夾具設計的基本原理

1、第5章 夾具設計的基本原理第一節(jié)第一節(jié) 概述概述第二節(jié)第二節(jié) 工件在夾具中的定位工件在夾具中的定位第三節(jié)第三節(jié) 工具在夾具中的夾緊工具在夾具中的夾緊第四節(jié)第四節(jié) 專用夾具的設計方法專用夾具的設計方法第五節(jié)第五節(jié) 計算機輔助夾具設計計算機輔助夾具設計一、機床的功用一、機床的功用穩(wěn)定保證工件的加工精度穩(wěn)定保證工件的加工精度減少輔助工時，提高勞動生產(chǎn)率減少輔助工時，提高勞動生產(chǎn)率擴大機床的使用范圍，實現(xiàn)一機多能擴大機床的使用范圍，實現(xiàn)一機多能第一節(jié)第一節(jié) 概述概述二、機床夾具的分類二、機床夾具的分類1、按專門化程度分類、按專門化程度分類通用夾具專用夾具可調夾具組合夾具 隨行夾具 2、按使用的機床分類

2、、按使用的機床分類車床夾具鉆床夾具鏜床夾具磨床夾具數(shù)控機床夾具 3、按夾緊動力源分類、按夾緊動力源分類 手動夾具氣動夾具液壓夾具電磁夾具真空夾具三、機床夾具的組成三、機床夾具的組成 (1).定位元件：定位元件：確定工件在夾具中位置的元件。 (2).導向元件：導向元件：用以引導刀具或調整刀具相對于夾具的位置。 如：鉆套、對刀塊。 (3).對刀與導引元件：對刀與導引元件：確定夾具與機床或夾具與刀具的元件。 (4) .夾具體：夾具體：基礎件，用于安裝其它元件，形成整體圖5-1(5).其它輔件：其它輔件：夾緊用的扳手，操作手柄，分度機構等。 如下圖所示：一、常用定位方式與定位元件一、常用定位方式與定位

3、元件工件常用定位表面工件常用定位表面 以平面定位以內(nèi)孔定位以外圓表面定位以平面定位以平面定位 基本支承輔助支承固定支承可調支承自位支承 支承釘、支承板基本支承：基本支承：限制自由度，真正起定位作用輔助支承：輔助支承：不限制自由度，起預定位、增加工件和夾具剛性等作用第二節(jié)第二節(jié) 工件在夾具中的定位工件在夾具中的定位（一）工件以平面定位（一）工件以平面定位 1固定支承 (1) 支承釘：支承釘：用于小平面未加工或已加工表面的定位。如圖5-2。 支 承 釘圖5-2 平頭：用于經(jīng)過精加工的表面，面接觸。球頭：點接觸，可保證接觸位置相對穩(wěn)定，但易磨損，夾緊時使加工表面產(chǎn)生壓陷，產(chǎn)生較大安裝誤差，不易使幾個

4、支承釘保持在同一平面內(nèi)，用于精加工中網(wǎng)紋頂面：與定位面摩擦力較大，可住阻礙工件移動，加強定位穩(wěn)定性，精中易積屑，多用在粗糙表面的側面定位。 分類 (2)支承板支承板 用于較大已加工平面的定位，所以常出現(xiàn)在精基準定位中，一個支承板的作用，相當于兩個支承釘，消除兩個自由度。結構形式及應用場合：a型型 制造簡單，但不易清除落入沉頭螺孔中的切屑，常用于側面定位b型型 切有斜槽，易于 清屑，常用于底面定位圖5-32.可調支承可調支承 可調支承可調支承:適用于未加工過的平面定位，以調節(jié)補償各批毛坯尺寸誤差。如圖5-4所示為幾種常用的可調支承典型結構。圖5-43.自位支承自位支承 （浮力支承）（浮力支承）1

