《机械制造技术》-项目六 机床夹具设计基础项目驱动答案

项目六机床夹具设计基础项目驱动答案1.何谓机床夹具?夹具有哪些作用?答：机床夹具是机床上用以装夹工件和引导刀具的一种装置。指专为某一工件的某道工序而专门设计的夹具。夹具的作用：（1）保证加工精度采用夹具安装，可以准确地确定工件与机床、刀具之间的相互位置，工件的位置精度由夹具保证，不受工人技术水平的影响，其加工精度高而且稳定。（2）提高生产率、降低成本用夹具装夹工件，无须找正便能使工件迅速地定位和夹紧，显著地减少了辅助工时;用夹具装夹工件提高了工件的刚性，因此可加大切削用量:可以使用多件、多工位夹具装夹工件，并采用高效夹紧机构，这些因素均有利于提高劳动生产率。另外，采用夹具后，产品质量稳定，废品率下降，可以安排技术等级较低的工人，明显地降低了生产成本。（3）扩大机床的工艺范围使用专用夹具可以改变原机床的用途和扩大机床的使用范围，实现一机多能。例如在车床或摇管钻床上安装模夹具后，就可以对箱体孔系进行锋削加工:通过专用夹具还可将车床改为拉床使用，以充分发挥通用机床的作用。（4）减轻工人的劳动强度用夹具装夹工件方便、快速，当采用气动、液压等夹紧装置时，可减轻工人的劳动强度:应用机床夹具，有利于保证工件的加工精度、稳定产品质量:有利于提高劳动生产率和降低成本:有利于改善工人的劳动条件，保证安全生产:有利于扩大机床工艺范围，实现“一机多用”。2.机床夹具有哪几个组成部分?各起什么作用?答：机床夹具有六个组成部分，名字和作用分别是：（1）定位元件定位元件保证工件在夹具中处于正确的位置。（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(切削力等)作用时不离开已经占据的正确位置。（3）对刀或导向装置对刀或导向装置用于确定刀具相对于定位元件的正确位置。（4）连接元件连接元件是确定夹具在机床上正确位置的元件。（6）夹具体夹具体是机床夹具的基础件，通过它将夹具的所有元件连接成一个整体。（7）其他装置或元件它们是指夹具中因特殊需要而设置的装置或元件。若需加工按一定规律分布的多个表面，常设置分度装置:为了能方便、准确地定位，常设置预定位装置:对于大型夹具，常设置吊装元件等。3.怎样合理选用夹紧机构?答：工件装夹时，将原始作用力转化为夹紧力是通过夹紧机构来实现的。在众多的夹紧机构中以斜楔、螺旋、偏心、定心、联动以及由它们组合而成的夹紧机构应用较为普遍。选择合适的夹紧机构能够提高加工效率和零件的加工精度。（1）斜楔夹紧由于增力比、行程大小和自锁条件是相互制约的，故在确定楔块升角a时，应兼顾三者在不同条件下的实际需要。当机构既要求自锁，又要有较大的夹紧行程时，可采用双斜面楔块。单一楔块夹紧机构夹紧力和增力比较小且操作不便，夹紧行程也难满足实际需要，因此很少使用，通常用于机动夹紧或组合夹紧机构中。（2）螺旋夹紧适用于手动夹紧，在机动夹紧机构中应用较少。针对其夹紧动作慢、辅助时间长的缺点，通常采用各种形式的快速夹紧机构，在实际生产中，螺旋一压板组合夹紧比单螺旋夹紧用得更为普遍。（3）偏心夹紧主要优点是操作方便、动作迅速、结构简单，其缺点是工作行程小，自锁性不如螺旋夹紧好，结构不耐振，适用于切削平稳且切削力不大的场合，常用于手动夹紧机构。由于偏心轮带手柄，所以在旋转的夹具上不允许用偏心夹紧机构，以防误操作。（4）定心夹紧机构结构简单、工作行程大、通用性好，但定心精度不高主要适用于粗加工或半精加工中需要行程大而定心精度要求不高的场合。（5）联动夹紧机构联动夹紧机构是操作一个手柄或用一个动力装置在几个夹紧位置上同时夹紧一个工件(单件多位夹紧)或夹紧几个工件《多件多位夹紧)的夹紧机构。根据工件的特点和要求，为了减少工件装夹时间，提高生产率简化结构，常采用联动夹紧机构。4.为什么说夹紧不等于定位?答：夹紧是保证在加工过程中,工件不会因受切削力、重力、离心力等外力的作用而产生位移或振动。定位是确定工件在机床或夹具中的正确位置。