《机床夹具设计》PPT课件.ppt

1,第6章 机床夹具设计,本章要点,机床夹具组成、分类,工件在夹具上的定位,工件夹紧,各类机床夹具,夹具设计步骤与方法,2,第6章 机床夹具设计,3,为了加工出符合规定技术要求的表面，必须在加工前将工件装夹在机床上或夹具中。工件的装夹包括定位和夹紧两个过程。 机床夹具 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和刀具的正确位置，并把工件可靠地夹紧。,6.1.1 机床夹具及其组成,4,连杆铣槽夹具 1 菱形销 2 对刀块 3 定位键 4 夹具底板 5 圆柱销 6 工件 7 弹簧 8 螺栓 9 螺母 10 压板 11 止动销,5,1）定位元件及装置 它与工件的定位基准相接触，用于确定工件在夹具中的正确位置，从而保证加工时工件相对于刀具和机床加工运动间的相对正确位置。如V型块、定位销、定位支承等。 2）夹紧元件及装置 用于夹紧工件，在切削时使工件在夹具中保持既定位置。 3）对刀及导向元件 这些元件的作用是保证工件与刀具之间的正确位置。用于确定刀具在加工前正确位置的元件，称为对刀元件，如对刀块、钻套、镗套。用于确定刀具位置并导引刀具进行加工的元件，称为导引元件。 4）连接元件 用以确定夹具在机床上的位置并与机床相连接。,6.1.1 机床夹具及其组成,6,5）夹具体 用于连接或固定夹具上各元件及装置，使其成为一个整体的基础件。它与机床有关部件进行连接、对定，使夹具相对机床具有确定的位置。如底座。 6）其它元件及装置 有些夹具根据工件的加工要求，要有分度机构，铣床夹具还要有定位键等。如某些夹具中的分度装置、防错（防止错误安装）装置、为便于卸下工件而设置的顶出器等。,以上这些组成部分，并不是对每种机床夹具都是缺一不可的，但是任何夹具都必须有定位元件和夹紧装置，它们是保证工件加工精度的关键，目的是使工件定准、夹牢。,6.1.1 机床夹具及其组成,7,工件以外圆和端面为定位基准，放在一个固定V形块1和支承套2上定位，转动手柄3，偏心轮推动活动V形块夹紧工件。对刀块6用来确定铣刀相对工件的位置。所有的装置和元件都装在夹具体5上。为了方便地确定夹具在机床上的正确位置，在夹具底部装有定向键（图中件4）。安装夹具时只要将两个定向键放入铣床工作台的T型槽中并靠向一侧，则不需再进行找正便可将夹具固紧在机床工作台上。,铣轴端槽夹具 1 V型块 2 支撑套 3 手柄 4 定向键 5 夹具体 6 对刀块,6.1.1 机床夹具及其组成,8,6.1.2 机床夹具功能,1）保证加工质量 用夹具装夹工件时，工件相对于刀具及机床的位置精度由夹具保证，不受工人技术水平的影响，使一批工件的加工精度趋于一致。 2）提高生产效率，降低生产成本 使用夹具装夹工件方便、快速，工件不需要划线找正，可显著地减少辅助工时；工件在夹具中装夹后提高了工件的刚性，可加大切削用量；可使用多件、多工位装夹工件的夹具，并可采用高效夹紧机构，进一步提高劳动生产率。 3）扩大机床工艺范围 根据加工机床的成形运动，附以不同类型的夹具，即可扩大机床原有的工艺范围。例如在车床的溜板上或摇臂钻床工作台上装上镗模，就可以进行箱体零件的镗孔加工。 4）减轻工人劳动强度，保证安全生产,9,1）通用夹具：已经标准化的、在一定范围内可用于加工不同工件的夹具。如三爪、四爪卡盘，平口钳等，一般由专业厂生产，常作为机床附件提供给用户。 特点：通用性强、应用广泛，适于工件简单、单件小批量生产中。 2）专用夹具：为某一工件特定工序专门设计的夹具。 特点：结构紧凑、使用方便、生产效率高，但需要专门设计制造，周期长、成本高，产品变更时便报费。适合于成批，大量生产。本课程主要讨论这种夹具。 3）可调整夹具及成组夹具：以成组技术为基础，对所有的零件按相似性进行分类，对每一类设计制造出一种夹具。 特点：夹具的部分元件可以更换，部分装置可以调整，以适应不同零件的加工。, 按夹具使用范围划分,6.1.3 机床夹具分类,10,4）组合夹具：由一套预先制造好的标准元件组合而成。