机械制造装备-夹具12-17.ppt

机械制造装备航空制造工程学院焦益群2020年1月7日星期二 航空制造工程学院焦益群邮箱 272882059 电话 139791476192020年1月7日星期二 第三部分机床夹具 第五章机床夹具 主要内容 1 概述2 工件在夹具上的定位3 工件在夹具中的夹紧4 各类机床夹具 复习思考题 1 什么叫机床夹具 2 简述机床夹具的功用 3 机床夹具一般由哪几部分组成 4 按使用范围可分为哪几类 5 夹具设计的基本要求是什么 6 专用夹具设计的一般步骤有哪些 机床夹具的功用机床夹具及其组成机床夹具的分类 第一节概述 概念回顾装夹有两个含义 即定位和夹紧 定位是指确定工件在机床或夹具中占有正确位置的过程 夹紧是指工件定位后将其固定 使其在加工过程中保持定位位置不变的操作 机床夹具是在机床上用以装夹工件的一种装置 其作用是使工件相对于机床或刀具有一个正确的位置 并在加工过程中保持这个位置不变 一 机床夹具的功用1 保证加工质量机床夹具的首要任务是保证加工精度 特别是保证被加工工件的加工面与定位之间以及被加工表面相互之间的位置精度 2 提高生产率 降低成本我们在工件的装夹方式时讲过 由于工件一放到夹具中 就占有正确的加工位置 与直接找正和划线找正相比 使用夹具装夹可以减少找正 划线等辅助时间 因此 可以提高生产率和降低成本 3 扩大机床工艺范围4 减轻工人劳动强度 保证生产安全 二 机床夹具的组成 1 钻套2 心轴3 开口垫圈4 螺母5 工件6 夹具体 钻床夹具 1 定位元件或装置 用来确定工件在夹具中位置的元件 如衬套 菱形销 支承钉 根据机床夹具的功用 其基本组成一般可分为 2 刀具导向元件或装置 用来确定刀具与工件加工位置的元件 如对刀块 钻套等 3 夹紧元件或装置 用来固紧工件定位后位置的元件 如压板 螺母及螺栓 4 连接元件 用来确定夹具在机床上位置并与机床相连接的装置 如导向键 5 夹具体 用来连接夹具中各元件及装置 使其成为夹具的元件 6 其它元件或装置 如分度装置 防错装置 气动液压传动装置等 按使用范围可分为五类 1 通用夹具它们是用来安装具有一定尺寸范围和一定外形的常见的工件 三 机床夹具的分类 2 专用夹具为适应生产品种固定 批量较大或加工精度高的某一工件的加工要求 而专门设计的夹具 其特点为 加工精度高 但是生产准备周期长 并且当生产对象变化时 它一般都不能在使用 浪费较大 3 通用可调整夹具和成组夹具夹具的部分元件可以更换 部分装置可以调整 以适应不同零件的加工 1 调节旋钮2 定位支承3一滑柱4 夹紧捏手5一钻套6一紧固手柄 4 组合夹具组合夹具是一种根据被加工工件的工艺要求 利用一套标准化的元件组合而成的夹具 夹具元件标准化 根据零件加工要求拼装而成 槽系组合钻模元件分解图1一其它件2 基础件3一合件4 定位件5一紧固件6 压紧件7一支承件8一导向件 5 随行夹具在自动线或柔性制造系统中使用的夹具 随行夹具是在自动线上或柔性制造系统中使用的一种移动式夹具 还可按加工类型 使用的机床 夹紧装置的动力源分类 机床夹具按加工类型和在什么机床上使用来分类 可分为车床夹具铣床夹具钻床夹具镗床夹具磨床夹具自动机床夹具数控机床夹具等 机床夹具还可按其夹紧装置的动力源来分类 此时可分为手动夹具气动夹具液动夹具电磁夹具真空夹具 四 夹具设计的基本要求1 保证工件的加工精度2 夹具总体方案应与生产纲领相适应3 操作方便 工作安全 能减轻工人劳动强度4 便于排屑5 有良好的结构工艺性 机床专用夹具设计的基本要求可概括为以下几方面 l 保证工件的加工精度这是夹具设计的最基本要求 其关键是正确地确定定位方案 夹紧方案 刀具导向方式及合理制定夹具的技术要求 