第四章-機(jī)床夾具原理與設(shè)計(jì)

第四章機(jī)床夾具原理與設(shè)計(jì)

第四章機(jī)床夾具原理與設(shè)計(jì)1.夾具概述2.工件在夾具中的定位3.定位誤差分析4.工件在夾具中的夾緊5.各類機(jī)床夾具6.現(xiàn)代機(jī)床夾具7.夾具設(shè)計(jì)的基本步驟第一節(jié)

概述

機(jī)床夾具是機(jī)械加工工藝系統(tǒng)的重要組成部分，是機(jī)械制造中的一項(xiàng)重要工藝裝備。它在加工中是裝夾工件的輔助裝置。一、工件的裝夾方法定位：使工件在機(jī)床上或夾具中，相對(duì)于刀具占據(jù)某一正確的位置。夾緊：由于在加工中受到切削力、重力等的作用，還應(yīng)采用一定的機(jī)構(gòu)，對(duì)工件施加一定的夾緊力使其位置保持不變，稱為夾緊。裝夾就是定位和夾緊過(guò)程的總和。一、工件的裝夾方法1、找正法裝夾（1）直接找正法（2）劃線找正法一、工件的裝夾方法2、用夾具裝夾二、夾具工作原理與作用1、夾具工作原理連接工件、機(jī)床、刀具，使工件的加工表面相對(duì)于機(jī)床的成形運(yùn)動(dòng)和刀具有一個(gè)正確的位置。2、夾具的作用保證加工精度穩(wěn)定；縮短輔助時(shí)間，提高勞動(dòng)生產(chǎn)率；降低生產(chǎn)成本；減輕勞動(dòng)強(qiáng)度；降低工人技術(shù)等級(jí)；擴(kuò)大機(jī)床使用范圍。三、夾具分類與組成1、夾具分類(P101)2、夾具的組成定位元件夾緊裝置對(duì)刀元件引導(dǎo)元件其它元件及裝置連接元件及連接表面夾具體第二節(jié)工件在夾具中的定位一、六點(diǎn)定位原理用合理分布的六個(gè)支承點(diǎn)與工件接觸，每個(gè)固定點(diǎn)限制工件的一個(gè)自由度，這樣將工件完全定位的方法。一、六點(diǎn)定位原理定位元件的定位表面小平面1點(diǎn)；大平面3點(diǎn)長(zhǎng)圓柱4點(diǎn)；短圓柱2點(diǎn)長(zhǎng)圓錐5點(diǎn)；短圓錐3點(diǎn)長(zhǎng)V形塊4點(diǎn)；短V形塊2點(diǎn)活動(dòng)的表面消除的自由度數(shù)在此基礎(chǔ)上減去本身的活動(dòng)度數(shù)。完全定位與不完全定位欠定位與過(guò)定位欠定位：應(yīng)該要限制的自由度沒(méi)有被限制。過(guò)定位：工件上某個(gè)自由度被限制兩次以上，出現(xiàn)重復(fù)定位的現(xiàn)象。二、常見的定位方式及定位元件定位元件要求：

