機(jī)械制造基礎(chǔ)馮之敬-工件定位夾緊與夾具設(shè)計

第4章 機(jī)床夾具原理與設(shè)計,4.1 工件的裝夾 4.2 機(jī)床夾具概述 4.3 典型定位方式及定位元件 4.4 定位誤差分析 4.5 工件在夾具中的加緊 4.6 典型機(jī)床夾具 4.7 機(jī)床夾具設(shè)計的基本步驟,第1節(jié) 工件的安裝,1.1 工件的安裝,必須使工件在機(jī)床上相對刀具的切削運(yùn)動處于準(zhǔn)確的相對位置 確定工件在機(jī)床上或夾具中占有準(zhǔn)確加工位置的過程叫定位。,在工件定位后用外力將其固定，使其在加工過程中保持定位位置不變的操作叫夾緊。,工件的安裝就是定位和夾緊過程的總和。主要有用找正法裝夾和用夾具裝夾(大批量,調(diào)整法)工件,1.2 基準(zhǔn),用來確定生產(chǎn)對象幾何要素間幾何關(guān)系所依據(jù)的那些點、線、面，稱為基準(zhǔn)?；鶞?zhǔn)可分為設(shè)計基準(zhǔn)和工藝基準(zhǔn)兩大類；工藝基準(zhǔn)又可分為工序基準(zhǔn)、定位基準(zhǔn)、測量基準(zhǔn)和裝配基準(zhǔn)等。,1 設(shè)計基準(zhǔn) 設(shè)計圖樣上標(biāo)注設(shè)計尺寸所依據(jù)的基準(zhǔn)，稱為設(shè)計基準(zhǔn)。,A與B互為設(shè)計基準(zhǔn),40 外圓是60外圓的設(shè)計基準(zhǔn),平面1是平面2與孔的設(shè)計基準(zhǔn)，孔3是孔 4和 5的設(shè)計基堆,中心線是內(nèi)孔、齒輪分度圓和頂圓 的設(shè)計基難。,2 工藝基準(zhǔn) 在生產(chǎn)過程中凡屬直接改變生產(chǎn)對象的尺寸、形狀、物理化學(xué)性能以及相對位置關(guān)系的過程，統(tǒng)稱為工藝過程。 工藝過程又可分為鑄造、鍛造、沖壓、焊接、機(jī)械加工、熱處理、裝配等工藝過程。,工藝過程中所使用的基準(zhǔn)，稱為工藝基準(zhǔn)。按其用途之不同，又可分為工序基準(zhǔn)、定位基準(zhǔn)、測量基準(zhǔn)和裝配基準(zhǔn)。,1）工序基準(zhǔn) 在工序圖上用來確定本工序加工表面尺寸、形狀和位置所依據(jù)的基準(zhǔn)，稱為工序基準(zhǔn)(又稱原始基準(zhǔn))。,一個工人或一組工人，在一個工作地對同一工件或同時對幾個工件所連續(xù)完成的那一部分工藝過程，稱為工序。,端面C是端面T的工序基準(zhǔn)，端面T是端面A、B的工序基準(zhǔn)，孔中心線為外圓D和內(nèi)孔d的工序基準(zhǔn)。為減少基準(zhǔn)轉(zhuǎn)換誤差，應(yīng)盡量使工序基準(zhǔn)和設(shè)計基準(zhǔn)重合。,1.3 定位原理,任一物體在空間都有六個自由度，即 x、 y、 z三個坐標(biāo)軸的移動自由度，以及繞此三個坐標(biāo)軸的轉(zhuǎn)動自由度。如果完全限制了物體的這六個自由度，則物體在空間的位置就完全確定了。,1.六點定位原理,自由度示意圖,限制工件在空間的六個自由度，使工件完全正確定位即工件的 “六點定位原理”。,l 應(yīng)用六點定位原理時的注意事項： 1） 定位支承點與工件的定位基準(zhǔn)面必須始終保持緊貼； 2）一個定位支承點只能限制工件一個自由度，同時一個自由度原則上不得有多個支承點重復(fù)限制，（支承點數(shù)不應(yīng)超過六個）； 3）工件應(yīng)限制幾個自由度，由工件加工技術(shù)條件來確定； 4）工件的定位不是由夾緊力作用獲得的。