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1、课题二十五 钻床夹具,【教学目的和要求】 通过本课题的学习，使学生了解钻床夹具的种类、结构、组成部分。掌握钻床夹具的设计要点。初步具备设计和使用专用钻床夹具的能力。 【教学内容摘要】 本课题介绍了钻床夹具的类型与特点，以及一些典型的钻床夹具。 【教学重点、难点】 教学重点为钻床夹具类型与特点以及钻床夹具的结构、组成部分。 【教学方法和使用教具】教学方法：讲授法、讨论法使用教具：夹具实物、课件 【教学时数】 2学时,一、夹具概述,1、机床夹具的定义与分类在机床上用以装夹工件以确定工件和刀具的相对位置，并把工件夹紧的装置，称为机床夹具。,3. 夹具的类型1）按使用夹具的机床分：车床夹具、钻床夹具、
2、铣床夹具、镗床夹具、磨床夹具等。2）按夹紧动力源分：手动夹具、气动夹具、液压夹具、电动夹具、磁力夹具、真空夹具等。3）按适用范围（通用化程度）分： 通用可调整夹具如三爪卡盘、分度头、平口钳等。专用夹具它是针对某一工件的某一工序专门设计的夹具。这种夹具的结构较紧凑，操作简便，生产率高，但它的设计制造周期长，主要用于大批量生产中。,按元件的组合特点分为：专业化可调整夹具（成组夹具）它是针对形状、尺寸、工艺要求相似的一组工件所设计的夹具。这种夹具主要用于多品种成批生产中，尤其适用于成组生产。组合夹具它是由预先制造好的一套标准元件组装成的专用夹具，使用后即可拆开，元件又可用于组装新的夹具。组合夹具适用
3、于新品试制，单件小批生产或成批生产。,2. 夹具的组成,（1）定位元件定位元件用于确定工件在夹具中的正确位置。 （2）夹紧元件夹紧元件用来固定工件在定位后的位置。 （3）对刀或导向装置确定刀具相对于定位元件的正确位置。 （4）连接元件确定夹具在机床上正确位置的元件。 （5）夹具体用于支承和连接夹具的各种元件和装置，并与机床有关零部件连接，使之组成一个整体。 （6）其他 如分度装置、安全保护装置、防止工件错装装置等。,轴套,3. 夹具的功用,（1）保证被加工表面的位置精度 （2）缩短工序时间，提高劳动生产率 （3）扩大机床的工艺范围 （4）减轻劳动强度，保障生产安全,二、工件的定位,定位与夹紧对
4、工件进行机械加工时，为了保证加工要求，首先要使工件相对刀具机床占据正确的位置，并使这个位置在加工过程中不会受外力的响而动。所以在加工前，就要将工件装夹好。工件的装夹指的是工件定位和夹紧的过程。所谓定位，是使工件在机床上或夹具中占有正确位置的过程。工件位置的正确与否，用加工要求来衡量。能满足加工要求的为确，不能满足加工要求的为不正确。将工件定位后的位置确定下来，称为夹紧。工件夹紧的任务是使件在削力、离心力、惯性力和重力等力的作用下不离开已经占据的正 位置以保证加工的正常进行。,（1）工件的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，称为工件的定位。工件的定位是靠工件上某些表面和夹具中的定
5、位元件(或装置)相接触来实现的。工件的定位必须使一批工件逐次放入夹具中都能占有同一位置。能否保证工件位置的一致性，直接影响工件的加工精度。 （2）定位基准定位基准是指在加工过程中，使工件在夹具中(或机床上)占有准确加工位置所依据的基准。定位基准可以是平面、外圆柱面、圆柱孔等。,2、工件六点定位原理,1工件在空间的自由度工件在空间直角坐标系中用六个方面的独立部分表示,工件在空间直角坐标系中的六个自由度,2、六点定位原则 （1）六点定位原则工件在夹具中定位的任务，就是通过定位元件限制工件的自由度，以满足工件的加工精度要求。如果工件（自由刚体）的六个自由度都被限制，工件在空间的位置也就完全被确定下来
