机床夹具设计教案.doc

甘 肃 畜 牧 工 程 职 业 技 术 学 院周次： 1 No： 1 课 时 授 课 计 划课 题 名 称机床夹具概论授 课 时 数2授 课 班 级机械设计与制造07.1班授 课 方 式讲述法授 课 日 期2009年 8月24 日教 学目 的1. 了解机床夹具的定义与分类2. 理解工件的装夹3. 掌握并理解机床夹具的组成、工作原理及作用与工件加工误差的组成4.了解本课程的内容与任务重 点本课程的主要内容与任务难 点机床夹具的组成教学内容与课堂组织一、组织教学 2min二、引入课题 3min三、新课：1、机床夹具的定义与分类 20min 2、工件的装夹 10min3、机床夹具的组成、工作原理及作用与工件加工误差的组成 40min 4、本课程的内容与任务 5min四、小结 5min 五、作业及提示 5min课 外 作 业课 后 分 析教师： 王 云 德 审批： 日期： 2009年8月22日 日期： 机床夹具概论夹 具：在机械制造过程中，用来固定加工对象，使之占有正确加工位置的工艺装备。机械制造过程：机床切削加工、焊接、装配、检验等。机 床 夹 具：在机床上用来固定加工对象，使之占有正确加工位置的工艺装备，称机床夹具，以后简称夹具。0.1机床夹具的分类见图0.1机床夹具的几种分类方法图0.1 机床夹具的分类 1按夹具的特点分类(1) 通用夹具：指结构、尺寸已标准化，且具有一定通用性的夹具。如三爪自动定心卡盘、四爪单动卡盘、台虎钳、万能分度头、顶尖、中心架、电磁吸盘等。其特点是适应范围大，已成为机床附件。但生产率较低，适用单件小批量生产中。(2) 专用夹具：针对某一工件某一工序的加工要求专门设计和制造的夹具。其特点是针对性极强，没有通用性。常用于批量较大的生产中，可获得较高的生产率和加工精度。但设计制造周期长。(3) 可调夹具：是针对通用夹具和专用夹具的缺陷而发展起来的一类新型夹具。对不同类型和尺寸的工件，只需调整或更换原来夹具上的个别定位元件和夹紧元件便可使用。(4) 组合夹具：是一种模块化的专用夹具。标准的模块元件有较高的精度和耐磨性，可组装成各种专用夹具，夹具用完毕后可进行拆卸，留待组装新的夹具。用在单件，中、小批多品种生产和数控加工中，是一种较经济的夹具。2按使用机床分类：车床、铣床、刨床、钻床、镗床、磨床、自动线夹具等。3按夹紧动力源分类：手动、气动、液动、电动等。0.2 工件的装夹装夹：工件加工前，在机床或夹具中占据某一正确加工位置，然后再予以压紧，这称为装夹。找正法装夹工件(1) 以工件已有表面找正装夹工件，见图0.2所示在四爪卡盘上用划针找正装夹工件。(2) 以工件上事先划好的线痕迹找正装夹工件，见图0.3所示在虎钳上用划针找正装夹工件。图0.2 四爪装夹工件图0.3 划线装夹工件过程：预夹紧找正、敲击完全夹紧。可见：找正法装夹工件，工件正确位置的获得是通过找正达到的，夹具只起到夹紧工件的作用。方便、简单，但生产率低、劳动强度大，适用于单件、小批生产。专用夹具装夹工件 钻床夹具装夹工件见图0.4所示在钻床夹具上加工套类零件上6H9径向孔，工件以内孔及端面与夹具上定位销6及其端面接触定位，通过开口垫圈4、螺母5压紧工件。把夹具放在钻床工作台面上，移动夹具让钻套1导引钻头钻孔。因钻套内孔中心线到定位销6端面的尺寸及对定位销6轴线的对称度是根据工件孔加工位置要求确定，所以能满足工件加工要求。图0.4钻床夹具1钻套 2衬套 3钻模板 4开口垫圈5螺母 6定位销 7夹具体(2) 铣床夹具装夹工件见图0.5所示在铣床夹具上加工套类零件上的通槽，工件以内孔及端面与夹具上定位销1及端面接触定位，通过开口垫圈4、螺母5压紧工件。