机械制造工艺学第六章机床夹具设计ppt课件

1、 第一节机床夹具概述 一、机床夹具及组成 完成工件安装的工艺配备称为夹具。例：加工平面对工艺配备的要求第六章机床夹具设计第六章机床夹具设计1保证上与下面平行2保证工件不动机床夹具的组成图611.定位元件与工件定位基准配合。图中为“一面两销N面2.夹紧安装用于夹紧工件，图中为螺栓，螺母，压板3.对刀元件确定刀具与夹具的相对位置，图中为对刀块配合塞尺 4.衔接元件保证夹具与机床的相对位置，图中为定位键等。 5.夹详细 6.其它元件。二、机床夹具分类 1.通用夹具：卡盘，顶夹，虎钳，分度头等。 2.公用夹具 专为某工件某工序专门设计。3.可调夹具、成组夹具可加工构造类似的各种零件，可运用于成组加工工

2、艺中。4.组合夹具由一套规范化的夹具元件，按要求拼装而成，组合夹具站或中心的支持。5.随行夹具用于自动线或柔性制造系统。 工件安装在该夹具上，运输安装把夹具保送往各个机床，并在各机床上定位和卡紧夹具。各工序加工全部完成后，卸下工件。其它分类方式：按机床分类，按动力源分类等。三、机床夹具的功用1保证加工质量精度2缩短辅助时间，普通有T基+T辅75%T单3扩展机床运用范围4改善劳动条件第二节工件在夹具的定位一、常用定位方法与定位元件1.工件以平面定位1固定支承图62支承钉、支承板2可调支承图63在一批零件的加工过程中，其作用同固定支承即每批毛坯调整一次3自位浮动支承限制1个自在度。多点支承，支承稳

3、定性，刚性好。图644辅助支承图65不限制自在度，可添加稳定性和刚性夹紧后支承，且不破坏原定位 二工件以圆柱孔定位1、心轴限制4-5个自在度图66刚性心轴：过盈、间隙、小锥度可涨心轴：弹性、液塑、自定心2、定位销限制1-3个自在度图67、8圆柱2个菱形1个锥销3个 三工件以外圆外表定位1、定心定位与孔一样图692、支承定位(V型块)角：60度、90度、120度。图610V型块主要设计参数T检验心轴中心高V型块零件图上需标注D由工件确定N，H参照规范选定或阅历公式计算=90度时，T=H+0.707D-0.5NV型块的设计规范GB2208-80(尺寸、资料、热处置等。)22sin21tgNDHT四

4、工件以其它外表定位图611、12锥度心轴，渐开线齿面等。五定位外表的组合方式图613 二、定位误差的计算1.定位误差工序基准在加工尺寸方向的最大变动量。 定=不+位置不基准不重合误差。 工序基准相对于定位基准在加工尺寸方向的最大变动量。位基准位置误差。定位基准制造误差。 定位误差分析举例：加工孔A A1 ：基准重合 不=0定A1 =位A1=2 tgT箱体外表误差A2：基准不重合，认定为位=0精加工顶面定A2=不A2=TL2加工孔B B1 ：基准不重合，不B1=TL1，位B1=2H tgT定B1=不B1+位B1= TL1+2H tgT B2：定B2=02.用几何方法计算定位误差 画出定位简图 画

5、出工件变动的极限位置，根据几何关系求解工序尺寸方向的最大变动量例6-2孔与销间隙配合，工序基准为孔心时的定位误差计算。图617第一种情况：孔与销可在恣意边接触销垂直安放，a图定位基准为孔的中心线，基准重合；不=0位=孔与销的配合与公差 321min21max21001dDminmax dDdw1孔公差TD/23销公差Td/22最小配合间隙，min/2按极值法计算 第二种情况：孔与销在固定边接触销程度安放销程度放置时，工件自重使销的上母线与孔的上母线单边接触。工序基准为孔心时，定位基准为孔的一条母线，不0 O1 孔小时的中心线位置 O2 孔大时的中心线位置 O销的中心线位置TDDDdw21min

