夾具設(shè)計(jì)的基本原理

1、第5章 夾具設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)方法專用夾具的設(shè)計(jì)方法第五節(jié)第五節(jié) 計(jì)算機(jī)輔助夾具設(shè)計(jì)計(jì)算機(jī)輔助夾具設(shè)計(jì)一、機(jī)床的功用一、機(jī)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(shí)，提高勞動(dòng)生產(chǎn)率減少輔助工時(shí)，提高勞動(dòng)生產(chǎn)率擴(kuò)大機(jī)床的使用范圍，實(shí)現(xiàn)一機(jī)多能擴(kuò)大機(jī)床的使用范圍，實(shí)現(xiàn)一機(jī)多能第一節(jié)第一節(jié) 概述概述二、機(jī)床夾具的分類二、機(jī)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(diào)夾具組合夾具 隨行夾具 2、按使用的機(jī)床分類

2、、按使用的機(jī)床分類車床夾具鉆床夾具鏜床夾具磨床夾具數(shù)控機(jī)床夾具 3、按夾緊動(dòng)力源分類、按夾緊動(dòng)力源分類 手動(dòng)夾具氣動(dòng)夾具液壓夾具電磁夾具真空夾具三、機(jī)床夾具的組成三、機(jī)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(dǎo)向元件：導(dǎo)向元件：用以引導(dǎo)刀具或調(diào)整刀具相對(duì)于夾具的位置。 如：鉆套、對(duì)刀塊。 (3).對(duì)刀與導(dǎo)引元件：對(duì)刀與導(dǎo)引元件：確定夾具與機(jī)床或夾具與刀具的元件。 (4) .夾具體：夾具體：基礎(chǔ)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(jī)構(gòu)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(diào)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(yù)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(guò)精加工的表面，面接觸。球頭：點(diǎn)接觸，可保證接觸位置相對(duì)穩(wěn)定，但易磨損，夾緊時(shí)使加工表面產(chǎn)生壓陷，產(chǎn)生較大安裝誤差，不易使幾個(gè)

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(dòng)，加強(qiáng)定位穩(wěn)定性，精中易積屑，多用在粗糙表面的側(cè)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(zhǔn)定位中，一個(gè)支承板的作用，相當(dāng)于兩個(gè)支承釘，消除兩個(gè)自由度。結(jié)構(gòu)形式及應(yīng)用場(chǎng)合：a型型 制造簡(jiǎn)單，但不易清除落入沉頭螺孔中的切屑，常用于側(cè)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(diào)支承可調(diào)支承 可調(diào)支承可調(diào)支承:適用于未加工過(guò)的平面定位，以調(diào)節(jié)補(bǔ)償各批毛坯尺寸誤差。如圖5-4所示為幾種常用的可調(diào)支承典型結(jié)構(gòu)。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(jié)構(gòu)。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(dòng)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(yīng)用實(shí)例a)用于提高工件穩(wěn)定性和剛度；b)的輔助支撐起預(yù)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(dòng)式。圖5-8為固定式v形塊，a)用于較短的精基準(zhǔn)定位；b)用于較長(zhǎng)

6、的粗基準(zhǔn)（或階梯軸）定位；c)用于兩段精基準(zhǔn)面相距較遠(yuǎn)的場(chǎng)合；d)用于定位基準(zhǔn)直徑與長(zhǎng)度較大的場(chǎng)合圖5-8活動(dòng)式活動(dòng)式v形塊作用：形塊作用： 限制工件x移動(dòng)自由度功能 夾緊圖5-92.定位套定位套一般用于精基準(zhǔn)定位。如圖5-10所示，a)為短定位套定位，限制工件2個(gè)自由度b)為長(zhǎng)定位套定位，限制工件4個(gè)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?zhǔn)健?短定位套定位，限制工件2個(gè)自由度。長(zhǎng)定位套定位，限制工件4個(gè)自由度。4.圓錐套圓錐套圖5-12工件以圓錐套定位時(shí)，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(shí)，常用的有：定位銷、定位心軸、自動(dòng)定心機(jī)構(gòu)。 1.定位銷定位銷特點(diǎn)：通常結(jié)合端面定位一般用于大批量生產(chǎn)中定位銷頭部應(yīng)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(jī)構(gòu)，其作用原理與外圓定位時(shí)是一樣的。區(qū)別僅在于孔定位時(shí)，支承等速遠(yuǎn)離中心移動(dòng)，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(jié)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(guò)盈配合圓柱心軸，常用語(yǔ)對(duì)定心精度要求高的場(chǎng)合。c)為花鍵心軸，用于

