《机械制造技术》-任务二

2.1项目任务书下一页返回2.1项目任务书上一页返回2.2机床夹具的作用、组成如图2－1所示，盖板在大批量生产中，为保证加工精度的同时提高加工效率，最好的办法就是使用夹具。2.2.1机床夹具的作用夹具是一种装夹工件的工装设备，广泛应用于机械制造过程中。在金属切削机床上使用的夹具称为机床夹具，机床夹具的作用是使工件相对于机床或刀具有一个正确的位置，并在加工过程中保持这个位置不变。2.2.2机床夹具的组成在生产过程中使用夹具，可确保生产周期、生产调度等工艺秩序。机床夹具由以下部分组成：下一页返回2.2机床夹具的作用、组成1.定位元件定位元件是夹具的主要功能元件之一，用以确定工件在夹具中的位置。2.夹紧装置夹紧装置也是夹具的主要功能元件之一，其作用为夹紧工件，如图2－4所示的压板夹紧装置。3.夹具体夹具体用以连接夹具上各元件使之成为一个整体，并通过它将夹具安装在机床上，是机床夹具的基础件。上一页下一页返回2.2机床夹具的作用、组成4.连接元件根据机床的工作特点，夹具在机床上的安装连接常有两种形式，一种是安装在机床工作台上，另一种是安装在机床主轴上。5.对刀与导向装置对刀与导向装置的功能是确定刀具的位置。对刀装置在铣床夹具中常见，用对刀块可调整铣刀加工前的位置。6.其他元件或装置根据加工需要，有些夹具需要采用分度装置、靠模装置、上下料装置、工业机器人、顶出器和平衡块等，这些元件或装置也需要专门设计。上一页下一页返回2.2机床夹具的作用、组成2.2.3机床夹具的分类1.通用夹具通用夹具是指已经标准化，在一定范围内可用于加工不同工件的夹具，由专业工厂生产，作为机床附件供应给用户。2.专用夹具专用夹具是指专为某一工件的某道工序的加工而设计的夹具，具有夹紧精度高、操作方便等优点，具有专用性，适用于产品固定且批量较大的生产。3.组合夹具组合夹具是指按某一工件的某道工序的加工要求，由一套事先设计制造好的标准元件和部件组装而成的夹具，具有组装迅速、周期短、能反复使用的特点。上一页下一页返回2.2机床夹具的作用、组成4.通用可调夹具通用可调夹具是指专为加工成组工艺中某一族（组）零件而设计的可调夹具，加工对象明确，只需调整或更换个别定位元件或夹紧元件便可使用，调整范围只限于本零件族（组）内的工件，适用于成组加工。上一页返回2.3基准及工件的安装方式2.3.1定位基准选择的原则选择未经加工的工件表面作为定位基准，称为粗基准；选择已经加工好的工件表面作为定位基准，称为精基准。1.粗基准选择的原则粗基准选择是否合理，直接影响到各表面加工余量的分配，以及加工表面和非加工表面的相互位置关系。粗基准一般按下列原则进行选择：（1）选择非加工表面作粗基准（2）应保证各加工表面都有足够的加工余量下一页返回2.3基准及工件的安装方式（3）为保证重要表面的加工余量小而均匀，应以重要表面作为粗基准（4）粗基准的选择，应尽可能使加工表面的金属切除量总和最小（5）选择平整表面作粗基准（6）粗基准在零件的加工过程中一般只能使用一次，由于粗基准的误差很大，重复使用必然产生很大的加工误差2.精基准选择的原则在零件的机械加工过程中，除起始工序采用粗基准外，其余工序都应采用精基准定位。选择精基准时，应重点考虑如何减少工件的定位误差，保证加工精度，并使夹具结构简单，工件装夹方便。具体选择原则如下：上一页下一页返回2.3基准及工件的安装方式（1）基准重合原则（2）基准统一原则（3）自为基准原则（4）互为基准原则除上述四个原则外，选择精基准时，还应考虑所选精基准能使工件定位准确、稳定，夹紧方便可靠，夹具的结构简单，操作方便。2.3.2安装方式根据被加工工件批量的不同、工件的大小和加工精度的不同，工件的安装方法也不同。一般有以下三种安装方法：上一页下一页返回2.3基准及工件的安装方式1.直接找正安装直接找正安装是指工件的定位过程由人工直接在机床上用千分表、划线盘或目测法找正工件的位置。2.画线找正安装有些体积大、质量大、形状复杂的工件往往先划线，然后装上机床，按所划的线进行找正定位。3.用机床夹具安装利用夹具装夹工件既保证质量又能节省工时，在批量生产中广泛使用。上一页返回2.4工件的定位和定位元件2.4.1概述为了保证工件被加工表面的技术要求，必须使工件相对刀具和机床处于正确的加工位置，即定位。工件在夹具中定位的任务是使同一批工件在夹具中占据正确的加工位置，是夹具设计中首先要解决的问题。2.4.2六点定位原理一个物体在空间有六个自由度。如图2－9所示，在空间直角坐标系中，物体可以沿x、y、z轴有不同的位置，又可以绕x、y、z轴回转方向有不同的位置下一页返回2.4工件的定位和定位元件2.4.3工件定位的几种情况工件定位时，影响加工要求的自由度必须限制，不影响加工要求的自由度，有时要限制，有时可不限制，视具体情况而定，形成不同的定位方式。不同的定位方式及其特点见表2－2。2.4.4常用定位元件根据工件定位基面的不同，定位元件也各不相同，常见的定位元件见表2－3

