4夹具设计.ppt

2009 2 14 第4章机床夹具设计原理 1 本章要点 第4章机床夹具设计原理 夹具组成功能作用和类型 定位误差概念 夹紧装置 定位误差分析计算 组合夹具 2009 2 14 第4章机床夹具设计原理 2 4 1 1机床夹具的定义及组成4 1 2夹具的作用4 1 3夹具的分类4 1 4工件在夹具中加工时加工误差的组成 4 1基本概念 2009 2 14 第4章机床夹具设计原理 3 机床夹具 4 1 1机床夹具的定义及组成 将工件进行定位 夹紧 将刀具进行导向或对刀 以保证工件和刀具间的相对位置关系的附加装置 简称夹具 辅助工具 将刀具在机床上进行定位 夹紧的装置 称为辅助工具 夹具 jigsandfixtures 是用以装夹工件 和引导刀具 的一种装置 装夹 set up 是将工件在机床上或夹具中定位 夹紧的过程 2009 2 14 第4章机床夹具设计原理 4 夹具的组成 1 定位元件 2 夹紧装置 3 导向元件 4 对刀装置 5 连接元件 6 夹具体 7 其它元件及装置 4 1 1机床夹具的定义及组成 1 快换钻套2 导向套3 钻模板4 快换垫圈5 螺母6 定位销7 夹具体 2009 2 14 第4章机床夹具设计原理 5 1 定位元件是限定工件自由度的元件 保证工件相对于夹具的位置 上图中定位销6就是该夹具的定位元件 2 夹紧装置用于夹紧工件 使工件在加工过程中保持工件的定位位置不变 图中定位销6右端的螺纹 螺母5和快换垫圈4组成的夹紧装置 3 导向元件和对刀装置用来确定或引导刀具的元件 图中的快换钻套1 镗床夹具中用镗套 4 连接元件用来保证夹具和机床工作台之间的相对位置 铣床夹具定位键定位 螺钉夹紧钻床夹具导向元件直接对刀具进行定位 没有连接元件 4 1 1机床夹具的定义及组成 2009 2 14 第4章机床夹具设计原理 6 5 夹具体保证各元件之间的相对位置 对于加工精度来说 主要是控制刀具相对于工件的位置 夹具体的精度要求一般也比较高 4 1 1机床夹具的定义及组成 6 其它元件及装置如动力装置的操作系统等 2009 2 14 第4章机床夹具设计原理 7 1 保证加工质量如相对位置精度的保证 精度的一致性等 2 提高生产率避免了手工操作 用划线等方法来定位工件 缩短了安装工件的时间 3 减轻劳动强度如可用气动 电动夹紧 4 扩大机床的工艺范围 4 1 2夹具的作用 如在铣床上加一个转台或分度装置 可以加工有等分要求的零件 再如在车床上加上三爪卡盘 加工短轴类 套筒类零件等要方便得多 有些夹具对保证发挥机床基本性能的作用是很大的 如在牛头刨床上没有虎钳是很难进行加工的 2009 2 14 第4章机床夹具设计原理 8 1 通用化程度 1 通用夹具通用机床的附件 如三爪卡盘 四爪卡盘 虎钳 分度头和转台等 2 专用夹具根据零件工艺过程中某工序的要求专门设计的夹具 此夹具只为该零件用 4 1 3夹具的分类 3 成组夹具适用于一组零件的夹具 4 组合夹具由许多标准件组合而成 可根据零件加工工序的需要拼装 用完后再拆卸 5 随行夹具用于自动线上 工件安装在随行夹具上 随行夹具由运输装置送往各机床 并在机床夹具或机床工作台上进行定位夹紧 2009 2 14 第4章机床夹具设计原理 9 2 使用机床的类型车床夹具 磨床夹具 钻床夹具 镗床夹具 铣床夹具等 3 用途可分为机床夹具 装配夹具和检验夹具等 在机械加工过程中使用的夹具称机床夹具 在装配过程中使用的夹具称装配夹具 在测量过程中使用的夹具称测量夹具 4 动力来源可分为手动夹具 气动夹具 液压夹具 气液夹具 电动夹具 电磁夹具 真空夹具 自紧夹具 靠切削力本身夹紧 等 4 1 3夹具的分类 2009 2 14 第4章机床夹具设计原理 10 4 1 4工件在夹具中加工时加工误差的组成 与夹具有关的影响位置误差因素包括 通常要求定位误差和夹具制造误差不大于工件相应公差的1 3 1 定位元件 刀具导向元件 分度机构 夹具体等的制造误差 2 夹具装配后 以上各种元件工作面间的相对尺寸误差 3 夹具在使用过程中工作表面的磨损 夹具误差影响加工位置精度和尺寸精度 2009 2 14 第4章机床夹具设计原理 11 1 工件在夹具中加工时的加工误差 1 安装误差工件在夹具中的定位和夹紧误差 2 对定误差刀具的导向或对刀误差 夹具在机床上的定位和夹紧误差 3 加工过程误差如加工方法的原理误差 工艺系统的受力变形 工艺系统的受热变形 工艺系统各组成部分的静精度和磨损等 4 1 4工件在夹具中加工时加工误差的组成 2 误差值的估算一般夹具的制造精度 其误差值为该零件尺寸公差值的1 3 1 5 上述误差中 安装误差和对定误差都是和夹具有关的误差 一般约占整个加工误差的三分之一 2009 2 14 第4章机床夹具设计原理 12 4 1 4工件在夹具中加工时加工误差的组成 2009 2 14 第4章机床夹具设计原理 13 4 1 1机床夹具的定义及组成定位元件 夹紧装置 导向元件和对刀装置 连接元件 夹具体 其它元件及装置 4 1 2夹具的作用保证加工质量 提高生产率 减轻劳动强度 扩大机床的工艺范围 4 1 3夹具的分类通用化程度 使用机床的类型 用途 动力来源 4 1 4工件在夹具中加工时加工误差的组成工件在夹具中加工时的加工误差 误差值的估算 4 1夹具的基本概念 小结 2009 