。

3、孔的平行度

镗孔轴线之间的平行度以及孔对定位基面的平行度，一般可保持在轴线间距离公差的范围以内。在调整精度时，也可以达到(O、02～0、05)／(800～1000)。

4、孔的位置精度

孔的位置精度是指孔与孔之间，或孔与定位基面之间的位置尺寸精度。

在镗孔时，采用固定精密导向，孔的位置精度可以达到±0、025～±0、05mm，采用其他加工方法可以达到±0、05mm。

对于多工位回转工作台机床和鼓轮式机床，在一个工位上精加工出来的孔的位置精度也可以达到±0、05mm；但是在两个工位上分别精加工出来的孔，位置精度就较低，对于立式多工位回转工作台机床可达到±0、1mm，鼓轮式机床只能达到±0、2mm左右。钻孑L的位置精度，若采用固定导向一般可以达到±0、2mm；若减小导向套与钻头之间的间隙，且导向套距工件较近时，则可以达到±0、15mm；若用活动模板钻孔，且活动板用定位销与夹具定位时，则其位置精度一般可达±0、2～±0、25mm。螺纹孔位置精度主要决定于钻孔的位置精度，一般可以达到±0、25mm；当钻孔的位置精度较好时，可以达到±0、15mm。

5、孔的垂直度

被加工孔的轴心线对基面或对另一被加工孔的轴心的垂直度，均可达到0、02／1000

6、止口深度

多轴加工采用动力头在死挡铁上停留的方法，止口深度精度能达到0、15～0、25mm；单轴进给，若采用特殊结构的工具，加工到终点时用挡铁块顶在工件的表面上，一般可达到0、08—0、10mm；当采用工具的加工精度较高时，可以保证在0、02、0、045mm以内。

7、平面加工精度

加工平面的平面度可以达到0、05mm，表面粗糙度可以达到Ra2、5，被加工平面对基面的平行可以控制在0、05mm以内，被加工平面到基面的距离尺寸公差亦可以保证在0、05mm以内。

机械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机械设计，如纺织机械设计、矿山机械设计、农业机械设计、船舶设计、汽车设计、机床设计、压缩机设计、内燃机设计、汽轮机设计、泵设计等专业性的机械设计分支学科。

机械设计大体可分为 ：

①新型设计（开发性设计）。应用成熟的科学技术或经过实验证明可行的新技术，设计未曾有过的新型机械，主要包括功能设计和结构设计。

②继承设计。根据使用经验和技术发展对已有的机械设计更新，以提高性能、降低制造成本或减少运行费用。

③变型设计。为适应新的需要对已有的机械作部分的修改或增删，从而发展出不同于标准型的变型产品。

机械设计的主要程序为：

①根据用户订货、市场需要和新科研成果制定设计任务。

②初步设计。包括确定机械的工作原理和基本结构形式，进行运动设计、结构设计并绘制初步总图以及初步审查。

③技术设计。包括修改设计（根据初审意见）、绘制全部零部件和新的总图以及第二次审查。

④工作图设计。包括最后的修改（根据二审意见）、绘制全部工作图（如零件图、部件装配图和总装配图等）、制定全部技术文件（如零件表、易损件清单、使用说明等）。

⑤定型设计。用于成批或大量生产的机械。对于某些设计任务比较简单（如简单机械的新型设计、一般机械的继承设计或变型设计等）的机械设计可省去初步设计程序。

设计机床：先设计系统精度，设计精度以后，按工作范围找主要部件，先要设计精度，会整个环节的精度计算，震动对精度的影响到底有多大，还要会结构设计，这和一般的设备结构设计部同，非常严格，主要考虑的是刚度问题，是一个系统的刚度，这非常复杂，还要处理低速问题，怎么用辅助力克服‘爬行’，如果进行低速驱动，如何进行超高速驱动，如何处理多次方的震动问题，

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机床防护罩进行结构设计时，有关参数比较重要，关系到防护罩的制作、安装等关键环节。机床防护罩主要结构参数包括防护罩拉伸最大长度、压缩最小长度、防护罩的节数、防护罩宽度等。另外，一些高速机床防护罩上使用了密封条而密封条使用寿命的计算会影响防护罩的保养、维护工作。因此，本文提出了机床防护罩的结构有关参数的计算方法和公式。这些参数的计算有助于防护罩的设计、生产和安装等环节[1]。

1 机床导轨防护罩的参数设计要求

机床防护罩的计算参数主要指防护罩的物理结构和尺寸。这些参数有些可以直接测量得到，还有些参数需要利用已知参数计算得到。如果设计人员得到的参数没有准确的数值或是参数自相矛盾、相互冲突，结果就是制造、安装防护罩时发生错误，甚至无法生产或安装，产生诸多问题。因此，本文针对设计防护罩需要的各种参数进行了推导和计算并分析了各个参数之间的关系，最终明确了防护罩结构设计过程和参数计算方法。