精度、光滑、耐磨、硬度、剛度常用材料：

低碳鋼20鋼表面滲碳淬火高碳鋼T7鋼淬火1、以工件平面定位（1）固定支承支承釘（1）固定支承支承板（2）可調(diào)支承

用于工件上未經(jīng)機(jī)械加工的定位面。

當(dāng)工件毛坯尺寸有較大變化時(shí)，每更換一批毛坯，就要調(diào)節(jié)一次。（3）自位支承

增加支承點(diǎn)數(shù)，避免過(guò)定位。（4）輔助（式）支承（元件）

提高支承剛度，不起定位作用。（4）輔助支承

2、以工件圓孔定位（1）定位銷（2）錐銷

（3）定位心軸

3、以工件外圓柱面定位（1）V形塊（2）定位套筒（3）半圓孔定位座（4）外圓定心夾緊機(jī)構(gòu)4、組合定位分析（1）組合定位分析要點(diǎn)1）幾個(gè)定位元件在組合定位時(shí)消除的自由度數(shù)等于各個(gè)定位元件消除自由度數(shù)總和。2）定位元件在組合定位時(shí)可從限制移動(dòng)自由度轉(zhuǎn)化為限制轉(zhuǎn)動(dòng)自由度。3）單個(gè)表面的定位是組合定位分析的基礎(chǔ)。組合定位（2）消除重復(fù)定位的方法1）用可移動(dòng)定位元件2）采用自位支承結(jié)構(gòu)3）改變定位元件的結(jié)構(gòu)形式削邊銷：將定位銷在兩銷聯(lián)心線的垂直方向削去兩邊，只限制一個(gè)自由度，避免過(guò)定位。（3）幾種不同組合形式的定位分析1）一面兩銷（兩孔）定位：1）一面兩銷（兩孔）定位干涉現(xiàn)象1）一面兩銷（兩孔）：削邊銷結(jié)構(gòu)2）一平面和兩個(gè)與其垂直的外圓柱面的組合3）一個(gè)孔和一個(gè)平行于孔中心線的平面的組合第三節(jié)定位誤差分析一、基準(zhǔn)的概念

基準(zhǔn)就是零件上用來(lái)確定其他點(diǎn)、線、面所依據(jù)的那些點(diǎn)、線、面。根據(jù)用途分為設(shè)計(jì)基準(zhǔn)和工藝基準(zhǔn)兩大類。設(shè)計(jì)基準(zhǔn)

零件圖標(biāo)注尺寸或相互位置關(guān)系時(shí)所依據(jù)的那些點(diǎn)、線、面。一般來(lái)說(shuō)，基準(zhǔn)關(guān)系是可逆的。注：(1)基準(zhǔn)無(wú)大小之分；

(2)作為設(shè)計(jì)基準(zhǔn)的點(diǎn)、線、面，在工件上不一定存在。

工藝基準(zhǔn)工藝基準(zhǔn)—在加工和裝配中使用的基準(zhǔn)?？煞譃椋汗ば蚧鶞?zhǔn)—工序圖上標(biāo)注加工表面尺寸關(guān)系的點(diǎn)、線、面；定位基難—加工時(shí)使工件在機(jī)床或夾具上占有正確位置所用的基準(zhǔn)；調(diào)刀基準(zhǔn)—在加工中用以調(diào)整加工刀具位置所采用的基準(zhǔn)；測(cè)量基準(zhǔn)—檢驗(yàn)時(shí)用來(lái)確定被測(cè)量零件在度量工具上位置的基準(zhǔn)；裝配基準(zhǔn)—裝配時(shí)用來(lái)確定零件或部件在機(jī)器上位置的基準(zhǔn)。二、調(diào)刀基準(zhǔn)的概念

調(diào)刀基準(zhǔn)往往選在夾具定位元件的某個(gè)定位工作面，盡可能不受夾具定位元件的制造誤差影響。三、定位誤差及其產(chǎn)生原因工件上被加工表面的設(shè)計(jì)基準(zhǔn)（工序基準(zhǔn)）相對(duì)于定位元件工作表面（調(diào)刀基準(zhǔn)）在工序尺寸方向上的最大位置變動(dòng)量，稱為定位誤差，以Δdw表示。定位誤差產(chǎn)生原因1、定位基準(zhǔn)與設(shè)計(jì)基準(zhǔn)（工序基準(zhǔn)）不重合產(chǎn)生的定位誤差，以Δjb表示。定位誤差產(chǎn)生原因2、定位副制造不準(zhǔn)確產(chǎn)生的基準(zhǔn)位移誤差，以Δjw表示?；鶞?zhǔn)位移誤差心軸水平放置（上下方向基準(zhǔn)位移誤差）孔徑；軸徑；最小間隙Δ=(D+EI)-(d+es)001max=001min=Δjw=(TD+Td)/2（公式1）心軸水平放置（左右方向基準(zhǔn)位移誤差）Δjw=0（公式2）基準(zhǔn)位移誤差心軸垂直放置（任意方向基準(zhǔn)位移誤差）孔徑；軸徑；公稱尺寸相等：D-d=0最小間隙Δmin=(D+EI)-(d+es)=EI-es最大間隙Δman=(D+ES)-(d+ei)=ES-ei=ES-EI+es-ei+EI-es=TD+Td+ΔminΔjw=TD+Td+Δmin=ES-ei（公式3）四、定位誤差計(jì)算1、先分別計(jì)算出基準(zhǔn)不重合誤差和基準(zhǔn)位