2 14 第4章机床夹具设计原理 14 4 2 1 常用定位元件及其所能限制的自由度 4 2工件的定位和夹具的定位设计 常见定位元件有支承钉 支承板 定位销 锥面定位销 V型块 定位套 锥度心轴等 1 支承钉属于固定支撑A型多用于精基准面的定位 B型多用于粗基准面的定位 C型多用于工件侧面的定位 在进行限制工件自由度分析时 一般情况下认为一个支承钉相当于一个约束点 限制一个自由度 2009 2 14 第4章机床夹具设计原理 15 4 2 1常用定位元件及其所能限制的自由度 2 支承板主要用于较大工件的精基面定位 属于固定支撑B型用的较多 适合底面定位 A型结构简单 但埋头螺钉孔处容易存积切屑 清理比较困难 适合侧面定位 一个支撑板相当于2个支撑钉 限制2个自由度 2009 2 14 第4章机床夹具设计原理 16 3 心轴刚性心轴 弹性心轴 液塑心轴 自动定心心轴 4 2 1常用定位元件及其所能限制的自由度 工件在心轴上的定位通常当心轴的长径比L d 0 8 1时长心轴限制了工件除绕自身轴线转动和沿自身轴线移动以外的4个自由度 是四点定位 当心轴的长径比L d 0 4时称短心轴限制2个移动自由度 2009 2 14 第4章机床夹具设计原理 17 4 2 1常用定位元件及其所能限制的自由度 2009 2 14 第4章机床夹具设计原理 18 4 2 1常用定位元件及其所能限制的自由度 4 定位销圆柱定销 菱形销 国家标准规定的圆柱定位销 其工作部分直径d通常按g5 g6 f6或f7制造 定位销与夹具体的连接可采用过盈配合 图 a b c 所示 也可以采用间隙配合 图 d 短圆柱定位销通常限制工件的2个移动自由度 长圆柱定位销通常限制工件的2个移动和2转动自由度 2009 2 14 第4章机床夹具设计原理 19 4 2 1常用定位元件及其所能限制的自由度 图4 17定位销与夹具体的装配结构 图4 18定位销限制自由度的定位分析示例 2009 2 14 第4章机床夹具设计原理 20 当要求孔销配合只在一个方向上限制工件自由度时 可用菱形销 如图 a 所示 4 2 1常用定位元件及其所能限制的自由度 图 b 多用于毛坯孔定位 图 c 多用于光孔定位 图示圆锥销定位限制了工件的3个移动自由度 菱形销 5 圆锥销 2009 2 14 第4章机床夹具设计原理 21 6 V型块V型块两斜面之间的夹角 一般取60 90 和120 其中以90 为最多 90 夹角V型块结构已标准化 图4 23 4 2 1常用定位元件及其所能限制的自由度 2009 2 14 第4章机床夹具设计原理 22 使用V形块定位的特点是 1 对中性好 2 可用于非完整外圆表面的定位 V形块有长短之分 长V形块限制工件的4个自由度 短V形块一般只限制2个自由度 V形块又有固定和活动之分 活动V形块在可移动方向上对工件不起定位作用 4 2 1常用定位元件及其所能限制的自由度 V形块在夹具中的安装尺寸T是V形块的主要设计参数 该尺寸常用作V形块检验和调整的依据 2009 2 14 第4章机床夹具设计原理 23 1 平面定位基准 1 粗基准定位球头支承钉 4 2 2定位基准及定位元件的合理选择 工件的定位基准选定之后 应选择合适的定位元件与之接触形成定位副 实现工件的定位 采用支承点位置可以调整的可调支承 以调节补偿各批毛坯尺寸的误差 2009 2 14 第4章机床夹具设计原理 24 可调支承 4 2 2定位基准及定位元件的合理选择 2009 2 14 第4章机床夹具设计原理 25 自位支承一般只起限制一个自由度的定位作用 通过增加接触点以减小压力强度 达到增强工件刚度的目的 但又不影响定位所限制的自由度 常用于毛坯表面 断续表面 阶梯表面的定位以及有角度误差的平面定位 自动调节支承 在定位过程中 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 4 2 2定位基准及定位元件的合理选择 2009 2 14 第4章机床夹具设计原理 26 为增加刚性采用辅助支承 是在工件定位后才参与支承的元件 不起定位作用 4 2 2定位基准及定位元件的合理选择 辅助支承主要用来在加工过程中加强被加工部位的刚度和提高工作的稳定性 通过增加一些接触点防止工件在加工中变形 但又不影响原来的定位 2 精基准定位 选用支承板定位 1 平面定位基准 2009 2 14 第4章机床夹具设计原理 27 2 圆柱孔定位基准 4 2 2定位基准及定位元件的合理选择 图 a 为过盈配合心轴 过盈心轴限制工件的自由度为 图 b 为间隙配合心轴 轴肩限制自由度图 c 为小锥度心轴 小锥度心轴的锥度为1 5000 1 1000 使用小锥度心轴定位可获得较高的定位精度 2 精基准定位 1 粗基准定位采用三点式可胀心轴 2009 2 14 第4章机床夹具设计原理 28 3 外圆柱面定位基准 4 2 2定位基准及定位元件的合理选择 采用定心定位元件 以中心孔定位 如三爪自定心卡盘 双V形块 1 粗基准定位 2 精基准定位 除采用定心定位元件 还采用间隙定位套 内锥面定位 2009 2 14 第4章机床夹具设计原理 29 3 外圆的其它定位元件 4 2 2定位基准及定位元件的合理选择 a其轴向尺寸短的半圆孔定位套限制2个自由度 长的半圆孔定位限制4个自由度 b所示的支承钉定位外圆 