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1、第四章 机床夹具设计原理,学习目的与要求,（1）了解机床夹具的组成、作用及其对零件加工的重要性（2）掌握对工件定位的概念、原理、要求及定位误差的概念（3）掌握各种不同定位方式定位误差的计算（4）熟悉对工件夹紧的目的、要求和夹紧机构（5）熟悉各种机床上使用的夹具特点（6）初步掌握夹具设计的方法、要点和步骤,主要内容,第4章 机床夹具设计原理4.1 机床夹具的概述4.2 工件的定位4.3 典型的定位方式、定位元件及定位装置4.4 定位误差4.5 工件的夹紧4.6 夹紧机构4.7 夹具的动力装置4.8 夹具的其它装置4.9 夹具设计的方法及步骤思考与练习：,一、机床夹具的定义 工艺装备:刀具、夹具、
2、量具、辅具 机床夹具：机床与工件间的一种连接装置，其功用是 使工件能安装到机床的正确位置上。二、工件的安装 定义 内容：方式：,4-1 夹具的基本概念,三、夹具的组成,三、夹具的组成1、夹具的组成 定位元件及定位装置 夹紧元件及夹紧装置 导向元件或对刀装置 动力装置 夹具体 其它元件与装置2、夹具的工作原理要点 使工件在夹具中占有正确的加工位置；夹具对于机床应保证有准确的相对位置；使刀具相对于定位元件的工作面调整到准确位置。,机床夹具和机床、刀具、工件之间关系图,四、夹具的作用（1）保证加工精度（2）提高生产率（3）减轻工人劳动强度（4）扩大机床使用范围（5）降低生产成本（6）可由较低技术等级
3、的工人加工,五、夹具分类 1、按夹具的使用范围 通用夹具 专用夹具 成组夹具 组合夹具 随行夹具 2、按机床种类 车床夹具 磨床夹具 钻床夹具(钻模)镗床夹具(镗模)铣床夹具 3、按动力源 手动、气动、液压、气液、电动、电磁、真空,4-2工件的定位,一、定位与基准 定位：工件在机床或夹具中占有正确的位置过程 夹紧：将工件在夹具中的正确位置固定下来的操作 定位基准：确定工件安装时所用的基准,二、定位原理 自由度：一个物体在空间中可能具有的运动 刚体有六个自由度：定位本质：采取各种约束措施来消除六个自由度 六点定位原理：,平面 1、2、3：圆柱面 5、6：槽 4：,圆盘类零件,轴类零件,圆柱面 1
4、、3、4、5：槽 2：端 6：,定位销定位：,六点定位原理,采用六个按一定规则布置的约束点，限制工件的六个自由度，实现完全定位,常见定位元件分析,V型铁定位：锥销定位：顶尖定位：,三、定位的正常情况与非正常情况,需限制5个自由度,需限制6个自由度,超定位的几个例子,平面定位：四个支撑钉三个,平面长销 平面3个；长销4个,改进措施,长销与小端面,短销与大端面,长销与浮动端面垫,一面两销 两个短销均限制了 将其中一销改为削边销,过定位益处,增加稳定性增加刚性,具体情况具体分析：,该限制的没有限制欠定位，不允许；限制自由度小于六时，是欠定位或不完全定位 一个自由度被多个定位元件限制超定位，一般不允许
5、 工件定位面精度、夹具定位元件精度较高允许过定位提高刚度 工件刚度低，过定位提高刚度 根据加工要求确定定位，不必完全定位。,4-3 典型的定位方式、定位元件及定位装置,一、定位元件的要求 有与工件相应的精度；有足够的刚度；有足够的耐磨性。二、常见的定位方式及定位元件平面定位、外圆定位、内孔定位、组合定位1、平面定位 应用场合：箱体、床身、机座、支架等 定位元件：固定支承、可调支承、自位支承、辅助支承,固定支承 精基准：平头支承钉或支承板 粗基准：球头或网纹支承钉可调支承,自位支承 提高工件刚性 避免超定位辅助支承 提高工件刚性 不限制自由度,辅助支承,2、圆孔定位 定位销：主用于中心孔定位，一