必要时应进行误差分析与计算 2 夹具总体方案应与生产纲领相适应在大批量生产时 应尽量采用各种快速 高效结构 如多件夹紧 联动夹紧等 以缩短辅助时间 提高生产率 在中 小批量生产中 则要求在满足夹具功能的前题下 尽量使夹具结构简单 容易制造 以降低夹具制造成本 3 操作方便 工作安全 能减轻工人劳动强度如采用气动 液压等机械化夹紧装置 以减轻工人的劳动强度 并可较好地控制夹紧力 夹具操作位置应符合操作工人的习惯 必要时应有安全保护装置 以确保使用安全 4 便于排屑切屑积集在夹具中 会破坏工件正确的定位 切屑带来的大量热量会引起夹具和工件的热变形 影响加工质量 切屑的清扫又会增加辅助时间 降低工作效率 切屑积集严重时 还会损伤刀具或造成工伤事故 因此排屑问题在夹具设计时必须给予充分的注意 在设计高效机床夹具时尤为重要 5 有良好的结构工艺性设计的夹具应便于制造 检验 装配 调整 维修等 五 专用夹具设计的一般步骤 一 研究原始资料 明确设计要求 二 拟订夹具结构方案 绘制夹具结构图 三 绘制夹具总图 标注有关尺寸及技术要求 四 绘制零件图 一 研究原始资料 明确设计要求在接到夹具设计任务书后 首先要仔细地阅读被加工零件的零件图和装配图 清楚地了解零件的作用 结构特点 材料及技术要求 其次要认真地研究零件的工艺规程 充分了解本工序的加工内容和加工要求 必要时还应了解同类零件所用过的夹具及其使用情况 作为设计时的参考 二 拟定夹具结构方案 绘制夹具结构草图拟定夹具结构方案时应主要考虑以下问题 根据零件加工工艺所给的定位基准和六点定位原理 确定工件的定位方法并选择相应的定位元件 确定刀具引导方式 并设计引导装置或对刀装置 确定工件的夹紧方法 并设计夹紧机构 确定其它元件或装置的结构形式 考虑各种元件和装置的布局 确定夹具体的总体结构 为使设计的夹具先进 合理 常需拟定几种结构方案 进行比较 从中择优 在构思夹具结构方案时 应绘制夹具结构草图 以帮助构思 并检查方案的合理性和可行性 同时也为进一步绘制夹具总图作好准备 三 绘制夹具总图 标注有关尺寸及技术要求夹具总图应按国家标准绘制 比例尽量取1 1 这样可使所绘制的夹具图有良好的直观性 对于很大的夹具 可使用1 2或1 5的比例 夹具很小时可使用2 1的比例 夹具总图在清楚表达夹具工作原理和结构的情况下 视图应尽可能少 主视图应取操作者实际工作位置 绘制夹具总图可参照如下顺序进行 用假想线 双点划线 画出工件轮廓 注意将工件视为透明体 不挡夹具 并应画出定位面 夹紧面和加工面 画出定位元件及刀具引导元件 按夹紧状态画出夹紧元件及夹紧机构 必要时用假想线画出夹紧元件的松开位置 绘制夹具体和其它元件 将夹具各部分连成一体 标注必要的尺寸 配合 技术条件 对零件进行编号 填写零件明细表和标题栏 四 绘制零件图对夹具总图中的非标准件均应绘制零件图 零件图视图的选择应尽可能与零件在总图上的工作位置相一致 第二节工件在夹具上的定位 本节要点概述工件定位的基本原理典型的定位方式定位误差的分析难点定位误差的分析计算 工件在机床上的定位实际上包括工件在夹具上的定位和夹具在机床上的定位两个方面 这里只讨论工件在夹具上的定位问题 即着重讨论具体的定位方法与定位元件以及定位误差的分析计算 概念回顾 基准 零件上用以确定其它点 线 面位置所依据的要素 点 线 面 它包括 1 设计基准在零件设计图上所采用的基准称设计基准 2 工序基准在加工工序图上用来确定本工序所加工表面加工后的尺寸 形状 位置的基准称为工序基准 定位基准在加工时用于工件定位的基准称为定位基准 是获得零件尺寸的直接基准 测量基准测量工件时所采用的基准称为测量基准 装配基准装配时用来确定零件或部件在产品中的相对位置所采用的基准称为装配基准 