机械制造工艺与机床夹具

机械制造工艺与机床夹具第1页/共81页本章学习目标：掌握工件的六点定位原理、典型的定位方式及定位元件。了解机床夹具的分类及组成；第2页/共81页本节内容一、机床夹具的主要功能三、机床夹具的组成第一节概述二、机床夹具的分类第3页/共81页机械加工过程中，为保证加工精度，固定工件，使之占有确定位置以接受加工或检测的工艺装备统称为机床夹具。第4页/共81页一、机床夹具的主要功能使工件相对于刀具及机床占有正确的加工位置，保证其被加工表面达到工序所规定的各项技术要求。工件定位后，经夹紧装置施力于工件，将其固定夹牢，使其在加工过程中保持正确位置不变。1、定位2、夹紧安装——工件从定位到夹紧的整个过程。第5页/共81页工件的安装方法1）找正安装法2）采用专用夹具安装法划线找正安装：钳工先按加工要求在工件表面划好线，机加工时工人按划线找正后再夹紧。直接找正安装：操作者利用划针、百分表等量具直接校准待加工面或相关表面以获得正确位置。靠夹具将工件定位、夹紧，以保证工件相对于刀具、机床的正确位置。找正费时，定位精度不易保证，生产率较低，仅适用于单件小批生产。操作简单，效率高，容易保证加工精度，适用于成批及大量生产。第6页/共81页通用夹具专用夹具可调夹具组合夹具按夹具的应用范围和特点分车床夹具铣床夹具钻床夹具镗床夹具按所使用的机床分手动夹具气动夹具液压夹具电动夹具按产生夹紧力的动力源分二、机床夹具的分类第7页/共81页通用夹具专用夹具可调夹具组合夹具指已经标准化的，在一定范围内可用于加工不同工件的夹具。三爪卡盘、四爪卡盘、顶尖；平口虎钳、分度头和回转工作台专为某一工件的某道工序的加工而设计制造的夹具。适用于加工形状相似、尺寸相近、加工工艺相似的多种工件。兼有专用性与通用性。按某一工件的某道工序的加工要求，由一套预先制造好标准元件组装成的“专用夹具”。第8页/共81页第9页/共81页第10页/共81页三、机床夹具的组成定位元件夹紧元件对刀-导向元件夹具体连接元件用来对刀和引导刀具进入正确加工位置的零件。钻套和导向套：用在钻床夹具和镗床夹具上；对刀块：用在铣床、刨床夹具上。是夹具的基准零件，用它来连接并固定定位元件、夹紧机构和导向元件等，使之成为一个整体，并通过它将夹具安装在机床上。将夹具与机床连接并确定夹具对机床主轴、工作台或导轨的相互位置。第11页/共81页1夹具体2定位元件3导向元件4工件第12页/共81页固定式钻模（钻床夹具）第13页/共81页固定式钻模第14页/共81页夹具各组成部分与机床、工件、刀具的相互联系第15页/共81页夹具与工件选定的定位基准面接触，用以确定工件正确位置的零件即定位元件。以平面定位用支承钉和支承板作定位元件以外圆柱面定位用V形块和定位套筒作定位元件以孔定位用定位心轴和定位销作定位元件第16页/共81页支承钉V形块定位销第17页/共81页工件定位后，为了防止工件由于受切削力等外力的作用而产生位移，而将其夹牢紧固的机构称为夹紧机构。常用的夹紧机构有螺钉压板、偏心压板、螺旋夹紧机构、斜楔夹紧机构、铰链夹紧机构等。螺钉压板第18页/共81页第二节工件的定位原则及定位元件本节内容一、工件定位的基本原理二、定位方法及定位元件自由度，六点定位原则，工件定位中的几种情况分别以平面、孔、外圆定位第19页/共81页一、工件定位的基本原理1、自由度移动自由度转动自由度沿X、Y、Z轴移动绕X、Y、Z轴转动一个在空间处于自由状态的物体具有六个自由度。工件的定位应解决两方面的问题：1)

“定与不定”

2)“准与不准”

第20页/共81页工件的六个自由度第21页/共81页2、六点定位原则定位，即限制自由度。用合理设置的6个支承点，限制工件的6个自由度，使工件在夹具中的位置完全确定，即工件定位的“六点定位原理”。矩形工件的定位第22页/共81页轴类零件的定位第23页/共81页3、工件定位中的几种情况1）完全定位指工件的六个自由度全部被限制。第24页/共81页2）不完全定位根据加工要求，并不需要限制工件的全部自由度。在车床上加工轴的通孔，使用三爪卡盘夹外圆，限制工件的4个自由度，采用四点定位可以满足加工要求。工件在平面磨床上采用电磁工作台装夹磨平面，且只有厚度及平行度要求，故只用三点定位。第25页/共81页3）欠定位根据工件的加工要求，应该限制的自由度没有完全被限制，无法保证加工要求，是不允许的。第26页/共81页夹具上的两个或两个以上的定位元件，重复限制工件的同一个或几个自由度。4）过定位大端平面与长销组合产生的过定位第27页/共81页欠定位——应该消除的自由度没有消除，不允许。过定位——几个支承点重复限制某个自由度，一般不允许，应用是有条件的。欠定位与过定位

