机械制造工艺学 第六章 机床夹具设计.ppt

2019/5/5,第一节机床夹具概述 一、机床夹具及组成 完成工件安装的工艺装备称为夹具。 例：加工平面对工艺装备的要求,第六章机床夹具设计,2019/5/5,（1）保证上与下面平行 （2）保证工件不动 机床夹具的组成（图61） 1.定位元件与工件定位基准配合。 图中为“一面两销”（N面） 2.夹紧装置用于夹紧工件，图中为螺栓，螺母，压板 3.对刀元件确定刀具与夹具的相对位置，图中为对刀块（配合塞尺）,2019/5/5,2019/5/5,4.连接元件保证夹具与机床的相对位 置，图中为定位键等。 5.夹具体 6.其它元件。 二、机床夹具分类 1.通用夹具：卡盘，顶夹，虎钳，分度头等。 2.专用夹具 专为某工件某工序专门设计。,2019/5/5,3.可调夹具、成组夹具可加工结构相似的各种零件，可应用于成组加工工艺中。 4.组合夹具由一套标准化的夹具元件，按要求拼装而成，组合夹具站（或中心）的支持。 5.随行夹具用于自动线或柔性制造系统。 工件安装在该夹具上，运输装置把夹具输送往各个机床，并在各机床上定位和卡紧夹具。各工序加工全部完成后，卸下工件。 其它分类方式：按机床分类，按动力源分类等。,2019/5/5,三、机床夹具的功用 （1）保证加工质量（精度） （2）缩短辅助时间，一般有T基+T辅75%T单 （3）扩大机床使用范围 （4）改善劳动条件,2019/5/5,第二节工件在夹具的定位 一、常用定位方法与定位元件 1.工件以平面定位 （1）固定支承（图62）支承钉、支承板 （2）可调支承（图63）在一批零件的加工过程中，其作用同固定支承（即每批毛坯调整一次） （3）自位（浮动支承）限制1个自由度。多点支承，支承稳定性，刚性好。（图64） （4）辅助支承（图65）不限制自由度，可增加稳定性和刚性（夹紧后支承，且不破坏原定位）,2019/5/5,2019/5/5,2019/5/5,2019/5/5,2019/5/5,（二）工件以圆柱孔定位 1、心轴（限制4-5个自由度）图66 刚性心轴：过盈、间隙、小锥度 可涨心轴：弹性、液塑、自定心 2、定位销（限制1-3个自由度）图67、8 圆柱（2个）菱形（1个）锥销（3个）,2019/5/5,2019/5/5,2019/5/5,2019/5/5,（三）工件以外圆表面定位 1、定心定位（与孔相同）（图69）,2019/5/5,2、支承定位(V型块)角：60度、90度、120度。 （图610）,2019/5/5,V型块主要设计参数T检验心轴中心高（V型块零件图上需标注） D由工件确定 N，H参照标准选定（或经验公式计算） =90度时，T=H+0.707D-0.5N V型块的设计标准GB2208-80(尺寸、材料、热处理等。),2019/5/5,（四）工件以其它表面定位（图611、12） 锥度心轴，渐开线齿面等。 （五）定位表面的组合形式（图613）,2019/5/5,2019/5/5,2019/5/5,二、定位误差的计算 1.定位误差工序基准在加工尺寸方向的最大变动量。 定=不+位置 不基准不重合误差。 工序基准相对于定位基准在加工尺寸方向的最大变动量。 位基准位置误差。 定位基准制造误差。,2019/5/5,定位误差分析举例：,2019/5/5,加工孔A A1 ：基准重合 不=0 （定）A1 =位A1=2 tgT（箱体表面误差） A2：基准不重合，认定为位=0（精加工顶面） （定）A2=不A2=TL2 加工孔B B1 ：基准不重合，不B1=TL1，位B1=2H tgT （定）B1=不B1+位B1= TL1+2H tgT B2：（定）B2=0,2019/5/5,2.用几何方法计算定位误差 画出定位简图 画出工件变动的极限位置，根据几何关系求解（工序尺寸方向的最大变动量） 例6-2孔与销间隙配合，工序基准为孔心时的定位误差计算。