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2 9机床夹具Jig Fixture 内容提要 概述基准及其分类工件在夹具中的定位工件在夹具中的夹紧 一 概述 夹具 在机床上用以装夹工件 和引导刀具 的一种装置 其作用是将工件定位 以使工件获得相对于机床或刀具的正确位置 并把工件可靠的夹紧 装夹 将工件在机床上或夹具中定位 夹紧的过程 定位 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 尾座套筒铣键槽工序 尾座套筒铣键槽夹具 机床夹具的用途 应用十分广泛 准确确定工件 机床和刀具三者的相对位置降低对工人的技术要求保证工件的加工精度减少工人装卸工件的时间和劳动强度提高劳动生产率有时还可扩大机床的使用范围 分类 根据其应用范围和特点 1 通用夹具 2 专用夹具 3 通用可调夹具和成组夹具 4 组合夹具 典型通用可调夹具 滑柱钻模 其他分类 根据所使用的机床 车床夹具 铣床夹具 钻床夹具 钻模 镗床夹具 镗模 磨床夹具 齿轮机床夹具等 根据产生夹紧力的动力源 手动夹具 气动夹具 液压夹具 电动夹具 电磁夹具 真空夹具等 组成 六大部分组成 定位元件夹紧装置对刀 导引元件或装置连接元件其他装置或元件夹具体 定位元件 夹紧装置和夹具体是夹具的基本组成部分 二 基准及其分类ReferenceandClassification 定义 用来确定生产对象上几何要素间的几何关系所依据的那些点 线 面 根据功用不同分两类 设计基准和工艺基准 设计基准 设计图样上所采用的基准 是标注设计尺寸或位置公差的起点 工艺基准按用途不同分四类 定位基准 为加工中用作定位的基准 测量基准 测量时所采用的基准 装配基准 是装配时确定零件或部件在产品中的相对位置所采用的基准 工序基准 是在工序图上用来确定定该工序加工表面加工后的尺寸 形状 位置的基准 是某工序所要达到的加工尺寸 即工序尺寸 的起点 基准及其分类 钻套的设计基准 基准及其分类 齿轮的装配基准 内孔和左端面 基准及其分类 工件钻孔工序简图 A B C均为本工序的工序基准 三 工件在夹具中的定位 六点定位原理 任何一个未受约束的物体 在空间都有6个自由度要确定物体在空间的位置 必须约束其6个自由度理论上讲 工件的六个自由度可用六个支承点加以限制 前提是这六个支承点在空间按一定规律分布 并保持与工件的定位基面相接触 工件的六点定位 支承点与定位元件 一个支承点限制工件的一个自由度 常用的定位元件 支承钉 相当一个支承点 支承板 心轴 V形块 圆柱销 圆锥销 除支承钉外 一个定位元件限制两个或以上的自由度 六点定位原理 典型定位方式 典型定位方式 六点定位原理应用举例 应该限制五个自由度 1 在长方体工件上铣通槽 2 在长方体工件上铣不通槽 应该限制六个自由度 不完全定位 完全定位 六点定位原理应用举例 应该限制一个自由度 3 在球面上铣平面 4 在车床上车外圆 应该限制四个自由度 不完全定位 不完全定位 分析下列定位方案中各定位元件限制了那些自由度 1 车光轴外圆 车套筒外圆 车光轴外圆的三种安装方式 a b c 连杆的定位 完全定位与不完全定位 完全定位 工件的六个自由度完全被限制的定位称为完全定位 不完全定位 按加工要求 允许有一个或几个自由度不被限制的定位 称为不完全定位 在实际生产中 工件被限制的自由度数一般不少于三个 该限制哪些自由度 实际上 并非在任何情况下 六个自由度要全部限制 而要限制的只是那些影响工件加工精度的自由度 完全定位与不完全定位 欠定位与过定位 欠定位 按工序的加工要求 工件应该限制的自由度而未予限制的定位 称为欠定位 过定位 工件的同一自由度被两个或两个以上的支承点重复限制的定位 称为过定位 欠定位是绝对不允许 过定位要使用得当 改善过定位的措施 长销与小端面组合 短销与大端面组合 长销与球面垫圈组合 图2 76改善过定位的措施 消除过定位及其干涉两个途径 改变定位元件的结构 以消除被重复限制的自由度 