机械制造工艺学第六章机床夹具设计.ppt

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1、2023/10/2,第一节机床夹具概述 一、机床夹具及组成 完成工件安装的工艺装备称为夹具。例：加工平面对工艺装备的要求,第六章机床夹具设计,2023/10/2,（1）保证上与下面平行（2）保证工件不动机床夹具的组成（图61）1.定位元件与工件定位基准配合。图中为“一面两销”（N面）2.夹紧装置用于夹紧工件，图中为螺栓，螺母，压板3.对刀元件确定刀具与夹具的相对位置，图中为对刀块（配合塞尺）,2023/10/2,2023/10/2,4.连接元件保证夹具与机床的相对位置，图中为定位键等。5.夹具体 6.其它元件。二、机床夹具分类 1.通用夹具：卡盘，顶夹，虎钳，分度头等。2.专用夹具 专为某工件

2、某工序专门设计。,2023/10/2,3.可调夹具、成组夹具可加工结构相似的各种零件，可应用于成组加工工艺中。4.组合夹具由一套标准化的夹具元件，按要求拼装而成，组合夹具站（或中心）的支持。5.随行夹具用于自动线或柔性制造系统。工件安装在该夹具上，运输装置把夹具输送往各个机床，并在各机床上定位和卡紧夹具。各工序加工全部完成后，卸下工件。其它分类方式：按机床分类，按动力源分类等。,2023/10/2,三、机床夹具的功用（1）保证加工质量（精度）（2）缩短辅助时间，一般有T基+T辅75%T单（3）扩大机床使用范围（4）改善劳动条件,2023/10/2,第二节工件在夹具的定位一、常用定位方法与定位元

3、件1.工件以平面定位（1）固定支承（图62）支承钉、支承板（2）可调支承（图63）在一批零件的加工过程中，其作用同固定支承（即每批毛坯调整一次）（3）自位（浮动支承）限制1个自由度。多点支承，支承稳定性，刚性好。（图64）（4）辅助支承（图65）不限制自由度，可增加稳定性和刚性（夹紧后支承，且不破坏原定位）,2023/10/2,2023/10/2,2023/10/2,2023/10/2,2023/10/2,（二）工件以圆柱孔定位1、心轴（限制4-5个自由度）图66刚性心轴：过盈、间隙、小锥度可涨心轴：弹性、液塑、自定心2、定位销（限制1-3个自由度）图67、8圆柱（2个）菱形（1个）锥销（3个

4、）,2023/10/2,2023/10/2,2023/10/2,2023/10/2,（三）工件以外圆表面定位1、定心定位（与孔相同）（图69）,2023/10/2,2、支承定位(V型块)角：60度、90度、120度。（图610）,2023/10/2,V型块主要设计参数T检验心轴中心高（V型块零件图上需标注）D由工件确定N，H参照标准选定（或经验公式计算）=90度时，V型块的设计标准GB2208-80(尺寸、材料、热处理等。),2023/10/2,（四）工件以其它表面定位（图611、12）锥度心轴，渐开线齿面等。（五）定位表面的组合形式（图613）,2023/10/2,2023/10/2,202

5、3/10/2,二、定位误差的计算1.定位误差工序基准在加工尺寸方向的最大变动量。定=不+位置不基准不重合误差。工序基准相对于定位基准在加工尺寸方向的最大变动量。位基准位置误差。定位基准制造误差。,2023/10/2,定位误差分析举例：,2023/10/2,加工孔A A1：基准重合 不=0（定）A1=位A1=2 tgT（箱体表面误差）A2：基准不重合，认定为位=0（精加工顶面）（定）A2=不A2=TL2加工孔B B1：基准不重合，不B1=TL1，位B1=2H tgT（定）B1=不B1+位B1=TL1+2H tgT B2：（定）B2=0,2023/10/2,2.用几何方法计算定位误差 画出定位简图

6、 画出工件变动的极限位置，根据几何关系求解（工序尺寸方向的最大变动量）例6-2孔与销间隙配合，工序基准为孔心时的定位误差计算。（图617）第一种情况：孔与销可在任意边接触（销垂直安放，a图）定位基准为孔的中心线，基准重合；不=0位=孔与销的配合与公差,2023/10/2,2023/10/2,1孔公差TD/23销公差Td/22最小配合间隙，min/2（按极值法计算）,2023/10/2,第二种情况：孔与销在固定边接触（销水平安放）（销水平放置时，工件自重使销的上母线与孔的上母线单边接触。）工序基准为孔心时，定位基准为孔的一条母线，不0 O1 孔小时的中心线位置 O2 孔大时的中心线位置 O销的中

