工装夹具设计

2006-21当用夹具装夹工件来对进行加工时，必须满足三个条件：ƒ1、这批工件在夹具中占有正确的加工位置；ƒ2、夹具安装在机床上应具有准确的位置；ƒ3、刀具相对夹具应具有准确的位置。2006-22第二章工件装夹与夹具设计原理‹为保证工件某工序的加工要求，必须在加工前，使工件在机床上相对刀具的切削或成形运动处于准确的相对位置。‹这项工作便是对工件的装夹（安装）。‹在成批加工工件时一般都通过夹具来进行。‹机床夹具是机械加工工艺系统的一个重要组成部分。2006-23这里涉及了三层关系：ƒ工件相对夹具，ƒ夹具相对于机床，ƒ工件相对于机床。2006-24工件的最终精度是由工件件相对于机床获得的。所以“定位”也涉及到三层关系：ƒ工件在夹具上的定位；ƒ夹具相对于机床的定位；ƒ工件相对于机床的定位；ƒ而工件相对于机床的定位是通过夹具来间接保证的。2006-25ƒ工件定位以后必须通过一定的装置产生夹紧力把工件固定，使工件在加工中保持在准确定位的位置上，ƒ否则，在加工过程中因受切削力，惯性力等力的作用而发生位置变化或引起振动，破坏了原来的准确定位，无法保证加工要求。ƒ这个过程称为夹紧。ƒ这种产生夹紧力的装置便是夹紧装置。2006-26一、机床夹具概述1、机床夹具的概念ƒ机床夹具是机床上用以装夹工件（和引导刀具）的一种装置。ƒ其作用是将工件定位，以使工件获得相对于机床和刀具的正确位置，并把工件可靠地夹紧。2006-27装夹=定位+夹紧ƒ定位：使工件在机床或夹具中占有正确位置的过程。ƒ夹紧：工件定位后对工件施加一定的外力，使工件在加工过程中保持定位后的正确位置不变动。2006-28装夹方式ƒ工件在机床上的装夹方式，取决于生产批量、工件大小及复杂程度、加工精度要求及定位的特点等。ƒ主要装夹形式有三种：ƒ直接找正装夹、ƒ划线找正装夹和ƒ夹具装夹。2006-291）直接找正装夹效率低，找正精度较高；适用单件小批量中形状简单的工件。3）夹具装夹2）划线找正装夹通用性好，但效率低，精度不高；适用于单件小批量中形状复杂的铸件。操作简单，效率高，容易保证加工精度，适用于各种生产类型。装夹的方式2006-2101）直接找正装夹ƒ将工件装在机床上，然后按工件的某个（或某些）表面，用划针或用百分表等量具进行找正，以获得工件在机床上的正确位置。ƒ直接找正装夹效率较低，但找正精度可以很高，适用于单件小批生产或定位精度要求特别高的场合。2006-2112006-212　2）划线找正装夹ƒ这种装夹方法是按图纸要求在工件表面上事先划出位置线、加工线和找正线，装夹工件时，先按找正线找正工件的位置，然后夹紧工件。ƒ　　划线找正装夹不需要专用设备，通用性好，但效率低，精度也不高，通常划线找正精度只能达到0.1～0.5mm。ƒ此方法多用于单件小批生产中铸件的粗加工工序。2006-2132006-214　3）使用夹具装夹ƒ使用夹具装夹，工件在夹具中可迅速而正确的定位和夹紧。ƒ　这种装夹方式效率高、定位精度好而可靠，还可以减轻工人的劳动强度和降低对工人技术水平的要求，因而广泛应用于各种生产类型。2006-2152006-2162、机床夹具的分类（1）按专门化程度分类ƒ1）通用夹具ƒ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。ƒ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。ƒ其特点是适应性广，生产效率低，主要适用于单件、小批量的生产中。2006-217ƒ2）专用夹具ƒ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。ƒ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。ƒ当产品变更时，夹具将由于无法再使用而报废。ƒ只适用于产品固定且批量较大的生产中。2006-2182006-219ƒ3）通用可调夹具和成组夹具ƒ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。ƒ用于相似零件的成组加工所用的夹具，称为成组夹具。ƒ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。2006-2202006-221ƒ4）组合夹具ƒ组合夹具是指按零件的加工要求，由一套事先制造好的标准元件和部件组装而成的夹具。ƒ由专业厂家制造，ƒ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。2006-2222006-223ƒ5）随行夹具ƒ随行夹具是一种在自动线上使用的夹具。ƒ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。2006-224（2）按使用的机床分类ƒ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。ƒ按所使用的机床不同，夹具又可分为：车床夹具、铣床夹具、钻床夹具、镗床夹具、磨床夹具、齿轮机床夹具和其他机床夹具等。2006-225钻床夹具ƒ钻床夹具简称钻模，主要用于加工孔及螺纹。它主要由钻套、钻模板、定位及夹紧装置夹具体组成。2006-226镗床夹具ƒ镗床夹具又称为镗模，主要用于加工箱体或支座类零件上的精密孔和孔系。主要由镗模底座、支架、镗套、镗杆及必要的定位和夹紧装置组成。2006-227（3）按夹紧动力源分类ƒ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。机床夹具的组成定位元件夹紧装置或元件对刀、引导元件其它装置或元件夹具体连接元件3、机床夹具的组成2006-2292006-230ƒ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。ƒ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。2006-231(1)定位元件ƒ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。如图中的定位销6。