机床夹具设计教案

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1、次 : 第 1 次授课形式授课内容 典型机床夹具讲授法教学目的 认识机床夹具的结构及组成教学重点 了解夹具的种类及功能教学难点 合理选择机床夹具参考书目袁长良主编，机械制造工艺装备设计手册，北京，中国铁路 出版社社常见问题 解决方案根据不同的特征进行夹具的分类授课内容：第一章 机床夹具概述 第一节 机床夹具及其功用一、概念机床夹具是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。 二、机床夹具的功能主要功能：使工件定位和夹紧。 特殊功能：对刀和导向。 三、机床夹具的作用 1、保证加工精度 2、提高劳动生产率 3、改善

2、劳动条件 4、降低生产成本 5、保证工艺纪律 6、扩大机床工艺范围 第二节 机床夹具的组成定位元件 夹紧装置 夹具体 连接元件 对刀与导向装置 其它元件及装置 一、基本组成部分 1、定位元件：是夹具的主要功能元件之一。 2、夹紧装置：也是主要功能元件之一。 3、夹具体：是夹具的基体骨架。 二、其它组成部分 1、连接元件：是夹具在机床上安装连接形式，有安装在工作台上和安装在机床 主轴上的。2、对刀与导向装置：是确定刀具的位置。 3、其它元件及装置：如分度装置、靠模装置、上下料装置、工来机器人、顶出 器和平衡块等。 第三节 机床夹具的分类及设计要求 一、分 类： 1、按通用特性分类 (1) 通用夹

3、具 (2) 专用夹具 (3) 可调夹具 (4) 组合夹具 (5) 自动化生产用夹具 2、按夹具使用的机床分类车床夹具、铣床夹具、刨床、钻床、镗床、磨床、齿轮加工机床夹具等。 3、根据产生加紧力的动力源分类手动夹具、气动夹具、液压夹具、电动夹具、电磁夹具和真空夹具等。 二、设计要求 (1) 保证工件的加工精度要求， (2) 保证工人的操作方便、安全 (3) 达到加工的生产率要求。 (4) 满足夹具一定的使用寿命和经济性要求 课程小结：了解夹具的作用，学习夹具的分类，针对不同的场合设计不同的夹具结构即 夹具设计具有针对性。 课后思考：对于薄壁零件在设计夹具时应注意哪些事项？课 次 : 第 2 次

4、授课形式授课内容工件定位基本原理与定位元件讲授法 教学目的六点定位规则及定位基准的选择 教学重点工件定位的理念及定位元件的选择 教学难点由度的限制与定位元件的选择 参考书目李庆寿，机床夹具设计，北京：机械工业出版社，1984 常见问题 解决方案常用定位元件限制的自由度、欠定位与过定位的分析授课内容： 第二章 工件的定位 第一节 工件定位的基本原理1. 概述 为满足加工精度要求机床夹具应保证：工件在夹具中占有正确位置；夹具在 机床上的正确位置；刀具相对夹具的正确位置。 基本概念： （一）工件在夹具中定位的任务主要任务：使同一批工件在夹具中占据正确的位置。 （二）定位与夹紧的关系定位是为了使工件在

5、切削力等的作用下能够保持既定的位置不变。夹紧是将工件紧固，通常在定位后需要夹紧工件。定位与夹紧是装夹工件的两个有联系的过程。 （三）定位基准定位基准是定位设计的一个关键，工件的定位基准一旦被确定，则其定位方 案也基本上被确定。 （四）工件自由度空间自由物体的自由度为：。 （五）定位就是确定工件在夹具种的正确位置,是通过在夹具上设置正确的定位 元件与工件定位面的接触来实现的.工件的定有完全定位和不完全定位,要根据其 具体加工要求而定,欠定位在夹具设计种是不容许的,而过定位则有条件地采用。 （六）夹紧是为了克服切削力等外力干扰而使工件在空间中保持正确的定位位置 的一种手段.夹紧一般在定位步骤之后,

