机械制造工艺学(机床夹具)

,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第二章 机 床 夹 具,2.1,夹具概述,2.1.1,工件的安装方式,工件要加工必须有两个前提：一个是定位，一个是夹紧。从定位到夹紧的整个过程叫安装。用于安装的工艺装备称为机床夹具,.,不同的生产条件（机床、工件、加工面、生产类型等）安装方法也不同。可分为,3,种：,一 直接找正安装,操作者利用划针、百分表等量具直接校准待加工面或相关表面以获得正确位置。,特点,:,安装精度高低取决于操作者水平。（划针,0.5,，百分表,0.02,，精密量具可达,0.01,以上。）安装费力费时，效率低；工件上要有可供找正的表面。,应用范围,:,单件小批生产和精度要求高、使用夹具无法达到精度的成批生产。,如图,8-1,所示,，在单件小批滚齿时，为了使工件中心与机床中心一致，专门为此设计夹具成本过高，一般采取用百分表直接找正工件。就是开动机床慢速旋转，观察百分表的指针，检查工件的径跳，合格后再夹紧工件。,图,8-1,直接找正安装,返回,图,8-2,直接找正动画,二 划线找正安装,钳工先按加工要求在工件表面划好线，机加工时工人按划线找正后再夹紧。例如，在刨床上利用平口钳装夹，加工轴承座的底座平面，工人先轻夹工件，再利用划针盘按钳工划好的线在工作台上来回移动，直到划针在工件两头都与加工线重合再夹紧工件。（,见图,8-3,）,特点,:1),可保证各加工面有足够的加工余量及位置精度；,2),可及时发现毛坯缺陷，采取补救措施；,3),增加了划线工序、浪费工时；,4),划线具有一定的宽度（,0.2,0.3,），安装精度不高,应用范围,:,单件小批生产无可供直接找正表面的复杂件，如箱体类零件；或虽然有条件使用夹具，但毛坯误差过大的工件,。,返回,图,8-3,三 采用夹具安装,使用能保证工件迅速定位与夹紧的装置进行安装叫作夹具安装。（,见图,8-4,）,特点,;1,）安装效率高成本低；,2,）可保证重复精度；,3,）减轻劳动强度，保证生产节拍；,4,）扩大机床使用范围。,应用范围,:,广泛用于大批量生产，中批生产及单件小批生产无夹具安装就无法保证精度的工件加工。,返回,图,8-4,2.1.2,机床夹具的功用,夹具的概念,:,在机械加工中能用来迅速装夹工件,使机床,刀具,工件保持正确相对位置的装置。,夹具有以下作用,:,工件装夹迅速，减少辅助时间；, 保证一定的加工精度，特别是相互位置精度；, 发挥机床潜力，扩大使用范围；, 减轻劳动强度，保证安全生产；, 平衡工序时间，便于生产过程自动化。,目前，正在研究“寻位加工”。即用螺栓、压板将工件随机地夹紧在工作台上，由测量头寻找工件的位置并将数据传送给计算机，由计算机指挥机床对工件进行加工。这种加工方法是不需要专用夹具的。但是尚在研究之中。,图,8-5,车孔夹具动画,2.1.3,机床夹具的组成,如图,8-6,为钻床夹具。工件,5,以孔和大端面定位，孔中有一心轴,6,，大端靠在夹具体,7,立柱上；以螺母夹紧；以钻模套,4,引导刀具对工件进行钻孔。心轴和钻模板,3,固定在夹具体上。若要钻不同方向的孔，还需配分度装置。可见，机床夹具组成如下：, 定位元件 确定工件在夹具中的正确位置。如心轴、定位销、,V,形块等；, 夹紧元件 夹紧工件，确保工件的位置不因各种外力而改变。如螺栓、压板、楔块、偏心轮等；, 引导元件 确定刀具、机床与夹具的相对位置。如钻模套、镗套、对刀块等。, 夹具体 夹具的基础件，将上述各种元件连成一个整体。, 其它 分度机构、锁紧装置、定向键、平衡铁、连接件、动力装置,可选用。,返回,图,8-6,2.1.4,机床夹具的分类,一按应用范围分,:,通用夹具 指已标准化，在使用中不加或稍加调整即可装夹不同的工件的夹具。,如三爪、四爪、平口钳、回转工作台、分度头等。这类夹具，通常作为机床附件由专门厂家生产。广泛用于单件小批生产。夹紧工件费时间，特别对形状复杂或精度要求高个工件更是如此，操作复杂，生产效率低。, 专用夹具 指为某一工件的某道工序设计的夹具。,由于只适用于特定对象，当产品更换或工序内容变化，就无法继续使用。因此，主要用于产品定型、工艺稳定的大、中批量生产。另外专用夹具,1,、对毛坯的质量要求高,2,、设计制造周期长,成组夹具,（可调夹具）可多次重复使用，,用于加工形状相似、尺寸相近的工件的安装。当加工完一种工件后，经过调整或更换少量元件即可加工另一种工件。同时适合多品种小批量生产和大批量生产。,组合夹具,由按标准化系列化生产出来的标准件加少量特殊件组装而成，可根据加工对象进行调整，以适应新的对象。,组合夹具的组成,（,图,8-7,）,1,基础件 组合夹具的基体,将其它元件、合件组装成一个整体。