在铣床上夹具通过底面和定位键2与铣床工作台面和T形槽面接触确定夹具在铣床工作台上的位置，通过螺栓压板压紧夹具，然后移动工作台，让对刀块3工作面与塞尺、刀具切削表面接触确定其相对位置加工工件，因对刀块工作面到定位销轴线的位置尺寸是根据工件加工要求确定，所以能满足工件加工要求。图0.5 铣床夹具1心轴 2定位键 3对刀块 4螺母 5开口垫圈 6夹具体 专用夹具装夹工件的特点 工件在夹具中定位迅速； 工件通过预先在机床上调整好位置的夹具，相对机床占有正确位置； 工件通过对刀、导引装置，相对刀具占有正确位置； 对加工成批工件效率尤为显著。3工件装夹的目的(1) 定位：使工件获得正确的加工位置。(2) 夹紧：固定工件的正确加工位置。一般先定位、后夹紧，特殊情况下定位、夹紧同时实现，如三爪自动卡盘装夹工件。0.3机床夹具的组成见图0.4、0.5所示，机床夹具主要由以下几方面组成。1基本组成(1) 定位元件：与工件定位基准（面）接触的元件，用来确定工件在夹具中的位置；(2) 夹紧装置：压紧工件的装置，是由多个元件组合而成；(3) 夹 具 体：基本骨架，连接所有夹具元件。2其它组成(4) 连接元件：连接机床与夹具的元件，用来确定夹具在机床中的位置；(5) 对刀、导引元件：用来确定夹具与刀具相对位置的元件；(6) 其它元件：起辅助作用。0.4机床夹具的工作原理及作用 工作原理：见图0.6所示分析工件+夹具连接元件机床 相对位置正确 工件相对工件定位元件夹具 机床、刀具 保证了正确加工工件 相对位置正确 位置正确工件+夹具对刀、导引元件刀具 图0.6夹具工作原理分析工件通过定位元件在夹具中占有正确位置，工件和夹具通过连接元件在机床上占有正确位置，工件和夹具通过对刀、导引元件相对刀具占有正确位置，从而保证工件相对机床位置正确、工件相对刀具位置正确，最终保证满足工件加工要求。2机床夹具的作用 保证加工精度； 提高劳动生产率、降低成本； 降低工人劳动强度； 可由较低技术等级工人进行加工； 扩大机床的使用范围。0.5工件加工误差的组成1装夹误差(ZJ)：把工件装夹到夹具上，工件位置不准确在工件上产生的加工误差。 定位误差(dw)：工件在夹具上定位不准确在工件上产生的加工误差。 夹紧误差(jj)：工件夹紧变形在工件上产生的误差。当夹紧力方向、作用点、大小合理时近似为零。2对定误差(DD)：夹具在机床上安装位置不准确和夹具与刀具相对位置不准确在工件上产生的加工误差。 夹具位置误差(jw)：夹具在机床上安装位置不准确在工件上产生的加工误差。 夹具对刀误差(jd)：夹具与刀具对正不准确在工件上产生的加工误差。3过程误差(GC)：加工过程中的磨损、变形、振动等因素造成工件上产生的加工误差。属随机变量，无法量化。4误差不等式：ZJ+DD +GCT 式中T为工件允许的最大加工误差，即工件工序尺寸的公差。 为方便计算，一般人为的各取1/3，ZJ1/3 T 忽略jj dw1/3 T 满足认为正确0.6本课程的内容与任务1内容：重点围绕专用夹具设计讲解。 主要内容：第一章工件在夹具中的定位、夹紧；夹具在机床上的安装、对刀。 其它内容：第五章各种典型机床夹具；第六章专用夹具设计方法；第七章现代机床夹具。2任务掌握机床夹具设计的基础理论知识。掌握机床夹具设计的方法、步骤。学会查阅机床夹具设计的标准、手册、图册等资料。了解现代机床夹具发展方向。复习题本章重点掌握机床夹具的分类、组成、作用和工作原理以及工件加工误差的组成。11什么是专用夹具？12什么是装夹？工件定位与夹紧的区别与联系？13机床夹具由哪几部分组成？14结合图1.5简述夹具的工作原理？甘 肃 畜 牧 工 程 职 业 技 术 学 院周次： 1 No： 2 课 时 授 课 计 划课 题 名 称1.1 工件定位概述授 课 时 数2授 课 班 级机械设计与制造07.1班授 课 方 式讲述法授 课 日 期2009年 8月25日教 学目 的1. 