。上一页下一页返回2.4工件的定位和定位元件2.4.5常用定位元件及其限制的自由度表2－4为常用定位元件及其限制的自由度。2.

4.

6定位元件的应用1.工件以平面定位的定位元件（1）主要支承平面定位的主要形式是支承定位，常用的支承元件有固定支承、可调支承、自位支承。1）固定支承固定支承有支承钉和支承板两种形式。如图2-13上一页下一页返回2.4工件的定位和定位元件2）可调支承可调支承用于工件定位过程中支承钉的高度需要调整的场合，如图2－1

4所示。一般用螺纹进行调整，调整后用防松螺母锁紧。3）自位支承自位支承又称为浮动支承，在定位过程中能够自动调整位置。自位支承虽然有两个或者三个支承点，由于浮动作用，只相当一个支承点，如图2－1

5所示。上一页下一页返回2.4工件的定位和定位元件（4）辅助支承辅助支承用来提高工件的装夹刚度和稳定性，不起定位作用的支承。其结构如图2－1

6所示。2.工件以内孔定位的定位元件（1）定位销定位销主要用于零件上的小孔定位，一般直径不大于50mm，如图2－17所示。（2）心轴心轴主要用于盘类或套类零件的定位，常用心轴如图2－18所示。长心轴与端面一起能限制五个自由度。上一页下一页返回2.4工件的定位和定位元件3.工件以外圆定位的定位元件（1）Ｖ形块Ｖ形块工作面的夹角有60°、90°、120°三种，其中90°Ｖ形块应用最广。常见的Ｖ形块如图2－1

9所示。（2）定位套定位套常用于工件定位圆柱面精度较高时的定位，有定位套和半圆形定位座两种。上一页下一页返回2.4工件的定位和定位元件4.工件以一面两孔定位在加工箱体、支架类零件时，常用工件的一面两孔定位，使基准统一。这种组合方式所采用的定位元件为支承板、圆柱销和菱形销。工件以平面作为主要定位基准，限制3个自由度，圆柱销限制2个自由度，菱形销限制1个自由度。将菱形销装配到夹具体上时，应使削边方向垂直于两销连心线方向，如图2－2

2所示。上一页返回2.5定位误差的分析与计算2.5.1加工误差的组成使用夹具时，造成加工误差的原因主要有以下四个方面：①夹具位置误差，即定位元件相对机床的切削成形运动的位置误差。②定位误差，即由定位不准确引起的加工误差。③刀具相对夹具的位置误差，即对刀导向误差。④与加工过程中一些因素有关的加工误差。下一页返回2.5定位误差的分析与计算2.5.2定位误差产生的原因工件按六点定位规则定位后，它在夹具中的位置就已被确定，然而由于种种原因，工件仍会产生定位误差。为了保证工件的加工精度，在夹具设计时要仔细分析和研究定位误差。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。2.定位误差产生的原因定位误差产生的原因有定位基准与工序基准不重合以及定位基准位移两个方面。上一页下一页返回2.5定位误差的分析与计算（1）基准不重合误差由于定位基准与工序基准不重合而造成的加工误差称为基准不重合误差。（2）基准位移误差由于定位基准或定位支承点的制造误差而造成的定位基准在加工尺寸方向上产生位移，导致各个工件的位置不一致而造成的加工误差，称为基准位移误差。上一页下一页返回2.5定位误差的分析与计算2.5.3定位误差的计算定位误差主要由基准不重合误差ΔＢ和基准位移误差ΔＹ组成，计算定位误差时可以先分别算出ΔＹ和ΔＢ，然后按照一定的规律将两者合成即可。计算时通常有以下几种情况：④基准不重合误差的一般计算式为⑤基准位移误差的计算办法见表2－5

