《機(jī)械制造工藝與夾具設(shè)計(jì)》機(jī)床夾具設(shè)計(jì)

1、 工件在夾具中的定位6章機(jī)床夾具概述5章 工件在夾具中的夾緊 7章授課學(xué)時(shí)26 機(jī)床夾具設(shè)計(jì) 典型機(jī)床夾具設(shè)計(jì)8章教學(xué)重點(diǎn)（1）工件定位原理（2）夾緊力的確定（3）典型夾緊機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)教學(xué)難點(diǎn)（1）定位誤差的計(jì)算（2）夾緊力的確定 機(jī)床夾具設(shè)計(jì) 第5章 機(jī)床夾具設(shè)計(jì)5.1 概述一、裝夾的概念定位：使工件在機(jī)床（或夾具中）上占有正確的位置。裝夾概念：工件從定位到夾緊的整個(gè)過(guò)程，統(tǒng)稱(chēng)為裝夾。裝夾目的：通過(guò)定位和夾緊而使工件在加工過(guò)程中始終保持其 正確的加工位置。夾緊：將工件固定的操作。4 作用： 劃線(xiàn)找正加工方法 夾具定位加工方法機(jī)床夾具：是在機(jī)床上用以裝夾工件的一種裝置 二、裝夾的方法 1. 直接裝

2、夾法：是利用機(jī)床上的裝夾面來(lái)對(duì)工件直接定位。 2. 找正裝夾法：能較好地適應(yīng)加工對(duì)象的變換， 但費(fèi)時(shí)間，效率低，勞動(dòng)強(qiáng)度大。 主要用于單件小批生產(chǎn)中。 3. 夾具裝夾法：易于保證加工精度，裝夾效率高，勞動(dòng)強(qiáng)度低。 特別適合于成批大量生產(chǎn)中。2. 專(zhuān)用夾具：三、機(jī)床夾具的概念及分類(lèi)（一）按通用化程度分1. 通用夾具：如三爪卡盤(pán)、虎鉗等 應(yīng)用最廣；結(jié)構(gòu)已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化， 并由專(zhuān)業(yè)工廠(chǎng)生產(chǎn)，常作為機(jī)床附件供給用戶(hù)使用。 要用于單件小批生產(chǎn)中。 是為某一工件的某一特定工序而專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)的。 結(jié)構(gòu)緊湊，操作迅速方便；設(shè)計(jì)制造周期長(zhǎng)，成本高； 當(dāng)產(chǎn)品變更時(shí)常報(bào)廢； 適用于成批大量生產(chǎn)中。7三爪卡盤(pán)四爪卡盤(pán)萬(wàn)向平口鉗

3、回轉(zhuǎn)工作臺(tái)分度頭通用夾具 4. 組合夾具： 是由一套預(yù)先制造好的各種標(biāo)準(zhǔn)元件拼裝而成的一種專(zhuān)用夾具。 3. 成組夾具：適用于成組加工工藝（二）按機(jī)床類(lèi)型分類(lèi) 5. 隨行夾具：自動(dòng)線(xiàn)上或柔性制造系統(tǒng)中使用的夾具， 除了擔(dān)負(fù)工件的裝夾任務(wù)外，還擔(dān)負(fù)沿自動(dòng)線(xiàn)輸送工件。 1. 鉆床夾具； 2. 鏜床夾具； 3. 銑床夾具 4. 車(chē)床夾具； 5. 磨床夾具等 9組合夾具實(shí)例10零件工序簡(jiǎn)圖43DLLD43D43LDL34DL43DL34成組（部分元件可更換）夾具KH1KH2KH3KH4 1. 定位元件：確定工件在夾具中位置的元件。四、專(zhuān)用夾具的組成： 2. 夾緊裝置：用來(lái)緊固工件的裝置。 3. 對(duì)刀元件

