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1、機械制造工藝學,第三章 機床夾具設計原理,第三章 機床夾具設計原理,6）其他元件或裝置,3.1 機床夾具概述,一、機床夾具及其組成,機床夾具的基本組成部分:,1）定位元件或裝置,2）刀具導向元件或裝置,3）夾緊元件或裝置,4）連接元件,5）夾具體,二、機床夾具的分類,5）隨行夾具,機床夾具按其使用范圍可分為以下五種基本類型：,1）通用夾具,2）專用夾具,3）通用可調整夾具和成組夾具,4）組合夾具,另外,夾具也可分:,車床夾具 鉆床夾具 銑床夾具 鏜床夾具 磨床夾具 自動機床夾具 數控機床夾具,手動夾具 氣動夾具 液動夾具 電磁夾具 真空夾具,三、機床夾具的功用:,4）減輕工人勞動強度，保證生產
2、安全,1）保證加工質量,2）提高生產率，降低成本,3）擴大機床工藝范圍,3.2 工件在夾具上的定位,4.輔助支承,一、常用定位方法與定位元件,（一） 工件以平面定位,1.固定支承,2.可調支承,3.自位支承,支承釘,支承板,固定支承,可調支承,自位支承,輔助支承,（二） 工件以圓柱孔定位,軸類零件在機床前后頂尖上定位的情況 加工箱體類零件時經常采用一面兩孔組合,1.心軸 2.定位銷,（三）工件以外圓表面定位,工件以外圓表面支承定位常用的定位元件是 V形塊,（四） 工件以其他表面定位,（五） 定位表面的組合,二、定位誤差的計算,調整法加工,幾何的方法 微分的方法,（一）用幾何方法計算定位誤差,基
3、準不符誤差:,定位誤差分兩大類: 基準不符誤差 基準位移誤差 H, 大小等于設計基準的最大變動量,定位基準與設計基準不重合引起的誤差。,零件圖,工序1,工序2,=2H,例1:基準不重合誤差,=0,例 2: 加工如圖A所示零件，在工件上欲銑削一缺口，保 證尺寸8-0.08 mm。現采用圖 B,C 所示兩種定位方案。 試分析那種定位方案的定位精度高。若不能滿足圖紙 要求，定位方案應如何改進？并繪草圖說明。,= 0.15,方案D,= 0,A 零件圖,8-0.08,50+0.15,20-0.2,= 0.2,2.基準位移誤差H,由于夾具定位元件和工件定位基準本身有制造誤差,使設計基準在加工尺寸方向上產生
4、變動而形成的定位誤差。,例1: 基準位移誤差H,理想狀態(tài),設: 孔為D , 公差為 TD 軸為d, 公差為 Td 孔,軸基本尺寸相等 D=d 最小間隙,結論:水平放置的芯軸定位誤差等于 軸的公差與孔的公差之和的一半.,= Dmax/2 - dmin/2,= Dmin/2 - dmax/2,= TD/2 + Td/2,H = (TD+Td) / 2,當孔最大,軸最小時:,當孔最小,軸最大時:,H,= (Dmax/2- dmin/2) - (Dmin/2- dmax/2),垂直放置的芯軸定位誤差:,當孔最大,軸最小時,當孔最小,軸最大時,TD: 孔的公差 Td: 軸的公差 : 最小間隙,零件圖,例
5、2:,dmax= d+esd,dmin= d-eid,設計基準是 B 點,設計基準是 O 點,=(d+ESd)/2sin- (d-EId)/2sin,=(ESd+EId)/2(1/sin),設計基準是 A 點,=(d+ESd)/2sin)-(d+ESd)/2 -(d-EId)/2sin)-(d+EId)/2,D= 160-0.14,例4:,d與D的同軸度誤差0.04mm,解：,(P18 題28),例5 : (P19 31題) 工件定位如圖2-21所示，若定位誤差控制在工件尺寸公差的1/3內，試分析該定位方案能否滿足要求？若達不到要求，應如何改進？并繪制簡圖表示。,解:,= 0.1 / 2 (1
