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1、第2章 机床夹具设计,2.1 机床夹具概述,一、机床夹具概念及分类,1.机床夹具,2.机床夹具的分类,通用夹具,特点：效率低，操作复杂，适用于单件小批生产。,通用性，无需调整或稍加调整就可以用于装夹不 同工件。,如三爪卡盘、四爪卡盘。,使工件在机床上占据正确位置并将工件夹紧的工艺装备称为机床夹具。,专用夹具,特点：结构紧凑，操作迅速方便，设计、制造周期长，产品变更时，夹具则无法使用。专用夹具适用于成枇生产。,成组专用夹具,将工件按形状、尺寸和工艺共性分组，再为每组工件设计组内通用，组间专用夹具。,组合夹具,由一套预先制造好的标准元件组装成的专用夹具。,为某一工件的某一工序专门设计的机床夹具。,
2、随行夹具,自动线上使用的夹具。,按夹具使用的动力源，夹具又可分为：手动夹具、气动夹具、液压夹具、电动、磁力、真空及自夹紧夹具等夹具。,按使用的机床，夹具又可分为车床夹具、铣床夹具、磨床夹具、钻床夹具、拉床夹具等。,专用机床夹具具有各类夹具的共性，是研究的重点。,二、机床夹具作用及其组成,1.机床夹具的作用,15工序加工要求：,槽宽由铣刀宽度保证，其余由加工前工件对刀具及切削成形运动位置正确保证,槽宽8+0.05；,槽深10；,对A的对称度为0.1,如图正确位置为：,图2-2 铣槽时正确位置,铣刀对称面C与轴套轴 线D重合；,铣刀圆周刃口F距轴套底面E为38mm；,轴套底平面E与走刀方向在垂直面
3、内平行，D面与走刀方向在水平面内平行,图2-3 铣床夹具,夹具保证了上述三位置：,夹具设计制造时，保证了定位销1中心轴线对对刀块5侧面距离为4+1；夹具对刀时，保证了铣刀侧面距离对刀块5侧面距离为1。,夹具设计制造时，保证了对刀块底面到定位台阶面距离为38-1；夹具对刀时，保证了铣刀圆周面最低点距离对刀块底面为1。,夹具设计制造时，夹具底平面A与台阶平面平行，定向键侧面与对刀块侧面平行；夹具安装时，保证了夹具底平面A与铣床工作台面、定向键侧面与铣床工作台T形槽很好接触。,机床夹具主要保证的是位置尺寸和位置关系精度。,机床夹具的主要作用：,a.易于保证加工精度，并使加工精度稳定,b.缩短了辅助时
4、间，提高劳动生产率,c.减轻了工人劳动强度,d.扩大了机床的工艺范围,e.降低了对工人的技术要求,专用机床夹具只能在一定批量的条件下使用才是经济的。,2.专用机床夹具的组成,定位元件,用以确定工件在夹具中位置的元件。,夹紧元件,用于夹紧工件以保证工件在夹具中获得的位置。,对刀、引导元件,用以确定刀具相对夹具位置元件,安装元件,用以确定夹具在机床上位置元件或表面,夹具体,用来连接夹具上各元件使之成为有机体的基础件,其它元件,三、使用夹具加工时加工误差的组成,1.加工过程系统图及加工误差组成,装夹误差：工件定位不准确及夹紧时产生的误差，用装夹表示。,安装及对刀误差：夹具在机床上安装及刀具调整不准确
5、产生的误差，用安对表示。,过程误差：加工过程中产生的误差，用过程表示。,2.加工误差不等式,使零件满足加工精度要求的条件是:,装夹+ 安对+ 过程TA,此式称加工误差不等式。,在夹具设计时，初步确定各值为：,也可以：,TA 零件位置尺寸或位置关系要求的公差。,2.2工件定位,工件的定位:使逐次放置到夹具中的一批工件都占据同一位置。,使一批工件占据同一位置的方法即定位方法。,一、六点定位原理及应用,1.六点定位原理,工件的自由度：工件在空间运动的可能性。,工件具有六个自由度：,使一批工件占据同一位置的程度即定位精度。,沿X轴移动的自由度记为 ；,沿Y轴移动的自由度记为 ；,沿Z轴移动的自由度记为
