工件的安装和夹具设计.ppt

第六章 机床夹具设计 6. 1 机床夹具概述 一、机床夹具及其组成 1、机床夹具 机床夹具是在机床 上用以 装夹工件的一种装 置 ，其作用是 使工件相对 于机床或刀具有个正确的 位置 ，并在加工过程中 保 持这个位置不变。 2、机床夹具的组成 (1).定位元件： 确定工件在夹具中位置的元件。 (2).导向元件： 用以引导刀具或调整刀具相对于夹具的位置。 如：钻套、对刀块。 (3).夹紧元件： 确定夹具与机床或夹具与刀具的元件。 (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。 (5).夹具件： 基础件，用于安装其它元件，形成整体 (6).其它辅件： 夹紧用的扳手，操作手柄，分度机构等。 如下图所示： 二、机床夹具的分类 1、分类方法 ： 1)按夹具的应用范围： 通用夹具、专用夹具、可调夹具、组合 夹具、随行夹具； 2)按加工类型： 车床夹具、钻床夹具、镗床夹具、磨床夹具、 数控机床夹具等； 3)按夹紧力来源： 手动夹具、气动夹具、液压夹具、电磁夹具、 真空夹具。 机床夹具通常按夹具的应用范围进行。 (1)通用夹具 ： 指已 标准化，通用化好 ，可用于加工同一类型，不 同尺寸工件加工的夹具。 如：三爪长盘、四爪长盘、平口钳、回转工 作台、万能分度头、磁铁吸盘。 适用场合：广泛用于单件，小批量生产中。 (2)专用夹具 ： 指的是 专为某一工件的某道工序而设计制造夹具 ， 这种夹具“刚性”大，即当产品变换或工序内容变更后，往住 无法使用。因此适用于产品固定、工艺相对稳定、批量 大的加 工过程。 (3)可调夹具： 是 指经调 整或更换个别元件，即 可加工多种工件的夹具。 这种夹具主要用了加工 形状相似，尺寸相近的 工件的加工。 (4)组合夹具（拼装夹具）： 这种夹具是在夹具零部件完全标准 化的基 础上，根据积木化原理，针对不同的工件 对象和加 工要求，拼装组合则成夹具。构 成夹具的各零部件，在工件 加工完后，可拆散成各种元件，组合成适用其它产品加工要 求的夹具。 （图示见下页） 当今生产发展趋势：多品种、小批量。由此导致对生产 装备的要求是高效、快捷的柔性系统。 (5)随行夹具： 切削加工中隨帶安裝 好的工件在各工位間被自動運送轉 移的機床夾具。隨行夾具主要是在 自動生產線 加工中心中、柔性生 产线。 三、机床夹具的作用 (1)保证加工精度，降低工人等级 加工精度包括：尺寸精度、几何形状精度、表面相互位置 精度。使用夹具最有利于保证表面相互位置精度。 如：在摇臂钻加工孔系 夹具：可达 0.10 0.20mm 划线找正： 0.4 1.0mm (2) 提高劳动生产率，降低加工成本 无找正，对刀等时间，工件装卸迅速，从而大大减少了工件 安装的辅助时间，同时易于实现多件加工，多工位加工，特别 适用于加工时间短，辅助时间长的中、小工件的加工。 (3) 扩大机床工艺范围 扩大机床的功能，实现一机多用。如在车床上利用镗夹具， 进行镗孔。利用铣夹具，进行铣槽。 (4) 减轻工人劳动强度，保证安全生产。 定位方式 用六点定位原理进行定位分析时，以定位点来消除自由 度，在实际应用中，不可能是点，而应该是各种定位元件 , 工件的定位表面有各种形式：如平面，内孔，外圆，成型面， 组合表面等，对这些表面应采用不同的方法来实现。 定位设计时应做的工作及步骤： A）根据加工零件的工序要求合理布置支承点 B）正确考虑定位方法 C）选用恰当的定位元件 6. 2 工件在夹具上的定位 一、常用定位方式与定位元件 工件常用定位表面 以平面定位 以内孔定位 以外圆表面定位 以平面定位 基本支承 辅助支承 固定支承 可调支承 自位支承 支承钉、支承板 基本支承： 限制自由度，真正起定位作用 辅助支承： 不限制自由度，起预定位、增加工件和夹具刚性等作用 （一）工件以平面定位 1基本支承 (1)固定支承： 安装到夹具上后，不可拆卸或调节。分为支承板 和支承钉。 支承钉： 用于小平面未加工或已加工表面的定位。 a.分类： 平头： 用于经过精加工的表面，面接触。 球头： 点接触，可保证接触位置相对稳定，但易磨损，夹紧时 使加工表面产生压陷，产生较大安装误差，不易使几个支承钉 保持在同一平面内，用于精加工中 网纹顶面： 与定位面摩擦力较大，可住阻碍工件移动，加强定 位稳定性，精中易积屑，多用在粗糙表面的侧面定位。 b.支承钉尾部与基体孔的配合： 过盈配合： H7/r6 或 H7/n6 加中间套 (可换 )：套与夹具体上孔为过盈配合，套与支承钉 尾部可选过渡配合 H7/js6 c.