第十三章机床夹具设计.ppt

第13章机床夹具设计 13 1机床夹具的作用和组成13 2工件的定位13 3工件的夹紧13 4常用机床夹具的设计特点 13 1机床夹具的作用和组成 一 机床夹具的作用 机床夹具是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 以使工件获得相对的于机床和刀具的正确位置 并把工件可靠地夹紧 定位 确定工件在机床上或夹具中具有准确加工位置的过程 夹紧 在工件定位后用外力将其固定 使其在加工过程中保持定位位置不变的操作叫夹紧 装夹就是定位和夹紧过程的总和 13 1机床夹具的作用和组成 二 机床夹具的分类 通用夹具 指结构 尺寸已标准化 系列化 且具有一定通用性的机床附件三爪 四爪卡盘 虎钳 分度头专用夹具 针对某一种工件的某一工序的加工要求而专门设计和制造的夹具可调夹具 加工完一种零件后经过调整或更换个别元件就能用于另一种工件的的加工组合夹具 根据积木原理 针对不同的加工对象 用标准化的夹具元件拼装组合而成的夹具随行夹具 自动线夹具 既担负装夹任务 又担负沿自动线输送工件的任务 1 定位元件 用于确定工件在夹具中的位置 2 夹紧元件及夹紧装置 用于固定工件 使其保持在由定位元件确定的正确位置上3 对刀 导向元件 确定刀具相对夹具定位元件的位置 三 机床夹具的组成 由定位元件 夹紧元件及夹紧装置 对刀和导向元件 夹具体 其他元件 4 夹具体 是夹具的基座和骨架 用来配置 安装各夹具元件及装置5 其他元件 根据加工工件不同的需要 还需要一些其他的元件 如定位键 分度装置 13 2工件的定位 13 2 1工件定位的基本原理13 2 2常用定位元件13 2 3定位误差分析 13 2工件的定位 定位目的是使工件在夹具中相对于机床 刀具具有正确的位置 并且应用夹具定位工件 还能使同一批工件在夹具中的加工位置一致性好 在夹具设计中 定位方案不合理 工件的加工精度就无法保证 工件定位方案的确定是夹具设计中首先要解决的问题 一 基准 定义 用来确定生产对象上几何要素 点 线 面 间的几何关系所依据的那些点 线 面 根据功用 设计基准和工艺基准 定位基准加工中用作定位的基准 测量基准测量时所采用的基准 13 2 1工件定位的基本原理 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 工序基准在工序图上用来确定该工序加工表面加工后的尺寸 形状 位置的基准 注意 作为基准的点 线 面在实际上不一定存在 如孔中心线 但它们都是以具体表面体现的 这个表面称为基面 13 2 1工件定位的基本原理 二 六点定位原理 一个自由运动的刚体在三维空间中所具有的运动 称之为自由度刚体在三维空间的运动可分为平动和转动两种形式任何一个未受约束的物体 在空间都有6个自由度 1 六点定位原理 在相互垂直的三个平面上 按3 2 1分布六个支撑点 共同限制工件的六个自由度 这种定位方式叫六点定位原理 在应用 六点定位原理 分析工件的定位时 应注意以下几点 1 支承点限制工件自由度的作用 应理解为定位支承点与工件定位基准面始终保持接触 若二者脱离 则意味着失去定位作用 2 一个定位支承点仅限制一个自由度 一个工件仅有六个自由度 所设置的定位支承点数目原则上不应超过六个 3 分析定位支承点的定位作用时 不考虑力的影响 工件的某一自由度被限制 并非指工件在受到使其脱离定位支承点的外力时不能运动 欲使其在外力作用下不能运动 是夹紧的任务 反之 工件在外力作用下不能运动 即被夹紧 也并非是说工件的所有自由度都被限制了 所以 定位和夹紧是两个概念 绝不能混淆 工件与定位元件是线接触 则相当于两个支撑点定位 面接触相当于三个点 短圆柱面相当于两点定位 长圆柱面相当于四点定位 短圆锥相当于三点定位 3 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 4 过定位与欠定位 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 绝对不允许出现 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 某些情况允许 过定位不提倡 但是在精加工中 