了解定位与基准的概念2. 掌握并理解工件定位的基本原理重 点定位的基本原理难 点定位方案的确定教学内容与课堂组织一、组织教学 2min二、引入课题 3min三、新课：1、定位与基准的概念 20min 2、工件定位的基本原理 30min3、定位方案确定 25min 四、小结 5min 五、作业及提示 5min课 外 作 业课 后 分 析教师： 王 云 德 审批： 日期： 2009年8月22日 日期： 1.1 工件定位概述1.1.1定位的概念本门课研究的是专用夹具，定位就专门研究工件在专用夹具中的定位，而专用夹具加工的是一批工件，所以定位就专门研究一批工件在专用夹具中的定位。由工艺课中所讲定位的概念来分析：定位：工件加工前，在机床或夹具中占据某一正确加工位置的过程。 工件加工前，在夹具中占据某一正确加工位置的过程。 指一批工件先后装到夹具中，都能占据一致正确加工位置的过程。 一致在坐标系中就是确定 定 位：工件加工前，在夹具中占据“确定”、“正确”加工位置的过程。怎样才算“确定”、“正确”，是本章要讲的主要内容。1.1.2基准的概念 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)。 设计基准：在零件图上用以确定点、线、面位置的基准。由产品设计人员确定。图1.1 加工键槽的工序图 工序基准：工序图上用以确定被加工表面位置的基准。查找：首先找到加工面，确定加工面位置的尺寸就是工序尺寸，其一端指向加工面，另一端指向工序基准。见图1.1所示键槽为加工面，h、L 、为三个方向的工序尺寸，三个方向上的中心线为工序基准。工序基准由工艺人员确定。 定位基准：确定工件在夹具中位置的基准，即与夹具定位元件接触的工件上的点、线、面。当接触的工件上的点、线、面为回转面、对称面时，称回转面、对称面为定位基面，其回转面、对称面的中心线称定位基准。定位基准由工艺人员确定，是工序图上标“”所示的基准（定位基准的标注形式见附表1）。(5) 对刀基准：确定刀具相对夹具（工件）位置的夹具上的基准，一般选与工件定位基准重合的夹具定位元件上的要素为对刀基准。3工件尺寸精度获得的方法 试切法：试切测量调刀，反复进行，达到要求，工件单件加工时用。 定尺寸刀具法：由刀具尺寸确定加工要素尺寸。 调整法：事先调整好刀具与工件(夹具)的相对位置，在加工一批工件过程中，刀具位置不变。本门课中涉及尺寸精度获得的方法一般视为调整法。 自动控制法：通过自动控制机床、刀具的运动，达到尺寸精度的方法。 图1.2 工件自由度4工件的自由度：工件空间位置不确定性的数目。见图1.2所示，工件有六个自由度，表示为： 。5、定位付：把工件定位基面(准)和夹具定位元件工作面合称定位付，二者重合，称定位付设计、制造准确，反之称设计、制造不准确。1.1.3 工件定位的基本原理a) b) 图1.3 铣槽定位分析1定位基本原理 举例例2.1如图2.3所示在工件上铣通槽，保证槽宽和槽的上下、左右位置要求，试确定定位方案。 分析满足加工要求必须限制的自由度，也称理论上应该限制的自由度，简称理限。保证槽的上下位置要求：必须限制保证槽的左右位置要求：必须限制 槽宽由定尺寸刀具保证综合结果：必须限制五个自由度。 用“定位元件”来限制理论上应该限制的自由度。在与机床工作台面平行的平面上“合理”布置三个支承钉与工件底面接触，限制了三个自由度，在与机床进给方向平行的平面上“合理”布置两个支承钉与工件侧面接触，限制了两个自由度， 综合结果：限制了五个自由度。例2.2如图1.4所示在工件上铣槽，保证槽在三个方向上的位置要求，试确定定位方案。 