移誤差，在計(jì)算其在加工尺寸方向上的

代數(shù)和，即Δdw=Δjb+Δjw2、按最不利的情況，畫出被加工零件定位

時(shí)設(shè)計(jì)基準(zhǔn)的兩個(gè)極限尺位置；從圖形

中的幾何關(guān)系，找出零件圖上被加工尺

寸方向上之設(shè)計(jì)基準(zhǔn)的最大變動(dòng)量(最大

值與最小值之差)。例4-3工件用V形塊定位時(shí)的定位誤差計(jì)算直徑為d的軸，在v形塊上定位銑平面,設(shè)計(jì)尺寸有三種不同的標(biāo)注方法：

(a)要求保證上母線到加工面尺寸Hl，即設(shè)計(jì)基準(zhǔn)為B；

(b)要求保證下母線到加工面尺寸H2，即設(shè)計(jì)基準(zhǔn)為C；求各定位誤差？

(c)要求保證軸心線到加工面尺寸H3，即設(shè)計(jì)基準(zhǔn)為O。例4-3工件用V形塊定位時(shí)的定位誤差計(jì)算Δdw1=B1B2=B2A-B1A=(B2O2+O2A)-(B1O1+O1A)

=-=(公式4）

例4-3工件用V形塊定位時(shí)的定位誤差計(jì)算Δdw2=C2C1=C2A-C1A=(O2A-O2C2)-(O1A-O1C1)

=(公式5）Δdw2=O2O1=O2A-O1A=(公式6）

例4-4工件銑鍵槽時(shí)的定位誤差計(jì)算已知：Φ50h6()外圓，Φ30H7()內(nèi)孔及兩端面已加工合格，內(nèi)外圓同軸度誤差在Φ0.015范圍內(nèi)，現(xiàn)銑鍵槽寬12，要求保證：(1)軸向尺寸L=25h12()；(2)槽底位置尺寸H=42()；(3)槽兩側(cè)面對(duì)Φ50外圓軸線的對(duì)稱度公差T(C)=0.06；用Φ30g6()的心軸定位，求各定位誤差？

例4-4(1)軸向尺寸L=25h12Δdw1=Δjb1+Δjw1=0+0=0(2)槽底位置尺寸H=42()；Δdw2=Δjb2+Δjw2=(0.016/2+0.015)+(0.021+0.02)=0.064(3)槽兩側(cè)面對(duì)Φ50外圓軸線的對(duì)稱度公差T(C)=0.06；Δdw3=Δjb3+Δjw3=0.015+(0.021+0.02)=0.056

