《机械技术基础》PPT课件.ppt

第8章 机床夹具设计原理,8.1 机床夹具概述8.2 工件在夹具中的定位8.3 工件夹紧8.4 各类机床夹具设计特点8.5 专用夹具设计示例,机械工程学院 机械制造基础,2,8.1.1 夹具的作用1.保证精度；2.提高效率；3.扩大功能；4.减轻强度,8.1.2 夹具分类（1）通用夹具（2）专用夹具（3）可调夹具（4）组合夹具（5）随行夹具,8.1.3夹具的组成 1）定位元件 2）夹紧装置 3）引导元件（对刀装置）4）夹具体,8.1 机床夹具概述,机械工程学院 机械制造基础,3,8.2 工件夹具中的定位8.2.1 定位的概念,定位：为了保证工件被加工表面的尺寸和位置精度，工件必须在机床上占有相对刀具及切削运动的正确位置。夹紧：施加一作用力，使工件在重力、切削力、惯性力等力的作用下能保持其正确的位置。安装（装夹）：工件在机床上定位和加紧的过程。,工件装夹l直接装夹l划线找正装夹l夹具装夹,机械工程学院 机械制造基础,4,基准的概念及其分类,基准：用来确定生产对象上的几何要素之间的几何关系所依据的那些点、线、面。,基面：基准不一定具体可见（如孔的中心线等），在零件上通常是通过有关具体表面表现出来的，这些表面称为基面。基准的分类：,机械工程学院 机械制造基础,5,8.2 工件夹具中的定位8.2.2 定位原理,l 六点定位原理：假定工件为空间刚体，正确分布六个支承点与工件的基准面相接触，限制其空间六个自由度，确定工件的空间位置。,一个空间刚体具有六个自由度,l 应用六点定位原理时的注意事项：1）定位支承点与工件的定位基准面必须始终保持紧贴；2）一个定位支承点只能限制工件一个自由度，同时一个自由度原则上不得有多个支承点重复限制，（支承点数不应超过六个）；3）工件应限制几个自由度，由工件加工技术条件来确定；4）工件的定位不是由夹紧力作用获得的。,机械工程学院 机械制造基础,6,定位现象分析,l完全定位：限制工件的全部六个自由度。l 不完全定位：限制工件自由度少于六个，但仍能满足加工技术要求。,l欠定位：限制自由度数少于加工技术要求限制的最少只有度数。l过定位/重复定位：工件的某一个或几个自由度被多个定位元件限制。,机械工程学院 机械制造基础,7,采用完全定位还是部分定位，主要根据工件的形状特点和工序加工要求来确定，一般应遵循以下几条原则：由于工件的形状特点，限制工件某些方向的自由度没有必要，也无法限制，则可不必限制该方向的自由度。由于加工特点，工件某些方向自由度的存在并不影响加工精度要求，则该方向的自由度可以不必限制。在保证加工要求的条件下，限制自由度的数目应尽量少，使夹具结构简单。在实际加工中，对工件限制的自由度数目一般不少于三个。欠定位是不允许的。应尽量避免重复定位，但在有利于减小加工误差时可采用重复定位方式定位的。,定位方案限定自由度的选择原则：,机械工程学院 机械制造基础,8,8.2.3 典型定位方式及定位元件,l工件以平面定位（1）固定支承：支承钉（限1个）、支承板（限2个）,（4）辅助支承（不限制自由度）,（2）可调支承,（3）自位支承（浮动支承）,机械工程学院 机械制造基础,9,l工件以圆锥孔定位（1）锥心轴（2）顶尖,l 工件以内圆定位,（1）心轴：短的限两个自由度，长的限四个自由度，锥度多限一个。（2）定位销,机械工程学院 机械制造基础,10,（2）支承定位 支承平面,l 工件以外圆定位,（1）定心定位：定位套 V形块,机械工程学院 机械制造基础,11,l 定位分析方法与步骤：,u找与工件表面接触的元件；u根据零件表面形状和零件的加工要求分出定位元件和夹紧元件（一般夹紧元件拿走后，零件定位状态保持不变，且夹紧元件上有施力机构或作用力符号）；u 根据典型表面、元件类型分析各定位元件限制的自由度；u 根据加工表面技术要求和实际限制自由度，分析定位属哪种定位。