2机床导轨防护罩结构设计的常用公式

根据防护罩结构参数已知情况，未知防护罩结构参数的求解可采用不同的计算公式[2]。具体防护罩结构设计如图1所示。

1）如果已知防护罩的最大拉伸量Lmax、第一节缩进量Ffirst、叶片错开量E、防护罩节数n、相邻两节重叠量C，求防护罩最小收缩量Lmin、每节平均长度Lev、第一节长度Lfirst；

2）如果已知防护罩最小收缩量Lmin、防护罩节数n、第一节收缩量Ffirst和相邻两节重叠量C，叶片错开量E，求防护罩的最大拉伸量Lmax和每节防护罩平均长度Lev以及第一节长度Lfirst；

3）防护罩宽度参数计算

防护罩宽度包括防护罩防护罩宽度和侧面宽度两个指标。如果已知防护罩上部宽度为Hup、防护罩板材厚度D、防护罩估算节数N、机床导轨宽度Hg，求解防护罩宽度Hz、和防护罩侧面宽度Hc。具体公式如下所示：

求解过程如下：

首先，根据未定的防护罩上部宽度，利用公式（7）估算防护罩节数；然后利用公式（8），根据给定的导轨宽度和防护罩板材厚度计算防护罩宽度；最后利用公式（9）计算防护罩侧面宽度。

3机床导轨防护罩密封条使用寿命分析

防护罩密封圈或密封条的设计主要有两个指标，一是外形设计，包括尺寸、选材等方面；另一个是使用寿命设计。由于不同类型的防护罩使用的密封条外形尺寸是不相同的，因此本文对密封条外形设计不做具体分析。但是防护罩密封条的材料大都相同，其使用寿命的计算是通用的，因而下面分析密封条的使用期限的参数计算方法。一般密封条的工作寿命主要防护罩和移动速度有关，移动速度越大寿命越短。目前，从机床的工作速度角度讲，机床可分为普通机床和高速机床。普通机床的防护罩移动速度一般在1m/min～30m/min；高速机床的防护罩移动速度可达到30m/min～200m/min。在计算密封条使用寿命时，主要采用的是机床防护罩叶片之间的相对运动的平均速度V，因此，该速度并不是很大，一般在3m/min左右。

防护罩密封条主要采用聚氨酯阿克隆作为主要制造原料。该原料的磨损率可取0.05左右。因此，假设机床防护罩由5片叶片组成，则机床防护罩的磨损量一般可计算为m=（0.05/1.61x103）x（60V/5）=1.12 m3/h。由此也可以推断出密封条的有效工作时间t=M/m=3315/1.12=2911h，其中M为可磨损的最大值。根据一般机床维修的期限为3～5年计算，防护罩密封条的使用寿命完全可以达到机床维修年限，可以在维修机床时更换密封条或密封圈[3]。

有关防护罩参数的计算，本文采用了传统机理计算公式进行计算的。其实，在实际计算过程中也可以借助计算机辅助设计各种参数。例如利用ANSYS WORKBENCH 分析软件分析防护罩伸缩的动态响应情况，分析不同防护罩结构的动态性能，最后选择性能最好的结构进行计算机辅助设计。另外，设计防护罩外形参数时，一定要考虑安装等情况。因此，设计外形时需要留有足够的冗余量，方便安装，保证机床正常运行。例如，当设计机床防护罩最大伸长量时可以参照机床丝杠的长度，加长机床丝杠3-5倍的长度；计算防护罩最小收缩量时，可以在计算的基础上再减少机床丝杠的3-5倍的长度为宜。本文采用的公式已经考虑了这种情况，但是如果设计大型加工中心的防护罩时还应根据实际情况进行调整，以满足设计的要求。

4结论

导轨防护罩是高速机床中非常重要的组成部分，可以起到防护导轨等部件的作用。本文详细分析了高速机床防护罩的结构和有关参数之间的相互关系。本文提出的各种参数的计算公式也会对高速机床防护罩的制造和安装工作具有指导作用。

电脑车床加工步骤 （1）分析零件图样和制定工艺方案 这项工作的内容包括：对零件图样进行分析，明确加工的内容和要求；确定加工方案；选择适合的数控机床；选择或设计刀具和夹具；确定合理的走刀路线及选择合理的切削用量等。

