第9章-机床夹具设计

第9章机床夹具设计主要要求：掌握工件的定位原理、自由度分析，定位误差的计算；了解常见夹紧机构的特点§1概述一、夹具的分类和作用1.定义：机床夹具就是机床上用以装夹工件的一种装置，它使工件相对于机床和刀具获得正确的位置，并在加工过程中保持位置不变。夹具是如何使工件的处于正确位置的？夹具预先在机床上已调整好位置工件在夹具中正确定位=工件对于机床占有正确位置夹具上的对刀或引导装置,保证工件加工面对于刀具的正确位置=工件对刀具占有正确位置直接保证的工序尺寸图钻床夹具1-钻套；2-衬套；3-钻模板；4-开垫圈；5-螺母；6-定位销：7—夹具体关于夹具装配图的两点说明：零件轮廓用双点划线画出零件假想为透明的，不阻挡夹具图线2.机床夹具的分类通用夹具专用夹具通用可调夹具和成组夹具组合夹具按夹具的应用范围和特点分车床夹具铣床夹具钻床夹具镗床夹具按所使用的机床分手动夹具气动夹具液压夹具电动夹具按产生夹紧力的动力源分3.夹具的作用(1)保证被加工表面的位置精度。工件加工表面的位置精度主要靠夹具和机床来保证，且加工精度稳定。(2)提高生产率。可以显著减少辅助时间，提高劳动生产率。(3)扩大机床的工艺范围。在机床上使用夹具可以改变机床的用途和扩大机床的使用范围，如以车代镗。(4)减轻工人的劳动强度，保证生产安全。二、夹具的组成定位元件/装置夹紧装置对刀引导元件夹具体其它元件及装置§.2工件的定位定位的目的：使一批工件中的每一个都能在机床或夹具中占据同一正确位置。一、确定定位方案1、几个概念定位基准—在机械加工中用作定位的基准。定位基面—工件定位时，作为定位基准的点和线，往往由某些具体表面体现出来，这种表面称为定位基面。自由度的概念所谓自由度，即空间位置的不确定性一个位于空间自由状态的物体，对于空间直角坐标系来说，具有六个自由度：三个位移自由度和三个旋转自由度。六点定位原理通常，一个支承点限制工件的一个自由度。使用合理设置的六个支承点，与工件的定位基准相接触，以限制工件的六个自由度，使工件在夹具中的位置完全被确定的方法，称为六点定位法则。2、需要限制的自由度加工工件上的某些表面时，可能并不需要全部限制其六个自由度，此时就要分析理论上所应限制的自由度在分析时注意：判断依据是工件在该运动方向的位置是否需要确定。根据加工要求分析理论上应限制哪些自由度1.在球形工件上铣削平面，保证距钻处的下母线的距离为H2.图示工件铣削通槽3钻图示零件φd孔3、定位方式完全定位：不重复地限制了工件的六个自由度的定位。3、定位方式完全定位：不重复地限制了工件的六个自由度的定位。不完全定位：根据实际加工要求，并不需要限制工件全部自由度的定位。3、定位方式完全定位：不重复地限制了工件的六个自由度的定位。不完全定位：根据实际加工要求，并不需要限制工件全部自由度的定位。欠定位：定位点少于应消除的自由度、工件定位不足的定位。固定顶尖活动顶尖3、定位方式完全定位：不重复地限制了工件的六个自由度的定位。不完全定位：根据实际加工要求，并不需要限制工件全部自由度的定位。欠定位：定位点少于应消除的自由度、工件定位不足的定位。过定位：工件同一个自由度分别被几个支承点重复限制的定位。二、常见定位元件主要定位基面:（一）、平面（二）、内圆孔（三）、内锥孔（四）、外圆柱面组合表面定位（一）以平面定位时的定位元件平面定位限制三个自由度，工件以平面为定位基准定位时，常用支承钉和支承板作定位元件来实现定位。分类主要支承辅助支承固定支承：支承钉、支承板可调支承自位支承只限制一个自由度不限制自由度●支承钉◆平头支承钉：接触面积大，用于精基准。◆球头支承钉：用于粗基准表面，使定位稳定◆齿纹头支承钉：增大磨擦系数,防止工件受力,用于毛坏面定位,常用于侧面定位。一个支承钉限制一个自由度■支承板A型：结构简单，便于制造，但不利于清除切屑，适用于侧面B型：易保证工作表面清洁,适用于底面定位。