《机械制造技术基础 第2版 教学课件 ppt 作者 黄健求 05第五章 机床夹具设计原理》由会员分享，可在线阅读，更多相关《机械制造技术基础 第2版 教学课件 ppt 作者 黄健求 05第五章 机床夹具设计原理（90页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第五章 机床夹具设计原理,机床夹具是机械加工工艺系统的一个重要组成部分,本章主要讨论: 机床夹具的功用、分类和组成； 工件在夹具中的定位和夹紧; 夹具的选用与设计方法,第一节 概 述,机床夹具是一种在各种金属切削机床上实现装夹任务的工艺装备，如 车床上使用的三爪自定心卡盘； 铣床上使用的平口虎钳等; 平面磨床上使用的电磁吸盘等。,一、机床夹具的功用,与机床联结定位并夹紧工件 1. 能稳定地保证工件的加工精度 2. 能减少辅助工时，提高劳动生产率 3. 能扩大机床的使用范围，实现一机多能,二、机床夹具的分类,1按专门化程度分类 (1)通用夹具 (2)专用夹具 (3)通用可调夹具和成组夹具 (4)
2、组合夹具 (5)随行夹具,2按使用的机床分类: 车床夹具、 铣床夹具、 钻床夹具、镗床夹具、 磨床夹具、 齿轮机床夹具和其他机床夹具等。,3按夹紧动力源分类: 手动夹具、 气动夹具、 液压夹具、气液夹具、 电动夹具、 磁力夹具、 真空夹具等。,三、机床夹具的组成,下图为加工薄壁套工件外圆的端面A的车轴套夹具。工件8以内孔和端面B为基准，在夹具的涨块7上定位，转动螺母2，带动拉杆9向左移动，使涨块7涨开定位夹紧工件。卸工件时，反向转动螺母2、销钉5推动涨块7向左移动，工件松动。,图5-1 车轴套夹具,夹具的组成,1. 定位元件（定位装置）:序号7 2. 夹紧装置:序号2;3;9 3. 对刀与导引
3、元件: 4. 夹具体:序号1 5. 其它元件及装置:序号6,第二节 工件的定位,工件在机床上的定位包括工件在夹具上的定位和夹具相对于机床的定位两个方面，即工件相对于机床的定位是间接通过夹具来保证的。本章主要讨论工件在夹具上的定位。,一、六点定位原理,1. 工件的自由度 沿x、y、z轴移动的三个自由度: 绕x、y、z轴转动的三个自由度 :,图5-2 物体的六个自由度,2. 六点定位原理,用正确分布的六个支承点来限制工件的六个自由度，从而使工件在夹具中得到正确位置的原理，称为六点定位原理。 六个支承点的正确分布：3-2-1,图5-3 工件的六点定位,3. 工件在夹具中定位的几种情况,图5-4 不同
4、加工要求的工件,(1)完全定位:将工件的六个自由度全部限制(上图); (2)不完全定位:根据工件被加工表面的加工精度,要求限制的自由度少于六个(上图); (3)欠定位 : 根据工件被加工表面的加工精度要求，需要限制的自由度没有得到完全限制;,(4)过定位 : 工件的某自由度被夹具上两个或两个以上的定位元件重复限制 ，过定位特点： 提高工件的刚性，减少工件加工变形； 可能导致定位干涉(工件装夹困难），进而导致工件或定位元件产生变形、定位误差增大。因此在定位设计中应该尽量避免过定位，消除或减小过定位的方法主要有：,1)改变定位元件结构 2)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,图
5、5-5 工件过定位情况及改善措施,二、常见的定位方式及其定位元件,（约束支点数及应用） （一）工件以平面定位,图5-7 两种常用的支承板,图5-6 几种常用支承钉,图5-9 几种常见的自位支承结构,图5-8 几种常用的可调支承,图5-10 常见的几种辅助支承,图5-11 辅助支承应用实例,（二）工件以外圆定位,图5-13 活动V形块应用实例,图5-12 常用固定式V形块,V形块定位的优点,1）对中性好，即能使工件的定位基准轴线对中在V形块两斜面的对称平面上，在左右方向上的不会发生偏移，且安装方便； 2）应用范围较广。不论定位基准是否经过加工，不论是完整的圆柱面还是局部圆弧面，都可采用V形块定位