,5）工件的六個自由度被完全限制的定位稱完全定位。,定位與夾緊的區(qū)別： 定位是使工件占有一個正確的位置，夾緊是使工件保持這個正確位置。,2 不完全定位 允許少于六點的定位稱為不完全定位。,完全定位和不完全定位都是合理的定位方式。,3 欠定位 限制自由度數(shù)少于加工技術(shù)要求限制的最少自由度數(shù)。,在實際生產(chǎn)中是絕對不允許的。,4過定位/重復(fù)定位 工件的某一個或幾個自由度被多個定位元件限制。,過定位造成的后果： （1）使工件或夾具元件變形，引起加工誤差； （2）使部分工件不能安裝，產(chǎn)生定位干涉（如一面兩銷） 過定位一般是不允許的，但在精加工時也可看到。,消除過定位及其干涉的途徑： 1. 改變定位元件結(jié)構(gòu)，消除對自由度的重復(fù) 限制，如長銷改成短銷；,2. 提高工件定位基面之間的位置精度，提高夾具定位元件之間的位置精度，減少或消除過定位引起的干涉，精加工時可增加剛度和定位穩(wěn)定性。,采用完全定位還是部分定位，主要根據(jù)工件的形狀特點和工序加工要求來確定，一般應(yīng)遵循以下幾條原則： 由于工件的形狀特點，限制工件某些方向的自由度沒有必要，也無法限制，則可不必限制該方向的自由度。 由于加工特點，工件某些方向自由度的存在并不影響加工精度要求，則該方向的自由度可以不必限制。 在保證加工要求的條件下，限制自由度的數(shù)目應(yīng)盡量少，使夾具結(jié)構(gòu)簡單。 在實際加工中，對工件限制的自由度數(shù)目一般不少于三個。 欠定位是不允許的。 應(yīng)盡量避免重復(fù)定位，但在有利于減小加工誤差時可采用重復(fù)定位方式定位的。,定位方案限定自由度的選擇原則：,第2節(jié) 機(jī)床夾具概述,在機(jī)床上用于裝夾工件或 引導(dǎo)刀具，具有使工件在機(jī)床上相對刀具占有正確的位置功能的輔助裝置。,1. 夾具的組成,（1）定位元件 （2）夾緊元件 （3）導(dǎo)向元件（鉆套、對刀塊） （4）夾具體 此外有連接元件、分度機(jī)構(gòu)、 操作元件等。,2.機(jī)床夾具的分類,按使用特點分： （1）通用夾具 （2）專用夾具 （3）成組夾具 （4）組合夾具 （5）隨行夾具 按使用機(jī)床分： 車床夾具、銑床夾具、 鉆床夾具、鏜床夾具 按動力源分： 手動夾具、氣動夾具、液壓夾具、電動夾具、磁力夾具、真空夾具等,3.機(jī)床夾具的功用,（1）保證加工精度 零件加工精度包括尺寸精度、幾何形狀和表面相互 位置精度。夾具的最大功用是保證加工表面的位置精度。 （2）提高生產(chǎn)率，降低生產(chǎn)成本 快速將工件定位夾緊，免除了找正、對刀等，縮短 輔助時間，提高了成品率，降低了成本。 （3）擴(kuò)大機(jī)床的加工范圍 如在車床上加鏜夾具，可完成鏜孔加工。 （4）減輕工人勞動強(qiáng)度,1工件以平面定位 1）固定支承：支承釘（限1個）、支承板（限2個）,4）輔助支承 在工件定位后才參與支承的元件，不限制自由度， 主要用于提高工件的剛度和定位穩(wěn)定性。,2）可調(diào)支承 多用于毛面定位，每批調(diào)整一次，以補(bǔ)償各批 毛坯誤差,3）自位支承（浮動支承）支承本身可隨工件定位基準(zhǔn)面的變化而自動適應(yīng)，一般只限制一個自由度，即一點定位。,第3節(jié) 典型定位方式及定位元件,定位元件的設(shè)計要求： 要有與工件相適應(yīng)的精度； 足夠的剛度，受力后不允許變形； 耐磨性好，使用中保持精度。