复习思考题 1 什么叫定位误差 2 工件以平面定位时 常用的定位元件的有哪些 3 常用主要支承有哪几种形式 4 引起定位误差的原因有哪些 一 常用定位方法和定位元件设计夹具时 必须根据工件的加工要求和已确定的定位基面 选择定位方法及定位元件并分析定位精度 一 工件以平面定位两种类型 未经机械加工的平面定位已经机械加工的平面定位1 定位元件的布置在机械加工中 对于箱体 床身 机座等零件 常选择平面作为定位基面 实现工件以平面的定位元件有支承钉和支承板 在用一组基面定位时 习惯上把限制自由度最多的定位基面称第一定位基面 依次就是第二 第三定位基面 或者分别称为主要定位基面 导向基面和止推基面 这三个基面的选择及其定位元件的布置 一般应遵守下述原则 A 主要定位基面 第一定位基面 应该是 工件上最大且较精确的平面 在主要定位基面范围内布置的支承钉或支承板等定位元件 应能限制三个自由度 由各支承元件构成的支承面 其面积应尽可能大 粗基准不选用支承平板作定位元件 B 导向基面 第二定位基面 应选择工件上窄长的平面 一般布置两个定位支承 限制二个自由度 为了提高导向精度 两个定位支承相距应尽量远 C 止推基面 第三定位基面 一般选面积较小的面 布置一个定位支承 限制一个自由度 2 支承元件的结构形式一般常用的支承元件 按其在定位中的作用分为 平面定位的主要形式是支承定位主要支承和辅助支承 1 主要支承主要支承是指能起限制工件自由度作用的支承 它可分为 固定支承 可调支承和自位支承 A 固定支承 1 支承钉 2 支承板 上图中 a 平头 较小精基准平面定位用 b 圆头 水平面粗基准定位用 c 锯齿头 侧平面粗基准定位用 固定支承在安装 直接安装在夹具体的孔中 与孔的配合为 或夹具体上承托支承头的表面应凸起 以便把各个凸出面一次加工成一个平面夹具体采用通孔安装固定支承平头支承采用安装后一次磨平的方法使支承钉定位平面在一个平面 B 可调支承支承点位置可以调整的支承称为可调支承 当工件定位表面不规整以及工件尺寸变化较大时 常使用可调支承 它一般用于定位粗基准 C 自位支承 浮动支承 支承本身可以随工件定位基准面的变化而自动调整并与之相适应 2 辅助支承辅助支承是在一夹具中对工件不起限制自由度作用的支承 它主要用于提高工件的支承刚性 防止工件因受力产生变形 辅助支承不应确定工件在夹具中的位置 因此只有当工件按定位元件定好位以后 再调节辅助支承的位置使其与工件接触 这样每装卸工件一次 必须重新调节辅助支承 在工件定位后才参与支承的元件 不限制自由度 主要用于加工过程中加强被加工部位的刚度 提高工件的定位稳定性 1支承2螺母3弹簧4斜面侧销5滑柱6锁紧螺栓7手柄 二 工件以圆柱孔定位工件以圆柱孔定位大都属于定心定位 定位基准为孔的轴线 工件以孔为定位基准时 常用的定位元件是各种心轴和定位销 1 间隙配合圆柱心轴为使于工件的装卸 孔与心轴采用间隙配合 因孔 轴之间存在间隙 会产生基准位移误差 其值可按两种情况考虑 1 定位基准孔与心轴任意方向接触 2 定位基准孔与心轴固定边接触由于定位副 工件的定位基准和定位元件工作表面 的制造误差 引起同批工件中的定位基准在夹具中的位置的最大变动量 称为基准位移误差 用 Y表示 2 过盈配合圆柱心轴圆柱心轴中间的定位部分与工件孔用过盈配合 如图 采用过盈心轴 装卸工件比较费时 但由于孔与轴间无间隙 基准位移误差为零 所以定心精度较高 3 圆锥心轴圆锥心轴 如下图 一般具有很小的锥度K 通常K 1 5000 1 1000 对于磨床用的圆锥心轴 其锥度可以更小 如K 1 10000 1 5000 采用圆锥心轴 孔 轴间的间隙得以消除 定心精度较高 可达0 