《機(jī)械制造工程學(xué)》課件第四章

第四章機(jī)床夾具原理與設(shè)計(jì)4.1機(jī)床夾具的基本概念4.2機(jī)床夾具定位原理和定位設(shè)計(jì)4.3定位誤差分析4.4工件的夾緊4.5夾具的組成部件4.6常用夾具4.7機(jī)床夾具的設(shè)計(jì)方法4.8計(jì)算機(jī)輔助夾具的發(fā)展

4.1機(jī)床夾具的基本概念

1.夾具的組成

圖4-1所示為一種銑床夾具,用于在臥式銑床上加工法蘭盤90法蘭上的兩個(gè)平面,工件以端面和內(nèi)孔為定位基準(zhǔn),在支承板和定位銷上實(shí)現(xiàn)5點(diǎn)定位,采用汽缸通過聯(lián)動(dòng)的鉸鏈機(jī)構(gòu)帶動(dòng)壓爪夾緊工件。圖4-1銑床夾具分析圖4-1所示的銑床夾具可知，機(jī)床夾具一般由以下幾部分組成:

(1)定位元件：用于確定工件在夾具中的位置。

(2)夾緊裝置:用于夾緊工件。對(duì)于非手動(dòng)夾具,夾緊動(dòng)力源也是夾緊裝置的一部分。

(3)對(duì)刀、引導(dǎo)元件或裝置:用于確定刀具相對(duì)夾具定位元件的位置。

(4)連接元件:用于確定夾具本身在機(jī)床主軸或工作臺(tái)上的位置。

(5)夾具體：用于將夾具上的各種元件和裝置連接成一個(gè)有機(jī)的整體。夾具體是夾具的基礎(chǔ)件。

(6)其他元件及裝置:如用于分度的分度元件、用于自動(dòng)上下料的上下料裝置等。定位元件、夾緊裝置和夾具體是夾具的基本組成部分。

2.夾具的分類

夾具可以從不同的角度來分類。按工藝過程的不同,夾具可分為機(jī)床夾具、檢驗(yàn)夾具、裝配夾具、焊接夾具等。按機(jī)床種類的不同,夾具可分為車床夾具、銑床夾具、鉆床夾具(鉆模)、鏜床夾具(鏜模)、磨床夾具和齒輪機(jī)床夾具等。

按所采用的夾緊動(dòng)力源的不同,夾具又可分為手動(dòng)夾具、氣動(dòng)夾具、液壓夾具、電動(dòng)夾具、電磁夾具和真空夾具等。按夾具結(jié)構(gòu)與零部件的通用性程度，夾具可分為機(jī)床附件類夾具、可調(diào)夾具、隨行夾具、組合夾具和專用夾具等。

機(jī)床附件類夾具包括三爪卡盤、四爪卡盤、機(jī)用虎鉗、萬能分度頭、電磁工作臺(tái)等。這類夾具結(jié)構(gòu)的通用化程度高,又能適應(yīng)在各種不同機(jī)床上使用。其最大特點(diǎn)是通用性

強(qiáng),使用時(shí)無需調(diào)整或稍加調(diào)整,可適用于多種類型不同尺寸工件的裝夾,因而被廣泛應(yīng)用于單件小批量生產(chǎn)中。通用可調(diào)夾具和成組夾具統(tǒng)稱可調(diào)夾具，它們的結(jié)構(gòu)通用性很好。可調(diào)夾具是在成組工藝的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的。此類夾具是根據(jù)成組工藝的要求,針對(duì)一組零件的某一工序而專門設(shè)計(jì)的可調(diào)夾具,即對(duì)某一組零件是專用的,而對(duì)組內(nèi)的零件是通用的,使用時(shí)只需對(duì)夾具上的相關(guān)元件加以調(diào)整即可。使用成組夾具時(shí)要求一組零件的工藝相似、裝夾表面相似、尺寸相似、材料相似、精度相似。隨行夾具是自動(dòng)或半自動(dòng)生產(chǎn)線上使用的夾具。雖然它只適用于某一種工件,但毛坯裝上隨行夾具后,可從生產(chǎn)線開始一直到生產(chǎn)線終端在各位置上進(jìn)行各種不同工序的加工。

因此,它的結(jié)構(gòu)也具有適用于各種不同工序加工的通用性。組合夾具的零部件具有高度的通用性,可用來組裝成各種不同的夾具。但一經(jīng)組裝成一個(gè)夾具以后,其結(jié)構(gòu)是專用的,只適用于某個(gè)工件的某道工序的加工。

4.2機(jī)床夾具定位原理和定位設(shè)計(jì)

4.2.1機(jī)床夾具定位原理

1.六點(diǎn)定位原理

任何未定位的工件在空間直角坐標(biāo)系中都具有六個(gè)自由度,即沿x、y、z三個(gè)坐標(biāo)軸方向的移動(dòng)自由度、、和繞三個(gè)坐標(biāo)軸的轉(zhuǎn)動(dòng)自由度、、,如圖4-2所示。圖4-2工件在空間的六個(gè)自由度要限制工件的六個(gè)自由度,理論上至少需要在空間按一定規(guī)律分布的六個(gè)支承點(diǎn),如圖4-3所示。

在夾具中用空間合理布置的六個(gè)支承點(diǎn)與工件接觸,分別限制工件相應(yīng)的六個(gè)自由度,從而使工件在空間得到唯一確定位置的方法,稱為工件的六點(diǎn)定位原理。圖4-3工件在空間的六點(diǎn)定位

2.工件在夾具中的定位

1)找正法定位

如果先按加工要求進(jìn)行加工面位置的劃線工序,然后再按劃出的線痕進(jìn)行找正,從而實(shí)現(xiàn)裝夾,這種找正方法稱為劃線找正法,如圖4-4所示。圖4-4劃線找正法定位

2)夾具定位

采用按照被加工工件的加工工序?qū)ｉT設(shè)計(jì)的專用夾具、組合夾具、成組夾具、隨行夾具等安裝工件時(shí),不需要進(jìn)行找正,便能直接得到準(zhǔn)確加工位置,從而實(shí)現(xiàn)裝夾。這種定位方法安裝方便,定位準(zhǔn)確,生產(chǎn)效率高。

3.定位基準(zhǔn)

1)設(shè)計(jì)基準(zhǔn)

在零件圖上,用以確定某一輪廓要素(點(diǎn)、線、面)位置所依據(jù)的輪廓要素,稱為設(shè)計(jì)基準(zhǔn)。設(shè)計(jì)基準(zhǔn)是標(biāo)注尺寸的起點(diǎn)。圖4-5所示的齒輪零件圖中,外圓表面及內(nèi)孔的設(shè)計(jì)基準(zhǔn)為其中心線,長(zhǎng)度尺寸的設(shè)計(jì)基準(zhǔn)為齒輪的右端面。圖4-5設(shè)計(jì)基準(zhǔn)與工藝基準(zhǔn)

2)工藝基準(zhǔn)

在機(jī)械加工、測(cè)量和裝配過程中所使用的基準(zhǔn)稱為工藝基準(zhǔn)。工藝基準(zhǔn)按用途不同分為定位基準(zhǔn)、測(cè)量基準(zhǔn)、裝配基準(zhǔn)。在加工中使工件在機(jī)床或夾具上占有正確位置所采用的點(diǎn)、線、面稱為定位基準(zhǔn)。如圖4-6所示,工件以A面與定位元件接觸,加工C面,A面即為定位基準(zhǔn)。圖4-6工藝基準(zhǔn)

4.工件在夾具中定位的幾種情況

1)完全定位

工件的6個(gè)自由度完全被限制而在夾具中占有完全確定的唯一位置的定位,稱為完全定位。如圖4-3所示,若在工件上銑鍵槽,要求保證工序尺寸及鍵槽側(cè)面和底面分別與工件側(cè)面和底面平行,那么加工時(shí)必須限制6個(gè)自由度,采用完全定位。

2)不完全定位

不完全定位就是被限制的自由度少于6個(gè)的定位。工件在夾具中究竟應(yīng)限制哪幾個(gè)自由度，需根據(jù)具體加工要求確定。生產(chǎn)中,工件被限制的自由度一般不少于3個(gè)。