一个支承板限制二个自由度●可调支承可调支承是指支承的高度可以进行调节。■两点式自位支承两点式自位支承与工件有两个支承点，可用于断续表面或阶梯表面只限制一个自由度■球面三点式球面三点式自位支承，当定位基面在两个方向上均不平或倾斜时，能实现三点接触。只限制一个自由度辅助支承的类型■螺旋式辅助支承螺旋式辅助支承结构简单，操作费时，效率低，适用于小批生产。不限制自由度■自位式辅助支承所谓自位，就是辅助支承销与工件表面的接触，由弹簧的弹力来保证，弹力的大小要能保证支承销弹出且始终与工件接触，但又不能顶起工件而破坏定位。■推引式辅助支承推引式辅助支承适用于工件较重、切削负荷较大的情况■液压锁紧的辅助支承辅助支承结构紧凑，操作方便，但必须有液压动力源才能使用辅助支承，不限制工件的自由度，严格来说，辅助支承不能算是定位元件（二）以圆柱孔定位的定位元件工件以圆柱孔定位应用较广。如各类套筒、盘类、杠杆、拨叉等。所采用的定位元件有圆柱销和各种心轴。基本特点是：定位孔与定位元件之间处于配合状态，并要求确保孔中心线与夹具规定的轴线相重合。孔定位还经常与平面定位联合使用。常用定位元件1、圆柱销2、圆锥销4、圆柱心轴5、圆锥心轴3、菱形销固定式圆柱销6、花键心轴工件上定位内孔较小时，常选定位销在套类、盘类零件的车削、磨削和齿轮加工中，大都选用心轴1、固定式定位圆柱销固定式定位圆柱销限制二个自由度。D3～10D10～18D182．圆锥销圆锥销限制了工件的三个自由度。特点：◆定心性能好◆单个使用不稳◆成对组合使用3、菱形销菱形销：限制一个自由度，主要用于定位干涉（过定位）的情况。4、(1)不带轴肩过盈配合心轴不带轴肩过盈配合心轴可同时加工外圆和两端面，限制四个自由度。这种心轴会破坏工件的内孔表面。4、(2)带螺母间隙配合心轴带螺母间隙配合心轴：因有间隙,靠螺母压紧的摩擦力来抵抗切削力。工件装卸时不会损伤工件内孔表面,但定心精度较差。5、小锥度心轴小锥度心轴定心精度高，装卸方便，不破坏内孔表面。常用锥度为1：1000－1：5000。工件靠心轴上的一段斜楔作用产生的磨擦力带动工件回转，不需另行夹紧，但因传递的扭矩较小，切削力不能太大。适用于精加工，内孔精度不低于IT7级6、花键心轴用于有花键的工件。三、内锥孔定位工件以圆锥孔作为定位基准面时，相应的定位元件为圆锥心轴，顶尖等。圆锥面与圆锥面接触，要求锥孔和圆锥心轴的锥度相同，接触良好，因此定心精度与角向定位精度均较高。●锥形心轴锥形心轴定位限制五个自由度●顶尖中心孔即为圆锥孔。中心孔与顶尖配合，即为锥孔与锥销配合。固定项尖限制3个自由度，活动顶尖限制2个自由度。四、外圆柱面定位当工件对称度要求较高时，选用V形块当工件定位圆柱面精度较高时，可选用定位套或半圆套V形块的结构V形块又可分为固定式和活动式。V形块上两斜面间的夹角α，一般选用60º、90º和120º，其中90º应用最多。1、应用最广泛的是V形块。V形块定位的特点固定式短V形块限制二个自由度;活动式短V形块限制一个自由度长V形块四个自由度。2、定位套定位时，工件的轴心线可能产生径向位移或倾斜。为了保证轴向定位精度，常与端面联合定位。3、半圆套当工件尺寸较大,或在整体式定位衬套内定位装卸不便时,多采用此种定位方法。此时定位基准的精度不低于IT8-IT9。下半圆起定位作用，上半圆起夹紧作用。由于上半圆孔可卸去或掀开，不需留配合间隙。短半圆套限制2个自由度长半圆套限制4个自由度4、圆锥孔中定位工件以圆柱面为定位基准面在圆锥孔中定位时，相应的定位元件通常用反顶尖。限制3个自由度工件以组合表面定位组合表面定位:工件有两或以上定位基面.组合定位中各定位元件限制自由度分析:按各定位元件限制自由度数量多少排序,先分析限制自由度多的,最后分析限制自由少的.常用的组合表面定位有以下两种:A.孔与端面组合定位B.一面两孔组合定位图a所示是过定位，应尽量避免。