夹具、检具管理办法

夹具、检具管理办法（共3篇）

篇1：夹具、检具管理办法

工装、夹具、检具设计概要

1、工装、夹具、检具是为提高机械产品批生产的效率及保证机械产品的质量稳定性，从而达到降低产品生产成本的目的。因此工装、夹具、检具的设计制造要无条件的服从这个目的。

2、工装、夹具、检具一般都为单件、套生产，但使用时间一般要求较长，模具类工装主要考虑使用寿命，维护保养条件等。夹具类工装主要考虑使用方便、安全、高效、可靠。检具类工装主要考虑使用方便、可靠、方便维护保养等。

3、鉴于上述原因工装、夹具、检具类工装设计时成本问题要让位于安全、高效、可靠、寿命、使用方便等因素。

4、设计时尽量利用成熟的标准件（如导柱、导套、紧固件、弹簧、五金件、气缸、液压缸、标准模架、快速夹头等）。

5、对主要零件的设计要仔细设计金属材料与热处理的种类（如：调质、高频、渗碳淬火、渗氮淬火）的匹配及硬度选择，特别要考虑到热处理后零件变形的预防，相互有摩擦的零件要考虑硬度匹配及必要的润滑措施。

6、表面处理要根据零件的功能仔细设计镀层的厚度及种类（镀锌、镀镍、镀光亮铬、阳极化、硬质阳极化、导电阳极化、镀硬铬、发蓝等）。工装、夹具、检具设计的基础要点

1、机械零件的装夹的方式 直接找正装夹

效率低，找正精度较高；适用单件小批量且形状简单的工件。下图中四爪卡盘本身即是一种夹具，只不过是一种通用夹具而已。

划线找正装夹

通用性好，但效率低，精度不高；适用于单件小批量且形状复杂的铸件。

2、零件在夹具中定位后的夹紧三原则： 零件在工装夹具中定位后的不移动原则

选择夹紧力的方向指向定位基准（第一基准），且夹紧力的大小应足以平衡其它力的影响，不使零件在加工过程中产生移动。零件在工装夹具中定位后的不变形原则

在夹紧力的作用下，不使零件在加工过程中产生精度所不允许的变形，必须选择合适的夹紧部位，调整好压板和零件的接触状态，施以合适的压紧力。零件在工装夹具中定位后的不振动原则

确保支承和夹紧体系的刚性，夹紧部位应尽量靠近零件的加工区域，以避免零件和夹紧系统的振动。

一般来讲，对粗加工用的夹具，选用较大的夹紧力，主要考虑零件的不移动原则，对精加工用的夹具，选用较小的夹紧力，主要考虑零件的不变形和不振动原则。

篇2：夹具、检具管理办法

粘接夹具是同步器生产制造过程中使用的一种专用夹具,它将碳纤维复合磨擦材料在高温高压下通过耐高温胶粘剂粘接到同步器齿环磨擦面上。同步器齿环分为外锥面齿环和内锥面齿环,利用锥面产生的力矩,使两个换挡元件同步运转,从而实现换挡[1]。因此摩擦材料与同步器齿环的粘接强度将是影响产品质量和使用寿命的重要因素。这样不仅对粘接固化工艺过程要求严格,对粘接夹具的设计和制造要求也非常严格,以此保证粘接尺寸及精度要求。根据同步器齿环的结构,可以将粘接夹具分为粘接外锥面齿环和粘接内锥面齿环两类[2]。

2 技术要求及加工工艺分析

粘接外锥面齿环和粘接内锥面齿环所用粘接夹具结构见图1。从粘接夹具的设计要求可知粘接夹具的核心零件是底座和压锥,其余零件只起到辅助夹紧作用,它们的加工精度决定了粘接夹具的装配精度。

