典型機床夾具設(shè)計.ppt

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1 典型機床夾具設(shè)計 本章要點 機床夾具概述 工件在夾具中的定位 工件在夾具中的夾緊 機床夾具設(shè)計步驟與方法 各類機床夾具 2 2 1機床夾具概述 一 機床夾具在加工中的作用 劃線找正加工方法 夾具定位加工方法 3 以上分析可以看出 機床夾具的作用是 1 保證加工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 擴大機床的加工范圍如在車床上加鏜夾具 可完成鏜孔加工 4 減輕工人勞動強度 4 二 機床夾具及其組成 1 機床夾具機床上用來裝夾工件的一種裝置 其作用是使工件相對于機床或刀具有一個正確的加工位置 并在加工過程中保持這個位置不變 5 裝夾 將工件安放在機床上或夾具上進行定位和夾緊的操作過程 定位 使一批工件在機床上或夾具上相對于刀具處在正確的加工位置的操作過程 夾緊 工件在夾具中定位后 將其壓緊 夾牢 使工件在加工過程中 始終保持定位時所取得的正確加工位置 2 裝夾 定位 夾緊的基本概念 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 6 3 工件裝夾的方法 1 直接找正法 2 劃線找正法 3 夾具裝夾 7 表 各種裝夾方法的比較 8 三 機床夾具的分類 1 按使用范圍分 1 通用夾具 2 專用夾具 4 成組夾具 3 組合夾具 5 隨行夾具 9 三爪卡盤 四爪卡盤 萬向平口鉗 回轉(zhuǎn)工作臺 分度頭 通用夾具 10 組合夾具實例 11 12 13 2 按機床分類 1 車床夾具 2 銑床夾具 3 鉆床夾具 4 磨床夾具 5 數(shù)控機床夾具 14 3 按動力源分類 1 手動夾緊 2 氣動夾緊 3 液動夾緊 4 電磁夾緊 5 真空夾緊 15 氣動虎鉗液壓夾具 16 四 專用夾具的組成 如圖 鉆床夾具 1 定位元件2 夾緊裝置3 對刀引導(dǎo)元件4 連接元件5 夾具體6 其它件 17 1 工件通過定位元件在夾具上占有一個正確的位置2 工件通過夾緊元件保證加工過程中始終保持原有的正確位置3 夾具通過對刀元件相對刀具保持正確位置4 夾具通過連接元件 相對于機床保持一個正確位置5 夾具通過其他裝置 完成其他要求6 夾具體把上述的幾種元件組合成一個整體 18 2 2工件在夾具中的定位 一 定位的原理 1 自由物體 2 六個自由度 沿x軸移動自由度 沿y軸移動自由度 沿z軸移動自由度 沿x軸轉(zhuǎn)動自由度 沿y軸轉(zhuǎn)動自由度 沿z軸轉(zhuǎn)動自由度 視頻 19 3 定位支承點 約束點 如圖2 6所示 圖2 6 20 4 六點定位原理 要確定其空間位置 就需要限制其6個自由度 將6個支承抽象為6個 點 6個點限制了工件的6個自由度 這就是六點定位原理 任何一個物體在空間直角坐標(biāo)系中都有6個自由度 21 夾緊與定位概念分開 兩點注意 點 的含義 對自由度的限制 與實際接觸點不同 22 二 根據(jù)加工精度要求 確定工件必須限制的自由度數(shù)目 例1 在球面上加工平面 如下圖 應(yīng)限制 23 例2 球面上加工不通孔 如圖2 8 應(yīng)限制 圖2 8 24 例3 銑平面 如圖2 9 應(yīng)限制 25 例4 車光軸 如圖2 10 應(yīng)限制 26 例5 銑溝槽b由銑刀保證 如圖2 11 應(yīng)限制b 由刀具保證 27 例6 銑不通槽如圖2 12 應(yīng)限制 28 三 定位元件限制工件自由度 首先講解單個典型表面的定位元件 單個典型表面是指平面 內(nèi)外圓柱面 內(nèi)外圓錐面等 單個典型表面是組成各種不同復(fù)雜工件的基本單元 分析單個典型表面的定位及定位元件設(shè)計是進行夾具定位分析和夾具定位方案設(shè)計的基礎(chǔ) 29 平面定位的主要形式是支承定位 常用的定位元件有支承釘 支承板 夾具支承件和夾具體的凸臺及平面等 下圖給出了平面定位的幾種情況 1 支承釘 A 結(jié)構(gòu) A型是平頭支承釘 B型是球頭支承釘 C型是齒紋頂面的支承釘 30 B定位情況 31 2 支承板 A結(jié)構(gòu) A型 所以常用于側(cè)面或頂面的定位 B型 支承板的工作平面上開有斜槽 B型支承板應(yīng)用較多 用于底面的定位更合適 32 B定位情況 33 平面定位的幾種情況 34 對粗基準(zhǔn) 使用三個支承銷 三點構(gòu)成一個平面 作為定位元件 限制工件三個自由度對精基準(zhǔn) 可用一支承板代替三個支承銷定位 同樣限制工件的三個自由度 圖 支承釘 支承板及其用法 35 工件以圓孔定位多屬于定心定位 定位基準(zhǔn)為圓柱孔軸線 常用定位元件是定位銷和心軸 定位銷有圓柱銷 圓錐銷 菱形銷等形式 心軸有剛性心軸 又有過盈配合 間隙配合和小錐度心軸等 彈性心軸之分 1 圓柱銷 A結(jié)構(gòu) 36 B定位情況 37 2 菱形銷 B定位分析如前圖 A結(jié)構(gòu) 