3)欠定位

按工序的加工要求,工件必須被限制的自由度未予限制的定位,稱為欠定位。在確定工件定位方案時(shí),欠定位是絕對(duì)不允許的。

例如,在圖4-3中,若沒有被限制,則出現(xiàn)欠定位,從而無法保證x向尺寸,這是不允許的。

4)過定位

工件的同一自由度被兩個(gè)或兩個(gè)以上的支承點(diǎn)重復(fù)限制的定位,稱為過定位,也稱為重復(fù)定位。如圖4-7所示,長(zhǎng)定位銷限制了工件的4個(gè)自由度,大平面支承板限制了工件的3個(gè)自由度,擋銷限制了工件的1個(gè)自由度,共限制了工件的8個(gè)自由度,其中和被兩個(gè)定位元件重復(fù)限制,這就產(chǎn)生了過定位。圖4-7連桿的過定位4.2.2定位元件

1.定位元件的基本要求

定位元件尺寸精度一般為IT6~IT8級(jí);表面粗糙度一般為0.2~0.8μm;采用T7A、T8A、T10A直接淬火,大元件采用20或20Cr滲碳淬火,淬火硬度要求為HRC58~64。

2.定位平面

1)支承釘

支承釘?shù)慕Y(jié)構(gòu)如圖4-8所示。圖中,A型為平頭支承釘,B型為球頭支承釘,C型為齒紋式支承釘。其中,A型支承釘用于精基準(zhǔn)定位,B型、C型用于毛坯面的定位,而C型支承釘?shù)凝X紋可增加摩擦力,使定位穩(wěn)定。為了便于清理切屑,定位時(shí)一般在側(cè)面。以上三種支承釘與夾具體的連接配合常采用過盈配合,又稱固定式支承釘。由于支承釘在使用中不斷磨損,使定位精度下降,甚至導(dǎo)致夾具報(bào)廢,故而可采用可換式支承釘。如圖4-8(d)所示,支承釘通過襯套和夾具體相連,襯套外徑與夾具體孔的配合為過盈配合,內(nèi)徑與支承釘?shù)呐浜蠟檫^渡

配合。圖4-8支承釘

2)支承板

圖4-9所示為標(biāo)準(zhǔn)支承板。圖中,A型支承板結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,但切屑易落入沉頭螺釘頭部與沉頭孔配合處,不易清理,一般用于側(cè)面定位或頂面定位;B型支承板的工作平面上開有斜槽,緊固螺釘沉頭孔位于斜槽內(nèi),由于支承板定位工作平面高于緊固螺釘沉頭孔,因此工件沿其平面推入定位時(shí),切屑排入斜槽內(nèi),不影響定位精度，一般用于底面定位。圖4-9支承板

3)可調(diào)支承

可調(diào)支承的支承面在高度方向上可以調(diào)節(jié),其結(jié)構(gòu)見圖4-10。一般采用螺旋調(diào)節(jié),當(dāng)調(diào)節(jié)到所要求的高度后,必須用螺母鎖緊以防止位置發(fā)生變化。圖4-10可調(diào)支承

4)自位支承

自位支承在工件定位過程中能自動(dòng)調(diào)整定位元件的位置。圖4-11(a)為三點(diǎn)球面式自位支承,圖4-11(b)、(c)、(d)為兩點(diǎn)式自位支承。同固定支承相比,自位支承接觸點(diǎn)數(shù)目增多,提高了工件的定位穩(wěn)定性,而其作用和支承釘相同,僅限制工件的1個(gè)自由度。圖4-11自位支承

5)輔助支承

在夾具設(shè)計(jì)中,有時(shí)為了提高工藝系統(tǒng)中工件或夾具的剛性或穩(wěn)定性,以提高加工質(zhì)量,保證加工要求,可使用輔助支承。輔助支承鎖緊后就成為固定支承,能承受切削力。它不限制工件的自由度,不起定位作用,因而不是定位元件。圖4-12所示的夾具定位方案中,工件已由平面和兩孔在平面支承和兩定位銷上達(dá)到完全定位,但加工凸座面時(shí)向左的切削力會(huì)使工件產(chǎn)生嚴(yán)重的變形和振動(dòng),無法進(jìn)行正常加工。此時(shí)在左方設(shè)置輔助支承,可以提高工件的剛性,保證加工質(zhì)量。圖4-12夾具定位方案最簡(jiǎn)單的輔助支承是螺旋調(diào)節(jié)式結(jié)構(gòu),如圖4-13所示。輔助支承在裝夾工件之前首先要調(diào)節(jié)到最低位置,等工件裝夾后再向上調(diào)節(jié)直至與工件接觸為止,加工完畢后,又必須把輔助支承重新調(diào)節(jié)到較低位置,以免影響后續(xù)工件的定位。待第二個(gè)工件裝夾完畢后,再把輔助支承向上調(diào)節(jié)直至與工件接觸為止。圖4-13輔助支承由于一批工件存在制造誤差,因此輔助支承各次接觸工件的位置都不相同,如此反復(fù)進(jìn)行調(diào)整費(fèi)工費(fèi)時(shí),效率較低。圖4-14為自位式輔助支承。圖中,支承受弱彈簧頂力的作用始終向上占最高位置。當(dāng)裝夾工件時(shí),支承受工件重力被壓下,但始終與工件保持接觸,在工件裝夾后,加外力于頂銷,通過頂銷與支承的斜面接觸將支承鎖緊,起輔助支承作用。當(dāng)加工完畢后,應(yīng)先松開鎖緊頂銷,再裝夾下一個(gè)工件。圖4-14自位式輔助支承

3.定位圓柱孔

1)圓柱定位心軸

圓柱定位心軸主要用于套筒類和盤類零件圓柱孔的定位。

圖4-15所示為間隙配合圓柱心軸,由凸肩實(shí)現(xiàn)軸向定位,工件裝卸方便。為減少輔助時(shí)間,一般采用開口墊圈來快速裝卸工件。圖4-15間隙配合圓柱心軸

2)圓柱定位銷

標(biāo)準(zhǔn)圓柱定位銷見圖4-16。定位銷有固定式和可換式兩種結(jié)構(gòu)?？蓳Q式結(jié)構(gòu)用于大批量生產(chǎn),更換方便,便于維修,但由于定位銷的外圓與襯套的內(nèi)孔采用間隙配合,其位置精度比固定式定位稍低。為方便工件定位孔套入定位銷,定位銷頭部常做成15°的大倒角。圓柱定位銷與圓柱定位孔采用間隙配合,其定位分析與間隙配合圓柱定位心軸相似,長(zhǎng)定位銷限制4個(gè)自由度,短定位銷限制2個(gè)自由度。圖4-16標(biāo)準(zhǔn)圓柱定位銷

3)錐頭銷

用錐頭銷定位圓柱孔見圖4-17。錐頭銷與圓柱孔沿孔口接觸,孔口的形狀直接影響接觸情況,從而影響定位精度。圖(a)所示的整體錐頭銷適用于加工過的圓柱孔。若定位圓柱孔是毛坯孔,則錐頭銷采用圖(b)的結(jié)構(gòu),只保留120°均布的三小段圓錐面,保證錐頭銷與定位圓柱孔接觸點(diǎn)的分布均勻。錐頭銷定位圓柱孔比短定位銷定位圓柱孔多限制了工件一個(gè)沿軸線方向移動(dòng)的自由度,即可限制工件3個(gè)自由度。圖4-17錐頭銷定位圓柱孔

4.定位外圓

1)定位套

定位套有整圓與半圓兩種結(jié)構(gòu),如圖4-18所示。圖(a)是長(zhǎng)定位套,限制工件4個(gè)自由度;圖(b)是短定位套,限制工

件2個(gè)自由度;圖(c)是帶端面定位的組合結(jié)構(gòu);圖(d)是半圓定位套裝置,限制工件2個(gè)自由度，其中下半圓套起定位作用,其直徑的最小極限尺寸應(yīng)等于工件定位外圓直徑的最大極限尺寸,上半圓套起夾緊作用,它繞鉸鏈軸打開,便于工件裝卸。圖4-18定位套

