第二章机床与夹具

机械制造技术基础第2章

机床与夹具MachineToolandFixture2.1机床MachineTool12.1.2机床的分类与型号编制

机床的分类

按机床的加工性质和所用刀具来分类，分成为12大类：车床、钻床、镗床、磨床、齿轮加工机床、螺纹加工机床、铣床、刨插床、拉床、特种加工机床、锯床和其它机床。每一类机床，又可按其结构、性能和工艺特点的不同细分为若干组。22.1.2机床的分类与型号编制

注：1）有“□”符号者，为大写的汉语拼音字母；2）有“△”符号者，为阿拉伯数字；3）有“（）”的代号或数字，当无内容时则不表示，有内容时应去掉括号分类代号类别代号通用特性和结构特性代号组别代号型别代号主参数或设计顺序号主轴数（用“·”分开）重大改进序号同一型号机床的变型代号(用“／”分开)最大跨距、最大工件长度、工作台长度等第二参数(用“×”分开)(△)

□

(□)

△

△

△△

(·△)

(□)

(／△)

(×△)机床型号表示方法32.1.3机床的组成

1）动力源：为机床提供动力（功率）和运动的驱动部分2）传动系统：包括主传动系统、进给传动系统和其他运动的传动系统，如变速箱、进给箱等部件3）支撑件：用于安装和支承其它固定的或运动的部件，承受其重力和切削力，如床身、底座、立柱等4）工作部件：包括机床的组成①与主运动和进给运动的有关执行部件，如主轴及主轴箱、工作台及其溜板、滑枕等安装工件或刀具的部件；②与工件和刀具有关的部件或装置，如自动上下料装置、自动换刀装置、砂轮修整器等；③与上述部件或装置有关的分度、转位、定位机构和操纵机构等。42.1.3机床的组成

5）控制系统：控制系统用于控制各工作部件的正常工作，主要是电气控制系统，有些机床局部采用液压或气动控制系统。数控机床则是数控系统。6）冷却系统7）润滑系统机床的组成8）其他装置：如排屑装置，自动测量装置5图2-35卧式车床的基本结构及运动1—主轴箱2—夹盘3—刀架4—后顶尖5—尾座6—床身7—光杠8—丝杠9—溜板箱10—底座11—进给箱XZn

◆普通车床2.1.3机床的组成

6

◆万能卧式升降台铣床nXY2.1.3机床的组成

图2-36万能卧式升降台铣床1—底座2—床身3—悬梁4—主轴5—支架6—工作台7—回转盘8—床鞍9—升降台7图2-37立式钻床1—工作台2—主轴3—主轴箱4—立柱5—底座图2-38摇臂钻床1—底座2—工作台3—立柱4—摇臂5—主轴箱和进给箱6—主轴nnff

◆立式钻床与摇臂钻床2.1.3机床的组成

8图2-39卧式镗床1—床身2—下滑座3—工作台4—主轴箱5—前立柱6—主轴7—后立柱8—后支撑XZfn◆卧式镗床2.1.3机床的组成

9

◆普通外圆磨床图2-40普通外圆磨床1—床身2—床头箱3—砂轮4—砂轮主轴箱5—尾座6—导轨7—工件8—工作台fLfRnGnW2.1.3机床的组成

10

◆立式加工中心2.1.3机床的组成

nXYZ图2-41立式加工中心1—床身2—滑座3—工作台4—立柱5—数控柜6—机械手7—刀库8—主轴箱9—驱动电柜10—操纵面板112.1.4机床的技术性能指标

表2-7常用机床主参数和第二主参数最大模数最大工件直径滚齿机工作台工作面长度工作台工作面宽度坐标镗床工作台工作面长度工作台工作面宽度矩台平面磨床最大磨削长度最大磨削直径外圆磨床主轴直径卧式镗床最大跨矩最大钻孔直径摇臂钻床工作台工作面长度工作台工作面宽度升降台铣床最大车削直径立式车床工件最大长度床身上工件最大回转直径普通车床第二主参数主参数机床名称尺寸参数

表示机床加工范围，包括主参数、第二主参数和其他参数。122.1.4机床的技术性能指标

运动参数

指机床执行件运动速度。如主轴最高、最低转速，最大、最小进给量等。动力参数

指机床电动机功率。精度参数

表示机床精度的参数，如主轴回转精度、工作台定位精度、重复定位精度等。刚度参数

表示机床刚度的参数，包括静刚度和动刚度。其他参数132.2工件的装夹与机床夹具概述

工件的装夹机床夹具的组成机床夹具的分类机床夹具的功能142.2.1工件装夹划线找正装夹（图2-11）——

精度不高，效率低，多用于形状复杂的铸件直接找正装夹（图2-10）——

精度高，效率低，对工人技术水平高夹具装夹（图2-12）——

精度和效率均高，广泛采用装夹的含义

装夹又称安装，包括定位和夹紧两项内容。定位

——使工件在机床或夹具上占有正确位置夹紧

——对工件施加一定的外力，使其已确定的位置在加工过程中保持不变工件装夹方法152.2.1工件装夹图2-10直接找正安装毛坯孔加工线找正线图2-11划线找正安装flash162.2.1工件装夹图2-12工件在夹具上装夹（滚齿夹具）17图2-42铣轴端槽夹具1—V型块2—支撑套3—手柄4—定向键5—夹具体6—对刀块2.2.2

