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1、,机械制造工艺学（上） 第3章 机床夹具设计,贺占蜀 郑州大学机械工程学院,目录 3.1机床夹具概述 3.2工件在夹具上的定位 3.3工件的夹紧 3.4各类机床夹具 3.6机床夹具设计步骤和方法,第3章 机床夹具设计,第3章 机床夹具设计 3.1机床夹具概述,机床夹具 机床上用以装夹工件（和引导刀具）的一种装置。 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。,机床夹具及其组成,1）定位元件及装置 用于确定工件在夹具中的正确位置。如V型块、定位销、定位支承等。 2）刀具导向元件或装置 用于引导刀具或调整刀具相对于夹具定位元件的位置，如对刀块、钻套、镗套。 3）
2、夹紧元件及装置 用于夹紧工件。 4）联接元件 用以确定夹具在机床上的位置并与机床相连接。 5）夹具体 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。如底座。 6）其它元件及装置,机床夹具及其组成,机床夹具及其组成,连杆铣槽夹具 1 菱形销 2 对刀块 3 定位键 4 夹具底板 5 圆柱销 6 工件 7 弹簧 8 螺栓 9 螺母 10 压板 11 止动销,1）保证加工质量 2）提高生产效率，降低生产成本 3）扩大机床工艺范围 4）减轻工人劳动强度，保证安全生产,机床夹具功能,1）通用夹具 2）专用夹具 3）可调整夹具及成组夹具 4）组合夹具 5）随行夹具, 按夹具使用范围划分,机床
3、夹具分类,三爪卡盘,万向平口钳,分度头,机床夹具分类,1）通用夹具：已经标准化的、在一定范围内可用于加工不同工件的夹具。如三爪、四爪卡盘，平口钳等。 特点：通用性强、应用广泛，适于工件简单、单件小批量生产中。,机床夹具分类,2）专用夹具：为某一工件特定工序专门设计的夹具。 特点：结构紧凑、使用方便、生产效率高，但需要专门设计制造，周期长、成本高，产品变更时便报废。适合于成批，大量生产。,3）可调整夹具及成组夹具：以成组技术为基础，对所有的零件按相似性进行分类，对每一类设计制造出一种夹具。 特点：夹具的部分元件可以更换，部分装置可以调整。,机床夹具分类,机床夹具分类,4）组合夹具：由一套预先制造
4、好的标准元件组合而成。 特点：大大缩短了设计制造周期，但结构刚性差。,可分为钻床夹具、铣床夹具、车床夹具、磨床夹具等。, 按使用机床划分,可分为手动夹具、气动夹具、液压夹具、真空夹具、电磁夹具等。, 按夹紧力源划分,气动虎钳 液压夹具,机床夹具分类,第3章 机床夹具设计 3.2工件在夹具上的定位,机械制造工艺学,定位方法与定位元件,足够的精度。 足够的硬度和耐磨性。 足够的刚度和强度。 工艺性要好。 便于清除切屑。,定位元件的基本要求,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、夹具支承件和夹具体的凸台及平面等。,工件的定位,固定支承,定位方法与定位元件,可调
5、支承支承点的位置可以在一定高度范围内调整的支承。当工件定位表面不规整或工件批与批之间毛坯尺寸变化较大时，常用可调支承。,注意：每一批工件都要对可调支承进行调整，且调整完后一定要锁紧，即将该位置固定。,定位方法与定位元件,定位方法与定位元件,自位支承又称浮动支承。在定位过程中，支承点可以自动调整其位置以适应工件定位表面的变化。只限制一个自由度，可提高工件的安装刚性和稳定性。,辅助支承在工件完成定位后才参与支承，它不起定位作用，而只起支承作用，常用于在加工过程中加强被加工部位的刚度，提高切削稳定性。,注意：对一批工件的每一个工件都要进行调整(与可调支承相比)。,定位方法与定位元件,图4.18各种辅