5、23(a)(b)(c)自 位 支 承圖5-5 自位支承自位支承:適用于毛坯表面、斷續(xù)表面、階梯表面定位。如圖5-5所示為幾種常用的自位支承典型結構。4、輔助支承、輔助支承 輔助支承是在工件定位后才參與支承，因此不起任何消除自由度作用，只起減小工件變形和振動的作用。如圖5-6所示，a）、b)為螺旋式輔助支承，用于小批量生產(chǎn)；c)為推力輔助支承，用于大批量生產(chǎn)。圖5-6輔助支承應用實例a)用于提高工件穩(wěn)定性和剛度；b)的輔助支撐起預定位作用。圖5-7（二）工件以外圓定位（二）工件以外圓定位1. v形塊形塊v形塊的定位分為固定式和活動式。圖5-8為固定式v形塊，a)用于較短的精基準定位；b)用于較長

6、的粗基準（或階梯軸）定位；c)用于兩段精基準面相距較遠的場合；d)用于定位基準直徑與長度較大的場合圖5-8活動式活動式v形塊作用：形塊作用： 限制工件x移動自由度功能 夾緊圖5-92.定位套定位套一般用于精基準定位。如圖5-10所示，a)為短定位套定位，限制工件2個自由度b)為長定位套定位，限制工件4個自由度圖5-103.半圓套半圓套圖5-11 如圖5-10所示，下半圓起定位作用，上半圓起夾緊作用。a)為可卸式， b)為鉸鏈式。 短定位套定位，限制工件2個自由度。長定位套定位，限制工件4個自由度。4.圓錐套圓錐套圖5-12工件以圓錐套定位時，常與后頂尖配合使用，如圖5-10所示。（三）工件以內(nèi)

7、孔定位（三）工件以內(nèi)孔定位 工件以內(nèi)孔定位時，常用的有：定位銷、定位心軸、自動定心機構。 1.定位銷定位銷特點：通常結合端面定位一般用于大批量生產(chǎn)中定位銷頭部應有15度倒角 圖5-132.圓錐銷圓錐銷用于內(nèi)孔的定心夾緊機構，其作用原理與外圓定位時是一樣的。區(qū)別僅在于孔定位時，支承等速遠離中心移動，與工件孔表面接觸。 圖5-14圖5-153.定位心軸定位心軸根據(jù)工件的形狀和用途的不同，定位心軸的結論形式很多，常用的有下列幾種形式：（1）圓柱心軸圓柱心軸 如圖5-16 a）為間隙配合圓柱心軸，定位精度不高，但裝卸工件方便。 b）為過盈配合圓柱心軸，常用語對定心精度要求高的場合。c)為花鍵心軸，用于

8、以花鍵孔為定位基準的場合。圖5-16圖5-17（2）圓）圓錐心軸錐心軸限5個自由度，定心精度高，可達0.0050.01mm，但軸向位移大，傳遞扭矩小，使用于精加工中。（四）工件以組合表面定位（四）工件以組合表面定位 常見工件組合 平面與平面組合平面與孔組合平面與外圓柱面組合平面與其他表面組合錐面與錐面組合一面兩孔組合定位一面兩孔組合定位 定位方式：將第二個銷子采用削邊銷結構，如圖5-18d所示，削邊銷只限制z一個自由度。 在生產(chǎn)中普遍用于箱體類大、中型零件的加工中，如機床主軸箱、發(fā)動機機體。 圖5-18?d2bb2d3668820 2025 2532 32404050b2345568bd 0.

9、52d 12d 22d 32d 42d 522表表5-1 削削 邊邊 銷銷 的的 尺尺 寸寸二、定位誤差及其分析計算二、定位誤差及其分析計算（一）定位誤差及其產(chǎn)生原因 定位誤差定位誤差是指由于工件定位造成的加工面相對工序基是指由于工件定位造成的加工面相對工序基準的位置誤差。準的位置誤差。產(chǎn)生誤差原因產(chǎn)生誤差原因 a.基準不重合誤差 b.基準位移誤差(二二)常見定位方式的定位誤差分析與計算常見定位方式的定位誤差分析與計算 定位誤差是由于基準不重合誤差和基準位移誤差共同作用的結果。故：當 和 變動方向相同時，取“+”號；反之，取“-”號夾緊裝置的組成夾緊裝置的組成第三節(jié)第三節(jié) 工件在夾具中的夾緊工

