CH07机床夹具设计.ppt

第7章 机床夹具设计,7.1 概述 7.2 工件在夹具中的定位 7.3 定位误差的分析与计算 7.4 工件在夹具中的夹紧 7.5 夹具的连接元件、对刀装置和引导元件 7.6 典型机床夹具,机床夹具： 是在机床上用于装夹工件或引导刀具的装置。,重点： 1.基准及其分类； 2.六点定位原理； 3.工件的定位方式与定位元件。,第7章 机床夹具设计,第7章 机床夹具设计,7.1 概述,7.1.1 基准及其分类,基准就是用来确定生产对象上几何要素间的几何关系所依据的那些点、线、面。,1.设计基准 在零件设计图上用以确定零件其它点、线、面位 置所采用的基准，称为设计基准。,第7章 机床夹具设计,（1）工序基准 在工艺文件上用以确定本工序被加工表面加工后的尺寸、形状和位置所采用的基准。,2.工艺基准 零件在工艺过程中所采用的基准，即零件在加 工、测量、装配等工艺过程中所采用的基准，称为 工艺基准。,第7章 机床夹具设计,图 7-2 零件工艺基准示例,第7章 机床夹具设计,（2）定位基准 工件在定位过程中所采用的基准。即，使工件 在机床上或夹具中占据正确位置所依据的点、线、 面。,平面E加工时，以外圆柱面与V形块相接触的母线S、T定位，因此圆柱轴心线为定位基准，外圆面为定位基准面。,第7章 机床夹具设计,1）粗基准 使用未经机械加工的表面作为定位基准，称为粗基准。 2）精基准 使用已经机械加工的表面作为定位基准，称为精基准。 3）附加基准 仅仅为了机械加工工艺需要而设计的定位基准，称为附加基准。,第7章 机床夹具设计,（3）测量基准 零件检验时，用以测量加工表面的尺寸，或者用于测量零件加工表面的形状误差或位置误差所采用的基准。,第7章 机床夹具设计,（4）装配基准 装配时用来确定零件或部件在机器中的相对位置所采用的基准，称为装配基准。,第7章 机床夹具设计,3. 基准重合 在实际生产中，应尽量使以上各种基准重合，以消除基准不重合误差。,1）设计零件时应尽量以装配基准作为设计基准，以便保证装配技术要求； 2）在制定加工工艺路线时，应尽量以设计基准作工序基准，以保证零件加工精度； 3）在加工和测量零件时，要尽量使定位基准、测量基准和工序基准重合，以减少加工误差和测量误差。,第7章 机床夹具设计,7.1.2 工件在工艺系统内的安装,（1）工件定位：加工前，使工件在机床上或夹具上占有正确的加工位置的过程，称为定位。 （2）工件夹紧：对工件施加一定的外力，使工件在加工过程中保持定位后的正确位置且不发生变动的过程称为夹紧。 安装或装夹：工件定位、夹紧的全过程。 注意： 定位在前，夹紧在后， 定位是首要的。,1. 安装的概念,第7章 机床夹具设计,2. 工件的安装方式,（1）直接找正安装 是用百分表、划针或用目测，在机床上直接找正工件，使工件获得正确位置的方法。,a）磨内孔时工件的找正 b）刨槽时工件的找正,特点： 效率低，精度高。适用于单件小批量生产或定位精度要求特别高的场合。,第7章 机床夹具设计,（2）划线找正安装 是按图样要求在工件表面上事先划出位置线、加工线或找正线，安装工件时，先按找正线找正工件的位置，然后夹紧工件。,划线找正法示例,特点：通用性好，效率低，精度不高，适用于单件小批量生产中形状复杂的铸件粗加工工件。,第7章 机床夹具设计,（3）使用夹具安装 是按图样要求在工件表面上事先划出位置线、加工线或找正线，安装工件时，先按找正线找正工件的位置，然后夹紧工件。,特点：效率高，定位精度高，稳定性好，还能减轻工人劳动强度，降低技术要求，广泛适用于各种生产类型。,第7章 机床夹具设计,7.1.3 机床夹具的组成及分类,机床夹具：在机床上用来完成工件定位、夹紧任务的装置，称为机床夹具。,1. 机床夹具的组成,1）定位元件 2）夹紧装置 3）对刀及导向装置 4）夹具体 5）其他装置或元件,第7章 机床夹具设计,2. 机床夹具的分类,（1）按应用范围分： 通用夹具、专用夹具、成组夹具、组合夹具、随行夹具 （2）按使用机床分： 车床夹具、铣床夹具、钻床夹具、镗床夹具、磨床夹具等 （3）按动力源分： 手动夹具、气动夹具、液压夹具、电动夹具、磁力夹具、真空夹具等,组合夹具,第7章 机床夹具设计,随行夹具,第7章 机床夹具设计,（1）保证加工精度 零件加工精度包括尺寸精度、几何形状和表面相互位置精度。