005 0 01mm 4 定位销 5 菱形销与圆锥销 三 工件以外圆柱面定位工件以外圆表面定位有两种形式 一种是定心定位 一种是支承定位 定位元件有套筒 卡盘 锥套 V形块等 其中最常用的是在V形块中定位 1 定心定位外圆表面定位与以工件圆柱孔定位的情况相仿 2 在V形块中定位定位基准不论是完整的圆柱面还是局部圆弧面 都可以采用V形块定位 它的最大特点是对中性好 即工件定位外圆的轴线与V形块两斜面对称轴线保证重合 不受定位外圆直径误差的影响 对加工表面与外圆轴线有对称度要求的工件 常采用V形块定位 V形块的结构及安装尺寸如下 四 工件以其它表面定位 如锥孔 渐开线齿面等 五 定位表面的组合实际生产中经常遇到的不是单一表面定位 而是几个定位表面的组合 常见的为平面 平面 平面 圆孔 平面 外圆表面 平面 其它表面 锥面 锥面等 这时的定位元件如何选择 必须具体问题具体分析 选择的原则是 在保证加工精度的前提下 应遵循如下原则 1 不能出现欠定位 2 对出现的过定位 要进行分析 看看是否允许存在 3 从增强定位的稳定性 工件的刚性方面考虑 看看是否要安排支承 二 定位误差分析定位误差是由于工件在夹具上定位不准确所引起的加工误差 在采用调整法加工时 工件的定位误差实质上就是工序基准在加工尺寸方向上的最大变动量 以 D表示 如果工序基准不变 刀具的位置在调整以后可认为是不变的 则工序尺寸就不变 即没有加工误差 所以说定位误差的实质是工序基准变动而造成的 一 定位误差及其产生原因引起定位误差的原因为 1 由基准不重合误差 B引起的定位误差由于定位基准与工序基准不重合而造成的定位误差 称为基准不重合误差 2 由基准位移误差 Y引起的定位误差由于工件定位基面与夹具上定位元件限位基面的制造误差和配合间隙的影响 从而使各个工件的位置不一致 给加工尺寸造成误差 D B十 Y 1 由 B引起的定位误差在研究夹具的定位方案中 若工件的工序基准与定位基准不重合 就会导致工序基准相对定位基准的位置产生变动 即产生了基准不重合误差 B 这对定位误差有直接的影响 B的数值一般等于定位基准到工序基准间的尺寸 简称定值尺寸 的公差 例如 如图所示 图a中工件各面在前工序中都已加工好 现要求铣一通槽 要求保证工序尺寸A B C 其定位方案如图b所示 现分析尺寸B加工时的有关误差 基准不重合引起的误差 基准不重合实例 一次安装加工两孔A和B 孔B在X方向定位基准C与设计基准A不重合 基准不重合误差为联系尺寸22的公差0 2 B的数值一般等于定位基准到工序基准间的尺寸 简称定值尺寸 的公差 基准不重合实例 B在工序尺寸方向上的分量 投影 即为 B引起的定位误差 D Bcos 式中 定位尺寸与工序尺寸方向间的夹角 2 由 Y引起的定位误差 Y在工序尺寸方向上的分量 投影 即为 Y引起的定位误差 D Ycos 式中 基准位移方向与工序尺寸方向间的夹角 在工件以平面作为主要定位基准定位时 只要定位基面为精基面 夹具上的定位元件工作面 简称定位平面 又处在同一平面上 则定位基面与定位平面接触较好 同批工件中的定位基准的位置基本上是一致的 所以基准位移误差很小 可以忽略不计 3 平面定位时的基准位移误差 当工件以粗基准定位时 由于通常都不以严格的要求来规定此平面的精度 在这种情况下也就没有必要计算基准位移误差 因此 在工件以平面作为主要定位基准定位时 Y 0 二 定位误差的计算定位误差的计算 有两种方法 1 用 B和 Y两项误差合成法计算定位误差定位误差是由 B和 Y所引起 因此首先求出 B和 Y的大小 然后取它们在工序尺寸方向上的分量的代数和 即为所求定位误差 其一般计算式是 D Bcos Ycos 当 B和 Y的方向相同时取 号 相反时取 