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(机械制造行业)机械认识与参观

2021-01-04 来源:步旅网


机 械 工 程 概 论

实 验 指 导 书

江苏大学工业中心机制实验室

二 0 0 五 年 一 月

《机械认识与参观》实验指导书

《切削原理、刀具、夹具》现场教学

一 实验目的

通过现场讲解和观察各种模型,使学生初步了解《机械工程基础》中各个基本知识点,为今后进入专业基础课和专业课的学习提供工程感性认识,也使学生初步认识到各门课程之间学习内容的相关性和系统性。 二 实验教具

包含切削原理、刀具、夹具模型的陈列柜共13个。

三 实验内容

本实验内容主要按照现有陈列柜摆放顺序和参观路线进行编写。

【第1个陈列柜】

一 车床刀具及车削运动 1、 常用车刀

1)45°偏刀:主要用于加工轴类工件的外圆、端面和倒角。 2)螺纹车刀:根据刀头形状,主要加工各种螺距的三角形、梯形等外螺纹。

3)割断刀:用于切断轴类工件。

4)成形刀:根据成形面设计刀刃几何形状。

5)90°偏刀:主要用于加工轴类工件的外圆、轴肩等。 6)75°偏刀:主要用于加工轴类工件的外圆、端面和倒角。 7)可转位车刀:一处刀刃磨损,通过转位,利用另外一处刀刃完成加工。

8)镗刀:主要用于精加工内孔,包括盲孔。

2、 切削分力分析示意模型

1) 切削加工时,工件材料抵抗刀具切削所产生的阻力,称为切削力。

2)切削力来源:一是三个变形区产生的弹性和塑性变形抗力;二是切屑、工件与刀具之间的摩擦力。

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3)根据测量和计算的需要,通常把切削力按照主运动速度方向、切深方向和进给方向分解成三个相互垂直的分力,分别是切向力Fz、径向力Fy和轴向力Fx。

4) 其中,切向力Fz是三个分力中最大的一个力,它消耗了切削总功率的95%左右,是设计与使用刀具的主要依据。

3、 主平面、辅助平面判断示意模型

1)主平面指刀具自身具有的几何面,比如车刀的前刀面、后刀面和副后刀面。

2)为了便于确定刀具上的各个几何角度,人为规定了多个辅助平面,比如基面、主切削平面、副切削平面和主剖面等。 3)刀具的角度包括标注角度、工作角度和刃磨角度。

4、 切屑流出与刀刃几何角度关系

1) 在现代切削加工中,控制切屑形状和流出方向对正常生产和人身安全具有重要的影响。

2) 切屑流向工件方向,人身较安全,但容易影响已加工表面的粗糙度;反之,切削背离工件流出,结果相反。

3) 切屑的形状主要取决于刀具的前角、主偏角,切屑的流出方向取决于刃倾角的大小和正负值。

5、 车刀的各种类型

1)成形刀:根据加工的成形面设计刀刃的几何形状。 2)切断刀:割断轴类工件。

3)滚花刀:外圆表面滚花,有直纹、花纹等形状,常用于把手类工件。

二 刨削刀具及用途

1、滚齿刀:通常在滚齿机上批量加工各种模数的渐开线形状的齿轮。

2、插床插刀: 比较适合于在插床上加工内孔键槽、内方孔等。 3、插齿机用插齿刀:比较适合于加工双联或多联齿轮的批量生产。

4、刨刀:根据工件形状和工艺要求,设计各种类型刀口的刨刀。 5、刨刀加工用途示例:

1)刨削单侧燕尾槽 2)刨削台阶斜面 3)刨削大斜面

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4)刨削双燕尾槽 5)刨削V型槽

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一 钳工刀具及应用

1、麻花钻切削平面角度标注

可以参照车刀几何角度的标注,认为麻花钻切削部分类似由两把车刀和一条横刃组成。初步认识其螺旋角、锋角、主偏角、前角、后角和端面刃倾角等。 2、钻头各种类型

所有钻头都由切削部分、导向部分、颈部和连接柄部组成,根据结构和用途不同,可分为扁钻、麻花钻、深孔钻和中心钻,为提高加工效率和特殊孔的需要,常改进为多级钻和群钻。

3、扩孔钻:半精加工孔或者作为铰孔的预加工孔。

4、丝锥:加工内螺纹的标准刀具,有手用丝锥和机用丝锥。 5、板牙:常用于加工普通外螺纹和圆锥外螺纹。 6、铰刀 :

