机床夹具设计ppt课件

.,普通高等教育“九五”国家级重点教材,机械制造技术夹具,授课：张武刚,.,夹具,机床夹具概述定位基准工件在夹具中的定位定位原理,.,机床夹具,【本章目的】（）理解机床夹具基本知识（2）掌握工件在夹具中的定位（3）掌握工件定位的基本原理【本章要目】（）机床夹具的组成（）机床夹具的分类（）机床夹具的功用（4）工件的定位（5）工件定位的基本原理,.,5.1.1.1机床夹具的概念,为了加工出符合规定技术要求的表面，必须在加工前将工件装夹在机床上或夹具中。工件的装夹包括定位和夹紧两个过程。机床夹具：机床上用以装夹工件（和引导刀具）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和刀具的正确位置，并把工件可靠地夹紧。,.,.,.,机床夹具的组成,定位元件,5.1.1.2机床夹具的组成,.,机床夹具的组成,(1)定位元件:定位装置的作用是使工件在夹具中占据正确的位置。(2)夹紧装置:夹紧装置的作用是将工件压紧夹牢，保证工件在加工过程中受到外力作用时不离开已经占据的正确位置。(3)夹具体:夹具上的所有组成部分，需要通过一个基础件使其联接成为一个整体，这个基础件称为夹具体。,.,(4)对刀、引导元件为了调整刀具的位置，在夹具上设有确定刀具（如铣刀等）位置或引导刀具（孔加工用刀具）方向的元件。(5)连接元件(6)其它元件及装置如分度装置等。,.,机床夹具的分类1,根据所使用的机床可将夹具分为：车床夹具铣床夹具钻床夹具（钻模）镗床夹具（镗模）磨床夹具齿轮机床夹具等，,.,机床夹具的分类2,根据产生夹紧力的动力源可将夹具分为：手动夹具气动夹具液压夹具电动夹具电磁夹具真空夹具等。,.,5.1.2机床夹具的分类3,机床夹具可根据其使用范围分为:通用夹具专用夹具成组夹具组合夹具随行夹具等类型。,.,通用夹具,能够较好地适应加工工序和加工对象变换的夹具。标准化结构三爪卡盘、四爪卡盘、平口钳、万能分度头适用范围：单件小批生产,.,专用夹具,为某一工件的某一道工序专门设计和制造的夹具。适用范围：使用范围窄，大批生产,.,尾座套筒铣键槽夹具1V形块；2压板；3拉杆；4限位螺钉；6手柄；7轴；8杠杆；9偏心轮；10定向键；11夹具体,.,车床专用夹具,.,组合夹具,组合夹具是由一套预先制造好的标准元件和合件组装而成的专用夹具。适用范围：新产品试制，特殊零件的单件小批生产,.,.,随行夹具,随行夹具是大批量生产中在自动线上使用的一种移动式夹具。,.,.,5.1.3机床夹具的功用,夹具的基本作用：定位和夹紧1保证加工质量2提高劳动生产率，降低成本3扩大机床工艺范围4改善工人劳动条件，保障生产安全,.,工件在夹具中的定位,工件的安装方式（装夹）在机械加工时，工件在机床上或者夹具中需装夹好以后才能进行加工。装夹应实现两个方面：定位与夹紧。尺寸精度的获得,.,实现工件的定位与夹紧,5.2.1.1工件的装夹,定位：使工件在机床或夹具中占有正确位置的过程。,夹紧：工件定位后将其固定，使其在加工过程中保持定位位置不变的操作。,.,工件在机床上的装夹方式，取决于生产批量、工件大小及复杂程度、加工精度要求及定位的特点等。主要装夹形式有三种：直接找正装夹、划线找正装夹和夹具装夹。1）直接找正装夹将工件装在机床上，然后按工件的某个（或某些）表面，用划针或用百分表等量具进行找正，以获得工件在机床上的正确位置。,装夹方式,.,效率低，找正精度较高；适用单件小批量中形状简单的工件或定位精度要求特别高的场合。