分析满足加工要求必须限制的自由度，也简称理限。保证槽的上下位置要求：必须限制保证槽的左右位置要求：必须限制 保证槽的前后位置要求：必须限制综合结果：必须限制六个自由度。图1.4铣槽定位分析 用定位元件来限制理论上应该限制的自由度。用长V形块与工件外圆面接触限制； 用定位支承钉与工件端面接触限制； 用定位销与工件槽面接触限制； 综合结果：限制了。注意问题：1) 定位元件限制自由度的作用表示它与工件定位面接触，一旦脱离接触就失去限制自由度的作用。2) 在分析定位元件起定位作用时不考虑外力影响，即要分清定位和夹紧的区别。例2.3如图1.5所示在工件上磨平面，保证h尺寸和平行度，理限为：，现把工件放在磨床磁性工作台面上吸牢后磨平面，分析实际限制了几个自由度？分析的结果实际仍然限制了三个自由度：。图1.5磨平面定位分析判断工件在某一方向的自由度是否被限制，唯一的标准是看同一批工件先后定位后，在该方向上的位置是否一致。 定位基本原理 工件在夹具中定位，可以归结为在空间直角坐标系中，用定位元件限制工件自由度的方法来分析； 工件定位时，应该限制的自由度数目，主要由工件工序加工要求确定； 一般讲，工件定位所需限制自由度的数目6个； 各定位元件限制的自由度原则上不允许重复或干涉(见下面相关内容分析)。 确定：限制了理论上应该限制的自由度，使一批工件定位位置一致。2工件定位的几种情况 完全定位：工件的6个自由度全部被限制的定位，如图1.4所示。 不完全定位：工件的部分自由度被限制的定位，如图1.3所示。图1.6 过定位分析可见，工件定位采用上面那一种定位方式，主要由工件工序加工要求确定。反过来讲，不管采用上面哪一种定位方式，也都能满足工件加工要求。 欠定位：工件定位时，应该限制的自由度没有被全部限制的定位。实际定位时不允许发生。 过定位(重复定位)：工件定位时，几个定位元件重复限制工件同一自由度的定位。如图1.6所示，位于同一平面内的四个定位支承钉限制了三个自由度，是否允许，视具体情况而定，若工件定位平面的平面度较高，定位能保证一批工件定位位置一致，允许存在，否则，A工件与这三个支承钉接触、B工件与另外三个支承钉接触，造成一批工件定位位置不一致，这种情况就不允许。3限制工件自由度数与工件加工要求的关系 从上面几例分析知，一般情况下： 保证一个方向上的加工尺寸需要限制13个自由度； 保证二个方向上的加工尺寸需要限制45个自由度； 保证三个方向上的加工尺寸需要限制6个自由度。4定位元件的合理布置要求：定位元件的布置应有利于提高工件定位精度和定位的稳定性。布置原则(1) 工件平面上布置的三个定位支承钉应相互远离，且不能共线；(2) 工件窄长面上布置的二个定位支承钉应相互远离，且连线不能垂直三个定位支承钉所在平面；(3) 防转支承钉应远离工件回转中心布置；(4) 承受切削力的定位支承钉应布置在正对切削力方向的工件平面上；(5) 工件重心应落在定位元件形成的稳定区域内。本节重点内容是根据工件工序加工要求，分析出理论上应该限制哪几个自由度。甘 肃 畜 牧 工 程 职 业 技 术 学 院周次： 2 No： 1 课 时 授 课 计 划课 题 名 称1.2 工件定位元件的确定授 课 时 数2授 课 班 级机械制造与设计07.1班授 课 方 式讲述法授 课 日 期2009年8月31日教 学目 的理解并掌握工件以平面定位常用定位元件、工件以孔定位常用定位元件、工件以外圆定位常用定位元件、工件以组合表面定位常用定位元件重 点机床夹具定位元件难 点各定位元件限制的自由度教学内容与课堂组织一、组织教学 2min二、引入课题 3min三、新课：1、工件以平面定位常用定位元件 25min 2、工件以孔定位常用定位元件 25min 3、工件以外圆定位常用定位元件 15min4、工件以组合表面定位常用定位元件 10min四、小结 5min 五、作业及提示 5min课 外 作 业课 后分 析教师： 王 云 德 审批： 日期： 2009年8月23日 日期： 1.2 工件定位元件的确定1.2.1工件以平面定位常用定位元件图1.2.1 常用支承钉的结构形式平面定位常用定位元件辅助支承：不作定位元件，不限制自由度，只用以增加工件在加工过程中的刚性。