（2）数学处理 在确定了工艺方案后，就需要根据零件的几何尺寸、加工路线等，计算刀具中心运动轨迹，以获得刀位数据。数控系统一般均具有直线插补与圆弧插补功能，对于加工由圆弧和直线组成的较简单的平面零件，只需要计算出零件轮廓上相邻几何元素交点或切点的坐标值，得出各几何元素的起点、终点、圆弧的圆心坐标值等，就能满足编程要求。当零件的几何形状与控制系统的插补功能不一致时，就需要进行较复杂的数值计算，一般需要使用计算机辅助计算，否则难以完成。 （3）编写零件加工程序 在完成上述工艺处理及数值计算工作后，即可编写零件加工程序。程序编制人员使用数控系统的程序指令，按照规定的程序格式，逐段编写加工程序。

（4）程序检验 将编写好的加工程序输入数控系统，就可控制数控机床的加工工作。一般在正式加工之前，要对程序进行检验。通常可采用机床空运转的方式，来检查机床动作和运动轨迹的正确性，以检验程序。在具有图形模拟显示功能的数控机床上，可通过显示走刀轨迹或模拟刀具对工件的切削过程，对程序进行检查。

数控机床程序编制的方法有三种：即手工编程、自动编程和CAD/CAM。

1、手工编程

由人工完成零件图样分析、工艺处理、数值计算、书写程序清单直到程序的输入和检验。适用于点位加工或几何形状不太复杂的零件，但是，非常费时，且编制复杂零件时，容易出错。

2、自动编程

使用计算机或程编机，完成零件程序的编制的过程，对于复杂的零件很方便。

3、CAD/CAM

利用CAD/CAM软件，实现造型及图象自动编程。最为典型的软件是Master CAM，其可以完成铣削二坐标、三坐标、四坐标和五坐标、车削、线切割的编程，此类软件虽然功能单一，但简单易学，价格较低，仍是目前中小企业的选择。

扩展资料：

数控车床是目前使用较为广泛的数控机床之一。

它主要用于轴类零件或盘类零件的内外圆柱面、任意锥角的内外圆锥面、复杂回转内外曲面和圆柱、圆锥螺纹等切削加工，并能进行切槽、钻孔、扩孔、铰孔及镗孔等。

数控机床是按照事先编制好的加工程序，自动地对被加工零件进行加工。

我们把零件的加工工艺路线、工艺参数、刀具的运动轨迹、位移量、切削参数以及辅助功能，按照数控机床规定的指令代码及程序格式编写成加工程序单，再把这程序单中的内容记录在控制介质上，然后输入到数控机床的数控装置中，从而指挥机床加工零件。

科学技术的发展，导致产品更新换代的加快和人们需求的多样化，产品的生产也趋向种类多样化、批量中小型化。为适应这一变化，数控（NC）设备在企业中的作用愈来愈大。

它与普通车床相比，一个显著的优点是：对零件变化的适应性强，更换零件只需改变相应的程序，对刀具进行简单的调整即可做出合格的零件，为节约成本赢得先机。

但是，要充分发挥数控机床的作用，不仅要有良好的硬件，更重要的是软件：编程，即根据不同的零件的特点，编制合理、高效的加工程序。通过多年的编程实践和教学，我摸索出一些编程技巧。

数控车床虽然加工柔性比普通车床优越，但单就某一种零件的生产效率而言，与普通车床还存在一定的差距。因此，提高数控车床的效率便成为关键，而合理运用编程技巧，编制高效率的加工程序，对提高机床效率往往具有意想不到的效果。

1、灵活设置参考点

BIEJING-FANUC Power Mate O数控车床共有二根轴，即主轴Z和刀具轴X。棒料中心为坐标系原点，各刀接近棒料时，坐标值减小，称之为进刀；反之，坐标值增大，称为退刀。

当退到刀具开始时位置时，刀具停止，此位置称为参考点。参考点是编程中一个非常重要的概念，每执行完一次自动循环，刀具都必须返回到这个位置，准备下一次循环。

因此，在执行程序前，必须调整刀具及主轴的实际位置与坐标数值保持一致。然而，参考点的实际位置并不是固定不变的，编程人员可以根据零件的直径、所用的刀具的种类、数量调整参考点的位置，缩短刀具的空行程。从而提高效率。

2.化零为整法

在低压电器中，存在大量的短销轴类零件，其长径比大约为2~3，直径多在3mm以下。由于零件几何尺寸较小，普通仪表车床难以装夹，无法保证质量。

如果按照常规方法编程，在每一次循环中只加工一个零件，由于轴向尺寸较短，造成机床主轴滑块在床身导轨局部频繁往复，弹簧夹头夹紧机构动作频繁。

长时间工作之后，便会造成机床导轨局部过度磨损，影响机床的加工精度，严重的甚至会造成机床报废。而弹簧夹头夹紧机构的频繁动作，则会导致控制电器的损坏。要解决以上问题，必须加大主轴送进长度和弹簧夹头夹紧机构的动作间隔，同时不能降低生产率。