6、。V形块上两斜面间的夹角一般选用60、90和120，其中以90应用最多。 V形块其典型结构和尺寸均已标准化，设计时可查有关标准手册。V形块的材料一般用20钢，渗碳深0.8mm1.2mm，淬火硬度为60HRC64HRC。,2. 定位套,工件以外圆柱表面为定位基准在定位套内孔中定位，这种定位方法一般适用于精基准定位，如图5-14所示。 图5-14a为短定位套定位，限制工件两个自由度；图5-14b为长定位套定位，限制工件四个自由度。,3. 半圆套,图5-15为半圆套结构简图，下半圆起定位作用，上半圆起夹紧作用。 图5-15a为可卸式，图5-15b为铰链式，后者装卸工件方便些。短半圆套限制工件两个自由
7、度，长半圆套限制工件四个自由度。,4. 圆锥套,工件以圆锥套定位时，常与后顶尖（反顶尖）配合使用。 如图5-16所示，夹具体锥柄1插入机床主轴孔中，通过传动螺钉2对定位圆锥套3传递扭矩，工件圆柱左端部在定位圆锥套3中通过齿纹锥面进行定位，限制工件的三个移动自由度；工件圆柱右端锥孔在后顶尖5(当外径小于6mm时，用反顶尖)上定位，限制工件两个转动自由度。,图5-16,（三）工件以圆孔定位,工件以圆孔定位大都属于定心定位(定位基准为孔的轴线)，常用的定位元件有定位销、圆柱心轴、圆锥销、圆锥心轴等。,1定位销,图5-17,2圆锥销,在加工套筒、空心轴等类工件时，也经常用到圆锥销，如图5-18所示。
8、图5-18a用于粗基准；图5-18b用于精基准。 圆锥销限制了工件三个自由度。,图5-18,3定位心轴,主要用于套筒类和空心盘类工件的车、铣、磨及齿轮加工。常见的有圆柱心轴和圆锥心轴等。 (1)圆柱心轴 短圆柱心轴限制工件自由度【？】 长圆柱心轴限制工件的自由度【？】,图5-20a为间隙配合圆柱心轴，其定位精度不高，但装卸工件较方便； 图5-20b为过盈配合圆柱心轴，常用于对定心精度要求高的场合； 图5-20c为花键心轴，用于以花键孔为定位基准的场合。 当工件孔的长径比L/D1时，工作部分可略带锥度。,图5-20,（2）圆锥心轴,图5-21定位方式是圆锥面与圆锥面接触，要求锥孔和圆锥心轴的锥度
9、相同，接触良好，因此定心精度与定位精度均较高，而轴向定位精度取决于工件孔和心轴的尺寸精度。 圆锥心轴限制工件的自由度 【？】,图5-21,（四）工件以组合表面定位,在实际加工过程中，工件往往不是采用单一表面的定位，而是以组合表面定位。常见的有平面与平面组合、平面与孔组合、平面与外圆柱面组合、平面与其它表面组合、锥面与锥面组合等。,图5-14 工件以端面和圆柱面组合定位,图5-19 工件以端面和内孔组合定位,一面两孔组合定位,图5-22,在加工箱体类工件时，往往采用一面两孔组合定位，见图5-22。定位元件采用个平面和两个短圆柱销，两孔直径分别为 D1、D2，两孔中心距为L，两销直径分别为d1、d
10、2，两销中心距为L。由于平面限制三个自由度，两个定位销限制四个自由度，因此过定位，故有可能使工件两孔无法套在两定位销上，如上图5-22a所示。,解决过定位的方法,1）减小第二个销子的直径。此种方法由于销子直径减小，配合间隙加大，故使工件绕第一个销子的转角误差加大。 2）使第二个销子可沿X方向移动，但结构复杂。 3）第二个销子采用削边销结构，即采取在过定位方向上，将第二个圆柱销削边，如图5-18b所示:平面限制三个自由度，短圆柱销限制两个自由度，短的削边销（菱形销）限制一个自由度。(它不需要减小第二个销子直径，因此转角误差较小),图5-22c所示削边销的截面形状为菱形，又称菱形销，用于直径小于5
11、0mm的孔，图5-22d所示削边销的截面形状常用于直径大于50mm的孔。 削边销宽度b和B值： 削边销的结构尺寸已经标准化，设计时应尽量按照标准选用,削边销的宽度b和B值可根据表5-1选取。,3 定位误差计算,按照六点定位原理，可以设计和检查工件在夹具上是否正确位置，但能否满足工件工序加工精度的要求，则取决于刀具与工件之间正确的相互位置。而影响这个正确的位置关系的因素很多，如夹具在机床上的装夹误差、工件在夹具中的定位误差和夹紧误差、机床的调整误差、工艺系统的弹性变形和热变形误差、机床和刀具的制造误差及磨损误差等。为了保证工件的加工质量，应满足如下关系式： d /3 各种因素产生的加工误差总和
