机械加工工艺装备(夹具).ppt

机械加工工艺装备,天马行空官方博客： ；QQ:1318241189；QQ群：175569632,机械加工工艺装备,1.1 机床 1.2 刀具 1.3 夹具,天马行空官方博客： ；QQ:1318241189；QQ群：175569632,夹具,1.3,1.3.1 机床夹具概述 1.3.2 工件的定位 1.3.3 工件的夹紧 1.3.4 典型夹具,1.3 夹具,1.3.1 机床夹具概述,夹紧：是指工件定位后将其固定，使其在加工过程中保持定位位置不变的操作。,定义：在机床上用以装夹工件（和引导刀具）的一种装置。 其作用是将工件定位，以使工件获得相对于机床或 刀具的正确位置，并把工件可靠的夹紧。,装夹：将工件在机床上或夹具中定位、夹紧的过程。,定位：确定工件在机床或夹具中占有正确位置的过程。,1.3.1 机床夹具概述,机床夹具的作用,1.保证加工精度,2.提高劳动生产率,3.扩大机床的使用范围,4.改善劳动条件、保证生产安全,图 1.57 套筒零件简图,图 1.58 套筒钻夹具,夹具体,快换 钻套,导向套,钻模板,开口 垫圈,螺母,定位销,1.3.1 机床夹具概述,机床夹具的分类,按应用范围分：,按使用机床分：,按夹紧动力分：,手动夹具 气动夹具 液动夹具 电动夹具 磁力夹具 真空夹具,通用夹具 专用夹具 可调夹具 成组夹具 组合夹具 随行夹具,车床夹具 铣床夹具 钻床夹具 镗床夹具 其它机床夹具,1.3.1 机床夹具概述,机床夹具的组成,定位元件,夹紧装置,对刀及导向装置,迅速确定刀具与工件的相对位置,确定工件的正确位置,夹牢工件，保证工件正确位置不变,夹具体,夹具的基础件,其他装置或元件,分度装置、联接元件等,基准及其分类,基准：用来确定生产对象上几何要素间的几何关系所依据的那些点、线、面。,1.3.2 工件的定位,基准及其分类,根据功用： 设计基准设计图样中所采用的基准 工艺基准 加工、测量、装配过程中使用的基准 定位基准 为加工中用作定位的基准。 测量基准 测量时所采用的基准。 装配基准 是装配时确定零件或部件在产品中的相对位置所采用的基准。,1.3.2 工件的定位,1、工件定位的方式,（1）直接找正定位,精度取决于工人技术水平 单件小批生产，位置要求高,a)磨内孔时工件的找正 b)刨槽时工件的找正,图 1.60 直接找正定位,（2）划线找正定位,精度低 单件小批，复杂件，毛坯精度低,图1.61 划线找正定位,（3）夹具定位,生产率高，定位精度高成批及大量生产,图 1.58 套筒钻夹具,1.3.2 工件的定位,定位,加工前，工件在机床或夹具上占据一正确位置,夹紧,使工件在加工中不受力的作用发生位移、振动,装夹 = 定位+夹紧,2、工件的定位原理,（1）六点定则,用空间合理布置的六个支承点 限制工件的六个自由度,X,Y,图1.63 长方体定位时支承点的分布,图1.63 长方体定位时支承点的分布,X,Y,Z,图1.63 长方体定位时支承点的分布,工件的定位原理,六点定则,用空间合理布置的六个支承点 限制工件的六个自由度,主要定位面3,三角形分布，支承范围大,导向定位面2,选大的面定位,两点连线不垂直主定位面，距离远,选窄长的面定位,止推定位面1,选可承受切削力的面,轴类工件的六点定位,轴类工件的六点定位,图1.64 圆环形工件的六点定位,图1.64 圆环形工件的六点定位,图1.64 圆环形工件的六点定位,定位的误解,工件定位后，反方向还可移动,定位面与定位点应保持接触,工件被夹紧，所有自由度就都被限制了,并没有保证一批工件的一致位置,定位与夹紧的关系,图1.65 限制自由度与加工要求的关系,（2）限制自由度与加工要求的关系,（2）限制工件自由度与加工要求的关系,完全定位,六个自由度全部限制,不完全定位,限制的自由度6点,按加工要求确定,欠定位根据加工要求，工件应该被限制的自由度却 没有被限制的定位。