第5章 夹具设计的基本原理 机械制造工艺学 教学ppt课件.ppt
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1、第五章 夹具设计的基本原理,主要内容:工件在夹具中的定位工件在夹具中的夹紧专用夹具设计方法计算机辅助夹具设计,第一节 机床夹具概述,一、机床夹具的概念和功用,(一)概念: 机床夹具是在机床上用以装夹工件的一种装置,其作用是使工件相对于机床或刀具有正确的位置,并在加工过程中保持这个位置不变。,(二)夹具的功用1.稳定保证工件的加工精度2.减少辅助工时,提高劳动生产率3.扩大机床的使用范围,实现一机多能,二、机床夹具的分类1.按专业化程度分1)通用夹具: 已标准化,通用性好,可用于加工同 一类型,不同尺寸工件。 车床:三爪卡盘、四爪卡盘。 铣床:平口钳、回转工作台、万能分度头。 磨床:磁铁吸盘。,
2、2)专用夹具: 根据加工某一零件的某一工序的具体 加工要求而设计的夹具 特点:结构紧凑,操作迅速、方便,可保证较高的 加工精度和生产效率。 缺点:设计周期长,制造费用也较高,只适用于固 定产品,当产品变更时,夹具将无法使用。,3)可调夹具和成组夹具:经调整或更换个别元件,即 可加工多种工件的夹具。 这种夹具主要用于加工 形状相似,尺寸相近的工件的加工。,4)组合夹具(拼装夹具): 这种夹具是在夹具零部件完全标准化的基础上,根据积木化原理,针对不同的工件对象和加工要求,拼装组合成夹具。构成夹具的各零部件,在工件加工完后,可拆散成各种元件,组合成适用其它产品加工要求的夹具。 当今生产发展趋势:多品
3、种、小批量。由此导致对生产装备的要求是高效、快捷的柔性系统。,孔系,系槽,5)随行夹具: 切削加工中随带安装好的工件在各工作位置间被自动运送转移的机床夹具。随行夹具主要是在自动线生产加工中心中、柔性生产线。,2.按使用的机床分类铣床夹具钻床夹具镗床夹具磨床夹具齿轮机床夹具其它机床夹具,3.按夹紧动力源不同分:手动夹具气动夹具液压夹具气液夹具电磁夹具真空夹具等,四、机床夹具的组成1.定位装置 作用是使工件在夹具中占据正确的位置。2.夹紧装置 作用是将工件压紧夹牢,保证工件在加工过程中受到外力作用下,不偏离已经占据的正确位置。,3. 对刀或导向装置 用于确定刀具相对定位元件及工件加工表面的正确位置
4、。4. 连接元件 是夹具在机床上安装的连接元件。,5.夹具体 是机床夹具的基础件,通过夹具体将所有的元件连接组合成一个整体。6.其它装置及元件指因特殊需要而设置的装置或元件。如分度装置,吊装件,操作件等,钻床夹具,铣床夹具,第二节 工件在夹具中的定位 工件在夹具中的定位是利用六点定位原理来分析工件的定位方案,根据工件的结构特点和工序的加工要求选择定位方式,设计定位元件。,一、常用定位方式与定位元件,基本支承:限制自由度,真正起定位作用。辅助支承:不限制自由度,起预定位、增加工件和夹 具刚性等作用。,(一)工件以平面定位 1基本支承 1)固定支承:安装到夹具上后,不可拆卸或调节。分 为支承钉和支
5、承板。,支承钉:用于小平面未加工或已加工表面的定位。 (一个支承钉只限制一个自由度) 平头:用于精基准面得定位。 球头:用于粗基准面得定位。 网纹顶面:用于较大摩擦力的侧面定位。 带衬套支承钉:便于拆卸更换(大批量磨损快场合)。,支承钉尾部与基体孔的配合: 过盈配合:H7/r6 或H7/n6 加中间套(可换):套与夹具体上孔为过盈配合,套与支承钉尾部可选过渡配合H7/js6支承钉布置原则: 三点:组成的平面面积尽可能大 二点:距离尽可能长 一点:应与切削力方向对应,支承板 用于较大已加工平面的定位,所以常出现在精基准定位中,一个支承板的作用,相当于两个支承钉,消除两个自由度。,A型:平板式支承