限制工件的2个自由度 c所示的支承板定位外圆 限制工件的2个自由度 d所示的内锥套定位外圆 限制工件的3个移动自由度 2009 2 14 第4章机床夹具设计原理 30 图4 25为工件 齿轮 以渐开线齿面定位的例子 4 2 2定位基准及定位元件的合理选择 图 a 为示意图 显示了3个定位圆柱均布 或近似均布 插入齿间以实现分度圆定位 4 其他成形面定位基准 2009 2 14 第4章机床夹具设计原理 31 4 2 2定位基准及定位元件的合理选择 图 b 所示为实际的夹具结构 该夹具广泛应用于齿轮热处理后的磨孔工序中 可保证齿轮孔与齿面之间获得较高的同轴度 2009 2 14 第4章机床夹具设计原理 32 4 2 2定位基准及定位元件的合理选择 5 组合定位 在实际生产中 为满足工序加工要求 一般采用工件上几个表面的组合进行定位 如平面 双顶尖孔 轴类零件 一端面一孔 套类零件 一端面一外圆 轴 盘类零件等 一面两孔 箱体类 板 盘 等组合 夹具上与之相对应的定位元件组合定位为 平面 或支承板或支承钉 组合 双顶尖组合 端面定位销组合 带肩定位心轴 一面两销 圆柱销 菱形销 等 2009 2 14 第4章机床夹具设计原理 33 4 2 2定位基准及定位元件的合理选择 在组合定位分析时 首先建立坐标系 分析工件上每个表面限制的自由度 每个表面限制的自由度数目与单个表面分析时的相同 由于组合定位分析时与单个表面定位分析时的坐标系的原点不同 因此 在单个表面定位分析中可能限制工件移动自由度的转化为限制工件的转动自由度 下面结合实例进行组合定位分析 限制自由度的转换和过定位消除方法 2009 2 14 第4章机床夹具设计原理 34 4 2 2定位基准及定位元件的合理选择 1 端面与孔组合定位 图4 27端面与孔组合定位 2009 2 14 第4章机床夹具设计原理 35 4 2 2定位基准及定位元件的合理选择 2 端面与外圆柱面组合定位 圆定位套 2009 2 14 第4章机床夹具设计原理 36 4 2 2定位基准及定位元件的合理选择 3 双中心孔组合定位 图4 28双中心孔组合定位 2009 2 14 第4章机床夹具设计原理 37 4 2 2定位基准及定位元件的合理选择 4 双圆柱孔或双圆锥孔组合定位 图4 29双圆锥堵头组合定位 2009 2 14 第4章机床夹具设计原理 38 4 2 2定位基准及定位元件的合理选择 5 一面两孔组合定位 图4 30一面两孔组合定位分析 2009 2 14 第4章机床夹具设计原理 39 4 2 3典型定位方式及其表示方法 1 机械加工定位 夹紧符号 2009 2 14 第4章机床夹具设计原理 40 4 2 3典型定位方式及其表示方法 1 机械加工定位 夹紧符号 2009 2 14 第4章机床夹具设计原理 41 4 2 3典型定位方式及其表示方法 2 定位方式 定位符号及其表达形式 2009 2 14 第4章机床夹具设计原理 42 4 2 3典型定位方式及其表示方法 2 定位方式 定位符号及其表达形式 2009 2 14 第4章机床夹具设计原理 43 4 2 3典型定位方式及其表示方法 2 定位方式 定位符号及其表达形式 2009 2 14 第4章机床夹具设计原理 44 4 2 3典型定位方式及其表示方法 分析下面图示定位方案 各方案限制的自由度 有无欠定位或过定位 对不合理的定位方案提出改进意见 2009 2 14 第4章机床夹具设计原理 45 图2 23a过定位示例分析 定位分析 2009 2 14 第4章机床夹具设计原理 46 图2 23b过定位示例分析 定位分析 2009 2 14 第4章机床夹具设计原理 47 图2 23c过定位示例分析 定位分析 2009 2 14 第4章机床夹具设计原理 48 1 定位误差的概念由于工件在夹具上 或机床上 定位不准确而引起的加工误差 定位误差的实质就是定位基准的变化量 确切得说 定位误差是由于基准不重合误差和基准位移误差所引切的工序基准相对于刀具在加工尺寸方向上的最大变动量 4 2 4定位误差的分析和计算 引起定位误差的原因包括基准不重合误差和定位副不准确引起的基准位置误差两方面 调整法 machiningonpresetmachinetool 是先调整好刀具和工件在机床上的相对位置 并在一批零件的加工过程中保持这个位置不变 以保证工件加工精度的方法 2009 2 14 第4章机床夹具设计原理 49 1 定位误差的产生 4 2 4定位误差的分析和计算 2009 2 14 第4章机床夹具设计原理 50 2 定位误差的分析 4 2 4定位误差的分析和计算 1 基准不重合误差用调整法加工一批工件时 工件在定位过程中 由于工件的定位基准与工序基准 工序图上的基准 或设计基准 零件图上的基准 不重合而引起定位基准的变动量称基准不重合误差 用代号 jb表示 基准不重合误差的大小 只取决于工件定位基准的选择而与其它因素无关 要减小此误差值 只有提高定位基准与设计基准之间的相互位置精度 要消除这个误差 就必须使定位基准与设计基准重合 2009 2 14 第4章机床夹具设计原理 51 2 基准位置误差在一批工件中 工件间在尺寸 形状和位置上存在公差允许范围内的误差 定位元件也存在制造精度范围内的误差 定位表面与定位工作表面存在配合间隙 从而引起的定位基准位置的变动量 