工件的定位夹紧与夹具设计

《工件的定位夹紧与夹具设计》由会员分享，可在线阅读，更多相关《工件的定位夹紧与夹具设计（126页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。

1、第4章 工件的定位夹紧与夹具设计4.1 夹具的基本概念 4.2 工件在夹具上的定位 4.3 工件在夹具中的夹紧 4.4 各类机床夹具举例4.1 夹具的基本概念4.1.1机床夹具的定义及组成 1.机床夹具的定义：广义上，为使工艺过程的任何工序保证质量、 提高生产率、减轻工人劳动强度及工作安全等的一切 附加装置都称为夹具。机床夹具：是将工件进行定位、夹紧，将刀具进 行导向或对刀，以保证工件和刀具间的相对位置关系 的附加装置，简称夹具。辅助工具：将刀具在机床上进行定位、夹紧的装 置，简称辅具。2. 夹具的组成部分1）定位元件 起定位作用，保证工件相对于夹具的位置，可用六 点定位原理来分析其所限制的自

2、由度。 2) 夹紧装置 将工件夹紧，以保证在加工时保持所限制的自由度 。根据动力源的不同，可分为手动、气动、液动和电动 等夹紧方式。 3) 导向元件和对刀装置 用来保证刀具相对于夹具的位置，对于钻头、扩孔 钻、铰刀、镗刀等孔加工刀具用导向元件，对于铣刀、 刨刀等用对刀装置(图4-1、图4-2)。 4) 连接元件 它保证夹具和机床工作台之间的相对位置。对于铣床夹具有定位键与铣床工作台上的T形槽相 配来进行定位，再用螺钉夹紧(图4-1)。5) 夹具体 是夹具的关键零件。定位元件、夹紧装置、导向 元件、对刀装置、连接元件等都装在它上面。夹具体比较复杂，它保证各元件之间的相对位置 。对于加工精度来说，

3、主要是控制刀具相对于工件的 位置，工件在夹具上进行加工时，这个相对位置关系 是由定位元件、导向元件或对刀装置并通过夹具体来 保证，所以夹具体的精度要求比较高。6) 其它元件及装置 如动力装置的操作系统等。机床夹具和机床、刀具、工件之间的关系如 图4-3所示。4.1.2 夹具的作用1)保证加工精度2)提高生产率 3)减轻劳动强度4)扩大机床的工艺范围4.1.3夹具的分类1从通用化程度来分(1) 通用夹具与通用机床配套，作为通用机床的附件、如三爪卡盘、四爪卡盘、虎钳、分度头和转台等。(2) 专用夹具根据零件上艺过程中某工序的要求专门设计的夹具，此夹具只用于该零件加工（如连杆镗孔夹具 ），一般都是成

4、批和大量生产中所需，数量也比较 大。(3) 成组夹具适用于一组零件的夹具，一般都是同类零件，经过调整(如更换、增加一些元件)可用来定位、夹紧一组零件。 (4) 组合夹具（拼凑夹具）由许多标准件组合而成，可根据零件加工工序的需要拼装，用完后再拆卸，可用于单件、小批生产。 (5) 随行夹具用于自动线上，工件安装在随行夹具上，随行夹具由运输装置送往各机床，并在机床夹具或机床工作台上进行定位夹紧。2.从使用机床的类型来分可分为车床夹具、磨床夹具、钻床夹具(包括钻模) 、镗床夹具(包括镗模)、铣床夹具等。 3.从用途来分可分为机床夹具、装配夹具和检验夹具等。 4.从动力来源分可分为手动夹具、气动夹具、液

5、压夹具、气液夹具 、电动夹具、电磁夹具、真空夹具、自紧夹具(靠切削力 本身夹紧)等。4.1.4 工件在夹夹具中加工时时加工误误差的组组成1.工件在夹夹具中加工时时的加工误误差(2)对定误差刀具导向或对刀误差，即夹具与刀具的相对位 置误差。夹具在机床上定位和夹紧误差即夹具与机床的 相对位置误差。(3)加工过程误差如加工方法的原理误差，工艺系统的受力变形、 工艺系统的受热变形、工艺系统各组成部分(如机床、 刀具、量具等)的静精度和磨损等。工件在夹具中加工时的加工误差，由三部分组成。(1)安装误差工件在夹具中的定位和夹紧误差。 2.误差值的估算 一般夹县的制造精度，其误差值取该零 件尺寸公差值的1/