2)V形塊

圖4-19是幾種典型的V形塊結(jié)構(gòu)。圖(a)是標(biāo)準(zhǔn)V形塊,用于較短的精基準(zhǔn)外圓定位;圖(b)用于外圓面較長(zhǎng)、兩段精基準(zhǔn)外圓面相距較遠(yuǎn)的精基準(zhǔn)外圓定位;圖(c)用于粗基準(zhǔn)外圓面定位或階梯軸定位,目的是縮短V形塊的工作面寬度,以利于定位穩(wěn)定;圖(d)為鑄鐵底座鑲淬火鋼墊塊的結(jié)構(gòu),用于外圓直徑較大時(shí)定位,這種結(jié)構(gòu)制造經(jīng)濟(jì)性好,便于V形塊定位工作面磨損后更換或修磨墊塊,還可通過更換不同厚度的墊塊來適應(yīng)不同直徑外圓的工件定位,使結(jié)構(gòu)通用化。

圖4-19V形塊

V形塊是一個(gè)對(duì)中定心的定位元件,它定位外圓時(shí)具有下列特性:①對(duì)中作用,根據(jù)幾何關(guān)系可知,不管定位外圓直徑如何變化,被定位外圓的軸線一定通過V形塊兩斜面的對(duì)稱平面;②定心作用,V形塊以兩斜面與工件的外圓接觸,因而起定位作用,工件的定位面是外圓柱面,但其定位基準(zhǔn)是外圓軸線,即V形塊起定心作用。

3)支承板

用支承板定位外圓就是使平面與外圓母線接觸,如圖

4-20所示。若用長(zhǎng)支承板定位,則限制工件2個(gè)自由度；若用短支承板(支承釘)定位,則只限制工件1個(gè)自由度。圖4-20支承板定位外圓

4)內(nèi)錐套

用內(nèi)錐套定位外圓與錐頭銷定位內(nèi)孔相似。如圖4-21所示,內(nèi)錐套的定位工作面是內(nèi)錐孔,它與外圓沿圓周接觸,因而限制了工件3個(gè)自由度。圖4-21內(nèi)錐套定位外圓

5.定位圓錐孔

定位圓錐孔的定位元件有錐心軸和頂尖。錐心軸用于定位長(zhǎng)圓錐孔,限制工件5個(gè)自由度,如圖4-22(a)所示；頂

尖定位就是常見的短圓錐定位，限制工件3個(gè)自由度,如圖4-22(b)所示。圖4-22錐心軸和頂尖4.2.3組合定位

【例4-1】分析圖4-23所示的定位方案。各定位元件限制了幾個(gè)自由度？按圖示坐標(biāo)系限制了哪幾個(gè)方向的自由度?有無過定位現(xiàn)象?圖4-23組合定位分析解:一個(gè)固定短V形塊能限制工件2個(gè)自由度,三個(gè)固定短V形塊組合起來共限制工件6個(gè)自由度,不因組合而發(fā)生數(shù)量上的增減。

按圖示坐標(biāo)系,短V形塊1限制;短V形塊2與之組合限制,短V形塊3限制了，因而這是一個(gè)完全定位,沒有過定位現(xiàn)象。這里,V形塊2由單獨(dú)定位時(shí)的限制2個(gè)移動(dòng)自由度轉(zhuǎn)化成限制2個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)自由度,短V形塊3由單個(gè)定位時(shí)的限制

的作用轉(zhuǎn)化成限制的作用。分析時(shí),也可以把固定短V形塊1、2組合起來視為一個(gè)長(zhǎng)V形塊,用它來定位長(zhǎng)圓柱體,共限制4個(gè)自由度。

2.組合定位時(shí)過定位現(xiàn)象的消除方法

組合定位時(shí),常會(huì)產(chǎn)生過定位現(xiàn)象。若這種過定位不允許出現(xiàn),則一般要對(duì)過定位進(jìn)行消除。

消除過定位現(xiàn)象的方法如下：

(1)使定位元件可沿某一坐標(biāo)軸移動(dòng),以消除其限制沿該坐標(biāo)軸移動(dòng)方向自由度的作用。圖4-24中,定位元件可沿y軸移動(dòng),消除了限制方向自由度的作用。圖4-24過定位的消除

【例4-2】分析如圖4-25所示的在車床上用前后頂尖定位軸類工件的定位方案。

解:前頂尖為固定頂尖,限制工件3個(gè)自由度、、

。工程上把車床的后頂尖做成沿x軸可移動(dòng)的,因而和前頂尖組合定位時(shí)只限制工件2個(gè)自由度、，消除了過定位。除了繞x軸的旋轉(zhuǎn)之外,其余5個(gè)自由度都已限制。圖4-25用前后頂尖定位軸類工件的定位方案

【例4-3】一面兩銷定位是組合定位的典型情況。這種情況下,工件的定位面是兩定位孔,夾具的定位元件是

兩短圓柱定位銷,如圖4-26所示。箱體類、連桿類、盤蓋類零件的加工,常采用這種組合定位方案。圖4-26一面兩銷定位4.2.4定位設(shè)計(jì)的一般原則

(1)選最大尺寸的表面為安裝面,限制工件的3個(gè)自由度;選最大距離的表面為導(dǎo)向面,限制工件的2個(gè)自由度;選最小尺寸的表面為支承面,限制工件的1個(gè)自由度。

(2)首先考慮保證空間位置精度,再考慮保證尺寸精度。因?yàn)樵诩庸ぶ斜ＷC空間位置精度有時(shí)要比尺寸精度困難得多。(3)盡量選擇零件的主要表面為定位基準(zhǔn)。

(4)定位基準(zhǔn)應(yīng)便于實(shí)現(xiàn)對(duì)工件的夾緊,且在加工過程中穩(wěn)定可靠。

4.3定位誤差分析

1.定位誤差

當(dāng)夾具在機(jī)床上的定位精度達(dá)到要求時(shí),如果工件在夾具中定位不準(zhǔn)確,將會(huì)使設(shè)計(jì)基準(zhǔn)在加工尺寸方向上產(chǎn)生偏移,往往導(dǎo)致加工后工件達(dá)不到要求。設(shè)計(jì)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。

1)定位基準(zhǔn)位移誤差

造成定位基準(zhǔn)位移誤差的原因有:

(1)零件定位基準(zhǔn)不準(zhǔn)確,如用長(zhǎng)銷或短銷定位,因?yàn)榱?/p>

件上的孔徑總是有偏差的,因此每個(gè)零件的定位情況就有所不同。

(2)夾具定位元件制造不準(zhǔn)確,如車床上三爪卡盤偏心等。圖4-27所示為一間隙配合心軸定位工件內(nèi)孔進(jìn)行平面銑削的示例。加工時(shí),本工序尺寸為H0+ΔH。理論上,工件內(nèi)孔軸心線與心軸外圓軸心線重合,即定位基準(zhǔn)與設(shè)計(jì)基準(zhǔn)重合,定位誤差δ=0。工程上,定位心軸和工件內(nèi)孔都不可避免地存在制造誤差,而且配合面之間采用了間隙配合,故安裝后孔和軸的中心必然不重合,使得兩個(gè)基準(zhǔn)發(fā)生位置變動(dòng)。圖4-27基準(zhǔn)位移產(chǎn)生的定位誤差設(shè)孔徑為D0+ΔD,軸徑為d0－Δd,最小間隙δ=D－d。如圖4-27所示,工件孔與心軸在上母線A單邊接觸,則設(shè)計(jì)基準(zhǔn)O與O1間的最大距離為

最小距離為加工誤差為即此定位誤差為內(nèi)孔公差ΔD與心軸公差Δd之和的一半,且與最小間隙δ無關(guān)。若將工件定位基準(zhǔn)與夾具定位元件合稱為“定位副”,則由于定位副的制造誤差,會(huì)直接影響定位精度。

2)定位基準(zhǔn)與設(shè)計(jì)基準(zhǔn)不重合誤差

在加工時(shí),如果采用調(diào)整法來獲得加工尺寸,則經(jīng)常會(huì)產(chǎn)生定位基準(zhǔn)與設(shè)計(jì)基準(zhǔn)不重合的問題,因此就會(huì)引入定位基準(zhǔn)與設(shè)計(jì)基準(zhǔn)不重合誤差,簡(jiǎn)稱基準(zhǔn)不重合誤差。

圖4-28(a)所示為用調(diào)整法加工工件的臺(tái)階,工件以3面定位,加工頂面1和臺(tái)階面2。圖4-28定位基準(zhǔn)與設(shè)計(jì)基準(zhǔn)不重合誤差

