清华大学-机械制造工程学_第5章S2

机械制造工艺机械制造工艺第五章夹具设计基础第五章夹具设计基础22夹具设计基础夹具设计基础5.15.1基准基准5.25.2工件的安装工件的安装5.35.3夹具概述夹具概述5.45.4定位原理定位原理5.55.5定位方式定位方式5.65.6定位误差定位误差5.75.7工件的夹紧工件的夹紧定位误差定位误差5.6.15.6.1定位误差的产生定位误差的产生5.6.25.6.2定位误差的计算定位误差的计算5.6.35.6.3保证满足工件加工精度的条件保证满足工件加工精度的条件定位误差的计算定位误差的计算„„计算定位误差时，可按定位误差的组成计算计算定位误差时，可按定位误差的组成计算::„„也可按定位误差的定义进行分析，直接找出工序基也可按定位误差的定义进行分析，直接找出工序基准沿工序尺寸方向上的两个极端位置，求出最大变准沿工序尺寸方向上的两个极端位置，求出最大变动量。动量。„„无论用何方法，结论应该是相同的。无论用何方法，结论应该是相同的。定位误差的计算举例定位误差的计算举例„„例例1.1.铣削工件的凹槽铣削工件的凹槽„„例例22铣削工件的平面铣削工件的平面„„例例33圆柱体上钻直径小孔圆柱体上钻直径小孔nn例例44圆柱体上铣槽工序尺寸圆柱体上铣槽工序尺寸例例1.1.铣削工件的凹槽铣削工件的凹槽„„调整法加工。要求保证尺调整法加工。要求保证尺寸寸bb、、HH和和BB。。求定位误求定位误差。差。【【解解】】尺寸尺寸bb的加工精度是的加工精度是由铣刀厚度直接保证的，由铣刀厚度直接保证的，与定位无关。与定位无关。„„尺寸尺寸HH和和BB是靠铣刀与定位元件的正确位置关系保证是靠铣刀与定位元件的正确位置关系保证的，与工件定位有关。的，与工件定位有关。铣削工件的凹槽－定位误差计算铣削工件的凹槽－定位误差计算„„求尺寸求尺寸HH的定位误差：的定位误差：„„因为工件的工序基准与因为工件的工序基准与定位基准（定位基准（K1K1））重合，重合，所以：所以：„„KK11相对于定位元件不可能有位移，故：相对于定位元件不可能有位移，故：所所以以铣削工件的凹槽－定位误差计算铣削工件的凹槽－定位误差计算22求尺寸求尺寸BB的定位误差：的定位误差：„„因为工序基准与定位因为工序基准与定位基准重合，所以基准基准重合，所以基准不重合误差为零。不重合误差为零。„„K1K1与与K2K2面之间存在垂面之间存在垂„„直度误差直度误差±Δα±Δα，，需考虑其带来的基准位移误差。需考虑其带来的基准位移误差。如图所示：如图所示：„„定位误定位误差：差：例例22铣削工件的平面铣削工件的平面„„工件以内孔中心工件以内孔中心OO为定位基准，套在心轴中心为定位基准，套在心轴中心OO11上，加工上平面，保证上，加工上平面，保证AA±δ±δAA。。工件孔径工件孔径为为，，心轴直径为心轴直径为，孔和轴的最小配合间，孔和轴的最小配合间隙为隙为XX（（最小孔径减最大轴径）。最小孔径减最大轴径）。DDδ+00ddδ−例例22铣削工件的平面铣削工件的平面求：（求：（11）定位心轴水平放置时的定位误差；）定位心轴水平放置时的定位误差；（（22）定位心轴垂直放置时的定位误差。）定位心轴垂直放置时的定位误差。【【解解】】（（11）定位心轴水平放置时，因定位基准与工序）定位心轴水平放置时，因定位基准与工序基准重合，故基准不重合误差为零．即基准重合，故基准不重合误差为零．即△△jbjb＝＝00例例22铣削工件的平面铣削工件的平面22„„心轴水平放置时，工件内孔与心轴水平放置时，工件内孔与心轴上母线单边接触，如图心轴上母线单边接触，如图示。若内孔最大（示。若内孔最大（DD＋＋δδDD），），轴最小（轴最小（dd--δδdd），），定位基准定位基准OO在最下面，定位基准到定位元在最下面，定位基准到定位元件件OO11的距离最大。其最大变动的距离最大。