機(jī)床夾具原理與設(shè)計.ppt

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第四章機(jī)床夾具原理與設(shè)計,第一節(jié)機(jī)床夾具概述第二節(jié)工件在夾具中的定位第三節(jié)定位誤差分析第四節(jié)工件在夾具中的夾緊第七節(jié)機(jī)床夾具設(shè)計的基本步驟,第一節(jié)機(jī)床夾具概述,機(jī)床夾具—是機(jī)床上用以裝夾工件（和引導(dǎo)刀具）的一種裝置。其作用是將工件定位，以使工件獲得相對于機(jī)床和刀具的正確位置，并把工件可靠的夾緊。,一、工件的裝夾方法,1.裝夾—在機(jī)床上進(jìn)行加工時，必須先把工件放在準(zhǔn)確的加工位置上，并將其可靠固定，以確保工件在加工過程中不發(fā)生位置變化，才能保證加工出的表面達(dá)到規(guī)定的加工要求（尺寸、形狀和位置精度），這個過程叫裝夾,2.定位—確定工件在機(jī)床上或夾具中占有準(zhǔn)確加工位置的過程叫定位。,3.夾緊—在工件定位后用外力將其固定，使其在加工過程中保持定位位置不變的操作叫夾緊。,4.裝夾—定位和夾緊過程的總和叫裝夾。,,第四章機(jī)床夾具原理與設(shè)計,（一）幾個概念,把工件直接放在機(jī)床工作臺上或放在四爪單動卡盤、機(jī)用虎鉗等機(jī)床附件中，根據(jù)工件的一個或幾個表面用劃針或指示表找正工件準(zhǔn)確位置后再進(jìn)行夾緊。也有先按加工要求加工面位置的畫線工序，然后再按畫出的線痕進(jìn)行找正實現(xiàn)裝夾。,特點：勞動強(qiáng)度大、生產(chǎn)率低，要求工人技術(shù)等級高、定位精度較低，生產(chǎn)成本高。,應(yīng)用：加工各種不同零件的各種表面，特別適合于單件、小批量生產(chǎn)。,2.用夾具裝夾工件,工件裝在夾具上，不再進(jìn)行找正，便能直接得到準(zhǔn)確加工位置的裝夾方式。圖4-1,1.用找正法裝夾工件,（二）工件的裝夾方法,二、機(jī)床夾具的工作原理和在機(jī)械加工中的作用,1.夾具的主要工作原理4-2,1）使工件在夾具中占有正確的加工位置。這是通過工件各定位面與夾具的相應(yīng)定位元件的定位工作面接觸、配合和對準(zhǔn)來實現(xiàn)的。2）夾具對機(jī)床應(yīng)先保證有準(zhǔn)確的相對位置，而夾具結(jié)構(gòu)又保證定位元件的定位工作面對夾具與機(jī)床相連接的表面之間的相對準(zhǔn)確位置，這就保證了夾具定位工作面相對機(jī)床切削運動形成表面的準(zhǔn)確幾何位置，也就達(dá)到了工件加工面對定位基準(zhǔn)的相互位置精度。3）使刀具相對有關(guān)的定位元件的定位工作面調(diào)整到準(zhǔn)確位置，這就保證了刀具在工件上加工出的表面對定位基準(zhǔn)的位置尺寸,2.夾具的作用,采用夾具裝夾工件的用途：①準(zhǔn)確確定工件、機(jī)床和刀具三者的相對位置，降低對工人的技術(shù)要求，保證加工表面的位置精度。②減少工人裝卸工件的時間和勞動強(qiáng)度，提高生產(chǎn)率。③有時還可擴(kuò)大機(jī)床的使用范圍。（所以機(jī)床夾具在生產(chǎn)中應(yīng)用十分廣泛）。,三、夾具的分類與組成,1.夾具的分類,機(jī)床夾具檢驗夾具裝配夾具焊接夾具其他工種夾具,,,,,,①機(jī)床夾具可根據(jù)使用范圍分為：,,１）通用夾具三爪或四爪卡盤、機(jī)械虎鉗、萬能分度頭、磁力工作臺、平口鉗、心軸等。特點：通用性強(qiáng)，使用時無需調(diào)整或稍加調(diào)整，就可適應(yīng)多種工件的裝夾，廣泛應(yīng)用于單件小批生產(chǎn)中。,２）專用夾具為加工某一另件的某一工序而設(shè)計，一般不能用于加工其它另件或同一另件的其它工序，市場上買不到的（圖4－1），批量大，工序主要。特點：專用夾具具有結(jié)構(gòu)緊湊、操作方便、生產(chǎn)效率較高、加工精度容易保證。應(yīng)用：定型產(chǎn)品的成批和大量生產(chǎn)。