8、以花鍵孔為定位基準(zhǔn)的場(chǎng)合。圖5-16圖5-17（2）圓）圓錐心軸錐心軸限5個(gè)自由度，定心精度高，可達(dá)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(jiàn)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(gè)銷子采用削邊銷結(jié)構(gòu)，如圖5-18d所示，削邊銷只限制z一個(gè)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(jī)床主軸箱、發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)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(jì)算二、定位誤差及其分析計(jì)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(duì)工序基是指由于工件定位造成的加工面相對(duì)工序基準(zhǔn)的位置誤差。準(zhǔn)的位置誤差。產(chǎn)生誤差原因產(chǎn)生誤差原因 a.基準(zhǔn)不重合誤差 b.基準(zhǔn)位移誤差(二二)常見(jiàn)定位方式的定位誤差分析與計(jì)算常見(jiàn)定位方式的定位誤差分析與計(jì)算 定位誤差是由于基準(zhǔn)不重合誤差和基準(zhǔn)位移誤差共同作用的結(jié)果。故：當(dāng) 和 變動(dòng)方向相同時(shí)，取“+”號(hào)；反之，取“-”號(hào)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(shè)計(jì)要求一、夾緊裝置的組成和設(shè)計(jì)要求 動(dòng)力源裝置動(dòng)力源裝置中間傳力機(jī)構(gòu)中間傳力機(jī)構(gòu)夾緊元件夾緊元件圖5-25夾緊裝置的設(shè)計(jì)要求夾緊裝置的設(shè)計(jì)要求 工程在夾緊過(guò)程中，不能破壞工件在定位時(shí)所獲工程在夾緊過(guò)程中，不能破壞工件在定位時(shí)所獲得的正確位置；得的正確位置；夾緊力的大小應(yīng)可靠、適當(dāng)。夾緊力的大小應(yīng)可靠、適當(dāng)。應(yīng)保證工件在整個(gè)應(yīng)保證工件在整個(gè)加工過(guò)程中的位置穩(wěn)定不變，不允許產(chǎn)生振動(dòng)、變形加工過(guò)程中的位置穩(wěn)定不變，不允許產(chǎn)生振動(dòng)、變形和表面損傷；和表面損傷；夾緊動(dòng)作要準(zhǔn)確迅速，以便提高生產(chǎn)效率；夾緊動(dòng)作要準(zhǔn)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(dòng)條件操作方便、省力、安全，以改善工人的勞動(dòng)條件，減輕勞動(dòng)強(qiáng)度；，減輕勞動(dòng)強(qiáng)度；結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于制造。結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)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(zhǔn)確性和可靠性，如圖5-26所示； 夾緊力方向應(yīng)使工件變形盡可能小，如圖5-27所示； 夾緊力方面應(yīng)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(diǎn) 夾緊力應(yīng)落在支承元件的幾何中心或幾個(gè)支承元件所形成的平面內(nèi) 夾緊力應(yīng)落在工件剛性較好的部件上 夾緊力應(yīng)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(yàn)類比法分析計(jì)算法k的取值范圍一般為1.53，粗加工時(shí)取2.53