支承钉布置原则： 三点：组成的平面面积尽可能大 二点：距离尽可能长 一点：应与切削力方向对应 支 承 钉 支承板 用于较大已加工平面 的定位，所以常出现在精 基准定位中，一个支承板 的作用，相当于两个支承 钉，消除两个自由度。 支承板 B 型 A 型 a.结构形式及应用场合： A型 制造简单，常用于 底面定位 B型 切有斜槽，易于 清屑，常用于侧面定位 b.应用场合： 用于难以用支承钉布置成合适的、稳定的定位中。 工件刚度不足，定位面又小 ,并且切削力不能恰好作用在支承 上。图 (a) 薄板上钻孔，支随钉使工件变形。图 (b) (a) (b) 不宜用三个钉支承定位的情况 承受较大力 的场合，保护 精加工表面。 方便安装： 如侧面支承板 取代两支承钉， 可避免长死。 c. 材料： D12的支承钉和小型支承板，用较好的 T7A钢，淬硬 HRC60-64 对 D 12的支承钉和大型支承板，一般用 20#钢渗碳淬火， 渗碳深度为 0.8 1.2mm,硬度至 HRC60 64 d.注意 为保持几块支承板在同一平面上，在装配后应将顶部进行统 磨。 有精度要求或使支承板装配牢固，需加定位销。 (2)可调支承 可调支承 :适用于毛坯分批制造，其形状和尺寸变化较 大的粗基准定位并适用于同一夹具加工形状相同而尺寸 不同的工件及专用可调夹具或组合夹具中。 方法： 一批工件调 整一次，调 整后应锁紧。 (3)自位支承 （浮力支承） 1 2 3 (a) (b) (c) 自 位 支 承 特点： 有定位元件有多个工作点与工件接触，定位 元件在定位过程中 所处的位置，随工件定位基准 面位置的变化而自动与之适应， 其作用相当于一 个固定支承，因此，只限制一个自由度。 由于增 加了与工件定位基准面接触的点数，故可提高工 件的安装刚 性，适用于以粗基准定位，刚性不足 或不连续表面的定位。 注意：设计自位支承时，应考虑可动部分有 足够的摆动余动。 2、辅助支承 a. 特点： 根据六点定位原理，工件定位原理，工件定位夹紧 后，若工件刚性很差，在切削力和夹紧力的影响下，会发 生变形和振动。为此，需增加辅助支承，减小变形，以提 高刚性和稳定性。 辅助支承的作用 0+ TA A3 1 2 b.作用： 由于辅助支承是 在工件定位后才参与支承，因此不起 任何消除自由度作用，只起减小工件变形和振动的作用。 各 种辅助支承在每次卸下工件后，必须松开，装上工件后再进 行调整和锁紧，另外，辅助支承不应破坏原有定位。 c.应用场合： 起预定位作用 提高夹具工件的稳定性 提高工件的刚性 d.结构形式： 螺旋式： 结构简单，易顶起工件，用限力板手，逐个调整、 效率低、常用于单件小批生产中 自位式： 效率高，弹簧力不可太大， tg f，保证自锁 推引式： 适用于工 件较重， 切削负荷 大的场合 （二）工件以外圆定位 工件以内孔定位时，常用的有 V形块、定位套筒及剖分套筒、 自动定心机构 （三爪长盘、弹簧夹头、锥孔、自动定心夹 头） 1. V形块 V形块的定位情况： a. V形块结构： (已标 准化） 常取 90 或 120 工艺槽：降低应力 集中，便于 v形工作面 加工。 支承面和底面精度 要求较高 安装时，需采用定 位销孔 (有定位销孔和 安装孔 ) b.特点： 对中性好（水平方向） 所定位的水平轴中心位置（垂直方向），随 V形块夹角 及工 件直径的误差而发生变化 V形块装在夹具体时，除用螺钉紧固外，还要加装定位销 c. 材料： 20钢 , 热处理：渗碳深度 0.8-1.2mm, 淬硬 HRC60-64， 大型 V形块，可用铸铁在 夹具体支承面镶以淬硬耐 磨的钢板 d.主要结构参数： V形块已标准化，绘制 V形块工作图时，可不绘制图形， 但应注明尺寸 C、 H、 h h H+D/2 H C a D 尺寸 h： h0.5D用 于大直径定位 h1.2D 用于小直 径定位 H：用于检验形 块精度 2.定位套筒及剖分套筒 定位套筒 特点： 元件结构简单，定心精度 不变； 当工件外圆与定位圆孔配 合较松时，易使工件倾斜， 可考虑利用套筒内孔及端 面一起定位； 当端面大时，定位孔应短 些，以避免产生过定位。 定位套与夹具体配合： 小： H7/r6或 H7/s6 较紧 大： N7/R6或 H7/js6 较松， 装入后再用螺钉拧紧 剖分套筒 主要用于大型轴类零件的精密 轴经定位，以便于安装。 结构 :下半孔起定位作用 上半孔起夹紧作用 剖分套筒 3.外圆定心夹紧机构 （三）工件以内孔定位 工件以内孔定位时，常用的有：定位销、定位心轴、自动定 心机构（如三爪卡盘、弹簧心轴等 。 1.