,３）通用可調(diào)夾具和成組夾具共同特點是通過適當(dāng)調(diào)整或更換夾具上的個別元件后，即可用于加工形狀、尺寸和加工工藝相似的多種工件。這兩種夾具的不同之處在于前者的加工對象并不明確，適用范圍較廣，后者專為某一組另件的成組加工而設(shè)計，其加工對象明確，針對性強(qiáng)，結(jié)構(gòu)更加緊湊。,４）組合夾具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)組裝成一個夾具后，其結(jié)構(gòu)是專用的，只適用于某個工件的某道工序的加工，目前，組合夾具已開始出現(xiàn)向結(jié)構(gòu)通用化方向發(fā)展的趨勢,5）隨行夾具自動或半自動生產(chǎn)線上使用的夾具，雖然它只適合某一種工件，但毛坯裝上隨行夾具后，可從生產(chǎn)線開始一直到生產(chǎn)線終端在各個位置上進(jìn)行各種不同工序的加工。隨行夾具的結(jié)構(gòu)也具有適用于各種不同工序加工的通用性。,②根據(jù)所使用的機(jī)床分：,,③根據(jù)產(chǎn)生夾緊力的動力源分：,,除了少數(shù)通用三爪卡盤、四爪卡盤、虎鉗、萬能分度頭及組合夾具可直接購買外，生產(chǎn)中所用的多數(shù)情況是專用夾具，要自行設(shè)計和制造。,2．機(jī)床夾具的組成,（１）定位元件－用于確定工件在夾具中的位置，圖4－1中的支承板2、支承釘3和４，圖4-4中的3和5都是定位元件。,（２）夾緊裝置－用于夾緊工件。圖4－1中的壓板8和夾緊螺母9等組成的螺釘壓板部件，圖4-4中的螺母7和開口墊圈6都是將外力施加到工件上來克服切削力等外力作用，使工件保持在正確確定位置上不動的夾緊裝置或元件。,（３）對刀元件－用于確定刀具相對夾具定位元件的位置。如圖4－1中的對刀塊5根據(jù)他來調(diào)整銑刀相對夾具的正確位置。,（5）連接元件和連接表面－用于確定夾具本身在機(jī)床、主軸或工作臺上的位置。如圖4－1中的定位鍵1就是連接元件，4-1和4-4中與機(jī)床工作臺面接觸的夾具體的底面則是聯(lián)接表面。,（6）夾具體－用于將夾具上的各種元件和裝置連接成一個有機(jī)的整體。如圖4－1中的夾具體６和7，4-4中的10。,（7）其它元件及裝置－如用于分度的分度裝置4-4中的9和3，用于自動上下料的上下料裝置。,定位元件、對刀導(dǎo)引元件、夾緊裝置和夾具體，是夾具的基本組成部分。,（4）導(dǎo)引元件—圖4-4的鉆套4。他導(dǎo)引鉆頭加工，決定了刀具相對夾具的位置,第二節(jié)工件在夾具中的定位,定位的目的是使工件在夾具中相對于機(jī)床、刀具占有確定的位置，并且應(yīng)用夾具定位工件，還能使同一批工件在夾具中的加工位置一致性好,一、基準(zhǔn)的概念,１．基準(zhǔn)：用以確定生產(chǎn)對象上幾何要素的幾何關(guān)系所依據(jù)的點、線、面（或為了確定一些點、線、面，所依據(jù)的點、線、面）,①設(shè)計基準(zhǔn),②工藝基準(zhǔn)－在工藝過程中所采用的基準(zhǔn),,２．定位基準(zhǔn)－在加工中使工件在機(jī)床夾具中有正確位置所采用的基準(zhǔn)。,度量基準(zhǔn)—在檢驗時所使用的基準(zhǔn)。,裝配基準(zhǔn)—裝配時用來確定零件或部件在機(jī)器中位置所采用的基準(zhǔn)。,３．定位基面－體現(xiàn)基準(zhǔn)作用的表面稱為基面。,1）有時作為基準(zhǔn)的點、線、面，在工件上不一定具體存在（例如：孔的中心線和對稱中心平面等），其作用是由某些具體表面（如：內(nèi)孔圓柱面）體現(xiàn)的。,,,,,,,說明：,2）作為基準(zhǔn)，可以是沒有面積的點或線，但是基準(zhǔn)面總是有一定面積的，如代表中心線的是中心孔。,3）基準(zhǔn)的定義不僅是對尺寸之間的聯(lián)系，對位置精度（平行度、垂直度等）也是同樣的。,二、六點定位原理：,任何未定位的工件在空間直角坐標(biāo)系中都具有六個自由度。工件定位的任務(wù)就是根據(jù)加工要求限制工件的全部或部分自由度。