自位支承：是活动的或是浮动的，只起一个支承点的作用，只限制一个自由度。可调支承：支承工件的粗基准面，限制一个自由度。平面型支承板：侧面和顶面定位支承板带斜槽型支承板：适于作底面定位准面一个支承板相当于两个支承点，限制两个自由度；两个（或多个）支承板组合，相当于一个平面，可以限制三个自由度。平头支承钉：用于支承精基准面支承钉网纹顶面支承钉：用在工件以粗基准定位且要求较大摩擦力的侧面定位球头支承钉：用于支承粗基准面一个支承钉相当于一个支承点，限制一个自由度；在一个平面内，两个支承钉限制两个自由度；不在同一直线上的三个支承钉限制三个自由度。图1.2.2 常用支承板的结构形式1.2.2工件以孔定位常用定位元件1定位销图66是几种常用固定式定位销的结构形式。用定位销定位时，短圆柱销限制个自由度；长圆柱销可以限制四个自由度；短圆锥销限制三个自由度。2心轴图67是几种常用的心轴结构形式。过盈配合心轴，限制工件四个自由度；间隙配合心轴，限制工件五个自由度（心轴外圆部分限制四个自由度，轴肩面限制一个自由度）；小锥度心轴，装夹工件时，通过工件孔和心轴接触表面的弹性变形夹紧工件，使用小锥度心轴定位可获得较高的定位精度，它可以限制五个自由度。图1.2.3 常用可调支承的结构形式图1.2.4 自位支承的结构形式图1.2.5 定位心轴1.2.3工件以外圆定位常用定位元件lV形块V形块的结构形式如图68所示。用V形块定位，工件的定位基准始终在V形块两定位面的对称中心平面内，对中性能好。一个短V形块限制两个自由度；两个短V形块组合或一个长V形块限制四个自由度；浮动式V形块只限制一个自由度。图1.2.6 定位套2定位套图69是常用的定位套结构形式。在工件以端面为主要定位基面的场合，短定位套孔限制工件的两个自由度；在工件以外圆柱表面为主要定位基面的场合，长定位套孔限制工件的四个自由度；工件以圆柱面端部轮廓为定位基面，锥孔限制工件的三个自由度。 3半圆孔 图610 是半圆孔定位装置。当工件尺寸较大，用圆柱孔定位不方便时，可将圆柱孔改成两半，下半孔用作定位，上半孔用于压紧工件。短半圆孔定位限制工件的二个自由度；长半圆孔定位限制工件的四个自由度。1.2.4工件以组合表面定位常用定位元件 图1.2.2 半圆孔定位装置在实际生产中，为满足加工要求，有时采用几个定位面相组合的方式进行定位。常见的组合形式有：两顶尖孔、一端面一孔、一端面一外圆、一面两孔等，与之相对应的定位元件也是组合式的。几个表面同时参与定位时，各定位基准（基面）在定位中所起的作用有主次之分。例如，轴以两顶尖孔在车床前后顶尖上定位的情况，前顶尖孔为主要定位基面，前顶尖限制三个自由度，后顶尖只限制两个自由度。甘 肃 畜 牧 工 程 职 业 技 术 学 院周次： 2 No： 2 课 时 授 课 计 划课 题 名 称1.3定位误差的分析与计算授 课 时 数2授 课 班 级机械制造与设计07.1班授 课 方 式讲述法授 课 日 期2009年9月1日教 学目 的1. 理解机床夹具定位元件2. 