工件的安裝和夾具設計.ppt

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1、第六章 機床夾具設計 6. 1 機床夾具概述 一、機床夾具及其組成 1、機床夾具 機床夾具是在機床 上用以 裝夾工件的一種裝 置 ,其作用是 使工件相對 于機床或刀具有個正確的 位置 ,并在加工過程中 保 持這個位置不變。 2、機床夾具的組成 (1).定位元件: 確定工件在夾具中位置的元件。 (2).導向元件: 用以引導刀具或調整刀具相對于夾具的位置。 如:鉆套、對刀塊。 (3).夾緊元件: 確定夾具與機床或夾具與刀具的元件。 (4) .連接元件: 用以確定夾具在機床上的位置并與機床相連接。 (5).夾具件:

2、 基礎件,用于安裝其它元件,形成整體 (6).其它輔件: 夾緊用的扳手,操作手柄,分度機構等。 如下圖所示: 二、機床夾具的分類 1、分類方法 : 1)按夾具的應用范圍: 通用夾具、專用夾具、可調夾具、組合 夾具、隨行夾具; 2)按加工類型: 車床夾具、鉆床夾具、鏜床夾具、磨床夾具、 數(shù)控機床夾具等; 3)按夾緊力來源: 手動夾具、氣動夾具、液壓夾具、電磁夾具、 真空夾具。 機床夾具通常按夾具的應用范圍進行。 (1)通用夾具 : 指已 標準化,通用化好 ,可用于加工同一

3、類型,不 同尺寸工件加工的夾具。 如:三爪長盤、四爪長盤、平口鉗、回轉工 作臺、萬能分度頭、磁鐵吸盤。 適用場合:廣泛用于單件,小批量生產中。 (2)專用夾具 : 指的是 專為某一工件的某道工序而設計制造夾具 , 這種夾具“剛性”大,即當產品變換或工序內容變更后,往住 無法使用。因此適用于產品固定、工藝相對穩(wěn)定、批量 大的加 工過程。 (3)可調夾具: 是 指經(jīng)調 整或更換個別元件,即 可加工多種工件的夾具。 這種夾具主要用了加工 形狀相似,尺寸相近的 工件的加工。 (4)組合夾具(拼裝夾具): 這種夾具是在夾具零部件完全標準 化的基 礎上,根據(jù)積木化原理,針對不同的工件 對象

4、和加 工要求,拼裝組合則成夾具。構 成夾具的各零部件,在工件 加工完后,可拆散成各種元件,組合成適用其它產品加工要 求的夾具。 (圖示見下頁) 當今生產發(fā)展趨勢:多品種、小批量。由此導致對生產 裝備的要求是高效、快捷的柔性系統(tǒng)。 (5)隨行夾具: 切削加工中隨帶安裝 好的工件在各工位間被自動運送轉 移的機床夾具。隨行夾具主要是在 自動生產線 加工中心中、柔性生 產線。 三、機床夾具的作用 (1)保證加工精度,降低工人等級 加工精度包括:尺寸精度、幾何形狀精度、表面相互位置 精度。使用夾具最有利于保證表面相互位置精度。 如:在搖臂鉆加工孔系 夾具:可達 0.10 0.20mm

5、 劃線找正: 0.4 1.0mm (2) 提高勞動生產率,降低加工成本 無找正,對刀等時間,工件裝卸迅速,從而大大減少了工件 安裝的輔助時間,同時易于實現(xiàn)多件加工,多工位加工,特別 適用于加工時間短,輔助時間長的中、小工件的加工。 (3) 擴大機床工藝范圍 擴大機床的功能,實現(xiàn)一機多用。如在車床上利用鏜夾具, 進行鏜孔。利用銑夾具,進行銑槽。 (4) 減輕工人勞動強度,保證安全生產。 定位方式 用六點定位原理進行定位分析時,以定位點來消除自由 度,在實際應用中,不可能是點,而應該是各種定位元件 , 工件的定位表面有各種形式:如平面,內孔,外圓,成型面, 組合表面等,

6、對這些表面應采用不同的方法來實現(xiàn)。 定位設計時應做的工作及步驟: A)根據(jù)加工零件的工序要求合理布置支承點 B)正確考慮定位方法 C)選用恰當?shù)亩ㄎ辉? 6. 2 工件在夾具上的定位 一、常用定位方式與定位元件 工件常用定位表面 以平面定位 以內孔定位 以外圓表面定位 以平面定位 基本支承 輔助支承 固定支承 可調支承 自位支承 支承釘、支承板 基本支承: 限制自由度,真正起定位作用 輔助支承: 不限制自由度,起預定位、增加工件和夾具剛性等作用 (一)工件以平面定位 1基本支承 (1)固定支承: 安裝到夾具上后,不可拆卸或調

7、節(jié)。分為支承板 和支承釘。 支承釘: 用于小平面未加工或已加工表面的定位。 a.分類: 平頭: 用于經(jīng)過精加工的表面,面接觸。 球頭: 點接觸,可保證接觸位置相對穩(wěn)定,但易磨損,夾緊時 使加工表面產生壓陷,產生較大安裝誤差,不易使幾個支承釘 保持在同一平面內,用于精加工中 網(wǎng)紋頂面: 與定位面摩擦力較大,可住阻礙工件移動,加強定 位穩(wěn)定性,精中易積屑,多用在粗糙表面的側面定位。 b.支承釘尾部與基體孔的配合: 過盈配合: H7/r6 或 H7/n6 加中間套 (可換 ):套與夾具體上孔為過盈配合,套與支承釘 尾部可選過渡配合 H7/js6 c.支承釘布置原則: 三點:組成

