机械制造工艺 第6章 机床夹具课件

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1、第6章 机床夹具设计,6.1 机床夹具概述,机械制造工艺学,2,机床夹具定义 机床夹具是在机床上装夹工件的一种装置，其作用是使工件相对于机床和刀具有一个正确的位置，并在加工过程中保持这个位置不变。,6.1.1 机床夹具及其组成,3,机床夹具的组成 1）定位元件及装置； 2）夹紧元件及装置； 3）对刀及导向元件； 4）联接元件； 5）夹具体； 6）其他元件及装置。 （防护、防错、分度）,6.1.1 机床夹具及其组成,4,机床夹具的主要功能 （1）保证加工质量，使工件相对于机床或刀具保持正确位置。加工精度主要靠夹具和机床来保证，不再依赖于工人的技术水平。 （2）提高生产率，降低成本。 （3）扩大了

2、机床的工艺范围。 （4）减轻了工人劳动强度，保证生产安全。,6.1.2 夹具的功能,5,按机床夹具的使用范围分类 1）通用夹具：三爪、四爪卡盘、顶尖，平口钳、分度头等。一般已经标准化，可以外购。 2）专用夹具：为某一工件特定工序专门设计的夹具。 3）可调整夹具及成组夹具：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。 4）组合夹具：由一套预先制造好的标准元件组合而成。根据工件的工艺要求，组装成各种专用夹具。适于新品试制和单件小批生产。 5）随行夹具：在自动线或柔性制造系统中，载着购工件随输送装置运往各加工位置。,6.1.3 机床夹具的分类,6,6.1.3 机床夹具的分类,三爪

3、卡盘,四爪卡盘,万向平口钳,回转工作台,分度头,图6-2 通用夹具,7,6.1.3 机床夹具的分类,图6-3 组合夹具实例,8,按加工类型和使用机床分类 可分为车床夹具、铣床夹具、钻床夹具、镗床夹具、磨床夹具、数控机床夹具等。 按夹紧装置的动力源分类 可分为手动夹具、气动夹具、液动夹具、电磁夹具、真空夹具等。,6.1.3 机床夹具的分类,气动虎钳 液压夹具,第6章 机床夹具设计,6.2 工件在夹具上的定位,机械制造工艺学,10,工件以平面定位 平面定位的主要形式是支承定位。常用的定位元件有支承钉、支承板等。分为固定支承、可调支承、自位支承、辅助支承等几种。,6.2.1 常用定位方法与定位元件,

4、图6-4 工件以平面定位,11,（1）固定支承,6.2.1 常用定位方法与定位元件,12,（2）可调支承,6.2.1 常用定位方法与定位元件,图6-6 可调支承 1调节支钉2锁紧螺母,13,（3）自位支承,6.2.1 常用定位方法与定位元件,14,（4）辅助支承,6.2.1 常用定位方法与定位元件,图6-8 辅助支承 1支承 2螺母 3弹簧 4手柄,15,工件以圆柱孔定位 工件以圆孔定位多属于定心定位，常用的定位元件有定位销和心轴。定位销有圆柱销、圆锥销、菱形销等形式；心轴有刚性心轴、弹性心轴之分。,6.2.1 常用定位方法与定位元件,图6-9 工件以圆孔定位,16,（1）刚性心轴,6.2.1

5、 常用定位方法与定位元件,图6-10 刚性心轴,17,（2）定位销,6.2.1 常用定位方法与定位元件,图6-11 圆柱定位销,18,（2）定位销,6.2.1 常用定位方法与定位元件,图6-13 菱形销与圆锥销,19,工件以外圆表面定位 工件以外圆表面定位有两种形式：定心定位和支承定位。常用于外圆表面的定位元件有：定位套、支承板和V型块等。,6.2.1 常用定位方法与定位元件,图6-14 工件外圆以锥套和套筒定位,20,6.2.1 常用定位方法与定位元件,图6-15 V形块,21,工件以其他表面定位 除平面、圆孔、外圆柱面外，工件有时还可能以其它表面（如圆锥面、渐开线齿面、曲面等）定位。,6.