根据工件的工艺要求，将不同的组合夹具元件像搭积木一样，组装成各种专用夹具。使用后，元件可拆开、洗净后存放，待需要时重新组装。 特点：大大缩短了设计制造周期，但由于组成零件多，因而结构刚性差，尤其适合于大厂的新产品试制及单件小批生产中。 5）随行夹具：在自动线或柔性制造系统中使用的夹具。与工件一起从生产线的一个工位移动到另外一个工位，以进行不同工序的加工。,6.1.3 机床夹具分类,11,12,足够的精度。 足够的硬度和耐磨性。 足够的刚度和强度。 工艺性要好。 便于清除切屑。,定位元件的基本要求,6.2.1 定位方法与定位元件,13,六点定位原理 是指合理布置六个支承点，使工件上的定位基面与其接触，一个支承点限制工件一个自由度，使工件的六个自由度被完全限制，在空间得到唯一确定的位置的定位方法。,六点定位原理,6.2.1 六点定位原理,1-4,14,六点定位原理的几点说明,支承点必须与工件的定位基准始终保持紧密贴合，不得脱离。否则，其失去限制工件自由度的作用 六点支承点必须适当分布,三个支承点在一直线上，没有限制三个自由度,6.2.1 六点定位原理,15,六点定位原理的几点说明,定位与夹紧的区别,在外力作用下， 与基准紧密结触,我们认为工件在某个方向的自由度被限制了，就是在该方向上有了正确的位置，并不表示在受到脱离支承点的外力的作用下也不运动,定位是使工件占有一个正确的位置 夹紧是使工件保持这个正确的位置,6.2.1 六点定位原理,16,完全定位：六个自由度都需要限制的定位方法 不完全定位：没有完全限制六个自由度而仍然保证有关工序尺寸的定位方法 过定位：当两种定位元件均能限制工件的同一个方向自由度的定位方法 欠定位：若定位支承点少于所应消除的自由度数时，则工件定位不足，称欠定位,定位的分类,6.2.1 六点定位原理,17,定位的分类,6.2.1 六点定位原理,18,定位的分类,6.2.1 六点定位原理,工件的6个自由度均被限制，称为完全定位。工件6个自由度中有1个或几个自由度未被限制，称为不完全定位,不完全定位主要有两种情况： 工件本身相对于某个点、线是完全对称的，则工件绕此点、线旋转的自由度无法被限制（即使被限制也无意义）。例如球体绕过球心轴线的转动，圆柱体绕自身轴线的转动等。 工件加工要求不需要限制某一个或某几个自由度。如加工平板上表面，要求保证平板厚度及与下平面的平行度，则只需限制 3 个自由度就够了。,19,定位的分类,6.2.1 六点定位原理,工件加工时必须限制的自由度未被完全限制，称为欠定位。欠定位不能保证工件的正确安装，因而是不允许的。,限制除 以外的5个自由度,20,6.2.1 六点定位原理,过定位工件某一个自由度（或某几个自由度）被两个（或两个以上）约束点约束，称为过定位。,过定位是否允许，要视具体情况而定： 1）如果工件的定位面经过机械加工，且形状、尺寸、位置精度均较高，则过定位是允许的。有时还是必要的，因为合理的过定位不仅不会影响加工精度，还会起到加强工艺系统刚度和增加定位稳定性的作用。 2）反之，如果工件的定位面是毛坯面，或虽经过机械加工，但加工精度不高，这时过定位一般是不允许的，因为它可能造成定位不准确，或定位不稳定，或发生定位干涉等情况。,定位的分类,21,6.2.1 六点定位原理,过定位使工件或夹具元件变形，引起误差； 过定位使部分工件不能安装，产生定位干涉,过定位造成的后果,22,改变定位元件的结构，以消除被重复限制的自由度。 提高工件定位基面之间及定位元件工作表面之间的位置精度，以减小或消除过定位引起的干涉,精加工时可增加刚度和定位稳定性。,6.2.1 六点定位原理,消除过定位及其干涉的两种途径：,23,6.2.1 定位方法与定位元件,工件以平面定位,固定支承,24,6.2.1 定位方法与定位元件,为保持几个支承板的等高性应: 严格控制其高度公差 装配后统一磨削 在设计时应注意，支承板定位表面应被工件定位表面完全遮盖，即其面积小于工件定位表面面积，以使定位元件均匀磨损。,25,6.2.1 定位方法与定位元件,可调支承支承点的位置可以在一定高度范围内调整的支承。