项目二数控加工工艺装备(机床夹具)PPT课件

.,项目二数控加工工艺装备,.,学习内容与知识点：,项目二数控加工工艺装备,.,讲授内容第一部分：机床夹具概论第二部分：工件的定位第三部分：定位误差第四部分：工件的夹紧第五部分：专用夹具设计方法第六部分：典型机床夹具,2.2数控机床夹具使用,.,1.1机床夹具的概念1.2机床夹具的功用1.3机床夹具的组成1.4机床夹具的分类1.5机床夹具的设计特点和设计要求1.6本课程的任务,第一部分机床夹具概论,2.2数控机床夹具使用,.,1.1机床夹具的概念,夹具是一种装夹工件的工艺装备，它广泛地应用于机械制造过程的切削加工、热处理、装配、焊接和检测等工艺过程中。利用夹具，可以提高劳动生产率，提高加工精度，减少废品；可以扩大机床的工艺范围，改善操作的劳动条件。因此，夹具是机械制造中的一项重要的工艺装备。我们把在金属切削机床上使用的夹具统称为机床夹具。在现代生产中，机床夹具是一种不可缺少的工艺装备，它直接影响着加工的精度、劳动生产率和产品的制造成本等，故机床夹具设计在企业的产品设计和制造以及生产技术准备中占有极其重要的地位。,2.2数控机床夹具使用,.,工件在机床上的三种安装方法,1.1机床夹具的概念,.,1.1机床夹具的概念,.,1.1机床夹具的概念,.,1.2机床夹具的功用,1、主要功能,.,1.2机床夹具的功用,.,3、机床夹具在机械加工中的作用,1.2机床夹具的功用,.,图11异形杠杆简图,图12车床夹具保证工序尺寸的方法1V形块；2夹具体；3工件，4可调V形块,1.2机床夹具的功用,.,1.3机床夹具的组成,.,1、基本组成,定位装置,夹紧装置,夹具体,1.3机床夹具的组成,.,2、其它组成,连接元件,对刀装置,其它装置,1.3机床夹具的组成,.,图13铣床夹具,1.3机床夹具的组成,.,图13钻床夹具,1.3机床夹具的组成,.,1.4机床夹具的分类,.,通用夹具：指已经标准化、无需调整或稍加调整就可以用来装夹不同工件的夹具。如三爪卡盘、四爪卡盘、平口虎钳和万能分度头等。这类夹具主要用于单件小批生产。,1.4机床夹具的分类,.,液压三爪卡盘：用于回转工件的自动装卡,四爪单动卡盘：用于非回转体或偏心件的装卡,1.4机床夹具的分类,.,平口钳分固定侧与活动侧，固定侧与底面作为定位面，活动侧用于夹紧。,1.4机床夹具的分类,.,平口钳可选附件,1.4机床夹具的分类,.,专用夹具：指专为某一工件的某一加工工序而设计制造的夹具。结构紧凑，操作方便，主要用于固定产品的大批大量生产。,1.4机床夹具的分类,.,连杆加工专用夹具：该夹具靠工作台T形槽和夹具体上定位键确定其在数控铣床上的位置，并用T形螺栓紧固。,1.4机床夹具的分类,.,孔系组合夹具,1.4机床夹具的分类,.,孔系组合夹具实例,1.4机床夹具的分类,.,l一长方形基础板；2一方形支撑件；3一菱形定位盘；4一快换钻套；5一叉形压板；6一螺栓；7一手柄杆；8一分度合件。,槽系组合夹具,1.4机床夹具的分类,.,1.4机床夹具的分类,.,1.5机床夹具的设计特点和设计要求,.,1.5机床夹具的设计特点和设计要求,.,1.6本课程的任务,1、掌握机床夹具的基础理论知识和设计计算方法，能对机床夹具进行结构和精度分析。,2、会查阅有关夹具设计的标准，手册、图册等资料。,3、掌握机床夹具设计的方法，具有设计一定复杂程度夹具的能力。,4、具有现代机床夹具设计的有关知识。,.,2.1概述2.2定位原理2.3完全定位与不完全定位2.4欠定位与过定位2.5定位方式与定位元件2.6工件的组合定位,第二部分工件在夹具中的定位,.,2.1概述,1、工件在夹具中定位的任务使同一批工件在夹具中占据正确的位置。,2、定位与夹紧的关系定位与夹紧是装夹工件的两个有联系的过程，不能等同。,3、定位基准选择时尽可能遵循基准重合原则。当用多个表面定位时，应选择其中一个较大的表面为主要定位基准。,.,基准的定义:基准是用来确定生产对象上几何要素之间的几何关系所依据的哪些点、线或面。,2.1概述,.,设计基准:设计者在设计零件时，根据零件在装配结构中的装配关系以及零件本身结构要素之间的相互关系，确定标注尺寸（或角度）的起始位置。这些尺寸（或角度）的起始位置称作设计基准。,工艺基准:零件在加工艺过程中所采用的基准称为工艺基准。,工序基准:在工序图上用来确定本工序所加工表面加工后的尺寸、形状、位置的基准,称为工序基准。,定位基准:在加工时用于工件定位的基准，称为定位基准。,测量基准:在加工中或加工后测量工件形状、位置和尺寸误差时所采用的基准，称为测量基准。,装配基准:在装配时用来确定零件或部件在产品中的相对位置所采用的基准。