6、)max(210021定位与销的直径无关。Td只与O的位置 有关210000 或例：工件以一面两孔定位图6-18，限制自在度分析：平面销1限制销2限制 所以 向过定位消除过定位的方法方法1减小销2直径YXZ,YX ,ZX,X入上图所示： 孔中心距最大值 销中心距最小值孔径最小值：D1，D2销径最大值：d1=D1-1min，d2=D2-2min思索：2min及1min缺陷：限制 方向的定位误差增大lkLL21lxLL21lxlkTTDd2max2min1min22maxlxlkTTDdZ方法2采用菱形销，如图618。优点：转角定位误差小b菱形销宽度菱形销的设计步骤尺寸规范化，表611确定两销中心

7、距尺寸及其公差Tlk为知 2按孔的最小尺寸确定圆柱销根本尺寸，其公差普通取g6或f7。3确定菱形销： 按公式6-2计算， 按表6-1选取b，其公差一般取h6或h7。min1min22lxlkTTDb例6-1 按图6-1设计两销定位的有关尺寸。解：1)选取LX=570.02 (任务孔距 570.06)2)选取圆柱销： d1=42.6 g6 (工件大孔定位) 3)按表6-1选取菱形销 b =4， 4 ) 按 公 式 6 2 计 算 最 小 配 合 间 隙2min=0.03 5)按公差h6 得到 d2=15.30.030 0.041一面两孔定位时的定位误差(图618)销1限制方向 销2限制方向 mi

8、n1max1min111dDTTdDdwx)2(min2max2max1max1LdDdDarctgdwdwxdwy 例6-3图6-1所示夹具的解：1.工序尺寸公差及技术要求槽深槽中心线与轴线夹角 槽中心平面过大孔轴线 2.各方向定位误差的计算4 . 002 . 33045 平面定位误差与槽深相关dw=不=T14.3=0.1 mm角度定位误差与45夹角相关 方向位误差与槽中心平面过大孔轴线相关dw=位=D1max-d1min =0.1+0.025=0.125 mm8)572041. 01 . 0025. 01 . 0arctan(dwYX、 (二)用微分法计算定位误差外圆在V型块上定位的定位误

9、差1工序基准为中心线时,尺寸H 的定位误差dwH 建立几何关系式图6192sin22dsimOBOA对关系式求全微 用微小增量公差替代微分)(242cos)(221)(dsimdddsimOAdTsimdsimTdwd)2(42cos.222忽略V型块的角度误差角度误差为定值2不同工序基准时，尺寸H1 、H2 定位误差3键槽中心线对称度的定位误差 dw=022simTdwdH21)(dHTdwdw下母线22)(dHTdwdw上母线注：定位误差与加工方法 1当采用夹具安装调整法加工时对刀块、塞尺对刀，应计算定位误差。 2当采用试切加工试切丈量试切时，不思索定位误差。 3数控机床加工，当采用夹具安

10、装调整法加工时，同样应思索定位误差的影响。第三节工件夹紧第三节工件夹紧一、对夹紧安装的要求一、对夹紧安装的要求1夹紧时保证定位时的形状夹紧时保证定位时的形状2夹紧平安可靠夹紧平安可靠3夹紧操作方便、省力、平安夹紧操作方便、省力、平安4构造合理、力求简单、紧凑、规范化构造合理、力求简单、紧凑、规范化 夹紧机构设计的中心：夹紧力夹紧机构设计的中心：夹紧力二、夹紧力确实定夹紧力三要素：大小、方向、作用点1.夹紧力方向的选择1垂直于主要定位基准面不破坏定位图6-202与工件刚度最大方向一致任务变形最小图6-213与受力方向一致夹紧力最小图2-20图b中的定位块起到了止动块的作用。 其它夹紧力方向与切削

11、力方向的选择举例其它夹紧力方向与切削力方向的选择举例 钻削时的轴向切削力钻削时的轴向切削力Fz起到夹紧力的作用，此时夹紧力起到夹紧力的作用，此时夹紧力Fj的作用只是防止任务振动。切入、切出时除外的作用只是防止任务振动。切入、切出时除外F夹F切GGGF夹F夹F切F切 2.夹紧力作用点的选择 1接近支承面的几何中心。夹紧稳定图6-23 2.夹紧力作用点的选择2 作用于刚度较大处。任务变形最小图2-223接近加工点。减小振动和变形图6-25三夹紧力大小的估算取决于F切、M切、G的大小，方向及作用点。步骤：1根据工序几各计算切削力F切和切削扭矩M切。2根据力学平衡条件计算最小夹紧力FJ3根据加工情况确

