机械制造工艺装备项目1砂轮架主轴加工工艺装备

普通高等教育“十二五”国家级规划教材,机械制造工艺装备 (第三版) 主编魏康民 副主编南欢卢文澈 参编徐孝昌李俊民 主审刘金乾,普通高等教育“十二五”国家级规划教材,机械制造工艺装备 (第三版) 主编魏康民 副主编南欢卢文澈 参编徐孝昌李俊民 主审刘金乾,项目1 砂轮架主轴加工工艺装备,（1）项目要求 确定如图1.1所示的磨床砂轮架主轴加工工艺装备。,（2）项目分析,1）砂轮主轴的结构分析 由图1.1可知，该主轴的结构具有以下特点： 主轴结构简单，尺寸均匀，主轴的加工表面绝大部分为回转表面，非回转表面也为对称表面。 主轴负载与动力均采用圆锥表面（两端圆锥面）传递。 主轴紧固采用螺纹联接，易于实现与支承轴颈的同轴要求。 主轴轴向采用轴肩端面定位，其端面加工易于实现与中心线垂直。 由于砂轮架装配以及操作空间的限制，其轴向尺寸较大，长径比L/d1520，属于细长轴结构。,2）砂轮主轴的技术要求及其分析 主轴的支承轴颈是主轴的装配基准，它的制造精度直接影响到主轴部件的旋转精度，故对它提出很高的技术要求。 主轴两端圆锥面是安装皮带轮传动套以及砂轮的定位表面，其中，心线必须与支承轴颈中心线同轴。 主轴轴向定位面与主轴旋转中心线不垂直，会引起主轴周期性的轴向窜动，尤其是三片瓦动压滑动轴承支承的主轴，其定位轴肩面与端面轴承形成滑动推力轴承，承受加工中的轴向磨削力，因此，必须严格控制其垂直度要求。,3）磨床砂轮主轴加工工艺过程 经过对主轴结构特点、技术要求的分析，可根据生产批量、设备条件等编制主轴的工艺规程，编制过程中应着重考虑主要表面（支承轴颈、锥孔、短锥及端面等）和加工比较困难的表面（如深孔）的工艺措施，从而正确地选择定位基准，合理安排工序。表1.1为图1.1磨床砂轮架主轴单件小批生产时的工艺过程。,4）砂轮架主轴加工常用的工艺装备 夹具、刀具、量具及工具的选择直接影响工件的加工精度、生产率和制造成本，应根据不同情况适当选择。 夹具刀具量具工具三爪定心卡盘、四爪单动卡盘、花盘、鸡心夹头、顶尖、分度头、锥堵、心轴等车刀、砂轮、中心钻、键槽铣刀等游标卡尺、千分尺、百分表、光滑极限量规、比较仪等中心架、跟刀架、刀杆与刀杆夹、靠模装置等。,任务1.2 基准的概念及工件装夹方式,（1）基准的概念及分类 基准就是零件上用以确定其他点、线、面位置所依据的那些点、线、面。基准根据其功用不同分为设计基准与工艺基准。 1)设计基准 图1.3设计基准示例在零件图上用以确定零件上其他点、线、面位置的基准称为设计基准。如图1.3(a)所示的零件。,图1.3,2)工艺基准 零件在加工工艺过程中所采用的基准，称为工艺基准。工艺基准按用途不同，可分为工序基准、定位基准、测量基准及装配基准。 工序基准 在工序图上，用以确定本工序被加工表面加工后的尺寸、形状和位置的基准，称为工序基准。如图1.4所示为一工件上钻孔工序简图。,图1.4,定位基准 加工时，使工件在机床上或夹具中占据一正确位置所依据的基准称为定位基准。作为定位基准的点、线、面可能是工件上的某些面，也可能是看不见摸不着的中心线、对称线、对称面及球心等。 测量基准 零件检验时，用以测量已加工表面尺寸形状及位置的基准称为测量基准。如图1.3（c）所示，检验尺寸45时，下素线D为测量基准。 装配基准 装配时，用以确定零件或部件在产品中相对位置所采用的基准称为装配基准。,1)直接找正法 此法是用百分表、划针或目测在机床上直接找正工件，使其获得正确位置的一种装夹方法。 例如，在磨床上磨削一个与外圆表面有同轴度要求的内孔时，加工前将工件装在四爪单动卡盘上，用百分表直接找正外圆表面，即可获得工件的正确位置，如图1.5（a,B）所示。 直接找正法生产效率低，对工人技术水平要求高，一般用于单件小批量生产。,图1.5,2)划线找正法 划线找正法是先在毛坯上按照零件图划出中心线、对称线和各待加工表面的加工线，然后将工件装在机床上，按照划好的线找正工件在机床上的装夹位置，如图1.5（c）所示。 3)用夹具装夹 此法是用夹具上的定位元件使工件获得正确位置的一种方法。如图1.5(d)所示。,(3)夹具的分类及组成,1)夹具的分类 一般按夹具的应用范围和所使用的机床来分类。夹具按应用范围，可分为以下5种基本类型： 通用夹具，专用夹具，可调夹具，组合夹具，随行夹具。 2)夹具的组成 虽然各类机床夹具的结构不同，但按其各部分的主要功能分析可知，它一般是由定位元件、夹紧装置、夹具体及其他装置或元件组成。,图1.6,1菱形销；2螺杆；3螺母；4开口垫圈；5圆柱销；6支承板；7夹具体； 8钻模板；9钻套夹具体,任务 1.3定位原理,工件在夹具中的定位问题是夹具设计中首先要解决的重要问题。 （1）六点定位原理 用适当分布的6个支承点来限制工件的6个自由度，如图1.8所示。,图1.8,应用六点定位原理时，应注意以下4个问题： 工件在夹具中定位时，并非在任何情况下都必须限制6个自由度，究竟哪几个自由度需要限制，主要取决于工件的技术要求、结构尺寸和加工方法等。 一般来说，一个定位支承点只能限制工件一个自由度。 定位支承点限制工件自由度的作用，可以这样去理解，即定位支承点与工件的定位基准始终保持紧贴接触。 在分析定位支承点起定位作用时，不考虑力的影响。工件在某一坐标参数方向上的自由度被限制，是指工件在该坐标参数方向上有了确定的位置，而不是指工件在受到使工件脱离支承点的外力时，不能运动。,（2）工件的定位方式及种类 在实际生产中，工件加工时的定位，可能要将其6个自由度全部都限制，也可能只限制其中的一部分，因为只要限制那些影响加工精度的自由度就行了。工件的定位方式有以下4种： 1)完全定位 工件上的6个自由度全部被限制的定位称为完全定位，如图1.9所示。,图1.9,2)不完全定位 工件上6个自由度没有被全部限制，但能满足加工需要的定位方式称为不完全定位。如图1.10(a)）,1.10(b)）,图1.10(a,3)欠定位 应该限制的自由度在定位时未被限制的定位称为欠定位。在实际生产中欠定位是绝对不允许出现的。如图1.11所示的零件在圆柱上铣键槽.,图1.11,4）过定位 工件的自由度被设置的定位元件重复限制的定位方式，称为过定位。如图1.12，1.13（a）所示，。,图1.12,图1.13,任务1.4 定位副的选择和要求,（1）定位元件的基本要求 定位元件作为夹具结构中的重要元件之一，它一般应具备以下基本要求： 1）足够的精度 2）耐磨性好 3）足够的强度和刚度 4）良好的结构工艺性 5）便于清除切屑,（2）工件以平面定位 1）固定支承 固定支承有支承钉和支承板两种形式。,支承钉 如图1.14所示为标准支承钉结构（GB/T 22261991）。,图1.14,支承板 如图1.15所示为标准支承板结构（GB/T 22361991。,图1.15,2）可调支承 支承点位置可以调整的支承为可调支承，如图1.16所示为3种常用的可调支承。,图1.16,图1.17 1工件；2定位元件；3可调支承,图1.17（b）为利用可调支承加工不同尺寸的相似工件。可调支承在一批工件加工前调整一次，在同一批工件加工中保持不变，其作用与固定支承相,3）自位支承 在工件定位过程中，能自动调整位置的支承称为自位支承（也称浮动支承）。如图1.18(a)、(b)所示为两点式自定位支承。,图1.18(a,4）辅助支承 生产中，由于工件形状以及夹紧力、切削力、工件重力等原因可能使工件在定位后还产生变形或定位不稳定。为了提高工件的安装刚性和稳定性，通常设置辅助支承。如图1.19所示，实现预定位。,图1.19,（3）工件以圆孔定位,工件以圆孔表面作为定位基面时，常用以下定位元件： 1）圆柱定位销 如图1.21所示为常用圆柱定位销结构。当,图1.21,2）圆柱定位心轴 圆柱定位心轴主要用在车床、铣床、磨床上加工套类和盘类零件。如图1.22所示为3种常用圆柱心轴的结构形式。,图1.22,3）小锥度心轴 如图1.23所示，这种心轴的定心精度较高，可达0.010.02 mm，但轴向位移误差较大，工件易倾斜，故不宜加工端面。,图1.23,4）圆锥定位销 如图1.24所示为工件以圆孔在圆锥销上的定位示意图。它限制了工件的x，y，z 3个自由度，锥销与圆孔沿孔口接触，孔口的形状直接影响接触情况，从而影响定位精度。,图1.24,（4）工件以外圆柱面定位 工件以外圆柱面定位时，常用的定位元件有V形块、半圆套、定位套等。 1)V形块 V形块的典型结构 如图1.25所示为常用V形块。,图1.25,图1.25V形块的典型结构长、短V形块是按照V形块量棒和V形块定位工作面的接触长度L与量棒直径d之比来区分，即L/d1时为短V形块，限制工件两个自由度；L/d1时为长V形块，限制工件4个自由度。V形块的结构参数标准V形块（GB/T 22081991）的结构参数如图1.26所示。,图1.26,V形块的定位特性 a.V形块定位的最大优点是对中性好 b.V形块定位的另一个特点是无论定位基准是否经过加工，是完整的圆柱面还是局部的圆弧面，都可采用V形块定位。 c.V形块以两斜面与工件的外圆接触起定位作用。工件的定位面是外圆柱面，但其定位基准是外圆轴线，即V形块起定心作用。 d.V形块的位置是用理论圆来标注。如图1.27（a）所示的夹具简图，要保证V形块1与定位支承2的相对尺寸hh，以实现定位要求，这时V形块的高度位置是以与其相切的圆3的轴线来表示的，这个圆称为V形块的理论圆。