第五章机床夹具设计原理.ppt

普通高等教育 九五 国家级重点教材 机械制造技术夹具 夹具 机床夹具概述定位基准工件在夹具中的定位工件的夹紧组合夹具和随行夹具 5 1机床夹具概述 本章目的 理解机床夹具基本知识 本章要目 机床夹具的组成 机床夹具的分类 机床夹具的功用 5 1 1 1机床夹具的概念 为了加工出符合规定技术要求的表面 必须在加工前将工件装夹在机床上或夹具中 工件的装夹包括定位和夹紧两个过程 机床夹具 机床上用以装夹工件 和引导刀具 的一种装置 其作用是将工件定位 以使工件获得相对于机床和刀具的正确位置 并把工件可靠地夹紧 机床夹具的组成 定位元件 5 1 1 2机床夹具的组成 机床夹具的组成 1 定位元件 定位装置的作用是使工件在夹具中占据正确的位置 2 夹紧装置 夹紧装置的作用是将工件压紧夹牢 保证工件在加工过程中受到外力作用时不离开已经占据的正确位置 3 夹具体 夹具上的所有组成部分 需要通过一个基础件使其联接成为一个整体 这个基础件称为夹具体 4 对刀 导向元件为了调整刀具的位置 在夹具上设有确定刀具 如铣刀等 位置或引导刀具 孔加工用刀具 方向的元件 5 其它元件及装置如分度装置等 机床夹具的分类1 根据所使用的机床可将夹具分为 车床夹具铣床夹具钻床夹具 钻模 镗床夹具 镗模 磨床夹具齿轮机床夹具等 机床夹具的分类2 根据产生加紧力的动力源可将夹具分为 手动夹具气动夹具液压夹具电动夹具电磁夹具真空夹具等 机床夹具的分类3 机床夹具可根据其使用范围分为 通用夹具专用夹具成组夹具组合夹具随行夹具等类型 通用夹具 能够较好地适应加工工序和加工对象变换的夹具 标准化结构三爪卡盘 四爪卡盘 平口钳 万能分度头适用范围 单件小批生产 专用夹具 为某一工件的某一道工序专门设计和制造的夹具 适用范围 使用范围窄 大批生产 尾座套筒铣键槽夹具1 V形块 2 压板 3 拉杆 4 限位螺钉 6 手柄 7 轴 8 杠杆 9 偏心轮 10 定向键 11 夹具体 车床专用夹具 组合夹具 组合夹具是由一套预先制造好的标准元件和组合件组装而成的专用夹具 适用范围 新产品试制 特殊零件的单件小批生产 随行夹具 随行夹具是大批量生产中在自动线上使用的一种移动式夹具 5 1 2机床夹具的功用 夹具的基本作用 定位和夹紧1 保证加工质量2 提高劳动生产率 降低成本3 扩大机床工艺范围4 降低了对工人技术水平的要求 减轻了工人的劳动强度 实现工件的定位与夹紧 5 2 1 1工件的装夹 定位 使工件在机床或夹具中占有正确位置的过程 夹紧 工件定位后将其固定 使其在加工过程中保持定位位置不变的操作 效率低 找正精度较高 适用单件小批量中形状简单的工件 装夹的方法 位置精度 通用性好 但效率低 精度不高 适用于单件小批量中形状复杂的铸件 操作简单 效率高 容易保证加工精度 适用于各种生产类型 5 2 1 2获得尺寸精度的方法 试切法定尺寸刀具法调整法自动获得尺寸法 5 2工件在夹具中的定位 本章目的 1 掌握工件在夹具中的定位 2 掌握工件定位的基本原理 本章要目 工件的定位 工件定位的基本原理 5 2 1工件定位的基本原理 六点定位原理支承点与定位元件完全定位与不完全定位欠定位与过定位 一 定位基准 基准 是用以确定生产对象上几何要素间的几何关系所依据的点 线 面 定位基准 在加工中用以定位的基准 基面 作为基准的点 线 面在工件上不一定具体存在 例如孔的中心线和对称中心平面等 其作用是由某些具体表面 如内孔圆柱面 体现的 体现基准作用的表面称为基面 二 基准及其分类 基准 用于确定零件上其它点 线 面位置所依据的那些点 线 面 设计图样上所采用的基准就是设计基准 在加工时用于工件定位的基准 称为定位基准 在加工中或加工后用来测量工件时采用的基准 在装配时用来确定零件或部件在产品中相对位置所采用的基准 在工序图上使用的基准 加工 测量 装配过程中使用的基准 钻套的设计基准 齿轮的装配基准 5 2 2工件在夹具中的定位 六点定位原理支承点与定位元件完全定位与不完全定位欠定位与过定位 六点定位原理 任何一个自由刚体 在空间均有六个自由度 