,装夹的方法(位置精度),.,划线找正,2）划线找正装夹这种装夹方法是按图纸要求在工件表面上事先划出位置线、加工线和找正线，装夹工件时，先按找正线找正工件的位置，然后夹紧工件。划线找正装夹不需要专用设备，通用性好，但效率低，精度也不高，通常划线找正精度只能达到0.10.5mm。此方法多用于单件小批生产中铸件的粗加工工序。,.,通用性好，但效率低，精度不高；适用于单件小批量中形状复杂的铸件。,.,夹具装夹,3）使用夹具装夹使用夹具装夹，工件在夹具中可迅速而正确的定位和夹紧。这种装夹方式效率高、定位精度好而可靠，还可以减轻工人的劳动强度和降低对工人技术水平的要求，因而广泛应用于各种生产类型。,.,操作简单，效率高，容易保证加工精度，适用于各种生产类型。,.,.,5.2.1.2获得尺寸精度的方法,试切法定尺寸刀具法调整法自动获得尺寸法,.,5.2.2工件定位的基本原理,六点定位原理支承点与定位元件完全定位与不完全定位欠定位与过定位,.,定位基准,基准：是用以确定生产对象上几何要素间的几何关系所依据的点，线，面。定位基准：在加工中用以定位的基准。基准存在：设计、加工、检验、装配。,.,二、基准及其分类,基准,用于确定零件上其它点、线、面位置所依据的那些点、线、面。,设计图样上所采用的基准就是设计基准。,在加工时用于工件定位的基准，称为定位基准。,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。,.,工艺基准,工艺基准是指在工艺过程中所采用的基准。又可分为：工序基准、定位基准、测量基准与装配基准。1）工序基准工序基准是在工序图上用来确定本道工序所加工的表面加工后位置尺寸和位置关系的基准。工序基准的选择应主要考虑如下两个方面的问题：尽可能用设计基准作工序基准。当采用设计基准为工序基准有困难时，可另选工序基准，但必须可靠地保证零件的设计尺寸和技术要求。所选工序基准应尽可能用于工件的定位和工序尺寸的检查。,.,工艺基准,2）定位基准定位基准是加工中用作定位的基准。定位基准可进一步分为粗基准、精基准和附加基准。粗基准使用未经机械加工的表面作定位基准，称为粗基准。精基准使用已经机械加工的表面作定位基准，称为精基准。附加基准仅仅是为了机械加工工艺需要设计的定位基准，称为附加基准。例如，轴类零件常用的顶尖孔，某些箱体零件加工所用的工艺孔，支架类零件用到的工艺凸台（下图）等都属于附加基准。,.,.,工艺基准,3）测量基准零件测量时所采用的基准，称为测量基准。4）装配基准装配时用来确定零件或部件在机器中的相对位置所采用的基准，称为装配基准。装配基准一般与零件的主要设计基准相一致。,.,钻套的设计基准,.,设计基准,.,箱体零件（1）顶面B的设计基准为底面A（尺寸H）；（2）孔I的设计基准为底面A与角尺面C（尺寸X1、Y1）；（3）孔的设计基准为底面A孔I的中心（尺寸Y2、R1）；（4）孔的设计基准为孔I与孔的中心（尺寸R2、R3）。设计人员是从零件的工作性能要求出发而确定设计基准的。图中孔I与孔、孔之间，孔与孔之间均有齿轮啮合传动关系。为保证齿侧啮合间隙量，孔采用了孔I中心作设计基准，孔采用了孔I与孔的中心作为的设计基准。,设计基准分析,.,设计基准,思考题试指出图中零件的设计基准。,外圆表面和的设计基准为中心线，平面的设计基准为母线C。,答案,.,设计基准,（1）端面和的设计基准为端面（2）外圆表面D2的设计基准是内孔D1。,思考题试指出图中零件的设计基准。