,2）工件以圓錐孔定位 （1）錐心軸 （2）頂尖,1） 工件以內(nèi)圓定位,（1）心軸：短的限兩個自由度，長的限四個自由度，錐度多限一個。 （2）定位銷 分固定式和可換式，圓柱銷、菱形銷和圓錐銷（ 常用于工件孔端的定位）,2 工件以孔定位,3 工件以外圓表面定位 1）定位套筒,2）V形塊定位 結(jié)構(gòu)尺寸已標(biāo)準(zhǔn)化，斜面夾角有6090120,3) 支承平面,4）半圓定位座 常用于大型軸類工件的定位,5）外圓定心夾緊 三爪卡盤、雙V形鐵定心夾緊、彈簧夾頭,4 工件以其它表面定位,5 組合表面定位 1）一個平面和與其垂直的兩個孔組合,過定位的解決辦法是： 將銷2做成削邊銷,2）一平面和與其垂直的兩外圓柱面組合,3）一孔和一平行于孔中心線的平面組合,定位實例分析1,定位實例分析 2,定位實例分析 3,注意要點： 1）定位就是限制自由度，通常用合理布置定位支承點的方法來限制工件的自由度。,2） 定位支承點與工件定位基準(zhǔn)面始終保持緊貼接觸限制工件自由度的。,3）一個定位支承點僅限制一個自由度，一個工件所設(shè)置的定位支承點數(shù)目，原則上不應(yīng)超過六個。,4）分析定位支承點的定位作用時，不考慮力的影響。定位和夾緊是兩個概念 。,5）定位支承點是由定位元件抽象而來的，在夾具中，定位支承點總是通過具體的定位元件體現(xiàn)，至于具體的定位元件應(yīng)轉(zhuǎn)化為幾個定位支承點，需結(jié)合其結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析。,第4節(jié) 定位誤差分析,定位誤差產(chǎn)生的原因 基準(zhǔn)不重合誤差和基準(zhǔn)位移誤差,定位誤差概念 指一批工件在夾具中定位時，工件的設(shè)計基準(zhǔn)（或工序 基準(zhǔn)）在加工尺寸方向上的最大變動量。,1. 以平面定位時的定位誤差計算,2. 工件以圓孔定位時的定位誤差,（1）工件圓孔與剛性心軸或銷過盈配合 孔與心軸始終同心，故 但由于工件裝夾困難，一般很少采用。,（2）工件圓孔與剛性心軸或銷間隙配合 心軸水平放置（重力作用下孔與心軸固定上母線接觸） 工件孔尺寸 ，心軸尺寸 工件孔中心最大變動量即為基準(zhǔn)位移誤差：,孔 Dmax=D+TD Dmin=D 軸 dmax=d dmin=d- Td,心軸垂直放置,孔與心軸可以在任意方向接觸，孔的中心最大變動量即為基準(zhǔn)位移誤差：,（3）工件圓孔與彈性（自動定心）心軸定位,其中 Xmin=(Dmin-dmax) 為孔與軸的最小配合間隙,3. 工件以外圓定位時的定位誤差,主要分析工件外圓在V形塊上定位情況： 由于工件設(shè)計基準(zhǔn)不同，可能出現(xiàn)以下三種情況，即設(shè)計基準(zhǔn)分別為B、C 、O 。,1）尺寸H1的定位誤差 設(shè)計基準(zhǔn)為B，定位基準(zhǔn)為E,F。其最大的位置變動量為,即定位誤差：,=,2）尺寸H2的定位誤差 設(shè)計基準(zhǔn)為C，定位基準(zhǔn)為E、F，其最大的位置變動量為,即定位誤差：,3）尺寸H3的定位誤差 設(shè)計基準(zhǔn)為O，定位基準(zhǔn)為E、F，其最大的位置變動量為,即定位誤差：,提高工件定位精度的措施,消除或減少基準(zhǔn)不重合誤差 要正確選擇定位基準(zhǔn)，盡可能與工序基準(zhǔn)重合。 消除或減少基準(zhǔn)位移誤差 （1）選擇精度高、位置誤差小的表面為定位基準(zhǔn)，尤其是組合定位中的第一基準(zhǔn)，位置誤差要??； （2）選用基準(zhǔn)位置誤差小的定位元件，提高定位元件間的位置精度； （3）提高工件定位表面與定位元件的配合精度，將銷或消除配合間隙來減小基準(zhǔn)位移誤差。