合工大机械制造基础机床夹具原理与设计PPT课件.ppt

第3章机床夹具原理与设计 第1节机床夹具概述第2节工件在夹具中的定位第3节定位误差分析第4节工件在夹具中的夹紧第5节典型机床夹具第6节机床夹具设计方法 1 第1节机床夹具概述 一 工件的装夹方法 装夹就是将工件固定在机床正确位置上 主要有找正法装夹和机床夹具装夹 二 机床夹具概念机床夹具是机床上用以装夹工件 和引导刀具 的一种装置作用 将工件定位 使工件获得相对于机床和刀具的正确位置 并把工件可靠地夹紧 机床夹具原理与设计 2 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 确定工件在机床上或夹具中占有准确加工位置的过程叫定位 特点 生产率高 劳动强度低 定位精度稳定 要求工人技术水平低 第1节机床夹具概述 机床夹具原理与设计 3 按通用程度分 通用夹具三爪和四爪卡盘 机床虎钳等附件 特点是结构定型 通用性广 广泛应用于单件小批量生产中 专用夹具为某一个零件的某一工序而专用设计制造 结构紧凑 操作方便 生产效率较高 适用于定型产品的成批和大量生产 成组可调夹具通过调整和更换夹具上的个别元件 即可用于加工形状 尺寸和加工工艺相似的工件 用于多品种 中小批量生产 三 机床夹具分类 第1节机床夹具概述 机床夹具原理与设计 4 成组技术 对零件的结构形状 材料类型 尺寸大小 加工工艺共性问题进行分组加工 为一个零件组设计一个夹具 成组夹具 以扩大零件生产批量同组零件夹具通用 组合夹具由一套预先制造好的标准元件 根据工件加工要求组装而成标准元件 八大类 基础件 定位件 导向件 辅助件 支撑件 夹紧件 紧固件 组合件特点 具有专用夹具功能 夹具不报废 多次使用 刚性较差 结构尺寸较大 基础件 2定位件 4导向件 8辅助件 3 1支撑件 7夹紧件 6紧固件 5组合件 3 机床夹具原理与设计 第1节机床夹具概述 5 随行夹具自动线上装夹并运输工件的夹具自动线使用夹具固定夹具 在各个工作机床上装夹工件随行夹具 自动线上装夹并运输工件的夹具按使用机床分 车 铣 镗 钻 磨等按夹紧力动力源分 气夹紧 液压夹紧 气 液夹紧 电动夹紧 真空夹紧 自夹紧 手动夹紧 四 机床夹具的组成 第1节机床夹具概述 机床夹具原理与设计 6 五 基准的概念 五 基准的概念 用来确定生产对象几何要素间几何关系所依据的那些点 线 面 称为基准虚基准 中心线 对称线基准按功能分为设计基准和工艺基准两大类 1设计基准 设计图上标注尺寸所依据的基准 第1节机床夹具概述 机床夹具原理与设计 7 O O是A B面的设计基准A面是C面的设计基准D面是E F面的设计基准 第1节机床夹具概述 机床夹具原理与设计 8 工序基准 工序图中 确定加工面位置的基准定位基准 使工件在机床或夹具上占有正确位置所使用的基准测量基准 测量加工面使用的基准装配基准 确定零件在部件或机器中位置的基准 2工艺基准 加工或装配中使用的基准 按用途分 工序基准 端面C 端面T 中心线定位基准 D和d的定位基准为中心线 E面体现 端面C 第1节机床夹具概述 机床夹具原理与设计 9 第2节工件在夹具中的定位 一 六点定位原理 第2节工件在夹具中的定位 设置六个支承点去分别限制工件的六个自由度 使工件在空间位置得到确定的方法 A B C面 定位基准面 工件上 支承点1 2 3 4 5 6 夹具上 机床夹具原理与设计 10 A面 底面 主要定位基准面 B面 侧面 导向面 C面 止推面 防转面 第2节工件在夹具中的定位 机床夹具原理与设计 11 二 加工面与定位支承点 例1铣平面 若应限制的自由度未限制 则产生加工误差 不能保证加工要求 如Y不限制 3个 机床夹具原理与设计 第2节工件在夹具中的定位 12 例2在长方形的棱形体上铣一通槽 2个 3个 机床夹具原理与设计 第2节工件在夹具中的定位 13 例3在杆状零件上钻孔 机床夹具原理与设计 Z方向移动是否要限制 