夹具的最大功用是保证加工表面的位置精度。 （2）提高生产率，降低生产成本 快速将工件定位夹紧，免除了找正、对刀等，缩短辅助时间，提高了成品率，降低了成本。 （3）扩大机床的加工范围 如在车床上加镗夹具，可完成镗孔加工。 （4）减轻工人劳动强度,第7章 机床夹具设计,3. 机床夹具的用途,第7章 机床夹具设计,7.2 工件在夹具中的定位,7.2.1 工件的六点定位原理,1. 六点定位原理,图7-10 物体的六个自由度,第7章 机床夹具设计,六点定位简图,合理布置六个定位支承点，使工件上的定位基面与其接触，一个支承点限制工件一个自由度，使工件六个自由度被完全限制，在空间得到唯一确定的位置，此即六点定位原理。,第7章 机床夹具设计,2. 工件限制的自由度数目与加工要求的关系,工件的正确定位：根据工件加工要求来进行工件实际自由度个数和方向的限制，以达到加工要求的目的。,1）完全定位：,连杆钻孔定位方案,平面支承,侧挡销,短圆柱销,工件的六个自由度被完全限制的定位称完全定位。,连杆钻孔定位方案,平面支承,侧挡销,短圆柱销,第7章 机床夹具设计,2）不完全定位：,按加工要求，允许有一个或几个自由度不被限制的定位称为不完全定位。 实际生产中，工件被限制的自由度数一般不少于三个。,第7章 机床夹具设计,3）欠定位：,连杆钻孔定位方案,平面支承,侧挡销,短圆柱销,按工序的加工要求，工件应该限制的自由度未被限制的定位，称为欠定位。欠定位在任何情况下都是不允许的。,第7章 机床夹具设计,4）过定位：,工件同一个自由度被几个定位支承点同时限制。,第7章 机床夹具设计,过定位造成的后果： （1）使工件或夹具元件变形，引起加工误差； （2）使部分工件不能安装，产生定位干涉（如一面两销） 消除过定位及其干涉的途径： 1. 改变定位元件结构，消除对自由度的重复限制，如长销改成短销； 2. 提高工件定位基面之间的位置精度，提高夹具定位元件之间的位置精度，减少或消除过定位引起的干涉，精加工时可增加刚度和定位稳定性。,第7章 机床夹具设计,7.2.2 常见定位方式与定位元件,1.工件以平面定位,辅助支承,主要支承,固定支承,可调支承,自位支承,平面支承,主要支承：用以限制工件必须限制的自由度。 辅助支承：在定位时并不限制工件自由度，只是在加工时用来增强工件的支承刚度及稳定性，只起支承作用而不起定位作用。,支承钉,支承板,3.常见定位方式及定位元件,1) 工件以平面定位 主要支承 辅助支承,固定支承 可调支承 自位支承,支承钉 支承板,3.常见定位方式及定位元件,1) 工件以平面定位 支承钉,图2-57 支承钉和支承板,第7章 机床夹具设计,3.常见定位方式及定位元件,1) 工件以平面定位 支承板,图2-57 支承钉和支承板,3.常见定位方式及定位元件,1) 工件以平面定位 可调支承,图2-58 可调支承,第7章 机床夹具设计,可调支承,可调支承多用于毛面定位，每批调整一次，以补偿各批毛坯误差。,3.常见定位方式及定位元件,1) 工件以平面定位 自位支承：在定位时，其支承点的位置可随工件定位基准面位置的变化而自动与之协调，虽然自位支承与工件有两三个接触点，但只起到一个支承点的作用。,图2-59 自位支承,第7章 机床夹具设计,自位支承,在定位时，其支承点的位置可随工件定位基准面位置的变化而自动与之协调，虽然自位支承与工件有两三个接触点，但只起到一个支承点的作用。,3.常见定位方式及定位元件,1) 工件以平面定位 辅助支承,图2-60 辅助支承,第7章 机床夹具设计,辅助支承,3.常见定位方式及定位元件,2) 工件以圆孔定位 定位销 定位心轴 定心夹紧装置,3.常见定位方式及定位元件,2) 工件以圆孔定位 定位销,圆柱销 圆锥销,长定位销 短定位销,图2-64 工件以圆柱孔定位的定位套,常见的圆柱销结构：,常见的圆锥销结构：,图2-65 锥销定位,第7章 机床夹具设计,工件以圆柱孔定位,定位元件：定位销、定位心轴、定心夹紧装置等。,定位销 有圆柱销和圆锥销两类。短圆柱销限制两个自由度，长圆柱销限制四个自由度。,第7章 机床夹具设计,圆锥销常用于工件孔端的定位，可限制三个自由度。,3.