提高工件定位基面之间及夹具定位元件工作表面之间的位置精度 以减少或消除过定位引起的干涉 常见的定位方式及定位元件 平面组合定位圆柱表面定位 芯轴和销定位 圆锥表面定位V形块定位其他表面定位 3 定位误差的分析与计算 1 定位误差及其产生原因定位误差 DW 由于定位不准而造成工序尺寸或位置要求方面的加工误差 确切的说 是指由于工件定位造成的加工面相对工序基准的位置误差 因为对一批工件来说 刀具经调整后位置是不动的 即被加工表面的位置相对于定位基准是不变的 所以定位误差就是工序基准在加工尺寸方向上的最大变动量 产生原因 基准位置误差 WZ 一批工件的定位基准在夹具中的位置不一致 如配合间隙等 基准不重合误差 BC 工序基准未被选做定位基准 其间尺寸有公差 基准不重合误差 设e面已加工好 今在铣床上用调整法加工f面和g面 在加工f面时若选e面为定位基准 则f面的设计基准和定位基准都是e面 基准重合 没有基准不重合误差 尺寸A的制造公差为TA 加工g面时 定位基准有两种不同的选择方案 方案 加工时选用f面作为定位基准 定位基准与设计基准重合 没有基准不重合误差 尺寸B的制造公差为TB 但这种定位方式的夹具结构复杂 夹紧力的作用方向与铣削力方向相反 不够合理 操作也不方便 方案 是选用e面作为定位基准来加工g面 此时 工序尺寸C是直接得到的 尺寸B是间接得到的 由于定位基准e与设计基准f不重合而给g面加工带来的基准不重合误差等于设计基准f面相对于定位基准e面在尺寸B方向上的最大变动量TA 注意 定位基准与设计基准不重合时所产生的基准不重合误差 只有在采用调整法加工时才会产生 在试切法加工中不会产生 基准位置误差 基准位置误差 工件的孔装夹在水平放置的心轴上铣削平面 要求保证尺寸h 由于定位基准与设计基准重合 故无基准不重合误差 但由于工件的定位基面 内孔D 和夹具定位元件 心轴d1 皆有制造误差 如果心轴制造得刚好为d1min 而工件的内孔刚好为Dmax 当工件在水平放置的心轴上定位时 工件内孔与心轴在P点接触 工件实际内孔中心的最大下移量 ab Dmax d1min 2 ab就是定位副制造不准确而引起的误差 基准不重合误差的方向和定位副制造不准确误差的方向可能不相同 定位误差取为基准不重合误差和定位副制造不准确误差的矢量和 定位误差的计算方法 1 按定义直接计算分析思路 定位误差 DW是由于定位不准而造成工序尺寸 或位置要求方面 的加工误差 调整法加工时 刀具位置一经调整好以后则不再改变 即加工面位置不变 一批工件工序尺寸变化源于装夹后工序基准所在位置的不一致 定位误差数值则等于工序基准在工序尺寸方向上的最大变动范围 计算实例1 工件以短销和大端面定位 在轴端钻孔 极端位置1 A1 Hmin Dmax d1min dmin下母线接触极端位置2 A2 Hmax Dmax d1min dmax上母线接触 由此 2 按误差合成计算分析思路 WZ O 定位基准可能发生偏移的最大范围 BC A 工序基准定位基准A和定位基准O之间尺寸的变化范围计算 合成 故得 以图示零件加工钻孔工序尺寸的不同要求为例 分析定位误差的计算问题 计算实例2 V形块定位求 DW H 对工序基准为外圆轴线的H尺寸而言 BC 0 故有 工序基准为外圆下母线时 BC Td 2 则H2尺寸的定位误差为 综之 本例工件以外圆表面在V型块上定位时 定位误差的计算式可表述为 工序基准为外圆上母线时 工序基准为外圆轴线时 工序基准为外圆下母线时 四 工件在夹具中的夹紧 夹紧装置的组成 动力装置和夹紧机构夹紧装置的基本要求夹紧时不能破坏工件在夹具中占有的正确位置夹紧力要适当 既要保证工件在加工过程中不移动 不转动 不振动 又不因夹紧力过大而使工件表面损伤 变形夹紧机构的操作应安全 方便 迅速 省力结构应尽量简单 制造 维修要方便 夹紧力的确定 力的三要素力对工件的影响改变运动的惯性状态弹性变形塑性变形夹紧力作用点的选择力作用方向的选择夹紧力大小的确定 确定夹紧力作用方向的原则 1 夹紧力的方向应使定位基面与定位元件接触良好 