,保證加工精度實現(xiàn)的條件 若規(guī)定工件的加工允差為工件，以夾具表示與采用 夾具有關(guān)的誤差，以加工表示除夾具外與工藝系統(tǒng)其它 因素（如機(jī)床誤差、刀具誤差、受力受熱變形等）有關(guān) 的加工誤差，為保證工件的加工精度要求，必須滿足誤 差計算不等式 ： 工件夾具加工 制訂夾具公差時，應(yīng)保證夾具的定位、制造和調(diào)整誤差 的總和不超過零件公差的三分之一。,第5節(jié) 工件在夾具中的加緊,1.夾緊裝置的組成及要求,組 成,（1）動力裝置 （2）中間傳力機(jī)構(gòu) （3）夾緊元件,作 用,1）改變作用力的方向； 2）改變作用力的大?。?3）使夾緊實現(xiàn)自鎖。,1）夾緊時不破壞工件定位后的正確位置； 穩(wěn) 2）夾緊力大小要適當(dāng)； 牢 3）夾緊動作要迅速、可靠； 快 4）結(jié)構(gòu)緊湊，易于制造與維修。,基 本 要 求,2.夾緊力的確定,必須合理確定夾緊力的三要素：大小、方向和作用點 (1)夾緊力方向的確定 1）主要夾緊力方向應(yīng)垂直于主要定位面 保證定位準(zhǔn)確、可靠；,2）夾緊力的作用方向應(yīng)使所需夾緊力最小 盡量與切削力、重力方向一致,3）夾緊力的作用方向應(yīng)使工件變形盡可能小,()夾緊力作用點的確定,1）夾緊力應(yīng)作用在剛度較好部位,2）夾緊力作用點應(yīng)正對支承元件或位于支承元件 形成的支承面內(nèi),3）夾緊力作用點應(yīng)盡可能靠近加工表面,3.常用夾緊機(jī)構(gòu),（1）斜楔夾緊機(jī)構(gòu),（2）螺旋夾緊機(jī)構(gòu),螺旋夾緊特點： 1）結(jié)構(gòu)簡單，自鎖性好，夾緊可靠； 2）擴(kuò)力比約為80,遠(yuǎn)比斜楔夾緊力大； 3）夾緊行程不受限制； 4）夾緊動作慢，輔助時間長，效率低,（3）其它夾緊機(jī)構(gòu),1）螺旋壓板夾緊機(jī)構(gòu),2）螺旋定心夾緊機(jī)構(gòu),3）聯(lián)動夾緊機(jī)構(gòu),4）多件夾緊機(jī)構(gòu),（4）偏心夾緊機(jī)構(gòu),常見的偏心輪壓板夾緊機(jī)構(gòu),（5）夾緊動力裝置,氣動、液壓、電磁、真空等,氣液壓組合夾緊,第六節(jié) 典型機(jī)床夾具,1 鉆床夾具,(1)鉆夾具的特點 （a）鉆床夾具用鉆套引導(dǎo)鉆頭，防止鉆頭偏斜，用鉆模板固定鉆套，保證鉆孔正確位置； （b）夾具放在工作臺上，鉆孔時鉆頭回轉(zhuǎn)和進(jìn)給，夾具和工件不動； （c）由于鉆削力矩小，鉆小孔時夾具常不固定。,(2) 鉆套,確定鉆頭、鉸刀等刀具的軸線位置，防止刀具在加工中發(fā)生偏斜。結(jié)構(gòu)分為固定式、可換式、快換式和特殊。,鉆套導(dǎo)向部分高度尺寸H越大刀具的導(dǎo)向性越好,鉆模板較薄時采用有肩鉆套。,孔徑小、精度要求較高時，H取較大值。,1）固定式,于排屑，鉆套下端與被加工工件間應(yīng)留有適當(dāng)距離h。,2）可換式,3）快換式,用于工件的一次裝夾中，順序進(jìn)行鉆孔、擴(kuò)孔、鉸孔或攻螺紋等多個工步加工時，使用不同孔徑的鉆套來引導(dǎo)刀具。,4）特殊鉆套（自行設(shè)計）,(3) 鉆模板及鉆模,1) 固定式鉆模板及固定式鉆模,2) 鉸鏈?zhǔn)姐@模板及蓋板式鉆模,3) 回轉(zhuǎn)式鉆模板及回轉(zhuǎn)式鉆模,4) 懸掛式鉆模板及滑柱式鉆模,5) 翻轉(zhuǎn)式鉆模,2 銑床夾具,切削力較大，斷續(xù)切削，易振動，夾緊力要大和較好的自鎖性，受力元件要有足夠的強(qiáng)度和剛性。 