第4章 机床夹具的基本原理-工程学.ppt

第4章机床夹具设计原理 第一节夹具的基本概念第二节工件的定位原理第三节定位方式与定位元件的选择第四节定位误差第五节工件的夹紧第六节各类机床夹具特点 第一节夹具的基本概念 夹具的组成 将工件进行定位 夹紧 将刀具进行导向或对刀 以保证工件和刀具间的相对位置关系的附加装置 定位元件 起定位作用 保证工件相对于夹具的位置 夹紧装置 将工件夹紧 以保持工件在加工时的既得位置 导向元件和对刀装置 保证刀具相对夹具的位置 连接元件 用来保证夹具和机床工作台之间的相对位置 夹具体 用于连接夹具各元件及装置使其成为一个整体的基础件 其它元件 如动力装置 分度装置等 二 夹具的作用 保证加工质量 提高生产率 减轻劳动强度 扩大机床的工艺范围 三 夹具的分类 按专业化程度分 通用夹具 与通用机床配套 如 三爪卡盘等 专用夹具 根据某一工序专门设计 成组夹具 按照成组工艺原理设计 适用于一组零件 组合夹具 由标准件拼接而成 随行夹具 用于自动线上 工件在夹具上由输送装置送往各机床 并在机床夹具或机床工作台上进行定位和夹紧 图1 4钻床夹具1 钻套 2 衬套 3 钻模板 4 开垫圈 5 螺母 6 定位销 7 夹具体 四 加工误差的组成 安装误差 安装 工件在夹具中的定位和夹紧误差 对定误差 对定 刀具的导向或对刀误差 过程误差 过程 与加工过程中一些因素有关的加工误差 如 受力变形 受热变形 磨损等 通常 安装 对定 过程 T工件 第二节工件的定位原理 第二节工件的定位原理 一 六点定位原理 一 六点定位原理 完全定位 六个自由度全部被限制 不完全定位 部分定位 欠定位 根据加工要求 未能限制应该限制的自由度 一 六点定位原理 过定位 重复定位 零件某一个自由度同时由多个定位元件限制 二 定位方式与定位元件的选择 工件以平面定位 固定支承钉 可调支承 自位支承 辅助支承 工件以平面定位 支承板 工件以外圆表面定位 套筒 V形块 工件以圆柱孔定位 圆柱定位销 圆锥定位销 定位心轴 工件以圆锥孔定位 定位方式的组合 一个平面和两个与其垂直的孔的组合 一面双销 定位方式的组合 一个平面和两个与其垂直的孔的组合 一面双销 定位方式的组合 一个平面和两个与其垂直的孔的组合 一面双销 两孔中心距为 L Tlk 2 两销中心距为 L TlX 2 两孔与两销的最小间隙分别是 1min 2min 由图中 AO2B和 AO2 C可得 整理后得 去掉式中高阶无穷小量后得 定位方式的组合 h6 定位销的设计与选取 确定两定位销的尺寸 确定定位销中心距及公差 确定圆柱销d1尺寸及公差 定位销的设计与选取 确定菱销的宽度 查表取 b 4mm 确定菱形销d2尺寸及公差 根据式 得 取菱形销的精度为 IT6 Td2 0 011 d2min d2max Td2 11 947 0 011 11 936 查表法确定菱形销 定位方式的组合 一个平面和一个与其垂直的孔的组合 一面一销 定位方式的组合 两个相互垂直的平面和一个与其中一个平面垂直的孔的组合 两面一销 1 钻套2 钻模板3 夹具体4 支承板5 圆柱销6 开口垫圈7 螺母8 螺杆9 菱形销成批生产中 加工图6 1所示零件 钻后盖上的 10mm孔 保证距后端面距离为18 0 1mm 10孔轴心线与 30孔中心线垂直 10孔轴线与下面的 5 8孔轴线在同一平面上 其钻床夹具如图6 2所示 10孔径尺寸钻头保证 由钻套1保证 距后端面距离18 0 1mm由支承板4保证 10孔轴线与 