工件的安装与装夹.ppt

第九章 工件的安装和装夹,定位：工件在机床上加工时，为保证加工精度和提高生产率，必须使工件在机床上相对刀具占有正确的位置，这个过程称为定位。夹紧：为克服切削过程中工件受外力的作用而破坏定位，必须对工件施加夹紧力，这个过程称为夹紧。装夹：定位和加紧综合称为装夹。机床夹具：完成装夹的工艺设备称为机床夹具。,第一节 机床夹具的概述,一、工件的安装,定位+夹紧=安装,小结：定位在前，夹紧在后 定位是首要的,二、安装方式,1、直接找正安装法 是用百分表、划针或用目测，在机床上直接找正工件，使工件获得正确位置的方法。效率低，适于单件小批生产和定位精度要求较高的情况。,直接找正法示例a）磨内孔时工件的找正 b）刨槽时工件的找正,2、划线找正安装法 当零件形状很复杂时，可先用划针在工件上画出中心线、对称线或各加工表面的加工位置，然后再按划好的线来找正工件在机床上的位置的方法。适于单件小批生产或毛坯精度较低、大型工件粗加工。,划线找正法示例,3、夹具安装法 机械加工中所使用的机床夹具是一种能使工件在机床上快速实现定位并夹紧的附加工艺装置。它在工件未安装前已预先调整好机床与刀具间正确的相对位置，所以加工一批工件时，不必再逐个找正定位，将工件安装在夹具中，就能保证加工的技术要求。效率高，易保证质量，广泛用于批量生产。,用专用夹具 安装工件,支承板,支承板,支承钉,支承钉,支承钉,钻套,三.机床夹具的功用,（1）保证加工精度 零件加工精度包括尺寸精度、几何形状和表面相互 位置精度。夹具的最大功用是保证加工表面的位置精度。（2）提高生产率，降低生产成本 快速将工件定位夹紧，免除了找正、对刀等，缩短 辅助时间，提高了成品率，降低了成本。（3）扩大机床的加工范围 如在车床上加镗夹具，可完成镗孔加工。（4）减轻工人劳动强度,四.机床夹具的分类,按使用特点分：（1）通用夹具（2）专用夹具（3）成组夹具（4）组合夹具（5）随行夹具 按使用机床分：车床夹具、铣床夹具、钻床夹具、镗床夹具 按动力源分：手动夹具、气动夹具、液压夹具、电动夹具、磁力夹具、真空夹具等,1.夹具的组成,（1）定位元件（2）夹紧元件（3）导向元件（钻套、对刀块）（4）夹具体 此外有连接元件、分度机构、操作元件等。,一、六点定位原则,物体的六个自由度,第二节 定位原理和定位类型,未定位工件在空间有六个自由度，定位就是限制其自由度。,合理布置六个定位支承点，使工 件上的定位基面与其接触，一个 支承点限制工件一个自由度，使 工件六个自由度被完全限制，在 空间得到唯一确定的位置，此即 六点定位原理,长方体工件定位示例：,六点定位简图,定位基准：主要定位基准、导向定位基准、止推定位基准。,定位与夹紧的区别：定位是使工件占有一个正确的位置，夹紧是使工件保持这个正确位置，使工件不离开各个定位元件。因此夹紧不能取代定位。,二、定位支撑点的演化,一个实际的夹具中往往看不到上述的那种抽象化的定位点，而是实实在在的各种各样的定位元件，或者说，定位点是以定位元件来实现的。六点定位原则中，一个定位点可用来限制一个自由度，两个定位点可用来限制两个自由度，也可以这样理解：某个定位元件限制工件几个自由度，则可认为它相当于几个定位点。,三、根据加工要求决定所需限制的自由度,考虑定位方案时，需根据零件加工要求而定，应限制哪几个自由度，再以相应定位点去限制。,由此，引出两种常见的两种定位类型：,完全定位：工件的六个自由度需完全被限制的定位情况。不完全定位：工件的六个自由度不需完全被限制的定位情况。,四、欠定位与过定位 工件应限制的自由度未被限制的定位，为欠定位，在实际生产中是绝对不允许的。工件一个自由度被两个或以上支承点重复限制的 定位称为过定位或重复定位。一般来说也是不合 理的。,过定位造成的后果：（1）使工件定位不确定、安装不平稳；（1）使工件或夹具元件变形，引起加工误差；（2）使部分工件不能安装，产生定位干涉（如一面两销）过定位一般是不允许的，但在精加工时也可看到。