机械制造技术基础-第四章-机床夹具设计.ppt

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1、第四章 机床夹具设计,工件的装夹是通过机床夹具来实现的。机床夹具是工艺系统的重要组成部分，它在生产中应用十分广泛。,夹具的作用,1.保证精度2.提高效率3.扩大功能4.减轻强度,工件装夹,直接装夹划线找正装夹夹具装夹,直接装夹,划线找正装夹,第一节 工件的装夹第二节 机床夹具概述第三节 工件在夹具中的定位第四节 工件在夹具中的夹紧,第一节 工件的装夹,一、工件的装夹二、工件的定位,一、工件的装夹,定位：在机床上加工工件时，为使工件在该工序所加工表面能达到规定的尺寸与形位公差要求，在开动机床进行加工之前，必须首先将工件放在机床上或夹具中，使它在夹紧之前就相对于机床占有某一正确的位置，此过程称为定

2、位。（图）,夹紧：工件在定位之后还不一定能承受外力的作用，为了使工件在加工过程中。总能保持其正确位置，还必须把它压紧（固定），此过程称为夹紧。工件的装夹过程就是定位过程和夹紧过程的综合。,定位的任务：使工件相对于机床占有某一正确的位置。夹紧的任务：是保持工件的定位位置不变。装夹的误差：定位误差和夹紧误差之和。,二、工件的定位,物体在空间具有六个自由度（图），即沿三个坐标轴的移动和绕三个坐标轴的转动，如果完全限制了物体的这六个自由度，则物体在空间的位置就完全确定了。,综上分析知：欲使工件在空间处于完全确定的位置，必须选用与加工件相适应的个支承点来限制工件的个自由度。这就是工件定位的六点定位原理（

3、图）。,六点定位原理:工件定位时，用合理分布的六个支承点与工件的定位基准相接触来限制工件的六个自由度，使工件的位置完全确定.,为了达到某一工序的加工要求，有时不一定要完全限制工件的六个自由度。,不完全定位：a图：完全自由b、c、d图：可以沿Y轴方向移动e图：可以沿x、Y轴方向移动，绕Z轴旋转,欠定位：是指工件实际定位所限制的自由度数目，少于按其加工要求所必须限制的自由度数目。,过定位：几个定位支承点重复限制同一个自由度。过定位是否允许，要视具体情况而定：1）如果工件的定位面经过机械加工，且形状、尺寸、位置精度均较高，则过定位是允许的。有时还是必要的，因为合理的过定位不仅不会影响加工精度，还会起

4、到加强工艺系统刚度和增加定位稳定性的作用。2）反之，如果工件的定位面是毛坯面，或虽经过机械加工，但加工精度不高，这时过定位一般是不允许的，因为它可能造成定位不准确，或定位不稳定，或发生定位干涉等情况。,a)在球上打盲孔B，保证尺寸H；b)在套筒零件上加工B孔，要求与D孔垂直相交，且保证尺寸L；c)在轴上铣横槽，保证槽宽B以及尺寸H和L；d)在支座零件上铣槽，保证槽宽B和槽深H及与4分布孔的位置度。,第二节 机床夹具概述,一、机床夹具的作用1、保证加工的精度2提高生产效率3减轻劳动强度4扩大机床的工艺范围,二、机床夹具的分类,机床夹具,1.按夹具的应用分,2.按夹具所用夹紧动力源分,3.按机床类

5、型分,通用夹具 专用机床夹具 组合夹具 成组夹具 随行夹具,车床夹具（例）,铣床夹具（例：）,钻床夹具（例：）,三爪卡盘,四爪卡盘,万向平口钳,回转工作台,分度头,平口钳分固定侧与活动侧，固定侧与底面作为定位面，活动侧用于夹紧,三、专用机床夹具的组成（图）,机床夹具组成,.定位元件.夹紧装置.对刀元件、导向元件.夹具联接元件.夹具体.其他元件及装置,四、基准,基准是零件上用以确定其它点、线、面的位置的点、线、面。、设计基准（例）、工艺基准（例）,（）定位基准（）测量基准（）装配基准,第三节 工件在夹具中的定位,一、机床夹具定位元件（）工件以平面定位常用定位元件（二）工件以孔定位常用定位元件（三