30孔轴线垂直由钻套和圆柱销5共同保证 10孔轴线与下面的 5 8孔轴线在同一平面上由菱形销9保证 加工时拧紧螺母7 实现定位 松开螺母7 拿开开口垫圈6 实现快速更换工件 第三节定位误差 定位误差 D 是指由于定位不准而造成某一工序尺寸或位置要求方面的加工误差 定位误差的概念 定位基准的变动 工序基准相对定位基准的变动 基准不重合误差 B 定位基准 定位基准 定位基准 定位基准 B的工序基准 A的工序基准 A的工序基准 基准移位误差 Y 采用一面两销定位方式 一平面 一圆柱销和一挡销 内孔为定位基准 举例 基准的位移误差 基准不重合误差 极限位置法计算定位误差 利用极限位置法判断工序尺寸的最大 最小变动值 其变动范围即为定位误差 结论 定位误差只产生在采用调整法加工一批零件的条件下 定位误差是由于工件定位不准而产生的加工误差 表现形式为工序基准相对加工面可能产生的最大尺寸或位置的变动范围 D Y B 二 定位误差分析计算 以平面定位时的定位误差 对于尺寸A3 对于尺寸A1 二 定位误差分析计算 以V形块定位外圆时的定位误差 对于尺寸H1 或根据 D Y B 二 定位误差分析计算 以外圆在V形块上定位时的定位误差 对于尺寸H2 二 定位误差分析计算 以外圆在V形块上定位时的定位误差 对于尺寸H3 二 定位误差分析计算 以内孔在圆柱心轴上定位时的定位误差 定位心轴水平放置 双边接触 定位心轴垂直放置 单边接触 以内孔在圆柱心轴上定位时的定位误差 对于尺寸H1 对于尺寸H2 对于尺寸H3 以定位心轴水平放置时为例 对于尺寸H4 二 定位误差分析计算 以一面双销定位时的定位误差 基准位移误差 转角误差 二 定位误差分析计算 5 误差方向与工序尺寸方向不同时 在x方向 B x 1 2 l Y x 1 D2 d2 X2min 在z方向 B z 2 h Y z 0 工序尺寸A的定位误差 D A 2 l D2 d2 X2min cos 2 hcos 式中 D2 孔2直径的公差 d2 销2 长轴方向的直径公差 X2min 孔2与销2 长轴方向 最小配合间隙 第四节工件的夹紧 夹紧装置的组成及设计要求 夹紧装置的组成 夹紧元件 中间传力机构 改变力的大小 通常为增力机构 改变夹紧力的方向 使夹具具有一定的自锁性 以保证夹紧可靠 动力源 夹紧装置的组成及设计要求 设计要求 夹紧应有助于定位 不能破坏定位 夹紧可靠 可调 应保证工件在加工过程中不发生位置变动和振动 夹紧产生的工件变形应在允许的范围之内 夹紧装置操作应安全 方便 省力 结构应简单合理 便于制造 手动夹紧时 应有自锁性能 二 夹紧力的确定 夹紧力的方向 夹紧力的方向应不破坏工件定位的准确性和可靠性 夹紧力的方向应有利于减小夹紧力 二 夹紧力的确定 夹紧力的作用点 作用点应保持工件的稳定 不能使工件产生位移或偏转 作用点应位于工件刚性较好的部位 夹紧力应尽可能靠近工件上被加工面 必要时应加辅助支承 夹紧力应使夹具本身变形小 二 夹紧力的确定 夹紧力的大小 式中 W0 实际夹紧力 W 理论夹紧力 K 安全系数 粗加工时K 2 5 3 精加工时K 1 5 2 如右图所示 三 典型夹紧机构 斜楔夹紧机构 特点 有自锁性 通常斜角 6 8 有增力作用 增力比为i 2 5 能改变夹紧力的方向 夹紧行程小 三 典型夹紧机构 螺旋夹紧机构 三 典型夹紧机构 螺旋夹紧机构 特点 自锁性好 可靠性高 增力比大 i 65 140多为手动操作 通常使用快速装夹结构提高工件安装速度 结构简单 应用广泛 