第2节工件在夹具中的定位 14 注意事项1 定位支承点与工件定位基准面必须始终保持紧贴2 一个定位支承点只能限制工件一个自由度 支承点数不应超过六个 3 工件应限制几个自由度 由工件加工条件确定4 工件的六个自由度被完全限制的定位称完全定位 定位和夹紧是两个不同的概念定位 限制工件自由度 而不能限制工件运动夹紧 限制工件运动 而不能限制工件的自由度 机床夹具原理与设计 第2节工件在夹具中的定位 15 定位是使工件占有一个正确的位置 夹紧是使工件保持这个正确位置不变 机床夹具原理与设计 第2节工件在夹具中的定位 16 思考题 机床夹具原理与设计 第2节工件在夹具中的定位 17 三 定位注意问题 1不完全定位 允许少于六点的定位称为不完全定位 如铣平面 铣槽 完全定位和不完全定位都是合理的定位方式 三 定位注意问题 2欠定位 限制自由度数少于加工要求限制的自由度数 机床夹具原理与设计 第2节工件在夹具中的定位 18 3过定位 重复定位工件的某个自由度被多个定位元件限制 如底平面四点支承即为过定位方桌的四条腿定位若能稳定 取决于 四腿齐平 地面平整 过定位后果 1 使工件或夹具元件变形 引起加工误差 2 使部分工件不能安装 产生定位干涉 如一面两销 机床夹具原理与设计 第2节工件在夹具中的定位 19 在实际生产中 常出现一些过定位的例子 在什么情况下可以应用 应作具体分析 根据定位基准面的状况分析 根据过定位后果分析a 齿坯上 内孔和端面垂直度误差很小 心轴 凸台 制造误差很小 不会干涉 该方案可用 b 内孔和端面之间的垂直度误差很大时 夹紧时易导致工件变形或夹具变形 不可使用 机床夹具原理与设计 第2节工件在夹具中的定位 20 解决过定位的措施 提高工件定位基准之间的位置精度 提高夹具定位元件之间的位置精度 改变定位元件的结构 消除重复限制的自由度或用自卫 浮动 支承 平面圆销削边销 心轴浮动支承 机床夹具原理与设计 第2节工件在夹具中的定位 21 思考 1凡是未超过六个定位支承点 就不会出现过定位 2凡是超过六个定位支承点一定是过定位 机床夹具原理与设计 第2节工件在夹具中的定位 22 1工件以平面定位1 固定支承 支承钉 限1个 支承板 限2个 2 可调支承多用于毛面定位 每批调整一次 以补偿各批毛坯误差 四 定位方式和定位元件 要求定位元件 足够的刚度 耐磨性好 机床夹具原理与设计 第2节工件在夹具中的定位 23 机床夹具原理与设计 第2节工件在夹具中的定位 3 自位支承 浮动支承 支承本身可随工件定位基准面的变化而自动适应 一般只限制一个自由度 即一点定位 24 机床夹具原理与设计 第2节工件在夹具中的定位 4 辅助支承在工件定位后才参与支承的元件 不限制自由度 主要用于提高工件的刚度和定位稳定性 25 机床夹具原理与设计 第2节工件在夹具中的定位 典型定位元件的定位分析 26 1 心轴 短的限两个自由度 长的限四个自由度 锥度多限一个 2 定位销分固定式和可换式 圆柱销 菱形销和圆锥销 常用于工件孔端的定位 2工件以孔定位 机床夹具原理与设计 第2节工件在夹具中的定位 27 机床夹具原理与设计 第2节工件在夹具中的定位 2 工件以圆锥孔定位 a 锥心轴 b 顶尖 1 工件以内圆定位 28 机床夹具原理与设计 第2节工件在夹具中的定位 典型定位元件的定位分析 29 机床夹具原理与设计 第2节工件在夹具中的定位 30 机床夹具原理与设计 第2节工件在夹具中的定位 3工件以外圆表面定位1 定位套筒 2 V形块定位结构尺寸已标准化 斜面夹角有60 90 120 31 机床夹具原理与设计 第2节工件在夹具中的定位 32 机床夹具原理与设计 4 外圆定心夹紧三爪卡盘 双V形铁定心夹紧 弹簧夹头 第2节工件在夹具中的定位 33 4组合表面定位一个平面和与其垂直的两个孔组合 机床夹具原理与设计 第2节工件在夹具中的定位 34 机床夹具原理与设计 第2节工件在夹具中的定位 过定位解决办法 将销2做成削边销 35 定位实例分析 