,机械工程学院 机械制造基础,12,定位实例分析1,机械工程学院 机械制造基础,13,定位实例分析 2,机械工程学院 机械制造基础,14,定位实例分析 3,机械工程学院 机械制造基础,15,定位实例分析 4,机械工程学院 机械制造基础,16,定位误差（）：是指定位不准确而造成某一工序在工序尺寸（通常指加工表面对工序基准的距离）或位置要求方面的加工误差。定位误差包括：,8.2.4 定位误差分析,加工误差：零件加工后的实际几何参数与图纸规定的设计参数的不符合程度，即实际数值与设计数值之差。,其中一批工件定位时误差变动方向相同取“+”，方向相反取“-”，没有直接关联时取“+”。,基准不重合误差（）：由于工序基准与定位基准不重合而引起的工序基准相对于定位基准在加工尺寸方向上的最大位置变动范围。,基准位移（位置）误差（）：由于定位元件和工件的制造误差而引起的定位基准在加工尺寸方向上的最大位置变动范围。,机械工程学院 机械制造基础,17,定位误差的结论：,定位误差只产生于采用调整法加工一批工件的情况下，若单件或批量工件逐个试切加工者不存在定位误差。定位误差是由于工件定位不准确而产生的加工误差。表现形式：工序基准相对加工表面在加工尺寸方向可能产生的最大尺寸或位置的变动。产生原因：基准不重合；工件的定位基准面制造误差、定位元件制造误差、工件基面与定位元件间的配合间隙及基准不重合误差。定位误差由基准不重合误差和基准位移（位置）误差两部分组成，但二者不一定同时存在。定位误差的计算可以按照定位误差的定义进行计算，也可以按定位误差的组成注意分析计算。,机械工程学院 机械制造基础,18,常见定位方式的定位误差分析和计算,1.工件以平面定位工件以平面定位时产生的定位误差主要是基准不重合误差，基准不重合误差的计算可根据其定义，即工序基准相对定位基准在工序尺寸方向上的最大位置变动范围。对较复杂的两基准面间定位尺寸不是一个独立尺寸时，可用尺寸链来计算定位尺寸（定位基准与工序基准间尺寸）及其公差，公差就是基准不重合误差。,基准位移误差分两种情况：工件以粗基准定位：,其中H是基面形状误差造成的基面最大变动范围。,工件以精基准定位：,机械工程学院 机械制造基础,19,2.工件以圆孔定位时的定位误差,（1）工件圆孔与刚性心轴或销过盈配合 孔与心轴始终同心，故 但由于工件装夹困难，一般很少采用。,（2）工件圆孔与刚性心轴或销间隙配合 心轴水平放置（重力作用下孔与心轴固定上母线接触）工件孔尺寸，心轴尺寸 工件孔中心最大变动量即为基准位移误差：,机械工程学院 机械制造基础,20,心轴垂直放置,孔与心轴可以在任意方向接触，孔的中心最大变动量即为基准位移误差：,（3）工件圆孔与弹性（自动定心）心轴定位,其中 Xmin=(Dmin-dmax)为孔与轴的最小配合间隙,机械工程学院 机械制造基础,21,（4）工件圆孔与锥心轴定位,其中 为锥心轴的半锥角，TD为孔的直径公差。,孔直径方向配合无间隙，径向基准位移误差：,轴向最大位移即轴向基准位移误差：,工件轴线可能发生偏转，转角定位误差为：=,机械工程学院 机械制造基础,22,3.工件以外圆定位时的定位误差,主要分析工件外圆在V形块上定位情况：由于工件设计基准不同，可能出现以下三种情况，即设计基准分别为A、B、C。,机械工程学院 机械制造基础,23,（1）设计基准为A时的定位误差,V形块是对中定心元件，制造无误差时，理论上外圆中心与V形块中心位置重合，无基准不重合误差。,工件外圆直径有偏差时，工件轴线在V形块中心线上下偏移。,机械工程学院 机械制造基础,24,（2）设计基准为B时的定位误差,由于定位基准是A，而设计基准是B，故,工件尺寸变化时，定位基准的移动方向与工序基准相对定位基准的移动方向相同。故,基准位移误差即工件直径误差造成的A上下最大变化量,机械工程学院 机械制造基础,25,（3）设计基准为C点时的定位误差,由于定位基准是A，而设计基准是C，故,工件尺寸变化时，定位基准的移动方向与工序基准相对定位基准的移动方向相反。