由此设想是否可以在一次加工循环中加工数个零件，则主轴送进长度为单件零件长度的数倍 ，甚至可达主轴最大运行距离，而弹簧夹头夹紧机构的动作时间间隔相应延长为原来的数倍。更重要的是，原来单件零件的辅助时间分摊在数个零件上，每个零件的辅助时间大为缩短，从而提高了生产效率。

为了实现这一设想，我电脑到电脑程序设计中主程序和子程序的概念，如果将涉及零件几何尺寸的命令字段放在一个子程序中，而将有关机床控制的命令字段及切断零件的命令字段放在主程序中，每加工一个零件时，由主程序通过调用子程序命令调用一次子程序，加工完成后，跳转回主程序。

需要加工几个零件便调用几次子程序，十分有利于增减每次循环加工零件的数目。通过这种方式编制的加工程序也比较简洁明了，便于修改、维护。值得注意的是，由于子程序的各项参数在每次调用中都保持不变，而主轴的坐标时刻在变化，为与主程序相适应，在子程序中必须采用相对编程语句。

3、减少刀具空行程

在BIEJING-FANUC Power Mate O数控车床中，刀具的运动是依靠步进电动机来带动的，尽管在程序命令中有快速点定位命令G00，但与普通车床的进给方式相比，依然显得效率不高。因此，要想提高机床效率，必须提高刀具的运行效率。

刀具的空行程是指刀具接近工件和切削完毕后退回参考点所运行的距离。只要减少刀具空行程，就可以提高刀具的运行效率。（对于点位控制的数控车床，只要求定位精度较高，定位过程可尽可能快，而刀具相对工件的运动路线是无关紧要的。）在机床调整方面，要将刀具的初始位置安排在尽可能靠近棒料的地方。

在程序方面，要根据零件的结构，使用尽可能少的刀具加工零件使刀具在安装时彼此尽可能分散，在很接近棒料时彼此就不会发生干涉；

另一方面，由于刀具实际的初始位置已经与原来发生了变化，必须在程序中对刀具的参考点位置进行修改，使之与实际情况相符，与此同时再配合快速点定位命令，就可以将刀具的空行程控制在最小范围内从而提高机床加工效率。

4、优化参数，平衡刀具负荷，减少刀具磨损

参考资料：

数控机床程序编制-百度百科

1. 最大限度地满足生产机械和生产工艺对电气控制系统的要求。

2. 设计方案要合理。

3. 机械设计与电气设计应相互配合。

4. 确保控制系统安全可靠地工作。

电气控制系统设计的基本任务

电气控制系统设计的基本任务是根据控制要求设计、编制出设备制造和使用维修过程中所必须的图纸、资料等。

电气控制系统设计的内容主要包含原理设计与工艺设计两个部分。

电气控制系统设计的一般步骤

1. 拟订设计任务书

2. 确定电力拖动方案

3. 拖动电动机的选择基本原则

4. 选择控制方式

5. 设计电气控制原理图，并合理选用元器件，编制元器件明细表。

6. 设计电气设备的各种施工图纸。

7. 编写设计说明书和使用说明书。

程序走线上加入半径补偿，同时在刀具参数里面输入半径5。

手工编程具体步骤：

1、首先根据图纸对零件的几何形状尺寸、技术要求进行分析，明确加工内容，决定加工方案、加工顺序，设计夹具，选择刀具、确定合理的走刀路线和切削用量等。同时还应充分发挥数控系统的性能，正确选择对刀点及进刀方式，尽量减少加工辅助时间。

2、编程前根据零件的几何特征，建立一个工件坐标系，根据图纸要求制定加工路线，在工件坐标系上计算出刀具的运动轨迹。对于形状比较简单的零件（如直线和圆弧组成的零件），只需计算出几何元素的起点、终点、圆弧的圆心、两几何元素的交点或切点的坐标值。对于形状复杂的零件（如非圆曲线、曲面组成的零件），数控系统的插补功能不能满足零件的几何形状时，必须计算出曲面或曲线上一定数量的离散点，点与点之间用直线或圆弧逼近，根据要求的精度计算出节点间的距离。

3、加工路线和工艺参数确定以后，根据数控系统规定的指令代码及程序段格式，逐段编写零件程序。

4、以前的数控机床的程序输入一般使用穿孔纸带，穿孔纸带上的程序代码通过纸带阅读装置送入数控系统。现代数控机床主要利用键盘将程序输入计算机中；通信控制的数控机床，程序可以由计算机接口传送。

5、程序清单必须经过校验和试切才能正式使用。校验的方法是将程序内容输入到数控装置中，机床空刀运转，若是平面工件，可以用笔代刀，以坐标纸代替工件，画出加工路线，以检查机床的运动轨迹是否正确。若数控机床有图形显示功能，可以采用模拟刀具切削过程的方法进行检验。但这些过程只能检验出运动是否正确，不能检查被加工零件的精度，因此必须进行零件的首件试切。首次试切时，应该以单程序段的运行方式进行加工，监视加工状况，调整切削参数和状态。