6、般d50mm 锥销,心轴：A、刚性心轴,间隙配合，基孔制(h,g,f)，定心精度低,过盈配合，基孔制(r,s,u)，定心精度高,B、锥度心轴 常用锥度：1:10001:5000 定心精度高，不用夹紧，但要求工件孔的精度高C、弹性心轴：定心精度高，装卸方便,液性塑料心轴，定心精度高，但要求工件孔的精度高,D、定心心轴：用于粗基准或孔径大时,孔定位,3、外圆定位 套筒 自动定心定位：卡盘及卡头,气动三爪卡盘,鼓膜式定心卡头,液性塑料筒夹,筒夹卡盘,自动定心定位,支承V型铁定位 分类：特点：对中性好 应用：外圆柱面定位；任意曲线柱面的定位；与其他定位元件组合使用；超定位时，可做成浮动形式,平支承,两
7、个平支承,半圆支承,盖板式钻模,固定式钻模,4、圆锥孔定位 用圆锥销定位，特例是顶尖（死顶尖和浮动顶尖组合限制5个自由度）5、组合定位几个定位元件组合起来同时定位工件的 几个定位面。（1）一个平面和两个与其垂直的孔 A、采用一个平面和两个圆柱销的情况,设孔1和销1准确定位，两者最小间隙1，要将孔2套入定位销2，而两个中心距又有误差，则只能将定位销2减小。从图中可以看出，当两孔中心距最大两销中心距最小或反之,已知:孔:销:孔心距:LLg销心距:LLx求:dmax,这种靠减小d2直径的方法来解决两孔装不进定位销的矛盾，将会造成较大的工件转角误差。,B、用削边销来补偿两孔中心距和两销中心距的误差 削
8、边销的出现 设两孔中心距最大，两销中心距最小,如把定位销2削成宽为b的扁销，即可补偿两个中心距误差使工件顺利装入。根据几何关系得（两三角形）,略去高阶小量,当两孔中心距最小，两销中心距最大时，结果相同。,削边销结构,C、削边销（菱形）设计已知：两销孔公称尺寸及公差，两孔中心距公称尺寸及公差;求：两销公称尺寸、削边销宽度及销公差，两销孔中心距及 公差。例：已知工件两孔为 两孔中心距为,解：公差为 对称分布,确定圆柱销的直径及公差 圆柱销1的为 最小间隙,确定菱形销2的直径公称尺寸、公差及宽度 先根据D2=5值查表4.1(P217)，b=2，B=4.5 根据b求2 则由最小间隙,（2）一个平面和一
9、个与其垂直的孔组合 A、大平面、短销 B、大平面、长销（3）两个互相垂直的平面和一个与其中一个面垂直的孔组合 6、其它定位方式 一些特殊的如齿轮淬火后磨内孔齿余量均匀,齿面定位,4-4 定位误差,一、与夹具有关的误差：1、定位误差定 2、夹紧误差夹紧 3、导向误差导 4、夹具安装误差夹具安 5、夹具制造误差夹具,dw工序公差的1/3,二、定位误差,定义:一批工件采用调整法加工时，因定位不准确而引起的尺寸或位置的最大变化量。具体来讲，是指定位基准相对于设计基准在工序尺寸方向上的最大变化量。,三、常见定位形式的定位误差 1、用支承或平面作定位元件 平面定位 要求尺寸：A1 则由基准不重合引起的定位
10、误差定=A2,支承定位平面 要求尺寸：A3 基准重合，但工件定位面不准，由基准位移引起定位误差定=2(H-h)tg()，=90,若要求A1则既有基准位移引起，又有基准不重合引起误差定=2(H-h)tg()+A2,支承定位外圆表面 对H1:定=Td/2(不重合)对H2:定=0 对H3:定=Td(不重合),2、用定位销、心轴定位内圆表面和用套筒定位外圆表面(1)中心偏移销或套筒垂直放置 如图，x、y两个方向定位误差,当定位销或套筒水平放置，由于重力等作用，高点接触定位误差：,销小孔大,销大孔小,中心偏转,3、锥心轴定位 当工件孔有孔径误差 时，基准位移误差：孔直径公差 锥角 当心轴有直径误差时,公
