机床夹具设计基础

1、模块二 机床夹具设计基础一、机床夹具的基本概念二、工件在夹具中定位及定位误差三、工件在夹具中的夹紧四、典型夹紧机构五、夹紧的动力装置六、机床夹具设计步骤与方法一、机床夹具的基本概念1.夹具的分类1) 按使用范围分 (1) 通用夹具：指已经标准化的夹具,适用于不同工件的装夹。如三爪卡盘、四爪卡盘、平口钳、分度头和回转工作台等。(2) 专用夹具：为加工某一零件某道工序专门设计的夹具。 (3) 可调夹具：通过少量零件的调整更换就能适应一定范围零件的加工。(4) 组合夹具：是按某一工件的某道工序的加工要求,由一套事先准备好的通用标准元件和组件组合而成的夹具。 (5)随行夹具：适用于自动线上的一种移动式

2、夹具,工件安装在随行夹具上,随行夹具由自动线运输装置从一个工序运送到另一个工序,完成全部工序的加工。 2.专用夹具的组成 一般专用夹具由以下几部分组成： 1) 定位元件：确定工件正确位置的元件。 2) 夹紧装置：使工件在外力作用下仍能保持其正确定位位置的装置。3) 对刀和引导元件：夹具中用 于确定（或引导）刀具相对于夹具定位元件具有正确位置关系的元件。 4) 连接元件； 5) 其它元件和装置； 6) 夹具体：用于联接夹具元件和有关装置使之成为一个整体的基础件，夹具通过夹具体与机床联接。一、机床夹具的基本概念一、机床夹具的基本概念定位元件定位元件夹紧元件夹紧元件对刀元件对刀元件夹具体夹具体其它元

3、件及装置其它元件及装置2.专用夹具的组成 一、机床夹具的基本概念一、机床夹具的基本概念二、工件在夹具中定位及定位误差1.工件定位的基本原理1）六点定位原理 任何一个尚未定位的工件，都可以看作三维空间中的一个自由刚体。它可以沿着X、Y、Z轴移动和转动。工件定位的实质就是要限制工件对加工有不良影响的自由度。需要空间有固定点与工件表面保持接触。这些用来限制工件自由度的固定点，称之为支承点。用适当分布的六个支承点限制工件的六个自由度，简称六点定位原理。二、工件在夹具中定位及定位误差2.定位原理的应用1）完全定位与不完全定位（1）完全定位：工件六个自由度完全被限制，工件位置是唯一的。（2）不完全定位（部

4、分定位）：工件有某些自由度根据加工的技术条件可以不限制，没有被限制，如上例为通槽则自由度可以不限制，这种定位也是合理的。（3) 欠定位：工件有某些自由度根据加工技术要求应该限制而没有被限制。这种定位是不合理的,不能保证加工要求。 （4）重复定位（过定位、超定位）工件有某些自由度被两个以上职称点重复限制。定位原理 常见定位方式所允许的自由度常见定位方式所允许的自由度定位原理过定位过定位 ：工件上某个自由度被限制两次以上：工件上某个自由度被限制两次以上,出现重复定位的现象。出现重复定位的现象。二、工件在夹具中定位及定位误差二、工件在夹具中定位及定位误差二、工件在夹具中定位及定位误差3.典型定位方式

5、和定位元件 1)定位元件的要求:(1)工作表面精度IT6IT8 Ra 0.80.2m;(2)足够的强度与刚度;(3)表面有硬度、耐磨性好, 低碳钢渗碳淬火,中碳钢。淬火HRC5860 （4)结构工艺性好。二、工件在夹具中定位及定位误差2）典型定位元件：（1）工件以平面定位 主要支承 a.固定支承 b.可调节支承 c.自定位支承(自位支承) 辅助支承：辅助支承不起定位作用1、工件以平面定位1、基本支承、基本支承(主要支承主要支承)起定位作用起定位作用 固定支承固定支承: 支承钉；支承板支承钉；支承板;可调支承可调支承; 自位支承自位支承(也称浮动支承也称浮动支承)二、工件在夹具中定位及定位误差二