特点 有自锁差 一般用于切削负荷不大的场合 有增力作用 增力比为i 12 14 夹紧迅速 夹紧行程小 很少单独直接作用于工件 通常与其他元件联合使用 如 偏心压板机构 三 典型夹紧机构 偏心夹紧机构 第五节各类机床夹具特点 钻床夹具 组成 钻模板 钻套 定位元件 夹紧装置 钻模体 钻套 钻套尺寸 内径 d 刀具的外径 基轴制F7 h6 G6 h5 高度 H 1 5 2 d 一般 H 2 5 3 5 d 高精度 钻套与工件间的距离 h 0 3 0 7 d 铸铁 h 0 7 1 5 d 钢材 几种常见的钻模 第五节各类机床夹具特点 镗床夹具 组成 导向支架 镗套 定位元件 夹紧装置 镗模体 镗套 类型 第五节各类机床夹具特点 三 铣床夹具 组成 定位元件 夹紧装置 对刀块 连接元件 夹具体 连接元件 对刀装置 拔叉钻孔夹具 1 扁销2 紧定螺钉3 销轴4 钻模板5 支承钉6 定位轴7 偏心轮9 夹具体 花盘角铁式车床夹具 1 削边定位销2 圆柱定位销3 轴向定位基面4 夹具体5 压板6 工件7 导向套8 平衡块 工件6以两孔在圆柱销2和削边销1上定位 端面直接在夹具体4的角铁平面上定位 两螺钉压板分别在两定位销孔旁把工件夹紧 导向套7用来引导加工由孔的刀具 8是平衡块 以削除夹具在回转时的不平衡现象 夹具上设置轴向定程基准面3 它与圆柱销保持确定的由向距离 可以利用宏观世界控制刀具的轴向行程 十字槽轮精车工序简图 图6 54所示为十字槽轮零件精车圆弧f23 00 023mm的工序简图 本工序要求保证四处f23 0 023mm圆弧 对角圆弧位置尺寸18 0 02mm及对称度公差0 02mm f23 0 023mm轴线与f5 5h6轴线的平行度允差f0 01mm 花盘式车床夹具1 3 4 定位套2 定位销 如图6 51所示 为加工该工序的车床夹具 工件以f5 5h6外圆柱面与端面B 半精车的f22 5h8圆弧面 精车第二个圆弧面时则用已经车好的f23 0 023mm圆弧面 为定位基面 夹具上定位套1的内孔表面与端面 定位销2 安装在套3中 限位表面尺寸为f22 5 0 01mm 安装在套4中 限位表面尺寸为f23 0 008mm 图中未画出 精车第二个圆弧面时使用 的外圆表面为相应的限位基面 限制工件6个自由度 符合基准重合原则 同时加工三件 利于对尺寸的测量 固定式钻模1 螺钉2 转动开口垫圈3 拉杆4 定位法兰5 快换钻套6 钻模板7 夹具体8 手柄9 圆偏心凸轮10 弹簧 图6 54 a 是零件加工孔的工序图 f68H7孔与两端面已经加工完 本工序需加工f12H8孔 要求孔中心至N面为15 0 1mm 与f68H7孔轴线的垂直度公差为0 05mm 对称度公差为0 1mm 据此 采用了如图6 54 b 所示的固定式钻模来加工工件 加工时选定工件以端面N和f68H7内圆表面为定位基面 分别在定位法兰4f68h6短外圆柱面和端面N 上定位 限制了工件5个自由度 工件安装后扳动手柄8借助圆偏心凸轮9的作用 通过拉杆3与转动开口垫圈2夹紧工件 反方向搬动手柄8 拉杆3在弹簧10的作用下松开工件 标准钻套 图6 55 a 与其说 55 b 是固定钻套的两种型式 钻套外圆以H7 n6或H7 r6配合直接压入钻模板或夹具体的孔中 如果在使用过程中不需更换钻套 则用固定钻套较为经济 钻孔的位置也较高 适用于单一钻孔工序和小批生产 图6 55 c 为可换钻套 当生产量较大 需要更换磨损后的钻套时 使用这种钻套较为方便 为了避免钻模板的磨损 