第5章-机床夹具设计原理

1、(4)通过了定位：的工件的某些自由度被夹具上的两个以上的定位元件反复限制，定位的特征：提高工件的刚性，减少工件的加工变形，成为定位干涉(工件的夹紧困难)的原因，工件和定位部件变形，定位部件因此，在定位设计中尽量避免过度定位，消除或减少过度定位的方法主要有：1)改变定位部件结构2 )提高工件的定位基准间和定位部件的作业面间的位置精度，图5-5工件的过度定位状况和改善措施，2， 常见的定位方式及其定位部件，(约束支点点数和应用)工件被平面定位，图5-7的两种常用支撑板图5-6几个常用支撑钉，图5-9几个常见的独立支撑结构，图5-8几个常见的调整支撑， 图5-10中常见的几个辅助支撑，图5-11的辅

2、助支撑应用例，工件以外的圆定位，图5-13的可动v块应用例，图5-12的常用固定v块，v块定位的优点，1 )对中性好，工件的定位基准轴线对为v块两斜面无论是否加工了定位基准，无论是完全的圆筒面，还是部分圆弧面，都可以用v形块进行定位。 v块上的两个斜面之间的角度通常选择60、90、120，其中90是最多的。 v形块的典型结构和尺寸已经标准化，可以在设计时查看相关的标准手册。 v形块的材料一般为20钢，渗碳深度为0.8mm1.2mm，淬火硬度为60HRC64HRC。 2 .定位套筒、工件以外的圆柱表面作为定位基准被定位在定位套筒内的孔中，该定位方法一般适用于精密基准定位。 图5-14a是短定位盖

3、的定位，限制工件的自由度图5-14b是长定位，工件的自由度被限制了4个。 3 .半圆盖，图5-15是半圆盖结构的概略图，下半圆起定位作用，上半圆起夹紧作用。 图5-15a是装卸式的，图5-15b是铰链式的，后者工件的装卸很容易。 短半圆组合限制了工件的2自由度，长半圆组合限制了工件的4自由度。 4 .圆锥盖、工件通过圆锥盖定位时，总是与后顶(反顶)组合使用。 如图5图16所示，夹具具体锥形柄1插入到机床的主轴孔中，经由传递螺钉2向定位圆锥套筒3传递扭矩，工件圆柱左端部由定位圆锥套筒3通过齿纹锥面定位，工件的三个移动自由度被限制图5-16、(三)工件多用圆孔定位，工件多用圆孔定位，定位基准是孔的

4、轴线，常用的定位部件有定位销、圆柱主轴、圆锥销、圆锥主轴等。 1定位销、图5-18、2圆锥销在加工套筒、中空轴等工件时，也经常使用圆锥销。 如图5-18所示。 图5-18a用于粗基准，图5-18b用于精基准。 圆锥销限制工件的3自由度。 图5-18,3、3、3是主轴的定位，主要用于套筒类和中空盘类工件的车、铣削、铣削和齿轮加工。 常见的有圆柱心轴和圆锥心轴等。 (1)圆筒心轴短的圆筒心轴限制工件的自由度【 】长圆柱心轴限制工件的自由度【 】，图5-20a是间隙嵌合圆柱主轴，定位精度不高，但是工件的装卸方便，图5-20b是铆接圆筒心轴，在对定心精度要求高的情况下工件孔的纵横比为L/D1时，作业部

5、分稍有锥形。 另外，图5-20、(2)圆锥心轴、图5-21的定位方式是圆锥面与圆锥面接触，锥形孔和圆锥心轴的锥形相同，要求接触良好，因此，定心精度和定位精度高，但轴向定位精度依赖于工件孔和心轴的尺寸精度。 圆锥心轴限制了工件的自由度【，图5-21、(4)工件在组合表面定位，在实际加工过程中，工件往往不在单一表面定位，而在组合表面定位。常见的有平面和平面的组合，平面和孔的组合，平面和外圆柱面的组合，平面和其他表面的组合，锥形和锥形的组合等。 另外，图5-14的工件通过端面和圆筒面的组合被定位，图5-19的工件通过端面和内孔的组合被定位，通过单面和两面的组合被定位，图5-22在加工箱形工件时，大多

6、通过单面和两面的组合被定位，图5-22 定位元件采用平面和短圆柱销两种。 两个孔的直径分别为D1、D2，两个孔的中心距离为l，两个销的直径分别为D1、D2，两个销的中心距离为l。 由于平面限制了3自由度，2个定位销限制了4自由度，因此，如图5-22a所示，工件的2个孔可能无法嵌入2个定位销。 解决定位的方法，1 )减小第二个销的直径。 该方法由于销的直径变小，配合间隙变大，所以工件绕第一个销的旋转角度误差变大。 2 )允许第二个销在x方向上移动，但结构复杂。 3 )第二个销采用倒角销结构，即在过定位销方向上对第二个圆柱销进行倒角，如图5-18b所示在：平面上限制三个自由度，用短圆柱销限制两个自