图b所示，以轴肩支承工件端面，以短圆柱面对孔定位，避免了过定位。图c、d所示，孔用长圆柱面定位，工件端面以小台肩面支承或用球面自位支承，以避免过定位。一面两销即采用两个短圆柱定位销与两孔配合，a所示。这种定位是过定位，沿连心线方向的自由度被重复限制了。只能用于加工要求不高的场合，使用较少。例题1大端面限制:X方向的移动自由度Y、Z的转动自由度短销限制:Y、Z方向的移动自由度防转销限制:X方向转动自由度例题2大端面限制:Z方向的移动自由度X、Y的转动自由度短销限制:X、Y方向的移动自由度防转菱形销限制:Z方向转动自由度例题3应该限制:Z方向的移动自由度X、Y的转动自由度例题4夹持较长卡盘相当于套筒限制:Y、Z方向的移动自由度Y、Z的转动自由度顶尖限制:Y、Z方向转动自由度一夹一顶夹持部分较长重复限制:Y、Z方向转动自由度自由度分析总结1、先总体上分析整套定位方案限制的自由度（可用排除法）2、对各定位元件按限制自由度的多少排序3、由限制自由度最多的定位元件开始，对照定位方案所限制的自由度分析该元件限制的自由度实例分析分析以下各定位方案中各定位元件所消除自由度实例分析实例分析实例分析实例分析实例分析实例分析实例分析三、定位误差计算1、定位误差与加工误差的关系一般要求△Dδ/3加工误差δ定位误差△D夹具安装误差△A调刀误差△T工艺系统误差△G基准不重合误差△B基准位移误差△Y定位误差是指一批工件的工序基准在加工工序尺寸方向上的最大变动范围2、定位误差计算1）基准不重合误差△B把工序基准与定位基准之间的联系尺寸称定位尺寸，△B的值就是定位尺寸的公差在加工尺寸方向上的投影2）基准位移误差△Y产生原因：由于工件上的定位基准与夹具定位元件的限位基准不重合，使工件的定位基准在加工方向上产生变动。计算：定位副公差在加工方向上的投影3）定位误差△D一般:△D=△B+△Y设计基准位于定位基面上时即定位基面为回转表面,且设计基准为回转体的素线△D=|△B±△Y|讨论:此时基准是否一定重合?定位基面为平面与为回转表面时结果相同吗?为什么?定位误差是指一批工件的工序基准在加工工序尺寸方向上的最大变动范围1．如图钻φ12孔，试分析工序尺寸的定位误差。01.090－1、先找出设计基准与定位基准，再分析二者是否重合。如果重合则△B=0;如不重合则先找出二基准之间的尺寸(即定位尺寸),此时△B=定位尺寸的公差;2、再看定位面是孔或外圆还是平面。如果是平面则△Y=0;如果是外圆则要分情况讨论△Y3、定位误差△D=△B+△Y1．如图钻φ12孔，试分析工序尺寸的定位误差。01.090－解：1、钻φ12孔时的工序尺寸90，它的设计基准是φ20孔的中心线；定位基准也是φ20孔的中心线。基准重合，故△B=02、定位面是孔，限位面是外圆，且单边接触二者是间隙配合，最小间隙为0.02，最大间隙为0.14孔与销中心偏心距最小0.01,最大0.07,且在同一方向导致工序尺寸90的定位基准左右移动,移动范围即△Y=0.07-0.013、定位误差△D=△B+△Y=0.062．如图铣平面保证h,已知两圆的同轴度φ0.1，其它已知条件见图,试分析工序尺寸h的定位误差。解：1、对工序尺寸h，它的设计基准是圆柱下母线；定位基准是φ25外圆的中心线。基准不重合。二基准间的定位尺寸=大圆半径+偏心距；故△B=定位尺寸的公差=0.1+0.12、定位面是外圆，限位面是孔，且自动定心由于定位基准不会上下移动故△Y=03、定位误差△D=△B+△Y=0.23．如图车外圆,要求外圆对内孔有同轴度要求,已知心轴直径为,计算工件内外圆的同轴度的定位误差△D。009.0025.030－－解：1、对同轴度尺寸，它的设计基准是内孔轴线；定位基准也是内孔轴线。基准重合△B=0。2、定位面是孔，限位面是外圆，且单边接触二者是间隙配合，最小间隙为0.009，最大间隙为0.048孔与轴中心偏心距最小0.0045,最大0.024,且在同一方向外圆的定位基准上下