故,基准位移误差即工件直径误差造成的A上下最大变化量,机械工程学院 机械制造基础,26,例：,有一批直径为dd/2的轴类零件，欲加工端面孔，分析下列方案加工孔与外圆得同轴度误差。,机械工程学院 机械制造基础,27,(4)组合定位误差分析 1.内孔与端面组合定位,长心轴与窄圆环端面组合 孔与端面的垂直度误差将产生基准位移误差和角度误差：,短心轴与大端面组合 孔与端面的垂直度误差将产生基准位移误差和角度误差：,机械工程学院 机械制造基础,28,2.一面两孔组合定位,基准位移误差,机械工程学院 机械制造基础,29,一面两孔组合定位,中心线角度误差,机械工程学院 机械制造基础,30,例：铣键槽,工序要求的位置尺寸L、H及对称度分析采用小凸台的长心轴定位误差（定位元件精度按工件精度的1/3选取）。,机械工程学院 机械制造基础,31,例：同轴度误差分析,计算一外圆和平面定位加工内孔时产生的与外圆的同轴度误差。,外圆80变化时，轴心线变化为OO=,尺寸30变化时，轴心线变化为OO”=”,合成后,机械工程学院 机械制造基础,32,例：阶梯轴组合定位,在阶梯轴轴颈d2铣半圆键槽的工序尺寸H定位误差 轴颈d1和d2同时为最大和最小时，H变化最大,机械工程学院 机械制造基础,33,例：水平放置心轴定位轴套上铣键槽，求H1、H2、H3、H4、H5的定位误差及键槽对称度误差。,机械工程学院 机械制造基础,34,例：阶梯轴组合定位,在阶梯轴端面钻孔的工序尺寸r定位误差 轴颈d1和d2一个为最大且另一个为最小时，r变化最大,机械工程学院 机械制造基础,35,(5)提高工件定位精度的措施,消除或减少基准不重合误差 要正确选择定位基准，经可能与工序基准重合。消除或减少基准位移误差（1）选择精度高、位置误差小的表面为定位基准，尤其是组合定位中的第一基准，位置误差要小；（2）选用基准位置误差小的定位元件，提高定位元件间的位置精度；（3）提高工件定位表面与定位元件的配合精度，将销或消除配合间隙来减小基准位移误差。,作业,机械工程学院 机械制造基础,36,8.3 工件夹紧,（1）保证加工精度，不破坏工件定位或产生不允许的夹紧变形；（2）保证生产率、力求夹紧迅速；（3）结构简单紧凑，制造维修方便，尽量采用标准件；（4）操作方便、省力、安全。,8.3.2 夹紧力的确定 夹紧力的方向（1）夹紧力的方向应使定位基准面与定位元件紧密接触，保证定位准确、可靠；（2）夹紧力的方向应指向工件刚性最大的方向，以减少工件夹紧变形；（3）夹紧力的方应尽量与切削力、重力方向一致，以减小所需的夹紧力。,8.3.1 夹紧装置设计基本要求,机械工程学院 机械制造基础,37,8.3.2 夹紧力的确定,（1）作用力点应针对或位于支承元件所形成的支承面内，防止夹紧破坏定位；（2）作用力点应位于工件刚性最好的部位，以减少夹紧变形；（3）夹紧应靠近加工表面，以减小切削力对夹紧点得力矩，增加可靠性，防止振动和变形。,夹紧力作用力点的确定,机械工程学院 机械制造基础,38,夹紧力的大小,在加工过程中，夹紧力要克服工件受到切削力、惯性力及重力的作用，保证工件的工作位置不变。如果工件在这些力的作用下产生瞬间的少量位移，即为夹紧失效。以对夹紧最不利的瞬间状态来估算所需的夹紧力,对于受力状态复杂的工件，通常只考虑主要因素的影响，略去次要因素。确定夹紧力的大小，通常把工件和夹具看成刚性系统，把工件看成是在切削力、夹紧力、重力、惯性力等作用下的平衡体，通过力平衡求出夹紧力，再乘以安全系数，作为实际夹紧力。K=K0K1K2K3,确定过程：1）加工情况分析：切削力的大小、方向和变化；夹紧失效的可能性；2）夹紧力估算：静力平衡方程，夹紧力计算合成。,机械工程学院 机械制造基础,39,8.3.3 常用夹紧机构,斜楔夹紧机构：,斜楔的楔角是斜楔夹紧机构的主要参数，它对斜楔的增力比、自锁性、夹紧行程及操作性能都起决定性的作用。