例4-4(1)軸向尺寸L=25h12Δdw1=Δjb1+Δjw1=0+0=0(2)槽底位置尺寸H=42()；Δdw2=Δjw2+Δjb2

==0.003(3)槽兩側(cè)面對(duì)Φ50外圓軸線的對(duì)稱度公差T(C)=0.06；Δdw3=Δjb3+Δjw3=0+0=0

五、保證加工精度的條件影響加工精度的誤差因素除定位誤差外，尚有：

(1)夾具的有關(guān)制造誤差(Δ制造)(2)夾具安裝誤差（Δ安裝）

(3)加工過(guò)程誤差（Δ加工）為了保證工件的加工精度，總的加工誤差必須控制在工件允許的公差(T工件)范圍之內(nèi)，即：

Δ=Δ定位＋Δ制造＋Δ安裝+Δ加工=Δ夾具+Δ加工≤T工件

一般要求：Δ定位≤（1/2～1/3)T工件第四節(jié)工件在夾具中的夾緊工件夾緊的基本要求：

穩(wěn)、牢、快一、夾緊裝置的組成(1)力源裝置(2)中間傳力機(jī)構(gòu)(3)夾緊元件

二、夾緊力的確定1、夾緊力方向的確定：(1)夾緊力作用方向應(yīng)不破壞工件定位的準(zhǔn)確性；(2)夾緊方向應(yīng)使所需夾緊力盡可能?。?3)夾緊力方向應(yīng)使工件變形盡可能小。

(1)夾緊力作用方向應(yīng)不破壞工件定位的準(zhǔn)確性(2)夾緊方向應(yīng)使所需夾緊力盡可能?。?3)夾緊力方向應(yīng)使工件變形盡可能小2、夾緊力作用點(diǎn)的確定(1)夾緊力應(yīng)落在支承元件上或幾個(gè)支承元件所形成的支承面內(nèi)。(2)夾緊力應(yīng)落在工件剛度較好的部位上。(3)夾緊力應(yīng)盡量靠近加工面。

(1)夾緊力應(yīng)落在支承元件上(2)夾緊力應(yīng)落在工件剛度較好的部位上(3)夾緊力應(yīng)盡量靠近加工面3、夾緊力大小夾緊力大小估算：一般只有機(jī)動(dòng)夾緊時(shí)需計(jì)算夾緊力，把加工系統(tǒng)看成剛體，根據(jù)工件在最不利情況下切削力的平衡狀態(tài)求夾緊力，再乘以安全系數(shù)K。K值在粗加工時(shí)取2.5～3、精加工時(shí)取1.5～2。三、典型夾緊機(jī)構(gòu)1．斜楔夾緊斜楔夾緊的特點(diǎn)1）斜楔夾緊的自鎖條件：α≤10°～14°，取5°～7°；2）有增力作用，iP=FQ/FP≈3；3）夾緊行程?。?）結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但操作不方便。

2．螺旋夾緊一般α=2°～2.5°，增力比iP=80～120。2．螺旋夾緊螺旋壓板夾緊機(jī)構(gòu)3．偏心夾緊3．偏心夾緊多件夾緊裝置4．多件夾緊四、夾緊動(dòng)力源裝置1、氣動(dòng)夾緊活塞式氣缸2、液壓夾緊特點(diǎn)：1）工作壓力高，尺寸小。

2）油液不可壓縮，夾緊剛性大、可靠。3）噪音小，勞動(dòng)條件好。如泄露會(huì)污染環(huán)境，需專用供油裝置。3、氣-液壓組合夾緊夾緊動(dòng)力源裝置離心力夾緊真空夾緊電磁夾緊電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)夾緊第五節(jié)各類機(jī)床夾具一、車床夾具二、銑床夾具（1）直線進(jìn)給式銑床夾具（2）圓周進(jìn)給式銑床夾具（3）靠模銑床夾具對(duì)刀塊一、車床夾具定位鍵三、鉆床夾具（1）固定式鉆模（2）滑動(dòng)式鉆模（3）回轉(zhuǎn)式鉆模（4）移動(dòng)式鉆模（5）翻轉(zhuǎn)式鉆模（6）蓋板式鉆模鉆模板與鉆套可卸式鉆模板鉆套（1）固定鉆套鉆套（2）可換鉆套鉆套（3）快換鉆套鉆套（4）特殊鉆套第六節(jié)現(xiàn)代機(jī)床夾具一、自動(dòng)線夾具

固定夾具隨行夾具隨行夾具設(shè)計(jì)隨行夾具考慮問(wèn)題：工件在夾具中用螺旋夾緊；隨行夾具在機(jī)床中用一面兩孔定位，并自動(dòng)夾緊；定位基面與輸送基面的選擇；隨行夾具的精度問(wèn)題；排屑與清洗；隨行夾具結(jié)構(gòu)的通