,图1.27,2)定位套 工件以外圆柱面定位时，也可采用如图1.28所示的定位套。图1.28（a）为短定位套，限制工件两个自由度；图2.28(b)为长定位套，限制工件4个自由度。定位套结构简单，容易制造，但是定心精度不高，一般适用精基准定位。长短定位套的区分与长短V形块的区分相同。,3）半圆套 如图1.29所示两种结构的半圆套定位装置，主要用于大型轴类工件及不便轴向装夹的工件定位。工件定位面精度不低于IT9IT8，上半圆套1起夹紧作用，下半圆套2起定位 作用。,图1.28,图1.29,任务1.5 定位误差的分析计算,在机械加工过程中，产生加工误差的因素很多，有一项却是与采用夹具来安装工件进行加工有关。因为夹具的设计与制造所造成的误差必然会影响工件的定位精度，从而反映在工件的加工精度上。为了使工艺系统能够加工出合格的工件，系统中各组成误差的总和 应不超过加工允差或位置公差G，即G。而 J+G，JD+T-A，从而有： D+T-A +GG（此式称为误差计算不等式） 式中J与夹具有关的加工误差； G除夹具外与工艺系统其他因素有关的加工误差； D工件在夹具中定位时产生的定位误差； T-A夹具在机床上调整安装时产生的误差。,在根据经验或类比法初步确定工件的定位方案后，可假设误差计算不等式中的3项误差各占工件公差的1/3。最后可根据实际情况进行调整。如果满足D1/3G则合格；若D1/3G，表明定位误差按绝对平均法所分得的允许公差已经超差，此时应按综合调整法相互调剂，使3项误差的总和不超过工序公差要求，或采取相应工艺措施解决超差问题。,（1）定位误差产生的原因 定位误差是指用调整法进行加工时，由于工件在夹具中定位所引起的一种误差。定位误差包括基准不重合误差和基准位移误差两项。现举例分析其产生的原因。 1）基准不重合误差 因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，以B表示。如图1.30所示。,图1.30,2）基准位移误差Y 对于有些定位方式来说，即使基准重合，也会产生另一种形式的定位误差，即由于定位基准本身发生位移而引起的基准位移误差。 工件在夹具中定位时，由于定位副制造不准确及最小配合间隙的影响，定位基准本身在加工尺寸方向上会产生一定的位移量，从而导致各个工件的位置不一致，造成加工误差，把这种误差称为基准位移误差，以Y表示。,用圆柱定位销、圆柱心轴中心定位（见图1.31），由于间隙的影响，会使工件的中心发生偏移，其偏移量即为最大配合间隙，即Y=Xmax=DdXmin,图1.31,以平面定位 由于工件定位面与定位元件工作面以平面接触时，两者的位置不会发生相对变化，因此认为其基准位移误差为零，即Y=0 工件以外圆柱定位 用定位套定位外圆的定位误差，其分析计算与用圆柱心轴定位圆孔的定位误差计算完全相同。用V形块定位，如图1.32所示。,由于一批工件外圆直径尺寸的变化引起定位基准相对定位元件发生位置变化，从而产生垂直方向的基准位移误差，即Y=OO1=d2 sin2,图1.32,通过以上分析，可归纳如下几点结论： 工件在夹具中定位时，不仅要限制工件的自由度，使工件在加工尺寸方向上有确定的位置，而且还必须尽量设法减少定位误差，保证有足够的定位精度。 一批工件在夹具中定位时产生定位误差的原因有两个：一是由于定位基准与工序基准不重合，引起一批工件的工序基准相对定位基准产生了位置变化，即存在基准不重合误差B；二是由于定位副制造不准确，引起一批工件的定位基准相对定位元件发生了位置变化，即存在基准位移误差Y。 工件以平面定位时，由于定位基准面的形状误差（如定位基准面的平行度误差、两基准面间的垂直度误差等），也会引起基准位移误差，但误差值一般较小，可忽略不计。即工件以平面定位时，一般只考虑基准不重合误差，而忽略基准位移误差，即Y0。,分析计算定位误差时应注意的问题： a.由以上分析可知，工序基准相对于被加工表面在加工尺寸方向上所产生的最大位移量，便是定位误差。 b.某一工序的定位方案可以对本工序所有加工精度参数产生不同的定位误差，因此应对所有精度参数逐个分析计算其定位误差。 c.定位误差主要发生在采用夹具装夹工件，并按调整法保证加工精度的情况下。 d.分析计算得出的定位误差值是指加工一批工件时可能产生的最大定位误差值，它是一个界限值，而不是指某一工件精度参数的定位误差具体数值。,（2）定位误差的计算 定位误差由基准不重合误差B和基准位移误差Y组成。 当B=0，Y0时，产生定位误差的原因是基准位移，故 D=Y（1.3）式中D定位误差。 