汽车制造工艺学8

第8章工件装夹与机床夹具12338.1工件装夹与机床夹具概述8.2基准问题8.3工件定位原理及其应用下一页8.4工件定位方式及定位元件34第8章工件装夹与机床夹具56378.5工件在夹具上的夹紧8.6车床夹具8.7铣床夹具返回8.8钻床夹具3898.9镗床夹具8.1工件装夹与机床夹具概述8.1工件装夹与机床夹具概述实现汽车零件的机械加工，首先必须在机床上完成工件装夹，使得工件相对刀具保持精确定位和获得夹紧，以保证加工工序的完成和稳定的加工质量。机床夹具是机床上完成工件装夹的重要工艺装置如图8-1所示的钻孔夹具，工件在心轴、套筒端面上定位，拧紧心轴螺母，夹牢零件，然后钻头穿过钻套进行加工.下一页返回8.1工件装夹与机床夹具概述8.1.1工件装夹要求与夹具功能1.保证加工质量工件装夹的首要任务是保证加工精度，保证被加工件的加工面与定位面之间以及被加工表面之间的位置精度。用夹具装夹工件进行加工时，工件相对于刀具及机床的位置精度由夹不受工人技术水平的影响，所以工件的加工精度基本一致。2.提高劳动生产率使用夹具完成工件装夹，可以减少划线、找正、调整等辅助时间，且易于实现多件、多工位加工，并能提高工件刚性而允许使用较大切削用量。采用机动夹紧装置还可实现快速装夹，这对汽车零件的大批量生产至关重要。上一页下一页返回8.1工件装夹与机床夹具概述3.扩大机床使用范围在机床上使用夹具可使复杂加工得以简化，以打一大机床的使用范围。如在车床上使用锁模完成锁孔工作;又如，可使用靠模夹具在车床或铣床上进行仿形加工。4.降低工人的劳动强度，保证安全实施多件装夹可减少夹紧次数、增加上下料装置等，从而降低工人的劳动强度。同时还可以通过在夹具设计中采用可靠装夹和必要的防护装置来保证工人操作安全上一页下一页返回8.1工件装夹与机床夹具概述8.1.2夹具的组成在前面已经介绍，在机床上完成工件装夹主要依靠机床夹具，机床夹具的组成将围绕夹具功能的实现而设定(如图8-2所示)，其主要组成如下:1.定位元件用来确定工件在机床夹具中正确位置的元件称为定位元件。定位元件上必须有其相应的定位面直接与工件基准面发生接触。机床夹具的定位面是指定位元件上的一个平面、外圆柱面、圆孔或组合表面，而基准面则是指工件形体上的表面，绝不能把机床夹具的定位面与工件的基准面混为一谈。夹具常见定位元件包括支承钉、支承板、v形块和圆柱销等，而支承钉表面和v形块表面均为定位面。夹具的定位元件应采用较好的材料制造，以保证其具有良好的耐磨性和使用寿命.上一页下一页返回8.1工件装夹与机床夹具概述2.夹紧装置夹紧装置是将工件压紧夹牢，确保其在加工过程中不因受外力作用而破坏定位的装置。它由夹紧元件、夹紧机构和动力装置组成，如图8一2所示的手柄。3.对刀装置对刀装置是确定或引导刀具与工件被加工面之间位置的元件，如图8一2所示的对刀块。4.连接元件连接元件是能够确保夹具在机床上有正确位置的元件，如图8一2所示的定向键。上一页下一页返回8.1工件装夹与机床夹具概述5.夹具体夹具体是将夹具所有零部件连接成为一个整体的基础构件，如图8一2所示的夹具体。6.其他装置其他装置是指根据工件的某些特殊加工要求而设置的装置，如分度装置、靠模装置和上下料装置等。8.1.3夹具的分类机床夹具按使用范围分为通用夹具、专用夹具、成组夹具、组合夹具和随行夹具五种基本类型。1.通用夹具车床上三爪卡盘、四爪单动卡盘，铣床上平口钳、分度头、回转台等均属于通用夹具。通用夹具一般已标准化，市场上可以买到。通用夹具特点是适应性强，但生产效率低，主要适用于单件小批量生产。上一页下一页返回8.1工件装夹与机床夹具概述2.专用夹具专用夹具是针对某一零件某一道工序专门设计的。其特点是结构紧凑，操作迅速、方便、省力，可以保证较高的加工精度和生产效率。但其设计制造周期较长，制造费用较高，当产品变更时，夹具将无法再使用，其只适用于产品固定且批量较大的生产。