6、板 B型:斜槽式支承板,支承板和支承钉的技术要求D12的支承钉和小型支承板,用较好的T7A钢,淬硬 HRC60-64对D12的支承钉和大型支承板,一般用20#钢渗碳淬火,渗碳深度为0.81.2mm,硬度至HRC6064 为保持几块支承板在同一平面上,在装配后应将顶部进行统磨。有精度要求或使支承板装配牢固,需加定位销。,2)可调支承: 顶端位置可在一定范围内调整,方法:一批工件调整一次,调整后应锁紧。,3)自位支承 (浮动支承):支承本身所处的位置随工件定位基准面的变化而自动调整,并与之适应。(只起一个支撑点作用)常用于毛坯、断续面、台阶面,只限制一个自由度,2.辅助支承,根据六点定位原理,工件
7、定位原理,工件定位夹紧后,若工件刚性很差,在切削力和夹紧力的影响下,会发生变形和振动。为此,需增加辅助支承,减小变形,以提高刚性和稳定性。,作用:由于辅助支承是在工件定位后才参与支承,因此不起任何消除自由度作用,只起减小工件变形和振动的作用。各种辅助支承在每次卸下工件后,必须松开,装上工件后再进行调整和锁紧,另外,辅助支承不应破坏原有定位。,应用场合: 起预定位作用 提高夹具工件的稳定性 提高工件的刚性,(二)工件以外圆定位,1. V形块,1) V形块结构:(已标准化) 两斜面夹角常取90或120 工艺槽:降低应力集中,便于v形工作面加工。 支承面和底面精度要求较高 安装时,需采用定位销孔(有
8、定位销孔和安装孔),2)特点:,对中性好(水平方向)所定位的水平轴中心位置(垂直方向),随V形块夹角及工件直径的误差而发生变化V形块装在夹具体时,除用螺钉紧固外,还要加装定位销,3) 材料: 20钢 热处理:渗碳深度0.8-1.2mm, 淬硬HRC60-64,大型V形块,可用铸铁在支承面镶以碎硬耐磨的钢板。,4)主要结构参数: V形块已标准化,绘制V形块工作图时,可不绘制图形,但应注明尺寸C、H、h,2.定位套筒,元件结构简单,定心精度不变;当工件外圆与定位圆孔配合较松时,易使工件倾斜,可考虑利用套筒内孔及端面一起定位;当端面大时,定位孔应短些,以避免产生过定位。,定位套与夹具体配合: 直径小
9、:H7/r6或H7/s6 较紧直径大:H7/k6或H7/js6 较松,装入后再用螺钉拧紧,短定位套限制工件2个自由度,长定位套限制工件4个自由度,3.剖分套筒(半圆套) 主要用于大型轴类零件的精密轴径定位,以便于安装。 结构:下半孔起定位作用 上半孔起夹紧作用,4.圆锥套,以圆锥套定位时,常与后顶尖配合使用。,圆锥套定位限制:,后顶尖定位限制:,(三)工件以内孔定位,工件以内孔定位时,常用的定位元件有:定位销、定位心轴、圆锥销、圆锥心轴、自动定心机构(如三爪卡盘、弹簧心轴等)。,1.定位销(a) 被定位元件圆孔尺寸较小(b) 需与端面共同定位时(c) 被定位元件圆孔尺寸较大(d)可换式:用于大
10、量生产中,易于更换,更换时为避免破坏夹具体加上衬套,定位销与衬套配合H7/js6、H7/n7,2.圆锥销,常用于工件孔端的定位,可限制三个自由度,3.定位心轴,a.圆柱形心轴:工件与心轴定位部分为过盈配合,工件与心轴定位部分为间隙配合,定心精度高,定心精度不高,b.圆锥心轴,c.花键心轴,4.内圆定心夹紧机构用于内孔的定心夹紧机构,其作用原理与外圆定位时是一样的。区别仅在于孔定位时,支承等远离中心移动,与工件孔表面接触。,孔用涨紧套,加工箱体等零件时,常采用一面两孔定位,(四)工件以组合表面定位,加工箱体等零件时,常采用一面两孔定位,1 定位情况底面支承板限制Z移动和X转动、Y转动; 短销1限
