夹具设计PPT学习教案

1、会计学1 夹具设计夹具设计 夹具是指在机床上用以装夹工件的一种装置。 (1) 保证加工质量，使工件相对于机床或刀具保持正确位置。 (2) 提高生产率，降低成本。 (3) 扩大了机床的工艺范围。 (4) 减轻了工人劳动强度，保证生产安全。 第1页/共74页 3 图2-42 铣轴端槽夹具 1 V型块 2 支撑套 3 手柄 4 定向 键 5 夹具体 6 对刀块 1 23 6 4 1 1）定位元件及装置； 6）其他元件及装置（防护、防错、分度）。 5）夹具体； 4）连接元件； 3）对刀及导向元件； 2）夹紧元件及装置； 第2页/共74页 4 三爪、四爪卡盘，平口钳等。 为某一工件特定工序专门设计的夹具

2、。 夹具的部分元件可以更换，部分装置可以调整，以适应不同零件的加工。 由一套预先制造好的标准元件组合而成。根据工件的工艺要求，组装成各种专用夹具。使用后，元件可拆开、洗净后存放，待需要时重新组装。适用于新产品试制和单件小批生产。 在自动线或柔性制造系统中使用的夹具。 按夹具使用范围划分 第3页/共74页 5 三爪卡盘四爪卡盘万向平口钳 回转工作台分度头 图2-2 通用夹具 第4页/共74页 6 图2-3 组合夹具实例 第5页/共74页 7 可分为钻床夹具、铣床夹具、车床夹具、磨床夹具等。 按使用机床划分 可分为手动夹具、气动夹具、液压夹具、真空夹具、电动夹具等。 按夹紧力源划分 气动虎钳 液压

3、夹具 图2-4 夹具 第6页/共74页 8 装夹又称安装，包括定位和夹紧两项内容。 使工件在机床或夹具上占有正确位置。 对工件施加一定的外力，使其已确定的位置在加工过程中保持不变。 第7页/共74页 9 图2-5 直接找正安装 毛坯孔 加工线 找正线 图2-6 划线找正安装 精度高，效率低，对工人技术水平高。 精度不高，效率低，多用于形状复杂的铸件。 第8页/共74页 10 图2-7 工件在夹具上装夹（滚齿夹具） 精度和效率均高，广泛采用。 第9页/共74页 11 第10页/共74页 12 图 2-8 六点定位原理 X Z Y 要确定其空间位置，就需要限制其 6 个自由度。 将 6 个支承抽象

4、为6个“点”，6个点限制了工件的6 个自由度，这就是六点定位原理。 任何一个物体在空间直角坐标系中都有 6 个自由度用 表示。 cbaZYX , Z移动，X、Y轴旋转自由度 X移动，Z轴转动自由度 Y移动自由度 第11页/共74页 13 工件的6个自由度均被限制，称为完全定位。工件6 个自由度中有1个或几个自由度未被限制，称为不完 全定位。 不完全定位主要有两种情况： 工件本身相对于某个点、线是完全对称的，则工件绕此点、线旋转的自由度不需限制。例如球体绕过球心轴线的转动，圆柱体绕自身轴线的转动等。 工件加工要求不需要限制某一个或某几个自由度。如加工平板上表面，要求保证平板厚度及与下平面的平行度

5、，则只需限制 3 个自由度就够了。 第12页/共74页 14 图2-9 工件应限制的自由度 Z Y X a） 限制3 个自由 度 Z Y X b） 限制5 个自由 度 Z Y X c） 限制6 个自由 度 Z Y X d） 限制2 个自由 度 限制5 个自由 度 e） Z Y X 限制4 个自由 度 限制2个 自由度 f） Z Y X 限制5个 自由度 第13页/共74页 15 图2-10 欠定位示例 X Z Y a ） B B 欠定位 b ） B 正确定位 第14页/共74页 16 第15页/共74页 17 （桌子与三角架） 图2-11 过定位分析 第16页/共74页 18 图2-12 过定

6、位示例 a） Z Y X Y c）非过定位 Z Y X Y b） Z Y Y X 第17页/共74页 19 图2-13 过定位示例 X Y a) 过定位 Z Y b) 合理定位 Z Y X Y 第18页/共74页 20 刀柄 主 轴 拉 杆 涨 套 过定位应用 图2-14 HSK刀柄与传统刀柄结构 HSK刀柄 传统刀柄 1:10 7:24 间隙 主轴 拉杆 刀柄 定位端面配合锥面 第19页/共74页 21 4 A 0.02 A 间隙配合刚性心轴 图2-15 过定位示例 第20页/共74页 22 图2-15a 过定位引起夹紧变形 第21页/共74页 23 图2-15b 过定位处理分析 第22页/

7、共74页 24 b） X Z Y X c） X Z Y X a） Y X Z 图2-16 过定位分析 第23页/共74页 25 a）过定位 Y X Z a2）合理定 位 Y X Z a1）合理定位 Y X Z 图2-16a 过定位示例分析 第24页/共74页 26 b）过定位 X Z Y X b1） X Z Y X X Z b2）合理定位 Y X X Z b3） Y X 图2-16b 过定位示例分析 有过定位，提高 V形块的制造与 导向精度，可解 决此问题 有过定位，提高 相关精度，可解 决此问题 第25页/共74页 27 c2） Y X X Z 图2-16c 过定位示例分析 c） X Z Y

