第4章机床夹具原理与设计2-2

黄微机械制造技术基础第四章机床夹具原理与设计本章主要教学安排次序教学内容课时分配1、第一节机床夹具概述1学时第二节工件在夹具中的定位1学时2、工件在夹具中的定位1学时第三节定位误差分析1学时3、定位误差分析2学时4、第四节工件在夹具中的夹紧2学时*第五节各类机床夹具*第六节现代机床夹具(自学)*第七节机床夹具设计的步骤重点：工件的定位原理及定位元件，定位误差分析难点：定位误差分析与计算第三节定位误差分析（115）•一、定位误差及其产生原因•对一批工件来说，刀具经调整后其位置是不动的。被加工工件的位置相对于刀具的位置应该是确定的，但由于各种原因会使工件的定位不准确。•定位误差是指一批工件在夹具中由于定位不准确，使工件的设计基准或定位基准在工序尺寸方向上产生的最大位置变动量，用△dw表示。•分析定位误差时应注意：误差有方向，不同方向的误差要分别分析、分别计算。2、定位误差的来源与组成①定位基准和工序基准（或设计基准）不重合，引起的工序基准相对定位基准在加工尺寸方向上的最大位置变动范围称为基准不重合误差。用△jb表示。②定位基准面和定位元件（定位副）本身的制造误差所引起的定位基准在加工尺寸方向上的最大位置变动范围称为基准位移误差。用△jw表示。定位误差为：△dw=△jb∓△jw注意：♬用调整法加工一批零件才能产生定位误差，用试切法加工将产生偏差，不产生定位误差；♬定位误差是一个界限值（一个范围）；♬符号∓的选择根据实际情况确定；♬△jb≥0；△jw≥0。二、定位误差的计算•1、定位基准与设计基准不重合产生的定位误差•基准不重合误差。P118定位元件选平面易加工，精度高；故有△jw=0，△dw=△jb。注：若定位基准是毛坯面，则仍有△jw。前工序各面均已加工完，本工序按A±ΔA加工面2。定位基准在面3，设计基准在面2，定位基准与设计基准不重合，有基准不重合误差。基准不重合误差大小为TH。改进方法。2、工件以心轴定位时的定位误差P118•基准位移误差△jw是指工件的定位基准在加工尺寸方向上的变动量。由工件定位面和夹具定位元件的制造误差以及两者之间的间隙所引起。若孔：Dmax=D+TD、Dmin=D；若轴：dmax=d、dmin=d-Td；Xmin=0,基准位移误差:△jw=1/2(△d+△D)Xmin≠0,基准位移误差:△jw=1/2(△d+△D+Xmin)例：（重力或夹紧力作用）△jb=0△jb=Td1/2△jb=03、以外圆定位时的定位误差计算P119图4-36H1尺寸△jw≠0△jb≠0H2尺寸△jw≠0△jb≠0H3尺寸△jw≠0△jb=012sin121ddW12sin122ddW2sin123ddW•定位误差分析：•a)定位误差ΔdW随毛坯误差Td的增大而增大；•b)定位误差ΔdW随V形块夹角α增大而减小，但稳定性变差；•c)定位误差ΔdW与工序尺寸标注方式有关，ΔdW2＞ΔdW1＞ΔdW3，因此在图纸上标注时应该象…？…那样标注！***4、以一面两销定位时的定位误差计算1）在平面内任意方向的位移误差孔O1中心偏移在直径为△dw1圆内，△dw1=TD1+Td1+X1min孔O2在X方向偏心与孔O1相同（不限位），为△dw1在Y方向偏心在直径为△dw2，△dw2=TD2+Td2+X2min2）转角误差△θ=arctan(TD1+Td1+X1min+TD2+Td2+X2min)/2L要减小角度定位误差，①提高孔销精度，减小配合间隙；②增大孔（销）中心距若工件的加工允差为δ工件，Δ夹具表示与采用夹具有关的误差（包括：夹具制造、安装、工件的定位等），Δ加工表示除夹具外与工艺系统其它因素（包括：机床误差、刀具误差、受力受热变形等）有关的加工误差。为保证工件的加工精度要求，应满足误差计算不等式：T公差＝δ工件≥Δ夹具＋Δ加工＋Δ其它制订夹具公差时，应保证夹具的定位、制造和调整误差的总和不超过零件工序尺寸公差T的三分之一。