第四章工件的定位及机床夹具设计

1、 第四章 工件的定位及机床夹具设计机床夹具的组成及分类 4.1工件的定位 4.2常用定位方式与定位元件 4.34.44.74.64.5工件在夹具中的定位误差分析 工件在夹具中的夹紧 典型机床夹具的设计要点 专用机床夹具的设计方法 计算机辅助夹具设计 4.84.14.1.1 机床夹具的组成机床夹具的组成及分类 . 定位元件 定位元件保证工件在夹具中处于正确的位置。 . 夹紧装置 . 对刀或导向装置 对刀或导向装置用于确定刀具相对于定位元件的正确位置。 夹紧装置的作用是将工件压紧夹牢，保持工件在定位时所占据的正确位置，并在加工过程中受到外力(切削力等)作用时不发生变化(即位移及振动) 。2022-

2、5-14. 连接元件 连接元件是确定夹具在机床上正确位置的元件。 . 夹具体 夹具体是机床夹具的基础件。 . 其他装置或元件 它们是指夹具中因特殊需要而设置的装置或元件。2022-5-144.1.2 机床夹具的分类 . 按夹具的通用特性分类 )通用夹具 )专用夹具 )可调夹具 )成组夹具 )组合夹具 )自动线夹具 自动线夹具一般分为两种:一种为固定式夹具；另一种为随行夹具。 2022-5-14. 按夹具使用的机床分类 . 按夹具动力源来分类 按夹具夹紧动力源可将夹具分为手动夹具和机动夹具两大类。 按使用的机床分类，可把夹具分为车床夹具、铣床夹具、钻床夹具、镗床夹具、磨床夹具、齿轮机床夹具、数控

3、机床夹具等。2022-5-144.2.1 工件定位原理 . 六点定位规则。如图4-3所示。 . 工件定位应限制的自由度。如图4-4所示。 4.2 工件的定位 2022-5-144.2.2 工件正确定位与自由度的关系 为使工件具有一个正确位置，所以定位元件必须满足以下几点要求: ()应具有一定的精度。 ()应具有良好的耐磨性。 ()应具有足够的刚性。 ()应具有良好的工艺性。 2022-5-144.3.1 工件以平面定位 . 固定支承 )支承钉。如图4-5所示。 4.3 常用定位方式与定位元件 工件以平面定位时，定位元件常用三个支承钉或两个以上支承板组成的平面进行定位。 2022-5-14)支承

4、板 多用于精基准定位，有时可用一块支承板代替两个支承钉，如图4-6所示。 2022-5-14. 可调支承 它是指顶端位置可在一定高度范围内调整的支承，适用于形状、尺寸变化较大的粗基准定位，亦可用于同一夹具加工形状相同而尺寸不同的工件 。如图4-7所示。. 自位支承 它是在工件定位过程中，能随工件定位基准面位置的变化而自动与之适应的多点接触的浮动支承，其作用相当于一个定位支承点，限制工件的一个自由度 。如图4-8所示。2022-5-144.3.2 工件以圆孔定位 常用定位元件有以下几种：. 定位销 )固定式定位销。如图4-10所示。 2)可换式定位销。如图4-11所示。2022-5-14. 定位

5、心轴 )圆柱心轴。如图4-14所示。 )锥度心轴。 2022-5-144.3.3 工件以外圆柱面定位 . 形块。 形块可分固定式与活动式两种。如图4-15所示。 1）固定式：长V形块限制工件四个自由度，短V形块限制工件两个自由度。 2）活动式：短V形块只限制一个自由度。2022-5-14. 定位套筒 定位套筒的结构形式如图4-17所示，图4-17)结构用于工件以端面为主要定位基准；图 4-17)结构用于以工件外圆柱为主要定位基面；图4-17)结构用于工件以圆柱端面为定位基面。2022-5-144.3.4 工件以组合表面定位 . 一个平面和两个与其垂直的孔的组合 在成批和大量生产中加工箱体、杠杆

6、、盖板等零件时，常常采用以一平面和两定位孔作为定位基准实现组合定位，该组合定位方式简称为一面两孔定位。如图4-18所示。2022-5-14. 一孔与一端面组合 ()如图4-20所示，通常采用端面为第一定位基准。 ()如图4-21所示，以孔中心线作为第一定位基准。2022-5-144.4.1 定位误差产生的原因 工件在夹具中定位时，各个工件位置不一致的原因主要有两种情况: （1）定位基准与限位基准不重合，产生的基准位移误差， （2）定位基准与工序基准不重合，产生的基准不重合误差。 . 基准位移误差 。如图4-22所示。 可按下式计算: 4.4 工件在夹具中的定位误差分析 2022-5-14. 基

