《機(jī)床夾具設(shè)計(jì)原理》ppt課件

1、第六章 機(jī)床夾具設(shè)計(jì)原理o本章提要本章提要o o 為保證工件的加工要求，必需使工件在機(jī)床為保證工件的加工要求，必需使工件在機(jī)床上處于準(zhǔn)確的位置，夾具就是用來(lái)實(shí)現(xiàn)這一要上處于準(zhǔn)確的位置，夾具就是用來(lái)實(shí)現(xiàn)這一要求的。用夾具定位涉及到三層關(guān)系：求的。用夾具定位涉及到三層關(guān)系：1工件工件在夾具上的定位；在夾具上的定位；2夾具相對(duì)于機(jī)床的定位；夾具相對(duì)于機(jī)床的定位；3工件相對(duì)于機(jī)床的定位工件相對(duì)于機(jī)床的定位間接經(jīng)過(guò)夾具間接經(jīng)過(guò)夾具來(lái)保證的。本章主要討論工件在夾具上的定位來(lái)保證的。本章主要討論工件在夾具上的定位原理。原理。o 工件定位以后必需經(jīng)過(guò)一定的安裝產(chǎn)生夾緊工件定位以后必需經(jīng)過(guò)一定的安裝產(chǎn)生夾緊力，

2、使工件堅(jiān)持在準(zhǔn)確的位置上。這種產(chǎn)生夾力，使工件堅(jiān)持在準(zhǔn)確的位置上。這種產(chǎn)生夾緊力的安裝就是夾緊安裝。夾緊安裝的設(shè)計(jì)與緊力的安裝就是夾緊安裝。夾緊安裝的設(shè)計(jì)與計(jì)算也是本章所討論的主題。計(jì)算也是本章所討論的主題。 內(nèi)容提綱6.1 機(jī)床夾具概述6.2 工件的定位6.3 工件的夾緊6.4 夾具的根本要求和設(shè)計(jì)步驟單螺旋夾緊安裝6.1 機(jī)床夾具概述 首先，讓我們了解一下機(jī)床夾具的根本概念：定位：工件在機(jī)床上加工時(shí)，為保證加工精度和提高消費(fèi)率，必 須使工件在機(jī)床上相對(duì)刀具占有正確的位置，這個(gè)過(guò)程稱為定位。夾緊：為抑制切削過(guò)程中工件受外力的作用而破壞定位，必需對(duì)工件施加夾緊力，這個(gè)過(guò)程稱為夾緊。裝夾：定位和

3、加緊綜合稱為裝夾。機(jī)床夾具：完成裝夾的工藝設(shè)備稱為機(jī)床夾具。 6.1.1 機(jī)床夾具的分類 機(jī)床夾具按通用化程度可分為兩大類：通用夾具通用夾具公用夾具公用夾具機(jī)床夾具機(jī)床夾具為某工件的某工序?qū)ｉT(mén)設(shè)計(jì)制造的夾具，構(gòu)造簡(jiǎn)單、緊湊，操作方便 迅速?？身槕?yīng)不同工件的需求，構(gòu)造較復(fù) 雜，運(yùn)用廣泛。6.1.2夾具的作用和組成o下面經(jīng)過(guò)一個(gè)公用夾具的實(shí)例來(lái)闡明夾具的作用和組成：o 1快換鉆頭；2導(dǎo)向套；3鉆模板；4開(kāi)口墊圈；5螺母；6工件； 7定位銷(xiāo)；8夾詳細(xì)由上一個(gè)例子可以看出:o6.1.2.1夾具的作用:o1可以縮短輔助時(shí)間，提高勞動(dòng)消費(fèi)力；o2易于保證加工精度的穩(wěn)定；o3可擴(kuò)展機(jī)床的運(yùn)用范圍；o4可以減

4、輕勞動(dòng)強(qiáng)度，保證消費(fèi)平安。6.1.2.2夾具的組成:1定位元件，如圖的定位銷(xiāo)7；2夾緊安裝，如圖的螺母5、開(kāi)口墊圈4；3對(duì)刀元件，如圖的鉆套1；4夾詳細(xì)8；5其它元件和安裝，有些夾具根據(jù)加工要求，有分度機(jī)構(gòu)，銑床夾具還要有定位鍵等。6.2工件的定位o6.2.1六點(diǎn)定位原理o 一個(gè)自在的物體，它對(duì)三個(gè)相互垂直的坐標(biāo)系來(lái)說(shuō)，有六個(gè)活動(dòng)能夠性，其中三種是挪動(dòng)，三種是轉(zhuǎn)動(dòng)。習(xí)慣上把這種活動(dòng)的能夠性稱為自在度，因此空間任一自在物體共有六個(gè)自在度。如圖6.2所示，物體的六個(gè)自在度分別為：同時(shí)還規(guī)定：1沿X軸挪動(dòng)，用 表示；2沿Y軸挪動(dòng)，用 表示；3沿Z軸挪動(dòng)，用 表示；4繞X軸轉(zhuǎn)動(dòng)，用 表示；5繞Y軸轉(zhuǎn)動(dòng)