称为基准位置误差用代号 jw表示 4 2 4定位误差的分析和计算 它的产生原因是工件的制造误差 定位元件的制造误差 两者的配合间隙等 2009 2 14 第4章机床夹具设计原理 52 4 2 4定位误差的分析和计算 3 评价定位方案合理性的定位误差在分析和评价工件的定位方案时 一般用定位误差作为评价定位方案合理性的一个重要指标 定位误差 dw的绝对值越小 定位方案越合理 在分析计算定位误差时 定位误差是基准不重合误差和基准位置移动误差两部分误差的代数和 一般情况下 定位误差应满足 dw 1 3 1 5 4 4 式中 本工序工件要求的公差 2009 2 14 第4章机床夹具设计原理 53 4 2 4定位误差的分析和计算 4 定位误差分析时应注意的问题在分析计算定位误差时应注意以下问题 定位误差是指工件某加工工序中某加工精度参数的定位误差 它是该加工精度参数加工误差的一个组成部分 某工序的定位方案可以对该工序的几个加工精度参数产生不同的定位误差 因此 应对这几个加工精度参数分别进行定位误差计算 分析计算定位误差的前提是采用夹具装夹 用调整法加工一批工件来保证加工要求 分析计算得出的定位误差是指加工一批工件时可能产生的最大定位误差范围 它是一个界限值 而不是指某一个工件的定位误差的具体数值 2009 2 14 第4章机床夹具设计原理 54 毛坯表面定位 在毛坯平面定位时 工件定位平面的形状误差会引起基准的位置变化 H jw H 4 2 4定位误差的分析和计算 3 常见定位方式的定位误差分析和计算 1 工件以平面定位 2009 2 14 第4章机床夹具设计原理 55 4 2 4定位误差的分析和计算 如加工图4 32中的A面和B面 要求保证尺寸a和b 尺寸a的设计基准是D面 定位基准是C面 调整对刀的尺寸是d 基准不重合引起的定位误差是D面的变动量 见图中的 dw 尺寸b的设计基准是E面 定位基准也是E面 调整对刀尺寸是b 基准重合 其定位误差为0 图4 32 在毛坯平面定位时 工件定位平面的形状误差会引起基准的位置变化 E 2009 2 14 第4章机床夹具设计原理 56 4 2 4定位误差的分析和计算 加工过的表面定位 加工过的表面形状误差较小 可以认为基准位置误差为零 2009 2 14 第4章机床夹具设计原理 57 4 2 4定位误差的分析和计算 2 工件以圆孔定位 1 工件以圆孔在过盈配合圆柱心轴上定位 孔与定位心轴为过盈配合 工件的定位基准孔心线与定位心轴的轴心没有相对位置变化 其基准位置误差 jw 0 2009 2 14 第4章机床夹具设计原理 58 4 2 4定位误差的分析和计算 定位圆柱孔与定位销为间隙配合 由于存在配合间隙 工件的定位基准 圆柱孔心线O 相对定位元件心轴的基准 轴心线O 会发生基准位置变化 图4 34a是Z方向上的最大基准位置变化量 图4 34b是Y方向上的最大基准位置变化量 2 工件以圆孔与定位销为间隙配合 2009 2 14 第4章机床夹具设计原理 59 4 2 4定位误差的分析和计算 如果定位面与定位工作面的接触点位置是随机变化的 定位基准 孔心线 O 相对定位工作面基准 轴心线 O位置可能的最大变化量 基准位置误差 为 式中T D 定位圆柱孔的直径公差 T d 定位工作面心轴的外圆直径公差 min 最小配合间隙 由于工件内孔面与心轴圆柱面有制造公差和最小间隙 使得工件定位基准 工件内孔轴线 相对于刀具 位置不变 发生了变化 定位基准的位置发生变化引起基准位置误差 2009 2 14 第4章机床夹具设计原理 60 4 2 4定位误差的分析和计算 在特定的情况下 若定位孔与定位工作面外圆的接触点始终处于一点 定位基准为孔心线O 相对定位工作面上的接触点可能的 极限情况 基准位置误差 jw为 设孔径为周径为 2009 2 14 第4章机床夹具设计原理 61 3 工件以圆孔在锥度心轴上定位 4 2 4定位误差的分析和计算 如果一批工件存在圆锥面直径的制造误差 这时圆锥孔定位就会引起工件端面 基准 的轴向位置误差 如图4 38所示 定位副不准确引起的轴向基准位置误差 jw为 式中T D1 圆锥孔大头直径尺寸公差 圆锥角 2009 2 14 第4章机床夹具设计原理 62 3 工件以外圆定位 4 2 4定位误差的分析和计算 工件上的定位表面是外圆 定位元件是V形块 V形块只能在其对称面上定心 由于一批工件的外圆尺寸的变化 使工件的定位基准在竖直方向上产生的基准位置变化O1 O1 O1 是工件外圆直径最大时所处的位置 O1 工件外圆直径最小时所处的位置 外圆在V形块上定位 可能的基准位置误差 jw为 2009 2 14 第4章机床夹具设计原理 63 4 2 4定位误差的分析和计算 例如 加工一批如图所示工件上的键槽 由于设计基准不同 其定位误差就不同 若外圆已加工合格 今用V形块定位铣削槽宽为b的键槽 分析计算要求保证尺寸L1 L2和L3三种情况的定位误差 2009 2 14 第4章机床夹具设计原理 64 4 2 4定位误差的分析和计算 分析 图a所给的三种尺寸是零件图中常见的标注形式 加工键槽的重点是保证键槽两侧面对称外圆的轴心O 一般采用V形块定位 工件上的定位基准均为外圆的轴心O 由工件外圆直径变化引起的基准位置误差均为 工件以外园在V型块上定位 一般不考虑V型块的制造公差 则定位基准始终在V型块的对称平面上 