定位销 ： 通常结合端面定位 结构形式： a. d 10 d太小，不宜开退刀槽， 轴肩下埋； b. d 10 带有台肩，端面定位可避 免夹具体磨损； c. d 16 凸肩与退刀槽合二为一； d. 可换式 ：用于大量生产中，易于 更换，更换时为避免 破坏夹具体 加上衬套，定位销与衬套配合 H7/js6、 H7/n7 ( a ) ( b ) ( c ) ( d ) 定 位 销 另外还有一种定位销：圆锥销 特点：定心好，轴向定位精度不高，常用于浮动定位中 圆锥销 削边销 2.刚性心轴 根据工件的形状和用途的不同，定位心轴的结论形式 很多，常用的有下列几种形式： a.带小锥度的心轴（ 1/5000 1/1000）： 限 5个自由度，定心 精度高，可达 0.005 0.01mm，但轴向位移大，传递扭矩 小，使用于精加工中。 b.圆柱形心轴： 工件与心 轴定位部分为过盈配合采 用 r6、 s6配合，轴向位置 较固定（通过限位套）前 编加有导向部分，与工件 为间隙配合的保证工件用 手能自由套入 c.心轴： 工件与心轴为间隙配合，心轴采用 h6、 g6、 f7制造， 同心度不高，装卸方便，端部夹紧。 d.花键心轴 3.内圆定心夹紧机构 用于内孔的定心夹紧机构，其作用原理与外圆定位 时是一样的。区别仅在于孔定位时，支承等速远离中心 移动，与工件孔表面接触。 孔用涨紧套 （四）工件以组合表面定位 以上所述的定位方法，全指工件以单一表面定位。实 际上，零件往往是以几个表面同时定位的，例如 :用两个 平行孔、两个平行阶梯表面、阶梯轴的两个外圆 等等，这 都称为“工件以组合表面定位”。 工件以组合表面定位时，几个定位表面间的相互位置， 总是具有一定的误差，若将所有的支承元件都做成固定的， 工件将不能正确定位甚至无法定位。 因而，在组合表面定 位时，必须将其中的一个（或几个）支承做成浮动的，或 虽是固定的，但能补偿其定位面间的误差。 1.以轴心线平行的两孔定位（一面两孔） 工件 以两孔定 位的方式， 在生产中 普遍用于 箱体类大、 中型零件 的加工中， 如机床主 轴箱、发 动机机体。 以一面两孔定位 用箱体的两孔及平面定位的分析 若以两个圆柱销作定位件时，常会产生过定位现象， 造成后果：工件可能无法安装。 D 1 0 + DS 1 2D 0 + S 2 D d 1 - d S 1 - d X 1 2d - d - d X S 2 2 2 1 2 2 工件以两孔定位 （a） （b） L L g L L x LL- x L+ gL L xgL 解决办法： (1)右孔与右销间给予较大的配合间隙，足以补偿工件两孔和 两销中心距的误差，但这样定位误差较大有时也会造成工件位 置的偏斜。 (2)将右边定位销在两销连心线的垂直方面削去两边，做成削 边销，这样在此连心线方向上获得间隙补偿；能使工件两孔与 两销顺利安装且使定位较准确。 比较： 方法 1简单，但增大转角误差。 方法 2更为科学。 削边销的宽度计算，应考虑在图纸规定公差范围内的任一 工件，都能保证装到夹具的两定位销上，这要分析可能出定位 削边销的宽度计算 干涉的极限 情况。 图中 为工件装在 夹具上的一 种极限位置， 这时为： （ O1为孔 1及 销 1的中心； O2为销 2的中 心， O2 为销 2的中心） 2 1 2 2 LL- x L+ gL L xgL d 2 max D 2 min D 1 min d 1 max O 2O 2 BA E C 干涉最容易发生在： 工件两孔的直径最小： D1min, D2min 夹具两销的直径最大： d1max, d2max 且销距与孔距偏差向相反方向。 如： 工件两孔的孔距最大： L+ Lg， 而夹具两销的销距最小： L Lx 工件两孔顺利装到销上的条件： 工件两孔与顺利装到夹具两销上的最小间隙为： 1 = D1min d1max 2 = D2min d2max 若假定工件安装时，左边的孔、销两中心 O1重合；右边 孔中心 的偏移量这时为： xg LLOO 22 由于这一偏移，使销 2与孔 2产生了新月形的干涉区（图中 的阴影部分）。如果将销 2的削边后宽度 b ，便不再发生干 涉。而 b的大小，即可按几何关系进行计算： BC xg LLOO dD BO b EO d BO BEOOEOBOEOBO BEOBEO 2 2 2ma x2mi n2 2 2 ma x2 2 2 2 2 22 2 2 2 2 2 2 22 ; 22 ; 2 ; 2 : )( 式中 等高，和 （ 1） 代入（ 1）式，得： )(2 ) 2 ( 2max22 xg LL d b 约去高阶微量，得削边销宽度为： )(2 m i n22 xg LL Db 生产中，削边销宽度 b常按工件孔的基本尺寸 D2选定。 