机械制造装备夹具PPT课件.ppt

机械制造装备航空制造工程学院焦益群2020年3月21日星期六 2020年3月21日 航空制造工程学院焦益群邮箱 272882059 电话 139791476192020年3月21日星期六 2020年3月21日 第三部分机床夹具 2020年3月21日 第五章机床夹具 主要内容 1 概述2 工件在夹具上的定位3 工件在夹具中的夹紧4 各类机床夹具 2020年3月21日 第三节工件在夹具中的夹紧 对夹紧装置的要求夹紧力的确定常用夹紧机构夹紧机构的动力装置 2020年3月21日 一 对夹紧装置的要求夹紧装置是夹具的重要组成部分 在设计夹紧装置时 应满足以下基本要求 2020年3月21日 1 在夹紧过程中应能保持工件定位时所获得的正确位置 2020年3月21日 2 夹紧应可靠和适当 可靠 一般要有自锁作用 保证在加工过程中不会产生松动或振动 适当 不允许工件产生不适当的变形和表面损伤 2020年3月21日 3 夹紧装置应操作方便 省力 安全 2020年3月21日 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 2020年3月21日 二 夹紧力的确定夹紧力包括大小 方向和作用点三个要素 它们的确定是夹紧机构设计中首先要解决的问题 2020年3月21日 一 夹紧力方向的选择夹紧力方向的选择一般应遵循以下原则 l 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 为此一般要求主要夹紧力应垂直指向主要定位面 2020年3月21日 2020年3月21日 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 2020年3月21日 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 2020年3月21日 二 夹紧力作用点的选择夹紧力作用点的选择是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 2020年3月21日 l 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 2020年3月21日 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 2020年3月21日 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 2020年3月21日 三 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 2020年3月21日 估算夹紧力的一般方法是将工件视为分离体 并分析作用在工件上的各种力 再根据力系平衡条件 确定保持工件平衡所需的最小夹紧力 最后将此最小夹紧力乘以一适当的安全系数 即可得到所需要的夹紧力 2020年3月21日 夹紧力Fjmin与切削力Fc的关系如下 Fc Fjmin 2020年3月21日 2020年3月21日 安全系数通常职1 5 2 5 精加工和连续切创时取较小值 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 由上述的两个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 2020年3月21日 三 常用夹紧机构 一 斜楔夹紧机构结构简单 增力比大 自锁性好 应用广 二 螺旋夹紧机构结构简单 易于制作 增力比大 自锁性好 但动作慢 应用广 2020年3月21日 三 铰链夹紧机构动作迅速 增力比大 但自锁性差 2020年3月21日 四 偏心夹紧机构结构简单 操作方便 动作迅速 但自锁性较差 增力比较小 2020年3月21日 五 定心夹紧机构 定心虎钳1 4 滑座2 3 钳口5 螺杆 2020年3月21日 弹簧夹头1 弹簧筒夹2 拉杆3 夹具体 2020年3月21日 2020年3月21日 六 联动夹紧机构 2020年3月21日 四 夹紧机构的动力装置夹紧机构的动力装置有气动 液压 电磁 电动 真空等装置 其中使用最广的是气动与液压动力装置 2020年3月21日 一 气动夹紧装置气动夹紧装置的工作介质是压缩空气 其工作压力通常为0 4 0 6MPa 气动传动系统中的气压传动装置是气缸 常用的气缸有两种形式 即活塞式气缸和薄膜式气缸 2020年3月21日 2020年3月21日 2020年3月21日 2020年3月21日 2020年3月21日 2020年3月21日 二 液压夹紧装置液压夹紧装置利用压力油为夹紧动力 与气动夹紧装置相比 液压夹紧装置有以下优点 1 