掌握并理解定位误差的分析与计算重 点定位误差的分析与计算难 点合成法及极限位置法计算定位误差法教学内容与课堂组织一、组织教学 2min二、引入课题 3min三、新课：1、基准不重合误差、基准位移误差的分析 30min 2、合成法及极限位置法计算定位误差法 45min 四、小结 5min 五、作业及提示 5min课 外 作 业课 后分 析教师： 王 云 德 审批： 日期： 2009年8月23日 日期： 1.3定位误差的分析与计算因工件定位而产生的加工误差称为定位误差，用D表示。一、产生定位误差的原因产生定位误差的原因：定位基准与工序基准不重合，产生基准不重合误差，用B表示；定位基准与限位基准不重合，产生基准位移误差，用Y表示。1、基准不重合误差B如图131所示，加工A和B两个尺寸，加工尺寸A时，其定位基准与工序基准不重合，安装一批工件逐个在夹具上定位时，受尺寸Ss /2的影响，工序基准的位置是变动的，导致尺寸误差，这就是基准不重合误差。 图131基准不重合误差的大小：BAmaxAminSmaxSmins当工序基准的变动方向与加工尺寸的方向不一致，存在一夹角时，Bs cos加工尺寸B的工序基准与定位基准重合，B02、基准位移误差Y如图132所示，加工尺寸A时，其定位基准和工序基准都是内孔轴线， B0。但是，由于工件内孔和心轴圆柱面有制造公差，而且两者配合还有间隙，导致定位基准和限位基准不重合，在夹紧力作用下，定位基准与限位基准发生偏移，从而产生误差，这就是基准位移误差Y由图132可知 =式中 i定位基准的位移量； 一批工件定位基准的变动范围。 图132当定位基准的变动方向与加工尺寸的方向不一致，两者之间成夹角时，=cos 例1一1 在图l一32中，设A=4001，D= ， d0=。求加工尺寸A的定位误差。解 1)定位基准与工序基准重合，=0。2)在作用下，定位基准相对限位基准作单向移动，方向与加工尺寸一致， =2=()2 =2=()/2=(0.03+0.03)/2=0.03mm式中一一孔、轴配合最大间隙； 一一孔、轴配合最小间隙二、定位误差的计算方法 1合成法工件定位时同时出现基准不重合和基准位移误差，定位误差为两项误差的合成。当与无相关公共变量时,当与有相关公共变量时, 当定位基面尺寸变动方向一定(由大变小，或由小变大)的条件下，与 的变动方向相同时，取“+”号；变动方向相反时，取“一”号。例l一2 用合成法求图l一32所示加工尺寸E的定位误差。解 1) =22) =()/2 3)因为工序基准不在定位基面上，即与无相关公共变量，所以=（）/2 例13 求图132中加工尺寸H的定位误差。解 1) =22) =()/2 3)工序基准在定位基面上，两者有相关的公共变量。当定位孔由小变大时，与变动方向相反。 =-=/22，极限位置法此法直接计算出由于定位而引起的加工尺寸的最大变动范围。例如求图133中的加工尺寸A的定位误差，=-计算定位误差时，需先画出工件定位时加工尺寸变动范围的几何图形，直接按几何关系确定加工尺寸的最大变动范围，即为定位误差。 图l一33 用极限位置法求定位误差 本例中工件的外径d2与已加工平面的尺寸B2是两个变量，可用作图法画出 B、d两个变量在极限尺寸时工序基准的各个位置。当、时，工件中心为点；当、时，工件中心为点；当、时，工件中心为点；当、时，工件中心为点。在加工尺寸A方向上工件中心O的最大变化量，即为定位误差=a=a+=tg+例1-4 如图135所示，求加工尺寸A的定位误差。解 1)定位基准为底面，工序基准为圆孔中心线O，定位基准与工序基准不重合。两者之间的定位尺寸为50mm，其公差为=02mm。工序基准的位移方向与加工尺寸方向间的夹角为45则：=cos=0.2cos45=0.1414mm。2)定位基准与限位基准重合，=0。 图l一353)= =01414mm。例1-5 钻铰图136a所示凸轮上的两小孔(16mm)，定位销直径为mm，求加工尺寸100士01mm的定位误差。 