当B0，Y=0时，产生定位误差的原因是基准不重合，故D=B（1.4） 当B0，Y0时，如果工序基准不在定位基面上，则D=YB如果工序基准在定位基面上，则D=YB“”“”号的判定方法是：当定位基面变化时，分析工序基准随之变化所引起Y和B变动方向是相同还是相反。两者相同时为“”号，二者相反时为“”号。,(3)组合面定位,实际生产中，常用几个定位元件组合起来同时定位工件的几个定位面，以达到定位要求，这就是组合面定位。现以生产中最常用的“一面两孔”定位方式作一简单介绍。 “一面两孔”定位方式常用在成批及大量生产中加工箱体、杠杆、盖板等零件，是以工件的一个平面和两个孔构成组合面定位。工件上的两个孔可以是其结构上原有的，也可为满足工艺上需要而专门加工的定位孔。采用“一面两孔”定位后，可使工件在加工过程中基准统一大大减少了夹具结构的多样性，有利于夹具的设计和制造。 在实际生产中，可采用下列方法消除过定位。,1）以两个圆柱销及平面支承 这种方法是减小定位销2的直径，使其减小到能够补偿孔心距及销心距误差的最大值，从而使x不出现重复限制。如图1.36所示，假定工件上圆孔1与夹具上定位销2的中心重合，这时第1孔的装入条件为d1max=D1min-X1min式中d1max第1定位销的最大直径；D1min第1定位孔的最小直径；X1min第1定位副的最小间隙。,图1.36,2）以一圆柱销和一削边销及平面支承定位 这种方法不缩小定位销的直径，而采用定位销“削边”的方法也能增大连心线方向的间隙。这样在连心线的方向上，仍起到缩小定位销直径的作用，使中心距误差得到补偿。,但在垂直于连心线的方向上，定位销2的直径并未减小，故工件的转角误差没有增大，提高了定位精度。为了保证削边销的强度，一般多采用菱形结构，故又称为菱形销。常用削边销的结构如图1.37所示。,图1.37,3）削边销尺寸的确定 如图1.38所示，削边销剩余圆柱部分的最大直径为 d2max=D2min-X2min AE和CF应能补偿LD，Ld，则AE=CF=a=LD+Ld+X2min2-X1min2 在实际工作中，补偿值一般计算后，经过分析，再进行调整，即a=LD+Ld（1.9） 补偿值确定后，便可根据图2.34计算削边销的尺寸。 当采用修圆削边销时，以b取代b1。b，b1，B的尺寸可根据表1.4选取。,菱形销的结构尺寸已标准化，选用时可参照国家标准机床夹具零件及部件（GB/T 220391）。,图1.38,4）削边销定位误差的计算 基准不重合误差B 与前面讲的计算方法相同。 基准位移误差Y 定位基准的位移方式有两种：如图1.39（a）所示为两定位副的间隙同方向时定位基准的两个极限位置，最上位置O1O2，最下位置O1O2;如图1.39(b)所示为两定位副的间隙反方向时定位基准的两个极限位置为O1O2与O1O2。图中，O1O2=X1max为第1定位副的最大间隙，O2O2=X2max为第2定位副的最大间隙，根据图1.39可推导出,的计算公式。 在计算某一加工尺寸的基准位移误差时，要考虑加工尺寸的方向和位置。计算时，可参考表1.5。,图1.39,任务1.6 夹紧装置的设计,机械加工过程中，为保持工件定位时所确定的正确加工位置，需要采用一定的机构将工件压紧夹牢，夹具上这种用来把工件压紧夹牢的机构称为夹紧装置。 （1）夹紧装置的组成 如图1.47所示，夹紧装置主要由以下3个部分组成： 1）力源装置 2）中间传动机构,图1.47,3）夹紧元件 夹紧元件是夹紧装置的最终执行元件，它与工件直接接触，把工件夹紧。 （2）夹紧装置的基本要求 夹紧过程中，不能改变工件定位后所占据的正确位置。 夹紧力的大小要适当，既要保证工件在整个加工过程中位置稳定不变，又要保证工件不产生明显的变形或损伤工件表面。 工艺性要好，夹紧装置的结构力求简单，便于制造、调整和维修。 夹紧装置的操作应当方便，夹紧迅速，安全省力。,（3）夹紧力的确定 夹紧装置设计的基本问题主要是合理确定夹紧力，而力有三要素：方向、大小和作用点，确定夹紧力就要确定夹紧力的方向、作用点和大小。确定时，应根据工件的结构特点、加工要求，并结合工件加工中的受力状况及定位元件的结构和布置方式等综合考虑。 1）夹紧力方向的确定 夹紧力的方向应垂直于主要定位基准面。主要定位基准面的面积较大，限制的自由度较多，夹紧力的方向垂直于该面容易保持装夹稳固，从而有利于保证工序的精度要求。如图1.48所示.,图1.48,夹紧力的方向应尽量与切削力、工件重力方向同向，这样可减小所需夹紧力。如图1.49所示。 夹紧力的方向应尽量与工件刚度最大的方向相一致，以减小工件变形。如薄壁套筒工件，它的轴向刚度比径向刚度大，用轴向夹紧工件，不易产生变形。,2）夹紧力作用点的确定 夹紧力的作用点应落在定位元件的支承范围内，以保证工件已获得的定位位置不变。如图1.50所示。