,2.1概述,.,定位基准a）、b）基准为实际表面；c）基准为表面的几何中心（中心要素）,2.1概述,.,4、工件的自由度,2.1概述,.,2.2定位原理,.,1、六点定则,2.2定位原理,.,2、定位点分布规律,平面几何体的定位,2.2定位原理,.,圆柱几何体的定位,2.2定位原理,.,圆柱几何体的定位a）与轴线位置无关的两个自由度；b）防转支承的布置,2.2定位原理,.,圆盘几何体的定位,2.2定位原理,.,典型单一定位基准的定位特点,2.2定位原理,.,2.3完全定位与不完全定位,2、不完全定位：根据加工要求，仅限制工件部分自由度的定位。,1、完全定位：加工时，工件的六个自由度被完全限制了的定位,.,实例一：球体上通铣平面，如何定位？,2.3完全定位与不完全定位,.,2.3完全定位与不完全定位,.,2.3完全定位与不完全定位,.,实例二：长方体上铣通槽，采用不完全定位。,2.3完全定位与不完全定位,.,实例三：长方体上铣不通槽，采用完全定位。,2.3完全定位与不完全定位,.,不完全定位a）可以绕y轴旋转；b、c）可以沿Y轴移动；d）可以沿Y轴移动和旋转；e）可以沿X、Y轴移动，绕Z轴旋转,2.3完全定位与不完全定位,.,2.4欠定位与过定位,2、过定位：有重复限制的自由度。,1、欠定位：应该限制的自由度而没有限制。,.,欠定位实例,2.4欠定位与过定位,.,过定位实例一,2.4欠定位与过定位,.,过定位实例二,2.4欠定位与过定位,.,2.4欠定位与过定位,.,2.4欠定位与过定位,.,2.4欠定位与过定位,.,过定位实例三,2.4欠定位与过定位,.,2.4欠定位与过定位,.,连杆的定位分析1定位销；2支承板；3圆柱销；4工件,（a）正确的定位（b）过定位,2.4欠定位与过定位,.,过定位的合理性分析,在某些条件下，过定位的现象不仅允许，而且是必要的。此时应当采取适当的措施提高定位基准之间及定位元件之间的位置精度，以免产生干涉。如车削细长轴时，工件装夹在两顶尖间，已经限制了所必须限制的五个自由度（除了绕其轴线旋转的自由度以外），但为了增加工件的刚性，常采用跟刀架，这就重复限制了除工件轴线方向以外的两个移动自由度，出现了过定位现象。此时应仔细调整跟刀架，使它的中心尽量与顶尖的中心一致。,2.4欠定位与过定位,.,跟刀架,跟刀架,2.4欠定位与过定位,.,2.5定位方式与定位元件,一、以平面定位二、以圆柱孔定位三、以外圆柱面定位四、以锥面定位五、以特殊表面定位六、工件的组合定位,.,一、以平面定位,在机械加工中，大多数工件都以平面作为主要定位基准，如箱体、机体、支架、圆盘等零件。当工件进入第一道工序时，只能使用粗基准定位；在进入后续工序时，则可使用精基准定位。,2.5定位方式与定位元件,.,1、工件以粗基准平面定位,2.5定位方式与定位元件,.,（1）粗基准平面定位的特点支承点随机分布。（2）粗基准平面定位的定位元件支承钉、浮动支承和调节支承等，属于点接触的定位元件。,2.5定位方式与定位元件,.,固定支承钉,2.5定位方式与定位元件,.,可换支承钉,2.5定位方式与定位元件,.,可调支承钉,2.5定位方式与定位元件,.,可调节支承的应用示例,2.5定位方式与定位元件,.,支承钉定位情况,2.5定位方式与定位元件,.,2、工件以精基准平面定位,工件的基准平面经切削加工后，可直接放在平面上定位。经过刮削、磨削的平面具有较小的表面粗糙度和平面度误差，故可获得按精确的定位。常用的定位元件有支承扳和平头支承钉等，它们属于面接触的定位元件。,2.5定位方式与定位元件,.,支承板,2.5定位方式与定位元件,.,平头支承钉,2.5定位方式与定位元件,.,支承板定位情况,2.5定位方式与定位元件,.,3、提高平面支承刚度的方法,A、辅助支承,2.5定位方式与定位元件,.,辅助支承与可调支承的区别,2.5定位方式与定位元件,.,B、浮动支承,2.5定位方式与定位元件,.,二、以圆柱面定位,定位元件,2.5定位方式与定位元件,.,1、V型块,2.5定位方式与定位元件,.,V型块定位情况,2.5定位方式与定位元件,.,V型块结构尺寸,2.5定位方式与定位元件,.,2、定位套,定位套结构,2.5定位方式与定位元件,.,3、支承板,支承板对工件外圆表面的定位,2.5定位方式与定位元件,.,三、以圆柱孔定位,1、圆柱孔定位的特点：属于中心定位，定位面为圆柱孔，定位基准为中心轴线（中心要素），通常要求内孔基准面有较高的精度。,2、定位元件：圆柱销、圆锥销和心轴。,2.5定位方式与定位元件,.,A型圆柱销,（1）圆柱销,圆柱销的结构,2.5定位方式与定位元件,.,B型圆柱销菱形销结构,2.5定位方式与定位元件,.,圆柱销的定位情况,2.5定位方式与定位元件,.,圆柱销的定位情况,2.5定位方式与定位元件,.,圆锥销的结构,（2）圆锥销,2.5定位方式与定位元件,.,圆锥销的定位情况,2.5定位方式与定位元件,.,（3）心轴,心轴常用于套类、盘类零件的车削、磨削和齿轮加工中，以保证加工面（或齿轮分度圆）对内孔的同铀度公差。