工序一:加工頂面1。以底面定位,如圖4-28(b)所示,此時(shí)定位基準(zhǔn)和設(shè)計(jì)基準(zhǔn)都是底面3,即基準(zhǔn)重合。采用調(diào)整法加工時(shí),銑刀相對(duì)于定位面3的距離是一定的,用對(duì)刀塊調(diào)整后便不再變動(dòng),直到換刀時(shí)再重新調(diào)整,由于刀具調(diào)整尺寸與工序尺寸一致,因此定位誤差δ=0，本工序的加工誤差

δ=2ΔH。工序二:加工臺(tái)階面2。以底面定位,如圖4-28(c)所示,此時(shí)定位基準(zhǔn)為底面3,而設(shè)計(jì)基準(zhǔn)為頂面1,即基準(zhǔn)不重合,因此尺寸A±ΔA就不能直接得到,要通過尺寸H±ΔH和C間接得到。這是由于工序一加工后頂面1的尺寸在H±ΔH范圍內(nèi)變動(dòng),導(dǎo)致加工尺寸A±ΔA

變?yōu)锳±ΔA±ΔH,其誤差增大,顯然該誤差完全是由于定位基準(zhǔn)與設(shè)計(jì)基準(zhǔn)不重合引起的,稱為“基準(zhǔn)不重合誤差”,其值為2ΔH。因此,本工序的加工誤差δ=2ΔH+2ΔA。若將工序二的定位方案改進(jìn),使定位基準(zhǔn)與設(shè)計(jì)基準(zhǔn)重合,如圖4-28(d)所示,則雖然提高了定位精度,但夾具結(jié)構(gòu)復(fù)雜,工件安裝不便,并使加工穩(wěn)定性和可靠性變差,因而有可能產(chǎn)生更大的加工誤差。因此,從多方面考慮,在滿足加工要求的前提下,基準(zhǔn)不重合的定位方案在實(shí)踐中采用得非常多。

2.定位誤差的計(jì)算

1)用一個(gè)平面定位平面

圖4-29所示的工件用三個(gè)支承釘定位,加工一個(gè)臺(tái)階面,要求的尺寸如圖所示,則定位誤差為

ΔDW(A)=0

ΔDW(B)=δ

定位誤差是由于基準(zhǔn)不重合造成的。圖4-29平面定位時(shí)的基準(zhǔn)不重合誤差

2)用兩個(gè)垂直支承定位平面

圖4-30(a)所示的工件用三個(gè)支承釘定位底面,用兩個(gè)支承釘定位側(cè)面,加工一個(gè)臺(tái)階面,要求的尺寸如圖所示,要保證尺寸B,則定位誤差為

ΔDW(B)=2(H－h(huán))tanΔα

這種情況下基準(zhǔn)是重合的,定位誤差是由于工件定位面不準(zhǔn)確所造成的,工件的兩個(gè)定位面不垂直,有角度誤差±Δα,因此產(chǎn)生基準(zhǔn)位移誤差。如圖4-30(b)所示,要保證尺寸A1,則不僅有基準(zhǔn)不重合誤差ΔA2,同時(shí)還有由于定位面不準(zhǔn)確所造成的基準(zhǔn)位移誤差ΔDW(B)=2(H－h(huán))tanΔα,其定位誤差為

ΔDW(A1)=2ΔA2+2(H－h(huán))tanΔα圖4-30支承定位時(shí)的基準(zhǔn)位移誤差

3)用兩個(gè)垂直支承定位外圓表面

圖4-31所示的工件用兩個(gè)支承板定位外圓,加工一個(gè)鍵槽,要求的尺寸如圖所示,則定位誤差:尺寸A有由于定位基準(zhǔn)不準(zhǔn)確所造成的基準(zhǔn)位移誤差δD/2,尺寸A的定位誤差ΔDW(A)=δD/2。

尺寸B有基準(zhǔn)不重合誤差δD/2,尺寸B的定位誤差ΔDW(B)=δD/2。

尺寸C無基準(zhǔn)不重合誤差,尺寸C的定位誤差ΔDW(C)=0。圖4-31用支承定位外圓表面時(shí)的定位誤差

4)用一面兩銷定位工件

工件用一面兩銷(一個(gè)為圓柱定位銷,另一個(gè)為菱形銷)定位時(shí),其基準(zhǔn)位移誤差表現(xiàn)在位移誤差和轉(zhuǎn)角誤差兩個(gè)方面,如圖4-32所示。圖4-32一面兩銷定位時(shí)的定位誤差

(1)位移誤差。

對(duì)定位銷1來說,位移誤差就是間隙造成的誤差,所以位移誤差為

εD1=δD1+δd1+Δ1

式中:δD1為孔1的直徑公差;δd1為定位銷1的直徑公差;

Δ1為孔1與定位銷1的最小間隙。對(duì)定位銷2(菱形銷)來說,它在兩個(gè)方向的位移誤差值是不同的。

在x方向:

εD2x=δD2+δd2+Δ2

式中:δD2為孔2的直徑公差;δd2為定位銷2的直徑公差;

Δ2為孔2與定位銷2的最小間隙。在z方向:

εD2z=δL孔+δL銷

式中:δL孔為兩孔中心距的公差;δL銷為兩定位銷中心距的公差。

在用一面兩銷定位時(shí),如果使定位銷1準(zhǔn)確定位,由定位銷2來補(bǔ)償兩銷和兩孔中心距誤差,則整個(gè)的位移誤差就根據(jù)定位銷1來計(jì)算。當(dāng)采用兩面和一個(gè)削邊銷定位時(shí),其位移誤差和上述定位銷2(削邊銷)相同,如圖4-33所示。

(2)轉(zhuǎn)角誤差。

轉(zhuǎn)角誤差為

式中:L為工件上兩孔中心距的基本尺寸,即夾具上兩定位銷中心距的基本尺寸。圖4-33一面一孔定位4.4工件的夾緊

4.4.1夾緊裝置

1.夾緊裝置的組成

圖4-34所示的夾緊裝置中,壓板4直接用于夾緊工件,是夾緊元件;汽缸1用來產(chǎn)生夾緊動(dòng)力,是動(dòng)力源裝置;介于二者之間的是斜楔2和滾子3,將汽缸產(chǎn)生的原動(dòng)力以一定的

大小和方向傳遞給夾緊元件,是中間傳力機(jī)構(gòu)。圖4-34夾緊裝置

1)夾緊元件

夾緊元件是執(zhí)行夾緊任務(wù)的最終元件,直接和工件接觸。夾緊元件可以是一個(gè),也可以是一組。

2)中間傳力機(jī)構(gòu)

中間傳力機(jī)構(gòu)是把動(dòng)力源裝置產(chǎn)生的力傳給夾緊元件的中間機(jī)構(gòu),其主要作用是改變夾緊力的大小和方向,使夾緊力實(shí)現(xiàn)自鎖。

3)動(dòng)力源裝置

動(dòng)力源裝置是產(chǎn)生夾緊力的動(dòng)力來源,一般有電動(dòng)、氣動(dòng)、液壓、電磁等形式。若動(dòng)力來源為人進(jìn)行手動(dòng)夾緊,則認(rèn)為此夾具無動(dòng)力源裝置。

中間傳力機(jī)構(gòu)和夾緊元件統(tǒng)稱為夾緊機(jī)構(gòu),所以也可以說夾緊裝置由動(dòng)力源裝置和夾緊機(jī)構(gòu)兩大部分組成。

2.夾緊裝置的基本要求

(1)夾緊裝置應(yīng)保證工件的定位,而不應(yīng)因夾緊破壞工件定位的可靠性。

(2)夾緊時(shí)要有足夠的夾緊力,但夾緊力不能使工件產(chǎn)生過大的夾緊變形。

(3)有足夠的夾緊行程夾緊動(dòng)作迅速,操縱方便使用安全。(4)機(jī)動(dòng)夾緊裝置要考慮夾緊的自鎖性和原動(dòng)力的穩(wěn)定性,手動(dòng)夾緊機(jī)構(gòu)要有可靠的自鎖性。

(5)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊,制造、維修方便。

3.典型夾緊機(jī)構(gòu)

1)斜楔夾緊機(jī)構(gòu)