号 1 工件以外圆在V形块上定位时的基准位移误差 定位误差 V形块定位的基准位移误差 Y OO1 AA1 例题 如图所示 一圆柱形工件在V形块上定位铣槽 槽的位置尺寸的标注方法假定有三种 其相应工序尺寸力A1 A2 A3 求相应的定位误差 工件以圆柱面在V形块上定位 由于Td的影响 使工件中心沿O向从O移至O1 即基准位移量 Y OO1 Y D Y 工序尺寸A1的定位误差 Y D Y B B 工序尺寸A2的定位误差 D d Td 2 d 2 Y D Y B B 工序尺寸A3的定位误差 D d 2 d Td 2 a 当工序尺寸由下素线注出 其定位误差最小 当工序尺寸由上素线注出 其定位误差最大 b V形块工作夹角 角越大 其垂直方向定位误差值越小 三种 角的V形块 在不同标注工序尺寸时的定位误差值 例题 如图所示 工件以E D两平面为定位基准铣平面F 要求保证工序尺寸A 假设E D两平面已精加工 与定位元件接触良好 求尺寸A的定位误差 例题 在一轴上铣平面 要求保证的工序尺寸为A 与定位有关的尺寸及定位方案如图所示 求对尺寸A的定位误差 D1 Tm tan D2 D D1 D2 Tm tan D1 Tm tan D2 D D1 D2 Tm tan 2 定位基准孔与心轴任意接触的基准位移误差 定位误差 当心轴垂直放置 定位孔与心轴可以在任意方向接触时 如图下图所示 当孔径最大而轴径最小时 则定位孔的几何中心 即定位基准 在夹具中位置的变动量为O1O2 即为该种情况下所产生的基准位移误差 用 Y表示 即基准位移误差为孔的最大直径减去轴的最小直径式中Dmax 工件定位孔最大直径 Dmin 工件定位孔最小直径 dmax 定位心轴最大直径 dmin 定位心轴最小直径 TD 工件定位孔直径公差 Td 定位心轴直径公差 xmin 孔与轴间的最小配合间隙 3 定位基准孔与心轴固定边接触时的基准位移误差 定位误差 当心轴水平放置时 因受重力影响或在夹紧力作用下定位孔只能单向位移而与心轴固定边接触时 如图下图所示 在孔径最大 Dmin TD 轴径最小 dmax Td 的情况下 孔的中心 即定位基准 会下移到处O2 而当孔径最小为Dmin 轴径最大为dmax时 则上移到O1 在两种可能的极限情况下 孔中心位置的最大变动量 即基准位移误差为 由上可见 由于定位副 定位孔与定位轴 的制造误差 导致产生了基准位移误差 降低了定心精度 圆柱心轴极限尺寸的确定方法 根据工件定位基准的基本尺寸 采用公差标准中的基孔制的规定选择间隙配合 如果工序中定位基准尺寸公差不是基孔制的孔时 先将其转换成基孔制的公差形式 再以换算后的基本尺寸按g6 f7确定定位心轴的尺寸公差 将其转换为入体公差形式为 例如 工件定位基准尺寸为 60H7 600 03 则按g6选得定位心轴得尺寸为 工件定位孔尺寸 g6的心轴尺寸 注意基本尺寸 5 在圆柱孔中定位工件以外圆在圆柱孔中定位 与前述的孔在心轴或定位销上定位情况相似 只是外圆与孔的作用正好对换 其定位误差为 6 在半圆孔中定位对于工件尺寸较大或定位外圆不便于直接插入定位圆孔时 可用半圆孔定位 采用这种定位方法时 定位元件为切成两半的定位套 其下半部 如下图中件1 固定在夹具体上半部 件2 装在铰链盖板上 前者起定位作用 后者起夹紧作用 基准位移误差 7 用一面二孔定位在加工箱体 壳体等类零件时 常用一个平面和两个圆柱孔定位 两个圆柱孔可以是工件结构上原有的 也可以是为定位需要而专门加工的工艺孔 A 减小第二定位销的直径这可使孔与销之间的间隙增大 用以补偿中心距的误差 为此 第二定位销的直径可按下述方法计算 假定工件两个孔径最小极限尺寸分别为D1 D2 两定位销最大直径分别为d1 d2 销与孔