2006-232(2)夹紧装置或元件ƒ用于夹紧工件，在切削时使工件在夹具中保持既定位置。ƒ如图中的螺母5和开口垫圈4。2006-233(3)对刀、引导元件或装置ƒ这些元件的作用是保证工件与刀具之间的正确位置。ƒ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。ƒ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。ƒ如图中的快换钻套1。2006-234ƒ(4)连接元件ƒ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。ƒ(5)夹具体ƒ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。ƒ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。ƒ如图中的夹具体7。2006-235(6)其它元件及装置ƒ有些夹具根据工件的加工要求，要有分度机构，铣床夹具还要有定位键等。ƒ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。2006-2362006-2374、机床夹具的功用ƒ1）能稳定地保证工件的加工精度ƒ用夹具装夹工件时，工件相对于刀具及机床的位置精度由夹具保证，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。ƒ2）能减少辅助工时，提高劳动生产率ƒ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；ƒ工件在夹具中装夹后提高了工件的刚性，可加大切削用量；ƒ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。2006-238ƒ3）能扩大机床的使用范围，实现一机多能ƒ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。ƒ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。基准定位基准工序基准装配基准测量基准设计基准工艺基准用于确定零件上其它点、线、面位置所依据的那些点、线、面。设计图样上所采用的基准就是设计基准。（图）在加工时用于工件定位的基准，称为定位基准。（图）1、粗基准2、精基准3、辅助基准4、主要基准5、附加基准在加工中或加工后用来测量工件时采用的基准在装配时用来确定零件或部件在产品中相对位置所采用的基准在工序图上使用的基准。加工、测量、装配过程中使用的基准。二、基准及其分类图2钻套的设计基准图3齿轮的装配基准图4工件钻孔工序简图•设计合理的定位方法与定位装置；•有足够的定位精度。六点定位原理定位的任务定位的原理三、工件在夹具中的定位2006-244定位原理ƒ学习要点：ƒ定位是机械加工中一个极为重要的问题。ƒ要深刻理解和牢固掌握定位原理，熟知常用的定位方法。ƒ深刻理解欠定位与过定位的概念，能正确分析和处理有关欠定位与过定位的问题。ƒ深刻理解定位误差的概念，能正确计算定位误差。2006-245ƒ(一)六点定位原理ƒ任何未定位的工件在空间直角坐标系中都具有六个自由度。ƒ工件定位的任务就是根据加工要求限制工件的全部或部分自由度。ƒ工件的六点定位原理是指用六个支撑点来分别限制工件的六个自由度，从而使工件在空间得到确定定位的方法。图工件在空间的自由度与工件六点定位2006-247几个需特别注意的问题1）定位与夹紧的区别机械加工中关于自由度的概念与力学中自由度的概念不完全相同。机械加工中的自由度实际上是指工件在空间位置的不确定性。这里特别要注意将定位与夹紧的概念区分开来。工件一经夹紧，其空间位置就不能再改变，但这并不意味着其空间位置是确定的。2006-248ƒ定位是工件在夹具中获得正确的位置；ƒ夹紧是保证定好的位置不因外力的作用而发生改变。ƒ例如，板状工件安放在平面磨床的磁性工作台上，扳动磁性开关后，工件即被夹紧，其位置就被固定。但工件放在工作台什么位置上并不确定，既可以放在1的位置上，也可以放在2的位置上。2006-249ƒ2）六点定位原则中“点”的含义是限制自由度，不要机械地理解成接触点。ƒ例如，下图所示板状工件安放工作台上限制了3个自由度，是三点定位。ƒ实际上，工件与工作台面接触点可能有多个。2006-2503）限制自由度与加工技术要求的关系ƒ工件需限制几个自由度？ƒ需限制哪几个自由度？完全取决于加工技术要求。2006-2512006-252ƒ图2-34a所示为铣削长方体工件上平面工序，要求保证Z方向上的高度尺寸及上平面与底面的平行度，只需限制、、3个自由度即可。ƒ而图2-34b所示为铣削一个通槽，需限制除了外的其他5个自由度。ƒ图中c所示在同样的长方体工件上铣削一个键槽，在三个坐标轴的移动和转动方向上均有尺寸及相互位置的要求，因此，这种情况必须限制全部的6个自由度，即完全定位。　　2006-253ƒ若将图2-34中的e与b相比较，图e为圆柱体的工件，而图b为长方体工件。虽然，它们均是铣一个通槽，加工内容、要求相同。但是，加工定位时，图b的定位基面是一个底面与一个侧面，而图e只能采用外圆柱面作为定位基面。因此，图e对于的限制就无必要，则限制4个自由度就可以了。ƒ再如图2-34d所示过球体中心打一通孔，定位基面为球面，则对三个坐标轴的转动自由度均无必要限制，所以，限制、2个移动就够了。　　2006-254ƒ若将图2-34的f与e对照：均是在圆柱体工件上铣通槽，但图f的加工要求增加了一条，被铣通槽与下端槽需对中。虽然，它们的定位基面仍是外圆面，但图f需增加对自由度的限制，共需限制5个自由度才正确。2006-255(二)工件的四种定位形式ƒ1、完全定位与2、不完全定位ƒ工件的六个自由度完全被限制的定位称为完全定位。ƒ按加工要求，允许有一个或几个自由度不被限制的定位称为不完全定位。图7完全定位与不完全定位2006-257ƒ工件定位时，以下几种情况允许采用不完全定位ƒ1、加工通孔或通槽时，沿贯通轴的位置自由度可不限制。ƒ2、毛坯（本工序加工前）是轴对称时。ƒ3、绕对称轴的转动自由度可不限制。ƒ4、加工贯通的平面时，除可不限制沿两个贯通轴的位置