第九章-工件的安装与装夹

第九章工件的安装和装夹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：定位和加紧综合称为装夹。机床夹具：完成装夹的工艺设备称为机床夹具。第一节机床夹具的概述一、工件的安装定位+夹紧=安装小结：定位在前，夹紧在后定位是首要的二、安装方式1、直接找正安装法是用百分表、划针或用目测，在机床上直接找正工件，使工件获得正确位置的方法。效率低，适于单件小批生产和定位精度要求较高的情况。直接找正法示例a）磨内孔时工件的找正b）刨槽时工件的找正2、划线找正安装法当零件形状很复杂时，可先用划针在工件上画出中心线、对称线或各加工表面的加工位置，然后再按划好的线来找正工件在机床上的位置的方法。适于单件小批生产或毛坯精度较低、大型工件粗加工。划线找正法示例3、夹具安装法机械加工中所使用的机床夹具是一种能使工件在机床上快速实现定位并夹紧的附加工艺装置。它在工件未安装前已预先调整好机床与刀具间正确的相对位置，所以加工一批工件时，不必再逐个找正定位，将工件安装在夹具中，就能保证加工的技术要求。效率高，易保证质量，广泛用于批量生产。用专用夹具安装工件支承板支承板支承钉支承钉支承钉钻套三.机床夹具的功用（1）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。（2）提高生产率，降低生产成本快速将工件定位夹紧，免除了找正、对刀等，缩短辅助时间，提高了成品率，降低了成本。（3）扩大机床的加工范围如在车床上加镗夹具，可完成镗孔加工。（4）减轻工人劳动强度四.机床夹具的分类按使用特点分：（1）通用夹具（2）专用夹具（3）成组夹具（4）组合夹具（5）随行夹具按使用机床分：车床夹具、铣床夹具、钻床夹具、镗床夹具按动力源分：手动夹具、气动夹具、液压夹具、电动夹具、磁力夹具、真空夹具等1.夹具的组成（1）定位元件（2）夹紧元件（3）导向元件（钻套、对刀块）（4）夹具体此外有连接元件、分度机构、操作元件等。一、六点定位原则物体的六个自由度第二节定位原理和定位类型未定位工件在空间有六个自由度，定位就是限制其自由度。合理布置六个定位支承点，使工件上的定位基面与其接触，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，此即六点定位原理长方体工件定位示例：六点定位简图定位基准：主要定位基准、导向定位基准、止推定位基准。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，使工件不离开各个定位元件。因此夹紧不能取代定位。二、定位支撑点的演化一个实际的夹具中往往看不到上述的那种抽象化的定位点，而是实实在在的各种各样的定位元件，或者说，定位点是以定位元件来实现的。六点定位原则中，一个定位点可用来限制一个自由度，两个定位点可用来限制两个自由度，也可以这样理解：某个定位元件限制工件几个自由度，则可认为它相当于几个定位点。三、根据加工要求决定所需限制的自由度考虑定位方案时，需根据零件加工要求而定，应限制哪几个自由度，再以相应定位点去限制。由此，引出两种常见的两种定位类型：完全定位：工件的六个自由度需完全被限制的定位情况。不完全定位：工件的六个自由度不需完全被限制的定位情况。四、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：（1）使工件定位不确定、安装不平稳；（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。消除过定位及其干涉的途径：1.改变定位元件结构，消除对自由度的重复限制，如长销改成短销；2.提高工件与定位基面之间的位置精度，提高夹具定位元件之间的位置精度，减少或消除过定位引起的干涉，精加工时可增加刚度和定位稳定性。五、常用定位元件限制自由度的情况1、在圆柱体上铣贯穿键槽长V形块限制四个自由度，短V形块限制两个自由度。2、两顶尖定位车外圆固定的短锥面相当于三个定位点，活动的短锥面相当于两个定位点。3、顶尖磨削长锥面相当于五个定位点。4、套筒以中心孔定位磨外圆及台阶面结论：小平面（含挡销、止销）相当于一个定位点；长圆柱销面相当于四个定位点；短圆柱面相当于两个定位点。5、平板上铣一条不通槽6、圆柱体用三爪夹头定位并夹紧钻一通空长三爪夹头相当于四个定位点，而短三爪夹头相当于两个定位点。第三节定位方式及定位元件一、工件以平面定位基本支承辅助支承固定支承可调支承自位支承支承钉支承板基本支撑用来限制工件的自由度，是真正具有独立定位工作的定位元件；而辅助支撑是用来加强工件的刚性，不起限制工件自由度的作用。（1）固定支承（支承钉、支撑板）1）、支撑钉（1）固定支承（支承钉、支承板）2）支撑板A型适用于侧面和顶面定位B型适用于底面的定位（2)可调支承多用于毛面定位，每批调整一次，以补偿各批毛坯误差（3）自位支承支承本身可随工件定位基准面的变化而自动适应，一般只限制一个自由度，即一点定位。一般用于毛坯表面或不连续的表面的定位中。4)辅助支承在工件定位后才参与支承的元件，不限制自由度，主要用于提高工件的刚度和定位稳定性。平面定位常用定位元件支承板可调支承自位支承辅助支承平面型支承板：侧面和顶面定位带斜槽型支承板：适于作底面定位准面平头支承钉：用于支承精基准面球头支承钉：用于支承粗基准面网纹顶面支承钉：用在工件以粗基准定位且要求较大摩擦力的表面定位支承钉二、工件以外圆定位常用定位元件l．V形块应用实例：用V形块定位，工件的定位基准始终在V形块两定位面的对称中心平面内，对中性能好。一个短V形块限制两个自由度；两个短V形块组合或一个长V形块限制四个自由度；浮动式V形块只限制一个自由度。