第二章 专用夹具的设计方法

2.1 专用夹具的基本要求和设计步骤

2.1.1对专用夹具的基本要求

1、保证工件的加工精度

专用夹具应有合理的定位方案，标注合适的尺寸、公差和技术要求，并进行必要的精度分析，确保夹具能满足工件的加工精度要求。

2．提高生产效率

应根据工件生产批量的大小设计不同复杂程度的高效夹具，以缩短辅助时间，提高生产效率。

3、工艺性好

专用夹具的结构应简单、合理，便于加工、装配、检验和维修．

专用夹具的制造属于单件生产。当最终精度由调整或修配保证时，夹具上应设置调整或修配结构，如设置适当的调整间隙，采用可修磨的垫片等。

4、使用性好

专用夹具的操作应简便、省力、安全可靠，排屑应方便，必要时可设置排屑结构。

5、经济性好

除考虑专用夹具本身结构简单、标准化程度高、成本低廉外，还应根据生产纲领对夹具方案进行必要的经济分析，以提高夹具在生产中的经济效益。

2.1.2专用夹具设计步骤

1. 明确设计任务与收集设计资料

2．拟定夹具结构方案与绘制夹具草图

1) 确定工件的定位方案，设计定位装置。

2) 确定工件的夹紧方案，设计夹紧装置。

3) 确定对刀或导向方案，设计对刀或导向装置。

4) 确定夹具与机床的连接方式，设计连接元件及安装基面。

5) 确定和设计其它装置及元件的结构型式，如分度装置、预定位装置及吊

装元件等。

6)确定夹具体的结构型式及夹具在机床上的安装方式。

7) 绘制夹具草图，并标注尺寸、公差及技术要求。

3．进行必要的分析计算

工件的加工精度较高时，应进行工件加工精度分析。有动力装置的夹具，需计算夹紧力。当有几种夹具方案时，可进行经济分析，选用经济效益较高的方案．

4．审查方案与改进设计

夹具草图画出后，应征求有关人员的意见，并送有关部门审查，然后根据他们的意见对夹具方案作进一步修改．

5．绘制夹具装配总图

夹具的总装配图应按国家制图标准绘制。绘图比例尽量采用1：1。主视图按夹具面对操作者的方向绘制。总图应把夹具的工作原理、各种装置的结构及其相互关系表达清楚。

夹具总图的绘制次序如下：

1)用双点划线将工件的外形轮廓、定位基面、夹紧表面及加工表面绘制在各个视图的合适位置上。在总图中，工件可看作透明体，不遮挡后面夹具上的线条。

2)依次绘出定位装置、夹紧装置、对刀或导向装置、其它装置、夹具体及连接元件和安装基面。

3)标注必要的尺寸、公差和技术要求。

4)编制夹具明细表及标题栏。

6.绘制夹具零件图

夹具中的非标准零件均要画零件图，并按夹具总图的要求，确定零件的尺寸、公差及技术要求。

2.2 夹具体的设计

2.2.1对夹具体的要求

1、有适当的精度和尺寸稳定性

夹具体上的重要表面，如安装定位元件的表面、安装对刀或导向元件的表面以及夹具体的安装基面(与机床相连接的表面)等，应有适当的尺寸和形状精度，它们之间应有适当的位置精度。

为增加夹具体尺寸稳定，铸造夹具体要进行时效处理，焊接和锻造夹具体要进行退火处理。

2、有足够的强度和刚度

加工过程中，夹具体要承受较大的切削力和夹紧力。夹具体需有一定的壁厚，铸造和焊接夹具体常设置加强肋，或在不影响工件装卸的情况下采用框架式夹具体(如图2-1c所示)。

3、结构工艺性好

夹具体应便于制造、装配和检验。铸造夹具体上安装各种元件的表面应铸出凸台，以减少加工面积。夹具体毛面与工件之间应留有足够的间隙，一般为4—15mm。夹具体结构型式应便于工件的装卸，如图2—1所示.

