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1、Machine Manufacturing Engineering,机 械 制 造 工 程 学,2023年9月25日,第八章 工件的安装与夹具,第一节 夹具的基本概念第二节 工件的定位原理第三节 定位方式与定位元件的选择第四节 定位误差第五节 工件的夹紧第六节 各类机床夹具特点,第一节 夹具的基本概念,从广义上来说，为使工艺过程的任何工序保证质量，提高生产率，减轻工人劳动强度及工作安全等的一切附加装置都称为夹具。机床夹具是将工件进行定位、夹紧，将刀具进行导向或对刀，以保证工件和刀具间相对位置关系的附加装置，简称夹具。如：卡盘、平口钳、各种钻模等。将刀具在机床上进行定位、夹紧的装置，称为辅助工具
2、。如：钻夹头、刀夹、铣刀杆等。加工过程中使用的刀具、夹具、量具及其他辅助工具统称为工艺装备。,第一节 夹具的基本概念,一、工件在机床上的安装,1、安装概念 定位：把工件安放在机床工作台上或夹具中，使它和刀具之间有相对正确的位置。夹紧：工件定位后，将工件固定，使其在加工过程中保持定位位置不变。,第一节 夹具的基本概念,2、工件在机床或夹具上的三种安装方式,一、工件在机床上的安装,直接找正安装,划线找正安装,夹具安装,第一节 夹具的基本概念,二、夹具的组成：,第一节 夹具的基本概念,二、夹具的组成：,定位元件：起定位作用，保证工件相对于夹具的位置。夹紧装置：将工件夹紧，以保持工件在加工时的既得位置
3、。导向元件和对刀装置：保证刀具相对夹具的位置。连接元件：用来保证夹具和机床工作台之间的相对位置。夹具体：用于连接夹具各元件及装置使其成为一个整体的基础件。其它元件：如动力装置、分度装置等。,三、夹具的作用：,减轻劳动强度；,提高生产率和降低生产成本；,保证加工质量；,扩大机床的工艺范围。,如相互位置精度的保证，精度一致性的保证等。,用夹具装夹工件，避免了工件逐件找正和对刀，缩短了安装工件的时间；用夹具容易实现多件、多工位加工，提高了劳动生产率；且还可边加工边安装工件，使机动时间与辅助时间重合，进一步缩短辅助时间，从而降低了生产成本。,如可用气动、电动夹紧。,如在铣床上加一个转台或分度装置，可以
4、加工有等分要求的零件；在车床上或钻床上安放镗模后可以进行箱体孔系的镗削加工，使车床、钻床具有镗床的功能。,四、夹具的分类：,1.按专业化程度分：,与通用机床配套(作为通用机床的附件)。如三爪卡盘、四爪卡盘、虎钳、分度头和转台等。,通用夹具；,四、夹具的分类：,1.按专业化程度分：通用夹具；,专用夹具；,根据零件工艺过程中某工序的要求专门设计的夹具，此夹具只为该零件用，一般都是成批和大量生产中所需，数量也比较大。,四、夹具的分类：,1.按专业化程度分：通用夹具；,成组夹具；,专用夹具；,适用于一组零件的夹具，一般都是同类零件，经过调整(如更换、增加一些元件)可用来定位、夹紧一组零件。,四、夹具的
5、分类：,1.按专业化程度分：通用夹具；,组合夹具；,成组夹具；,专用夹具；,由许多标准件组合而成，可根据零件加工工序的需要拼装，用完后再拆卸，可用于单件、小批生产。,四、夹具的分类：,1.按专业化程度分：通用夹具；,用于自动线上，工件在夹具上由输送装置送往各机床，并在机床夹具或机床工作台上进行定位和夹紧。,随行夹具。,组合夹具；,成组夹具；,专用夹具；,四、夹具的分类：,2.按使用机床的类型分：车床夹具；,铣床夹具。,镗床夹具(又称镗模)；,钻床夹具(又称钻模)；,磨床夹具；,齿轮机床夹具；,四、夹具的分类：,3.按夹紧动力源分：手动夹具；,电磁夹具；,气液夹具；,液动夹具；,气动夹具；,电动
6、夹具；,真空夹具；,自紧夹具(靠切削力本身夹紧)。,五、夹具的装夹误差：,定位误差：D,由于定位不准确造成的加工误差,调安误差：T-A,调整误差T和安装误差A的统称。,过程误差：G,与加工过程中一些因素有关的加工误差。如：受力变形、受热变形、磨损等。,通常：D+T-A+GT工件,第二节 工件的定位原理,一、六点定位原理：,第二节 工件的定位原理,一、六点定位原理：,我们把用夹具上按一定要求布置的六个定位支承点与工件的定位基准相接触来限制工件的六个自由度叫做六点定位原理。必须强调的是，工件定位以后，防止工件是否相对于定位元件作反方向移动或转动是属于夹紧的问题，不能将定位与夹紧混为一谈。,一、六点