T/3≥Δ夹具=ΔdW上式是用于判断定位误差合格与否的公式。五、保证加工精度的条件P122第四节、工件在夹具中的夹紧P123一.夹紧装置的组成及基本要求图4-39第四节、工件在夹具中的夹紧P123一.夹紧装置的组成及基本要求组成（1）力源装置：产生夹紧力的装置。动力有：气动、液动、机动手动；（2）中间传力机构：杠杆；（3）夹紧元件：压板。传力机构作用1）改变作用力的方向；2）改变作用力的大小；3）使夹紧实现自锁。1）夹紧时不破坏工件定位后的正确位置；稳2）夹紧力大小要适当；牢3）夹紧动作要迅速、可靠；快4）结构紧凑，易于制造与维修，成本要低。基本要求二.夹紧力的确定P123必须合理确定夹紧力的三要素：大小、方向和作用点(1)夹紧力方向的确定1）夹紧力的作用方向应垂直于主要定位面图4-392）夹紧力的作用方向应使所需夹紧力最小图4-41夹紧力最小夹紧力其次夹紧力最大PQ夹紧力、PP切削力、W重力3）夹紧力的作用方向应使工件变形尽可能小图4-32２、夹紧力作用点的确定1）夹紧力应作用在刚度较好部位图4-342）夹紧力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。见P124图4-433）夹紧力作用点应尽可能靠近加工表面。图4-35３、夹紧力的大小P125夹紧力的大小根据切削力、工件重力的大小、方向和相互位置关系，列出受力图后具体计算，并乘以安全系数K。一般精加工时：K=1.5～2，粗加工时：K=2.5～3。三.典型夹紧机构P1091、斜楔夹紧机构图4-36斜楔夹紧的特点P110：1）有增力作用；2）若s为水平移动距离，h为垂直方向的夹紧行程。h/s=tanα，故h远小于s，夹紧行程小；3）结构简单，效率低，操作不方便。4）主要用于机动夹紧，且毛坯质量较高的场合。5）有自锁的能力，Φ1=Φ2=Φ=5°～7°，当α＜10～14°时自锁。螺旋夹紧特点：1）结构简单，自锁性好，夹紧可靠；2）增力比可达到80,远比斜楔夹紧力大；3）夹紧行程不受限制；4）夹紧动作慢，辅助时间长，效率低2、螺旋夹紧图4-473偏心夹紧机构常见的偏心轮—压板夹紧机构图4-48*4其它夹紧机构1）螺旋压板夹紧机构2）螺旋定心夹紧机构3）多件夹紧机构四、夹紧动力源装置P128气动、液压、电磁、真空等，气动－液压组合夹紧。*五、夹具的连接元件、对刀装置和引导元件1.连接元件2.对刀装置图4-543.引导元件图4-61镗刀组件*第五节、各类机床夹具(自学)1、钻床夹具1、钻床夹具2、铣床夹具3、车床夹具3、组合夹具P138*第七节机床夹具设计的基本步骤(自学)•一、对机床夹具的基本要求•①保证工件的加工精度；•②提高机械加工的劳动生产率；•③结构简单，有良好的结构工艺性和劳动条件；•④应能降低工件的制造成本。•二、夹具设计的步骤•⑴研究原始资料，明确设计任务；•⑵确定夹具的结构方案，绘制结构草图；•⑶绘制夹具总图；•⑷确定并标注有关尺寸和夹具技术要求；•⑸绘制夹具零件图1研究原始资料，明确设计任务为明确设计任务，首先应分析研究工件的结构特点、材料、生产规模和本工序加工的技术要求以及前后工序的联系；然后了解加工所用设备、辅助工具中与设计夹具有关的技术性能和规格；了解工具车间的技术水平等。必要时还要了解同类工件的加工方法和所使用夹具的情况，作为设计的参考。2考虑和确定夹具的结构方案，绘制结构草图确定夹具的结构方案时，主要解决如下问题：根据六点定位原理确定工件的定位方式，并设计相应的定位装置；确定刀具的引导方法，并设计引导元件或对刀装置；确定工件的夹紧方式和设计夹紧装置；确定其它元件或装置的结构型式，如定向键，分度装置等；考虑各种装置、元件的布局，确定夹具体和总体结构。对夹具的总体结构，最好考虑几个方案，画出草图，经过分析比较，从中选取较合理的方案。3绘制夹具总图夹具总图按国家标准绘制，图形的比例尽量取1:1，使所绘的夹具总图直观，如工件过大时可用1:2或1:5的比例，过小时可用2:1的比例。