夹具的组成1）定位元件及装置（1、2）123646）其他元件及装置（防护、防错、分度…）5）夹具体（5）4）连接元件（4）3）对刀及导向元件（6）2）夹紧元件及装置（1、3）夹具的组成18夹具的分类1）通用夹具：三爪、四爪卡盘，平口钳等，一般由专业厂生产，常作为机床附件提供给用户。2）专用夹具：为某一工件特定工序专门设计的夹具，多用于批量生产中。3）通用可调整夹具及成组夹具：夹具的部分元件可以更换，部分装置可以调整，以适应不同零件的加工。4）组合夹具：由一套预先制造好的标准元件组合而成。根据工件的工艺要求，将不同的组合夹具元件像搭积木一样，组装成各种专用夹具。使用后，元件可拆开、洗净后存放，待需要时重新组装。组合夹具特别适用于新产品试制和单件小批生产。5）随行夹具：在自动线或柔性制造系统中使用的夹具。◆按夹具使用范围划分2.2.3机床夹具的分类192.2.3机床夹具的分类三爪卡盘四爪卡盘万向平口钳回转工作台分度头图2-43通用夹具20图2-44专用夹具

43φDL零件工序简图2.2.3机床夹具的分类21图2-46b组合夹具实例2.2.3机床夹具的分类22可分为钻床夹具、铣床夹具、车床夹具、磨床夹具等。◆按使用机床划分可分为手动夹具、气动夹具、液压夹具、真空夹具、电动夹具等。◆按夹紧力源划分2.2.3机床夹具的分类夹具的分类气动虎钳液压夹具232.3.1定位原理

图2-13六点定位原理XZY

六点定位原理要确定其空间位置，就需要限制其6个自由度将6个支承抽象为6个“点”，6个点限制了工件的6个自由度，这就是六点定位原理。任何一个物体在空间直角坐标系中都有6个自由度——用表示24图2-14工件以平面3点定位XYZ与理论力学、机构学自由度概念差别——位置不定度——夹紧与定位概念分开——工件、夹具是弹性体

两点注意：“点”的含义——对自由度的限制，与实际接触点不同2.3.1定位原理

25工件的6个自由度均被限制，称为完全定位。工件6个自由度中有1个或几个自由度未被限制，称为不完全定位。完全定位与不完全定位不完全定位主要有两种情况：①工件本身相对于某个点、线是完全对称的，则工件绕此点、线旋转的自由度无法被限制（即使被限制也无意义）。例如球体绕过球心轴线的转动，圆柱体绕自身轴线的转动等。②工件加工要求不需要限制某一个或某几个自由度。如加工平板上表面，要求保证平板厚度及与下平面的平行度，则只需限制3个自由度就够了。2.3.1定位原理

262.3.1定位原理

完全定位与不完全定位ZYXa）ZYXb）ZYXc）图2-15工件应限制的自由度27欠定位工件加工时必须限制的自由度未被完全限制，称为欠定位。欠定位不能保证工件的正确安装，因而是不允许的。图2-16欠定位示例XZYa）b）BBB2.3.1定位原理

28过定位过定位——工件某一个自由度（或某几个自由度）被两个（或两个以上）约束点约束，称为过定位。过定位是否允许，要视具体情况而定：1）如果工件的定位面经过机械加工，且形状、尺寸、位置精度均较高，则过定位是允许的。有时还是必要的，因为合理的过定位不仅不会影响加工精度，还会起到加强工艺系统刚度和增加定位稳定性的作用。2）反之，如果工件的定位面是毛坯面，或虽经过机械加工，但加工精度不高，这时过定位一般是不允许的，因为它可能造成定位不准确，或定位不稳定，或发生定位干涉等情况。2.3.1定位原理

29

过定位分析（桌子与三角架）图2-17过定位分析2.3.1定位原理

302.3.2定位误差

定位误差的概念例如在轴上铣键槽，要求保证槽底至轴心的距离H。若采用V型块定位，键槽铣刀按规定尺寸H调整好位置（图2-29）。实际加工时，由于工件直径存在公差，会使轴心位置发生变化。不考虑加工过程误差，仅由于轴心位置变化而使工序尺寸H也发生变化。此变化量（即加工误差）是由于工件的定位而引起的，故称为定位误差。图2-29定位误差HOAO1O2ΔDW定位误差是由于工件在夹具上（或机床上）定位不准确而引起的加工误差。311）由于工件定位表面或夹具定位元件制作不准确引起的定位误差，称为基准位置误差，如图2-29所示例子。2）由于工件的工序基准与定位基准不重合而引起的定位误差，称为基准不重合误差。图2-30所示工件以底面定位铣台阶面，要求保证尺寸a，即工序基准为工件顶面。如刀具已调整好位置，则由于尺寸b的误差会使工件顶面位置发生变化，从而使工序尺寸a产生误差。bΔDWa图2-30由于基准不重合引起的定位误差工序基准