6、助支承,平面定位元件的选用 面积较小的基准平面选用支承钉 面积较大、平面度精度较高的基准平面定位选用支承板 毛坯面、阶梯平面和环形平面作基准平面定位时，选用自位支承 毛坯面作基准平面，调节时可按定位面质量和面积大小分别选用可调支承 当工件定位基准面需提高定位刚度、稳定性和可靠性时，可选用辅助支承,定位方法与定位元件,工件以圆孔定位,工件以圆孔定位多属于定心定位（定位基准为圆柱孔轴线）。常用定位元件是定位销和心轴。,工件的定位,工件以圆柱孔定位,心轴在车、铣、磨、齿轮加工等机床上加工套筒类和盘类零件。,定位方法与定位元件,心轴： A、刚性心轴,间隙配合，定心精度低,过盈配合，定心精度高，但装卸有
7、点难,B、锥度心轴： 常用锥度：1:10001:5000, 心轴和工件配合紧密，定心精度高，不用夹紧。,工件以圆柱孔定位,定位方法与定位元件,C、弹性心轴:定心精度高，装卸方便。,工件以圆柱孔定位,定位销：工件上定位内孔较小时，常选定位销,圆柱定位销,定位方法与定位元件,工件以圆柱孔定位,定位销,定位方法与定位元件,工件以外圆柱面定位,工件以外圆柱面定位两种形式：定心定位和支承定位。 工件以外圆柱面定心定位的情况与工件以圆孔定位的情况相仿（用套筒和卡盘代替心轴或柱销）。,工件的定位,工件以外圆柱面支承定位的元件常采用V型块.,工件以外圆柱面定位,套筒（定心定位）,套筒定位,当工件对称度要求较高
8、时，选用V形块 当工件定位圆柱面精度较高时，可选用套筒。,定位方法与定位元件,对于有些大型工件，不便从轴向安装，此时可利用半圆套定位。如下图上半圆夹紧，下半圆定位。,半圆套,定位方法与定位元件,V形块的结构类型,两斜面夹角：60、90 、120。其中90 使用最多。 对中性好，还可用于非完整外圆表面的定位。,工件以外圆柱面定位,V 形块（支承定位）,定位方法与定位元件,工件以外圆柱面定位,V 形块（支承定位）,当90时，有：,定位方法与定位元件,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。下图为工件以锥孔定位的例子，锥度心轴限制了除绕工件自身轴线转动
9、外的 5个自由度。,定位方法与定位元件,工件以其他表面定位,工件以齿面定位,定位方法与定位元件,实际生产中经常遇到的不是单一表面定位，而是几个定位表面的组合。常见的定位表面组合有：平面与平面的组合，平面与圆孔的组合，平面与外圆表面的组合、平面其它表面的组合，锥面与锥面的组合等。,前、后顶尖,定位表面的组合,定位方法与定位元件,一面两孔定位,式中 b 菱形销宽度； D1，D2 与圆柱销和菱形销配合孔最小直径； d1，d2 圆柱销和菱形销的最大直径； 1min ，2min 孔1与销1、孔2与销2的最小间隙； TLK ，TLX 两孔和两销中心距的公差。,定位方法与定位元件,一面两孔定位设计计算,1）
10、确定两销中心距尺寸及公差：取工件两孔中心距基本尺寸为两销中心距基本尺寸，其公差取工件孔中心距公差的1/51/3 2）确定圆柱销直径及其公差：取相应孔的最小直径作为圆柱销直径的基本尺寸，其公差一般取g6或f7。,定位方法与定位元件,定位方法与定位元件,3）确定菱形销宽度、直径及其公差：按有关标准（见下表）选取菱形销的宽度b；然后按前式计算菱形销与其配合孔的最小间隙2min ；再计算菱形销直径的基本(最大极限)尺寸：d2D22min ；最后按h6或h7确定菱形销直径公差。,菱形销结构尺寸,（单位：mm）,d工作部分直径 b 削边销计算宽度 b1 修圆后留下的圆柱部分宽度,定位误差的概念,定位误差是
11、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。 定位误差本质：一批工件在夹具上定位时其工序基准在加工要求方向上最大的变动量。,在轴上铣键槽，要求保证槽底至轴心的距离H。若采用V 型块定位，键槽铣刀按规定尺寸H调整好位置。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。此变化量就是工件定位而引起的加工误差，即定位误差。,定位误差计算,两道计算题！,工件以底面定位铣台阶面，要求保证尺寸a ，即工序基准为工件顶面。如刀具已调整好位置，则由于尺寸 b 的误差会使工件顶面位置发生变化，从而使工序尺寸 a 产生误差。,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