7、由度，用短倒角销(菱形销)限制一个自由度。 (由于不需要减小第二个销的直径，所以旋转角度误差小)图5-22c所示的倒角销的截面形状是菱形，也称为菱形销，用于直径小于50mm的孔，图5-22d所示的倒角销的截面形状经常用于直径超过50mm的孔。 边缘销的宽度b和b的值：边缘销的结构尺寸已标准化，因此在设计时请尽量根据标准进行选择。 边缘销的宽度b和b的值可以根据表5-1来选择。 三定位误差的计算，可以根据六点定位原理，设计检查工件在夹具上是否位于正确的位置，但是是否满足工件工序的加工精度的要求，取决于工具和工件间的正确相互位置。 影响这个正确位置关系的因素很多。 例如夹具向机床的安装误差、工件向

8、夹具的定位误差和夹紧误差、机床的调整误差、工艺系统的弹性变形和热变形误差、机床和刀具的制造误差和磨损误差等。 为了保证工件的加工品质，d /3各种因素产生的加工误差的总和工件被加工尺寸的公差d工件在夹具上的定位误差、定位误差及其产生原因、定位误差，必须满足因工件的定位而引起的加工面相对于工序基准的位置误差。 在工件的批次中，刀具调整的位置不动，即被加工面的位置相对于定位基准是一定的，因此定位误差是工序基准的加工尺寸方向的最大变动量。 定位误差是使用调整法加工一批工件时的定位引起的工序尺寸变化量，是定位误差的原因，由定位基准和工序基准不一致引起的定位误差、基准不一致的误差，即工序基准相对于定位基

9、准的加工尺寸方向的最大变动量用b表示(下述将定位副制造误差及其配合间隙引起的定位误差称为基准位移误差，用j表示定位基准的加工尺寸方向的最大变动量(下述图5-23a定位面的不均匀度) 。 常见的定位误差分析和计算、定位误差分析和计算的目的是，分析不同的方案以确定采用的定位方案能否保证加工要求，选择最佳定位方案是确定定位方案的重要依据。 定位误差的产生原因表明，基准不匹配误差是由定位基准的选择错误引起的，基准位移误差是由定位副制造误差及其配合间隙引起的。 在定位工件时，上述两个误差既有可能同时存在，也有可能仅存在一个，但无论如何，定位误差都是两个误差协同作用的结果。 因此，对d=b j=jb (5

10、-5)、“”进行解析，用式(5-5)计算定位误差，称为误差合成法，是加工尺寸方向的代数和。在定位误差的分析和计算中，可以分别计算两个误差，用式(5-5)合成。 在“和”是相同的误差因素引起的情况下，称为“和”关联，在这种情况下，如果它们的方向相同，则在合成时为“”。 如果它们的方向相反，则在合成时取“-”。 在两者不相关的情况下，可以直接叠加两者来计算定位误差(取符号)。 1 .工件在平面上定位的定位误差，从图5-23、定位基准与工序基准不一致(图a):工序图可知，加工尺寸的工序基准(也是设计基准)为a面，图a中定位基准为b面，定位基准与工序基准不一致，必然基准一致b=(hmax-HD ) (

11、hmin-HD )=(hmaxhmin )=0.28=t40结论：如果b定位基准和工序基准间尺寸公差定位基准b面制造得比较平滑，则该批次的工件的定位基准位置不变化，也就是说不发生基准位移误差，即j=0。 因此，d=bcj=B0=0.28 mm/3=0.30/3=0.10 mm的定位误差过大，在其他加工误差中留下的容许误差太小(只有0.02mm )，在实际的加工中容易出现废品，因此该定位方案不合理，定位基准和工序基准很重如果：变更为图5-23b的定位方案，则定位基准和工序基准一致，因此定位误差为： d=b j=0 0=0的定位方案工件需要从下向上夹紧，夹紧方案不理想，夹具结构变得复杂。 【还有什

12、么别的方法？ 另外，工件以外的圆定位，图5-24，工件以外的圆被定位在v区块上，如果不考虑v区块的制造误差，由于工件定位基准位于v区块的对称面上，因此工件中心线的水平方向的位移为零。 但是，在垂直方向上，由于工件外周存在制造误差，所以定位基准产生位移，(图5-24a:)垂直方向的值为：的图5-24b、c、d表示同一加工的3种不同的工序尺寸标记的情况，该定位误差的解析计算如下计算：(5-6)、 图5-24b在工序基准和定位基准重叠的情况下仅是基准位移误差，因此，影响工序尺寸H1的定位误差为，H2定位误差计算，图5-24c所示的工序尺寸为H2，工序基准被选定为工件上母线a，此时工序基准和定位基准不

