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1、机械制造工艺学,第三章 机床夹具设计原理,第三章 机床夹具设计原理,6）其他元件或装置,3.1 机床夹具概述,一、机床夹具及其组成,机床夹具的基本组成部分:,1）定位元件或装置,2）刀具导向元件或装置,3）夹紧元件或装置,4）连接元件,5）夹具体,二、机床夹具的分类,5）随行夹具,机床夹具按其使用范围可分为以下五种基本类型：,1）通用夹具,2）专用夹具,3）通用可调整夹具和成组夹具,4）组合夹具,另外,夹具也可分:,车床夹具 钻床夹具 铣床夹具 镗床夹具 磨床夹具 自动机床夹具 数控机床夹具,手动夹具 气动夹具 液动夹具 电磁夹具 真空夹具,三、机床夹具的功用:,4）减轻工人劳动强度，保证生产
2、安全,1）保证加工质量,2）提高生产率，降低成本,3）扩大机床工艺范围,3.2 工件在夹具上的定位,4.辅助支承,一、常用定位方法与定位元件,（一）工件以平面定位,1.固定支承,2.可调支承,3.自位支承,支承钉,支承板,固定支承,可调支承,自位支承,辅助支承,（二）工件以圆柱孔定位,轴类零件在机床前后顶尖上定位的情况 加工箱体类零件时经常采用一面两孔组合,1.心轴 2.定位销,（三）工件以外圆表面定位,工件以外圆表面支承定位常用的定位元件是 V形块,（四）工件以其他表面定位,（五）定位表面的组合,二、定位误差的计算,调整法加工,几何的方法 微分的方法,（一）用几何方法计算定位误差,基准不符误
3、差:,定位误差分两大类:基准不符误差 基准位移误差 H,大小等于设计基准的最大变动量,定位基准与设计基准不重合引起的误差。,零件图,工序1,工序2,=2H,例1:基准不重合误差,=0,例 2:加工如图A所示零件，在工件上欲铣削一缺口，保 证尺寸8-0.08 mm。现采用图 B,C 所示两种定位方案。试分析那种定位方案的定位精度高。若不能满足图纸 要求，定位方案应如何改进？并绘草图说明。,=0.15,方案D,=0,A零件图,8-0.08,50+0.15,20-0.2,=0.2,2.基准位移误差H,由于夹具定位元件和工件定位基准本身有制造误差,使设计基准在加工尺寸方向上产生变动而形成的定位误差。,
4、例1:基准位移误差H,理想状态,设:孔为D,公差为 TD 轴为d,公差为 Td 孔,轴基本尺寸相等 D=d 最小间隙,结论:水平放置的芯轴定位误差等于轴的公差与孔的公差之和的一半.,=Dmax/2-dmin/2,=Dmin/2-dmax/2,=TD/2+Td/2,H=(TD+Td)/2,当孔最大,轴最小时:,当孔最小,轴最大时:,H,=(Dmax/2-dmin/2)-(Dmin/2-dmax/2),垂直放置的芯轴定位误差:,当孔最大,轴最小时,当孔最小,轴最大时,TD:孔的公差 Td:轴的公差:最小间隙,零件图,例2:,dmax=d+esd,dmin=d-eid,设计基准是 B 点,设计基准是
5、 O 点,=(d+ESd)/2sin-(d-EId)/2sin,=(ESd+EId)/2(1/sin),设计基准是 A 点,=(d+ESd)/2sin)-(d+ESd)/2-(d-EId)/2sin)-(d+EId)/2,D=160-0.14,例4:,d与D的同轴度误差0.04mm,解：,(P18 题28),例5:(P19 31题)工件定位如图2-21所示，若定位误差控制在工件尺寸公差的1/3内，试分析该定位方案能否满足要求？若达不到要求，应如何改进？并绘制简图表示。,解:,=0.1/2(1/sin45),=0.07,0.2/3=0.066,改进定位:,水平=0.1/2=0.05,0.2/3=
