机床夹具设计原理1ppt课件

2020 4 23 1 机床夹具设计原理 讲述机床夹具定位 夹紧基本原理 本章概述 概述工件在夹具中的定位定位误差的分析与计算工件在夹具中的夹紧各类机床夹具机床夹具的设计步骤与方法 4 1概述 夹具 在机械制造过程中 用来夹持并确定工件正确位置的工艺装备 统称为夹具 机床夹具 在机械加工中 应用在金属切削机床上的夹具 称为机床夹具 本节内容 工件的安装机床夹具的分类机床夹具的组成机床夹具的作用 4 1 1工件的安装 1 找正安装2 夹具安装 4 1 2机床夹具的分类 按使用机床的类型 车床夹具 磨床夹具 钻床夹具 钻模 镗床夹具 镗模 铣床夹具等按动力源 手动 气动 液动 电动 真空 自紧夹具等按通用程度 通用夹具 能适应多个工序和加工对象 使用范围宽专用夹具 为某一工件的某一道工序设计和制造 使用范围窄可调夹具 加工完一类工件后 可通过调整或更换个别元件即可加工形状相似 尺寸相似的其他工件的夹具组合夹具 标准化的 需要临时组装的夹具随行夹具 自动线上可用于多个工位的夹具 4 1 3机床夹具的组成 定位元件 使工件在夹具中占据正确的位置 夹紧装置 使工件不因受力而脱离占据的正确位置 对刀及导向元件 确定工件相对于刀具的位置 夹具体 基础件 其它装置 分度装置 连接元件 动力装置等 4 1 3机床夹具的组成 4 1 4机床夹具的作用 基本作用 定位和夹紧保证加工精度提高生产效率减轻劳动强度扩大机床的工艺范围 4 2工件在夹具中的定位 4 2 1定位和基准的概念1 定位 使同一批工件在夹具中占据同一的正确加工位置2 基准 用来确定生产对象上几何要素的几何关系所依据的那些点 线 面或其组合 自由度 一自由物体在空间坐标系中所具有的六个活动可能性沿X轴移动 用表示 沿Y轴移动 用表示 沿Z轴移动 用表示 绕X轴转动 用表示 绕Y轴转动 用表示 绕Z轴转动 用表示 4 2 2工件的定位原理 1 六点定位原理 要使工件在空间处于相对固定的位置 就必须对六个自由度加以限制方法 用相当于六个支承点的定位元件与工件的定位基准面接触 六点定位原理 用六个适当分布的支承点来分别限制工件的六个自由度 从而使工件在空间得到确定定位的方法 关于六点定位原理的说明 六点支承点必须适当分布 三个支承点在一条直线上 没有限制三个自由度 2 定位的种类 1 完全定位 铣槽要求 尺寸ABC影响A的自由度 影响B的自由度 影响C的自由度 完全定位的概念 六个自由度均被限制的定位方式 2 不完全定位 部分定位 应该限制 Y Z方向的移动自由度Y Z的转动自由度 不完全定位概念 根据零件加工要求实际限制的自由度数少于六个的定位方法 思考 磨削 铣削 应该限制 Z方向的移动自由度X Y的转动自由度 应该限制 Z方向的移动自由度X Y的转动自由度 思考 什么时候要求完全定位 什么时候可以使用不完全定位 应该限制 Y Z方向的移动自由度X Y Z的转动自由度 应该限制 X Y Z方向的移动自由度X Y Z的转动自由度 由工件加工要求确定工件应限制的自由度数 小结 工件定位时 影响加工精度要求的自由度必须限制 不影响加工精度要求的自由度可以限制也可不限制 视加工时的具体情况而定 因此 按照工件加工要求确定工件必须限制的自由度数是工件定位中应解决的首要问题 欠定位的概念 根据零件的加工要求 应限制的自由度未被限制的定位方法称为欠定位 欠定位在生产中是不允许出现的 3 欠定位 欠定位 如果没有防转销属欠定位 4 过定位 过定位的概念 某一个自由度同时由多于一个的定位元件来限制 一夹一顶定位夹持部分较长 心轴与底面定位 重复限制 X Y方向转动 夹持较长卡盘相当于套筒限制 Y Z方向的移动自由度Y Z的转动自由度 顶尖限制 Y Z方向转动自由度X方向移动 重复限制 Y Z方向转动自由度 例子 短销限制 Y Z方向的移动自由度 端面限制 X方向的移动自由度Y Z的转动自由度 大平面限制 Z方向的移动自由度Y X的转动自由度 结果分析 H H1 工件无法装入H H1 工件底面无法与夹具底座贴合 工件 夹具 过定位的利弊 四点配作 增强工件定位的稳定性 消除过定位的措施 改变定位元件的结构 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 