《工件的安装与夹具》PPT课件.ppt

机械制造工程学 Machine Manufacturing Engineering 机 械 制 造 工 程 学 2021年 3月 21日 机械制造工程学 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 机械制造工程学 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。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。 机械制造工程学 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。 机械制造工程学 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 机械制造工程学 第一节 夹具的基本概念 二、夹具的组成： 机械制造工程学 第一节 夹具的基本概念 二、夹具的组成： 1. 定位元件：起定位作用，保证 工件相对于夹具的位置。 2. 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。 4. 连接元件：用来保证夹具和机 床工作台之间的相对位置。 5. 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。 6. 其它元件：如动力装置、分度 装置等。 机械制造工程学 三、夹具的作用： 3.减轻劳动强度； 2.提高生产率和降低生产成本 ； 1.保证加工质量； 4.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 。 机械制造工程学 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； 机械制造工程学 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 。 机械制造工程学 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 。 机械制造工程学 四、夹具的分类： 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 。 机械制造工程学 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； 机械制造工程学 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； 机械制造工程学 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； 电动夹具； 真空夹具； 自紧夹具 (靠切削力本身夹紧 )。 机械制造工程学 五、夹具的装夹误差： 1. 定位误差： D 由于定位不准确造成的加工误差 2. 调安误差： T-A 调整误差 T和安装误差 A的统 称 。 3. 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 机械制造工程学 第二节 工件的定位原理 一、六点定位原理： 机械制造工程学 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。 机械制造工程学 一、六点定位原理： 1. 完全定位：六个自由度全部被限制。 机械制造工程学 一、六点定位原理： 1. 完全定位：六个自由度全部被限制。 2.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 。 机械制造工程学 一、六点定位原理： 1. 完全定位：六个自由度全部被限制。 2.不完全定位（部分定位） ： 机械制造工程学 一、六点定位原理： 1. 完全定位：六个自由度全部被限制。 2.不完全定位（部分定位） ： 机械制造工程学 一、六点定位原理： 1. 完全定位：六个自由度全部被限制。 2.不完全定位（部分定位） ： 3. 欠定位：根据加工要求，未能限制应该限制的自由度 机械制造工程学 4.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： 机械制造工程学 4.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： 机械制造工程学 4.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。 机械制造工程学 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 IT6 IT8级， 表面粗糙度 Ra一般为 0.8 0.2 m。 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 HRC58 62。 结构工艺性要好，以便于制造、装配、更换及排屑。 机械制造工程学 一、工件以平面定位： 固定支承： 机械制造工程学 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： 机械制造工程学 H 2tg2 N 2s in2 DT 二、工件以外圆柱面定位： 定位套： V形块： 机械制造工程学 三、工件以圆柱孔定位： 圆柱定位销： 圆锥定位销： 定位心轴： 机械制造工程学 四、工件以圆锥孔定位： 机械制造工程学 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） 机械制造工程学 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） 两孔中心距为： L Tlk/2， 两销中心距为： L TlX/2 。