工装的定位夹紧与夹具设计

第4章工件的定位夹紧与夹具设计4.1夹具的基本概念4.2工件在夹具上的定位4.3工件在夹具中的夹紧4.4各类机床夹具举例【自学街】国内软件自学平台，更多教程资料免费下载！（zaojiao1.com/51zikaoba.com)4.1夹具的基本概念4.1.1机床夹具的定义及组成1.机床夹具的定义：广义上，为使工艺过程的任何工序保证质量、提高生产率、减轻工人劳动强度及工作安全等的一切附加装置都称为夹具。机床夹具：是将工件进行定位、夹紧，将刀具进行导向或对刀，以保证工件和刀具间的相对位置关系的附加装置，简称夹具。辅助工具：将刀具在机床上进行定位、夹紧的装置，简称辅具。2.夹具的组成部分1）定位元件起定位作用，保证工件相对于夹具的位置，可用六点定位原理来分析其所限制的自由度。2)夹紧装置将工件夹紧，以保证在加工时保持所限制的自由度。根据动力源的不同，可分为手动、气动、液动和电动等夹紧方式。3)导向元件和对刀装置用来保证刀具相对于夹具的位置，对于钻头、扩孔钻、铰刀、镗刀等孔加工刀具用导向元件，对于铣刀、刨刀等用对刀装置(图4-1、图4-2)。4)连接元件它保证夹具和机床工作台之间的相对位置。对于铣床夹具有定位键与铣床工作台上的T形槽相配来进行定位，再用螺钉夹紧(图4-1)。5)夹具体是夹具的关键零件。定位元件、夹紧装置、导向元件、对刀装置、连接元件等都装在它上面。夹具体比较复杂，它保证各元件之间的相对位置。对于加工精度来说，主要是控制刀具相对于工件的位置，工件在夹具上进行加工时，这个相对位置关系是由定位元件、导向元件或对刀装置并通过夹具体来保证，所以夹具体的精度要求比较高。6)其它元件及装置如动力装置的操作系统等。机床夹具和机床、刀具、工件之间的关系如图4-3所示。4.1.2夹具的作用1)保证加工精度2)提高生产率3)减轻劳动强度4)扩大机床的工艺范围4.1.3夹具的分类1．从通用化程度来分(1)通用夹具与通用机床配套，作为通用机床的附件、如三爪卡盘、四爪卡盘、虎钳、分度头和转台等。(2)专用夹具根据零件上艺过程中某工序的要求专门设计的夹具，此夹具只用于该零件加工（如连杆镗孔夹具），一般都是成批和大量生产中所需，数量也比较大。(3)成组夹具适用于一组零件的夹具，一般都是同类零件，经过调整(如更换、增加一些元件)可用来定位、夹紧一组零件。(4)组合夹具（拼凑夹具）由许多标准件组合而成，可根据零件加工工序的需要拼装，用完后再拆卸，可用于单件、小批生产。(5)随行夹具用于自动线上，工件安装在随行夹具上，随行夹具由运输装置送往各机床，并在机床夹具或机床工作台上进行定位夹紧。2.从使用机床的类型来分可分为车床夹具、磨床夹具、钻床夹具(包括钻模)、镗床夹具(包括镗模)、铣床夹具等。3.从用途来分可分为机床夹具、装配夹具和检验夹具等。4.从动力来源分可分为手动夹具、气动夹具、液压夹具、气液夹具、电动夹具、电磁夹具、真空夹具、自紧夹具(靠切削力本身夹紧)等。4.1.4工件在夹具中加工时加工误差的组成1.工件在夹具中加工时的加工误差(2)对定误差①刀具导向或对刀误差，即夹具与刀具的相对位置误差。②夹具在机床上定位和夹紧误差即夹具与机床的相对位置误差。(3)加工过程误差如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。工件在夹具中加工时的加工误差，由三部分组成。(1)安装误差工件在夹具中的定位和夹紧误差。2.误差值的估算一般夹县的制造精度，其误差值取该零件尺寸公差值的1/3～1/5。上述误差中，安装误差和对定误差都是和夹具有关的误差，一般约占整个加工误差的三分之一。4.2.1工件的安装这里安装有两个含义即定位和夹紧。定位：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，这个过程称为定位。