第四章机床夹具原理与设计.

第四章机床夹具原理与设计第一节机床夹具概述第二节工件在夹具中的定位第三节定位误差分析第四节工件在夹具中的夹紧第五节各类机床夹具第六节现代机床夹具第七节机床夹具设计的基本步骤第一节机床夹具概述什么是机床夹具？在机床上对工件进行加工时，为保证加工精度和提高生产率，使工件在机床上相对刀具占有正确位置的辅助装置。对机械加工质量、工人劳动强度、生产率和生产成本有直接影响确定工件相对于机床及刀具处于正确的位置工件定位后，将工件固定，使工件在加工过程中保持定位位置不变工件装夹的内容装夹的方法定位夹紧找正装夹用夹具装夹一、工件的装夹方法找正法装夹直接找正装夹毛坯孔加工线找正线划线找正装夹举例在立式铣床上加工下图所示一批工件，其中除槽子外的各表面均已加工合格。采用夹具装夹二、机床夹具的工作原理和作用槽底面的平行要求槽侧面的平行要求槽子的尺寸要求夹具工作原理的要点：使工件在夹具中占有正确的位置夹具对机床有准确的相对位置，定位元件的定位工作面对于夹具与机床相联接的表面之间有准确的相对位置，从而满足工件加工面对定位基准的相互位置精度要求。使刀具相对有关的定位元件的定位工作面调整到准确位置，保证刀具在工件上加工出的表面对工件定位基准的位置尺寸夹具的作用保证稳定可靠地达到各项加工精度要求缩短加工工时，提高劳动生产率降低生产成本减轻工人劳动强度降低对工人技术水平的要求能扩大机床工艺范围三、夹具的分类与组成◆按夹具使用范围划分1）通用夹具：三爪、四爪卡盘，平口钳等，一般由专业厂生产，常作为机床附件提供给用户。2）通用可调整夹具及成组夹具：夹具的部分元件可以更换，部分装置可以调整，以适应不同零件的加工。3）随行夹具：在自动线或柔性制造系统中使用的夹具。4）组合夹具：由一套预先制造好的标准元件组合而成。根据工件的工艺要求，将不同的组合夹具元件像搭积木一样，组装成各种专用夹具。使用后，元件可拆开、洗净后存放，待需要时重新组装。组合夹具特别适用于新产品试制和单件小批生产。5）专用夹具：为某一工件特定工序专门设计的夹具，多用于批量生产中。夹具的组成1、定位元件2、夹紧装置3、对刀与导引元件4、联接元件和联接表面5、夹具体6、其它装置第四章机床夹具原理与设计第一节机床夹具概述第二节工件在夹具中的定位第三节定位误差分析第四节工件在夹具中的夹紧第五节各类机床夹具第六节现代机床夹具第七节机床夹具设计的基本步骤第二节工件在夹具中的定位主要内容：一、基准的概念二、六点定位原理三、常见的定位方式和定位元件一、基准的概念基准零件上用以确定其它点、线、面位置所依据的那些点、线、面。设计基准零件图上用以确定点、线、面位置的基准。工艺基准零件加工、测量和装配过程中使用的基准。分为工序基准、定位基准、度量基准和装配基准。基准的体现几点注意：作为基准的点、线、面在工件上不一定存在。常常由某些具体的表面来体现基准面。作为基准可以是没有面积的点或线，但基准面一定是有面积的。基准的定义包含对尺寸之间的联系和位置精度的要求（如平行度、垂直度等）两大方面。二、六点定位原理图4-5六点定位原理xzy要确定其空间位置，就需要限制其6个自由度将6个支承抽象为6个“点”，6个点限制了工件的6个自由度，这就是六点定位原理。任何一个物体在空间都有6个自由度，即沿（绕）三个坐标轴的移动和转动——用表示xyzxyz、、、、、二、六点定位原理几点注意：定位是指限制自由度，几“点”定位不能机械地理解成几个接触点对限制自由度应理解为定位支承点与工件定位基准面始终保持紧贴接触一个定位支承点仅限制一个自由度，定位支承点数目原则上不应超过工件自由度数目自由度被限制，是指工件在此方向上有确定的位置，不考虑外力的影响（注：定位和夹紧的区别）定位支承点是抽象的，通过具体定位元件来体现二、六点定位原理工件的6个自由度均被限制，称为“完全定位”。工件6个自由度中有1个或几个自由度未被限制，称为“不完全定位”或“部分定位”。