5、，用 表示；6繞Z軸轉(zhuǎn)動(dòng)，用 表示。XYZXYZ六點(diǎn)定位原理o 這種用正確分布的六個(gè)支承點(diǎn)來(lái)限制工件的六個(gè)自在度，使工件在夾具中得到正確位置的規(guī)律，稱為六點(diǎn)定位原理。圖6.4 工件的六點(diǎn)定位o假設(shè)使物體在某個(gè)方向有確定的位置，就必需限制該方向的自在度，所以要使工件在空間處于相對(duì)固定的位置，就必需對(duì)六個(gè)自在度加以限制。限制的方法就是用相當(dāng)于六個(gè)支承點(diǎn)的定位元件與工件的定位基準(zhǔn)面接觸，如圖6.4所示：在底面XOY內(nèi)的三個(gè)支承點(diǎn)限制了 ， ， 三個(gè)自在度；在側(cè)面YOZ內(nèi)的兩個(gè)支承點(diǎn)限制了 ， 兩個(gè)自在度；在端面XOY內(nèi)的一個(gè)支承點(diǎn)限制了 一個(gè)自在度。XYZXY下面我們來(lái)了解一下關(guān)于六點(diǎn)定位原理的一些

6、概念：o完全定位：六個(gè)自在度都需求限制的定位方法，稱為完全定位：六個(gè)自在度都需求限制的定位方法，稱為 完全定位。完全定位。o不完全定位：沒(méi)有完全限制六個(gè)自在度而依然保證有關(guān)工序尺寸不完全定位：沒(méi)有完全限制六個(gè)自在度而依然保證有關(guān)工序尺寸的定位方法稱為不完全定位。的定位方法稱為不完全定位。o過(guò)定位：當(dāng)兩種定位元件均能限制工件的同一個(gè)方向自在度時(shí)稱過(guò)定位：當(dāng)兩種定位元件均能限制工件的同一個(gè)方向自在度時(shí)稱為過(guò)定位。為過(guò)定位。o欠定位：假設(shè)定位支承點(diǎn)少于所應(yīng)消除的自在度數(shù)時(shí)，那么工件欠定位：假設(shè)定位支承點(diǎn)少于所應(yīng)消除的自在度數(shù)時(shí)，那么工件定位缺乏，稱為欠定為。定位缺乏，稱為欠定為。6.2.2定位元件o

7、定位元件在夾具中的布置，一方面要符合六點(diǎn)定位原理，另一方面為保證工件定位的穩(wěn)定性，要使支承點(diǎn)的布置盡量敞開(kāi)，這樣可以使工件的重力和切削力的作用點(diǎn)都落在支撐點(diǎn)連線所組成的平面內(nèi)。o6.2.2.1定位元件的主要技術(shù)要求和常用資料o主要技術(shù)要求：o 要有足夠的定位精度，較低的粗糙度值，還要有一定的耐磨性、硬度和剛度。o常用資料：o1低碳鋼：如20鋼或20Cr鋼，任務(wù)外表經(jīng)滲碳淬火，到達(dá)HRC5565；o2高碳鋼：如T7、T8、T10等，淬硬至HRC4348。6.2.2.2定位元件的種類定位元件定位元件固定式定位元件固定式定位元件可調(diào)式定位元件可調(diào)式定位元件輔助式支承元件輔助式支承元件浮動(dòng)式定位元件浮

8、動(dòng)式定位元件支承釘支承板定位銷(xiāo)定位心軸V型塊6.2.3定位誤差o為了保證加工精度的要求，我們加工時(shí)應(yīng)滿足如下關(guān)系式：o式中， 各種要素產(chǎn)生誤差的總合；o 工件被加工尺寸的公差。o在這一章里，我們只研討與夾具有關(guān)的定位方法所引起的定位誤差對(duì)加工精度的影響，因此上式又可寫(xiě)成：o o式中， 定位誤差；o 除定位誤差以外，其他要素所引起的誤差總和，可按加工經(jīng)濟(jì)精度查表確定。Te總e總TTe定e定6.2.3.1定位誤差的組成o所謂定位誤差，是指由于工件定位呵斥的加工面相對(duì)工序基準(zhǔn)的位置誤差，即工序基準(zhǔn)在加工尺寸方向上的最大變動(dòng)量。o定位誤差的組成及產(chǎn)生緣由有以下兩個(gè)方面：o 定位基準(zhǔn)與工序基準(zhǔn)不一致所引