心轴是夹具中一种结构较紧凑的单元体，心轴以柄部或中心孔与机床连接。心轴在定位过程中一般限制工件四个自由度。心轴的专业化程度很高，许多工厂都制订了自己的标准，如磨床、车床、滚齿、插齿、刨齿、磨齿等心轴的标准。,2.5定位方式与定位元件,.,心轴的结构,心轴结构示意图a）磨床心轴；b）车床心轴；c）滚齿心轴；d）插齿心轴；e）磨齿心轴；f）刨齿心轴,2.5定位方式与定位元件,.,心轴的定位情况,2.5定位方式与定位元件,.,四、以锥面定位,2.5定位方式与定位元件,.,工件在锥度心轴上定位,2.5定位方式与定位元件,.,工件在顶尖孔上定位,2.5定位方式与定位元件,.,五、以特殊表面定位,工件以导轨面定位,2.5定位方式与定位元件,.,工件以键槽孔定位,2.5定位方式与定位元件,.,工件以螺纹孔定位,2.5定位方式与定位元件,.,工件以花键孔定位,2.5定位方式与定位元件,.,六、工件的组合定位,1、组合定位应考虑的问题（1）合理选择定位元件，实现工件的正确定位。（2）按基准重合原则选择定位基准。（3）定位元件限制的自由度方向会发生变化。（4）选择定位元件时，应考虑加工精度的要求。,.,2、一面两孔定位,连杆盖工序图,（1）定位方式,2.6工件的组合定位,.,2.6工件的组合定位,.,2.6工件的组合定位,.,（2）菱形销的设计,2.6工件的组合定位,.,2.6工件的组合定位,.,菱形销的结构,2.6工件的组合定位,.,表5-1削边销的尺寸,2.6工件的组合定位,.,设计示例,连杆盖工序图,2.6工件的组合定位,.,2.6工件的组合定位,.,3.1工件在夹具中加工时的加工误差3.2定位误差及其产生的原因3.3各种定位方式下定位误差的计算3.4定位误差的计算方法,第三部分定位误差,.,3.1工件在夹具中加工时的加工误差,1、A夹具位置误差。,2、D定位误差。,3、T对刀导向误差。,4、G某些加工因素造成的加工误差。,上述误差合成不应超出工件的加工公差，即：D十A十T十G,.,3.2定位误差及其产生的原因,1、定位误差的定义,由定位引起的同一批工件的工序基准在加工尺寸方向上的最大变动量，称为定位误差，以D表示。,.,2、定位误差产生的原因,（1）基准不重合误差B,由于定位基准与工序基准不重合而造成的定位误差，称为基准不重合误差，以B表示。,3.2定位误差及其产生的原因,.,基准不重合误差示例,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,3.2定位误差及其产生的原因,.,基准不重合误差示例,3.2定位误差及其产生的原因,.,基准不重合误差示例,3.2定位误差及其产生的原因,.,基准不重合误差的计算公式,定位基准与工序基准间的尺寸链组成环的公差(mm)；,的方向与加工尺寸方向间的夹角（）。,3.2定位误差及其产生的原因,.,（2）基准位移误差Y,由于工件定位基面与夹具上定位元件限位基面的制造误差和配合间隙的影响，从而使各个工件的位置不一致，给加工尺寸造成误差，这个误差称为基准位移误差，用Y表示。,3.2定位误差及其产生的原因,.,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加工尺寸方向上的投影，即:,式中i为定位基准的变动范围。,3.2定位误差及其产生的原因,.,3.2定位误差及其产生的原因,.,1、工件以平面定位,3.3各种定位方式下定位误差的计算,.,2、用V形块定位,图10.20工件以圆柱面在V形块上定位,3.3各种定位方式下定位误差的计算,.,由于Td的影响，使工件中心沿O向从O移至O1，即基准位移量:,3.3各种定位方式下定位误差的计算,.,定位误差的计算,工序尺寸A1的定位误差,3.3各种定位方式下定位误差的计算,.,工序尺寸A3的定位误差,3.3各种定位方式下定位误差的计算,.,工序尺寸A2的定位误差,3.3各种定位方式下定位误差的计算,.,三种角的V形块，在不同标注工序尺寸时的定位误差值,（1）当工序尺寸由下素线注出，其定位误差最小；当工序尺寸由上素线注出，其定位误差最大。（2）V形块工作夹角角越大，其垂直方向定位误差值越小。,3.3各种定位方式下定位误差的计算,.,3、以圆柱定位销、圆柱心轴中心定位,（1）工件孔与定位心轴（或定位销）过盈配合,图a）的定位误差：,图b）的定位误差：,图c）的定位误差：,3.3各种定位方式下定位误差的计算,.,（2）工件孔与定位心轴（或定位销）采用间隙配合,1）单边接触,3.3各种定位方式下定位误差的计算,.,式中，定位最大配合间隙(mm)；工件定位基准孔的直径公差(mm)；圆柱定位销或圆柱心轴的直径公差(mm)；定位所需最小间隙，由设计时确定(mm)。