11、差,位移误差 对销1来说最小间隙 各个方向 孔径公差 销径公差 最小间隙,4、一面两销定位,对销2来说，由于不限x方向自由度，即由销1决定。y方向：,转角：,转角为,一般转角：可取,5、V形铁定位下母线为设计基准（如键槽等）此时由于基准不重合（QA、C）产生基准转换误差。设调整是按标准工件调整，工件直径为d，现工件直径为d+，则产生的定位误差为,其中,中心线为设计基准(如端键槽)此时定位误差,=120，60，90,设计基准为上母线 此时定位误差,=120，90，60,K3 K2 K1,注意,4-5 工件的夹紧,一、夹紧机构的组成 1、夹紧元件 2、动力装置 3、中间传力机构二、夹紧机构的基本要
12、求与设计原则 1、夹紧必须保证定位而不能破坏定位主要夹紧力垂直于装置基面,夹紧元件不应破坏工件定位,2、工件和夹具的夹紧变形必须在允许范围内 夹紧力作用在工件刚性较好的方向上夹紧力的着力点和支承点尽可能靠近切削力作用点,夹紧力的反作用力不应使夹具产生影响加工精度的变形夹紧力大小要适当,3、夹紧机构必须可靠 夹紧元件本身有足够的刚度和强度 手动夹紧的自锁性能可靠 夹紧机构有足够的夹紧行程4、夹紧机构的操作安全、省力、方便、迅速5、夹紧机构的复杂程度和自动化程度与生产规模及工厂的财力、物力相适应,三、夹紧力的确定 夹紧力大小、方向和作用点 1、夹紧力的方向 保证定位准确可靠，一般垂直于主要定位基准
13、面；应使所需夹紧力尽可能小；应使工件变形小；2、夹紧力的作用点 保持工件稳定定位，正对支承元件或落在几个定位 元件形成的稳定受力区域内；使工件夹紧变形尽可能小；尽可能靠近工件被加工表面；,三要素,3、夹紧力大小的选择 夹紧力大小应适当 确定方法：类比法计算分析法,加工过程中，切削力变化时，按最不利的情况考虑,开始，绕0点翻转，摩擦力矩,4-6 夹紧机构,一、斜楔夹紧机构,1、夹紧力计算即又,2、结构特点：斜楔具有自锁性,一般 约6，手动可靠 气动、液压时，可大些，1530。,具有改变压力方向的特点具有增力作用 增力系数 3左右夹紧行程小，行程h，移动S 行程小 自锁差3、适用范围 小型钻床、铣
14、床；与其他装置组合使用,二、螺旋夹紧机构 1、结构形式,三、偏心夹紧机构,四、铰链夹紧机构 增力机构，常与气缸、油缸联动以扩大夹紧 力，动作迅速，容易改变力的传递方向压板张 开量大；但自锁性能差,特点,五、定心夹紧机构 三爪卡盘、弹性夹头等六、联动夹紧机构 1、常见的联动夹紧方式 多点夹紧联动 多件夹紧联动 先定位后夹紧联动 夹紧与其他动作联动,2、设计联动夹紧机构时应注意的问题 仔细进行运动分析和受力分析，以确保实现设计意图；设计必要的浮动环节及浮动程度，以保证夹紧均衡、运动不发生干涉；保证所有压板都能松夹，以便装卸工件；注意刚性，以免刚性不足而夹不紧；避免过于复杂，否则会降低可靠性，制造困
15、难。,4-7 夹具的动力装置,一、动力装置的作用 减轻工人劳动强度，提高生产率，保证安全生产 常用动力装置：气压、液压、气液联合、电动、电磁、真空等二、气压夹紧采用压缩空气,气动夹紧及其辅助装置系统图,固定式气缸,回转式气缸,三、液压夹紧 1、液压的压力较高，油缸小，布局方便，不需增力机 构，结构简单；2、夹紧刚度大，夹紧可靠，动作比较平稳；3、在有液压系统的机床上实现比较方便，否则需增设油 泵站，提供高压油，因此成本高；4、没有排气噪声，但油泵工作时的噪声也很大，另外漏 油不易处理，污染环境。,特点(与气压比),四、气液联合夹紧 利用气压来源方便和液压工作油缸体积小的特点，其能量来源是压缩空