9、起的定位誤差，稱基準(zhǔn)不重合誤差，即工序相對(duì)定位基準(zhǔn)在加工尺寸方向上最大變動(dòng)量以 表示。o 定位基準(zhǔn)面和定位元件本身的制造誤差所引起的定位誤差，稱基準(zhǔn)位置誤差，即定位基準(zhǔn)的相對(duì)位置在加工尺寸方向上的最大變動(dòng)量，以 表示。o 故有： o此公式是在加工尺寸方向上的代數(shù)和。e不e基基不定eee6.2.3.2各種定位方法的定位誤差計(jì)算o1工件以平面定位時(shí)的定位誤差工件以平面定位時(shí)的定位誤差o 如圖如圖6.20，在鏜床上加工箱體的，在鏜床上加工箱體的A、B兩通孔時(shí)的兩通孔時(shí)的定位情況因是通孔，所以不需求止動(dòng)定位基準(zhǔn)，要定位情況因是通孔，所以不需求止動(dòng)定位基準(zhǔn)，要保證尺寸保證尺寸 、 、 、 。A1A2B1

10、B2圖6.20 平面定位時(shí)的定位誤差 觀看動(dòng)畫(huà) 加工孔A時(shí)， 尺寸A1的工序基準(zhǔn)和定位基準(zhǔn)均是D面，基準(zhǔn)重合，所以而定位基準(zhǔn)面D有角度制造誤差 ，根據(jù)基準(zhǔn)位置誤差的定義有:所以 保證尺寸A1THetan2(A1)基THeeeeAAAtan2)1()1()1(A1)基基不定01eA ）不（ 尺寸A2的工序基準(zhǔn)是E面，定位基準(zhǔn)是C面，基準(zhǔn)不重合，根據(jù)基準(zhǔn)不重合誤差的定義有： 假定定位基準(zhǔn)C面制造的平整光滑，那么有： 0所以 + = =e(A1)不e(A1)基e(A2)定e(A2)不e(A2)基e(A2)不保證尺寸A22LT2LT 加工孔B時(shí)，尺寸的工序基準(zhǔn)是F面，定位基準(zhǔn)是D面，基準(zhǔn)不重合，根據(jù)定

11、義有： 2Htan所以 + 保證尺寸B1e(B1)不e(B1)基Te(B1)定e(B1)不e(B1)基1LTThTLtan21尺寸B2的工序基準(zhǔn)和定位基準(zhǔn)均是C面，基準(zhǔn)重合，有： 0 0所以 + 0保證尺寸B2注：工件以平面定位時(shí)，在大多數(shù)情況下，不思索定位基準(zhǔn)面和定位注：工件以平面定位時(shí)，在大多數(shù)情況下，不思索定位基準(zhǔn)面和定位元件的制造誤差。元件的制造誤差。e(B2)不e(B2)基e(B2)定e(B2)不e(B2)基o 當(dāng)工件裝夾到心軸上時(shí)，因工序基準(zhǔn)是中心線，定位基準(zhǔn)也是中心線，基準(zhǔn)重合，那么：o 0o 因工件孔和心軸是間隙配合又都有制造誤差，因此存在孔中心線的位置變化，即基準(zhǔn)位置誤差，那

12、么：o o 假定孔尺寸為 ，心軸尺寸為 ，最小配合間隙為 ，根據(jù)工件裝夾時(shí)心軸放置的位置不同，定位誤差分兩種情況思索：2工件以內(nèi)孔外表定位時(shí)的定位誤差：工件以內(nèi)孔外表定位時(shí)的定位誤差：e不e定e不e基e基DDddemin心軸垂直放置時(shí) o心軸垂直放置時(shí)，如圖a所示，按最大孔和最小軸求得孔中心線位置的變動(dòng)量為：e定maxminmin21)222( 2CCTTCTTOOdDdD圖a心軸程度放置時(shí) o心軸程度放置時(shí)，如圖b所示，由于自重，工件一直往心軸一邊下垂，此時(shí)孔中心線的變動(dòng)是鉛垂方向，其最大值為：e定maxmin121)(21CCTTOOdD圖b6.2.4定位誤差計(jì)算實(shí)例 o 【例題6.1】在