6、31/5。 上述误差中，安装误差和对定误差都是 和夹具有关的误差，一般约占整个加工误 差的三分之一。4.2.1 工件的安装这里安装有两个含义即定位和夹紧。 定位：工件在机床上加工时，首先要把工件安放在机床工作台上或夹具中，使它和刀具之间有相对正确的位置，这个过程称为定位。 夹紧：工件定位后，应将工件固定，使其在加工过程中保持定位位置不变，这个过程称为夹紧。 安装：工件从定位到夹紧的整个过程称为安装。正确的安装是保证工件加工精度的重要条件。4.2工件在夹具上的定位安装一般有三种方式:1.直接找正安装工件的定位过程可以由操作工人直接在机床 上利用千分表、划线盘等工具，找正某些有相互 位置要求的表面

7、，然后夹紧工件，称之为直接找 正安装。直接找正安装生产效率低，一般用于单 件小批量生产。2.划线找正安装3.夹具安装优点：操作比较简单，容易保证加工精度要 求，在各种生产类型中都有应用，持别是成批和 大量生产中。4.2.2 定位原理1.六点定位原理采用6个按一定规则布置的约束点，可以限制工件 的6个自由度，实现完全定位，称为六点定位原理。2.典型定位元件及限制的自由度（1）定位元件：用于代替约束点的定位元件的 种类很多，常用的有：支承钉、支承板、长销、短 销、菱形销、长V形块、短V形块、长定位套、短定 位套、固定锥销、浮动锥销等。（2）限制自由度以及分析从表4-2中可以看出，有时候研究定位元件

8、及其 组合能限制哪些自由度不如研究它们不能限制哪些 自由度更方便。 表4-2 典型定位元件的定位分析(续）表4-2 典型定位元件的定位分析（续）表4-2 典型定位元件的定位分析（续）3.完全定位和不完全定位3.完全定位和不完全定位3.完全定位和不完全定位(2)过定位工件在定位时，同一个自由度被两个或两个以上 约束点约束，这样的定位被称为过定位(或称定位干 涉)。过定位是否允许，应根据具体情况进行具体分 析。(2)可调支承 支承点位置可以调整的支承称为可调支承。(3)自位支承（浮动支承）自位支承在定位过程中，支承本身可以随工件 定位基准面的变化而自动调整井与之相适应。如图4 -17所示。自位支承

9、常用于毛坯表面、断续表面、阶 梯表面的定位以及有角度误差的平面定位。(4)辅助支承辅助支承是在工件定位后才参与支承的元件， 其高度是由工件确定的，因此它不起定位作用，但 辅助支承锁紧后就成为固定支承，能承受切削力。 辅助支承的结构形式很多，图4-18是其中的3种。 2.工件以圆柱孔定位工件以圆柱孔定位大都属于定心定位(定位基准 为孔的轴线)，夹具上相应的定位元件是心轴和定位 销。 (1)心轴 (2)定位销圆柱定位销通常限制工件的2个移动自由度。 当要求孔销配合只在一个方向上限制工件自由度 时，可用菱形销，如图4-21(a)所示。工件也可以用圆锥销定位，如图4-2l(b)和(c)所 示。图示圆锥

10、销定位限制了工件的3个移动自由度。3.工件以外圆表面定位工件以外圆表面定位有两种形式，一种是定心定 位，一种是支承定位。参考图4-22。2)长度：V形块有长短之分，长V形块(或两个短V形块的组合)限制工件的4个自由度，而短V形块一般只限制2个自由度。 3）V形块又有固定和活动之分，活动V形块在可移动方向上对工件不起定位作用。 4）设计参数：V形块在夹具中的安装尺寸T是V形块的主要设计参数，该尺寸常用作V形块检验和调整的依据。由图4-23可以求出：工件以外圆表面支承定位常用的定位元件是V形块。 1）角度： V形块的角度有60，90和120，90最为多且 已标准化。 特点：对中性好；可用于非完整外

11、圆表面的定 位。4.工件以其它表面定位如图4-24为工件以锥孔定位的例子，锥度心轴限制了工件除绕自身轴线转动之外的5个自内度。5.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，平面与 其它表面的组合，锥面与锥面的组合等。在多个表面同时参与定位的情况下、各表面在 定位中所起的作用有主次之分。一般称定位点数最 多的定位表面为第一定位基准面或主要定位面或支 承面，定位点数次多的定位表面称为第二定位基准 面或导向面，定位点数为1的定位表面称为第三定 位基准面或止动面。在加工箱体类零件时经常采用一面两孔组合(一 个大平面及与该平面相垂直的两个圆孔组合)定位