1) 作用:可以用作孔的精加工,也可用于磨孔或研孔前的预加工。

2) 分类:包括直柄铰刀、锥柄铰刀、可调节手用铰刀、机用铰刀、硬质合金机用铰刀、各种锥度铰刀。

7、钳工用錾子 :

1)作用:錾削是用手锤打击錾子对金属工件进行切削加工的方法,用于去除凸缘、毛刺、分割材料、錾油槽等。 2)分类:包括扁錾、尖錾和油槽錾。 8、钳工用刮刀:

1)作用:刮削是对工件表面去除很薄一层金属的方法,常用于加工机床导轨面、重要工件的接触面,可以达到很高的尺寸精度和形位精度。

2)分类:包括三角刮刀、平口刮刀和曲面刮刀。

9、锪钻:常用在钻床和车床上,加工沉孔、锥孔、凸台面等 10、 拉刀:在拉床上用来加工各种形状的通孔,适于批量生产。

二 铣削刀具及应用

铣刀是刀齿分布在旋转表面上或断面上的多刃刀具。铣刀

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的种类很多,常见的有以下类型:

1、端铣刀:常用于高速铣削大平面,加工效率高,分焊接式和机夹式。 2、V型槽铣刀

3、指状铣刀:常用于模具加工。

4、平面铣刀:也称圆柱铣刀,加工大的平面。 5、铲齿成形铣刀 6、铣燕尾槽专用刀

7、立铣刀:加工小平面。

8、键槽铣刀:加工轴类键槽。

9、锯片铣刀:常用于铣削小沟槽或切断工件。 10、 三面刃铣刀:包括整体式和镶片式。

三 铣削加工示例

铣刀是一种多齿刀具,同时参加切削的齿数较多,适宜切削平面、阶台面、沟槽、成形表面及切断等,效率较高。 铣刀的每一个刀齿相当于一把车刀,它的切削基本规律与车削相似,但铣削是断续切削,切削厚度和切削面积随时变化,所以铣削具有特殊的规律。 1、铣凸圆弧台阶 2、铣凹圆弧 3、铣侧平面

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【第3个陈列柜】

一 磨具及其加工

为了适应在不同类型的磨床上磨削各种形状和尺寸的工件的需要,砂轮有许多形状和尺寸,常见的有以下几种: 1、平形砂轮:主要可以磨削外圆、内孔、无心磨等。 2、双斜边砂轮:主要可以磨削齿轮和螺纹。 3、小角度单斜边砂轮:主要磨削刀具角度用。 4、单斜边砂轮:主要磨削刀具角度用。

5、单面凹砂轮:可以磨削外圆、内孔、平面。

6、双面凹砂轮:可以磨削外圆,无心磨的砂轮和导轮,刃磨车刀后刀面。

7、薄片砂轮:主要用于切断和开槽。

5

8、蝶形砂轮:主要刃磨刀具前刀面。

9、双面凹带锥砂轮:主要磨削外圆兼磨两端肩部。 10、 筒形砂轮:用于立式平面磨床上。

11、 碗形砂轮:刃磨刀具或用在导轨磨上磨削机床导轨。 12、 蝶形砂轮:用于刃磨刀具的刀面,也可磨削齿轮的齿面。 13、 磨园角轴肩砂轮 14、 圆形磨头 15、 三阶梯砂轮

16、 杯形砂轮:常用于磨削刀具的后刀面。 17、 砂瓦类型:

1)双弧面砂瓦 2)扇形砂瓦 3)弧面砂瓦 4)梯形砂瓦 二 砂轮磨削的运用

磨削是机械加工中仅次于车削的常用的一种切削方法,应用范围很广,用于磨削刀具难于切削的高硬、超硬材料;能磨削外圆、内孔、平面、螺纹、齿轮、花键、导轨和成形面等各种表面,实现精加工或超精加工。 1、磨削成形凹形槽 2、磨削内孔 3、磨削花键 4、磨削外圆 5、磨削平面

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【第4个陈列柜子】

一 机床常用附件夹具

机床附件一般作为标准配置,在单件、小批生产和修配中具有实用意义。 1、莫氏锥套

作为机床和刀具的连接,已经标准化,常有莫氏1#、2#、3#

、4#、5#锥套。 2、顶尖:

顶尖是机床上直接与工件接触的定位件,常用于装夹轴类零

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件,保证同轴度要求,死顶尖与主轴锥孔、尾座套筒皆以莫氏圆锥牢固连接,没有丝毫可动的缝隙。常用的死顶尖有:

1)圆球顶尖 2)死顶尖90

3)大头顶尖(短锥面) 4)大头顶尖(长锥面) 3、活动顶尖

活动顶尖在自身结构间隙内可动,还不影响工件加工精度,适合与高速加工,但定位精度和刚性不如死顶尖。 4、钻夹头

可以夹持直柄钻头、直柄立铣刀、直柄键槽铣刀等。 5、内球面顶尖:通过和外球面接触来支承工件。 6、平面顶尖:通过和端面接触来支承工件。 7、台虎钳

1)工作原理:通过丝杆螺母机构,改变固定钳口和移动钳口的距离,可以夹持不同厚度的工件。 2)用途:一般安装在钳工工作台上,用来夹持工件进行锯料、修锉、錾削、攻丝等钳工工作。 8、四爪卡盘

1)工作原理:通过四个各不相关的卡爪,每个爪后面有一半瓣内螺纹与丝杆啮合,丝杆一端有一方孔,用来安放扳手。 2)优点:可以夹持椭圆形、方形等异形工件并对其找正。 3)缺点:找正麻烦、费时。

二 铣削用途

铣削加工是在铣床上利用铣刀对工件进行切削加工,铣刀是一种多刃刀具,同时参加切削的刀刃总长度较长,切削时刀具作旋转运动,可以使用较高的切削速度,铣削也是金属切削加工的主要方法,可以进行以下加工: 1、铣沟槽 2、铣台阶面 3、铣齿轮 4、铣圆弧槽 5、铣特形面 6、铣T形槽 7、铣螺旋槽 8、铣轴类键槽 9、切断工件

7

10、 铣V形槽

11、 双刀组合铣台阶 12、铣燕尾槽

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【第5个陈列柜】

一 平面加工方法

1、平面铣刀

2、用45°车刀车削端面 3、用90°车刀车削端面 4、铣削平面 5、横向磨削法 6、纵向磨削法 7、台阶磨削 8、砂带磨削 9、刨削垂直面 10、刨削平面 11、刨削斜面 12、刨沟槽

二 外圆和内孔加工法

1、车削圆柱面 2、车削圆锥面 3、切断刀割断工件 4、铰刀加工孔 5、磨削外圆

6、无心磨床磨削轴类 7、磨削成形面 8、磨削花键

9、拉刀拉内花键 10、 铰刀加工内孔 11、 镗内孔

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【第6个陈列柜】

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一 螺纹类型

螺纹从功能和用途来分有联结螺纹与传动螺纹之分;有左旋、右旋之分;有粗、细牙之分;有单线螺纹和多线螺纹之分;从牙型剖面形状分有以下类型: 1、三角螺纹 2、锯齿螺纹 3、圆锥螺纹 4、管螺纹 5、梯形螺纹 6、方牙螺纹 7、滚珠螺纹

二 螺纹加工法

联接螺纹应用面广量大,以三角牙形小螺距为主,一般精度不高,但要求有较高生产率。使用的刀具有丝锥、板牙、螺纹滚压工具以及车刀、梳刀等。传动螺纹以梯形大螺距为主,一般精度要求较高,使用的刀具有车刀、旋风铣刀盘、盘形铣刀、拉式丝锥等,也可用滚压工艺冷挤成形。 1、搓丝法 2、滚丝

3、板牙套丝

4、丝锥加工内螺纹 5、板牙加工外螺纹 6、磨削螺纹 7、车削蜗杆

8、旋风法切削螺纹

三 零件加工方法

1、磨削内孔

2、在立式磨床进行多件磨削 3、在卧式磨床进行多件磨削 4、在立式磨床上磨削平面 5、在卧式磨床上磨削平面 6、磨削外圆弧面多件磨削 7、车外螺纹机床模型

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【第7个陈列柜】

一 切削原理模型

1、车刀的三个辅助平面

刀具角度是确定刀头几何形状与切削性能的重要参数,确定刀具角度需要选择合理的参考坐标系,而刀具坐标系平面是以刀具结构为基础,需要考虑刀具的安装定位面及假定的切削运动方向。而常用的主剖面系坐标是由以下三个平面组成的:

1)切削平面 2)基面

3)主剖面(正交平面) 2、切削力的分解模型

根据测量和计算的需要,通常把切削力按照主运动速度方向、切深方向和进给方向分解成三个相互垂直的分力,分别是切向力Fz、径向力Fy和轴向力Fx。

1)Pz 2)Py 3)Px 3、积屑瘤

1)形成原因:在切削塑性金属材料时,在切削速度不高时常有一些从切屑和工件上带来的金属“冷焊”在前刀面上,靠近切削刃处形成一个堆积的小楔块。

2)产生后果:当积屑瘤长大到突出于切削刃之外时,改变了切削几何角度,影响已加工表面,并且一般情况下,积屑瘤不稳定,容易断裂和脱落,使切削过程变得不稳定。 2)影响因素:影响积屑瘤的主要因素有工件材料、切削速度、进给量、前角、冷却液等。 4、车削外圆的方法

5、常用车刀类型(前面已介绍) 6、刃倾角的类型

1) 正 2) 负 3) 零

刃倾角可以认为是切削平面中测量的前刀面与基面的夹角,即把刃倾角当作切削平面中的前角,判断方法:观察刀尖和切削刃上任意一点到车刀底面距离,刀尖处于最高点,刃倾角为正;刀尖处于最低点时,刃倾角为负。

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7、刃倾角对切屑流出方向的影响

在负刃倾角影响下,致使切屑流向已加工表面;在正刃倾角影响下,会使切削流向待加工表面。 8、切屑形状

根据切削层变形特点和变形后形成切屑的外形不同,通常将切屑分为以下四类: a) 粒状 b) 节状 c) 带状 d) 崩碎状

不同切屑形状会影响切削的效果。

二 轴类零件加工原理

1、常见轴的分类

1)曲轴

2)轴上铣键槽 3)传动轴

4)光轴:有5个常见类型 5)齿轮轴 6)卷筒轴 7)花键轴 8)输出轴 9)磨床主轴 10) 机床主轴

11) 带有多处键槽的传动轴 2、阶梯轴常见加工工序:

1)下料:锻坯或棒料

2)车外圆,端面打中心孔 3)车出其它外圆 4)铣键槽 5)热处理 6)磨外圆

7)倒角、去毛刺

——————————————————————————————— 【第8个陈列柜】

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一 齿轮加工方法

1、常见工序

i. 制造毛坯:模锻或直接锯棒料; ii. 车毛坯 iii. 钻孔 iv. 拉内花键 v. 精车内孔 vi. 铣齿

vii. 插齿:常用于加工双联齿轮 viii. 齿形端面倒角 ix. 在滚齿机飞刀 10)装配内花键 2、其它说明

二 分离式箱体加工方法

分离式箱体的结构较复杂,加工表面多,其主要加工表面是平面和孔。通常平面的加工精度较易保证,而精度较高的支承孔以及孔与孔之间、孔与平面之间的相互位置精度则较难保证,成为加工中的关键工序。 1、主要工序

1)铸造箱体:分别制造出箱盖、底座木模,造型,浇注,清砂,时效处理; 2)箱体划线 3)粗刨 4)精刨

5)刨平分合面 6)钻孔

7)合箱,镗轴承孔 8)箱座底面钻连接孔 9)箱体上所有的螺纹孔

10)清洗、检验,主要项目:外观、粗糙度、孔尺寸、分合面的几何精度、孔系尺寸及其位置精度; 11) 装配

——————————————————————————————— 【第9个陈列柜】

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一 机床夹具及其用途

夹具是保证在机床上与刀具间正确的相对位置,由于工件未安装前已预先调整好,所以在加工一批工件时,不必再逐个找正定位,就能保证加工的技术要求,在成批和大量生产中广泛使用。

夹具在机械加工中的作用主要有:一是保证加工精度,降低工人等级;二是提高劳动生产率和降低加工成本;三是扩大机床工艺范围。

夹具有夹具体、定位元件、夹具元件、引导元件、分度元件等组成。

夹具按照夹具的应用范围,可分为:通用夹具、专用夹具、可调夹具、组合夹具和成组夹具等;如果按照所配机床名称,可以分为:钻床夹具、车床夹具、铣床夹具、磨床夹具等等。以下为常见的夹具模型: 1、钻床夹具 1) 定位方法 2) 钻模板 3) 压紧方法 4) 钻套