压锥及底座结构见图2。根据压锥和底座图纸设计的技术要求对其进行加工工艺分析。

a. 如图2所示 ,锥面对d孔中心的 跳动≯0.015 mm,各端面对d孔的跳动≯0.02 mm。根据多年来的工作经验,现有工艺路线可以满足以上技术要求。

b.如图2所示,单角a角度公差很小,现有的机械设备可以保证公差,但是用普通量具(万能角度尺)无法准确测量,必须送精测室用精度等级更高的测量设备来测量(三坐标测量仪)。操作者在加工首件产品时,通过调整设备并多次修磨该产品,使其角度实际值符合产品的公差要求,同时将机床头架部分锁牢靠。通过对每天加工末件产品的检测以及中途抽检,证明以这种方法保证a值简单、可靠。

c.如图2所示,锥面大端尺寸D公差非常小。内锥面大端尺寸用普通量具无法测量,而外锥面大端虽然可以用普通量具(电子数显千分尺)测量,但在实际的操作中由于人为因素和测量误差的影响,操作者自己测量的尺寸与在精测室用三坐标测量仪测量的尺寸存在偏差,因此设计了专用校对塞规及专用校对环规进行检测,底座检测原理见图3。

3 专用校对赛规与专用校对环规设计原理分析及存在问题

如图3所示,使用专用校对塞规检测锥面大端尺寸时,只需用千分表检测底座上端面距专用校对塞规上端面的实际尺寸(h′)小于h值即可。同样道理,压锥的检测使用专用校对环规检测。压锥检测原理见图4。

注:D 为底座锥面大端理论尺寸上偏差值;D′为专用校对塞规锥面大端尺寸(即底座锥面大端理论尺寸下偏值);h为底座锥面大端尺寸上偏差值与专用校对塞规锥面大端尺寸值在高度方向上的差值,h=(D-D′)/(2tana);H为底座厚度。

压锥检测及底座检测存在缺陷如下。

a.锥面大端尺寸公差非常小,如果专用校对塞规、专用校对环规、底座、压锥的锥面未檫干净,将影响h′值的检测结果,易出现误判。例如:当a=9°27′44″时,锥面大端在高度方向上的变动量与锥面大端尺寸变动量比值等于3,即h′值的误差>0.03 mm时,该产品已经不合格。

b.如果D值大而H值小,在使用专用塞规或专用环规检测时,不易将它们研合到最佳状态,将影响h′值的检测结果,易出现误判。

c.专用校对塞规和专用校对环规制造精度要求非常高。按照行业经验,其尺寸公差与形位公差大约是产品设计要求的尺寸公差与形位公差的1/10~1/5。

d.专用校对塞规和专用校对环规与被检测底座和压锥的种类必须一一对应,因此投制的专用校对塞规和专用校对环规品种繁多。

由于原有的检测方法存在上述诸多缺陷,从而增加了产品检测结果的不确定度,容易使不合格的产品流入到下道工序当中,使产品的抽检合格率降低。

4 专用检具的设计方案

在使用专用校对塞规和专用校对环规对底座和压锥进行检测过程中存在上述的诸多缺陷,这样就导致粘接夹具抽检合格率偏低,在生产制造过程中甚至出现过整批次产品的返修。为解决上述问题,结合多年工作经验,设计了检测粘接夹具底座和压锥的锥面大端尺寸的专用检具。其设计方案为在生产加工过程中,操作者在调试设备加工第1件产品时,将其送精测室,用三坐标测量仪测量锥面大端尺寸的实际值,操作者通过多次修磨使其实际值符合产品公差要求,并在第1件产品上对检测的实际值做标记,以本件产品作为校准件,在检测后续加工的产品时,设计如图5、图6所示的检测锥面大端尺寸的专用检具。通过检测校准件锥面任意截面的直径,将千分表指针校零,在检测底座和压锥时,操作者修磨锥面使千分表指针的变动量小于粘接夹具锥面大端尺寸公差范围,以这样的方法来间接保证粘接夹具锥面大端尺寸。

5 专用检具的设计结构及技术要求

内锥面大端尺寸检测专用检具见图5。此专用检具由检具体、测头、千分表、衬套、校准件组成。专用检具测头有两件,装在同一外圆上并与千分表处在同一平面内,两测头之间的夹角为20°,其对称面与千分表中心重合。此种设计结构,在用其检测内锥面大端尺寸时,能快速准确定位。选择两测头之间的夹角为20°,通过计算得出,千分表的变动量与锥面大端尺寸变动量比例约为1∶1,误差可以忽略不计。这样当采用专用检具检测锥面大端检测时,从千分表上可以直接读出其还有多少精磨量。