6、、工件在夹具中定位及定位误差支承钉支承钉固定式定位元件支承板支承板可调支承可调支承二、工件在夹具中定位及定位误差二、工件在夹具中定位及定位误差浮动式定位元件:增加支承点数 ，避免过定位二、工件在夹具中定位及定位误差二、工件在夹具中定位及定位误差辅助式支承元件-不起定位作用提高工件的装夹刚度和稳定性形式：螺旋式；自位式；推引式2、工件以外圆柱面定位1)、V形块 *长V形块限制4个自由度； 短V形块限制2个自由度； *结构形式有固定式和活动式， 其中活动式兼有夹紧作用 *具有良好的对中性 *工件的定位面可以是完整的或局部的圆柱面2)定位套筒及剖分套筒2、工件以外圆柱面定位、工件以外圆柱面定位3、工

7、件以圆孔定位1）圆柱销：又称定位销。有短销和长销之分2）圆柱心轴(1)间隙配合心轴(2)过盈配合心轴3）圆锥销：限制3个移动自由度4）圆锥心轴：限制5个移动自由度1）定位销 a.圆柱销 b.菱形销 C.锥销二、工件在夹具中定位及定位误差二、工件在夹具中定位及定位误差2）定位心轴3、工件以圆孔定位、工件以圆孔定位弹簧夹头4、组合定位方式4、组合定位方式组合定位方式：组合定位方式：4、组合定位方式工件以一面一孔定位工件以一面两孔定位4、组合定位方式、组合定位方式其它组合定位三、工件在夹具中的夹紧1.夹紧装置的组成工件在夹具中正确定位后，由夹紧装置将工件夹紧。夹紧装置的组成有:1）动力装置：产生夹紧

8、动力的装置。2）夹紧元件：直接用于夹紧工件的元件。3）中间传力机构：将原动力以一定的大小和方向传递给夹紧元件的机构。图8-1 夹紧装置的组成1气缸2斜楔3滚子4压板三、工件在夹具中的夹紧三、工件在夹具中的夹紧2对夹紧装置的要求1）夹紧过程不得破坏工件在夹具中占有的定位位置。2）夹紧力要适当，既要保证工件在加工过程中定位的稳定性，又要防止因夹紧力过大损伤工件表面或使工件产生过大的夹紧变形。3）操作安全、省力。4）结构应尽量简单，便于制造，便于维修。三、工件在夹具中的夹紧3.夹紧力的确定1）夹紧力作用点的选择（1）夹紧力的作用点应正对定位元件或位于定位元件所形成的支承面内（2）夹紧力的作用点应位于

9、工件刚性较好的部位（3）夹紧力作用点应尽量靠近加工表面，使夹紧稳固可靠三、工件在夹具中的夹紧2）夹紧力作用方向的选择（1）夹紧力的作用方向应垂直于工件的主要定位基面（2）夹紧力的作用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（3）夹紧力作用方向应尽量与工件的切削力、重力等的作用方向一致，这样可以减小夹紧力夹紧力三要素 设计原则夹紧力三要素 设计原则夹紧力三要素 设计原则夹紧力三要素 设计原则夹紧力三要素 设计原则三、工件在夹具中的夹紧4夹紧力的估算 设计夹具，估算夹紧力是一件十分重要的工作。夹紧力过大会增大工件的夹紧变形，还会无谓地增大夹紧装置，造成浪费；夹紧力过小工件夹不紧，加工中