,图1.49,图1.50,夹紧力的作用点应落在工件刚性最好的部位，以减小工件的夹紧变形。图1.51。 夹紧力作用点应尽量靠近被加工表面，以减小对工件造成的翻转力矩。必要时应在工件刚度差的部位增加辅助支承和辅助夹紧，以减小切削过程中的振动和变形。如图1.52所示。,图1.51,图1.52,3）夹紧力大小的估算 在加工过程中，工件受到切削力、离心力、惯性力及重力的作用，从理论上讲夹紧力应与上述各力(矩)相平衡。实际上，夹紧力的大小还与工艺系统的刚性、夹紧机构的传递效率有关，而且切削力的大小在加工过程中也是经常变化的,因此夹紧力的计算是一个很复杂的问题，通常只进行粗略估算。 首先，假设系统为刚性系统，切削过程处于稳定状态。在这些假设条件下，根据切削原理公式或切削力计算图表求出切削力。然后找出对夹紧最不利的瞬时状态，按静力学原理估算此状态下所需的夹紧力。为保证夹紧可靠，还需乘以安全系数才得实际需要的夹紧力，即FJ=KFj 式中FJ实际需要的夹紧力； K 安全系数，一般取K=1.53，粗加工取大值，精加工取小值； Fj在最不利的条件下由静力平衡计算出的夹紧力。,(4)基本夹紧机构 夹具中常用夹紧机构有斜楔夹紧机构、螺旋夹紧机构和圆偏心夹紧机构等。 1)斜楔夹紧机构 利用斜面直接或间接夹紧工件的机构称为斜楔夹紧机构。如图1.54所示为几种斜楔夹紧机构的应用实例。图1.54。,图1.54,斜楔夹紧力的计算 斜楔受作用力FQ以后产生的夹紧力FJ，可按斜楔受力的平衡条件求出（图1.55）。根据静力学平衡条件,得斜楔夹紧力的近似计算公式为 FJ=FQ/（tan（+2） ,图1.55,斜楔夹紧机构的自锁条件 斜楔在外力去除后，斜楔受力情况如图1.55（b）所示。欲使斜楔具有自锁性能，必须有斜楔的升角小于斜楔与工件、斜楔与夹具体之间的摩擦角之和。,斜楔夹紧机构的特点 A.夹紧力增大倍数等于夹紧行程的缩小倍数 B.改变了原始作用力的方向 斜楔夹紧机构的这一特征，由图1.54中可明显看出。 斜楔升角的选择 根据自锁条件和对增力比与夹紧行程的综合考虑，手动夹紧机构应选较小值，一般取=68。自锁的机动夹紧机构中，取12，或采用双升角斜楔（见图1.54(b)），以获得行程、增力、自锁的良好效果。起始用大升角1，快速趋近工件；最终夹紧时，用小升角2使夹紧装置得到可靠的自锁性和输出较大的夹紧力。不需要自锁的机动夹紧，常取=1530。,2)螺旋夹紧机构 由螺钉、螺母、垫圈及压板等元件组成的夹紧机构，称为螺旋夹紧机构。 单个螺旋夹紧机构 直接用螺钉、螺母夹紧工件的机构，称为单个螺旋夹紧机构,如图1.56所示。,图1.56,螺旋压板夹紧机构 螺旋压板夹紧机构是结构形式变化最多的夹紧机构，也是应用最广的夹紧机构。如图1.57所示为常用的5种典型结构。,图1.57,为迅速夹紧工件减少辅助时间，可采用各种快速的螺旋夹紧机构。如图1.58所示。,图1.58,3)偏心夹紧机构 用偏心件直接或间接夹紧工件的机构称为偏心夹紧机构。偏心件有圆偏心和曲线偏心两种类型。圆偏心因结构简单，制造容易，在夹具中应用较多。如图1.59所示为常见的几种圆偏心夹紧机 构。偏心夹紧机构的工作原理如图1.60。,图1.59,此基圆（图中的虚线圆）的直径为D-2e。如果手柄装在上半部，则就用下半部的弧形楔来工作，由于回转中心O至圆偏心轮工作面上各点的距离不相等，沿顺时针方向扳动手柄时，相当于此弧形楔楔紧在转轴和被压表面之间而产生夹紧作用。图1.60（b）为弧形楔展开图。 圆偏心轮与斜楔相比，其工作面上各点的升角x不是一个常数，它随着回转角x的改变发生很大变化。,图1.60,圆偏心轮的自锁条件 由于圆偏心轮夹紧工件的实质是弧形楔夹紧工件。自锁时，圆偏心外径与偏心距的关系式为2eDf当f=0.10时，De20。 当f=0.15时，De14。 De比值称为偏心特性或偏心率。按上述两种偏心率制造的圆偏心轮，当它们的外径相等时，偏心率为14的有较大的偏心距，因而夹紧行程较大，有较好的使用性能。在实际应用中，多采用摩擦系数为0.15，偏心率为14的圆偏心夹紧机构。,圆偏心轮夹紧机构的应用 圆偏心轮夹紧机构结构简单，夹紧动作迅速，使用方便，但增力比和夹紧行程都较小，结构抗振性能差，自锁可靠性差。适用于所需夹紧行程及切削负荷小且平稳、工件不大的手动夹紧夹具中，如钻床夹具。 上述介绍的斜楔、螺旋和圆偏心轮3种基本夹紧机构都是利用斜面原理增力。螺旋夹紧机构增力系数最大，在同值的原始作用力FQ和正常尺寸比例情况下，其增力比ip比圆偏心夹紧机构大67倍，比斜楔夹紧机构大20倍。在使用性能方面，螺旋夹紧机构不受夹紧行程的限制，夹紧可靠，但夹紧工件费时。圆偏心轮夹紧机构则相反，夹紧迅速但夹紧行程小，自锁性能差。