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1、第四章 機床夾具設計原理,學習目的與要求,（1）了解機床夾具的組成、作用及其對零件加工的重要性 （2）掌握對工件定位的概念、原理、要求及定位誤差的概念 （3）掌握各種不同定位方式定位誤差的計算 （4）熟悉對工件夾緊的目的、要求和夾緊機構 （5）熟悉各種機床上使用的夾具特點 （6）初步掌握夾具設計的方法、要點和步驟,主要內容,第4章 機床夾具設計原理 4.1 機床夾具的概述 4.2 工件的定位 4.3 典型的定位方式、定位元件及定位裝置 4.4 定位誤差 4.5 工件的夾緊 4.6 夾緊機構 4.7 夾具的動力裝置 4.8 夾具的其它裝置 4.9 夾具設計的方法及步驟 思考與練習：,一、機床夾具
2、的定義 廣義 機床夾具 輔助將刀具在機床上進行定位、夾緊的裝置。 二、工件的安裝 定義 內容： 方式：,4-1 夾具的基本概念,三、夾具的組成,1、夾具的組成 定位元件及定位裝置 夾緊元件及夾緊裝置 導向元件或對刀裝置 動力裝置 夾具體 其它元件與裝置 2、夾具的工作原理要點 使工件占有正確的加工位置 保證夾具定位工作面相對機床切削運動形成表面的準確幾何位置，滿足加工面對定位基準的相互位置精度要求 保證加工面對定位基準的位置尺寸,機床夾具和機床、刀具、工件之間關系圖,四、夾具的作用 （1）保證加工精度 （2）提高生產率 （3）減輕工人勞動強度 （4）擴大機床使用范圍 （5）降低生產成本 （6）
3、可由較低技術等級的工人加工,五、夾具分類 1、按專業(yè)化程度 通用夾具 專用夾具 成組夾具 組合夾具 隨行夾具 2、按機床種類 車床夾具 磨床夾具 鉆床夾具(鉆模) 鏜床夾具(鏜模) 銑床夾具 3、按動力源 手動、氣動、液壓、氣液、電動、電磁、真空、 自緊(切削力),4-2工件的定位,一、定位與基準 定位：工件在夾具中占有正確的位置 夾緊：固定工件的位置 定位基準：確定工件安裝時所用的基準,二、定位原理 自由度：一個物體在空間中可能具有的運動 剛體有六個自由度： 定位條件：采取各種約束措施來消除六個自由度 六點定位原理：,平面 1、2、3： 圓柱面 5、6 ： 槽 4 ：,圓盤類零件,軸類零件,
4、圓柱面 1、3、4、5： 槽 2： 端 6：,定位銷定位：,六點 定位原理,采用六個按一定規(guī)則布置的約束點，限制工件的六個自由度，實現(xiàn)完全定位,常見定位元件分析,V型鐵定位： 錐銷定位： 頂尖定位：,三、定位的正常情況與非正常情況,需限制5個自由度,需限制6個自由度,超定位的幾個例子,平面定位： 四個支撐釘三個,平面長銷 平面3個；長銷4個,改進措施,長銷與小端面,短銷與大端面,長銷與浮動端面墊,一面兩銷 兩個短銷均限制了 將其中一銷改為削邊銷,過定位益處,增加穩(wěn)定性 增加剛性,具體情況具體分析：,該限制的沒有限制欠定位，不允許；限制自由度小于六時，是欠定位或不完全定位 一個自由度被多個定位元
5、件限制超定位，一般不允許 工件定位面精度、夾具定位元件精度較高允許過定位提高剛度 工件剛度低，過定位提高剛度 根據(jù)加工要求確定定位 欠定位和過定位可能同時存在,5-3 典型的定位方式、定位元件及定位裝置,一、定位元件的要求 有與工件相應的精度； 有足夠的剛度； 有足夠的耐磨性。 二、常見的定位方式及定位元件 平面定位、外圓定位、內孔定位、復合定位 1、平面定位 應用場合：箱體、床身、機座、支架等 定位元件：支承釘及支承板、可調支承與自位支承、輔助支承,支承釘與支承板 精基準： 支承釘或支承板 粗基準： 三個支承釘 可調支承 用于未加工過的面（粗基準）,自位支承 輔助支承 避免粗基準的超定位 增