工件的六點定位原理是指用六個支承點來分別限制工件的六個自由度，從而使工件在空間得到確定位置的方法。如圖4-5,理論上講，工件的六個自由度可用至少六個支承點加以限制，前提是這六個支承點在空間按一定規(guī)律分布，并保持與工件的定位基面相接觸。如圖所示：在XOY平面上布置三個支承點1、2、3。當(dāng)六方體工件的底面與這三個支承點接觸時，工件的、、三個自由度就被限制，然后在XOZ平面上布置兩個支承點4、5。當(dāng)工件側(cè)面與之接觸時，工件的和兩個自由度就被限制，再在ZOY平面上布置一個支承點6，使工件對面靠在這個支承點上，工件的自由度就被限制。,（一）六點定位原理——用按一定規(guī)律設(shè)置的六個支承點，去分別限制工件的六個自由度，從而使工件在空間得到確定位置的方法，稱為工件的六點定位原理。,在應(yīng)用工件“六點定位原理”進(jìn)行定位分析時，應(yīng)注意如下幾點：,1）定位就是限制自由度，通常用合理布置定位支承點的方法來限制工件的自由度。,2）定位支承點限制工件自由度的作用，應(yīng)理解為定位支承點與工件定位基準(zhǔn)面始終保持緊貼接觸。若二者脫離，則意味著失去定位作用。,,,,,,3）一個定位支承點僅限制一個自由度，一個工件僅有六個自由度，所設(shè)置的定位支承點數(shù)目原則上不應(yīng)超過六個。,4）分析定位支承點的定位作用時，不考慮力的影響。工件的某一自由度被限制，是指工件在這一方向上有確定的位置，并非指工件在受到使其脫離定位支承點的外力時，不能運動，欲使其在外力作用下不能運動，是夾緊的任務(wù)；反之，工件在外力作用下不能運動，即被夾緊，也并非是說工件的所有自由度都被限制了。所以，定位和夾緊是兩個概念，不能混淆。,5）定位支承點是由定位元件抽象而來的，在夾具中，定位支承點總是通過具體的定位元件體現(xiàn)，至于具體的定位元件應(yīng)轉(zhuǎn)化為幾個定位支承點，需結(jié)合其結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析。常見定位方式中的定位元件所限制的自由度和相當(dāng)?shù)闹С悬c數(shù)見表表4-1,注意，一種定位元件轉(zhuǎn)化成的支承點數(shù)目是一定的，但具體限制的自由度與支承點的布置有關(guān)。,（二）支承點與定位元件,１．支承點——把與工件為小平面接觸的支承釘看作支承點,（1）完全定位與不完全定位,１）完全定位－工件的六個自由度完全被限制的定位稱為完全定位，如圖4－6a的定位即為完全定位。,工件定位時，其六個自由度并非在任何情況下都要全部加以限制，要限制的只是那些影響工件加工精度的自由度。,２）不完全定位－按加工要求，允許有一個或幾個自由度不被限制的定位稱為不完全定位。圖4－6b、c,在實際生產(chǎn)中，工件被限制的自由度數(shù)一般不少于三個。,（2）欠定位與過定位,１）欠定位－按工序的加工要求，工件應(yīng)該限制的自由度而未予限制的定位，稱為欠定位。,在確定工件定位方案時，欠定位是絕對不允許的。,２）過定位－工件的同一自由度被二個或二個以上的支承點重復(fù)限制的定位稱為過定位。,在夾具中，當(dāng)用一組定位元件限制工件的自由度時，就可能出現(xiàn)過定位。如圖4－7所示：長銷１限制了工件的、、和四個自由度，支承板、、，其中、被兩個定位元件重復(fù)限制，這就產(chǎn)生了過定位。,由于工件孔與其端面，長銷與支承平面均有垂直度誤差，工件裝入夾具后，其端面與支承板平面不可能完全接觸，造成工件定位誤差，這現(xiàn)象稱為定位干涉。,消除過定位及其干涉一般有兩種途徑：,１．一是改變定位元件的結(jié)構(gòu)，以消除被重復(fù)限制的自由度,２．二是提高工件定位基面之間及夾具定位元件工作表面之間的位置精度，以減小或消除過定位引起的干涉。,4-7中保證銷與基面、孔與連桿端面的垂直度。就可消除過定位。,如在圖4－7中將長銷改為短銷，就可消除過定位。