当工件定位表面不规整或工件批与批之间毛坯尺寸变化较大时，常用可调支承。,可调支承,注意：每一批工件都要对可调支承进行调整，且调整完后一定要锁紧，即将该位置固定。,26,27,自位支承,6.2.1 定位方法与定位元件,自位支承又称浮动支承。在定位过程中，支承点可以自动调整其位置以适应工件定位表面的变化。只限制一个自由度，可提高工件的安装刚性和稳定性。,28,6.2.1 定位方法与定位元件,辅助支承在工件完成定位后才参与支承，它不起定位作用，而只起支承作用，常用于在加工过程中加强被加工部位的刚度，提高切削稳定性。,辅助支承,注意：对一批工件的每一个工件都要进行调整（与可调支承相比）。,29,平面定位元件的选用 面积较小的基准平面选用支承钉 面积较大、平面度精度较高的基准平面定位选用支承板 毛坯面、阶梯平面和环形平面作基准平面定位时，选用自位支承 毛坯面作基准平面，调节时可按定位面质量和面积大小分别选用可调支承 当工件定位基准面需提高定位刚度、稳定性和可靠性时，可选用辅助支承,6.2.1 定位方法与定位元件,30,6.2.1 定位方法与定位元件,工件以圆柱孔定位,心轴在车、铣、磨、齿轮加工等机床上加工套筒类和盘类零件。,31,6.2.1 定位方法与定位元件,工件以圆柱孔定位,心轴,32,6.2.1 定位方法与定位元件,工件以圆柱孔定位,心轴,33,6.2.1 定位方法与定位元件,工件以圆柱孔定位,心轴,液塑心轴,34,6.2.1 定位方法与定位元件,工件以圆柱孔定位,定位销：工件上定位内孔较小时，常选定位销,圆柱定位销,35,6.2.1 定位方法与定位元件,工件以圆柱孔定位,定位销,36,6.2.1 定位方法与定位元件,工件以外圆柱面定位,套筒（定心定位）,套筒定位,当工件对称度要求较高时，选用V形块 当工件定位圆柱面精度较高时，可选用定位套或半圆形定位座,37,6.2.1 定位方法与定位元件,38,对于有些大型工件，不便从轴向安装，此时可利用半圆套定位。如下图上半圆夹紧，下半圆定位。,6.2.1 定位方法与定位元件,半圆套,39,V形块的结构类型,6.2.1 定位方法与定位元件,图a用于短精基准 图b用于较长粗基准 图c用于长基准，精基准 图d较粗大工件，可镶钢垫，提高耐磨性，节约钢材,工件以外圆柱面定位,V 形块（支承定位）,40,6.2.1 定位方法与定位元件,工件以外圆柱面定位,V 形块（支承定位）,V 形块,当90时，有：,41,6.2.1 定位方法与定位元件,工件以其他表面定位,工件以锥面定位,工件以齿面定位,42,生产中最常见的“一面两孔”定位 “一面两孔”定位的特点： 容易实现基准统一； 位置精度高；,一面两孔定位,6.2.1 定位方法与定位元件,43,6.2.1 定位方法与定位元件,一面两孔定位,式中 b 菱形销宽度； D1，D2 与圆柱销和菱形销配合孔最小直径； 1min ，2min 孔1、2与销1、2的最小间隙； TLK ，TLX 两孔和两销中心距的公差。,44,6.2.1 定位方法与定位元件,一面两孔定位设计计算,1）确定两销中心距尺寸及公差：取工件两孔中心距基本尺寸为两销中心距基本尺寸，其公差取工件孔中心距公差的1/51/3 2）确定圆柱销直径及其公差：取相应孔的最小直径作为圆柱销直径的基本尺寸，其公差一般取g6或f7。 3）确定菱形销宽度、直径及其公差：按有关标准（见下表）选取菱形销的宽度b；然后按前式计算菱形销与其配合孔的最小间隙2min ；再计算菱形销直径的基本尺寸：d2D22min ；最后按h6或h7确定菱形销直径公差。,菱形销结构尺寸,（单位：mm）,b 削边销计算宽度 b1 修圆后留下的圆柱部分宽度,45,加工误差不等式 使用机床夹具时，影响加工精度有哪些因素呢？换句话说，使用夹具时，加工误差有几部分组成呢？由三部分组成： 基准位置误差JW 定位误差 DW 1、安装误差 AZ 基准不重合误差BC 夹紧误差JJ 对刀误差DO 2、对定误差DD 夹具位置误差W 力变形、热变形 3、过程误差GC 机床、夹具、刀具的磨损,6.2.2 定位误差计算,46,要保证加工精度, 必须满足加工误差不等式： AZ+ DD+GC T T工件公差 一般可平均分配 AZ（1/3）T DD（1/3）T GC（1/3）T 也可给GC留（1/3）T、（2/3）T在AZ、 DD之间进行调整,47,定位误差是一批工件在夹具中定位时，因定位不准确所引起的加工误差。