两孔与 两销的最小间隙分别是 1min， 2min。 机械制造工程学 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 AO2 C可得： 222222 ABAOACAO 22 22 22 2 22 2 1 22 bD TTbD m in lxlk 整理后得： 2 222 2 22 4 1 2 1 m i nm i n lxlklxlk D )TT(TTb 去掉式中高阶无穷小量后得： lxlk m i n22 TT Db 机械制造工程学 定位销的设计与选取： 06.080L )7H(12 018.00 孔 已知两孔尺寸： 确定两定位销的尺寸： 1. 确定定位销中心距及公差： 02.080L 04.0T) 5 1 3 1(T lklx 销 取： 2. 确定圆柱销尺寸及公差： 006.0 017.0)6g(12 6g 7H ，则圆销尺寸：取配合： 机械制造工程学 定位销的设计与选取： 3. 确定菱形销的宽度： 查表取： b=4mm 机械制造工程学 定位销的设计与选取： 3. 确定菱形销的宽度： 查表取： b=4mm 4. 确定菱形销尺寸及公差： lxlk m i n22 TT Db 根据公式： 得： 053.0 12 )04.012.0(4 D TTb 2 lxlkm i n2 947.11053.012DddD m i n22m a x2m a x22m i n2 取菱形销的精度为： g6， Td2=0.011 d2min=d2max-Td2=11.947-0.011=11.936 0 5 3.0 0 6 4.02 12d 机械制造工程学 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） 机械制造工程学 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） 机械制造工程学 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： 机械制造工程学 图 a d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： 机械制造工程学 第四节 定位误差 定位误差（ D）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 T 3 1 D 机械制造工程学 举例： 机械制造工程学 举例： 基准的位移误差： m i n1 4321Y TdTD OOOO 基准不重合误差： Td21AA 21B Td21TdTD m i n1BYD 机械制造工程学 结论： 1.定位误差只产生在采用调整法加工一批 零件的条件下 。 2.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 。 3. D= Y B 机械制造工程学 二、定位误差分析计算： 1.以平面定位时的定位误差： a)基准不重合误差 机械制造工程学 二、定位误差分析计算： 1.以平面定位时的定位误差： 对于尺寸 A3： tg)hH(23DA 对于尺寸 A1： 21BA TA tg)hH(21YA 21BA1YA1DA TAtg)hH(2 b)定位基准位移误差 机械制造工程学 二、定位误差分析计算： 2.以外圆在 V形块上定位时的定位误差： 对于尺寸 H1： 机械制造工程学 二、定位误差分析计算： 2.以外圆在 V形块上定位时的定位误差： 对于尺寸 H1： 111DH OOHH 2s i n2 TD 2s i n AO 2s i n AOOO 2s in2 TD 1DH 或根据： D= Y+ B 1YH1BH OO0 ， 2s i n2 TD 1YH1DH 机械制造工程学 二、定位误差分析计算： 2.以外圆在 V形块上定位时的定位误差： DH CCHH 22 2 CO)COOO(COCOCC D 2 1 CO),TDD( 2 1 CO 2 s i n2 TD OO TD21 2s i n2 TD 2DH 对于尺寸 H2： 机械制造工程学 二、定位误差分析计算： 2.以外圆在 V形块上定位时的定位误差： 对于尺寸 H3： 333DH KKHH KO)KOOO(KOKOKK )TDD( 2 1 KO,D 2 1 KO 2 s i n2 TD OO TD21 2s i n2 TD 3DH 机械制造工程学 二、定位误差分析计算： 3.以内孔在圆柱心轴上定位时的定位误差： 0 Tdd 0 1Td1d 机械制造工程学 二、定位误差分析计算： 3.以内孔在圆柱心轴上定位时的定位误差： 0Tdd 0 1Td1d 定位心轴水平放置： 22 12 m a xm i nm i nm a x Y dDdD OOOO )TdTD(21Y 定位心轴垂直放置： m i n m i nm a xY TdTD dD 机械制造工程学 对于尺寸 H1： 0B )TdTD(21Y1DH 对于尺寸 H2： TD21B Td21BY2DH 对于尺寸 H3： 以定位心轴水平放置时为例： TD21B Td21TDTD21Td21TD21BY3DH 对于尺寸 H4： 1B Td21 )TdTdTD(21Td21)TdTD(21 11BY4DH 二、定位误差分析计算： 0Tdd 0 1Td1d 3.