6、加工件剛性,輔助支承,2、圓孔定位 定位銷：主用于中心孔定位，一般d50mm 錐銷,心軸： A、剛性心軸,間隙配合，定心低,過盈配合，定心高,B、錐度心軸 常用錐度：1:10001:5000 工件緊，定心高，不用夾緊 C、彈性心軸： 定心精度高，裝卸方便,液性塑料心軸,D、定心心軸：用于粗基準或孔徑大時,孔定位,3、外圓定位 套筒 自動定心定位：卡盤及卡頭,支承 V型鐵定位 分類： 特點：對中性好 應用：外圓柱面定位；任意曲線柱面的定位；與其他定位元件組合使用；超定位時，可做成浮動形式,平支承,兩個平支承,半圓支承,4、圓錐孔定位 用錐軸限5個自由度，特例是頂尖（死頂尖和浮動頂尖） 5、復合定
7、位一個平面和兩個與平面垂直的孔組合；一個平面和一個與其垂直的孔組合 （1）一個平面和兩個與其垂直的孔 A 、采用兩個圓柱銷和一個平面的情況 使工件兩個孔中一個準確定位，兩孔中心距誤差和兩銷中心距誤差由另一個定位銷來補償,設孔1和銷1準確定位，兩者最小間隙1 ，要將孔2套入定位銷2，而兩個中心距又有誤差，則只能將定位銷2減小。從圖中可以看出，當兩孔中心距最大兩銷中心距最小或反之,L-Lx,L+Lx,2為孔2與銷2的最小間隙，這樣d2較小，從而定位的角度小誤差很大。 兩孔中心誤差和兩銷的中心誤差由兩個定位銷來補償： 將兩個銷直徑減小，這樣在中心連線方向定位精度降低，另外也不能減小角度誤差，因此很少
8、采用。,B、用削邊銷來補償兩孔中心距和兩銷中心距的誤差 削邊銷的出現(xiàn) 設兩孔中心距最大，兩銷中心距最小,如把定位銷2削成寬為b的扁銷，即可補償兩個中心距誤差使工件順利裝入。根據(jù)幾何關系得（兩三角形）,略去高階小量,當兩孔中心距最小，兩銷中心距最大時，結果相同。,削邊銷結構,已標準化,扁銷 剛性差,凸肚銷 制造復雜,菱形銷,C 、削邊銷（菱形）設計 已知：兩銷孔公稱尺寸及公差，兩孔中心距公稱尺寸及公差 求：兩銷公稱尺寸 削邊銷寬度及銷公差，兩銷孔中心距及公差 例：已知工件兩孔為 兩孔中心距為,解：公差為 對稱分布,確定圓柱銷的直徑及公差 圓柱銷1的為 最小間隙,確定菱形銷2的直徑公稱尺寸、公差及
9、寬度 先根據(jù)D2值查表選b（P204 表4.1），b=4 根據(jù)b求2 則由最小間隙,得， 選銷與孔為H/g，H/f，一般為g6，公差為 公差值為0.011 所以，取d2=12，則,（2）一個平面和一個與其垂直的孔組合 A、大平面、短銷 B、大平面、長銷 （3）兩個互相垂直的平面和一個與其中一個面垂直的孔組合 6、其它定位方式 一些特殊的如齒輪淬火后磨內孔齒余量均勻,齒面定位,5-4 定位誤差,一、與夾具有關的誤差： 1、定位誤差定 2、夾緊誤差夾緊 3、導向誤差導 4、夾具安裝誤差夾具安 5、夾具制造誤差夾具,對正安裝誤差az,az過程誤差,dw+az+gc= 各取1/3,二、定位誤差的分析,
10、定位誤差是否滿足要求，與分布有關，也與標準值（調整值有關）,誤差分布范圍,下限,上限,標準（調整時）,三、常見定位形式的定位誤差 1、用支承或平面作定位元件 平面定位 要求尺寸： A1 則由基準不重合引起的定位誤差定=A2,A2A2/2,支承定位平面 要求尺寸：A3 基準重合，但工件定位面不準，有基準位移引起定位誤差定=(H-h)tg()， =90,若要求A1 則即有基準位移引起，又有定位基準不重合 定=(H-h)tg()+A2,支承定位外圓表面 對H1: 定=D/2(不重合) 對H2: 定=0 對A: 定=D/2(不重合),2、用定位銷、心軸定位內圓表面和用套筒定位外圓表面 (1)中心偏移銷