6、有时定位与夹紧是同时进行的,入膨胀式 定心夹紧机构。二、六点定位规则（一）规则工件在直角坐标系中有六个自由度，夹具用合理分布的六个支承点限制工件 的六个自由度即，用一个支承点限制工件的一 个自由度 方法，使工件在夹具中的位置完全确定。 （二）定位点分布规律 根据平面几何体定位和圆柱几何体定位的分析，说明了六点定位规则的五个主要 问题： 1定位支承点的合理分布主要取决于定位基准的形状和位置。 2工件的定位是以定位面与夹具的定位元件的工作面保持接触或配合实现。 3工件定位后用夹紧装置将工件紧固。 4定位点分布应符合几何学观点 5有时定位点数量及其分布不一定明显直观,应当注意。（如三爪卡盘） 三、完

7、全定位与不完全定位完全定位： 限制了工件六个自由度，适合于较复杂工件的加工中。不完全定位： 在满足及加工要求情况下，仅限制工件的部分自由度。完全定位与不完全定位属于正确定位方法。 四、欠定位与过定位 （一）欠定位：一种定位不足而影响加工的现象，是不允许的必须防止。通常只 要仔细分析定位点的作用，欠定位是很容易防止的。 （二）过定位：定位时工件的同一自由度被数个定位元件重复限制。消除过定位的常用措施： 1减小接触面积。 2修改定位元件形状，以减少定位支承点。 3缩短圆柱面的接触长度。 4设法使过定位的定位元件在干涉方向上能浮动，以减少实际支承点数目。 5拆除过定位元件。 五、限制工件自由度与加工

8、技术要求的关系自由度分类：（按照与加工技术的关系划分）第二节 定位元件设计 定位元件的设计主要取决于工件的加工要求和工件定位基准的形状、尺寸、精度 等因素，故定位设计时要注意分析的定位基准的形态。 一、工件以平面定位 （一）工件以粗基准平面定位 工件表面特点： 表面粗糙且平面度误差较大，通常采用呈现点接触形式的定位 元件。常用定位元件有：支承钉、浮动支撑和调节支承等。1. B 型（球头）和 C 型（齿纹）支承钉其主要规格尺寸 D 为 5、6、8、12、16、20、25、30、40mm在固定支承中： B 型支承钉能使其与定位基准面接触良好，应用较广泛。C 型支承钉的支承头部有齿纹，可防止工件在加

9、工过程中滑动，常用与较大 型的机体定位。 2. 可换支承钉其支承钉部分可自由更换，用于批量较大的生产中，以降低夹具制造成本。3. 可调节支承可调节支承是指支承的高度可更具需要进行调节，通过调节支承钉的高度保 证工序有足够的和均匀的加工余量。 主要尺寸规格： GB/T2230-91 调节支承的主要规格 d 为 M5、M6、M8、M10、M12、M20、M24、M30、M36；L 可按需要确定。 GB/T2229-91 圆头调节支承的主要规格 d 为 M5、M6、M8、M10、M12、M20；L 为 25、30、120mm；球面半径 SR 的 尺寸与 d1 相同。GB/T2230-91 调节支承的

10、主要规格 d 为 M5、M6、M8、M10、M12、M20、M24、M30、M36；L 为 15、20、，160mm。 （二）工件以精基准平面定位工件表面特点：较小的表面粗糙度值和平面度误差，通常采用呈现面接触形 式的定位元件。 常用定位元件有：支承板、平头支承钉等1支承板A 型光面支承板 结构简单、制造方便，但切屑不易清除，用于工件定位基准 面精度较高且垂直分布的场合（侧面定位或顶面定位）。B 型带斜槽支承板 用于水平方向布置的定位中，其凹槽可防止细小切屑停留 在定位面。支承板的主要规格厚度 H 为 6、8、10、12、16、20、25mm。 2A 型（平头）支承钉与 B 型 C 型相比 A

11、 型的定位呈现小平面的接触形式，多件 使用时应设法使高度尺寸 H 相同。规格与 B 型 C 相同。 3提高平面支撑刚度的方法通常采用辅助支承或可以浮动的支承，以减小工件变形和振动又不致发生过 定位。 1）辅助支承：只起支承作用不限制工件自由度，使用完毕需放松支承，待工件 重新定位后在支撑。 2）浮动制承：与工件的接触点虽有两三个，但只限制工件一个自由度。 （三）工件以圆柱孔定位 1工件以圆柱孔定位的特点：定位面为圆柱孔，定位基准为中心轴线要素，故通常要求内孔基准面有较 高的精度。 2常用的定位有：定位销、定位轴、心轴等。 1）定位轴通常定位轴为专用结构，其主要定位面可限制四个自由度，若再设置防