①分为开式结构(图2一la)；

②半开式结构(图2一lb)；

③框架式结构(图2一lc)等。

图2-1

4、排屑方便

切屑多时，夹具体上应考虑排屑结构。如图2—2所示，在夹具体上开排屑槽及夹具体下部设置排屑斜面，斜角可取30°一50°

图2-2 夹具体上设置排屑结构

5、在机床上安装稳定可靠

① 夹具在机床工作台上安装，夹具的重心应尽量低，重心越高则支承面应越大；

② 夹具底面四边应凸出，使夹具体的安装基面与机床的工作台面接触良好，如图2—3所示，接触边或支脚的宽度应大于机床工作台梯形槽的宽度，应一次加工出来，并保证一定的平面精度；

① 夹具在机床主轴上安装，夹具安装基面与主轴相应表面应有较高的配合精度，并保证夹具体安装稳定可靠。

图2-3 夹具体安装基画的形式

a)周边接触 b)两端接触 c)四脚接触

2.2.2夹具体毛坯的类型

1．铸造夹具体

夹具体材料一般是铸造，其特点是工艺性好，可铸出各种复杂形状，具有较好的抗压强度、刚度和抗振性，但生产周期长，需进行时效处理，以消除内应力。常用材料为灰铸铁

2．焊接夹具体

它由钢板、型材焊接而成，这种夹具体制造方便、生产周期短、成本低、重量轻(壁厚比铸造夹具体薄)。但焊接夹具体的热应力较大，易变形，需经退火处理，以保证夹具体尺寸的稳定性。

3．锻造夹具体

它适用于形状简单、尺寸不大、要求强度和刚度大的场合。

锻造后也需经退火处理．此类夹具体应用较少。

4．型材夹具体

小型夹具体可以直接用板料、棒料、管料等型材加工装配而成．

这类夹具体取材方便、生产周期短、成奉低、重量轻，

5．装配夹具体

它由标准的毛坯件、零件及个别非标准件通过螺钉、销钉连接，组装而成

此类夹具体具有制造成本低、周期短、精度稳定等优点，有利于夹具标准化、系列化，也便于夹具的计算机辅助设计。

2.3 专用夹具设计示例

如图2—6所示，本工序需在钢套上钻φ5mm孔，应满足如下加工要求：

1、φ5mm孔轴线到端面B的距离20士0．1mm；

2、φ5mm孔对φ20H7孔的对称度为0．1 mm。

3、已知 工件材料为Q235A钢，批量N=500件。

试设计钻φ5mm孔的钻床夹具。

图2—6

一、定位方案

按基准重合原则定位基准确定为：

B面及φ20H7孔轴线。采用一凸面和一心轴组合定位。

二、导向方案

为能迅速、准确地确定刀具与夹具的相对位置，钻夹具上都应设置引导刀具的元件——钻套。钻套一般安装在钻模板上，钻模板与夹具体连接，钻套与工件之间留有排屑空间，如图2—7所示。

三、夹紧方案

由于工件批量小，宜用简单的手动夹紧装置。钢套的轴向刚度比径向刚度好，因此夹紧力应指 图2—7

向限位台阶面。如图2—8所示，采用带开口垫圈的螺旋夹紧机构。

四、夹具体的设计

如图2—8所示采用铸造夹具体的钢套钻孔钻模。

图2—8 铸造夹具体钻模

1— 铸造夹具体 2—定位心轴 3—钻模板 4—固定钻套

5—开口垫圈 6—具紧螺母 7—防转销钉 8—锁紧螺母

五、绘制夹具装配总图 如图2—9所示

图2-9为采用型材夹具体的钻模。夹具体由盘l及套2组成，定位心轴3安装在盘l上，套2下部为安装基面8，上部兼作钻模板。此方案的夹具体为框架式结构。采用此方案的钻模刚度好、重量轻、取材容易、制造方便、制造周期短、成本较低。

