机床夹具设计原理.ppt

6机床夹具设计原理 6 1机床夹具概述问题 一 工件在工艺系统内的安装 二 机床夹具分 通用夹具 专用夹具 一 工件在工艺系统内的安装 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 夹紧 用施加外力的形式 把工件已确定的定位位置固定下来的过程 称为夹紧 这个定位 夹紧的过程 称为装夹或安装 例 在墙上贴画 一 工件在工艺系统内的安装 装夹或安装 工件定位 夹紧的全过程 称为装夹或安装 小结 定位在前 夹紧在后定位是首要的 定位 夹紧 安装 一 工件在工艺系统内的安装 1 工件的找正安装直接找正法 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 图6 1直接找正法示例a 磨内孔时工件的找正b 刨槽时工件的找正 一 工件在工艺系统内的安装 1 工件的找正安装划线找正法 当零件形状很复杂时 可先用划针在工件上画出中心线 对称线或各加工表面的加工位置 然后再按划好的线来找正工件在机床上的位置的方法 图6 2划线找正法示例 一 工件在工艺系统内的安装 2 使用夹具安装工件 图6 3用专用夹具安装工件 支承板 支承板 支承钉 支承钉 支承钉 钻套 一 工件在工艺系统内的安装 2 使用夹具安装工件优点 1 易于保证加工精度 2 能大大地提高生产率 缩短辅助时间 3 装夹方便 能大大地减轻工人劳动强度 二 机床夹具分类 机床夹具按通用化程度可分为两大类 通用夹具 专用夹具通用夹具 是由机床附件厂或专门的工具制造厂制造的 如三爪卡盘 四爪卡盘 顶尖 平口钳 分度头等 对它们只需要稍加调整或更换少量零件就可以用于装夹不同的工件 因为它们具有通用性 所以称为通用夹具 专用夹具 为某工件的某工序专门设计和制造的夹具 或在小批生产及新产品试制时可由一套预先制造好的标准元件 根据被加工工件的需要组装成的组合夹具 或用在多品种小批量生产上 夹具零件可以更换的通用调整夹具或成组专用夹具 以上夹具均具有专用性 所以称为专用夹具 6 2工件的定位 1 六点定位原理 图6 4物体的六个自由度 6 2工件的定位 1 六点定位原理 图6 5六点定位简图 6 2工件的定位 1 六点定位原理在机械加工中 要完全确定工件在夹具中的正确位置 必须用六个相应的支承点来限制工件的六个自由度 称为 六点定位原理 6 2工件的定位 2 常见定位分析 六点定位原理 用正确分布的六个支承点来限制工件的六个自由度 使工件在夹具中得到正确位置的规律 称为六点定位原理 完全定位 六个自由度都要限制的定位方法 称为完全定位 不完全定位 没有完全限制六个自由度而仍然保证有关工序尺寸的定位方法 称为不完全定位 过定位 两种定位元件均能限制工件的同一个方向自由度时 称为过定位 欠定位 该限制的自由度没被限制 称为欠定位 2 常见定位分析 1 完全定位 限6 图6 6连杆钻孔定位方案 平面支承 侧挡销 短圆柱销 2 常见定位分析 2 不完全定位 去3 图6 7连杆平面加工定位方案 平面支承 侧挡销 短圆柱销 2 常见定位分析 3 欠定位 需6去5 图6 8用专用夹具安装工件 2 常见定位分析 4 过定位 图6 9过定位示意 2 常见定位分析 4 过定位 心轴 限制工件移动X Y 转动X Y 心轴端面 限制工件移动Z 转动X Y 所以转动X Y 为过定位P165表6 1各种定位元件限制的自由度 图6 10滚 插齿时工件的过定位 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支承板 图6 11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6 12可调支承 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6 13自位支承 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6 14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6 15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6 16锥销定位 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依靠锥面使工件对中和涨紧 一般用于磨削或精车 图6 17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6 18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6 19圆柱心轴 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6 20 型块 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6 21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6 22工件以圆孔定位的定位套 3 常见定位方式及定位元件 4 工件以组合表面定位 图6 23一面两销定位 3 常见定位方式及定位元件 4 