即沿空间坐标轴X Y Z三个方向的移动和绕此三坐标轴的转动 工件定位的实质就是限制工件的自由度 工件安装时主要紧靠机床工作台或夹具上的这六个支承点 它的六个自由度即全部被限制 工件便获得一个完全确定的位置 工件定位时 用合理分布的六个支承点与工件的定位基准相接触来限制工件的六个自由度 使工件的位置完全确定 称为 六点定位 刚体自由度数目 工件在空间的自由度与工件六点定位 工件的底面在xOy坐标平面内 三个支承点限制三个自由度此面称主定位面 工件的左侧面处在yoz坐标平面内 二个支承点起限制二个自由度 此面称为导向面 工件的后面处在xOz坐标平面内 二个支承点限制一个自由度 此面称为止推面从上述分析可知 要使工件在夹具中完全定位 可用合理分布的六个支承点限制工件的六个自由度 使工件在夹具中占有惟一正确的位置 六点定位是工件定位的基本法则 用于实际生产时 起支承作用的是一定形状的几何体 这些用来限制工件自由度的几何体就是定位元件 任何未定位的工件在空间直角坐标系中都具有六个自由度 工件定位的任务就是根据加工要求限制工件的全部或部分自由度 工件的六点定位原理是指用六个支撑点来分别限制工件的六个自由度 从而使工件在空间得到确定定位的方法 支承点与定位元件 在具体的夹具中 与工件为点接触的支承点是由对工件起定位作用的定位元件如支承钉 支承板 圆柱销等来体现的 一个定位元件可以体现一个或多个支承点 某一定位元件相当支承点的数目 由该定位元件限制的工件自由度数来判断 图2 107完全定位与不完全定位 完全定位 工件的六个自由度完全被限制的定位称为完全定位 不完全定位 按加工要求 允许有一个或几个自由度不被限制的定位称为不完全定位 欠定位与过定位 按工序的加工要求 工件应该限制的自由度而未予限制的定位 称为欠定位 在确定工件定位方案时 欠定位时绝对不允许的 工件的同一自由度被二个或二个以上的支撑点重复限制的定位 称为过定位 在通常情况下 应尽量避免出现过定位 过定位 消除过定位的途径 消除过定位及其干涉一般有两个途径 其一是改变定位元件的结构 以消除被重复限制的自由度 其二是提高工件定位基面之间及夹具定位元件工作表面之间的位置精度 以减少或消除过定位引起的干涉 图2 108常见的几种过定位实例 图改善过定位的措施 应该限制五个自由度 六点定位原理应用举例 1 在长方体工件上铣通槽 2 在长方体工件上铣不通槽 应该限制六个自由度 不完全定位 完全定位 应该限制一个自由度 3 在球面上铣平面 4 在车床上车外圆 应该限制四个自由度 不完全定位 不完全定位 分析下列定位方案中各定位元件限制了那些自由度 1 车光轴外圆 2 车套筒外圆 分析下列定位方案中各定位元件限制了那些自由度 3 车光轴外圆的三种安装方式 a b c 定位误差 一批工件逐个在夹具上定位时 各个工件在夹具上所占据的位置不可能完全一致 以致使加工后各工件的加工尺寸存在误差 这种因工件定位而产生的工序基准在工序尺寸上的最大变动量 称为定位误差 用 D表示 定位误差的组成 1 基准不重合误差2 基准位移误差 基准不重合误差 当定位基准与设计基准不重合时便产生基准不重合误差 因此选择定位基准时应尽量与设计基准相重合 当被加工工件的工艺过程确定以后 各工序的工序尺寸也就随之而定 此时在工艺文件上 设计基准便转化为工序基准 设计夹具时 应当使定位基准与工序基准重合 当定位基准与工序基准不重合时 也将产生基准不重合误差 其大小等于定位基准与工序基准之间尺寸的公差 用 B表示 工序基准与定位基准之间的尺寸就称为定位尺寸 定位基面 为了分析问题的方便 引入 定位基面 的概念 当工件以回转表面 如孔 外圆等 定位时 称它的轴线为定位基准 而回转表面本身则称为定位基面 工件在夹具上定位时 理论上定位基面与定位元件上的起主要定位作用的表面应该接触 基准位移误差 工件在夹具中定位时 由于工件定位基面与夹具上定位元件限位基面的制造公差和最小配合间隙的影响 从而使各个工件的位置不一致 给加工尺寸造成误差 这个误差称为基准位移误差 用 Y表示 基准位移误差的大小对应于因工件内孔轴线与心轴轴线不重合所造成的工序尺寸最大变动量 