8、的平面面積盡可能大 二點:距離盡可能長 一點:應與切削力方向對應 支 承 釘 支承板 用于較大已加工平面 的定位,所以常出現(xiàn)在精 基準定位中,一個支承板 的作用,相當于兩個支承 釘,消除兩個自由度。 支承板 B 型 A 型 a.結構形式及應用場合: A型 制造簡單,常用于 底面定位 B型 切有斜槽,易于 清屑,常用于側面定位 b.應用場合: 用于難以用支承釘布置成合適的、穩(wěn)定的定位中。 工件剛度不足,定位面又小 ,并且切削力不能恰好作用在支承 上。圖 (a) 薄板上鉆孔,支隨釘使工件變形。圖 (b) (a) (b) 不宜用三個釘支

9、承定位的情況 承受較大力 的場合,保護 精加工表面。 方便安裝: 如側面支承板 取代兩支承釘, 可避免長死。 c. 材料: D12的支承釘和小型支承板,用較好的 T7A鋼,淬硬 HRC60-64 對 D 12的支承釘和大型支承板,一般用 20#鋼滲碳淬火, 滲碳深度為 0.8 1.2mm,硬度至 HRC60 64 d.注意 為保持幾塊支承板在同一平面上,在裝配后應將頂部進行統(tǒng) 磨。 有精度要求或使支承板裝配牢固,需加定位銷。 (2)可調支承 可調支承 :適用于毛坯分批制造,其形狀和尺寸變化較 大的粗基準定位并適用于同一夾具加工形狀相同而尺寸 不同的工件及專用可

10、調夾具或組合夾具中。 方法: 一批工件調 整一次,調 整后應鎖緊。 (3)自位支承 (浮力支承) 1 2 3 (a) (b) (c) 自 位 支 承 特點: 有定位元件有多個工作點與工件接觸,定位 元件在定位過程中 所處的位置,隨工件定位基準 面位置的變化而自動與之適應, 其作用相當于一 個固定支承,因此,只限制一個自由度。 由于增 加了與工件定位基準面接觸的點數(shù),故可提高工 件的安裝剛 性,適用于以粗基準定位,剛性不足 或不連續(xù)表面的定位。 注意:設計自位支承時,應考慮可動部分有 足夠的擺動余動。 2、輔助支承 a. 特點: 根據(jù)六點定位原理,工件定位原理,工件定位夾緊 后

11、,若工件剛性很差,在切削力和夾緊力的影響下,會發(fā) 生變形和振動。為此,需增加輔助支承,減小變形,以提 高剛性和穩(wěn)定性。 輔助支承的作用 0+ TA A3 1 2 b.作用: 由于輔助支承是 在工件定位后才參與支承,因此不起 任何消除自由度作用,只起減小工件變形和振動的作用。 各 種輔助支承在每次卸下工件后,必須松開,裝上工件后再進 行調整和鎖緊,另外,輔助支承不應破壞原有定位。 c.應用場合: 起預定位作用 提高夾具工件的穩(wěn)定性 提高工件的剛性 d.結構形式: 螺旋式: 結構簡單,易頂起工件,用限力板手,逐個調整、 效率低、常用于單件小批生產中

12、 自位式: 效率高,彈簧力不可太大, tg f,保證自鎖 推引式: 適用于工 件較重, 切削負荷 大的場合 (二)工件以外圓定位 工件以內孔定位時,常用的有 V形塊、定位套筒及剖分套筒、 自動定心機構 (三爪長盤、彈簧夾頭、錐孔、自動定心夾 頭) 1. V形塊 V形塊的定位情況: a. V形塊結構: (已標 準化) 常取 90 或 120 工藝槽:降低應力 集中,便于 v形工作面 加工。 支承面和底面精度 要求較高 安裝時,需采用定 位銷孔 (有定位銷孔和 安裝孔 ) b.特點: 對中性好(水平方向) 所定位的水平軸中心位置(垂直方向),隨 V形塊夾角 及

13、工 件直徑的誤差而發(fā)生變化 V形塊裝在夾具體時,除用螺釘緊固外,還要加裝定位銷 c. 材料: 20鋼 , 熱處理:滲碳深度 0.8-1.2mm, 淬硬 HRC60-64, 大型 V形塊,可用鑄鐵在 夾具體支承面鑲以淬硬耐 磨的鋼板 d.主要結構參數(shù): V形塊已標準化,繪制 V形塊工作圖時,可不繪制圖形, 但應注明尺寸 C、 H、 h h H+D/2 H C a D 尺寸 h: h0.5D用 于大直徑定位 h1.2D 用于小直 徑定位 H:用于檢驗形 塊精度 2.定位套筒及剖分套筒 定位套筒 特點: 元件結構簡單,定心精度 不變; 當工件外圓與定位圓孔配 合

14、較松時,易使工件傾斜, 可考慮利用套筒內孔及端 面一起定位; 當端面大時,定位孔應短 些,以避免產生過定位。 定位套與夾具體配合: 小: H7/r6或 H7/s6 較緊 大: N7/R6或 H7/js6 較松, 裝入后再用螺釘擰緊 剖分套筒 主要用于大型軸類零件的精密 軸經(jīng)定位,以便于安裝。 結構 :下半孔起定位作用 上半孔起夾緊作用 剖分套筒 3.外圓定心夾緊機構 (三)工件以內孔定位 工件以內孔定位時,常用的有:定位銷、定位心軸、自動定 心機構(如三爪卡盤、彈簧心軸等 。 1.定位銷 : 通常結合端面定位 結構形式: a. d 10 d太小,不宜開

