机床夹具设计ppt课件

1、第五章 机床夹具设计第一节 机床夹具的功能和应满足的要求,一、机床夹具的功能 （1）保证加工精度 （2）提高生产率 （3）扩大机床的使用范围 （4）减轻工人的劳动强度，保证生产安全。,1,二、机床夹具应满足的要求 （1）保证加工精度 （2）夹具的总体方案应与年生产纲领相适应 （3）安全、方便、减轻劳动强度 （4）排屑顺畅 （5）机床夹具应有良好的强度、刚度和结构工艺形,2,第二节 机床夹具的类型和组成,一、机床夹具的类型 （1）通用夹具 （2）专用夹具 （3）可调整夹具和成组夹具 （4）组合夹具 （5）随行夹具,3,二、机床夹具的基本组成 （图1、图2） （1）定位元件及定位装置 （2）夹紧元

2、件及夹紧装置 （3）导向及对刀元件 （4）动力装置 （5）夹具体 （6）其它元件及装置,4,5,6,第三节 机床夹具定位机构的设计,一、工件的定位 六点定位原理 （图3、图4、图5、表1）,7,8,9,（二）完全定位和不完全定位 （三）定位的正常情况（完全定位和不完全定位）和非正常情况（欠定位和过定位）（图6、图7、图8）（加图2-9、图2-10、图2-11）,10,11,12,13,14,15,在以下两种特殊场合，过定位是允许的 1）工件钢度很差，在夹紧力、切削力作用下会产生很大变形，此时过定位只是提高工件某些部位的钢度，减小变形。 2）工件的定位表面和定位元件在尺寸、形状、位置精度已经很高

3、时，过定位不仅对定位精度影响不大，而且有利于提高精度。 9,16,二、典型的定位方式、定位元件及装置 （一）平面定位 （ 图9）,17,1.钉支承和板支承 （图10 ）,18,2.可调支承和自位支承 （图11、图12）,19,20,3.辅助支承 （图13、图14）（加图2-23、2-24）,21,22,23,24,二、孔定位 1.心轴定位 （1）锥度心轴（图15）,25,（2）刚性心轴（图16）,26,2定位销 （图17、图18、图19）,27,28,10,29,（三）外圆定位 1.定心定位（图20、图21）,30,31,2.V型块定位（加图2-38、2-40、2-41）,加图2-38常用V型

4、块的结构形式,32,33,34,（四）定位表面的组合 （图22、表2）（加图2-58、2-59）,35,36,37,在夹具设计时，一面两销定位的设计按下述步骤进行： 1确定夹具中两定位销的中心距Lx,38,2确定圆柱销直d1及其公差 取d1=D1 , 配合选/g6或/f6 3确定菱形销的直径d2、宽度b1及公差（加图2-66）,39,菱形销d1的公差可按配合/g ,销精度等级高于孔精度级来确定,40,三定位误差的分析与计算（后有图注解） （一）定位误差 1.加工误差的三个形成因素 1）工件在夹具中的定位、夹紧误差； 2）夹具带着工件安装在机床上，相对机床主轴（或刀具）或运动导轨的位置误差，也称

5、对定误差； 3）加工过程中产生的误差，如机床几何精度，工艺系统的受力、受热变形、切削振动等原因引起的误差。,41,.定位误差及其控制 定位误差是指工序基准在加工方向上的最大位置变动量所引起的加工误差，它的大小是可以通过计算获取的； 定位误差是工件加工误差一小部分； 定位误差一般应控制在工件允许误差的 /以内,42,（二）产生定位误差的原因 .基准不重合带来的定位误差 举例说明 ： （1）平面定位情形（图23） 式中： 本工序的加工误差 基准转换带来的加工误差,11,43,（2） V型块定位（图24、图25）,44,H,_轴外圆公差 _V形块夹角,45,46,2.间隙引起的定位误差 （图26）

