第四章-机床夹具原理与设计

第四章机床夹具原理与设计

第四章机床夹具原理与设计1.夹具概述2.工件在夹具中的定位3.定位误差分析4.工件在夹具中的夹紧5.各类机床夹具6.现代机床夹具7.夹具设计的基本步骤第一节

概述

机床夹具是机械加工工艺系统的重要组成部分，是机械制造中的一项重要工艺装备。它在加工中是装夹工件的辅助装置。一、工件的装夹方法定位：使工件在机床上或夹具中，相对于刀具占据某一正确的位置。夹紧：由于在加工中受到切削力、重力等的作用，还应采用一定的机构，对工件施加一定的夹紧力使其位置保持不变，称为夹紧。装夹就是定位和夹紧过程的总和。一、工件的装夹方法1、找正法装夹（1）直接找正法（2）划线找正法一、工件的装夹方法2、用夹具装夹二、夹具工作原理与作用1、夹具工作原理连接工件、机床、刀具，使工件的加工表面相对于机床的成形运动和刀具有一个正确的位置。2、夹具的作用保证加工精度稳定；缩短辅助时间，提高劳动生产率；降低生产成本；减轻劳动强度；降低工人技术等级；扩大机床使用范围。三、夹具分类与组成1、夹具分类(P101)2、夹具的组成定位元件夹紧装置对刀元件引导元件其它元件及装置连接元件及连接表面夹具体第二节工件在夹具中的定位一、六点定位原理用合理分布的六个支承点与工件接触，每个固定点限制工件的一个自由度，这样将工件完全定位的方法。一、六点定位原理定位元件的定位表面小平面1点；大平面3点长圆柱4点；短圆柱2点长圆锥5点；短圆锥3点长V形块4点；短V形块2点活动的表面消除的自由度数在此基础上减去本身的活动度数。完全定位与不完全定位欠定位与过定位欠定位：应该要限制的自由度没有被限制。过定位：工件上某个自由度被限制两次以上，出现重复定位的现象。二、常见的定位方式及定位元件定位元件要求：

精度、光滑、耐磨、硬度、刚度常用材料：

低碳钢20钢表面渗碳淬火高碳钢T7钢淬火1、以工件平面定位（1）固定支承支承钉（1）固定支承支承板（2）可调支承

用于工件上未经机械加工的定位面。

当工件毛坯尺寸有较大变化时，每更换一批毛坯，就要调节一次。（3）自位支承

增加支承点数，避免过定位。（4）辅助（式）支承（元件）

提高支承刚度，不起定位作用。（4）辅助支承

2、以工件圆孔定位（1）定位销（2）锥销

（3）定位心轴

3、以工件外圆柱面定位（1）V形块（2）定位套筒（3）半圆孔定位座（4）外圆定心夹紧机构4、组合定位分析（1）组合定位分析要点1）几个定位元件在组合定位时消除的自由度数等于各个定位元件消除自由度数总和。2）定位元件在组合定位时可从限制移动自由度转化为限制转动自由度。3）单个表面的定位是组合定位分析的基础。组合定位（2）消除重复定位的方法1）用可移动定位元件2）采用自位支承结构3）改变定位元件的结构形式削边销：将定位销在两销联心线的垂直方向削去两边，只限制一个自由度，避免过定位。（3）几种不同组合形式的定位分析1）一面两销（两孔）定位：1）一面两销（两孔）定位干涉现象1）一面两销（两孔）：削边销结构2）一平面和两个与其垂直的外圆柱面的组合3）一个孔和一个平行于孔中心线的平面的组合第三节定位误差分析一、基准的概念

基准就是零件上用来确定其他点、线、面所依据的那些点、线、面。根据用途分为设计基准和工艺基准两大类。设计基准

零件图标注尺寸或相互位置关系时所依据的那些点、线、面。一般来说，基准关系是可逆的。注：(1)基准无大小之分；

(2)作为设计基准的点、线、面，在工件上不一定存在。

工艺基准工艺基准—在加工和装配中使用的基准。可分为：工序基准—工序图上标注加工表面尺寸关系的点、线、面；定位基难—加工时使工件在机床或夹具上占有正确位置所用的基准；调刀基准—在加工中用以调整加工刀具位置所采用的基准；测量基准—检验时用来确定被测量零件在度量工具上位置的基准；装配基准—装配时用来确定零件或部件在机器上位置的基准。二、调刀基准的概念

调刀基准往往选在夹具定位元件的某个定位工作面，尽可能不受夹具定位元件的制造误差影响。三、定位误差及其产生原因工件上被加工表面的设计基准（工序基准）相对于定位元件工作表面（调刀基准）在工序尺寸方向上的最大位置变动量，称为定位误差，以Δdw表示。定位误差产生原因1、定位基准与设计基准（工序基准）不重合产生的定位误差，以Δjb表示。定位误差产生原因2、定位副制造不准确产生的基准位移误差，以Δjw表示。基准位移误差心轴水平放置（上下方向基准位移误差）孔径；轴径；最小间隙Δ=(D+EI)-(d+es)001max=001min=Δjw=(TD+Td)/2（公式1）心轴水平放置（左右方向基准位移误差）Δjw=0（公式2）基准位移误差心轴垂直放置（任意方向基准位移误差）孔径；轴径；公称尺寸相等：D-d=0最小间隙Δmin=(D+EI)-(d+es)=EI-es最大间隙Δman=(D+ES)-(d+ei)=ES-ei=ES-EI+es-ei+EI-es=TD+Td+ΔminΔjw=TD+Td+Δmin=ES-ei（公式3）四、定位误差计算1、先分别计算出基准不重合误差和基准位