7、准不重合误差 。如图4-23所示。基准不重合误差为 2022-5-144.4.2 定位误差的分析与计算. 平面定位时的定位误差 工件以平面定位时可能产生的定位误差，主要由基准不重合引起。分析和计算基准不重合误差的重点，在于找出联系设计基准和定位基准间的定位尺寸 ，然后按下式计算即可求出基准不重合误差的大小。. 工件以圆孔定位时的定位误差 ()工件上圆孔与刚性心轴或心轴间隙配合，定位元件水平放置。 ()工件圆孔与刚性心轴或定位销间隙配合，定位元件垂直放置。 ()工件圆孔与刚性心轴或定位销过盈配合，定位元件水平或垂直放置。. 工件以外圆表面定位时的定位误差2022-5-144.5.1 夹紧装置的组

8、成 一般夹紧装置由三部分组成。如图4-28所示。 ()力源装置。 ()夹紧元件。 ()中间传力机构。 4.5 工件在夹具中的夹紧 2022-5-144.5.2 工件夹紧的基本要求()在夹紧过程中应能保持工件定位时所获得的正确位置。()夹紧应可靠和恰当， 夹紧机构一般要有自锁作用，保证在加工过程中不会产生松动或振动，夹紧工件时不允许工件产生不适当的变形和表面损伤。()夹紧机构的复杂程度、工作效率应与生产类型相适应，尽量做到结构简单，便于制造和维修，并尽量采用标准化元件。()夹紧装置应操作方便，省力、安全。 2022-5-144.5.3 夹紧力的确定. 夹紧力作用点的选择原则 ()夹紧力的作用点应

9、正对定位元件或作用在定位元件所形成的支承面内。如图4-29所示。()夹紧力的作用点应位于工件刚性好的部位。如图4-30所示。()夹紧力的作用点应尽量靠近加工表面。如图4-31所示。 2022-5-14. 夹紧力作用方向的选择原则 ()夹紧力的方向应垂直于主要定位基面，以保证加工精度。如图4-32所示。 ()夹紧力方向应与工件刚度最大的方向一致，以减小工件的夹紧变形。如图4-33所示的加工时的两种夹紧方式。2022-5-14()夹紧力方向应尽量与切削力、重力等力的方向一致，以减小夹紧力。如图4-34所示。 . 夹紧力大小的估算 在确定夹紧力时，可将机床夹具和工件看成为一个整体，将作用在工件上的切

10、削力、夹紧力、重力和惯性力等列出静力平衡方程式，求出理论夹紧力。 为使夹紧可靠，应再乘以一安全系数 。考虑到切削力的变化、切削条件的变化、夹紧装置产生的夹紧力的稳定性等因素的影响，一般在粗加工时取 . ，精加工时可取 . 。2022-5-144.5.4几种典型夹紧机构. 斜楔夹紧机构 如图4-35所示为几种斜楔夹紧机构示例。其中如图4-35)所示为夹具直接采用斜楔夹紧，如图4-35)所示为斜楔、滑柱与杠杆组合夹紧机构，如图4-35) 。2022-5-14. 螺旋夹紧机构 螺旋机构既可以单独组成夹紧机构(图4-37)，也可以与其他机构联合组成夹紧机构(图4-38)。. 偏心夹紧机构 偏心夹紧机构

11、是通过偏心作用原理或与其他元件组合而夹紧工件的，属斜楔夹紧机构的一种变形。如图4-39所示为偏心压板夹紧机构。 2022-5-14. 定心夹紧机构 如图4-41所示。 ()是利用斜楔、螺旋、偏心、齿轮和齿条等刚性元件，使定位夹紧元件作等速位移来实现定心夹紧，常见的有三爪定心卡盘、齿轮式偏心机构等。图4-42所示为螺旋活动 形块式夹紧机构。图4-43所示为齿轮偏心式定心夹紧机构。 ()利用薄壁弹性元件受力后产生的均匀变形，使工件定位夹紧的机构。如图4-44所示。2022-5-142022-5-14. 铰链杠杆增力机构 如图4-45所示为单作用铰链杠杆夹紧机构。 2022-5-14. 多件多位夹紧

12、机构 )多件平行夹紧机构 ； )多件顺序夹紧机构 ； )多位夹紧机构 . 夹紧装置的动力源 夹紧装置的夹紧方式有两种，手动夹紧和机动夹紧。手动夹紧时的动力源是人力。在大批量生产中均使用气动、液压、气液联动等动力源的机动夹紧方式，以代替手动夹紧。2022-5-144.6.1钻床夹具4.6 典型机床夹具的设计要点 . 钻床夹具的类型 )固定式钻床夹具。 )回转式钻床夹具。. 钻套 ()固定式钻套。如图4-53)、)所示 。 ()可换式钻套。如图4-53c)所示。 ()快换式钻套。如图4-53d)所示。 ()特殊钻套。如图4-54a)是供钻凹坑内孔用的。图4-54b)是供钻圆弧或斜面上孔用。 . 钻