6、 / sin45),=0.07, 0.2/3 = 0.066,改進定位:,水平 = 0.1/2 =0.05, 0.2/3 =0.0667,= 垂直,例6: 在軸上銑一平面，工件定位方案如圖所示,試求尺寸 A 的定位誤差。,h = Amax - Amin,=C-D/(2xcos)-10 xtg,A = 0.6535,d,900,解:, = 0.1/2(1/sin45)+ 0.025/2,= 0.083221, 0.2/3 = 0.067,例7 (p159 題2-4),題 2- 4 圖,改進定位:, = 0.1/2 + 0.025/2,=0.0625,3.3 工件在夾具中的夾緊,4）夾緊裝置的復雜
7、程度和自動化程度應與工件的 生產批量和生產方式相適應。,一、對夾緊裝置的要求,設計夾緊裝置基本要求:,1）在夾緊過程中應能保持工件定位時所獲得的正 確位置。,2）夾緊應可靠和適當。,3）夾緊裝置應操作方便、省力、安全。,二、夾緊力的確定,3）夾緊力的作用方向應盡可能與切削力、工件重 力的方向一致，以減小所需夾緊力。,夾緊力包括方向、大小和作用點三個要素,（一）夾緊力方向的選擇,應遵循以下原則：,1）夾緊力的作用方向應有利于工件的準確定位， 而不能破壞定位。,2）夾緊力的作用方向應盡量與工件剛度最大的 方向一致，以減小工件變形。,例1:,夾緊力方向的選擇,薄壁套筒的夾緊,例2:,2020/8/3
8、,35,NTIT,例3:,夾緊力與切削力方向,（二）夾緊力作用點的選擇,一般應注意以下幾點：,1）夾緊力作用點應正對支承元件或位于支承 元件所形成的支承面內，以保證工件已獲 得的定位不變。,2）夾緊力作用點應處在工件剛性較好的部位， 以減小工件的夾緊變形。,3）夾緊力作用點應盡可能靠近被加工表面， 以使減小切削力對工件造成的翻轉力矩。,例1:,夾緊力作用點的位置,Q,Q/2,Q/2,不合理,合理,例2: 輔助支承與輔助夾緊,（三）夾緊力大小的估算,但是夾緊力的估算是很粗略的。,對所需的夾緊力進行估算。,Q實際= FK,F: 理論計算值 K: 安全系數,例1:,Q實=1/2(M/R-PX)K,M
9、- (Q1+Q2+PX)R=0,Q1=Q2=Q,Q理=1/2(M/R-PX),三、常用夾緊機構,特點: 斜楔夾緊具有結構簡單，增力比大，自 鎖性能好，但操作不方便，因此直接用 來夾緊機構較少。,（一）斜楔夾緊機構,斜楔機構受力分析,夾緊過程中：,FX=0,F1+RX=P,F1=Qtg1,RX=Qtg（+2）,夾緊后：,若要自鎖,則 F1 RX Qtg1 Qtg(-2) 其中: 1, 2 很小 tg tg(-2)-2, 1-2,斜楔的自鎖條件為:,通常為了可靠,取 = 5 7, 1 + 2,一般鋼與鐵 = 0.1 0.15,則 1 =2 = =57, 10 14 ,（二）螺旋夾緊機構,特點: 螺
10、旋夾緊機構結構簡單，易于制作，增力比大，自鎖性能好，是手動夾緊中應用最廣泛的一種夾緊機構。,Q = P,Q = P,Q = 2P,例:螺旋壓板夾緊機構,（三）偏心夾緊機構,特點: 偏心夾緊的優(yōu)點是結構簡單，操作方便，動作迅速；缺點是自鎖性能較差，增力比小。,偏心輪夾緊,例: 偏心夾緊機構,（四）鉸鏈夾緊機構,特點: 鉸鏈夾緊機構的優(yōu)點是動作迅速，增力比大，并易于改變力的作用方向；缺點是自鎖性能差。,鉸鏈夾緊機構,鉸鏈夾緊機構,鉸鏈夾緊機構,（五）定心夾緊機構,（六）聯動夾緊機構,(七)多件聯動夾緊機構,多件聯動夾緊機構正誤對比,四、夾緊機構的動力裝置,（三）氣、液增壓夾緊裝置,（一）氣動夾緊裝