移误差，在计算其在加工尺寸方向上的

代数和，即Δdw=Δjb+Δjw2、按最不利的情况，画出被加工零件定位

时设计基准的两个极限尺位置；从图形

中的几何关系，找出零件图上被加工尺

寸方向上之设计基准的最大变动量(最大

值与最小值之差)。例4-3工件用V形块定位时的定位误差计算直径为d的轴，在v形块上定位铣平面,设计尺寸有三种不同的标注方法：

(a)要求保证上母线到加工面尺寸Hl，即设计基准为B；

(b)要求保证下母线到加工面尺寸H2，即设计基准为C；求各定位误差？

(c)要求保证轴心线到加工面尺寸H3，即设计基准为O。例4-3工件用V形块定位时的定位误差计算Δdw1=B1B2=B2A-B1A=(B2O2+O2A)-(B1O1+O1A)

=-=(公式4）

例4-3工件用V形块定位时的定位误差计算Δdw2=C2C1=C2A-C1A=(O2A-O2C2)-(O1A-O1C1)

=(公式5）Δdw2=O2O1=O2A-O1A=(公式6）

例4-4工件铣键槽时的定位误差计算已知：Φ50h6()外圆，Φ30H7()内孔及两端面已加工合格，内外圆同轴度误差在Φ0.015范围内，现铣键槽宽12，要求保证：(1)轴向尺寸L=25h12()；(2)槽底位置尺寸H=42()；(3)槽两侧面对Φ50外圆轴线的对称度公差T(C)=0.06；用Φ30g6()的心轴定位，求各定位误差？

例4-4(1)轴向尺寸L=25h12Δdw1=Δjb1+Δjw1=0+0=0(2)槽底位置尺寸H=42()；Δdw2=Δjb2+Δjw2=(0.016/2+0.015)+(0.021+0.02)=0.064(3)槽两侧面对Φ50外圆轴线的对称度公差T(C)=0.06；Δdw3=Δjb3+Δjw3=0.015+(0.021+0.02)=0.056

例4-4(1)轴向尺寸L=25h12Δdw1=Δjb1+Δjw1=0+0=0(2)槽底位置尺寸H=42()；Δdw2=Δjw2+Δjb2

==0.003(3)槽两侧面对Φ50外圆轴线的对称度公差T(C)=0.06；Δdw3=Δjb3+Δjw3=0+0=0

五、保证加工精度的条件影响加工精度的误差因素除定位误差外，尚有：

(1)夹具的有关制造误差(Δ制造)(2)夹具安装误差（Δ安装）

(3)加工过程误差（Δ加工）为了保证工件的加工精度，总的加工误差必须控制在工件允许的公差(T工件)范围之内，即：

Δ=Δ定位＋Δ制造＋Δ安装+Δ加工=Δ夹具+Δ加工≤T工件

一般要求：Δ定位≤（1/2～1/3)T工件第四节工件在夹具中的夹紧工件夹紧的基本要求：

稳、牢、快一、夹紧装置的组成(1)力源装置(2)中间传力机构(3)夹紧元件

二、夹紧力的确定1、夹紧力方向的确定：(1)夹紧力作用方向应不破坏工件定位的准确性；(2)夹紧方向应使所需夹紧力尽可能小；(3)夹紧力方向应使工件变形尽可能小。

(1)夹紧力作用方向应不破坏工件定位的准确性(2)夹紧方向应使所需夹紧力尽可能小；(3)夹紧力方向应使工件变形尽可能小2、夹紧力作用点的确定(1)夹紧力应落在支承元件上或几个支承元件所形成的支承面内。(2)夹紧力应落在工件刚度较好的部位上。(3)夹紧力应尽量靠近加工面。

(1)夹紧力应落在支承元件上(2)夹紧力应落在工件刚度较好的部位上(3)夹紧力应尽量靠近加工面3、夹紧力大小夹紧力大小估算：一般只有机动夹紧时需计算夹紧力，把加工系统看成刚体，根据工件在最不利情况下切削力的平衡状态求夹紧力，再乘以安全系数K。K值在粗加工时取2.5～3、精加工时取1.5～2。三、典型夹紧机构1．斜楔夹紧斜楔夹紧的特点1）斜楔夹紧的自锁条件：α≤10°～14°，取5°～7°；2）有增力作用，iP=FQ/FP≈3；3）夹紧行程小；4）结构简单，但操作不方便。

2．螺旋夹紧一般α=2°～2.5°，增力比iP=80～120。2．螺旋夹紧螺旋压板夹紧机构3．偏心夹紧3．偏心夹紧多件夹紧装置4．多件夹紧四、夹紧动力源装置1、气动夹紧活塞式气缸2、液压夹紧特点：1）工作压力高，尺寸小。

2）油液不可压缩，夹紧刚性大、可靠。3）噪音小，劳动条件好。如泄露会污染环境，需专用供油装置。3、气-液压组合夹紧夹紧动力源装置离心力夹紧真空夹紧电磁夹紧电动机驱动夹紧第五节各类机床夹具一、车床夹具二、铣床夹具（1）直线进给式铣床夹具（2）圆周进给式铣床夹具（3）靠模铣床夹具对刀块一、车床夹具定位键三、钻床夹具（1）固定式钻模（2）滑动式钻模（3）回转式钻模（4）移动式钻模（5）翻转式钻模（6）盖板式钻模钻模板与钻套可卸式钻模板钻套（1）固定钻套钻套（2）可换钻套钻套（3）快换钻套钻套（4）特殊钻套第六节现代机床夹具一、自动线夹具

固定夹具随行夹具随行夹具设计随行夹具考虑问题：工件在夹具中用螺旋夹紧；随行夹具在机床中用一面两孔定位，并自动夹紧；定位基面与输送基面的选择；随行夹具的精度问题；排屑与清洗；随行夹具结构的通