（图617） 第一种情况：孔与销可在任意边接触（销垂直安放，a图） 定位基准为孔的中心线，基准重合；不=0 位=孔与销的配合与公差,2019/5/5,2019/5/5,1孔公差TD/2 3销公差Td/2 2最小配合间隙，min/2 （按极值法计算）,2019/5/5,第二种情况：孔与销在固定边接触（销水平安放） （销水平放置时，工件自重使销的上母线与孔的上母线单边接触。） 工序基准为孔心时，定位基准为孔的一条母线，不0 O1 孔小时的中心线位置 O2 孔大时的中心线位置 O销的中心线位置,2019/5/5,定位与销的直径无关。（Td只与O的位 置 有关）,2019/5/5,例：工件以一面两孔定位（图6-18），限制自由度分析： 平面 销1限制 销2限制 所以 向过定位 消除过定位的方法 方法1减小销2直径,2019/5/5,2019/5/5,入上图所示： 孔中心距最大值 销中心距最小值 孔径最小值：D1，D2 销径最大值：d1=D1-1min，d2=D2-2min 考虑：2min及1min 缺点：限制 方向的定位误差增大,2019/5/5,方法2采用菱形销，如图618。 优点：转角定位误差小 b菱形销宽度 菱形销的设计步骤（尺寸标准化，表61） （1）确定两销中心距尺寸及其公差（Tlk为已知） （2）按孔的最小尺寸确定圆柱销基本尺寸，其 公差一般取g6或f7。 （3）确定菱形销： 按公式6-2计算， 按表6-1选取b，其公差一 般取h6或h7。,2019/5/5,例6-1 按图6-1设计两销定位的有关尺寸。 解：1)选取LX=570.02 (工作孔距 570.06) 2)选取圆柱销： d1=42.6 g6 (工件大孔定位) 3)按表6-1选取菱形销 b =4， 4)按公式（62）计算最小配合间隙2min=0.03 5)按公差h6 得到 d2=15.30.030 0.041,2019/5/5,2019/5/5,一面两孔定位时的定位误差(图618),2019/5/5,销1限制方向 销2限制方向,2019/5/5,例6-3 图6-1所示夹具的 解：1.工序尺寸公差及技术要求 槽深 槽中心线与轴线夹角 槽中心平面过大孔轴线 2.各方向定位误差的计算,2019/5/5,平面定位误差（与槽深相关） dw=不=T14.3=0.1 mm 角度定位误差（与45夹角相关） 方向位误差（与槽中心平面过大孔轴线相关）dw=位=D1max-d1min =0.1+0.025=0.125 mm,2019/5/5,(二)用微分法计算定位误差 外圆在V型块上定位的定位误差 （1）工序基准为中心线时,尺寸H 的定位误差 dwH 建立几何关系式（图619）,2019/5/5,2019/5/5,对关系式求全微 用微小增量（公差）代替微分,2019/5/5,忽略V型块的角度误差（角度误差为定值） （2）不同工序基准时，尺寸H1 、H2 定位误差 （3）键槽中心线对称度的定位误差 dw=0,2019/5/5,注：定位误差与加工方法 1）当采用夹具安装调整法加工时（对刀块、塞尺对刀），应计算定位误差。 2）当采用试切加工（试切测量试切）时，不考虑定位误差。 3）数控机床加工，当采用夹具安装调整法加工时，同样应考虑定位误差的影响。,2019/5/5,第三节工件夹紧 一、对夹紧装置的要求 1夹紧时保证定位时的状态 2夹紧安全可靠 3夹紧操作方便、省力、安全 4结构合理、力求简单、紧凑、标准化 夹紧机构设计的核心：夹紧力,2019/5/5,二、夹紧力的确定 夹紧力三要素：大小、方向、作用点 1.夹紧力方向的选择 （1）垂直于主要定位基准面（不破坏定位）图6-20,2019/5/5,（2）与工件刚度最大方向一致（工作变形最小）图6-21,2019/5/5,（3）与受力方向一致（夹紧力最小） 图2-20,图（b）中的定位块起到了止动块的作用。