工件的定位夹紧与夹具设计

4工件的定位夹紧与夹具设计本章提要为保证工件的加工要求，必须使工件在机床上处于准确的位置，夹具就是用来实现这一要求的。用夹具定位涉及到三层关系：（1）工件在夹具上的定位；（2）夹具相对于机床的定位；（3）工件相对于机床的定位——间接通过夹具来保证的。本章主要讨论工件在夹具上的定位原理。工件定位以后必须通过一定的装置产生夹紧力，使工件保持在准确的位置上。这种产生夹紧力的装置就是夹紧装置。夹紧装置的设计与计算也是本章所讨论的主题。内容提纲机床夹具概述工件的定位工件的夹紧夹具的基本要求和设计步骤4.14.24.34.44.1夹具的基本概念一、定义定位：工件在机床上加工时，为保证加工精度和提高生产率，必须使工件在机床上相对刀具占有正确的位置，这个过程称为定位。夹紧：为克服切削过程中工件受外力的作用而破坏定位，必须对工件施加夹紧力，这个过程称为夹紧。装夹：定位和夹紧综合称为装夹。机床夹具：完成装夹的工艺设备称为机床夹具。二、夹具的组成图为用于钻轴套工件上φ6H7孔的钻床夹具，工件以内孔及端面为定位基准，在夹具的定位销6及其端面上定位，即确定了工件在夹具中的正确位置。拧紧螺母5，通过开口垫圈4可将工件夹紧，然后由装在钻模板3上的快换钻套1导引钻头进行钻孔。定位元件：它与工件的定位基准相接触，用于确定工件在夹具中的正确位置，从而保证加工时工件相对于刀具和机床加工运动间的相对正确位置。如图的定位销7；夹紧装置：用于夹紧工件，在切削时使工件在夹具中保持既定位置。如图的螺母5、开口垫圈4；导向元件和对刀元件：这些元件的作用是保证工件与刀具之间的正确位置。用于确定刀具在加工前正确位置的元件，称为对刀元件，如对刀块。用于确定刀具位置并导引刀具进行加工的元件，称为导引元件。如图的钻套1；连接元件：使夹具与机床相连接的元件，保证机床与夹具之间的相互位置关系。夹具体8：夹具的关键部件，保证各元件之间的相对位置，控制刀具相对于工件的位置，用于连接或固定夹具上各元件及装置，使其成为一个整体的基础件。它与机床有关部件进行连接、对定，使夹具相对机床具有确定的位置。其它元件和装置：有些夹具根据加工要求，有分度机构，铣床夹具还要有定位键（连接元件）等。以上这些组成部分，并不是对每种机床夹具都是缺一不可的，但是任何夹具都必须有定位元件和夹紧装置，它们是保证工件加工精度的关键，目的是使工件定准、夹牢。三、夹具的作用保证加工精度零件加工精度包括尺寸精度、几何形状和表面相互位置精度。夹具的最大功用是保证加工表面的位置精度，不受工人技术水平的影响，使一批工件的加工精度趋于一致。提高生产率，降低生产成本使用夹具装夹工件方便、快速，工件不需要划线找正，可显著地减少辅助工时；工件在夹具中装夹后提高了工件的刚性，可加大切削用量；可使用多件、多工位装夹工件的夹具，并可采用高效夹紧机构，进一步提高劳动生产率。扩大机床的加工范围根据加工机床的成形运动，附以不同类型的夹具，即可扩大机床原有的工艺范围。例如在车床的溜板上或摇臂钻床工作台上装上镗模，就可以进行箱体零件的镗孔加工。减轻工人劳动强度可用气动、电动夹紧。机床夹具1.按夹具的应用分2.按机床类型分四、机床夹具的分类3.按夹具所用夹紧动力源分①通用夹具②专用机床夹具③组合夹具④成组夹具⑤随行夹具1．按专门化程度分①通用夹具通用夹具是指已经标准化的，在一定范围内可用于加工不同工件的夹具。例如，车床上三爪卡盘和四爪单动卡盘，铣床上的平口钳、分度头和回转工作台等。这类夹具一般由专业工厂生产，常作为机床附件提供给用户。其特点是适应性广，生产效率低，主要适用于单件、小批量生产中。②专用机床夹具专用夹具是指专为某一工件的某道工序而专门设计的夹具。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，但设计制造周期较长、制造费用也较高。当产品变更时，夹具将由于无法再使用而报废。只适用于产品固定且批量较大的生产中。