15、退刀槽, 軸肩下埋; b. d 10 帶有臺肩,端面定位可避 免夾具體磨損; c. d 16 凸肩與退刀槽合二為一; d. 可換式 :用于大量生產中,易于 更換,更換時為避免 破壞夾具體 加上襯套,定位銷與襯套配合 H7/js6、 H7/n7 ( a ) ( b ) ( c ) ( d ) 定 位 銷 另外還有一種定位銷:圓錐銷 特點:定心好,軸向定位精度不高,常用于浮動定位中 圓錐銷 削邊銷 2.剛性心軸 根據(jù)工件的形狀和用途的不同,定位心軸的結論形式 很多,常用的有下列幾種形式: a.帶小錐度的心軸( 1/5000 1/1000): 限 5個自由度,定心 精度高,可達

16、0.005 0.01mm,但軸向位移大,傳遞扭矩 小,使用于精加工中。 b.圓柱形心軸: 工件與心 軸定位部分為過盈配合采 用 r6、 s6配合,軸向位置 較固定(通過限位套)前 編加有導向部分,與工件 為間隙配合的保證工件用 手能自由套入 c.心軸: 工件與心軸為間隙配合,心軸采用 h6、 g6、 f7制造, 同心度不高,裝卸方便,端部夾緊。 d.花鍵心軸 3.內圓定心夾緊機構 用于內孔的定心夾緊機構,其作用原理與外圓定位 時是一樣的。區(qū)別僅在于孔定位時,支承等速遠離中心 移動,與工件孔表面接觸。 孔用漲緊套 (四)工件以組合表面定位 以上所述的定位方法,全指

17、工件以單一表面定位。實 際上,零件往往是以幾個表面同時定位的,例如 :用兩個 平行孔、兩個平行階梯表面、階梯軸的兩個外圓 等等,這 都稱為“工件以組合表面定位”。 工件以組合表面定位時,幾個定位表面間的相互位置, 總是具有一定的誤差,若將所有的支承元件都做成固定的, 工件將不能正確定位甚至無法定位。 因而,在組合表面定 位時,必須將其中的一個(或幾個)支承做成浮動的,或 雖是固定的,但能補償其定位面間的誤差。 1.以軸心線平行的兩孔定位(一面兩孔) 工件 以兩孔定 位的方式, 在生產中 普遍用于 箱體類大、 中型零件 的加工中, 如機床主 軸箱、發(fā) 動機機體。 以一面兩孔

18、定位 用箱體的兩孔及平面定位的分析 若以兩個圓柱銷作定位件時,常會產生過定位現(xiàn)象, 造成后果:工件可能無法安裝。 D 1 0 + DS 1 2D 0 + S 2 D d 1 - d S 1 - d X 1 2d - d - d X S 2 2 2 1 2 2 工件以兩孔定位 (a) (b) L L g L L x LL- x L+ gL L xgL 解決辦法: (1)右孔與右銷間給予較大的配合間隙,足以補償工件兩孔和 兩銷中心距的誤差,但這樣定位誤差較大有時也會造成工件位 置的偏斜。 (2)將右邊定位銷在兩銷連心線的垂直方面削去兩邊,做成削 邊銷,這樣在此

19、連心線方向上獲得間隙補償;能使工件兩孔與 兩銷順利安裝且使定位較準確。 比較: 方法 1簡單,但增大轉角誤差。 方法 2更為科學。 削邊銷的寬度計算,應考慮在圖紙規(guī)定公差范圍內的任一 工件,都能保證裝到夾具的兩定位銷上,這要分析可能出定位 削邊銷的寬度計算 干涉的極限 情況。 圖中 為工件裝在 夾具上的一 種極限位置, 這時為: ( O1為孔 1及 銷 1的中心; O2為銷 2的中 心, O2 為銷 2的中心) 2 1 2 2 LL- x L+ gL L xgL d 2 max D 2 min D 1 min d 1 max O 2O 2 BA E C 干涉

20、最容易發(fā)生在: 工件兩孔的直徑最小: D1min, D2min 夾具兩銷的直徑最大: d1max, d2max 且銷距與孔距偏差向相反方向。 如: 工件兩孔的孔距最大: L+ Lg, 而夾具兩銷的銷距最?。?L Lx 工件兩孔順利裝到銷上的條件: 工件兩孔與順利裝到夾具兩銷上的最小間隙為: 1 = D1min d1max 2 = D2min d2max 若假定工件安裝時,左邊的孔、銷兩中心 O1重合;右邊 孔中心 的偏移量這時為: xg LLOO 22 由于這一偏移,使銷 2與孔 2產生了新月形的干涉區(qū)(圖中

21、的陰影部分)。如果將銷 2的削邊后寬度 b ,便不再發(fā)生干 涉。而 b的大小,即可按幾何關系進行計算: BC xg LLOO dD BO b EO d BO BEOOEOBOEOBO BEOBEO 2 2 2ma x2mi n2 2 2 ma x2 2 2 2 2 22 2 2 2 2 2 2 22 ; 22 ; 2 ; 2 : )( 式中 等高,和 ( 1) 代入( 1)式,得: )(2 ) 2 ( 2max22 xg LL d b 約去高階微量,得削邊銷寬度為: )(2 m i n22 xg LL Db 生產中,削邊銷寬度 b常按工件孔