6、在使用心轴、销、定位套 定位时，定位面与定位元件间 的间隙可使工件定心不准产生 定位误差，如图5-26a所示单 圆柱销与孔的定位情况，最大 间隙为:,47,由于销与孔之间有间隙，工件安装时孔中心可 能偏离销中心，其偏离的最大范围是以为直径， 以销中心为圆。若定位时让工件始终靠紧销的一 侧，即定位以销的一条母线为基准，工件的定位误 差仅为 =1/2(x + g) 常用的一面两销定位的情况稍许复杂一点，如 图5-26b所示。平面限制三个自由度，圆柱销限制两 个自由度。X、Y方向的定位误差如同单圆柱销定 位，均为： 1=1+g1 +x1 。,48,而菱形销限制了绕Z方向的转动自由度，孔与菱形销在Y方

7、向定位误差为： 2=2+g2 +x2 ，它实际上是限制工件绕Z轴的转动，由于存在间隙，因而使工件产生一个转角误差，参见图5-26c，转角误差为:,49,3.与夹具有关因素产生的定位误差 这类因素基本上属于夹具设计与制造中的误差，如： 1）定位基准面与定位元件表面的形状误差； 2）导向元件，对刀元件与定位元件间的位置误差，及其形状误差导致产生的导向误差与对刀误差； 3）夹具在机床上的安装误差，即对定误差导致工件相对刀具主轴或运动方向产生的位置误差； 4）夹紧力使工件或夹具产生变形，产生位置误差； 5）定位元件与定位元件间的位置误差，以及定位元件、对刀元件、导向元件、定向元件等元件的磨损,50,补

8、充注解：定位误差的分析图例（图2-45、2-50、2-53、2-60、2-61、2-62、2-63、2-64）,51,52,53,54,55,56,57,58,12,59,一、夹紧机构设计应满足的要求 设计夹紧机构一般应遵循以下主要原则： 1）夹紧必须保证定位准确可靠，而不能破坏定位。 2）工件和夹具的变形必须在允许的范围内。 3）夹紧机构必须可靠。 4）夹紧机构操作必须安全、省力、方便、迅速、符合工人操作习惯。 5）夹紧机构的复杂程度、自动化程度必须与生产纲领和工厂的条件相适应。,第四节 机床夹具夹紧机构的设计,60,二、夹紧力的确定 （一）夹紧力方向的确定（ 图27、图28、图29）,1）

9、夹紧力的方向应用有利于工件的准确定位，而不能破坏定位，一般要求主夹紧力 j1应垂直于第一定位基准面。（图5-27 ）,61,2）夹紧力的方向应与工件刚度高的方向一致，以利于减少工件的变形。 （图5-28 ）,62,3）夹紧力的方向尽可能与切削力、重力方向一致，有利于减少夹紧力，如图5-29a所示情况是合理的，图5-29b则不尽合理。,63,（二）夹紧力作用点的选择 （图30、图31、图32、图33）（加图3-10、3-11） 1）夹紧力的作用点应与支承点“点与点”对应，或在支承点确定的区域内，以避免破坏定位或造成较大的夹紧变形,64,2）夹紧力的作用点应作用在工件刚度高的部位。如图5-31a所

10、示情况可造成工件薄壁底部较大的变形，改进后的结构如图5-31b所示。,65,3）夹紧力的作用点和支承点尽可能靠近切削部位，以提高工件切削部位的刚度和抗振形。如图5-32所示的夹具，在切削部位增加了辅助支承和辅助夹紧。,66,67,4）夹紧力的反作用力不应使夹具产生影响加工精度的变形。如图5-33a所示，工件对夹紧螺杆3的反作用力使导向支架2变形，从而产生镗套4的导向误差。改进后的机构如图5-33b所示，夹紧力的反作用力不再作用在导向支架2上。,68,69,（三）夹紧力大小的确定 （图34、表3） 可用力学分析方法计算 ，如P269下270上下图（图5-34）铣销的分析方法计算过程,70,三、常

11、用夹紧机构 （一）斜楔夹紧机构 （图35、图36） 图5-35是一种简单的斜楔机构。向右推动斜楔1，使滑柱2下降，滑柱上的摆动压板3同时压紧两个工件4。,71,下面我们分析斜楔夹紧的动力Q与夹紧力W之间的关系。斜楔受力如图5-36所示。Q为原动力，R为夹具体对它的作用力，W为滑柱对它的作用力，1、2为各自的摩擦角。斜楔受Q、W和R共同作用，根据三力平衡有:,72,73,斜楔夹紧机构 优点：有一定的扩力作用，可以方便地使力的方向改变90o； 缺点：较小，行程要长。,74,（二）螺旋夹紧机构(图37、图38、表4 ) 根据螺杆力矩平 衡列出下式： QL- Wtan(+1)do/2 - Wtan2r