正确配置支承点正确处理过定位提高工件定位表面与定位元件之间的位置精度；改变定位元件的结构。一般按三、二、一布置。主要定位表面受力面积越大越好。第28页/共81页二、定位方法及定位元件工件上的定位基准面与相应的定位元件合称为定位副。定位方案的确定1）工件在夹具中定位时，起定位支承点作用的是一定形状的定位元件；2）必须根据工件定位所需限制的自由度数目和工件的结构，合理选择定位元件；3）当一个定位元件所提供的支承点不能满足定位要求时，则必须考虑多个定位元件的合理搭配，使之既能满足定位要求，又不能过定位，而且结构应简单、工艺性好。

第29页/共81页较高的制造精度

设计定位元件时，应满足以下基本要求：足够的强度和刚度较好的工艺性

便于清除切屑第30页/共81页根据平面所限制自由度的数目分为三种：

1、定位方式主要支承面导向支承面止推支承面限制工件的三个自由度的定位平面，常用于精度比较高的工件定位表面。限制工件的两个自由度的定位平面，常做成窄长面。限制一个自由度的平面，为了确保定位准确，往往将平面面积作的尽可能小。（一）工件以平面定位第31页/共81页2、定位元件常用支承钉和支承板作定位元件；定位基准为平面本身。（1）标准固定支撑钉支撑高度不变A型：较小精基准平面定位用；B型：水平面粗基准定位用；C型：侧平面粗基准定位用。第32页/共81页（2）标准可调支撑钉支撑高度可调适用于毛坯分批制造，其形状和尺寸变化较大的粗基准定位。工件从轻到重第33页/共81页（3）标准固定支撑板A型：侧平面精基准定位用；B型：水平面精基准定位用。第34页/共81页小平面限制一个自由度；窄长平面限制两个自由度；大平面限制三个自由度。第35页/共81页常用的定位元件有圆柱销和各种心轴；定位基准为孔的中心线。圆柱定位销（二）工件以孔定位第36页/共81页长销限制4个自由度；短销限制2个自由度。L/d<0.5视为短；L/d>1.2视为长。短销可理解为一条圆母线接触；长销可理解为相距较远的两条圆母线接触。第37页/共81页圆柱心轴第38页/共81页常用的定位元件有V形架、圆孔、半圆孔、圆锥孔等；定位基准为外圆中心线。（三）工件以外圆柱面定位(a)较长精基准(b)较长粗基准(c)阶梯轴定位用(d)较长、较重工件第39页/共81页短接触限制2个自由度；长接触限制4个自由度。固定V形块第40页/共81页第三节定位误差分析能否保证工件的加工精度，取决于刀具与工件间正确的相互位置。而影响这个正确位置关系的误差因素有：⑴定位误差——ΔD⑵安装误差和调整误差——ΔT-A⑶加工过程误差——ΔG为保证加工要求，上述三项误差合成后应小于等于工件公差ΔTΔD

+

ΔT-A

+

ΔG

≤

ΔT第41页/共81页一、定位误差及其产生的原因由于定位引起的加工尺寸的最大变动范围称为定位误差。1、基准位移误差ΔY定位元件的制造误差产生原因：工件的制造误差（定位基准面）定位元件和工件之间的配合间隙由于定位副制造误差及其配合间隙所引起的定位误差，即定位基准的相对位置在加工尺寸方向上的最大变动量。第42页/共81页(a)(b)(c)第43页/共81页2、基准不重合误差ΔB由于定位基准与工序基准不重合所导致的工序基准在加工尺寸方向上的最大位置变动量。第44页/共81页第45页/共81页定位误差：ΔD=ΔY+ΔB≤

1/3ΔT并不是在任何情况下这两部分误差都同时存在。二、定位误差的计算（1）当ΔB=0、ΔY≠0时，产生定位误差的原因是基准位移误差，ΔD=ΔY（2）当ΔB≠0、ΔY=0时，产生定位误差的原因是基准不重合误差，ΔD=ΔB第46页/共81页1、工件以平面定位2、工件以外圆定位3、工件以内孔定位第47页/共81页1）基准位移误差ΔY工件以已加工过的表面定位，其定位基准的位置可认为没有变动，即ΔY=02）基准不重合误差ΔB图b

铣顶面工序中，H尺寸定位基准与设计基准重合，不存在ΔB图c

铣台阶面工序中，A尺寸由于基准不重合而存在ΔB，设计基准在T+TH与T-TH之间变化，ΔB=2TH定位误差：ΔD=ΔY+ΔB=2TH第48页/共81页如工件总高H=40±0.14mm,要求保证A=20±0.15mm.求加工阶梯面时的ΔD