8、 X 有过定位，提高V形块的制造与导向精度，可解决此问题 合理定位 第26页/共74页 28 图2-17 工件以平面定位 平面定位的主要形式是支承定位。常用的定位元件有支承钉、支承板、夹具支承件和夹具体的凸台及平面等。 Z X Y Z X Y Z X Y Z X Y Z X Y Z X Y 第27页/共74页 29 图2-18 支承钉与支承板 a) 支承钉 b) 支承板 第28页/共74页 30 图2-19 可调支承 第29页/共74页 31 图2-20 自位支承 第30页/共74页 32 图2-21 工件以圆孔定位 工件以圆孔定位多属于定心定位，常用的定位元件有定位销和心轴。定位销有圆柱销、

9、圆锥销、菱形销等形式；心轴有刚性心轴、弹性心轴之分。 X Y Z X Y Z X Y Z X Y Z X Y Z X Y Z 第31页/共74页 33 图2-22 常用的定位销 第32页/共74页 34 图2-23 刚性新轴 第33页/共74页 35 常用于外圆表面的定位元件有：定位套、支承板和V型块等。 图2-24 定位套 第34页/共74页 36 图2-25 V形块 第35页/共74页 37 除平面、圆孔、外圆柱面外，工件有时还可能以其它表面（如圆锥面、渐开线齿面、曲面等）定位。 图2-26 工件以锥孔定位 限制5个自由度 第36页/共74页 38 X Z Y 图2-27 工件在两顶尖上定

10、位 主要定位基准，限制X、Y、Z自由度 次基准，与主基准一起限制X、Y自由度 第37页/共74页 39 图2-28 定位误差 H O A O2 O1 DW 第38页/共74页 40 1）由于工件定位表面或夹具定位元件制作不准确引起的定位误差，称为基准位置误差。 2）由于工件的工序基准与定位基准不重合而引起的定位误差，称为基准不重合误差。 b a 图2-29 由于基准不重合引起 的定位误差 定位基准 工序基准 DW 基准不重合误差 第39页/共74页 41 工件的定位误差实质上就是工序基准在加工尺寸方向上的最大变动量。 用几何方法计算定位误差通常要画出工件的定位简图，并在图中夸张地画出工件变动的

11、极限位置；然后运用几何知识，求出工序基准在加工尺寸方向上的最大变动量，即可求出定位误差。 第40页/共74页 42 当工件孔径为最大，定位销的直径为最小时，孔处在左右两个极限位置。 【解】 【例2-1】图2-30所示为孔与销间隙配合的情况，销垂直放置，若工件的工序基准为孔心，试确定其定位误差。 minmax dD DW 式中 DW 定位误差； Dmax工件定位孔最大直径; dmin夹具定位销最小直径。 图2-30 孔与销间隙 配合时的定位误差 Dmax dmin O 定位误差均为： O2 DW O1 第41页/共74页 43 DW = （Dmax Dmin） = TD （2-7 ） 1 2 1

12、 2 图2-31 孔与销间隙配 合固定边接触时定位误 差 O O1 Dmin Dmax DW O2 第42页/共74页 44 【例2-2】工件在V型块上定位铣键槽，计算定位误差。要求保证的工序尺寸和工序要求：槽底至工件外圆中心的距离H；键槽对工件外圆中心的对称度。 图2-32 外圆表面在V 型块上的定位误差 H B O A OA = Sin(/ 2) OB = Sin(/ 2) d 对上式求全微分，得到： d(OA) = Sin(/ 2) 1 d(d) 4Sin2(/ 2) dcos(/2) d() 第43页/共74页 45 以微小增量代替微分，并将尺寸误差视为微小增量，且考虑到尺寸误差可正可

13、负，各项误差均取绝对值，得到工序尺寸H的定位误差： 2 cos 2 2sin4sin 22 d DW d T T （2-8 ） 式中 Td 工件外圆直径公差； T V型块两斜面夹角角度公差。 若忽略V型块两斜面夹角的角度公差，可以得到用V型块对外圆表面的定位误差为： 2sin 2 d DW T （2-9 ） 第44页/共74页 46 若忽略V型块两斜面夹角的角度公差，可以得到用V型块对外圆表面的定位误差为： 1 2 sin 1 2 1 d DW T 工件工序基准为外圆下母线时，由右图得： 图2-33 外圆表面在V型块 上的定位误差 b） H1 B O A C T )/(sin )/cos(d

14、) )/sin( ( T )(d )/(sin )/cos(d )d(d) )/sin( ()AC(d d )/sin( d OB )/sin( OB OCOAAC d 24 2 1 2 1 2 24 2 2 1 22 1 2222 2 2 第45页/共74页 47 sin Td DW 1 2 1 2 2 若工件工序基准为外圆上母线时，由右图得： 图2-33 外圆表面在V型 块上的定位误 差 c） H2 B d O A C T )/(sin )/cos(d ) )/sin( ( T )(d )/(sin )/cos(d )d(d) )/sin( ()AC(d d )/sin( d OB )/s

