机床夹具原理与设计课件

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1、5 机床夹具原理与设计,夹具概述： 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，以使工件获得相对的于机床和刀具的正确位置，并把工件可靠地夹紧。,工件的装夹,定位：确定工件在机床上或夹具中占有准确加工位置的过程； 夹紧：在工件定位后用外力将其固定，使其在加工过程中保持定位位置不变的操作叫夹紧。 装夹就是定位和夹紧过程的总和。,5.2 工件在夹具中的定位,定位的目的是使工件在夹具中相对于机床、刀具占有确定的正确位置，并且应用夹具定位工件，还能使同一批工件在夹具中的加工位置一致性好。 在夹具设计中，定位方案不合理，工件的加工精度就无法保证。工件定位方案的确定是夹具设计中

2、首先要解决的问题。,一.基准的概念定位方案的分析与确定，必须按照工件的加工要求合理的选择工件的定位基准。 基准：用以确定生产对象上几何要素间的几何关系所依据的点、线、面。 基准可分为设计基准和工艺基准。,设计基准：在零件图上，确定点、线、面位置的基准。 工艺基准是在加工和装配中使用的基准，按照用途不同又可分为： 1)定位基准：在加工中使工件在机床夹具上占有正确位置所采用的基准。 2)度量基准：在检验时所使用的基准。 3)装配基准：装配时用来确定零件或部件在机器中位置所采用的基准。,一、基准,零件由若干表面组成，它们之间有一定的尺寸精度、几何形状精度和相对位置精度的要求。 在零件设计、加工及度量

3、的过程中，必须依据一些指定的点、线、面，来确定另一些点、线、面的位置，这些作为依据的点、线、面则称为基准。 基准按其功用不同，可分为设计基准和工艺基准两大类。,（一）设计基准,在零件图上用来确定其它点、线、面的位置所依据的基准，称为设计基准。设计基准常常是标注尺寸的起点。如图所示的钻套零件，端面是端面、的设计基准，轴心线是各外圆和内孔的设计基准。,（二）工艺基准,零件在其加工和装配过程中所使用的基准，称为工艺基准。按其用途又可分为： （）定位基准 （）测量基准 （）装配基准,（）定位基准,在加工中用作定位的基准。 如图所示的钻套，用内孔装在心棒上磨削外圆40h6时，内孔就是定位基准。,定位基准

4、又可分为粗基准和精基准。 用作定位的表面，如果为没有加工过的毛坯表面，则称为粗基准； 如为已经加工过的表面，则称为精基准。 有时为了工艺的需要，在工件上专门设置的定位基面，称为辅助基准。,（）测量基准：,零件测量时所采用的基准。如钻套，用内孔装在心棒上来测量40h6外圆的径向跳动与端面的端面跳动时，内孔即为测量基准。,（）装配基准,装配时用来确定零件或部件在产品中的相对位置所采用的基准。如钻套，其外圆40h6及端面即为钻套的装配基准。,确定基准的注意： 作为基准的点、线、面在工件上不一定存在，如孔的中心线、外圆的轴线以及对称面等，而是常常由某些具体的表面来体现，这些面称为基准面。 作为基准，可

5、以是没有面积的点或线，但是基准面总是有一定面积的。 基准的定义不仅是对尺寸之间的联系，对位置精度（平行度、垂直度等）也是同样的。,工艺基准是加工、测量和装配时所用的基准，必须是实在的。 然而作为基准的点、线、面，有时在零件上并不一定具体存在（如孔的中心线，两平面的对称面等），往往通过具体的表面来体现，这些表面称为基面。如图钻套中心线并不存在，是通过内孔来体现的。,二.六点定位原理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,即沿三个坐标轴的移动自由度 、 、 和绕三个坐标轴的转动自由度。,“六点定位”的注意问题 定位就是限制自由度，通常用合理布置定位支承点的方法来限制工件的自由度。 定位

6、支承点限制工件自由度的作用，应理解为定位支承点与工件定位基准面始终保持紧贴接触。若二者脱离，则意味着失去定位作用。 一个定位支承点仅限制一个自由度，一个工件仅有六个自由度，所设置的定位支承点数目，原则上不应超过六个。,分析定位支承点的定位作用时，不考虑力的影响，定位和夹紧是两个概念，不能混淆：工件的某一自由度被限制，是指工件在这一方向上有确定的位置，并非指工件在受到使其脱离定位支承点的外力时，不能运动，即夹紧。 定位支承点是由定位元件抽象而来的，在夹具中，定位支承点总是通过具体的定位元件体现。,定位和夹紧,定位：确定工件在机床上或夹具中占有准确加工位置的过程； 夹紧：在工件定位后用外力将其固定