,消除过定位及其干涉的途径：1.改变定位元件结构，消除对自由度的重复 限制，如长销改成短销；,2.提高工件与定位基面之间的位置精度，提 高夹具定位元件之间的位置精度，减少或消除过定位引起的干涉，精加工时可增加刚度和定位稳定性。,五、常用定位元件限制自由度的情况,1、在圆柱体上铣贯穿键槽,长V形块限制四个自由度，短V形块限制两个自由度。,2、两顶尖定位车外圆,固定的短锥面相当于三个定位点，活动的短锥面相当于两个定位点。,3、顶尖磨削,长锥面相当于五个定位点。,4、套筒以中心孔定位磨外圆及台阶面,结论：小平面（含挡销、止销）相当于一个定位点；长圆柱销面相当于四个定位点；短圆柱面相当于两个定位点。,5、平板上铣一条不通槽,6、圆柱体用三爪夹头定位并夹紧钻一通空,长三爪夹头相当于四个定位点，而短三爪夹头相当于两个定位点。,第三节 定位方式及定位元件,一、工件以平面定位,基本支承 辅助支承,基本支撑用来限制工件的自由度，是真正具有独立定位工作的定位元件；而辅助支撑是用来加强工件的刚性，不起限制工件自由度的作用。,（1）固定支承（支承钉、支撑板）1）、支撑钉,（1）固定支承（支承钉、支承板）2）支撑板,A型适用于侧面和顶面定位B型适用于底面的定位,（2)可调支承 多用于毛面定位，每批调整一次，以补偿各批 毛坯误差,（3）自位支承 支承本身可随工件定位基准面的变化而自动适应，一般只限制 一个自由度，即一点定位。一般用于毛坯表面或不连续的表面的定位中。,4)辅助支承 在工件定位后才参与支承的元件，不限制自由度，主要用于提高工件的刚度和定位稳定性。,平面定位常用定位元件,支承板,可调支承 自位支承辅助支承,平面型支承板：侧面和顶面定位带斜槽型支承板：适于作底面定位准面,平头支承钉：用于支承精基准面球头支承钉：用于支承粗基准面网纹顶面支承钉：用在工件以粗基准定位且要求较大摩擦力的表面定位,支承钉,二、工件以外圆定位常用定位元件lV形块,应用实例：,用V形块定位，工件的定位基准始终在V形块两定位面的对称中心平面内，对中性能好。一个短V形块限制两个自由度；两个短V形块组合或一个长V形块限制四个自由度；浮动式V形块只限制一个自由度。,2、定位套筒,在工件以端面为主要定位基面的场合，短定位套孔限制工件的两个自由度；在工件以外圆柱表面为主要定位基面的场合，长定位套孔限制工件的四个自由度。,3、半圆定位座 常用于大型轴类工件的定位,当工件尺寸较大，用圆柱孔定位不方便时，可将圆柱孔改成两半，下半孔用作定位，上半孔用于压紧工件。短半圆孔定位限制工件的二个自由度；长半圆孔定位限制工件的四个自由度。,三、工件以圆孔定位 1、在圆柱销上定位 分固定式和可换式,用定位销定位时，短圆柱销限制两个自由度；长圆柱销可以限制四个自由度。,2心轴几种常用的心轴结构形式如下图：,过盈配合心轴，限制工件四个自由度；间隙配合心轴，限制工件五个自由度（心轴外圆部分限制四个自由度，轴肩面限制一个自由度）；小锥锥度心轴，装夹工件时，通过工件孔和心轴接触表面的弹性变形夹紧工件，使用小锥度心轴定位可获得较高的定位精度，它可以限制五个自由度。,2）圆锥销 常用于工件孔端的定位，可限制三个自由度,五、组合表面定位,在实际生产中，为满足加工要求，有时采用几个定位面相组合的方式进行定位。常见的组合形式有：两顶尖孔、一端面一孔、一端面一外圆、一面两孔等，与之相对应的定位元件也是组合式的。,几个表面同时参与定位时，各定位基准（基面）在定位中所起的作用有主次之分。例如，轴以两顶尖孔在车床前后顶尖上定位的情况，前顶尖孔为主要定位基面，前顶尖限制三个自由度，后顶尖只限制两个自由度。,一面两销的组合定位,1）一个平面和与其垂直的两个孔组合,这种定位属于过定位,解决办法是：将销2做成 削边销,2）一孔和一平行于孔中心线的平面组合,一、零件的基准及其分类,什么是基准？