斜楔夾緊機(jī)構(gòu)如圖4-35所示。夾緊時(shí)外力作用在楔塊的大端,使楔塊楔入夾具與工件之間,斜面移動(dòng),產(chǎn)生壓力,工件夾緊。當(dāng)外力作用在楔塊的小端時(shí),使楔塊從夾具與工件之間退出,壓力消除,工件卸下。圖4-35斜楔夾緊機(jī)構(gòu)

2)螺旋夾緊機(jī)構(gòu)

螺旋夾緊機(jī)構(gòu)通過轉(zhuǎn)動(dòng)螺旋,使螺母在高度上發(fā)生變化,實(shí)現(xiàn)對(duì)工件的夾緊。其特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,增力大,自鎖性好,但夾緊動(dòng)作較慢。生產(chǎn)中使用的螺旋夾緊機(jī)構(gòu)主要是螺旋壓板夾緊機(jī)構(gòu)。

圖4-36所示為幾種常用的螺旋壓板夾緊機(jī)構(gòu)。圖4-36(a)中,工件由螺桿、螺母通過壓板被夾緊。為便于壓板后退和防止轉(zhuǎn)動(dòng),在壓板中間和下面開有長(zhǎng)孔和直槽。彈簧在螺母松開后,能使壓板自動(dòng)抬起并與工件脫開。球型墊圈在壓板傾斜時(shí),可以避免螺桿的彎曲和變形。

圖4-36(b)所示的壓板和螺桿為鉸鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)。螺母松開后，螺栓翻離壓板，壓板即可逆時(shí)針翻轉(zhuǎn),方便裝卸工件。圖4-36螺旋壓板夾緊機(jī)構(gòu)一般螺旋夾緊機(jī)構(gòu)動(dòng)作較慢,為了克服這一缺點(diǎn),可采用如圖4-37所示的螺旋快速夾緊裝置

圖4-37(a)為快速撤離機(jī)構(gòu)。圖中,螺桿開有螺旋槽和直槽,轉(zhuǎn)動(dòng)手柄,螺釘從螺旋槽到直槽,松開工件,沿直槽可將螺桿快速退到圖示位置,方便工件的裝卸。

圖4-37(b)為帶有開口墊圈的螺母夾緊。螺母外徑小于工件孔徑,只要稍松螺母,抽出開口墊圈,工件即可穿過螺母取出。圖4-37螺旋快速夾緊裝置

3)偏心夾緊機(jī)構(gòu)

偏心夾緊機(jī)構(gòu)多采用偏心輪通過壓塊夾緊工件，或者配以各種壓板構(gòu)成復(fù)合夾緊機(jī)構(gòu)。偏心夾緊機(jī)構(gòu)夾緊迅速。

圖4-38所示為兩種壓板偏心夾緊機(jī)構(gòu)。壓板偏心復(fù)合夾緊機(jī)構(gòu)的應(yīng)用較為廣泛。圖4-38偏心夾緊機(jī)構(gòu)

4)鉸鏈夾緊機(jī)構(gòu)

鉸鏈夾緊機(jī)構(gòu)的主要特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，摩擦損失小,增力比大,但自鎖性差。因此,該機(jī)構(gòu)常用在氣動(dòng)夾具中作

為增力機(jī)構(gòu),以彌補(bǔ)汽缸原動(dòng)力的不足,如圖4-1所示。

5)定心夾緊機(jī)構(gòu)

(1)雙向定心的螺旋式夾緊機(jī)構(gòu)。圖4-39所示為雙向定心的螺旋式夾緊機(jī)構(gòu)。螺桿被固定叉所限制，它只轉(zhuǎn)動(dòng)，不移動(dòng)。螺桿轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，其上的左右螺紋帶動(dòng)V形塊和定位板同時(shí)等速向工件移動(dòng)，從而使工件被定位夾緊。工件定位精度取決于螺紋的精度和螺桿的軸向位置。圖4-39雙向定心的螺旋式夾緊機(jī)構(gòu)

(2)滑塊斜楔定心加緊機(jī)構(gòu)。圖4-40所示為滑塊斜楔定心夾緊機(jī)構(gòu)。當(dāng)旋轉(zhuǎn)滾花螺釘時(shí)，斜面推動(dòng)壓塊移動(dòng)，

三爪分別動(dòng)作，使工件得到定心并夾緊。這種機(jī)構(gòu)定心精度不高，適用于工件的粗加工。圖4-40滑塊斜楔定心夾緊機(jī)構(gòu)

6)聯(lián)動(dòng)夾緊機(jī)構(gòu)

(1)多點(diǎn)夾緊。多點(diǎn)夾緊機(jī)構(gòu)利用一個(gè)原始力,通過帶浮動(dòng)元件的機(jī)構(gòu)分散到數(shù)個(gè)點(diǎn)上對(duì)工件進(jìn)行夾緊。圖4-41(a)所示為通過作用力Q,使壓頭繞小軸中心線擺動(dòng),實(shí)現(xiàn)兩個(gè)方向上的兩點(diǎn)夾緊;圖4-41(b)所示為使浮動(dòng)件在水平方向上移動(dòng),實(shí)現(xiàn)兩點(diǎn)夾緊。圖4-41多點(diǎn)夾緊機(jī)構(gòu)

(2)多件夾緊機(jī)構(gòu)。多件夾緊機(jī)構(gòu)由一個(gè)原始作用力,通過一定浮動(dòng)機(jī)構(gòu)對(duì)數(shù)個(gè)相同或不相同的工件實(shí)現(xiàn)夾緊,如圖4-42所示。圖4-42多件夾緊機(jī)構(gòu)

4.夾緊動(dòng)力源裝置

1)氣動(dòng)夾緊裝置

氣動(dòng)夾緊是一種以壓縮空氣為動(dòng)力的夾緊形式。壓縮空氣一般由工廠空壓機(jī)房集中供應(yīng)。這種裝置使用操作方便,夾緊動(dòng)作快,效率高,因此使用廣泛,但工作后排放壓縮空氣時(shí)會(huì)造成噪聲污染。

2)液壓夾緊裝置

液壓夾緊裝置操作簡(jiǎn)單、省力,輔助時(shí)間少,工作平穩(wěn),夾緊可靠,噪音小,勞動(dòng)條件好。該裝置特別適合于強(qiáng)力切削和加工大型工件時(shí)的多處夾緊,在組合機(jī)床和自動(dòng)線上使用比較廣泛,因?yàn)橛鞋F(xiàn)成的高壓油可供使用。但是,當(dāng)機(jī)床沒有液壓系統(tǒng)時(shí),則需要專用的液壓系統(tǒng),從而會(huì)使夾具的成本提高。

3)氣液組合夾緊裝置

氣液組合夾緊的能量來源是壓縮空氣,它利用壓縮空氣推動(dòng)增壓器活塞動(dòng)作,并通過油缸推動(dòng)活塞桿,從而夾緊工件。4)電動(dòng)夾緊裝置

電動(dòng)夾緊系統(tǒng)一般由電動(dòng)機(jī)、減速裝置和螺旋副等傳動(dòng)裝置組成。同液壓、氣動(dòng)夾緊裝置比較,該裝置省去了復(fù)雜的管路系統(tǒng),噪聲小,基本無環(huán)境污染,而且電力傳輸方便,因此在夾具中應(yīng)用較為廣泛。

5)電磁夾緊裝置

該裝置一般作為機(jī)床附件的通用夾具,如平面磨床上的磁力吸盤等。由于電磁夾緊力不大,因此電磁夾緊裝置只適于一些切削力較小的切削加工。

6)自?shī)A緊裝置

自?shī)A緊裝置直接利用機(jī)床的運(yùn)動(dòng)或切削力來進(jìn)行夾緊,不需要另設(shè)夾緊動(dòng)力源,鉆孔時(shí)刀具實(shí)現(xiàn)了工件的夾緊動(dòng)作。

7)真空夾緊裝置

真空夾緊裝置利用封閉腔內(nèi)真空的吸力來夾緊工件,實(shí)質(zhì)上是利用大氣壓力來夾緊工件,該機(jī)構(gòu)特別適合于夾緊薄壁易變形的零件。4.4.2夾緊力的確定

1.夾緊力方向的確定

(1)應(yīng)使定位基面與定位元件接觸良好,當(dāng)工件由幾個(gè)表面組合定位時(shí),主要夾緊力的方向應(yīng)朝向主要定位基面。

如圖4-43所示,工件以A、B面定位鏜孔K,要求保證孔的軸線與A面垂直。顯然,A面是主要定位基面,主要夾緊力應(yīng)朝向該面。如果使夾緊力指向B面,則由于A面與B面間存在垂直度誤差,因此α≠90°,將不能滿足加工要求。圖4-43夾緊力方向的確定1