,3.3各种定位方式下定位误差的计算,.,2）单位副任意边接触,若孔与销两者的安装不能保证单方向接触时，则整批工件在同一销上单位时，其定位孔的轴线在空间的变动范围将会扩大一倍，基准位置误差的最大值应为：,3.3各种定位方式下定位误差的计算,.,式中，定位基准的变动方向与工序尺寸方向间的夹角。,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加工尺寸方向上的投影，即：,3.3各种定位方式下定位误差的计算,.,3.3各种定位方式下定位误差的计算,.,3.3各种定位方式下定位误差的计算,.,3.4定位误差的计算方法,定位误差由基准不重合误差与基准位移误差两项组合而成。计算时，先分别算出B和Y，然后将两者组合而成D。,.,组合方法,1、工序基准不在定位基面上：D=Y+B,2、工序基准在定位基面上：D=YB,式中，定位基准与工序基准的变动方向相同取“+”号，相反取“-”号。,3.4定位误差的计算方法,.,例题1：,3.4定位误差的计算方法,.,例题2：,如右图所示，以A面定位加工20H8孔，求加工尺寸400.1mm的定位误差。,3.4定位误差的计算方法,.,解：（1）基准不重合误差B：,工序基准为B，定位基准为A，故基准不重合。根据误差合成法方法，有：,（2）基准位移误差Y：,由于平面A与支承接触较好，Y0,（3）定位误差D：D=Y+BDB0.15mm,3.4定位误差的计算方法,.,例题3：,3.4定位误差的计算方法,.,3.4定位误差的计算方法,.,4.1夹紧装置的组成4.2夹紧装置的基本要求4.3夹紧力确定的基本原则4.4减小夹紧变形的方法4.5基本夹紧机构,第四部分工件的夹紧,.,4.1夹紧装置的组成,1、动力装置,根据夹紧装置的动力源大致可分为两种：手动夹紧机构、气（液、电、磁）动夹紧机构。,.,手动夹紧机构,4.1夹紧装置的组成,.,气动夹紧机构,4.1夹紧装置的组成,.,电磁夹紧机构,4.1夹紧装置的组成,.,2、夹紧部分,接受和传递原始作用力使之变为夹紧力并执行夹紧任务的部分，一般由下列机构组成：（1）接受原始作用力的机构。（2）中间传力机构。（3）夹紧元件。,4.1夹紧装置的组成,.,夹紧装置的组成,4.1夹紧装置的组成,.,4.2夹紧装置的基本要求,1、使用过程中不能破坏工件定位时获得的正确位置；2、紧力的大小适当。3、使用性好（动作迅速、操作方便、省力安全）。4、工艺性好（结构简单、易于制造）。,.,4.3确定夹紧力的基本原则,（1）夹紧力的方向应有助于定位稳定，且主夹紧力应朝向主要定位基面。,1、夹紧力的方向,.,夹紧力应指向主要定位基面a)工序简图；b)、c)错误；d)正确,4.3确定夹紧力的基本原则,.,（2）夹紧力的方向应有利于减小夹紧力。,夹紧力方向与夹紧力大小的关系,4.3确定夹紧力的基本原则,.,4.3确定夹紧力的基本原则,.,（3）夹紧力的方向应是工件刚度较高的方向（使工件的变形尽可能小）。,4.3确定夹紧力的基本原则,.,2、夹紧力的作用点,（1）夹紧力的作用点应靠近定位元件的几何中心或落在定位元件的支承范围内。,4.3确定夹紧力的基本原则,.,（2）夹紧力的作用点应选在工件刚度较高的部位。,4.3确定夹紧力的基本原则,.,（3）夹紧力的作用点应尽量靠近加工表面。,4.3确定夹紧力的基本原则,.,4.3确定夹紧力的基本原则,.,3、夹紧力的大小,理论上，夹紧力的大小应与作用在工件上的其它力（力矩）相平衡；而实际上，夹紧力的大小还与工艺系统的刚度、夹紧机构的传递效率等因素有关，计算是很复杂的。因此，实际设计中常采用估算法、类比法和试验法确定所需的夹紧力。,4.3确定夹紧力的基本原则,.,估算法将夹具和工件看成一个刚体，根据工件受力情况，按静力平衡原理计算出理论夹紧力，最后再乘以安全系数作为实际所需夹紧力。,4.3确定夹紧力的基本原则,.,4.4减小夹紧变形的方法,.,1、合理确定夹紧力的方向、作用点和大小。,4.4减小夹紧变形的方法,.,2、在可能条件下采用机动夹紧，并使各接触面上所受的单位压力相等。,4.4减小夹紧变形的方法,.,3、提高工件和夹具元件的装夹刚度。,（1）对于刚度差的工件，采用浮动夹具装置或增设辅助支承。,4.4减小夹紧变形的方法,.,（2）注意减小或防止夹具元件变形对加工精度的影响。,4.4减小夹紧变形的方法,.,4.5基本夹紧机构,（一）斜楔夹紧机构采用斜楔作为传力元件或夹紧元件的夹紧机构称为斜楔夹紧机构。