6、了。因此，定位实质上就是限制工件的自由度。分析工件定位时，通常是用一个支承点限制工件的一个自由度，用合理设置的六个支承点，限制工件的六个自由度，使工件在夹具中的位置完全确定，这就是六点定位原则。在具体的夹具中，支承点是由定位元件来体现的。,铣削半封闭式矩形槽工件,（2）工件定位时的注意事项1）定位支承点是由定位元件抽象而来的。在夹具的实际结构中，定位支承点是通过具体的定位元件体现的，即支承点不一定用点或销的顶端，而常用面或线来代替。2）定位支承点与工件定位基准面必须始终保持紧密贴合，不得脱离，否则支承点就失去了限制自由度的作用。3）分析定位支承点的定位作用时，不考虑力的影响。工件的某一自由度被
7、限制，是指工件在某个坐标方向有了确定的位置，而不是指工件在受到使其脱离定位支承点的外力时不能运动。使工件在外力作用下不能运动，是夹紧的作用。4）工件在定位时，凡是影响工件加工精度的自由度均应加以限制，对于与加工精度无关的自由度可以不加限制，因此不一定对工件的六个自由度都限制。5）支承点的分布必须合理，否则六个支承点就限制不了六个自由度，或不能有效地限制工件的六个自由度。,3、定位的种类,工件定位时，会有以下几种情况：1）完全定位是指工件的六个自由度都被限制了的定位。当工件在三个坐标方向均有尺寸要求或位置精度要求时，一般采用这种定位方式。2）不完全定位是指工件被限制的自由度数少于六个，但仍能保证
8、加工要求的定位。,不完全定位,3）欠定位 工件在夹具中定位时，若实际定位支承点所限制的自由度个数少于工序加工要求应予限制的自由度个数，则工件定位不足，称为欠定位。欠定位无法保证加工要求。因此，确定工件在夹具中的定位方案时，决不允许有欠定位的现象产生。 4）过定位（超定位、重复定位、定位干涉）两个或两个以上的定位元件重复限制同一个自由度的现象，称为过定位。 过定位会造成工件与夹具上定位元件的接触点不稳定，受夹紧力后工件或定位元件产生变形，出现较大的定位误差，或者使工件不能与定位元件顺利地配合。,连杆过定位分析,但是，并不是在任意情况下都不允许出现过定位。实际生产中，当工件的一个或几个自由度被重复
9、限制，但仍能满足加工要求，即过定位不但不产生有害影响，反而可增加工件装夹刚度，这种过定位就称为可用重复定位。如以工件某一大平面定位时，不是采用能决定一个平面位置的三个支承点，而是采用在同一平面上的多个支承点定位等。消除或减少过定位引起的干涉，一般有两种方法：一是改变定位元件的结构, 如缩小定位元件工作面的接触长度；或者减小定位元件的配合尺寸，增大配合间隙等；二是控制或者提高工件定位基准之间以及定位元件工作表面之间的位置精度。,插齿加工的过定位分析,4、定位方法及定位元件 （1）工件以平面定位 1）支承钉（GB/T 222691）。以面积较小的已经加工的基准平面定位时，选用平头支承钉；以粗糙不平
10、的基准面或毛坯面定位时，选用圆头支承钉；侧面定位时，可选用网状支承钉。2) 支承板（GB/T223691）。以面积较大、平面度精度较高的基准平面定位时，选用支承板为定位元件。用于侧面定位时，可选用不带斜槽的支承板；通常尽可能选用带斜槽的支承板，以利清除切屑。,支承钉和支承板,3）自位支承（浮动支承）。以毛坯面、阶梯平面和环形平面作基准定位时，选用自位支承作定位元件，如图4-15所示。但须注意，自位支承虽有两个或三个支承点，由于自位和浮动作用只能作为一个定位支承点看待。4）可调支承（GB/T222791GB/T223091）。可调支承用于工件的定位基准表面上还留有加工余量，准备在后几道工序中切除
11、，而各批工件的加工余量又不相同的情况下，或用于工件的形状相同而工序尺寸有差别的情况下。如图4-16所示。 5）辅助支承。当需要提高工件定位基准面的定位刚度、稳定性和可靠性时，可选用辅助支承作辅助定位，如图4-17所示。但须注意，辅助支承不起限制工件自由度的作用，且每次加工均需重新调整支承点高度，支承位置应选在有利于工件承受夹紧力和切削力的地方。,自位支承,可调支承,各种辅助支承的典型结构,（2）工件以外圆定位 1）V形块（GB/T220891）。当工件的对称度要求较高时，可选用V形块定位。V形块工作面间的夹角常取60、90、120三种，其中应用最多的是90V形块。90V形块的典型结构和尺寸已标