保证工件定位准确可靠 2 夹紧力的方向应与工件刚度最大的方向一致 以减小工件变形 3 加紧力的方向应尽量与工件受到的切削力 重力等的方向一致 以减小加紧力 确定夹紧力作用方向 夹紧力垂直指向主要支承面 确定夹紧力作用方向 夹紧力方向与工件刚性关系 确定夹具力作用点的原则 1 夹紧力的作用点应正对支撑元件或位于支撑元件所形成的支撑面内 2 夹具力的作用点应位于工件刚性较好的部位 3 夹具力的作用点应尽量靠近加工表面 以减小切削力对夹紧点的力矩 防止或减小工件的加工振动或弯曲变形 确定夹具力作用点 夹紧力作用点的选择1 夹具体2 工件3 定位支承 确定夹具力作用点 夹紧力作用点对工件变形的影响 确定夹具力作用点 确定夹具力作用点 夹紧点靠近加工表面 组合夹具和随行夹具 一 组合夹具是由一套预先制造好的标准元件和合件组装而成的专用夹具 二 随行夹具是大批量生产中在自动线上使用的一种移动式夹具 随行夹具 典型夹紧机构 斜楔夹紧机构 典型夹紧机构 斜楔夹紧机构的特点 利用斜面楔紧原理对工件进行夹紧结构简单具有增力特性 可将原动力放大约3倍具有自锁特性 自锁条件 1 2夹紧行程小直接应用不方便 用作增力机构 典型夹紧机构 螺旋夹紧机构 1 螺杆2 螺母3 螺钉4 压块5 工件 典型夹紧机构 螺旋夹紧机构的特点 可以看作是绕在圆柱体上的斜面 将它展开就相当于一个斜楔中间传力元件 螺杆结构简单 紧凑具有增力特性 可将原动力放大约100倍以上具有很好的自锁特性 自锁条件 1 2总能满足夹紧行程不受限制应用广泛 手动夹具 常见的螺旋压板典型结构其结构尺寸均已标准化 典型夹紧机构 圆偏心夹紧机构 典型夹紧机构 圆偏心夹紧机构的特点 概念 用偏心件直接或间接夹紧工件的机构可以看作是绕在基圆盘上的斜面 将它展开就相当于一个斜楔结构简单 操作快速具有增力特性 可将原动力放大约10倍以上自锁特性不稳定 变化夹紧行程不大应用于夹紧力不大 没有振动且要求快速夹紧的场合 典型夹紧机构 定心夹紧机构的特点 当工件被加工面以中心要素 轴线 中心平面等 为工序基准时 为使基准重合以减少定位误差 需采用定心夹紧机构 定心夹紧机构具有定心和夹紧两种功能 如卧式车床的三爪自定心卡盘即为最常用的典型实例 两种类型 按其定心作用原理 1 依靠传动机构使定心夹紧元件等速移动 从而实现定心夹紧 如螺旋式 杠杆式 楔式机构等 2 利用薄壁弹性元件受力后产生均匀的弹性变形 收缩或扩张 来实现定心夹紧 如弹簧筒夹 膜片卡盘 波纹套 液性塑料等 螺旋式定心夹紧机构 工作原理 螺杆两端的螺纹旋向相反 螺距相同 当其旋转时 使两个V形钳口作对向等速移动 从而实现对工件的定心夹紧或松开 V形钳口可按工件不同形状进行更换 特点 结构简单 工作行程大 通用性好 但定心精度不高 主要适用于粗加工或半精加工中需要行程大而定心精度要求不高的场合 杠杆式定心夹紧机构 工作原理 杠杆式三爪自定心卡盘中 滑套作轴向移动时 圆周均布的三个钩形杠杆便绕轴转动 拨动三个滑块沿径向移动 从而带动其上卡爪将工件定心并夹紧或松开 特点 刚性大 动作快 增力倍数大 工作行程也比较大等 但其定心精度较低 一般为 0 1mm左右 主要用途 工件的粗加工 由于杠杆机构不能自锁 所以这种机构自锁要靠气压或其它机构 楔式定心夹紧机构 工作原理 机动的楔式夹爪自动定心机构中 当工件以内孔及左端面在夹具上定位后 汽缸通过拉杆使六个夹爪左移 由于本体上斜面的作用 夹爪左移的同时向外胀开 将工件定心夹紧 反之 夹爪右移时 在弹簧卡圈的作用下使夹爪收拢 将工件松开 特点 这种定心夹紧机构的结构紧凑 定心精度一般可达 0 02mm 0 07mm 适用场合 工件内孔作定位基面的半精加工工序 弹簧筒夹式定心夹紧机构 特点 结构简单 体积小 操作方便迅速 因而应用十分广泛 其定心精度可稳定 0 04mm 0 010mm之间 应用 常用于安装轴套类工件 除上述介绍的定心夹紧机构外 常用的还有膜片卡盘机构 波纹套定心夹紧机构以及液性塑料夹紧机构等 液性塑料夹紧机构 2 薄壁套筒3 液