总结 定位的种类 完全定位不完全定位欠定位过定位 生产中正常使用的定位方式 生产中不允许使用的定位方式 生产中允许使用的定位方式 分析下列定位方案中各定位元件限制了哪些自由度 起传动作用 不起定位作用 起夹紧作用 不起定位作用 3 4 5 2 1 分析下列定位方案中各定位元件限制了哪些自由度 1 车光轴外圆 2 车套筒外圆 分析下列定位方案中各定位元件限制了哪些自由度 3 车光轴外圆的三种安装方式 a b c 4 2 3工件的定位方法与定位元件 工件以平面定位及定位元件工件以外圆定位及定位元件工件以孔定位及定位元件工件以组合表面定位及定位元件 1 工件以平面定位及定位元件 平面定位时使用的定位元件 基本支承 主要支承 起定位作用支承钉支承板可调支承自位支承辅助支承 不起定位作用 可以提高工件的装夹刚度和稳定性形式 固定支承 浮动支承 1 固定支承 支承钉 a平头 精基准 b球头 粗基准 c齿纹头 侧面防滑 d可换式 可更换 1 固定支承 支承板 A型 无斜槽 侧面 顶面定位 B型 带槽 已加工的水平面定位 2 可调支承 每工件一调或每批工件一调注意 调好后应锁紧应用 毛坯质量不高 尺寸变化大的粗基准定位 3 自位支撑 增加支承点数 能自动调节位置 提高稳定性 减小受力后的变形 只限制一个自由度 双支撑 双支撑 三支撑 支承钉 可调支承 自位支承 限制一个自由度支承板 两个自由度 用于侧定位支承钉成面状分布 限制三个自由度 主定位 工件以平面为定位基准 基本支撑 4 辅助支承 工件因尺寸 形状或局部刚度不足 受力后变形会使定位不稳定 需增设辅助支承 只起增加刚度的作用 不起定位作用 4 辅助支承 2 工件以外圆定位及定位元件 自动定心夹具 三爪卡盘 弹簧卡头支承板定位套 圆柱定位套 半圆孔定位套 锥形定位套V型块 短V型块 长V型块 活动V型块 1 V型块 对中性好 使定位基面的中心对中在两斜面的对称轴线上 1 V型块 铣对称性键槽 钻径向对称孔 1 V型块 可动V型块 固定V型块 2 定位套3 半圆定位座 半圆定位座 固定半圆定位 活动半圆夹紧 3 工件以孔定位及定位元件 定位元件 心轴 定位销等心轴 刚性心轴弹性心轴液性塑料心轴 1 心轴 刚性心轴 锥形心轴过盈配合圆柱心轴间隙配合圆柱心轴 1 心轴 锥形心轴 有小的锥度 限制个自由度特点 定心精度高 轴向位移大定位误差 锥面可以自动补偿工件孔径向制造误差 误差为零接触长度Lk 锥度小则Lk大 定位精度高 轴向变动大 五 1 心轴 过盈配合圆柱心轴 结构 导向部分1 定位部分 传动部分2定位元件 心轴心轴与工件孔的配合 过盈 安装时压入无定位误差 定位精度高 但装卸不方便 破坏工件和心轴表面 1 心轴 间隙配合圆柱心轴 结构 定位部分2 传动部分3 开口垫圈4 螺母5定位 心轴和轴肩心轴与工件孔的配合 间隙有定位误差 定位精度不高 装卸方便 2 圆柱销 圆柱销长销 销钉高度 孔深短销 销钉高度 孔深菱形销又名 削边销 限制一个自由度3 圆锥销 图4 23 限制三个自由度 4 工件以组合表面定位及定位元件 定位的需要 限制多个自由度 采用两个或两个以上表面定位组合定位 采用两个或两个以上表面定位的定位方式两顶尖孔两个或三个平面定位一面一孔一面两孔 一面两孔定位 应用 变速箱体 汽缸体 连杆等特点 基准统一 减少基准转换误差自由度的限制 支撑板 左边定位销 右边定位销 过定位的后果 孔中心距误差或两销制造误差或两销中心距制造误差而使工件安装困难 一面两孔定位 过定位的解决方法 减小右边销的直径 转角误差大 少采用将右边销钉削边 削边销的计算 在 AO2B中 在 AO2M中 整理后得舍弃高次方 得 削边销的分析 S 补偿中心距偏差 即 两定位销方向允许的变动量b与S的关系 b减小S增大 即 b越小补偿中心距偏差的作用就越大b过小 易磨损 降低定位精度 削边销尺寸的确定 b查表求标准值 S根据中心距变动量确定 求 2 b S D2 则d2 D2 2 根据S确定 2 4 3定位误差的分析与计算 定位误差 定位所造成的加工表面相对于工序基准的位置的变动量定位误差产生的原因基准不重合误差基准位移误差 4 3 1定位误差及其产生原因 工件尺寸和形状在公差范围内的差异 夹具定位元件制造误差等因素 