故水平方向上基准位置误差为零 但在垂直方向上 由于工件外圆直径的制造误差 产生基准位置误差 下面只需分析三种情况的基准不重合误差 2009 2 14 第4章机床夹具设计原理 65 4 2 4定位误差的分析和计算 1 尺寸L1的定位误差L1尺寸的设计基准是外圆轴心O 定位基准也是外圆轴心O 基准重合 jb 0 L1的定位误差 dw为 2009 2 14 第4章机床夹具设计原理 66 2 L2尺寸的定位误差的分析L2尺寸的设计基准是外圆的上母线M 定位基准是外圆轴心O 基准不重合 关联尺寸为OM 即d 2 由外圆直径变化引起设计基准相对定位基准可能的变化量 4 2 4定位误差的分析和计算 由外圆直径变化引起的定位基准位置可能的变化量 L2的定位误差 dw为 jb与 jw合成 2009 2 14 第4章机床夹具设计原理 67 3 L3尺寸的定位误差的分析L3尺寸的设计基准是外圆的下母线N 定位基准是外圆轴心O 基准不重合 关联尺寸为ON 即d 2 由外圆直径变化引起设计基准相对定位基准可能的变化量 4 2 4定位误差的分析和计算 由外圆直径变化引起的定位基准位置可能的变化量 L3的定位误差 dw为 jb与 jw合成 2009 2 14 第4章机床夹具设计原理 68 4 工件以 一面两孔 定位 4 2 4定位误差的分析和计算 对于一面二孔定位 若两孔的直径分别为D1和D2 两销的直径分别为d1和d2 孔心距和轴心距均为L 当两孔直径均为最大 两销直径均为最小时 孔心O1相对轴心O1最大可能的位置变动为 孔心O2相对轴心O2最大可能的位置变动为 工件安装时 两孔心连线或相对轴心连线可能出现的最大偏转角为 2009 2 14 第4章机床夹具设计原理 69 圆柱销相当于垂直放置的心轴 它起到限制工件在水平面内移动自由度的作用 销 孔的直径误差及其配合间隙造成了定位的基准位移误差 4 2 4定位误差的分析和计算 2009 2 14 第4章机床夹具设计原理 70 4 定位误差计算实例 4 2 4定位误差的分析和计算 如图所示 求加工尺寸A的定位误差 2009 2 14 第4章机床夹具设计原理 71 定位误差是指由于定位不准而造成某一工序在工序尺寸或位置要求方面的加工误差 记作 dw dw与定位基准的选择 定位基准面和定位元件的制造精度及两者之间的接触配合情况有关 包括 jb和 jw 值得注意的是 dw只产生在调整法加工条件下 jb和 jw也并不是在任何情况下都存在的 4 2 4定位误差的分析和计算 小结 2009 2 14 第4章机床夹具设计原理 72 定位误差的计算可按定位误差的定义 根据所画出的一批工件定位可能产生定位误差的两个极端位置 再通过几何关系直接求得 也可按定位误差的组成 由 dw jb jw计算得到 定位误差方向性的判断 1 若工序基准不在定位基面上 jb与 jw不相关 dw jb jw 2 若工序基准在定位基面上 jb与 jw相关 dw jb jw要按方向判断若工序基准和定位接触点在定位基准的异侧 方向相同 误差相加 否则误差相减 为便于解题 要掌握几种典型表面定位时定位误差的分析方法 特别要熟记以下计算公式 4 2 4定位误差的分析和计算 小结 2009 2 14 第4章机床夹具设计原理 73 1 工件以圆孔为定位基面时 工序尺寸要求通常有以下几种情况 这里圆孔D为定位基准 被加工面是宽度为b的槽 若被加工面为孔 其分析和计算方法与加工槽时相同 所选用的定位心轴或定位销直径尺寸为 4 2 4定位误差的分析和计算 小结 2009 2 14 第4章机床夹具设计原理 74 4 2 4定位误差的分析和计算 小结 当定位孔与心轴 或定位销 过盈配合 或采用自动定心心轴定位时 2009 2 14 第4章机床夹具设计原理 75 4 2 4定位误差的分析和计算 小结 当定位孔与心轴 或定位销 指定边接触时 若计入工件外圆与圆孔的同轴度 则 2009 2 14 第4章机床夹具设计原理 76 4 2 4定位误差的分析和计算 小结 当定位孔与心轴 或定位销 任意边接触 当考虑工件圆孔和外圆同轴度时 2009 2 14 第4章机床夹具设计原理 77 4 2 4定位误差的分析和计算 小结 2 工件以外圆为定位基面时 通常用V形块作为定位元件实现对中定位 图2 2示为在一轴类工件上铣槽的几种不同的工序要求 定位误差的计算如下 2009 2 14 第4章机床夹具设计原理 78 4 2 4定位误差的分析和计算 小结 工序基准为轴心线时 2009 2 14 第4章机床夹具设计原理 79 4 2 4定位误差的分析和计算 小结 工序基准为上母线D时 2009 2 14 第4章机床夹具设计原理 80 工序基准为下母线C时 4 2 4定位误差的分析和计算 小结 2009 2 14 第4章机床夹具设计原理 81 4 2 4定位误差的分析和计算实例 例3铣图所示工件上的键槽 以圆柱面d在90 的V形块上定位 求加工尺寸分别A1 A2 A3时的定位误差 2009 2 14 第4章机床夹具设计原理 82 4 2 4定位误差的分析和计算实例 例如 有一批如图4 39所示的工件 外圆直径d1 内孔直径D1 和两端面均已加工合格 并保证外圆对内孔的同轴度误差在T e 0 015范围内 今按图示的定位方案 用d 心轴定位 在立式铣床上用顶尖顶住心轴铣槽子 除槽宽要求外 