38 3 圓錐銷 A結(jié)構(gòu) B定位分析 39 4 定位心軸 A結(jié)構(gòu) B定位分析 40 工件以圓錐孔定位時 所用定位元件為圓錐心軸或圓錐銷以及雙頂尖 圓錐心軸限制工件5個自由度 圓錐銷限工件四個自由度 A定位形式 41 B定位分析 42 雙頂尖定位 固定頂尖限制工件三個自由度 活頂尖限制工件二個自由度 43 工件以外圓柱面定位兩種形式 定心定位和支承定位 工件以外圓柱面定心定位的情況與工件以圓孔定位的情況相仿 用套筒和卡盤代替心軸或柱銷 支承定位時用支承板 支承釘 1 圓定位套 A定位情況 44 B定位分析 45 2 V形塊 用于完整的外圓柱面和非完整的外圓柱面的定位 是外圓定位中最常用的定位元件 A結(jié)構(gòu) 46 B定位分析 47 C V形塊的特點 1 V形塊對外圓柱面定位 形式上是支承定位 但其實質(zhì)是定心定位 2 V形塊能起對中作用3 可以用于非完整外圓的定位4 活動V形塊常常起著定位和夾緊的雙重作用 既是定位元件 又是夾緊元件 48 49 4 支承板 支承板對外圓柱面的定位就是平面與外圓母線的接觸 定位分析 50 5 三爪卡盤定位 51 三爪卡盤定位的定位分析 主要看工件的定位表面與三爪卡盤的相對夾持長度的多少 當(dāng)相對夾持長度長時 限制工件四個自由度 當(dāng)相對夾持長度短時 限制工件二個自由度 生產(chǎn)中常采用在三爪與工件之間設(shè)置一鋼絲圓環(huán) 以減少相對夾持長度 52 四 幾種不同的定位形式 1 固定支承 2 可調(diào)支承 可調(diào)支承的結(jié)構(gòu) 53 3 自位支承 自位支承結(jié)構(gòu) 自位支承雖然增加了與工件定位面的接觸點數(shù)目 但通過其內(nèi)部的浮動聯(lián)系起到的是單點支承的作用 即自位支承只限制工件一個自由度 用途 常用于毛坯表面 斷續(xù)表面 階梯表面的定位 定位分析 54 4 輔助支承 A輔助支承的應(yīng)用 55 56 B輔助支承結(jié)構(gòu) 57 輔助支承定位分析 輔助支承是在工件定位后才參與支承的元件 其高度是由工件確定的 因此它不起定位作用 但輔助支承鎖緊后就成為固定支撐 能承受切削力 58 五 工件定位時的幾種情況 1 完全定位 舉例 連桿工件在由定位支承板 短銷和擋銷組成的夾具中定位 試對此定位方案進行定位分析 如下圖所示 工件在夾具中相對于刀具的六個自由度全部被限制的定位方法稱為完全定位 59 解 寫出各定位元件所限制的自由度 支承板限制工件三個自由度 短銷限制工件二個自由度 擋銷限制工件一個自由度 故定位性質(zhì) 為完全定位 60 限制了影響工件加工精度的自由度 且又少于六點的定位方法稱為部分定位 重要概念 不能片面地理解為 少于六點定位的定位方法稱為部分定位 因為下面講到的 欠定位 也是少于六點的定位 兩者不能混淆 影響該加工表面加工精度的自由度也稱必須限制的自由度 換句話說 必須限制的自由度如果不限制的話 必將影響工件的加工精度而出現(xiàn)廢品工件 這是絕對不允許的 不影響工件加工精度的自由度允許不被限制 2 部分定位 不完全定位 61 舉例 在長方形工件毛坯上 用銑刀銑槽 銑臺階面和銑平面 試分析必須限制的自由度有哪些 允許不限制的自由度又有哪些 62 3 欠定位 63 4 過定位 1 如果工件的定位面經(jīng)過機械加工 且形狀 尺寸 位置精度均較高 則過定位是允許的 因為合理的過定位不僅不會影響加工精度 還會起到加強工藝系統(tǒng)剛度和增加定位穩(wěn)定性的作用 2 如果工件的定位面是毛坯面 或雖經(jīng)過機械加工 但加工精度不高 這時過定位一般是不允許的 因為它可能造成定位不準(zhǔn)確 或定位不穩(wěn)定 或發(fā)生定位干涉等情況 64 過定位分析 桌子與三角架 圖2 17過定位分析 65 六 定位表面的組合 組合定位分析 工件上常見的定位基準(zhǔn)是以組合的形式出現(xiàn) 如面與面的組合 內(nèi) 外圓柱面與端面的組合 圓柱孔與平行于孔軸線的平面的組合 如 平面與削邊銷定位 錐面與錐面的組合 中心孔定位 兩平行圓柱孔與垂直于圓柱孔軸線的平面的組合 簡稱一面兩孔定位 等等 66 1 組合定位的概念及定位基準(zhǔn)的主次之分 主要定位面 限制工件自由度數(shù)最多的定位表面稱第一基準(zhǔn)面或支承面次要定位面 限制工件自由度數(shù)次多的定位面稱第二基準(zhǔn)面或?qū)蛎娴谌ㄎ幻?