,过定位工件的同一自由度被重复限制的定位。,理论上不需定位的情况,1.加工面某方向无要求，通透加工,这个方向上不需定位,2.零件某方向上截面为完整的圆形,这个方向上不需定位,限制自由度与加工要求的关系,加工孔,加工平面,桌子的定位,图1.66 插齿时齿坯的定位,1.心轴 2.支承凸台 3.工件 4.压板,图1.67 齿坯过定位的影响,改变定位结构避免过定位,图1.68 球体上通铣平面,正确处理过定位,危害,定位不稳，安装困难，工件或夹具变形,措施,去除过定位，修改结构,特殊,为提高定位稳定性和结构刚度，简化夹具 可用过定位,前提,提高工件定位面、夹具定位面的相互位置精度,一般不允许,限制工件自由度与加工要求的关系,完全定位,六个自由度全部限制,不完全定位,限制的自由度6点,欠定位,该限制的自由度没有限制,过定位,重复限制某一自由度,按加工要求确定,绝不允许,一般不允许,瓦盖的过定位及消除,衬套在心轴上过定位及消除,套筒零件钻孔时的定位,要点,按加工要求确定,注意：不欠定位,实际上所限制的自由度,往往多于理论要求的,为承受切削力、简化夹具结构,注意：不过定位,理论上要限制的自由度,理论联系实际 注重实际应用,3、定位元件,定位元件的基本要求,足够的精度,足够的硬度和耐磨性,足够的强度和刚度,工艺性好,3、定位元件,（1）平面定位,主要支承,固定支承,支承钉 支承板 非标支承板,一批工件调一次,可调支承,自位支承（浮动支承）,只限制1点自由度,辅助支承,不限制自由度（提高刚度）,限制自由度,一个工件调一次,图1.69 支承钉和支承板,固定支承支承钉和支承板,图1.70 衬套的应用,图1.71 可调支承,可调支承,电冰箱的定位,图1.72 自位支承,图1.73 辅助支承的应用,图1.74 辅助支承,3、定位元件,（2）孔定位,圆柱销,间隙配合心轴 过盈配合心轴 花键心轴,圆柱心轴,圆锥销,定3点,圆锥心轴（小锥度心轴）,定5点,短销定2点 长销定4点,图1.75 定位销,图1.76 圆柱心轴,1.导向部分 2.工作部分 3.传动部分,图1.77 圆锥销定位,图1.78 圆锥销组合定位,图1.79 小锥度心轴,非标定位销的应用,3、定位元件,（3）外圆定位, V形块,定心精度低，已加工面定位,定位套,半圆套,大轴件、不便轴向装夹的零件定位,圆锥套（反顶尖）,对中性好 非整圆表面定位,定位基准是检验心轴的中心,短定2点 长定4点 活动定1点,图1.80 V形块的结构尺寸,图1.81 V形块的结构类型,图1.82 活动V形块的应用,图1.83 定位套,图1.84 半圆套定位装置,图1.85 工件在圆锥套中定位,表1.10 典型定位方式和所限制的自由度,表1.10 典型定位方式和所限制的自由度,表1.10 典型定位方式和所限制的自由度,表1.10 典型定位方式和所限制的自由度,表1.10 典型定位方式和所限制的自由度,3、定位元件,（4）组合表面定位,一面两销（一面两孔）,平面定3点 圆销定2点 菱形销定1点,安装：削边方向垂直于两销连线,图1.86 “一面两孔”定位时的干涉情况,定位元件,一面两销设计步骤,确定销距,确定圆柱销尺寸,基本尺寸=孔最小尺寸 公差g6、f7,查菱销结构尺寸b,计算菱销尺寸,确定菱销尺寸,平面定位：支承钉 支承板 孔定位： 定位销 定位心轴 三爪卡盘，弹簧夹头 外圆定位：V形块 定位套筒及剖分套筒 三爪卡盘，弹簧夹头 组合定位方式：,定位元件,典型定位方式和所限制的自由度,1.3.3 工件的夹紧,（1）夹紧装置的组成,力源装置,产生原始夹紧力,中间传动机构,改变力方向、大小，自锁,夹紧元件,执行元件,力源装置,中间传动机构,夹紧元件,工件,1、夹紧装置的组成和基本要求,（2）夹紧装置的基本要求,不得破坏工件的定位,夹紧力要适当,操作方便，迅速、省力,工艺性好,2、确定夹紧力三要素的原则,夹紧力应指向主要定位面,夹紧力应落在定位支承范围内,夹紧力应尽量靠近加工面,作用点、方向和大小,夹紧力最好与切削力、重力方向一致,夹紧力应作用在刚性好的部位,图1.89 