6、）工件以外圆定位常用定位元件（四）工件以组合表面定位常用定位元件,对定位元件的共同要求,定位工作面精度要求高一定的强度与刚性耐磨性防屑、防尘正确定位,定位元件的主要技术要求和常用材料,要求一定的：定位精度、粗糙度值、耐磨性、硬度和刚度。常用的材料：低碳钢 如20钢或20Cr钢，工件表面经渗碳淬火，深度0.81.2mm左右，硬度HRC5565。高碳钢 如T7、T8、T10等，淬硬至HRC5565。此外也有用中碳钢 如45钢，淬硬至HRC4348。,（）工件以平面定位常用定位元件,平面定位常用定位元件,支承钉,平头支承钉：用于支承精基准面（图）,球头支承钉：用于支承粗基准面（图）,网纹顶面支承钉：

7、用在工件以粗基准定位且要求较大摩擦力的表面定位（图 图）,支承板,平面型支承板：侧面和顶面定位（图 图）带斜槽型支承板：适于作底面定位准面（图）,可调支承（图 图 图 图 图）自位支承（图 图 图）辅助支承（图 图）,支承钉：A型用于精基准，B型用于粗基准，C型用于侧面定位。支承钉与夹具孔的配合为H7/r6或H7/n6。若支承钉需经常更换时可加衬套，其外径与夹具体孔的配合亦为H7/r6或H7/n6，内径与支承钉的配合为H7/js6。使用几个A型支承钉时，装配后应磨平工作表面，以保证等高性.,支承板：适用于精基准。A型用于侧面和顶面定位，B型用于底面定位。支承板用螺钉紧固在夹具体上。若受力较大或

8、支承板有移动趋势时，应增加圆锥销或将支承板嵌入夹具体槽内。采用两个以上支承板定位时，装配后应磨平工作表面，以保证等高性。,可调支承：适用于毛坯（如铸件）分批制造，其形状和尺寸变化较大的粗基准定位。亦可用于同一夹具加工形状相同而尺寸不同的工件，或用于专用可调整夹具和成组夹具中。在一批工件加工前调整一次，调整后用锁紧螺母锁紧。,可调支承的用途,适应不同批毛坯尺寸的较大变化，以满足 后续工序的加工余量。在可调夹具中用作调节元件，以适应相似零件系列尺寸的变化。,自位支承：支承本身在定位过程中所处的位置，随工件定位基准面位置的变化而自动与之适应，其作用相当于一个固定支承，只限制一个自由度。由于增加了与定

9、位基准面接触的点数，故可提高工件的安装刚性和稳定性。适用于工件以粗基准定位或刚性不足的场合。,辅助支承,为了增加工件的刚性和稳定性，但又要避免过定位，此时经常采用辅助支承。一般辅助支承是在工件定位后才参与工作，故不起定位作用。,（二）工件以孔定位常用定位元件,1定位销（图 图 图 图 图 图）,用定位销定位时，短圆柱销限制两个自由度；长圆柱销可以限制四个自由度；端圆锥销限制三个自由度。,圆锥销,当工作部分直径D3mm时采用小定位销（JB/T 8014.11999），夹具体上应有沉孔，使定位销圆角部分沉入孔内而不影响定位。大批量生产时，应采用可换定位销（JB/T 8014.31999）。工作部分

10、的直径，可根据工件的加工要求和安装方便，按g5、g6、f6、f7制造，与夹具体配合为H7/r6或H7/n6，衬套外径与夹具体配合为H7/h6，其内径与定位销配合为H7/h6或H7/h5。当采用工件上孔与端面组合定位时，应该加上支承垫板或支承垫圈。,注意：,所有定位销的定位端头部均做成15的长倒角，以便于工件套入。,在加工箱体工件时，往往采用一平面及与该平面垂直的两孔为定位基准。定位元件则为一平面、一短圆柱销及一短的削角销。,2心轴（图）,长定位心轴限制四个方向自由度，短定位心轴只限制两个方向自由度.小锥锥度心轴，装夹工件时，通过工件孔和心轴接触表面的弹性变形夹紧工件，使用小锥度心轴定位可获得较

11、高的定位精度，它可以限制五个自由度。,（三）工件以外圆定位常用定位元件,V形块(图）定位套 半圆孔,1、V形块（图 图）,定位分析,一个短V形块限制两个自由度；两个短V形块组合或一个长V形块限制四个自由度；浮动式V形块只限制一个自由度。,2、定位套,在工件以端面为主要定位基面的场合，短定位套孔限制工件的两个自由度；在工件以外圆柱表面为主要定位基面的场合，长定位套孔限制工件的四个自由度；工件以圆柱面端部轮廓为定位基面，椎孔限制工件的三个自由度。,3、半圆孔,当工件尺寸较大，用圆柱孔定位不方便时，可将圆柱孔改成两半，下半孔用作定位，上半孔用于压紧工件。短半圆孔定位限制工件的二个自由度；长半圆孔定位

