第二章_机床夹具设计

第 二章 机床夹具设计,2.1概述 2.2 工件的定位 2.3 工件的夹紧 2.4 常见典型夹具,2.1概述,2.1.1 机床夹具的定义 2.1.2 机床夹具的作用 2.1.3 机床夹具的组成,2.2 工件的定位,2.2.1 六点定位原理 2.2.2 工件的定位方式与定位元件 2.2.3定位误差,2.2.1 六点定位原理,1 支承点与定位元件 2 完全定位与不完全定位 3 欠定位与过定位 4.夹紧与定位,工件的六点定位,1 支承点与定位元件,2 完全定位与不完全定位,定位方案分析,3 欠定位与过定位,床头箱定位简图,4.夹紧与定位,磨平面工序定位分析,2.2.2 工件的定位方式与定位元件,1 工件以平面定位 （1）工件以毛面定位,（2）工件以光面定位,（3）可调支承,（4）自位支承,（5）辅助支承,辅助支承的应用,辅助支承,2 工件以内孔定位,间隙配合心轴,圆锥心轴,定位销,圆锥销,3 工件以外圆定位,V型块,4 工件以一组基准定位,一面两孔定位,一面一孔定位,2.2.3定位误差,1定位误差产生的原因 2定位误差的分析与计算 应用举例,1定位误差产生的原因,（1）由基准不重合误差引起的定位误差,基准不重合引起的定位误差,（2）由基准位置误差引起的定位误差,工件定位时，由于定位副（工件的定位基面与定位元件的工作表面）的制造误差引起定位基准相对位置的最大变动量，称为基准位置误差，以JW表示。 DWBCJW,2定位误差的分析与计算,（1）工件以平面定位 （2）工件以内孔定位 基准孔与心轴（或定位销）任意接触 基准孔与心轴（或定位销）固定边接触 （3）工件以外圆在V形块上定位,用间隙配合心轴定位时的基准位置误差,在V型块上定位的定位误差分析,应用举例,两孔定位计算实例,如图2-23所示零件以一面两孔定位，其中一孔用圆销，直径尺寸为12mm，一孔用菱形销，直径尺寸为12mm，两孔的直径尺寸为12mm，其中心距为800.04mm，两定位销为垂直放置，试计算工件定位时所产生的最大转角误差。 解：DW1（TD1 + Td1 + X1min）/2（0.027 + 0.011 + 0.006）/20.022 对菱销孔 DW2（TD2 + Td2 + X2 min）/2（0.027 + 0.011 + 0.032）/20.035 因为 tg（DW1 + DW2）/L 所以maxtg-1 （DW1 + DW2）Lmaxtg-1（0.057/80.04）227 故此工序工件定位时所产生的最大转角误差为227。,2.3 工件的夹紧,2.3.1夹紧力的确定 2.3.2典型夹紧机构,2.3.1夹紧力的确定,1夹紧力的作用点 2夹紧力的方向 3夹紧力的大小,1夹紧力的作用点,（1）夹紧力的作用点应保证工件夹紧后定位稳定，不得破坏工件的定位。,夹紧力作用点分布位置对比,用辅助支承承受夹紧力,（2）夹紧力的作用点应保证工件夹紧后所产生的变形最小 （3）夹紧力的作用点应保证工件夹紧后在加工时所产生的振动要小,夹紧力作用点与变形,2夹紧力的方向,(1) 夹紧力的方向应使工件的定位基面与定位元件接触良好,夹紧 力方向与保持正确定位的关系,（2）夹紧力的方向应与工件刚度最大的方向相一致，有利于减小工件的夹紧变形。,夹紧力方向与工件刚性关系,（3）夹紧力的方向应尽量与切削力、工件重力的方向相一致，利用支承反力来平衡切削力，这将有利于减小夹紧力。,3夹紧力的大小,在确定夹紧力时，通常将夹具和工件看成一个刚性系统，并视工件在切削力、夹紧力、重力、惯性力等力的作用下，处于静力平衡状态，然后列出力的平衡方程式，即可求出理论夹紧力，其中切削力是计算夹紧力的主要依据。 计算出理论夹紧力后，为使夹紧可靠，应乘以安全系数，作为实际所需的夹紧力。即： QKQ 式中：Q计算出的理论夹紧力 Q实际所需的夹紧力 K安全系数，一般为1.53 粗加工时，一般取K2.53；精加工时，一般取K1.52,2.3.2典型夹紧机构,1斜楔夹紧机构 2螺旋夹紧机构 3偏心夹紧机构 4定心夹紧机构,1斜楔夹紧机构,斜楔夹紧机构,(1) 夹紧力的计算 QW.tg2 + W.tg（ + 1） 则WQtg2 + tg（ + 1） 式中：斜楔的斜角 1斜楔与夹具体之间的摩擦角 2-斜楔与工件之间的摩擦角,斜楔夹紧受力分析,(2) 自锁条件 1 + 2 一般1257，则 1014 为确保夹紧机构的自锁性能，通常取58。当用气动或液压等装置实现斜楔夹紧时，其斜角不受限制。,(3) 斜楔夹紧机构的特点： 增力作用好。 夹紧行程小。 当斜角1 + 2时，具有自锁性。 手动夹紧效率低。