左顶尖 2移动端面 1移动右顶尖 2转动 机床夹具原理与设计 第2节工件在夹具中的定位 36 定位实例分析 机床夹具原理与设计 第2节工件在夹具中的定位 37 注意 要点回顾 1 定位就是限制自由度 用合理布置定位支承点的方法来限制工件的自由度2 定位支承点与定位基准面始终保持紧贴接触3 一个定位支承点仅限制一个自由度 一个工件所设置的定位支承点数目 原则上不应超过六个4 分析定位支承点的定位作用时 不考虑力的影响 定位和夹紧是两个概念5 定位支承点由定位元件抽象而来 在夹具中 定位支承点通过具体的定位元件体现 机床夹具原理与设计 第2节工件在夹具中的定位 38 第3节定位误差分析 定位误差产生的原因 定位误差概念一批工件在夹具中定位时 工件的设计基准 或工序基准 在加工尺寸方向上的最大变动量 dw 机床夹具原理与设计 39 jb等于定位基准相对与设计基准在工序尺寸方向上的最大变动量 即等于定位尺寸公差 机床夹具原理与设计 第3节定位误差分析 dw原因之一 定位基准与设计基准不重合 称基准不重合误差 jb 40 机床夹具原理与设计 第3节定位误差分析 dw原因之二 定位副制造不准确 称基准不准确误差 db 定位误差包括两项 dw jb db 41 一 平面定位 机床夹具原理与设计 第3节定位误差分析 求法 确定定位尺寸 求定位尺寸公差 jb 定位尺寸公差 解 定位尺寸 40 定位尺寸公差 0 28 jb 0 28 42 二 工件以圆孔定位 1工件圆孔与刚性心轴或销过盈配合 无误差 2工件圆孔与刚性心轴或销间隙配合心轴水平放置 孔与心轴固定上母线接触 工件孔中心最大变动量即为基准位移误差 最小间隙为0 机床夹具原理与设计 第3节定位误差分析 43 心轴垂直放置 孔与心轴可以在任意方向接触 孔的中心最大变动量即为基准位移误差 3工件圆孔与弹性 自动定心 心轴定位 其中Xmin Dmin dmax 为孔与轴的最小配合间隙 机床夹具原理与设计 第3节定位误差分析 dw 0 44 三 工件以外圆定位 工件外圆在V形块上定位 设计基准三种情况 分别为B点 A点 O点 机床夹具原理与设计 第3节定位误差分析 45 三 工件以外圆定位 工件外圆在V形块上定位 设计基准为O点 1 工序尺寸为h1工序基准与定位基准重合 基准不重合误差 jb h1 0 基准不准确误差 db h1 O1O2 O1C O2C Td 2 1 sin 2 定位误差 dw h1 Td 2 1 sin 2 机床夹具原理与设计 第3节定位误差分析 46 三 工件以外圆定位 工件外圆在V形块上定位 设计基准为B点 2 工序尺寸为h2基准不重合误差 jb h2 Td 2 基准不准确误差 db h2 db h1 定位误差 dw h2 db h2 jb h2 1 sin 2 1 Td 2 机床夹具原理与设计 第3节定位误差分析 47 三 工件以外圆定位 工件外圆在V形块上定位 设计基准为A点 3 工序尺寸为h3定位误差 dw h3 db h3 jb h3 1 sin 2 1 Td 2 结论 dw h2 dw h1 dw h3 机床夹具原理与设计 第3节定位误差分析 48 提高工件定位精度的措施 消除或减少基准不重合误差消除或减少基准位移误差 1 选择精度高 位置误差小的表面为定位基准 2 提高定位元件间的位置精度 3 提高工件定位表面与定位元件的配合精度 机床夹具原理与设计 第3节定位误差分析 49 保证加工精度实现的条件 夹具 定位 制造 调整 工件 夹 dw 3 机床夹具原理与设计 第3节定位误差分析 dw jb 0 28 3不能保证加工要求 解决办法 减小上道工序尺寸公差基准重合 50 第4节工件在夹具中的夹紧 一 夹紧装置的组成及要求 组成 1 动力装置 2 中间传力机构 3 夹紧元件 作用 1 改变作用力的方向2 改变作用力的大小 1 夹紧时不破坏工件定位后的正确位置2 夹紧行程足够3 夹紧动作迅速 可靠4 结构紧凑 易于制造与维修 