,2,支承件 把上面的其它元件与基础件连成一体。,3,定位件 用于工件的正确定位。,4,导向件 用于确定刀具与工件的相对位置,也称对刀元件。,5,夹紧件 将已定位好的工件夹紧在夹具上。保证加工时工件的位置不变。,6,紧固件 用来连接组合夹具中的各种元件及紧固工件。,7,其它件 各种用途单一的元件称为其它件。,8,合件 由若干零件组装而成，以完成一定的功用。,图,2-6,钻孔组合夹具,返回,图,8-7,二 按动力源分,手动夹具、气动夹具、液动夹具、电动夹具、磁力夹具、真空夹具,三 按使用机床分,车床夹具、铣床夹具、钻床夹具、磨床夹具、刨床夹具、镗床夹具,四 按生产过程分,装配夹具、检验夹具、焊接夹具、热处理夹具,2.2,工件定位,2.2.1,六点定位原理,一 定位原理,任一物体在空间都有六种宏观运动的可能性，称为六个自由（,图,8-8,），即沿,X,、,Y,、,Z,轴的移动和绕此三轴的转动，欲使工件在空间取得唯一位置，则必须限制六个自由度。这就是六点定位原理。,返回,图,8-8,二 原理要点,1,、任何物体都有、且只有,6,个自由度。,如,图,8-9,一箱体类零件，只要限制了,6,个自由度，物体的位置就确定了。,2,、,6,个自由度都存在，是工件在机床上或夹具中位置不确定的最大程度，即工件最多只能有,6,个自由度。,3,、消除自由度，加约束（定位元件）。,加约束的同时要保证工件与定位元件紧贴接触（靠自重或夹紧力）。,4,、夹紧不等于定位。,夹紧与定位是两个完全不同的概念，不能混为一谈。定位是使工件占有正确位置，夹紧是使工件不离开正确位置,图,2-7,完全定位,图,8-9,返回,2.2.2,完全定位,消除全部（,6,个）自由度，叫做完全定位。,如图,8-9,和图,8-10b,所示的定位情况即为完全定位。在底面（主支承面）设置,3,个支承钉限制,Z,旋转、,X,移动、,Y,移动；侧面（导向面）设置,2,个支承钉限制,Z,旋转、,X,移动；后面（止推面）设置,1,个支承钉限制,Y,移动，共限制,6,个自由度。,这种方式常用、保险，因为不必担心漏了自由度。但是，可能会造成夹具复杂化，使夹具成本上升。,2.2.3,部分定位（不完全定位）,只限制那些影响加工精度的自由度（第一类自由度），称为部分定位。如果,图,8-9,的箱体只加工上平面，则只需限制,3,个自由度，在下面设置三个支承钉即可,。而,图,8-10a,),铣台阶面则需限制除,Y,以外的,5,个自由度。这些都是采用部分定位。,图,2-8a),中铣台阶面时，由于台阶面长度只与工作台的移动长度有关。此方向上的自由度,Y,移动可不限制，只需保证台阶的高和宽，采用部分定位即去掉限制,Y,移动的支承钉，限制,5,个自由度即可。,图,2-8b),中铣不通槽时，由于除需保证槽的高和宽外，还要保证槽的长度，,Y,移动也需要限制，所以必须采用如图所示的完全定位。,图,2-8,定位实例,图,8-10,返回,2.2.4,超定位,某自由度被两个以上的约束所限制。,如,图,8-11,车长轴用双顶尖与三爪装夹，,Y,和,Z,的移动超定位。若顶尖孔与工件外圆不同轴，就会造成顶尖与工件的变形。,改进：将前顶尖改为挡销，只限制,X,移动。,又如加工连杆时（,图,8-12,），在两孔中都使用圆柱销定位，则,X,移动超定位,工件可能不能顺利安装。,改进：将圆柱销,2,改为削边销或在右边加一活动,V,形块，只限制,Z,的旋转。,8-11,8-12,返回,超定位可能带来定位不可靠或工件不能顺利安装，是否绝对不能使用呢,?,并非如此。,只要装夹的外圆是以顶尖孔定位车过的，具有较高的同轴度，就不会发生干涉,反而可以传递较大的扭矩。,又如加工齿形时往往用大端面和长轴定位，（见,图,8-13,）也是超定位。但是，由于工件孔与端面和心轴与端面有较高的垂直度，不会发生干涉，且可承受较大的切削力，对加工有利。,可见只要不发生干涉,对提高工件的支承刚度有利，还是可用的。,8-13,返回,2.2.5,欠定位,某个（些）影响加工精度的自由度未加限制。,例如，在加工如,图,8-12,所示的连杆孔时，只有平面定位或用平面与一短圆销定位都属于欠定位。因为两孔的位置没有确定。,又如车一小轴（,图,8-14a,），,只用三爪卡盘夹很短的外圆，限制,Y,移动、,Z,移动，属于欠定位。（,图,8-14b,）,的工件只限制,X,移动、,Y,移动、,Z,移动，也属于欠定位。如何改进？请思考之,(,答案,),。,再如在,图,8-15a,),中铣台阶面时只限制下面三点，图,b),中铣不通槽时只限制下面,3,点和左侧面,2,点都属于欠定位。,显然欠定位是绝对不可以使用的，因为它影响加工精度。