夹紧力作用点应在定位元件上方,图1.90 夹紧力作用点应在工件刚性最好的地方,图1.91 减小工件夹紧变形的措施,图1.92 夹紧力作用点靠近加工表面,图1.93 夹紧力方向垂直主要定位基面,图1.94 夹紧力方向对夹紧力大小的影响,a)夹紧力与切削力、重力同向 b)夹紧力与切削力、重力反向,（3）夹紧力大小的估算,设工艺系统刚性 切削过程稳定,建立力学模型，求出切削力， 在最不利的瞬时，求夹紧力大小,为了保证夹紧可靠，乘以安全系数FJ = K F,一般 K =1.53,受切削力、重力、离心力和惯性力等作用（矩）平衡,粗加工取大值，精加工取小值,3、常用夹紧装置,（1）斜楔夹紧机构,利用斜面直接或间接压紧工件的机构,夹紧力小，手动操作费时,与机械、汽动、液压机构联动,1）斜楔的夹紧力,斜角=1014,一般摩擦系数f=0.10.15,摩擦角545832,FJ= FJ FQ = F1 + F,F1 = FJ tan1 F = FJ tan(2+),图1.96 斜楔夹紧受力分析,斜楔的自锁条件,tan1tan(-2),1 = 2 = ， 2,斜楔夹紧的自锁条件,F1 F,F1 =FJ tan1 F = FJtan(-2) FJ = FJ,11 17,图1.96 斜楔夹紧受力分析,斜楔移动距离与夹紧行程的关系,一般10 14,双升角斜楔滑块机构： 大升角迅速趋近工件 小升角夹紧工件、自锁,S夹 = S动tan,双升角斜楔滑块夹紧机构,1夹具体 2斜楔 3工件,（2）螺旋夹紧机构,1）单个螺旋夹紧机构,结构简单、夹紧力大，自锁好，夹紧行程大,图1.98 单个螺旋夹紧机构,开口垫圈 铰链钩形压板,摆动压板,快速螺旋夹紧机构,2） 螺旋压板夹紧机构,a.移动压板 b.转动压板 c.翻转压板,支点在后效率低 FJ = FQ / 2 支点中间FJ = FQ 支点在前效率好 FJ = 2FQ,（3） 偏心夹紧机构,圆偏心轮、偏心轴,夹紧迅速方便 夹紧力、行程小,用于切削力小、振动小的场合,（4）定心夹紧机构,在定心的同时将工件夹紧,理论上定心误差y=0,用于要求准确定心和对中的场合,机械传动式定心夹紧机构,弹性变形式定心夹紧机构,结构简单，定心精度低,结构复杂，定心精度高,虎钳式定心夹紧机构,1.叉形块 2.夹具体 3.左右旋螺杆 4.V形块,机械传动式定心夹紧机构,1.手柄 2.偏心轮 3.4.5.卡爪 6.锥体,图1.103 轴向固定式弹簧夹头,1.夹具体 2.弹性筒夹 3.螺母 4.螺钉,图1.104 液性介质定心夹紧机构, 联动夹紧机构,单件、多件、多点、多向,注意：,设置必要的浮动环节,工件不宜太多,结构简单紧凑、增力,总夹紧力足够、刚度足够,注意累积误差的影响,单件双向多点联动夹紧机构,多件单向联动夹紧机构,多件单向联动夹紧机构,单件单向联动夹紧机构,单件双向联动夹紧机构,多件单向联动夹紧机构,1.3.4 典型夹具,（1）专用夹具设计的基本要求,保证加工要求,正确定位和夹紧，合理对刀导向，合适技术要求,提高生产率和降低成本,快速高效夹紧，与生产率相适应,工艺性好,便于制造、检验、装配、调整和维修,使用性好,操作简便，省力、安全可靠、排屑方便,1、专用夹具设计的方法和步骤,1.3.4 典型夹具,（2）专用夹具的设计方法和步骤,明确设计任务，收集设计资料,拟订夹具结构 方案，绘制夹具 草图,定位方案；夹紧方案；刀具引导方式； 其他装置；总体结构及安装方式,绘制夹具总图,工作位置为主视图 双点划线画工件（余量网纹表示） 画定位夹紧导向件夹具体 标注总图技术要求 