工件以组合表面定位 3 常见定位方式及定位元件 P165表6 1常见定位元件及限制的自由度可调式定位元件主要用于粗基准定位辅助支承是在工件定位后才参与工作 所以不起定位作用浮动式支承可以增加与工件的接触点 提高了刚度 又可避免过定位 6 2 3定位误差 根据六点定位原理 可以设计和检查工件在夹具中的正确位置 但是能否满足加工精度的要求 还需要进一步讨论影响加工精度的因素 如夹具在机床上的装夹误差 工件在夹具中的定位误差和夹紧误差 机床的调整误差 工艺系统的弹性变形和热变形误差 机床和刀具的制造误差及磨损误差等等都是影响加工精度的因素 为了保证加工质量 应满足如下关系式 e总 T式中e总 各种因素产生误差的总和 T 工件被加工尺寸的公差 6 2 3定位误差 e定 T式中e定 定位误差 除定位误差以外 其它因素所引起的误差总和 可按加工经济精度查表确定 6 2 3定位误差 定位误差的组成及产生原因有以下两个方面 定位基准与工序基准不一致所引起的定位误差 称基准不重合误差 即工序基准相对定位基准在加工尺寸方向上的最大变动量 以e不表示 定位基准面和定位元件本身的制造误差所引起的定位误差 称基准位置误差 即定位基准的相对位置在加工尺寸方向上的最大变动量 以e基表示 故有e定 e不 e基此公式是在加工尺寸方向上的代数和 一 各种定位方法的定位误差计算 1 工件以平面定位时的定位误差P172e定 Te定 1 3 1 2 T 6 2 3定位误差 2 工件以外圆柱定位的定位误差P172 6 2 3定位误差 3 工件以内孔表面定位时的定位误差P172工件以圆孔心轴垂直定位间隙配合心轴 6 2 3定位误差 3 工件以内孔表面定位时的定位误差P172工件以圆孔心轴水平定位间隙配合心轴 6 2 3定位误差 4 工件以 一面两孔 定位时的定位误差 6 2 4定位误差计算实例 1 1 工件定位如图所示 工件外径为d 内孔直径为D 外径与内径的同轴度为2e 本工序加工键槽 要求保证尺寸为A 试分析计算 该定位方案引起工序尺寸A的最大变化量是多少 6 2 4定位误差计算实例 2 如图所示工件在 90 的V形块上定位 铣削加工阶梯轴上的平面 工序要求保证25mm尺寸和5mm 试计算该定位方案的定位误差 并判断能否满足加工要求 若方案不能满足要求应如何改进 6 2 4定位误差计算实例 2 解 1 25 0 21 T T 所以尺寸25不能满足5 0 0 1 T 所以尺寸5不能满足 2 改进 用小圆30紧靠端面在V形块上定位 则同轴度 大圆误差无 3 尺寸25 0 01625 T5 0 所以尺寸25 5均满足要求 6 3工件的夹紧 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 6 3工件的夹紧 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 6 3 1夹紧力的确定 1 确定夹紧力方向的两个原则 a 夹紧力作用方向应垂直于工件的主定位面 图6 30夹紧力方向对镗孔位置精度的影响 6 3 1夹紧力的确定 1 确定夹紧力方向的两个原则 b 夹紧力的方向应有利于减少所需要的夹紧力 6 3 1夹紧力的确定 1 确定夹紧力方向的两个原则 b 夹紧力的方向应有利于减少所需要的夹紧力 6 3 1夹紧力的确定 2 夹紧力作用点的选择 a 夹紧力应作用在工件刚度最大的部位 图6 34夹紧力作用部位 6 3 1夹紧力的确定 2 夹紧力作用点的选择 b 夹紧力的作用点应在夹具支承点所组成的面积之内 图6 35夹紧稳定性 6 3 1夹紧力的确定 2 夹紧力作用点的选择 c 夹紧力的作用点应尽可能靠近加工表面 以减少和防止加工时工件的振动 3 夹紧力大小的估算 6 4机床夹具的基本要求和设计步骤 6 4 1对机床夹具的基本要求对机床夹具的基本要求可总括为四个方面 稳定地保证工件的加工精度 提高机械加工的劳动生产率 结构简单 有良好的结构工艺性和劳动条件 应能降低工件的制造成本 6 4 2夹具设计的工作步骤 一 研究原始资料 明确设计任务1 分析研究工件的结构特点 材料 生产规模 2 本工序加工的技术要求以及前后工序的联系 3 了解加工所用设备 辅助工具中与设计夹具有关4 的技术性能和规格 5 了解工具车间的技术水平等 6 必要时还要了解同类工件的加工方法和所使用夹具的情况 作为设计的参考 二 考虑和确定夹具的结构方案 绘制结构草图 确定夹具的结构方案时 主要解决如下问题 根据六点定位原理确定工件的定位方式 并设计相应的定位装置 确定刀具的引导方法 并设计引导元件或对刀装置 确定工件的夹紧方式和设计夹紧装置 确定其它元件或装置的结构型式 如定向键 分度装置等 考虑各种装置 元件的布局 确定夹具体和总体结构 对夹具的总体结构 最好考虑几个方案 画出草图 经过分析比较 从中选取较合理的方案 三 绘制夹具总图 夹具总图应遵循国家标准绘制 图形大小的比例尽量取l 1 使所绘的夹具总图有良好的直观性 如工件过大时可用1 2或1 5的比例 过小时可用2 1的比例 总图中的视图应尽量少 但必须能够清楚地表示出夹具的工作原理和构造 表示各种装置或元件之间的位置关系等 主视图应取操作者实际工作时的位置 以作为装配夹具时的依据并供使用时参考 三 绘制夹具总图 绘制总图的顺序是 先用双点划线绘出工件的轮廓外形 并显示出加工余量 然后把工件视为