机床夹具设计

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1、第 6 章 机床夹具设计,第 六 章 机床夹具设计,6.1 概述6.2 工件的定位 6.3 工件的夹紧 6.4 夹具在机床上的定位、对刀和分度 6.5专用机床夹具的设计要求及设计方案,6.1 概述,一、基本概念 机床夹具：为了将工件加工出符合技术要求的零件，在加工前将工件安装到机床上所使用的工艺装备称为机床夹具（以下简称夹具）。 工件的装夹：工件安装是将工件在机床上或夹具中定位并夹紧的过程，工件安装又称为工件的装夹。 定位：是指确定工件在机床或夹具上占有正确位置的过程。夹紧是指工件定位后将其固定，使其在加工过程中保持定位位置不变的操作。,二 、机床夹具的组成 1、定位元件 2、夹紧装置 3、对

2、刀元件、导向元件 4、夹具体 5、其他元件 定位元件、夹紧装置和 夹具体是夹具的基本组成 部分，其他部分可根据需 要设置。,三、夹具的作用1、能稳定地保证工件的加工质量2、能提高劳动生产率，降低产品的制造成本 3、能扩大机床的工艺范围,四、夹具的分类1、按夹具的应用范围分类 1） 通用夹具 通用夹具是指在一般通用机床上所附带的一些使用性能较广泛的夹具。如：三爪卡盘，四爪卡盘和铣床上的平口钳、分度头和回转工作台等。 通用夹具主要用于单件小批生产或装夹形状比较简单、加工精度要求不太高的工件。在大批、大量生产中，对形状复杂或加工精度要求较高的工件，往往由于操作麻烦和装夹效率低而很少采用这类夹具。,2

3、）专用夹具 它是为某一工件的某一工序专门设计的夹具。 此类夹具一般不考虑通用性，以便使夹具的结构简单、紧凑、操作迅速和维修方便。 专用夹具通常由使用厂自行设计与制造，生产准备周期长。当产品或零件工艺过程变更时，无法继续使用，故此类夹具只适用于产品固定和工艺过程稳定的大批量生产中。,3） 组合夹具 组合夹具是一种适应多品种、小批量生产的新型夹具。它由一套结构和尺寸已经规格化、系列化的通用元件组成。 使用单位可根据工件的加工要求，快速组装出所需要的夹具。这类夹具有缩短生产准备周期，减少专用夹具的品种、数量和存放面积等优点。 图所示的双臂曲柄钻孔夹具，即是组合夹具的一个示例。,4） 成组夹具 在成组

4、技术生产中，由于加工批量较小，每种零件单独设计专用夹具不经济，而使用通用夹具又不能满足加工精度和生产率的要求，故而采用成组加工工艺，根据组内的典型零件设计出通用夹具。这类夹具在使用时，只需对夹具上部分定位、夹紧元件进行调整或更换，就可用于组内不同工件的加工。,五、在夹具上加工的工件加工误差组成 1、工件安装误差 与工件在夹具中安装有关的加工误差，称为工件安装误差。其中包括工件在夹具中由于定位不准确所造成的加工误差（定位误差）；以及工件在夹紧时，由于工件和夹具变形所造成的加工误差（夹紧误差）。,2、夹具对定误差 与夹具相对刀具及切削成形运动有关的加工误差，称为夹具的对定误差。其中包括夹具相对刀具

5、位置有关的加工误差（对刀误差）和夹具相对成形运动位置有关的加工误差（夹具位置误差）。,3、加工过程误差 在加工过程中，由工艺系统的受力变形、受热变形及刀具磨损等因素所造成的加工误差，称为加工过程误差。 为了得到合格零件，必须使上述各项误差之和等于或小于零件的相应公差T，即 通常，初步计算时，可粗略先按三项误差平均分配，各不超过公差的三分之一之内，并给过程误差留有余地即可。,安装误差和对定误差与夹具的设计、使用和调整等有关。若这种单项分配不能满足不等式要求，也可综合考虑，即按 进行计算。这样，可根据具体情况，在安装误差和对定误差之间进行调整。,6.2 工件的定位,一、 工件定位的基本原理,1、工