4、：確定刀具位置的元件。 導(dǎo)向元件：確定刀具方向的元件。 4. 連接元件：確定夾具在機(jī)床上位置的元件。 5. 夾具體：用于連接夾具各元件及裝置，使其成為一個(gè)整體的 基礎(chǔ)零件。 6. 其它元件及機(jī)構(gòu)：如分度機(jī)構(gòu)、鎖緊機(jī)構(gòu)、襯套等。 （1）與工件在夾具中裝夾有關(guān)的加工誤差，稱(chēng)為工件的裝夾誤差。 分為定位誤差與夾緊誤差。 （2）與夾具相對(duì)刀具及其切削成形運(yùn)動(dòng)有關(guān)的加工誤差，稱(chēng)為夾具的 對(duì)定誤差。 分為對(duì)刀誤差和夾具位置誤差。 （3）與加工過(guò)程中一些因素有關(guān)的誤差，稱(chēng)為過(guò)程誤差。 包括工藝系統(tǒng)受力變形、熱變形及磨損等因素所造成的加工誤差。為了得到合格的零件，必須使： 此式稱(chēng)為加工誤差不等式。五、夾具裝夾

5、誤差的組成： 6.1 工件定位原理工件定位的實(shí)質(zhì)：就是消除這種不定度。第6章 工件的定位工件定位的任務(wù)就是通過(guò)各種定位元件限制工件的不定度，以滿(mǎn)足工序的加工精度要求。（一）工件定位原理（六點(diǎn)定位原理）： 1. 工件在夾具中的位置有六個(gè)不定度； 2. 六個(gè)不定度需要用夾具上按一定要求布置的 六個(gè)支承點(diǎn)來(lái)消除； 3. 其中每一個(gè)支承點(diǎn)相應(yīng)地消除一個(gè)不定度； 4. 工件應(yīng)限制的不定度數(shù)由技術(shù)條件而定。(二)應(yīng)用定位原理時(shí)應(yīng)注意的問(wèn)題1. 完全定位：合理限制工件六個(gè)不定度的定位。2. 部分定位：工件在夾具中定位，若六個(gè)不定度沒(méi)有被全部限制。3. 欠定位：工件在夾具中定位，若應(yīng)限制的不定度沒(méi)有被全部限制

6、。 工件定位不足。絕對(duì)不許采用。 4. 過(guò)定位（重復(fù)定位）：工件在夾具中定位，若幾個(gè)定位支承點(diǎn)重 復(fù)限制同一個(gè)或幾個(gè)不定度。工件的六點(diǎn)定位(c)工件應(yīng)限制的不定度數(shù)由技術(shù)條件而定 (a) (b) (c) (d)6.2 定位元件的選擇與設(shè)計(jì)（一）平面定位元件（1）固定支承：在夾具中，定位支承點(diǎn)的位置固定不變的定位元件。1. 主要支承：工件定位時(shí)起主要的定位作用。2. 輔助支承（2）可調(diào)支承：在夾具中，定位支承點(diǎn)的位置可調(diào)節(jié)的定位元件。（3）自位支承：在工件定位過(guò)程中，定位支承點(diǎn)的位置，隨工件 定位基準(zhǔn)位置變化而自動(dòng)與之適應(yīng)的定位元件。支承釘和支承板在結(jié)構(gòu)上需設(shè)計(jì)成活動(dòng)或浮動(dòng)的。只起提高工件支承剛

7、性或輔助定位作用的定位元件。（二）圓孔表面定位元件 固定式定位銷(xiāo)：定位銷(xiāo)與夾具體的連接采用過(guò)盈配合。 2. 剛性心軸過(guò)盈配合心軸：間隙配合心軸：相當(dāng)于四個(gè)定位支承點(diǎn)長(zhǎng)心軸：相當(dāng)于四個(gè)定位支承點(diǎn)短心軸：相當(dāng)于兩個(gè)定位支承點(diǎn) 3. 小錐度心軸1. 定位銷(xiāo) 可換式定位銷(xiāo)：定位銷(xiāo)與襯套連接采用間隙配合， 襯套與夾具體則采用過(guò)渡配合或過(guò)盈配合。（三）外圓表面定位元件1. 定位套短定位套：長(zhǎng)定位套：錐面定位套：相當(dāng)于兩個(gè)定位支承點(diǎn)相當(dāng)于三個(gè)定位支承點(diǎn)相當(dāng)于四個(gè)定位支承點(diǎn)2.支承板接觸較長(zhǎng)：接觸較短：相當(dāng)于兩個(gè)定位支承點(diǎn)相當(dāng)于一個(gè)定位支承點(diǎn)3. V型塊長(zhǎng)V型塊：短V型塊：相當(dāng)于四個(gè)定位支承點(diǎn)相當(dāng)于兩個(gè)定位支