还应保证下列要求 1 槽的轴向位置尺寸 2 槽底位置尺寸 3 槽两侧面对 50外圆轴线的对称度允差T e 0 25 试分析计算定位误差 2009 2 14 第4章机床夹具设计原理 83 4 2 4定位误差的分析和计算实例 解 除槽宽由铣刀相应尺寸保证外 现逐项分析题中要求的三个加工精度参数的定位误差 1 尺寸的定位误差设计基准是工件左端面 定位基准也是工件左端面 紧靠定位心轴的工作端面 基准重合 jb 0 又是平面定位 jw 0 因此 dw L1 0 dw jb jw 0 2 尺寸的定位误差该尺寸的设计基准是外圆的下母线 定位基准是内孔的轴线 定位基准和设计基准不重合 存在 jb 由于是内孔与心轴间隙配合定位 存在 jw 2009 2 14 第4章机床夹具设计原理 84 4 2 4定位误差的分析和计算实例 mm mm 由于 jb1与外圆半径的尺寸误差参数有关 jb2与同轴度误差参数有关 它们两者之间是随机的 故 mm 设计基准 外圆的下母线 到定位基准内孔轴线间的联系参数是工件外圆半径d1 2和外圆对内孔的同轴度T e 因此 基准不重合误差 jb包括两项 2009 2 14 第4章机床夹具设计原理 85 4 2 4定位误差的分析和计算实例 定位误差占加工允差的0 064 0 25 0 256 能保证加工要求 工件内孔轴线是定位基准 定位心轴轴线是调刀基准 内孔与心轴作间隙配合 由于工件装夹在心轴后再装夹在机床上 因而一批工件的定位基准 内孔轴线 相对夹具的调刀基准 定位心轴轴线 的位移按式4 5进行计算 2009 2 14 第4章机床夹具设计原理 86 3 对称度T c 0 25的定位误差外圆轴线是对称度的设计基准 定位基准是内孔轴线 二者不重合 以同轴度T e 联系起来 因而 jb T e 0 015调刀基准是定位心轴轴线 定位基准是内孔轴线 二者作向隙配合产生 jw 根据式4 5得 由于 jb和 jw不含公共变量 它们均可能在水平方向产生对称度误差 故 dw jb jw 0 015 0 041 0 056mm定位误差占加工允差的0 056 0 25 0 224 能保证加工要求 4 2 4定位误差的分析和计算实例 2009 2 14 第4章机床夹具设计原理 87 例4 4 加工例图 a 所示零件 在工件上欲铣削一缺口 保证尺寸 现采用 b c 两种定位方案 试计算各定位误差 并分析能否满足加工要求 若不能满足工序要求 请提出改进方案 4 2 4定位误差的分析和计算实例 2009 2 14 第4章机床夹具设计原理 88 解 方案 b 的定位误差是由基准不重合引起的 由各尺寸关系 若50和20均在前序中直接获得 则定位误差可利用尺寸链原理计算 4 2 4定位误差的分析和计算实例 显然 定位方案 b 不能满足工序要求 2009 2 14 第4章机床夹具设计原理 89 4 2 4定位误差的分析和计算实例 方案 c 改进方案应以大孔左端面作为本工序加工的定位基准 这时基准重合 故可满足加工要求 2009 2 14 第4章机床夹具设计原理 90 4 2 4定位误差的分析和计算实例 例4 5 圆盘形工件外径 按尺寸30 0 07mm铣出一平面 通过图 a 给出定位元件定位 加工内孔 试计算孔加工后由于定位所产生的与外圆的同轴度误差 解 该定位方案工件的两个极端位置分别出现在外径为 80mm 平面尺寸为 30 0 07 mm和外径为 80 0 15 mm 平面尺寸为 30 0 07 mm时 可分别考虑工件外径变化和平面尺寸变化对内孔相对于外圆偏心的影响 再合成计算所设定位方案的定位误差而得到所求 2009 2 14 第4章机床夹具设计原理 91 4 2 4定位误差的分析和计算实例 首先 由 80mm外径变化引起的轴心线变化OO 即图 b 中的为进而 由30mm尺寸变化引起 80mm圆的轴心线变化O O 即图中的为 2009 2 14 第4章机床夹具设计原理 92 4 2 4定位误差的分析和计算实例 首先 由 80mm外径变化引起的轴心线变化OO 即图 b 中的为进而 由30mm尺寸变化引起 80mm圆的轴心线变化O O 即图中的为 根据例图中关系将和合成得到的所设定位方案引起内孔与外圆的同轴度误差为 2009 2 14 第4章机床夹具设计原理 93 4 2 4定位误差的分析和计算实例 2009 2 14 第4章机床夹具设计原理 94 当两孔直径均为最大 而两销直径均为最小时 可能出现的最大偏转角为 4 2 4定位误差的分析和计算实例 2009 2 14 第4章机床夹具设计原理 95 这就是所要求的基准位置误差 并由此可得到 面两孔定位时转角定位误差的计算公式 式中D1max 工件上与圆柱销配合的孔的最大直径 D2max 工件上与菱形销配合的孔的最大直径 Dlmin 夹具上圆柱销最小直径 d2min 夹具上菱形销最小直径 L 两孔 两销 中心距 4 2 4定位误差的分析和计算实例 2009 2 14 第4章机床夹具设计原理 96 4 3工件在夹具中的夹紧 4 3 1对夹紧装置的要求1 在夹紧过程中应能保持工件定位时所获得的正确位置 2 夹紧应可靠和适当 3 夹紧装置应操作方便 省力 安全 4 夹紧装置的复杂程度和自动化程度应与工件的生产批量和生产方式相适应 4 3 2 夹紧力的确定1 夹紧力方向的选择2 夹紧力作用点的选择3 夹紧力大小的估算 