2、定位套筒在工件以端面为主要定位基面的场合，短定位套孔限制工件的两个自由度；在工件以外圆柱表面为主要定位基面的场合，长定位套孔限制工件的四个自由度。3、半圆定位座常用于大型轴类工件的定位当工件尺寸较大，用圆柱孔定位不方便时，可将圆柱孔改成两半，下半孔用作定位，上半孔用于压紧工件。短半圆孔定位限制工件的二个自由度；长半圆孔定位限制工件的四个自由度。三、工件以圆孔定位1、在圆柱销上定位分固定式和可换式用定位销定位时，短圆柱销限制两个自由度；长圆柱销可以限制四个自由度。2．心轴几种常用的心轴结构形式如下图：过盈配合心轴，限制工件四个自由度；间隙配合心轴，限制工件五个自由度（心轴外圆部分限制四个自由度，轴肩面限制一个自由度）；小锥锥度心轴，装夹工件时，通过工件孔和心轴接触表面的弹性变形夹紧工件，使用小锥度心轴定位可获得较高的定位精度，它可以限制五个自由度。2）圆锥销常用于工件孔端的定位，可限制三个自由度五、组合表面定位在实际生产中，为满足加工要求，有时采用几个定位面相组合的方式进行定位。常见的组合形式有：两顶尖孔、一端面一孔、一端面一外圆、一面两孔等，与之相对应的定位元件也是组合式的。几个表面同时参与定位时，各定位基准（基面）在定位中所起的作用有主次之分。例如，轴以两顶尖孔在车床前后顶尖上定位的情况，前顶尖孔为主要定位基面，前顶尖限制三个自由度，后顶尖只限制两个自由度。一面两销的组合定位1）一个平面和与其垂直的两个孔组合这种定位属于过定位解决办法是：将销2做成削边销2）一孔和一平行于孔中心线的平面组合一、零件的基准及其分类什么是基准？基准就是用来确定生产对象上几何要素间的几何关系所依据的点、线、面。第四节定位方式及定位元件1.设计基准在零件设计图上用以确定其它点、线、面位置的基准(点、线、面），称为设计基准。2.工艺基准（1）定位基准加工时，使工件在机床或夹具中占据正确位置所用的基准。（2）工序基准在工艺文件上用以确定本工序被加工表面加工后的尺寸、形状和位置的基准。（3）测量基准检验零件时，用以测量加工表面的尺寸、形状、位置等误差所依据的基准。（4）装配基准装配时用以确定零件、组件和部件相对于其他零件、组件和部件的位置所采用的基准。思考：确定此键槽的设计基准、定位基准、工序基准和测量基准。二.定位误差的分析计算定位误差概念指一批工件在夹具中定位时，工件的设计基准（或工序基准）在加工尺寸方向上的最大变动量。成批加工工件时，夹具相对机床的位置及切削运动的行程调定后不再变动，可认为加工面的位置是固定的。但因一批工件中每个工件在尺寸形状及表面相互位置上均存在差异，所以定位后各表面有不同的位置变动。工序基准的位置变动将对加工精度有直接影响1）基准位置误差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。定位误差包括基准不重合误差和基准位置误差2）基准不重合误差其大小等于设计基准与定位基准间联系尺寸在加工尺寸方向上的变动量（公差）。一次安装加工两孔A和B，孔B在X方向定位基准C与设计基准A不重合，基准不重合误差为联系尺寸22的公差0.2工序基准：工件外圆的下母线A定位基准：内孔中心线O12341minmaxoooooTDTdXX位置（）＝1212AATd不重（A）＝H定位（）位置（O）不重（A）＝结论：工件在V形块上定位①工序尺寸以H1标注，其工序基准和定位基准为：外圆的中心O，由于基准重合。111不重（H位置（定位（H不重（H位置（11)12)1212)))01222sinsinsinsinsin2222212sin2HHddTdOEOFTdOOOCOCTd②工序尺寸以H2标注，其工序基准为：外圆的上母线；定位基准为：外圆的中心O。2222位置（不重（H）位置（不重（H）定位（位置（H）不重（H）因与同向，所以：＝＝22212)1212))1222sinsinsinsinsin22222222112sin2HHHddTdOEOFTdOOOCOCddTdTdTd③工序尺寸以H3标注，其工序基准为：外圆的下母线；定位基准为：外圆的中心O。3333位置（不重（H）位置（不重（H）定位（位置（H）不重（H）因与不同向，所以：＝＝33312)1212))1222sinsinsinsinsin22222222112sin2HHHddTdOEOFTdOOOCOCddTdTdTd4.3工件在夹具中的夹紧一.夹紧装置的组成及基本要求组成作用基本要求（1）力源部分（2）夹紧部分受力元件夹紧元件递力机构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。二.夹紧力的确定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）主要夹紧力方向应垂直于主要定位面（2）夹紧力的作用方向应使工件变形尽可能小（3）夹紧力的作用方向应使所需夹紧力最小2、夹紧力作用点的确定（1）夹紧力作用点应正对支承元件或位于支承元件形成的支承面内（2）夹紧力应作用在刚度较好部位3）夹紧力作用点应尽可能靠近加工表面3、夹紧力大小的估算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具体计算，在这些力的共同作用下，处于动力平衡状态，运用理论力学中有关力平衡方程估算出理论上所需要的夹紧力，并乘以安全系数K，一般精加工K=1.5～2，粗加工K=2.5～3。四、基本夹紧机构（1）斜楔夹紧机构以斜楔为研究对象，夹紧时根据静力平衡原理，有FQ=F1+FRXF1=FJtanΦ1FRX=FJtan(α＋Φ2)FJ=FQ/[tanΦ1＋tan(α＋Φ2)]设Φ