此时，由上式可得最小间隙 2： m i n2 2 )(2 D LLb xg ? D2 b B 2 D 36 68 820 2025 2532 3240 4050 b 2 3 4 5 5 6 8 B D 0.5 2 D 1 2 D 2 2 D 3 2 D 4 2 D 5 2 2 削 边 销 的 尺 寸 再根据 ， d2max D2min 2可算出削边销的尺寸及偏差。 例：已知某工件用两个 孔定位，孔间距要求 110 0.03。试设 计一个圆柱销、一个削边销的各有关定位尺寸。 解： （ 1） 确定两定位销的中心距尺寸及偏差 销距的基本尺寸 （ Lx） 与孔距的基本尺寸 （ Lg） 相同 ， 其偏差 为： Lx Lg。 取： L Lx 110 （ 0.03） Lg 110 0.01 注意： 若工件孔间距上 、 下偏差在零件图上非对称分布时 ， 应 将其转化为对称形式 。 )3151( 3 1 （ 2） 确定圆柱销直径尺寸 （ d1） 及偏差 通常以该工件孔的最小尺寸 （ D1min） 作为圆柱销的基本尺寸 （ d1） ， 其配合的偏差一般以 g6（ 或 f7） 选取 。 故选： d1 8.035 g6 （ 3） 选定削边销基本尺寸 （ d2） 及偏差 首先 ， 查表得削边销宽度 （ b） 及其它结构尺寸 当 D2 8时 ， 得 b 3， B D2 1 8 1 7。 d2max D2min 2 D2min 8.035 8.005 一般以 d2max作为削边销的基本尺寸 ， 与该孔的配合可选取为 h6。 所以取： d2 8.005 h6= 005.0 014.0035.8 030.0 021.08 m i n2 )(2 D LLb xg 0 3 5.8 )01.003.0(32 0 009.0005.8 005.0 004.08 若工件在垂直平面 定位后，再将工件左 端外圆、用圆孔或 V 形定位时，则工件右 端外所用的 V形块， 一定要做成浮动结构， 这时只起限制一个自 由度的作用，否则就 会过定位。 2.以轴心线平行的两个圆表面定位 两个零件（ a）、 (b)，均需以大孔及底面定位，加工两个小 孔。可以有两种定位方案，视其加工尺寸要求而定。根据其准重 合原则，如图（ a）零件应选用图 (c)方案：即平面用支承板定位， 3.以一个孔和一个平行于孔中心线的平面定位 A2 A2 H dh A1 A2 H dh A2 A1 孔用削边销定位，且削 边方向应平行于定位平 面，以补偿孔中心线与 底面间距离的尺寸误差 公差。再如图（ b）零件 则宜采用图（ d）的方案， 即孔用圆销定位，而平 面下方则加入梯形块可 使定位平面升降，以补 偿工件孔与平面间的尺 寸误差。 6. 3 定位误差 1、定位误差 把工件上被加工表面的设计基准相对于定位元件工作表 面在加工尺寸方向上的最大变动量，称为 “定位误差” 。 一、定位误差的产生 分析： 右图齿轮轮齿加工 中定位对下两项技 术坐标的影响 节圆中心与内孔中心 的同轴度 轮齿周节误差 2、定位误差产生原因 a.一批工件彼此在尺寸、形状及相互位置上均存在差异，而夹 具定位元件也有制造误差。 b.工件的定位基准与设计基准不重合，或工件的定位基准与定 位元件的工作表面之间存在间隙。 c.工件用夹具定位加工时，只按定程法（即调整法）加工一批 工件，如果按逐件试切法加工，则根本不存在定位误差。 （仅有加工误差等） 误差来源 a.基准不重合误差 b.定位元件制造误差 c.基准位移误差 图中零件，底面 3与侧面 4已加工好，需加工平 面 1、 2，均用底面及侧面定位。 1、基准不重合误差 H + - H A + - A C H H + - A A + - C - H H H H + 1 2 3 4 (a) 工作 （ b) 工序一 (c) 工序 二 (d) 工序 二 改进 基准不重合产生的定位误差 工序二： 加工平面 1时，图纸要求的设计尺寸为 A A，而 加工时刀具调整尺寸 CA A 。因此，即使不考虑本工序 的加工误差，这种定位方法也将可能使加工尺寸 A发生变化 （在工序一留下的误差 范围 H内波动），因而也就产生 了定位误差（ A ）。 工序一： 加工平面 2时，定位基准与设计基准重合，其图纸的 设计尺寸 与加工时刀具调整控制尺寸 （对一批工件说，可看 作为常量不变）两者一致，则定位误差 A=0 。 定位误差大小计算 （ 1） 画出被加工零件定位时的两个极限尺寸的位置 （ 2） 从图形中的几何关系，找出零件图上被加工尺寸方向上 之设计基准的最大变动量（最大值与最小值之差）。