夹紧后工件相对机床或夹具的位置不变了，但并不是保证工件在机床或夹具中有正确位置。所以说夹紧不等于定位。5.各类机床夹具设计的要点是什么?答：（1）车床夹具设计要点车床夹具的主要特点是夹具与机床主轴连接，工作时由机床主轴带动其高速回转。因此在设计车床夹具时除了保证工件达到工序的精度要求外，还应考虑:夹具的结构应力求紧凑轻便悬臂尺寸短，使重心尽可能靠近主轴。夹具悬伸长度夹具应有平衡措施，消除回转的不平衡现象，以减少主轴轴承的不正常磨损，避免产生振动及振动对加工质量和刀具寿命的影响。平衡质量的位置应可以调节。夹紧装置除应使夹紧迅速、可靠外，还应注意夹具旋转的惯性力不应使夹紧力有减小的趋势，以防回转过程中夹紧元件松脱。夹具上的定位、夹紧元件及其他装置的布置不应大于夹具体的直径:靠近夹具外缘的元件不应该有凸出的棱角，必要时应加防护罩。车床夹具与主轴连接精度对夹具的回转精度有决定性的影响。因此，回转轴线与车床主轴轴线要有尽可能高的同轴度。当主轴有高速转动、紧急制动等情况时，夹具与主轴之间的连接应该有防松装置。在加工过程中，工件在夹具上应能用量具测量，切屑能顺利排出或清理车床专用夹具的设计要点也适用于圆磨床夹具。（2）铣床专用夹具的设计要点由于铣削过程不是连续切削，且加工余量较大，切削力较大而方向随时都可能在变化。所以夹具应有足够的刚性和强度，夹具的重心应尽量低，夹具的高度与宽度之比应为1~1.25，并应有足够的排屑空间。夹紧装置要有足够的强度和刚度，保证必需的夹紧力，并有良好的自锁性能，般在铣床夹具上特别是粗铣，不宜采用偏心夹紧。夹紧力应作用在工件刚度较大的部位上。工件与主要定位元件的定位表面接触刚度要大。当从侧面压紧工件时，压板在侧面的着力点应低于工件侧面的支承点。为了调整和确定夹具与铣刀的相对位置，应正确选用对刀装置，对刀装置在使用塞尺方便和易于观察的位置，并应在铣刀开始切人工件的一端。切屑和冷却液应能顺利排出，必要时应开排屑孔。为了调整和确定夹具与机床工件台轴线的相对位置，在夹具体的底面应具有两个定向键，定向键与工作台T型槽宜用单面贴合，当工作台T型槽平整时可采用圆柱销，精度高的或重型夹具宜采用夹具体上的找正基面。由于创床夹具的结构和动作原理与铣床夹具相近，故其设计要点可参照上述内容。（3）钻床专用夹具的设计要点钻模类型的选择：钻模类型很多，在设计钻模时，首先需要根据工件的形状尺寸、重量、加工要求和批量来选择钻模的结构类型。钻套的选择和设计：根据钻套的结构有固定钻套、可换钻套、快换钻套及特殊钻套四种类型，分别适用不同情况。钻模板的设计：钻模板是供安装钻套用的，钻模板多装配在夹具体或支架上，与夹具上的其他元件相连接或与夹具体铸成一体。支脚设计：为保证夹具在钻床工作台上放置平稳，减少夹具底面与工作台的接触面积。翻转式钻模一般在夹具体上设计支脚。（4）镗床专用夹具的设计要点镗杆的结构。杆导引部分的结构，开有油槽的圆柱导引，这种结构简单，但与套接触面大，润滑不好，加工时切屑易进入导引部分。开有直槽和螺旋槽的导引。它与罐套的接触面小，沟槽又可以容屑，但一般切削速度不宜超过20m/s。镶滑块的导引结构。它与导套接触面小，而且用铜块时的摩擦较小，故速度可较高一些，但滑块磨损较快。采用钢滑块可比铜滑块磨损小，但与篷套摩擦增大。滑块磨损后，可在滑块下加垫，再修磨外圆。镗杆尺寸。杆直径和长度对刚性影响较大。直径受到加工孔径的限制，但应尽量大些。浮动接头。在用双面套孔时，杆与机床主轴采用浮动连接，对于浮动接头的基本要求，是应能自动补偿杆主轴线与机床主轴轴线间的角度偏差和平移偏差。支架和底座的设计。镗模支架和底座均为模主要零件。支架供安装套和承受切削力用。镗模底座承受包括工件、镗杆、镗套、镗模支架、定位元件和夹紧装置等在内的全部重量以及加工过程中的切削力，因此支架和底座的刚性要好，变形要小。在设计支架和底座时应注意:1.支架与底座宜分开，以便于制造。支架在底座上必须用两定位销定位，用螺钉紧固。2.支架必须有很好的刚性。