1 23

图2-9型材夹具体钻模

1一盘 2一套 3一定位心轴 4一开口垫圈 5一夹紧螺母 6一固定钻套

7一螺钉 8一垫圈 9一锁紧螺母 10一防转销钉 11一调整垫圈

2.4夹具总图上尺寸、公差和技术要求的标注

2.4.1夹具总图上应标注的尺寸和公差

1．最大轮廓尺寸

若夹具上有活动部分，则应用双点划线画出最大活动范围，或标出活动部分的尺寸范围。如图2—9中最大轮廓尺寸为：84mm、φ70mm和60mm。

2．影响定位精度的尺寸和公差

主要指工件与定位元件及定位元件之间的尺寸、公差。

如图2-9中标注的定位基面与限位 基面的配合尺寸φ20 ；

图2—10中标注为圆柱销及菱形销的尺寸 、 及销间距L± 。

3．影响对刀精度的尺寸和公差 图2—10车床夹具尺寸标注示意

主要指刀具与对刀或导向元件之间的尺寸、公差，如图2-9中标注的钻套导向孔的尺寸φ5F7

4．影响夹具在机床上安装精度的尺寸和公差

主要指夹具安装基面与机床相应配合表面之间的尺寸、公差，如图2—10中的尺寸D1H7

5．影响夹具精度的尺寸和公差

主要指定位元件、对刀或导向元件、分度装置及安装基面相互之间的尺寸、公差和位置公差，

如图2-9中尺寸：20土0．03mm、对称度0．03mm、垂直度60：0．03、平行度0．05mm。

6．其它重要尺寸和公差

一般是机械设计中应标注的尺寸、公差，如图2—9中标注的配合尺寸φ14 、φ40 、φ10 。

2.4.2夹具总图上应标注的技术要求

1、夹具的装配、调整方法，如几个支承钉应装配后修磨达到等高、装配时调整某元件或临床修磨某元件的定位表面等，以保证夹具精度；

2、某些零件的重要表面应一起加工，如一起镗孔、一起磨削等；

3、工艺孔的设置和检测；

4、夹具使用时的操作顺序；

5、夹具表面的装饰要求等。

2.4.3夹具总图上公差值的确定．

夹具总图上标注公差值的原则是：在满足工件加工要求的前提下，尽量降低夹具的制造精度。

1．直接影响工件加工精度的夹具公差

夹具总图上的尺寸公差或位置公差为

=(1／2～1／5) (2—1)

式中 与 相应的工件尺寸公差或位置公差。

当工件批量大、加工精度低时， 取小值，反之取大值。

①工件的加工尺寸未注公差时，工件公差娃视为ITl2～ITl4，夹具上相应的尺寸公差按 IT9～ITll标注；

②工件上的位置要求未注公差时，工件位置公差文视为9～11级，夹具上相应的位置公差按7～9级标注；

③工件上加工角度未注公差时，工件公差＆视为士307～士l07，夹具上相应的角度公差标为±10′～±37′(相应边长为10～400mm，边长短时取大值)。

2．夹具上其它重要尺寸的公差与配合

这类尺寸的公差与配合的标注对工件的加工精度有间接影响。在确定配合性质时，应考虑减小其影响，其公差等级可参照“夹具手册”或《机械设计手册》标注。

2.5 工件在夹具上加工厂的精度分析

2.5.1 影响加工精度的因素

用夹具装夹工件进行机械加工时,其工艺系统中用夹具装夹工件进行机械加工时，其工艺系统中影响工件加工精度的因素很多。与夹具有关的因素如图2—11所示，有定位误差△D对刀误△T、夹具在机床上的安装误差△A和夹具误差△DJ。在机械加工工艺系统中，影响加工精度的其它因素综合称为加工方法误差△G。上述各项误差均导致刀具相对工件的位置不精确，从而形成总的加工误差∑△。

以图2-9钢套钻Φ5mm孔的钻模为例计算。

1、定位误差△D

加工尺寸20±0.1mm的定位误差，△D=0。

对称度0.1mm误差为工件定位孔与定位心轴配合的最大间隙。工件定位孔的尺寸为Φ20H7( mm)，定位心轴的尺寸Φ20f6( mm)

mm=0.54mm

2、对刀误差盘

因刀具相对于对刀或导向元件的位置不精确而造成的加工误差，称为对刀误差。如图2-9中钻头与钻套间的间隙，会引起钻头的位移或倾斜，造成加工误差。由于钢套壁厚较薄，可只计算钻头位移引起的误差。钻套导向孔尺寸为声5F7( mm)，钻头尺寸为声5h9( mm)。尺寸20 mm及对称度0.1mm的对刀误差均为钻头与导向孔的最大间隙

mm=0.052mm

3、夹具的安装误差

因夹具在机床上的安装不精确而造成的加工误差，

称为夹具的安装误差。

图2—9中夹具的安装基面为平面，因而没有安装误差, 。

图2—10中车床夹具的安装基面 与车床过渡盘配合的最大间隙为安装误差, ， 或者把找正孔相对车床主轴的同轴度 作为安装误差。

4、夹具误差

因夹具上定位元件、对刀或导向元件、分度装置及安装基准之间的位置不精确而造成的加工误差，称为夹具误差。如图2—11所示，夹具误差 主要由以下几项组成。

1）定位元件相对于安装基准的尺寸或位置误差 ；

2）定位元件相对于对刀或导向元件(包含导向元件之间)的尺寸或位置 误差 ；

3）导向元件相对于安装基准的尺寸或位置误差 ；图2-11工件在夹具上加工时影响加工精度的主要因素

若有分度装置时，还存在分度误差 。以上几项共同组成夹具误差 。

图2—9中，影响尺寸 mm的夹具误差的定位面到导向孔轴线的尺寸公差 =0.06mm，及导向孔对安装基面B的垂直度 =0.03mm。

影响对称度0.1mm的夹具误差为导向孔对定位心轴的对称度 =0.03mm(导向孔对安装基面B的垂直度误差 =0.03mm与 在公差上兼容，只需计算其中较大的一项即可)。

5．加工方法误差

因机床精度、刀具精度、刀具与机床的位置精度、工艺系统的受力变形和受热变形等因素造成的加工误差，统称为加工方法误差。因该项误差影响因素多，又不便于计算，所以常根据经验为它留出工件公差 的 。计算时可设

