机床夹具基本原理工程学

1、会计学1机床夹具基本原理工程学机床夹具基本原理工程学第1页/共84页将工件进行定位、夹紧，将刀具进行导向或对刀，以将工件进行定位、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。保证工件和刀具间的相对位置关系的附加装置。1. 定位元件：起定位作用，保证工件相对于夹具的位置。定位元件：起定位作用，保证工件相对于夹具的位置。2. 夹紧装置：将工件夹紧，以保持工件在加工时的既得位置。夹紧装置：将工件夹紧，以保持工件在加工时的既得位置。3. 导向元件和对刀装置：保证刀具相对夹具的位置。导向元件和对刀装置：保证刀具相对夹具的位置。4. 连接元件：用来保证夹具和机床工作台之间的相对

2、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。5. 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。础件。6. 其它元件：如动力装置、分度装置等。其它元件：如动力装置、分度装置等。第4页/共79页第2页/共84页第5页/共79页第3页/共84页第6页/共79页第4页/共84页万向平口钳 四爪卡盘 三爪卡盘 分度头 回转工作台 第7页/共79页第5页/共84页 找正法与用夹具装夹工件的对比 第8页/共79页第6页/共84页图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 第9页/

3、共79页第7页/共84页车床夹具 组合机床夹具 第10页/共79页第8页/共84页第11页/共79页第9页/共84页第12页/共79页第10页/共84页第13页/共79页第11页/共84页通用夹具通用夹具通用性强，被广泛应用于单件小批量生产专用夹具专用夹具专为某一工序设计，结构紧凑、操作方便、生产效率高、加工精度容易保证，适用于定型产品的成批和大量生产。组合夹具组合夹具由一套预先制造好的标准元件和合件组装而成的专用夹具。通用可调通用可调夹具夹具不对应特定的加工对象，适用范围宽，通过适当的调整或更换夹具上的个别元件，即可用于加工形状、尺寸和加工工艺相似的多种工件。成组夹具成组夹具专为某一组零件的

4、成组加工而设计，加工对象明确,针对性强。通过调整可适应多种工艺及加工形状、尺寸。第14页/共79页第12页/共84页工件在夹具中的定位和夹紧误差工件在夹具中的定位和夹紧误差刀具的导向或对刀误差刀具的导向或对刀误差与加工过程中一些因素有关的加与加工过程中一些因素有关的加工误差。如：受力变形、受热变工误差。如：受力变形、受热变形、磨损等。形、磨损等。通常：通常：安装安装+ +对定对定+ +过程过程T T工件工件第15页/共79页第13页/共84页第16页/共79页第14页/共84页第17页/共79页第15页/共84页第18页/共79页第16页/共84页第19页/共79页第17页/共84页第20页/

5、共79页第18页/共84页第21页/共79页第19页/共84页第22页/共79页第20页/共84页零件某一个自由度同时由多个定位元件限制。零件某一个自由度同时由多个定位元件限制。第23页/共79页第21页/共84页第24页/共79页第22页/共84页第25页/共79页第23页/共84页套筒：套筒：V形块：形块：H2tg2N2sin2DT 第26页/共79页第24页/共84页第27页/共79页第25页/共84页第28页/共79页第26页/共84页第29页/共79页第27页/共84页第30页/共79页第28页/共84页两孔中心距为：两孔中心距为：L LT Tlklk/2/2，两销中心距为：两销中心

6、距为：L LT TlXlX/2/2 。两孔与两。两孔与两销的最小间隙分别是销的最小间隙分别是1min1min， 2min2min。222222-AOACAOAB=()2222222min-1-22222lklxDDbbTT轾轾轾轾D犏犏犏犏+=犏犏犏犏臌臌臌臌()2222min2min11()-2422lklxlklxDb TTTT轾DD犏+=犏臌22 m inlklxDbTTD=+第31页/共79页第29页/共84页22minlklxDbTTD=+()2min2lklxbTTDD=+222mindD=- Dh6第32页/共79页第30页/共84页0.018012(7)800.06HLf+=孔

7、已知两孔尺寸：11()0.0435800.02lxlkTTL=销取：-0.006-0.01712( 6)76gHg取配合：，则圆销尺寸：f第33页/共79页第31页/共84页22 m inlklxDbTTD=+()2min24(0.120.04)0.05312lklxb TTD+D=2min2min2max2max2min2min120.05311.947DddDD=-=- D=-=取菱形销的精度为：取菱形销的精度为：IT6，TdTd2 2=0.011=0.011d d2min2min=d=d2max2max-Td-Td2 2=11.947-0.011=11.936=11.947-0.011=