工件加工表面至工序基准间的尺寸发生变动造成误差 基准位移误差 Y 由于定位副制造误差而引起定位基准位移所产生的误差 基准不重合误差 B 由于定位基准与设计基准不重合而产生的误差 基准位移误差 Y和基准不重合误差 B合称为定位误差 D a中 尺寸A无基准不重合误差 b中 尺寸A基准不重合误差 B Amax Amin Cmax Cmin 2 c 1 基准不重合误差 B 基准不重合误差 定位基准与工序基准不重合引起的误差 大小 等于定位尺寸公差定位尺寸 定位基准与工序基准之间的尺寸 基准不重合误差分析 在工序图上寻找定位尺寸的公差 1 基准不重合误差 B 总结 1 基准不重合误差 B 当有方向时 基准不重合误差 定位尺寸的公差在工序尺寸方向上的投影分量的代数和 当定位尺寸与加工尺寸的方向相同时 B S当定位尺寸与加工尺寸方向有夹角 时 基准不重合误差等于定位尺寸公差在加工尺寸方向投影 即 B S cos X方向分量 B x 2 lcos Z方向分量 B z 2 hcos 由于1孔与1 轴制造公差 配合间隙而造成的尺寸A可能的变动量 Y Xmax D D d d D d D d D d Xmin 基准位移误差 Y 基准位移误差 Y 由于定位副有制造误差使定位基准在工序尺寸方向上的最大变动范围 2 基准位移误差 Y 3 定位误差小结 基准不重合误差和基准位移误差会引起工序基准位置的变动从而造成工序尺寸的变动 所以两种误差引起的工序尺寸的最大变动范围即为定位误差 D Y B x方向 B x 2 l Y x D d X2min 工序尺寸A的定位误差 D A 2 l D d X2min cos 2 hcos D x D Z D z方向 B z 2 h Y z 0 4 3 2定位误差的计算实例 机械加工中误差的种类与工件在夹具上定位有关的误差 定位误差 D与夹具在机床上安装有关的误差 安装误差 Z与刀具同夹具定位元件调整有关的误差 调整误差 T与加工方法有关的误差 因机床运动误差 工艺系统变形等引起的 加工方法误差 过程误差 G误差不等式 D Z T G K其中 K为被加工工序的工序误差初步确定加工方案时 D Z T G各取 K 3 1 工件以平面定位时的定位误差 实线 定位后的最小情况虚线 定位后的最大情况变动范围 公差 L1 L2 H2 对于尺寸A2 对于尺寸A1 加工孔A H2 加工孔B 对于尺寸B1 对于尺寸B2 例4 1 加工零件台阶 以右图两种方式定位 要求保证尺寸20 0 15 计算定位误差并分析能否保证加工要求 图4 29 a 定位误差 1 改成 b 图定位方式 2 提高尺寸40 0 14mm的精度至40 0 06mm 2 工件以外圆面定位时的定位误差 例4 2工件以外圆在V形块上定位 进行铣键槽尺寸H1 工序基准为工件外圆中心线尺寸H2 工序基准为下母线尺寸H3 工序基准为上母线 1 尺寸H1 V型块定位 定位基准为工件外圆中心线 基准不重合误差 B1 基准位移误差 Y1 2 尺寸H2 误差矢量方向判别 由一个极限位置变化到另一个极限位置 判断工序基准和定位基准的变化方向 同向相加 反向相减 3 尺寸H3 三种不同工序基准的定位误差 例题 例1 工件以下图所示定位铣削键槽 已知 两外圆柱面轴线同轴度 V型块夹角为直角 求对键槽深度A的定位误差 解 工件定位基准 工序基准基准不重合误差 基准位移误差 定位误差 注意 本题两基准独立 d1轴线 d2下母线 定位误差的总结 如果设计基准和定位基准是相互独立的因素 D B Y 如上面例题 定位误差的总结 如果设计基准和定位基准为关联因素 D B Y 正负号的判别方法为 分析定位基面尺寸由大变小时 定位基准的变动方向 当定位基面尺寸作同样变化时 设定位基准不动 分析设计基准变动方向 若两者变动方向相同即 两者变动方向相反即 3 工件以圆孔定位时的定位误差 心轴水平放置 产生误差原因 工件 心轴制造误差 装配间隙定位基准 内孔中心线 属于定心定位工序基准 内孔中心线基准位移误差 工件中心线最大位移量基准不重合误差 3 工件以圆孔定位时的定位误差 心轴垂直放置 工件可在xoy面内任意方向上移动 定位误差比水平放置扩大一倍 例题 4 3 一批工件如下图定位铣削键槽 已知 定位圆孔 心轴 工件外圆直径为 