(2)應(yīng)與工件剛度最大的方向一致,以減小工件變形。圖4-44所示為加工薄壁套筒的兩種夾緊方式。由于工件的徑向剛度較差,因此用圖(a)的徑向夾緊方式將產(chǎn)生過大的夾緊變形而無法保證加工精度;圖(b)的軸向夾緊方式,由于工件軸向剛度大,因此夾緊力產(chǎn)生的變形很小,加工精度容易保證。圖4-44夾緊力方向的確定2

(3)夾緊力的方向應(yīng)盡量與工件受到的切削力、重力等的方向一致,以減小夾緊力。

2.夾緊力作用點(diǎn)的確定

(1)夾緊力的作用點(diǎn)應(yīng)正對(duì)支承元件或位于支承元件所形成的支承面內(nèi)。如圖4-45所示,A處的夾緊力作用點(diǎn)位于支承元件之外,所產(chǎn)生的轉(zhuǎn)動(dòng)力矩可使工件發(fā)生翻轉(zhuǎn),會(huì)破壞

工件的定位;B處的夾緊力作用點(diǎn)就處于正確位置。圖4-45夾緊力作用點(diǎn)的確定1

(2)夾緊力的作用點(diǎn)應(yīng)位于工件剛性較好的部位。對(duì)于薄壁件,如果必須在工件剛性較差的部位夾緊,則應(yīng)采用多點(diǎn)夾緊或使夾緊力均勻分布,以減小工件的夾緊變形。如圖4-46所示,當(dāng)夾緊力為圖中虛線位置時(shí),將引起較大的工件變形,如改在圖示實(shí)線位置,則由于該部位工件剛性較好,因此變形較小。圖4-47所示的薄壁工件必須在剛性差的部位夾緊,這時(shí)如加一厚度較大的錐面墊圈,使夾緊力均勻地分布在薄壁上,就不會(huì)產(chǎn)生工件局部壓陷。圖4-46夾緊力作用點(diǎn)的確定2圖4-47夾緊力作用點(diǎn)的確定3

(3)夾緊力的作用點(diǎn)應(yīng)盡量靠近加工表面,以減小切削力對(duì)夾緊點(diǎn)的力矩,防止或減小工件的加工振動(dòng)或彎曲變形。對(duì)于有些由于結(jié)構(gòu)限制而使夾緊力的作用點(diǎn)遠(yuǎn)離加工表面且剛性較差的工件,應(yīng)在加工表面附近增加輔助支承及對(duì)應(yīng)的附加夾緊力,如圖4-48中FQ2所示。圖4-48夾緊力作用點(diǎn)的確定4

3.夾緊力大小的確定

實(shí)際設(shè)計(jì)工作中,夾緊力的大小常根據(jù)同類夾具的實(shí)際使用情況,用類比法進(jìn)行估算,或?qū)A具和工件看成剛性系統(tǒng),找出加工過程中對(duì)夾緊最不利的瞬時(shí)狀態(tài),按靜力平衡條件進(jìn)行分析計(jì)算。計(jì)算時(shí),為使夾緊可靠,應(yīng)將計(jì)算出的理論夾緊力乘以安全系數(shù)K,作為實(shí)際夾緊力。K值在粗加工時(shí)取4.5~3,精加工時(shí)取1.5~2。

4.5夾具的組成部件

4.5.1連接元件

定位鍵有矩形和圓形兩種。圖4-49(a)所示的圓形定位鍵容易加工,但較易磨損,使用較少。矩形定位鍵如圖4-49(b)所示,其上部與夾具體底面上的槽配合,通過螺釘連接在夾具

體上,其下部與機(jī)床工作臺(tái)上的T形槽配合。如圖4-1所示,夾具在工作臺(tái)上的夾緊是在夾具體上設(shè)計(jì)開口耳座,用T形槽螺栓和螺母進(jìn)行夾緊。圖4-49定位鍵4.5.2對(duì)刀裝置

用調(diào)整法進(jìn)行銑削加工時(shí),為確定工件相對(duì)于刀具的位置,銑床夾具一般設(shè)置有對(duì)刀裝置。對(duì)刀裝置的結(jié)構(gòu)形式取決于工件加工表面的形狀。圖4-50所示為幾種常用的對(duì)刀裝置。其中，圖(a)用于銑平面;圖(b)用于銑槽或臺(tái)階面;圖(c)、(d)用于銑削成型面。圖4-50對(duì)刀裝置對(duì)刀時(shí),在刀具與對(duì)刀塊之間加一塞尺,可避免刀具與對(duì)刀塊直接接觸而損壞刀刃或造成對(duì)刀塊的磨損。塞尺

有平塞尺和圓柱形塞尺兩種。平塞尺厚度一般為1mm、

2mm、3mm,圓柱形塞尺直徑常用3mm或5mm。目前對(duì)刀塊與塞尺均已標(biāo)準(zhǔn)化。4.5.3夾具體

(1)剛度。夾具體要有足夠的剛度,以承受工件安裝時(shí)的夾緊力和加工時(shí)的切削力。夾具體可選鑄件、焊接件或機(jī)加件。

(2)工藝性。夾具體一般比較復(fù)雜,所以要考慮結(jié)構(gòu)工藝性,使加工和裝配合理、方便。

(3)使用方便,便于排屑和清掃切屑。

4.6常用夾具

4.6.1車床夾具

圖4-51所示為加工軸承座內(nèi)孔的角鐵式車床夾具,工

件6以底面在支承板3上定位,兩孔在圓柱銷2和削邊銷1上定位,用兩塊壓板夾緊工件。圖4-51角鐵式車床夾具

1.定位裝置

在車床上加工回轉(zhuǎn)表面時(shí),要求工件加工面的軸線必須和車床主軸的旋轉(zhuǎn)軸線重合。對(duì)于支座、殼體等工件,當(dāng)被加工工件的回轉(zhuǎn)表面與工序基準(zhǔn)之間有尺寸要求或相互位置精度時(shí),應(yīng)以?shī)A具回轉(zhuǎn)軸線為基準(zhǔn)來確定定位元件工作表面的位置。

圖4-51中,就要根據(jù)夾具的軸線來確定支承板以及兩定位銷的位置。

2.夾緊裝置

車削時(shí)工件和夾具一起隨主軸作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng),在加工過程中,工件除受切削扭矩的作用外,整個(gè)夾具還受離心力的作用,而且工件定位基準(zhǔn)的位置相對(duì)于切削力和重力的方向是變化的。因此,夾緊機(jī)構(gòu)所產(chǎn)生的夾緊力必須足夠,自鎖性能要好,以防止工件在加工過程中松動(dòng)。

3.車床夾具與機(jī)床的連接

(1)對(duì)于徑向尺寸D小于140mm,或D<(2~3)d的小型夾具,一般通過錐柄安裝在車床主軸錐孔中,并用螺栓拉緊,這種連接方式的定心精度較高。

(2)對(duì)于徑向尺寸較大的夾具,一般通過過渡盤與車床主軸連接。

4.夾具的總體結(jié)構(gòu)要求

(1)結(jié)構(gòu)緊湊、懸伸短。車床夾具一般是在懸臂狀態(tài)下工作的,為保證加工的穩(wěn)定性,夾具的結(jié)構(gòu)應(yīng)力求緊湊、輕便,懸伸長(zhǎng)度要短,使重心盡可能靠近主軸端部。

(2)平衡。由于車床夾具在加工時(shí)隨主軸旋轉(zhuǎn),且車削轉(zhuǎn)速較高,所以要保證夾具的重心和主軸的回轉(zhuǎn)軸線同軸,就要對(duì)車床夾具進(jìn)行平衡設(shè)計(jì)。

平衡的方法有兩種:設(shè)置配重塊或加工減重孔。配重塊上應(yīng)開有弧形槽或徑向孔,以便調(diào)整配重塊的位置。

(3)安全。車床夾具應(yīng)設(shè)計(jì)成圓形結(jié)構(gòu),且夾具上的各個(gè)元件(包括工件)一般不允許突出在夾具體的圓形輪廓之外。此外,還應(yīng)注意防止切屑纏繞和冷卻潤(rùn)滑液的飛濺等問題,必要時(shí)可設(shè)置防護(hù)罩。4.6.2銑床夾具