,8-14,返回,图,8-15,欠定位示例二,返回,图,2-13a,应将工件夹长一些,限制四个自由度。若工件长度方向也需要控制,还要在前面加挡销限,X,的移动。,图,2-13b,一种方案是将心轴加长一些，以增加对,Y,、,Z,的旋转的限制；,另一种方案是将心轴左面台阶直径加大，以增加对,Y,、,Z,的旋转的限制，这两种方案都可限制除,X,的旋转以外的,5,个自由度。,图,8-16,欠定位的改进,返回,图,8-16,欠定位的改进,返回,2.3.1,工件以平面定位,2.3.2,工件以外圆定位,2.3.3,工件以内孔定位,2.3.4,工件以组合面定位,2.3,定位方式与定位元件,2.3.1,工件以平面定位,基本支承与辅助支承,一、基本支承,起定位作用的支承。,1,固定支承,支承钉：（,图,2-14,),平头形 用于较光洁的表面；,圆头形 用于毛坯表面；,网头形 用于侧毛坯表面。,支承板：支承面积大，定位面精度较低时稳定性差；（,图,2-15,),小板：光条板 螺钉处槽中切屑难以清理；,斜槽板： 螺钉处槽中切屑易于清理，但制造困难。,2,可调支承 可根据毛坯的尺寸误差进行调节。（,图,2-16,）,返回,对固定支承的几点说明：,1,.,支承板用于精基准面的定位或定位基准面面积较大时,.,2.,无论是平头支承钉或支承板，一般在安装到夹具体上后需进行最终磨削，以使钉或板保持等高，并与夹具体地面保持必要的位置精度（平行或垂直）,3.,支承钉与支承板已标准化，收集在国标,夹具零部件,中支承钉,GB2226-80,、,支承板,GB2236-80,4.,无论采用国标或自行设计的非标准件，定位原件必须注意在高度尺寸上预留最终磨削余量。,可随工件表面误差浮动，增加与工件的接触点，提高支承刚度，变形减少，尤其是毛坯表面定位时，改善余量分配。,只限制一个自由度。,两点式（,图,2-17a,、,b,）三点式（,图,2-18,）,3,自位支承,2.3.1,工件以平面定位,自位支承是活动的，因此尽管每一个自位支承与工件可能有三点或两点接触，但一个自位支承实质上只起一个定位支承点的作用，尤其是毛坯表面定位时，接触点增加，工件刚度提高，变形减少，改善余量分配,（举例：拉齿轮花键孔）,花键孔,在齿轮毛坯上拉花键孔，预孔加工后拉孔，是以被拉孔和一端面作为定位基准。拉刀刚进入孔时起导向作用的前导部没有切削刃，与工件的孔相配合，相当于一段定位用的心轴，起着定位原件的作用限制了工件的,4,个自由度根据工件拉花键的定位要求只需再设一个定位支承点，但已知拉削产生的切削力很大，这要由定位端面来承受，一般我们很自然的想到与,3,个定位支承点接触，由此产生重复定位。既要保证工件的定位稳定和支承刚性，又不发生过定位，通常采用球面式自位支承作为端面支承而达到目的，而且还可以补偿工件上作为定位基准用的孔和端面间的垂直度偏差，使定位更加可靠。,（举例：拉齿轮花键孔）,二 辅助支承,工件定位后,为提高支承刚度所增加的支承，不起定位作用。,如车削长轴时除了以双顶尖定位外，在中间增加中,心架支承。平面常用辅助支承有三种,:,螺旋式：利用螺栓螺母调节与工件接触。（,同可调支承,）,自位式：利用弹簧推力保持与工件接触。（,图,2-19,）,推引式：利用斜面推力保持与工件接触。（,图,2-20,）,2.3,定位方式与定位元件,返回,返回,一,V,形块,(,一,),V,形块的形式,1,短,V,形块 限制工件,2,个自由度。（,图,2-21a,）,2,长,V,形块 限制工件,4,个自由度。（,图,2-21 b,、,C,）,(,二,) V,形块的应用范围,V,形块应用广泛，对完整圆与非完整圆都适用主要作用是对中，可使工件上定位用的外圆中心对中在,V,形块两斜面的对称面上,1.,用于精基准定位,2,.,用于粗基准或阶梯圆柱面定位,3,.,用于基准面较长或两端基准面分布较远时,(,三,) V,形块的特征,1.,两斜面根部凹槽作用：加工斜面让刀用的,2.,当外圆直径很大时，,V,形块可不用整体结构钢件，而改用铸铁底座上镶淬硬支撑板或硬质合金（节省材料）,3.V,形块两侧面夹角有,60,0,、,90,0,、,120,0,，,90,0,常用，这些都已经标准化。,2.3.2,工件以外圆定位,返回,二 定位套筒,（一）圆柱面定位套,1,整体式 与工件之间有间隙，定心精度不高,用于小型工件。（,图,2-22a,）,2,剖分式 为无间隙配合，接触面积大，定位误差小，用于中、大型工件。（,图,2-22b,、,c,）消除自由度数视与工件接触长短而定。,（二）锥套,（,图,2-22d,）,与工件接触为一圆环，消除三个移动自由度。,（三）半圆定位套,p23,装卸工件方便，消除自由度数视与工件接触长短而定。,三 自动定心机构,1,三爪卡盘,2,弹簧夹头 可与其它机构联合自动定位、夹紧。