,答案,.,.,.,齿轮的装配基准,.,六点定位原理,任何一个自由刚体，在空间均有六个自由度，即沿空间坐标轴X、Y、Z三个方向的移动和绕此三坐标轴的转动。工件定位的实质就是限制工件的自由度。工件安装时主要紧靠机床工作台或夹具上的这六个支承点，它的六个自由度即全部被限制，工件便获得一个完全确定的位置。工件定位时，用合理分布的六个支承点与工件的定位基准相接触来限制工件的六个自由度，使工件的位置完全确定，称为“六点定位”。,.,刚体自由度数目,.,.,工件的底面在xOy坐标平面内，三个支承点限制三个自由度此面称主定位面。工件的左侧面处在yoz坐标平面内，二个支承点起限制二个自由度，此面称为导向面。工件的后面处在xOz坐标平面内，二个支承点限制一个自由度，此面称为止推面从上述分析可知：要使工件在夹具中完全定位，可用合理分布的六个支承点限制工件的六个自由度，使工件在夹具中占有惟一正确的位置。,.,六点定位是工件定位的基本法则，用于实际生产时，起支承作用的是一定形状的几何体，这些用来限制工件自由度的几何体就是定位元件。任何未定位的工件在空间直角坐标系中都具有六个自由度。工件定位的任务就是根据加工要求限制工件的全部或部分自由度。工件的六点定位原理是指用六个支撑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。,.,图2107完全定位与不完全定位,.,.,定位分析,图a所示为铣削长方体工件上平面工序，要求保证Z方向上的高度尺寸及上平面与底面的平行度，只需限制3个自由度即可。图b所示为铣削一个通槽，需限制5个自由度。图c所示在同样的长方体工件上铣削一个键槽，在三个坐标轴的移动和转动方向上均有尺寸及相互位置的要求，因此，这种情况必须限制全部的6个自由度，即完全定位。图d所示过球体中心打一通孔，定位基面为球面，则对三个坐标轴的转动自由度均无必要限制，所以限制2个移动就够了。图e只能采用外圆柱面作为定位基面。限制4个自由度就可以了。图f是在圆柱体工件上铣通槽，但图f的加工要求增加了一条，被铣通槽与下端槽需对中，需限制5个自由度才正确。,.,完全定位,工件的六个自由度完全被限制的定位称为完全定位。,.,不完全定位,按加工要求，允许有一个或几个自由度不被限制的定位称为不完全定位。,.,欠定位与过定位,按工序的加工要求，工件应该限制的自由度而未予限制的定位，称为欠定位。在确定工件定位方案时，欠定位时绝对不允许的。工件的同一自由度被二个或二个以上的支撑点重复限制的定位，称为过定位。在通常情况下，应尽量避免出现过定位。,.,过定位,.,消除过定位的途径,消除过定位及其干涉一般有两个途径：其一是改变定位元件的结构，以消除被重复限制的自由度；其二是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，以减少或消除过定位引起的干涉。,.,图2108常见的几种过定位实例,.,图改善过定位的措施,.,图2104工件钻孔工序简图,.,普通高等教育“九五”国家级重点教材,机械制造技术夹具,授课：张武刚,.,定位误差,【本章目的】（）定位误差；（）平面定位；（）外圆柱面定位（4）圆孔定位【本章要目】（）定位误差概念（）定位误差计算,.,定位误差,一批工件逐个在夹具上定位时，各个工件在夹具上所占据的位置不可能完全一致，以致使加工后各工件的加工尺寸存在误差，这种因工件定位而产生的工序基准在工序尺寸上的最大变动量，称为定位误差，用D表示。,.,定位误差的组成,1基准不重合误差B2.基准移位误差Y,.,基准不重合误差,当定位基准与设计基准不重合时便产生基准不重合误差。