6、0.0667,=垂直,例6:在轴上铣一平面，工件定位方案如图所示,试求尺寸 A 的定位误差。,h=Amax-Amin,=C-D/(2xcos)-10 xtg,A=0.6535,d,900,解:,=0.1/2(1/sin45)+0.025/2,=0.083221,0.2/3=0.067,例7(p159 题2-4),题 2-4 图,改进定位:,=0.1/2+0.025/2,=0.0625,3.3 工件在夹具中的夹紧,4）夹紧装置的复杂程度和自动化程度应与工件的 生产批量和生产方式相适应。,一、对夹紧装置的要求,设计夹紧装置基本要求:,1）在夹紧过程中应能保持工件定位时所获得的正 确位置。,2）夹紧
7、应可靠和适当。,3）夹紧装置应操作方便、省力、安全。,二、夹紧力的确定,3）夹紧力的作用方向应尽可能与切削力、工件重 力的方向一致，以减小所需夹紧力。,夹紧力包括方向、大小和作用点三个要素,（一）夹紧力方向的选择,应遵循以下原则：,1）夹紧力的作用方向应有利于工件的准确定位，而不能破坏定位。,2）夹紧力的作用方向应尽量与工件刚度最大的 方向一致，以减小工件变形。,例1:,夹紧力方向的选择,薄壁套筒的夹紧,例2:,2023/9/11,35,NTIT,例3:,夹紧力与切削力方向,（二）夹紧力作用点的选择,一般应注意以下几点：,1）夹紧力作用点应正对支承元件或位于支承 元件所形成的支承面内，以保证工
8、件已获 得的定位不变。,2）夹紧力作用点应处在工件刚性较好的部位，以减小工件的夹紧变形。,3）夹紧力作用点应尽可能靠近被加工表面，以使减小切削力对工件造成的翻转力矩。,例1:,夹紧力作用点的位置,Q,Q/2,Q/2,不合理,合理,例2:辅助支承与辅助夹紧,（三）夹紧力大小的估算,但是夹紧力的估算是很粗略的。,对所需的夹紧力进行估算。,Q实际=FK,F:理论计算值 K:安全系数,例1:,Q实=1/2(M/R-PX)K,M-(Q1+Q2+PX)R=0,Q1=Q2=Q,Q理=1/2(M/R-PX),三、常用夹紧机构,特点:斜楔夹紧具有结构简单，增力比大，自 锁性能好，但操作不方便，因此直接用 来夹紧
9、机构较少。,（一）斜楔夹紧机构,斜楔机构受力分析,夹紧过程中：,FX=0,F1+RX=P,F1=Qtg1,RX=Qtg（+2）,夹紧后：,若要自锁,则 F1 RXQtg1 Qtg(-2)其中:1,2 很小 tg tg(-2)-2,1-2,斜楔的自锁条件为:,通常为了可靠,取=5 7,1+2,一般钢与铁=0.1 0.15,则 1=2=57,10 14,（二）螺旋夹紧机构,特点:螺旋夹紧机构结构简单，易于制作，增力比大，自锁性能好，是手动夹紧中应用最广泛的一种夹紧机构。,Q=P,Q=P,Q=2P,例:螺旋压板夹紧机构,（三）偏心夹紧机构,特点:偏心夹紧的优点是结构简单，操作方便，动作迅速；缺点是自
10、锁性能较差，增力比小。,偏心轮夹紧,例:偏心夹紧机构,（四）铰链夹紧机构,特点:铰链夹紧机构的优点是动作迅速，增力比大，并易于改变力的作用方向；缺点是自锁性能差。,铰链夹紧机构,铰链夹紧机构,铰链夹紧机构,（五）定心夹紧机构,（六）联动夹紧机构,(七)多件联动夹紧机构,多件联动夹紧机构正误对比,四、夹紧机构的动力装置,（三）气、液增压夹紧装置,（一）气动夹紧装置,（二）液压夹紧装置,3.4 各类机床夹具,（二）钻模的设计要点,一、钻床夹具,（一）钻模的类型,固定式钻模、回旋式钻模、翻转式钻模、盖板式钻模和滑柱式钻模等。,1.钻套 2.钻模板 3.夹具体,固定钻套,钻套高度与容屑间隙,固定钻模板