工作压力可达5 6 5MPa 传动力大 可采用直接夹紧方式 结构尺寸较小 2 油液不可压缩 故夹紧刚性大 工作平稳 可靠 3 噪声小 2020年3月21日 三 气 液增压夹紧装置气 液增压夹紧装置以压缩空气为动力源 通过压力油来传力和增力 它集合了气动和液压传动两者的优点 可获得很大的传动力而结构尺寸又较小 2020年3月21日 2020年3月21日 2020年3月21日 第四节各类机床夹具 钻床夹具 铣床夹具 镗床夹具 车床夹具 2020年3月21日 夹具的基本要求 能稳定保证工件的加工精度 能提高机械加工的劳动生产率 降低工件的制造成本 结构简单 操作方便 安全和省力 便于排屑 有良好的结构工艺性 便于夹具的制造 装备 检验 调整和维修 设计时应在保证加工精度的前提下 综合考虑生产率 经济性和劳动条件等项因素 2020年3月21日 钻床夹具简称钻模 钻模借助其上的钻套引导刀具和工件之间的相对位置 提高了加工精度和生产率 在成批大量生产中 已广泛采用钻模来进行加工 一 钻床夹具 2020年3月21日 钻床夹具图例 2020年3月21日 钻床夹具图例 2020年3月21日 一 钻模类型 盖板式钻模 固定式钻模 翻转式钻模 回转式钻模 滑柱式钻模 2020年3月21日 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 1 固定式钻模 2020年3月21日 固定式钻模图例 2020年3月21日 固定式钻模图例 2020年3月21日 这类钻模多为大型钻模 一般在立钻或摇臂钻床上使用 加工工件上较大的孔或轴线相互平行 用摇臂钻 的孔系 钻模需要固定在机床工作台 应用 2020年3月21日 2 回转式钻模 结构特点 夹具具有分度装置 这类钻模的引导元件 钻套 一般是固定不动的 为了实现工件在一次安装中进行多工位加工的目的 钻模一般采用回转式分度装置 当工件上的几个被加工的孔 是轴线互相平行的轴向孔或是分布在圆柱面上的径向孔时 使用回转式钻模是很方便的 即可保证加工精度 又可以提高生产效率 2020年3月21日 回转式钻模图例 2020年3月21日 回转式钻模图例 2020年3月21日 带有回转分度装置的钻模 加工同一圆周上的平行孔系 同一截面内径向孔系 同一直线上的等距孔系 2020年3月21日 3 翻转式钻模 加工时 将工件同夹具 翻转式钻模 一起翻转 对于需要在多个方向上钻孔的工件 使用这种钻模非常方便 2020年3月21日 翻转式钻模图例 2020年3月21日 这类钻模没有转轴和分度装置 在使用过程中需要用手进行翻转 加工小型工件不同表面上的孔 夹具工件总质量不大于 Kg 孔径 8 10mm 精度不高 2020年3月21日 常用一面 支承钉 二孔 圆柱销 削边销 定位 4 盖板式钻模 盖式钻模的钻模板是活动的盖板 2020年3月21日 没有夹具体 常设手柄 吊耳 定位元件 夹紧元件和钻套均装在钻模板上 以保证加工孔的位置精度 结构简单 多用于加工大型工件上的小孔 特点 2020年3月21日 5 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 图例 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 手动滑柱式钻模结构 2020年3月21日 滑柱式钻模图例 2020年3月21日 二 钻模类型的选择 在设计钻模时 首先需要根据工件的形状 尺寸 重量和加工要求 并考虑生产批量 工厂工艺装备的技术状况等具体条件来选择夹具的结构类型 在选择时 应注意以下几点 加工孔径大于10mm的中小型工件时 由于钻削扭矩大 宜采用固定式钻模 翻转式钻模适用于加工中小件 包括工件在内的总重量不宜 100N 否则 应采用具有回转式的钻模 2020年3月21日 当加工几个不在同心圆周上的平行孔系时 如工件和夹具的总重量不宜超过150N 宜采用固定式钻模在摇臂钻床上加工 对于孔的垂直度和孔距精度要求不高的中小型工件 宜优先采用滑柱钻模 以缩短夹紧的设计之中周期 如孔的垂直度公差小于0 1mm 孔距位置公差小于 0 15mm时 如不采取特殊措施 一般不宜采用这类钻模 2020年3月21日 在大型工件上加工位于同一平面上的孔时 为简化夹具结构 可采用盖板式钻模 当工件被加工孔与定位基准的孔距公差小于0 05mm时 以采用固定式钻模和固定式侧面进行加工 2020年3月21日 三 钻模设计要点 钻套钻模板夹具体 内容 2020年3月21日 1 钻套及设计要点 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 钻套按其结构和使用情况可分为 固定钻套可换钻套快换钻套特殊钻套 2020年3月21日 1 