11、或套筒垂直放置 如圖，x、y兩個方向定位誤差,當定位銷或套筒水平放置，由于重力等作用，高點接觸 定位誤差：,銷小孔大,銷大孔小,中心偏轉,3、錐心軸定位 當工件孔有孔徑誤差 時， 基準位移誤差： 孔直徑公差 錐角 當心軸有直徑誤差時,公差,位移誤差 對銷1來說最小間隙 各個方向 孔徑公差 銷徑公差 最小間隙,對銷2來說，由于不限x方向自由度，即由銷1決定。 y方向：,轉角：,轉角為,一般轉角：可取,4、V形鐵定位 下母線為設計基準（如鍵槽等） 此時由于基準不重合（QA、C）產生基準轉換誤差。設調整是按標準工件調整，工件直徑為d，現(xiàn)工件直徑為d +，則產生的定位誤差為,其中,帶入直徑公差誤差分布
12、范圍,中心線為設計基準(如端鍵槽) 此時定位誤差,=120，60，90,設計基準為上母線 此時定位誤差,=120，90，60,K3 K2 K1,注意,5-5 工件的夾緊,一、夾緊機構的組成 1、夾緊元件 2、動力裝置 3、中間傳力機構 二、夾緊機構的基本要求與設計原則 1、夾緊必須保證定位而不能破壞定位 主要夾緊力垂直于裝置基面,夾緊元件不應破壞工件定位,2、工件和夾具的夾緊變形必須在允許范圍內 夾緊力作用在工件剛性較好的方向上 夾緊力的著力點和支承點盡可能靠近切削力作用點,夾緊力的反作用力不應使夾具產生影響加工精度的變形 夾緊力大小要適當,3、夾緊機構必須可靠 夾緊元件本身有足夠的剛度和強度
13、 手動夾緊的自鎖性能可靠 夾緊機構有足夠的夾緊行程 4、夾緊機構的操作安全、省力、方便、迅速 5、夾緊機構的復雜程度和自動化程度與生產規(guī)模及工廠的財力、物力相適應,三、夾緊力的確定 夾緊力大小、方向和作用點 1、夾緊力的方向 保證定位準確可靠，一般垂直于主要定位基準面 應使所需夾緊力盡可能小 應使工件變形小 2、夾緊力的作用點 保持工件穩(wěn)定定位 使工件夾緊變形盡可能小 盡可能靠近工件被加工表面,三要素,輔助支承,3、夾緊力大小的選擇 夾緊力大小應適當 確定方法： 類比法計算分析法,加工過程中，切削力變化時，按最不利的情況考慮,開始，繞0點翻轉，摩擦力矩,5-6 夾緊機構,一、斜楔夾緊機構,1、
14、夾緊力計算 即 又,2、結構特點： 斜楔具有自鎖性,一般 約6， 手動可靠 氣動、液壓時，可大些，1530。,具有改變壓力方向的特點 具有增力作用 增力系數(shù) 3左右 夾緊行程小，行程h，移動S 行程小 自鎖差 3、適用范圍 小型鉆床、銑床；與其他裝置組合使用,二、螺旋夾緊機構 1、結構形式,三、偏心夾緊機構,四、鉸鏈夾緊機構 增力機構，常與氣缸、油缸聯(lián)動以擴大夾緊 力，動作迅速，容易改變力的傳遞方向壓板張 開量大；但自鎖性能差,特點,五、定心夾緊機構 三爪卡墊、彈性夾頭等 六、聯(lián)動夾緊機構 1、常見的聯(lián)動夾緊方式 多點夾緊聯(lián)動 多件夾緊聯(lián)動 彎軸瓦分型面 先定位后夾緊聯(lián)動 夾緊與其他動作聯(lián)動
15、如夾緊與鎖緊輔助支承聯(lián)動,2、設計聯(lián)動夾緊機構時應注意的問題 仔細進行運動分析和受力分析，以確保實現(xiàn)設計意圖； 設計必要的浮動環(huán)節(jié)及浮動程度，以保證夾緊均衡、運動不發(fā)生干涉； 保證所有壓板都能松夾，以便裝卸工件； 注意剛性，以免剛性不足而夾不緊； 避免過于復雜，否則會降低可靠性，制造困難。,4-7 夾具的動力裝置,一、動力裝置的作用 減輕工人勞動強度，提高生產率，保證安全生產 常用動力裝置： 氣壓、液壓、氣液聯(lián)合、電動、電磁、真空等 二、氣壓夾緊采用壓縮空氣,氣動夾緊及其輔助裝置系統(tǒng)圖,固定式氣缸,回轉式氣缸,三、液壓夾緊 1、液壓的壓力較高，油缸小，布局方便，不需增力機構，結構簡單； 2、夾
