第二章____工件的安装和夹具设计.ppt

第二章工件的安装和夹具设计原则 1 定位 在进行机加工前 使工件在机床或夹具上 占据某一正确位置的过程 2 夹紧 工件定位后 通过一定的机构给工件施以一定的力 避免工件因受切削力或重力等力的作用而改变原有的位置 注 夹紧力不是越大越好 夹紧力 工件形变 精度 夹具结构庞大 2 1工件的安装方式 1 安装 定位夹紧 2 安装对机加工的影响 直接影响加工精度 影响生产率和劳动者的劳动强度 3 工件的安装方式 1 直接找正安装 2 划线找正安装 3 采用夹具安装 工件在机床上的应有位置 是通过一系列尝试而获得的 具体做法 用千分尺或划盘上的划针 以目测法校正工件位置 一边较正 一边找正 1 直接找正安装 直接找正安装的特点 缺点 安装时费时 效率低 需凭经验操作 对工人技术要求高 优点 夹具结构简单 可避免因夹具本身的制造误差而产生的定位误差 因此 定位精度高 如 加工误差 0 01 0 005mm 采用夹具加工难以达到 适用场合 单件小批生产中 如工具修理车间 2 划线找正安装对重 大 复杂工件的加工 往往是在待加工处划线 然后装上机床 工件在机床或夹具上位置按所划的线进行找正定位 划线找正安装特点 定位精度不高 定位误差来源 划线误差 观察误差适用场合 生产批量小 毛坯精度低 以及大型工件等不适宜采用夹具的粗加工中 3 采用夹具安装夹具 是用来使加工对象 占有正确位置 以便接受施工 检测的装置 利用夹具进行加工 由于工件相对夹具的位置是一定的 而夹具与机床的位置关系预先调整好 这样 在切削一批零件时 不必再逐个找正定位 就能达到规定的技术要求 特点 采用夹具安装是一种先进的安装方式 既能保证质量 又能节省工时 对操作者的技能要求较低 特别适用于成批大量生产中 工艺装备 在机械加工中 通常将夹具 刀具 量具及各种刀具间的辅助工具统称为工艺装备 2 2机床夹具概述 一 机床夹具及其组成1 机床夹具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个正确的位置 并在加工过程中保持这个位置不变 2 机床夹具的组成 1 定位元件 确定工件在夹具中位置的元件 2 导向元件 用以引导刀具或调整刀具相对于夹具的位置 如 钻套 对刀块 3 夹紧元件 确定夹具与机床或夹具与刀具的元件 4 连接元件 用以确定夹具在机床上的位置并与机床相连接 5 夹具件 基础件 用于安装其它元件 形成整体 4 其它辅件 夹紧用的扳手 操作手柄 分度机构等 如下图所示 二 机床夹具的分类 1 分类方法 1 按夹具的应用范围 通用夹具 专用夹具 可调夹具 组合夹具 随行夹具 2 按加工类型 车床夹具 钻床夹具 镗床夹具 磨床夹具 数控机床夹具等 3 按夹紧力来源 手动夹具 气动夹具 液压夹具 电磁夹具 真空夹具 机床夹具通常按夹具的应用范围进行 1 通用夹具 指已标准化 通用化好 可用于加工同一类型 不同尺寸工件加工的夹具 如 三爪长盘 四爪长盘 平口钳 回转工作台 万能分度头 磁铁吸盘 适用场合 广泛用于单件 小批量生产中 2 专用夹具 指的是专为某一工件的某道工序而设计制造夹具 这种夹具 刚性 大 即当产品变换或工序内容变更后 往住无法使用 因此适用于产品固定 工艺相对稳定 批量大的加工过程 3 可调夹具 是指经调整或更换个别元件 即可加工多种工件的夹具 这种夹具主要用了加工形状相似 尺寸相近的工件的加工 4 组合夹具 拼装夹具 这种夹具是在夹具零部件完全标准化的基础上 根据积木化原理 针对不同的工件对象和加工要求 拼装组合则成夹具 构成夹具的各零部件 在工件加工完后 