6、2.1 常用定位方法与定位元件,22,定位表面的组合 在多个表面同时参与定位情况下，各定位表面所起作用有主次之分。定位点数最多的表面为第一定位基准面、定位点数次多的表面为第二定位基准面 在分析多个表面定位情况下各表面限制的自由度时，分清主次定位面很重要。,6.2.1 常用定位方法与定位元件,23,定位误差的概念 定位误差是由于工件在夹具上（或机床上）定位不准确而引起的加工误差。,6.2.2 定位误差计算,例：如图在轴上铣键槽，采用V 型块定位，键槽铣刀按规定尺寸H调整好位置，分析其定位误差。 实际加工时，由于工件直径存在公差，会使轴心位置发生变化，进而使工序尺寸H也发生变化。,24,定位误差的

7、来源 1）由于工件定位表面或夹具定位元件制作不准确引起的定位误差，称为基准位置误差。 2）由于工件的工序基准与定位基准不重合而引起的定位误差，称为基准不重合误差。,6.2.2 定位误差计算,图示工件以底面定位铣台阶面，要求保证尺寸a。 工件的定位误差实质上就是工序基准在加工尺寸方向上的最大变动量。,25,定位误差的计算方法 找出工序基准，求其在加工尺寸方向上的最大变动量。可以采用几何法或者微分法。 用几何方法计算定位误差 用几何方法计算定位误差通常要画出工件的定位简图，并在图中夸张地画出工件变动的极限位置； 然后运用几何知识，求出工序基准在加工尺寸方向上的最大变动量，即可求出定位误差。 【例】

8、孔用销定位，与销间隙配合，若工件的工序基准为孔心，试确定其定位误差。,6.2.2 定位误差计算,26,【解】孔心变动量为配合间隙，当工件孔径为最大，定位销的直径为最小时，孔心变动量最大。 只要工序尺寸方向垂直于孔轴，定位误差均为： 式中 DW 定位误差； Dmax工件定位孔最大直径; dmin夹具定位销最小直径。,6.2.2 定位误差计算,27,当工件孔与夹具定位销保持固定边接触时，定位误差为孔径公差的一半。 定位误差为：,6.2.2 定位误差计算,此时，定位误差是由于定位基准与工序基准不重合所造成的，属于基准不重合误差，与定位销直径无关。,28,用微分方法计算定位误差 【例】工件在V型块上定

9、位铣键槽，计算定位误差。要求保证的工序尺寸和工序要求：槽底至工件外圆中心的距离H；键槽对工件外圆中心的对称度。 【解】对于第1项要求，写出O点至加工尺寸方向上某一固定点如V型块两斜面交点A的距离：,6.2.2 定位误差计算,对上式求全微分，得到：,29,以微小增量代替微分，并将尺寸误差视为微小增量，且考虑到尺寸误差可正可负，各项误差均取绝对值，得到工序尺寸H的定位误差： 式中 Td 工件外圆直径公差； T V型块两斜面夹角角度公差。 若忽略V型块两斜面夹角的角度公差，可以得到用V型块对外圆表面的定位误差为：,6.2.2 定位误差计算,30,若工件工序基准为外圆下母线时，由右图得： 若忽略V型块

10、两斜面夹角的角度公差，可以得到用V型块对外圆表面的定位误差为：,6.2.2 定位误差计算,31,若工件工序基准为外圆上母线时，由右图得： 若忽略V型块两斜面夹角的角度公差，可以得到用V型块对外圆表面的定位误差为：,6.2.2 定位误差计算,32,关于键槽对工件外圆中心的对称度要求。 若忽略工件的圆度误差和V型块角度偏差，可以认为工序基准在水平方向上的位置变动量为零，即定位误差为零。,6.2.2 定位误差计算,33,组合定位误差 【例】一面两销定位误差分析计算。,6.2.2 定位误差计算,34,直线位移误差 极端情况为：工件内孔1的直径尺寸最大、定位销1直径尺寸最小 ，极端位置为最左、最右两种情

11、况。 O1 = D1max d1min 式中 O1 定位误差； D1max工件定位孔最大直径； d1min夹具定位销最小直径。,6.2.2 定位误差计算,35,角位移误差 极端情况为：工件内孔1、2的直径尺寸最大、 定位销1、2直径尺寸最小 ，极端偏摆为上、下最大转角两种情况。,6.2.2 定位误差计算,36,6.2.2 定位误差计算,第6章 机床夹具设计,6.3 工件的夹紧,机械制造工艺学,38,夹紧装置的组成 (1) 动力源。人力、气动、液动、电动等。 (2) 夹紧机构。包括中间递力机构和夹紧元件。 夹紧装置的设计要求 （1）夹紧力应有助于定位，而不应破坏定位； （2）夹紧力的大小应能保证