这两种夹紧方式一般多用于要求自锁的手动夹紧机构。斜楔夹紧机构则很少单独使用，常与其他元件组合成为增力机构。,（5）其他夹紧机构 1)联动夹紧机构 在夹紧结构设计中，有时需要对一个工件上的几个点或对多个工件同时进行夹紧，此时，为了减少工件装夹时间，简化机构，通常采用各种联动夹紧机构。图1.61（a）为对向侧夹紧联动夹紧机构。图1.61（b）为双向浮动四点联动夹紧机构。,图1.61,多件联动夹紧机构 多件联动夹紧机构多用于夹紧中、小型工件，它只需操作一个手柄，可同时夹紧若干个工件，是提高生产效率的有效措施。图1.62 。,图1.62,2）定心夹紧机构 当加工尺寸的工序基准是中心要素(轴线、中心平面等)时，为为使基准重合以减少定位误差，可采用定心夹紧机构。 定心夹紧机构的工作原理 同时实现对工件定心定位和夹紧两个作用的机构称为定心夹紧机构。如图1.64(a)所示的三爪自定心卡盘。又如图1.64(b)所示的对中夹紧机构。,图1.64,等速移动原理工作的定心夹紧机构 如图1.65所示为按等速移动原理工作的螺旋式定心夹紧机构。,图1.65,以均匀弹性变形原理工作的定心夹紧机构 A.弹性筒夹定心夹紧机构 如图1.66（a）所示为用于外圆柱面定位的弹簧夹头。旋转螺母4时，锥套3内锥面迫使弹性筒夹2上的簧瓣向心收缩，从而将工件定心夹紧。图1.66（b）是用于工件以内孔为定位基面的弹簧心轴。,图1.66,B.膜片卡盘定心夹紧机构 如图1.67所示工件以大端面和外圆为定位基面，在10个等高支柱6和膜片2的10个夹爪上定位。膜片卡盘定心夹紧机构具有刚性、工艺性、通用性好、定心精度高（一般可达0.01 mm以内），操作方便迅速等特点。但它的夹紧力较小，故常用于磨削或有色金属件车削加工的精加工。,图1.67,C.液性塑料定心夹紧结构 如图1.68所示为液性塑料定心机构的两种结构。,图1.68,6）夹具的动力装置 现代高效夹具大多采用夹具动力装置，如气动、液压、电磁及真空装置等。其中，应用最广泛的是气压装置和液压装置。 1）气压装置 典型的气压传动系统 气压装置主要包括3个部分：汽缸、辅助装置和管路。如图1.69所示为气动夹紧装置系统图。其中，所用的雾化器2、减压阀3、止回阀4、分配阀5、调速阀6、压力表7、汽缸8各组成元件的结构尺寸，都已经标准化。设计时，可查阅有关资料和手册。 气压装置的特点 气压装置以压缩空气为力源应用比较广泛，与液压装置比较有以下优点： a.动作迅速，反应快。,图1.69,c.空气黏度小，在管路中的损失较少，便于集中供应和远距离输送，易于集中操纵或程序控制等。 d.空气可就地取材，容易保持清洁，管路不容易堵塞，也不会污染环境，具有维护简单，使用安全、可靠、方便等特点。,其主要缺点是空气压缩性大，夹具的刚度和稳定性差；在产生相同原始作用力的条件下，因工作压力低，其动力装置的结构尺寸大。此外，还有较大的排气噪声。 2）液压装置 液压装置是用高压油产生动力，工作原理及结构与气压装置相似。其共同的优点是：操作简单省力、动作迅速，使辅助时间大为减少。与气压装置相比，液压装置有以下特点： 液压油油压高、传动力大，在产生同样原始作用力的情况下，液压缸的结构尺寸比气压的小许多倍。 油液的不可压缩性使夹紧刚度高，工作平稳、可靠。 液压传动噪声小，劳动条件比气压的好。 但是，油压高容易漏油，要求液压元件的材质和制造精度高，故而夹具成本较高。,3）气液增压装置 为了综合利用气压和液压传动的优点，在不需要增设液压装置的条件下，可在非液压机床上采用气液联动的增压装置，它具有如下的特点： 其油压可达9.819.6 MPa，不需要增加机械增力机构就能产生很大的夹紧力，使夹具结构简化、传动效率提高和制造成本降低。 气液增压装置已被制成通用部件，可以各种方式灵活、方便地与夹具组合使用。 4）电动装置 电动装置是以电动机带动夹具中的夹紧机构，对工件进行夹紧的一种方式，最常用的是电动卡盘，它的特点是：传动平稳，无噪声，具有普通三爪自定心卡盘的通用性；与气动卡盘相比，可省去汽缸和气动附件，但要有供夹紧用的电动机；夹紧力较气动的要小。,任务 1.7通用夹具,（1）三爪定心卡盘 三爪定心卡盘是车床最常用的附件，它的结构如图1.70所示。,图1.70,（2）四爪单动卡盘 四爪单动卡盘也是车床常用的附件，它的结构如图1.71所示。四爪单动卡盘的4个爪分别通过转动螺杆而实现单动。根据加工的要求，利用划针盘校正后，安装精度比三爪定心卡盘高，四爪单动卡盘的夹紧力大，适用于夹持较大的圆柱形形工件。但找正比较费时，生产率低，常用于单件、小批量生产。当加工精度要求达到0.01 mm时，还可用百分表找正。