,2019/5/5,其它夹紧力方向与切削力方向的选择举例 钻削时的轴向切削力Fz起到夹紧力的作用，此时夹紧力Fj的作用只是防止工作振动。（切入、切出时除外）,2019/5/5,2.夹紧力作用点的选择 （1）靠近支承面的几何中心。（夹紧稳定）图6-23,2019/5/5,2.夹紧力作用点的选择 （2） 作用于刚度较大处。（工作变形最小）图2-22,2019/5/5,（3）靠近加工点。（减小振动和变形）图6-25,（三）夹紧力大小的估算 取决于F切、M切、G的大小，方向及作用点。,2019/5/5,步骤： （1）根据工序几各计算切削力F切和切削扭矩M切。 （2）根据力学平衡条件计算最小夹紧力FJ （3）根据加工情况确定安全系数K。 例：车削时夹紧力估算（图6-26）,2019/5/5,铣削时夹紧力估算图6-27 （表62）摩擦系数,2019/5/5,三、常用夹紧机构 1. 斜楔夹紧机构（图628） 夹紧力公式： 斜楔的自镇条件：12 增力、变向，增力系数： 小，增力大，但工作行程增加，夹紧行程小,2019/5/5,2019/5/5,2. 螺旋夹紧机构 （图629） 其中： 螺纹副的当前摩擦角。表6-3 螺母端面、螺杆端部与工件的摩擦角 螺杆端部与工件的当前摩擦半径。表6-4 以手柄长度为准,2019/5/5,2019/5/5,夹紧力大小的实验测定公式： (常用标准螺距的螺栓) Ts作用力矩 (Ncm) 螺旋夹紧机构特点: 简单、可靠(自锁性好)增力比大,一般为手动，费时、费力。 三角螺纹一般有:=24,2019/5/5,螺栓与压板组合（图c）形成设计要点 (1)支点位置 (2)压板应水平,工件高度不同时,应能适当调整. (3)压板应设计复位装置.(图6-29)中弹簧 (4)螺栓应止动(图6-29)中止动螺母,止动螺钉 (5)勾形压板受力分析(图2-29.d),2019/5/5,W=,2019/5/5,3. 偏心夹紧机构（图633） 分类：圆偏心,曲线偏心 1）圆偏心的几何特性 当由0 则h由(Re) (R+e)，实现 夹紧。,2019/5/5,楔角x的变化（图6-33b） =0， x =0 =90时，x =maxa r c t g(e/R) 所以x为变值。,2019/5/5,2）自锁条件 由 1 2，且忽略2 有 1 轮周作用处与工件摩擦角。 2 转轴处摩擦角。 近似（可保证安全性）。 当0.15时， 对偏心机构的结构要求之一。,2019/5/5,3）夹紧力估算： F1 F1XF1cos （F1X相当于斜楔所受水 平推动）按斜楔夹紧力 计算公式,2019/5/5,4）夹紧行程 在P点左右，45 L行程=h2h12esin451.4e 偏心轮工作行程要求。 L行程=L工作+间隙+储备 间隙=0.5 储备=0.5 设计步骤:由L行程e，根据自锁条件D。 结构特点: 夹紧行程小,夹紧力小,自锁性差,夹紧动作迅 速结构紧凑。,2019/5/5,2019/5/5,4. 铰链夹紧机构 铰链和杠杆的组合夹紧机构（图634） 销轴3为受力体 水平拉力Q即原始力FS 滚子对销轴的全反力F,与销轴处摩擦圆相切. 臂1的全反力N,它与上下销轴两处摩擦圆相切. Q、F、N三力处于静力平衡 垂直方向分力为Fj,2019/5/5,2019/5/5,、 当量摩擦角。 与臂两端铰链销轴半径r和两孔中心距L有关。 与滚子销轴半径和滚子半径R有关。 铰链夹紧机构特点： 动作迅速，增力比大，一般不自锁，摩擦损失小，适用于气动夹具。 注：在手册中可查到各种结构的增力比。,2019/5/5,设计注意事项： 1）与保持最小安全储备倾角（e5） 2）夹紧行程与气缸行程的效验（用双点划线表示） 5. 定心夹紧机构 定位：夹紧同时完成。定=0，常用于中心线、 对称面为工序基准的工件夹紧。 