机床夹具设计.ppt
2023/2/24,1,第八章 机床夹具设计,2,本章学习内容,第一节 机床夹具的基本概念第二节 工件的定位与定位误差第三节 工件在夹具中的夹紧第四节 机床夹具设计,3,机床夹具,机床夹具是机床的一种附加装置。机床夹具的功用是不需找正便能将工件安装到机床的正确位置上，使工件相对机床的切削运动和刀具占有正确位置，并迅速将工件固定在这个确定的位置上。刀具、夹具、量具和辅具统称为工艺装备。夹具在其中占有重要的地位，对工件的加工精度、生产率及成本影响很大。,4,第一节 机床夹具的基本概念,一、机床夹具的组成定位元件与工件定位基准接触，确定工件位置的元件。夹紧机构将工件牢固夹紧在定位元件上。夹具体夹具的基础件，所有的元件装在其上。其它元件对刀块、定位键、导向元件、分度机构锁紧装置、平衡块等。,5,二、机床夹具的作用,1、稳定的保证加工精度2、提高劳动生产率和降低成本3、扩大机床的工艺范围4、平衡生产线的生产节拍5、减轻劳动强度，保证操作安全。,8-1 机床夹具的基本概念,6,三、机床夹具的分类,根据夹具使用范围分为五种类型1.通用夹具 2.专用夹具 3.组合夹具 4.成组夹具和通用可调夹具 5.随行夹具,8-1 机床夹具的基本概念,7,1、通用夹具,通用夹具在使用中不需调整或仅需稍加调整或更换少量零件就可适用于不同工件的装夹。,8-1 机床夹具的基本概念,其他图片,8,2、专用夹具,专用夹具是专门为某个工件的某一工序而专门设计的。,8-1 机床夹具的基本概念,9,3、组合夹具,由具有不同的结构形状和规格尺寸的标准元件和部件，根据加工要求拼装成所需的夹具。,8-1 机床夹具的基本概念,10,4.成组夹具和通用可调夹具,用于相似零件成组加工的夹具。,8-1 机床夹具的基本概念,11,5、随行夹具,是一种在自动线或柔性制造系统中使用的夹具。工件安装在随行夹具上，由运输装置送往各机床，在各台机床上对工件进行加工。,8-1 机床夹具的基本概念,夹具按机床和夹具动力源分类,12,四、工件的六点定位原理,1、六点定位原理1一个物体在空间可以有六个独立运动，称为六个自由度。三个平移运动：三个转动：,8-1 机床夹具的基本概念,13,1.六点定位原理2,消除物体的六个自由度，则物体被完全定位。1，2，3：4，5：6：,8-1 机床夹具的基本概念,采用六个按一定规则布置的约束点，限制工件的六个自由度，实现完全定位。称为六点定位原理。,14,2、自由度分类,第一类自由度：为保证加工精度而需要限制的自由度（用定位元件限制）第二类自由度：为了承受夹紧力或切削力等其他方面因素而需要限制的自由限度。（可用定位元件限制，也可通过夹紧元件限制）,8-1 机床夹具的基本概念,15,3、完全定位和不完全定位1,1）完全定位工件的六个自由度都是第一类自由度并被全部限制的定位。,8-1 机床夹具的基本概念,16,2）不完全定位（部分定位）,按照加工要求允许有一个或几个自由度不被限制的定位。第一类自由度没有得到全部限制。（不影响定位精度，不完全定位是允许的）,8-1 机床夹具的基本概念,3、完全定位和不完全定位2,17,4、欠定位和超定位,1）欠定位工件加工面位置尺寸要求必须限制的第一类自由度没有得到全部限制，这样的定位称为欠定位。（欠定位是不允许的）2）超定位如果工件的某一个自由度被两个或两个以上的定位元件同时限制，这样的定位称为超定位。一般情况下超定位是不允许的，但当定位基准和定位元件的精度较高时是允许的，不但不影响加工精度，反而还能提高系统刚度。,8-1 机床夹具的基本概念,18,在分析工件定位时，首先应该明确第一类自由度并加以限制。注意工件在本工序中，加工表面的尺寸和位置 精度要求，确定应限制哪几个自由度。表8-2根据加工要求需要限制的第一类自由度示例,第二节 工件的定位与定位误差,一、工件所需限制的自由度分析,19,二、定位方式与定位元件,定位元件是与工件的定位基准面相接触，并使工件相对于机床、刀具有正确位置的夹具元件。