根据具体情况 可以有 过定位举例 解决过定位的方法 1 改变定位元件结构 从根本上消除过定位因素 抓源头 2 提高工件及定位元件的制造精度 特别是位置精度 允许过定位的存在 但是把影响降低或消除 13 2 2常用定位元件 要有与工件相适应的精度 要有足够的强度 刚度 不允许受力后发生变形 要有耐磨性 以便在使用中保持精度 一般多采用淬硬钢 4 工艺性好 结构力求简单 合理 便于加工 装配和更换 一 定位元件基本要求 1 工件以平面定位概念在机械加工中 利用工件上的一个或几个平面作为定位基面来定位工件的方式 称为平面定位 定位元件 固定支承 可调支承和自位支承 1 固定支承 包括固定支承钉 固定支承板 2 可调支承可调支承是顶端位置可在一定高度范围内调整的支承 多用于未加工平面的定位 以调节和补偿各批毛坯尺寸的误差 一般每批毛坯调整一次 3 自位支承支承本身的位置在定位过程中 能自动适应工件定位基准面位置变化的一类支承 自位支承能增加与工件定位面的接触点数目 使单位面积压力减小 故多用于刚度不足的毛坯表面或不连续的平面的定位 4 辅助支承有时为了提高工件的刚度和定位稳定性 常采用辅助支承 2 工件以圆孔定位有些工件 如套筒 法兰盘 拨叉等以孔作为定位基准 1 定位销 2 锥销孔端的定位可限制工件三个自由度 3 定位心轴心轴定心精度高 但装卸费时 有时易损伤工件孔 多用于定心精度要求高的情况 3 工件以外圆柱面定位工件以外圆柱面定位在生产中是常见的 如轴套类零件等 常用的定位元件有V形块 定位套 半圆定位座 1 V形块V形块是用得最广泛的外圆表面定位元件 在V形块上定位时 工件具有自动对中作用 D 标准心轴直径 即工件定位用外圆直径 H V形块高度 mm N V形块的开口尺寸 mm T 对标准心轴而言 V形块的定位高度 V形块两工作平面间的夹角 设计V形块时T值的计算 2 定位套筒定位元件结构简单 但定心精度不高 当工件外圆与定位孔配合较松时 还易使工件偏斜 因而 常采用套筒内孔与端面一起定位 以减少偏斜 3 半圆孔定位座下半圆部分装在夹具体上 起定位作用 上半圆部分装在可卸式或铰链式盖上 起夹紧作用 半圆孔定位座适用于大型轴类工件的定位 2 对定误差 刀具导向或对刀误差 即夹具与刀具的相对位置误差 夹具在机床上定位和夹紧误差即夹具与机床的相对位置误差 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 如机床 刀具 量具等 的静精度和磨损等 工件在夹具中加工时的加工误差 由三部分组成 1 安装误差工件在夹具中的定位误差和夹紧误差 13 2 3定位误差分析 13 2 3定位误差分析产生原因 1 定位基准与设计基准不重合产生的定位误差 B 基准不重合误差 2 定位副不准确产生的定位误差 Y 基准位移误差 1 定位基准与设计基准不重合产生的定位误差 图中所示零件 底面3和侧面4已加工好 现需加工台阶面和顶面2 工序一 加工顶面2 以底面和侧面定位 此时定位基准和设计基准都是底面3 即基准重合 加工时 使刀具调整尺寸与工序尺寸一致 即C H H 则定位误差 B 0 工序二 加工台阶面 此时定位基准为底面 而设计基准为顶面 即基准不重合 即使本工序刀具以底面为基准调整得绝对准确 仍会由于上一工序加工后顶面2在H H范围内变动 其误差为2 H 显然该误差完全是由于定位基准与设计基准不重合引起的 2 定位副制造不准确产生的定位误差 工件以内孔中心O为定位基准 套在心轴O1上 铣上平面 工序尺寸为 从定位角度看 孔心线与轴心线重合 即设计基准与定位基准重合 B 0 但实际上 定位心轴和工件内孔都有制造误差 而且为了便于工件套在心轴上 还应留有间隙 故安装后孔和轴的中心必然不重合 使得两个基准发生位置变动 设孔径为 轴径为 当心轴如图水平放置时 工件与心轴始终在上母线A单边接触 则设计基准O与O1间的最大和最小距离分别为 因此 由于基准发生位移而造成的加工误差为 13 3工件的夹紧 一 夹紧装置的组成及基本要求为防止工件的定位在切削力 振动 惯性力及离心力等作用下发生变化 需对其进行夹紧 主要由三部分构成 1 力源装置 2 夹紧元件 3 中间传力机构 对夹紧装置的基本要求1 在夹紧过程中 不会改变工件定位后的正确位置2 