绘制夹具零件图,夹具总图技术要求的标注,轮廓尺寸,LHB,定位技术要求,定位件与工件配合，定位件间要求,对刀技术要求,对刀件与刀具配合，对刀件间要求,机床连接要求,与机床联结尺寸、配合,夹具制造技术要求,定位件与夹具安装面、定位件与对刀件、 对刀件与夹具安装面间的技术要求,所有配合尺寸,如平衡等文字形式的要求,其他技术要求,夹具总图技术要求的标注,工序尺寸有公差要求：,夹具公差 =工件相应公差1/31/5,工序尺寸无公差要求：,夹具公差：尺寸0.1 角度10 位置0.02 0.05/100,2、钻床夹具 （简称钻模）,组成：,钻套、钻模板、定位元件、夹紧装置、夹具体等,主要类型：,固定式,加工孔精度高,回转式,围绕某一轴线分布的轴向或径向孔系,移动式,钻工件同一表面上的多孔，孔径10mm,翻转式,加工小工件不同表面上的孔，重100N,盖板式,无夹具体，大件上孔加工，,滑柱式,通用可调，制造周期短，应用广。,主要用于加工孔,图1.105 杠杆孔钻模,1.夹具体 2.压紧螺钉 3.钻模板 4.活动V形块 5.钻套 6.开口垫圈 7.定位销 8.辅助支承,1）固定式钻模,图1.106 回转式钻模,2）回转式钻模,移动式钻模,3）移动式钻模,翻转式钻模,1.钻套 2.倒锥螺栓 3.弹簧涨套 4.圆支承板 5.螺母,4）翻转式钻模,图1.107 盖板式钻模,1.钻模板 2.3.定位销 4.支承钉,5）盖板式钻模,6）滑柱式钻模,1.齿轮轴 2.斜齿条滑柱 3.12.钻模板 4.螺母 5.手柄 6.导向柱 7.锥套环 8.定位支承 9.可调支承 10.挡销 11.自位压柱 13.螺钉 14.钻套 15.定位元件,（2）钻套及钻模板,1）钻套引导刀具，保证位置精度，提高系统刚度,类型：,标准钻套 特殊钻套,固定钻套、可换钻套和快换钻套,小孔距钻套、加长钻套、斜面钻套,钻套高度H,大，导向好，刀具刚度提高，精度高， 但磨损加剧,H=(12.5)d,排屑空间h,大，排屑方便，导向性能差，精度降低,铸铁 h=(0.30.7)d 钢件 h=(0.71.5)d,要求高 h=0,钻套公差,钻F8，扩F7，粗铰G7，精铰G6,图1.108 钻套,1钻套 2衬套 3钻模板 4螺钉,钻套高度和排屑空间,图1.109 特殊钻套,a) 小孔距钻套 b) 加长钻套 c) 斜面钻套,2）钻模板,安装钻套，确保钻套正确位置,类型：,固定式 铰链式 分离式,连体式、装配式、焊接式,结构简单，精度高,工件装卸方便，精度较低,可拆卸，精度低,图 1.58 套筒钻夹具,1.快换钻套 2.导向套 3.钻模板 4.开口垫圈 5.螺母 6.定位销 7.夹具体,固定式钻模板,图1.110 铰链式钻模板,1.铰链销 2.夹具体 3.铰链座 4.支承钉 5.钻模板 6.菱形螺母,图1.111 分离式钻模板,1.钻模板 2.钻套 3.压板 4.工件,分度装置,按一定角度或一定距离加工一组表面,组成：,固定部分 可动部分 分度对定机构 锁紧机构,分度方式：,回转分度 直线移动分度,1）分度对定机构,组成：,分度盘 对定销,方式：,轴向分度 径向分度,结构紧凑，应用广,转角误差小，分度精度高,轴向开孔，或径向开槽,手动、机动、自动,常用机构：,钢球对定机构 手动直拉式对定销 齿轮齿条对定销,图1.112 轴向分度盘与对定销,圆孔圆销 圆孔菱销 锥孔锥销 圆孔斜面圆销 钢球小锥穴,图1.113 径向分度盘与对定销,矩形槽盘 单斜面槽盘 双斜面槽盘 齿形槽盘,图1.114 几种常用的分度定位机构,3、车床夹具,主要类型：,安装在主轴上,安装在床身或大拖板上,（1）车床夹具实例,在车床上加工壳体、支座、杠杆、接头等零件上的圆柱面及端面时，由于这些零件的形状比较复杂，难以直接装夹在通用卡盘上，因而需设计专用夹具。,这类车床夹具一般具有类似角铁的夹具体， 故称为角铁式车床夹具。