第四章工件的定位夹紧与夹具设计-yjr.ppt

夹具的基本概念,工件在夹具上的定位,各类机床夹具举例,工件在夹具中的夹紧,4-1,4-2,4-3,4-4,第4章工件定位夹紧与夹具设计,功能,使工件相对机床和刀具（占有+保持）正确位置,工件的安装,机床夹具,使工件在机床上定位和夹紧的装置,工件在机床上定位和夹紧的过程,4-1夹具的基本概念,一、夹具的定义,二、夹具的组成,位置,位置,设计要求：长235平行度对称度深64宽12H6（铣刀）相对位置要求：工件,V型块+定位钉+压板工件-夹具定向键夹具-机床对刀块刀具-夹具行程档块+试切法调定235,1、实例,夹具,工艺实现：,A向,2、专用夹具的组成,机床工件刀具,连接元件,定位元件(其它)夹紧装置,对刀/导向元件,夹具体,夹具,机制工艺系统,机床夹具设计要解决的主要问题,定位,定与不定?,准与不准?,三、机床夹具的作用保证加工质量提高生产率减轻劳动强度扩大机床的工艺范围,夹紧,单件小批：通用机床上卡盘/顶尖/虎钳/,用在,批量生产：某零件的某工序而设计制造,专为,机械产品发展趋势：多品种小批量,适应,（已定型标准化）,四、夹具的分类,五、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：对刀误差(夹具-刀具）、位置误差（夹具-机床）加工过程误差,与夹具有关的误差（安装误差+对定误差）一般约占整个加工误差的1/3。,适于,适于,取决于,4.2.1工件的安装方法,1、用夹具安装用夹具安装工件，无须调整找正。,2、找正安装借助于（划针）/仪表，用人工的方法找出工件在机床上的正确位置,直接找正划线找正,生产类型+形状和大小+加工精度,成批/大量生产（小批很少采用专用夹具安装）,单件小批生产（形状简单复杂或笨重）,4-2工件在夹具中的定位,直接找正安装方式,利用百分表、划针或目测找正工件在机床上的位置，然后夹紧。,应用：单件小批生产特点：效率低、对工人技术水平要求高例子：四爪卡盘夹外圆镗内孔,直接找正安装,划线找正安装方式,在毛坯的待加工表面上划出轮廓线，安装时用划针按找正线找正工件在机床上的位置，然后夹紧。,应用：批量小，毛坯精度低、大型工件、形状复杂的铸件。特点：精度不高，效率低。,用夹具安装,定位基准与夹具中定位元件接触，使工件有正确位置特点：方便、快捷、可靠,工件在夹具上装夹（滚齿夹具）,一、工件定位的实质,（定位点）,4.2.2工件在夹具中的定位原理,二、六点定位原理,（理论上）,有时加工工件不需要完全定位,定位点可能是1个点/1段线/1块面积,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。,二、六点定位原理：-自由度,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的位置,关于六点定位原理的说明,六点支承点必须适当分布,三个支承点在一直线上，没有限制三个自由度,三、典型定位元件及限制的自由度,圆柱,典型单一定位基准的定位特点,四、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,(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,(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,(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,X向的转动和移动？,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,关于完全定位与不完全定位的小结：,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。,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。过定位后若不采取一定的工艺措施，将会引起不良后果：使工件定位精度不稳定，形成同一批工件在夹具中定位的不一致性；造成工件和夹具的变形；导致部分工件与定位元件不能正确配合。,心轴与底面定位,重复限制:X、Y方向转动,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,HH1,工件无法装入HH1,工件底面无法与夹具底座贴合,工件,夹具,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,过定位讨论,过定位引起夹紧变形,过定位处理分析,过定位的利弊,四点配作:增强工件定位的稳定性和支承刚度,过定位是否允许，要视具体情况而定1）如果工件的定位面经过机械加工，且形状、尺寸、位置精度均较高，则过定位是允许的。有时还是必要的，因为合理的过定位不仅不会影响加工精度，还会起到加强工艺系统刚度和增加定位稳定性的作用。2）反之，如果工件的定位面是毛坯面，或虽经过机械加工，但加工精度不高，这时过定位一般是不允许的，因为它可能造成定位不准确，或定位不稳定，或发生定位干涉等情况。