完全定位与不完全定位不完全定位主要有两种情况：①工件本身相对于某个点、线是完全对称的，则工件绕此点、线旋转的自由度无法被限制（即使被限制也无意义）。例如球体绕过球心轴线的转动，圆柱体绕自身轴线的转动等。②工件加工要求不需要限制某一个或某几个自由度。如加工平板上表面，要求保证平板厚度及与下平面的平行度，则只需限制3个自由度就够了。二、六点定位原理完全定位与不完全定位ZYXa）ZYXb）ZYXc）ZYXd）e）ZYXf）ZYX工件应限制的自由度二、六点定位原理欠定位工件加工时必须限制的自由度未被完全限制，称为“欠定位”。欠定位不能保证工件的正确安装，因而是不允许的。欠定位示例XZYa）b）BBB二、六点定位原理过定位过定位——工件某一个自由度（或某几个自由度）同时被两个（或两个以上）定位支承点限制，称为“过定位”或“重复定位”。过定位是否允许，要视具体情况而定：1）如果工件的定位面经过机械加工，且形状、尺寸、位置精度均较高，则过定位是允许的。有时还是必要的，因为合理的过定位不仅不会影响加工精度，还会起到加强工艺系统刚度和增加定位稳定性的作用。2）反之，如果工件的定位面是毛坯面，或虽经过机械加工，但加工精度不高，这时过定位一般是不允许的，因为它可能造成定位不准确，或定位不稳定，或发生定位干涉等情况。过定位分析a）ZYXYc）ZYXY二、六点定位原理b）ZYYX过定位分析XYa）ZYb）ZYXY二、六点定位原理三、常见的定位方式和定位元件定位元件的设计要求：1）要有与工件相适应的精度2）要有足够的刚度，不允许受力后发生变形3）要有耐磨性，以便在使用中保持精度。一般多采用低碳钢渗碳淬火或中碳钢淬火，硬度为58～62HRC。1、工件以平面定位利用工件上一个或几个平面作为定位基面来定位工件的方式，称为平面定位。如箱体、支架、机座、板盘类零件的加工，多用平面定位。平面定位的主要形式是支承定位。常用的定位元件有支承钉、支承板、及平面等。ZXYZXYZXYZXYZXYZXY1、工件以平面定位基本支承包括固定支承、可调支承、自位支承。（1）固定支承1、工件以平面定位（2）可调支承顶端位置可在一定高度范围内调整的支承。多用于未加工平面的定位，以调节和补偿各批毛坯尺寸的误差。1、工件以平面定位（3）自位支承本身的位置能在定位过程中自动适应工件定位基面位置变化。多用于刚度不足的毛坯表面或不连续的平面的定位，以调节和补偿各批毛坯尺寸的误差。1、工件以平面定位辅助支承2、工件以圆孔定位（1）定位销主要用于直径小于50mm的中小孔定位。定位销、定位心轴2、工件以圆孔定位（2）圆锥销常用于工件孔端的定位2、工件以圆孔定位（3）定位心轴间隙配合心轴、过盈配合心轴、小锥度心轴3、工件以外圆柱面定位（1）V形块V形块、定位套筒、半圆孔定位座3、工件以外圆柱面定位（2）定位套筒3、工件以外圆柱面定位（3）半圆孔定位座3、工件以外圆柱面定位（4）外圆定心夹紧机构b)c)图4-20弹簧夹头弹簧夹头套筒4、工件以组合表面定位（1）一个平面和两个与其垂直的孔的组合D1D2d2d1JLKLJL-KLb22JK2()Db一面两销定位时的干涉现象-配合一面两销定位时的干涉现象-削边d=3~50mmd50mmd很小4、工件以组合表面定位（2）一个平面和两个与其垂直的外圆柱面的组合4、工件以组合表面定位（3）一个孔和一个平行于孔中心线的平面的组合第三节定位误差分析主要内容：一、定位误差及其产生原因二、定位误差的计算三、保证加工精度的条件一、定位误差及其产生原因定位误差：设计基准在工序尺寸方向上的最大位置变动量，称为定位误差，以Δdw表示。定位误差产生的原因：1、定位基准与工序基准不重合；2、定位副制造不准确。