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1、第4章 機床夾具原理與設計,4.1 工件的裝夾 4.2 機床夾具概述 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 典型機床夾具 4.7 機床夾具設計的基本步驟,第1節(jié) 工件的安裝,1.1 工件的安裝,必須使工件在機床上相對刀具的切削運動處于準確的相對位置 確定工件在機床上或夾具中占有準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,用來確定生產(chǎn)對象幾何要素間幾何關系所依據(jù)的那些點、線、面，
2、稱為基準?；鶞士煞譃樵O計基準和工藝基準兩大類；工藝基準又可分為工序基準、定位基準、測量基準和裝配基準等。,1 設計基準 設計圖樣上標注設計尺寸所依據(jù)的基準，稱為設計基準。,A與B互為設計基準,40 外圓是60外圓的設計基準,平面1是平面2與孔的設計基準，孔3是孔 4和 5的設計基堆,中心線是內(nèi)孔、齒輪分度圓和頂圓 的設計基難。,2 工藝基準 在生產(chǎn)過程中凡屬直接改變生產(chǎn)對象的尺寸、形狀、物理化學性能以及相對位置關系的過程，統(tǒng)稱為工藝過程。 工藝過程又可分為鑄造、鍛造、沖壓、焊接、機械加工、熱處理、裝配等工藝過程。,工藝過程中所使用的基準，稱為工藝基準。按其用途之不同，又可分為工序基準、定位
3、基準、測量基準和裝配基準。,1）工序基準 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，稱為工序基準(又稱原始基準)。,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，端面T是端面A、B的工序基準，孔中心線為外圓D和內(nèi)孔d的工序基準。為減少基準轉(zhuǎn)換誤差，應盡量使工序基準和設計基準重合。,1.3 定位原理,任一物體在空間都有六個自由度，即 x、 y、 z三個坐標軸的移動自由度，以及繞此三個坐標軸的轉(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
4、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限制，（支承點數(shù)不應超過六個）； 3）工件應限制幾個自由度，由工件加工技術條件來確定； 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
5、方式。,3 欠定位 限制自由度數(shù)少于加工技術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 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
6、形狀特點和工序加工要求來確定，一般應遵循以下幾條原則： 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。 應盡量避免重復定位，但在有利于減小加工誤差時可采用重復定位方式定位的。,定位方案限定自由度的選擇原則：,,第2節(jié) 機床夾具概述,在機床上用于裝夾工件或 引導刀具，具有使工件在機床上相對刀具占有正確的位置功能的輔助裝
7、置。,1. 夾具的組成,（1）定位元件 （2）夾緊元件 （3）導向元件（鉆套、對刀塊） （4）夾具體 此外有連接元件、分度機構(gòu)、 操作元件等。,2.機床夾具的分類,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
8、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,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面的變化而自動適應，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,定位元件的設計要求： 要有與工件相適應的精度； 足夠的剛度，受力后不允許變
9、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)尺寸已標準化，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
10、,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，一個工件所設置的定位支承點數(shù)目，原則上不應超過六個。,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轉(zhuǎn)化為幾個定位支承點，需結(jié)合其結(jié)構(gòu)進行分析。
11、,第4節(jié) 定位誤差分析,定位誤差產(chǎn)生的原因 基準不重合誤差和基準位移誤差,定位誤差概念 指一批工件在夾具中定位時，工件的設計基準（或工序 基準）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位移誤差：,孔 Dmax=D+TD Dmin=D 軸 dmax=d dmin=d- Td,心軸
12、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： 由于工件設計基準不同，可能出現(xiàn)以下三種情況，即設計基準分別為B、C 、O 。,1）尺寸H1的定位誤差 設計基準為B，定位基準為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 設計基準為C，定位基準為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 設計基準為O，定位基準為E、F，其最大的位置變動量
13、為,即定位誤差：,,提高工件定位精度的措施,消除或減少基準不重合誤差 要正確選擇定位基準，盡可能與工序基準重合。 消除或減少基準位移誤差 （1）選擇精度高、位置誤差小的表面為定位基準，尤其是組合定位中的第一基準，位置誤差要??； （2）選用基準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 夾具有關的誤差，以加工表示除夾具外與工藝系統(tǒng)其它 因素（如機床誤差、刀具誤差、受力受熱變形等）有關 的加工誤差，為保證工件的加工精度要求，必須滿足
14、誤 差計算不等式 ： 工件夾具加工 制訂夾具公差時，應保證夾具的定位、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； 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
15、垂直于主要定位面 保證定位準確、可靠；,2）夾緊力的作用方向應使所需夾緊力最小 盡量與切削力、重力方向一致,3）夾緊力的作用方向應使工件變形盡可能小,()夾緊力作用點的確定,1）夾緊力應作用在剛度較好部位,2）夾緊力作用點應正對支承元件或位于支承元件 形成的支承面內(nèi),3）夾緊力作用點應盡可能靠近加工表面,3.常用夾緊機構(gòu),（1）斜楔夾緊機構(gòu),（2）螺旋夾緊機構(gòu),螺旋夾緊特點： 1）結(jié)構(gòu)簡單，自鎖性好，夾緊可靠； 2）擴力比約為80,遠比斜楔夾緊力大； 3）夾緊行程不受限制； 4）夾緊動作慢，輔助時間長，效率低,（3）其它夾緊機構(gòu),1）螺旋壓板夾緊機構(gòu),2）螺旋定心夾緊機構(gòu),3）聯(lián)動夾緊機構(gòu),
16、4）多件夾緊機構(gòu),（4）偏心夾緊機構(gòu),常見的偏心輪壓板夾緊機構(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。,鉆套導向部分高度尺寸H越大刀具的導向性越好,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）
17、固定式,于排屑，鉆套下端與被加工工件間應留有適當距離h。,2）可換式,3）快換式,用于工件的一次裝夾中，順序進行鉆孔、擴孔、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刀具。,4）特殊鉆套（自行設計）,(3) 鉆模板及鉆模,1) 固定式鉆模板及固定式鉆模,2) 鉸鏈式鉆模板及蓋板式鉆模,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度和剛性。 便于調(diào)整刀具，要設置對刀裝置。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。 采用導向
18、鍵與機床工作臺T形槽相配合來實現(xiàn)夾具在機床上的定位，要使夾具上定位元件工作面與銑削運動方向有一準確位置。,3 鏜床夾具,（1）鏜套的種類 1）單支承前引導 2）單支承后引導 3）前后雙支承引導 4）雙支承后引導,要求鏜桿與機床主軸采用浮動聯(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 鏜桿相對于導向滑套回轉(zhuǎn)，并連同導向滑套一起相對于鏜套移動。鏜套精度較好，
19、但尺寸較大，因此多用于后導向。 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）應有平衡措施，消除回轉(zhuǎn)不平衡引起的振動現(xiàn)象，一般設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)部分外面應加防護罩。 （4）夾具與機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,機床夾具設計實例1,第7節(jié) 機床夾具設計的基本步驟,夾具體設計的基本要求,1)有一定的精度和良好的結(jié)構(gòu)工藝性；,2)足夠的強度和剛度
20、；,3)在機床工作臺上安裝的夾具，應使其重心盡量低，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，殘余應力要小。,5)要有適當?shù)娜菪伎臻g和良好的排屑性能。,夾具總裝配圖上應標注的五類尺寸,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。,確定夾具四類技術條件 在裝配圖上需要標出與工序尺寸精度直接有關的下列各有關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)導引元件和 （或）夾具體底面的相互位置要求 。,4)導引元件與定位元件間的相互位置要求 。,本章結(jié)束 謝謝！,
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