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1、机床夹具设计,机床夹具设计,5.1 机床夹具的功能和应满足的要求5.2 机床夹具的类型和组成5.3 机床夹具定位机构的设计5.4 机床夹具夹紧机构的设计,5.1 机床夹具的功能和应满足的要求,5.1.1机床夹具的功能(1)保证被加工表面的位置精度。 工件加工表面的位置精度主要靠夹具和机床来保证，且加工精度稳定。(2)提高生产率。 可以显著减少辅助时间，提高劳动生产率。(3)扩大机床的工艺范围。 在机床上使用夹具可以改变机床的用途和扩大机床的使用范围，如以车代镗。(4)减轻工人的劳动强度，保证生产安全。,5.1 机床夹具的功能和应满足的要求,5.1.2机床夹具应满足的要求(1)保证工件的加工精度
2、 夹具应有合理的定位、夹紧和导向方案，必要时应进行定位误差的分析与计算，以确保夹具能满足工件的加工精度要求。(2)夹具的总体方案应与生产纲领相适应 在大批大量生产时，应尽量采用各种快速、高效的结构，提高生产率；在小批生产中，尽量使夹具结构简单、易于制造；对介于大批大量和小批生产之间的各种生产规模，则可根据经济性原则选择合理的结构方案。,5.1 机床夹具的功能和应满足的要求,5.1.2机床夹具应满足的要求3)安全、方便、减轻劳动强度 即夹具的操作应方便、安全，能减轻工人的劳动强度。如操作位置应符合工人的习惯，工件的装卸要方便，夹紧要省力，必要时要加防护装置等。(4)排屑顺畅 排屑要通畅，因为积集
3、切屑会影响工件定位精度；切屑的热量使工件和夹具产生热变形，影响加工精度；清理切屑将会增加辅助时间降低生产率。,5.1 机床夹具的功能和应满足的要求,5.1.2机床夹具应满足的要求(5)机床夹具应有良好的强度、刚度和结构工艺性 应尽量采用标准元件。应有良好的结构工艺性，以便于制造、装配和维修。同时，还应合理选用夹具零件的材料和必要的热处理规范。,5.2机床夹具的类型和组成,5.2.1机床夹具的类型按其使用范围可分为：通用夹具、专用夹具、可调夹具、组合夹具及随行夹具五种基本类型。3.如按所适用的机床来分类，则可分为：车床夹具、铣床夹具、钻床夹具、镗床夹具、磨床夹具、自动机床夹具及数控机床夹具等。,
4、5.2机床夹具的类型和组成,5.2.1机床夹具的类型用于某一特定工件特定工序的夹具，称为专用夹具。安装和加工一组尺寸相似、结构相似、工艺相似的工件适合采用成组夹具。生产同类产品不同品种的工件时，只需更换部分元件，或调整部分装置就可以继续加工的夹具是可调整夹具。由一系列标准化元件根据被加工工件的结构和工序要求组装而成的夹具，称为组合夹具。在自动线和柔性制造系统中使用的，既能完成工件定位夹紧，又能作为运载工具将工件在机床间传送的夹具是随行夹具。,5.2机床夹具的类型和组成,5.2.2机床夹具的基本组成(1)定位元件及定位装置(2)夹紧元件及夹紧装置(3)导向或对刀元件(4)夹具体(5)其它元件及装
5、置,夹具中用于确定工件正确位置的元件是定位元件。 夹具中用于固定工件已获得的正确位置的装置是夹紧元件。 夹具中用于确定工件与刀具相互位置的元件是导向及对刀元件。 将各种夹具元件和装置联接在一体，并通过它将整个夹具安装在机床上的元件是夹具体。,5.2.2机床夹具的基本组成,5.3机床夹具定位机构的设计,5.3.1 工件的定位六点定位原理完全定位和不完全定位定位的正常情况和非正常情况,5.3.1.1 六点定位原理,工件定位就是采取适当的约束措施来限制工件的某些自由度，使工件在该方向上有确定的位置。图示为典型形状工件的六点定位。实际夹具是用定位元件对工件产生约束作用的。,图5-2 典型形状工件六点定