11、置,（二）液壓夾緊裝置,3.4 各類機床夾具,（二）鉆模的設計要點,一、鉆床夾具,（一）鉆模的類型,固定式鉆模、回旋式鉆模、翻轉式鉆模、蓋板式鉆模和滑柱式鉆模等。,1.鉆套 2.鉆模板 3.夾具體,固定鉆套,鉆套高度與容屑間隙,固定鉆模板,0.08,3.2,1.6,145,22+0.02,40,12.5,10,23+0.2,3.2,3-8+0.02,0.1 A,零件圖,例:,裝配圖,翻轉式鉆模板 (通用回轉工作臺),二、鏜床夾具,1.鏜套 2.鏜模支架與夾具體,（一）鏜模的種類,（二）鏜模的設計要點,單面前導向,單面后導向,三、銑床夾具,1.夾具總體結構 2.對刀裝置 3.夾具體,（一）銑床夾
12、具的類型,（二）銑床夾具的設計要點,導向鍵 ( 定位鍵 ),對刀塊,圓周進給仿形銑夾具,四、車床夾具,（二）車床夾具設計要點:,（一）車床夾具的類型,1.結構緊湊,輪廓尺寸盡可能小,重量輕,重心 盡可能靠近回轉軸線。,2.應有平衡措施(平衡塊)。,3.注意與主軸聯結的結構和尺寸。,4.為使車夾具使用安全,夾緊可靠,必要時加罩殼。,1.外圓定位夾盤，夾頭,2.內孔定位 各種心軸,3.頂尖孔定位頂尖、撥盤,4.加工非回轉體各種彎板式、花盤式車夾具,車夾具,3.5 成組夾具、組合夾具與隨行夾具,一、成組夾具 二、組合夾具 三、隨行夾具,組合夾具,3.6 機床夾具設計步驟與方法,5）有良好的結構工藝性
13、,一、專用夾具設計的基本要求,1）保證工件的加工精度,2）夾具總體方案應與生產綱領相適應,3）操作方便，工作安全，能減輕工人勞動強度,4）便于排屑,二、專用夾具設計的一般步驟,夾緊結構其他元件 裝置,（一）研究原始資料，明確設計要求,（二）擬訂夾具結構方案，繪制夾具結構草圖,零件,工藝,定位基準,定位方法,定位元件 ,刀具引導方式 或對刀裝置,夾緊方法 ,夾具體,（三）繪制夾具總圖，標注有關尺寸及設計要求,繪制夾具總圖可參照如下順序進行：,比例盡量取 1：1, 對零件進行編號，填寫零件明細表和標題欄, 標注必要的尺寸、配合、技術、條件；, 繪制夾具體和其他元件，將夾具各部分連成一體；, 按夾緊
14、狀態(tài)畫出夾緊元件及夾緊機構；, 畫出定位元件及刀具引導元件；, 用假想線（雙點劃線）畫出工件輪廓 畫出定位 面、夾緊面和加工面；,（四）繪制零件圖,對夾具總圖中的非標準件均應繪制零件圖。,零件圖,夾具設計過程舉例,三、夾具設計中的幾個重要問題,（一）夾具設計的經濟性分析 （二）成組設計思想的采用 （三）夾具總圖上尺寸及技術條件的標注,夾具總圖上應標注以下內容：,1）夾具外形輪廓尺寸； 2）與夾具定位元件、導向元件及夾具安裝基準面有關的配合尺寸、位置尺寸及公差； 3）夾具定位元件與工件的配合尺寸； 4）夾具導向元件與刀具的配合尺寸； 5）夾具與機床的聯接尺寸及配合； 6）其他重要配合尺寸。,夾具上有關尺寸公差和形位公差通常取工件上相應公差的1/51/2。,（四）夾具結構工藝性分析,1）夾具零件的結構工藝性,2）夾具最終精度保證方法,3）夾具的測量與檢驗,（五）夾具的精度分析,1.定位誤差,2.夾具制造與裝夾誤差,3.加工過程誤差,圖示工件外徑為 D Td 需加工兩個孔及一個平面,采用V形塊定位, 求工序尺寸 A1 A2 A3 定位誤差。,課堂練習:,在臥式銑床上,采用調整法銑槽,當此工序以大端面為軸向定位基準時,試根據圖示零件,標注出該工序的工序尺寸.,課堂練習:,例6:,
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