,三、常見的定位方式和定位元件,工件上的定位表面有各種形式，如平面、外圓、內(nèi)孔等，對于這些表面，總是采用一定結(jié)構(gòu)的定位元件，以保證定位元件的定位面和工件定位基準(zhǔn)面相接觸或配合，實現(xiàn)工件的定位,定位元件的設(shè)計應(yīng)滿足下列要求：,1）要有與工件相適應(yīng)的精度；2）要有足夠的剛度，不允許受力后發(fā)生變形3）要有耐磨性，以便在使用中保持精度。,1.工件以平面定位,（1）固定支承,高度尺寸固定、不能調(diào)整的支承，包括固定支承釘和固定支承板兩類。,a)平頭支承釘（適用于己加工表面的定位）,b)球頭支承釘（適用于未加工平面定位，以便保證良好的接觸）,c)網(wǎng)紋頭支承釘（用于未加工平面，可減小實際接觸面積增大摩擦，使定位穩(wěn)定可靠，但清除切屑不便，不宜用在水平面定位，用于工件的側(cè)面定位。）,d)帶套筒的支承釘（用于大批大量生產(chǎn)、便于磨損快時更換）,A型—平板式支承板，結(jié)構(gòu)簡單、緊湊，但不易清除落入沉頭螺釘孔內(nèi)的碎屑。用于工件側(cè)面或頂面定位。,B型—斜槽式支承板，在支承面上開兩個斜槽為固定螺釘用，使清屑容易又結(jié)構(gòu)緊湊。主要用于工件的底面定位。,注意：兩個以上支承釘或支承板同時使用時，為保證工作面在同一平面上，裝人夾具體后，應(yīng)將其頂面進(jìn)行一次終磨。,（2）可調(diào)支承—頂端位置可在一定高度范圍內(nèi)調(diào)整的支承，多用于未加工平面的定位，以調(diào)節(jié)和補(bǔ)償各批毛坯尺寸的差異。,（3）自位支承支承本身的位置在定位過程中，能自動適應(yīng)定位基準(zhǔn)面的位置變化的一類支承。使用自位支承可以增加接觸點數(shù)而提高接觸剛度，但不會出現(xiàn)過定位。,上述各種浮動支承，只限制工件一個方向自由度，起一個支承點的作用。,（4）輔助支承—為增加工件的剛性和穩(wěn)定性，但又要避免過定位，此時經(jīng)常采用輔助支承。,無論采用哪一種輔助支承，都應(yīng)注意，輔助支承不起定位作用，即不應(yīng)限制工件的自由度，同時更不能破壞基本支承對工件的定位，因此輔助支承的結(jié)構(gòu)都是可調(diào)并能鎖緊的。,2.工件以圓孔定位,（1）定位銷主要用于直徑小于50的中小孔定位,（2）圓錐銷常用于工件孔端的定位,（3）定位心軸,3.工件以外圓柱面定位,（1）V形塊,（2）定位套筒,（3）半圓孔定位座—將同一圓周面的孔分成兩半圓，下半圓部分裝在夾具體上，起定位作用，上半圓部分裝在可卸式或鉸鏈?zhǔn)缴w上，起夾緊作用。工作表面是用耐磨材料制成的兩個半圓襯套，并鑲在基體上，以便更換。半圓孔定位座適用于大型軸類件的定位。,（4）外圓定心夾緊機(jī)構(gòu):在實現(xiàn)定心的同時，能將工件夾緊的機(jī)構(gòu)稱為定心夾緊機(jī)構(gòu)，如三爪卡盤、彈簧夾頭等。,（1）組合定位分析要點,1）幾個定位元件組合起來定位一個工件相應(yīng)的幾個定位面，該組合定位元件所限制的自由度總數(shù)等于各定位元件單獨限制的自由度數(shù)之和，但具體限制了哪些自由度卻會隨不同組合情況而改變。,2）組合定位中，定位元件原來限制移動自由度的可能轉(zhuǎn)化為限制轉(zhuǎn)動自由度，但一旦轉(zhuǎn)化后，該定位元件就不再起原來限制工件移動自由度的作用了。,3）單個表面的定位是組合定位分析的基本單元,4.組合定位分析,幾個定位元件組合起來同時定位工件的幾個定位面叫組合定位,每個短V型塊限制兩個自由度，三個短V型塊共限制6個自由度。,V型塊1限制了、。,V型塊2也限制了、，但轉(zhuǎn)化為限制、，也可將1、2看成是一個長V型塊。,V型塊3限制、，但轉(zhuǎn)化為限制了。,這是一個完全定位，不存在過定位現(xiàn)象。,,（2）組合定位中的重復(fù)定位現(xiàn)象及消除方法—組合定位時，經(jīng)常會出現(xiàn)重復(fù)定位現(xiàn)象，必要時應(yīng)予以消除。,,1）使定位元件沿某一坐標(biāo)軸可移動，來消除其限制沿該軸方向移動自由度的作用。