6、位,5.3.1.1 六点定位原理,一个自由的物体，它对三个相互垂直的坐标系来说，有六个活动可能性，其中三种是移动，三种是转动。习惯上把这种活动的可能性称为自由度，因此空间任一自由物体共有六个自由度。 工件定位的实质就是限制对工件加工有不良影响的自由度。 工件定位的任务就是根据加工要求限制工件的全部或部分自由度。,5.3.1.1 六点定位原理,（1）沿X轴移动，用 表示； （2）沿Y轴移动，用 表示； （3）沿Z轴移动，用 表示；,（4）绕X轴转动，用 表示； （5）绕Y轴转动，用 表示； （6）绕Z轴转动，用 表示。,图5-3 未定位工件的六个自由度,5.3.1.1 六点定位原理,图5-4 六
7、位支承点分布,5.3.1.1 六点定位原理,图5-5 轴类零件六位定位,5.3.1.1 六点定位原理,图5-6 盘类零件六位定位,5.3.1.1 六点定位原理,六点定位原理 是指采用六个按一定规则布置的约束点，限制工件的六个自由度，是工件实现完全定位。,5.3.1.1 六点定位原理,应用六点定位原则时的5个主要问题：（1） 支承点分布必须适当，否则六个支承点限制不了工件的六个自由度。（2）工件定位面与夹具的定位元件的工作面保持接触。（3） 工件定位后，要用夹紧装置将工件紧固。（4）定位支承点所限制的自由度名称，通常可按定位接触处的形态确定。（5）有时定位点的数量及其布置不一定那样明显、直观，如
8、自动定心定位就是这样。,5.3.1.1 六点定位原理,图5-7 自动定心定位原理图,5.3.1.1 六点定位原理,夹具中用于确定工件正确位置的元件是定位元件。 典型定位元件的定位分析详见 书P277的表5-1,5.3.1.2完全定位和不完全定位,完全定位：工件的六个自由度被全部限制了的定位称为完全定位。（图5-8（a）不完全定位（准定位）：没有完全限制六个自由度而仍然能保证工件加工要求的定位称为不完全定位。（图5-8（b）,图5-8 工件应限制自由度的确定,5.3.1.2完全定位和不完全定位,5.3.1.3定位的正常情况和非正常情况,定位的正常情况：完全定位和不完全定位定位的非正常情况：欠定位
9、和过定位欠定位：按照工件加工要求应限制的自由度没有被限制的定位称为欠定位。过定位（重复定位）：工件的某个自由度被两个或两个以上的约束重复限制的现象称为过定位 。,5.3.1.3定位的正常情和非正常情况,一般情况下应当尽量避免过定位。 在某些条件下，过定位的现象不仅允许，而且是必要的。1、工件刚度很差，在夹紧力、切削力作用下会产生很大变形。，此时过定位会提高工件某些部位的刚度，减少变形。2、工件的定位表面和定位元件在尺寸、形状、位置精度已很高时。,5.3.1.3定位的正常情和非正常情况,因此消除过定位及其干涉一般有两个途径： 其一是提高工件定位基面之间及夹具定位元件工作表面之间的位置精度，以减少
10、或消除过定位引起的干涉； 其二是改变定位元件的结构，使定位元件在重复限制自由度的部分不起定位作用。通常可采取下列措施来消除过定位：,5.3.1.3定位的正常情和非正常情况,(1) 减小接触面积 如图5-9所示,图5-9 过定位及其消除方法示例之一,5.3.1.3定位的正常情和非正常情况,(2) 修改定位元件形状，以减少定位支承点，如图5-10所示,图5-10 过定位及其消除方法示例之二 1菱形销；2支承板,5.3.1.3定位的正常情和非正常情况,(3) 缩短圆柱面的接触长度。如采用短圆柱销。(4) 设法使过定位的定位元件在干涉方向上能浮动，以减少实际支承点的数目。如图5-11所示的可浮动的定位