12、定平安系数K。例：车削时夹紧力估算图6-262320mindFdFjc0min3ddFFcj03ddFkFcj铣削时夹紧力估算图6-27表62摩擦系数LFLFLFajj22121min1min)(221minLLLFFaj)(221LLLFkFaj三、常用夹紧机构1. 斜楔夹紧机构图628夹紧力公式：斜楔的自镇条件：12增力、变向，增力系数：小，增力大，但任务行程添加，夹紧行程小)tan(tan21sjFF)tan(tan121sjpFFi2. 螺旋夹紧机构图629 其中： 螺纹副的当前摩擦角。表6-3 螺母端面、螺杆端部与工件的摩擦角 螺杆端部与工件的当前摩擦半径。表6-4 以手柄长度为准/

13、122/10)(2tgrtgdLFFsj/rL夹紧力大小的实验测定公式： (常用规范螺距的螺栓) Ts作用力矩 (Ncm)螺旋夹紧机构特点: 简单、可靠(自锁性好)增力比大,普通为手动，费时、费力。三角螺纹普通有:=24StjTkF )(531cmkt螺栓与压板组合图c构成设计要点(1)支点位置 (2)压板应程度,工件高度不同时,应能适当调整.(3)压板应设计复位安装.(图6-29)中弹簧.(4)螺栓应止动(图6-29)中止动螺母,止动螺钉(5)勾形压板受力分析(图2-29.d)0320020NHLWMWNFYj.31HLFjW=3. 偏心夹紧机构图偏心夹紧机构图633 分类：圆偏心分类：圆偏

14、心,曲线偏心曲线偏心1圆偏心的几何特性圆偏心的几何特性 当当由由0那么那么h由由(Re) (R+e)，实现，实现夹紧。夹紧。)cossin(2eRearctgMxMoacrtgx楔角cos11eRMoxoh楔角x的变化图6-33b=0， x =0 =90时，x =maxa r c t g(e/R) 所以x为变值。2自锁条件由 1 2，且忽略2有1 轮周作用途与工件摩擦角。2 转轴处摩擦角。近似可保证平安性。当0.15时， 对偏心机构的构造要求之一。 11 tgRe1420eR3夹紧力估算：夹紧力估算： F1 F1XF1cosF1X相当于斜楔所受水相当于斜楔所受水平推进按斜楔夹紧力平推进按斜楔夹

15、紧力计算公式计算公式LFS.1221)()(tgtgLFtgtgFFsxjj1X1s4夹紧行程夹紧行程 在在P点左右，点左右，45L行程行程=h2h12esin451.4e偏心轮任务行程要求。偏心轮任务行程要求。L行程行程=L任务任务+间隙间隙+贮藏贮藏 间隙间隙=0.5 贮藏贮藏=0.5设计步骤设计步骤:由由L行程行程e，根据自锁条件，根据自锁条件D。构造特点构造特点: 夹紧行程小夹紧行程小,夹紧力小夹紧力小,自锁性差自锁性差,夹紧动作迅夹紧动作迅速构造紧凑。速构造紧凑。4. 铰链夹紧机构铰链夹紧机构铰链和杠杆的组合夹紧机构图铰链和杠杆的组合夹紧机构图634销轴销轴3为受力体为受力体 程度拉

16、力程度拉力Q即原始力即原始力FS滚子对销轴的全反力滚子对销轴的全反力F,与销轴处摩擦圆相切与销轴处摩擦圆相切.臂臂1的全反力的全反力N,它与上下销轴两处摩擦圆相切它与上下销轴两处摩擦圆相切.Q、F、N三力处于静力平衡三力处于静力平衡垂直方向分力为垂直方向分力为Fj 、 当量摩擦角。 与臂两端铰链销轴半径r和两孔中心距L有关。 与滚子销轴半径和滚子半径R有关。 铰链夹紧机构特点： 动作迅速，增力比大，普通不自锁，摩擦损失小，适用于气动夹具。 注：在手册中可查到各种构造的增力比。/1/)(tgtgFFjSj/1设计本卷须知： 1与坚持最小平安贮藏倾角e5 2夹紧行程与气缸行程的效验用双点划线表示5