可拆散成各种元件 组合成适用其它产品加工要求的夹具 图示见下页 当今生产发展趋势 多品种 小批量 由此导致对生产装备的要求是高效 快捷的柔性系统 5 随行夹具 切削加工中隨帶安裝好的工件在各工位間被自動運送轉移的機床夾具 隨行夾具主要是在自動生產線 加工中心中 柔性生产线 三 机床夹具的作用 1 保证加工精度 降低工人等级加工精度包括 尺寸精度 几何形状精度 表面相互位置精度 使用夹具最有利于保证表面相互位置精度 如 在摇臂钻加工孔系 夹具 可达0 10 0 20mm 划线找正 0 4 1 0mm 2 提高劳动生产率 降低加工成本无找正 对刀等时间 工件装卸迅速 从而大大减少了工件安装的辅助时间 同时易于实现多件加工 多工位加工 特别适用于加工时间短 辅助时间长的中 小工件的加工 3 扩大机床工艺范围扩大机床的功能 实现一机多用 如在车床上利用镗夹具 进行镗孔 利用铣夹具 进行铣槽 4 减轻工人劳动强度 保证安全生产 2 3六点定位原理 任何刚体在空间都有六个自由度 它们分别是沿空间直角坐标系X Y Z轴方向的移动自由度 X YZ 和绕三轴的转动自由度 X Y Z 1 刚体的六个自由度 是使工件在机床上 或夹具中 占有正确的位置 也就是使它相对于刀具刀刃有正确的相对位置 2 工件定位之目的 假定工件也是一个刚体 要使工件在机床上 或夹具中 完全定位 就必须限制它在空间的六个自由度 3 工件定位的实质 若工件脱离定位支承点而失去了定位 这是由于工件还没有夹紧的缘故 因此 定位是使工件占有一个正确的位置 夹紧才使它不能移动和转动 把工件保持在一个正确的位置 所以定位与夹紧是两个概念 决不能混淆 4 定位与夹紧 用六个点 实际上相当于支承点的定位元件 与工件接触 每个固定点限制工件的一个自由度 这样图中刚体的六个自由度完全限制了 4 六个自由度的消除与六点定位原则 不能移动 也不能转动 刚体在空间的位置是确定的 由此可见 要使工件完全定位就必须限定工件在空间的六个自由度 这一定律就称为 六点定位原则 六个支承点完全限制了刚体的六个自由度 工件既 完全定位 全部限定工件的六个自由度 不完全定位 至少有一个自由度未被限制 是否所有的工件加工时在夹具中都必须完全定位呢 不一定 究竟应该限制哪几个自由度 根据零件的具体加工要求来定 因我们讨论的是调整法定程切削加工 即刀具或工作台的行程调整至规定的距离为止 这样 在哪一个方向上有尺寸要求 就必须限制与此尺寸方向有关的自由度 否则用定程切削 就得不到该工序所要求的加工尺寸 5 完全定位和不完全定位 图 a 中 工件上铣键槽 在沿x y z三个轴的移动和转动方向上都有尺寸要求 所以加工时必须将全部六个自由度限制 图 b 为工件上铣台阶面 只要限制五个自由度就够了 图 c 为工件铣上平面 它只需保持高度尺寸z 只要在工件底面上限制三个自由度就已足够 这也是 不完全定位 注 不需完全定位的加工工序中 采用完全定位固然可以 但增加了夹具的复杂程序 在机械加工中 一般为了简化夹具的定位元件结构 只要对影响本工序的加工尺寸的自由度加以限制即可 6 过定位与欠定位 欠定位 加工中 工件定位点数少于应限制的自由度数 会产生不良后果 过定位 工件的某个自由度被限制两次以上 2 过定位是否允许 一般来说过定位将使工件定位不确定 夹紧后会使工件或定位元件产生变形 1 分析 工件的定位支承点少于应限制的自由度数时 会造成什么后果 结果 应限制了自由度来被限制 导致加工时达不到要求的加工精度 定位情况 销 限制了XY 移动 XY 转动 四个自由 支承板 限制Z 移动 XY 转动 三个自由度 挡销 限制Z 转动 结果 XY重复限制 后果 