例如：工件的外圆表面定位 在三爪长盘中定位时，各爪处Td/2相同，定=0 （忽略三爪卡盘精度和工件不圆度误差）,2019/5/5,1）夹紧件等速移动的结构 （1）斜楔定心夹紧机构（图635） （2）左右旋螺纹夹紧机构。（图636） （3）其它：杠杆式，齿轮齿条，其它步进式等。 2）以均匀弹性变形夹紧 例如：弹簧夹头，液塑心轴等（图637、38） 6. 联动夹紧机构（图63941） 可同时在几个点对一个或多个工件夹紧。 1）合理分配各夹紧点力的大小。 2）各夹紧点受力均匀。,2019/5/5,2019/5/5,2019/5/5,2019/5/5,2019/5/5,2019/5/5,2019/5/5,四、夹紧机构的动力装置。 1. 气动夹紧装置 p0.40.6 Mpa 动作迅速,气源方便(噪声较大) 2. 液压夹紧装置 p56.5 Mpa (取较低工作压力) 工作平稳，无冲击，噪音小，需配置液压工作站。 3. 气压增压夹紧装置。,2019/5/5,2019/5/5,2019/5/5,第四节 各类机床夹具 二、钻床夹具（可用于钻，扩，铰等工序，对刀具进行导向）。 （一）、钻模类型、结构,2019/5/5,2019/5/5,1）回转式（分度式）浇轴线分布的侧孔(图644) 定位：一面、短销、档销 夹紧：螺旋手动夹紧 钻头导向：钻模板、钻套 工件旋转定位:分度盘 2）翻转式多面上的孔(图628) 3）盖板式大型零件上的小孔(图248) 5）滑柱式利用钻模板的上下移动夹紧工 件。（标准化：图249、50),2019/5/5,2019/5/5,2019/5/5,2019/5/5,2019/5/5,2019/5/5,（二）钻模设计要点 1.钻套安装在钻模板上，用于引导钻头（或扩孔钻、铰刀等） 标准化：固定，可换，快换。(图649) 专用：特殊(图650) 配合精度要求：引导孔与钻头的配合 F7 、 钻套外径与钻模板的配合等。 其它要求： 耐磨性，导向性H，排屑性h。 (图253),2019/5/5,2019/5/5,2019/5/5,2、钻模板保证孔的位置精度，(图254) 固定式，铰链式，分离式，悬挂式 3、夹具体 一般不需要设计与机床的定位装置。,2019/5/5,2019/5/5,三、铣床夹具 （一）、类型 1.直线进给式铣平面，键槽等(图655) 2.圆周进给式可连续加工，并可实现高效率，自动化生产。 3.仿形进给式靠模法加工曲线和曲面。 （二）设计要点 1.铣削力特点：断续切削，切削力大，冲击力大，易振动，所以刚度大，夹紧力大，液压机动夹紧。,2019/5/5,2019/5/5,2.对刀装置确定刀具相对于夹具的位置。（对刀块和塞尺）(图266),2019/5/5,2、夹具体的对定：找正法，定位键与机床工作台T型槽定位。(图267),2019/5/5,第六节 机床夹具的设计步骤与方法 一、基本要求 二、夹具设计的一般步骤： 1.研究原始资料 待加工工件的零件图、工艺规程 工艺设计手册、夹具设计手册、设计图册,2019/5/5,2.定方案（示意图，原理图，结构草图） 定位、夹紧、对刀、总体结构 3.绘制总图 工件轮廓双点划线 夹紧机构夹紧状态 尺寸、配合、技术要求、明细表、标题栏,2019/5/5,4.绘制夹具零件图 三、夹具设计中的几个重要问题： 1.经济性分析 2.成组设计思想 3.装配图的尺寸标注（图673） （1）外型尺寸：长、宽、高 （ 2 ）定位件、导向件与安装基准面有关配合尺寸，位置尺寸及公差。,2019/5/5,2019/5/5,2019/5/5,（ 3 ）夹具与工件配合尺寸。 （ 4 ）夹具件与刀具配合尺寸（钻套孔径表） （ 5 ）夹具与机床配合尺寸。 （ 6 ）其它配合尺寸 尺寸公差和形位公差取： T工件的（1/51/2）,2019/5/5,2、应