,消除組合定位時重復(fù)定位（過定位）影響的措施：,（1）一個平面和兩個與其垂直的孔的組合,（2）一個平面和兩個與其垂直的外圓柱面的組合,（3）一個孔和一個平行于孔中心線的平面的組合,2）采用自位支承結(jié)構(gòu)，消除定位元件限制繞某個（或兩個）坐標(biāo)軸轉(zhuǎn)動方向自由度的作用，如圖4-11。,3）改變定位元件的結(jié)構(gòu)形式（例如“一面兩銷”定位）。,（3）幾種不同組合形式的定位分析,第三節(jié)定位誤差分析,一、調(diào)刀基準(zhǔn)的概念,在加工中用以調(diào)整加工刀具位置所采用的基準(zhǔn)。,在零件加工前對機(jī)床進(jìn)行調(diào)整時，為了確定刀具的位置，還要用到調(diào)刀基準(zhǔn)，由于最終目的是為了確定刀具相對工件的位置，所以調(diào)刀基準(zhǔn)往往選在夾具上定位元件的某個工作面。因此他與其他各類基準(zhǔn)不同，不是體現(xiàn)在工件上，而是體現(xiàn)在夾具中，是由夾具定位元件的定位工作面體現(xiàn)。,1.設(shè)計基準(zhǔn)和定位基準(zhǔn)都是體現(xiàn)在工件上，而調(diào)刀基準(zhǔn)是由夾具上定位元件的定位工作面來體現(xiàn)的。,由上面的分析可知：,2.調(diào)刀基準(zhǔn)的特點及其與相應(yīng)定位基準(zhǔn)的對應(yīng)關(guān)系如圖所示,,二、定位誤差及其產(chǎn)生原因,1.定位誤差—指一批工件采用調(diào)整法加工時因定位不準(zhǔn)確而引起的尺寸或位置的最大變動量。（設(shè)計基準(zhǔn)在工序尺寸方向上的最大位置變動量，稱為定位誤差，以△dw表示。）,2.定位誤差產(chǎn)生的原因,（1）定位基準(zhǔn)與設(shè)計基準(zhǔn)不重合產(chǎn)生的定位誤差（圖4-26）,聯(lián)系尺寸:定位基準(zhǔn)到設(shè)計基準(zhǔn)間的尺寸,△jb等于聯(lián)系尺寸的公差,工序1：加工頂面2定位基準(zhǔn)與設(shè)計基準(zhǔn)重合——無定位誤差,工序2：加工臺階面1定位基準(zhǔn)與設(shè)計基準(zhǔn)不重合——有定位誤差,工序2改進(jìn)方案使基準(zhǔn)重合了，這種方案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踐中也可以采用。,（2）定位副制造不準(zhǔn)確誤差,,,,當(dāng)心軸水平放置時，工件孔與心軸始終在上母線A單邊接觸。則定位基準(zhǔn)O與調(diào)刀基準(zhǔn)O1間的最大和最小距離分別為,若心軸垂直放置，則工件孔與心軸可能在任意邊接觸，此時定位誤差為：,△jw=△D+△d+△,定位副:工件定位基準(zhǔn)與夾具定位元件合稱為定位副,基準(zhǔn)位移誤差:△jw——由于定位副制造不準(zhǔn)確，使得定位基準(zhǔn)相對夾具的調(diào)刀基準(zhǔn)發(fā)生位移而產(chǎn)生的定位誤差，稱為基準(zhǔn)位移誤差,根據(jù)上面的分析，可以看出：在用夾具裝夾加工一批工件時，一批工件的設(shè)計基準(zhǔn)相對夾具調(diào)刀基準(zhǔn)發(fā)生最大位置誤差是產(chǎn)生定位誤差的原因，包括兩個方面：一是由于定位基準(zhǔn)與設(shè)計基準(zhǔn)不重合，引起一批工件的設(shè)計基準(zhǔn)相對于定位基準(zhǔn)發(fā)生位置變化；二是由于定位副的制造誤差，引起一批工件的定位基準(zhǔn)相對夾具的調(diào)刀基準(zhǔn)發(fā)生位置變化。而前面有關(guān)定位誤差的定義可進(jìn)一步概括為：一批工件某加工參數(shù)（尺寸、位置）的設(shè)計基準(zhǔn)相對調(diào)刀基準(zhǔn)在該加工參數(shù)方向上的最大位置變化量△dw，稱為該加工參數(shù)的定位誤差。,,關(guān)于定位誤差及其產(chǎn)生的原因，可以用下圖表示：,三、定位誤差的計算,定位誤差可按下述方法進(jìn)行分析計算：,1.先分別求出基準(zhǔn)位移誤差和基準(zhǔn)不重合誤差，再求出其在加工尺寸方向上的代數(shù)和，即△dw=△jb+△jw,2.