限制工件自由度數(shù)為1的定位稱第三基準(zhǔn)面或止推面 67 三基面組合基準(zhǔn)定位 68 2 組合定位的定位分析要點 1 先分析限制工件自由度數(shù)最多的那個定位元件 或定位元件的典型組合 限制工件的具體自由度 再分析限制工件自由度次多的那個定位元件限制的具體自由度 2 定位元件組合時限制工件自由度的總數(shù)目等于各個定位元件單獨定位時限制工件自由度數(shù)目之和 但具體限制哪些自由度卻會隨組合情況的不同而發(fā)生變化 69 3 定位元件單獨使用時限制移動自由度 在組合定位中常會轉(zhuǎn)化成限制轉(zhuǎn)動自由度 一經(jīng)轉(zhuǎn)化 將不再起單獨定位時的作用 如下圖中的兩短V形塊組合定位 重點 難點 70 a b 組合定位分析圖例 a 圖解 1 定位原理分析支承板限制的自由度 短銷限制的自由度 固定短V形塊限制的自由度 故屬過定位 2 改進方案 將固定V形塊改為活動V形塊 b 圖解 1 定位原理分析 右邊兩短V形塊相當(dāng)于一長V形塊 限制 左邊短V形塊限制 故屬完全定位 71 3 組合定位時過定位現(xiàn)象的消除方法 1 使定位元件在產(chǎn)生過定位的方向上可移動 以消除該方向的移動過定位 如活動頂尖不能限制 a b 過定位消除方法之一 72 2 采用自位支承 消除定位元件繞某個 或某兩個 坐標(biāo)軸轉(zhuǎn)動方向的過定位 73 3 改變定位元件的結(jié)構(gòu)形式來消除過定位 過定位 一面兩銷定位 74 4 定位方案分析舉例 例1 過定位引起夾緊變形 75 改進方案 76 題型一 判斷定位方案是否正確 重點內(nèi)容 分析下列圖示定位方案 各方案限制的自由度 有無欠定位或過定位 對不合理的定位方案提出改進意見 77 a 圖解 1 定位分析 左頂尖限制的自由度 右頂尖 活動頂尖 限制的自由度 三爪卡盤 夾持長度長 限制的自由度 2 定位性質(zhì) 過定位 3 改進方案 去掉三爪卡盤 采用雙頂尖定位 例1 78 b 圖解 1 定位分析 支承板限制的自由度 左短V形塊限制的自由度 右活動短V形塊限制的自由度 2 定位性質(zhì) 過定位 3 改進方案 去掉活動短V形塊 對工件直接夾緊 例2 79 例3 分析圖示零件加工兩個小孔時必須限制的自由度 選擇定位基準(zhǔn)和定位元件 并在圖中示意畫出 確定夾緊力作用點的位置和作用方向 用規(guī)定的符號在圖中標(biāo)出 題型二 根據(jù)工件加工表面的加工要求 設(shè)計定位方案 重點 80 判斷定位方案是否正確時 要把握二點 一是定位方案必須合理 無重復(fù)定位和欠定位 二是該定位方案必須能夠保證工件的加工精度 定位誤差應(yīng)為最小 如不能同時滿足以上二點 則該方案是錯誤的 解 1 必須限制的自由度 2 定位原理設(shè)計 參見定位原理圖 81 工件的大底面定位 限制工件的三個自由度 保證二各孔的軸心線垂直于工件底面 工件的下側(cè)面定位 限制工件二個自由度 保證工件二孔的位置尺寸H 而工件的大孔定位 限制一個自由度 保證工件二小孔與大孔中心的對稱位置尺寸A 定位原理圖 選擇定位元件 3 選擇定位元件 參見右圖 也可用文字表達(dá) 82 其它方案 窄支承板 第一定位基準(zhǔn) 底平面 支承板 第二定位基準(zhǔn) 下側(cè)面 第三定位基準(zhǔn) 大孔 窄支承板 削邊銷 83 例3 當(dāng)兩小孔的設(shè)計基準(zhǔn)改為大孔中心時 如下圖 應(yīng)如何來設(shè)計定位方案 提示 應(yīng)使兩小孔的設(shè)計基準(zhǔn)大孔中心與定位基準(zhǔn)重合 84 第一定位基準(zhǔn) 底平面 支承板 第二定位基準(zhǔn) 大孔 短銷 第三定位基準(zhǔn) 下側(cè)面 限制1個自由度 活動窄支承板 解 解題要訣 將加工孔的設(shè)計基準(zhǔn)作為定位基準(zhǔn) 85 2 3定位誤差的計算 重點 難點 一 概述 1 基準(zhǔn)的概念1 定義 基準(zhǔn)是指工件上的一些點 線 面 在零件設(shè)計或加工中 可以用這些點 線 面來確定其他點 線 面的位置 2 基準(zhǔn)分類 1 設(shè)計基準(zhǔn) 零件圖中所使用的基準(zhǔn) 2 工藝基準(zhǔn) 是指加工過程中所使用的工件上的一些線或面 但不能是點 工藝基準(zhǔn)必須具有一定大小的面積 86 c 對刀基準(zhǔn) 調(diào)整刀具位置時所使用的基準(zhǔn) d 度量基準(zhǔn) 測量時所用的基準(zhǔn) e 裝配基準(zhǔn) 裝配零件所依據(jù)的基準(zhǔn) a 工序基準(zhǔn)加工過程中工序尺寸的設(shè)計基準(zhǔn)稱為工序基準(zhǔn) b 定位基準(zhǔn)在加工過程中使工件占據(jù)正確加工位置所依據(jù)的基準(zhǔn) 亦即工件與夾具定位元件定位工作面接觸或配合的表面 87 基準(zhǔn)的判別 例如 下圖中 下母線B是零件圖中工序尺寸的設(shè)計基準(zhǔn) 下母線B也是銑削鍵槽時的工序基準(zhǔn) 軸的中心O是V形塊定位時的定位基準(zhǔn) 位置隨直徑的大小而改變 工序尺寸 零件圖 加工過程中 88 又如 下圖中 孔中心O是銑削上平面時的設(shè)計基準(zhǔn) 孔中心O是銑削上平面加工過程中的工序基準(zhǔn) 孔中心O也是心軸定位時的定位基準(zhǔn) 定位心軸中心為對刀基準(zhǔn) 孔與心軸間無間隙時 孔與心軸間存在間隙時 89 二 定位誤差及其產(chǎn)生原因 1 定位誤差 1 基本概念用夾具裝夾加工一批工件時 