基本要求 第4节工件在夹具中的夹紧 机床夹具原理与设计 51 二 夹紧力的确定 确定夹紧力三要素 大小 方向和作用点1夹紧力方向的确定1 主要夹紧力方向应垂直于主要定位面 2 夹紧力方向尽量与切削力 重力方向一致 机床夹具原理与设计 第4节工件在夹具中的夹紧 52 3 夹紧力的作用方向应使工件变形尽可能小 机床夹具原理与设计 第4节工件在夹具中的夹紧 53 夹紧力作用点的确定 1 夹紧力应作用在刚度较好部位2 夹紧力作用点应正对支承元件或位于支承元件形成的支承面内 机床夹具原理与设计 第4节工件在夹具中的夹紧 54 3 夹紧力作用点应尽可能靠近加工表面 机床夹具原理与设计 第4节工件在夹具中的夹紧 55 夹紧力大小的估算 把工件和夹具作为一个刚性系统来分析 分析工件的受力情况 切削力 重力 夹紧力 按静力学平衡条件列出力的平衡方程式 解方程 求出理论夹紧力J理 求实际夹紧力J KJ理K 安全系数 粗加工 K 2 5 3 精加工 K 1 5 2 机床夹具原理与设计 第4节工件在夹具中的夹紧 56 三 常用夹紧机构 1斜楔夹紧机构 最基本的夹紧机构 机床夹具原理与设计 第4节工件在夹具中的夹紧 57 斜楔夹紧的特点 1 有增力作用 扩力比i FJ FQ 约等于3 2 夹紧行程小 h s tan 故h远小于s 3 结构简单 但操作不方便 主要用于机动夹紧 且毛坯质量较高的场合 机床夹具原理与设计 第4节工件在夹具中的夹紧 58 2螺旋夹紧机构 螺旋夹紧特点 1 结构简单 自锁性好 夹紧可靠2 扩力比约为80 远比斜楔夹紧力大3 夹紧行程不受限制4 夹紧动作慢 辅助时间长 第4节工件在夹具中的夹紧 机床夹具原理与设计 59 3螺旋压板夹紧机构 机床夹具原理与设计 第4节工件在夹具中的夹紧 60 4螺旋定心夹紧机构 机床夹具原理与设计 第4节工件在夹具中的夹紧 61 5联动夹紧机构 机床夹具原理与设计 第4节工件在夹具中的夹紧 62 6多件夹紧机构 机床夹具原理与设计 第4节工件在夹具中的夹紧 63 机床夹具原理与设计 第4节工件在夹具中的夹紧 64 7偏心夹紧机构 常见的偏心轮 压板夹紧机构 用于切削力小 无振动 工件尺寸变化不大的场合 8定心夹紧机构 机床夹具原理与设计 第4节工件在夹具中的夹紧 65 四 夹紧动力装置 气动 液压 电磁 真空等 气 液压组合夹紧 机床夹具原理与设计 第4节工件在夹具中的夹紧 典型夹紧机构图例 66 第5节典型机床夹具 一 钻床夹具 1夹具的特点 1 钻床夹具用钻套引导钻头 防止钻头偏斜 用钻模板固定钻套 保证钻孔正确位置 2 夹具放在工作台上 钻孔时钻头回转和进给 夹具和工件不动 机床夹具原理与设计 67 2钻套 分为固定式 可换式 快换式和特殊式 机床夹具原理与设计 第5节典型机床夹具 68 钻套导向部分高度尺寸H越大刀具的导向性越好孔径小 精度要求较高时 H取较大值钻模板较薄时采用有肩钻套 机床夹具原理与设计 第5节典型机床夹具 69 3钻模板及钻模 1 固定式钻模板及固定式钻模 2 铰链式钻模板及盖板式钻模 3 回转式钻模板及回转式钻模 4 悬挂式钻模板及滑柱式钻模 5 翻转式钻模 机床夹具原理与设计 第5节典型机床夹具 70 二 铣床夹具 机床夹具原理与设计 第5节典型机床夹具 71 切削力较大 断续切削 易振动 夹紧力要大和较好的自锁性 受力元件要有足够的强度和刚性便于调整刀具 要设置对刀装置 对刀块和刀具之间要放对刀塞尺 以避免刀具与对刀块直接接触 碰伤刀刃或对刀块采用导向键与机床工作台T形槽相配合实现夹具在机床上的定位 机床夹具原理与设计 第5节典型机床夹具 72 第5节典型机床夹具 三 镗床夹具 1镗套的种类 1 单支承前引导 2 单支承后引导 3 前后双支承引导 4 双支承后引导 机床夹具原理与设计 73 第5节典型机床夹具 2镗套 分为固定式镗套和回转式镗套两类 1 固定式 外形尺寸较小 且位置精度较高 缺点是易于磨损 多用于速度较低的场合 2 回转式镗