22、的基本尺寸 D2選定。 此時,由上式可得最小間隙 2: m i n2 2 )(2 D LLb xg ? D2 b B 2 D 36 68 820 2025 2532 3240 4050 b 2 3 4 5 5 6 8 B D 0.5 2 D 1 2 D 2 2 D 3 2 D 4 2 D 5 2 2 削 邊 銷 的 尺 寸 再根據(jù) , d2max D2min 2可算出削邊銷的尺寸及偏差。 例:已知某工件用兩個 孔定位,孔間距要求 110 0.03。試設 計一個圓柱銷、一個削邊銷的各有關定位尺寸。 解: ( 1) 確定兩定位銷的中心距尺寸及偏差 銷距的基本尺寸 ( Lx)

23、與孔距的基本尺寸 ( Lg) 相同 , 其偏差 為: Lx Lg。 取: L Lx 110 ( 0.03) Lg 110 0.01 注意: 若工件孔間距上 、 下偏差在零件圖上非對稱分布時 , 應 將其轉化為對稱形式 。 )3151( 3 1 ( 2) 確定圓柱銷直徑尺寸 ( d1) 及偏差 通常以該工件孔的最小尺寸 ( D1min) 作為圓柱銷的基本尺寸 ( d1) , 其配合的偏差一般以 g6( 或 f7) 選取 。 故選: d1 8.035 g6 ( 3) 選定削邊銷基本尺寸 ( d2) 及偏差 首先

24、 , 查表得削邊銷寬度 ( b) 及其它結構尺寸 當 D2 8時 , 得 b 3, B D2 1 8 1 7。 d2max D2min 2 D2min 8.035 8.005 一般以 d2max作為削邊銷的基本尺寸 , 與該孔的配合可選取為 h6。 所以?。?d2 8.005 h6= 005.0 014.0035.8 030.0 021.08 m i n2 )(2 D LLb xg 0 3 5.8 )01.003.0(32 0 009.0005.8 005.0 004.08 若工件在垂直平面 定位后,再將工

25、件左 端外圓、用圓孔或 V 形定位時,則工件右 端外所用的 V形塊, 一定要做成浮動結構, 這時只起限制一個自 由度的作用,否則就 會過定位。 2.以軸心線平行的兩個圓表面定位 兩個零件( a)、 (b),均需以大孔及底面定位,加工兩個小 孔。可以有兩種定位方案,視其加工尺寸要求而定。根據(jù)其準重 合原則,如圖( a)零件應選用圖 (c)方案:即平面用支承板定位, 3.以一個孔和一個平行于孔中心線的平面定位 A2 A2 H dh A1 A2 H dh A2 A1 孔用削邊銷定位,且削 邊方向應平行于定位平 面,以補償孔中心線與 底面間距離的尺寸誤差 公差。再如圖( b)零件

26、 則宜采用圖( d)的方案, 即孔用圓銷定位,而平 面下方則加入梯形塊可 使定位平面升降,以補 償工件孔與平面間的尺 寸誤差。 6. 3 定位誤差 1、定位誤差 把工件上被加工表面的設計基準相對于定位元件工作表 面在加工尺寸方向上的最大變動量,稱為 “定位誤差” 。 一、定位誤差的產生 分析: 右圖齒輪輪齒加工 中定位對下兩項技 術坐標的影響 節(jié)圓中心與內孔中心 的同軸度 輪齒周節(jié)誤差 2、定位誤差產生原因 a.一批工件彼此在尺寸、形狀及相互位置上均存在差異,而夾 具定位元件也有制造誤差。 b.工件的定位基準與設計基準不重合,或工件的定位基準與定 位元件的工作

27、表面之間存在間隙。 c.工件用夾具定位加工時,只按定程法(即調整法)加工一批 工件,如果按逐件試切法加工,則根本不存在定位誤差。 (僅有加工誤差等) 誤差來源 a.基準不重合誤差 b.定位元件制造誤差 c.基準位移誤差 圖中零件,底面 3與側面 4已加工好,需加工平 面 1、 2,均用底面及側面定位。 1、基準不重合誤差 H + - H A + - A C H H + - A A + - C - H H H H + 1 2 3 4 (a) 工作 ( b) 工序一 (c) 工序 二 (d) 工序 二 改進 基準不重合產生的定位誤差 工序二: 加工平面

28、 1時,圖紙要求的設計尺寸為 A A,而 加工時刀具調整尺寸 CA A 。因此,即使不考慮本工序 的加工誤差,這種定位方法也將可能使加工尺寸 A發(fā)生變化 (在工序一留下的誤差 范圍 H內波動),因而也就產生 了定位誤差( A )。 工序一: 加工平面 2時,定位基準與設計基準重合,其圖紙的 設計尺寸 與加工時刀具調整控制尺寸 (對一批工件說,可看 作為常量不變)兩者一致,則定位誤差 A=0 。 定位誤差大小計算 ( 1) 畫出被加工零件定位時的兩個極限尺寸的位置 ( 2) 從圖形中的幾何關系,找出零件圖上被加工尺寸方向上 之設計基準的最大變動量(最大值與最小值之差)。因此, 工序二尺