17、. 定心夹紧机构定位：夹紧同时完成。定=0，常用于中心线、对称面为工序基准的工件夹紧。例如：工件的外圆外表定位 在三爪长盘中定位时，各爪处Td/2一样，定=0忽略三爪卡盘精度和工件不圆度误差1夹紧件等速挪动的构造 1斜楔定心夹紧机构图635 2左右旋螺纹夹紧机构。图636 3其它：杠杆式，齿轮齿条，其它步进式等。 2以均匀弹性变形夹紧例如：弹簧夹头，液塑心轴等图637、386. 联动夹紧机构图63941可同时在几个点对一个或多个工件夹紧。1合理分配各夹紧点力的大小。2各夹紧点受力均匀。四、夹紧机构的动力安装。1. 气动夹紧安装 p0.40.6 Mpa 动作迅速,气源方便(噪声较大)2. 液压夹

18、紧安装 p56.5 Mpa (取较低任务压力)任务平稳，无冲击，噪音小，需配置液压任务站。3. 气压增压夹紧安装。第四节第四节 各类机床夹具各类机床夹具二、钻床夹具可用于钻，扩，铰等工序，对二、钻床夹具可用于钻，扩，铰等工序，对刀具进展导向。刀具进展导向。一、钻模类型、构造一、钻模类型、构造1回转式分度式浇轴线分布的侧孔(图644) 定位：一面、短销、档销 夹紧：螺旋手动夹紧 钻头导向：钻模板、钻套 工件旋转定位:分度盘2翻转式多面上的孔(图628)3盖板式大型零件上的小孔(图248)5滑柱式利用钻模板的上下挪动夹紧工 件。规范化：图249、50)二钻模设计要点1.钻套安装在钻模板上，用于引导

19、钻头或扩孔钻、铰刀等规范化：固定，可换，快换。(图649)公用：特殊(图650) 配合精度要求：引导孔与钻头的配合 F7 、钻套外径与钻模板的配合等。 其它要求：耐磨性，导向性H，排屑性h。 (图253)2、钻模板保证孔的位置精度，(图254)固定式，铰链式，分别式，悬挂式3、夹详细 普通不需求设计与机床的定位安装。三、铣床夹具三、铣床夹具一、类型一、类型1.直线进给式直线进给式铣平面，键槽等铣平面，键槽等(图图655)2.圆周进给式圆周进给式可延续加工，并可实现高效可延续加工，并可实现高效率，自动化消费。率，自动化消费。3.仿形进给式仿形进给式靠模法加工曲线和曲面。靠模法加工曲线和曲面。二设

20、计要点二设计要点1.铣削力特点：断续切削，切削力大，冲击力铣削力特点：断续切削，切削力大，冲击力大，易振动，所以刚度大，夹紧力大，液压大，易振动，所以刚度大，夹紧力大，液压机动夹紧。机动夹紧。2.对刀安装确定刀具相对于夹具的位置。对刀块和塞尺(图266)2、夹详细的对定：找正法，定位键与机床任务台T型槽定位。(图267)第六节第六节 机床夹具的设计步骤与方法机床夹具的设计步骤与方法一、根本要求一、根本要求二、夹具设计的普通步骤：二、夹具设计的普通步骤： 1.研讨原始资料研讨原始资料 待加工工件的零件图、工艺规程待加工工件的零件图、工艺规程 工艺设计手册、夹具设计手册、工艺设计手册、夹具设计手册

21、、设计图册设计图册 2.定方案表示图，原理图，构造草图 定位、夹紧、对刀、总体构造 3.绘制总图 工件轮廓双点划线 夹紧机构夹紧形状 尺寸、配合、技术要求、明细表、标题栏 4.绘制夹具零件图三、夹具设计中的几个重要问题： 1.经济性分析 2.成组设计思想 3.装配图的尺寸标注图6731外型尺寸：长、宽、高 2 定位件、导向件与安装基准面有关配合尺寸，位置尺寸及公差。 3 夹具与工件配合尺寸。 4 夹具件与刀具配合尺寸钻套孔径表 5 夹具与机床配合尺寸。 6 其它配合尺寸 尺寸公差和形位公差取： T工件的1/51/22、应标注的技术要求表66 1定位元件与定位元件 2 定位元件与夹具安装面 3 定位元件与引导元件 4 引导元件与引导元件 5 定位元件或引导元件与找正