10、件在夾具中的夾緊一、夾緊裝置的組成和設計要求一、夾緊裝置的組成和設計要求 動力源裝置動力源裝置中間傳力機構中間傳力機構夾緊元件夾緊元件圖5-25夾緊裝置的設計要求夾緊裝置的設計要求 工程在夾緊過程中，不能破壞工件在定位時所獲工程在夾緊過程中，不能破壞工件在定位時所獲得的正確位置；得的正確位置；夾緊力的大小應可靠、適當。夾緊力的大小應可靠、適當。應保證工件在整個應保證工件在整個加工過程中的位置穩(wěn)定不變，不允許產(chǎn)生振動、變形加工過程中的位置穩(wěn)定不變，不允許產(chǎn)生振動、變形和表面損傷；和表面損傷；夾緊動作要準確迅速，以便提高生產(chǎn)效率；夾緊動作要準確迅速，以便提高生產(chǎn)效率；操作方便、省力、安全，以改善工

11、人的勞動條件操作方便、省力、安全，以改善工人的勞動條件，減輕勞動強度；，減輕勞動強度；結構簡單，易于制造。結構簡單，易于制造。夾緊力三要素夾緊力三要素1.夾緊力方向夾緊力方向 不破壞定位的準確性和可靠性，如圖5-26所示； 夾緊力方向應使工件變形盡可能小，如圖5-27所示； 夾緊力方面應使所需夾緊力盡可能小，如圖5-28所示。圖5-26圖5-27圖5-282.夾緊力作用點 夾緊力應落在支承元件的幾何中心或幾個支承元件所形成的平面內(nèi) 夾緊力應落在工件剛性較好的部件上 夾緊力應盡可能靠近被加工面圖5-29確定夾緊力大小的方法有兩種：經(jīng)驗類比法分析計算法k的取值范圍一般為1.53，粗加工時取2.53

12、，精加工時取1.52。3.夾緊力大小二、基本夾緊機構二、基本夾緊機構 常見的有斜楔、偏心、螺旋等，都是利用機械摩擦的斜楔自鎖原理。 （一）（一）斜楔夾緊斜楔夾緊斜楔夾緊機構主要用于增大夾緊力或改變夾緊力方向。圖5-301.夾緊力的計算如圖5-31所示，當斜楔處于平衡狀態(tài)時，根據(jù)精力平衡，可得斜楔對工件所產(chǎn)生的夾緊力q為：)tan(tan12apq圖5-312.自鎖條件當工件夾緊并撤除源動力p后，夾緊機構依靠摩擦力的作用，仍然保持對工作的夾緊狀態(tài)的現(xiàn)象稱為自鎖。斜楔的自鎖條件是：3.擴力比擴力比也稱擴力系數(shù)，是指在夾緊源動力p作用下，夾緊機構所能產(chǎn)生的夾緊力q與p的比值。4.行程比把斜楔的移動行

13、程l與工件需要的夾緊行程s的比值，稱為行程比。5.應用場合斜楔夾緊機構結構簡單、工作可靠，但機械效率較低，常用在工件尺寸公差較小的機動夾緊機構中。（二）螺旋夾緊機構（二）螺旋夾緊機構螺旋夾緊結構簡單，增力比大，自鎖性好，夾緊可靠，所以在夾具中得到最廣泛的應用。螺桿螺桿1在2中轉動而起夾緊作用。螺母螺母2采用可換式，其目的是為了內(nèi)螺紋磨損后可及時更換。螺釘螺釘3用以防止2的松動。壓塊壓塊4是防止在夾緊時帶動工件轉動；并避免1的頭部直接與工件接觸而造成壓痕，同時也可增大夾緊力作用面積，使夾緊更為可靠。圖圖5-32式中： p原始作用力； l手柄長度； 螺桿下端（或壓塊）與工件接觸處的當量摩 擦半徑；

14、 螺旋作用中徑之半；（作用中徑為d平均）；螺旋升角； 螺旋配合面的摩擦角（常取830）。 螺桿下端（或壓塊）與工件接觸處的摩擦角；1 2 螺旋夾緊力的計算公式螺旋夾緊力的計算公式)tan(tan121arrplqzzr1r在實際應用中，單螺旋夾緊機構常與杠桿壓板構成螺旋壓板組合夾緊機構，如圖5-34圖5-34（三）偏心夾緊機構 偏心夾緊機構是靠偏心輪回轉時其半徑逐漸增大而產(chǎn)生夾緊力來夾緊工件的，常與壓板聯(lián)合使用，如圖5-35。常用的有圓偏心和曲線偏心兩種，可做成平面凸輪的形狀。因圓偏心機構簡單，制造方便，較曲線偏心應用廣泛。圖5-35偏心夾緊機構的夾緊原理與斜楔夾緊機構相似，區(qū)別：斜楔夾緊的楔