,2螺旋夹紧机构,（1）单螺旋夹紧,螺杆受力分析,螺纹端部与工件（A或压脚）的当量摩擦半径、螺纹与螺钉的当量摩擦角计算公式,(2) 螺旋压板夹紧机构,螺旋压板夹紧机构,钩形压板,快速螺旋夹紧机构,3偏心夹紧机构,（1）偏心夹紧原理,圆偏心夹紧工作原理,（2）几何特性 hO1XO1MRe.cos xarctg（O2M/h）arctg e.sin（Re.cos）,圆偏心几何关系,（3）偏心轮设计 偏心量 ehBC/（cosBcosC） 设计时通常取B45，C135，则 ehBC/1.414 偏心轮直径 偏心量确定后，偏心轮直径主要取决于自锁条件。 tgmaxe/R2 e /Dtg11 夹紧力的计算,圆偏心夹紧力,4定心夹紧机构,定心夹紧示意图,(1)定位夹紧元件以等速移动来实现定心夹紧,(2)定位夹紧元件靠弹性变形来实现定心夹紧,鼓膜夹具,2.4 常见典型夹具,2.4.1车床夹具 2.4.2钻床夹具 2.4.3 镗床夹具 2.4.4 铣床夹具,2.4.1车床夹具,2.4.2钻床夹具,1.钻套 （1）固定钻套,（2）可换钻套,（3）快换钻套,（4）特殊钻套,2，钻套设计的主要参数 （1）钻套尺寸及公差 钻套孔径的基本尺寸d，应等于所引导刀具的最大极限尺寸。 钻套孔径与所引导刀具的配合，当引导刀具的切削部分时，应按基轴制选取，这是因为刀具为标准尺寸，当引导刀具的导向部分时，可按基孔制选取。 （2）钻套的高度尺寸H 钻套的高度尺寸H也就是导向长度尺寸，其大小应适宜。当H较大时，导向性好，但摩擦磨损大，当H较小时，导向性又不好。一般选取H（11.25）d，当孔的精度要求较高，或孔径尺寸较小时，系数取大值，反之系数取小值。 图2-50 特殊钻套 （3）排屑空间尺寸h 排屑空间尺寸h是钻套底部与工件间的空隙尺寸，其大小应适宜。当h过小时，则排屑困难，有碍装卸工件，当h过大时，钻头容易引偏，影响导向精度。一般按经验数据选取：加工铸铁时，h（0.30.7）d，加工钢件时，h（0.71.5）d，精加工的系数取小值，粗加工的系数可取大值。,钻套高度及间隙,3，钻模板 钻模板是专门安装钻套用的，按其与夹具体的连接方式可分为以下四种形式： （1）固定式钻模板,（2）铰链式钻模板,（3）分离式钻模板,（4）悬挂式钻模板,2.4.3 镗床夹具,1.镗套,固定式镗套,两种回转式镗套结构图,常用内滚式镗套,常用外滚式镗套,2 导向支架与底座 导向支架上安装有镗套，加工时要承受切削力，底座要承受镗模所有元件的重量及加工时的切削力，都必须具有足够的刚度，设计时应注意： （1）导向支架与底座两者应分别设计，不宜铸成一个整体，否则结构工艺性差。 （2）导向支架上不应设置夹紧机构或承受夹紧反力，否则支架会受力变形，影响导向精度。当夹紧力与主轴轴线垂直时，不存在这一问题，当夹紧力与主轴轴线平行，需通过支架对工件进行夹紧时，应在支架上开孔，使夹紧力从孔中穿过。 （3）底座上安装各元件的相接触表面，应设计为凸出表面，以减少加工量。 （4）底座上应设计找正基面，以方便安装镗模。 （5）底座上应设计起吊孔或设置起吊环，以方便吊装镗模。 （6）导向支架与底座的连接，一般用螺钉进行紧固，用锥销进行定位。,3 导向支架的布置方式 （1）单面前导 导向支架布置在镗刀的前面，镗杆与主轴为刚性连接，主要用于加工D60mm，LD的通孔，或小型箱体上单向排列的同轴线通孔。 （2）单面后导 导向支架布置在镗刀的后面，镗杆与主轴为刚性连接，主要用于加工盲孔或D60 mm的孔。按L与D的比值大小，可分为两种类型： 当L与D的比值小于1，镗杆导向部分的直径d可大于镗孔直径D，刚度好，易保证加工精度。 当L与D的比值大于1，镗杆导向部分的直径d应小于镗孔直径D，这样有利于缩短镗杆长度和镗孔时镗杆的悬伸量。此时镗套上应设计引刀槽。 （3）单面双导 两个导向支架均布置在镗刀的后面，镗杆与主轴为浮动连接，为了保证导向精度，应限制镗杆的伸出长度，即L15d，另外设计时取L（1.251.50）L1，H1H2(12) d。 （4）双面单导 导向支架分别布置在工件的两侧，镗杆与主轴为浮动连接，主要用于加工L1.5D的通孔，或处于同一轴线上的一组孔，且孔间距或同轴度要求较高的场合。 （5）在工件的两侧分别布置两个导向支架，镗杆与主轴均为浮动连接，主要用于孔的加工精度要求较高，需同时从两面进行镗孔的场合。,单面前导向镗孔示意图,单面后导向镗孔示意图 （lD）,单面后导向镗孔示意图,单面双导向镗孔示意图,双面单导向,双面双导向,2.4.4 铣床夹具,轴瓦铣开夹具,1 铣床夹具的种类及结构型式,按工件的进给方向，铣床夹具可分为以下三大类： （1）直线进给式铣床夹