7、，使其在加工过程中保持定位位置不变的操作叫夹紧。,完全定位与不完全定位 1)完全定位：工件的六个自由度完全被限制的定位。,2)不完全定位：按加工要求，允许有一个或几个自由度不被限制的定位。不完全定位是合理的定位方式，在实际生产中，工件被限制的自由度数一般不少于三个。,欠定位与过定位 1)欠定位：按工序的加工要求，工件应该限制的自由度而未予限制的定位。欠定位是绝对不允许的。,2)过定位：工件的同一自由度被二个或二个以上的支承点重复限制的定位。可能造成工件的定位误差，或者造成部分工件装不进夹具的情况。过定位不是绝对不允许，要由具体情况决定。,消除过定位及其干涉的两种途径： a)改变定位元件的结构，

8、以消除被重复限制的自由度。 b)提高工件定位基面之间及定位元件工作表面之间的位置精度，以减小或消除过定位引起的干涉。,三.常见的定位方式和定位元件 定位元件的设计应满足下列要求： 要有与工件相适应的精度； 要有足够的刚度，不允许受力后发生变形； 要有耐磨性，以便在使用中保持精度。一般多采用低碳钢渗碳淬火或中碳钢淬火，硬度为5862HRC。,典型表面的定位方法工件的定位表面有各种形式，如平面、外圆、内孔等，对于这些表面，总是采用一定结构的定位元件。常见的定位方法有：平面定位、圆孔定位、外圆柱面定位、组合表面定位。,1.工件以平面定位 概念：在机械加工中，利用工件上的一个或几个平面作为定位基面来定

9、位工件的方式，称为平面定位。 定位元件：固定支承、可调支承和自位支承。,(1)固定支承：包括固定支承钉、固定支承板。,固定支承钉,固定支承板,固定支承板多用于工件上已加工表面的定位，有时可用一块支承板代替两个支承钉。左图A型结构简单，但埋头螺钉处易堆积切屑，故用于工件侧面或顶面定位。而右图B型支承板可克服这一缺点，主要用于工件的底面定位。,(2)可调支承可调支承是顶端位置可在一定高度范围内调整的支承。多用于未加工平面的定位，以调节和补偿各批毛坯尺寸的误差，一般每批毛坯调整一次。,(3)自位支承支承本身的位置在定位过程中，能自动适应工件定位基准面位置变化的一类支承。自位支承能增加与工件定位面的接

10、触点数目，使单位面积压力减小，故多 用于刚度不足的 毛坯表面或不连 续的平面的定位。,(4)辅助支承在生产中，有时为了提高工件的刚度和定位稳定性，常采用辅助支承。如图所示阶梯零件，当用平面1定位铣平面2时，于工件右部底面增设辅助支承3，可避免加工过程中工件的变形。,2.工件以圆孔定位有些工件，如套筒、法兰盘、拨叉等以孔作为定位基准，此时采用的定位元件有定位销、定位心轴等。,(1)定位销,定位销头部应做出倒角或圆角，以便于装入工件定位孔。主要用于直径小于50mm的中小孔定位。,(2)锥销 常用于工件孔端的定位可限制工件三个自由度,(3)定位心轴 心轴定心精度高，但装卸费时，有时易损伤工件孔，多用

11、于定心精度要求高的情况。定位时，工件楔紧在心轴上，多用于车或磨同轴度要求高的盘类零件。,3.工件以外圆柱面定位工件以外圆柱面定位在生产中是常见的，如轴套类零件等。常用的定位元件有V形块、定位套、半圆定位座。,(1)V形块 V形块是用得最广泛的外圆表面定位元件。,在V形块上定位时，工件具有自动对中作用。,D标准心轴直径，即工件定位用外圆直径 (mm); HV形块高度(mm); NV形块的开口尺寸 (mm); T对标准心轴而言，V形块的标准高度， V形块两工作平面间的夹角。,设计V形块时T值的计算：,(2)定位套筒,定位套筒装在夹具体上，用以支承外圆表面，起定位作用。 定位元件结构简单，但定心精度