其最大变动量：量：例例22铣削工件的平面铣削工件的平面33„„由于心轴水平放置，最小配合由于心轴水平放置，最小配合间隙总是出现在心轴的下方，间隙总是出现在心轴的下方，此时，对一批工件而言，此时，对一批工件而言，XX是一是一个大小和方向固定不变的常个大小和方向固定不变的常量。量。„„加工前调整刀具时，可以消除加工前调整刀具时，可以消除XX„„此时的定位误差：此时的定位误差：例例22铣削工件的平面铣削工件的平面44工件的定位误差：工件的定位误差：（（22）当定位心轴垂直放置时，）当定位心轴垂直放置时，基准不重合误差仍为零，而工基准不重合误差仍为零，而工件的定位基准相对于定位元件件的定位基准相对于定位元件在任意方向都可能发生偏移，在任意方向都可能发生偏移，即即例例33圆柱体上钻直径小孔圆柱体上钻直径小孔„„要求保证孔的位置尺寸要求保证孔的位置尺寸AA±δ±δA/2A/2；；„„工件外径为工件外径为DD＋＋δδDD，用，用VV形块定位。求定位误差。形块定位。求定位误差。例例33圆柱体上钻直径小孔圆柱体上钻直径小孔22形块与工件的切点处作指向圆心的垂线。在形块与工件的切点处作指向圆心的垂线。在ΔΔABAB22OO22中，中，„„工序基准的两个极端位置工序基准的两个极端位置分别位于分别位于OO11、、OO22处，变动处，变动方向与工序尺寸方向平方向与工序尺寸方向平行。长度行。长度OO11OO22是定位误是定位误差。求其值。差。求其值。„„设设AA点为固定参考点，在点为固定参考点，在VV例例33圆柱体上钻直径小孔圆柱体上钻直径小孔33„„同理，还可以得出另外两种典型加工的定位误差计同理，还可以得出另外两种典型加工的定位误差计算式。算式。在△在△ABAB11OO11中，中，例例33圆柱体上钻直径小孔圆柱体上钻直径小孔44„„工件以工件以VV形块定位，被加工形块定位，被加工小孔位置的工序基准为上母小孔位置的工序基准为上母线，则线，则：：例例33圆柱体上钻直径小孔圆柱体上钻直径小孔55„„工件以工件以VV形块定位时，定位误差的大小与工序基准的形块定位时，定位误差的大小与工序基准的位置和位置和VV形块的夹角形块的夹角αα有关。有关。„„工件以工件以VV形块定位，被加工形块定位，被加工小孔位置的工序基准为下小孔位置的工序基准为下母线，则母线，则：：例例44圆柱体上铣槽工序尺寸圆柱体上铣槽工序尺寸例例..在圆柱体上铣槽在圆柱体上铣槽,,求该工序尺寸的定位误差。求该工序尺寸的定位误差。铣槽工序尺寸计算铣槽工序尺寸计算22【【解解】】铣槽工序要保证的尺寸有铣槽工序要保证的尺寸有1212±±0.10.1（（mmmm），），4.3+0.054.3+0.05（（mmmm））和夹角和夹角1010°°。。„„夹角夹角1010°°完全完全由铣刀上角度由铣刀上角度保证，与定位保证，与定位无关。无关。„„其余两个尺寸其余两个尺寸与定位有关。与定位有关。铣槽工序尺寸计算铣槽工序尺寸计算33„„先求先求1212±±0.10.1（（mmmm））的定位误差：的定位误差：„„该尺寸的工序基准为工件中心该尺寸的工序基准为工件中心OO，，定位时，定位时，OO点点相对于定位元件在上下方相对于定位元件在上下方向有变动，但它与工序尺向有变动，但它与工序尺寸的方向垂直，寸的方向垂直，OO点在工点在工序尺寸方向上无变动，故序尺寸方向上无变动，故铣槽工序尺寸计算铣槽工序尺寸计算44„„再求再求4.34.3＋＋0.050.05（（mmmm））的定位误差：的定位误差：„„工序基准工序基准OO点在上下方向上的最大变动量为点在上下方向上的最大变动量为：：„„将工序基准将工序基准OO点在上下点在上下方向的最大变动量方向的最大变动量ΔΔd'd'折算到工序尺寸方向，折算到工序尺寸方向，即为该尺寸的定位误差即为该尺寸的定位误差在△在△AOBAOB中有：中有：铣槽工序尺寸计算铣槽工序尺寸计算55„„BOBO的最大变动量（即工序基准沿工序尺寸方向的的最大变动量（即工序基准沿工序尺寸方向的最大变动量最大变动量ΔΔdd）与）与AOAO的最大变动量（的最大变动量（ΔΔd'd'））有：有：保证满足工件加工精度的条件保证满足工件加工精度的条件1.1.