③组合夹具组合夹具是指按零件的加工要求，由一套事先制造好通用性较好的标准元件和部件组装而成的夹具。由专业厂家制造，其特点是灵活多变，万能性强，制造周期短、元件能反复使用，特别适用于新产品的试制和单件小批生产。④通用可调夹具和成组夹具其特点是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。用于相似零件的成组加工所用的夹具，称为成组夹具。通用可调夹具与成组夹具相比，加工对象不很明确，适用范围更广一些。⑤随行夹具随行夹具是一种在自动线上使用的夹具。该夹具既要起到装夹工件的作用，又要与工件成为一体沿着自动线从一个工位移到下一个工位，进行不同工序的加工。2．按机床类型分：由于各类机床自身工作特点和结构形式各不相同，对所用夹具的结构也相应地提出了不同的要求。按所使用的机床不同，夹具又可分为：车床夹具、钻床夹具、铣床夹具、镗床夹具、磨床夹具、齿轮机床夹具和其他机床夹具等。3．按夹具所用夹紧动力源：根据夹具所采用的夹紧动力源不同，可分为：手动夹具、气动夹具、液压夹具、气液夹具、电动夹具、磁力夹具、真空夹具等。示例21安装误差对定误差刀具的导向或对刀误差即夹具与刀具的相对位置误差；夹具在机床上的定位和夹紧误差即夹具与机床的相对位置误差。加工过程误差加工方法的原理误差，工艺系统的受力变形、工艺系统的受热变形、工艺系统各组成部分（如机床、刀具、量具等）的静精度和磨损等。五、加工误差的组成4.2、工件在夹具上的定位一、工件的安装安装即定位和夹紧。工件在机床上加工时，首先要把工件安放在机床工作台上或夹具中，使它和刀具之间有相对正确的位置，这个过程成为定位；工件定位后，应将工件固定，使其在加工过程中保持定位位置不变，这个过程称为夹紧。定位的任务：使工件相对于机床及刀具占有某一正确的位置。夹紧的任务：是保持工件的定位位置不变。定位与夹紧的区别：定位是使工件占有一个正确的位置，夹紧是使工件保持这个正确位置。工件定位目的：使同批工件在机床或夹具上有正确位置。定位过程与夹紧过程都可能使工件偏离所要求的正确位置而产生定位误差与夹紧误差。装夹误差：定位误差与夹紧误差之和。工件定位时应解决的两个问题：解决工件位置“定与不定”的问题；解决工件位置定得“准与不准”得问题。一次装夹获得法在工件的同一次装夹中将加工面连同其设计基面（如需加工)一并加工出来。可获得很高的位置精度。多次装夹获得法如轴类零件上的键槽、箱体上的孔和各表面等二、工件的定位方法1）直接装夹：在机床上直接装夹工件，来保证加工面与定位基面的位置精度。。•应用:（1）、工件批量小，采用专用夹具不经济；（2）、采用通用夹具装夹比较方便时。2）、找正装夹：通过找正工件相对切削成形运动的准确位置，来保证加工面与定位基面之间的位置精度。a)直接找正装夹:用找正工具(划针,百分表,精密量具等)在机床上直接找正工件位置•效率低,用于单件小批生产,形状简单的零件•定位精度取决于找正工具和工人的技术水平•用划针找正定位精度0.5mm左右•用百分表达0.02mm左右•用精密量具可达0.01—0.005mb)按划线找正装夹:按加工前在工件上划好的线找正工件在机床上位置应用：（1）、单件小批量，形状复杂的铸件；（2）、尺寸和重量都很大的铸锻件；（3）、毛坯的尺寸公差很大，表面很粗糙，一般无法直接使用夹具时。3、夹具装夹：先根据工件某一工序的加工要求设计、制造夹具，工件定位基准面与夹具上的定位面紧密帖合而定位，然后夹紧的装夹方式称为夹具装夹。•特点：精度高且稳定，效率高。适用于成批大量生产三、基准在讨论工件的表面位置精度或误差时，总是相对工件本身的其他一些表面（点、线）而言，因此后者就成为研究表面位置精度或误差的出发点，即所谓基准。基准就是确定生产对象上的某些点、线、面的位置所依据的那些点、线、面。基准设计基准工艺基准工艺基准定位基准测量基准装配基准粗基准精基准辅加基准基准的分类设计基准设计者在设计零件时，很据零件在装配结构中的装配关系以及零件本身结构要素之间的相互位置关系，确定标注尺寸（或角度）的起始位置。