11、制X移动、Y移动; 短销2限制X移动、Z转动。 X移动过定位,2 后果当孔心距最小、销心距最大或孔心距最大、销心距最小时,工件不能顺利安装。强行安装则导致工件或夹具的变形。,3. 解决办法:,采用削边销的截面形状为菱销,第二销子会发生过定位,实际使用中常做成削边销(d)或菱形销(c)。,削边销尺寸计算:1)确定两销中心距:两销中心距的基本尺寸等于两孔中心距的基本尺寸,两销中心距的偏差一般为两孔中心距偏差的1/51/3。2)确定第一个定位销基本尺寸d1:取d1=D1min,定位销的直径公差一般按g6、f7配合选取,最后应对销尺寸进行圆整处理。,3)确定削边销宽度b和B值:削边销结构尺寸已经标准化
12、,设计时尽量按标准选用,按下表选取。,二、定位误差及其分析与计算 零件的加工精度决定于:刀具与工件间正确的相互位置。影响这个正确位置关系的因素:1、夹具在机床上的装夹误差;2、工件在夹具上的定位误差和夹紧误差;3、机床的调整误差;4、工艺系统的弹性变形和热变形误差;5、机床和刀具制造误差和磨损等。,为了保证工件的加工质量,应满足如下关系式: 各种因素产生的误差之和;工件被加工尺寸的公差。对于定位误差,一般应满足: d /3,(一)定位误差及产生原因 产生原因:工件定位造成的加工面相对工序基准的位置误差。 定位误差:工序基准在加工尺寸方向的最大变动量。,1.造成定位误差的原因:1)基准不重合误差
13、:定位基准与工序基准不一致所引起的定位误差,即工序基准相对于定位基准在加工尺寸方向上的最大变动量,B表示。2)基准位移误差:定位副制造误差及其配合间隙所引起的定位误差,即定位基准的相对位置在加工尺寸方向上的最大变动量,Y表示。,定位误差是两者的合成:定位误差:D= YB,(二)常见定位方式的定位误差分析与计算1.工件以平面定位,工件2、3面已加工好,现要加工1面。,以底面定位加工:台阶面的加工尺寸工序基准是顶面,而定位基准是底面,定位基准与工序基准不重合,存在不重合误差。 B=2H,定位基准制造得比较平整光滑的话,则定位基准位置不变,不会产生基准位移误差 Y=0,故定位误差 D=Y+B=2H,
14、若采用上表面为定位基准,则不存在基准不重合误差,但工件需从下向上夹紧,夹具结构复杂。,为提高定位精度,设计夹具时尽量使定位基准与加工表面之设计基准重合。 但定位精度虽然提高了,有时使得夹具结构复杂,工件安装不便, 稳定性和可靠性变差。生产中只要在满足工艺的要求前提下,如果能降低工序成本,基准不重合的定位方案,也允许选用。,2.工件以外圆定位,工件以外圆在V型块上定位时,若不考虑V型块制造误差,则工件的定位基准在V型块的对称面上,因此工件中心线在水平方向上的位移为零。 垂直方向上,因工件有外圆制造误差而产生基准位移。,加工槽时,采用三种不同的工序尺寸标注时,计算基准不重合度误差:,1)工序基准与
15、定位基准重合 B=0,故影响H1的定位误差为 :,2)工序基准在工件上母线处,工序基准与定位基准不重合,基准不重合误差:,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,若工件直径尺寸减小,则工序基准将下移,两者变化方向相同。故定位误差为:,3)工序基准在下母线处,工件的直径变小时,定位基准将下移,但工序基准将上移,工序基准与定位基准的变化方向相反,故定位误差为:,由上述三种情况可以看出,当a角相同时,以工件下母线为工序基准时,定位误差最小,而以上母线为工序基准时定位误差最大。,3.工件以内孔定位 工件以单一圆柱孔定位时,常用的定位元件是圆柱定位心轴(或定位销),此时定位误
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