解 1)定位基准与工序基准重合，=0 2)定位基准相对限位基准单向移动，定位基准移动方向与加工尺寸方向间的夹角为30士15。= cos= cos30=0.02 mm3) =002mm图136甘 肃 畜 牧 工 程 职 业 技 术 学 院周次： 3 No： 1 课 时 授 课 计 划课 题 名 称1.4 夹紧装置的选择授 课 时 数2授 课 班 级机械制造与设计07.1班授 课 方 式讲述法授 课 日 期2009年9月7日教 学目 的1. 理解夹紧装置的组成和基本要求 2. 掌握并理解夹紧力的确定与基本夹紧机构重 点夹紧力的确定难 点夹紧力的分析教学内容与课堂组织一、组织教学 2min二、引入课题 3min三、新课：1、夹紧装置的组成和基本要求 15min 2、夹紧力的确定与基本夹紧机构 60min 四、小结 5min 五、作业及提示 5min课 外 作 业课 后分 析教师： 王 云 德 审批： 日期： 2009年9月1日 日期： 1.4夹紧装置的选择一、夹紧装置的组成和基本要求 1、夹紧装置的组成 力源装置：产生夹紧力的装置 夹紧元件：压紧工件的元件 中间递力机构：介于、之间的机构作用：1) 改变夹紧作用力的方向，上例变水平力为垂直力； 2) 改变夹紧作用力的大小，上例斜楔具有增力作用； 3) 保证安全自锁，上例斜楔具有自锁性。 2、夹紧装置的基本要求夹紧装置的基本要求 选择工件的夹紧方式，一般同选择定位方式一起考虑，有时工件的定位也是在夹紧过程中实现的，设计夹紧装置时，必须满足下列基本要求。 l）正 夹紧时，不能破坏工件在定位元件上所获得的正确位置。为此要正确选择夹紧力的方向和作用点。 2）牢 夹紧力的大小要适当，可靠。夹紧机构一般要有自锁作用，保证在装配焊接过程中工件不会松动，又不会使工件产生的变形和表面损伤超出技术条件的允许范围。3）快 夹紧装置应操作方便、安全省力，夹紧迅速，以便减轻劳动强度，缩短辅助时间，提高生产率。 4）简 结构要力求简单、紧凑，并具有足够的刚性，使工装具有良好的工艺性和使用性。夹紧器不应受到或是不怕焊接热量及飞溅物的影响。尽量选用标准件，以便缩短制造周期和方便维修。夹紧装置的复杂程度和自动化程度应与生产批量和生产条件相适应。二、夹紧力的确定确定夹紧力的方向、作用点和大小时，要分析工件的结构特点、加工要求、切削力和其它外力作用工件的情况，以及定位元件的结构和布置方式。 （1）夹紧力的方向和作用点的确定 1)夹紧力应朝向主要限位面。对工件只施加一个夹紧力，或施加几个方向相同的夹紧力时，夹紧力的方向应尽可能朝向主要限位面。 如图l41a所示，工件被镗的孔与左端面有一定的垂直度要求，因此，工件以孔的左端面与定位元件的A面接触，限制三个自由度；以底面与B面接触，限制两个自由度；夹紧力朝向主要限位面A。这样做，有利于保证孔与左端面的垂直度要求。如果夹紧力改朝B面，则由于工件左端面与底面的夹角误差，夹紧时将破坏工件的定位，影响孔与左端面的垂直度要求。再如图141b所示，夹紧力朝向主要限位面V形块的V形面，使工件的装夹稳定可靠。如果夹紧力改朝B面，则由于工件圆柱面与端面的垂直度误差，夹紧时，工件的圆柱面可能离开V形块的V形面。这不仅破坏了定位，影响加工要求，而且加工时工件容易振动。图141 夹紧力朝向主要限位面 对工件施加几个方向不同的夹紧力时，朝向主要限位面的夹紧力应是主要夹紧力。 2)夹紧力的作用点应落在定位元件的支承范围内。如图142所示，夹紧力的作用点落到了定位元件的支承范围之外，夹紧时将破坏工件的定位，因而是错误的。 图142夹紧力作用点的位置不正确3)夹紧力的作用点应落在工件刚性较好的方向和部位。这一原则对刚性差的工件特别重要。