29、寸 A的定位誤差 A為: A=(H+H) (H-H) = 2H 上述的誤差完全是由于定位基準和設計基準不重合引起的,可 稱這類定位誤差為 “基準不符誤差” 。 為提高定位精度,設計夾具時盡量使定位基準與加工表面 之設計基準重合。但定位精度雖然提高了,有時使得夾具結構 復雜,工件安裝不便 , 穩(wěn)定性和可靠性變差。生產中只要在滿足 工藝的要求前提下,如果能降低工序成本,基準不重合的定位 方案,也允許選用。 2、定位元件制造誤差 由于夾具定位 元件和工件定位基 準本身有制造誤差, 也可能使工件被加 工表面的設計基準, 在加工尺寸方向上 產生變動而形成定

30、位誤差。 C H H +_ C H 0 s H + D D s + 0 s d - - d x d A o o 1 (a) (b) 基準 位移產生的誤差 1o o 心線與軸心線重合,則 設計基準與套到心軸上, 還應留有最小間隙,故 孔和軸中心線必然不重 合圖( b)也會使工件的 定件基準位置產生變動 而下移。所以通常稱這 另一類定位誤差為 “基 準位移誤差 ”。其大小 分析如下: 1o o A A o 圖( a)如果心軸水平放置,工件以內孔中心 O為定位基準,套 在心軸中心 O1上,要求加工上平面 H H。在理想狀態(tài)時,孔 當心軸如圖( b)水平放置時:工件內孔始終與心軸上母

31、 線 A單邊接觸。 當內孔和心軸尺寸為 Dmax 及 dmin時,設計基 準 O在最下面(設計基準變動最大值): OO1max OA O1A Dmax/2 dmin/2 =( D sD) /2( d xd) /2 =sD/2 sd/2 同理, 當內孔和心軸尺寸為 Dmin及 dmax時,設計基準 O在最上 面(設計基準變動最小值): OO1min Dmin/2 dmax/2=D/2 (d sd)/2=sd/2 所以, H的定位誤差,即為設計基準 0在 H尺寸方向上的最大變 動量,應為: H=OO1max OO1min( sD/2+xd/2) (xd/2) =sD/2+(xd/2 sd/

32、2) TD/2 Td/2 假定:孔徑為 , 銷徑為 sDD 0 sdxdd 結論: 這時的基準位移造成的定位誤差為內孔公差和心軸公 差之和的一半,且與間隙 無關。 如果心軸垂直放置, 就可能心軸與工件內孔任 意邊接觸,則應考慮加工 尺寸方向的二個極限位置 及孔軸間隙 ,故定位誤差 為: H TD Td 。 由此可見,工件定位基準和夾具定位元件本身的制造誤 差,也是直接影響定位精度的。在設計夾具時, 除應盡量滿 足基準重合原則外, 還應根據(jù)加工零件的精度要求,合理規(guī) 定定位元件的制造精度和限制加工零件上與定位基準有關的 公差值

33、。 二、定位誤差的計算 工件定位誤差的實質 是工件上被加工表面的設計基準相對 于定位元件工作表面在加工尺寸方向上的最大變動量,因此, 計算定位誤差時, 首先要找出工序尺寸的工序基準; 然后求其在工序尺寸方向上的最大變動量。 1、定位誤差計算的方法 定位誤差計算的方法 幾何法 微分法 2、用幾何方法計算定位誤差 例:工件在使用心軸、銷、定位時,常會考慮留有間隙而需 要進行定位誤差計算。 (以兩孔定位為例) (a) o 1 o 2 1 2 2 2 L e 1 e 2 e 3 (b) d 1 m a x D 1 m i n TD 1 Td 1 左端: 孔徑

34、 , 公差為 TD1;銷 徑 , 公差為 Td1;最小 間隙為 1。 101 DsD 1 11 dds xd 右端: 孔徑公差為 TD2; 銷徑公差為 Td2; 最小間隙為 2。 先單獨分析左端圓銷 1的定位情況。 銷與孔之間的最大 間隙為: 1 1 TD1 Td1 。 1將使一批工件安裝時孔的中心偏離銷的中心。其中偏心位 移誤差范圍,是以 1為直徑的圓,圓心即為銷的中心 O1(如 圖 b中所示)。 分析: 再分析削邊銷 2定位情況: 由于削邊銷不限制 X 的移動自由度,而限制 Z的轉動自由 度,所以孔 2與削邊銷 2的

35、中心偏移范圍為: 在 X方向: x 1 1 TD1 Td1 在 Y方向: y 2 2 TD2 Td2 。 這時的誤差范圍 近似為一個橢圓 (見圖 b)。 孔 1、 2的中心偏移誤差組合起來,將引起工件的兩種定位誤差: 綜合誤差 (1) 縱向定位誤差: 即在兩孔聯(lián)心線方向的最大可能移動量 ( x )。 x 1 1 TD1 Td1 (相當于第一孔定位誤差) (2) 角度定 位誤差: 即 工件繞 O1和 O2的最大偏 轉角 。 2e y1 2e y2 (c) 一面兩孔定位時的定位誤差計算 o 1 o 2 L TDTDTdTd L

36、tg yy 2 )()()( 2 212121 21 角度定位誤差: 由上式看出,欲減小,可以從兩方面著手: ( i)提高孔與銷的加工精度, 減小配合間隙 ; ( ii) 增大孔間距 。故在選擇定位基準時,應盡可能選距離較 遠的兩孔;若工件上無合適的兩孔而需另設工藝孔時,兩工藝 孔也應布置在具有最大距離的適當部位。 若采用以上兩種措施還不能滿足要求,應 采用單邊靠 。此時, 角度誤差為: 分析: Ltg yy 2 || 21 2、用微分方法計算定位誤差 例、工件用 V形塊定位加工鍵槽時的定位誤差計算。 用 V形塊定位加工鍵槽時的定位誤差計算 D (c)(b