,工件定位的要点归纳,必须：遵循六点定位原理还要：具体分析灵活应用,1、工件的定位问题,2、定位点,3、定位分析,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,a),b),c),2),1),3）车光轴外圆的三种安装方式。,分析下列定位方案中各定位元件限制了哪些自由度？,1）加工光轴外圆,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常用定位方法与定位元件,理论上,工件夹具,点接触,实际中,（压强极大，有压痕，磨损快）,夹具用什么定位？定位元件？/？/？/,工件以什么定位？定位基面平面/外圆/内孔/,不同,一、平面定位（如：箱体，支座，盘类，板类零件）,工件毛面（尺寸形状变化较大）,支承刚度增大又不过定位,支承元件,基本支承,还有,辅助支承,须有,(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）,(b),(a),(d),(c),A型无斜槽（侧面、顶面定位）B型带槽（切屑可以排入槽内，不影响定位精度，主要定位面、水平面定位）,(1)固定支承-支承板,(2)可调支承,可调支承是支承点位置可在一定范围内调整的支承。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。注意：调好后应锁紧,调节支钉，锁紧螺母,(3)自位支承,支承本身在定位过程中所处的位置随工件定位基准位置的变化而自动与之适应增加支承点数，能自动调节位置，提高稳定性，减小受力后的变形；多用于刚度不足的毛坯表面或不连续的平面的定位。只限制一个自由度,双支承,双支承,三支承,(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。,二、外圆柱面定位（如：套筒类，轴类零件）,常用的定位元件有V形块、定位套筒（卡盘）、半圆定位座,1、定心定位,可用套筒,短套筒,长套筒,X,X,Y,Z,Y,Z,外圆定心夹紧机构,在实现定心的同时，能将工件夹紧的机构，称为定心夹紧机构，如三爪自定心卡盘、弹簧夹头等。,弹簧夹头的速度是有弹性的，如果工件尺寸是一致的，弹簧夹头的速度会更快。如果工件尺寸的变化大，可能需要采用卡爪卡盘以适应尺寸范围宽的加工工件。,弹性夹头,弹簧夹头,2、支承定位,半圆定位座/支承钉（板）,磨曲轴,很少单独使用,2.支承定位,采用V型块-对中定位,（已标准化）,最常用,短V型块,长V型块,三、圆柱孔定位（如：盘类、套类、连杆零件）,弹性心轴-可涨心轴,四、其他定位面,齿轮的渐开线齿面定位，磨内孔。（P229）,五、组合定位,指,两个或两个以上表面定位,常用,1、一面双孔定位,适于,箱体、支座、板类零件（完全定位）,问题：孔小也用圆销的后果？,短销,孔的中心距小,六.归纳,1,2,3.,4.,工件定位基面平面/外圆/圆柱孔/圆锥孔,夹具定位元件支承钉（板）/V型块/心轴（销）/心轴（顶尖）,定位元件组合使用时，有时也需要整体考虑而非简单相加,分析定位元件作用时,要熟悉常见的定位方式，但不应拘泥于典型结构（应有所发现，有所思考）,注意,接触面/线的相对长短,考虑不定度消除的度,大能消除,小不能消除,4.2.4,定位误差分析与计算,解,决,“准不准”,确定定位方案是否可行？,目的,工件在夹具中的定位,不仅,确定的位置,而且,准确的位置,（定）,（准）,要有,实例分析,在一批轴上铣键槽，要求保证槽底至轴心的距离H。采用V型块定位，键槽铣刀按规定尺寸H调整好位置（图）。实际加工这一批工件时，由于工件直径存在公差，会使轴心位置发生变化。不考虑其他误差，仅由于轴心位置（定位基准）变化而使工序尺寸H发生变化。此变化量（即加工误差）是在工件定位过程中引起的，故称为定位误差。,定位误差由定位所引起的一批工件的加工表面与工序基准之间的尺寸（工序尺寸）发生变化而造成的加工误差,一、定位误差及其产生的原因,定位误差产生的原因,定位误差D等于B与Y在工序尺寸方向上的代数和,注意:,基准不重合误差B-示例1,工序尺寸h1：,基准不重合误差B为,工序尺寸H1：,基准不重合误差B为,工序尺寸h2：,基准不重合误差B为,基准不重合误差B-示例2,对于尺寸A3,对于尺寸A1,基准不重合误差B-示例3,基准不重合误差B的计算公式,定位基准与工序(设计)基准间的联系尺寸（定位尺寸）公差(mm)；,的方向与工序尺寸方向间的夹角（）。,由于孔1与销轴1制造公差、配合间隙而引起的工件定位基准的最大移动范围：Y=Xmax=Dmax-dmin=(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：由于定位副制造误差而引起的定位基准在工序尺寸方向上的最大变动范围,基准位移误差Y,Xmax,当定位基准的变动方向与工序尺寸的方向相同时，基准位移误差等于定位基准的变动范围，即：,当定位基准的变动方向与工序尺寸的方向不同时，基准位移误差等于定位基准的变动范围在工序尺寸方向上的投影，即:,式中i为定位基准的变动范围。,基准位移误差Y小结,定位基准的变动方向与工序尺寸方向间的夹角（）。