7、心线位置,2023/10/2,定位与销的直径无关。（Td只与O的位置 有关）,2023/10/2,例：工件以一面两孔定位（图6-18），限制自由度分析：平面销1限制销2限制 所以 向过定位消除过定位的方法方法1减小销2直径,2023/10/2,2023/10/2,入上图所示：孔中心距最大值 销中心距最小值孔径最小值：D1，D2销径最大值：d1=D1-1min，d2=D2-2min考虑：2min及1min缺点：限制 方向的定位误差增大,2023/10/2,方法2采用菱形销，如图618。优点：转角定位误差小b菱形销宽度菱形销的设计步骤（尺寸标准化，表61）（1）确定两销中心距尺寸及其公差（Tlk为

8、已知）（2）按孔的最小尺寸确定圆柱销基本尺寸，其公差一般取g6或f7。（3）确定菱形销：按公式6-2计算，按表6-1选取b，其公差一般取h6或h7。,2023/10/2,例6-1 按图6-1设计两销定位的有关尺寸。解：1)选取LX=570.02(工作孔距 570.06)2)选取圆柱销：d1=42.6 g6(工件大孔定位)3)按表6-1选取菱形销 b=4，4)按公式（62）计算最小配合间隙2min=0.03 5)按公差h6 得到 d2=15.30.030 0.041,2023/10/2,2023/10/2,一面两孔定位时的定位误差(图618),2023/10/2,销1限制方向 销2限制方向,20

9、23/10/2,例6-3图6-1所示夹具的解：1.工序尺寸公差及技术要求槽深槽中心线与轴线夹角 槽中心平面过大孔轴线 2.各方向定位误差的计算,2023/10/2,平面定位误差（与槽深相关）dw=不=T14.3=0.1 mm角度定位误差（与45夹角相关）方向位误差（与槽中心平面过大孔轴线相关）dw=位=D1max-d1min=0.1+0.025=0.125 mm,2023/10/2,(二)用微分法计算定位误差外圆在V型块上定位的定位误差（1）工序基准为中心线时,尺寸H 的定位误差dwH 建立几何关系式（图619）,2023/10/2,2023/10/2,对关系式求全微 用微小增量（公差）代替微

10、分,2023/10/2,忽略V型块的角度误差（角度误差为定值）（2）不同工序基准时，尺寸H1、H2 定位误差（3）键槽中心线对称度的定位误差 dw=0,2023/10/2,注：定位误差与加工方法 1）当采用夹具安装调整法加工时（对刀块、塞尺对刀），应计算定位误差。2）当采用试切加工（试切测量试切）时，不考虑定位误差。3）数控机床加工，当采用夹具安装调整法加工时，同样应考虑定位误差的影响。,2023/10/2,第三节工件夹紧一、对夹紧装置的要求1夹紧时保证定位时的状态2夹紧安全可靠3夹紧操作方便、省力、安全4结构合理、力求简单、紧凑、标准化 夹紧机构设计的核心：夹紧力,2023/10/2,二、夹

11、紧力的确定夹紧力三要素：大小、方向、作用点1.夹紧力方向的选择（1）垂直于主要定位基准面（不破坏定位）图6-20,2023/10/2,（2）与工件刚度最大方向一致（工作变形最小）图6-21,2023/10/2,（3）与受力方向一致（夹紧力最小）图2-20,图（b）中的定位块起到了止动块的作用。,2023/10/2,其它夹紧力方向与切削力方向的选择举例 钻削时的轴向切削力Fz起到夹紧力的作用，此时夹紧力Fj的作用只是防止工作振动。（切入、切出时除外）,2023/10/2,2.夹紧力作用点的选择（1）靠近支承面的几何中心。（夹紧稳定）图6-23,2023/10/2,2.夹紧力作用点的选择（2）作用

12、于刚度较大处。（工作变形最小）图2-22,2023/10/2,（3）靠近加工点。（减小振动和变形）图6-25,（三）夹紧力大小的估算取决于F切、M切、G的大小，方向及作用点。,2023/10/2,步骤：（1）根据工序几各计算切削力F切和切削扭矩M切。（2）根据力学平衡条件计算最小夹紧力FJ（3）根据加工情况确定安全系数K。例：车削时夹紧力估算（图6-26）,2023/10/2,铣削时夹紧力估算图6-27（表62）摩擦系数,2023/10/2,三、常用夹紧机构1.斜楔夹紧机构（图628）夹紧力公式：斜楔的自镇条件：12增力、变向，增力系数：小，增力大，但工作行程增加，夹紧行程小,2023/10/