8、11.9360.05320.06412df-=第34页/共79页第32页/共84页第35页/共79页第33页/共84页第36页/共79页第34页/共84页第37页/共79页第35页/共84页后盖零件钻径向孔的工序图 后盖零件钻床夹具 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180.1mm, 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62所示。10孔径尺寸钻头保证，由钻套1保证，距后端面距离180.1mm由支承板

9、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38页/共79页第36页/共84页定位误差（定位误差（D D）是指由于定位不准而造成某一工序尺）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。寸或位置要求方面的加工误差。定位误差定位误差基准位移误差基准位移误差( (Y Y) )基准不重合误差基准不重合误差( (B B) )零件定位基准不准确零件定位基准不准确夹具上定位元件不准确夹具上定位元件不准确13DTD定位基准的变动定位基准的变动工序

10、基准相对定位基准的变动工序基准相对定位基准的变动第39页/共79页第37页/共84页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的工序基准第40页/共79页第38页/共84页采用一面两销定位方式：一平面、一圆柱销和一挡销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内孔为定位基准位基准第41页/共79页第39页/共84页12341minYOOO OTDTdD=+ D1212BA ATdD=1min12DYBTDTdTdD= D+ D=+ D+第42页/共79页第40页/共84页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利用极限位置法判断工序尺寸的最大最大、最小最

11、小变动值变动值，其变动范围即为定位误差。，其变动范围即为定位误差。定位内孔最大时定位内孔最大时工件外圆最小时工件外圆最小时工件外圆最大时工件外圆最大时定位销直径最小时定位销直径最小时第43页/共79页第41页/共84页第44页/共79页第42页/共84页32()DAHh tgaD=-D12BATAD=12()YAHh tgaD=-D11122()DAYABAHh tgTAa D= D+ D=-D+第45页/共79页第43页/共84页111DHHHO OD=-=sinsin2 sin222O AO ATDO Oaaa=-=12 sin2DHTDa D=或根据：或根据：D D= =Y Y+ +B

12、B110BHYHOOD=D=，112sin2DHYHTDa D= D=第46页/共79页第44页/共84页222DHHHC CD=-= ()CCOCOCOOOCOC=-=+-2sin211(),22TDO OO CDTDO CDa=-=2122sin2DHTDTDa D=-第47页/共79页第45页/共84页333DHHHK KD=-=()KKOKOKOOOKOK=-=+-2sin211,()22TDO OO KD O KDTDa=-3122sin2DHTDTDa D=+第48页/共79页第46页/共84页0Tdd 01Td1d maxminminmax2122YDdDdOOOO-D=-=-1

13、()2YTDTd D=+maxminminYDdTDTdD=-=+ D第49页/共79页第47页/共84页0BD=11()2DHYTDTd D= D=+12BTDD=212DHYBTd D= D- D=0Tdd 01Td1d 12BTDD=3111()222DHYBTDTdTDTDTd D= D+ D=+=+112BTdD=411111()()222DHYBTDTdTdTDTdTd D= D+ D=+=+第50页/共79页第48页/共84页222TdTD 111TdTD 111YTDTdD=+ D11122O OO OtgLa-+D= 11112222TDTdTDTdtgLa-+ D+ DD=

14、 第51页/共79页第49页/共84页 cos第52页/共79页第50页/共84页a. 改变力的大小，通常为增力机改变力的大小，通常为增力机构；构；b. 改变夹紧力的方向；改变夹紧力的方向；c. 使夹具具有一定的自锁性，以使夹具具有一定的自锁性，以保证夹紧可靠。保证夹紧可靠。产生原始的作用力产生原始的作用力执行夹紧的最终元件，执行夹紧的最终元件，直接与工件接触。直接与工件接触。中中间间传传力力机机构构第53页/共79页第51页/共84页夹紧应有助于定位，不能破坏定位；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夹紧可靠、可调，应保证工件在加工过程中不发

15、生位置变动和振动；振动；夹紧产生的工件变形应在允许的范围之内；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，便于制夹紧装置操作应安全、方便、省力，结构应简单合理，便于制造；造；手动夹紧时，应有自锁性能。手动夹紧时，应有自锁性能。第54页/共79页第52页/共84页第55页/共79页第53页/共84页第56页/共79页第54页/共84页FF摩擦系数摩擦系数f10WK W=121()FW ffGf=+1012()K FGfWKWff-=+摩擦系数摩擦系数f2第57页/共79页第55页/共84页特点：特点：有自锁性。通常斜角有自锁性。通常斜角=6=68 8有增