因此， 工序二尺寸 A的定位误差 A为： A=(H+H) (H-H) = 2H 上述的误差完全是由于定位基准和设计基准不重合引起的，可 称这类定位误差为 “基准不符误差” 。 为提高定位精度，设计夹具时尽量使定位基准与加工表面 之设计基准重合。但定位精度虽然提高了，有时使得夹具结构 复杂，工件安装不便 , 稳定性和可靠性变差。生产中只要在满足 工艺的要求前提下，如果能降低工序成本，基准不重合的定位 方案，也允许选用。 2、定位元件制造误差 由于夹具定位 元件和工件定位基 准本身有制造误差， 也可能使工件被加 工表面的设计基准， 在加工尺寸方向上 产生变动而形成定 位误差。 C H H +_ C H 0 s H + D D s + 0 s d - - d x d A o o 1 (a) (b) 基准 位移产生的误差 1o o 心线与轴心线重合，则 设计基准与套到心轴上， 还应留有最小间隙，故 孔和轴中心线必然不重 合图（ b）也会使工件的 定件基准位置产生变动 而下移。所以通常称这 另一类定位误差为 “基 准位移误差 ”。其大小 分析如下： 1o o A A o 图（ a）如果心轴水平放置，工件以内孔中心 O为定位基准，套 在心轴中心 O1上，要求加工上平面 H H。在理想状态时，孔 当心轴如图（ b）水平放置时：工件内孔始终与心轴上母 线 A单边接触。 当内孔和心轴尺寸为 Dmax 及 dmin时，设计基 准 O在最下面（设计基准变动最大值）： OO1max OA O1A Dmax/2 dmin/2 =（ D sD） /2（ d xd） /2 =sD/2 sd/2 同理， 当内孔和心轴尺寸为 Dmin及 dmax时，设计基准 O在最上 面（设计基准变动最小值）： OO1min Dmin/2 dmax/2=D/2 (d sd)/2=sd/2 所以， H的定位误差，即为设计基准 0在 H尺寸方向上的最大变 动量，应为： H=OO1max OO1min（ sD/2+xd/2） (xd/2) =sD/2+(xd/2 sd/2) TD/2 Td/2 假定：孔径为 ， 销径为 sDD 0 sdxdd 结论： 这时的基准位移造成的定位误差为内孔公差和心轴公 差之和的一半，且与间隙 无关。 如果心轴垂直放置， 就可能心轴与工件内孔任 意边接触，则应考虑加工 尺寸方向的二个极限位置 及孔轴间隙 ，故定位误差 为： H TD Td 。 由此可见，工件定位基准和夹具定位元件本身的制造误 差，也是直接影响定位精度的。在设计夹具时， 除应尽量满 足基准重合原则外， 还应根据加工零件的精度要求，合理规 定定位元件的制造精度和限制加工零件上与定位基准有关的 公差值。 二、定位误差的计算 工件定位误差的实质 是工件上被加工表面的设计基准相对 于定位元件工作表面在加工尺寸方向上的最大变动量，因此， 计算定位误差时， 首先要找出工序尺寸的工序基准； 然后求其在工序尺寸方向上的最大变动量。 1、定位误差计算的方法 定位误差计算的方法 几何法 微分法 2、用几何方法计算定位误差 例：工件在使用心轴、销、定位时，常会考虑留有间隙而需 要进行定位误差计算。 (以两孔定位为例） (a) o 1 o 2 1 2 2 2 L e 1 e 2 e 3 (b) d 1 m a x D 1 m i n TD 1 Td 1 左端： 孔径 ， 公差为 TD1；销 径 ， 公差为 Td1；最小 间隙为 1。 101 DsD 1 11 dds xd 右端： 孔径公差为 TD2； 销径公差为 Td2； 最小间隙为 2。 先单独分析左端圆销 1的定位情况。 销与孔之间的最大 间隙为： 1 1 TD1 Td1 。 1将使一批工件安装时孔的中心偏离销的中心。其中偏心位 移误差范围，是以 1为直径的圆，圆心即为销的中心 O1（如 图 b中所示）。 分析： 再分析削边销 2定位情况： 由于削边销不限制 X 的移动自由度，而限制 Z的转动自由 度，所以孔 2与削边销 2的中心偏移范围为： 在 X方向： x 1 1 TD1 Td1 在 Y方向： y 2 2 TD2 Td2 。 这时的误差范围 近似为一个椭圆 （见图 b）。 孔 1、 2的中心偏移误差组合起来，将引起工件的两种定位误差： 综合误差 (1) 纵向定位误差： 即在两孔联心线方向的最大可能移动量 （ x ）。 x 1 1 TD1 Td1 （相当于第一孔定位误差） (2) 角度定 位误差： 即 工件绕 O1和 O2的最大偏 转角 。 