12、转支 承，即可实现完全定位 2）定位销 a）固定式定位销 其主要规格尺寸为 D 530mm，常用于组合定位中。A 型（圆柱形）定位销 限制两个自由度 B 型（菱形）定位销 限制一个自由度 b）销定位销分为 A 型 B 型两种，功能上与固定式定位销相同，仅结构有所不同，其主要 参数 D 为 13 mm c）可换定位销分为 A 型 B 型两种，与上述定位销比较，其功能是磨损后可以方便更换，降 低夹具成本，用于生产负荷很高的夹具。其主要规格为 D 530mm。 d）定位插销也有 A 型 B 型之分，常用于不便于装卸的部位和工件以被加工孔为定位基准 的定位中。其主要规格为 d 3、4、78mme 心轴

13、常用于套类盘类零件的车、 磨、和齿加工，以保证加工面或齿轮分度圆对内孔同轴度公差。心轴设计的主要 技术要求；同轴度和垂直度等。 常用的定位方式： 间隙配合定心 特点装夹工件方便，但定位精度不高。 定心夹紧 定心夹紧心轴所能达到的定位精度因结构不同差异较大。例如：可胀式结构心轴 特点：结构较简单，精度较低。液性塑料心轴特点：定心精度则很高。（四）工件以外圆柱面定心以外圆柱面定位时，工件的定位基准为中心要素。常用元件有 V 形块、半圆 套、定位套等。 1V 形铁 (1) 单 V 形铁 特点：定位精度较高，当 V 形铁较长时可限制圆柱体四个自由度。主要规格 N 有： 9、14、18、85mm。 V

14、形铁中心高度 T 计算：若以 90 度 V 形铁为例则：90代入上式得：Th+0.707D0.5N 其中 D 为工件直径 (2) 活动 V 形铁与固定 V 形铁组合 一个转动自由度。2半圆套这种半圆套的定位面置于工件下方类似于 V 形体、轴承，其稳固性比 V 形体 更好，其定位精度取决于定位基面的精度。 3定位套通常定位套以内圆柱面及其端面组合定位。长定位套：圆柱面限制两个转动自由度和两个移动自由度，端面限制一个移 动自由度。短定位套：圆柱面只限制两个移动自由度，端面限制一个移动自由度。 4除上述元件外工件还可以作自动定心定位如三爪卡盘定位并夹紧等。 （五）工件以特殊表面定位根据工件特殊表面机

15、构的不同设计定位元件，常见的形式有： 1工件以内外圆锥面定位内：常用元件以锥度心轴定位；外：常用元件以锥套定位或用 V 形体配具有一定倾斜角度的平台组合定位。 2工件以中心孔定位常用元件：通用顶尖、外拨顶尖、特殊顶尖等配合定位。 3工件以齿形面定位 定位元件为三个滚柱，以 120分布形式嵌入齿槽定位。 课程总结：六点定位规则是机床夹具设计中的一个重要内容，从而保证工件完全定位或 不完全定位，避免产生欠定位及过定位。定位基准的选择是定位设计的一个关键 问题。设计夹具时，从减小加工误差考虑，应尽可能选用工序基准为定位基准， 即遵循所谓基准重合原则。当用多个表面定位时，应选择其中一个较大的表面为 主

16、要定位基准。 思考习题：分析教材 P19P21 中的表 22 常用定位元件能限制的工件自由度，特别注 意其中的大平面与两圆柱孔（两孔一面）的示例，对其若产生的过定位的情况该 如何进行分析其作用。课 次 : 第 3 次授课形式授课内容工件定位基本原理与定位元件讲授法教学目的工件定位误差分析与计算教学重点定位误差分析教学难点定位误差计算参考书目李庆寿机床夹具设计，北京：机械工业出版社，1984常见问题工艺尺寸的确定与定位误差的分析和与计算解决方案授课内容： 第二章 工件的定位 第三节 定位误差 一、工件在夹具中加工时加工误差的组成 (1) A 夹具位置误差，定位元件相对机床的切削成形运动的位置误差。 (2) B 定位误差，由定位引起的工序基准的位置误差。 (3) T 刀具相对与夹具的位置误差，对刀导向误差。 (4) G 与加工过程中其它因素有关的加工误差。为了保证加