12、= 0 因此得：W = (见P271下),75,76,（三）偏心夹紧机构 （图39、图40）,77,偏心夹紧的偏心轮已标准化，其夹紧行程和夹紧力可从有关夹具设计手册中查出。 偏心夹紧机构 优点：结构简单，操作方便，动作迅速； 缺点：自锁性能差，夹紧行程和增力比小。13,78,四、其它夹紧机构 （一）铰链夹紧机构 （图41）,79,铰链夹紧机构已标准化，可查夹具设计手册 铰链夹紧机构 优点：动作迅速，增力比大，易于改变力的作用方向； 缺点：自锁性能差。,80,（二）定心夹紧机构 （图42、图43、图44） 1）等速移动原理,81,82,2）均匀弹性变形原理 （图5-44 弹簧夹头 a弹簧夹头结构

13、 b 弹簧套筒）,83,（三）联动夹紧机构 （图45、图46、图47、图48）,84,85,86,工作原理： 1右移3脱 离限制5上 移6右移 工件靠上V形 块8（定位）， 1右移继续2 上移压板7夹 紧工件,87,设计联动夹紧机构时应注意如下几点： 1）由于联动机构动作和受力情况比较复杂，应仔细进行运动分析和受力分析，以确保设计意图能够实现。 2）在联动机构中要充分注意在哪些地方设置浮动环节如铰链、球面垫圈等，要注意浮动的方向和浮动大小，要注意设置必要的调整环节，保证各夹紧均衡，运动不发生干涉。 3）各压板都能很好地松夹，以便装卸工件。 4）要注意整个机构和传动受力环节的强度和刚度。 5）联

14、动机构不要设计得太复杂，注意提高可靠性、降低制造成本。,88,五、夹紧机构的动力装置 （一）气动夹紧装置 （图49、图50）,89,90,（二）液压夹紧装置 液压夹紧装置的工作原理和结构基本上与气动夹紧装置相似，它与气动夹紧装置相比有下列 优点： 1）压力油工作压力可达6Mpa，因此油缸尺寸小，不需增力机构，夹紧装置紧凑。 2）压力油具有不可压缩性，因此夹紧装置刚度大、工作平稳可靠。 3）液压夹紧装置噪声小。 缺点： 需要有一套供油装置，成本要相对高一些。,91,（三）气液联动夹紧装置 （图51） 当三位五通阀至“预夹紧”位时压缩气体B 1右移3上移工件预夹紧； 当三位五通阀至“高压”位时压缩

15、气体又C 2左移a、b两室隔断，同时由于D远D2 实现增力高压夹紧。,92,（四）其它动力装置 1）真空夹紧（图52 ）,93,2）电磁夹紧 如平面磨床上的电磁吸盘，当线圈中通上直流电后，其铁心就会产生磁场，在磁力作用下将磁性工件夹紧在吸盘上。 3）其它方式夹紧 通过重力、惯性力、弹性力等将工件夹紧。,94,第五节 机床夹具的其它装置,一、 孔加工刀具的导向装置 （一） 钻孔的导向装置 （图53、图54）,H7/n6 H7/r6,H6/g5 H7/g6,95,96,（二） 镗孔的导向 （图55、图56、图57）,97,98,99,二对刀装置 （图58）,100,三分度装置 （图59） 手柄1逆

16、转2由于斜面作 用从槽中退出，并带动凸轮盘 5转动对定销4被5斜面推出 （分度预备）； 当2至下一分度盘槽时， 在弹簧作用下插入手柄1顺 转分度盘及心轴（工件与心 轴位置相对固定）被带转凸 轮盘5上的斜面脱离对定销4 在弹簧作用下4插入分度盘 的另一个槽中（分度完毕）,101,四对定装置 （图60、图61）,102,103,第六节 可调整夹具的设计,一、 可调整夹具的特点 1.组成有基础部分和可调整部分 基础部分如夹具体、夹紧机构和操作机构等； 可调整部分如定位元件和导向元件（也有可调夹紧元件）等。 2.可调整，可更换元件精度要求高，位置要准 确，安装、调整和检验要方便。,104,二、 可调整