11、,0.08,3.2,1.6,145,22+0.02,40,12.5,10,23+0.2,3.2,3-8+0.02,0.1 A,零件图,例:,装配图,翻转式钻模板(通用回转工作台),二、镗床夹具,1.镗套 2.镗模支架与夹具体,（一）镗模的种类,（二）镗模的设计要点,单面前导向,单面后导向,三、铣床夹具,1.夹具总体结构2.对刀装置3.夹具体,（一）铣床夹具的类型,（二）铣床夹具的设计要点,导向键(定位键),对刀块,圆周进给仿形铣夹具,四、车床夹具,（二）车床夹具设计要点:,（一）车床夹具的类型,1.结构紧凑,轮廓尺寸尽可能小,重量轻,重心 尽可能靠近回转轴线。,2.应有平衡措施(平衡块)。,3
12、.注意与主轴联结的结构和尺寸。,4.为使车夹具使用安全,夹紧可靠,必要时加罩壳。,1.外圆定位夹盘，夹头,2.内孔定位 各种心轴,3.顶尖孔定位顶尖、拨盘,4.加工非回转体各种弯板式、花盘式车夹具,车夹具,3.5 成组夹具、组合夹具与随行夹具,一、成组夹具二、组合夹具三、随行夹具,组合夹具,3.6 机床夹具设计步骤与方法,5）有良好的结构工艺性,一、专用夹具设计的基本要求,1）保证工件的加工精度,2）夹具总体方案应与生产纲领相适应,3）操作方便，工作安全，能减轻工人劳动强度,4）便于排屑,二、专用夹具设计的一般步骤,夹紧结构其他元件 装置,（一）研究原始资料，明确设计要求,（二）拟订夹具结构方
13、案，绘制夹具结构草图,零件,工艺,定位基准,定位方法,定位元件,刀具引导方式 或对刀装置,夹紧方法,夹具体,（三）绘制夹具总图，标注有关尺寸及设计要求,绘制夹具总图可参照如下顺序进行：,比例尽量取 1：1,对零件进行编号，填写零件明细表和标题栏,标注必要的尺寸、配合、技术、条件；,绘制夹具体和其他元件，将夹具各部分连成一体；,按夹紧状态画出夹紧元件及夹紧机构；,画出定位元件及刀具引导元件；,用假想线（双点划线）画出工件轮廓 画出定位 面、夹紧面和加工面；,（四）绘制零件图,对夹具总图中的非标准件均应绘制零件图。,零件图,夹具设计过程举例,三、夹具设计中的几个重要问题,（一）夹具设计的经济性分析
14、（二）成组设计思想的采用（三）夹具总图上尺寸及技术条件的标注,夹具总图上应标注以下内容：,1）夹具外形轮廓尺寸；2）与夹具定位元件、导向元件及夹具安装基准面有关的配合尺寸、位置尺寸及公差；3）夹具定位元件与工件的配合尺寸；4）夹具导向元件与刀具的配合尺寸；5）夹具与机床的联接尺寸及配合；6）其他重要配合尺寸。,夹具上有关尺寸公差和形位公差通常取工件上相应公差的1/51/2。,（四）夹具结构工艺性分析,1）夹具零件的结构工艺性,2）夹具最终精度保证方法,3）夹具的测量与检验,（五）夹具的精度分析,1.定位误差,2.夹具制造与装夹误差,3.加工过程误差,图示工件外径为 D Td 需加工两个孔及一个平面,采用V形块定位,求工序尺寸 A1 A2 A3 定位误差。,课堂练习:,在卧式铣床上,采用调整法铣槽,当此工序以大端面为轴向定位基准时,试根据图示零件,标注出该工序的工序尺寸.,课堂练习:,例6:,