针对汽车生产，本章将重点讨论专用夹具。3.成组夹具成组夹具是用于相似零件成组加工的夹具。4.组合夹具组合夹具是由一套完全标准化的元件根据零件的加工要求拼装而成的夹具。其特点是灵活多变，通用性强，制造周期短，元件可以重复使用，适合于新产品试制和单件小批量生产。上一页下一页返回8.1工件装夹与机床夹具概述5.随行夹具随行夹具是指在加工自动线上所使用的夹具，它可载着工件移动到相关工位。夹具按所使用的机床不同还可分为车床夹具、铣床夹具、钻床夹具、锁床夹具、磨床夹具和齿轮机床夹具等。根据夹紧动力源不同也可将其分为手动夹具、气动夹具、液压夹具、电动夹具和磁力夹具等。上一页返回8.2基准问题8.2.1基准的概念工件是由若干空间点、线、面所构成的几何实体，其形状、线、面间的相互位置关系，包括尺寸大小、平行度、同轴度等。基准问题。那什么叫基准呢?基准是指用来确定工件几何要素间的几何关系所依据的那些位置与尺寸决定于所有点、这里必须提出一个几何性的点、线、面(参考系)。8.2.2基准的分类根据基准作用的不同，其可分为设计基准和工艺基准两大类。1.设计基准设计基准即设计图样上所选用的基准示的轴线、平面A和C，它们都是设计基准如图8一3(a)所示的球心0和图8一3(b)所，其中A,C互为设计基准下一页返回8.2基准问题2.工艺基准及其分类工艺基准即机械加工工艺过程中所采用的基准。工艺基准按用途不同分为工序基准、定位基准、测量基准和装配基准四种。(1)工序基准—加工工序图上的基准(见图8-4)工序基准用以确定本工序加工表面加工后必须保证的尺寸、形状与位置。工序基准应尽可能与设计基准重合。为使定位或试切测量方便，工序基准可与定位基准或测量基准重合，这种原则称为基准重合原则。(2)定位基准—加工时用作工件定位的基准定位基准由实际存在的端面或内外圆柱面(体现假想的内、外圆柱轴线)作为定位基面。如图8一5所示的C面和D面。定位基准(基面)又有粗基准和精基准之分。下一页返回上一页8.2基准问题(3)测量基准—用以测量被加工表面尺寸和位置的基准图8一6(a)段2的径向跳动)中以圆柱面素线作为测量基准。图8-6(b)所示为在V形铁上测量轴，轴颈1和轴颈2的共同轴线3是测量基准(4)装配基准—装配时用以确定零件或部件在产品中的相对位置所采用的基准图8-7(a)所示为以A端面和轴颈面为装配基准面;图8一7(b)所示的倒挡齿轮2则以壳体1右端内端面和内孔表面为装配基准面。上一页返回8.3工件定位原理及其应用8.3.1工件的六点定位原理1.工件的自由度任何工件(自由刚体)在空间直角坐标系中均有6个活动的可能性，即沿轴X、Y,Z方向的移动自由度;绕轴X、Y,Z的转动自由度理论上统一将工件某个方向活动的可能性称为一个自由度，那么，工件在空间就可能具有6个自由度，即，如图8一8所示。2.六点定位原理(六点定位规则)用合理分布的6个支承点限制工件的6个自由度，即给定相应的6个约束，就此确定其空间唯一确切位置，此称为六点定位原理或六点定位规则。如图8一9所示。为保证加工精度要求，常见加工工件形式所应限制的自由度见表8-1.下一页返回8.3工件定位原理及其应用3.应用六点定位原理的注意事项夹具中的实际定位支承并非几何学中的点、线、面，可用窄长平面(条形)替代直线(见图8-10(b)I、II)，用小平面替代点(见图8一l0(b)Ⅲ)。定位时，要求支承点与工件定位基准面始终保持接触，这样才能限制自由度，起到定位约束作用。一般来说，支承点的定位作用不受力的影响。外力作用将通过夹紧装置对工件实施夹紧。上一页下一页返回8.3工件定位原理及其应用8.3.2工件正确定位应限制的自由度工件在夹具中的定位，归属于工序定位，即要求将前后工件能够准确定置在一定工位上完成所有工序内容。工件定位只需限制对加工精度有影响的自由度，并非6个自由度必须全部被限制。