总图中的视图应尽量少，但要能清楚地表示出夹具的工作原理、结构及各种装置或元件之间的位置关系等。主视图应取操作者实际工作时的位置，以作为装配夹具的依据并供使用时参考。绘制总图的顺序是：先用双点划线绘出工件的轮廓外形，并显示加工余量；然后把工件视为透明体，按照工件的形状及位置依次绘出定位、导向、夹紧及其它元件或装置的具体结构；最后绘制夹具体。4确定并标注有关尺寸和夹具技术要求在夹具总图上应标注轮廓尺寸，必要的装配、检验尺寸及其公差，制定主要元件、装置间的相互位置精度要求等。当加工的技术要求较高时，应进行工序精度分析。5绘制夹具零件图夹具中的非标准零件都必须绘制零件图。在确定这些零件的尺寸、公差或技术条件时，应注意使其满足夹具总图的要求。在夹具设计图纸全部绘制完毕后，所设计的夹具还有待于实践的验证。有时可能要对原设计作必要的修改。因此设计人员应关心夹具的制造和装配过程，了解使用过程，以便发现问题及时加以改进，使之达到正确设计的要求。只有夹具制造出来了，使用合格后才能算完成设计任务。在实际工作中，上述设计程序并非一成不变，但设计程序在一定程度上反映了设计夹具所要考虑的问题和设计经验，因此对于缺乏设计经验的人员来说，遵循一定的方法、步骤进行设计是有益的。本章小结•1.机床夹具是由定位元件、夹紧装置、对刀元件、夹具体部分组成，机床夹具设计中定位与夹紧是夹具设计的重点。•2.定位就是确定工件在夹具中的正确位置，是通过在夹具上设置正确的定位元件与工件定位面的接触实现的。工件的定位有完全定位和不完全定位，要根据其具体加工要求而定，欠定位在夹具设计中是不容许的，而过定位则可有条件的采用。•3.由于定位副制造不准确或采用了两基准不重合定位等原因，定位过程中会产生定位误差，定位误差要根据具体情况进行分析计算。•4.为克服外力干扰使工件在夹具中保持正确的位置需要夹紧。夹紧一般在定位之后，有时定位与夹紧是同时进行的，如膨胀式定心夹紧机构；三爪自动卡盘装夹工件。•5.车、铣、钻、磨等不同的机床，其夹具设计具有各自的特点，具体应根据夹具设计的基本要求和步骤进行设计。齿轮设计基准：中心线、中心面、B面、尺寸22.6mm下端；定位基准：一面一短销(孔中心)；测量基准：根据互换课讲的齿轮检测项目；装配基准：中心线、B面小轴台肩2的设计、测量基准：左端面；定位基准：中心线（由顶尖体现）；右顶尖x、z左顶尖x、y、z一面x、y、z左顶尖x、y、z右顶尖x、z一销y、z面x、y、z短销x、yV形块z长V形块y、z、y、z端面x短销x长V形块y、z、y、z窄V形块x、xP146习题4-73在一圆柱零件表面上加工一键槽，要求保证极限尺寸30至29.8mm,用角度为90度的V形块定位，计算该尺寸的定位误差。问该定位能否满足加工要求？△dw=0.062＜T/3=0.2/3=0.0666mm满足加工要求解：定位元件用V形块；工序基准或设计基准：轴下缘定位基准：轴中心线，两基准不重合。基准不重合误差：△jb=Td/2=0.3/2=0.15mm基准位移误差：△jw=Td/2sin45°=0.212mm定位误差：△dw=△jb-△jw=0.15-0.212=0.062mm工序尺寸是30mm,工序尺寸公差是0.2mm。定位元件是底平面，两基准不重合。有基准不重合误差。设计基准定位基准工序尺寸是C±Tc,工序尺寸公差是Tc。基准不重合误差：TA+TBT同轴。求定位误差，问该定位能否满足加工要求？解：定位元件用水平放置的心轴，工序尺寸是L。设计基准：轴下缘，定位基准：孔中心线，两基准不重合。基准不重合误差：△jb=Td/2+T同轴=0.06/2+0.04=0.07mm基准位移误差：△jw=(Td+TD+Xmin)/2=Xmax/2=(0.021+0.02)/2=0.0205mm定位误差：△dw=0.07+0.0205=0.0905mm＞T/3＝0.043/3mm工件外圆和内孔的同轴度误差不合格△dw的计算工件以平面定位：定