由于定位不準(zhǔn)確引起該批工件在某加工精度參數(shù) 尺寸 位置 的加工誤差 稱為該加工精度參數(shù)的定位誤差 簡稱定位誤差 2 定位誤差的大小 定位誤差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 以 dw表示 工序基準(zhǔn)的位置變動將對加工精度有直接影響 90 定位誤差包括基準(zhǔn)不重合誤差和基準(zhǔn)位移誤差即 注 1 根據(jù)一批工件的定位由一種可能的極端位置變?yōu)榱硪环N極端位置時 和的方向的異同 以確定公式中的加減號 2 定位基準(zhǔn)無位置變動 基準(zhǔn)位移誤差為零 定位基準(zhǔn)與工序基準(zhǔn)重合 基準(zhǔn)不重合誤差為零 91 2 基準(zhǔn)不重合誤差 當(dāng)定位基準(zhǔn)和工序基準(zhǔn)不重合時 工序基準(zhǔn)相對于定位基準(zhǔn)在加工尺寸方向上的最大位移量 用表示 定位基準(zhǔn)與工序基準(zhǔn)之間必然存在一個聯(lián)系尺寸L 稱為定位尺寸 基準(zhǔn)不重合誤差就是定位尺寸的公差 在設(shè)計夾具時 應(yīng)盡量使兩者重合 92 基準(zhǔn)不重合誤差 jb 其大小等于工序基準(zhǔn)與定位基準(zhǔn)間聯(lián)系尺寸在加工尺寸方向上的變動量 公差 例1 一次安裝加工兩孔A和B 孔B在X方向定位基準(zhǔn)C與設(shè)計基準(zhǔn)A不重合 基準(zhǔn)不重合誤差為聯(lián)系尺寸22的公差0 2 93 3 基準(zhǔn)位移誤差 對刀基準(zhǔn) 就是調(diào)整刀具位置時所用的基準(zhǔn) 94 如圖為一套筒類零件放在水平心軸上定位而銑鍵槽的例子 加工時要保證尺寸b和h b是由刀具本身的寬度尺寸決定 尺寸h則按心軸中心調(diào)整好銑刀的高度位置h1來保證 即心軸中心就是對刀基準(zhǔn) 例如 95 當(dāng)保證鍵槽尺寸h時 定位基準(zhǔn) 工件內(nèi)孔中心線 工序基準(zhǔn) 圓柱的下母線A 對刀基準(zhǔn) 定位心軸的外圓中心線 基準(zhǔn)分析 96 基準(zhǔn)分析 當(dāng)保證尺寸h1時 定位基準(zhǔn) 工件內(nèi)孔中心線 工序基準(zhǔn) 工件內(nèi)孔中心線 對刀基準(zhǔn) 定位心軸的外圓中心線 97 由上分析可知 當(dāng)定位基準(zhǔn)和工序基準(zhǔn)不重合時 工序基準(zhǔn)相對定位基準(zhǔn)產(chǎn)生位移 會產(chǎn)生基準(zhǔn)不重合誤差 定位誤差應(yīng)表示為 當(dāng)兩項誤差同時發(fā)生時 所產(chǎn)生的定位誤差為工序基準(zhǔn)相對于對刀基準(zhǔn)的最大位移 當(dāng)定位副制造不準(zhǔn)確時 會引起定位基準(zhǔn)相對于對刀基準(zhǔn)產(chǎn)生位移 從而產(chǎn)生基準(zhǔn)位移誤差 98 誤差不等式 判斷定位方案是否合理可行的依據(jù)是 式中 T 工序尺寸的公差 例如 上例銑鍵槽時 定位誤差不得大于鍵槽尺寸h公差的1 3 即 99 三 定位單個典型表面時定位誤差的分析計算 1 平面定位時的定位誤差 定位基準(zhǔn)和對刀基準(zhǔn)是重合的 不存在基準(zhǔn)位移誤差 其可能產(chǎn)生的誤差是基準(zhǔn)不重合誤差 0 100 例1 加工一批工件如圖所示 除了A B處臺階面其余各表面均已加工完成 現(xiàn)在采用由圖所示夾具定位方案加工A B面 保證尺寸30 0 1mm和60 0 06mm 試分析此定位方案產(chǎn)生的定位誤差能否滿足加工要求 101 1 30 0 1 定位基準(zhǔn)是C 工序基準(zhǔn)是孔的軸線 定位尺寸為52 0 02 定位基準(zhǔn)與對刀基準(zhǔn)是同一平面 工序基準(zhǔn)相對于定位基準(zhǔn)的位移量 故可以滿足要求 2 60 0 06 定位基準(zhǔn)D 工序基準(zhǔn)為D 定位基準(zhǔn)和工序基準(zhǔn)重合 定位基準(zhǔn)與對刀基準(zhǔn)重合 所以 102 例2 如下圖所示零件的定位方案 求銑A B兩平面時L1 L2 L3 L4的定位誤差 L1 L2 L3 L4 工序基準(zhǔn) 工序圖上工序尺寸的設(shè)計基準(zhǔn) 對刀基準(zhǔn) 調(diào)整刀具位置時所用的基準(zhǔn) 定位基準(zhǔn) 在加工過程中使工件占據(jù)正確加工位置所使用的基準(zhǔn) 解 定位基準(zhǔn)相對對刀基準(zhǔn)的最大移動量 工序基準(zhǔn)相對于定位基準(zhǔn)在加工尺寸方向上的最大位移量 103 2 圓孔定位時定位誤差的計算 工件采用圓孔定位室時 工件定位面是圓柱孔 定位工件的定位工作面是外圓柱面 兩者以一定性質(zhì)的配合實現(xiàn)工件定心定位 應(yīng)根據(jù)配合性質(zhì)的不同 分別計算定位誤差 1 