因此选择定位基准时应尽量与设计基准相重合。当被加工工件的工艺过程确定以后，各工序的工序尺寸也就随之而定，此时在工艺文件上，设计基准便转化为工序基准。设计夹具时，应当使定位基准与工序基准重合。当定位基准与工序基准不重合时,工件的工序基准相对于定位基准在工序尺寸方向的最大变动量，就产生基准不重合误差，其大小等于定位基准与工序基准之间尺寸的公差，用B表示。,.,.,基准移位误差,工件在夹具中定位时，由于工件定位基面与夹具上定位元件限位基面的制造公差和最小配合间隙的影响，从而使各个工件的位置不一致，给加工尺寸造成误差，这个误差称为基准移位误差，用Y表示。(定位副制造误差引起的)基准位移误差的大小对应于因工件内孔轴线与心轴轴线不重合所造成的工序尺寸方向最大变动量。,.,.,定位误差的计算方法,定位误差由基准不重合误差与基准移位误差两项组合而成。计算时，先分别算出B和Y，然后将两者组合而成D。组合方法为：D=YB,.,.,5.3.2常用定位方式与定位误差5.3.2.1工件以平面定位,（1）定位元件固定支承_支承钉固定支承_支承板可调支承自位支承(浮动支承)辅助支承,.,.,固定支承,固定支承有支承钉和支承板两种型式。在使用过程中，它们都是固定不动的。在定位过程中，支承钉一般只限制工件的一个自由度，而支承板相当于两个支承钉。当工件以加工过的平面定位时，可采用平头支承钉或支承板。当工件以粗糙不平的毛坯面定位时，采用球头支承钉。齿纹头支承钉用在工件的侧面，它能增大摩擦系数，防止工件滑动。,.,固定支承,需要经常更换的支承钉应加衬套。支承钉、支承板和衬套都已标准化，其公差配合、材料、热处理等可查阅手册。工件以平面定位时，除采用上面介绍的标准支承钉和支承板之外，还可根据工件定位平面的具体形状设计相应的支承板，工件批量不大时也可直接以夹具体作为限位平面。,.,.,支承板(精基准定位),没开,.,可调支承(粗基准定位),在工件定位过程中，支承钉的高度需要调整时，可采用可调支承结构。,.,自位支承,自位支承(浮动支承)在工件定位过程中，能自动调整位置的支承称为自位支承，或称浮动支承。,.,辅助支承,辅助支承用来提高工件的装夹刚度和稳定性，不起定位作用。工件定位时，辅助支承是浮动的（或可调的），待工件夹紧后再固定下来，以承受切削力。（1）手动式辅助支承（2）弹簧式辅助支承,.,.,工件以平面定位的定位误差,.,.,举例,.,5.3.2.2工件以外圆柱面定位,工件以外圆柱面作为定位基面时，最常用的定位元件：卡盘V形块定位套半圆套。,.,.,V型块,工件以外圆柱面在V型块上定位的突出优点是对中性好，即工件上定位用的外圆柱面轴线始终处在V型块两斜面的对称面上，且不受定位基准直径误差的影响。较短V型块的精基准定位，一般限制工件两个自由度。较长V型块的未加工过的定位基准，一般限制工件四个自由度。如果定位元件直径于长度比较大，则V型块可不用整体钢件、而采用铸铁底座镶淬火钢片。,.,V形块,V形块有固定式也有活动式。活动V形块限制工件一个转动自由度，其沿V形块对称面方向的移动可以补偿工件因毛坯尺寸变化而对定位的影响，同时兼有夹紧的作用。活动V形块的结构尺寸已标准化。工件以外圆柱面定位时，除V形块定位，还可以采用定位套的形式，此时大多与端面定位相结合。定位套的优点是简单方便，缺点是因为定位间隙的影响而使定心精度不够高。,.,.,设计基准,.,.,设计基准为中心线,.,设计基准为上母线,.,设计基准为上母线,.,设计基准为下母线,.,设计基准为下母线,.,举例,.,解,.,5.3.2.2工件以圆孔定位,工件以圆柱孔为定位基面时，常用圆柱体和圆锥体作为定位元件。