12、准化，使用时可根据定位圆柱面的长度和直径进行选择。,V形块的结构形式,活动V形块的应用,2）当工件定位圆柱面精度较高时（一般不低于IT8），可选用定位套或半圆形定位座定位。大型轴类和曲轴等不宜以整个圆孔定位的工件，可选用半圆定位座。,工件在半圆孔中定位,（3）工件以内孔定位 1）定位销工件上定位内孔较小时，常选用定位销作定位元件。圆柱定位销的结构和尺寸已标准化，不同直径的定位销有其相应的结构形式，可根据工件定位内孔的直径选用。图a为固定式定位销（GB/T 220391），图b为可换式定位销（GB/T 220491）；其中A型圆柱销，B型菱形销（削边销）。,定位销,2）圆锥销。当工件圆柱孔用孔端
13、边缘定位时，需选用圆锥定位销，如图所示，它限制了工件的三个移动自由度。当工件圆孔端边缘形状精度较差时，选用如图a所示形式的粗圆锥定位销；当工件圆孔端边缘形状精度较高时，选用图b所示形式的精圆锥定位销。,圆锥销定位,圆锥销组合定位,3）圆柱心轴。在套类、盘类零件的车削、磨削和齿轮加工中，大都选用心轴定位。为了便于夹紧和减小工件因间隙造成的倾斜，当工件定位内孔与基准端面垂直精度较高，且定位精度要求不高时，常采用孔和端面联合定位，通常是带台阶定位面的心轴，如图a所示；工件定心精度要求高的精加工，不另设夹紧装置时，通常使用过盈配合心轴，如图b所示；当工件以内花键为定位基准时，可选用外花键轴，如图c所示
14、。,圆柱心轴,心轴在机床上的安装方式,所谓组合定位是指工件以一组基准定位。工件在夹具上定位只用一个定位基准的情况是很少的，多数是组合定位。因为一个定位基面能限制的自由度数有限，而大多数的加工工序往往要求工件在定位过程中限制更多的自由度。这样，用一个基准定位就不能满足要求，而需要用一组基准进行组合定位。,1一面两孔定位如图所示，要钻连杆盖上的四个定位销孔。按照加工要求，用平面A及直径为的两个螺栓孔定位。这种一平面两圆孔（简称一面两孔）的定位方式，在箱体、杠杆、盖板等类零件的加工中应用广泛。工件的定位平面一般是加工过的精基准，两定位孔可能是工件上原有的，也可能是专为定位需要而设置的工艺孔。,（1）
15、两个圆柱销采用两个圆柱销与两定位孔配合为重复定位，沿连心线方向的移动自由度被重复限制了。当工件的孔间距（LLD/2）与夹具的销间距（LLd/2）的公差之和大于工件上两定位孔（D1、D2）与夹具上两定位销（d1、d2）之间的配合间隙时，将妨碍部分工件的装入。要使同一工序中所有工件都能顺利地装卸，必须满足以下条件：当工件两孔径为最小（D1min、D2min）、夹具两销径为最大（d1max、d2max）、孔间距为最大（L+LD/2）、销间距为最小（LLd/2），或者孔间距为最小（LLD/2）、销间距为最大（L+Ld/2）时，D1与d1、D2与d2之间仍有最小装配间隙X1min、X2min存在，如图所
16、示。,两圆柱销限位时工件顺利装入的条件,可见，为了满足上述条件，第二销与第二孔不能采用 准配合，第二销的直径缩小了，连心线方向的间隙增大了。缩小 后的第二销的最大直径为：因此，要满足顺利装卸的条件，直径缩小后的第二销与第二孔之间的 最小间隙应达到：,（2）一圆柱销与一削边销（菱形销）如图所示，不缩小定位销的直径，采用定位销“削边”的方法也能增大连心线方向的间隙。削边量越大，连心线方向的间隙也越大。当间隙达到时 ，便满足了工件顺利装卸的条件。由于这种方法只增大连心线方向的间隙，不增大工件的转角误差，因而定位精度较高。,削 边 销 的 厚 度,若忽略 ，则,由图4-28的直角三角形OAC和直角三角形OBC可得 ：,削边销与孔的最小配合间隙为：,工件以一孔一平面定位的分析,综上所述可以看到，采用组合定位时如何正确合理地选定主定位基准是一个非常重要的问题，而解决这一问题所必须遵循的原则是：1）要使基准重合，主定位基准尽量与工序基准一致，避免产生基准不重合误差。2）要避免过定位。工件以一组基准定位，除了上述的一面两孔、一孔一平面外，尚有一孔一外圆柱面一平面、一孔两平面、两外圆柱面、三平面等多种组合定位方式。定位时只要遵循上述原则，选用适当的定位元件，将必须要限制的自由度限制住，定位就是正确的。,