夹紧：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。安装：工件从定位到夹紧的整个过程称为安装。正确的安装是保证工件加工精度的重要条件。4.2工件在夹具上的定位安装一般有三种方式:1.直接找正安装工件的定位过程可以由操作工人直接在机床上利用千分表、划线盘等工具，找正某些有相互位置要求的表面，然后夹紧工件，称之为直接找正安装。直接找正安装生产效率低，一般用于单件小批量生产。2.划线找正安装3.夹具安装优点：操作比较简单，容易保证加工精度要求，在各种生产类型中都有应用，持别是成批和大量生产中。4.2.2定位原理1.六点定位原理采用6个按一定规则布置的约束点，可以限制工件的6个自由度，实现完全定位，称为六点定位原理。2.典型定位元件及限制的自由度（1）定位元件：用于代替约束点的定位元件的种类很多，常用的有：支承钉、支承板、长销、短销、菱形销、长V形块、短V形块、长定位套、短定位套、固定锥销、浮动锥销等。（2）限制自由度以及分析从表4-2中可以看出，有时候研究定位元件及其组合能限制哪些自由度不如研究它们不能限制哪些自由度更方便。表4-2典型定位元件的定位分析(续）表4-2典型定位元件的定位分析（续）表4-2典型定位元件的定位分析（续）3.完全定位和不完全定位3.完全定位和不完全定位3.完全定位和不完全定位4.欠定位和过定位(1)欠定位根据工件加工面位置尺寸要求必须限制的自由度没有得到全部限制或者说约束点不足，这样的定位称为欠定位。欠定位是不允许的。(2)过定位工件在定位时，同一个自由度被两个或两个以上约束点约束，这样的定位被称为过定位(或称定位干涉)。过定位是否允许，应根据具体情况进行具体分析。在讨论工件定位的合理性问题时应研究下面两个主要问题：①保证满足工件加工面位置度要求所必须限制的自由度；②根据承受的切削力进行夹紧机构的设计。4.2.3常用定位方法与定位元件1.工件以平面定位平面定位的主要形式是支承定位。夹具上常用的支承元件有以下几种：(1)固定支承固定支承有支承钉和支承板两种形式。(2)可调支承支承点位置可以调整的支承称为可调支承。(3)自位支承（浮动支承）自位支承在定位过程中，支承本身可以随工件定位基准面的变化而自动调整井与之相适应。如图4-17所示。自位支承常用于毛坯表面、断续表面、阶梯表面的定位以及有角度误差的平面定位。(4)辅助支承辅助支承是在工件定位后才参与支承的元件，其高度是由工件确定的，因此它不起定位作用，但辅助支承锁紧后就成为固定支承，能承受切削力。辅助支承的结构形式很多，图4-18是其中的3种。2.工件以圆柱孔定位工件以圆柱孔定位大都属于定心定位(定位基准为孔的轴线)，夹具上相应的定位元件是心轴和定位销。(1)心轴(2)定位销圆柱定位销通常限制工件的2个移动自由度。当要求孔销配合只在一个方向上限制工件自由度时，可用菱形销，如图4-21(a)所示。工件也可以用圆锥销定位，如图4-2l(b)和(c)所示。图示圆锥销定位限制了工件的3个移动自由度。3.工件以外圆表面定位工件以外圆表面定位有两种形式，一种是定心定位，一种是支承定位。参考图4-22。2)长度：V形块有长短之分，长V形块(或两个短V形块的组合)限制工件的4个自由度，而短V形块一般只限制2个自由度。3）V形块又有固定和活动之分，活动V形块在可移动方向上对工件不起定位作用。4）设计参数：V形块在夹具中的安装尺寸T是V形块的主要设计参数，该尺寸常用作V形块检验和调整的依据。由图4-23可以求出：工件以外圆表面支承定位常用的定位元件是V形块。1）角度：V形块的角度有60º，90º和120º，90º最为多且已标准化。特点：①对中性好；②可用于非完整外圆表面的定位。V形块有长短之分，长V形块(或两个短V形块的组合)限制工件的4个自由度，而短V形块一般只限制2个自由度。V形块又有固定和活动之分，活动V形块在可移动方向上对工件不起定位作用。