10、工件的定位位置将被破坏，而且容易引发安全事故。 在确定夹紧力时，可将夹具和工件看成一个整体，将作用在工件上的切削力、夹紧力、重力和惯性力等，根据静力平衡原理列出静力平衡方程式，即可求得夹紧力。为使夹紧可靠，应再乘一安全系数k，粗加工时取k2.53，精加工时取k1.52。 加工过程中切削力的作用点、方向和大小可能都在变化，估算夹紧力时应按最不利的情况考虑。四、典型夹紧机构1斜楔夹紧机构斜楔是夹紧机构中最为基本的一种形式，它是利用斜面移动时所产生的力来夹紧工件的，常用于气动和液压夹具中。在手动夹紧中，斜楔往往和其他机构联合使用。斜楔夹紧机构的缺点是夹紧行程小，手动操作不方便。斜楔夹紧机构常用在气动

11、、液压夹紧装置中，此时斜楔夹紧机构不需要自锁。1、斜楔夹紧机构1、斜楔夹紧机构(2)斜楔的自锁条件： (3)扩力比i *a Q 则 i 夹紧行程 、自锁性 (4)斜楔夹紧机构的特点： 结构简单，有增力作用； (受升角的影响)夹紧行程小; 夹紧松开时操作不便。21tantan1PQi21四、典型夹紧机构2螺旋夹紧机构采用螺旋装置直接夹紧或与其他元件组合实现夹紧的机构，统称螺旋夹紧机构。螺旋夹紧机构结构简单，容易制造。由于螺旋升角小，螺旋夹紧机构的自锁性能好，夹紧力和夹紧行程都较大，在手动夹具上应用较多。螺旋夹紧机构可以看作是绕在圆柱表面上的斜面，将它展开就相当于一个斜楔。2、螺旋夹紧机构单螺旋夹

12、紧力:2)扩力比i:螺旋机构的扩力比远比斜楔机构大得多(3)螺旋夹紧机构的特点: 结构简单、扩力比大、自锁性好、行程不受限制、 但动作慢。适用于手动夹紧211tgrtgrPLQ211tantanrrLPQi2、螺旋夹紧机构图例2、螺旋夹紧机构图例2螺旋 夹紧四、典型夹紧机构3偏心夹紧机构偏心夹紧机构是斜楔夹紧机构的一种变型，它是通过偏心轮直接夹紧工件或与其他元件组合夹紧工件的。常用的偏心件有圆偏心和曲线偏心，圆偏心夹紧机构具有结构简单，夹紧迅速等优点；但它的夹紧行程小，增力倍数小，自锁性能差，故一般只在被夹紧表面尺寸变动不大和切削过程振动较小的场合应用。3、偏心夹紧机构(1) 圆偏心轮的工作原

13、理: (2) 圆偏心轮的夹紧行程和工作段1) 夹紧行程: 从0到1800，则夹紧行程 H=D/2+e(D/2e)=2e(3)自锁条件与斜楔相同:max偏心轮上的最大升角1-圆偏心轮与工件间的摩擦角2-圆偏心轮与回转销间的摩擦角(可忽略)21max3、偏心夹紧机构则自锁条件:(4)圆偏心轮的夹紧力的计算 外力平移: 夹紧力: (5)特点:夹紧迅速、操作方便；扩力比和夹紧力较小；行程较小；自锁性较差。适用于小零件、切削力变化小、工作平稳的场合。fDe22121pptgtgPLtgtgQQ3、偏心夹紧机构图例多件夹紧机构4多件夹紧 动力夹紧机构6、动力夹紧 气动夹紧液压夹紧 真空夹紧 电磁夹紧 气-

14、液压组合夹紧四、典型夹紧机构4定心夹紧机构定心夹紧机构能够在实现定心作用的同时，又起着将工件夹紧的作用。定心夹紧机构中与工件定位基面相接触的元件，既是定位元件，又是夹紧元件。5铰链夹紧机构铰链夹紧机构是一种增力装置，它具有增力倍数较大、摩擦损失较小的优点，广泛应用于气动夹具中。6联动夹紧机构联动夹紧机构是一种高效夹紧机构，它可通过一个操作手柄或一个动力装置，对一个工件的多个夹紧点实施夹紧，或同时夹紧若干个工件。五、夹紧的动力装置在大批大量生产中，为提高生产率、降低工人劳动强度，大多数夹具都采用机动夹紧装置。驱动方式有气动、液动、气液联合驱动，电（磁）驱动，真空吸附等多种形式。1气动夹紧装置气动