按最不利的情況，確定一批工件設(shè)計基準(zhǔn)的兩個極限位置，再根據(jù)幾何關(guān)系求出此兩位置的距離，并將其投影到加工尺寸方向上，便可求出定位誤差。,例1工件用V形塊定位時的定位誤差計算。,圖4-28所示，直徑為的軸在V形塊上定位銑平面，加工表面的工序尺寸有三種不同的標(biāo)注方式：1）要求保證上母線到加工表面的尺寸H1，即設(shè)計基準(zhǔn)為B，見圖a)2）要求保證上母線到加工表面的尺寸H2，即設(shè)計基準(zhǔn)為C，見圖b)3）要求保證上母線到加工表面的尺寸H3，即設(shè)計基準(zhǔn)為O，見圖c),（1）尺寸H1的定位誤差這時設(shè)計基準(zhǔn)的最大位置變動量為，即定位誤差：,,,,（2）尺寸H2的定位誤差這時設(shè)計基準(zhǔn)的最大位置變動量為，即定位誤差：,（3）尺寸H3的定位誤差這時設(shè)計基準(zhǔn)的最大位置變動量為，即定位誤差：,,,,對于前兩種情況：,對于第三種情況：,結(jié)論：1）△dw∝△d，即定位誤差隨工件誤差的增大而增大；2）△dw與V形塊夾角α有關(guān)，隨α增大而減小，但定位穩(wěn)定性變差，故一般取α=903）△dw與工序尺寸標(biāo)注方式有關(guān)，本例中△dw1＞△dw3＞△dw2,說明：這種按極限尺寸計算的定位誤差通常偏大，與實際情況不完全符合，這是因為加工中獲得極限尺寸的概率很小。,,例2有一批圖示工件，外圓、內(nèi)孔和兩端面均已加工合格，并保證外圓對內(nèi)孔的同軸度誤差T(e)=0.015mm。按圖示的定位方案，用的心軸定位，在立式銑床上用頂尖頂住心軸，銑寬為的鍵槽。除槽寬要求外，還應(yīng)滿足下列要求：,1）槽的軸向位置尺寸2）槽底位置尺寸3）槽兩側(cè)面對φ50外圓軸線的對稱度公差,1）加工時的定位誤差,設(shè)計基準(zhǔn)為工件左端面，定位基準(zhǔn)也是工件左端面，基準(zhǔn)重合，因此,2）加工時的定位誤差,設(shè)計基準(zhǔn)為外圓的下母線，定位基準(zhǔn)是內(nèi)孔軸線，定位基準(zhǔn)與設(shè)計基準(zhǔn)不重合，兩者的聯(lián)系尺寸是外圓半徑d/2和外圓對內(nèi)孔的同軸度誤差T(e)，并且二者與H的方向相同。因此,工件內(nèi)孔軸線是定位基準(zhǔn)，心軸軸線是調(diào)刀基準(zhǔn)，二者之間為間隙配合。因此，一批工件的定位基準(zhǔn)相對于夾具上的調(diào)刀基準(zhǔn)在H方向上的基準(zhǔn)位置（移）誤差為（按調(diào)整螺母時內(nèi)孔與心軸在任意邊接觸的一般情形考慮）,因此定位誤差為,3）槽兩側(cè)面對外圓軸線的對稱度的定位誤差,外圓軸線是對稱度的設(shè)計基準(zhǔn)，內(nèi)孔軸線是定位基準(zhǔn)，二者不重合，通過同軸度誤差T(e)聯(lián)系起來。因此，基準(zhǔn)不重合誤差為,因此定位誤差為,此時的基準(zhǔn)位移誤差與加工時的情況相同，所不同的是應(yīng)在水平方向上考慮，即,結(jié)論：,1）對于尺寸L來說，由于基準(zhǔn)重合且不存在基準(zhǔn)位移，因此沒有定位誤差。2）對于尺寸H和對稱度T(c)來說，它們的定位誤差分別占工序公差的0.064/0.1≈0.64、0.056/0.06≈0.93，所占比例過大。主要原因是由于設(shè)計基準(zhǔn)（分別為外圓母線和外圓軸線）與定位基準(zhǔn)（內(nèi)孔軸線）不重合以及定位基準(zhǔn)（內(nèi)孔軸線）相對于調(diào)刀基準(zhǔn)（心軸軸線）可能出現(xiàn)位移兩方面的原因所導(dǎo)致。采用下面的V型塊定位方案（用外圓表面定位）可很好地改善定位精度。,1）對于定位誤差仍為0。,2）對于定位誤差為：,3）對于對稱度，定位基準(zhǔn)與設(shè)計基準(zhǔn)重合△jb=0，基準(zhǔn)位移誤差為：,但此誤差的方向在垂直方向上，對稱度誤差位于水平方向上，因此由基準(zhǔn)位移產(chǎn)生的定位誤差為0?！