8、承點(diǎn)（四）錐面定位元件（五）組合定位錐度心軸：接觸較長(zhǎng)： 接觸較短：相當(dāng)于五個(gè)定位支承點(diǎn)相當(dāng)于三個(gè)定位支承點(diǎn)頂針：一個(gè)頂針相當(dāng)于三個(gè)定位支承點(diǎn)（1）一面一孔定位（2）一面兩孔定位（3）連桿加工圖2-18 可調(diào)支承應(yīng)用的示例6.3 定位誤差的分析與計(jì)算（一）定位誤差的概念及其計(jì)算方法1. 定位誤差概念：由于工件定位不準(zhǔn)而造成的加工誤差。 對(duì)某一定位方案，若 ， 認(rèn)為能滿(mǎn)足工序加工精度要求。2. 產(chǎn)生原因：工件的制造誤差；定位元件的制造誤差； 兩者之間的配合間隙；基準(zhǔn)不重合等。 表現(xiàn)為工序尺寸的最大變化量。4. 定位誤差的組成： 注意：但不是在任何情況下兩部分都存在。工序基準(zhǔn)相對(duì)定位基準(zhǔn)理想位置的

9、最大變動(dòng)量 定位基準(zhǔn)在工序尺寸方向上的最大變動(dòng)量（1）定位基準(zhǔn)位置誤差：（2）工序基準(zhǔn)與定位基準(zhǔn)不重合誤差：（二）幾種典型表面定位時(shí)的定位誤差1、 工件以平面定位時(shí)的定位誤差分析和計(jì)算 的要點(diǎn)，在于找出聯(lián)系工序基準(zhǔn)和定位基準(zhǔn)之間的定位尺寸 。認(rèn)為（2）當(dāng)工件以已經(jīng)加工過(guò)的平面定位時(shí)：（1） 當(dāng)工件以未加工過(guò)的毛坯表面定位時(shí)：2、工件以圓孔表面定位時(shí)的定位誤差（1）工件上圓孔與心軸（或定位銷(xiāo)）過(guò)盈配合，定位元件水平 或垂直放置此時(shí)，一批工件的定位基準(zhǔn)在定位時(shí)沒(méi)有任何位置變動(dòng)，即 （徑向方向）（2）工件上圓孔與心軸（或定位銷(xiāo)）間隙配合，定位元件水平放置（3）工件上圓孔與心軸（或定位銷(xiāo)）間隙配合，定

10、位元件垂直放置解:1.工件上圓孔與心軸為過(guò)盈配合，定位元件水平放置或垂直放置例：2.工件上圓孔與定位銷(xiāo)為間隙配合，定位元件水平放置解：例23.工件上圓孔與定位銷(xiāo)為間隙配合，定位元件垂直放置解：例3例33、 工件以外圓表面定位時(shí)的定位誤差如圖所示，在一批軸類(lèi)工件上銑一鍵槽，要求鍵槽與外圓中心線(xiàn)對(duì)稱(chēng)并保證工序尺寸 ，現(xiàn)分析采用V形塊定位時(shí)各工序尺寸的定位誤差。設(shè)工件外圓尺寸為 ，V形塊的夾角為 。定位基準(zhǔn)：工件外圓中心線(xiàn)按定義計(jì)算：由幾何關(guān)系可知按公式計(jì)算：工件的兩個(gè)極端位置分別為工件外圓尺寸最大值 和工件外圓尺寸最小值 7.1 夾緊裝置的組成及其設(shè)計(jì)要求 （一）夾緊裝置的組成 1. 動(dòng)力源：產(chǎn)生