37、)(a) C A A O O O FE A a H H H 1 2 3 加工鍵槽時,一般有兩項工序要求: 1)尺寸 H; 2)鍵槽對工件外圓中心的對稱度。 標注鍵槽設計尺寸 H時,有三種不同的標注方法: (a)要求保證上母線到加工面尺寸 H1; (b)要求保證下母線到加工面尺寸 H2; (c)要求保證上母線到加工面尺寸 H3。 若忽略工件的圓度誤差和 V形塊角度誤差,可認為工件外圓 中心在水平方向上的位置變動量為零 2s i n22s i n a d a OEOA ) 2 (s i n4 2 co s )( 2 s i n2 1 )( 2 a a d dd a OAd 已知

38、:工件外圓直徑為 d,公差為 Td, V形塊兩斜面夾角為 a,求 各種標準方式下的定位誤差? 解: 首先:寫出 O點(工件基準點)至加工尺寸方向上某固定點 (通常取點 A)的距離 A (a) E O H 1 再對上式求全微分 2 s in2 1 a T d H Ta a a d Td a dh ) 2 (s i n4 2 co s 2 s i n2 1 2 用微小增量代替微分,并將尺寸誤差視為微小增量, 且考慮到尺寸誤差可正可負,各項誤差應取絕對值,故定 位誤差為: 若使用同一夾具進行加工,則 Ta 0 所以 1 2s i n 1 2 a dOCOACA 1 2 s

39、i n 1 22 aT dH 1 2s i n 1 2 adODOADA 1 2 s i n 1 23 aT dH 同理: A (c) H2 C a E D O F (b) A O H3 請用幾何解法求解上題 A O1 O2 r 2 1 r用幾何解法求上題: 2 s i n2 2 s i n2 2 s i n2 12 21211 a Td a d a d AOAOOO H 通過以上計算,可得出如下結論: ( 1) ,即定誤差隨毛坯誤差增大而增大。 ( 2) 與 V形塊夾角 有關。即定位誤差隨 增大而增減小, 但定 位穩(wěn)定性卻差了,故

40、一般選用 =90 。 ( 3) 與加工尺寸標注方法有關。 分析: Td H 注意: 定位誤差是對采用 調整法 加工的成批生產或小批生產中, 在數(shù)控機床上加工時也在定位誤差; 對采用 試切法 加工的小批生產中不存在定位誤差。 H 保證規(guī)定加工精度實現(xiàn)的條件 工件利用夾具加工時,影響加工精度的誤差因素除定位誤 差 外,尚有: 1.夾具的有關制造誤差( 制造) 這個誤差主要包括夾具制造時的 兩項誤差: 確定刀具位置 的元件和引導刀具的元件與定位元件間的位置誤差;定位元件 與夾具安裝到機床上的安裝基面間的位置誤差。 2.夾具安裝誤差( 安裝 ) 即是夾

41、具在機床上的定位誤差。 3.加工誤差( 加工) 指上件在切削過程中所產生的誤差。如機床的工作精度, 刀具的磨損和跳動,刀具相對工件加工位置的調整誤差,以及 工藝系統(tǒng)在加工過程中的彈性變形等。 為了保證工件的加工精度,必須使上述所有誤差因素對工件 加工的綜合影響,控制在工件所允許的公差( T公差)范圍之內, 即: 制造 安裝 加工 T工件 上式即為保證規(guī)定加工精度實現(xiàn)的條件,也稱為用夾具安裝 加工時的誤差計算不等式。 為使 T工件 做到合理地分配給以上機械加工中產生誤差的各個 環(huán)節(jié),通常在夾具設計時,夾具上定位元件之間,定位元件與引 導元件之間,以及其

42、他相關尺寸和相互位置的公差,一般取工件 上相應公差的 1/5 1/2,最常用的是 1/3 1/2,因粗加工的 T工件 大, 此時,夾具上相應公差取小的比例。 6. 3 工 件 的 夾 緊 一、工件夾緊的基本要求 夾得穩(wěn) : 不破壞穩(wěn)定的正確定位,以作平衡,剛度足夠; 夾得牢: 夾緊力要合適,過大工件變形或損傷,影響加工 精度,過小工件加工中易移動或產生振動,同時,夾緊裝置 應保證自鎖,即原始夾緊力去除后,工件能保持夾緊狀態(tài); 夾得快: 機構簡單、緊湊、操作安全、省力、迅速方便。 確定夾緊方案一般應與定位問題同時考慮,為達到以上 三個要求,正確設計夾緊機構,首先必須合

43、理確定夾緊力的 三要素: 大小、方向和作用點。 二、夾緊力方向的確定 1.夾緊力方向的確定 不破壞定位的準確性,朝向是定位基準; 夾緊力方向應使工件變形盡可能??; 夾緊力方面應使所需夾緊力盡可能小。 Q a 不合理合理 QB Q A Q Q Q Q 合理 不合理 W Q P W P Q W P Q P:切削力、 W:重力, Q:夾緊力 P、 W相同時,哪一情況 Q可最??? 由此可見,夾緊力大小與夾緊力方向直接有關,在考慮 夾緊方向時, 只要滿足夾緊條件,夾緊力越小越好。 Q Q 2.夾緊力作用點的選擇 夾緊力應落在支承元件上或幾個支承元件所形成的平面內