以内孔在圆柱心轴上定位时的定位误差： 机械制造工程学 二、定位误差分析计算： 4.以一面双销定位时的定位误差： 222 TdTD 111 TdTD 基准位移误差： 111Y TdTD 转角误差： L OOOOtg 22111 L2 TdTDTdTDtg 2221111 机械制造工程学 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 )？ 0 1060 . 练习 1： 机械制造工程学 定位误差计算 对于图 (b) )mm.(mm. ) s i n ( . ) s i n ( T T s i n T D D D DO 2 1 10020 1 2 90 1 2 10 1 2 1 22 1 2 2 1 )mm.(. ) s i n ( . ) s i n ( T T s i n T D D D DO 2 1 250120 1 2 90 1 2 10 1 2 1 22 1 2 2 ).(mm 2 10800 对称 机械制造工程学 定位误差计算 对于图 (c) )mm.(mm. ) s i n ( . ) s i n ( T T s i n T D D D DO 2 1 10120 1 2 90 1 2 10 1 2 1 22 1 2 2 1 )mm i ( s i n T D D 2 1 2502 2 2 2 2 ).(mm 2 10800 对称 机械制造工程学 定位误差计算 对于图 (d) 2 1 250 2 1 10 050 2 10 221 mm. mm. mm. .T D DODO ).(mm. s i n . s i n T D 2 1 080070 2 90 2 10 2 2 对称 机械制造工程学 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。 机械制造工程学 定位误差计算 有一批直径为 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。 0Tdd 练习 2： 机械制造工程学 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： 2 2 sin T d D 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： 0 D 2dD T 因此，最佳定位方案为图 (c)。 机械制造工程学 第五节 工件的夹紧 一、夹紧装置的组成及设计要求： 1. 夹紧装置的组成： 夹紧元件： 中间传力机构： a. 改变力的大小，通常为增力机 构； b. 改变夹紧力的方向； c. 使夹具具有一定的自锁性，以 保证夹紧可靠。 动力源： 产生原始的作用力 执行夹紧的最终元件 ， 直接与工件接触 。 中 间 传 力 机 构 机械制造工程学 一、夹紧装置的组成及设计要求： 2.设计要求： 夹紧应有助于定位，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。 机械制造工程学 二、夹紧力的确定： 1.夹紧力的方向： a. 夹紧力的方向应不破坏工件定位的准确性和可靠性 b. 夹紧力的方向应有利于减小夹紧力 夹紧力 最小 夹紧力 最大 夹紧力 次之 机械制造工程学 二、夹紧力的确定： 1.夹紧力的方向： a. 夹紧力的方向应不破坏工件定位的准确性和可靠性 b. 夹紧力的方向应有利于减小夹紧力 机械制造工程学 2.夹紧力的作用点： a. 作用点应保持工件的稳定，不能使工件产生位移或偏转 b. 作用点应位于工件刚性较好的部位 c. 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 d. 夹紧力应使夹具本身变形小 二、夹紧力的确定： 机械制造工程学 F 摩擦系数 f1 3.夹紧力的大小： WKW 0 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=1.52 121 Gf)ff(WF 如右图所示 : 21 1 0 ff )GfF(KKWW 摩擦系数 f2 二、夹紧力的确定： 机械制造工程学 三、典型夹紧机构： 1.斜楔夹紧机构： 特点： 有自锁性。通常斜角 =6 8 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。 机械制造工程学 三、典型夹紧机构： 2.螺旋夹紧机构： 机械制造工程学 三、典型夹紧机构： 2.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。 机械制造工程学 三、典型夹紧机构： 3.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。 机械制造工程学 第六节 各类机床夹具特点 一、钻床夹具 1. 组成： 钻模板、钻套、定位元件、夹紧装置、钻模体 2. 钻套： 3. 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） 机械制造工程学 几种常见的钻模： 机械制造工程学 1. 组成： 导向支架、镗套、定位元件、夹紧装置、镗模体 2. 镗套： 3. 类型： 二、镗床夹具： 机械制造工程学 1. 组成： 定位元件、夹紧装置、对刀块、连接元件、夹具体 2. 连接元件： 3. 对刀装置： 三、铣床夹具： 机械制造工程学 本 章 作 业 第八章 习 题：四 -3 五 -4