内锥面大端尺寸检测专用检具技术要求如下。

a.检具体T面的平行度不大于0.002 mm;

b.两测头相对于千分表中心要素对称度不大于0.02 mm;

c.两测头之间的夹角为20°±5′;

d.测头和千分表距T面的距离相等,误差不大于0.02 mm。

外锥面大端尺寸检测专用检具见图6。此专用检具由检具体、测量柱、千分表、校准件组成。此种设计结构,在检测外锥面大端尺寸时,能够快速准确定位,并且从千分表上可以直接读出其还有多少精磨量。千分表的变动量与锥面大端尺寸变动量比例为1∶1。

外锥面大端尺寸检测专用检具技术要求如下。

a.检具体T面的平面度≯0.002 mm。

b.测量柱的直线度≯0.002 mm。

c.测量柱中心要素与千分表中心要素垂直度≯0.003 mm。

d.计算得出切点O距T面距离,并使千分表中心要素距T面距离与其相等,误差≯0.02 mm。

6 专用检具的使用

在日常的生产制造过程中,操作者调试设备加工首件产品,将其送精测室测量锥面大端尺寸,当其实际尺寸满足图纸设计要求时,做标记,并刻录锥面大端实际尺寸值,称此件产品为校准件,将其放入如图5或图6所示的专用检具中,调整千分表指针。后续加工的产品放入到专用检具中检测,千分表指针的变动量只要不大于图纸设计的锥面大端尺寸公差范围,则该产品合格。

7 结束语

同步器目前已是本公司的重要产品,不但品种繁多,而且年产量也非常高,这样就导致对粘接夹具的需求量非常大。粘接夹具在生产制造过程中瓶颈工序就是磨锥面工序,此工序不但要求加工精度高,而且需要能够准确快速对加工完成的产品进行在线检测。使用专用校对环规与专用校对塞规检测时存在诸多缺陷。结合多年的工作经验,设计了如图5和图6所示结构的检测锥面大端尺寸专用检具,目前已投入到生产中。实践表明,这两种专用检具完全满足了对这种高精度产品的检测需求,设计结构简单,使用方便,检测精度高,极大的提高了生产效率,保证了产品的加工质量。为加工此类夹具和检具开拓了新的思路,积累了经验。

摘要：粘接夹具的核心零件是底座和压锥。由于底座和压锥的锥面大端尺寸公差非常小,使用普通量具无法直接准确测量,使用专用的校对塞规、校对环规检测时废品率偏高。因此,设计两种检测锥面大端尺寸的专用检具。以校准件为基准,调整千分表,将加工产品放入专用检具,若千分表的变动量在锥面大端尺寸公差范围内,则加工的产品合格。实际应用表明此锥面大端尺寸专用检具使用方便,检测精度高。

篇3：夹具、检具管理办法

关键词：汽车主模型检具,曲面薄壁件,柔性工装夹具,代木

0 引言

在汽车主模型检具(如图1所示)中,许多零件属于大型铝合金复杂薄壁结构件,厚度远小于长宽尺寸,薄壁整体结构件材料切除率高达90%以上,平均厚度4mm,局部区域厚度小于1mm。由于薄壁零件刚性差、强度弱,加工中极易变形,导致加工难度较大,难以保证零件的加工质量[1,2]。

由于工件薄壁处均为曲面,并且整个表面均为待加工面,普通夹具既不方便夹持曲面,又容易与铣刀发生干涉,所以在实际加工过程中,通常用的辅助支承夹具为代木,代木是一种复合树脂材料,具有良好的切削性能[3],比较容易加工成各种高度的支承条。代木支承条的顶端用小的楔形代木块垫上,然后再将代木顶端与工件之间、代木底端与工作台之间用502胶水粘结起来,防止加工的时候发生移动。

然而代木支承存在以下弊端:生产准备时间长;支承位置凭经验确定,疏密不一,无法控制精度;刚性较差,支承稳定性不够;大部分代木与工件的接触方式为线接触,且接触位置为工件外缘曲边上,支承效果不理想;借助502胶水来固定代木,加工后需要用有机溶剂丙酮清洗,长期吸入丙酮对工人的健康不利。