13、2,2023/10/2,2.螺旋夹紧机构（图629）其中：螺纹副的当前摩擦角。表6-3 螺母端面、螺杆端部与工件的摩擦角 螺杆端部与工件的当前摩擦半径。表6-4 以手柄长度为准,2023/10/2,2023/10/2,夹紧力大小的实验测定公式：(常用标准螺距的螺栓)Ts作用力矩(Ncm)螺旋夹紧机构特点:简单、可靠(自锁性好)增力比大,一般为手动，费时、费力。三角螺纹一般有:=24,2023/10/2,螺栓与压板组合（图c）形成设计要点(1)支点位置(2)压板应水平,工件高度不同时,应能适当调整.(3)压板应设计复位装置.(图6-29)中弹簧.(4)螺栓应止动(图6-29)中止动螺母,止动螺钉

14、(5)勾形压板受力分析(图2-29.d),2023/10/2,W=,2023/10/2,3.偏心夹紧机构（图633）分类：圆偏心,曲线偏心1）圆偏心的几何特性 当由0则h由(Re)(R+e)，实现夹紧。,2023/10/2,楔角x的变化（图6-33b）=0，x=0=90时，x=maxa r c t g(e/R)所以x为变值。,2023/10/2,2）自锁条件由 1 2，且忽略2有1 轮周作用处与工件摩擦角。2 转轴处摩擦角。近似（可保证安全性）。当0.15时，对偏心机构的结构要求之一。,2023/10/2,3）夹紧力估算：F1 F1XF1cos（F1X相当于斜楔所受水平推动）按斜楔夹紧力计算公

15、式,2023/10/2,4）夹紧行程 在P点左右，45L行程=h2h12esin451.4e偏心轮工作行程要求。L行程=L工作+间隙+储备 间隙=0.5 储备=0.5设计步骤:由L行程e，根据自锁条件D。结构特点:夹紧行程小,夹紧力小,自锁性差,夹紧动作迅速结构紧凑。,2023/10/2,2023/10/2,4.铰链夹紧机构铰链和杠杆的组合夹紧机构（图634）销轴3为受力体 水平拉力Q即原始力FS滚子对销轴的全反力F,与销轴处摩擦圆相切.臂1的全反力N,它与上下销轴两处摩擦圆相切.Q、F、N三力处于静力平衡垂直方向分力为Fj,2023/10/2,2023/10/2,、当量摩擦角。与臂两端铰链销

16、轴半径r和两孔中心距L有关。与滚子销轴半径和滚子半径R有关。铰链夹紧机构特点：动作迅速，增力比大，一般不自锁，摩擦损失小，适用于气动夹具。注：在手册中可查到各种结构的增力比。,2023/10/2,设计注意事项：1）与保持最小安全储备倾角（e5）2）夹紧行程与气缸行程的效验（用双点划线表示）5.定心夹紧机构定位：夹紧同时完成。定=0，常用于中心线、对称面为工序基准的工件夹紧。例如：工件的外圆表面定位 在三爪长盘中定位时，各爪处Td/2相同，定=0（忽略三爪卡盘精度和工件不圆度误差）,2023/10/2,1）夹紧件等速移动的结构（1）斜楔定心夹紧机构（图635）（2）左右旋螺纹夹紧机构。（图636

17、）（3）其它：杠杆式，齿轮齿条，其它步进式等。2）以均匀弹性变形夹紧例如：弹簧夹头，液塑心轴等（图637、38）6.联动夹紧机构（图63941）可同时在几个点对一个或多个工件夹紧。1）合理分配各夹紧点力的大小。2）各夹紧点受力均匀。,2023/10/2,2023/10/2,2023/10/2,2023/10/2,2023/10/2,2023/10/2,2023/10/2,四、夹紧机构的动力装置。1.气动夹紧装置 p0.40.6 Mpa 动作迅速,气源方便(噪声较大)2.液压夹紧装置 p56.5 Mpa(取较低工作压力)工作平稳，无冲击，噪音小，需配置液压工作站。3.气压增压夹紧装置。,2023