,例：如图工件以A、B面定位加工E面，计算D,铣平面E,工序尺寸：h，工序基准：内孔中心O，定位基准：A、B定位尺寸：a、b，a、b的变化均产生D，但方向不一致，需投影,解：D=B+YB=2asin+2bcosY=0,所以，D=2asin+2bcos,(1)平面定位的定位误差,实线：定位后的最小情况-L1，L2，虚线：定位后的最大情况变动范围(公差)：L1、L2、加工孔A和B,H2,二、常用定位方式及定位误差的计算,对于尺寸A1：对于尺寸A2：,加工孔A,H2,加工孔B,对于尺寸B1：对于尺寸B2：,例：加工零件台阶，以下图两种方式定位，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(a)定位误差,1、改成(b)图定位方式,2、提高尺寸400.14mm的精度至400.05mm,(2)外圆柱面定位的定位误差,D=BY，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Y；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B；若两者变动方向相同即“+”，两者变动方向相反即“-”。,(2)外圆柱面定位的定位误差,设计基准为工件外圆中心线,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,设计基准为上母线,设计基准为下母线,三种不同设计基准的定位误差：,例1、工件以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。,例题：,解：工件定位基准d1轴线，工序基准d2下母线基准不重合误差：基准位移误差：定位误差：,注意：本题两基准独立,定位误差的总结1,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2,如果设计基准和定位基准为关联因素，D=BY，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)内孔定位的定位误差,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,锥形心轴过盈配合圆柱心轴间隙配合圆柱心轴,锥面可以自动补偿工件孔径向制造误差，误差为零,压入安装，定位精度高，无定位误差,有定位误差，定位精度不高,间隙配合圆柱心轴定位误差：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：内孔中心线设计基准：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：,间隙配合圆柱心轴定位误差：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：,一面双孔定位,问题：孔小也用圆销的后果？,圆销2直径,不可取,圆销2削边,一举两得,重复定位（）,工件可能装不上,对策,(4)组合定位的定位误差-一面两孔,一面两孔过定位的解决方法P230,L-1/2Tlx,L+1/2Tlk,D1,d1,D2,d2,C,A,B,O2,O1,O2,b/2,最不利情况：孔心距：L+1/2Tlk，孔最小：D1,D2，TD1,TD2销中心距：L-1/2Tlx,销最大：d1,d2,Td1,Td21=1min=D1-d1,2=2min=D2-d2,L-1/2Tlx,L+1/2Tlk,S：补偿中心距偏差(两定位销方向允许的变动量)S=Tlk+Tlx-1minb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：P231b查表求标准值；S根据中心距变动量确定；求2=bS/D2，则d2=D2-2d2定位销2的基本尺寸，公差取h6或h7,削边销的分析,圆柱销削边销的定位误差分析,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：,圆柱销削边销的定位误差分析,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,4-3工件在夹具中的夹紧,1、基本要求,保持既定位置不变（不移动、转动、抖动）不使工件表面损伤、变形操作安全、方便、迅速、有力结构简单、易于制造,方向2、设计任务：夹紧力W作用点夹紧机构+（力源装置）大小首要借助：夹具设计手册/图册,设计,确定,一、夹紧装置的要求,1、夹紧力的方向应垂直于主要定位面（以保证所需要正确位置）应有利于减小夹紧力（尽量主切削力同向）应减小工件夹紧变形,二，夹紧力的确定应遵循基本原则,夹紧力（最小）,夹紧力（中）,夹紧力（最大）,2、夹紧力的作用点（影响定位可靠、夹紧变形、加工精度）,3、夹紧力的大小（影响定位可靠、夹紧变形、结构大小）,要适当，不可,过大工件变形+加工精度,过小工件振动,轻：加工精度,重：安全事故,斜楔夹紧机构螺旋夹紧机构偏心夹紧机构定心夹紧机构联动夹紧机构,斜楔夹紧机构,螺旋夹紧机构,偏心夹紧机构,定心夹紧机构,联动夹紧机构,夹紧行程S小+手动操作不方便,自锁条件：,，通常=61/10,1、斜楔夹紧机构,特点,自锁+增力（约3倍）+变向,主要用于,气动/液压夹紧（多与其它夹紧机构复合使用）,斜楔与工件间摩擦角,W,L,S,斜楔与夹具体间摩擦角,（若=6，s0.1L）,斜楔包在圆盘上,圆偏心/曲线偏心（阿基米德/对数螺旋线）,切削力小且无振动的加工场合（通常与压板复合使用）,为,形式,只能用于,