定位面與定位工作面是過盈配合 不存在配合間隙 則 104 其中 為定位孔的最大值為定位用心軸或銷子的最小直徑 2 定位面和定位工作面為間隙配合 根據(jù)前述 此時定位基準(zhǔn)為孔的中心線 對刀基準(zhǔn)為心軸的中心線 則位移誤差 即等于定位的孔和心軸間最大間隙的一半 105 例3 有一批如圖所示的工件 外圓為 內(nèi)孔為 兩端面均已加工合格 并保證外圓對內(nèi)孔的同軸度誤差在范圍內(nèi) 今按圖示的定位方案 用心軸定位 在立式銑床上用頂尖頂住心軸銑槽子 除槽寬要求外 還應(yīng)保證下列要求 1 槽的軸向位置尺寸 2 槽底位置尺寸試分析計算定位誤差 判斷定位方案的合理性 106 用心軸定位內(nèi)孔銑槽工序的定位誤差分析計算 107 解 1 對尺寸而言 工序基準(zhǔn) 定位基準(zhǔn)和對刀基準(zhǔn)都是工件左端面 平面定位 所以 2 對尺寸來說 尺寸的定位誤差 工序基準(zhǔn)為外圓下母線 定位基準(zhǔn)為內(nèi)孔中心線 對刀基準(zhǔn)為心軸中心線 定位基準(zhǔn)和工序基準(zhǔn)不重合 定位尺寸為 這僅是外圓下母線和外圓圓心之間的位置關(guān)系 沒考慮同軸度 108 內(nèi)孔和外圓有同軸度誤差 這項誤差會引起的基準(zhǔn)不重合誤差為 則 基準(zhǔn)不重合誤差是這兩項之和 內(nèi)孔和心軸作間隙配合 所引起的基準(zhǔn)位移誤差為 三個量都是獨立變量 互不相干 又都在同一尺寸方向上 因此定位誤差占尺寸公差的 能保證加工要求 109 3 V形塊定位外圓時的定位誤差的分析計算 110 如上圖 O為理論圓的中心 O O 為外圓直徑為dmax和dmin 時的圓心位置 在 O CO 中 重要公式 111 例4 一批如圖 a 所示工件 外圓已經(jīng)加工合格 現(xiàn)在用V形塊定位銑寬度為b的槽 若要求保證槽底的尺寸分別為L1 L2 L3 試分別計算這三種不同尺寸要求的定位誤差 112 1 L1的定位誤差 113 解 1 L1的定位誤差L1工序基準(zhǔn)為外圓軸線 定位基準(zhǔn)為外圓軸線 兩者不存在基準(zhǔn)不重合誤差 故對刀基準(zhǔn)為理論圓中心 存在基準(zhǔn)位移誤差 114 2 L2尺寸的定位誤差 115 L2的工序基準(zhǔn) 外圓上母線 定位基準(zhǔn) 外圓中心 存在基準(zhǔn)不重合誤差 工序基準(zhǔn)M由于定位圓柱面的制造誤差引起的位移 對刀基準(zhǔn)為理論圓中心 存在基準(zhǔn)位移誤差 L2尺寸的定位誤差 116 L2的定位誤差為兩者的合成 兩者都是由外圓直徑的變化同時引起的 所以要判斷兩者的方向特點 當(dāng)外圓直徑從大到小時 工序基準(zhǔn)M相對定位基準(zhǔn)O是向O方向即向下偏移的 如下圖所示 當(dāng)放入V形塊中后 當(dāng)外圓直徑由大變小時 定位基準(zhǔn) 軸心線 相對對刀基準(zhǔn) 理論軸中心 也是向下偏移的 綜合起來兩者合成方向相同 取 號 117 3 L3尺寸的定位誤差 118 L3的工序基準(zhǔn)為外圓下母線 L3的定位基準(zhǔn)為外圓中心 存在基準(zhǔn)不重合誤差 對刀基準(zhǔn)為理論圓中心 存在基準(zhǔn)位移誤差 L3尺寸的定位誤差 同理 119 L3的定位誤差為兩者的合成 兩者都是由外圓直徑的變化同時引起的 所以要判斷兩者的方向特點 當(dāng)外圓直徑從大到小時 工序基準(zhǔn)N相對定位基準(zhǔn)O是向O方向即向上偏移的 從零件圖上看 當(dāng)放入V形塊中后 當(dāng)外圓直徑由大變小時 定位基準(zhǔn) 軸心線 相對對刀基準(zhǔn) 為理論圓中心 是向下偏移的 綜合起來兩者合成方向相反 取 號 注意 兩者中的大值減小值 120 也可按定位誤差定義推算 L3尺寸的定位誤差 工序基準(zhǔn)B在加工尺寸方向的變動量 121 例5 如圖所示 已知 兩外圓同軸度公差為 0 02 V形塊夾角 90 定位方案如圖所示 試計算 1 銑鍵槽時尺寸A及對稱度的定位誤差 2 若鍵槽深度要求A 鍵槽對稱中心對軸線的對稱度公差為t 0 25 問此定位方案可行否 122 解 1 定位誤差的計算1 鍵槽中心對稱度的定位誤差 僅有基準(zhǔn)不重合誤差 槽寬的定位基準(zhǔn) 小外圓軸心 槽寬的工序基準(zhǔn) 大外圓中心 槽寬的對刀基準(zhǔn) V形塊上小圓的理論圓中心 由于兩外圓有同軸度誤差 所以存在基準(zhǔn)不重合誤差 0 02 對刀基準(zhǔn)和定位基準(zhǔn)存在的基準(zhǔn)位移誤差發(fā)生在垂直方向和對稱度誤差無關(guān) 因此在對稱度方向上 0 123 定位基準(zhǔn) 小外圓軸線 工序基準(zhǔn) 大外圓的下母線 對刀基準(zhǔn) V形塊上小圓的理論圓中心由于定位基準(zhǔn)和工序基準(zhǔn)不重合 且兩外圓有同軸度誤差 所以存在基準(zhǔn)不重合誤差 對刀基準(zhǔn)和定位基準(zhǔn)存在基準(zhǔn)位移誤差 2 