且外圆对内孔的径向跳动在0 02mm内 要保证的主要尺寸 技术要求为 槽宽 槽距一端面尺寸 槽底位置尺寸 解答 槽宽尺寸b 尺寸20h12 由铣刀宽度决定 与定位无关 定位基准与设计基准重合 且为平面定位 D 0 槽底尺寸34 8h11 基准不重合误差 基准位移误差 定位误差 心轴与孔为间隙配合 且心轴水平放置 Y1 TD Td min 2 0 02 0 013 0 007 2 0 02mm 定位基准 20内孔中心线 外圆对内孔径向跳动引起的基准位移误差 Y2 0 02mm D Y1 Y2 B 0 02 0 02 0 008 0 048mm B 0 016 2 0 008mm 设计基准 40外圆下母线 D 0 048mm 0 5T 0 08mm 满足要求 4 工件以组合表面定位时的定位误差 位移误差 左端圆柱销 与单孔定位相同右端削边销 X方向 不限制自由度 误差同左端定位销Y方向 5 圆柱销 削边销定位 转角误差 由于两定位孔和两定位销做上下错移 造成定位孔连线相对于夹具上两定位销的中心线发生偏转 产生转角误差 习题 机床夹具 定位 工件在机床上或夹具中 相对于刀具占据某一正确的位置 夹紧 由于在加工中受到切削力 重力等的作用 应采用一定的机构 对工件施加一定的夹紧力使其位置保持不变 与定位的关系 机床夹具 机床上用以装夹工件的一种装置 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 定位作用 并把工件可靠地夹紧 夹紧作用 工件的基准 基准 用于确定零件上其它点 线 面位置的那些点 线 面 设计中所采用的基准就是设计基准 标注尺寸的起点 图 加工时用于工件定位的基准 图1 图2 在加工中或加工后用来测量工件时采用的基准 在装配时用来确定零件或部件在产品中相对位置所采用的基准 在工序图上使用的基准 加工 测量 装配过程中使用的基准 工序基准与设计基准的关系 工序基准 加工过程中每一个工序的设计基准最终工序的工序基准为设计基准 4 1 4工件在夹具中加工时加工误差的组成 安装误差定位误差 夹紧误差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加工过程误差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精度和磨损 补充1 获得尺寸精度的方法 试切法 初步调整并试切 测量后再调整并试切 多次调整直至符合工序尺寸公差要求 定尺寸刀具法 使用钻头 浮动镗刀等刀具保证工序尺寸 调整法 用试切法或使用对刀块调整好刀具相对于机床或夹具的位置 整批工件位置不变自动获得尺寸法 使用自动控制原理获得尺寸 调整法加工工件的前提条件工件相对于刀具有正确位置 定位工件在外力作用下不能脱离原来的位置 夹紧定位的实现 将工件的有关表面紧靠在夹具定位元件上 补充2 工件在夹具中的定位 即 基准 1 完全定位 例子 工件 夹具 大端面限制 X方向的移动自由度Y Z的转动自由度 短销限制 Y Z方向的移动自由度 防转销限制 X方向转动自由度 思考 工件 大端面限制 Z方向的移动自由度X Y的转动自由度 短销限制 X Y方向的移动自由度 防转菱形销限制 Z方向转动自由度 习题9 习题10 习题11 习题12 习题14 习题13 习题15 习题16思考题 不列入考试范围 补充练习1 加工工件M面时的定位情况 N面 P面已经在前工序加工完成 工序基准为N面 计算定位误差 并分析能否满足工序要求 补充练习2 工件定位如题所示 铣键槽时 分析保证尺寸m时的定位误差 若保证n时 定位误差如何变化 补充练习3 阶梯轴定位方案如下 定位元件为两短V形块 已知 d1 80mm d2 40mm l 60mm L 150mm 90 本工序加工键槽 b 10mm h 25 9 0 05mm 槽底对轴中心线的平行度公差为全长上的0 05mm 分析定位 OVER 专用夹具 铣键槽夹具1 V形块 2 压板 3 拉杆 4 螺钉 5 对刀块 6 手柄 7 轴 8 杠杆 9 偏心轮 10 定向键 11 夹具体 基准不重合误差 通用夹具 三爪卡盘四爪卡盘平口钳万能分度头电磁吸盘 三爪卡盘 平口钳 电磁吸盘 工件在夹具上的定位 定位与夹紧