V形块在夹具中的安装尺寸T是V形块的主要设计参数，该尺寸常用作V形块检验和调整的依据。由图4-23可以求出：12sintan22DNTH(4-1)式中D为工件或检验心轴直径的平均尺寸。当α为90º时有：T＝H+0.707D-0.5N(4-1a)4.工件以其它表面定位如图4-24为工件以锥孔定位的例子，锥度心轴限制了工件除绕自身轴线转动之外的5个自内度。5.定位表面的组合常见的定位表面组合有平面与平面的组合，平面与圆孔的组合，平面与外圆表面的组合，平面与其它表面的组合，锥面与锥面的组合等。在多个表面同时参与定位的情况下、各表面在定位中所起的作用有主次之分。一般称定位点数最多的定位表面为第一定位基准面或主要定位面或支承面，定位点数次多的定位表面称为第二定位基准面或导向面，定位点数为1的定位表面称为第三定位基准面或止动面。在加工箱体类零件时经常采用一面两孔组合(一个大平面及与该平面相垂直的两个圆孔组合)定位、夹具上相应的定位元件是一面两销。为了避免由于过定位而引起的工件安装时的干涉，两销中一个应采用菱形销。菱形销的宽度可以通过简单的几何关系导出。参考图4-27，考虑最不利的情况：孔心距为最大(L+1/2Tlk)，两销中心距为最小(L-1/2Tlx)，两孔直径均为最小(分别为D1和D2)，两销直径均为最大(分别为dl=D1-△1min，d2=D2-△1min)。其中Tlk和Tlx分别为两孔中心距和两销中心距的公差，△1min和△1min分别为孔1孔2与销1销2之间的最小间隙。由图中△AO2B和△AO2’C可得到：222222'AOACAOAB即2222222min1()22222kllxDDbbTT展开并整理后有：2222min2min11()()2422lklxkllxDbTTTT误差及间隙量与基本尺寸相比可视为无穷小量，去掉上式中的高阶无穷小量可得到22minlklxDbTT考虑到孔1与销l之间的间隙补偿作用，上式变为：22min1minlklxDbTT(4-2)式中b——菱形销的宽度；D2——工件上与菱形销配合孔的最小直径；△2min——菱形销与其配合孔之间的最小间隙；Tlk——工件上两孔中心距公差；Tlx——夹具上两销中心距公差；△1min——圆柱销与其配合孔的最小间隙。在实际生产中，由于菱形销的尺寸已标准化，因而常按下面的步骤设计菱形销。1)确定两销中心距尺寸及其公差取工件上两孔中心距的基本尺寸为两定位销中心距的基本尺寸，其公差取工件孔中心距公差的1/5~1/3，即令：Tlx=(1/5~1/3)Tlk。2)确定圆柱销直径及其公差取相应孔的最小直径作为圆柱销直径的基本尺寸，其公差一般取g6或f7。3)确定菱形销宽度、直径及其公差首先按有关标准(参考表4-3)选取菱形销的宽度b；然后按式(4-2)计算出菱形销与其配合孔的最小间隙△2min；再计算菱形销直径的基本尺寸；d2＝D2-△2min；最后按h6或h7选取菱形销直径的公差。4.2.4定位误差的分析与计算定位误差εD包括定位基准与设计基准不重合误差εC和定位基准位移误差，前者简称基准不重合误差，后者简称基准位移误差。基准位移误差又可分为是由于工件定位表面不准确所引起的和由于夹具定位元件不准确所引起的两部分。工件定位表面不准确所引起的基准位移误差εω对一批零件来说，就有一个尺寸分布带，其中有系统误差和随机误差；而夹具定位元件不准确所引起的基准位移误差εr，对于一个夹具来说是系统误差，但如果有几个夹具同时在使用，则和随机误差在一起出现多峰状的尺寸分布曲线。下面分析计算常见定位形式的定位误差1.用支承或平面作定位元件(1)用平面定位平面图4-28所示情况，加工一个缺口，如果要求的尺寸为A1，则定位误差12DAA，是由于基准不重和造成的。(2)用支承定位平面图4-29所示情况，加工一个缺口，纵向用一个支承定位，如果要求的尺寸为A3，则定位误差32()tanDAHh(α=90º)，这种情况