13、套筒零件上銑槽，如圖a所示，要求堅(jiān)持尺寸 、 ，其它尺寸已在前工序完成。假設(shè)采用圖b的定位方案，孔與銷(xiāo)子配合按H7g6，問(wèn)能否堅(jiān)持加工精度要求？否那么應(yīng)如何改良？觀看動(dòng)畫(huà)08. 01012. 08圖a 圖b解解: 按的配合精度按的配合精度H7g6，那么銷(xiāo)子的直徑應(yīng)，那么銷(xiāo)子的直徑應(yīng)為為 ，因銷(xiāo)子為，因銷(xiāo)子為 程度放置，故有：程度放置，故有： 對(duì)于尺寸對(duì)于尺寸 得：得： 在銑床上加工，其平均經(jīng)濟(jì)精度為在銑床上加工，其平均經(jīng)濟(jì)精度為10級(jí)，查表級(jí)，查表得得 0.05，所以：，所以：即可滿足尺寸即可滿足尺寸 的要求。的要求。解題過(guò)程007. 0020. 02512. 08021. 0)02. 002

14、1. 0(21)(21min)8(CTTdDe基03. 006. 021211)8(dTe不051. 003. 0021. 0)8(e定)8()8(101. 0051. 005. 0Te定12. 08對(duì)于尺寸 ，又因： 得所以即不能滿足尺寸 的要求。08. 0100)10(e基35. 02 . 015. 0)10(e不35. 0)10(e定08. 04 . 035. 005. 0)10()10(Te定08. 010解題過(guò)程改良方案： 以端面A和右端孔為定位基準(zhǔn)，銷(xiāo)子與孔的配合依然按H7g8。如圖c所示 觀看動(dòng)畫(huà)改良為 (b) (c) 以端面A和右端孔為定位基準(zhǔn)，銷(xiāo)子與孔的配合依然按H7g8，那

15、么銷(xiāo)子直徑為 。因 得所以即可滿足尺寸 的要求。007. 0020. 030025. 0)02. 003. 0(5 . 021max)8(ee基03. 0)8(e不055. 003. 0025. 0)8(e定12. 0105. 0055. 005. 0)8()8(Te定12. 08解題過(guò)程又因此時(shí) 所以 即可滿足尺寸 的要求。0)10(e定08. 005. 0)10()10(Te定08. 010解題過(guò)程6.3工件的夾緊 o為了使工件加工時(shí)在切削力、慣性力、重力等外力作用下，依然堅(jiān)持已定好的位置，在夾具上還須設(shè)有夾緊安裝，對(duì)工件產(chǎn)生適當(dāng)?shù)膴A緊力。o夾緊安裝的設(shè)計(jì)和選擇能否合理，將直接影響工件的加

16、工質(zhì)量和消費(fèi)率。因此對(duì)夾緊安裝提出以下要求：o 夾緊動(dòng)作要準(zhǔn)確迅速；操作省力方便；夾緊平安可靠；構(gòu)造簡(jiǎn)單，易于制造。o夾緊力的組成：夾緊力力的大小力的方向力的作用點(diǎn)這三要素是夾緊安裝設(shè)計(jì)和選擇的中心問(wèn)題。6.3.1夾緊力三要素的設(shè)計(jì)原那么o6.3.1.1夾緊力的方向o 夾緊力的方向與工件的裝夾方式、工件受外力的方向以及工件的剛性等有關(guān)，可以從以下三方面思索：o 1當(dāng)工件用幾個(gè)外表作為定位基準(zhǔn)時(shí)，假設(shè)工件是大型的，那么為了堅(jiān)持工件的正確位置，朝向個(gè)定位元件都要有夾緊力；o 假設(shè)工件尺寸較小，切削力不大，那么往往只需垂直朝向主要定位面有夾緊力，保證主要定位面與定位元件有較大的接觸面積，就可以使工件