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 无肩钻套和带肩钻套 2020年3月21日 2 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 2020年3月21日 3 快换钻套 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 钻 扩 铰等 加工的情况 2020年3月21日 2020年3月21日 4 特殊钻套 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 特殊钻套 2020年3月21日 钻套的设计要点 钻套引导部分长度H的确定 钻套底部与工件表面的距离s的确定 钻套内径的基本尺寸和公差的确定 钻套孔中心线位置尺寸和公差的确定及钻套材料和热处理的选择等 2020年3月21日 2020年3月21日 2 钻模板 固定式铰链式分离式悬挂式 钻模板用于安装钻套 按钻模板与夹具体的联接方式有 2020年3月21日 这种钻模板直接固定在夹具体上 结构简单 精度较高 1 固定式钻模板 固定式钻模板 2020年3月21日 2 铰链式钻模板 当使用固定钻模板装卸工件有困难时 采用铰链式钻模板 以使工件可以方便地装卸 这种钻模板通过铰链与夹具体相联接 由于铰链处存在间隙 因而精度不高 2020年3月21日 3 分离式钻模板 这种钻模板是可拆卸的 工件每装卸一次 钻模板也要装卸一次 与铰链式钻模板一样 它也是为了装卸工件方便而设计的 但在某些情况下 精度比铰链式钻模板要高 分离式钻模板 2020年3月21日 这种钻模板悬挂在机床主轴上 并随主轴一起靠近或离开工件 它与夹具体的相对位置由滑柱来保证 这种钻模板多与组合机床的多轴头联用 4 悬挂式钻模板 2020年3月21日 3 夹具体 钻模的夹具体一般不设定位或导向装置 夹具通过夹具体底面安放在钻床工作台上 可直接用钻套找正并用压板压紧 或在夹具体上设置耳座用螺栓压紧 对于翻转式钻模 通常要求在相对于钻头送进方向设置支脚 支脚可以直接在夹具体上作出 也可以作成装配式 支脚一般应有4个 以检查夹具安放是否歪斜 支脚的宽度 或直径 应大于机床工作台T形槽的宽度 2020年3月21日 四 钻床夹具设计实例分析 2020年3月21日 1 研究原始资料 明确设计任务 加工零件 杠杆臂 加工杠杆臂上两个相互垂直的 10mm和 13mm孔 如图所示 加工任务 2020年3月21日 2 定位方案的确定 分析工件并确定定位方案 分析工件并确定定位方案根据零件的构造 最容易想到的是以 22mm的孔为定位基准 这样可以避免基准不重合误差 同时可以限定可以限定四个自由度 再用一个螺母限定零件的上下窜动的自由度和用一个支撑钉限定零件沿 22mm中心线转动的自由度就可以实现完全定位 2020年3月21日 定位元件的选择 定位元件的选择定位销 插入 22mm的孔 用来限制X Y方向的移动和转动 共四个自由度可调支承钉 限定Z方向的转动用一辅助支承来提高工件的安装刚度和定位的稳定性定位方法 圆柱孔定位 2020年3月21日 3 钻模板类型选择 根据工件和夹具体的结构 选用固定式钻模板 固定式钻模板虽然有时装卸工件不便 但它结构简单 制造方便 定位精度高 2020年3月21日 4 钻套的选择 由于孔 10mm和 13mm 一次钻孔就可达到要求 因此采用固定式钻套 10mm选无肩 13mm选有肩 2020年3月21日 5 夹紧方案的确定 根据零件的定位方案 采用锁紧螺母和开口垫圈来实现快速锁紧夹紧机构 它与一个加工面位置靠近 增加了刚性 零件夹紧变形也小 但对于另一个加工面较远 为提高刚性 故采用辅助定位元件来固定 该设计采用了螺旋辅助支承 2020年3月21日 选用铸造夹具体 夹具体 2020年3月21日 夹具总装配图 2020年3月21日 二 镗床夹具 具有刀具导向镗床夹具又称镗模 一 镗模的种类 根据其镗套支架的布置形式 单面导向双面导向 2020年3月21日 单面前导向 导向支架在刀具前方 镗杆与机床主轴刚性连接 单面后导向 导向支架在刀具后方 镗杆与机床主轴刚性连接 刀杆刚性好 加工精度高 2020年3月21日 双面导向 导向支架分别装在工件的两侧 镗杆与机床主轴浮动连接 2020年3月21日 二 镗模的设计要点 1 镗套 用于引导镗杆 分固定镗套和回转式镗套两类 2 镗模支架与夹具体 镗模支架用于安装镗套 保证被加工孔系的位置精度 并可承受切削力的作用 2020年3月21日 固定式镗套 外形尺寸小 结构简单 同轴度好 适用于低速扩孔 镗孔 镗套固定在导向支架上 镗杆与镗套之间有相对移动和转动 2020年3月21日 左 内滚式滚动镗套 刚性和精度不高 