因此，工件的自由度可以被分为第一类自由度和第二类自由度。第一类自由度为保证加工要求而必须限制的自由度;第二类自由度为与加工精度要求无关紧要的自由度。对第二类自由度是否实施限制，应根据工件承受切削力、夹紧力和刀具在工件加工表面运行工作行程范围来考虑。上一页下一页返回8.3工件定位原理及其应用8.3.3关于几种工件定位的定义1.完全定位完全定位，即已不重复地限制了工件6个自由度的定位。当工件在X、Y,Z:三个坐标方向均有尺寸要求或位置精度要求时，一般采用完全定位，如长方体上铣不通槽。2.不完全定位根据工件加工要求，不需要限制工件全部自由度的定位方式称为不完全定位。如图8-12所示均为不完全定位。3.欠定位第一类自由度未被完全限制的工件定位即为欠定位。因为欠定位无法保证加工要求，故零件机械加工中绝不允许有欠定位现象发生。上一页下一页返回8.3工件定位原理及其应用如图8一11所示在长方体上铣槽，如了未限制，就不能保证槽底与工件下底面的距离尺寸要求;如果x或了未限制，同样就不能保证槽底面与工件底面的平行度要求。4.过定位过定位也称重复定位或超定位，属于多个定位元件重复限制同一个自由度的定位现象。如图8一13所示，工件上平面对A面有垂直度公差要求，若用夹具两个大平面A,B定位，则A面限制了工件了、了、了三个自由度，B面被限制了工件了、了、了三个自由度，其中自由度了被A,B面同时重复限制，这显然是一种过定位。过定位容易出现定位干扰，产生加工误差。通常情况下应该尽可能消除或减少过定位现象。要消除或减少过定位现象，建议采取以下措施或方法:上一页下一页返回8.3工件定位原理及其应用方案一:改变定位元件结构。如缩小定位元件工作面的接触长度或减小定位元件的配合尺寸，增大配合间隙等，如图8一14(a)所示。方案二:提高工件定位基准及定位元件工作表面间的位置精度。如把定位面的接触改为线接触等。方案三:采用菱形销(削边销)，即常在采用“一面两孔”组合定位时，将两定位销中的一个改制成菱形销(削边销)。菱形销的长轴与两孔中心连线垂直，如图8一14(b)所示。这样既可保证机床夹具定位的准确性，又不致使工件出现过定位现象过定位是否允许存在，要视具体情况而定。如果工件定位基准面经机械加工后，其形状、尺寸、位置精度较高，则可允许过定位存在且具有必要性上一页返回8.4工件定位方式及定位元件机械夹具中常用的定位方式有平面、外圆、内孔和V形块等，而这些定位方式则由定位元件来实现。定位元件的结构不仅要保证工件定位要求，也要适应定位元件自身的制造和装配要求等。一般来说，对于夹具定位元件的设计，需要满足下列要求:①定位元件的精度要与工件加工精度相匹配。②要有足够的刚度。③具有良好的耐磨性下一页返回8.4工件定位方式及定位元件8.4.1平面定位平面定位是夹具中最常见的定位方式，它由支承钉和支承板实现，支承元件通常有固定式、可调式和浮动式三类。1.固定支承固定支承一般用于已加工平面的定位。支承钉有平头式、球头式、锯齿头式和套筒式四种形式，如图s一巧所示。平头支承钉用于精基准，并要求在安装后磨削一次，其精度较高;球头支承钉用于粗基准;锯齿头支承钉由于易积存铁屑而影响定位，故通常用于侧面定位;套筒式便于支承钉磨损后更换，同时保护了底板零件不被磨损，多用于大量生产。支承钉与底板连接根部采用退刀槽结构是为了保证其自身定位牢靠。上一页下一页返回8.4工件定位方式及定位元件支承板有无槽和有槽两种结构形式，如图8一16所示，拟用螺钉与下底板固定。无槽式支承板内埋头螺钉处容易积存铁屑，故常用于侧面定位或顶面定位。有槽式支承板结构主要用于避免积存铁屑，同时可以减小支承面积，且其定位表面的精度较高。固定支承钉与夹具底座一般采用H7/m6配合。带套筒者与套筒采用H7/js6配合。其使用材料与制造工艺要求如下:对于直径d12mm的支承钉或支承板，可采用T7A钢+淬火处理;对于d12mm的支承钉或支承板，则采用20钢+渗