2e y1 2e y2 (c) 一面两孔定位时的定位误差计算 o 1 o 2 L TDTDTdTd L tg yy 2 )()()( 2 212121 21 角度定位误差： 由上式看出，欲减小，可以从两方面着手： （ i）提高孔与销的加工精度， 减小配合间隙 ； （ ii） 增大孔间距 。故在选择定位基准时，应尽可能选距离较 远的两孔；若工件上无合适的两孔而需另设工艺孔时，两工艺 孔也应布置在具有最大距离的适当部位。 若采用以上两种措施还不能满足要求，应 采用单边靠 。此时， 角度误差为： 分析： Ltg yy 2 | 21 2、用微分方法计算定位误差 例、工件用 V形块定位加工键槽时的定位误差计算。 用 V形块定位加工键槽时的定位误差计算 D (c)(b)(a) C A A O O O FE A a H H H 1 2 3 加工键槽时，一般有两项工序要求： 1）尺寸 H； 2）键槽对工件外圆中心的对称度。 标注键槽设计尺寸 H时，有三种不同的标注方法： (a)要求保证上母线到加工面尺寸 H1； (b)要求保证下母线到加工面尺寸 H2； (c)要求保证上母线到加工面尺寸 H3。 若忽略工件的圆度误差和 V形块角度误差，可认为工件外圆 中心在水平方向上的位置变动量为零 2s i n22s i n a d a OEOA ) 2 (s i n4 2 co s )( 2 s i n2 1 )( 2 a a d dd a OAd 已知：工件外圆直径为 d，公差为 Td， V形块两斜面夹角为 a，求 各种标准方式下的定位误差？ 解： 首先：写出 O点（工件基准点）至加工尺寸方向上某固定点 （通常取点 A）的距离 A (a) E O H 1 再对上式求全微分 2 s in2 1 a T d H Ta a a d Td a dh ) 2 (s i n4 2 co s 2 s i n2 1 2 用微小增量代替微分，并将尺寸误差视为微小增量， 且考虑到尺寸误差可正可负，各项误差应取绝对值，故定 位误差为： 若使用同一夹具进行加工，则 Ta 0 所以 1 2s i n 1 2 a dOCOACA 1 2 s i n 1 22 aT dH 1 2s i n 1 2 adODOADA 1 2 s i n 1 23 aT dH 同理： A (c) H2 C a E D O F (b) A O H3 请用几何解法求解上题 A O1 O2 r 2 1 r用几何解法求上题： 2 s i n2 2 s i n2 2 s i n2 12 21211 a Td a d a d AOAOOO H 通过以上计算，可得出如下结论： （ 1） ，即定误差随毛坯误差增大而增大。 （ 2） 与 V形块夹角 有关。即定位误差随 增大而增减小， 但定 位稳定性却差了，故一般选用 =90 。 （ 3） 与加工尺寸标注方法有关。 分析： Td H 注意： 定位误差是对采用 调整法 加工的成批生产或小批生产中， 在数控机床上加工时也在定位误差； 对采用 试切法 加工的小批生产中不存在定位误差。 H 保证规定加工精度实现的条件 工件利用夹具加工时，影响加工精度的误差因素除定位误 差 外，尚有： 1.夹具的有关制造误差（ 制造） 这个误差主要包括夹具制造时的 两项误差： 确定刀具位置 的元件和引导刀具的元件与定位元件间的位置误差；定位元件 与夹具安装到机床上的安装基面间的位置误差。 2.夹具安装误差（ 安装 ） 即是夹具在机床上的定位误差。 3.加工误差（ 加工） 指上件在切削过程中所产生的误差。如机床的工作精度， 刀具的磨损和跳动，刀具相对工件加工位置的调整误差，以及 工艺系统在加工过程中的弹性变形等。 为了保证工件的加工精度，必须使上述所有误差因素对工件 加工的综合影响，控制在工件所允许的公差（ T公差）范围之内， 即： 制造 安装 加工 T工件 上式即为保证规定加工精度实现的条件，也称为用夹具安装 加工时的误差计算不等式。 为使 T工件 做到合理地分配给以上机械加工中产生误差的各个 环节，通常在夹具设计时，夹具上定位元件之间，定位元件与引 导元件之间，以及其他相关尺寸和相互位置的公差，一般取工件 上相应公差的 1/5 1/2，最常用的是 1/3 1/2，因粗加工的 T工件 大， 此时，夹具上相应公差取小的比例。 6. 3 工 件 的 夹 紧 一、工件夹紧的基本要求 夹得稳 ： 不破坏稳定的正确定位，以作平衡，刚度足够； 夹得牢： 夹紧力要合适，过大工件变形或损伤，影响加工 精度，过小工件加工中易移动或产生振动，同时，夹紧装置 应保证自锁，即原始夹紧力去除后，工件能保持夹紧状态； 夹得快： 机构简单、紧凑、操作安全、省力、迅速方便。 确定夹紧方案一般应与定位问题同时考虑，为达到以上 三个要求，正确设计夹紧机构，首先必须合理确定夹紧力的 三要素： 大小、方向和作用点。 