2、车床改拉床的模型 3、车床夹具

二 工件定位的基本要求

1、工件的六点定位原则

工件定位的目的是使工件在机床上占有正确位置,也就是使它相对于刀具刀刃有正确的相对位置。任一个刚体如果没有任何约束,在空间有六个自由度,要使工件在机床上完全定位,就必须限制它在空间的这六个自由度,这就是工件的“六点定位原则”。 2、支承钉

常作为工件平面定位的三点支承或侧面支承,其结构形式有平头A、圆头B、网纹顶面C三种。 3、支承板 A B C

支承板多用于工件上已加工平面的定位。一般说来,支承钉用于较小平面,支承板用于较大平面,有时可以用一个支承板代替二个支承钉。支承板的结构形式有A 、B、C三种。

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4、平面零件的定位方式

常采用支承钉、支承板来限制工件的自由度。 5、轴类零件的定位,以铣键槽为例 6、圆柱体定位方法

工件以外圆定位,常采用V形块、圆孔或半圆孔、自

动定心机构(如三爪卡盘、弹簧夹套等)

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【第10个陈列柜】

一 工件的夹紧方法

机械加工中,工件的定位和夹紧是相互联系的两个工作过程,工件完成正确定位后,必须采用一定的装置将其压紧夹牢,防止在加工过程中由于重力、切削力和离心力等外力的作用而产生位移或振动。

1、夹紧装置设计的基本要求:

1)在夹紧过程中能保持定位时所获得的正确位置;

2) 夹紧可靠稳定、操作方便安全;

3)复杂程度与工件的生产批量相适宜,结构上尽可能采用标准元件。

2、夹紧力三要素:大小、方向和作用点。

1)夹紧力方向选择应考虑:一是夹紧力作用方向应有利于工件的准确定位,而不能破坏定位。二是夹紧力作用方向应使工件夹紧变形小。三是夹紧力作用方向应有利于减少夹紧力。

2)夹紧力作用点选择时应考虑:一是夹紧力作用点不能引起工件产生位移和偏转。二是保证使夹紧变形最小。三是让夹紧力作用点应尽量靠近加工部位。

3、生产实践中常用的基本的夹紧机构有以下类型:

1)螺旋压板夹紧机构 2)端面斜楔夹紧机构 3)快速螺旋夹紧机构 4)圆偏心轮夹紧机构

二 定心夹紧机构

定心夹紧机构是一种特殊的夹紧机构,同时能实现定位和夹紧,在这种夹紧机构上与工件定位基准相接触的元件,既是定位元件,又是夹紧元件。定心夹紧机构就其各自实现定

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心和对中的工作原理而言,常有以下两种类型:一是按定位夹紧元件的等速移动或转动原理实现定心或对中夹紧;二是按定位-夹紧元件均匀弹性变形原理实现定心夹紧。以下三种为生产中经常运用的定心夹紧机构:

1、车偏心零件时采用的弹簧夹头结构 2、楔式夹爪自动定心机构 3、虎钳式定心夹紧机构

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【第11个陈列柜】

一 夹具常用的传动装置

以上介绍的手动夹紧机构,使用时比较费力费时,现代生产中为了改善劳动条件和提高生产效率,特别在大批量生产中均采用气动、液压、电磁、真空等动力装置,来代替人力夹紧。

1、气液增压器结构与原理 2、电磁吸盘夹紧原理 3、真空夹紧工作原理

4、车夹具气动回路布局图

二 专用夹具设计方法

1)根据夹具设计任务,消化加工工件的图纸和工艺文

件;

2)选择合理的定位方案,选择定位方法和元件; 3)选择合理的夹紧机构;

4)选择合理的与机床连接结构; 5)选择合理的和刀具的对定元件; 6)绘制夹具装配图;

以下为生产实际中经常使用的各种夹具:

1、多件联动夹紧铣床夹具 2、双向作用的偏心夹紧机构 3、带快速装置的斜楔夹紧机构 4、四点联动夹紧机构 5、偏心轴夹紧机构

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【第12个陈列柜】

一 气动夹紧实例

它是一种使用压缩空气为动力的一种夹紧传动装置,压缩空气通过泵站传出,通过空气除水滤清器,去除水分和杂质;后经润滑器,使空气与雾化的润滑油混合,再经调压阀、单向阀、分配阀,进入夹具的工作腔。

以下为生产中运用较为广泛的气动夹具实例: 1、双臂双作用铰链夹紧机构 2、多件平行联动夹紧铣床夹具 3、气动斜楔夹紧机构

4、双臂单作用铰链夹紧机构

二 分度装置

分度装置是指当加工好一个表面后,在不松开工件的情况下,能使工件与夹具上的活动部分一起转过一定角度或移动一定距离,从而实现风度要求的装置,分度装置一般分为回转式分度装置和直线移动式分度装置。 1、分度对定机构常见类型

1)钢球对定 2)圆柱销对定 3)削边销对定 4)锥销对定

5)双斜面楔形销对定 6)单斜面楔形槽对定 7)正多面体对定 8)滚柱对定

2、加工圆周等分工件实例

1) 加工工件2个槽均布 2) 加工工件4个槽均布

3) 加工盘类工件6孔等分均布 3、在夹具中的运用实例

1)带分度装置的钻床夹具 2)主轴分度铣床夹具 3)带分度车床夹具 4、直线分度加工工件实例

1)加工工件4个孔等距分布

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2)加工工件5个矩形槽等距分布

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【第13个陈列柜】 一 典型组合夹具

1、组合夹具的概念、优点

1)组合夹具是机床夹具中一种标准化、系列化和通用

化程度较高的工艺装备,它预先通过制造好的高度标准化的各种元件,利用这些元件经过数小时的组装就能成为满足产品要求的成套夹具。

2)组合夹具最适用于新品试制和小批生产,具有生产

准备周期短、生产效率高的优点。

3)当然组合夹具也有缺点,因为它由许多具有互换的

标准元件组合而成的,与针对特定工件的某一工序设计的专用夹具相比,显得重量大、体积大。

2、常用元件,通常分为8大类

1)基础件:是组合夹具中最大的元件,通常用于作为

夹具的基础。

2)支承件:是组合夹具中的骨架元件,起到上下连接

的作用。 3)定位件:保证夹具中各元件的定位精度和连接强度。 4)导向件:保证切削刀具的正确位置。

5)压紧件:用于保证工件定位后的正确位置。

6)紧固件:用于连接组合夹具中各种元件及紧固被加

工工件。

7)其它件:指起辅助作用的元件。

8)合件:由若干零件装配而成,用于扩充组合夹具的

使用范围。

3、孔系组合夹具实例

组合夹具通常包括槽系和孔系两个系统。槽系指组合元件主要靠槽来定位和紧固;而孔系是指组合夹具元件主要靠孔来定位和紧固。

二 现代机床夹具发展方向

随着制造业的快速发展,产品的不断更新换代,对生产中需要的夹具在保证产品质量、缩短生产准备时间、提高效率

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方面提出了更高的要求,对先进的机床夹具的要求为:

1) 能够迅速而又方便地装备新产品的生产线; 2) 能用来加工不是一种而是多种不同的零件; 3) 在中、小批生产中,具有较高的效率。

以下为生产中运用较多的先进的夹具:

1、钻床半自动化夹具 2、模块化设计的钻模 3、模块化的铣镗夹具

——————————————————————————————— 四 实验报告

1、通过本次现场教学,你有何心得?对实验方法有何建议? 2、通过观察各种模型,指出你感兴趣模型的工作原理和改进方法?(建议指出不少于2个)。 3、填写实验思考题: 1

有 、 、 、 和 。

2)切削力按照主运动速度方向、切深方向和进给方向分解

成三个相互垂直的分力,它们是 、 和 。

3)影响切屑流出方向主要的刀具角度是 。 4

型: 、 、 、 、 。 5

的刀具; 板的刀具;

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牙是用来加工

铰的刀具。 6

刀是用来加工

磨削主要是用来加工

材料, 可

等范围。

7)常见内孔精加工的方法有: 、 、 和 。

8)螺纹常用的加工方法有: 。

9)夹具通常由 、 、 、 等组成。

10)车床主要加工范围: 。

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