17、裝夾穩(wěn)定可靠。2夾緊力的方向應(yīng)方便裝夾和有利于減小夾緊力。 o以下圖為夾緊力Q、重力G、切削力F三者之間的組合關(guān)系。o 工件重力G的方向一直指向地面，因此從裝夾工件出發(fā)，以圖a、b最好，由于主要定位元件外表是程度朝上，使工件裝夾穩(wěn)定可靠。圖c、d、e情況較差；圖f情況最差，不便裝夾。假設(shè)從減小夾緊力出發(fā)，假定圖中G和F大小一樣，者所需求的Q力以圖a最小，圖b次之，圖f最大。由此可見(jiàn)當(dāng)Q、F、G方向一樣時(shí)，所需夾緊力最小，此時(shí)施加夾緊力的目的就是防止工件在加工中的振動(dòng)。觀看動(dòng)畫(huà) 3夾緊力的方向應(yīng)使工件夾緊后的變形小。 o 如圖 (a)是用三爪卡盤(pán)將薄壁套筒零件用徑向力夾緊,因剛性缺乏易引起工件變

18、形。假設(shè)改為圖 (b)用特定的螺母經(jīng)過(guò)軸向力夾緊工件，那么工件不易變形。觀看動(dòng)畫(huà) 6.3.1.2夾緊力的作用點(diǎn)o當(dāng)夾緊力方向確定后，夾緊力的作用點(diǎn)的位置和數(shù)目的選擇將直接影響工件定位后的可靠性和夾緊后的變形。對(duì)作用點(diǎn)位置的選擇和數(shù)目確實(shí)定應(yīng)留意以下幾個(gè)方面：o 1力的作用點(diǎn)的位置應(yīng)能堅(jiān)持工件的正確定位而不發(fā)生位移或偏轉(zhuǎn)。為此，作用點(diǎn)的位置應(yīng)接近支承面的幾何中心，使夾緊力均勻分布在接觸面上。如圖應(yīng)將夾緊力Q改為Q1。o 2夾緊力的作用點(diǎn)應(yīng)位于工件剛性較大處，而且作用點(diǎn)應(yīng)有足夠的數(shù)目，這樣可使工件的變形量最小。如圖應(yīng)將夾緊力Q改為Q1。o3夾緊力的作用點(diǎn)應(yīng)盡量接近工件被加工外表，這樣可使切削力對(duì)該

19、作用點(diǎn)的力矩減小，工件的振動(dòng)也可以減小。o觀看動(dòng)畫(huà)-夾緊力的作用點(diǎn)-6.3.1.3夾緊力的大小o 工件的夾緊力過(guò)大，會(huì)引起工件變形，達(dá)不到加工精度要求，而且使夾緊安裝構(gòu)造尺寸加大，呵斥構(gòu)造不緊湊；夾緊力過(guò)小，會(huì)呵斥夾不牢工件，加工時(shí)易破壞定位，同樣也保證不了加工精度要求，甚至?xí)鹌桨彩鹿?。由此可?jiàn)，必需對(duì)工件施加大小適當(dāng)?shù)膴A緊力。o 實(shí)踐夾緊力為： o QK Qo 其中，K為平安系數(shù)，普通取1.52；o Q為按工件受力平衡所需求的夾緊力；o注：對(duì)于關(guān)鍵性的重要夾具，往往經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)的方法來(lái)測(cè)定所需的 夾緊力。6.3.2常用的夾緊安裝 o6.3.2.1楔塊夾緊安裝o 在消費(fèi)中，很少單獨(dú)運(yùn)用楔塊對(duì)工件直接夾緊，而是與桿杠、壓板、螺旋等組合運(yùn)用，或是與氣壓、液壓傳動(dòng)安裝聯(lián)用。如圖o 所示，楔塊夾緊主要用于增大夾緊力或改動(dòng)夾緊力方向。 6.3.2.2螺旋夾緊安裝o螺旋夾緊安裝是從楔塊夾緊安裝轉(zhuǎn)化而來(lái)的，相當(dāng)于把楔塊繞在圓柱體上，轉(zhuǎn)動(dòng)螺旋時(shí)即可夾緊工件。如下圖為簡(jiǎn)單的單螺旋夾緊機(jī)構(gòu)。o觀看動(dòng)畫(huà)1o觀看動(dòng)畫(huà)2o觀看動(dòng)畫(huà)36.3.2.3偏心夾緊安裝 o偏心夾緊安裝也是從楔塊夾緊安裝轉(zhuǎn)化而來(lái)的，它是將楔塊包在圓盤(pán)上，旋轉(zhuǎn)圓盤(pán)使工件得以?shī)A緊。觀看動(dòng)畫(huà)1 觀看動(dòng)畫(huà)2o 偏心夾緊安裝6.3.2.4定心夾緊安裝o 在切削加工中，假設(shè)工件是以中心線或?qū)ΨQ面為工序基準(zhǔn)，為使 0，可采用一種