17、夹具的调节方式 1. 调节式 （图62） 高度、径向尺寸 可调，钻套可换 （可钻不同 直径的孔）； 缺点是活动件和 调整机构会降低 夹具精度和刚度。,105,2.更换式 （图63） 预先制造好具有一定精度和耐用度的元件或组件，按不同零件的加工予以更换，如图b)、c)、d),106,3.综合式 （取上述两者之长） 4.组合式 （图64） 本夹具用于三种杆形零件花键孔的拉削加工，设有两菱形销和一个挡销共三个角度定位元件，分别对应于三种零件的拉孔。,107,三、可调整夹具的设计（共6点） 1. 对零件结构、工艺、尺寸、精度分析时，按相 似性原理归组，归为一组的几种零件还应在定位基 准面、夹紧方式等方

18、面基本相同，加工表面也能归 为同一类加工方法来实现。 2. 在设计夹具装配总图时，应以组内最大和最小尺 寸的零件为依据，分别画出相应的定位、夹紧元 件，确定调整的范围和选定调整的方式，然后确定 夹紧机构，夹具体和其它装置的布局。 3. 总体布局完成后，应先进行夹具精度计算，而且 要满足组内精度最高零件的要求，再进行正式总图 设计。,108,4. 夹具的设计应充分考虑其适用零件的不同所需要 的操作空间。 5. 要精心设计可调整、可更换元件以及调整、更换 的方式，要注意元件的精度和调整方便。 6. 编制调整卡，产品零件的名称、代号（图号）， 与所对应的可换元件的名称、图号，及其调整参数 （具体尺寸

19、）一一列出，并就更换、调整方法作必 要说明。 *,109,四、成组夹具设计 （图65） 成组夹具是在成组技术指导下，为实现成组工艺而设计的夹具。 成组夹具具有一定的柔性，经过一定的调整；它可实现同一组工件在同一生产单元内完成同一工序的加工； 成组夹具属于可调整夹具，其结构特点和调整方式与可调整夹具相同。 图5-65只要更换弹簧涨套KH5 就可适应图b)中各种零件的加工。,110,111,五、组合夹具设计 （图66、图67、图68） 组合夹具是一种根据被加工零件工艺要求，利用一套标准化夹具元件进行组合而成的夹具。 组合夹具特点是标准化夹具元件可（在其它夹具中）重复使用、一次性投入较大。,112,

20、113,114,第七节 机床夹具设计步骤,一、机床专用夹具的设计步骤 （一）设计前的准备工作 1） 明确工件的年生产纲领。 2） 熟悉工件零件图和工序图。 3） 了解工艺规程中本工序的加工内容。,115,.,（二） 总体方案的确定 1.定位方案 2.夹紧方案 3.夹具的总体形式 图5-69为夹具设计过程举例： a)设计定位方案； b)设计定位装置； c)设计钻套； d)设计夹紧装置； e)设计夹具体，完成总装图。,116,（三）绘制夹具装配图 1.尽可能1:1绘制； 2.主视图应按操作实际位置布置； 3.三视图要能清楚表示出夹具的工作原理和结构； 4.把工件视为透明体，用双点划线画出轮廓，画出

21、定位面、夹紧面和加工表面，无关其它表面可省略； 5.画出定位元件和导向元件； 6.按夹紧状态画出夹紧元件和机构，必要时可用双点划线画出松开位置时夹紧元件的轮廓； 7.画出夹具体、其它元件或机构，以及上述各元件与夹具体的联结，使夹具形成一体； 8.标注必要的尺寸和配合和技术条件； 9.对零件编号，填写标题栏和零件明细表； 10.进行定位精度和夹紧力验算. （四）绘制夹具零件图,117,二、夹具精度的验算 1）工件在夹具中的安装误差，它包括定位误差和夹紧误差。 2）夹具在机床上对定位误差，指夹具相对于刀具或相对于机床成形运动的位置误差。 3）加工过程中出现的误差，它包括机床的几何精度、运动精度，机