便于調(diào)整刀具，要設(shè)置對刀裝置。對刀塊和刀具之間要放對刀塞尺，以避免刀具與對刀塊直接接觸，而碰傷刀刃獲對刀塊。 采用導(dǎo)向鍵與機(jī)床工作臺T形槽相配合來實現(xiàn)夾具在機(jī)床上的定位，要使夾具上定位元件工作面與銑削運(yùn)動方向有一準(zhǔn)確位置。,3 鏜床夾具,（1）鏜套的種類 1）單支承前引導(dǎo) 2）單支承后引導(dǎo) 3）前后雙支承引導(dǎo) 4）雙支承后引導(dǎo),要求鏜桿與機(jī)床主軸采用浮動聯(lián)接，鏜孔的精度完全由夾具來保證，而不受機(jī)床精度的影響。用于加工長徑比大于1.5的長孔或同軸度要求較高的幾個短孔。,（2） 鏜套,分為固定式鏜套和回轉(zhuǎn)式鏜套兩類。,1）固定式： 外形尺寸較小，且位置精度較高。缺點是易于磨損，多用于速度較低的場合。,2）回轉(zhuǎn)式鏜套,a）內(nèi)滾式鏜套 鏜桿相對于導(dǎo)向滑套回轉(zhuǎn)，并連同導(dǎo)向滑套一起相對于鏜套移動。鏜套精度較好，但尺寸較大，因此多用于后導(dǎo)向。 b）外滾式鏜套 鏜刀桿與鏜套間只有相對移動而無相對轉(zhuǎn)動。鏜套尺寸較小，應(yīng)用較多。鏜速高。,4 車床夾具,特點和要求 （1） 結(jié)構(gòu)緊湊，尺寸小，重量輕，重心盡可能靠近回轉(zhuǎn)軸線，減小慣性力。 （2）應(yīng)有平衡措施，消除回轉(zhuǎn)不平衡引起的振動現(xiàn)象，一般設(shè)計平衡塊的位置可調(diào)，便于調(diào)整。 （3）為了操作安全，夾具盡可能避免尖角或突出部位，必要時回轉(zhuǎn)部分外面應(yīng)加防護(hù)罩。 （4）夾具與機(jī)床主軸定位面間必須有良好的配合和可靠的聯(lián)接。,5 組合夾具,機(jī)床夾具設(shè)計實例1,第7節(jié) 機(jī)床夾具設(shè)計的基本步驟,夾具體設(shè)計的基本要求,1)有一定的精度和良好的結(jié)構(gòu)工藝性；,2)足夠的強(qiáng)度和剛度；,3)在機(jī)床工作臺上安裝的夾具，應(yīng)使其重心盡量低，夾具體的高度尺寸要小。,4)夾具體的結(jié)構(gòu)要簡單、緊湊，尺寸要穩(wěn)定，殘余應(yīng)力要小。,5)要有適當(dāng)?shù)娜菪伎臻g和良好的排屑性能。,夾具總裝配圖上應(yīng)標(biāo)注的五類尺寸,1)工件與定位元件間的聯(lián)系尺寸，如工件基準(zhǔn)孔與夾具定位銷的配合尺寸。,2)夾具與刀具的聯(lián)系尺寸，如對刀塊與定位元件之間，鉆套、鏜套與定位元件之間的位置尺寸及公差。,3)夾具與機(jī)床聯(lián)接部分的尺寸，定位鍵與銑床工作臺T型槽夾具聯(lián)接到機(jī)床主軸端的聯(lián)接尺寸及公差。,4)夾具內(nèi)部的聯(lián)系尺寸及關(guān)鍵件配合尺寸，如定位元件間，定位元件與夾具體的配合尺寸等。,5)夾具外形輪廓尺寸。,確定夾具四類技術(shù)條件 在裝配圖上需要標(biāo)出與工序尺寸精度直接有關(guān)的下列各有關(guān)夾具元件之間的相互位置精度要求。,1）定位元件之間的定位要求 。,2)定位元件與聯(lián)接元件和 （或）夾具體底面的相互位置要求 。,3)導(dǎo)引元件和 （或）夾具體底面的相互位置要求 。,4)導(dǎo)引元件與定位元件間的相互位置要求 。,本章結(jié)束 謝謝！,