7、定位原理：,完全定位：六个自由度全部被限制。,一、六点定位原理：,完全定位：六个自由度全部被限制。,不完全定位（部分定位）：,没有完全限制工件的六个自由度，但已能满足加工要求的定位，称为不完全定位。,一、六点定位原理：,完全定位：六个自由度全部被限制。,不完全定位（部分定位）：,一、六点定位原理：,完全定位：六个自由度全部被限制。,不完全定位（部分定位）：,一、六点定位原理：,完全定位：六个自由度全部被限制。,不完全定位（部分定位）：,欠定位：根据加工要求，未能限制应该限制的自由度,过定位（重复定位）：,零件某一个自由度同时由多个定位元件限制。,一、六点定位原理：,过定位（重复定位）：,零件某
8、一个自由度同时由多个定位元件限制。,一、六点定位原理：,过定位（重复定位）：,零件某一个自由度同时由多个定位元件限制。,一、六点定位原理：,大多数情况下，应避免过定位，但在一定条件下也是允许的。该条件就是要求工件定位基准与夹具定位元件都有较高的形状和位置精度。,第三节 定位方式与定位元件的选择,工件在夹具中定位时，除了正确运用六点定位原理和合理选择定位基面外，还要合理选用定位元件。各类定位元件结构虽然各不相同，但在设计时应满足以下共同要求：定位工作面精度要求高。如尺寸精度常为IT6IT8级，表面粗糙度Ra一般为0.80.2m。要有足够的强度和刚度。定位工作表面要有较好的耐磨性，以便长期保持定位
9、精度。一般定位元件多采用低碳钢渗碳淬火或中碳钢淬火，淬火硬度为HRC5862。结构工艺性要好，以便于制造、装配、更换及排屑。,一、工件以平面定位：,固定支承：,固定支承：,可调支承：,自位支承：,辅助支承：,“辅助支承”与“可调支承”的区别：辅助支承是在工件定位后才参与支承的元件，其高度是由工件确定的，因此它不起定位作用，但辅助支承锁紧后就成为固定支撑，能承受切削力。,一、工件以平面定位：,二、工件以外圆柱面定位：,定位套：,V形块：,三、工件以圆柱孔定位：,圆柱定位销：,圆锥定位销：,定位心轴：,四、工件以圆锥孔定位：,五、定位方式的组合：,一个平面和两个与其垂直的孔的组合（一面双销）,五、
10、定位方式的组合：,一个平面和两个与其垂直的孔的组合（一面双销）,两孔中心距为：LTlk/2，两销中心距为：LTlX/2。两孔与两销的最小间隙分别是1min，2min。,五、定位方式的组合：,一个平面和两个与其垂直的孔的组合（一面双销）,由图中AO2B和AO2C可得：,整理后得：,去掉式中高阶无穷小量后得：,定位销的设计与选取：,确定两定位销的尺寸：,确定定位销中心距及公差：,确定圆柱销尺寸及公差：,定位销的设计与选取：,确定菱形销的宽度：,查表取：b=4mm,定位销的设计与选取：,确定菱形销的宽度：,查表取：b=4mm,确定菱形销尺寸及公差：,根据公式：,得：,取菱形销的精度为：g6，Td2=
11、0.011,d2min=d2max-Td2=11.947-0.011=11.936,五、定位方式的组合：,一个平面和一个与其垂直的孔的组合（一面一销）,五、定位方式的组合：,两个相互垂直的平面和一个与其中一个平面垂直的孔的组合（两面一销）,定位分析,如图为钻削连杆大孔工序的定位简图，根据六点定位原理，试分析各个定位元件所限制的自由度。,练习1：,图ad分别为连杆及圆盘铸件中孔加工的定位方案。铸件两端面均已加工过，其余表面未加工。试分析各定位方案中，各个定位元件所消除的自由度。如果属于过定位或欠定位，请指出可能出现什么不良后果，并提出改进方案。,定位分析,练习2：,第四节 定位误差,定位误差（D
12、）是指由于定位不准而造成某一工序尺寸或位置要求方面的加工误差。,定位误差,基准位移误差(Y),基准不重合误差(B),一、定位误差的概念：,零件定位基准不准确,夹具上定位元件不准确,举例：,举例：,基准的位移误差：,基准不重合误差：,结论：,定位误差只产生在采用调整法加工一批零件的条件下。定位误差是由于工件定位不准而产生的加工误差。表现形式为工序基准相对加工面可能产生的最大尺寸或位置的变动范围。D=YB,二、定位误差分析计算：,以平面定位时的定位误差：,a)基准不重合误差,二、定位误差分析计算：,以平面定位时的定位误差：,对于尺寸A3：,对于尺寸A1：,b)定位基准位移误差,二、定位误差分析计算