定位基准2.3.2定位误差

定位误差的来源322.3.2定位误差

定位误差计算在采用调整法加工时，工件的定位误差实质上就是工序基准在加工尺寸方向上的最大变动量。因此计算定位误差，首先要找出工序尺寸的工序基准，然后求其在工序尺寸方向上的最大变动量即可。用几何方法计算定位误差通常要画出工件的定位简图，并在图中夸张地画出工件变动的极限位置；然后运用三角几何知识，求出工序基准在加工尺寸方向上的最大变动量，即为定位误差。1.用几何方法计算定位误差33当工件孔径为最大，定位销的直径为最小时，孔心在任意方向上的最大变动量等于孔与销配合的最大间隙量，即无论工序尺寸方向如何，只要工序尺寸方向垂直于孔心轴线，其定位误差均为：

ΔDW

=Dmax－dmin（2-6）式中ΔDW

——定位误差

Dmax——工件定位孔最大直径

dmin——夹具定位销最小直径【解】2.3.2定位误差

【例2-4】图2-31所示为孔与销间隙配合的情况，若工件的工序基准为孔心，试确定其定位误差。图2-31孔与销间隙配合时的定位误差DmaxdminOΔDWO1O2342.3.2定位误差

某些情况，工件孔与夹具定位销保持固定边接触（图2-32），此时孔心在接触点与销子中心连线方向上的最大变动量为孔径公差的一半。若工件的定位基准仍为孔心，且工序尺寸方向与接触点和销子中心连线方向相同，则其定位误差为：图2-32孔与销间隙配合固定边接触时定位误差DmaxO1DminOΔDWO2

ΔDW

=（Dmax－Dmin）=TD

（2-7）1212此时，孔在销上的定位已由定心定位转化为支承定位的形式，定位基准也由孔心变成了与定位销固定边接触的一条母线。这种情况下，定位误差是由于定位基准与工序基准不重合所造成的，属于基准不重合误差，与定位销直径无关。352.3.2定位误差

2.用微分方法计算定位误差【例2-5】工件在V型块上定位铣键槽，计算定位误差【解】要求保证的工序尺寸和工序要求：①槽底至工件外圆中心的距离H（或槽底至外圆下母线的距离H1，或槽底至外圆上母线的距离H2）；②键槽对工件外圆中心的对称度OA=Sin(α/2)OB=Sin(α/2)d对上式求全微分，得到：d(OA)=Sin(α/2)1

d(d)－Sin(α/2)1

d(α)图2-33外圆表面在V型块上的定位误差HBαOA对于第1项要求，考虑第1种情况（工序基准为圆心O，见图2-33），写出O点至加工尺寸方向上某一固定点（如V型块两斜面交点A）的距离：36以微小增量代替微分，并将尺寸误差视为微小增量，且考虑到尺寸误差可正可负，各项误差均取最大值，得到工序尺寸H的定位误差：2.3.2定位误差定位（2-8）式中Td

——工件外圆直径公差；

Tα——V型块两斜面夹角角度公差。若忽略V型块两斜面夹角的角度公差，可以得到用V型块对外圆表面定位，当工序基准为外圆中心时，在垂直方向（图2-33中尺寸H方向）上的定位误差为：（2-9）37对于第2项要求，若忽略工件的圆度误差和V型块角度偏差，可以认为工序基准（工件外圆中心）在水平方向上的位置变动量为零，即使用V型块对外圆表面定位时，在垂直于V型块对称面方向上定位误差为零。2.3.2定位误差

若工件工序基准为外圆下母线或上母线时，用同样方法可求出其定位误差分别为：图2-34外圆表面在V型块上的定位误差b）a）H2BdOH1BOAC（2-10）38ZXYZXYZXYZXY图2-24工件以平面定位平面定位的主要形式是支承定位。常用的定位元件有支承钉、支承板、夹具支承件和夹具体的凸台及平面等。图2-24给出了平面定位的几种情况。ZXYZXY2.3.3定位方法与定位元件

工件以平面定位39图2-25工件以圆孔定位工件以圆孔定位多属于定心定位（定位基准为圆柱孔轴线）。常用定位元件是定位销和心轴。定位销有圆柱销、圆锥销、菱形销等形式；心轴有刚性心轴（又有过盈配合、间隙配合和小锥度心轴等）、弹性心轴之分。工件以圆孔定位所限制的自由度见图2-25。XYZXYZXYZXYZXYZXYZ2.3.3定位方法与定位元件

工件以圆孔定位40图2-26工件以外圆柱面定位工件以外圆柱面定位两种形式：定心定位和支承定位。工件以外圆柱面定心定位的情况与工件以圆孔定位的情况相仿（用套筒和卡盘代替心轴或柱销）。工件以外圆柱面支承定位的元件常采用V型块，短V型块限制2个自由度，长V型块（或两个短V型块组合）限制4个自由度。XYZXYZXYZXYZ2.3