二、夹紧力方向的确定 1.夹紧力方向的确定 不破坏定位的准确性，朝向是定位基准； 夹紧力方向应使工件变形尽可能小； 夹紧力方面应使所需夹紧力尽可能小。 Q a 不合理合理 QB Q A Q Q Q Q 合理 不合理 W Q P W P Q W P Q P：切削力、 W：重力， Q：夹紧力 P、 W相同时，哪一情况 Q可最小？ 由此可见，夹紧力大小与夹紧力方向直接有关，在考虑 夹紧方向时， 只要满足夹紧条件，夹紧力越小越好。 Q Q 2.夹紧力作用点的选择 夹紧力应落在支承元件上或几个支承元件所形成的平面内 夹紧力应落在工件刚性较好的部件上 夹紧力应尽量靠近加工面 Q 合理不合理 Q Q 合理不合理 Q 2 2 Q 夹紧力应落在工件刚性较好的部件上 夹紧力应尽量靠近加工面 Q 1 Q 1 2 Q 夹紧力要合适，过大工件变形或损伤，影响加工精度， 过小工件加工中易移动或产生振动。 3.夹紧力大小的估算 估算夹紧力的方法： 首先：将工件视为分离体，分析作用在工件上的各种力； 再根据力系平衡条件，确定保持工件平衡所需的最小夹紧力； 最后将乘以一合适的安全系数，以此作为所需的夹紧力。 典型夹紧机构 常见的有斜楔、偏心、螺旋和铰链等夹紧机构，斜楔、偏 心、螺旋是利用机械摩擦的斜楔自锁原理。 1.斜楔夹紧 Q R P 斜楔夹紧的特点： (1)斜楔机构简单，有增力作用。一般扩力比（约为 3） ， 愈 小增力作用愈大。 (2)斜楔夹紧行程小，且受斜楔升角 影响。增大 可加 大行程，但自锁性能变差。 为解决增力、行程之间矛盾，斜楔还可采用双升角形 式，大升角用 于夹紧前的快速行程，小升角则满足增力和 自锁条件 。 )( 21 atgtg PQ 1 2 与上表面的摩擦角 与下表面的摩擦角 夹紧行程 工件所要求的夹 紧行程 h 与斜楔相应 移动的距离 s 之比称 为行程比 ,is 不考虑摩擦影响时： F Q 1i = =P t a n 斜楔理想增力倍数等于夹紧行程的缩小倍数。因此， 选择升角 时，必须同时考虑增力比和夹紧行程两方面 的问题。 (3) 夹紧和松开要敲击大、小端，操作不方便。 手动操作的简 单斜楔夹 紧很少 应用，而在常见的 夹紧装置中，改变 夹紧力方向和 作 为增力机构时则应 用较多。 ,如气 液压夹紧时，斜楔 上作用的动力源是 不间断的，所以不 必自锁， 可增大 到 15 30 。 材料： 斜楔一般用 20钢渗碳，淬硬 HRC58 62。批量不大时也可用 45钢， 淬硬 HRC42 46。 2. 螺旋夹紧 螺旋夹紧结构简单，增力比大，自锁性好，夹紧可靠， 所以在夹具中得到最广泛的应用。 螺杆 1在 2中转动而起夹紧作用。 螺母 2采用可换式，其目的是为了 内螺纹磨损后可及时更换。 螺钉 3用以防止 2的松动。 压块 4是防止在夹紧时带动工件转 动；并避免 1的头部直接与工件接 触而造成压痕，同时也可增大夹 紧力作用面积，使夹紧更为可靠。 简单的螺旋夹紧机构 : )( 21 atgrtgr PLQ 平均 式中： P 原始作用力； L 手柄长度； r 螺杆下端（或压块）与工件接触处的当量摩 擦半径； r平均 螺旋作用中径之半；（作用中径为 d平均 ）； 螺旋升角； 螺杆下端（或压块）与工件接触处的摩擦角； 螺旋配合面的摩擦角（常取 8 30）。 1 2 螺旋夹紧力的计算公式 实际生产中，采用螺旋 压板的组合夹紧，在手动操作时 用得比单螺旋夹紧更为普遍。较典型有三种： 图（ a）的扩比力最低； 图（ c）的操作省力， 但结构受工件形状限 制，图（ b）基本不变。 故设计这类夹具时， 要注意合理布置杠杆 比例，寻求最省力、 最方便的方案。 3.偏心夹紧 螺旋夹紧的主要缺点安装、拆卸工件的辅助时间太长，而 偏心夹紧是一种快速的夹紧机构。 常用的有圆偏心和 曲线偏心两种，可 做成平面凸轮的形 状。因圆偏心机构 简单，制造方便， 较曲线偏心应用广 泛。 在设计圆偏心时，应注意以下三个问题： a）自锁条件； b）保证足够的夹紧力； c）保证足够的夹紧距离（指偏心轮工作部分与工作间接触点 的最大垂直位移）。 偏心夹紧必须保证自锁条件 偏心夹紧必须保证自锁，否则就不能应用。 D/e值反映了偏心轮的偏心特性，它可用来表示偏心轮工 作的可靠性；此值大，自锁性能好，但结构尺寸也大。 满足偏心轮 D/e14 20的条件时，机构即能自锁。 4.多件夹紧 加工时采取多件夹紧，可以大大提高生产率，尤其在小 件加工时应用更为广泛。 按夹紧力的方向及作用情况，多件夹紧可分为两种： (1)连续式夹紧 由一个力的来源，以同样大小的夹紧力， 依次连续朝同一方向由一个工件传递到其他工件。 