能完成加紧功能的装置成为夹紧装置 由夹紧力源装置和夹紧机构组成 2009 2 14 第4章机床夹具设计原理 97 在设计夹紧装置时 应满足以下基本要求 1 在夹紧过程中应能保持工件定位时所获得的正确位置 2 夹紧应可靠和适当 3 夹紧装置应操作方便 省力 安全 4 夹紧装置的复杂程度和自动化程度应与工件的生产批量和生产方式相适应 结构设计应力求简单 紧凑 并尽可能采用标准化元件 4 3 1对夹紧装置的要求 2009 2 14 第4章机床夹具设计原理 98 1 夹紧力方向的选择 1 夹紧力的作用方向应有利于工件的准确定位 而不能破坏定位 一般要求主要夹紧力应垂直指向主要定位面 例如 镗削如图4 40所示支座上的孔 若加工要求孔心线垂直端面A 则选A面为主要定位表面 夹紧力的方向为图中的J1 若加工要求要求孔心线平行底面B 则选B面为主要定位表面 夹紧力的方向为图中的J2 4 3 2夹紧力的确定 2009 2 14 第4章机床夹具设计原理 99 2 夹紧力的作用方向应尽量与工件刚度最大的方向相一致 以减小工件变形 如图所示的薄壁套筒工件 它的轴向刚度比径向刚度大 图 a 用三爪自定心卡盘径向夹紧套筒 将使工件产生较大变形 图 b 的形式 用螺母轴向夹紧工件 则不易产生变形 4 3 2夹紧力的确定 2009 2 14 第4章机床夹具设计原理 100 3 夹紧力的作用方向应尽可能与切削力 工件重力方向一致 以减小所需夹紧力 图 a 夹紧力Fjl与主切削力方向一致 切削力由夹具的固定支承承受 所需夹紧力较小 图 b 则夹紧力至少要大于切削力 4 3 2夹紧力的确定 2009 2 14 第4章机床夹具设计原理 101 4 3 2夹紧力的确定 图4 41夹紧力方向与夹紧力大小的关系 夹紧力J的方向最好与切削力F 工件的重力G的方向重合 使所需的夹紧力最小 如图4 41所示的六种夹紧方案中 图4 41a方案所需夹紧力最小 图4 41f方案所需夹紧力最大 2009 2 14 第4章机床夹具设计原理 102 2 夹紧力作用点的选择夹紧力作用点的选择指在夹紧力作用方向已定的情况下 确定夹紧元件与工件接触点的位置和接触点的数目 一般应注意以下几点 1 夹紧力作用点应正对支承元件或位于支承元件所形成的支承面内 以保证工件已获得的定位不变 4 3 2夹紧力的确定 2009 2 14 第4章机床夹具设计原理 103 如图所示 夹紧力作用点不正对支承元件 产生了使工件翻转的力矩 破坏了工件的定位 夹紧力作用点的正确位置应如图中双点划线箭头所示 4 3 2夹紧力的确定 2009 2 14 第4章机床夹具设计原理 104 2 夹紧力作用点应处在工件刚性较好的部位 以减小工件的夹紧变形 图 a 夹紧力作用点在工件刚度较差的部位 易使工件发生变形 改为图 b 不但作用点处的工件刚度较好 而且夹紧力均匀分布在环形接触面上 可使工件整体及局部变形都最小 4 3 2夹紧力的确定 2009 2 14 第4章机床夹具设计原理 105 3 夹紧力作用点应尽可能靠近被加工表面 以便减小切削力对工件造成的翻转力矩 必要时应在工件刚度差的部位增加辅助支承并施加夹紧力 以减小切削过程中的振动和变形 如图所示零件加工部位刚度较差 在靠近切削部位处增加辅助支承并施加附加夹紧力 可有效地防止切削过程中的振动和变形 4 3 2夹紧力的确定 2009 2 14 第4章机床夹具设计原理 106 3 夹紧力大小的估算在夹紧力方向和作用点位置确定以后 还需合理地确定夹紧力的大小 夹紧力不足 会使工件在切削过程中产生位移并容易引起振动 夹紧力过大又会造成工件或夹具不应有的变形或表面损伤 因此 应对所需的夹紧力进行估算 夹紧力的大小可根据作用在工件上的各种力 切削力 工件重力的大小和相互位置方向来具体计算 确定保持工件平衡所需的最小夹紧力 为安全起见将此最小夹紧力乘以一适当的安全系数是即可得到所需要的夹紧力 因此夹具设计时 其夹紧力一般比理论值大2 3倍 4 3 2夹紧力的确定 2009 2 14 第4章机床夹具设计原理 107 图示为在车床上用三爪自定心卡盘安装工件加工外圆表面的情况 加工部位的直径为d 定位和夹紧部分的直径为d0 取工件为分离体 忽略次要因素 只考虑主切削力Fc所产生的力矩与卡爪夹紧力Fj所产生的摩擦力矩相平衡 可列出如下关系式 卡爪与工件之间的摩擦系数 Fjmin 所需最小夹紧力 4 3 2夹紧力的确定 2009 2 14 第4章机床夹具设计原理 108 将最小夹紧力乘以安全系数k 得到所需的夹紧力为 安全系数k通常取1 5 2 5 精加工和连续切削时取较小值 粗加工或断续切削时取较大值 当夹紧力与切削力方向相反时 k值可取2 5 3 4 3 2夹紧力的确定 2009 2 14 第4章机床夹具设计原理 109 摩擦系数k主要取决于工件与支承件或夹紧件之间的接触形式 具体数值可查有关手册 由上述的例子可以看出夹紧力的估算是很粗略的 这是因为 切削力大小的估算本身就是很粗略的 摩擦系数的取值也是近似的 因此在需要准确地确定夹紧力大小时 通常要采用实验的方法 4 3 2夹紧力的确定 2009 2 14 第4章机床夹具设计原理 110 4 4各类机床夹具举例 2009 2 14 第4章机床夹具设计原理 111 钻床夹具因大都具有刀具导向装置 习惯上又称为钻模 在机床夹具中 钻模占有相当大的比例 