13、：,以外圆在V形块上定位时的定位误差：,对于尺寸H1：,二、定位误差分析计算：,以外圆在V形块上定位时的定位误差：,对于尺寸H1：,或根据：D=Y+B,二、定位误差分析计算：,以外圆在V形块上定位时的定位误差：,对于尺寸H2：,二、定位误差分析计算：,以外圆在V形块上定位时的定位误差：,对于尺寸H3：,二、定位误差分析计算：,以内孔在圆柱心轴上定位时的定位误差：,二、定位误差分析计算：,以内孔在圆柱心轴上定位时的定位误差：,定位心轴水平放置：,定位心轴垂直放置：,对于尺寸H1：,对于尺寸H2：,对于尺寸H3：,以定位心轴水平放置时为例：,对于尺寸H4：,二、定位误差分析计算：,以内孔在圆柱心轴
14、上定位时的定位误差：,二、定位误差分析计算：,以一面双销定位时的定位误差：,基准位移误差：,转角误差：,定位误差计算,有一批工件，如图(a)所示，采用钻模夹具钻削工件上5mm和8mm两孔，除保证图纸尺寸要求外，还要求保证两孔联心线通过 mm的轴线，其对称度差为0.08mm。现采用如图(b)、(c)、(d)三种定位方案，若定位误差不得大于加工允差的1/2。试问这三种定位方案是否都可行(90)？,练习1：,定位误差计算,对于图(b),定位误差计算,对于图(c),定位误差计算,对于图(d),定位误差计算,从以上分析计算可知，只有图(b)定位方案可行，其定位误差满足要求。,定位误差计算,有一批直径为
15、轴类铸坯零件，欲在两端面同时打中心孔，工件定位方案如图所示，试计算加工后这批毛坯上的中心孔与外圆可能出现的最大同轴度误差，并确定最佳定位方案。,练习2：,定位误差计算,图(a)、(b)引起中心孔与外圆的最大同轴度误差为：,图(c)引起中心孔与外圆的最大同轴度误差为：,图(d)引起中心孔与外圆的最大同轴度误差为：,因此，最佳定位方案为图(c)。,第五节 工件的夹紧,一、夹紧装置的组成及设计要求：,夹紧装置的组成：,夹紧元件：,中间传力机构：,改变力的大小，通常为增力机构；改变夹紧力的方向；使夹具具有一定的自锁性，以保证夹紧可靠。,动力源：,一、夹紧装置的组成及设计要求：,设计要求：,夹紧应有助于
16、定位，不能破坏定位；夹紧可靠、可调，应保证工件在加工过程中不发生位置变动和振动；夹紧产生的工件变形应在允许的范围之内；夹紧装置操作应安全、方便、省力，结构应简单合理，便于制造；手动夹紧时，应有自锁性能。,二、夹紧力的确定：,夹紧力的方向：,夹紧力的方向应不破坏工件定位的准确性和可靠性,夹紧力的方向应有利于减小夹紧力,二、夹紧力的确定：,夹紧力的方向：,夹紧力的方向应不破坏工件定位的准确性和可靠性,夹紧力的方向应有利于减小夹紧力,夹紧力的作用点：,作用点应保持工件的稳定，不能使工件产生位移或偏转,作用点应位于工件刚性较好的部位,夹紧力应尽可能靠近工件上被加工面，必要时应加辅助支承,夹紧力应使夹具
17、本身变形小,二、夹紧力的确定：,夹紧力的大小：,式中：W0：实际夹紧力；W：理论夹紧力；K：安全系数。粗加工时K=2.53，精加工时K=1.52,如右图所示:,二、夹紧力的确定：,三、典型夹紧机构：,斜楔夹紧机构：,特点：有自锁性。通常斜角=68有增力作用。增力比为i=2 5。能改变夹紧力的方向。夹紧行程小。,三、典型夹紧机构：,螺旋夹紧机构：,三、典型夹紧机构：,螺旋夹紧机构：,特点：自锁性好，可靠性高。增力比大。i=65140多为手动操作，通常使用快速装夹结构提高工件安装速度。结构简单，应用广泛。,三、典型夹紧机构：,偏心夹紧机构：,特点：自锁差，一般用于切削负荷不大的场合。有增力作用。增
18、力比为i=12 14。夹紧迅速。夹紧行程小。很少单独直接作用于工件，通常与其他元件联合使用。如：偏心压板机构。,第六节 各类机床夹具特点,一、钻床夹具,组成：,钻模板、钻套、定位元件、夹紧装置、钻模体,钻套：,钻套尺寸：,内径：d=刀具的外径。基轴制F7/h6，G6/h5。高度：H=(1.52)d（一般）H=(2.53.5)d（高精度）钻套与工件间的距离：h=(0.30.7)d（铸铁）h=(0.71.5)d（钢材）,几种常见的钻模：,组成：,导向支架、镗套、定位元件、夹紧装置、镗模体,镗套：,类型：,二、镗床夹具：,组成：,定位元件、夹紧装置、对刀块、连接元件、夹具体,连接元件：,对刀装置：,三、铣床夹具：,本 章 作 业,第八章习 题：四-3 五-4,