12、工件被加工尺寸的公差 d 工件在夹具中的定位误差,一 定位误差及其产生原因,所谓定位误差，是指由于工件定位造成的加工面相对工序基准的位置误差。 因为对一批工件来说，刀具经调整后位置是不动的，即被加工表面的位置相对于定位基准是不变的，所以定位误差就是工序基准在加工尺寸方向上的最大变动量。 定位误差是在采用调整法加工一批工件时因定位产生的工序尺寸变化量,造成定位误差的原因,由于定位基准与工序基准不一致所引起的定位误差，称基准不重合误差，即工序基准相对定位基准在加工尺寸方向上的最大变动量，以b表示（如下图5-23a）。 由于定位副制造误差及其配合间隙所引起的定位误差，称基准位移误差，即定位基准在加工
13、尺寸方向上的最大变动量，以j表示（如下图5-23a定位面的不平度） 。,二 常见定位误差分析与计算,分析和计算定位误差的目的，就是为了判断所采用的定位方案能否保证加工要求，以便对不同方案进行分析比较，从而选出最佳定位方案，它是决定定位方案时的一个重要依据。 由定位误差产生原因可知，基准不重合误差是由于定位基准选择不当产生的，而基准位移误差是由于定位副制造误差及其配合间隙所引起的。在工件定位时，上述两项误差可能同时存在，也可能只有一项存在，但不管如何，定位误差是由两项误差共同作用的结果。故有： d=b j=jb (5-5),“” 分析,利用式（5-5）计算定位误差，称为误差合成法，是加工尺寸方向
14、上的代数和。在定位误差的分析与计算中，可以将两项误差分别计算，再按式（5-5）进行合成。 当“和”是由同一误差因素产生的，这时称“和”关联，此时如果它们方向相同，合成时取“+”号；如果它们方向相反，合成时取“-”号。 当两者不关联时，可直接采用两者叠加计算定位误差（取“+”号）。,1.工件以平面定位的定位误差,图5-23,定位基准与工序基准不重合(图a): 由工序简图知，加工尺寸的工序基准(也是设计基准)是A面，而图a中定位基准是B面，可见定位基准与工序基准不重合，必然存在基准不重合误差。 b =(Hmax-Hd ) (Hmin-Hd) =(HmaxHmin)=0.28 =T40 结论：b定位
15、基准与工序基准间尺寸公差 若定位基准B面制造得比较平整光滑，则同批工件的定位基准位置不变，不会产生基准位移误差，即j=0。所以有： d= b + j= b +0=0.28mm /3=0.30/3=0.10mm 定位误差太大，留给其它加工误差的允差值就太小，（只有0.02mm），在实际加工中容易出现废品，所以此定位方案不合理,定位基准与工序基准重合(图b): 若改为图5-23b定位方案，则由于定位基准与工序基准重合，所以定位误差为零: d= b + j= 0 +0=0 此定位方案工件需从下向上夹紧，夹紧方案不够理想，且使夹具结构复杂。 【还有什么方法? 】,工件以外圆定位,图5-24,工件以外圆
16、在V形块上定位，如不考虑V形块的制造误差，则工件定位基准在V形块的对称面上，因此工件中心线在水平方向上的位移为零。但在垂直方向上，因工件外圆有制造误差，定位基准产生位移，（图5-24a：），垂直方向其值为 : 图5-24b、c、d所示为同一加工的三种不同工序尺寸标注情况，其定位误差的分析计算如下：,（5-6）,H1的定位误差计算,图5-24b所示为工序基准与定位基准重合，此时b 0，只有基准位移误差，故影响工序尺寸H1的定位误差为,H2定位误差计算,图5-24c所示工序尺寸为H2，工序基准选在工件上母线A处，此时工序基准与定位基准不重合，其定位误差为： d=b j b /2 由于和均是由于工件直径尺寸制造误差引起的，属于关联误差因素，因此采用合成法计算时需判断其正负。其判断方法如下： 当工件直径尺寸减小时，工件定位基准将下移 ；当工件定位基准位置不变时 ，若工件