12、，精加工時(shí)取1.52。3.夾緊力大小二、基本夾緊機(jī)構(gòu)二、基本夾緊機(jī)構(gòu) 常見(jiàn)的有斜楔、偏心、螺旋等，都是利用機(jī)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(jī)構(gòu)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(jì)算如圖5-31所示，當(dāng)斜楔處于平衡狀態(tài)時(shí)，根據(jù)精力平衡，可得斜楔對(duì)工件所產(chǎn)生的夾緊力q為：)tan(tan12apq圖5-312.自鎖條件當(dāng)工件夾緊并撤除源動(dòng)力p后，夾緊機(jī)構(gòu)依靠摩擦力的作用，仍然保持對(duì)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(kuò)力比擴(kuò)力比也稱擴(kuò)力系數(shù)，是指在夾緊源動(dòng)力p作用下，夾緊機(jī)構(gòu)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(dòng)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(yīng)用場(chǎng)合斜楔夾緊機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、工作可靠，但機(jī)械效率較低，常用在工件尺寸公差較小的機(jī)動(dòng)夾緊機(jī)構(gòu)中。（二）螺旋夾緊機(jī)構(gòu)（二）螺旋夾緊機(jī)構(gòu)螺旋夾緊結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)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(yīng)用。螺桿螺桿1在2中轉(zhuǎn)動(dòng)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(shí)更換。螺釘螺釘3用以防止2的松動(dòng)。壓塊壓塊4是防止在夾緊時(shí)帶動(dòng)工件轉(zhuǎn)動(dòng)；并避免1的頭部直接與工件接觸而造成壓痕，同時(shí)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(zhǎng)度； 螺桿下端（或壓塊）與工件接觸處的當(dāng)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(jì)算公式螺旋夾緊力的計(jì)算公式)tan(tan121arrplqzzr1r在實(shí)際應(yīng)用中，單螺旋夾緊機(jī)構(gòu)常與杠桿壓板構(gòu)成螺旋壓板組合夾緊機(jī)構(gòu)，如圖5-34圖5-34（三）偏心夾緊機(jī)構(gòu) 偏心夾緊機(jī)構(gòu)是靠偏心輪回轉(zhuǎn)時(shí)其半徑逐漸增大而產(chǎn)生夾緊力來(lái)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(jī)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造方便，較曲線偏心應(yīng)用廣泛。圖5-35偏心夾緊機(jī)構(gòu)的夾緊原理與斜楔夾緊機(jī)構(gòu)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(jì)算公式偏心夾緊力的計(jì)算公式)tan(tan12aplq式中： p原始作用力； l手柄長(zhǎng)度； 偏心輪回轉(zhuǎn)軸中心到夾緊點(diǎn)p的距離，單位為mm； 分別為偏心輪轉(zhuǎn)軸處與作用點(diǎn)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(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：操作方便、加緊迅速、結(jié)構(gòu)緊湊：操作方便、加緊迅速、結(jié)構(gòu)緊湊缺點(diǎn)缺點(diǎn)：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(yīng)用應(yīng)用：常用于切削力不大、夾緊行程較小、振動(dòng)較小的：常用于切削力不大、夾緊行程較小、振動(dòng)較小的場(chǎng)合。場(chǎng)合。三、其他典型夾緊機(jī)構(gòu)三、其他典型

16、夾緊機(jī)構(gòu)1.鉸鏈夾緊機(jī)構(gòu)優(yōu)點(diǎn)：動(dòng)作迅速，增力比大，易于改變力的作用方向缺點(diǎn)：自鎖性能差應(yīng)用：常用于氣動(dòng)、液動(dòng)加緊中。圖5-382.定心夾緊機(jī)構(gòu)按工作原理可分為兩類：（1）按等速移動(dòng)原理工作的定心夾緊機(jī)構(gòu)，如圖5-39（2）以均勻彈性變形原理工作的定心夾緊機(jī)構(gòu)，如圖5-40圖5-39圖5-403.聯(lián)動(dòng)夾緊機(jī)構(gòu)優(yōu)點(diǎn)：減少工件裝夾時(shí)間，簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)圖5-41第四節(jié)第四節(jié) 專用夾具的設(shè)計(jì)方法專用夾具的設(shè)計(jì)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(jié)構(gòu)工藝性。具有良好的結(jié)構(gòu)工藝性。 一、專用夾具的基本要求和設(shè)

17、計(jì)步驟一、專用夾具的基本要求和設(shè)計(jì)步驟基本要求基本要求設(shè)計(jì)步驟設(shè)計(jì)步驟1.研究原始資料，明確設(shè)計(jì)任務(wù)研究原始資料，明確設(shè)計(jì)任務(wù)2.考慮和確定夾具結(jié)構(gòu)方案，繪制結(jié)構(gòu)草圖考慮和確定夾具結(jié)構(gòu)方案，繪制結(jié)構(gòu)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(shè)計(jì)夾緊機(jī)構(gòu)；確定工件的夾緊方案和設(shè)計(jì)夾緊機(jī)構(gòu)； (3) (3) 確定夾具其他組成部分（如對(duì)刀裝置、分度裝置等）的結(jié)構(gòu)確定夾具其他組成部分（如對(duì)刀裝置、分度裝置等）的結(jié)構(gòu)方案；方案；(4) (4) 考慮各機(jī)構(gòu)、元件的布局，確定夾具體和總體結(jié)構(gòu)

18、。考慮各機(jī)構(gòu)、元件的布局，確定夾具體和總體結(jié)構(gòu)。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(biāo)注及技術(shù)要求的制定1.夾具總圖尺寸標(biāo)注夾具的外形輪廓尺寸影響定位精度的尺寸影響對(duì)刀精度的尺寸夾具與機(jī)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(shù)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(dǎo)元件工作表面之間的相互位置精度定位表面與引導(dǎo)元件工作表面之間的相互位置精度；(4) (4) 各引導(dǎo)元件工作表面之間的相互位置精度；各引導(dǎo)元件工作表面之間的相互位置精度；(5)(5)定位表面或引導(dǎo)元件的工作表面對(duì)夾具找正基準(zhǔn)面定位表面或引