16、力作用。增力比为有增力作用。增力比为i=25。能改变夹紧力的方向。能改变夹紧力的方向。夹紧行程小。夹紧行程小。第58页/共79页第56页/共84页第59页/共79页第57页/共84页特点：特点：自锁性好，可靠性高。自锁性好，可靠性高。增力比大。增力比大。i=65140多为手动操作，通常使用快速装夹结构提高工件安多为手动操作，通常使用快速装夹结构提高工件安装速度。装速度。结构简单，应用广泛。结构简单，应用广泛。第60页/共79页第58页/共84页特点：特点：有自锁差，一般用于切削负荷不大的场合。有自锁差，一般用于切削负荷不大的场合。有增力作用。增力比为有增力作用。增力比为i=1214。夹紧迅速。

17、夹紧迅速。夹紧行程小。夹紧行程小。很少单独直接作用于工件，通常与其他元件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。联合使用。如：偏心压板机构。第61页/共79页第59页/共84页 内径：内径：d=刀具的外径。基轴制刀具的外径。基轴制F7/h6，G6/h5。 高度：高度：H=(1.52)d（一般）（一般）H=(2.53.5)d（高精度）（高精度） 钻套与工件间的距离：钻套与工件间的距离：h=(0.30.7)d（铸铁）（铸铁）h=(0.71.5)d（钢材）（钢材）第62页/共79页第60页/共84页第63页/共79页第61页/共84页第64页/共79页第62页/共84页第6

18、5页/共79页第63页/共84页第66页/共79页第64页/共84页拔叉钻孔夹具 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夹具体第67页/共79页第65页/共84页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。 第68页/共79页

19、第66页/共84页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180.02mm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

20、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。 第69页/共79页第67页/共84页固定式钻模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 150.1mm；与 f68H7 孔轴线的垂直度公差为 0.05mm，对称度公差为 0.

21、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4 f68h6 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。第70页/共79页第68页/共84页标准钻套 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，

22、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

23、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。第71页/共79页第69页/共84页特殊钻套 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

24、）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）。第72页/共79页第70页/共84页轴端铣方头夹具 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。第73页/共79

25、页第71页/共84页固定支承有支承钉（GB/T222691）和支承板（GB/T223691）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

26、具。第74页/共79页第72页/共84页图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。第75页/共79页第73页/共84页定向键 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

27、 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。第76页/共79页第74页/共84页图6-60 标准对刀块及对刀装置（a）圆形对刀块（GB/T224091）（b）方形对刀块（GB/T224191）（c）直角对刀块（GB/T224291）（d）侧装对刀块（GB/T224391）（e)对刀块1对刀块2对刀平塞尺3对刀圆柱塞尺采用标准对刀块和塞尺进行对刀调整时，加工精度不超过 IT8 级公差

28、。当对刀调整要求较高或不便于设置对刀块时，可以采用试切法；标准件对刀法；或用百分表来校正定位元件相对于刀具的位置，而不设置对刀装置。对刀装置由对刀块和塞尺组成，用以确定夹具和刀具的相对位置。对刀装置的形式根据加工表面的情况而定，图6-60为几种常见的对刀块：6-60（a）为圆形对刀块，用于加工平面；6-60（b）为方形对刀块，用于调整组合铣刀的位置；6-60（c）为直角对刀块，用于加工两相互垂直面或铣槽时的对刀；6-60（d)为侧装对刀块，亦用于加工两相互垂直面或铣槽时的对刀。这些标准对刀块的结构参数均可从有关手册中查取。对刀调整工作通过塞尺（平面型或圆柱型）进行，这样可以避免损坏刀具和对刀块的工作表面。塞尺的厚度或直径一般为 35mm，按国家标准 h6 的公差制造，在夹具总图上应注明塞尺的尺寸。 第77页/共79页第75页/共84页加工磨床尾架孔的镗模 图6-62中是加工磨床尾架孔用的镗模。工件以夹具体底座上的定位斜块9和支承板10作主要定位。转动压紧螺杆6，便可将工件推向支承钉3，并保证两者接触，以实现工件的轴向定位。工件的夹紧，则是靠铰链压板5。压板通过活节螺栓和螺母7来操纵。镗杆是由装在镗模支架2上的镗套1来导向。镗模支架则用销钉和螺钉准确地固定在夹具体底座上。