,有三种：推式（,图,2-23,b,）；拉式（,图,2-23,a,）；不动式（,图,2-23C,）,2.3.2,工件以外圆定位,返回,a b c,1,套筒,2,工件,图,2-22,定位套筒,图,2,-22,d,锥套,返回,返回,（一）支承板的支承型式,（二）支承板的组合定位（长母线与短母线）,四支承板,返回,一 销、轴类,(,一,),定位销,1.,固定式,:,直接用过盈配合安装在夹具体上，用于批量不大的生产。（,图,2-24a,、,b,、,c,）,2.,可换式,:,磨损时可更换， 用于大批量生产。（,图,2-24d,）,按与工件接触长度可分为长销（,L/d1.75,）限,4,点；短销（,L/d0.75,）限,2,点。在销与夹具体之间有一衬套，衬套与夹具体采用过渡或过盈配合，衬套和定位销采用间隙配合,3.,组合式定位销： 工件同时以内孔和端面定位，除定位销外，还附加端台或支撑垫圈，与夹具体连接为过盈配合，支承与销可合为一体，也可是单独元件,4.,削边销：,A.,削边销一般是,配,合圆销使用的短销,B,.,断面形状多种,C.,只消除一个自由度,D.,用的较多为菱形定位销,5.,锥销：锥销又分为圆锥销和削边锥销,圆锥销：工件以精基准定位时选用，接触线为圆,削边锥销：工件以粗基准定位时选用，接触线为间断圆,2.3.3,工件以内孔定位,返回,2.3.3,工件以内孔定位,（二） 定位心轴,相对而言，定心精度高，装卸工件方便，但轴向误差较大,（,图,2-25a,），圆柱心轴 限制,4,点，锥度心轴 限制,5,点。,采用间隙配合工件装卸方便（,图,2-25b,），但定心精度低。而过盈配合（,图,2-25c,）定心精度高，工件装卸不方便。,2.3.3,工件以内孔定位,（三）小锥度心轴,定位时工件楔紧在心轴上再,L,k,长度上工件与心轴产生过盈配合，加工时靠过盈配合带动工件。,小锥度心轴的优点：,1.,消除了工件与心轴的配合间隙，提高了定心定位精度,.,装卸工件方便（敲击），定位元件结构简单,.,靠过盈带动工件，不需另外夹紧，又可避免工件在心轴上定位时的倾斜,2.3.3,工件以内孔定位,（四） 自动定心机构,三爪卡盘；弹性心轴（,图,2-26a,）靠压紧锥套使弹性套变大胀紧工件； 液性塑料心轴（,图,2-26b,）靠挤压液体塑料使薄壁套变形挤紧工件。,2.3.3,工件以内孔定位,二 双顶尖装夹,有三种组合方式：,1,前死顶尖,+,后死顶尖,定心精度高，有相对运动，易磨损。用于低转速，如磨削时工件的支承。,2,前死顶尖,+,后活顶尖,活顶尖以双轴承支承，定心精度低，但不易磨损。用于高转速，如车削。,3,前死顶尖,+,后弹簧顶尖,工件轴向可允许一定量的变形。应用于：,A,成批生产中快速装夹,B,发热量大、刚度差的工件。,返回,2.3.4,工件以组合面定位,组合面定位常用的方式有,:,一面两孔定位（一面两销）,1,定位情况,如,图,2-28,所示，一零件两定位孔，孔中设短圆销，销,1,限,X,移动、,Y,移动，销,2,限,X,移动和,Z,转动，底面支承板限,Z,移动和,X,转动、,Y,转动, X,移动超定位。,2,后果,当孔心距最小、销心距最大或孔心距最大、销心距最小时，工件不能顺利安装。强行安装则导致工件或夹具的变形。,3,措施,1,）减小销子直径，但转角误差增大；,2,）把销,2,妨碍安装的部分削去，,Y,向尺寸不变，即削边销。,2.3.5,定位实例分析,2.4,定位误差,基准位置误差,基准不重合误差,一 基准位置误差,jw,1,、,定位元件的制造误差,2,、工件的制造误差（定位基准面）,3,、定位元件和工件之间的配合间隙,二 基准不重合误差,jb,定位基准与设计基准不重合导致的误差。,计算定位误差时,主要这两项,把它们限制在工件公差的,1/3,范围内,把,2/3,留给其它,(,安装误差、夹紧变形、热变形、磨损等）误差,2.4.1,定位误差（,dw,）的产生,并是在任何情况下这两部分误差都同时存在,2.4.2,平面定位误差,1,基准面位置误差,jw,:,工件以已经加工过的表面定位，其定位基准的位置可以认为没有变动，即,jw,=0,。,2,基准不重合误差,jb,:,图,2-32a,为零件图，,图,b,铣顶面工序中，,H,尺寸定位基准与设计基准重合，不存在,jb,。,而,图,c,铣台阶面工序中，,A,尺寸由于基准不重合而存在,jb,，,设计基准在,T+TH,与,T-TH,之间变化，,jb,=2TH,。