当工件定位孔与端面垂直度误差较大 而且孔与长销的间隙又很小时 若长销刚度好 工件被压歪 连杆变形 若长销刚度不足时 长销被夹歪 两种情况均会引起加工的左孔的位置精度 使连杆大小头孔轴线不能平行 注 精加工中以一个精确平面代替三个支承点 刚度好 振动小 有利于提高精度 因此 过定位一般不允许 有时 若合理采用过定位 不仅不会影响零件的加工 反而有利于提高加工精度 六点定位中 支承点布置不合理也将产生过定位或欠定位 如 三支承点在一条线上 欠定位 二支承点转90 既过 又欠定位 思考 不完全定位就是欠定位 过定位不一定就是完全定位 多于六个定位点的定位一定是过定位 1 方法问题 根据工序加工技术要求和工件形状的特点 确定应限制那些自由度 而用相应的定位点数目去消除 分析时也可反过来分析哪几个自由度可不必限制 剩下的就是要限制的了 2 过定位有时是允许的 而欠定位决不允许 欠定位的后果只导致加工时达不到加工精度 过定位优点 使定位可能更为可靠 如冰箱有四个支承点 缺点 易使工件的定位精度受影响 使工件或夹具夹紧后产生变形 7 应用六点定位原则应注意的问题 3 过定位一般会造成如下不良影响 a 使接触点不稳定 增加了同批工件在夹具中位置不同一性b 增加了工件和夹具的夹紧变形c 导致部分工件不能顺利与定位元件定位d 干扰了设计意图的实现因此 大多情况下 应避免过定位过定位常出现在精中工工序中 4 必须结合定位基质面和定位无件的接触情况来分析 建立相对概念 8 定位符号的表示方法 把定位元件抽象地转化为相应的定位支承点 分析其限制工件在空间的自由度时应搞清以下几个概念 1 不使工件在外力作用下脱离支承点而失去定位定位不考虑力的影响 工件在某一坐标方向上的自由度被限制 是指工件定位后在该坐标方向上有确定的位置 而不是指工件在受到使工件脱离支承点的外力时不能运动 2 反过来讲 夹紧不等于定位随意夹紧好的工件 不能动 但它的位置是不确定的 3 六点定位原则也适用于其它形状的工件 只是定位点的分布形式有所不同 4 定位与定位误差的关系定位 解决的是定与不定的问题定位误差 解决的才是定位精度的问题 定位方式用六点定位原理进行定位分析时 以定位点来消除自由度 在实际应用中 不可能是点 而应该是各种定位元件 工件的定位表面有各种形式 如平面 内孔 外圆 成型面 组合表面等 对这些表面应采用不同的方法来实现 定位设计时应做的工作及步骤 A 根据加工零件的工序要求合理布置支承点B 正确考虑定位方法C 选用恰当的定位元件 2 4工件在夹具上的定位 一 常用定位方式与定位元件 工件常用定位表面 以平面定位以内孔定位以外圆表面定位 以平面定位 基本支承辅助支承 固定支承可调支承自位支承 支承钉 支承板 基本支承 限制自由度 真正起定位作用辅助支承 不限制自由度 起预定位 增加工件和夹具刚性等作用 一 工件以平面定位1 基本支承 1 固定支承 安装到夹具上后 不可拆卸或调节 分为支承板和支承钉 支承钉 用于小平面未加工或已加工表面的定位 a 分类 平头 用于经过精加工的表面 面接触 球头 点接触 可保证接触位置相对稳定 但易磨损 夹紧时使加工表面产生压陷 产生较大安装误差 不易使几个支承钉保持在同一平面内 用于精加工中网纹顶面 与定位面摩擦力较大 可住阻碍工件移动 加强定位稳定性 精中易积屑 多用在粗糙表面的侧面定位 b 支承钉尾部与基体孔的配合 过盈配合 H7 r6或H7 n6加中间套 可换 套与夹具体上孔为过盈配合 套与支承钉尾部可选过渡配合H7 js6c 支承钉布置原则 三点 组成的平面面积尽可能大二点 距离尽可能长一点 应与切削力方向对应 支承板用于较大已加工平面的定位 