(2—2)

2.5.2 保证加工精度的条件

工件在夹具中加工时，总加工误差∑△为上述各项误差之和。由于上述误差均为独立随机变量，应用概率法叠加。因此保证工件加工精度的条件是

(2—3)

即工件的总加工误差∑△应不大于工件的加工尺寸公差 。

为保证夹具有一定的使用寿命，防止夹具因磨损而过早报废，在分析计算工件加工精度时，需留出一定的精度储备量 。因此将上式改写为

或 (2—4)

当 时，夹具能满足工件的加工要求。 值的大小还表示了夹具使用寿命的长短和夹具总图上各项公差值 确定得是否合理。

3、在钢套上钻 mm孔的加工精度计算

在图2—9所示钻模上钻钢套的 mm孔时，加工精度的计算列于表2—1中。

由表2—1可知，该钻模能满足工件的各项精度要求，且有一定的精度储备。

表2-1用钻模在钢套上钻 mm孔的加工精度计算

误差计算

加工要求

误差名称

mm

对称度为0.1mm

0 0.054mm

0.052mm 0.052mm

0 0

mm

mm

(0.2／3)mm=0.067mm (0.1／3)mm=0.033mm

mm

=0.108mm mm

=0.087mm

mm mm>0

mm=0.013mm>0

2.6夹具的经济分析

夹具的经济分析是研究夹具的复杂程度与工件工序成本的关系，以便分析比较和选定经济效益较好的夹具方案。

2.6.1经济分析的原始数据

1)工件的年批量N(件)。

2)单件工时 (h)。

3)机床每小时的生产费用 (元／h)。此项费用包括工人工资、机床折旧费、生产中辅料损耗费、管理费等。它的数值主要根据使用不同的机床而变化，一般情况下可参考各工厂规定的各类机床对外协作价。

4)夹具年成本 (元)。 为专用夹具的制造费用 分摊在使用期内每年的费用与全年使用夹具的费用之和。

专用夹具的制造费用 由下式计算

（2-5）

式中 p——材料的平均价格(元／kg)；

m——夹具毛坯的重量(kg)；

t——夹具制造工时(h)；

——制造夹具的每小时平均生产费

用(元／h)。

夹具年成本 由下式计算

（2-6）

式中 ——专用夹具设计系数，常取0.5；

——专用夹具使用系数，常取0.2～0.3；

——专用夹具使用年限，对于简单

夹具， ；

对于中等复杂程度的夹具， ；

对于复杂夹具， 。

2.6.2经济分析的计算步骤

经济分析的计算步骤如表2—2所示。根据工序总成本公式： ，可作出各方案的成本与批量关系线，如图2-12所示。

表2-2经济分析的计算步骤

序 号 项目 计 算 公 式 单 位 备 注

1 工件年批量 N 件 已知

2 单件工时

h 已知

3 机床每小时生产费用

元／h 已知

4 夹具年成本

元 估算

5 生产效率 tl=1／ta 件／h

6 工序生产成本

元

7 单件工序生产成本

元／件

8 工序总成本

元

9 单件工序总成本

元／件

10 两方案比较的经济效益

元

两个方案交点处的批量称临界批量 。当批量为 时，两个方案的成本相等。在图2—12中，方案l、Ⅱ的临界批量为 ，当 时， ，采用第二方案经济效益高；反之，应采用第一方案。

按成本相等条件，可求出临界批量 。

= (2-7)

2.经济分析举例

设钢套(图2—6)批量N=500件，钻床每小时生产费用 20元／h。试分析下列三种加工方案的经济效益。

方案l：不用专用夹具，通过划线找正钻孔。夹具年成本 ，单件工时 h。

方案Ⅱ：用简单夹具，如图2—9所示。单件工时 h，设夹具毛坯重量m=2kg，材料平均价p=l6元／kg，夹具制造工时t=4h，制造夹具每小时平均生产费 20元／h，可估算出专用夹具的制造价格为

(16×2+4×20)元=112元

计算夹具的年成本 。设 则

方案Ⅲ：采用如图7—19所示的自动化夹具。单件工时 h，设夹具毛坯重量m=30kg，材料平均价格p=16元，夹具制造工时t=56h，制造夹具每小时平均生产费用 20元／h，则夹具制造价格为

计算夹具成本 。设 则

各方案的工序成本估算见表2-3。

表2-3钢套钻孔各方案成本估算

工序成本估算 方案I(不用夹具) 方案Ⅱ(简单夹具) 方案Ⅲ(半自动夹具)

／元

／(元• )

/元

/

(元•

各方案的经济效益估算如下

可见，批量为500件时，用简单钻模经济效益最好，不用钻模经济效益最差。图2—12是上述三个方案的成本一批量关系图。可算出三个方案的临界批量为