12、不高，当工件外圆与定位孔配合较松时，还易使工件偏斜，因而，常采用套筒内孔与端面一起定位，以减少偏斜。若工件端面较大，为避免过定位，定位孔应做短些。,(3)半圆孔定位座,将同一圆周面的孔分成两半圆，下半圆部分装在夹具体上，起定位作用，上半圆部分装在可卸式或铰链式盖上，起夹紧作用，半圆孔定位座适用于大型轴类工件的定位。,(4)外圆定心夹紧机构,在实现定心的同时，能将工件夹紧的机构，称为定心夹紧机构，如三爪自定心卡盘、弹簧夹头等。,弹簧夹头的速度是有弹性的，如果工件尺寸是一致的，弹簧夹头的速度会更快。如果工件尺寸的变化大，可能需要采用卡爪卡盘以适应尺寸范围宽的加工工件。,4.工件以组合表面定位 实际

13、加工过程中，工件往往是以几个表面同时定位的，称为“组合表面定位”。,(1)一个平面和二个与其垂直的孔的组合在箱体、连杆、盖板等类零件加工中，常采用这种组合定位，俗称“一面二孔”定位。 (会出现定位干涉问题),“一面两销”的两圆柱销重复限制了沿方向的移动自由度，属于过定位。由于工件上两孔的孔心距和夹具上两销的销心距均会有误差，因而会出现上图所示的相互干涉现象。,解决“一面两孔”的定位干涉问题的途径： (1)减小一个销的直径； (2)将一个销 做成削边销。,(2)一个平面和二个与其垂直的外圆柱面的组合,工件在垂直平面定位后，再将工件左端用圆孔或V形块定位，工件右端外圆所用的V形块必须做成浮动结构，

14、使其只能限制工件一个自由度，否则就会出现过定位。,(3)一个孔和一个平行于孔中心线的平面的组合,图中所示两个零件，均需以大孔及底面定位，加工两小孔。视其加工尺寸要求的不同，图a零件选用图定位方案，图b零件选用图d定位方案，均能避免过定位，并保证工件要求。,常见典型定位方式及定位元件所限制的自由度,常见典型定位方式及定位元件所限制的自由度,常见典型定位方式及定位元件所限制的自由度,常见典型定位方式及定位元件所限制的自由度,常见典型定位方式及定位元件所限制的自由度,用找正法装夹工件(1)直接找正装夹(2)划线找正装夹 用夹具装夹工件,工件在机床上的装夹方法,直接找正装夹,工件的定位是由操作者利用划

15、针、百分表等量具直接校准工件的待加工表面，也可校准工件上某一个相关表面，从而使工件获得正确的位置。,直接找正装夹,在内圆磨床上磨削一个与外圆表面有很高同轴度要求的筒形工件的内孔时，为保证加工时工件占据其外圆表面轴心线与磨床头架回转轴线相一致的正确位置，加工前可先把工件装在四爪夹盘上，用百分表在位置I和2处直接对外圆表面找正，直至认为该外圆表面已取得正确位置后用夹盘将其夹牢固定。找正用的外圆表面即为定位基准。,在单件、小批量生产中，使用直接找正安装是比较普遍的。 诸如轴类、套类、圆盘类工件在卧式或立式车床上的安装； 齿坯在滚齿机上的安装等等。 但若对工件的定位精度要求很高，用夹具不能保证这样高的

16、精度时，只能用直接找正装夹。,(2)划线找正装夹,按加工要求预先在待加工的工件表面上划出加工表面的位置线，然后在机床上按划出的线找正工件的方法，称为划线找正法。,划线找正装夹,在一个长方形毛坯上车削一圆柱表面，为保证圆柱面在工件上有正确的位置，先在毛坯上将加工面的位置表示出来，然后在四爪夹盘上夹持工件，并使用划针盘对工件进行找正夹紧。在这种情况下，划线所表示的待加工表面即为定位基准。,划线找正装夹,通过划线将工件需要加工的表面轮廓划出来，并保证工件的加工表面具有足够的、均匀的余量和相互位置精度。 但是，按划线找正定位精度比较低，一般在0.20.5mm之间，因为划线本身有一定的宽度，划线又有划线误差、找正时还有观察误差。 这种方法广泛用于单件、小批生产，更适用于形状复杂的大型、重型铸锻件以及加工尺寸偏差较大的毛坯。,上述两种安装方式，虽然有生产率低的缺点，但不需专用的工、夹、量具。 现场中，通常是第一道工序采用划线安装，当加工出已加工表面后，其它工序就可以采用直接找正安装。,