所以常出现在精基准定位中 一个支承板的作用 相当于两个支承钉 消除两个自由度 a 结构形式及应用场合 A型制造简单 常用于底面定位B型切有斜槽 易于清屑 常用于侧面定位 b 应用场合 用于难以用支承钉布置成合适的 稳定的定位中 工件刚度不足 定位面又小 并且切削力不能恰好作用在支承上 图 a 薄板上钻孔 支随钉使工件变形 图 b 承受较大力的场合 保护精加工表面 方便安装 如侧面支承板取代两支承钉 可避免长死 c 材料 D 12的支承钉和小型支承板 用较好的T7A钢 淬硬HRC60 64 对D 12的支承钉和大型支承板 一般用20 钢渗碳淬火 渗碳深度为0 8 1 2mm 硬度至HRC60 64 d 注意 为保持几块支承板在同一平面上 在装配后应将顶部进行统磨 有精度要求或使支承板装配牢固 需加定位销 2 可调支承 可调支承 适用于毛坯分批制造 其形状和尺寸变化较大的粗基准定位并适用于同一夹具加工形状相同而尺寸不同的工件及专用可调夹具或组合夹具中 方法 一批工件调整一次 调整后应锁紧 3 自位支承 浮力支承 特点 有定位元件有多个工作点与工件接触 定位元件在定位过程中所处的位置 随工件定位基准面位置的变化而自动与之适应 其作用相当于一个固定支承 因此 只限制一个自由度 由于增加了与工件定位基准面接触的点数 故可提高工件的安装刚性 适用于以粗基准定位 刚性不足或不连续表面的定位 注意 设计自位支承时 应考虑可动部分有足够的摆动余动 2 辅助支承 a 特点 根据六点定位原理 工件定位原理 工件定位夹紧后 若工件刚性很差 在切削力和夹紧力的影响下 会发生变形和振动 为此 需增加辅助支承 减小变形 以提高刚性和稳定性 b 作用 由于辅助支承是在工件定位后才参与支承 因此不起任何消除自由度作用 只起减小工件变形和振动的作用 各种辅助支承在每次卸下工件后 必须松开 装上工件后再进行调整和锁紧 另外 辅助支承不应破坏原有定位 c 应用场合 起预定位作用 提高夹具工件的稳定性 提高工件的刚性 d 结构形式 螺旋式 结构简单 易顶起工件 用限力板手 逐个调整 效率低 常用于单件小批生产中 自位式 效率高 弹簧力不可太大 tg f 保证自锁 推引式 适用于工件较重 切削负荷大的场合 二 工件以外圆定位 工件以内孔定位时 常用的有V形块 定位套筒及剖分套筒 自动定心机构 三爪长盘 弹簧夹头 锥孔 自动定心夹头 1 V形块V形块的定位情况 a V形块结构 已标准化 常取90 或120 工艺槽 降低应力集中 便于v形工作面加工 支承面和底面精度要求较高 安装时 需采用定位销孔 有定位销孔和安装孔 b 特点 对中性好 水平方向 所定位的水平轴中心位置 垂直方向 随V形块夹角及工件直径的误差而发生变化 V形块装在夹具体C时 除用螺钉紧固外 还要加装定位销 c 材料 20钢 热处理 渗碳深度0 8 1 2mm 淬硬HRC60 64 大型V形块 可用铸铁在支承面C镶以碎硬耐磨的钢板 d 主要结构参数 V形块已标准化 绘制V形块工作图时 可不绘制图形 但应注明尺寸C H h 尺寸h h 0 5D用于大直径定位h 1 2D用于小直径定位H 用于检验 形块精度 2 定位套筒及剖分套筒 定位套筒特点 元件结构简单 定心精度不变 当工件外圆与定位圆孔配合较松时 易使工件倾斜 可考虑利用套筒内孔及端面一起定位 当端面大时 定位孔应短些 以避免产生过定位 定位套与夹具体配合 小 H7 r6或H7 s6较紧 大 N7 R6或H7 js6较松 装入后再用螺钉拧紧 剖分套筒主要用于大型轴类零件的精密轴经定位 以便于安装 结构 下半孔起定位作用上半孔起夹紧作用 剖分套筒 3 外圆定心夹紧机构 