6、件在夹具中定位的作用和意义在于： 对于单个工件来说就是使工件准确占据定位元件所规定的位置； 对于一批顺序放入夹具中的工件来说，则是使它们都占有一致的位置。 一批工件在夹具中位置的一致性，是由工件的定位基准表面与夹具中的定位元件相接触或相配合得到的，前者称为支承定位；后者称为对中或定心定位。 因为夹具通常是用于加工一批工件的，所以设计夹具时如何保证一批工件位置的一致性，是工件在夹具中定位的根本问题。,2、六点定位原理: 一个尚未定位的工件，其空间位置是不确定的。有六个自由度。如图所示： 要想使工件在某一方向上有确定的位置，必须在某一方向上分布一个支承点，来限制该方向上的自由度。 要想使工件在机床

7、上有完全确定的位置，必须分布合适的六个支承点，分别限制工件的六个自由度，这一准则就称为六点定位原理。,如图所示，在空间直角坐标系中的六方体的三个相互垂直的平面上，分布有六个定位支承点。现试分析各定位支承点，限制自由度的情况。如图6-2所示：,在XOY平面有定位支承点1，2，3；限制了,三个自由度；,在XOZ平面有4，5两个定位支承点，限制了,两个自由度；,在YOZ平面有6一个定位支承点，限制了 一个自由度。恰好六个定位支承点，分别限制了六个自由度，使六方体在空间直角坐标系中有完全确定的位置。,图6-2,3、定位的种类1）完全定位工件六个自由度被分别完全限制的定位，称为完全定位。如图所示，在长圆

8、柱体工件上，钻一个与已加工的键槽对称且与端面的距离为a的小孔。夹具上的定位元件有：两个V形块，一个定位支承，一个定位销。,两个V形块相当于四个定位支承点，限制了 四个自由度，定位销相当于一个定位支承点，限制了 一个自由度，定位支承相当于一个定位支承点，限制了 一个自由度。这种用相当于六个定位支承点的定位元件完全限制工件六个自由度的定位，称为完全定位。,2） 部分定位（不完全定位）根据具体的加工方法，在满足加工要求的前提下，把限制工件少于六个自由度的定位，称为不完全定位。,如图（a）所示，为保证加工尺寸及上下平面的平行度，限制 三个自由度即可。,3） 重复定位（过定位）几个定位支承点，同时限制同

9、一个自由度的定位，称为过定位。,如图所示，加工连杆大头孔的定位。大平面相当于三个定位支承点，限制了 三个自由度；长圆柱销相当于四个定位支承点，限制了四个自由度，定位销3相当于一个定位支承点，限制了一个自由度。很显然 被重复限制了。,如果连杆小头孔轴线与端面不垂直，夹紧后会造成连杆体的弯曲或定位长销被拉弯，引起较大的加工误差，因此，过定位一般情况下是不允许的，只有因过定位引起的加工误差比不采用过定位引起的加工误差小时，过定位才是允许的。如加工细长轴时，径向切削力会引起轴的弯曲变形，一般采用加中心架或跟刀架的方法来减小因径向切削力引起的轴的弯曲变形，加中心架或跟刀架属于过定位，但产生的加工误差小，

10、因此，是允许的。,为保证尺寸a，需限制但，没有被限制，属于欠定位。,欠定位，工件在夹具中不能正确定位，不能满足加工要求。因此，是绝对不允许的。,4）欠定位当定位支承点的数目，少于应限制的自由度数目，工件不能正确定位，不能满足加工要求。这种定位方式，称为欠定位。如图所示，为一欠定位的实例。在长V形块上定位，加工轴上距一端为尺寸a的槽。,属于过定位。应改进为三爪卡盘夹持较短。,例1. 在车床上加工轴上外圆的定位方案如图所示，试分析定位元件限制的自由度，属于那种定位情况，是否合理，如需改进，应如何改进。,5）定位实例分析,例2：如图所示，为采用大平面、固定V块、活动V块定位，加工连杆的大小头孔。试分