16、气，执行机构是油缸。,增压器,五、电动夹紧 多由电动机、减速装置和螺旋副传动等组成六、电磁夹紧 七、真空夹紧,有色金属、合金等,4-8 夹具的其它装置,一、孔加工时的导向装置 1、钻孔导向钻套（1）钻套的类型(根据结构)：固定钻套、可换钻套、快换钻套、特殊钻套,固定式(有肩和无肩)配合：特点：位置精度高，结构简单，但磨损后不易换，不 能钻扩铰 应用：用于单件、小批及孔距小的地方。可换钻套 配合：钻套与衬套间，衬套与孔间 特点：操作方便，螺钉可防止钻套松动和被顶出 应用：大批量生产，但不宜用于连续更换刀具的场合,快换钻套 用于钻扩铰(攻丝)特殊钻套,（2）钻套的尺寸和公差 内径D 其基本尺寸一般
17、等于刀具的最大极限尺寸，按基轴制选用的间隙配合F7或G6 钻套高H 对于一般孔距精度 H=(1.52)d 对于孔距（平行度）要求高的 H=(2.53.5)d 钻套与工件距离h 留有空间排屑；加工铸铁 h=(0.30.7)d；加工钢 h=(0.71.5)d；孔的位置高，可取h=0 断屑好 h，不好 h,应用：杆套紧；套衬用,（3）钻模举例 固定式与移动式钻模 翻转式或回转式钻模 当工件上有几个方向不同孔时，可用一个钻模在一次安装中进行加工。这种钻模能获得所需的几个方向加工位置。翻转式钻模：整个夹具可以和工件一起翻转 回转式钻模分度机构,2、镗孔的导向镗套（1）镗套结构类型 固定式镗套不与镗杆一起
18、转动,外形尺寸小，结构简单，中心位置准确，转速高时出现“咬死”，不超过20米/分,回转式镗套 外滚式回转镗套：将回转部分装在夹具上，镗杆和导套之间只有相对移动，而无转动。内滚式回转镗套：将回转部分装在镗杆上,精度高。（2）镗刀通过问题 很多情况镗孔直径大于镗套内径,（3）镗套的尺寸和公差 镗套的基本尺寸由镗杆的导向部分的外径来决定。配合用、，后者用于精加工。内滚式，滑动套 h6、h5,二、对刀装置,铣床对刀装置,三、分度装置,斜面分度装置,四、夹具在机床上的定位,为保证夹具相对于切削运动有准确方向，在夹具体底面往往安装两个定向键或销,夹具在回转主轴上的安装，取决于所使用的机床主轴的端部结构,4
19、-9 夹具设计的方法及步骤,一、设计前的准备 1、生产纲领 N 气动或机动夹具 N 手动 简单 2、零件图及工序图 零件图尺寸、形状和位置精度要求 工序图工序尺寸、基准等 加工表面 3、工序内容 主要指该工序所用机床、刀具、切削用量、工步安排、时间定额、装夹工件数目等,工序内容：钻铰6两孔，钻8孔精度要求：6两孔级，表面粗糙度3.2，位置度0.1；8孔自由，表面粗糙度12.5已加工表面有：12H7孔、5H7孔、45f7外圆、两端面及18孔,二、夹具的总体方案的确定 1、定位方案 一面两销 长销、削边销、小止推面装卸不便，钻工时干涉、复杂、排屑 端面、削边销、定心套基准不重合,2、夹紧方案螺钉垫圈夹紧优点：机构简单、方便，缺点：装卸工件不便，费时勾形压板装卸方便，但需要拧两个螺母，费时；联动则复杂铰链压板简单方便,3、夹具形式 翻转或回转式 三、夹具装配草图 工件定位元件导向元件夹紧机构夹具体 足够的刚度减少变形，必要时用加强筋 形状简单避免加工困难 良好的工艺性 操作方便，容易排屑,绘制夹具体应注意,四、夹具的精度验算,五、绘制夹具的装配图及零件图 1、轮廓尺寸，即夹具的长宽高尺寸 2、配合尺寸及种类 3、联系尺寸及偏差，一般按工件相应公差的 选取,