13、一致，该定位误差， d=b j b /2都是由工件直径尺寸的制造误差引起的，因为是相关误差因素，所以在合成法计算中有必要判断正负。 该判断方法中，若工件的直径尺寸变小，则工件定位基准下降而工件定位基准位置不变化的情况下，若工件直径尺寸变小，则工序基准a下降，两者的变化方向相同，因此，定位误差的计算使用和，进行：(5-8)，H3定位误差的计算如果工件的直径尺寸变小，则定位基准向下移动，但工序基准向上移动，因此，在计算定位误差时使用“差”，(5-9)、工件用圆柱孔定位，工件用单一圆柱孔定位时经常使用的定位部件是圆柱定位主轴(另外在这种情况下，在计算定位误差时，存在工件孔和定位销(或定位销)无间隙地

14、嵌合的情况，和工件孔和定位销(或定位销)无间隙地嵌合的情况。 工件孔和定位圆轴(或定位销)采用间隙配合。1 )工件孔和定位销(或定位销)之间没有间隙的定位误差计算工件孔和主轴(或定位销)是过盈配合，定位子之间没有间隙，定位基准的位移量为零，所以j=0。另外，关于图525的工件通过圆筒孔被紧固心轴定位时的定位误差解析，若工序基准和定位基准重叠，则如图5-25a的尺寸H1所示，定位误差为d=b j=0 (5-10 )，若工序基准处于工件内圆母线上，则为图525的尺寸如果d=b j=d/2 (5-11 )工序基准在工件的外圆母线上，则定位误差为图5-25c中的尺寸H4； 在H5中，定位误差是d=b

15、j=b=D/2 (5-12 )，2 )工件孔与定位主轴(或定位销)间隙嵌合的定位误差计算(1)将工件孔和定位主轴水平放置，图5-26工件用单一圆柱孔进行定位如图5-26所示，如果将工件孔和定位主轴水平地放置，工序基准(孔中心线)和定位基准(主轴轴线)重叠b 0: d=b j=j由于工件的自重，工件的孔与定位主轴的上母线单侧接触，孔比轴大， 孔中心线相对于定位主轴的轴线总是向下移动，图5-26b是有可能向最小下方移动的状态，图5-26c是能够产生的最大下降状态，工件孔中心线的垂直方向的最大变动量为，(5-13 )、(2)工件孔与定位主轴垂直， 图5-27工件孔与定位销垂直，d=b j=j如图5-

16、27所示，工件孔与定位销(或定位销)垂直， 应该考虑定位主轴有可能与工件内孔接触的加工尺寸方向的两个边界位置和孔轴的最小配合间隙的影响，在这种情况下，在调整刀具尺寸时不能预先修正，因此，加工尺寸方向的最大基准位移误差在最大孔和最小轴处孔中心线位置的变动量：(5-14 ) 在图5-27中，尺寸的定位误差：=0 =j=D1 d1 min，工件用单面的两个孔定位， 在图5-28一面的两孔的对位中，“1”孔中心线的x、y方向的最大位移，“5-15”、“2”孔中心线的x、y方向的最大位移分别是【: (5-16 )两孔中心线对两销中心线的最大转角误差(图5-28所示) 4用夹具夹紧工件，必须在定位工件后进

17、行夹紧，保证工件不会因切削力、重力、离心力等外力而破坏定位。 这种夹紧工件的装置被称为夹紧装置。 1、夹紧装置的结构和设计要求、1夹紧装置的结构典型的夹紧装置一般由三部分构成，参照图5-29所示的： (1)动力源(6)5)、(2)传递机构(4)、(3)夹紧元件(2)、 图5-29夹紧装置的构成1工件2压板3铰链杆4活塞杆5活塞6缸，夹紧装置的要求，夹紧装置是夹紧装置的重要组成部分，正确地选择和设计夹紧装置，能保证工件的加工质量，提高生产率，提高工人的劳动力因此，对于夹紧装置，1 )在夹紧中不能破坏工件的定位；2 )夹紧力的大小必须可靠、适当；3 )夹紧动作必须正确且迅速；4 )操作方便、省力、安全5 )结构简单，制造容易。 二、紧固力的确定，紧固力包括紧固力的方向、作用点和大小三个要素，是紧固装置设计和选择的核心问题。 一个夹紧机构的设计的好坏很大程度上取决于夹紧力的三要素。 1夹紧力的方向、夹紧力的方向的选择原则是： (1)夹紧力的作用方向不损害工件定位的正确性和可靠性；(2)夹紧力的方向要尽量减小工件的变形；(3)夹紧力的方向要尽量减小所需的夹紧力图5-30 32、32的夹紧力方向的选择：2夹紧力的作用点，夹紧力的作用点的位置和数量直接影响工件定位后的可靠性和