銑床夾具如圖4-1所示,用于在臥式銑床上加工法蘭盤上的兩個(gè)平面,工件以端面和中心的孔為定位基準(zhǔn),在支承板和定位銷上實(shí)現(xiàn)5點(diǎn)定位,采用汽缸通過聯(lián)動(dòng)的鉸鏈機(jī)構(gòu)帶動(dòng)壓爪夾緊工件。銑削加工為多刃斷續(xù)切削,一般切削用量較大,切削力也大,極易產(chǎn)生銑削振動(dòng),在設(shè)計(jì)時(shí)要特別注意工件定位的穩(wěn)定性和夾緊的可靠性。

為提高生產(chǎn)率,銑床夾具設(shè)計(jì)中定位可安排工件多件加工,夾緊應(yīng)采用快速夾緊、聯(lián)動(dòng)夾緊等高效夾緊裝置。對(duì)于大型銑床夾具,在夾具體上還要設(shè)置懸吊裝置,以便搬運(yùn)。4.6.3鏜床夾具

圖4-52所示為鏜削車床尾架孔的雙支承鏜模結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖。圖中，鏜模的兩個(gè)支承分別設(shè)置在刀具的前方和后方,鏜刀桿9和主軸通過浮動(dòng)接頭10連接;工件以底面、槽及側(cè)面在定位板3、4及可調(diào)支承釘7上定位,限制6個(gè)自由度,采用聯(lián)動(dòng)夾緊機(jī)構(gòu)夾緊,擰緊夾緊螺釘6,壓板5、8同時(shí)將工件夾緊;鏜模支架1上用回轉(zhuǎn)鏜套2來支承和引導(dǎo)鏜桿;鏜模以底面A安裝在機(jī)床工作臺(tái)上,其位置用B面找正。圖4-52鏜床夾具

1.找正面

由于箱體孔系的加工精度一般要求較高,因此鏜床夾具的制造精度要求也較高。為便于確定鏜床夾具在機(jī)床工作臺(tái)上的相對(duì)位置,一般在鏜模底座的側(cè)面設(shè)置一窄長(zhǎng)的找正基準(zhǔn)面,安裝時(shí)用百分表找正。

2.鏜桿的引進(jìn)結(jié)構(gòu)

由于鏜套的結(jié)構(gòu)類型不一樣,因此鏜桿的引進(jìn)結(jié)構(gòu)也不一樣,設(shè)計(jì)時(shí)可參閱有關(guān)設(shè)計(jì)手冊(cè)。

3.鏜模支架

鏜模支架主要用來安裝鏜套和承受切削力,要求有足夠的剛性和穩(wěn)定性,在結(jié)構(gòu)上一般要有較大的安裝基面,并設(shè)置必要的加強(qiáng)筋,且支架上不允許安裝夾緊機(jī)構(gòu)和承受夾緊反力,以免支架變形而破壞精度。支架的典型結(jié)構(gòu)和尺寸可參閱有關(guān)設(shè)計(jì)手冊(cè)。

4.鏜模底座

鏜模底座比其他夾具體要高,且內(nèi)腔設(shè)有田字格形加強(qiáng)筋。底座的典型結(jié)構(gòu)和尺寸可參閱有關(guān)設(shè)計(jì)手冊(cè)。

5.浮動(dòng)接頭

當(dāng)用雙支承鏜模鏜孔時(shí),鏜桿通過浮動(dòng)接頭與機(jī)床主軸浮動(dòng)連接。

6.鏜套

鏜套的結(jié)構(gòu)形式和精度直接影響被加工孔的精度。常用的鏜套有固定式鏜套和回轉(zhuǎn)式鏜套兩類。

圖4-53所示的固定式鏜套在加工時(shí)鏜套不隨鏜桿轉(zhuǎn)動(dòng)。A型鏜套靠鏜桿上開的油槽潤(rùn)滑;B型鏜套設(shè)置有油杯和油槽,使鏜桿和鏜套之間能充分地潤(rùn)滑,從而減少鏜套的磨損。固定式鏜套外形尺寸小,結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,導(dǎo)向精度高,但鏜套容易磨損,一般用于低速鏜孔。圖4-53固定式鏜套回轉(zhuǎn)式鏜套隨鏜桿一起轉(zhuǎn)動(dòng),鏜桿與鏜套之間只有相對(duì)移動(dòng),大大減少了鏜套的磨損,主要用于高速鏜孔。

圖4-54所示為回轉(zhuǎn)式鏜套,用于臥式鏜孔。由于鏜套與支架之間安裝了滾動(dòng)軸承,所以回轉(zhuǎn)線速度得到了提高,但徑向尺寸較大,回轉(zhuǎn)精度主要受軸承精度的影響。圖4-54回轉(zhuǎn)式鏜套4.6.4鉆床夾具

根據(jù)夾具的總體結(jié)構(gòu)和鉆模板的特點(diǎn),生產(chǎn)中使用的鉆模有固定式、回轉(zhuǎn)式、移動(dòng)式、翻轉(zhuǎn)式、蓋板式、鉸鏈?zhǔn)?、滑柱式等結(jié)構(gòu)。

1.鉆套

在鉆、擴(kuò)、鉸加工時(shí),鉆套用來引導(dǎo)刀具以保證被加工孔的位置精度。鉆套有標(biāo)準(zhǔn)鉆套和特殊鉆套兩大類。

1)標(biāo)準(zhǔn)鉆套

標(biāo)準(zhǔn)鉆套有固定鉆套、可換鉆套和快換鉆套、長(zhǎng)型快換鉆套、薄壁鉆套等不同類型。

圖4-55(a)所示為固定鉆套,鉆套和鉆模板采用過盈配合安裝。這種鉆套結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,鉆孔精度高,但磨損后不能更換,適用于單一鉆孔工序的小批生產(chǎn)。圖(b)所示為可換鉆套,鉆套采用過渡配合裝在襯套中,襯套采用過渡配合壓裝在鉆模板上,鉆套用螺釘壓緊,以防止鉆套轉(zhuǎn)動(dòng)和退刀時(shí)脫出。鉆套磨損后,將螺釘松開即可更換。這種鉆套適用于大批量生產(chǎn)時(shí)的單一鉆孔工序。圖(c)所示為快換鉆套,其結(jié)構(gòu)與可換鉆套相似,當(dāng)工件同一孔須經(jīng)多工步加工(如鉆、擴(kuò)、鉸或攻螺紋等)時(shí),能快速更換不同孔徑的鉆套。更換時(shí),將鉆套缺口轉(zhuǎn)至螺釘處,即可快速取出更換。

圖(d)所示為長(zhǎng)型快換鉆套，圖(e)所示為薄壁鉆套。圖4-55標(biāo)準(zhǔn)鉆套

2)特殊鉆套

當(dāng)工件的結(jié)構(gòu)形狀不適合采用標(biāo)準(zhǔn)鉆套時(shí),可自行設(shè)計(jì)與工件相適應(yīng)的特殊鉆套,如圖4-56所示。圖4-56(a)是鉆兩個(gè)近距離孔的鉆套結(jié)構(gòu);圖(b)是在工件深凹面上鉆孔;圖(c)是在斜面上鉆孔。圖4-56特殊鉆套

2.鉆模的分類

1)固定式鉆模

固定式鉆模的特點(diǎn)是鉆模用螺釘壓板固定在機(jī)床上,用于在立式鉆床上加工單孔或在搖臂鉆床上加工位于同一方向上的平行孔系。由于它在機(jī)床上的位置固定,故所加工孔的精度較高。

2)回轉(zhuǎn)式鉆模

回轉(zhuǎn)式鉆模用于加工工件上圍繞某一軸線分布的軸向或徑向孔系,工件一次安裝,經(jīng)夾具分度機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)位順序加工各孔。圖4-57所示為加工扇形工件上3個(gè)徑向孔的回轉(zhuǎn)式鉆模。擰緊螺母10,通過開口墊圈9將工件夾緊。轉(zhuǎn)動(dòng)手柄7,可將分度盤11松開,用手鈕6將分度對(duì)定銷5從定位套4中拔出,將