44、夾緊力應落在工件剛性較好的部件上 夾緊力應盡量靠近加工面 Q 合理不合理 Q Q 合理不合理 Q 2 2 Q 夾緊力應落在工件剛性較好的部件上 夾緊力應盡量靠近加工面 Q 1 Q 1 2 Q 夾緊力要合適,過大工件變形或損傷,影響加工精度, 過小工件加工中易移動或產生振動。 3.夾緊力大小的估算 估算夾緊力的方法: 首先:將工件視為分離體,分析作用在工件上的各種力; 再根據(jù)力系平衡條件,確定保持工件平衡所需的最小夾緊力; 最后將乘以一合適的安全系數(shù),以此作為所需的夾緊力。 典型夾緊機構 常見的有斜楔、偏心、螺旋和鉸鏈等夾緊機構,斜楔、偏 心、螺旋是利用機械

45、摩擦的斜楔自鎖原理。 1.斜楔夾緊 Q R P 斜楔夾緊的特點: (1)斜楔機構簡單,有增力作用。一般擴力比(約為 3) , 愈 小增力作用愈大。 (2)斜楔夾緊行程小,且受斜楔升角 影響。增大 可加 大行程,但自鎖性能變差。 為解決增力、行程之間矛盾,斜楔還可采用雙升角形 式,大升角用 于夾緊前的快速行程,小升角則滿足增力和 自鎖條件 。 )( 21 atgtg PQ 1 2 與上表面的摩擦角 與下表面的摩擦角 夾緊行程 工件所要求的夾 緊行程 h 與斜楔相應 移動的距離 s 之比稱 為行程比 ,is 不考慮摩擦影響時: F Q 1i

46、= =P t a n 斜楔理想增力倍數(shù)等于夾緊行程的縮小倍數(shù)。因此, 選擇升角 時,必須同時考慮增力比和夾緊行程兩方面 的問題。 (3) 夾緊和松開要敲擊大、小端,操作不方便。 手動操作的簡 單斜楔夾 緊很少 應用,而在常見的 夾緊裝置中,改變 夾緊力方向和 作 為增力機構時則應 用較多。 ,如氣 液壓夾緊時,斜楔 上作用的動力源是 不間斷的,所以不 必自鎖, 可增大 到 15 30 。 材料: 斜楔一般用 20鋼滲碳,淬硬 HRC58 62。批量不大時也可用 45鋼, 淬硬 HRC42 46。 2. 螺旋夾緊 螺旋夾緊結構簡單,增力比大,自鎖性好,夾緊可靠, 所以

47、在夾具中得到最廣泛的應用。 螺桿 1在 2中轉動而起夾緊作用。 螺母 2采用可換式,其目的是為了 內螺紋磨損后可及時更換。 螺釘 3用以防止 2的松動。 壓塊 4是防止在夾緊時帶動工件轉 動;并避免 1的頭部直接與工件接 觸而造成壓痕,同時也可增大夾 緊力作用面積,使夾緊更為可靠。 簡單的螺旋夾緊機構 : )( 21 atgrtgr PLQ 平均 式中: P 原始作用力; L 手柄長度; r 螺桿下端(或壓塊)與工件接觸處的當量摩 擦半徑; r平均 螺旋作用中徑之半;(作用中徑為 d平均 ); 螺旋升角; 螺桿下端(或壓塊)與工件

48、接觸處的摩擦角; 螺旋配合面的摩擦角(常取 8 30)。 1 2 螺旋夾緊力的計算公式 實際生產中,采用螺旋 壓板的組合夾緊,在手動操作時 用得比單螺旋夾緊更為普遍。較典型有三種: 圖( a)的擴比力最低; 圖( c)的操作省力, 但結構受工件形狀限 制,圖( b)基本不變。 故設計這類夾具時, 要注意合理布置杠桿 比例,尋求最省力、 最方便的方案。 3.偏心夾緊 螺旋夾緊的主要缺點安裝、拆卸工件的輔助時間太長,而 偏心夾緊是一種快速的夾緊機構。 常用的有圓偏心和 曲線偏心兩種,可 做成平面凸輪的形 狀。因圓偏心機構 簡單,制造方便, 較曲線偏心應用廣 泛。 在

49、設計圓偏心時,應注意以下三個問題: a)自鎖條件; b)保證足夠的夾緊力; c)保證足夠的夾緊距離(指偏心輪工作部分與工作間接觸點 的最大垂直位移)。 偏心夾緊必須保證自鎖條件 偏心夾緊必須保證自鎖,否則就不能應用。 D/e值反映了偏心輪的偏心特性,它可用來表示偏心輪工 作的可靠性;此值大,自鎖性能好,但結構尺寸也大。 滿足偏心輪 D/e14 20的條件時,機構即能自鎖。 4.多件夾緊 加工時采取多件夾緊,可以大大提高生產率,尤其在小 件加工時應用更為廣泛。 按夾緊力的方向及作用情況,多件夾緊可分為兩種: (1)連續(xù)式夾緊 由一個力的來源,以同樣大小的夾緊力

50、, 依次連續(xù)朝同一方向由一個工件傳遞到其他工件。 使用連續(xù)式夾緊 ,沿夾緊方向,每個工件與定位 夾緊元件接觸處的誤差,必定要傳到另一工件上。如此累 積,使最后一個工件沿此方向的定位精度非常低。因此, 連續(xù)式多件夾緊只適用于被加工表面與夾緊方向平行(即 工件加工尺寸的方向與夾緊方向相垂直)的時候。因此時 的定位誤差,并不影響工件的加工精度。 (2)平行式夾緊 總的原始力按幾個平行的相同方向,分 布在不同的多個夾緊位置上。 工件安裝在 V 形塊上,旋緊 螺母 1,通過一 特殊壓板 2,使 四個工件同時 夾緊。 圖( c)是用液性塑料的平行式多件夾緊。 一、車床夾具 1