11、元件，分别在、和、方向上浮动，从而消除了过定位。(5) 拆除过定位元件。,图5-11 可浮动定位元件的浮动方向,5.3.1.3定位的正常情和非正常情况,图5-12 过定位及其改进 a)、c)过定位b)、d)、e)、f)改进方案,5.3.1.3定位的正常情和非正常情况,图5-13 平面定位方案分析,5.3.2典型的定位方式、定位元件,5.3.2.1工件以平面定位,对于箱体、床身、机座、支架类零件的加工，最常用的定位方式是以平面为基准。图5-12所示为平面定位方式简图，图5-12a为粗基准定位，采用支承钉；图5-12b为精基准定位，,图514 平面定位a)粗基准定位 b)精基准定位,5.3.2.1
12、 工件以平面定位,工件以平面为定位基面时常用的定位元件：（一） 基本支承(主要支承)主要支承用来限制工件的自由度，起定位作用。 （1）固定支承 固定支承有支承钉和支承板两种型式。在使用过程中，它们都是固定不动的。在定位过程中，支承钉一般只限制工件的一个自由度，而支承板相当于两个支承钉。,5.3.2.1 工件以平面定位,图5-15 支承钉(JB/T 8029.21999),5.3.2.1 工件以平面定位,图5-16 支承板(JB/T 8029.11999),5.3.2.1 工件以平面定位,图5-17 其他定位方法和元件,5.3.2.1 工件以平面定位,（2）可调支承 在工件定位过程中，支承钉的高
13、度需要调整时，则可采用图1.25所示的调节支承(JB/T8026.41999)。 可调支承适用于工件以粗基准面定位或定位基面的形状复杂（如成型面、台阶面等），以及各批毛坯的尺寸、形状变化较大时的情况。 每个工件调整一次或每批工件调整一次。注意：调好后应锁紧。,5.3.2.1 工件以平面定位,可调支承与固定支承的区别是，它的顶端有一个调整范围，调整好后用螺母锁紧。当工件的定位基面形状复杂，各批毛坯尺寸、形状有变化时，多采用这类支承。可调支承一般只对一批毛坯调整一次。这类支承结构如图518所示。,图5-18 可调节支承(JB/T 8026.41999),5.3.2.1 工件以平面定位,图5-19
14、调节支承的应用,工件以粗基准面定位，毛坯的尺寸形状变化较大时,在可调夹具上加工形状相同而尺寸不等的工件时，用调节支承,5.3.2.1 工件以平面定位,（3）自位支承(浮动支承) 在工件定位过程中，能自动调整位置的支承称为自位支承，或称浮动支承。 特点： 支承点的位置能随着工件定位基面位置的变动而自动调整，定位基面压下其中一点，其余点便上升，直至各点均与工件接触。接触点数的增加，提高了工件装夹刚度和稳定性，但其作用相当于一个固定支承，只限制了工件的一个自由度。 适用于工件以毛坯面定位或定位刚性较差的场合。,5.3.2.1 工件以平面定位,图5-20 自位支承,图5-18 自位支承,图5-21 自
15、位支承的应用1、2浮动支承,5.3.2.1 工件以平面定位,（二)辅助支承 辅助支承用来提高工件的装夹刚度和稳定性，不起定位作用。,工件以内孔及端面定位钻右端小孔。若右端不设支承，工件装夹后，右臂为一悬臂，刚性差。若在 A 点设置固定支承则属过定位，有可能破坏左端定位。在这种情况下，宜在右端设置辅助支承。工件定位时，辅助支承是浮动的（或可调的），待工件夹紧后再把辅助支承固定下来，以承受切削力。,图5-22 辅助支承的应用,5.3.2.1 工件以平面定位,图5-23 辅助支承 a)简单辅助支承 b)带自锁的辅助支承 c)自动调位的辅助支承 1一支承2一螺母3一弹簧4一手柄,5.3.2.1 工件以平面定位,图5-24 辅助支承的应用 1、2一支承板3一辅助支承,5.3.2.1 工件以平面定位,辅助支承有些结构与可调支承很相近，应分清它们的区别。 从功能上讲，可调支承起定位作用，而辅助支承不起定位作用。 从操作上讲，可调支承是先调整，而后定位，最后夹紧工件，辅助支承则是先定位，夹紧工件，最后调整辅助支承。,5.3.2.2 孔定位,当工件上的孔为定位基准时，就采用这种定位方式，其基本特点是定位孔和定位元件之间处于配合状态。常用定位元件是各种心轴和定位销。,