如图l43a所示，薄壁套的轴向刚性比径向好，用卡爪径向夹紧，工件变形大，若沿轴向施加夹紧力，变形就会小得多。夹紧图143b所示薄壁箱体时，夹紧力不应作用在箱体的顶面，而应作用在刚性好的凸边上。箱体没有凸边时，可如图l54c那样，将单点夹紧改为三点夹紧，使着力点落在刚性较好的箱壁上，并降低了着力点的压强，减小了工件的夹紧变形。 a) b) c)图143夹紧力作用点与夹紧变形的关系4)夹紧力作用点应靠近工件的加工表面。 如图144所示，在拨叉上铣槽。由于主要夹紧力的作用点距加工表面较远，故在靠近加工表面的地方设置了辅助支承。增加了夹紧力F。这样，不仅提高了工件的装夹刚性，还可减少加工时工件的振动。 （2）夹紧力大小的估算加工过程中，工件受到切削力、离心力、惯性力及重力的作用。理论上，夹紧力的作用应与上述力(矩)的作用平衡；而实际上，夹紧力的大小还与工艺系统的刚性、夹紧机构的传递效率等有关。而且，切削力的大小在加工过程中是变化的，因此，夹紧力的计算是个很复杂的问题，只能进行粗略的估算。估算时应找出对夹紧最不利的瞬时状态，估算此状态下所需的夹紧力。并只考虑主要因素在力系中的影响， 图144图144 夹紧力作用点靠近加工表面略去次要因素在力系中的影响。估算步骤如下：1)建立理论夹紧力F与主要最大切削力F的静平衡方程：F=( F)。2)实际需要的夹紧力F，应考虑安全系数(见表l8)，F=KF。3)校核夹紧机构产生的夹紧力F是否满足条件：F F。例如，图l45为铣削加工示意图，试估算所需的夹紧力。 由于是小型工件，工件重力略去不计。因为压板是活动的，压板对工件的摩擦力也略去不计。不设置止推销时，对夹紧最不利的瞬时状态是铣刀切入全深、切削力F达到最大时，工件可能沿F的方向移动，需用夹紧力F、F产生的摩擦力F、F与之平衡，建立静平衡方程 设 则 F=加上安全系数，每块压板需给工件的夹紧力(N)为 式中最大切削力(N)； 每块压板的夹紧力(N) f工件与定位元件间的摩擦因数； K安全系数。图145铣削时夹紧力的估算设置止推销后，工件不可能斜向移动了，对夹紧最不利的瞬时状态是铣刀切入全深、切削力达到最大时，工件绕0点转动，形成切削力矩L，需用夹紧力、产生的摩擦力矩、与之平衡，建立静平衡方程如下+=L 设 则 加上安全系数，每块压板需给工件的夹紧力(N)是式中L切削力作用方向至挡销的距离；、两支承钉至挡销的距离。 安全系数可按下式计算 各种因素的安全系数见表14。通常情况下，取K=1525。当夹紧力与切削力方向相反时，取K=253。 各种典型切削方式所需夹紧力的静平衡方程式可参看“夹具手册”。表1-4各种因素的安全系数考 虑 因 素系 数 值-基本安全系数(考虑工件材质、余量是否均匀) 1.21.5 -加工性质系数 粗加工 1.2 精加工 1.0 -刀具钝化系数 1.11.3 -切削特点系数 连续切削 1.0 断续切削 1.2三、基本夹紧机构（1）斜楔夹紧机构 1）斜楔的夹紧力 2）斜楔自锁条件（2）螺旋夹紧机构 1）单个螺旋夹紧机构 2）螺旋压板机构（3）偏心夹紧机构 1）圆偏心轮 2）偏心轴甘 肃 畜 牧 工 程 职 业 技 术 学 院周次： 3 No： 2 课 时 授 课 计 划课 题 名 称2 专用夹具的设计方法授 课 时 数2授 课 班 级机械制造与设计07.1班授 课 方 式讲述法授 课 日 期2009年9月8日教 学目 的1. 理解对专用夹具的基本要求和设计步骤2. 掌握并理解夹具体的设计重 点专用夹具的基本要求和设计步骤难 点夹具体的设计教学内容与课堂组织一、组织教学 2min二、引入课题 3min三、新课：1、专用夹具的基本要求和设计步骤 45min 2、夹具体的设计 30min 四、小结 5min 五、作业及提示 5mi