三 工件以内孔定位 工件以内孔定位时 常用的有 定位销 定位心轴 自动定心机构 如三爪卡盘 弹簧心轴等 1 定位销 通常结合端面定位结构形式 a d 10d太小 不宜开退刀槽 轴肩下埋 b d 10带有台肩 端面定位可避免夹具体磨损 c d 16凸肩与退刀槽合二为一 d 可换式 用于大量生产中 易于更换 更换时为避免破坏夹具体加上衬套 定位销与衬套配合H7 js6 H7 n7 另外还有一种定位销 圆锥销特点 定心好 轴向定位精度不高 常用于浮动定位中 2 刚性心轴根据工件的形状和用途的不同 定位心轴的结论形式很多 常用的有下列几种形式 a 带小锥度的心轴 1 5000 1 1000 限5个自由度 定心精度高 可达0 005 0 01mm 但轴向位移大 传递扭矩小 使用于精加工中 b 圆柱形心轴 工件与心轴定位部分为过盈配合采用r6 s6配合 轴向位置较固定 通过限位套 前编加有导向部分 与工件为间隙配合的保证工件用手能自由套入 c 心轴 工件与心轴为间隙配合 心轴采用h6 g6 f7制造 同心度不高 装卸方便 端部夹紧 d 花键心轴 3 内圆定心夹紧机构用于内孔的定心夹紧机构 其作用原理与外圆定位时是一样的 区别仅在于孔定位时 支承等速远离中心移动 与工件孔表面接触 孔用涨紧套 四 工件以组合表面定位 以上所述的定位方法 全指工件以单一表面定位 实际上 零件往往是以几个表面同时定位的 例如 用两个平行孔 两个平行阶梯表面 阶梯轴的两个外圆等等 这都称为 工件以组合表面定位 工件以组合表面定位时 几个定位表面间的相互位置 总是具有一定的误差 若将所有的支承元件都做成固定的 工件将不能正确定位甚至无法定位 因而 在组合表面定位时 必须将其中的一个 或几个 支承做成浮动的 或虽是固定的 但能补偿其定位面间的误差 1 以轴心线平行的两孔定位 一面两孔 工件以两孔定位的方式 在生产中普遍用于箱体类大 中型零件的加工中 如机床主轴箱 发动机机体 以一面两孔定位 用箱体的两孔及平面定位的分析 若以两个圆柱销作定位件时 常会产生过定位现象 造成后果 工件可能无法安装 解决办法 1 右孔与右销间给予较大的配合间隙 足以补偿工件两孔和两销中心距的误差 但这样定位误差较大有时也会造成工件位置的偏斜 2 将右边定位销在两销连心线的垂直方面削去两边 做成削边销 这样在此连心线方向上获得间隙补偿 能使工件两孔与两销顺利安装且使定位较准确 比较 方法1简单 但增大转角误差 方法2更为科学 削边销的宽度计算 应考虑在图纸规定公差范围内的任一工件 都能保证装到夹具的两定位销上 这要分析可能出定位 削边销的宽度计算 干涉的极限情况 图中为工件装在夹具上的一种极限位置 这时为 O1为孔1及销1的中心 O2为销2的中心 O2 为销2的中心 干涉最容易发生在 工件两孔的直径最小 D1min D2min夹具两销的直径最大 d1max d2max且销距与孔距偏差向相反方向 如 工件两孔的孔距最大 L Lg 而夹具两销的销距最小 L Lx 工件两孔顺利装到销上的条件 工件两孔与顺利装到夹具两销上的最小间隙为 1 D1min d1max 2 D2min d2max 若假定工件安装时 左边的孔 销两中心O1重合 右边孔中心的偏移量这时为 由于这一偏移 使销2与孔2产生了新月形的干涉区 图中的阴影部分 如果将销2的削边后宽度b 便不再发生干涉 而b的大小 即可按几何关系进行计算 1 代入 1 式 得 约去高阶微量 得削边销宽度为 生产中 削边销宽度b常按工件孔的基本尺寸D2选定 此时 由上式可得最小间隙 2 削边销的尺寸 再根据 d2max D2min 2可算出削边销的尺寸及偏差 例 