11、原始作用力的部分。分為手動(dòng)夾緊和機(jī)動(dòng)夾緊。 2. 中間遞力機(jī)構(gòu)：介于動(dòng)力源和夾緊元件之間的傳力環(huán)節(jié)。 3. 夾緊元件：直接用來(lái)夾緊工件的元件。第7章 工件的夾緊（二）夾緊裝置的設(shè)計(jì)要求核心問(wèn)題是正確地確定夾緊力7.2 夾緊力的確定（一）夾緊力的方向 1. 夾緊力應(yīng)垂直于主要定位基準(zhǔn)面。 2. 夾緊力的方向應(yīng)有利于減小夾緊力，可簡(jiǎn)化夾緊裝置的結(jié)構(gòu)。（二）夾緊力的作用點(diǎn) 3. 應(yīng)盡量靠近切削部位，防止加工時(shí)產(chǎn)生振動(dòng)。 1. 應(yīng)落在定位元件上或定位平面內(nèi)， 保持工件定位穩(wěn)定。 2. 應(yīng)落在工件剛性最好的部位上； 將夾具和工件看成是一個(gè)剛性系統(tǒng)。然后根據(jù)工件受各種力 （如切削力、夾緊力、重力和離心力等

12、）作用后處于靜力平衡條 件，計(jì)算出理論夾緊力 ，再乘以安全系數(shù)k，作為實(shí)際所需 的夾緊力 粗加工時(shí) k=2.53， 精加工時(shí) k=1.52 （三）夾緊力的大小2. 結(jié)構(gòu)特點(diǎn)： （1）斜楔的自鎖性（2）改變?cè)甲饔昧Φ姆较颍?. 使用范圍：主要用于機(jī)動(dòng)夾緊裝置中。7.3 典型夾緊機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) （一）斜楔夾緊機(jī)構(gòu)1. 作用原理及夾緊力 作用原理：主要是利用斜面移動(dòng)時(shí)所產(chǎn)生的壓力夾緊工件。 夾緊力：（3）斜楔具有增力作用，（4）斜楔的夾緊行程小，（5）斜楔夾緊效率低。（二）螺旋夾緊機(jī)構(gòu)作用原理及典型結(jié)構(gòu) 2. 結(jié)構(gòu)特點(diǎn)： （1）擴(kuò)力比大； （2）自鎖性能好； （3）夾緊行程不受限制； （4）結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，

13、制造容易； （5）夾緊動(dòng)作慢，效率低。3. 適用范圍： 在手動(dòng)夾緊裝置中被廣泛采用。 常用的螺旋壓板夾緊機(jī)構(gòu)夾緊力：作用原理：通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)螺旋，使相當(dāng)于繞在圓柱體上的 斜楔高度發(fā)生變化來(lái)夾緊工件的。 1. 夾緊原理：偏心圓回轉(zhuǎn)時(shí)，相當(dāng)于弧形楔向前楔緊在 偏心基圓與工件之間，從而將工件壓緊。（三）圓偏心夾緊機(jī)構(gòu)2. 圓偏心的幾何特性：圓偏心夾緊實(shí)際上是斜楔夾緊的一種變形，與平面斜楔夾緊相比，主要區(qū)別是其工作表面上各夾緊點(diǎn)的升角 是一個(gè)變數(shù)。 偏心圓工作表面上任意夾緊點(diǎn)x的升角 是指工件受壓表面與偏心圓上過(guò)與工件接觸點(diǎn)x的回轉(zhuǎn)半徑r的法線(xiàn)之間的夾角 。3.偏心圓工作弧段的選擇 為了保證夾緊可靠和操作方