1、定位基准与设计基准不重合产生的误差基准不重合误差（Δjb）2、定位副制造不准确时产生的误差基准位移误差（Δjw）由于定位副制造不准确，使得设计基准位置发生变动而产生的定位误差2、定位副制造不准确时产生的误差Δjw=Dmax-dmin=ΔD+Δd+ΔDmaxdminOΔjwO1O2当心轴水平放置时当心轴垂直放置时Δjw=（ΔD+Δd）12二、定位误差的计算方法1：先分别求出基准位移误差和基准不重合误差，再求出其在加工尺寸方向上的矢量合，即Δdw＝Δjb＋Δjw方法2：按最不利的情况，确定一批工件设计基准的两个极限位置，再根据几何关系求出此两位置的距离，并将其投影到加工尺寸方向上，便可求出定位误差。定位误差计算实例如图所示，直径为的轴在V形块上定位铣平面，加工表面的工序尺寸有三种不同的标注方式：1）要求保证上母线到加工面的尺寸H1，即设计基准为B；2）要求保证下母线到加工面的尺寸H2，即设计基准为C；3）要求保证轴心线到加工面的尺寸H3，即设计基准为O；分别见图a、b、c。0dd定位误差计算实例Δdw1＝（Δd/2）{1＋[1/sin(/2)]}Δdw2＝（Δd/2）{[1/sin(/2)]-1}Δdw3＝（Δd/2）[1/sin(/2)]定位误差计算实例(补充)b图：Δdw＝Δjw+Δjb＝0+(0.15+0.2)c图：Δdw＝Δjw+Δjb＝0+0.2三、保证加工精度的条件δ工件——工件的加工允差Δ夹具——与采用夹具有关的误差Δ加工——除夹具外，与工艺系统其它一些因素有关的加工误差则保证加工精度的条件为：δ工件≥Δ夹具＋Δ加工上式称为采用夹具加工时的误差计算不等式制订夹具公差时，应保证夹具的定位、制造和调整误差的总和不超过零件公差的1/3。第四节工件在夹具中的夹紧主要内容：一、夹紧装置的组成及基本要求二、夹紧力的确定三、典型夹紧机构四、夹紧动力源装置一、夹紧装置的组成及基本要求1、力源装置（常见动力类别）2、中间传力装置3、夹紧元件改变作用力的方向；改变作用力的大小；使夹紧实现自锁，保证力源提供的原始力消失后，仍能可靠地夹紧工件。中间传力装置的作用：一、夹紧装置的组成及基本要求夹紧元件应满足的基本要求夹紧时不能破坏工件定位后获得的正确位置；加紧力大小要合适，既要保证工件在加工过程中不移动、不转动、不振动，又不能使工件产生变形或损伤工件表面；夹紧动作要迅速、可靠，且操作要方便、省力、安全；结构紧凑，易于制造和维修。二、夹紧力的确定确定三要素：大小、方向、作用点1、夹紧力方向的确定原则：（1）夹紧力的作用方向应垂直于主要定位基准面二、夹紧力的确定1、夹紧力方向的确定原则：（2）夹紧力的作用方向应使所需夹紧力最小二、夹紧力的确定1、夹紧力方向的确定原则：（3）夹紧力的作用方向应使工件变形尽可能小二、夹紧力的确定2、夹紧力作用点的确定原则：（1）夹紧力的作用点应落在支承元件或几个支承元件形成的稳定受力区域内二、夹紧力的确定2、夹紧力作用点的确定：（1）夹紧力的作用点应落在支承元件或几个支承元件形成的稳定受力区域内（2）夹紧力的作用点应落在工件刚性好的部位二、夹紧力的确定2、夹紧力作用点的确定：（1）夹紧力的作用点应落在支承元件或几个支承元件形成的稳定受力区域内（2）夹紧力的作用点应落在工件刚性好的部位（3）夹紧力的作用点应尽可能靠近加工面二、夹紧力的确定3、夹紧力大小的确定：（1）手动夹紧时不必算出加紧力的确切值，可凭经验进行夹紧（2）机动夹紧时须计算夹紧力，以便决定动力部件（如气缸、液压缸直径等）的尺寸具体计算时可根据切削力、工件重力的大小、方向和相互位置关系进行计算，根据工件静力平衡方程式，计算出理论夹紧力，并乘以安全系数K，最终确定实际夹紧力。三、典型夹紧机构1、斜楔夹紧夹紧力：PQ12tantan()FF斜楔夹角的自锁条件：α≤φ1+φ2三、典型夹紧机构1、斜楔夹紧斜楔夹紧的特点：有增力作用（扩力比ip≈3，且α越小，增力越大）夹紧行程小（α越小，夹紧行程越小）结构简单，但操作不方便三、典型夹紧机构2、螺旋夹紧特点：结构简单，夹紧可靠扩力比大（ip＝80）夹紧行程不受限制夹紧动作慢，辅助时间长，效率低应用场合：手动夹紧三、典型夹紧机构3、偏心夹紧特