12、置误差JW。 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JB。,定位误差计算,定位基准：平面； 定位元件工作面：平面 平整平面=基准位置误差 JW =0 毛坯面 =基准位置误差JW0,1. 只有用“调整法”加工一批工件时，才存在定位误差，用“试切法”加工工件时不存在定位误差，或者说讨论定位误差没有意义； 2. 定位误差是一批工件因定位而可能出现的最大的加工误差。对于一批工件中的某一个来说，其定位误差有可能没有计算出的数值大，也可能恰好为零；,定位误差计算,强调！,1）合成法 定位误差的来源主要有两方面：一是基准位置误差，二是基准不重合误差。因此，可分别计算出基准
13、不重合误差和基准位置误差，然后在加工要求方向上进行合成。 式中 DW 定位误差； JB 基准不重合误差； JW 基准位置误差； 基准不重合误差与加工方向的夹角； 基准位置误差与加工方向的夹角。 注意式中“号”的选取：当某种同一因素引起的、变动趋势相同时，取“+”号；当、变动方向相反时，取“-”号。,DWJBcosJW cos,定位误差计算,对于加工要求方向是某一固定的方向，如尺寸要求、对称度要求的情况，可将工序基准的最大变动量向该方向投影； 对于加工要求方向是任意的方向，如同轴度的情况，工序基准最大的变动量就是定位误差，不必进行投影。 此外，当有多个独立的因素影响工序基准变动时，可使用“各个击
14、破”的方法，即固定其它因素只分析其中的一个因素对工序基准造成的变动量，然后将各个独立因素所造成的工序基准的变动量简单相加即可。,定位误差计算,注意！,2）定义法(几何方法) 定义法是根据定位误差的本质来计算的一种方法。采用定义法时，要明确加工要求的方向，找出工序基准，画出工件的定位简图，并在图中夸张地画出工序基准变动的极限位置，求出工序基准的最大变动量，然后向加工要求方向上进行投影，即为定位误差。 利用定义法计算DW步骤： 明确工序要求（加工要求方向） 找出工序基准 计算工序基准在加工方向上最大变动量,定位误差计算,复杂的定位误差 简单的初等几何,3）微分法以工序基准为端点，与加工尺寸方向上夹
15、具上的某点相连，然后得到一线段，用几何的方法得出该线段的表达式，然后对该表达式进行微分，再将各尺寸误差视为微小增量，取绝对值后代替微分，最后以公差代替尺寸误差，就可以得到定位误差的表达式。,定位误差计算,工件以平面定位,【例1】 一批工件用“调整法”铣缺口，定位有a）、b）两种方案。 试计算两种情况下工序尺寸20的定位误差。,【解】（1）合成法 a） DW|20 = JB +JW = T40 + 0 = 0.28 + 0=0.28 (mm) b）DW|20 =BC +JW = 0 + 0 = 0,（2）定义法/几何方法 1、加工方向：竖直 2、工序基准：A面 a） DW|20 =T40 = 0.28 (mm) b) DW|20 = 0,工件以平面定位,计算工序基准在加工方向上的最大变动量。,（3）微分法 a）工序基准 A 到定位表面 B 的距离刚好就是工件的高度尺寸 HTH = 400.14 对其进行微分： DW|20d(H)H= TH 0.28（mm） b) 工序基准到定位表面的距离是一个 固定的常值，常值的微分是0。 DW|20=0,工件以平面定位,三种方法计算的结果是相同的。, 先建立工序基准与加工尺寸方向上夹具上某点距离的关系式，然后对其进行微分。,当工件孔径为最大，定位销的直径为最小时，孔处在左右两个极限位置。,