分度盤11連同工件一起轉(zhuǎn)過20°,再將分度對(duì)定銷5插入定位套4′或4″,即實(shí)現(xiàn)了分度。轉(zhuǎn)動(dòng)手柄7,將分度盤鎖緊即可加工。圖4-57回轉(zhuǎn)式鉆模

3)移動(dòng)式鉆模

移動(dòng)式鉆模用在立式鉆床上,先后鉆削工件同一表面上的多個(gè)孔,屬于小型夾具,被加工的孔徑一般小于10mm。移動(dòng)方式有兩種:一種是自由移動(dòng),讓鉆套去對(duì)準(zhǔn)鉆頭;另一種是定向移動(dòng),用專門設(shè)計(jì)的導(dǎo)軌和定程機(jī)構(gòu)來控制移動(dòng)的方向和距離。

4)翻轉(zhuǎn)式鉆模

在加工中,翻轉(zhuǎn)式鉆模一般用手進(jìn)行翻轉(zhuǎn)。所以,夾具和工件總重量不能太重,一般以不超過10kg為宜。

翻轉(zhuǎn)式鉆模主要用于加工小型工件分布在不同表面上的孔,它可以減少安裝次數(shù),提高各被加工孔的位置精度,但其加工批量不宜過大。

5)蓋板式鉆模

蓋板式鉆模適合在體積大而笨重的工件上加工小孔,也可用在中小工件上鉆孔。對(duì)于中小批量的生產(chǎn),若在鉆孔后立即進(jìn)行倒角、锪孔、攻螺紋等工序,則采用蓋板式鉆模也極為方便。

蓋板式鉆模每次需從工件上裝卸,故鉆模的重量一般不超過10kg。圖4-58所示為蓋板式鉆模示意圖。圖4-58蓋板式鉆模4.6.5組合夾具

1.組合夾具的組成

組合夾具由八大類零件組成,即基礎(chǔ)件、支承件、定位件、導(dǎo)向件、夾緊件、緊固件、輔助件及組合件。

1)基礎(chǔ)件

基礎(chǔ)件主要用作夾具體,有方形基礎(chǔ)板、長(zhǎng)方形基礎(chǔ)板、圓形基礎(chǔ)板和角尺形基礎(chǔ)板等。基礎(chǔ)板的各個(gè)面上都有T形槽、螺釘孔,通過定位鍵、螺栓來安裝其他元件。

2)支承件

支承件主要用作不同高度的支承和各種定位支承平面,將其他元件與基礎(chǔ)件連成一體,或作為夾具中的定位元件使用,分為墊片、墊板、支承等。墊片有方墊片、長(zhǎng)方墊片等;墊板有方墊板、長(zhǎng)方墊板、緊固支承墊板、角鐵墊板、菱形墊板、V形墊板等;

支承有方支承、長(zhǎng)方支承、緊固支承、角鐵支承、V形支承等。

支承件有時(shí)可以和基礎(chǔ)件一起構(gòu)成夾具體,也可以在小型組合夾具中單獨(dú)作為夾具體。

3)定位件

定位件主要用作定位元件,以保證組合夾具的精度和強(qiáng)度,有定位鍵、定位銷、定位盤、定位支承、定位板、定位支座、定位軸和頂尖等。

4)導(dǎo)向件

導(dǎo)向件主要用來確定孔加工刀具的位置,并起引導(dǎo)刀具的作用,有時(shí)也可起定位作用。導(dǎo)向件有鉆模板、鉆套和導(dǎo)向支承等。

5)夾緊件

夾緊件用來夾緊工件,有各種壓板,如平壓板、U型壓板、鉤形壓板、伸長(zhǎng)壓板、叉形壓板等。

6)緊固件

緊固件用于夾具上各元件之間的夾緊,有各種螺釘、螺母、螺栓、墊圈等,而螺栓又有雙頭螺栓、T形螺栓、鉸鏈螺栓等,墊圈又有球面墊圈、開口墊圈等。

7)輔助件

除上述6類元件的元件都稱為輔助件,包括連接板、手柄、浮動(dòng)塊、接頭、彈簧、支承環(huán)等。

8)組合件

組合件是由若干個(gè)元件所組成的獨(dú)立部件,在組裝過程中作為一個(gè)獨(dú)立單元使用。

2.組合夾具的特點(diǎn)

(1)縮短了設(shè)計(jì)和制造專用夾具的周期及工作量,并縮短了生產(chǎn)準(zhǔn)備周期,提高了效率,且能重復(fù)多次使用,節(jié)省了人力、物力。因此,無論是對(duì)成批生產(chǎn)還是單件生產(chǎn)或新產(chǎn)品試制,其應(yīng)用都很廣泛。

2.組合夾具的特點(diǎn)

(1)縮短了設(shè)計(jì)和制造專用夾具的周期及工作量,并縮短了生產(chǎn)準(zhǔn)備周期,提高了效率,且能重復(fù)多次使用,節(jié)省了人力、物力。因此,無論是對(duì)成批生產(chǎn)還是單件生產(chǎn)或新產(chǎn)品試制,其應(yīng)用都很廣泛。

(2)元件選材好,精度高,耐磨性好。由于是由元件組裝的,并且能多次重復(fù)使用,因此元件的制造精度和耐磨性對(duì)組合夾具的精度有很大的影響。組合夾具各類元件一般多用優(yōu)質(zhì)鋼滲碳淬火,精度較高,重要元件的材料多為合金鋼。

(3)剛度和接觸剛度較差,因?yàn)樗怯稍S多元件組裝而

成的。

4.7機(jī)床夾具的設(shè)計(jì)方法

(1)明確任務(wù),收集資料。

分析和研究被加工零件的零件圖、工序圖、工藝規(guī)程等文件,了解零件的生產(chǎn)類型,以及本工序的加工要求、加工余量、定位基準(zhǔn)、所使用的工藝裝備等,收集有關(guān)資料,如機(jī)床的技術(shù)參數(shù),夾具零部件的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)、部頒標(biāo)準(zhǔn)、企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和廠訂標(biāo)準(zhǔn),典型夾具結(jié)構(gòu)圖冊(cè),夾具設(shè)計(jì)指導(dǎo)資料等。

(2)擬訂夾具結(jié)構(gòu)方案,繪制夾具草圖,

包括的內(nèi)容有:

①確定工件的定位方案,設(shè)計(jì)定位裝置;

②確定工件的夾緊方案,設(shè)計(jì)夾緊裝置;

③確定刀具的引導(dǎo)方式,選擇或設(shè)計(jì)導(dǎo)向元件或?qū)Φ?/p>

元件;

④確定其他元件或裝置的結(jié)構(gòu)形式,如定位鍵、分度裝置等;

⑤確定夾具的總體結(jié)構(gòu)及夾具在機(jī)床上的安裝方式。

(3)繪制夾具總圖。

在繪制夾具總圖時(shí),主視圖取操作者面對(duì)機(jī)床所看到的夾具位置,用雙點(diǎn)畫線將工件的外形輪廓畫在各視圖相應(yīng)的位置上,待加工面上的加工余量可用網(wǎng)紋線表示。在夾具總圖中,工件應(yīng)看做透明體,不遮擋夾具的任何線條。其余圖樣畫法和常規(guī)裝配圖相同。

(4)繪制零件圖。

繪制夾具零件圖,夾具中的非標(biāo)準(zhǔn)零件都要繪制零件圖,并按總圖要求確定零件的尺寸、公差和技術(shù)條件。

(5)檢查。

夾具總圖、零件圖繪制完畢后,為了使夾具在工作中定位準(zhǔn)確、夾緊可靠,應(yīng)進(jìn)行一些檢查。

應(yīng)該注意的主要有以下幾點(diǎn):

①干涉檢查:工作時(shí),夾具不能和刀具、機(jī)床運(yùn)動(dòng)部件有干涉。

②運(yùn)動(dòng)檢查:夾具中運(yùn)動(dòng)零件的位置不應(yīng)受阻,如夾緊位置、松開位置和運(yùn)動(dòng)過程都不能和其他元件有干涉和碰撞。③定位調(diào)整:為保證不同批次毛坯件的尺寸差異,應(yīng)設(shè)計(jì)一些可調(diào)整結(jié)構(gòu)。

④防止誤定位:對(duì)外形對(duì)稱的工件,應(yīng)注意工件上的工藝標(biāo)記,或在夾