6、 ；,绕X 轴转动的自由度记为 ；, 绕Y轴转动的自由度记为 ；,绕Z轴转动的自由度记为 。,图2-5 物体的六个自由度,工件定位的充分必要条件是限制工件的六个自由度。,钉4限制了工件 ；,钉2限制了工件 ；,钉3限制了工件 ；,钉1限制了工件 ；,钉5限制了工件 ；,钉6限制了工件 ；,图2-6 工件的六点定位,六点定位原理：工件在夹具中有六个自由度，这六个自由度需要用夹具上按一定要求布置的六个支承点来限制，其中每个支承点相应地限制工件的一个自由度。,一定要求是由工件的结构决定的，结构不同六个支承点的布置是不同的。,限制是指定位基准与支承点接触。,图2-8 套类工件的定位,对定位点的分析，有
7、时不能光看它形式上有几点接触，更重要的是看它实质上限制了工件的几个自由度。,2.应用六点定位原理应注意的问题,完全定位与部分定位,完全定位：工件的六个自由度全被限制，工件有唯一的位置。,部分定位：仅限制工件某一方向的自由度，工件有无穷多位置。,图2-9 工件几何对称时的部分定位,某一方向自由度存在不影响加工要求可采用部分定位。,使用六点定位原理分析定位方案时，首先应根据工序图的加工要求，找出应限制的自由度，然后用相应的点限制这些自由度。在分析应限制的自由度时，要考虑工件的几何特点。,欠定位与过定位,欠定位：定位点的数目少于工序加工要求必须限制的自由度数目。 欠定位是不允许的。,过定位：自由度被
8、重复限制。,图2-11 平面的过定位,图2-12 过定位分析及处理,过定位是否允许要视基准的情况而定。当基准间的位置精度较高时，过定位可以增加工件刚性减少变形，可以使用。反之，使定位基准不能很好地和定位元件接触，严重时会产生干涉，因此过定位事不允许的。,二、定位误差,（一）定位误差的概念及产生,定位误差：工件定位时所造成的工序基准相对于被加工表面在工序尺寸方向上位置的最大变动量，用定位表示。,产生误差的因素：,基准不重合误差：,基准移动误差：,具中，定位基准位置的最大变动量称为基准移动误差，用移动表示。,由于定位基准与工序基准不重合，使得工序基准相对于定位基准位置在工序尺寸方向上变动，其最大变
9、动量称基准不重合误差。用不重合表示。,一批工件逐次放置到夹,计算基准移动误差：,当 ，,移动=2（H-H1）tgT,各项误差位于工序尺寸方向时：,当 时，,定位误差与基准不重合误差、基准移动误差关系：,定位=不重合+移动,（二）定位误差的计算举例,工件定位方案如图2-14，计算定位误差。,图2-14 定位误差计算,在水平方向，基准O1产生移动，移动=r,定位基准O1与工序基准O2不重合，,不重合=2,在垂直方向：,工件以平面定位，移动=0,定位基准与工序基准不重合，不重合=2h,将水平方向和垂直方向的定位误差投影到工序尺寸方向，则,根据定位误差定义计算：,由图可知：,定位误差为：,定位误差应满