15、in( OB OCOAAC d 24 2 1 2 1 2 24 2 2 1 22 1 2222 2 2 若忽略V型块两斜面夹角的角度公差，可以得到用V型块对外圆表面的定位误差为： 第46页/共74页 48 关于键槽对工件外圆中心的对称度要求。 图2-32 外圆表面在V型 块上的定位误 差 H B O A 第47页/共74页 49 【例2-3 】一面两销定位误差分析计算。 图2-34 一面两销的定位误差 第48页/共74页 50 直线位移误差 图2-35 两销定位的直线位移误差 O1O2 O11O21O12O22 极端情况为：工件内孔1的直径尺寸最大、定位销1直径尺寸最小 ，极端位置为最左、最右

16、两种情况。 O1 O1 = Dmax dmin 式中 O1 定位误差； D1max工件定位孔最大直径； d1min夹具定位销最小直径。 第49页/共74页 51 图2-36 两销定位的角位移误差 O1O2 O11 O21 O12O22 极端情况为：工件内孔1、2的直径尺寸最大、 定位销1、2直径尺寸最小 ，极端偏摆为上、下最大转角两种情况。 dw -dw O12 O22 O12 O22 O2O1 L 第50页/共74页 52 ) L dDdD (arctg dDdD OOOOOOOOOO dD OO dD OO minmaxminmax dw minmaxminmax minmaxminmax

17、 2 2222 2222 2211 1122 1212222222222222 22 222 11 121 ； O12 O22 O12 O22 O2O1 L 第51页/共74页 53 第52页/共74页 54 人力、气动、液动、电动 等。 包括中间递力机构和夹紧元件。 第53页/共74页 55 正确确定夹紧力，主要是正确确定夹紧力的方向、作用点和大小。 (1) 夹紧力的方向应垂直于主要定位基准面。 W W W W 90 90 90 图2-37 两销定位的角位移误差 第54页/共74页 56 (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。 Fj 变形大 Fj Fj 变

18、形小 (a) (b) 图2-38 薄壁套筒的夹紧 第55页/共74页 57 (3) 夹紧力的方向应尽可能与切削力、工件重力方向一致，以减少夹紧力。 (1) 夹紧力的作用点应能保持工件定位稳定，不致引起工件产生位移或偏转。 (a) (b) FjFj 图2-39 加紧力作用点对稳定性的影响 第56页/共74页 58 (2) 夹紧力的作用点应使被夹紧工件的夹紧变形尽可能小。 Fj Fj Fj (a) 不合理 (b) 合理 图2-40 夹紧力作用点的布置比较 (3) 夹紧力的作用点应尽量靠近切削部位，以提高夹紧的可靠性，若切削部位刚性不足，可采用辅助支承。 第57页/共74页 59 夹紧力的大小必须适

19、当，夹紧力过小，工件在夹具中的位置可能在加工过程中产生变动，破坏原有的定位。夹紧力过大，不但会使工件和夹具产生过大的变形，对加工质量不利。 计算夹紧力，通常将夹具和工件看成一个刚性系统以简化计算。然后根据工件受切削力、重力、夹紧力等后处于静力平衡条件，计算出理论夹紧力W，再乘以安全系数K，作为实际所需的夹紧力W0，即 第58页/共74页 60 图2-41 斜楔夹紧机构的原理图 第59页/共74页 61 （1）斜楔的自锁性； （2）斜楔能改变夹紧作用力的方向； （3）斜楔具有扩力作用； （4）斜楔的夹紧行程小； （5）斜楔夹紧的效率低。 由于手动的斜楔夹紧机构在夹紧工件时既费时又费力，效率很低，

20、故实际上多在机动夹紧装置中采用。 第60页/共74页 62 图2-42 螺旋夹紧原理图 螺旋夹紧机构具有结构简单、制造容易、夹紧可靠、扩力比大和夹紧行程不受限制等特点，所以在手动夹紧装置中被广泛使用，其缺点是夹紧动作慢、效率低。 第61页/共74页 63 圆偏心夹紧实际上是斜楔夹紧的一种变形。 图2-43 偏心圆夹紧原理图 适应范围：(1) 适用于切削负荷不大且无很大振动的场合；(2) 用于夹紧行程较小的情况；(3) 很少直接用于夹紧工件，大多是与其它夹紧元件联合使用。 第62页/共74页 64 图2-44 铰链夹紧原理图 铰链夹紧机构的结构简单、扩力比大且摩擦损失小，故适用于多点或多件夹紧，在气动或液压夹具中广泛应用。 第63页/共74页 65 定心、对中夹紧机构，是一种特殊的夹紧机构，工件在其上同时实现定位和夹紧。在这种夹紧机构上与工件定位基准面相接触的元件，即是定位元件，又是夹紧元件。 图2-45 定心、对中夹紧原理图 第64页/共74页 66 图2-46 联动夹紧原理图 第65页/共74页 67 第66页/共74页 68