, ,dw,= ,jw,+,jb,=2TH,如工件总高,H=40,0.14mm,要求保证,A=20,0.15mm.,求加工,阶梯面,时的,dw,dw,=2TH=2,X,0.14=0.28,mm,本工序要保证的尺寸,A=20,0.15mm,其公差,Tg,=0.15-(-0.15,)=0.30mm,不满足,内孔定位误差根据工件尺寸的标注方式不同，定位误差计算方法也不一样，一般有以下不同的情况：,一、工件内孔以过盈配合在刚性心轴,(,或定位销,),上定位,1.,过盈配合，孔与轴无间隙，孔与轴（销）的同轴度误差等于零，即,jw,=0,2.,孔中心线作定位基准，在心轴上定位， ,jb,=0,所以,dw,= 0,3.,过盈配合时，孔在心轴上定位的定心精度是最高的。,2.4.3,内孔定位误差,1,、心轴与内孔单边接触（心轴水平放置）,由于工件自重，工件内孔的上母线始终与心轴上母线接触，由于孔中心定位，,jb,=0,设定位心轴（销）直径,d1,、工件外径,d,、工件内孔,D,二、工件内孔以间隙配合在刚性心轴（或销）上定位,dw,=,jw=o,1,o,2,=o,1,P-o,2,P,=,(Dmax-d,1,min)/2,=(D+D)/2-(d,1,-d,1,)/2,=,S/2+D/2+d,1,/2,=(,S+D+ d,1,)/2,2,、心轴与内孔双边接触（心轴垂直放置）,同样以孔中心定位,jb,=0,dw,= ,jw,= Dmax-d,1,min=(D+D)-(d,1,-d,1,),=S+D+d,1,定位误差为单边接触定位误差的两倍,例：在一批零件上钻孔,（心轴垂直放置），,距中心,的尺寸要求为，问能否满足加工要求？,其中,230.1,mm,内孔直径,mm,心轴直径,d,1,=,mm,设计尺寸的起点为，,jb,dw,= ,jw,Dmax-d,1,min,40.25-39.95,0.3mm,加工孔,的最大允许公差,0.1-(-0.1)=0.2mm,此方案不能满足加工要求,解决方法,提高定位元件心轴（销）和工件定位基准面（内孔）的精度,将间隙配合的定心定位进行转化,A.,将心轴水平放置，,dw,减少一半,.,用其他支承定位,.,采用过盈配合,以上所讲两种情况，无论心轴与孔（销）单边接触还是双边接触，都是,jb,=0,实际中的情况不仅如此：,2.4.3,内孔定位误差,3,、零件以下母线为设计基准加工键槽时定位误差,此时既有基准位置误差，又有基准不重合误差,（,1,）取定位心轴（销）尺寸最小、工件内孔最大，且与定位心轴（销）下母线接触，而工件外圆尺寸最小,（,2,）取定位心轴（销）尺寸最小、工件内孔最大，且与定位心轴（销）上母线接触，而工件外圆尺寸最大,dw,=,Hmax-Hmin,=A,1,A,2,=A,2,O,1,-A,1,O,1,=O,1,O,2,+A,2,O,2,-A,1,O,1,=jw+A,2,O,2,-A,1,O,1,=jw+d/2-(d-d)/2,=jw+,d/2,jw,=S+D +d1,jb,=d/2,4,、零件以上母线为设计基准加工键槽时定位误差,此时既有基准位置误差，也有基准不重合误差,（,1,）取定位心轴（销）尺寸最小、工件内孔最大，且与定位心轴（销）下母线接触，而工件外圆尺寸最大,（,2,）取定位心轴（销）尺寸最小、工件内孔最大，且与定位心轴（销）上母线接触，而工件外圆尺寸最小,dw,=,Hmax-Hmin,=A,1,A,2,=A,1,O,2,-A,2,O,2,=O,1,O,2,+A,1,O,1,-A,2,O,2,=,jw+d/2-(d-d)/2=jw+d/2,jb,=d/2 jw =,S+D +d,1,2.4.4,外圆定位误差,工件以外圆定位，有定心定位和支承定位，最常见的就是,V,形块定位， 从定位作用看，,V,形块定位属于对中,定心定位，其定位基准为工件外圆中心线。,一、,设计基准为工件的中心,定位基准也是轴心线，没有基准不重合误差,jb,=0 ,dw,=,jw,dw,=,jw,=A,1,A=AE-A,1,E,AE=AF/sin(/2),=d/2sin(/2),A,1,E=A,1,F,1,/sin(/2),=(d-d)/2sin(/2),dw,=(d-d+ d)/2sin(/2),= d/ 2sin(/2),设,K,A,=1/ 2sin(/2),dw,=,K,A,d,1,、当工件外圆直径公差,d,一定时，,角增加，,dw,减小,2,、当,=180,，,dw,min,= d/ 2,，此时,V,形块为一平面，失去对中作用，另外，,太大时，定位不稳定,通常,=90,2.4.4,外圆定位误差,二、设计基准为工件的上母线,定位基准是轴心线，同时存在,jb,和,jw,dw,=BB,1,=BE-B,1,E,=(BA+AE)-(B,1,A,1,+A,1,E),=BA+AE-B,1,A,1,-A,1,E,=d/2+d/2sin(/2),- (d/2-d/2),- (d-d)/2sin(/2),=d/2,1+1/sin(/2),设,KB=1 /2,1+1/sin(/2),dw,=,KBd,二、设计基准为工件的下母线,dw,=CC,1,=EC-EC,1,=(AE-AC)-(A,1,E-A,1,C,1,),=AE-AC-A,1,E+A,1,C,1,=d/2sin(/2)-d/2,-(d- d)/2sin(/2),+(d-d)/2,= d/2 -1+1/ sin(/2),设,K,C=,1/2 -1+1/ sin(/2),dw,=,KCd,K,i,60,90,120,KA,1.0,0.7,0.58,KB,1.5,1.21,1.08,KC,0.5,0.21,0.08,dw,（,A,）,= d/ 2sin(/2)=,KAd,dw,（,B,）,= d/2 1+1/sin(/2) =,KBd,dw,（,C,）,= d/2 -1+1/ sin(/2) =,KCd,其中,KA,、,KB,、,KC,分别与,有关,二、设计基准为工件的下母线,dw,（,B,） ,dw,（,A,） ,dw,（,C,）,控制轴类零件的加工表面时，多以下母线标注或以轴心标注，以上母线为设计基准时，定位误差为最大。,2.4.5,组合表面定位误差,一、平面组合定位,1.,工件上的,A,面已加 工，如前所述，基准位置误差忽略不计,jw,（,A,）,=0,2.B,面与,A,面有角度偏差,jw,（,B,）,=,（,-,1,）,tg,jd,（,AB,）,=,3,、,C,面与,A,面、,B,面,均有角度偏差,、,，,同样造成,jw,（,C,）、 ,jd,（,BC,）,、,jd,（,C A,）,二、平面与内孔组合定位,.,一面一孔：,（,1,）内孔中心线的位置误差可按已讲内孔表面定位时的定位误差来确定,（,2,） 端面对内孔中心线的垂直度误差引起的基准位置误差及角度误差,jw,（,B,）,=d,工,tg,工,+ d,夹,tg,夹,jd,（,B,）,= ,内孔为第一定位基准,端面为第一定位基准,（,1,）,端面为第一定位基准在短轴（销）定位中，端面无基准位置误差,jd,（,B,）,= 0,（,2,）,内孔中心线对端面的垂直度误差将引起位置误差和角度误差,jw,（,A,）,=2L,工,tg,工,jd,（,A,）,= ,工,二、平面与内孔组合定位,.,一面一孔：,（）各工序基准得到统一，减少基准多次改变而产生的误差，从而提高工件的加工精度，减少夹具结构多样化，降低成本,（,2,）基准统一后，工件可一次装入夹具，省时省力，提高生产率,二、平面与内孔组合定位,2.,一面两孔：,（,1,）,jw,（,底,）,=0,，短销定位孔较浅，内孔与底面的垂直度误差引起的,jw,也可忽略,（,2,）两孔与两销的配合间隙、两孔与两销的中心距误差将引起基准位置误差和角度误差,二、平面与内孔组合定位,3.,底面是第一定位基准,jw,（,O,1,）,=O,1,O,1,= D1+ d1+ S,jw,（,O,2,）,=O,2,O,2,= O,1,O,1,+,L,=D1+ d1+ S + L,过,1,引一条,1,的平行线交于,P,其中,是单向偏转，实际工件还可以向另一方向偏转，转角误差应该为, ,增大， ,减小，因此尽可能加大,2.4.6,提高工件在夹具中定位精度的主要措施,一,.,减少或消除,jw,的措施,.,选用,jw,小的定位元件：,毛坯面用球头支承钉（一批工件表面状况不同）考虑换成自位支承，因此自位支承的支承点反映毛坯表面的平均状态，,减少,jw,2.,合理布置定位元件在夹具中的位置,尽量增加定位支承点间的距离,3.,提高工件定位表面与定位元件的配合精度,内孔和外圆为定位基准的工件，要提高它们与定位心轴、定位销、定位套的配合精度，从而减小配合间隙达到减小工件定位表面位置误差的目的。,4.,正确选第一、二、三定位基准,第一定位基准的误差小，第二、三定位基准误差大，应选与工件加工精度直接有关的基准为第一定位基准，使,jw,减小,二、消除或减少基准不重合误差的措施,1.,尽量选该工序的工序基准为定位基准,2.,根据加工精度要求的高低相应选取工件的第一、第二和第三定位基准,解：尺寸,B,的设计基准为顶 面,M,，,而定位基准为底面,N,，,基准不重合,jb,=TA ,jw,=0,dwB=,jw+jb,=TA,尺寸,D,的设计基准为右 面，而定位基 准为,W,面，基准不重合,jb,=TC ,jw,=0,dwD,=TC,2.4.7,定位误差计算实例,例,1,各平面已加工，欲加工孔,O,，保 证,B,（,0,TB,）和,D,（,0,TD,），设,WN,，,试计算该定位误差。,解：,m,尺寸因是平板定位且基准重合,jb,=0 ,jw,=0, ,dwm,=0,，但是键槽会出现对称度误差,(Td/2 ),。