常见定位方式及定位元件,2) 工件以圆孔定位 定位心轴 锥度心轴 圆柱心轴 过盈配合心轴 间隙配合心轴,3.常见定位方式及定位元件,2) 工件以圆孔定位 锥度心轴,图2-67 锥度心轴,3.常见定位方式及定位元件,2) 工件以圆孔定位 过盈配合心轴,图2-66 圆柱心轴,3.常见定位方式及定位元件,2) 工件以圆孔定位 间隙配合心轴,图2-66 圆柱心轴,第7章 机床夹具设计,定位心轴 有圆柱心轴和锥度心轴等。 主要用于盘套类零件的定位。,3.常见定位方式及定位元件,3) 工件以外圆表面定位 V形块 半圆环 定位套 支承定位,3.常见定位方式及定位元件,3) 工件以外圆表面定位 V形块,图2-61 型块,第7章 机床夹具设计,工件以外圆柱面定位,（1）V形块 结构尺寸已标准化，斜面夹角有6090120,3) 工件以外圆表面定位 V形块,3.常见定位方式及定位元件,图2-62 活动V型块的应用,3.常见定位方式及定位元件,3) 工件以外圆表面定位 定位套,图2-63 工件以圆孔定位的定位套,第7章 机床夹具设计,定位套 短定位套限制两个移动自由度，长定位套限制工件的四个自由度。,第7章 机床夹具设计,半圆定位装置 主要用于大型轴类零件及不便于轴向装夹的零件。,第7章 机床夹具设计,常见定位元件所能限制的自由度见课本P204表7-2,3.常见定位方式及定位元件,4) 工件以组合表面定位,图2-68 一面两销定位,3.常见定位方式及定位元件,4) 工件以组合表面定位,四、工件的夹紧方式,1. 夹紧装置及其组成 什么是夹紧装置？ 将工件在夹具中夹紧、压牢的装置，就是夹紧装置。 动力装置 夹紧装置 夹紧元件 中间递力机构,四、工件的夹紧方式,2. 对夹紧装置的基本要求 1）夹紧应有利于工件的定位而不能破坏工件在定位时所获得的正确位置； 2）夹紧力大小应适当，使夹紧作用可靠，而且能够自锁。 3） 夹紧后工件的变形应尽可能小，不能因夹紧变形而影响加工精度。 4）夹紧机构的操作要方便、迅速、省力、安全。,3、夹紧力的确定,必须合理确定夹紧力的三要素：大小、方向和作用点 (1)夹紧力方向的确定 1）主要夹紧力方向应垂直于主要定位面,夹紧力方向示意图,3. 夹紧力的确定,夹紧力方向对镗孔位置精度的影响,2）夹紧力的作用方向应使所需夹紧力最小,夹紧力方向应尽可能实现“三力”同向，以利于减小所需的夹紧力。当夹紧力、切削力、工件自身重力的方向均相同时，加工过程中所需的夹紧力最小，从而能简化夹紧装置结构和便于操作，且利于减少工件变形。,3）夹紧力的作用方向应使工件变形尽可能小,如图所示薄壁套筒，其轴向刚度比径向好，用卡爪径向夹紧，工件变形大，若沿轴向施加夹紧力，则变形会小得多。,()夹紧力作用点的确定,1）夹紧力应作用在刚度较好部位,所示的薄壁箱体时，夹紧力不应作用在箱体的顶面，而应作用在刚性好的凸缘上。当箱体没有凸缘时，可在顶部采取多点夹紧以分散夹紧力，减少夹紧变形。,2）夹紧力作用点应正对支承元件或位于支承元件 形成的支承面内，保证工件定位稳定，而不会引起工件在夹紧过程中产生位移或偏转。,夹紧力作用点的位置不正确,3）夹紧力作用点应尽可能靠近加工表面,夹紧力作用点靠近加工部位可提高加工部位的夹紧刚性，防止或减少工件振动。如图所示，主要夹紧力垂直作用于主要定位基准面，如果不再施加其它夹紧力，因夹紧力没有靠近加工部位，加工过程易产生振动。所以，应在靠近加工部位处采用辅助支承并施加夹紧力或采用浮动夹紧装置，既可提高工件的夹紧刚度，又可减小振动。,()夹紧力大小的估算,夹紧力的大小根据切削力、工件重力的 大小、方向和相互位置关系具体计算，并 乘以安全系数K ，一般精加工K =1.52， 粗加工K = 2.53。,第7章 机床夹具设计,7.3 定位误差的分析与计算,保证加工精度实现的条件： 若规定工件的加工允差为工件，以夹具表示与采用夹具有关的误差，以加工表示除夹具外与工艺系统其它因素（如机床误差、刀具误差、受力受热变形等）有关的加工误差，为保证工件的加工精度要求，必须满足误差计算不等式 ： 工件夹具加工 制订夹具公差时，应保证夹具的定位、制造和调整误差的总和不超过零件公差的三分之一。,第7章 机床夹具设计,7.3.1 定位误差的概念及产生的原因,1. 定位误差的概念,同批工件在夹具中定位时，工序基准位置在工序尺寸方向或沿加