18、/10/2,2023/10/2,2023/10/2,第四节 各类机床夹具二、钻床夹具（可用于钻，扩，铰等工序，对刀具进行导向）。（一）、钻模类型、结构,2023/10/2,2023/10/2,1）回转式（分度式）浇轴线分布的侧孔(图644)定位：一面、短销、档销 夹紧：螺旋手动夹紧 钻头导向：钻模板、钻套 工件旋转定位:分度盘2）翻转式多面上的孔(图628)3）盖板式大型零件上的小孔(图248)5）滑柱式利用钻模板的上下移动夹紧工 件。（标准化：图249、50),2023/10/2,2023/10/2,2023/10/2,2023/10/2,2023/10/2,2023/10/2,（二）钻模设

19、计要点1.钻套安装在钻模板上，用于引导钻头（或扩孔钻、铰刀等）标准化：固定，可换，快换。(图649)专用：特殊(图650)配合精度要求：引导孔与钻头的配合 F7、钻套外径与钻模板的配合等。其它要求：耐磨性，导向性H，排屑性h。(图253),2023/10/2,2023/10/2,2023/10/2,2、钻模板保证孔的位置精度，(图254)固定式，铰链式，分离式，悬挂式3、夹具体 一般不需要设计与机床的定位装置。,2023/10/2,2023/10/2,三、铣床夹具（一）、类型1.直线进给式铣平面，键槽等(图655)2.圆周进给式可连续加工，并可实现高效率，自动化生产。3.仿形进给式靠模法加工曲

20、线和曲面。（二）设计要点1.铣削力特点：断续切削，切削力大，冲击力大，易振动，所以刚度大，夹紧力大，液压机动夹紧。,2023/10/2,2023/10/2,2.对刀装置确定刀具相对于夹具的位置。（对刀块和塞尺）(图266),2023/10/2,2、夹具体的对定：找正法，定位键与机床工作台T型槽定位。(图267),2023/10/2,第六节 机床夹具的设计步骤与方法一、基本要求二、夹具设计的一般步骤：1.研究原始资料 待加工工件的零件图、工艺规程 工艺设计手册、夹具设计手册、设计图册,2023/10/2,2.定方案（示意图，原理图，结构草图）定位、夹紧、对刀、总体结构 3.绘制总图 工件轮廓双点

21、划线 夹紧机构夹紧状态 尺寸、配合、技术要求、明细表、标题栏,2023/10/2,4.绘制夹具零件图三、夹具设计中的几个重要问题：1.经济性分析 2.成组设计思想 3.装配图的尺寸标注（图673）（1）外型尺寸：长、宽、高（2）定位件、导向件与安装基准面有关配合尺寸，位置尺寸及公差。,2023/10/2,2023/10/2,2023/10/2,（3）夹具与工件配合尺寸。（4）夹具件与刀具配合尺寸（钻套孔径表）（5）夹具与机床配合尺寸。（6）其它配合尺寸 尺寸公差和形位公差取：T工件的（1/51/2）,2023/10/2,2、应标注的技术要求（表66）（1）定位元件与定位元件（2）定位元件与夹具

22、安装面（3）定位元件与引导元件（4）引导元件与引导元件（5）定位元件或引导元件与找正基面（6）与装配、检验精度有关,2023/10/2,2、夹具总图技术要求（表26）（表26）,2023/10/2,2、夹具总图技术要求（表66）,2023/10/2,（五）夹具的精度分析：1、dw 定位误差2、zz 夹具制造误差3、Gc加工过程误差 4、T工件被加工零件公差夹具误差允许值：Gc=1/3T工件 dw+zz+Gc T工件,2023/10/2,例题：钻孔工序夹具精度分析，根据工序尺寸，夹具精度验算。图6-731、工件两孔中心距公差：1200.05 误差：1）定位误差：孔销配合0.052）夹具制造与安装

23、误差有：钻模板衬套轴线与定位心轴轴线距离误差0.01钻套与衬套的配合间隙 0.033钻套与外圆的同轴度误差 0.012,2023/10/2,2023/10/2,2023/10/2,由钻套间隙产生引偏量e（中心线误差）,基本满足要求。,2023/10/2,2、两孔平行度公差根据工件尺寸有：/0.05 A 相当于0.05:181）2）20.02/48；3 0.028/48 3)小于0.05:18的三分之二 满足要求。,2023/10/2,2023/10/2,2023/10/2,设工件外径d、内孔D，水平、垂直坐标为x、y,校核：工件公差x、y 0.03mm、0.14mm；选：b)。,2023/10/2,2023/10/2,2023/10/2,设工件外径d、内孔D，水平、垂直为x、yb）c）,