,n,尺寸是平板定位，但基准不重合,jb,=Td/2 ,jw,=0,dwn,=Td/2,这是外圆母线位置的变化量。,例,2,一批轴件以平面定位铣键槽，试计 算,m,和,n,尺寸的定位误差。,m,尺寸和,n,尺寸皆为平板定位,2.4.7,定位误差计算实例,解,:1.,平板从下面夹紧。,m,尺寸的工序基准是轴心线，基准重合,jb,=0 ,dwm,=,jw,=Td/2sin(/2),n,尺寸的工序基准是外圆下母线，除,jw,外，还存在,jb,。,dwn,=,jw+jb,=Td/2sin(/2)+Td/2,2.,若以平板定位，,V,形块夹紧又如何呢？,m,尺寸只存在,jb,dwm,=Td/2,n,尺寸由于基准重合，,jb,=0,且,jw,=0,dwn,=0,例,3,一批直径为,dTd/2,轴铣键槽，定位方式,如图,2-43,所示，试计算,m,和,n,尺寸的定位误差。,分别从工件以,V,形块定位和以平板定位两方面考虑,2.4.7,定位误差计算实例,2.5,工件夹紧与夹紧机构,以上主要研究了工件在夹具中的定位,问题，目的在于确定工件的定位方法和保证必要的定位精度，即使工件的定位问题解决得再好，那也只是完成了工件裝夹任务的前一半，仍无法进行加工，只有对工件实行加紧，才能完成工件在夹具中装夹的全部任务。,2.5.1,夹紧机构的组成及工作要求,一 夹紧机构的组成,由,图,2-48,可见夹紧机构由以下机构组成：,动力装置,产生加紧作用的装置。通常指气缸、油缸、活塞、电磁装置等；,中间机构,介于力源和夹紧元件之间的传递力的机构如斜楔、连接杆、铰链等；,执行机构（夹紧元件）,加紧装置的最终执行元件，压板、螺栓等。, 确保工件与定位元件接触，不得破坏定位；, 应具有相应的浮动环节，以适应工件尺寸,A,的误差；,(,如,图,2-49,所示的结构因无浮动环节而无法调整，当工件尺寸偏大时就无法安装。,),能自锁，原动力去掉不因外力而松动；, 结构简单、紧凑、操作方便迅速；, 自动化程度与生产纲领相适应。,二 夹紧机构的工作要求,2.5.2,夹紧力的确定,夹紧力的选择包括：作用点、方向、大小和施加顺序。,一 作用点的选择, 应落在支承点上或支承面以内，避免工件翻转。如,图,2-5,1,所示，夹紧力,W,的作用点可能会使工件翻转。, 应落在工件刚性大的部位。如,图,2-5,2,所示，镗连杆大头孔时，,W1,加在杆身中间，会使两头上翘，镗孔后，导致孔轴线与端面不垂直。, 应靠近加工面。如,图,2-5,2,所示，镗连杆大头孔时，,W2,加在小头孔端，离加工面过远，导致工件夹紧变形大或夹紧不可靠。,返回,2.5.2,夹紧力的确定,二 作用力方向的选择, 应垂直主定位面，最好对着平面形定位件。（,图,2-53a,）,主夹紧力最好与,F,切、,F,重、方向一致。（,图,2-53b,）,三 作用力的施加顺序,应先施加较小的力使工件与定位元件接触，再加主夹紧力。,四 作用力的大小,W,足够而不过大，即只要能够克服,F,切、,F,重等外力的影响，不破坏定位。,W,过大则工件变形愈大。,W=KWL,式中,K,安全系数；粗加工,K=2.5,3,精加工,K=1.5,2,。,WL ,解静力学求得的理论值。,2.5.2,夹紧力的确定,返回,2.5.3,常见夹紧机构,一 楔块夹紧机构,图,2-49,楔块夹紧动画,楔块夹紧机构是利用斜面来夹紧工件的，它是夹具的基本形式，其他一些机构实际上是由此派生出来的。,(,图,8-50a,）,1,夹紧力的计算 （受力分析如,图,8-50b,）,F,（,X,）,=0 Q=F1+Rx,。（,1,）,Q,外力；,F1,工件与楔块之间的摩擦力；,Rx,楔块与夹具体之间的摩擦力,F2,与夹具体反力,N,的合力在水平方向的分力；,F1=Wtg1,Rx=Wtg(+2),代入（,1,）式,得,Q=Wtg1+Wtg(+2),令,1=2=,则,tg1+tg(+2)tg(+2,),8-50,返回,2,自锁条件,这种机构要求能自锁，即当,Q,去掉后不致因切削力和工件自重而退出。此时要求,F1,Rx,（,图,8-51,）,F1=Wtg1 Rx=Wtg(-2),又,、,1,、,2,很小，,tg11,tg(-2)-2,1,-2,1+2,令,1=2,自锁条件,2,一般钢铁的摩擦系数为,0.1,0.15,而,=,tg,= 543,828,2 = 11,17,为安全可靠，手动时取,6,8,，机动时,(,气动、液动,),可不考虑 自锁,取,15,30,。,8-51,返回,4,、增力比与夹紧行程,由夹紧力的计算公式，可得增力比,即当,与,都很小时，外加一个不大的力,Q,，,可获得比,Q,大若干倍的夹紧力,W,。当,时，,W,，,自锁性能，但水平行程，升程，操作时间。通常,摩擦角,取,5,7,，,取,8,，一般,W=(2.8,3.3)Q,。