A尺寸的定位誤差 124 兩個誤差對尺寸A的影響是相互獨立的 因此總的定位誤差為 故此定位方案可行 2 分析定位方案是否可行 125 如圖所示零件已加工好 100 40 45 求尺寸L的定位誤差 例6 由100引起的基準(zhǔn)位移誤差 L的定位誤差為 解 由40引起的基準(zhǔn)不重合誤差 基準(zhǔn)重合 立銑刀 126 由尺寸40引起的定位誤差 127 2 4工件在夾具上的夾緊 工件定位之后必須通過夾具上的夾緊裝置將其可靠地固定在正確的加工位置上 使其在承受工藝力和慣性力等的情況下正確位置不發(fā)生變化 否則 在加工過程中因切削力 慣性力的作用而發(fā)生位置的變化或引起振動 原有的正確定位遭到破壞 就不能保證加工要求 產(chǎn)生夾緊力的裝置是夾緊裝置 128 一 夾緊裝置的組成 1 對夾緊機構(gòu)的基本要求 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 129 2 夾緊機構(gòu)的組成 下圖是典型的夾緊裝置 它由以下幾個部分組成 130 1 夾緊力源裝置 2 中間遞力機構(gòu) 特點 改變力的大小 通常為增力機構(gòu) 改變夾緊力的方向 使夾具具有一定的自鎖性 以保證夾緊可靠 3 夾緊元件 夾具的組成 4 夾具體 131 二 夾緊力的確定 1 夾緊力方向的選擇 1 主要夾緊力的作用方向應(yīng)指向工作主要定位基準(zhǔn)面 以保證工件的加工要求 132 2 夾緊力的作用方向不應(yīng)破壞工件的準(zhǔn)確定位 應(yīng)使工件定位正確穩(wěn)定 133 3 夾緊力的作用方向應(yīng)盡量與工件剛度大的方向相一致 以減小工件夾緊變形 134 4 夾緊力的作用方向應(yīng)盡可能有利于減小夾緊力 以利于夾緊裝置的體積的減小 135 2 夾緊力作用點的確定 1 夾緊力的作用點應(yīng)正對支承元件或處于支承元件構(gòu)成的穩(wěn)定受力區(qū)內(nèi) 以免引起工件移動或偏轉(zhuǎn)而破壞工件的正確定位 136 2 夾緊力作用點應(yīng)處于工件剛性較好的部位或使夾緊力均勻分布 以減小工件的夾緊變形 137 3 夾緊力的作用點應(yīng)盡量靠近加工部位 防止工件的振動或變形 138 3 夾緊力大小的估算 1 夾緊力的大小應(yīng)適當(dāng) 2 夾緊力的大小應(yīng)穩(wěn)定 3 夾緊力大小的估算 夾緊力的計算方法一般是將工件作為一受力體進行受力分析 根據(jù)靜力平衡條件列出平衡方程 求解出保持工件平衡所需的最小夾緊力 工件承受的力有切削力 夾緊力 重力 慣性力等 其中切削力是一個主要力 計算夾緊力時 一般先根據(jù)金屬切削原理的相關(guān)理論計算出加工過程中可能產(chǎn)生的最大切削力 或切削力矩 并找出切削力對夾緊力影響最大的狀態(tài) 按靜力平衡求出夾緊力的大小 139 實際夾緊力的計算公式為 式中Fj 實際所需夾緊力Fj0 按靜力平衡求出的夾緊力k 安全系數(shù) 安全系數(shù)k值的取值范圍在1 5 3 5之間 視其具體情況而定 精加工 連續(xù)切削 切削刀具鋒利等加工條件好時 取k 1 5 2 粗加工 斷續(xù)加工 刀具刃口鈍化等加工條件差時 取k 2 5 3 5 140 三 常用夾緊機構(gòu) 1 斜楔夾緊機構(gòu) 斜楔直接夾緊 141 斜楔杠桿夾緊 142 1 斜楔夾緊機構(gòu)的工作原理 斜楔夾緊機構(gòu)是利用斜楔的軸向移動直接對工件進行夾緊或推動中間元件將力傳遞給夾緊元件再對工件進行夾緊 2 斜楔夾緊機構(gòu)夾緊力的計算 143 由于在垂直方向受力是相等的所以在水平方向 式中Fj 工件獲得的夾緊力 N Fs 施加在斜楔上的原始作用力 N 斜楔的斜角 1 工件與斜楔之間的摩擦角 摩擦系數(shù)f1 tg 1 2 夾具體與斜楔之間的摩擦角 摩擦系數(shù)f2 tg 2 144 3 斜楔自鎖條件的計算 自鎖 是指當(dāng)工件被夾緊之后 在不再施加原始作用力的情況下工件依然被夾緊的現(xiàn)象 145 若N和F2的合力為R 則由自鎖條件 其中 代入上式 得 一般取斜角 6 10 146 5 斜楔夾緊機構(gòu)的夾緊行程 斜楔夾緊機構(gòu)的夾緊行程一般很小 夾緊行程的大小與斜角和斜楔軸向移動距離成正比關(guān)系 要增大夾緊行程 就必須增大斜楔軸向移動距離或增大斜角 但往往都是不可行的 增大斜角會受到自鎖條件的限制 增大斜楔軸向移動距離會使夾緊機構(gòu)的尺寸增大 體積增大 還會延長操作時間 影響勞動生產(chǎn)率 在生產(chǎn)實際中常采用雙斜角結(jié)構(gòu)的斜楔 147 6 斜楔夾緊機構(gòu)的特點及應(yīng)用 斜楔夾緊機構(gòu)結(jié)構(gòu)簡單 增力比較大Fj 2 6 3 2 Q 自鎖性能好 廣泛應(yīng)用于中間遞力機構(gòu) 由于手動夾緊費時費力效率低 所以很少用來手動直接夾緊工件 斜楔夾緊機構(gòu)夾緊行程很小 故對工件夾緊表面的尺寸精度要求比較高 