工件在夹具中加工时加工误差的组成工件在夹具中加工时加工误差的组成（（11）定位误差）定位误差ΔΔdd：：（（22））对定误差对定误差ΔΔdddd：：指由夹具定位元件与夹具在机指由夹具定位元件与夹具在机床上的安装基准关系间的误差、夹具在机床上的安床上的安装基准关系间的误差、夹具在机床上的安装基准与机床关系间的误差及刀具与夹具定位元件装基准与机床关系间的误差及刀具与夹具定位元件关系间的误差所引起的加工误差。关系间的误差所引起的加工误差。（（33）其他加工误差）其他加工误差ΔΔqtqt：：除了上述误差以外的所有除了上述误差以外的所有其他因素所引起的加工误差。如工艺系统受力变其他因素所引起的加工误差。如工艺系统受力变形、受热变形、磨损等影响所引起的加工误差。形、受热变形、磨损等影响所引起的加工误差。加工误差不等式加工误差不等式„„为了得到合格的产品，必须使上述各项加工误差之为了得到合格的产品，必须使上述各项加工误差之总和等于或小于规定的工件的相应公差总和等于或小于规定的工件的相应公差δδ，，即：即：„„通常，初步计算时，可粗略地按三项误差平均分通常，初步计算时，可粗略地按三项误差平均分配，各不超过公差的三分之一来考虑。配，各不超过公差的三分之一来考虑。„„一般，在考虑单项误差△一般，在考虑单项误差△dd时，可用以下不等式判别时，可用以下不等式判别是否满足加工精度的要求：是否满足加工精度的要求：工件的夹紧工件的夹紧5.7.15.7.1对夹紧装置的基本要求对夹紧装置的基本要求5.7.25.7.2夹紧力三要素的确定夹紧力三要素的确定5.7.35.7.3常用典型夹紧机构常用典型夹紧机构5.7.45.7.4夹具的动力装置夹具的动力装置对夹紧装置的基本要求对夹紧装置的基本要求1.1.夹紧装置夹紧装置„„加工过程中要对工件夹紧加工过程中要对工件夹紧，，以防止工件在加工过以防止工件在加工过程中因受到切削力、惯性力以及重力等外力的作程中因受到切削力、惯性力以及重力等外力的作用而发生移动。用而发生移动。„„夹紧装置是夹具的重要组成部分，它一般可分为夹紧装置是夹具的重要组成部分，它一般可分为动力装置和夹紧机构两个部分。动力装置和夹紧机构两个部分。夹紧装置夹紧装置（（11））动力装置动力装置：：产生夹紧力的产生夹紧力的动动力源力源（（原始作用力原始作用力））„„机动夹紧机动夹紧：：原始作用力来自气动、液压和电力等动原始作用力来自气动、液压和电力等动力源的夹紧；力源的夹紧；„„手动夹紧手动夹紧：：原始作用力来自人力的。原始作用力来自人力的。（（22）夹紧机构：将原始作用力转化为夹紧力，实现夹）夹紧机构：将原始作用力转化为夹紧力，实现夹紧动作和夹紧效果的机构。紧动作和夹紧效果的机构。对夹紧装置的基本要求对夹紧装置的基本要求„„通常情况下，对夹紧装置有以下要求：通常情况下，对夹紧装置有以下要求：（（11）夹得稳。在夹紧过程中不破坏工件在定位时所）夹得稳。在夹紧过程中不破坏工件在定位时所确定的正确位置。确定的正确位置。（（22）夹得好。夹紧应可靠和适当。既要使工件在加）夹得好。夹紧应可靠和适当。既要使工件在加工过程中不产生移动或振动，又要不使工件产生变工过程中不产生移动或振动，又要不使工件产生变形和表面损伤。形和表面损伤。（（33）夹得快。夹紧机构应操作安全、迅速、方便、）夹得快。夹紧机构应操作安全、迅速、方便、省力，自动化程度应与工件的生产纲领相适应。省力，自动化程度应与工件的生产纲领相适应。夹紧力三要素的确定夹紧力三要素的确定„„设计夹紧装置时，首先要合理选择夹紧点、夹紧力设计夹紧装置时，首先要合理选择夹紧点、夹紧力作用方向，正确确定所需夹紧力的大小，然后设计作用方向，正确确定所需夹紧力的大小，然后设计合适的夹紧机构予以保证。合适的夹紧机构予以保证。1.1.夹紧力的作用点夹紧力的作用点2.2.夹紧力的方向夹紧力的方向3.3.夹紧力的大小夹紧力的大小夹紧