11、析定位元件限制的自由度，属于那种定位情况，是否合理，如需改进，应如何改进。解：1. 分析加工要求需要限制的自由度。需完全定位。2. 分析定位元件所能限制的自由度1）大平面限制,2）固定V块限制 3）滑动V块限制,3. 结论属于完全定位。定位方案合理，不需改进。,例3：如图所示，为采用大平面、固定V块、活动V块定位，加工圆盘轴心孔。试分析定位元件限制的自由度,属于那种定位情况，是否合理，如需改进， 应如何改进。解：1. 分析加工要求需要限制的自由度。根据加工要求应限制2. 分析定位元件所能限制的自由度1）大平面限制,2）固定V块限制 3）滑动V块限制（如存在圆度误差）,3. 结论属于过定位。如不

12、存在圆度误差，则滑动V块不限制 。属于不完全定位。,工件在夹具中的定位，是靠定位元件来实现的。定位表面不同，应选择不同的定位元件。1、工件以平面定位 1） 固定支承：定位支承点的位置固定不变。,限制一个不定度(移动）,限制两个不定度(移动和转动）,二、定位元件的选择与设计,2）可调支承：定位支承点的位置可以调节。 主要用于以制造精度不高的毛坯面定位的场合。,限制一个不定度(移动）,3） 自位支承 定位支承点的位置随工件定位基准位置变化而自动与之适应的定位元件。 自位支承一般只起一个定位支承点的作用,自位支承限制一个不定度(移动）,4） 辅助支承：只起提高工件支承刚性或辅助定位作用的定位元件。（

13、注意与可调支承的区别）,不限制不定度,2、工件以孔定位 1）定位销： 可分为：固定式定位销和可换式定位销两种。 其中：长圆柱定位销限制四个不定度，短圆柱定位销限制两个不定度。,固定式定位销,长削边销限制两个不定度，短削边销限制一个不定度。 锥面销限制三个不定度（移动）。,削边定位销和标准菱形定位销的几种形式：,2） 刚性心轴：常用于套类零件的定位元件 刚性心轴一般由导向、定位及传动三部分组成,过盈配合的心轴限制四个不定度；间隙配合的长心轴限制四个不定度；间隙配合的短心轴限制两个不定度。,3） 锥度心轴：锥度心轴可消除工件与心轴之间的配合间隙，提高定心精度。锥度取 K=1/50001/1000。

14、,锥度心轴限制五个不定度,3、工件以外圆定位： 常用的外圆表面定位元件有三类： 1） 定位套：实现定心定位 长定位圆柱套限制四个不定度，短定位圆柱套限制两个不定度，锥面套和锥面销限制三个不定度。,2） 支承板：给外圆定位 支承板对工件外圆定位属于支承定位，它限制的不定度数目取决于它和工件外圆母线的接触长度。 当接触长度较短时，限制一个不定度，当接触长度较长时，限制两个不定度。,3） V型块：实现外圆表面定心、对中定位 长V型块限制四个不定度； 短V型块限制二个不定度。,V型块的代用元件及可调V型块： 可调V型块限制一个不定度（移动）。,V型块的代用元件,可调V型块,顶尖孔定位： 固定顶尖孔限制三个不定度； 移动顶尖孔限制两个不定度； 活动顶尖孔限制两个不定度,4、工件以特殊表面定位：,1） 工件以中心孔定位,2）工件以导轨面定位,图6-17所示是三种燕尾导轨定位形式。图6-17（a）为镶有圆柱定位块的结构；图6-17（b）的圆柱定位块位置可以通过修配A和B平面，达到较高的精度；图6-17（c）为采用小斜面定位块，其结构简单。为了减少过定位的影响，工件的定位基面需经配制（或配磨）处理。,3）工件以齿形表面定位,定位元件是三个滚柱。自动定心盘1通过滚柱3对齿轮4进行定心定位。,常见典型定位方式和定位元件限制的不定度：,