定位误差是一个重要的概念，必须明确以下几点：一是只有用“调整法”加工一批工件时，才存在定位误差，用“试切法”加工工件时不存在定位误差，或者说讨论定位误差没有意义；二是从误差的性质上看，定位误差属于随机性误差。对于定位误差，即使可以计算出具体的数值，但它是一批工件因定位而可能出现的最大的加工误差。对于一批工件中的某一个来说，其定位误差有可能没有计算出的数值大，也可能恰好为零；三是定位误差产生的原因在于一批工件在定位过程中，定位基准位置发生了变化或定位基准与工序基准不重合，导致工序基准沿加工方向上产生了变动。可见，定位误差在本质上就是一批工件定位时工序基准在加工要求方向上最大的变动量，这也是我们计算定位误差的基本依据。,48,6.2.2 定位误差计算,定位误差的概念,定位误差是由于工件在夹具上（或机床上）定位不准确而引起的加工误差。,49,1）由于工件定位表面或夹具定位元件制作不准确引起的定位误差，称为基准位置误差，如前页图所示例子。 2）由于工件的工序基准与定位基准不重合而引起的定位误差，称为基准不重合误差。,6.2.2 定位误差计算,50,1）合成法 定位误差的来源主要有两方面：一是由于工件的定位表面或夹具上的定位元件制造不准确，导致工件在定位时定位基准本身的位置发生了变动而引起的定位误差，称为基准位置误差；二是由于工件的定位基准与工序基准不重合而引起的定位误差，称为基准不重合误差。因此，可分别计算出基准不重合误差和基准位置误差，然后在加工要求方向上进行合成。 式中 DW 定位误差； BC 基准不重合误差； JW 基准位置误差； 基准不重合误差与加工方向的夹角； 基准位置误差与加工方向的夹角。 注意式中“号”的选取：当某种因素引起的、变动趋势相同时，取“+”号；当、变动方向相反时，取“-”号。,DWBCcosJW cos,6.2.2 定位误差计算,51,2）定义法 定义法是根据定位误差的本质来计算的一种方法。采用定义法时，要明确加工要求的方向，找出工序基准，画出工件的定位简图，并在图中夸张地画出工序基准变动的极限位置，运用初等几何知识，求出工序基准的最大变动量，然后向加工要求方向上进行投影，即为定位误差。这样，只要概念清楚，即可使复杂的定位误差计算转化为简单的初等几何计算。在许多情况下，定义法是一种简明有效的计算方法。 要注意的是，对于加工要求方向是某一固定的方向，如尺寸要求、对称度要求的情况，可将工序基准的最大变动量向该方向投影；对于加工要求方向是任意的方向，如同轴度的情况，工序基准最大的变动量就是定位误差，不必进行投影。此外，当有多个独立的因素影响工序基准变动时，可使用“各个击破”的方法，即固定其它因素只分析其中的一个因素对工序基准造成的变动量，然后将各个独立因素所造成的工序基准的变动量简单相加即可。,6.2.2 定位误差计算,52,3）微分法 根据定位误差的定义，要计算定位误差，必须确定工序基准在加工要求方向上最大的变动量，而这个变动量相对于基本尺寸而言是个微量，因而可将这个变动量视为某个基本尺寸的微分。微分法是把工序基准与夹具上在加工要求方向上某固定点相连后得到一线段，用几何的方法得出该线段的表达式，然后对该表达式进行微分，再将各尺寸误差视为微小增量，取绝对值后代替微分，最后以公差代替尺寸误差，就可以得到定位误差的表达式。 在不同的加工要求、不同的定位方案条件下，上述三种计算方法各有特点和利弊，都能在不同的侧面反映定位误差的本质及其产生的原因。定义法通过两个极限位置求解定位误差，既有效又简洁；合成法则避免了用极限位置求解定位误差时复杂的位移计算，还有助于正确理解定位误差产生的原因；而微分法在解决较复杂的定位误差分析计算问题时有明显的优势，但有时不易建立工序基准与夹具上固定点的关系式，无法进行计算。但是，无论采用哪种计算方法最终得出的结果应是相同的、唯一的。