13、模板 . 钻套的高度和排屑间隙 2022-5-142022-5-144.6.2铣床夹具 . 单件加工的铣床夹具 。图4-57所示为用于铣削槽的铣床夹具。 . 多件加工的铣床夹具 。图4-58所示是铣削连杆小头两个端面的夹具。 2022-5-14. 铣床夹具的结构特点 )对刀元件：对刀元件是专用铣床夹具上确定铣刀相对于夹具定位元件间正确位置的元件。如图4-59所示。 )定位键：定位键是保证铣床夹具对铣床工作台间相对位置的连接元件。如图4-60所示。2022-5-14 4.7.1设计准备 在决定夹具总体方案之前，应该搜集和掌握下列必要的资料。 ()生产纲领 ()零件图及工序图 ()零件工艺规程 (

14、)夹具结构及标准 4.7.2 定位方案的确定 4.7 专用机床夹具的设计方法 在考虑定位方案时，应该按工件的精度要求，工序内容，来决定应限制的自由度数目，进而选择好定位基准，并考虑所需的定位元件。2022-5-144.7.3 夹紧方案的确定 考虑夹紧方案时，应该遵循前面讲过的夹紧原则，运用夹紧的有关的知识，确定夹紧力的方向，施力点的布局，进行夹紧力的估算，设计或选择动力源，并初步考虑夹紧机构的具体结构。2022-5-144.7.4对刀装置和夹紧装置的确定 具体结构如图4-63、4-64所示。 2022-5-144.7.5夹具总图的绘制 夹具总图上应标出夹具名称、零件编号、填写零件明细表等，其余

15、和一般机械装配图相同，如图4-65所示。2022-5-144.7.6有关尺寸和技术要求的标注. 应标注的尺寸 ()工件与定位元件的联系尺寸 ()夹具与刀具的联系尺寸 ()夹具与机床的联系尺寸 ()夹具内部的配合尺寸 ()夹具的外廓尺寸 . 应标注的技术条件 ()定位元件之间或定位元件与夹具体底面间的位置要求。 ()定位元件、对刀元件与连接元件(或找正基面)间的位置要求。 ()定位元件与导向元件的位置要求，如图4-66所示。2022-5-144.8.1计算机辅助夹具设计基本原理 4.8 计算机辅助夹具设计 图4-67所示为计算机辅助夹具设计系统的总体框图。 2022-5-144.8.2计算机辅助

16、夹具设计应用软件 计算机辅助夹具设计系统(图4-67)通常要求配置如下软件: ()系统软件 ()支撑软件 ()应用软件 4.8.3程序库及其建立方法 ()用于定位元件尺寸设计计算与定位精度分析的程序。()用于导向和对刀元件尺寸设计计算与导向精度分析的程序。()用于夹紧力计算与夹紧元件设计计算的程序。()用于其他夹具元件设计计算的程序。()用于夹具设计中平面及空间角度和坐标的计算程序。()用于某些典型夹具(如齿面定位夹具、薄膜卡盘等)设计计算程序等。2022-5-144.8.4 数据库及其建立方法 数据库通常是指以一定组织方式存储在一起的相互有关的数据集合，它能以最佳方式为多种用途服务。计算机辅

17、助夹具设计系统的功能:一是存储夹具设计所用的各种数据，二是保留夹具设计过程中产生的各种信息。夹具设计所用的数据主要包括两大类:一类是标准夹具元件的结构尺寸，另一类是设计中使用的各种表格数据、公式及线图数据等。这两类数据的存储均可利用现有的微机数据库系统来实现。当采用上述微机数据库系统时，各种数据均以二维数表的形式输入。 数据库管理系统是数据库的核心，负责数据的存储、检索、修改及安全保护等。同时，数据库管理系统的建立是一项很复杂的工作。2022-5-144.8.5图形库的建立方法 计算机辅助夹具设计系统的图形库主要内容有以下四类: ()标准夹具元件及组件图形，如定位元件、导向元件、辅助支承、典型夹紧机构等。 ()夹具设计时用到的通用机械零件图形，如螺钉、螺母等。 ()夹具体等非标准夹具元件图形。 ()夹具设计时用到的各种标准符号、文字、框格等图形，如定位夹紧符号、形位公差标注等。 4.8.6计算机辅助绘制夹具装配图介绍借助于 图形软件来绘制夹具装配图的要点 . 夹具元件图形的编目与检索 . 图形的拼接 2022-5-144.8.7 绘图步骤 ()用假想线画出零件轮廓图，并将定位、夹紧及加工部位表示出来。 ()根据程序或菜单方法调出选用的定位元件图形，并将其布置在适当的位置上。 ()根据程序或菜单方法调出选用的导向元件图形，并将其布置在适当的位置上。 ()根据程序或菜单方法调出