以避免發(fā)生夾不著或無法夾的情況 148 2 螺旋夾緊機構(gòu) 1 螺旋夾緊機構(gòu)的工作原理 螺旋夾緊機構(gòu)是利用螺旋副配合轉(zhuǎn)動產(chǎn)生的軸向移動和軸向力直接夾緊工件或推動夾緊元件對工件實施夾緊的 螺旋夾緊機構(gòu) 149 2 螺旋夾緊機構(gòu)的夾緊力 螺栓或螺釘上的螺旋線相當(dāng)于繞在其中徑上的一個斜面 從本質(zhì)上講 螺旋夾緊機構(gòu)是由斜楔夾緊機構(gòu)演變而來的 故由斜楔夾緊機構(gòu)夾緊力Fj的計算可導(dǎo)出螺旋夾緊機構(gòu)的夾緊力 150 式中FJ 螺旋夾緊機構(gòu)所產(chǎn)生的夾緊力 FS 作用在手柄上的原始作用力 L 原始作用力的力臂 d0 螺紋中徑 螺紋升角 標(biāo)準(zhǔn)緊固螺紋的螺旋升角為3 5 1 螺旋副的當(dāng)量摩擦角 可參閱相關(guān)資料求出 2 壓塊與工件之間的摩擦角 r 壓塊與工件表面間的摩擦力矩半徑 可參閱相關(guān)資料進行計算 p108 151 3 增力倍數(shù) 一般摩擦系數(shù)f1 f2 0 1 0 15 對應(yīng)的摩擦角為5 43 8 32 螺旋的斜角 小于4 若取 1 8 32 2 6 3 L 12 8 d當(dāng)r 0 則Fj 140FS r 1 3d Fj 105FS r 1 2d Fj 98FS 4 螺旋夾緊機構(gòu)的自鎖條件 螺旋夾緊機構(gòu)中 螺紋的升角 4 具有良好的自鎖性能和抗振性能 152 5 螺旋夾緊機構(gòu)的夾緊行程 螺旋相當(dāng)于將長斜楔繞在圓柱體上 夾緊行程不受限制 增大螺旋的軸向尺寸便可獲得大的夾緊行程 很方便 6 螺旋夾緊機構(gòu)的特點 應(yīng)用及快速作用措施 螺旋夾緊機構(gòu)結(jié)構(gòu)簡單 制造容易 操作方便 自鎖性能好 增力比大 常用于手動夾緊 螺旋夾緊機構(gòu)的缺點是操作緩慢 為了提高其工作速度 生產(chǎn)實際中常采用快速作用措施 153 b 1 工件2 止動銷3 螺母套筒手柄4 夾緊螺桿 快速作用螺旋夾緊機構(gòu) 154 3 圓偏心夾緊機構(gòu) 1 圓偏心夾緊機構(gòu)的工作原理 155 圖中O1是圓偏心輪的幾何中心 R是幾何半徑 O2是回轉(zhuǎn)中心 e是偏心距 幾何中心與回轉(zhuǎn)中心之間的距離 NN面是工件被夾緊表面 順時針扳動手柄 圓偏心輪繞其回轉(zhuǎn)中心O2回轉(zhuǎn) 其回轉(zhuǎn)半徑逐漸增大 直至夾緊工件表面NN 以O(shè)2為圓心 以 R e 為半徑作一虛線圓 稱基圓 則圖中陰影部分相當(dāng)于一個繞在基圓盤上的弧形楔 當(dāng)順時針扳動手柄時 弧形楔便逐漸地楔緊在轉(zhuǎn)軸和工件之間 夾緊點x 此時回轉(zhuǎn)半徑 x 如圖1 67b 所示 逆時針扳動手柄即可實現(xiàn)松夾 156 圓偏心輪夾緊的工作原理就是利用圓偏心輪回轉(zhuǎn)半徑的變化夾緊或松開工件 圓偏心輪也是斜楔的一種變形結(jié)構(gòu) 其作用原理與斜楔相同 1 圓偏心夾緊機構(gòu)的工作原理 157 2 主要結(jié)構(gòu)參數(shù) 158 3 圓偏心夾緊機構(gòu)夾緊力的計算 設(shè)有一當(dāng)量力FS1如圖所示 該力與回轉(zhuǎn)半徑 x垂直 對回轉(zhuǎn)中心的力距與手柄上原始作用力Fs對回轉(zhuǎn)中心的力矩相等即 159 160 圓偏心輪也是斜楔的一種變形結(jié)構(gòu) 忽略轉(zhuǎn)軸對圓偏心輪的摩擦力距及轉(zhuǎn)軸對圓偏心輪的作用力 忽略會使夾緊力的值稍有增大 且時 要保證自鎖 x 6 10 由斜楔夾緊機構(gòu)夾緊力Fj的計算可導(dǎo)出圓偏心夾緊機構(gòu)的夾緊力為 161 式中Fj 夾緊力 FS 原始作用力 L 作用力臂 x 夾緊點處的回轉(zhuǎn)半徑 x 夾緊點處的升角 1 圓偏心輪與工件之間的摩擦角 2 圓偏心輪與轉(zhuǎn)軸之間的摩擦角 162 4 圓偏心夾緊機構(gòu)的自鎖條件 163 若忽略轉(zhuǎn)軸處摩擦力矩 作用力對自鎖的有利影響 要保證圓偏心夾緊機構(gòu)自鎖必須 164 是工件與圓偏心輪之間的摩擦系數(shù) 一般取 故 因為是 變化的 要保證自鎖需 165 5 增力倍數(shù) 當(dāng) f1 0 1 對應(yīng)的摩擦角為5 43 L 2 2 5 D Fj 9 11 FS 6 圓偏心的夾緊行程 0 2e內(nèi)變化 166 7 圓偏心夾緊機構(gòu)的特點及應(yīng)用 圓偏心夾緊機構(gòu)結(jié)構(gòu)簡單 操作方便 動作迅速 但自鎖能力較差 增力比小 取決于L 的比值 常用在切削平穩(wěn)且切削力不大的場合 下圖為幾種常見的圓偏心機構(gòu) 167 圓偏心夾緊機構(gòu) 168 4 定心夾緊機構(gòu) 定心夾緊機構(gòu)定心定位 169 1 以等速移動原理工作的定心夾緊機構(gòu) 1 