12、、 夹具上相应的定位元件是一面两销。为了避免由于 过定位而引起的工件安装时的干涉，两销中一个应 采用菱形销。菱形销的宽度可以通过简单的几何关 系导出。式中 b菱形销的宽度；D2工件上与菱形销配合孔的最小直径；2min菱形销与其配合孔之间的最小间隙；Tlk工件上两孔中心距公差；Tlx夹具上两销中心距公差；1min圆柱销与其配合孔的最小间隙。在实际生产中，由于菱形销的尺寸已标准化，因 而常按下面的步骤设计菱形销。1)确定两销中心距尺寸及其公差 取工件上两孔中 心距的基本尺寸为两定位销中心距的基本尺寸，其公 差取工件孔中心距公差的1/51/3，即令： Tlx=(1/51/3)Tlk。2)确定圆柱销直

13、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。3)确定菱形销宽度、直径及其公差 首先按有关标 准(参考表4-3)选取菱形销的宽度b；然后按式(4-2)计算 出菱形销与其配合孔的最小间隙2min；再计算菱形 销直径的基本尺寸；d2D2-2min；最后按h6或h7选 取菱形销直径的公差。4.2.4 定位误差的分析与计算定位误差D包括定位基准与设计基准不重合误差 C和定位基准位移误差，前者简称基准不重合误差， 后者简称基准位移误差。基准位移误差又可分为是由于工件定位表面不准 确所引起的和由于夹具定位元件不准确所引起的两部 分。工件定位表面不准确所引起的基准位移误差

14、 对一批零件来说，就有一个尺寸分布带，其中有系 统误差和随机误差；而夹具定位元件不准确所引起的 基准位移误差r，对于一个夹具来说是系统误差，但 如果有几个夹具同时在使用，则和随机误差在一起出 现多峰状的尺寸分布曲线。(2)用支承定位平面4.3.1对夹紧装置的要求1)在夹紧过程中能保持工件正确定位；2)夹紧应可靠和适当：夹紧机构要有自锁作用，保 证在加工过程中不产生松动或振动。夹紧工件时，工 件不产生变形和表面损伤。3)夹紧装置应操作方便、省力、安全；4)夹紧装置的复杂程度和自动化程度应与工件的生 产批量和生产方式相适应。结构设计应力求简单、紧 凑，并尽可能采用标准化元件。4.3工件在夹具中的夹

15、紧4.3.2 夹紧力的确定1.夹紧力方向的选择1)夹紧力的作用方 向应有利于工件的准 确定位，而不能破坏 定位。措施：夹紧力要 垂直指向主要定位面 。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。3)夹紧力的作用方向应尽可能与切削力、工 件重力方向一致，以减小所须的夹紧力。2.夹紧力作用点的选择1)夹紧力作用点应正对支承元件或位于支承元件 所形成的支承面内，以保证工件已获得的定位不变。2)夹紧力作用点应处在工件刚性较好的部位，以 减小工件的夹紧变形。3)夹紧力作用点应尽可能靠近被加工表面，以便减 小切削力对工件造成的翻转力矩。3.夹紧力大小的估算夹紧力不能过小过大。夹

16、紧力不足，会使 工件在切削过程中产生位移并容易引起振动； 夹紧力过大又会造成工件或夹具不应有的变形 或表面损伤。夹紧力的大小可根据作用在工件上的各种 力：切削力、工件重力的大小和相互位置方向 来具体计算，确定保持工件平衡所需的最小夹 紧力；为安全起见将最小夹紧力乘以安全系数k， 可得到所需要的夹紧力。夹具设计时，其夹紧 力一般比理论值大23倍。安全系数k通常取1.52.5。精加工和连续切削时取 较小值；粗加工或断续切削时取较大值。当夹紧力与切 削力方向相反时，k值可取2.53.0。摩擦系数主要取决于工件与支承件或夹紧件之间 的接触形式，具体数值可查有关手册。由上述的例子可以看出夹紧力的估算是很粗略的。 这是因为： 切削力大小只考虑了主切削力Fc； 摩擦系数的取值是近似的。因此在需要准确地确定 夹紧力大小时，通常要采用实验的方法。4.4各类机床夹具举例4.4.1钻床夹具钻床夹具主要包括钻模和钻床辅助工具。钻床夹 具一