14、便，一般僅取下半圓周的1/31/2圓弧為工作弧段。 6. 使用范圍 一般用于振動(dòng)小、要求夾緊力不大的場(chǎng)合。 5. 結(jié)構(gòu)特點(diǎn)： （1）結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，動(dòng)作迅速 （2）夾緊力小，自鎖性能又不是很好 （3）夾緊行程也有一定的限制 4. 自鎖條件： （五）定心、對(duì)中夾緊機(jī)構(gòu)2、所謂定心夾緊機(jī)構(gòu)：就是能以工件的軸線(xiàn)或?qū)ΨQ(chēng)中心定位并夾緊 工件的機(jī)構(gòu)。1. 剛性定心機(jī)構(gòu)： 按定位夾緊元件的等速移動(dòng)或轉(zhuǎn)動(dòng)原理實(shí)現(xiàn)定心或?qū)χ袏A緊2. 彈性定心機(jī)構(gòu)： 按定位夾緊元件均勻彈性變形原理實(shí)現(xiàn)定心夾緊1、特點(diǎn)：是一種特殊的夾緊機(jī)構(gòu)，其定位是在夾緊過(guò)程中同時(shí)實(shí)現(xiàn)的， 夾具上的定位元件，也是夾緊元件。如三爪卡盤(pán)等。 主要用于要求準(zhǔn)

15、確定心和對(duì)中的場(chǎng)合。3、兩種基本類(lèi)型：夾緊力作用點(diǎn)對(duì)工件定位穩(wěn)定性的影響1、剛性定心機(jī)構(gòu)：1、剛性定心機(jī)構(gòu)：1錐面套筒（彈簧套筒）； 2夾具體； 3工件2. 彈性定心機(jī)構(gòu)：2. 彈性定心機(jī)構(gòu)：1卡爪2工件3膜片第8章 典型機(jī)床夾具設(shè)計(jì)8.1 鉆床夾具一、鉆床夾具的主要類(lèi)型（一）固定式鉆模（二）回轉(zhuǎn)式鉆模鉆床夾具又稱(chēng)鉆模，其特征有鉆套和鉆模板（三）翻轉(zhuǎn)式鉆模（四）蓋板式鉆模（五）滑柱式鉆模（一）固定式鉆模：使用中，是固定在鉆床工作臺(tái)上的。（二）回轉(zhuǎn)式鉆模用于加工工件上，分布在同一軸線(xiàn)上的軸向或徑向孔系。 如圖所示，是在軸類(lèi)工件的圓周上鉆三個(gè)相隔90孔的臥軸式回轉(zhuǎn)鉆模。 工件以小圓柱面及端面在夾具

16、上定位。轉(zhuǎn)動(dòng)手柄5，通過(guò)螺釘4將工件夾緊。（二）回轉(zhuǎn)式鉆模 這類(lèi)鉆模沒(méi)有轉(zhuǎn)軸和分度裝置，在使用過(guò)程中需要用手進(jìn)行翻轉(zhuǎn)，所以鉆模連同工件的總重量不能太重，以免操作者疲勞。（三）翻轉(zhuǎn)式鉆模 主要用于加工小型工件上分布幾個(gè)方向的孔（四）蓋板式鉆模沒(méi)有夾具體，鉆模板上除了鉆套以外，還有定位元件和夾緊裝置。（五）滑柱式鉆模是一種帶有升降鉆模板的通用可調(diào)夾具。二、鉆床夾具的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及其設(shè)計(jì)（一）鉆模板1、固定式鉆模板這種鉆模板是直接固定在夾具上的。鉆床夾具結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：是有鉆套和鉆模板是安裝鉆套用的，要求具有一定的強(qiáng)度和剛度。2、鉸鏈?zhǔn)姐@模板鉆模板與夾具體為鉸鏈連接。3、可卸式鉆模板4、懸掛式鉆模板 鉆模板懸