国外波音公司及空客公司在加工大型薄壁覆盖件时用到了柔性度极高的多点夹具,如西班牙的TORRESMILL和TORRESTOOL、美国的CAN系统[4,5]。本文借鉴国内外相关研究结果,旨在开发出一套能适用于检具制造精度要求的柔性夹具系统。

1 柔性工装夹具结构与功能分析

针对汽车主模型检具中引擎盖模拟块的尺寸大小,做出如图2所示的初步工装系统模型。该模型并非柔性工装系统的布局图,仅体现出柔性工装系统应包括的结构特征,含有:底座结构、滑动结构、支承结构和夹紧结构。其中,滑动结构由液压控制系统驱动,包括相关的液压控制机构等。夹紧结构通过真空吸附方式进行吸附夹紧,包括真空泵等真空动力源。

1.工件2.真空吸附夹具3.底板4.真空泵5.导轨6.液压控制箱

底座结构:根据定位准则设置定位基准,保证工件的定位精度同时连接各个结构的载体。

滑动结构:包括系统中所有起柔性定位作用的导轨、滑块、夹具上的伸缩机构以及起驱动作用的液压机构,实现夹具在X、Y、Z三个方向上的柔性定位。

支承结构:系统中起支承作用的结构由夹具的伸缩机构和夹具头上的顶珠(如图3所示)组成。顶珠与工件的曲面构成点接触,一般情况下,只有定位元件处的接触变形才导致工件位置偏移,夹紧元件处的接触变形对工件偏移没有直接影响。这里的接触属于夹紧元件处的接触,不考虑由接触引起的变形。

1.真空吸盘2.顶珠3.真空接口

顶珠材料为LY12铝合金,通过502胶水粘在吸盘内部。顶珠上部为球头形,下部为柱形,方便加工时的夹持。吸盘与顶珠的设计在铣削加工中起到支承和减振的作用。

顶珠顶部的球头结构同曲面薄壁件表面始终为点接触,可以很好的适应各种曲面结构。但并不是所有曲率的曲面都可以吸附,对于曲率还是有一定的要求。如图4所示,理想情况下,假设工件表面无限光滑,吸盘与顶珠能够吸住工件的最小半径为10.5mm,但实际上由于工件表面存在粗糙度等因素,满足工件正常吸附的最小半径将大于10.5mm。

夹紧结构:由升降柱顶部的真空吸盘(如图5所示)和真空泵组成。真空吸盘应具有足够的柔度和贴合度,才能满足工件表面的吸附要求。真空泵的选取要使得吸盘对工件有足够的吸附力,以减小加工过程中由振动或翘曲引起的变形。

2 柔性工装夹具支承稳定性研究

柔性夹具在支承过程中会受到轴向的铣削力,这时可以将柔性夹具中的升降柱看作压杆。由于不同薄壁件的支承点高度范围不同,即使是同一工件,不同支承点处的高度也有很大差别,如图1汽车主模型引擎盖薄壁件所示,引擎盖前端与后端支承点的高度就相差约280mm之多,而支撑杆的直径又只有20~30mm,这样一来,支撑杆成了细长杆(d/h<1/10),支承的稳定性得不到保证。因此需要设计不同高度规格的柔性夹具系列,以满足不同高度的支承需求。首先需要求出满足支承稳定性杆件的许用长度。

不同刚性支承条件下的压杆,由静力学平衡方法得到的平衡微分方程和边界条件都可能各不相同,确定临界载荷的表达式亦因此而异,但基本分析方法和分析过程却是相同的。

对于细长杆,这些公式可以写成通用形式,称为欧拉公式[6]:

其中,μl为不同压杆屈曲后挠曲线上正弦半波的长度,称为有效长度;μ为反映不同支承影响的系数,称为长度系数,可由屈曲后的正弦半波长度与两端铰支压杆初始屈曲时的正弦半波长度的比值确定。

长细比又称柔度(Compliance),用λ表示。长细比是综合反映压杆长度、约束条件、截面尺寸和截面形状对压杆分叉载荷影响的量,由(2)式确定:

其中,i为压杆横截面的惯性半径:

当压杆的长细比λ大于或等于某个极限值λp时,压杆将发生弹性屈曲。λp仅与材料有关,一般低碳钢的λp约为100,铝合金的λp约为63[7]。

图6中压杆长度系数μ的数值是根据理想化的约束情况而来的,本文中柔性工装夹具的杆件类型类似于千斤顶,故取μ=2。

当作用于压杆的轴向力P达到临界值Plj时,压杆就会失稳,但是出于安全考虑,还需要有一个安全储备,故许用载荷形式的稳定条件为:

式中nw称为稳定安全系数。一般规定比强度安全系数要大。在具体计算时,nw的数值可从有关设计手册中查阅,结合本文中柔性工装夹具的情况,取nw=4。

根据式(1)和式(4)可得:

其中,根据圆柱惯性矩公式有:

对于本文中的柔性工装夹具,将其简化为直径为16mm的压杆,轴向力P为最大铣削力600N[8]。铝合金弹性模量E=68GPa,查手册得μ=2,nw=3。将以上条件代入式(5)中,求得l最大值为473mm。即升降柱的长度应小于473mm才能保证支撑过程中的稳定性要求。由于引擎盖最高与最低加工点的差距为280mm,因此柔性夹具能支撑的最大最小距离应至少间隔280mm以上。

综合以上要求,设计四种规格的柔性夹具,每种规格的夹具可调节范围由套筒高度所决定,若规格一的套筒高度设为h,理想的情况是升降柱完全在套筒内时为夹具最低点,升降柱刚刚脱离套筒时为夹具最高点,则四种规格的柔性夹具理想情况下的高度范围应是[h,2h],[2h,4h],[4h,8h],[8h,16h]。但是由于升降柱不可能完全脱离套筒,于是可调节的有效高度差应小于套筒距离。在这里,设升降柱在套筒内的最小余量为10mm,即可调节高度范围为[h,2h-10],[2h-10,4h-30],[4h-30,8h-70],[8h-70,16h-150]。为了保证支承高度的连续性,每种规格之间设定10mm的重合区间,在此重合区间内的支承点,尽量使用高一级规格的夹具进行支承以保证支承稳定性,则柔性夹具可调节高度范围变成[h,2h-10],[2h-20,4h-50],[4h-60,8h-130],[8h-140,16h-270]。最后,将吸盘高度等其他不可调节高度统记为a,则四种规格的柔性夹具支承高度范围为[h+a,(2h-10)+a],[(2h-20)+a,(4h-50)+a],[(4h-60)+a,(8h-130)+a],[(8h-140)+a,(16h-270)+a]。

其中,升降杆的高度需小于473mm,即:

最高与最低支承点间距应大于280mm,即

由式(7)和(8)解得h的范围应是:

将规格一的套筒高度h定为50mm,则四种规格的夹具可调节高度范围为[50+a,90+a],[80+a,150+a],[140+a,270+a],[250+a,510+a]。

3 柔性工装夹具应用中的计算机系统

计算机控制系统,用于根据工件坐标信息文件对整个柔性工装系统进行规划和决策,并生成对应的控制指令发送给相应的执行机构。计算机控制系统不仅可以实现各支承单元的移动操控,还可以实现各支承机构在工件上的布局优化计算,从而实现整个柔性工装系统的自动化。

4 结束语

本文所设计的柔性工装系统,适用于主模型检具和其他铝合金曲面薄壁件的铣削等加工。根据铣削装夹中的实际工作情况,设计了四种高度规格的柔性夹具。根据上海申模公司提供的数据,该工装的装夹时间是代木式的1/3,工件加工精度提高20%,具有较大实用性,加上工装设计大部分采用标准模块化结构,也降低了制造和维护的成本。

参考文献

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[2]李铭.关于汽车主模型检具制造工艺问题的讨论[J].模具技术,2006(06):25-28.

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[5]刘纯国,李明哲,隋振.多点技术在飞机板类部件制造中的应用[J].塑性工程学报,2008(2):109-114.

[6]孙训方.材料力学[M].北京:高等教育出版社,1994.

[7]江明,郭玉莹.铝钢组合式抱杆稳定临界力计算及分析[J].电力建设,2006,27(12):24-26.