鱠w=△jb+△jw=0+0=0,只占工序公差的0.003/0.10=3%。,本例同時也說明：定位誤差是比較定位方案并從中選擇合理方案的重要依據(jù),五、保證加工精度的條件,δ工件≥△夾具+△加工（采用夾具加工時的誤差計算不等式）,上式中△夾具包括了有關(guān)夾具設(shè)計與制造的各種誤差,如工件在夾具中定位、夾緊時的定位夾緊誤差、夾具在機(jī)床上安裝時的安裝誤差、確定刀具位置的元件和引導(dǎo)刀具的元件與定位元件之間的位置度誤差等。因此，在夾具的設(shè)計與制造中，要盡可能設(shè)法減少這些與夾具有關(guān)的誤差。這部分誤差占的比例越大，留給補(bǔ)償其他加工誤差的比例就越小。其結(jié)果不是降低了零件的加工精度，就是增加了加工難度，導(dǎo)致加工成本增加。,完全可以保證對稱度的加工要求,機(jī)械加工過程中，產(chǎn)生加工誤差的因素很多。若規(guī)定工件的加工允差為δ工件，并以△夾具表示與采用夾具有關(guān)的誤差，以△加工表示除夾具以外，與工藝系統(tǒng)其他一切因素有關(guān)的加工誤差，則為保證工件的加工精度要求必須滿足：,制訂夾具公差時，應(yīng)保證夾具的定位、制造和調(diào)整誤差的總和不超過工序公差的1/3,第四節(jié)工件在夾具中的夾緊,一、夾緊裝置的組成及基本要求,1.夾緊裝置的組成——動力裝置、中間傳力機(jī)構(gòu)、夾緊元件。,力源裝置——產(chǎn)生夾緊作用力的裝置。所產(chǎn)生的力稱為原始力，如氣動、液動、電動等。,中間傳力機(jī)構(gòu)——介于力源和夾緊元件之間傳遞力的機(jī)構(gòu)，如圖中的杠桿2，其作用主要是改變作用力的大小和方向，有時還要實現(xiàn)一定的自鎖性能，以保證夾緊可靠。,夾緊元件——夾緊裝置的最終執(zhí)行元件，與工件直接接觸完成夾緊作用如圖中的壓板3。,2.夾緊裝置的基本要求(1)夾緊既不應(yīng)破壞工件的定位，或產(chǎn)生過大的夾緊變形，又要有足夠的夾緊力，防止工件在加工中產(chǎn)生振動；(2)足夠的夾緊行程，夾緊動作迅速，操縱方便、安全省力；(3)手動夾緊機(jī)構(gòu)要有可靠的自鎖性，機(jī)動夾緊裝置要統(tǒng)籌考慮夾緊的自鎖性和原動力的穩(wěn)定性；(4)結(jié)構(gòu)應(yīng)盡量簡單緊湊，制造、維修方便。,二、夾緊力的確定,1.確定夾緊力作用方向的原則,(1)夾緊力的方向應(yīng)使定位基面與定位元件接觸良好，保證工件定位準(zhǔn)確可靠；,(3)夾緊力的方向應(yīng)與工件剛度最大的方向一致，以減小工件變形；,(2)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.確定夾緊力作用點的原則,(1)夾緊力的作用點應(yīng)正對支承元件或位于支承元件所形成的支承面內(nèi)；,(2)夾具力的作用點應(yīng)位于工件剛性較好的部位。,(3)夾緊力的作用點應(yīng)盡量靠近加工表面，以減小切削力對夾緊點的力矩，防止或減小工件的加工振動或彎曲變形。,3.夾緊力大小的估算,,實際設(shè)計工作中，夾緊力的大小常根據(jù)同類夾具的實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)，找出加工過程中對夾緊最不利的瞬時狀態(tài)，按靜力平衡條件進(jìn)行分析計算，計算時，為使夾緊可靠，應(yīng)將計算出的理論夾緊力乘以安全系數(shù)k，作為實際夾緊力。,,1.斜楔夾緊斜楔夾緊裝置是最基本的夾緊裝置形式之一，其他夾緊裝置均是它的變形。它主要用于增大夾緊力或改變夾緊力方向。,三、典型夾緊機(jī)構(gòu),現(xiàn)以斜楔夾緊機(jī)構(gòu)為例，來分析其夾緊力及自鎖條件。圖a是存在時斜楔的受力情況，根據(jù)靜力平衡原理。,,,,,,,,,,,圖b是作用力取消后，斜楔的受力情況，從圖中可以看出要自鎖，必須滿足下式：,,,,,因此，斜楔的自鎖條件是：斜楔的升角小于斜楔與工件，斜楔與夾具體之間的摩擦角之和。