已知某工件用两个 孔定位 孔间距要求110 0 03 试设计一个圆柱销 一个削边销的各有关定位尺寸 解 1 确定两定位销的中心距尺寸及偏差销距的基本尺寸 Lx 与孔距的基本尺寸 Lg 相同 其偏差为 Lx Lg 取 L Lx 110 0 03 Lg 110 0 01注意 若工件孔间距上 下偏差在零件图上非对称分布时 应将其转化为对称形式 2 确定圆柱销直径尺寸 d1 及偏差通常以该工件孔的最小尺寸 D1min 作为圆柱销的基本尺寸 d1 其配合的偏差一般以g6 或f7 选取 故选 d1 8 035g6 3 选定削边销基本尺寸 d2 及偏差首先 查表得削边销宽度 b 及其它结构尺寸当D2 8时 得b 3 B D2 1 8 1 7 d2max D2min 2 D2min 8 035 8 005一般以d2max作为削边销的基本尺寸 与该孔的配合可选取为h6 所以取 d2 8 005h6 若工件在垂直平面定位后 再将工件左端外圆 用圆孔或V形定位时 则工件右端外所用的V形块 一定要做成浮动结构 这时只起限制一个自由度的作用 否则就会过定位 2 以轴心线平行的两个圆表面定位 两个零件 a b 均需以大孔及底面定位 加工两个小孔 可以有两种定位方案 视其加工尺寸要求而定 根据其准重合原则 如图 a 零件应选用图 c 方案 即平面用支承板定位 3 以一个孔和一个平行于孔中心线的平面定位 孔用削边销定位 且削边方向应平行于定位平面 以补偿孔中心线与底面间距离的尺寸误差公差 再如图 b 零件则宜采用图 d 的方案 即孔用圆销定位 而平面下方则加入梯形块可使定位平面升降 以补偿工件孔与平面间的尺寸误差 2 5定位误差 1 定位误差把工件上被加工表面的设计基准相对于定位元件工作表面在加工尺寸方向上的最大变动量 称为 定位误差 一 定位误差的产生 分析 右图齿轮轮齿加工中定位对下两项技术坐标的影响 节圆中心与内孔中心的同轴度轮齿周节误差 2 定位误差产生原因 a 一批工件彼此在尺寸 形状及相互位置上均存在差异 而夹具定位元件也有制造误差 b 工件的定位基准与设计基准不重合 或工件的定位基准与定位元件的工作表面之间存在间隙 c 工件用夹具定位加工时 只按定程法 即调整法 加工一批工件 如果按逐件试切法加工 则根本不存在定位误差 仅有加工误差等 误差来源 a 基准不重合误差b 定位元件制造误差c 基准位移误差 工序二 加工平面1时 图纸要求的设计尺寸为A A 而加工时刀具调整尺寸C A A 因此 即使不考虑本工序的加工误差 这种定位方法也将可能使加工尺寸A发生变化 在工序一留下的误差范围 H内波动 因而也就产生了定位误差 A 1 基准不重合误差 工序一 加工平面2时 定位基准与设计基准重合 其图纸的设计尺寸与加工时刀具调整控制尺寸 对一批工件说 可看作为常量不变 两者一致 则定位误差 A 0 图中零件 底面3与侧面4已加工好 需加工平面1 2 均用底面及侧面定位 定位误差大小计算 1 画出被加工零件定位时的两个极限尺寸的位置 2 从图形中的几何关系 找出零件图上被加工尺寸方向上之设计基准的最大变动量 最大值与最小值之差 因此 工序二尺寸A的定位误差 A为 A H H H H 2 H 上述的误差完全是由于定位基准和设计基准不重合引起的 可称这类定位误差为 基准不符误差 为提高定位精度 设计夹具时尽量使定位基准与加工表面之设计基准重合 但定位精度虽然提高了 有时使得夹具结构复杂 工件安装不便 稳定性和可靠性变差 生产中只要在满足工艺的要求前提下 如果能降低工序成本 基准不重合的定位方案 也允许选用 2 定位元件制造误差 由于夹具定位元件和工件定位基准本身有制造误差 