1 钻模的类型钻模根据其结构特点可分为固定式钻模 回转式钻模 翻转式钻模 盖板式钻模和滑柱式钻模等 4 4 1钻床夹具 钻模的类型 4 4各类机床夹具举例 2009 2 14 第4章机床夹具设计原理 112 1 固定式钻模加工中钻模相对于工件的位置保持不变的钻模称为固定式钻模 这类钻模多用于立式钻床 摇臂钻床和多轴钻床上 图示为一固定式钻模 该钻模用于加工连杆零件上的锁紧孔 4 4 1钻床夹具 钻模的类型 2009 2 14 第4章机床夹具设计原理 113 2 回转式钻模 拧紧螺母4 通过开口垫圈3将工件夹紧 转动手柄9 可将分度盘8松开 此时用捏手11将定位销1从定位套2中拔出 使分度盘连同工件一起回转20 将定位销1重新插入定位套2 或2 即实现了分度 再将手柄9转回 将分度盘锁紧即可进行加工 图4 41所示为一回转式钻模 用来加工扇形工件上3个有角度关系的径向孔 4 4 1钻床夹具 钻模的类型 2009 2 14 第4章机床夹具设计原理 114 回转式钻模的结构特点是夹具具有分度装置 而某些分度装置已标准化 在设计回转式钻模时可以充分利用这些装置 4 4 1钻床夹具 钻模的类型 2009 2 14 第4章机床夹具设计原理 115 3 盖板式钻模盖板式钻模的特点是没有夹具体 优点 结构简单 多用于加工大型工件上的小孔 图示为加工车床溜板箱上多个小孔所用的盖板式钻模 它用圆柱销1和菱形销3在工件两孔中定位 并通过3个支承钉4安放在工件上 4 4 1钻床夹具 钻模的类型 2009 2 14 第4章机床夹具设计原理 116 4 4 1钻床夹具 钻模的类型 2009 2 14 第4章机床夹具设计原理 117 4 滑柱式钻模滑柱式钻模是一种具有升降模板的通用可调整钻模 图4 43为手动滑柱式钻模结构 它由钻模板 滑柱 夹具体 传动和锁紧机构组成 这些结构已标准化并形成系列 使用时 只需根据工件的形状 尺寸和定位夹紧要求 设计制造与之相配的专用定位 夹紧装置和钻套 并将其安装在夹具基体上即可 4 4 1钻床夹具 钻模的类型 2009 2 14 第4章机床夹具设计原理 118 图为一应用实例 滑柱式钻模当钻模板上升到一定高度时或压紧工件后应能自锁 4 4 1钻床夹具 钻模的类型 2009 2 14 第4章机床夹具设计原理 119 在手动滑柱式钻模中多采用锥面锁紧机构 如图所示 当压紧工件后 作用在斜齿轮上的反作用力在齿轮轴上引起轴向力 使锥体A在夹具体的内锥面中楔紧 从而锁紧钻模板 当加工完毕后 升起钻模板到一定高度 此时钻模板自重的作用使齿轮轴产生反向轴向力 使锥体与锥套6的锥孔楔紧 从而钻模板也被锁死 4 4 1钻床夹具 钻模的类型 2009 2 14 第4章机床夹具设计原理 120 2 钻模设计要点 1 钻套钻套是引导刀具的元件 用以保证孔的加工位置 并防止加工过程中刀具的偏斜 钻套按其结构特点可分为4种类型即固定钻套 可换钻套 快换钻套和特殊钻套 图 a 固定钻套 直接压入钻模板或夹具体的孔中 位置精度较高 但磨损后不易拆卸 故多用于中 小批量生产 4 4 1钻床夹具 钻模设计要点 2009 2 14 第4章机床夹具设计原理 121 图 b 可换钻套 以间隙配合安装在衬套中 而衬套则压入钻模板或夹具体的孔中 为防止钻套在衬套中转动 加一固定螺钉 可换钻套在磨损后可以更换 故多用于大批量生产 4 4 1钻床夹具 钻模设计要点 2009 2 14 第4章机床夹具设计原理 122 快换钻套 图 c 具有快速更换的特点 更换时不需拧动螺钉 而只要将钻套逆时针方向转动一个角度 使螺钉头部对准钻套缺口即可取下钻套 快换钻套多用于同一孔需经多个工步 如钻 扩 铰等 加工的情况 上述3种钻套均已标准化 其规格可查阅有关手册 4 4 1钻床夹具 钻模设计要点 2009 2 14 第4章机床夹具设计原理 123 特殊钻套 图4 46 用于特殊加工的场合 例如在斜面上钻孔在工件凹陷处钻孔 钻多个小间距孔等等 此时不宜使用标准钻套 可根据特殊要求设计专用钻套 4 4 1钻床夹具 钻模设计要点 2009 2 14 第4章机床夹具设计原理 124 钻套中引导孔d的尺寸及其偏差应根据所引导的刀具尺寸来确定 通常取刀具的最大极限尺寸为引导孔的基本尺寸 孔径公差依加工精度要求来确定 钻孔和扩孔时可取F7 粗铰时取G7 精铰时取G6 若钻套引导的不是刀具的切削部分 而是刀具的导向部分 常取配合为H7 f7 H7 g6 H6 g5 钻套的高度H 见图4 47 直接影响钻套的导向性 同时影响刀具与钻套之间的摩擦情况 通常取H 1 2 5 d 对于精度要求较高的孔 直径较小的孔和刀具刚性较差时应取较大值 4 4 1钻床夹具 钻模设计要点 2009 2 14 第4章机床夹具设计原理 125 钻套与工件之间一般应留有排屑间隙 此间隙不宜过大 以免影响导向作用 一般可取h 0 3 1 2 d 加工铸铁和黄铜等脆性材料时 可取较小值 加工钢等韧性材料时 应取较大值 当孔的位置精度要求很高时 也可以取h 0 4 4 1钻床夹具 钻模设计要点 2009 2 14 第4章机床夹具设计原理 126 2 钻模板钻模板用于安装钻套 钻模板与夹具体的联接方式有固定式 铰链式 分离式和悬挂式等几种 固定式钻模板直接固定在夹具体上 结构简单 精度较高 分离式钻模板是可拆卸的 工件每装卸一次 钻