，能否保证加工要求？ΔD

=2TH=2X0.14=0.28mm本工序公差ΔT

=0.15-(-0.15)=0.30mm不满足ΔD=ΔY+ΔB≤

1/3ΔT第49页/共81页工件在V形块上定位时的基准位移误差第50页/共81页1）工序基准是圆柱轴线，定位基准也是圆柱轴线，两者重合，ΔB=0；2）定位基准与限位基准不重合。第51页/共81页工件在V形块上定位时定位误差分析第52页/共81页工件以圆柱孔在过盈配合心轴上定位时定位误差分析(a)ΔD=ΔY+ΔB=0(b)ΔD=ΔY+ΔB=ΔB=δd/2(c)ΔD=ΔY+ΔB=ΔB=δD/2第53页/共81页工件孔与定位心轴间隙配合时定位误差计算ΔD=ΔY+ΔB=ΔY=（δD+δd）

/2第54页/共81页小结一、定位误差及其产生的原因二、定位误差的计算工件以平面定位工件以外圆定位工件以内孔定位第55页/共81页第四节工件的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装置，称为夹紧装置。一、夹紧装置的组成和设计要求本节内容二、确定夹紧力的基本原则三、常见的夹紧机构第56页/共81页一、夹紧装置的组成和设计要求1、夹紧装置的组成动力装置产生夹紧作用力；通常指气缸、油缸、活塞、电磁装置等。传力机构介于力源和夹紧元件之间，传递力；如斜楔、连接杆、铰链等。夹紧元件加紧装置的最终执行元件，与工件直接接触；如压板、螺栓等。第57页/共81页1—气缸2—连杆3—压板夹紧装置组成示意图第58页/共81页2、工件夹紧的基本要求1）夹得稳不破坏稳定的正确定位，刚度足够。2）夹得牢夹紧力要合适，过大工件变形或损伤，影响加工精度，过小工件加工中易移动或产生振动，同时，夹紧装置应保证自锁，即原始夹紧力去除后，工件能保持夹紧状态。3）夹得快机构简单、紧凑、操作安全、省力、迅速方便。第59页/共81页3、设计夹具时应考虑的问题夹紧力（三要素：大小、方向、作用点）传力方式（手动、气动、液力、电力等）夹紧机构（增力、快速、机动等）第60页/共81页二、确定夹紧力的基本原则1、夹紧力方向的确定（1）应有利于工件的准确定位，而不能破坏定位。一般要求主要夹紧力应垂直指向主要定位基面；第61页/共81页（2）主夹紧力最好与F切、F重方向一致，使所需夹紧力尽可能小；P、W相同时，哪一情况Q可最小？夹紧力大小与夹紧力方向直接有关，在考虑夹紧方向时，只要满足夹紧条件，夹紧力越小越好。切削力重力夹紧力第62页/共81页（3）夹紧力的方向应是工件刚性较好的方向，以减小工件变形。第63页/共81页2、夹紧力作用点的选择指在夹紧力作用方向已定的情况下，确定夹紧元件与工件接触点的位置和接触点的数目。第64页/共81页（1）夹紧力作用点应落在支承点上或支承面以内，避免工件翻转；夹紧力作用点的位置第65页/共81页（2）夹紧力作用点应落在工件刚性较好的部位，以减小工件的夹紧变形；夹紧力作用点的位置第66页/共81页径向夹紧轴向夹紧第67页/共81页（3）夹紧力作用点应尽量靠近被加工表面，以防止工件产生振动和变形。辅助支承与辅助夹紧第68页/共81页3、夹紧力大小的确定夹紧力方向和作用点位置确定以后，还需合理地确定夹紧力的大小。夹紧力不足，会使工件在切削过程中产生位移并容易引起振动；夹紧力过大，又会造成工件或夹具不应有的变形或表面损伤。第69页/共81页实际所需夹紧力安全系数理论夹紧力估算夹紧力的方法：首先将工件视为分离体，分析作用在工件上的各种力；再根据力系平衡条件，确定保持工件平衡所需的最小夹紧力；最后将乘以一合适的安全系数，以此作为所需的夹紧力。第70页/共81页三、常见的夹紧机构夹紧机构是将力源的作用力转化为夹紧力的机构。常见的有斜楔、偏心、螺旋等夹紧机构，利用机械摩擦的斜楔自锁原理。第71页/共81页1、楔块夹紧机构利用楔块的斜面将楔块的推力转变为夹紧力，从而夹紧工件。第72页/共81页夹紧力的计算∑F（X）=0→Q=F1+Rx

F1=wtgφ1Rx=wtg(α+φ2)Q=wtgφ1+wtg(α+φ2)设φ1=φ2=φ，α很小时，w--斜楔对工件的夹紧力；α--斜楔升角；Q--

加在斜楔上的作用力；Φ1--斜楔与工件间的摩擦角；Φ2--斜楔与夹具体间的摩擦角。第73页/共81页自锁条件F1＞RxF1=wtgφ1Rx=wtg(α-φ2)又α、φ1、φ2很小tgφ1≈φ1tg(α-φ2)≈α-φ2∴φ1＞α-φ2α＜φ1+φ2斜楔自锁条件：斜楔的升角小于斜楔与工件、斜楔与夹具体之间的摩