10、足：,一般取,三、定位方法与定位元件设计,（一）定位基准为平面时,1.定位方法,定位基准是未经机械加工的粗糙平面时,定位基准是经机械加工的平面时,2.基准移动误差,移动=0,用三个成三角形布置的支承钉,采用平面接触定位,3.定位元件,主要支承,固定支承,图2-15 各种类型固定支承,支承钉和支承板,可调支承,图2-16 各种可调支承,自位支承,辅助支承,不是定位元件，不参与定位，可增加系统刚性。,图2-17 常用的几种自位支承,图2-18 辅助支承的主要应用,辅助支承不参与定位，每次装卸工件都要调整辅助支承，因此使用辅助支承会降低生产效率，而辅助支承与工件的接触力也难控制。,图2-19 自引式
11、和升托式辅助支承,（二）定位基准为外圆柱面时,定位方法：用套筒、V 形块、半孔实现定位,1.定位套筒定位,定位套结构,定位基准为外圆柱面轴线,图2-21 定位套定位,定位情况分析,图2-21中，（a）为短接触，限制工件,定位套内孔尺寸及配合,（ b）为长接触，限制工件,套筒内孔必须满足两个条件：,一批工件都能顺利装入套筒孔内；,定位套内孔与基准轴配合间隙不能太大。,选取原则：,在基轴制的条件下，孔的基本尺寸等于轴的基本 尺 寸；,孔的配合选用F8或G7，定位精度要求高时选G6。,基准移动误差,图2-22 圆柱孔定位时 基准移动误差,当工件从侧面装入时,Td 定位基准的公差；,TD定位套内孔的公
12、差；,定位基准与定位套内孔最小配合间隙。,误差方向：在垂直于轴线平面内任意方向。,2.V形块实现定位,V形块的结构,图2-23 固定V形块的结构,定位情况分析,长接触：限制工件 、 、 四个自由度,短接触：限制 、 两个自由度,基准移动误差,图2-24 V形块定位时基准移动误差,在AOB中,在AOB 中,基准移动误差方向：,沿V形块对称中心线向下,活动V形块的应用,只限制工件一个自由度,在垂直于V形块对称面方向上，移动=0。这一性质称为V形块的对中性。,定位误差分析计算,在图a中，不重合=0,图b中，工序基准b，定位基准O。,方向：在V形块对称面上使工序尺寸趋于减小,方向：在V形块对称面上使工
13、序尺寸趋于增大,图c中，工序基准a，定位基准o。,方向：在V形块对称面上使工序尺寸趋于减小,方向：在V形块对称面上使工序尺寸趋于减小,3.用半圆孔实现定位,图2-26 半孔定位,上半孔定位 ，下半孔夹紧,（三）定位基准为内圆柱面,定位基准为内圆柱面轴线,1.用定位销或圆柱心轴实现工件定位,结构,图2-27 固定式定位销,短接触，限制工件 、,图2-28 圆柱心轴结构,定位情况分析,长接触，限制工件 、 、 、,定位销、心轴直径及配合,定位表面直径等于基孔制时孔的基本尺寸，配合采用f7；定位精度要求较高时采用g7；要求更高时采用g6。,基准移动误差,式中 TD 定位基准孔的公差；,Td 定位销或
14、轴定位表面直径公差；,销径或轴径与基准孔的最小配合间隙,2.用圆锥心轴实现定位,小锥度心轴定位,图2-29 小锥度心轴,锥度,定位时，工件楔紧在心轴上，并将工件夹紧。,定位基准的精度应在IT7、IT6以上。,小锥度心轴限制工件5个自由度，只有绕轴线转动自由度 没被限制。,基准移动误差:,径向：移动=0,轴向：,小锥度心轴定心精度高，夹紧力小，对定位基准孔精度要求较高，因此该定位方法主要用于精加工工序的精车或磨削加工。,大锥度心轴定位,图2-30 大锥度心轴定位,图中大锥度心轴限制两个径向移动自由度,大锥度心轴固定不动时限制工件三个移动自由度,（四）定位基准为锥孔,图2-31 长锥孔在锥形心轴上定位,限制工件五个自由度,图2-32 工件在顶尖上定位,头顶尖限制工件三个自由度，尾顶尖限制两个自由度。,图b中，为了提高定位精度，头顶尖限制两个径向移动自由度，轴向移动自由度由平面限制。,