,.,1、夹紧力计算2、增力比计算3、行程比4、自锁条件5、升角的选择6、结构特点7、适用范围,斜楔夹紧机构,4.5基本夹进机构（一）斜楔夹紧机构,.,1、夹紧力计算,4.5基本夹进机构（一）斜楔夹紧机构,.,2、增力比计算,斜楔的夹紧力与原始作用力之比称为增力比，即：,在不考虑摩擦影响时，理想增力比为：,4.5基本夹进机构（一）斜楔夹紧机构,.,3、行程比,工件所要求的夹紧行程h与斜楔相应移动的距离s之比称为行程比is。,4.5基本夹进机构（一）斜楔夹紧机构,.,4、自锁条件,4.5基本夹进机构（一）斜楔夹紧机构,.,5、升角的选择,根据自锁条件和对增力比与夹紧行程的综合考虑。手动夹紧时：一般取68；自锁的机动夹紧：取12，不需要自锁的机动夹紧（用气压或液压装置驱动的斜楔），取1535。,4.5基本夹进机构（一）斜楔夹紧机构,.,双斜面斜楔夹紧机构,4.5基本夹进机构（一）斜楔夹紧机构,.,6、结构特点,（1）斜楔具有自锁性；（2）斜楔能改变夹紧作用力的方向；（3）斜楔具有扩力作用；（4）斜楔的夹紧行程很小；（5）斜楔夹紧效率低。,7、适用范围,（1）毛坯质量较高；（2）机动夹紧装置。,4.5基本夹进机构（一）斜楔夹紧机构,.,（二）螺旋夹紧机构,2、典型结构形式（1）简单螺旋夹紧机构；（2）螺旋压板夹紧机构。,1、定义采用螺杆作中间传力元件的夹紧机构统称为螺旋夹紧机构。螺旋夹紧机构中所用的螺旋，实际上相当于把斜楔绕在圆柱体上，因此它的夹紧作用原理与斜楔是一样的。,.,（1）简单螺旋夹紧机构,4.5基本夹进机构（二）螺旋夹紧机构,.,摆动压块,4.5基本夹进机构（二）螺旋夹紧机构,.,（2）螺旋压板夹紧机构,4.5基本夹进机构（二）螺旋夹紧机构,.,压紧件,压紧件主要用于将工件压紧在夹具体上，以保证工件定位后的正确位置，并使工件在切削力的作用下位置保持不变。压紧件的类型较多，用途广泛，适当使用可以改善夹具的压紧结构，提高效率。,4.5基本夹进机构（二）螺旋夹紧机构,.,紧固件,紧固件在夹具系统中所占的比例较大，数量约占一半以上，主要用于连接夹具系统中的各类元件及紧固被加工工件。,4.5基本夹进机构（二）螺旋夹紧机构,.,工件的夹紧,4.5基本夹进机构（二）螺旋夹紧机构,.,3、结构特点,（1）结构简单；（2）扩力比大；（3）自锁性能好；（4）行程不受限制；（5）夹紧动作慢。,4、适用范围,手动夹具上用得最多的一种夹紧机构。,4.5基本夹进机构（二）螺旋夹紧机构,.,5、快速装卸机构,4.5基本夹进机构（二）螺旋夹紧机构,.,（三）偏心夹紧机构,2、偏心件形式（1）圆偏心；（2）曲线偏心。,1、定义用偏心件直接或间接夹紧工件的机构为偏心夹紧机构。,.,圆偏心夹紧机构,4.5基本夹进机构（三）偏心夹紧机构,.,3、圆偏心轮的工作特性,4.5基本夹进机构（三）偏心夹紧机构,.,（1）圆偏心轮的升角,式中，e偏心距；偏心轮回转角度（）；D偏心轮直径，,4.5基本夹进机构（三）偏心夹紧机构,.,（2）圆偏心轮的工作段,圆偏心轮工作时，主要要考虑有效夹紧力的变化值大小、有效夹紧行程大小和可靠自锁几个基本条件，而自锁是由偏心轮的结构条件来决定。所以，在有限的夹紧转角范围内要得到尽可能大的夹紧行程，往往成为圆偏心轮工作曲线段选择的主要原则。,4.5基本夹进机构（三）偏心夹紧机构,.,4.5基本夹进机构（三）偏心夹紧机构,.,（3）圆偏心轮的自锁条件,4.5基本夹进机构（三）偏心夹紧机构,.,（四）定心夹紧机构,当工件被加工面以中心要素（轴线、中心平面等）为工序基准时，为使基准重合以减少定位误差，需采用定心夹紧机构。定心夹紧机构具有定心和夹紧两种功能，如卧式车床的三爪自定心卡盘即为最常用的典型实例。,.,定心夹紧机构按其定心作用原理有两种类型：一种是依靠传动机构使定心夹紧元件等速移动，从而实现定心夹紧，如螺旋式、杠杆式、楔式机构等；另一种是利用薄壁弹性元件受力后产生均匀的弹性变形（收缩或扩张），来实现定心夹紧，如弹簧筒夹、膜片卡盘、波纹套、液性塑料等。,4.5基本夹进机构（四）定心夹紧机构,.,1、螺旋式定心夹紧机构,图10.29螺旋式定心夹紧机构,4.5基本夹进机构（四）定心夹紧机构,.,2、杠杆式定心夹紧机构,4.5基本夹进机构（四）定心夹紧机构,.,3、楔式定心夹紧机构,4.5基本夹进机构（四）定心夹紧机构,.,4、弹簧筒夹式定心夹紧机构,4.5基本夹进机构（四）定心夹紧机构,.,5.1专用夹具的基本要求和设计步骤5.2夹具体的设计5.3夹具的精度和总图设计,第一部分专用夹具的设计方法,.,5.1专用夹具的基本要求和设计步骤,1、专用夹具的基本要求,（1）能够保证工件的加工精度要求。（2）能够提高机械加工的生产效率。