,自锁条件是压力角(此处是斜楔升角)小于摩擦角 1+2,机械工程学院 机械制造基础,40,8.3.3 常用夹紧机构,螺旋夹紧机构：由螺钉、螺母、垫圈、压板等元件组成的夹紧机构，增力比很大，自锁性很好。,机械工程学院 机械制造基础,41,偏心夹紧机构自锁条件：,偏心夹紧斜楔角x：偏心轮的工作转角一般小于90o，常用工作段x：45o135o：升角大，夹紧力较小，但夹紧行程大 90o180o：升角由大到小，夹紧力增大，但夹紧行程小。,8.3.3 常用夹紧机构,偏心夹紧机构：偏心夹紧的实质还是斜楔的作用。,机械工程学院 机械制造基础,42,8.3.3 常用夹紧机构,联动夹紧机构,机械工程学院 机械制造基础,43,夹紧的动力：人工手动、气动、液压、电动等。,8.3.3 常用夹紧机构,铰链夹紧机构定心、对中夹紧机构,机械工程学院 机械制造基础,44,设计特点和要求（1）因夹具要回转，要求结构紧凑，尺寸小，重量轻，重心尽可能靠近回转轴线，减小惯性力。（2）应有平衡措施，消除回转不平衡引起的振动现象，一般设计平衡块的位置可调，便于调整。（3）为了操作安全，夹具尽可能避免尖角或突出部位，必要时回转部分外面应加防护罩。（4）夹具与机床主轴定位面间必须有良好的配合和可靠的联接。,8.4 典型夹具实例,8.4.1 车床及磨圆夹具 车床和磨圆夹具通常安装在机床的主轴上，与主轴一起回转。,结构形式：心轴式、圆盘式、角铁式等,机械工程学院 机械制造基础,45,8.4.2 铣床夹具,铣床夹具设计时特别注意：铣削加工切削力较大，又是断续切削，加工中易引起振动，因此夹紧机构要有足够的夹紧力和较好的自锁性，且受力元件要有足够的强度和刚性。铣削加工一般是定距加工，为了便于调整刀具，通常要设置对刀装置。对刀块和刀具之间要放对刀塞尺，以避免刀具与对刀块直接接触，而碰伤刀刃获对刀块。铣床夹具在机床上要定位，要使夹具上定位元件工作面与铣削运动方向有一准确位置。常采用导向键与机床工作台T形槽相配合来实现。,机械工程学院 机械制造基础,46,钻套,分度机构,8.4.3 钻床夹具,钻夹具的特点（1）夹具放在工作台上，钻孔时钻头回转和进给，夹具和工件不动。（2）由于钻削力矩小，钻小孔时夹具常不固定。（3）钻床夹具用钻套引导钻头，防止钻头偏斜，用钻模板固定钻套，保证钻孔正确位置。,机械工程学院 机械制造基础,47,8.4.4 镗床夹具,镗套的布置（1）单支承前引导（2）单支承后引导（3）前后双支承引导（4）双支承后引导,机械工程学院 机械制造基础,48,8.5 机床夹具设计,8.5.1 专用夹具设计的基本要求保证工件的加工要求。正确定位、引刀、夹紧。提高加工效率、降低成本。结构简单、装夹快速。操作方便、便于排屑、工作安全。优良好的结构工艺性。,8.5.2 专用夹具设计的步骤明确任务，研究资料，了解生产条件；拟定夹具的结构方案，绘制夹具结构草图；（1）确定工件的定位方案，设计对刀装置（2）确定工件夹紧方式和夹紧装置（3）确定夹具其它元件及夹具具体结构绘制夹具图，标注有关尺寸和技术要求；绘制零件图。,机械工程学院 机械制造基础,49,8.5.3 夹具公差与技术要求,应标注的尺寸和技术要求与一般机械装配图一样，要求标注夹具轮廓尺寸、配合尺寸、与机床联接尺寸及配合要求、动作极限等。定位元件之间、定位元件与引导元件间位置精度要求。装配、检验及调整方法及特殊技术要求等。夹具操作、平衡及安全说明。,夹具公差 确定夹具公差的原则是保证零件的加工精度。在不增加制造难度的情况下，夹具公差引尽量减少，提高可靠性，补偿使用中的磨损量。由于夹具生产为单件生产，高精度要求的夹具可采用调整法、修配法或组合法加工。通常夹具公差取相应零件公差的1/31/5，角度公差取1/21/5。有配合要求的按一般配合原则决定。,返回,机械工程学院 机械制造基础,50,直接找正,机械工程学院 机械制造基础,51,划线找正,机械工程学院 机械制造基础,52,钻床夹具,机械工程学院 机械制造基础,53,车床夹具,机械工程学院 机械制造基础,54,组合夹具,