也可能使工件被加工表面的设计基准 在加工尺寸方向上产生变动而形成定位误差 心线与轴心线重合 则设计基准与套到心轴上 还应留有最小间隙 故孔和轴中心线必然不重合图 b 也会使工件的定件基准位置产生变动而下移 所以通常称这另一类定位误差为 基准位移误差 其大小分析如下 图 a 如果心轴水平放置 工件以内孔中心O为定位基准 套在心轴中心O1上 要求加工上平面H H 在理想状态时 孔 当心轴如图 b 水平放置时 工件内孔始终与心轴上母线A单边接触 当内孔和心轴尺寸为Dmax及dmin时 设计基准O在最下面 设计基准变动最大值 OO1max OA O1A Dmax 2 dmin 2 D sD 2 d xd 2 sD 2 sd 2同理 当内孔和心轴尺寸为Dmin及dmax时 设计基准O在最上面 设计基准变动最小值 OO1min Dmin 2 dmax 2 D 2 d sd 2 sd 2所以 H的定位误差 即为设计基准0在H尺寸方向上的最大变动量 应为 H OO1max OO1min sD 2 xd 2 xd 2 sD 2 xd 2 sd 2 TD 2 Td 2 假定 孔径为 销径为 结论 这时的基准位移造成的定位误差为内孔公差和心轴公差之和的一半 且与间隙无关 如果心轴垂直放置 就可能心轴与工件内孔任意边接触 则应考虑加工尺寸方向的二个极限位置及孔轴间隙 故定位误差为 H TD Td 由此可见 工件定位基准和夹具定位元件本身的制造误差 也是直接影响定位精度的 在设计夹具时 除应尽量满足基准重合原则外 还应根据加工零件的精度要求 合理规定定位元件的制造精度和限制加工零件上与定位基准有关的公差值 二 定位误差的计算 工件定位误差的实质是工件上被加工表面的设计基准相对于定位元件工作表面在加工尺寸方向上的最大变动量 因此 计算定位误差时 首先要找出工序尺寸的工序基准 然后求其在工序尺寸方向上的最大变动量 1 定位误差计算的方法 定位误差计算的方法 几何法微分法 2 用几何方法计算定位误差 例 工件在使用心轴 销 定位时 常会考虑留有间隙而需要进行定位误差计算 以两孔定位为例 左端 孔径 公差为TD1 销径 公差为Td1 最小间隙为 1 右端 孔径公差为TD2 销径公差为Td2 最小间隙为 2 先单独分析左端圆销1的定位情况 销与孔之间的最大间隙为 1 1 TD1 Td1 1将使一批工件安装时孔的中心偏离销的中心 其中偏心位移误差范围 是以 1为直径的圆 圆心即为销的中心O1 如图b中所示 分析 再分析削边销2定位情况 由于削边销不限制X的移动自由度 而限制Z的转动自由度 所以孔2与削边销2的中心偏移范围为 在X方向 x 1 1 TD1 Td1在Y方向 y 2 2 TD2 Td2 这时的误差范围近似为一个椭圆 见图b 孔1 2的中心偏移误差组合起来 将引起工件的两种定位误差 综合误差 1 纵向定位误差 即在两孔联心线方向的最大可能移动量 x x 1 1 TD1 Td1 相当于第一孔定位误差 2 角度定位误差 即工件绕O1和O2的最大偏转角 角度定位误差 由上式看出 欲减小 可以从两方面着手 i 提高孔与销的加工精度 减小配合间隙 ii 增大孔间距 故在选择定位基准时 应尽可能选距离较远的两孔 若工件上无合适的两孔而需另设工艺孔时 两工艺孔也应布置在具有最大距离的适当部位 若采用以上两种措施还不能满足要求 应采用单边靠 此时 角度误差为 分析 2 用微分方法计算定位误差 例 工件用V形块定位加工键槽时的定位误差计算 用V形块定位加工键槽时的定位误差计算 加工键槽时 一般有两项工序要求 1 尺寸H 2 键槽对工件外圆中心的对称度 标注键槽设计尺寸H时 有三种不同的标注方法 