对定位元件的要求：1）应具有适当的精度 一般取工件相应公差的1/51/22）应有一定的耐磨性3）应有足够的刚度根据定位基准面的不同，常用的定位方式与定位元件有以下几类：,8-2 工件的定位与定位误差,20,1、工件以平面定位及所采用的定位元件1,平面定位的主要形式是支承定位，定位元件有：（1）固定支承1）支承钉2）支承板,8-2 工件的定位与定位误差,限制一个自由度,限制二个自由度,21,1、工件以平面定位及所采用的定位元件2,（2）可调支承（各批工件毛坯形状和尺寸变化较大时采用）,8-2 工件的定位与定位误差,限制一个自由度,22,1、工件以平面定位及所采用的定位元件3,（3）自位支承（相当于一个支承点，只限制一个自由度，可提高工件的支承刚性和稳定性。,8-2 工件的定位与定位误差,限制一个自由度,23,1、工件以平面定位及所采用的定位元件4,（4）辅助支承（在工件定位后才参与的支承，不起定位作用，只起提高刚度和增加稳定性减少振动和变形的作用。,8-2 工件的定位与定位误差,不限制自由度,24,2、工件以圆柱孔定位及所采用的定位元件1,工件以圆柱孔定位大都属于定心定位（定位基准为孔的轴线），定位元件有：（1）心轴1）过盈配合心轴 限制4个自由度2）间隙配合心轴 心轴限制4个自由度，轴肩限制1个自由度3）小锥度心轴 一般1：50001：1000，限制5个自由度,8-2 工件的定位与定位误差,25,2、工件以圆柱孔定位及所采用的定位元件2,（2）定位销1）过盈配合定位销（与夹具体的连接）2）可换式定位销（与夹具体的连接）3）菱形销（削边销）,8-2 工件的定位与定位误差,短销限制2个自由度削边销限制1个自由度,26,3、工件以圆锥孔定位及所采用的定位元件1,工件以圆锥孔定位也属定心定位，定位元件有顶尖和圆锥销（1）顶尖 图片,8-2 工件的定位与定位误差,27,3、工件以圆锥孔定位及所采用的定位元件2,（2）圆锥销1）短圆锥销（消除3个自由度）2）长圆锥销（消除5个自由度）,8-2 工件的定位与定位误差,28,4、工件以外圆表面定位及所采用的定位元件1,工件以外圆面定位有两种形式：（1）用套筒和锥套的定心定位短套消除2个自由度（不算平面）；锥套消除3个自由度,8-2 工件的定位与定位误差,29,4、工件以外圆表面定位及所采用的定位元件2,工件以外圆面定位有两种形式：（2）用V形块的对中定位长V形块限制工件4个自由度，短V形块只限制2个自由度。,8-2 工件的定位与定位误差,30,三、定位误差计算分析,定位误差是指由于工件在夹具上定位不准确所引起的加工误差。定位误差是工序基准在加工尺寸方向上的最大变动量。定位误差产生的主要原因：（1）工序基准和定位基不重合基准不重合误差（2）定位基准和定位元件本身的制造不准确定位基准位移误差,8-2 工件的定位与定位误差,1、用几何法计算定位误差先画出工件的定位简图，在图中夸张地画出工件尺寸变动的两个极限位置，即最高和最低位置，或最左和最右位置；然后用几何方法，求出工序基准在工序尺寸方向上的最大变动量。,31,例8-1 图8-20所示为孔与销间隙配合的情况。若工件的工序基准为孔心，试确定孔销间隙配合时的定位误差。,解：当工件孔径为最大，而定位销直径为最小时，孔心在任意方向上的最大变动量均为孔与销的最大间隙量，即无论工序尺寸方向如何（只要工序尺寸方向垂直于孔的轴线），孔销间隙配合的定位误差均为：,8-2 工件的定位与定位误差,32,当定位销水平布置时，工件孔将与夹具定位销保持固定边接触（上母线），此时孔心在接触点与销中心连线方向上的最大变动量为：若工件的工序基准仍为孔心，且工序尺寸方向与固定接触点和定位销中心连线方向相同，则定位误差为,8-2 工件的定位与定位误差,33,2、用微分方法计算定位误差,首先要找到工序基准到加工尺寸方向某一固定点的距离，建立两点间距离与工件尺寸或定位元件尺寸的关系。工件尺寸或定位元件尺寸的微分即为其公差，而两点间距离的微分即为工序基准在加工尺寸方向上的变动量，即定位误差。例8-3 轴在V形块上定位铣键槽如图8-24所示，试计算其定位误差。通过该例题可看出：无论定位基准为何处，角越大，垂直方向上的定位误差越小。设计基准为外圆下母线时，垂直方向上的定位误差最小；设计基准为外圆上母线时，定位误差最大。,8-2 工件的定位与定位误差,34,四、夹具对机床，刀具对夹具的定位,1、夹具对机床的定位夹具上定位元件的工作表面相对于夹具安装基面要有正确的位置；夹具安装基面本身要具有较高的制造精度；夹具要准确安装在机床的正确位置上。