17、掛在機(jī)床主軸上，由機(jī)床主軸帶動(dòng)上下升降。8.2 銑 床 夾 具一、銑床夾具的主要類(lèi)型（一）直線(xiàn)進(jìn)給式銑床夾具1、單件加工的直線(xiàn)進(jìn)給式銑床夾具 2、多件加工的直線(xiàn)進(jìn)給式銑床夾具二、銑床夾具的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)1. 銑床夾具結(jié)構(gòu)比較粗壯低矮， 夾具體的高度H和寬度B之比取H/B11.25為宜； 2. 應(yīng)合理布置加強(qiáng)筋、定向鍵和U型槽（耳槽）； 3. 要有對(duì)刀元件，可以準(zhǔn)確而迅速地調(diào)整好夾具與刀具的相對(duì)位置； 4. 夾具上應(yīng)有足夠的排屑空間，因此，定位支承面應(yīng)高出周?chē)钠矫?。（二）圓周進(jìn)給式銑床夾具（三）靠模進(jìn)給式銑床夾具結(jié)構(gòu)優(yōu)點(diǎn)：定位可靠，采用聯(lián)動(dòng)夾緊裝置，夾緊迅速牢固。叉形工件1. 結(jié)構(gòu)比較粗壯低矮， 夾

18、具體的高度H和寬度B之比取H/B11.25為宜； A型 B型圖 標(biāo)準(zhǔn)對(duì)刀塊的結(jié)構(gòu)8.3 車(chē) 床 夾 具一、車(chē)床夾具的主要類(lèi)型及其設(shè)計(jì)車(chē)床夾具類(lèi)型主要包括：（1）頂尖類(lèi)；（2）心軸類(lèi)；（3）撥盤(pán)類(lèi)；（4）中心架、跟刀架類(lèi)；（5）自動(dòng)定心卡盤(pán)類(lèi)（如三爪卡盤(pán)）；（6）卡盤(pán)類(lèi)（非自動(dòng)定心卡盤(pán)）；（7）角鐵類(lèi)（或稱(chēng)彎板類(lèi)）。（一）卡盤(pán)式專(zhuān)用車(chē)床夾具1. 斜楔式氣動(dòng)三爪卡盤(pán)：是利用斜面的作用原理將軸向移動(dòng)變?yōu)閺较蚨ㄐ膴A緊。（二）角鐵式車(chē)床夾具（彎板類(lèi)）（三）車(chē)床夾具的設(shè)計(jì)要點(diǎn)2. 定位裝置的設(shè)計(jì)要求必須保證定位元件工作表面與回轉(zhuǎn)軸線(xiàn)的位置精度。3. 夾緊裝置的設(shè)計(jì)要求（1）所產(chǎn)生的夾緊力必須足夠，自鎖性能

19、要好，以防止工件在加工過(guò)程中脫離定位元件的工作表面而引起振動(dòng)、松動(dòng)或飛出。（2）設(shè)計(jì)角鐵式車(chē)床夾具時(shí)，夾緊力的施力方向要防止引起夾具的變形。4. 車(chē)床夾具總體結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)要求（1）夾具結(jié)構(gòu)力求緊湊，輪廓尺寸要小，懸伸要短，重量要輕；（2）夾具上應(yīng)有平衡裝置；（3）夾具的各元件或裝置不允許在徑向有凸出部分，也不允許有易松脫或活動(dòng)的元件，必要時(shí)加防護(hù)罩。1. 這類(lèi)夾具通常采用過(guò)渡盤(pán)和機(jī)床主軸軸頸連接（開(kāi)T型槽，配置配重塊。）（以免發(fā)生事故）8.4 鏜 床 夾 具（簡(jiǎn)稱(chēng)鏜模）一、鏜床夾具的主要類(lèi)型及其適用范圍（一）單支承導(dǎo)向鏜模1、單支承前導(dǎo)向（圖a） 2、單支承后導(dǎo)向（圖b、c）鏜桿與機(jī)床主軸為剛性連接，機(jī)床主軸的回轉(zhuǎn)精度將會(huì)影響鏜孔精度。（二）雙支承導(dǎo)向鏜模1. 前后引導(dǎo)的雙支承導(dǎo)向2. 后引導(dǎo)的雙支承導(dǎo)向 鏜桿與機(jī)床主軸均為浮動(dòng)連接。 所鏜孔的位置精度完全取決于鏜模支架上鏜套的位置精度，而與機(jī)床精度無(wú)關(guān)，故能使用低精度的機(jī)床加工出高精度的孔系。二、鏜床夾具的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及其設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：有鏜套、鏜桿和支架、