四爪单动卡盘安装按划线找正工件.,图1.71,（3）顶尖 对于较长的或必须经过多次装夹才能加工好的工件，如细长轴、长丝杠等的车削，或工序较多、在车削还要铣削或磨削的工件，为了保证每次装夹时的安装精度（如同轴度要求），两顶尖安装工件方便，不需找正，安装精度高。常用的顶尖有死顶尖和活顶尖两种，如图1.72所示。,图1.72,（4）心轴 盘套类零件其外圆、内孔往往有同轴度要求，与端面有垂直度要求，最好保证这些形位公差的加工方法就是采用一次装夹中全部加工完，但在实际生产中往往难以做到。此时，一般先加工出内孔，以内孔为定位基准，将零件安装在芯轴上，再把芯轴安装在前后顶尖之间来加工外圆和端面，一般也能保证外圆轴线和内孔轴线的同轴度要求。圆柱芯轴是以其外圆柱面定芯、端面压紧来装夹工件的（见图1.74），芯轴与工件孔一般用H7/h6，H7/g6的间隙配合，因此工件能很方便地套在芯轴上。为了消除间隙，提高芯轴定位精度，芯轴做成锥体，但锥度要很小，否则工件在芯轴上会产生歪斜（见图1.75（a）。芯轴常用的锥度为C=1/5 0001/1 000，定位时工件楔紧在芯轴上，楔紧后孔会产生弹性变形（见图1.75（b），从而使工件不致倾斜。,图1.74,图1.75,（5）花盘 在车削形状不规则或形状复杂的工件时，三爪、四爪卡盘或顶尖都无法装夹，必须用花盘进行装夹。 花盘是安装在车床主轴上的一个大圆盘，盘面上有许多长短不等的径向导槽，使用时配以角铁、压块、螺栓、螺母、垫块和平衡铁等，可将工件装夹在盘面上，如图1.76所示。也可以把辅助支撑角铁（弯板）用螺栓牢固夹持在花盘上，工件则安装在弯板上。如图1.77所示为加工一轴承座端面和内孔时在花盘上装夹的情况。,图1.76,图1.77,任务 1.8车刀,（1）常用车刀的种类 车刀按结构形式，可分为焊接车刀、整体车刀和机夹式车刀3类，如图1.78所示。 图1.78车刀按结构形式分类焊接式车刀是将一定形状的硬质合金刀片用黄铜、紫铜或其他特制的焊料焊接在刀杆的刀槽内制成的。,图1.78,车刀按照用途不同，可分为以下8类（见图1.79）,图1.79,1，2成形车刀；3，15车槽、切断刀；490左切外圆车刀；5直头车刀; 6，11弯头车刀；7，990偏刀； 8，14螺纹车刀;10端面车刀；12，13内孔车刀,（2）常用车刀 常用焊接车刀用于外表面的车刀共有11种，用于内表面的车刀共有6种。常用焊接车刀的结构如图1.80所示,图1.80,机械夹固式可转位车刀夹紧机构。夹紧形式有杠杆式、楔块式、螺纹偏心式、压孔式、上压式及拉垫式等。 1）杠杆式夹紧机构 如图1.81所示，拧紧压紧螺钉5，杠杆1摆动，刀片压紧在两个定位面上，将刀片夹紧。刀垫2通过弹簧套8定位，调节螺钉7调整弹簧6的弹力。,图1.81,2）楔块式夹紧机构 如图1.82所示，拧紧螺钉4，楔块5推动刀片3紧靠在圆柱销2上，将刀片夹紧。,图1.82,3）螺纹偏心式夹紧机构 如图1.83所示，利用螺纹偏心销1上部的偏心心轴将刀片夹紧。,图1.83,如图1.84所示。拧紧沉头螺钉2，利用螺钉斜面将刀片夹紧。,图1.84,如图1.85所示。拧紧螺钉5，压板6将刀片夹紧。,图1.85,6）拉垫式夹紧机构 如图1.86所示。拧紧螺钉3，使拉垫1移动，拉垫1上的圆销将刀片夹紧。 刀杆材料用强度较高的钢材制造，经热处理硬度HRC50。不重磨硬质合金刀片尺寸可参见机械加工工艺装备设计手册。,图1.86,(3)成形车刀 1)成形车刀的种类与用途 成形车刀主要用于车床加工各类回转体零件的内、外成形面，在模具零件加工中应用很广。成形车刀是根据工件的廓形设计的。 成形车刀按刀体形状和结构不同分以下3种类型 （见图1.87）,图1.87,2)成形车刀的前角和后角形成 成形车刀的前角、后角形成、标注和变化规律均不同于普通车刀。为了便于测量、制造和重磨成形车刀的角度，规定前角和后角在假定工作平面中表示。 棱体成形车刀 如图1.88所示，棱体成形车刀的底面与燕尾榫基面KK垂直，后面A与KK平行，前面A与底面夹角为（f+f）。,图1.88,如图1.89所示，在切削时，将距工件中心最近的切削刃1安装在工件中心位置上，在假定工作平面内将后面A装斜形成侧后角f，同时形成了侧前角f。侧后角f与侧前角f定义为成形车刀的前角和后角。,图1.89,圆形成形车刀 如图1.90所示，制造时将圆形成形车刀磨出容屑缺口，并使前面低于刀具中心h距离，h应为h=R sin(f+f)式中R圆形成形车刀廓形的最大半径。,如图1.91所示，在切削时，将距工件中心最近的切削刃1安装在工件中心位置上，并将刀具中心O装高于工件中心H，装高量H为H=R sin f图1.90圆形成形车刀的前角和后角图1.91圆形成形车刀工作时的前角和后角圆形成形车刀是通过上述制造和装刀后形成了侧前角f和侧后角f的。