对于较为复杂的定位情况，最好采用两种以上的方法进行计算，以确保计算结果正确、可靠。,6.2.2 定位误差计算,53,上述三种定位误差的计算方法均是在二维平面上进行分析，得到相关表达式后带入相关数据得出计算结果，过程繁琐。随着三维CAD软件的出现，为定位误差的计算提供了新的思路和途径，如在SolidWorks装配体环境下，可利用其中的测量工具快速得到定位误差的具体数值，其核心思想仍然是“定义法”，具体方法是： （1）将定位元件和工件装配成定位方案的3D模型； （2）建立或显示工件上作为工序基准的点、轴线或平面。若工序基准是内孔或外圆的中心线，可充分利用SolidWorks中的“临时轴”命令，快速显示中心线。 （3）明确影响工序基准在加工方向上变动的因素，并分别以该因素的最小或最大尺寸对工件重建模型，从而得到工序基准的两个极限位置。在影响工序基准变动的多个独立因素中，尺寸因素可直接用于重建模型，同轴度等位置因素引起的工序基准变动量可简单相加。 （4）利用SolidWorks尺寸测量工具，分别测量在两种极限位置下工序基准沿加工要求 方向至夹具体上某一固定参考位置的距离，两次测量值之差的绝对值即是定位误差。 此种方法的计算精度可在SolidWorks文档属性的单位选项中自行设定。随着三维CAD软件的普及，可以直接利用已有的夹具3D模型，省去定位方案的建模过程，快速得到定位误差。,6.2.2 定位误差计算,54,6.2.2 定位误差计算,利用定义法计算DW步骤： 明确工序要求（加工要求方向） 找出工序基准 计算工序基准在加工方向上最大变动量 工件以平面定位时的定位误差 定位基准：平面； 定位元件工作面：平面 =易加工平整，接触良好 =所以JW=0 , DW=JB （注：若是毛坯面，则仍有JW）,55,【例1】 一批工件用“调整法”铣缺口，定位有a）、b）两种方案，如图所示。 试计算两种情况下工序尺寸20的定位误差。 【解】（1）合成法 a）DW.20 =BC +JW = T40 + 0= 0.28 + 0 =0.28 (mm)T20/3= 0.3/3=0.1 (mm) 不能够采用此种定位方案。 b）DW.20 =BC +JW = 0 + 0 = 0 故可以采用此种定位方案。,工件以平面定位,56,（2）微分法 先建立工序基准到某一固定点距离的关系式，然后对其进行微分。 a） 工序基准A到定位表面B的距离刚好就是工件的高度尺寸 HTH = 400.14 对其进行微分： DW|20dHH= TH0.28 （mm） b) 工序基准到定位表面的距离是一个固定的常值，常值的微分是0。 DW|20=0,工件以平面定位,57,（3）定义法 a） 1、加工方向：竖直 2、工序基准：A面 3、计算工序基准在加工方向上的最大变动量 DW|20 =T20 = 0.28 (mm) b) DW|20 = 0,工件以平面定位,58,（3）定义法 a） 1、加工方向：竖直 2、工序基准：A面 3、计算工序基准在加工方向上的最大变动量 DW|20 =T20 = 0.28 (mm) b) DW|20 = 0,工件以平面定位,59,【例3】有一批工件轴尺寸为,在夹角为的V型块上定位用“调整法”铣键槽保证槽深。若槽深工序尺寸分别是H1、H2、H3时，求各自的定位误差。,工件以外圆定位,60,【例2】如下图所示，以A 面定位加工20H8孔，求加工尺寸400.1mm的定位误差。,【解】设计基准 B 与定位基准 A不重合，因此将产生基准不重合误差 JW0mm JB0.025-(0.025)+0.05 -(-0.05)mm=0.15mm DW JW +JB 0.15mm,61,6.2.2 定位误差计算,【例】有一批轴件.在支承上定位铣键槽.保证相应的工序要求，求各工序要求定位误差是多少？ 【解】 （仅使用定义法） DW|H = Td/2 DW|b =0 DW| = Td/2,62,6.2.2 定位误差计算,【例】有一批轴件,现用调整法铣一缺口。定位方案如图.试求工序尺寸A、B的定位误差.,【解】,/2,63,6.3 工件的夹紧,