（3）能够降低工件的生产成本。（4）夹具的操作要方便、安全。（5）尽可能提高夹具元件的通用化和标准化程度。（6）具有良好的结构工艺性，以便于夹具的制造、使用和维修。,.,2、夹具设计的步骤,（3）分析计算；,（1）设计的准备；,（2）方案设计；,（4）审核；,（5）总体设计；,（6）零件设计。,5.1专用夹具的基本要求和设计步骤,.,（1）设计的准备,（1）分析研究被加工零件的零件图、工序图、工艺规程等文件，了解零件的作用、形状、结构特点、材料和本工序的加工要求、切削用量和所使用的工艺基准及所使用的工艺装备，对设计任务书所提出的要求进行可行性研究，以便发现问题，及时与工艺人员进行磋商。,（2）收集有关资料，包括所使用机床的技术参数，所使用刀具、量具的规格，夹具零部件的国家标准、行业标准和企业标准，夹具设计资料（图册和设计手册），工厂的生产组织、制造工艺及制造水平等。,5.1专用夹具的基本要求和设计步骤,.,（2）方案设计,（1）确定夹具的类型。（2）定位设计。（3）确定工件的夹紧方式，选择合适的夹紧装置。（4）确定刀具的对刀导向方案。（5）确定夹具与机床的连接方式。（6）确定其它元件和装置的结构形式，如定位键、分度装置和靠模装置等。（7）确定夹具总体布局和夹具体的结构形式。（8）绘制夹紧方案设计图。,5.1专用夹具的基本要求和设计步骤,.,（3）分析计算,（1）定位误差、加工精度分析；（2）对动力夹紧装置进行夹紧力验算；（3）当夹具有多个方案时可进行经济分析，取效益高的方案。,5.1专用夹具的基本要求和设计步骤,.,（4）审核,（1）夹具的标志是否完整、夹具的搬运是否方便。（3）夹具与机床的连接是否牢固和正确。（4）定位元件是否可靠和精确。（5）夹紧装置是否安全和可靠。（6）工件的装卸是否方便。（7）夹具与有关刀具、辅具等之间的协调关系是否良好。（8）加工过程中切屑的排除是否良好。（9）操作的安全性是否可靠。（10）加工精度能否符合工件图样所规定的要求。（11）生产率能否达到工艺要求。（12）夹具是否具有良好的结构工艺性扣经济性。（13）夹具的标准化审核。,5.1专用夹具的基本要求和设计步骤,.,（5）夹具总装配图的设计,（1）尽量选用1：1的比例。（2）尽可能选择面对操作者的方向作为主视图。（3）总图应把夹具的工作原理、结构和各种元件间的装配关系表达清楚。（4）用双点划线绘制工件外形轮廓、定位基准面、夹紧表面和加工表面。待加工表面的加工余量可用网格线或粗实线表示。在总图中，工件可看作透明体，不遮挡后面的线条。（5）合理标注尺寸、公差和技术要求（附表11）。（6）合理选择材料,5.1专用夹具的基本要求和设计步骤,.,绘图的步骤,（1）用双点划线绘出工件轮廓线；（2）绘制定位元件的详细结构；（3）绘制对刀导向元件；（4）绘制夹紧装置；（5）绘制其它元件或装置；（6）绘制夹具体。（7）标注视图符号、尺寸、技术要求，编制明细表。,5.1专用夹具的基本要求和设计步骤,.,1、五类尺寸（1）夹具外形轮廓尺寸；（2）工件与定位元件间的联系尺寸；（3）夹具与刀具的联系尺寸；（4）夹具与机床联系部分的联系尺寸；（5）夹具内部的配合尺寸。,五类尺寸和四类技术要求,5.1专用夹具的基本要求和设计步骤,.,2、四类技术要求（1）定位元件之间的定位要求；（2）定位元件与连接元件和（或）夹具体底面的相互位置要求；（3）导引元件和和（或）夹具体底面的相互位置要求；（4）导引元件与定位元件间的相互位置要求。,5.1专用夹具的基本要求和设计步骤,.,常用夹具元件的材料及热处理,5.1专用夹具的基本要求和设计步骤,.,常用夹具元件的公差配合,5.1专用夹具的基本要求和设计步骤,.,5.2夹具体的设计,1、夹具体的作用及其基本要求,（1）夹具体的作用夹具体是夹具的基础元件，在加工过程中，夹具体要承受工件重力、夹紧力、切削力、惯性力和振动力的作用。,.,1）夹具体的结构形式应根据机床的有关参数和加工方式来定。2）有一定的精度和良好的结构工艺性。3）足够的强度和刚度。4）在机床工作台上安装的夹具，其重心尽量低、高度尺寸要小。5）夹具体的结构应简单、紧凑，尺寸要稳定，残余应力要小。6）要有适当的容屑空间和良好的排屑性能。7）要有较好的外观。8）在夹具体适当部位用钢印打出夹具编号，以便于工装的管理。,5.2夹具体的设计,（2）夹具体设计应满足的基本要求,.,夹具体结构比较,5.2夹具体的设计,.,容屑空间,5.2夹具体的设计,.,各种排屑方法,5.2夹具体的设计,.,2、夹具体的结构设计,（1）铸造结构（2）锻造结构（3）焊接结构（4）装配结构,5.2夹具体的设计,.,（1）铸造结构的夹具体,5.2夹具体的设计,.,钻模夹具体示意图,5.2夹具体的设计,.,车床夹具体示意图,5.2夹具体的设计,.,（2）锻造结构的夹具体,对于尺寸较大且形状简单的夹具体，可采用锻造结构，以使其有较高的强度和刚度。