三爪卡盤在夾緊工件的同時實現(xiàn)定心定位 三爪卡盤常用于工件的粗加工和半精加工 三爪卡盤的結(jié)構(gòu)如圖1 74a 定心夾緊原理如圖1 74b 170 a b 圖1 74三爪自定心卡盤 171 2 斜楔式定心夾緊機構(gòu)斜楔式定心夾緊機構(gòu)常用于工件以圓柱孔定位的情況 依靠斜楔的移動 推動滑塊徑向移動 實現(xiàn)對工件的定心定位和夾緊 圖1 75是斜楔推動滑塊對套筒件夾緊的實例 172 圖1 75斜楔定心夾緊心軸例11 滑塊2 螺母 173 3 螺旋定心夾緊機構(gòu)螺旋定心夾緊機構(gòu)是利用等螺距的左右旋螺紋驅(qū)動兩活動V形塊對工件實行定心夾緊 工件以對稱中心平面為定為基準(zhǔn)時 應(yīng)用這種夾緊機構(gòu) 174 圖1 76螺旋 V形塊定心夾緊機構(gòu)1 2 V形塊3 螺桿4 10 緊定螺釘5 9 調(diào)節(jié)螺釘6 8 固定螺釘7 叉座11 工件 175 5 聯(lián)動夾緊機構(gòu) 在夾緊機構(gòu)設(shè)計中 有時需要對一個工件的幾個點或多個工件同時進行夾緊 為減少工件裝夾時間 簡化結(jié)構(gòu) 常采用各種聯(lián)動夾緊機構(gòu) 這種機構(gòu)可以從一處施加作用力 同時在幾處或幾個方向上對一個或幾個工件同時進行夾緊 下圖所示的聯(lián)動夾緊機構(gòu) 夾緊力作用在兩互相垂直的方向上 稱為雙向聯(lián)動夾緊機構(gòu) 176 雙向聯(lián)動夾緊機構(gòu)1 螺母3 工件2 杠桿5 螺桿8 夾具體9 10 壓塊 177 平行聯(lián)動夾緊機構(gòu)1 螺母2 6 壓板3 工件4 杠桿5 7 螺桿8 夾具體9 10 壓塊 下圖所示的夾緊機構(gòu)兩夾緊點的方向相同 稱為平行聯(lián)動夾緊 178 四 夾緊動力源裝置 1 氣動夾緊 1 霧化器2 減壓閥3 止回閥4 轉(zhuǎn)向閥5 調(diào)速閥6 氣壓表7 氣缸 工作壓力在0 4 0 6MPa 179 2 液壓夾緊 特點 1 工作壓力高 可達(dá)5 6 5MPa 傳動力大 不需增力機構(gòu) 夾具結(jié)構(gòu)簡單 2 油液不可壓縮 夾緊剛性大 工作平穩(wěn) 夾緊可靠 3 噪聲小 勞動條件好 4 適用于重力切削或加工大型工件時的多處夾緊 180 3 氣 液壓組合夾緊 1 氣缸2 增壓缸3 活塞桿4 活塞桿5 工作缸6 活塞 181 一 鉆床夾具 組成 鉆模板 鉆套 定位元件 夾緊裝置 夾具體 2 5各類機床夾具特點 182 鉆套 183 184 鉆套尺寸 內(nèi)徑 d 刀具的外徑 基軸制F7 h6 G6 h5 高度 H 1 5 2 d 一般 H 2 5 3 5 d 高精度 鉆套與工件間的距離 h 0 3 0 7 d 鑄鐵 h 0 7 1 5 d 鋼材 185 4 鉆模的類型 186 187 188 189 5 鉆模板 190 二 鏜床夾具 組成 鏜模支架 鏜套 定位元件 夾緊裝置 夾具體 191 懸掛臂 一 鏜模的類型 a 單面前導(dǎo)向 60mm的短孔 根據(jù)鏜模支架的布置形式將鏜模分為單面導(dǎo)向鏜模和雙面導(dǎo)向鏜模兩類 b c 單面后導(dǎo)向盲孔或 60mm的通孔 192 雙面導(dǎo)向鏜模 193 194 1 鏜套 二 鏜模設(shè)計要點 195 196 回轉(zhuǎn)式鏜套 圖中左端a處鏜套叫內(nèi)滾式鏜套 工作時鏜刀桿4連同軸承相對導(dǎo)向滑套3轉(zhuǎn)動 并連同導(dǎo)向滑套3相對鏜套2移動 圖中右端b處的鏜套稱為外滾式鏜套 鏜套5與鏜刀桿4配合 處于滾動軸承之內(nèi) 工作時鏜套5隨同鏜刀桿4一起旋轉(zhuǎn)并只可相對移動 這種鏜套結(jié)構(gòu)尺寸較小 常用于前導(dǎo)向 197 2 鏜模支架與夾具體 198 夾具體 199 組成 定位元件 夾緊裝置 對刀塊 連接元件 夾具體 三 銑床夾具 200 一 銑床夾具的類型 根據(jù)銑削的進給方式不同銑床夾具可分為直線進給式 圓周進給式和仿形進給式三種 其中直線進給式銑床夾具應(yīng)用最多 201 202 203 二 銑床夾具的設(shè)計要點 1 夾具總體結(jié)構(gòu) 1 夾具體要有足夠的強度和剛度 為了保證夾具的工作穩(wěn)定可靠 銑床夾具的夾具體尺寸一般比較大 2 夾緊機構(gòu)所提供的夾緊力要足夠大 且要求有較好的自鎖性能 3 應(yīng)盡可能的采用機動夾緊機構(gòu)或聯(lián)動夾緊機構(gòu) 并在可能的情況下 采用多件裝夾和多件加工 204 2 對刀裝置 205 3 夾具體與連接元件 定位鍵 206 銑床夾具的定位鍵 夾具 工作臺T形槽 207 1 先用雙點劃線 假想線 畫出工件外形 在夾具圖中 工件視為透明體 2 然后圍繞工件依次畫出定位元件 夾緊裝置和刀具導(dǎo)向元件等 3 最后用夾具體把各種元件連成一整體 有的還需畫出夾具與機床連接的元件 2 6機床夾具結(jié)構(gòu)草圖的繪制方法 208 設(shè)計實例