基准就是用来确定生产对象上几何要素间的几何关系所依据的点、线、面。,第四节 定位方式及定位元件,1.设计基准 在零件设计图上用以确定其它点、线、面位置的基准(点、线、面），称为设计基准。,2.工艺基准（1）定位基准 加工时，使工件在机床或夹具中占据正确位置所用的基准。,（2）工序基准 在工艺文件上用以确定本工序被加工表面加工后的尺寸、形状和位置的基准。,（3）测量基准 检验零件时，用以测量加工表面的尺寸、形状、位置等误差所依据的基准。,（4）装配基准 装配时用以确定零件、组件和部件相对于其他零件、组件和部件的位置所采用的基准。,思考：,确定此键槽的设计基准、定位基准、工序基准和测量基准。,二.定位误差的分析计算 定位误差概念 指一批工件在夹具中定位时，工件的设计基准（或工序 基准）在加工尺寸方向上的最大变动量。,成批加工工件时，夹具相对机床的位置及切削运动 的行程调定后不再变动，可认为加工面的位置是固定的。但因一批工件中每个工件在尺寸形状及表面相互位置上 均存在差异，所以定位后各表面有不同的位置变动。工序基准的位置变动将对加工精度有直接影响,1）基准位置误差 是指工件的定位基准在加工尺寸方 向上的变动量。由工件定位面和夹具定位元件的制造误差 以及两者之间的间隙所引起。,定位误差包括基准不重合误差和基准位置误差,2）基准不重合误差 其大小等于设计基准与定位基 准间联系尺寸在加工尺寸方向上的变动量（公差）。,一次安装加工两孔A和B，孔B在X方向定位基准C与设计基 准A不重合，基准不重合误差为联系尺寸22的公差0.2,工序基准：工件外圆的下母线A 定位基准：内孔中心线O,结论：,工件在V形块上定位,工序尺寸以H1标注，其工序基准和定位基准为：外圆的中心O，由于基准重合。,工序尺寸以H2标注，其工序基准为：外圆的上母线；定位基准为：外圆的中心O。,工序尺寸以H3标注，其工序基准为：外圆的下母线；定位基准为：外圆的中心O。,4.3 工件在夹具中的夹紧,一.夹紧装置的组成及基本要求,组 成,作 用,基 本 要 求,（1）力源部分（2）夹紧部分,1）改变作用力的方向；2）改变作用力的大小；3）使夹紧实现自锁。,1）夹紧时不破坏工件定位后的正确位置；稳 2）夹紧力大小要适当；牢 3）夹紧动作要迅速、可靠；快 4）结构紧凑，易于制造与维修。,二.夹紧力的确定,必须合理确定夹紧力的三要素：大小、方向和作用点 1、夹紧力方向的确定（1）主要夹紧力方向应垂直于主要定位面,（2）夹紧力的作用方向应使工件变形尽可能小,（3）夹紧力的作用方向应使所需夹紧力最小,2、夹紧力作用点的确定,（1）夹紧力作用点应正对支承元件或位于支承元件形成的支承面内,（2）夹紧力应作用在刚度较好部位,3）夹紧力作用点应尽可能靠近加工表面,3、夹紧力大小的估算,夹紧力的大小根据切削力、工件重力的大小、方向和相互位置关系具体计算，在这些力的共同作用下，处于动力平衡状态，运用理论力学中有关力平衡方程估算出理论上所需要的夹紧力，并乘以安全系数K，一般精加工K=1.52，粗加工K=2.53。,四、基本夹紧机构,（1）斜楔夹紧机构,以斜楔为研究对象，夹紧时 根据静力平衡原理，有 FQ=F1+FRX F1=FJ tan1 FRX=FJ tan(2)FJ=FQ/tan1tan(2)设1=2=，当10，可用下式近似计算 FJ=FQ/(tan2),斜楔夹紧的特点：1）有增力作用，扩力比 i=FJ/FQ，约等于3；2）夹紧行程小,h/s=tan，故 h 远小于 s；3）结构简单，但操作不方便。主要用于机动夹紧，且毛坯质量较高的场合。,（2）螺旋夹紧机构,螺旋夹紧机构,摆动压块的螺旋机构,螺旋压板夹紧机构,螺旋夹紧特点：1）结构简单，自锁性好，夹紧可靠；2）扩力比约为100,远比斜楔夹紧力大；3）夹紧行程不受限制；4）夹紧动作慢，辅助时间长，效率低,（3）偏心夹紧机构,常见的偏心轮压板夹紧机构,圆偏心夹紧原理及其几何特性 偏心夹紧实质是一种斜楔夹紧，但各点升角不等，M、N处 升角为为0，P处升角最大。