这类夹具体常用优质碳素结构钢40钢，合金结构钢40Cr、38CrMoAlA等经锻造后酌情采用调质、正火或回火制成。,5.2夹具体的设计,.,（3）焊接结构的夹具体,焊接结构是国际上一些工业国家常用的方法。这类结构易于制造，制造周期短，成本低，使用也较灵活。当发现夹具体刚度不足时，可补焊肋和隔板。焊接件材料的可焊性要好，适用材料有碳素结构钢Q195、Q215、Q235，优质碳素结构钢20钢、15Mn等。焊接后需经退火处理，局部热处理的部位则需在热处理后进行低温回火。,5.2夹具体的设计,.,焊接结构和装配结构,5.2夹具体的设计,.,标准化的夹具体,5.2夹具体的设计,.,5.3夹具的精度和总图设计,1、夹具的精度分析,.,2、应标注的尺寸和公差配合,（1）夹具外形的最大轮廓尺寸；（2）工件与定位元件之间的联系尺寸；（3）对刀或导向元件与定位元件之间的联系尺寸；（4）与夹具位置有关的尺寸；（5）其它装配尺寸。,5.3夹具的精度和总图设计,.,3、应标注的位置公差,（1）定位元件之间的位置公差；（2）连接元件（含夹具体基面）与定位元件之间的位置公差；（3）对刀或导向元件的位置公差。,5.3夹具的精度和总图设计,.,几种常见元件定位对夹具体基面的技术要求,5.3夹具的精度和总图设计,.,几种常见元件定位对夹具体基面的技术要求,5.3夹具的精度和总图设计,.,4、公差数值的确定,（1）夹具上的尺寸公差和角度公差取（1/21/5）k。（2）夹具上的位置公差取（1/21/3）k。（3）当加工工件尺寸为末注公差时，夹具取0.1mm。（4）工件为未注形位公差的加工面时，按GB1184中7、8级精度的规定选取。,5.3夹具的精度和总图设计,.,常见夹具元件的公差配合,5.3夹具的精度和总图设计,.,5、夹具总图上应标注的其它技术要求,夹具总图上无法用符号标注而又必须说明的问题，如夹具的平衡和密封、装配性能和要求、有关机构的调整参数、主要元件的磨损范围和极限、打印标记和编号以及使用中应注意的事项等，要用文字标注在夹具的总图上。,5.3夹具的精度和总图设计,.,6.1钻床夹具6.2镗床夹具6.3铣床夹具6.4车床夹具6.5齿轮加工机床夹具,第六部分典型机床夹具,.,6.1钻床夹具,1、主要类型,（1）固定式钻模（2）回转式钻模（3）翻转式钻模（4）盖板式钻模（5）滑柱式钻模,.,（1）固定式钻模,1夹具体；2支承板；3削边销；4圆柱销；5快夹螺母；6快换钻套,.,.,（2）回转式钻模,.,课程设计题目一,如图1所示，设计加工链子板上2-22mm孔的钻床夹具。图中其他各表面均已加工完毕。,.,课程设计题目二,图2所示为盖扳简图，在钻床上钻9-5mm孔，盖板的厚度为20mm。,.,课程设计题目三,如图3所示，设计加工端盖上66mm小孔的钻孔夹具。图中其他各表面均已加工完毕。,.,课程设计题目四,如图4所示，设计加工挡环上10H7小孔的钻孔夹具。图中其他各表面均已加工完毕。,.,（3）翻转式钻模,.,（4）盖板式钻模,.,（5）滑柱式钻模,.,2、钻模的设计要点,1）孔径大于10mm或加工精度较高时，宜采用固定式钻模。2）翻转式钻模适用于加工中、小型工件。3）加工分布不在同心圆周上的平行孔系，宜采用固定钻模。4）孔的垂直度和孔距要求不高时，宜优先采用滑柱钻模。5）焊接式钻模，一般用于工件孔距公差要求不高的场合。,（1）钻模类型的选择,.,（2）钻套的选择和设计,A.固定钻套；B.可换钻套；C.快换钻套；D.特殊钻套。,1）钻套类型,.,标准钻套,(a)、(b)固定钻套(c)可换钻套(d)快速钻套,.,特殊钻套,.,2）钻套的尺寸、公差及材料,A、钻套导向孔的基本尺寸一般取刀具的最大极限尺寸，采用基轴制间隙配合。B、钻套的导向高度H12.5d（其中，d为钻套孔径）。加工精度高或被加工孔径小时取较大值，反之取较小值。C、排屑空间h越大，排屑越方便，但刀具的刚度和孔的加工精度都会降低，一般根据工件的材料和精度来确定。D、钻套材料必须有很高的耐磨性。当钻套孔径d26mm时，用T10A钢制造；当d26mm时，用20钢制造。,.,钻套的尺寸,.,（3）钻模板设计,A.固定式钻模板B.铰链式钻模板C.可卸式钻模扳D.悬挂式钻模扳,.,各类钻模板,.,悬挂式钻模扳,.,设计钻模板时应注意以下几点：,1）钻模板上安装钻套的孔之间及孔与定位元件的位置应有足够的精度。2）钻模板应具有足够的刚度。3）为保证加工的稳定性，悬挂式钻模板导杆上的弹簧力必须足够，以使钻模板在夹具上维持足够的定位压力。,.,（4）支脚设计,1）支脚必须有四个。