15、角不變，偏心夾緊的楔角是變化的。圖5-36偏心夾緊力的計算公式偏心夾緊力的計算公式)tan(tan12aplq式中： p原始作用力； l手柄長度； 偏心輪回轉軸中心到夾緊點p的距離，單位為mm； 分別為偏心輪轉軸處與作用點處的摩擦角。1 2 圖5-37自鎖條件自鎖條件若 =0.10.5，則偏心夾緊的自鎖條件可寫為：優(yōu)點優(yōu)點：操作方便、加緊迅速、結構緊湊：操作方便、加緊迅速、結構緊湊缺點缺點：夾緊行程小、夾緊力小、自鎖性能差：夾緊行程小、夾緊力小、自鎖性能差應用應用：常用于切削力不大、夾緊行程較小、振動較小的：常用于切削力不大、夾緊行程較小、振動較小的場合。場合。三、其他典型夾緊機構三、其他典型

16、夾緊機構1.鉸鏈夾緊機構優(yōu)點：動作迅速，增力比大，易于改變力的作用方向缺點：自鎖性能差應用：常用于氣動、液動加緊中。圖5-382.定心夾緊機構按工作原理可分為兩類：（1）按等速移動原理工作的定心夾緊機構，如圖5-39（2）以均勻彈性變形原理工作的定心夾緊機構，如圖5-40圖5-39圖5-403.聯(lián)動夾緊機構優(yōu)點：減少工件裝夾時間，簡化結構圖5-41第四節(jié)第四節(jié) 專用夾具的設計方法專用夾具的設計方法穩(wěn)定地保證工件的穩(wěn)定地保證工件的加工精度加工精度；提高提高生產(chǎn)率并降低成本生產(chǎn)率并降低成本；具有良好的使用性；具有良好的使用性；具有良好的結構工藝性。具有良好的結構工藝性。 一、專用夾具的基本要求和設

17、計步驟一、專用夾具的基本要求和設計步驟基本要求基本要求設計步驟設計步驟1.研究原始資料，明確設計任務研究原始資料，明確設計任務2.考慮和確定夾具結構方案，繪制結構草圖考慮和確定夾具結構方案，繪制結構草圖(1) (1) 確定工件的定位方案，包括定位原理、方法、原件或裝置；確定工件的定位方案，包括定位原理、方法、原件或裝置；(2) (2) 確定工件的夾緊方案和設計夾緊機構；確定工件的夾緊方案和設計夾緊機構； (3) (3) 確定夾具其他組成部分（如對刀裝置、分度裝置等）的結構確定夾具其他組成部分（如對刀裝置、分度裝置等）的結構方案；方案；(4) (4) 考慮各機構、元件的布局，確定夾具體和總體結構

18、?？紤]各機構、元件的布局，確定夾具體和總體結構。3.繪制夾具總圖繪制夾具總圖4.繪制夾具零件圖繪制夾具零件圖二、夾具總圖尺寸標注及技術要求的制定1.夾具總圖尺寸標注夾具的外形輪廓尺寸影響定位精度的尺寸影響對刀精度的尺寸夾具與機床的聯(lián)接尺寸其他重要配合尺寸，如圖5-42圖5-422.夾具總圖技術要求的制訂(1) (1) 定位元件的定位表面之間的相互位置精度；定位元件的定位表面之間的相互位置精度；(2) (2) 定位元件的定位表面與夾具安裝之間的相互位置精定位元件的定位表面與夾具安裝之間的相互位置精度；度； (3) (3) 定位表面與引導元件工作表面之間的相互位置精度定位表面與引導元件工作表面之間的相互位置精度；(4) (4) 各引導元件工作表面之間的相互位置精度；各引導元件工作表面之間的相互位置精度；(5)(5)定位表面或引導元件的工作表面對夾具找正基準面定位表面或引