a 要求保证上母线到加工面尺寸H1 b 要求保证下母线到加工面尺寸H2 c 要求保证上母线到加工面尺寸H3 若忽略工件的圆度误差和V形块角度误差 可认为工件外圆中心在水平方向上的位置变动量为零 已知 工件外圆直径为d 公差为Td V形块两斜面夹角为a 求各种标准方式下的定位误差 解 首先 写出O点 工件基准点 至加工尺寸方向上某固定点 通常取点A 的距离 再对上式求全微分 用微小增量代替微分 并将尺寸误差视为微小增量 且考虑到尺寸误差可正可负 各项误差应取绝对值 故定位误差为 若使用同一夹具进行加工 则Ta 0 所以 同理 请用几何解法求解上题 用几何解法求上题 通过以上计算 可得出如下结论 1 即定误差随毛坯误差增大而增大 2 与V形块夹角 有关 即定位误差随 增大而增减小 但定位稳定性却差了 故一般选用 90 3 与加工尺寸标注方法有关 分析 注意 定位误差是对采用调整法加工的成批生产或小批生产中 在数控机床上加工时也在定位误差 对采用试切法加工的小批生产中不存在定位误差 保证规定加工精度实现的条件 工件利用夹具加工时 影响加工精度的误差因素除定位误差 外 尚有 1 夹具的有关制造误差 制造 这个误差主要包括夹具制造时的两项误差 确定刀具位置的元件和引导刀具的元件与定位元件间的位置误差 定位元件与夹具安装到机床上的安装基面间的位置误差 2 夹具安装误差 安装 即是夹具在机床上的定位误差 3 加工误差 加工 指上件在切削过程中所产生的误差 如机床的工作精度 刀具的磨损和跳动 刀具相对工件加工位置的调整误差 以及工艺系统在加工过程中的弹性变形等 为了保证工件的加工精度 必须使上述所有误差因素对工件加工的综合影响 控制在工件所允许的公差 T公差 范围之内 即 制造 安装 加工 T工件上式即为保证规定加工精度实现的条件 也称为用夹具安装加工时的误差计算不等式 为使T工件做到合理地分配给以上机械加工中产生误差的各个环节 通常在夹具设计时 夹具上定位元件之间 定位元件与引导元件之间 以及其他相关尺寸和相互位置的公差 一般取工件上相应公差的1 5 1 2 最常用的是1 3 1 2 因粗加工的T工件大 此时 夹具上相应公差取小的比例 2 6工件的夹紧 一 工件夹紧的基本要求 夹得稳 不破坏稳定的正确定位 以作平衡 刚度足够 夹得牢 夹紧力要合适 过大工件变形或损伤 影响加工精度 过小工件加工中易移动或产生振动 同时 夹紧装置应保证自锁 即原始夹紧力去除后 工件能保持夹紧状态 夹得快 机构简单 紧凑 操作安全 省力 迅速方便 确定夹紧方案一般应与定位问题同时考虑 为达到以上三个要求 正确设计夹紧机构 首先必须合理确定夹紧力的三要素 大小 方向和作用点 二 夹紧力方向的确定 1 夹紧力方向的确定 不破坏定位的准确性 朝向是定位基准 夹紧力方向应使工件变形尽可能小 夹紧力方面应使所需夹紧力尽可能小 P 切削力 W 重力 Q 夹紧力 P W相同时 哪一情况Q可最小 由此可见 夹紧力大小与夹紧力方向直接有关 在考虑夹紧方向时 只要满足夹紧条件 夹紧力越小越好 2 夹紧力作用点的选择 夹紧力应落在支承元件上或几个支承元件所形成的平面内 夹紧力应落在工件刚性较好的部件上 夹紧力应尽量靠近加工面 夹紧力应落在工件刚性较好的部件上 夹紧力应尽量靠近加工面 夹紧力要合适 过大工件变形或损伤 影响加工精度 过小工件加工中易移动或产生振动 3 夹紧力大小的估算 估算夹紧力的方法 首先 将工件视为分离体 分析作用在工件上的各种力 再根据力系平衡条件 确定保持工件平衡所需的最小夹紧力 最后将乘以一合适的安全系数 以此作为所需的夹紧力 典型夹紧机构 常见的有斜楔 偏心 螺