使用连续式夹紧 ，沿夹紧方向，每个工件与定位 夹紧元件接触处的误差，必定要传到另一工件上。如此累 积，使最后一个工件沿此方向的定位精度非常低。因此， 连续式多件夹紧只适用于被加工表面与夹紧方向平行（即 工件加工尺寸的方向与夹紧方向相垂直）的时候。因此时 的定位误差，并不影响工件的加工精度。 (2)平行式夹紧 总的原始力按几个平行的相同方向，分 布在不同的多个夹紧位置上。 工件安装在 V 形块上，旋紧 螺母 1，通过一 特殊压板 2，使 四个工件同时 夹紧。 图（ c）是用液性塑料的平行式多件夹紧。 一、车床夹具 1 车床夹具的基本类型 安装在车床主轴上的夹具 ： 各种卡盘 、 顶尖 、 各种心轴或其它专用夹具 。 加工 时夹具随机床主轴一起旋转 ， 切削刀具 作进给运动 。 三爪自定心卡盘和四爪单动卡盘 拨动顶尖 心轴式 6.4 常用机床夹具 圆盘式 角铁式 花盘式 适用于形状复杂的大型工件 需要平衡配重 通过过渡盘与主轴头端连接 安装在滑板或床身上的夹具 ： 用于某 些形状不规则和尺寸较大的工件，刀 具安装在车床主轴上作旋转运动，夹 具作进给运动 2 车床夹具的设计特点 工件均为回转体 ， 夹具随机床主轴一起 旋转 ， 因此要求夹具结构紧凑 、 轮廓尺 寸尽可能小 、 重量尽可能靠近回转轴线 ， 以减少惯性力和回转力矩 转速高 ， 必须考虑平衡 、 夹紧力大小 、 元件刚度和强度 、 操作安全等问题 ， 注 意消除不平衡引起的振动现象 与机床的联接视具体情况而定 ， 通 常有较准确的圆柱孔或圆锥孔 夹具带动工件旋转 ， 不允许工件相 对主轴位移 为使夹具使用安全，应尽可能避免 带有尖角或凸出部分，必要时要加 防护罩 二、铣床类夹具 1铣床类夹具的特点 用途： 适用于铣床 、 平面磨床 。 特点： 工件安装在夹具上随同机床工作台 一起作送进运动 铣削为断续切削 ， 冲击 、 振动大 ， 夹紧力要求较大 夹具要有足够的刚度和强度 ， 本体 应牢固地固定在机床工作台上 铣削加工效率高，工件安装应迅速， 要有快速对刀元件 2、 铣床夹 具的构造 主要由夹 具体、定 位板、夹 紧机构、 对刀块、 定向键等 组成 3 铣床夹具的设计 铣床夹具的安装：主要依靠定向键和 百分表校正来提高安装精度。定位键 的结构尺寸已标准化，应按铣床工作 台的 T形槽尺寸选定，它和夹具底座 以及工作台 T形槽的配合为 H7/h6、 H8/h8。两定位键的距离应力求最大 铣床夹 具的对 刀装置： 由对刀 块、 （平、 圆）塞 尺等组 成 三、钻床类夹具 1钻床类夹具的种类及其构造 这类夹具主要是用来保证被加工孔的位 置精度 还可用于某些镗床 、 组合机床上 钻床夹具的种类繁多，根据被加工孔的 分布情况和钻模板的特点，一般分为固 定式、回转式、移动式、翻转式、复盖 式和滑柱式等几种类型 2 钻床夹具的设计 钻床夹具的设计主要考虑钻套的设计 。 钻套是用来引导钻头 、 扩孔钻 、 铰刀等 孔加工刀具 ， 加强刀具刚度 ， 并保证所 加工的孔和工件其它表面有准确的相对 位置 。 钻套按结构和使用特点可分为以下四类 固定钻套 可换钻套 快换钻套 特殊钻套 四 、典型数控机床夹具 数控机床夹具 数控机床夹具有高效化 、 柔性化和 高精度等特点 ， 设计时 ， 除了应遵 循一般夹具设计的原则外 ， 还应注 意以下特点： 应有较高的精度 应有利于实现加工工序的集中 夹紧应牢固可靠 、 操作方便 设计数控机床夹具时，应按坐标图上 规定的定位和夹紧表面以及机床坐标 的起始点，确定夹具坐标原点的位置 数控铣床夹具 对数控铣床夹具的基本要求 夹具应能保证在机床上实现定向安装， 还要求能协调零件定位面与机床之间保 持一定的坐标尺寸联系。 夹紧机构元件与加工面之间应保持一定 的安全距离，同时要求夹紧机构元件能 低则低，从防止夹具与铣床主轴套筒或 刀套、刀具在加工过程中发生碰撞。 夹具的刚性与稳定性要好。 数控铣削加工常用的夹具 组合夹具 专用铣削夹具 多工位夹具 气动或液压夹具 真空夹具 数控钻床夹具 数控钻床夹具设计原理与通用钻床相同，选 用时应注意以下几个问题 : 优先选用组合夹具 尽量减少夹压变形，合理选择定位点及 夹紧点 单件加工应尽量减少装卸夹压时间；中 小型零件可考虑在工作台面上同时装夹 几个零件进行加工 避免干涉 可在夹具上设置对刀点 加工中心机床夹具 在加工中心上，夹具的任务不仅是夹紧 工件，而且还要以各个方向的定位面为 参考基准，确定工件编程的零点 根据加工中心机床特点和加工需要，目 前常用的夹具结构类型有专用夹具、组 合夹具、可调整夹具和成组夹具