只是在尺寸受到限制的情况下才采用 结构精度稍差 但刚性好 适用于切削负荷较重的粗加工和半精加工 右 滚针轴承外滚式镗套 结构紧凑 径向尺寸小 但回转精度 刚性差 仅在孔距受限制 切削力不大时用于粗加工 2020年3月21日 镗模支架要求有足够的强度 镗模支架上不允许安装夹紧机构和承受夹紧力 以免支架变形而影响精度 2020年3月21日 三 镗床夹具设计实例分析 1 研究原始资料 明确设计任务 工件为一箱体盖 需加工盖上两个平行的 100H9孔 2020年3月21日 2 定位方案的确定 确定要限制的自由度 并选择定位元件 并选择定位元件加工工件需限制5个方向的自由度 Z向的转动 X Y向的移动和转动 但为了进给的方便 也应限制Z向的移动 2020年3月21日 夹具体平面 限制Z方向的移动 X和Y方向的转动可调支承钉1 限制Y方向的移动 可调支承钉2 限制X方向的移动 可调支承钉3 限制Z方向的转动 定位元件的选择 定位方法 平面定位 2020年3月21日 3 导向装置的选择 本夹具采用导向轴代替镗套 使工件安装方便 夹具结构简单 2020年3月21日 4 夹紧方案的确定 分别拧四个螺母 通过四个钩形压板夹紧工件 2020年3月21日 夹具总装配图 2020年3月21日 夹具工程图 2020年3月21日 三 铣床夹具 铣床夹具主要用于加工零件上的平面 键槽 缺口及成形表面等 一 铣床夹具的类型 直线进给式圆周进给式仿形进给式 2020年3月21日 直线进给铣床夹具由于工作台按直线进给方式运动 可加工平面 直角面和各种槽等 圆周进给的铣床夹具铣床工作台做连续的回转运动 配合采用气动或液压等高效夹紧装置 生产率高 可加工平面 适用于大批量生产 仿形进给的铣床夹具机床工作台的主进给运动和由靠模获得的辅助运动形成的仿形运动 采用靠模夹具可再一般万能铣床上加工出所需的成形面 2020年3月21日 直线进给式铣床夹具 2020年3月21日 直线进给式铣床夹具 2020年3月21日 圆周进给的铣床夹具 2020年3月21日 仿形进给的铣床夹具 普通立式铣床上用的圆周进给仿形铣夹具 2020年3月21日 二 铣床专用夹具的设计要点 1 夹具总体结构 铣削的特点 铣削过程不是连续切削 极易产生铣削振动 铣削的加工余量一般较大 铣削力也较大 且方向是变化的 2020年3月21日 夹具要有足够的刚度和强度 夹具要有足够的夹紧力 夹紧装置自锁性要好夹紧力应作用再工件刚度较大的部位上 且作用点和施力方向要恰当 夹具的重心应尽量低 高度与宽度之比应不大于1 1 25 要有足够的排屑空间 切削和冷却液能顺利排除 必要时可设计排屑孔 设计时要注意 2020年3月21日 2 对刀装置 对刀装置用以确定夹具相对于刀具的位置 对刀块塞尺 塞尺用于检查刀具与对刀块之间的间隙 以避免刀具与对刀块直接接触 高度对刀块 用于加工平面时对刀 直角对刀块 于加工键槽或台阶面时对刀 成形对刀块 用于加工成形表面时对刀 2020年3月21日 高度对刀块 直角对刀块 对刀块 塞尺 铣刀 2020年3月21日 成形对刀块 2020年3月21日 3 夹具体 铣床夹具通常通过定位键与铣床工作台T形槽的配合来确定夹具在机床上的方位 足够的强度 刚度和稳定性 2020年3月21日 三 铣床夹具设计实例分析 1 研究原始资料 明确设计任务 工件为一水泵叶轮 要求设计一副铣床夹具 用在卧式铣床上加工两条互成90 的十字槽 2020年3月21日 2 定位方案的确定 确定要限制的自由度 根据加工工序的尺寸 形状和位置精度要求 工件定位时需完全限制六个方向的自由度 2020年3月21日 将加工过的叶轮底面放置在一个大的圆形定位盘上 以大平面定位 消除X Y方向的转动自由度和Z方向的移动自由度 用一个定位销与叶轮上的孔相配合 以此消除X Y的移动自由度 2020年3月21日 利用两块开槽的压板从两个方向卡住叶片 并将它们固定在定位盘上 这样就消除了Z方向的转动自由度 定位方法 圆柱孔定位平面定位 2020年3月21日 3 夹紧方案的确定 选用螺旋夹紧 工件以中心孔及底面在定位销和定位盘的端面上定位 并使叶轮上的叶片与压板头部的缺口对中 旋转螺母 通过杠杆使两块压板同时夹紧工件 选用移动式弯曲压板 它的优点是可以实现快速装拆 2020年3月21日 4 分度机构的设计 立轴式回转分度装置 设计一个分度盘 盘底有四段斜槽 分度盘与定位盘之间用螺钉固定在夹具体上开一沉头孔 孔中放入销套 销套与定位销配合 底部有弹簧 当分度盘转动时 销始终在斜槽中运动 每转过90 销就在弹簧的作用上升至最高点 反靠夹紧 2020年3月21日 2020年3月21日 5 夹具体与定位键 为保证夹具在工作台上安装稳定 应按照夹具体的高度比不大于1 25的原则确定其宽度 并在两端设置耳座 以便固定 2020年3月