圆柱心轴锥度心轴圆柱销（定位销）圆锥销,.,锥度心轴,X,.,锥度心轴,这种定位方式可限制五个自由度,定心精度较高，可达0.010.02mm，但工件的轴向位移较大，适用于工件定位孔精度不低于IT7的精车和磨削加工，但加工端面较为困难。具体结构与心轴尺寸设计可参阅相关标准手册,.,圆柱心轴,.,圆柱心轴,.,圆柱心轴,心轴可以做为一个单独的夹具，广泛应用于车、铣、磨床上加工套筒及盘类零件。心轴在定位过程中一般限制工件四个自由度。,.,心轴水平放置,.,心轴水平放置,.,心轴垂直放置,.,定位销,.,定位销,短圆柱销可限制两个自由度，而长圆柱销可限制四个自由度。从结构上看，定位销一般可分为固定式和可换式两种。固定式定位销是直接用过盈配合装在夹具体上使用的。当定位销定位部分直径Dd2联系尺寸：同轴度t定位基准：d1中心线调刀基准：d1理想圆中心线,.,例3P272EX15,在轴上铣一平面,定位方案如图.试求尺寸A的定位误差.,A,d,a,B,M,N,O,.,分析,设计基准：工件轴线O定位基准：1.侧平面M，2.母线N调刀基准：1.支承侧平面M的竖直定位工作面，2.斜角为a的斜面定位工作面由于是平面定位，没有基准移位误差J=0d和B的变化独立不相关,.,当工件外圆直径d不变时，B的变化对A的影响,当尺寸B变大时，A尺寸变小,.,当B不变时，工件外圆直径d的变化对A的影响,当d尺寸变大时，A尺寸变小,.,当工件外圆直径不变时，B的变化对A的影响为当B不变时，工件外圆直径的变化对A的影响为二者相互独立，定位误差为二者之和,解1：定义法,.,解2：斜面定位转化法,对单斜面可以理解为V块定位的基准移位误差，其他同定义法此时V块的夹角为基准移位误差为：,.,解3：极限位置求解法,.,解4：尺寸链法,.,求A的尺寸变化的增量,尺寸链不考虑夹具a角度的制造误差，对上式作全微分，负号表示d,B的变化和A方向相反考虑夹具a角度的制造误差，对上式作全微分,.,5.3.2.3工件以圆孔定位,定位元件：心轴刚性心轴锥形心轴(小锥度心轴)过盈配合心轴间隙配合心轴弹性心轴液性塑料心轴定位销圆柱销GB2203-80削边销圆锥销,属于定心夹紧机构,.,刚性心轴,.,刚性心轴定位分析,1.锥形心轴(小锥度心轴)直接限制除绕自身旋转外的5个自由度锥度小，锥面具有自动补偿孔径制造误差的作用，径向定位误差为0轴向位置变动大，轴向尺寸不易控制2.过盈配合圆柱心轴限制除绕自身旋转外的5个自由度(圆柱限制4个，轴肩限制1个)工件定位后没有间隙，定位误差为03.间隙配合心轴限制除绕自身旋转外的5个自由度(圆柱限制4个，轴肩限制1个),.,间隙配合心轴定位误差分析,心轴水平放置(单边接触)设计基准：孔中心线定位基准：孔中心线调刀基准：理论孔中心线,.,心轴竖直放置(双边接触),由于工件孔可以在任意方向转动，最大定位误差比单边接触时大2倍,.,圆柱销定位,圆柱销(GB220380)为了方便定位孔套入定位销，圆柱销头部常做成15大倒角可分为固定式和可换式两大类长定位销限制除绕自身转动和沿着轴向移动外的4个自由度短定位销(工件孔深度定位销长度)限制横截面内的2个移动自由度定位误差和间隙配合心轴的相同,.,5.3.2.4组合定位,【定义】采用两个或两个以上的表面定位的方式分2大类：1.各个定位基准相互独立：按照单一定位分析，逐一计算；2.基准是组合相关几何要素常用的组合定位1.三个平面2.一面一孔3.一面