。上一页下一页返回2.5定位误差的分析与计算2.5.4定位误差的计算实例【例2-1】图2-25是在金刚镗床上镗活塞销孔示意图，活塞销孔轴线对活塞裙部内孔轴线的对称度要求为0.2mm。现以裙部内孔及端面定位，内孔与定位销的配合为，求对称度的定位误差。解：查表知，①对称度的工序基准是裙部内孔轴线，定位基准也是裙部内孔轴线，两者重合，故②定位基准与限位基准（定位销3的轴线）不重合，定位基准可任意方向移动，但基准位移误差的大小应为定位基准变动范围在对称度方向上的投影，所以：上一页下一页返回2.5定位误差的分析与计算式中———定位所需最小间隙，由设计给定。上一页下一页返回2.5定位误差的分析与计算【例2-2

】钻铰如图2-26所示零件上的孔，工件主要以孔定位，定位销轴直径为，求工序尺寸50±0.07的定位误差。【例2-3】如图2-27（a）所示，铣削工件上的键槽，以圆柱面在α＝9０°的Ｖ形块上定位，求加工尺寸分别为时的定位误差。上一页返回2.6夹紧装置及夹具动力装置2.6.1夹紧装置组成夹紧装置的种类很多，但其结构一般由两部分组成，如图2－2

8所示。（1）动力装置夹紧力的来源，一是人力，二是某种装置所产生的力。能产生力的装置称为夹具的动力装置。（2）夹紧机构夹紧机构指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，如手柄、螺母或用来连接汽缸活塞杆的机构等。下一页返回2.6夹紧装置及夹具动力装置②中间传力机构，如铰链、杠杆等。③夹紧元件，如各种螺钉、压板等。2.6.2常见夹紧机构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、偏心或由它们组合而成的夹紧机构应用最为普遍。1.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。图2-29所示为几种常用斜楔夹紧机构夹紧工件的实例。上一页下一页返回2.6夹紧装置及夹具动力装置2.螺旋夹紧机构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。螺旋夹紧机构结构简单、夹紧可靠、通用性好，由于螺旋升角小，这种机构的自锁性能好，夹紧力和夹紧行程都较大，是手动夹具上用得最多的一种夹紧机构。3.偏心夹紧机构用偏心件直接或间接夹紧工件的机构，称为偏心夹紧机构。图2－3

3所示是几种常见的偏心夹紧机构的应用实例。上一页下一页返回2.6夹紧装置及夹具动力装置4.定心夹紧机构按定心作用原理不同，定心夹紧机构有两种类型，一种是依靠传动机构使定心夹紧元件同时作等速移动，从而实现定心夹紧，常见的有螺旋式、杠杆式、楔式机构等。2.6.3夹紧力的确定1.夹紧力作用点的确定①夹紧力作用点应位于定位元件所形成的支承面内，以保证工件定位不被破坏，如图2－3

5所示为不正确。上一页下一页返回2.6夹紧装置及夹具动力装置②夹紧力作用点应位于工件刚性较好的部位，避免工件变形，如图2－3

6所示。③夹紧力作用点应尽量靠近加工表面，使夹紧稳固可靠，如图2－3

7所示。2.夹紧力方向的确定①夹紧力的作用方向应垂直于工件的主要定位基面，以保证加工精度。②夹紧力的作用方向应与工件刚度最大的方向一致，以减小工件的夹紧变形。上一页下一页返回2.6夹紧装置及夹具动力装置3.夹紧力大小的估算夹紧力是一个很复杂的问题，一般只能估算。夹紧力过大会增大工件的夹紧变形，还会增大夹紧装置的尺寸，造成浪费；夹紧力过小工件夹不紧，加工中工件的定位将被破坏，而且容易引发安全事故。2.6.4夹具动力装置现代高效夹具大多采用自动的动力装置，如气动、液压、电磁、真空装置等。其中应用最广泛的是气压装置和液压装置。（1）气压装置典型的气压传动系统中，气压装置主要包括三个部分：汽缸、辅助装置和管路。如图2－4