12、限制工件的四个自由度。,特例,（四）工件以组合表面定位常用定位元件(图）,在实际生产中，为满足加工要求，有时采用几个定位面相组合的方式进行定位。常见的组合形式有：两顶尖孔、一端面一孔、一端面一外圆、一面两孔等，与之相对应的定位元件也是组合式的。,几个表面同时参与定位时，各定位基准（基面）在定位中所起的作用有主次之分。例如，轴以两顶尖孔在车床前后顶尖上定位的情况，前顶尖孔为主要定位基面，前顶尖限制三个自由度，后顶尖只限制两个自由度。,组合定位分析,工件在夹具中的定位，实质上就是把前面所讲的各种定位元件作不同组合来定位工件相应的几个定位面，以达到工件在夹具中的定位要求，这就是组合定位。,组合表面定

13、位,解决方式,定位实例分析,（五）定位误差,六点定位原理，可以保证工件在夹具中的正确位置，但是能否满足加工精度的要求，还需要进一步讨论定位的准确性，即定位误差有多大。为了保证加工质量，应满足如下关系：AT,A各种因素产生误差的总和；T工件被加工尺寸的公差。,上式又可写成：eT式中 e定位误差；除定位误差以外，其它因素所引起的误差总和(如机床、刀具误差，工艺系统变形等)，可按加工经济精度查表确定。,1.定位误差的组成,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

14、加工尺寸方向上的最大变动量。,定位误差的组成及产生原因有以下两个方面 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e1表示。,定位基准面和定位元件本身的制造误差所引起的定位误差，称基准位置误差，即定位基准的相对位置在加工尺寸方向上的最大变动量，以e2表示。故有 e=e1+e2 此公式是在加工尺寸方向上的代数和。,定位误差的结论：,定位误差只产生于采用调整法加工一批工件的情况下，若单件或批量工件逐个试切加工者不存在定位误差。定位误差是由于工件定位不准确而产生的加工误差。表现形式：工序基准相对加工表面在加工尺寸方向可能产生的最大

15、尺寸或位置的变动。产生原因：基准不重合；工件的定位基准面制造误差、定位元件制造误差、工件基面与定位元件间的配合间隙及基准不重合误差。,定位误差由基准不重合误差和基准位移（位置）误差两部分组成，但二者不一定同时存在。定位误差的计算可以按照定位误差的定义进行计算，也可以按定位误差的组成注意分析计算。,基准不重合误差,(1)工件以平面定位时的定位误差,图为在镗床上加工箱体的A、B两通孔时的定位情况，要保证尺寸A1、A2和B1、B2。加工时刀具位置经调整好不再改变，因此对加工一批工件来说，被加工的A、B二孔表面相对夹具的位置不变。,加工孔A时，尺寸A1的工序基准和定位基准均是D面，基准重合，所以 e1

16、=0 定位基准面D有角度制造误差T/2，根据基准位置误差的定义有：e2=2H.tanT 所以 e=e1+e2=2H.tan T,尺寸A2的工序基准是E面，定位基准是C面，基准不重合，根据基准不重合误差的定义有：e1=TL2 假定定位基准C面制造得平整光滑，则同批工件的定位基准位置不变，此时就有：e2=0所以 e=TL2,加工孔B1时，尺寸B1的工序基准是F面，定位基准是D面，基准不重合，根据定义有：e1=TL1 e2=2H.tanT所以 e=TL1+2H.tanT,尺寸B2的工序基准和定位基准均是C面，基准重合，此时有：e=e1+e2=0 工件以平面定位时，在大多数情况下，不考虑定位基准面和定

17、位元件的制造误差。,工件以平面定位时产生的定位误差主要是基准不重合误差，基准不重合误差的计算可根据其定义，即工序基准相对定位基准在工序尺寸方向上的最大位置变动范围。对较复杂的两基准面间定位尺寸不是一个独立尺寸时，可用尺寸链来计算定位尺寸（定位基准与工序基准间尺寸）及其公差，公差就是基准不重合误差。,基准位移误差分两种情况：,工件以粗基准定位：工件以精基准定位：,e2=H,其中H是基面形状误差造成的基面最大变动范围。,e2=0,(2)工件以外圆柱定位的定位误差,主要分析工件外圆在V形块上定位情况：由于工件设计基准不同，可能出现以下三种情况，即设计基准分别为A、B、C。,1）设计基准为A时的定位误