15、夹紧装置以压缩空气作为动力源推动夹紧机构夹紧工件。常用的气缸结构有活塞式和薄膜式两种。2液压夹紧装置液压夹紧装置的结构和工作原理基本与气动夹紧装置相同，所不同的是它所用的工作介质是压力油。一般步骤 1）研究原始资料,明确设计要求2）确定夹具方案，绘制夹具结构草图（1）根据定位基准和六点定位原理，确定工件的定位方法并选择相应的定位元件；（2）确定引导装置或对刀装置；（3）确定工件的夹紧方法，设计夹紧机构；（4）确定其它元件或装置的结构形式（5）确定夹具体结构形式（6）确定夹具总体轮廓。 3）绘制夹具总图，标注有关尺寸及技术要求4）绘制零件图六、机床夹具设计步骤与方法六、机床夹具设计步骤与方法连杆

16、铣两面连杆铣两面8槽工序图槽工序图实例实例1. 连杆铣两面连杆铣两面8槽工序夹具设计槽工序夹具设计槽的加工要求3.20+0.445300.2（未注）定位方案图定位方案图一面有两个安装位置铣四槽 夹紧方案图夹紧方案图 对刀块及定位键对刀块及定位键 塞尺塞尺对刀块对刀块塞尺塞尺SHh 夹具总图夹具总图 槽的加工要求3.20+0.44530 0.40.2（未注）30 0.2 （未注）连连杆杆铣铣两两面面8槽槽夹夹具具图图实例实例2. 转向器壳工艺及侧孔夹具设计转向器壳工艺及侧孔夹具设计转向器壳的材料选用QT420-10（球墨铸铁），大批量，采用专用工装设备.按照加工侧孔侧孔工序卡所确定的工装设计任务

17、书的要求设计该工序所用的专用夹具。 1. 制订加工转向器壳的工艺方案：制订加工转向器壳的工艺方案：10 车侧盖平面及镗孔20 车安装面及端面、内孔30 侧盖面钻四孔（钻孔组合机床侧盖面钻四孔（钻孔组合机床 钻钻侧盖面孔专用夹具）侧盖面孔专用夹具）40 侧盖面四孔倒角50 粗镗轴承孔及粗车上盖面60 粗镗铣两轴线内孔及平面70 压衬套80 精镗铣两轴线内孔及平面 90 钻油咀孔 100 油咀孔倒角110 油咀孔攻丝120 上盖面钻孔，倒角攻丝，侧盖面攻丝130 清洗内部污物钻侧盖面四孔钻侧盖面四孔2. 夹具设计步骤：夹具设计步骤：1）依据工装设计任务书和零件的工艺规程2）确定工件定位方案3）确定

18、工件的夹紧方案4）刀具导向对刀方式等5）确定夹具其他组成部分（如夹具体）的结构形式6）绘制夹具总图7）标注总图上各部分必要尺寸及技术要求8）标出零件编号和填写零件明细表与标题栏9）绘制夹具零件图C侧盖面四孔侧盖面四孔3定位工艺凸台定位工艺凸台定位基准孔定位基准孔防转挡销面防转挡销面转向器壳定位基准及加工转向器壳定位基准及加工侧盖面四孔侧盖面四孔方案设计方案设计转向器壳定位基准及加工转向器壳定位基准及加工侧盖面四孔侧盖面四孔侧盖面四孔侧盖面四孔3定位工艺凸台定位工艺凸台定位基准孔定位基准孔防转挡销面防转挡销面三维图三维图方案设计方案设计:定位方案定位方案 （工序图分析后确定）工序图分析后确定）+0.2钻 4- 10.2 0+0.2512.51A132要 求 夹 具 其 定 位 心 轴 保 证 31.7孔 的 中 心 通 用 测 量 检 测对 于 四 孔 的 位 置 度 在 0.50范 围 内 ，