,,,,,,,,,,斜楔夾緊裝置特點:①自鎖性②斜楔能改變夾緊作用力方向③斜楔具有增力作用，擴(kuò)力比④夾緊行程小h/s=tgα⑤結(jié)構(gòu)簡單，但操作不方便⑥效率低所以適用范圍：多用于機(jī)動夾緊裝置中,,一般鋼、鐵之間的摩擦系數(shù)約為μ=0.1～0.15，對應(yīng)于摩擦角φ1=φ2=φ=5～7，α≤10～14即可實現(xiàn)自鎖，為安全起見常取α=5～7。,2.螺旋夾緊裝置,螺旋夾緊裝置是從斜楔夾緊裝置轉(zhuǎn)化而來的，相當(dāng)于把斜楔繞在圓柱體上，轉(zhuǎn)動螺旋時即可夾緊工件。,螺旋夾緊裝置特點:①結(jié)構(gòu)簡單，制造容易，夾緊可靠②夾緊力比斜楔夾緊力大，擴(kuò)力比大ip=80，夾緊行程S不受限制③夾緊動作慢，輔助時間長，效率低應(yīng)用場合：手動夾緊裝置常采用。在實際生產(chǎn)中，螺旋壓板組合夾緊比單螺旋夾緊應(yīng)用更為普遍。,,3.偏心夾緊裝置,,偏心夾緊裝置也是由斜楔夾緊裝置的一種變形。,特點及應(yīng)用場合:偏心夾緊與螺旋夾緊相比，夾緊行程小，夾緊力小，自鎖能力差,但夾緊迅速，結(jié)構(gòu)緊湊，所以常用于切削力不大，振動較小的的場合，常與其他夾緊元件聯(lián)合使用。,,四、,第七節(jié)機(jī)床夾具設(shè)計的基本步驟,1.研究原始資料，明確設(shè)計任務(wù),為明確設(shè)計任務(wù)，首先應(yīng)分析研究工件的結(jié)構(gòu)特點、材料、生產(chǎn)規(guī)模和本工序加工的技術(shù)要求以及前后工序的聯(lián)系；然后了解加工所用設(shè)備、輔助工具中與設(shè)計夾具有關(guān)的技術(shù)性能和規(guī)格；了解工具車間的技術(shù)水平等。必要時還要了解同類工件的加工方法和所使用夾具的情況，作為設(shè)計的參考。,機(jī)床夾具作為機(jī)床的輔助裝置，其設(shè)計質(zhì)量的好壞對零件的加工質(zhì)量、效率、成本以及工人的勞動強(qiáng)度均有直接的影響，因此在進(jìn)行機(jī)床夾具設(shè)計時，必須使加工質(zhì)量、生產(chǎn)率、勞動條件和經(jīng)濟(jì)性等幾方面達(dá)到統(tǒng)一，其中保證質(zhì)量是最基本的要求。,夾具設(shè)計的基本步驟：,2.確定夾具的結(jié)構(gòu)方案，繪制結(jié)構(gòu)草圖,1）根據(jù)六點定位原理確定工件的定位方式，并設(shè)計相應(yīng)的定位裝置2）確定刀具的導(dǎo)引方法，并設(shè)計引導(dǎo)元件和對刀裝置3）確定工件的夾緊方案并設(shè)計夾緊裝置4）確定其他元件或裝置的結(jié)構(gòu)形式，如定向鍵、分度裝置等5）考慮各種裝置，元件的布局，確定夾具的總體結(jié)構(gòu)6）對夾具的總體結(jié)構(gòu)，最好考慮幾個方案，經(jīng)過分析比較，從中選取較合理的方案。,3.繪制夾具總圖,夾具總圖應(yīng)遵循國家標(biāo)準(zhǔn)繪制，圖形大小的比例盡量取1：1，使所繪的夾具總圖有良好的直觀性?？倛D中的視圖應(yīng)盡量少，但必須能夠清楚地表示出夾具的工作原理和構(gòu)造，表示各種裝置或元件之間的位置關(guān)系等。主視圖應(yīng)取操作者實際工作時的位置，以作為裝配夾具的依據(jù)并供使用時參考。,繪制總圖的順序：先用雙點劃線繪出工件的輪廓外形，并顯示出加工余量；然后把工件視為透明體，按照工件的形狀及位置依次繪出定位、導(dǎo)向、夾緊及其它元件或裝置的具體結(jié)構(gòu)；最后繪制夾具體，形成一個夾具整體。,4.確定并標(biāo)注有關(guān)尺寸和夾具技術(shù)要求,在夾具總圖上應(yīng)標(biāo)注輪廓尺寸，必要的裝配、檢驗尺寸及其公差，制定主要元件、裝置間的相互位置精度要求等。當(dāng)加工的技術(shù)要求較高時，應(yīng)進(jìn)行工序精度分析。,5.繪制夾具零件圖,夾具中的非標(biāo)準(zhǔn)零件都必須繪制零件圖。在確定這些零件的尺寸、公差或技術(shù)條件時，應(yīng)注意使其滿足夾具總圖的要求。,