0所示为气动夹紧装置系统图。上一页下一页返回2.6夹紧装置及夹具动力装置（2）液压装置液压装置是用高压油产生动力，工作原理及结构与气压装置相似。其共同的优点是：操作简单、省力、动作迅速，辅助时间大为减少。（3）气－液增压装置为了综合利用气压和液压传动的优点，在不需要增设液压装置的条件下，可在非液压机床采用气－液联动的增压装置。（4）电动装置电动装置是以电动机带动夹具中的夹紧机构，对工件进行夹紧的一种方式，最常用的是电动卡盘。上一页返回2.7夹具设计2.7.1夹具设计的方法和步骤1.夹具设计的方法夹具设计主要设计夹具的结构、组成并绘制所需的图样，同时制订有关的技术要求的过程。夹具设计是一种相互关联的工作，涉及面很广。2.夹具设计的步骤夹具的设计步骤可以划分为六个阶段：（1）设计的准备这一阶段的工作是收集原始资料、明确设计任务。下一页返回2.7夹具设计（2）方案设计这是夹具设计的重要阶段。在分析各种原始资料的基础上。（3）审核经主管部门、有关技术人员与操作者审核，对夹具结构在使用上提出改进要求并讨论需要解决的某些技术问题。（4）夹具总装配图设计（5）夹具零件设计（6）夹具的加工、装配、调试和验证上一页下一页返回2.7夹具设计2.7.2专用夹具设计实例如图2-42所示零件，本工序是在立式钻床上钻削零件的孔。生产类型为中批生产，设计固定式钻模。1.确定定位方案2.确定导向方案3.确定夹紧方案4.确定夹具体结构方案上一页返回2.8拓展知识———数控机床夹具在数控机床上使用的夹具有通用夹具、通用可调夹具、组合夹具、模块化夹具、成组夹具以及专用夹具等。数控机床夹具有高效化、柔性化和高精度等特点。设计时，除了应遵循一般夹具设计的原则外，还应注意以下特点。①数控机床夹具应有较高的精度，以满足数控加工的精度要求。下一页返回2.8拓展知识———数控机床夹具②每种数控机床都有自己的坐标系和坐标原点。它们是编制程序的重要依据之一。设计数控机床夹具时，应按工序图规定的定位和夹紧面以及机床坐标的起始，确定夹具坐标原点的位置。③数控机床夹具应有利于实现加工工序的集中，即工件一次装夹能进行多个表面的加工，以减少工件装夹次数。④数控机床夹具的夹紧应牢固可靠、操作方便。上一页返回思考题1.什么叫六点定位规则？2.什么叫完全定位、不完全定位？3.什么叫欠定位？欠定位对加工有何影响？4.什么叫过定位？过定位对加工有何影响？如何消除过定位？5.如图2－4

4所示，试确定各定位元件限制了工件哪几个自由度？分别属于哪种定位方式？6.试分析图2－4

5所示夹具的定位，并指出消除过定位现象的办法？返回下一页思考题7.试分析图2-46所示的定位方案中，各定位元件限制了工件哪些自由度？是否存在过定位现象？8.什么叫定位误差？产生定位误差的原因是什么？9.试比较图2-47所示各种不同定位方案的定位误差？10.如图2-48所示，铣削的工序尺寸为，试计算各定位方案的定位误差。11.按图2-49所示要求，试作镗削孔的定位设计。12.分析图2－5

0所示的螺旋压板压紧机构有无缺点？应如何改进？13.图2-51所示为镗削削孔时的定位，试计算定位误差。上一页返回图2－1盖板简图返回图2－4压板夹紧装置返回图2－9工件的六个自由度返回表2－2工件定位的方式返回表2－3常用的定位元件返回表2－4常用定位元件及其限制的自由度（1）返回下一页表