基准位移误差 当定位基准的变动方向与工序尺寸的方向相同时 基准位移误差等于定位基准的变动范围 即 Y i当定位基准的变动方向与工序尺寸的方向不同时 基准位移误差等于定位基准的变动范围在加工尺寸方向上的投影 即 Y icosa 定位误差的计算方法 定位误差由基准不重合误差与基准位移误差两项组合而成 计算时 先分别算出 B和 Y 然后将两者组合而成 D 误差计算不等式 5 3 2 1工件以平面定位 固定支承 固定支承有支承钉和支承板两种型式 可调支承自位支承 浮动支承 辅助支承 固定支承 固定支承有支承钉和支承板两种型式 在使用过程中 它们都是固定不动的 在定位过程中 支承钉一般只限制工件的一个自由度 而支承板相当于两个支承钉 当工件以粗糙不平的毛坯面定位时 采用球头支承钉 齿纹头支承钉用在工件的侧面 它能增大摩擦系数 防止工件滑动 当工件以加工过的平面定位时 可采用平头支承钉或支承板 固定支承 需要经常更换的支承钉应加衬套 支承钉 支承板和衬套都已标准化 其公差配合 材料 热处理等可查阅手册 工件以平面定位时 除采用上面介绍的标准支承钉和支承板之外 还可根据工件定位平面的具体形状设计相应的支承板 工件批量不大时也可直接以夹具体作为限位平面 支承钉 支承板 b 工作面上开斜槽 a 工作面上没开槽 A型支承板 B型支承板 可调支承 在工件定位过程中 支承钉的高度需要调整时 可采用可调支承结构 自位支承 自位支承 浮动支承 在工件定位过程中 能自动调整位置的支承称为自位支承 或称浮动支承 辅助支承 辅助支承用来提高工件的装夹刚度和稳定性 不起定位作用 工件定位时 辅助支承是浮动的 或可调的 待工件夹紧后再固定下来 以承受切削力 1 手动式辅助支承 2 弹簧式辅助支承 常见的辅助支承 工件以平面定位的定位误差 5 3 2 2工件以外圆柱面定位 工件以外圆柱面作为定位基面时 最常用的定位元件 卡盘V形块定位套半圆套 V形块 工件以外圆柱面在V形块上定位的突出优点是对中性好 即工件上定位用的外圆柱面轴线始终处在V型块两斜面的对称面上 且不受定位基准直径误差的影响 用于较短的精基准定位 一般限制工件两个自由度 用于较长的未加工过的定位基准 一般限制工件四个自由度 如果定位元件直径于长度较大 则V型块可不用整体钢件 而采用铸铁底座镶淬火钢片 V形块 V形块有固定式也有活动式 活动V形块限制工件一个转动自由度 其沿V形块对称面方向的移动可以补偿工件因毛坯尺寸变化而对定位的影响 同时兼有夹紧的作用 活动V形块的结构尺寸已标准化 工件以外圆柱面定位时 除V形块定位 还可以采用定位套的形式 此时大多与端面定位相结合 定位套的优点是简单方便 缺点是因为定位间隙的影响而使定心精度不够高 件以外圆柱面在V形块中定位 由于待加工表面的设计基准不同 可能出现下列三种情况 设计基准为工件外圆中心线时 定位基准和工序基准均为外圆轴线 故无基准不重合误差 但由于工件的定位面有制造误差 将引起定位基准的变动 其变动量为基准位移误差 按下图的几何关系求得 设计基准为中心线 设计基准为上母线 设计基准为下母线 举例 解 5 3 2 2工件以圆孔定位 工件以圆柱孔为定位基面时 常用圆柱体和圆锥体作为定位元件 圆柱销 定位销 圆柱心轴圆锥销锥度心轴 定位销 短圆柱销可限制两个自由度 而长圆柱销可限制四个自由度 从结构上看 定位销一般可分为固定式和可换式两种 固定式定位销是直接用过盈配合装在夹具体上使用的 当定位销定位部分直径D 10mm时 由于销径太细 为避免销子受力过大而剪断 通常在销子定位端根部倒成大圆角 这时夹具体上安装定位销的部分应设计埋头坑 以便定位销的圆角部分沉入坑内 而不妨碍工件定位 固定式定位销和可换式定位销是标准结构 圆锥销 圆锥销一般只能限制工件的三个移动自由度 工件在单个圆锥销上容易倾斜 为此 圆锥销一般与其它定位元件组合适用 锥度心轴 这种定位方式的定心精度较高 可达0 01 0 02mm 但工件的轴向位移较大 适用于工件定位孔精度不低于IT7的精车和磨削加工 但加工端面较为困难 具体结构与心轴尺寸设计可参阅相关标准手册 圆柱心轴