22、床、刀具、工件和夹具组成的工艺系统加工时的受力变形、受热变形，磨损，调整、测量中的误差，以及加工成形原理上的误差等。 第三项一般不易估算，夹具精度验算：前两项之和不大于工件允差的2/3为合格。 夹具精度验算举例：P292,118,夹具精度验算举例：P292,（一）验算中心距1200.05 ,影响此项精度的因素有： 1）定位误差 孔36H7与销36g6 配合最大间隙为0.05 ； 2）钻模板衬套中心与定 位销的中心距误差 装配图1200.01 误差为0.02 ； 3）钻套与衬套的配合间隙 28H6/g5为0.029 ；,119,4）钻套内孔与外园的同轴度 标准钻套精度较高，误差忽略。 5）钻头与

23、钻套间的间隙会引偏刀具，产生误差e e = 0.038 【计算过程见P292中和右图（图5-70）】 综合误差按概率法计算得： 0.07 该误差略大于中心距允差0.1 的三分之二，勉强可用。若改进，应从减少定位和导向的配合间隙方面考虑。,120,（二）验算两孔平行度精度 工件要求18H7孔全长允差0.05mm。导致产生两孔平行度的因素有： 1） 设计基准与定位基准重合，没有基准转换误差，但是配合间隙会产生基准位置误差 定位销轴中心与大头孔中心的偏斜角1（rad） 式中 1max 36H7/g6 处最大间隙（mm） H1 定位销轴定位面长度(mm) 2）定位销轴中心线对夹具体底平面的垂直度2，图

24、中没有标明。 3）钻套孔中心与定位销的平行度3,图中标注为0.02 mm， 3 = 0.02/30 rad (钻套长度为30 mm) . 4）刀具引偏量e产生的偏斜角4 max/H ，参见图5-70。 因此，总的平行度误差 ，当 允 时为合格。,121,三、夹具装配图上应标柱的尺寸和技术条件 （一）夹具装配图上标注的尺寸 1）夹具外形轮廓尺寸。 2）夹具与机床工作台或主轴的配合尺寸，以及固定夹具的尺寸等。 3）夹具与刀具的联系尺寸，如对刀塞尺的尺寸、对刀块表面到定位表面的尺寸及公差。 4）夹具中工件与定位元件间，导向元件与刀具、衬套间，夹具中所有相互间有配合关系元件应标注配合尺寸、种类和精度。

25、 5）定位元件间、定位元件与导向元件间、各导向元件之间装配后的位置尺寸及公差。,122,（二）夹具装配图上标注的技术要求 1）定位元件的定位表面间相互位置精度； 2）定位元件的定位表面与夹具安装基面、定向基面间的相互位置精度； 3）定位表面与导向元件工作面间的相互位置精度； 4）各导向元件的工作面间的相互位置精度； 5）夹具上有检测基准面的话，还应标注定位表面、导向工作面与该基准面间的位置精度。,123,第八节 典型机床夹具的设计要求,一、 钻床夹具 1. 钻模的结构型式及其适用范围 （1）固定钻模,124,（2）翻转式钻模,125,（3）回转式钻模,126,127,128,（4）端盖式钻模,

26、129,（5）滑柱式钻模,130,131,132,2. 钻模结构的设计要点 （1）钻套（又称钻模套筒） 1) 钻套的结构 a. 固定钻套,133,b. 可换钻套,134,c. 快换钻套,135,d. 特殊钻套,136,2) 钻套导引孔的尺寸和公差带的选择 a. 钻套导引孔直径的基本尺寸，应等于所导引刀具的最大极限尺寸。 b. 因为由钻套导引的刀具，都是钻头、扩孔钻、绞刀这一类定尺寸的刀具，其结构和尺寸都已标准化和规格化了，所以钻套导引孔与刀具的配合，应按基轴制来选定。 c. 钻套导引孔与刀具之间，应保证有一定的配合间隙，以防止两者发生卡住或咬死。 d. 当采用GB1132-73或GB1133-