,8-2 工件的定位与定位误差,35,四、夹具对机床，刀具对夹具的定位,2、刀具对夹具的定位为了确定刀具相对于夹具的正确位置，在夹具设计中一般采用对刀元件或导向元件。,8-2 工件的定位与定位误差,36,五、工件加工允差的分配 P183184,工件产生加工误差的原因可归纳为以下四点：工件在夹具中定位所产生的定位误差dw；夹具在机床上安装的位置不准确而引起的夹具安装误差ja；刀具对夹具位置不准确引起的误差，对刀误差dj；加工中其他因素引起的误差jq。在加工过程中有各种因素影响加工质量，要保证加工尺寸合格，加工过程中的误差要小于工件尺寸公差Tg，即 dw+ja+dj+jqTg根据分析计算和加工实际，一般认为 dw1/3Tg；ja+dj 1/3Tg；jq1/3Tg以此作为误差估算时初步分配的方案。,8-2 工件的定位与定位误差,37,第三节 工件在夹具中的夹紧,一、对夹紧装置的要求及其组成二、夹紧力的确定三、夹紧机构四、夹紧机构的动力装置五、夹紧误差的分析与估算,38,一、对夹紧装置的要求及组成,1.对夹紧装置的基本要求1）夹紧时不破坏定位2）夹紧力大小要可靠和适当3）夹紧装置应安全可靠、操作方便省力。4）应有足够的夹紧刚性，夹紧变形尽可能小。5）应有足够的夹紧行程6）夹紧动力与生产批量相适应。7）夹具结构便于制造、调整、使用和维修。,8-3 工件在夹具中的夹紧,39,2.夹紧装置的组成,1）夹紧元件直接夹紧工上的元件（图压板4）。2）动力装置产生动力源，如气动、液压装置等。（手动夹紧没有这部分）（图气缸1）。3）中间机构将原动力传给夹紧元件的机构（图斜楔2、滚子3和杠杆）。,8-3 工件在夹具中的夹紧,40,二、夹紧力的确定,就是确定：夹紧力的方向，夹紧力的作用点，夹紧力的大小 1.夹紧力方向的选择1）夹紧力的方向应有助于定位稳定，且主要夹紧力应垂直指向主要定位面。图8-26 2）夹紧力的作用方向应尽量与工件刚度最大方向相一致，以减少工件的变形。图8-273）夹紧力的作用方向应尽可能与切削力、工件重力方向一致，以减小所需夹紧力。图8-28,8-3 工件在夹具中的夹紧,41,二、夹紧力的确定,就是确定：夹紧力的方向，夹紧力的作用点，夹紧力的大小 2.夹紧力作用点的选择指在夹紧力方向已经确定后，选择作用点的位置及其数目，原则是：1）夹紧力作用点的选择应不破坏工件定位已确定的位置，即应作用在支承上或支承所组成的面积范围之内。图8-29 2）夹紧力的作用点应处在工件刚度较大的部位，以减小工件的变形。图8-303）夹紧力的作用点应尽量靠近工件加工表面，以减小所需夹紧力，且振动也小。图8-31,8-3 工件在夹具中的夹紧,42,二、夹紧力的确定,就是确定：夹紧力的方向，夹紧力的作用点，夹紧力的大小 3.夹紧力大小的估算夹紧力的大小一般用类比法估算或实验获得。夹紧力的大小主要取决于切削力、工件重力和离心力的大小等。切削力在加工过程中是变化的。找出在加工过程中对夹紧最不利的状态，按静力平衡原理计算出理论夹紧力，再乘以安全系数作为实际所需夹紧力Fj。Fj=KFLFj实际夹紧力；K安全系数；FL理论夹紧力。安全系数计算 K=K0K1K2K3K4K5K6。见表8-3、8-4K应根据具体情况选取，通常K=1.52.5，若夹紧与切削力反向，应K=2.53。,8-3 工件在夹具中的夹紧,43,三、夹紧机构,1.斜楔夹紧机构 结构简单、增力比大、自锁性好，但夹紧行程短。2.螺旋夹紧机构 结构简单、制造方便、夹紧力大、自锁性好、工作安全可靠以及有较大的夹紧行程。缺点是动作慢、辅助时间长、劳动强度大且较难实现机动夹紧。3.偏心夹紧机构 由偏心轮或凸轮来实现。结构简单、操作方便、动作迅速；缺点是自锁性差，增力比较小。4.铰链夹紧机构 动作迅速、增力比大、易于改变力的作用方向，但一般不具备自锁功能。5.定心夹紧机构 1）以等速运动原理工作的定心夹紧机构2）以均匀弹性变形原理工作的定心夹紧机构6.联动夹紧机构 可对一个工件几点夹紧或对多个工件同时夹紧。,8-3 工件在夹具中的夹紧,44,四、夹紧机构的动力装置,1.气动夹紧装置 以压缩空气为工作介质，通常工作压力为0.40.6MPa2.