12、加工过程中工件不发生位置变动和振动，并能在一定范围内调节； （3）工件在夹紧后的变形和受压表面的损伤不应超出允许的范围； （4）应有足够的夹紧行程； （5）手动时要有自锁性能： （6）结构简单紧凑、动作灵活，制造、维护方便，省力、安全并有足够的强度和刚度。,6.3.1 夹紧装置的组成及设计要求,39,正确确定夹紧力，主要是正确确定夹紧力的三要素：大小、方向和作用点。 夹紧力方向的选择 (1) 夹紧力的方向应垂直于主要定位基准面。,6.3.2 夹紧力的确定,40,(2) 夹紧力的作用方向应尽量与工件刚度最大的方向相一致，以减小工件变形。,6.3.2 夹紧力的确定,41,(3) 夹紧力的方向应尽可

13、能与切削力、工件重力方向一致，以减少夹紧力。 夹紧力作用点的选择 (1) 夹紧力的作用点应能保持工件定位稳定，不致引起工件产生位移或偏转。,6.3.2 夹紧力的确定,42,(2) 夹紧力的作用点应使被夹紧工件的夹紧变形尽可能小。 (3) 夹紧力的作用点应尽量靠近切削部位，以提高夹紧的可靠性，若切削部位刚性不足，可采用辅助支承。,6.3.2 夹紧力的确定,43,夹紧力的大小 夹紧力的大小必须适当，夹紧力过小，工件在夹具中的位置可能在加工过程中产生变动，破坏原有的定位；夹紧力过大，不但会使工件和夹具产生过大的变形，对加工质量不利，而且会造成物力人力的浪费。 计算夹紧力，通常将夹具和工件看成一个刚性

14、系统以简化计算。然后根据工件受切削力、重力、夹紧力等后处于静力平衡条件，计算出理论夹紧力W，再乘以安全系数k，作为实际所需的夹紧力W0，即 W0kW 一般取k1.53，粗加工取2.53，精加工取1.52。,6.3.2 夹紧力的确定,44,（1）斜楔夹紧机构 斜楔夹紧机构原理：斜面移动时产生的压力（楔紧作用）,6.3.3 常用夹紧机构,45,斜楔夹紧的特点： （1）斜楔的自锁性； （2）斜楔能改变夹紧作用力的方向； （3）斜楔具有扩力作用； （4）斜楔的夹紧行程小； （5）斜楔夹紧的效率低。 适用范围： 由于手动的斜楔夹紧机构在夹紧工件时既费时又费力，效率很低，故实际上多在机动夹紧装置中采用。,

15、6.3.3 常用夹紧机构,46,(2) 螺旋夹紧机构 螺旋夹紧机构具有结构简单、制造容易、夹紧可靠、扩力比大和夹紧行程不受限制等特点。 在手动夹紧装置中被广泛使用。 其缺点是夹紧动作慢、效率低。,6.3.3 常用夹紧机构,图6-33 螺旋夹紧原理图,47,(3) 偏心夹紧机构 偏心夹紧实际上是斜楔夹紧的一种变形。,6.3.3 常用夹紧机构,图6-34 偏心夹紧原理图,适应范围：(1) 适用于切削负荷不大且无很大振动的场合；(2) 用于夹紧行程较小的情况；(3) 很少直接用于夹紧工件，大多是与其它夹紧元件联合使用。,48,(4) 铰链夹紧机构 铰链夹紧机构的结构简单、动作迅速、扩力比大、易于改变

16、力的作用方向且摩擦损失小。 缺点是自锁性差。 适用于多点或多件夹紧，在气动或液压夹具中广泛应用。,6.3.3 常用夹紧机构,图6-35 铰链夹紧原理图,49,(5) 定心夹紧机构 定心夹紧机构，是一种特殊的夹紧机构，工件在其上同时实现定位和夹紧。在这种夹紧机构上与工件定位基准面相接触的元件，既是定位元件，又是夹紧元件。,6.3.3 常用夹紧机构,图6-36 定心、对中夹紧原理图,50,(6) 联动夹紧机构 设计时，一般应设置浮动环节，使各夹紧力均匀一致。,6.3.3 常用夹紧机构,图6-37 联动夹紧原理图,第6章 机床夹具设计,6.6 机床夹具设计 步骤和方法,机械制造工艺学,52,专用夹具设计的基本要求可概括为如下几方面 （1）保证工件加工精度为最基本要求，关键是正确地确定定位方案、夹紧方案、刀具导向方式及合理确定夹具的技术要求。必要时应进行误差分析与计算。 （2）夹具结构方案应与生产纲领相适应在大批量生产时应尽量采用快速、高效夹具结构，如多件夹紧、联动夹紧等，以缩短辅助时间；对于中、小批生产，在满足夹具功能的