在加工过程中 能保证工件稳定的保持在正确的位置3 夹紧力大小要适当 既要保证工件定位准确可靠 又要保证工件的夹紧变形和表面损伤控制在允许的范围4 夹紧机构应动作灵活 结构简单 制造和维修方便5 在保证生产效率的前提下 尽量降低成本 1 方向确定原则 1 主夹紧力方向为垂直于工件的主要定位面 二 夹紧力的确定 方向 作用点 大小 2 夹紧力方向应该有助于定位 3 夹紧力的方向有利于减小夹紧力 如与切削力同向 2 夹紧力作用点的确定 1 力应作用在支撑范围内 图作用点与定位支承的位置关系 2 选择刚度高的部分 3 尽可能的靠近加工表面 3 夹紧力大小的确定 1 将夹具及工件看成刚体 找出切削加工中最不利的情况 根据力学原理计算出理论夹紧力 乘以安全系数 得到实际夹紧力 2 安全系数 粗加工K 2 5 3 精加工K 1 5 2 三 典型夹紧机构 1 斜楔夹紧机构 行程 增力比 自锁条件 斜角等是设计时需要考虑的条件 夹紧时 FP FQ FR三力平衡 夹紧力 工件夹紧后力FP消失 则斜楔应能自锁 斜楔夹角的自锁条件 通常为安全起见 取 特点 1 结构简单 有增力作用 2 夹紧行程小 增大行程会使自锁性能变差 3 操作不方便 夹紧和松开均需敲击 2 螺旋夹紧机构 特点 1 夹紧结构简单 夹紧力比斜楔夹紧力大 2 夹紧可靠 能保证自锁 3 螺旋夹紧动作慢 适合手动夹紧 在实际生产中 螺旋一压板组合夹紧比单螺旋夹紧用的更为普遍 图螺旋夹紧机构 图快速螺旋夹紧机构 图螺旋压板 3 偏心夹紧机构 特点 1 结构简单 制造方便 2 夹紧迅速 操作灵活3 行程小 增力小 自锁性能差多用于切削力小 无振动 工件尺寸公差不大的场合 图4 36偏心轮工作原理 1 钻模板 2 钻套 3 心轴 4 分度盘 5 对定销 6 夹具体 7 锁紧螺母 回转式钻床夹具 13 4常用机床夹具的设计特点 一 钻床夹具 1 钻套1 固定钻套分为A型 B型两种 为防止使用时钻屑及油污进入钻套 A型钻套在压入安装孔时 其下端应稍突出钻模板 B型固定钻套为带凸缘式结构 上端凸缘直接确定了钻套的压入位置 为安装提供方便 并提高钻套上端孔口的强度 防止钻头等在移动中撞坏钻套上口 1 钻套 2 螺钉 3 衬套 4 钻模板 2 可换钻套如图所示 可换钻套用紧固螺钉压紧凸边 防止钻套随刀具转动或被切屑顶出 大批量生产中 钻套磨损后旋出螺钉即可更换 1 钻套 2 螺钉 3 衬套 4 钻模板 3 快换钻套为了能够快速更换 钻套上除专门设置有压紧台阶外 还将钻套铣出一个缺口 当更换钻套时 松开压紧螺钉 只需将快换钻套逆时针旋转 使螺钉位于缺口处 就可向上拔出钻套 快换钻套广泛用于成批大量生产中一道工序用几种刀具 如钻 扩 铰 锪等 依次连续加工的情况 4 特殊钻套有时由于孔的结构或位置特殊 标准钻套无法满足加工要求 此时可根据需要设计一些特殊钻套 钻套工作时必须安装在钻模板上 而钻模板又与夹具体之间有各种连接方式 有固定式 可拆卸式 铰链式 盖板式等 1 定位元件 2 工件 3 钻套 4 钻模板 5 开口垫圈 6 铰链轴 二 铣床夹具 设计特点 1 夹具要有足够的夹紧力 强度 刚度和抗振性 2 用定位键确定夹具在工作台上的位置 图定位键 3 用对刀块调整刀具与夹具的相对位置 a 圆形对刀块 b 方形对刀块 c d 直角对刀块 为了较准确地感知调刀精确位置 并防止对刀时碰伤刀刃和对刀块 一般在刀具和对刀块之间塞一规定尺寸的塞尺 通过抽动塞尺并感觉塞尺和刀具接触的松紧程度来判断刀具的调整是否到位 标准塞尺有平塞尺和圆柱塞尺 1 刀具 2 对刀塞尺 3 对刀块 4 紧固螺钉 5 圆柱销 图对刀装置 三 车床夹具车床夹具的类型根据工件的定位基准和夹具本身的结构特点 车床夹具可分为以下4类 1 以工件外圆定位的车床夹具 如各类夹盘和夹头 2 以工件内孔定位的车床夹具 如各种心轴 3 以工件顶尖孔定位的车床夹具 如顶尖 拨盘等 4 用于加工非回转体的车床夹具 如各种弯板式 花盘式车床夹具 四 自动线夹具常见的自动线夹具有随行夹具和固定自动线夹具两种随行夹具常用于形状复杂且无良好输送基面 或虽有良好的输送基面 但材质较软的工件 使用随行夹具时 工件随夹具一起由输送带依次送到各工位 特点 高度标准化 通用化 系列化组成 基础元件 支撑件 定位件 导向件 压