液压夹紧装置 以液压油为工作介质。其特点：工作压力高（可达6MPa），体积可小，结构简单；液体不可压缩，夹紧刚性好；噪声小，劳动条件好；容易漏油，元件制造精度要求高，必须有液压站，使成本提高。3.气液增压夹紧装置 集合了二者的优点。,8-3 工件在夹具中的夹紧,45,五、夹紧误差的分析估算,因夹紧力过大，工件弹性变形，支承接触变形，导致夹紧误差。接触变形一般函数关系y接触变形量（m）；F作用在支承上的力（N）；n小于1的指数；C与工件材料和支承接触状况有关的系数。,8-3 工件在夹具中的夹紧,46,五、夹紧误差的分析估算2,减少夹紧变形措施：1）合理选择夹紧力的作用点、方向和大小。2）在可能的条下采用机动夹紧，并使各支承上所受压力相等。3）提高工件和夹紧元件的安装刚度。对于刚性差的工件，增设辅助支承或采用浮动夹紧装置；改善支承的形状，提高结合面的质量。,8-3 工件在夹具中的夹紧,47,第四节 机床夹具设计,一、机床夹具的基本要求1）保证工件的加工精度2）夹具方案与生产纲领相适应（能提高劳动生产率；结构简单；制造成本低）3）操作方便、安全、减轻劳动强度4）便于排屑5）有良好的结构工艺性、便利制造、检验、装配、调整和维修。,48,二、设计有关的原始资料,零件图工艺规程工艺卡片机床说明书机床夹具设计手册机床夹具图册国内外夹具结构资料,8-4 机床夹具设计,49,三、设计夹具的步骤 P196,（1）研究原始资料，明确设要求（研究零件）（2）拟定夹具结构方案，绘制夹具结构草图（定位方案设计、刀具引导装置设计 夹紧装置设计、其他元件、装置设计，方案比较）（3）绘制夹具总图，标注有关尺寸及技术要求（双点划线画出工件轮廓，画出定位面，夹紧面和加工面；定位元件及刀具引导元件；按夹紧状态画出夹紧元件及夹紧机构；绘制夹具体和其他元件：标尺寸、配合、技术条件：对零件编号，写零件明细表和标题栏。）标注有关尺寸和技术要求（4）绘制零件图,8-4 机床夹具设计,50,四、机床夹具设计过程举例,批量N=200件工件的精度分析工艺规程卡片工序过程一次安装钻、扩粗铰、精铰,8-4 机床夹具设计,51,1、定位方案设计,基准重合定位元件的确定限制自由度，定位性质分析增加辅助支承定位误差计算孔H7，轴g6,52,2、刀具引导装置设计,用四个快换钻套,53,3、夹紧装置设计、,批量不大，N=200件为小批量生产，采用手动夹紧。,54,4、夹具体设计，画装配图,55,五、夹具设计中的几个重要问题,1、夹具设计的经济性分析2、成组设计思想的采用3、夹具总图上尺寸及技术要求的标注4、夹具结构工艺性分析（1）夹具零件的结结构工艺性（2）夹具最终精度的保证方法（3）夹的测量与栓验,56,六、计算机辅助夹具设计简介,计算机辅助夹具设计原理：在设计者设计思相的指导下，利用计臬机系统辅助来完成一部分或大部分夹具设计工作。,57,计算机辅助夹具设计,例P202,58,59,本章小结,第一节 机床夹具的基本概念第二节 工件的定位与定位误差第三节 工件在夹具中的夹紧第四节 机床夹具设计,60,作业,P2038-18-3,61,62,63,64,65,66,顶尖定位,67,例8-3 轴在V形块上定位铣键槽如图8-23所示，试计算其定位误差。,解：轴在V形块上定位铣键槽时，与夹具有关的2项要求槽的深度，采用了三种不同的设计基准。键槽对工件外圆中心的对称度。可认为在垂直于V形块对称面方向上的定位误差为零。根据微分计算方法进行计算图a，工序基准为圆心O，列写OA距离式，,68,图a，OA即工序基准到加工尺寸方向某固定点的距离。式中 d轴的直径；V形块两斜面的夹角。对上式求全微分，得,69,图a，用微小增量代替微分，并将尺寸误差视为微小增量，且考虑到尺寸误差可正可负，各项误差取绝对值，可得工序尺寸H的定位误差为 Td轴直径公差；TV形块夹角误差若忽略V形块角度误差，则,70,图b工序基准为外圆下母线，C点到A点的距离为取全微分，并忽略V形块的角度误差，则,71,图c工序基准为外圆上母线，用完全相同的方法，D点到A点的距离为取全微分，并忽略V形块的角度误差，则,D,72,73,注意图中定位和夹紧的图形符号及标注方法。,74,75,76,77,78,79,80,81,