,（1）车床夹具 实例,削边销,圆柱销,支承板,夹具体,压板,工件,校正套,平衡块,图1.115 角铁式车床夹具,（2）车床夹具的设计特点,1）定位装置的设计特点：,工件加工面轴线必须和车床主轴轴线重合,2）夹紧装置的设计特点：,夹紧力足够，自锁性能好，防止变形,如图1.115就是根据夹具的轴线来确定支承板以及两定位销的位置距离。,图1.116 不恰当的施力方式,D小于140mm，或D（23）d,锥柄定5点，螺栓拉紧,径向尺寸较大,过渡盘，平面定3点，止口定2点,精度要求高,设找正外圆或找正孔,3）车床夹具与机床的连接,图1.117 车床夹具与机床主轴的联接,1.主轴 2.过渡盘 3.专用夹具 4.压块,4）对夹具总体结构的要求,结构紧凑、悬伸短,平衡、配重,配重块、减重孔,安全,圆形不突出，防切屑缠绕和冷却液飞溅 防护罩,4、铣床夹具,组成：,定位元件 夹紧机构 对刀装置（对刀块与塞尺） 定位键 夹具体等,主要用于加工平面、凹槽及各种成形表面。,（1）铣床夹具的实例,1.对刀块 2.支承钉 3.防转销 4.夹具体 5.开口压板 6.螺母 7.定位销 8.定位键,图1.118 连杆铣结合面专用夹具,（2）铣床夹具的设计特点 和要求,铣削特点：,切削用量大、切削力大,多刃断续切削，振动,空行程，辅助时间长,铣床夹具要求：,定位稳定，支承面大,夹紧可靠，力足够，自锁好,作用在刚度大的部位，着力点、施力方向恰当,多件加工，快速夹紧、联动夹紧、高效夹紧,（2）铣床夹具的设计特点 和要求,1）注意工件定位的稳定性和夹紧的可靠性。,定位装置的设计和布置，应尽可能使支承面积大些。,夹紧装置的设计要求有足够的夹紧力，夹紧装置 自锁性好。,夹紧力应作用在工件刚性比较大的部位上，且着力点 和施力方向要恰当。,容易产生铣削振动切削用量和切削力大， 断续切削，切削力方向变化。,（2）铣床夹具的设计特点和要求,定位键,确定夹具相对于机床的位置,布置两个，相距远,底面3 定位键2,结构：,圆形 矩形,易加工，易磨损，使用不多,有槽无槽,上下配合不同，定向精度高,定向精度不高,若精度要求高,设找正基准,2）为了确定夹具相对于机床的位置，铣床应 设置定位键 。,图1.119 定位键,（2）铣床夹具的设计特点,3）对刀装置,确定刀具相对于工件的位置,组成：,对刀块 塞尺,圆形对刀块 方形对刀块 直角对刀块 特殊对刀块,平塞尺 圆塞尺,15mm，公差h8,35mm，公差h8,图1.120 对刀装置,标准对刀块结构,对刀标准塞尺,（2）铣床夹具的设计特点,4）对夹具总体结构的要求,足够的强度和刚度，壁厚恰当，适当的筋板,重心低，高宽比11.25,足够的排屑空间、排屑孔,大型夹具，设吊环或起重孔,5、镗床夹具,组成：,镗模底座、镗模支架、镗套、镗杆 定位装置、夹紧装置等,导向支架的布置形式：,双支承镗模 单支承镗模 无支承镗模,主要用于加工箱体、支座等零件上的精密孔或孔系。,设计时可查阅有关手册。,（1）镗床夹具的实例,镗削车床尾架的双支承镗模结构简图。,图1.121 车床尾架孔的镗模简图,1.支架 2.镗套 3.4.定位板 5.8.压板,6.夹紧螺钉 7.可调支承钉 9.镗刀杆 10.浮动接头,（2）镗套,1）固定式 2）回转式,尺寸小，简单，精度高，易磨损,适用于低速镗孔,滑动式 滚动式,减少磨损,适用于高速镗孔,图1.122 固定式镗套,图1.123 回转式镗套,a) 内滚式镗套 b) 外滚式镗套 1.6.导向支架 2.5.镗套 3.导向滑套 4.镗杆,（3）镗夹具上其他结构,找正面,精度要求高百分表找正,镗杆的引进结构,镗模支架,足够的刚性稳定性，加强筋，不受力,镗模底座,田字格加强筋,浮动接头,与主轴浮动联接,用于固定镗套的镗杆导向部分结构,用于回转镗套的镗杆导向部分结构,镗模支架,不允许镗模支架承受夹紧反力,1.夹紧螺钉 2.镗模支架 3.工件 4.镗模底座,镗模底座,图1.124 浮动接头,