16、緊剛度大，夾緊可靠，動作比較平穩(wěn)； 3、在液壓機床上實現(xiàn)比較方便，否則需增設油泵站，提供高壓油，因此成本高； 4、沒有排氣噪聲，但油泵工作時的噪聲也很大，另外漏油不易處理，污染環(huán)境。,特點 (與氣壓比),四、氣液聯(lián)合夾緊 利用氣壓來源方便和液壓工作油缸體積小的特點，其能量來源是壓縮空氣，執(zhí)行機構是油缸。,增壓器,五、電動夾緊 多由電動機、減速裝置和螺旋副傳動等組成 六、電磁夾緊平磨 感應線圈隔離板工件 導磁材料 磁化 七、真空夾緊,車床用電磁卡盤,4-8 夾具的其它裝置,一、孔加工時的導向裝置 1、鉆孔導向鉆套 （1）鉆套的類型(根據(jù)結構)： 固定鉆套、可換鉆套、快換鉆套、特殊鉆套,固定式 (
17、有肩和無肩) 配合： 特點：位置精度高，結構簡單，但磨損后不易換，不能鉆擴鉸 應用： 用于單件、小批及孔距小的地方。 可換鉆套 配合：鉆套與襯套間 ，襯套與孔間 特點：操作方便，螺釘可防止鉆套松動和被頂出 應用：大批量生產，但不宜用于連續(xù)更換刀具的場合,快換鉆套 用于鉆擴鉸(攻絲) 特殊鉆套,（2）鉆套的尺寸和公差 內徑D 其基本尺寸由所用刀具的外徑確定，對于鉆擴鉸刀等標準定尺寸刀具，按基軸制選用的動配合F7或G6 鉆套高H 對于一般孔距精度 H=(1.52)d 對于孔距（平行度）要求高的 H=(2.53.5)d 鉆套與工件距離h 留有空間排屑； 加工鑄鐵 h=(0.30.7)d； 加工鋼 h
18、=(0.71.5)d； 孔的位置高，可取h=0 斷屑好 h，不好 h,應用： 桿套緊； 套襯用,（3）鉆模舉例 固定式與移動式鉆模 翻轉式或回轉式鉆模 當工件上有幾個方向不同孔時，可用一個鉆模在一次安裝中進行加工。這種鉆模能獲得所需的幾個方向加工位置。 翻轉式鉆模：整個夾具和工件一起翻轉 回轉式鉆模分度機構,2、鏜孔的導向鏜套 （1）鏜套結構類型 固定式鏜套不與鏜桿一起轉動,外形尺寸小，結構簡單，中心位置準確，轉速高時出現(xiàn)“咬死”，不超過20轉/分,回轉式鏜套 外滾式回轉鏜套：將回轉部分裝在夾具上，鏜桿和導套之間只有相對移動，而無轉動 內滾式回轉鏜套：將回轉部分裝在鏜桿上 （2）鏜刀通過問題
19、很多情況刀大于鏜套內徑,（3）鏜套的尺寸和公差 鏜套的基本尺寸由鏜桿的導向部分的外徑來決定。配合用 、 ，后者用于精加工。 內滾式，滑動套 h6、h5,二、對刀裝置,銑床對刀裝置,三、分度裝置,斜面分度裝置,四、夾具在機床上的定位,為保證夾具相對于切削運動有準確方向，在夾具體底面往往安裝兩個定向鍵或銷,夾具在回轉主軸上的安裝，取決于所使用的機床主軸的端部結構,5-9 夾具設計的方法及步驟,一、設計前的準備 1、生產綱領 N 氣動或機動夾具 N 手動 簡單 2、零件圖及工序圖 零件圖尺寸、形狀和位置精度要求 工序圖工序尺寸、基準等 加工表面 3、工序內容 主要指該工序所用機床、刀具、切削用量、工
20、步安排、時間定額、裝夾工件數(shù)目等,工序內容：鉆鉸6兩孔，鉆8孔 精度要求：6兩孔級，表面粗糙度3.2 ，位置度0.1；8孔自由，表面粗糙度12.5 已加工表面有：12H7孔、15H7孔、45f7外圓、兩端面及18孔,二、夾具的總體方案的確定 1、定位方案 一面兩銷 長銷、削邊銷、小止推面裝卸不便，鉆工時干涉、復雜、排屑 端面、削邊銷、定心套基準不重合,2、夾緊方案 螺釘墊圈夾緊優(yōu)點：機構簡單、方便， 缺點：裝卸工件不便，費時 勾形壓板裝卸方便，但需要擰兩個螺母，費時；聯(lián)動則復雜 鉸鏈壓板簡單方便,3、夾具形式 翻轉或回轉式 三、夾具裝配草圖 工件定位元件導向元件夾緊機構夾具體 足夠的剛度減少變形，必要時用加強筋 形狀簡單避免加工困難 良好的工藝性 操作方便，容易排屑,繪制夾具體應注意,四、夾具的精度驗算,無基準轉換,五、繪制夾具的裝配圖及零件圖 1、輪廓尺寸，即夾具的長寬高尺寸 2、配合尺寸及種類 3、聯(lián)系尺寸及偏差，一般按工件相應公差的 選取,
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