51、車床夾具的基本類型 安裝在車床主軸上的夾具 : 各種卡盤 、 頂尖 、 各種心軸或其它專用夾具 。 加工 時夾具隨機床主軸一起旋轉 , 切削刀具 作進給運動 。 三爪自定心卡盤和四爪單動卡盤 撥動頂尖 心軸式 6.4 常用機床夾具 圓盤式 角鐵式 花盤式 適用于形狀復雜的大型工件 需要平衡配重 通過過渡盤與主軸頭端連接 安裝在滑板或床身上的夾具 : 用于某 些形狀不規(guī)則和尺寸較大的工件,刀 具安裝在車床主軸上作旋轉運動,夾 具作進給運動 2 車床夾具的設計特點 工件均為回轉體 , 夾具隨機床主軸一起 旋轉 , 因此要求夾具結構緊湊 、 輪廓尺 寸盡可能小

52、、 重量盡可能靠近回轉軸線 , 以減少慣性力和回轉力矩 轉速高 , 必須考慮平衡 、 夾緊力大小 、 元件剛度和強度 、 操作安全等問題 , 注 意消除不平衡引起的振動現(xiàn)象 與機床的聯(lián)接視具體情況而定 , 通 常有較準確的圓柱孔或圓錐孔 夾具帶動工件旋轉 , 不允許工件相 對主軸位移 為使夾具使用安全,應盡可能避免 帶有尖角或凸出部分,必要時要加 防護罩 二、銑床類夾具 1銑床類夾具的特點 用途: 適用于銑床 、 平面磨床 。 特點: 工件安裝在夾具上隨同機床工作臺 一起作送進運動 銑削為斷續(xù)切削 , 沖擊 、 振動大 , 夾緊力要求較大 夾具要有足夠的剛度和強度 ,

53、本體 應牢固地固定在機床工作臺上 銑削加工效率高,工件安裝應迅速, 要有快速對刀元件 2、 銑床夾 具的構造 主要由夾 具體、定 位板、夾 緊機構、 對刀塊、 定向鍵等 組成 3 銑床夾具的設計 銑床夾具的安裝:主要依靠定向鍵和 百分表校正來提高安裝精度。定位鍵 的結構尺寸已標準化,應按銑床工作 臺的 T形槽尺寸選定,它和夾具底座 以及工作臺 T形槽的配合為 H7/h6、 H8/h8。兩定位鍵的距離應力求最大 銑床夾 具的對 刀裝置: 由對刀 塊、 (平、 圓)塞 尺等組 成 三、鉆床類夾具 1鉆床類夾具的種類及其構造 這類夾具主要是用來保證被加工孔的位 置精度 還可

54、用于某些鏜床 、 組合機床上 鉆床夾具的種類繁多,根據(jù)被加工孔的 分布情況和鉆模板的特點,一般分為固 定式、回轉式、移動式、翻轉式、復蓋 式和滑柱式等幾種類型 2 鉆床夾具的設計 鉆床夾具的設計主要考慮鉆套的設計 。 鉆套是用來引導鉆頭 、 擴孔鉆 、 鉸刀等 孔加工刀具 , 加強刀具剛度 , 并保證所 加工的孔和工件其它表面有準確的相對 位置 。 鉆套按結構和使用特點可分為以下四類 固定鉆套 可換鉆套 快換鉆套 特殊鉆套 四 、典型數(shù)控機床夾具 數(shù)控機床夾具 數(shù)控機床夾具有高效化 、 柔性化和 高精度等特點 , 設計時 , 除了應遵 循一般夾具設計的原

55、則外 , 還應注 意以下特點: 應有較高的精度 應有利于實現(xiàn)加工工序的集中 夾緊應牢固可靠 、 操作方便 設計數(shù)控機床夾具時,應按坐標圖上 規(guī)定的定位和夾緊表面以及機床坐標 的起始點,確定夾具坐標原點的位置 數(shù)控銑床夾具 對數(shù)控銑床夾具的基本要求 夾具應能保證在機床上實現(xiàn)定向安裝, 還要求能協(xié)調零件定位面與機床之間保 持一定的坐標尺寸聯(lián)系。 夾緊機構元件與加工面之間應保持一定 的安全距離,同時要求夾緊機構元件能 低則低,從防止夾具與銑床主軸套筒或 刀套、刀具在加工過程中發(fā)生碰撞。 夾具的剛性與穩(wěn)定性要好。 數(shù)控銑削加工常用的夾具 組合夾具 專用銑削夾具 多工位夾具 氣動或液壓夾具 真空夾具 數(shù)控鉆床夾具 數(shù)控鉆床夾具設計原理與通用鉆床相同,選 用時應注意以下幾個問題 : 優(yōu)先選用組合夾具 盡量減少夾壓變形,合理選擇定位點及 夾緊點 單件加工應盡量減少裝卸夾壓時間;中 小型零件可考慮在工作臺面上同時裝夾 幾個零件進行加工 避免干涉 可在夾具上設置對刀點 加工中心機床夾具 在加工中心上,夾具的任務不僅是夾緊 工件,而且還要以各個方向的定位面為 參考基準,確定工件編程的零點 根據(jù)加工中心機床特點和加工需要,目 前常用的夾具結構類型有專用夾具、組 合夾具、可調整夾具和成組夾具

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