27、73的标准绞刀绞H7或H9孔时，则可不必按刀具最大尺寸来计算。 e. 由于标准钻头的最大尺寸都是所加工孔的基本尺寸，故钻头的导引孔就只须按孔的基本尺寸取公差带为F7即可。 待续,137,f. 如果钻套导引的不是刀具的切削部分，而是刀具的导柱部分（图5-16）。这时也可按基孔制的相应配合选取为：H7/f7、H7/g6、H6/g5.,138,（2） 钻模板 1）固定式钻模板,139,2） 铰链式钻模板,140,3）可卸式钻模板,141,4）悬挂式钻模板,142,（3）钻模用的支脚,143,144,3. 钻模设计时须注意的几个问题 （1）注意孔口毛刺的影响,145,146,（2）设计盖板式钻模时，应

28、考虑设置手把，便于装卸，如图5-26。,147,(3) 钻模支脚设置,148,二、镗模（镗床夹具） 1. 镗模的组成 定位元件 夹紧装置 导引元件（镗套） 夹具体（镗模支架和镗模底座）,149,150,2. 镗套 （1）镗套的结构型式 1）固定式镗套（见后图） a. 外形尺寸小，结构紧凑。 b. 制造简单。 c. 容易保证镗套中心位置的准确。,151,152,2）回转式镗套,153, 滑动镗套 a. 与下面即将介绍的滚动镗套相比，它的径向尺寸较小，因而适用于孔中心距较小而孔径很大的孔系加工。 b. 减振性较好，有利于提高被镗孔的表面粗糙度。 c. 承载能力比滚动镗套大。 d. 若润滑不够充分，

29、或镗杆的径向切削负荷不均衡，则易使镗套和轴承咬死。 e. 工作速度不能过高。,154, 滚动镗套 a. 采用滚动轴承（标准件），使设计、制造、维修都简化方便。 b. 采用滚动轴承结构，润滑要求比滑动镗套低。 c. 采用向心推力球轴承的结构，可按需要调整径向轴向间隙，还可用使轴承预加载荷的方法来提高轴承刚度。 d. 结构尺寸较大，不适用于孔心距很小的镗模。 e. 镗杆转速可以很高，但其回转精度，受滚动轴承本身精度的限制，一般比滑动钻套要略低一些。,155, “内滚式”和“外滚式”滚动镗套,156,157,（2）镗套的布置型式及其特点 1） 单面前镗套,158,优点： a. 可镗削孔间距离很小的孔

30、系，因为这时刀具的导柱直径可以做的比所镗孔径小，即dD，所以镗套的尺寸可以做的很小。 b. 刀具的直径虽然因加工的孔径不同而不同，但是导柱的直径则可以统一为同一尺寸，因此，在同一镗套中可以使用多种刀具。 c. 镗套布置在刀具加工的前方，便于在加工中进行观察和测量，而且特别适合需要忽平面或攻丝的工序。 缺点： a. 由于刀具前端多了一段导柱，因此装卸工件时刀具引进和退出的行程增长了。 b. 若用于立镗时，则加工时的切削易落于镗套，造成导柱和镗套的过早磨损或发热咬死。,159,2）单面后镗套,160,这种型式的特点为： a. 因为所镗孔的长度很短，即刀具的悬伸长度也很短，而导柱直径又大于被镗孔径，

31、所以刀具的刚性很好，加工精度也较高。 b. 与上述单面前镗套一样，这种布置型式也可利用同一尺寸的后镗套而进行多工步的加工。 c. 因无前导柱，故装卸工件和更换刀具均较方便。 d. 用于立镗时，无切削落入镗套之虑。,161,3）双面单镗套,162,设计双面单镗套的导引方式时，应注意下列几点： a. 若工件上前后孔相距较远，即S10d（d为镗杆直径）时则在镗模上应增设中间导引支承。 b. 由于镗模的前后镗套已经确定了镗杆的位置，因此镗杆与机床主轴不可用刚性连接，而只能用浮动连接。 c. 在镗削同一轴线上孔径相同的孔系，应考虑设置使工件相对镗杆能偏移或升降的机构，以便使刀具能通过（见右图5-38）。,163,4）单面双镗套 *,164,镗套的尺寸 镗套的内径是由镗杆的导引部分直径决定的。 镗套的