设计基准是设计工作图上所采用的基准.可通过零件设计图上尺寸的标注方式看出。工艺基准工艺基准是加工过程中所采用的基准。又分为有工序基准、定位基准和测量基准等。工序基准工序图上用来确定本工序所加工表面加工后的尺寸、形状和位置的基准。通常有两项相对位置要求：一是加工表面对工序基准的距离要求，即工序尺寸要求；二是加工表面对工序基准的角度位置要求，如平行度、垂直度等。定位基准定位基准是在加工中用作定位的基准。一般指与定位元件的表面相接触的工件表满，某些情况下可是工件的几何中心、对称面或对称线。其位置误差应该是诸表面中最小的。测量基准此外还有装配过程中用于确定零、部件间相互位置的装配基准。•度量基准：在测量工件已加工表面的尺寸和位置时所依据的基准。•装配基准：在机器装配时，确定零件在部件或产品中的位置时所依据的基准。注意•作为基准的点、线、面在工件上不一定存在，如中心、对称面或对称线等。体现工艺基准的具体表面称为基面。•作为基准，可以是没有面积的点和线，但体现该基准具体表面总是有一定面积的。•对表面位置精度的关系同样具有基准问题。•基准不重合，产生定位误差。四、定位原理1、六点定位原理物体在空间具有六个自由度，即沿三个坐标轴的移动和绕三个坐标轴的转动，如果完全限制了物体的这六个自由度，则物体在空间的位置就完全确定了。工件的定位应使工件在空间相对于机床占有某一正确的位置，这个正确位置是根据工件的加工要求确定的。合理布置六个定位支承点，使工件上的定位基面与其之接触，一个支承点限制工件一个自由度，使工件六个自由度被完全限制，在空间得到唯一确定的位置，此即六点定位原理。为了达到某一工序的加工要求，有时不一定要完全限制工件的六个自由度，或工件加工不一定非要使工件的位置达到完全确定的程度例如：在下图1-6所示工件上铣一个通槽。按照铣槽工序的加工要求，就只需限制5个自由度就足够了。工件在机床夹具上定位究竟需要限制哪几个自由度，可根据工序的加工要求确定。分析工件定位所限制的自由度数时，必须把定位与夹紧区别开来，在上图中，工件限制了5个自由度，y自由度可以不限制；但工件在夹紧后沿y轴确实是不能再移动了，这能不能说自由度也被限制了呢？不能这样认为，因为工件相对于机床的定位位置是在夹紧动作之前就已确定了的，夹紧的任务只是保持原先的定位位置不变。注意的问题：定位支撑与工件的定位基面保持紧密接触或配合，才能起到限制自由度的作用；注意区分“定位”与“夹紧”的概念；从定位位置的自由度数来判断是几点定位。2、完全定位与不完全定位工件的六个自由度被完全限制的定位称完全定位，允许少于六点的定位称为不完全定位。都是合理的定位方式。考虑定位方案时，先分析必须消除哪些自由度，再以相应定位点去限制。考虑工件的形状特点完整的球形工件，可不必考虑消除绕三根轴的不定度问题；光滑的轴、套及盘形工件，不必考虑消除其绕本身轴心线的不定度问题根据工序的加工要求确定必须消除的不定度选择或设计适当的定位元件对工件进行定位，以保证不定度的消除3、欠定位与过定位工件应限制的自由度未被限制的定位，为欠定位，在实际生产中是绝对不允许的。工件定位是通过定位元件来实现的，在选择定位元件时，原则上不允许出现几个定位元件同时限制工件某一自由度的情况。工件一个自由度被两个或以上支承点重复限制的定位称为过定位或重复定位。一般来说也是不合理的。过定位造成的后果：使接触点（定位点）不稳定，增加了同批工件在夹具中位置的不同一性增加了工件和夹具的夹紧变形导致部分工件不能顺利地与定位件配合干扰了设计意图的实现（1）使工件或夹具元件变形，引起加工误差（2）使部分工件不能安装，产生定位干涉（如一面两销）过定位一般是不允许的，但在精加工时也可看到。在一定条件下，重复定位不仅是允许的，而且还会带来一定的好处。条件：工件定位基准和夹具定位元件都具有较高的形状和位置精度。消除过定位及其干涉的途径：1.改变定位元件结构，消除对自由度