2）矩形支脚的宽度或圆柱支脚的直径必须大于机床工作台T形槽的宽度。3）夹具的重心、钻削压力必须落在四个支脚所形成的支承面内。4）钻套轴线应与支脚所形成的支承面垂直或平行。,.,钻床夹具的支脚,.,6.2镗床夹具,1、镗床夹具的特点和组成2、镗模导向装置的布置方式和特点3、镗套的选择和设计4、镗杆与浮动接头,.,1、镗床夹具的特点和组成,镗床夹具又称为镗模，主要用于加工箱体或支座类零件上的孔和孔系。（1）镗床夹具的特点A、设有镗套，以引导镗杆进行镗孔。B、可以加工出有较高精度要求的孔或孔系。C、可广泛用于镗床和组合机床上，也可通过使用镗床夹具来扩大车床、摇臂钻床的加工范围。,.,（2）镗模的组成A、定位元件；B、夹紧装置；C、导向装置（镗套和镗模支架等）；D、镗模底座。,.,.,2、镗模导向装置的布置方式和特点,（2）双支承引导,A、双支承前后引导B、双支承后引导,.,（1）单支承引导,在镗模中只布置一个位于刀具前方或后方的导向装置引导镗杆。镗杆与机床主轴刚性连接，镗杆的一端直接插入机床主轴的莫氏锥孔中，并通过调整使镗套轴线与主轴轴线重合。这种方式的调整工作比较费时，且机床的精度影响镗孔精度，一般适于小孔和短孔的加工。,.,图6-19单支承前引导,.,图6-20单支承后引导,.,（2）双支承引导,在镗模中布置两个导向装置引导镗杆，镗杆和机床主轴采用浮动联接，镗孔的位置精度主要取决于镗模支架上镗套位置的精度，而不受机床精度的影响。,.,图6-21双支承前引导,.,图6-22双支承前后引导,.,3、镗套的选择和设计,（2）镗套的材料及主要技术要求,.,1）固定式镗套外形尺寸小，结构简单，导向精度高，但镗杆在镗套内一边回转，一边作轴向移动，镗套易磨损，故只适用于低速镗孔。,.,固定式镗套,.,2）回转式镗套镗套随镗杆一起转动，与镗杆之间只有相对移动而无相对转动。这种镗套大大减少了磨损，也不会因摩擦发热而“卡死”。因此，它适合于高速镗孔。,.,回转式镗套,.,回转式镗套（内滚式）,.,图6-24回转式镗套的引刀槽及刀尖健,.,（2）镗套的材料及主要技术要求,镗套的材料：常用20钢或20Cr钢渗碳，一般情况下，镗套的硬度应低于镗杆的硬度。,镗套的主要技术要求：1）镗套内径公差带、内孔与外圆的同轴度；2）镗套内、外表面粗糙度值；3）镗套用衬套的内、外径公差带；4）衬套内孔与外圆的同轴度等,.,4、镗杆与浮动接头,（1）镗杆导引部分：整体式和镶条式。（2）镗杆直径和轴向尺寸（3）镗杆的材料及主要技术要求,.,图6-25镗杆导引结构,.,（2）镗杆直径和轴向尺寸,镗杆直径d及长度L主要是根据所镗孔的直径D及刀具截面尺寸BB来确定。镗杆直径d应尽可能大，其双导引部分的L/d10为宜；而悬伸部分的L/d45，以使其有足够的刚度来保证加工精度。,.,（3）镗杆的材料及主要技术要求,镗杆的材料：常用20钢或20Cr钢渗碳，大直径的镗杆，还可采用45钢、40Cr钢或65Mn钢。,镗杆的主要技术要求：1）镗杆导向部分的直径公差，表面粗糙度；2）镗杆导向部分直径的圆度与锥度公差；3）镗杆的直线度公差；4）装刀的刀孔对镗杆中心的对称度、垂直度公差以及刀孔表面粗糙度。,.,浮动接头,.,镗杆示例图,.,作业：P196第6题。,.,6.3铣床夹具,铣床夹具主要用于加工零件上的平面、凹槽、键槽、花键、缺口及各种成形面。铣削加工时，夹具通常随工作台一起作进给运动。,.,卧式铣床,.,立式铣床,.,龙门铣床,.,.,（1）直线进给式铣床夹具,这类夹具安装在铣床工作台上，加工中随工作台一起作直线进给运动。按照在夹具上装夹工件的数目，它可分为单件夹具和多件夹具。多件夹具广泛用于成批生产或大量生产的中、小零件加工。它可按先后加工，平行加工，或平行先后加工等方式设计铣床夹具，以节省切削的基本时间或使切削的基本时间重合。,.,直线进给式铣床夹具,.,（2）圆周进给式铣床夹具,圆周进给式铣床夹具一般在有回转工作台的专用铣床上使用。在通用铣床上使用时，应进行改装，增加一个回转工作台。这种夹具结构紧凑，操作方便，在不停车的情况下装卸工件，机动时间与辅助时间重叠，是高效铣床夹具，使用于大批量生产。,.,图6-30圆周进给式铣床夹具,.,（3）靠模铣床夹具,带有靠模装置的铣床夹具，用于专用或通用铣床上加工各种成形面。靠模夹具的作用是使主进给运动和由靠模获得的辅助运动合成加工所得需的仿形运动。按照主进给运动的运动方式，靠模铣床夹具可分为直线进给和圆周进给两种。,.,靠模铣床夹具,（a）直线进给（b）圆周进给,.,靠模板轮廓曲线的绘制过程,（1）圆出工件成形面的准确外形。,（2）从工件的加工轮廓面或回转中心作均分的平行线或辐射线。,（3）在平行线或辐射线上以铣刀半