支架装配基面宽度沿孔轴线方向不小于高度H的1/2。3.支架的厚度应根据高度H的大小确定，一般取15~25mm。4支架应尽量避免承受夹紧力。5.底座应有很好的刚性，底座厚度尺寸与长度尺寸L之比为1：7~1：5。6.为增强刚性，底座应采用十字形肋条，肋条间距一般为100x100。7.底座的警厚一般取20~25mm，筋厚一般取15~20mm。8.底座上应有找正基面，以便于来具的制造和装配，找正基面的平面度为0.05mm。9.底座上应设置供起吊用的吊环螺钉或起重螺栓。6.专用夹具设计的基本要求是什么？答：(1)保证工件的加工精度。保证加工精度的关键，首先在于正确地选定定位基准、定位方法和定位元件，必要时还需进行定位误差分析，还要注意夹具中其他零部件的结构对加工精度的影响，确保夹具能满足工件的加工精度要求。(2)提高生产效率。专用夹具的复杂程度应与生产纲领相适应，应尽量采用各种快速高效的装夹机构，保证操作方便，缩短辅助时间，提高生产效率。(3)工艺性能好。专用夹具的结构应力求简单、合理，便于制造、装配、调整、检验和维修等。专用夹具的制造属于单件生产，当最终精度由调整或修配保证时，夹具上应设置调整和修配结构。(4)使用性能好。专用夹具的操作应简便、省力、安全可靠。在客观条件允许且又经济适用的前提下，应尽可能采用气动、液压等机械化夹紧装置，以减轻操作者的劳动强度。专用夹具还应排屑方便，必要时可设置排屑结构，防止切屑破坏工件的定位和损坏刀具，防止切屑的积聚带来大量的热量而引起工艺系统变形。(5)经济性好。专用夹具应尽可能采用标准元件和标准结构，力求结构简单、制造容易，以降低夹具的制造成本。因此，设计时应根据生产纲领对夹具方案进行必要的技术经济分析，以提高夹具在生产中的经济效益。7.用图6-38所示的定位方式铣削连杆的两个侧面，计算加工尺寸(12＋0.3)mm的定位误差。解：(1)由于工序基准和定位基准不重合，所以ΔB=0.1mm(2)ΔY=1/2(δD+δd)=1/2(0.021+0.013)mm=0.017mm(3)由于工序基准不在定位基面上ΔD=ΔY+ΔB=(0.017+0.1)mm=0.117mm8.用图6-39所示的定位方式在阶梯轴上铣槽,V形块的V形角α＝90°，试计算加工尺寸(74±0.1)mm的定位误差。解：列式计算:L=C+(Δ+d外圆/2-d轴/2sin45)，其中:L=74±0.1，C为调刀尺寸，Δ为小中心与大外圆中心的距离(不同轴)，d外圆、d轴分别为大小轴段直径。定位误差算:Δdw(L)=T(Δ)+T(d外圆)/2+T(d轴)/(2sin45)=0.02+0.074/2+0.062/(2sin45)=0.100847mm9.工件在夹具中夹紧的目的是什么?定位和夹紧有何区别?答：工件在夹具中央紧的目的是：将工件牢固地压紧,防止工件在切削力、工件重力、离心力等到的作用下发生位移或振动,以保证加工质量和安全生产。区别：定位是限制工件某一自由度,并不考虑力的影响。夹紧是保证定位好的工件在加工时在受到外力的作用下,仍能保证正确的位置。10.夹紧装置设计的基本要求是什么?确定夹紧力的方向和作用点的准则有哪些?答：答夹紧装置设计的基本要求是:夹紧时既不应破坏工件的定位,又要有足够的夹紧力,同时又不应产生过大的夹紧变形,不允许产生振动和损伤工件表面:夹紧动作迅速,操作方便、安全省力;手动夹紧机构要有可靠的自锁性;结构应昼简单紧凑,工艺性好。确定夹紧力的方向和作用点的准则有:夹紧力的作用方向应垂直指向主要定位基准面:夹紧力的作用方向应使所需夹紧力尽可能的小夹紧力的作用方向应使工作变形尽可能小。夹紧力的作用点应落在支承元件上或几个支承元件所形成的支承面以内。夹紧力作用点应落在工件刚性较好的部位上，夹紧力作用点应尽量靠近加工表面。11.试分析图6-40所示各夹紧机构中夹紧力的方向和作用点是否合理。若不合理应如何改进?答：图(a):由于工件阶梯面高度存在误差，其结果实际上只有一个夹紧点起作用，而另一夹紧点悬空