18、差,V形块是对中定心元件，制造无误差时，理论上外圆中心与V形块中心位置重合，无基准不重合误差。,以jw表示基准位移误差，以jb表示基准不重合误差，则有：,工件外圆直径有偏差时，工件轴线在V形块中心线上下偏移。,2）设计基准为B时的定位误差,由于定位基准是A，而设计基准是B，故,基准位移误差即工件直径误差造成的A上下最大变化量,工件尺寸变化时，定位基准的移动方向与工序基准相对定位基准的移动方向相同。故,3）设计基准为C点时的定位误差,由于定位基准是A，而设计基准是C，故,基准位移误差即工件直径误差造成的A上下最大变化量,工件尺寸变化时，定位基准的移动方向与工序基准相对定位基准的移动方向相反。故,

19、(3)工件以圆孔定位时的定位误差,1）工件圆孔与刚性心轴或销过盈配合 孔与心轴始终同心，故e2=0 但由于工件装夹困难，一般很少采用。,2）工件圆孔与刚性心轴或销间隙配合 心轴水平放置（重力作用下孔与心轴固定上母线接触）,以jw表示基准位移误差，以jb表示基准不重合误差，则有：工件孔尺寸，心轴尺寸工件孔中心最大变动量即为基准位移误差：,心轴垂直放置,孔与心轴可以在任意方向接触，孔的中心最大变动量即为基准位移误差：,Xmin=(Dmin-dmax)为孔与轴的最小配合间隙,3）工件圆孔与弹性（自动定心）心轴定位,4）工件圆孔与锥心轴定位,孔直径方向配合无间隙，径向基准位移误差：,轴向最大位移即轴向

20、基准位移误差：,为锥心轴的半锥角，TD为孔的直径公差。,水平放置心轴定位轴套上铣键槽，求H1、H2、H3、H4、H5的定位误差及键槽对称度误差。,例：图中所示齿轮坯，内孔和外圆已加工合格（），现在插床上用调整法加工内键槽，要求保证尺寸 试分析采用图示定位方法能否满足加工要求（要求定位误差不大于工件尺寸公差的1/3）？若不能满足，应如何改进？（忽略外圆与内孔的同轴度误差）,加工内孔，孔对外圆同轴度误差0.03mm,第四节 工件在夹具中的夹紧,1夹紧装置的组成（图）工件在夹具中正确定位后，由夹紧装置将工件夹紧。,夹紧装置的组成有：,（1）动力装置：产生夹紧动力的装置。（2）夹紧元件：直接用于夹紧工

21、件的元件。（3）中间传力机构：将原动力以一定的大小和方向传递给夹紧元件的机构。,中间传力机构的作用：,改变作用力的方向改变作用力的大小自锁作用,2对夹紧装置的要求,1）夹紧过程不得破坏工件在夹具中占有的定位位置。2）夹紧力要适当，既要保证工件在加工过程中定位的稳定性，又要防止因夹紧力过大损伤工件表面或使工件产生过大的夹紧变形。（图）3）操作安全、省力。4）结构应尽量简单，便于制造，便于维修。,3.夹紧力确定,斜楔夹紧机构,斜楔夹紧特点,偏心夹紧机构,1）圆偏心夹紧原理及其几何特性 偏心夹紧实质是一种弧形楔夹紧，相当于曲线斜楔，但各点升角不等，M、N处升角为为0,为90，升角最大p=arctan

22、(esin/(R-ecos),其他夹紧机构,2）多件夹紧机构,夹具的连接元件、对刀装置和引导元件,3.引导元件,常见机床夹具,（2）组合夹具分类,槽系组合夹具孔系组合夹具,槽系组合夹具,夹具元件是靠基础板定位基准槽、键来连接各元件而组合成的夹具，所有元件可以拆卸、反复组装，重复使用。元件按其用途可分为基础件、支承件、定位件、导向件、压紧件、紧固件、合件、其它件八大类进行组合。,典型组合夹具元件,压紧件,槽系组合夹具l一长方形基础板；2一方形支撑件；3一菱形定位盘；4一快换钻套；5一叉形压板；6一螺栓；7一手柄杆；8一分度合件,孔系组合夹具,根据零件的加工要求，用孔系列组合夹具元件即可快速地组装成机床夹具。该系列元件结构简单，以孔定位，螺栓连接，定位精度高，刚性好，组装方便。,过定位实例,如何改进,