,圆偏心轮夹紧力小，行程小，自锁性不太好，但操作方便、夹紧迅速，一般用于切削力小，无振动的场合。又因夹紧行程较小，故要求工件相应尺寸精度较高，常用来夹紧已加工过的表面。,其特点：,（4）联动夹紧机构,1）、单件联动机构,2）、多件联动机构、连续式夹紧机构,2）、多件联动机构、平行式夹紧机构,第五节 夹具应用实例（观看录像、自学）,第六节 机床夹具设计方法,一、机床夹具设计要求 1保证工件加工的各项技术要求 要求正确确定定位方案、夹紧方案，正确确定刀具的导向方式，合理制定夹具的技术要求，必要时要进行误差分析与计算。,2具有较高的生产效率和较低的制造成本 为提高生产效率，应尽量采用多件夹紧、联动夹紧等高效夹具，但结构应尽量简单，造价要低廉。3尽量选用标准化零部件 尽量选用标准夹具元件和标准件，这样可以缩短夹具的设计制造周期，提高夹具设计质量和降低夹具制造成本。,4夹具操作方便安全、省力 为便于操作，操作手柄一般应放在右边或前面；为便于夹紧工件，操纵夹紧件的手柄或扳手在操作范围内应有足够的活动空间；为减轻工人劳动强度，在条件允许的情况下，应尽量采用气动、液压等机械化夹紧装置。5夹具应具有良好的结构工艺性 所设计的夹具应便于制造、检验、装配、调整和维修。,二、机床夹具设计的内容及步骤 1明确设计要求，收集和研究有关资料 在接到夹具设计任务书后，首先要仔细阅读加工件的零件图和与之有关的部件装配图，了解零件的作用、结构特点和技术要求；其次，要认真研究加工件的工艺规程，充分了解本工序的加工内容和加工要求，了解本工序使用的机床和刀具，研究分析夹具设计任务书上所选用的定位基准和工序尺寸。,2确定夹具的结构方案 1）确定定位方案，选择定位元件，计算定位误差。2）确定对刀或导向方式，选择对刀块或导向元件。3）确定夹紧方案，选择夹紧机构。,4）确定夹具其他组成部分的结构形式，例如分度装置、夹具和机床的连接方式等。5）确定夹具体的形式和夹具的总体结构。在确定夹具结构方案的过程中，应提出几种不同的方案进行比较分析，选取其中最为合理的结构方案。,3绘制夹具的装配草图和装配图 夹具总图绘制比例除特殊情况外，一般均应按1：1绘制，以使所设计夹具有良好的直观性。总图上的主视图，应尽量选取与操作者正对的位置。,绘制夹具装配图可按如下顺序进行：用双点划线画出工件的外形轮廓和定位面、加工面；画出定位元件和导向元件；按夹紧状态画出夹紧装置；画出其他元件或机构；最后画出夹具体，把上述各组成部分联结成一体，形成完整的夹具。在夹具装配图中，被加工件视为透明体。,4确定并标注有关尺寸、配合及技术要求（1）夹具总装配图上应标注的尺寸 1）工件与定位元件间的联系尺寸，例如，工件基准孔与夹具定位销的配合尺寸。2）夹具与刀具的联系尺寸，例如，对刀块与定位元件之间的位置尺寸及公差，钻套。镗套与定位元件之间的位置尺寸及公差。,3）夹具与机床联接部分的尺寸，对于铣床夹具是指定位键与铣床工作台T型槽的配合尺寸及公差，对于车、磨床夹具指的是夹具联接到机床主轴端的联接尺寸及公差。4）夹具内部的联系尺寸及关键件配合尺寸，例如，定位元件间的位置尺寸，定位元件与夹具体的配合尺寸等。5）夹具外形轮廓尺寸。,（2）确定夹具技术条件在装配图上需要标出与工序尺寸精度直接有关的下列各有关夹具元件之间的相互位置精度要求。1）定位元件之间的相互位置要求。2）定位元件与联接元件（夹具以联接元件与机床相联）或找正基面间的相互位置精度要求。,3）对刀元件与联接元件（或找正基面）间的相互位置精度要求。4）定位元件与导向元件的位置精度要求。5绘制夹具零件图 绘制装配图中非标准零件的零件图，其视图应尽可能与装配图上的位置一致。6编写夹具设计说明书,