,图1.90,图1.91,（4）车淬硬工件车刀 在大型模具中，有不少尺寸大而形状复杂的零件。这种零件热处理后的变形量较大，磨削加工有困难，因此，可用硬质合金车刀在车床上对淬硬后的零件进行车削加工。 刀具角度必须根据工件材料和硬度、刀具材料和切削条件来正确选择，可参考机械加工工艺装备设计手册列出的连续切削时刀具角度。 加工淬硬金属工件时，应注意的切削条件如下： 1）切削深度 车削淬硬金属工件，由于工件硬切削抗力比较大，切削深度受到机床等的刚度限制，一般切削深度都小于3 mm。但切削深度过小则会加快刀具的磨损，以大于0.1 mm为宜。 2）进给量 进给量的选择主要是以刀具和机床能承受的切削力为准。精加工时，考虑到加工表面粗糙度不宜太大。 3）切削速度 加工淬硬件，一般切削速度不宜过高，只要切削速度稍微偏高，刀具耐用度即显著下降。选择车削淬硬件切削速度时可参考机械加工工艺装备设计手册。,（5）中心钻 用顶尖安装工件，必须先在工件的端面用中心钻在车床或专用机床上钻出中心孔，如图1.92（a）所示。 带有120保护锥面的中心孔为双锥面中心孔，如图1.92（b）所示，主要目的是为了防止60的锥面被碰伤而不能与顶尖紧密接触；另外,也便于工件装夹在顶尖上后进一步加工工件的端面。,图1.92,任务1.9 车削用工具,车床主要加工零件的内外圆柱面、圆锥面、内孔和螺纹，对于形状较复杂的旋转体零件，通常采用成形车削。车削零件时，一般采用中心孔定位，符合基准重合原则，加工时能达到较高的相互位置精度。 车削用工具主要为刀杆与刀杆夹，车零件的内外圆柱面、圆锥面、螺纹及退刀工具、仿形车削的靠模装置。 （1）刀杆与刀杆夹 1）刀杆 弹性刀杆 如图1.93所示结构。尺寸和规格可查阅有关资料。 多用刀杆 如图1.94所示为多用刀杆结构。其尺寸和规格可查阅有关资料。,图1.93,图1.94,弹性转动刀杆 如图1.95所示，其尺寸和规格可查阅有关资料。 2）刀杆夹 图1.95弹性转动刀杆 方刀杆夹 如图1.96所示，其尺寸和规格可查阅有关资料。 圆刀杆夹,图1.95,图1.96,如图1.97所示，其尺寸和规格可查阅有关资料。 莫氏锥柄工具用夹持器 如图1.98所示，其尺寸和规格可查阅有关资料。,图1.97,图1.98,（2）车锥度工具 产品中常有带锥度的孔或外圆的零件，如模具中可卸式导柱、导套、注塑模浇口及塑压模套筒等。 如图1.99所示为导柱式靠模车锥度工具。,图1.99,车锥度工具时，切削运动由以下3部分组成： 床鞍作走刀运动。 拆除中滑板丝杠使中滑板6能自由地滑动，固定在中滑板上的滑块4嵌在导轨式靠模2的槽内作斜向运动。 转直小滑板作进给运动，调节吃刀量。,（3）车型面工具 具有特殊型面的模具型芯、型腔、冲模的球面模柄、球面垫圈等类型工件的车削加工，属于特型面车削。可根据工件特点、质量要求及批量大小，采用双手控制、样板刀、组合刀具和靠模装置、专用工夹具等各种方法加工。使用靠模装置或专用工、夹具的优点是加工质量易于保证，生产效率高。,1）靠板靠模 如图1.100所示为车外型面靠模装置，靠模板2由托脚固定安装在车床床身上。靠模板上有曲线沟槽，槽的形状尺寸与工件型面曲线形状和尺寸相同。中滑板上安装接长板的端部，并与靠模板上曲线沟槽配合，用这种方法时，必须拆除中滑板丝杠。,图1.100,2）尾座靠模 如图1.101所示为一种摆动式车外型面尾座靠模装置。加工时，把一个与工件形状要求相反的靠模6装夹在尾座7的锥孔内，或安装在床面上专制的夹具上，使靠模中心和车床主轴回转中心一致。工具体11安装在车床刀架12上，由摆杆5、销轴4及弹簧10组成。车刀1固定在摆杆的方孔中。调整螺钉3，使紧固在摆杆另一端的滚珠8借弹簧10压力紧贴在靠模6表面。,车削时，床鞍作纵向走刀，滚轮沿靠模曲线运动，车刀通过销轴、弹簧作相应摆动，车出成形曲面。需注意：摆杆上装支承轴9的孔与装销轴4的孔间距应等于装销轴4的孔与装车刀1的孔距。车刀的伸出长度应与滚轮的伸出长度相等，以免造成工件的形状误差。,图1.101,当车削长度为直径20倍以上的细长轴时，由于其刚性差，加工过程中容易产生振动、让刀等现象，工件出现两头细中间粗的腰鼓形，因此，应采用跟刀架或中心架作为附加支承。 跟刀架主要用于车削细长的光轴，它装在车床刀架的大拖板上，与整个刀架一起移动。车削时，在工件右端头上先车出一段外圆，然后使支承与其接触，并调整至松紧适宜。工作时支承处要加油润滑，如图1.102所示。中心架主要用以车削有台阶或需调头车削的细长轴，中心架是固定在床身导轨上的，如图1.103所示。,图1.102,图1.103,