在可换钻套与钻模板之间按H7 r6的配合压入衬套 可换钻套的外圆与衬套的内孔一般采用H7 g6或H7 h6的配合 并用螺钉加以固定 防止在加工过程中因钻头与钻套内孔的摩擦使钻套发生转动 或退刀时随刀具升起 快换钻套当加工孔需要依次进行钻 扩 铰时 由于刀具的直径逐渐增大 需要使用外径相同 而孔径不同的钻套来引导刀具 这时使用如图6 55 d 6 55 e 所示的快换钻套可以减少更换钻套的时间 它和衬套的配合同于可换钻套 但其锁紧螺钉的突肩比钻套上凹面略高 取出钻套不需拧下锁紧螺钉 只需将钻套转过一定的角度 使半圆缺口或削边正对螺钉头部即可取出 但是削边或缺口的位置应考虑刀具与孔壁间摩擦力矩的方向 以免退刀时钻套随刀具自动拔出 特殊钻套 当钻模板或夹具体不能靠近加工表面时 使用图6 56 a 所示的加长钻套 使其下端与工件加工表面有较短的距离 扩大钻套孔的上端是为了减少引导部分的长度 减少因摩擦使钻头过热和磨损 图6 56 b 用于斜面或圆弧面上钻孔 防止钻头切入时引偏甚至折断 图6 56 c 是当孔距很近时使用的 为了便于制造在一个钻套上加工出几个近距离的孔 图6 56 d 是需借助钻套作为辅助性夹紧时使用 图6 56 e 为使用上下钻套引导刀具的情况 当加工孔较长或与定位基准有较严的平行度 垂直度要求时 只在上面设置一个钻套2 很难保证孔的位置精度 对于安置在下方的钻套4要注意防止切屑落入刀杆与钻套之间 为此 刀杆与钻套选用较紧的配合 H7 h6 轴端铣方头夹具 图6 57是铣削轴端方头的夹具 采用平行对向式多们联动夹皮机械 旋转夹紧螺母6 通过球面垫圈及压板7将工件压在V形块上 四把三面刃铣刀同时铣完两个侧面后 取下楔块5 将回转座4转过90 再用楔块5将回转座定位并楔紧 即可铣削工件的另两个侧面 固定支承有支承钉 GB T2226 91 和支承板 GB T2236 91 两种型式 A型支承钉是标准平面支承钉 常用于已经加工后的表面定位 当定位基准面是粗糙不平的毛坯表面时 应采用B型球头支承钉 使其与粗糙表面接触良好 C型所示齿纹型支承钉常用于侧面定位 它能增大摩擦系数 防止工件受力后滑动 大中型工件以精基准面定位时 多采用支承板定位 可使接触面增大 避免压伤基准面 减少支承的磨损 A型支承板 结构简单 便于制造 但沉头螺钉处的积屑难于清除 宜作侧面或顶面支承 B型是带斜槽的支承板 因易于清除切屑和容纳切屑 宜作底面支承 常用于以推拉方式装卸工件的夹具和自动线夹具 图6 58圆周进给铣床夹具1 拉杆2 定位销3 开口垫圈4 挡销5 液压缸6 工作台 图6 58所示是在立式铣床上圆周进给铣拔叉的夹具 通过电动机 蜗轮副传动机构带动回转工作台6回转 夹具上可同时装夹12个工件 工件以一端的孔 端面及侧面在夹具的定位板 定位销2及挡销4上定位 由液压缸5驱动拉杆1 通过开口垫圈3夹紧工件 图中AB是加工区段 CD为工件的装卸区段 定向键 定向键安装在夹具底面的纵向槽中 一般使用两个 其距离尽可能布置得远些 小型夹具也可使用一个断面为矩形的长键 通过定向键与铣床工作台T形槽的配合 使夹具上元件的工作表面对于工作台的送进方向具有正确的相互位置 定向键可承受铣削时所产生的扭转力矩 可减轻夹紧夹具的螺栓的负荷 加强夹具在加工过程中的稳固性 因此 在铣削平面时 夹具上也装有定向键 定向键的断面有矩形和圆柱形两种 常用的为矩形 图6 60标准对刀块及对刀装置 a 圆形对刀块 GB T2240 91 b 方形对刀块 GB T2241 91