,3,、改变夹紧作用力的方向,当外加作用力,Q,时，斜楔产生一个与,Q,垂直的加紧力,W,。,5,、特点：,结构简单，升程小，扩力倍数不算大，操作情况不理想，但与机动装置联合应用较广。另外，增大行程和增大夹紧力使斜楔自锁是矛盾的，因此，选斜楔角时必须考虑这两方面因素，如果两者都要求很严，可将斜楔做成两个升角，前一段大升角用于加大工作行程，后一段小升角用于工件的加紧并自锁。,二 螺旋夹紧机构,8-52,1,夹紧力的计算,2,2,W,W,F2,1,W,Rx,R,F1,图,8-53,根据外力矩应与阻力矩相平衡,M=M1+M2,。（,1,）,M,外力矩,=QL,；,M1,螺杆与螺母之间的摩擦阻力矩；,M1=Rxr0=r0Wtg(+1),。（,2,）,Rx,反力,N,与,F1,的合力在水平方向上的分力；,r0,螺杆中径之半。,mm,M2,螺杆与工件之间的摩擦阻力矩；,M2=F2r=rWtg2,。（,3,）,F2,螺杆与工件之间的摩擦力；,N,r,当量摩擦半径；,mm,1,、,2,摩擦角。,将（,2,）、（,3,）代入（,1,）式,QL=r0Wtg(+1)+rWtg2,2,典型螺旋夹紧机构,1,）,图,8-54,所示为螺旋自动定心夹紧机构,双向螺杆,4,一端为左螺纹,一端为右螺纹,拧螺杆时两个,V,形块同时夹紧工件。,2,）,图,8-54,所示为螺旋压板夹紧机构，,它的产生扩大了单螺旋夹紧机构的应用范围，实际中常采用螺旋与压板组合的螺旋压板夹紧机构,8-54,返回,形式：,L,1,:,原始力,Q,离支点的距离,L,2,:,夹紧力,W,离支点的距离,a,图：支承在右端，工件在左端，螺旋压紧的原始作用力位于压板中间，,L,2,=2L,1,W=1/2Q,b,图：支承在中间，工件在左端，螺旋压紧的原始作用力位于压板右端，,L,2,=L,1,W=Q,c,图：支承在左端，工件在中间，螺旋压紧的原始作用力位于压板右端，,L,2,=2L,1,W=2Q,图,c,的情况时最省力的，但夹紧力在压板中间，这种形式受工件形状的限制。,对支承取短，通常夹紧力,其中,效率,=0.95,图,8-55,形式,3,、设计螺旋压板夹紧机构应注意下列问题：,1,）,.,凡是螺杆与压板相,结合,的部位，在夹紧时不允许螺杆受力弯曲，为此在夹紧螺母下面应加球面垫圈，垫圈与螺杆间要有较大的间隙。,2,）,.,压板下面的支承螺钉尽量作成圆头的，使压板有一定的游动性，支承螺杆的高度应能调节，以使用不同工件的高度，并且锁紧螺母防止松动。,3,）,.,夹紧力或作用力的受力部位应由足够的刚度防止过大的变形面影响工件的定位和刀具的导向精度。,4,）,.,夹紧时应该防止螺杆移动，否则就有夹不紧工件的情况。,5,）,.,夹紧螺母应用高（加厚）螺母，其高常用,1.5,倍的螺杆直径，以便使扳手操作方便、迅速。六角螺母也不易因施力过猛，使扳手打滑而受损,6,）,.,压板用弹性支承，以便松开时不使压板落下来，便于装卸工件。,7,）,.,压板上供穿过夹紧螺栓用孔应做成长圆孔以备松开工件时压板迅速后移，易于卸下工件。,图,8-56,设计螺旋压板夹紧机构应注意的问题,图,8-56,设计螺旋压板夹紧机构应注意的问题,图,2-58,可转位压板,图,2-60,螺旋夹紧动画,8-57,8-58,3,螺旋夹紧机构的特点,：夹紧力大,W,（,60,120)Q,，,自锁性能好，工作安全可靠。但夹紧行程大，操作费力费时，难以实现机动。,8.5.3.3,常见夹紧机构（,4,）,三、 气动夹紧机构,在大批大量生产中广泛采用气动、液压、电磁、真空等机动夹具。,1,气压传动系统,如,图,8-59,所示，电动机带动空压机产生,0.7,0.9MPa,的压缩空气，经冷却器进入储气罐备用，经水气分离器滤去水分和杂质，再经过调压阀使压力降低到,0.4,0.6MPa,并稳定在调定压力，然后再经油雾器混以雾化油，保持系统中元件的润滑。再经单向阀、换向阀和节流阀进入活塞式气缸和薄膜式气缸进行夹紧工作。,1,电动机,2,空压机,3,冷却器,4,储气罐,5,过滤器,6,开关,7,水气分离器,8,调压阀,9,油雾器,10,单向阀,11,换向阀,12,节流阀,13,活塞式气缸,14,薄膜式气缸,15,工件,图,8-59,气压夹紧装置示意图,返回,2,气压传动夹紧机构的组成,可见气压传动夹紧机构的组成如下：,动力装置,电机,+,空压机（压缩空气，,0.7,0.9MPa,）；,传递机构,气缸、活塞；,执行机构,杠杆、铰链、楔块等；,辅助装置,水气分离器、调压器、油雾器、配气阀等。,3,气压夹紧的特点, 操作方便迅速、反应灵敏，易于自动化；, 空气取之不尽，废气直接排入大气无污染，但有噪声；, 空气具有可压缩性，夹紧刚度不高，需设置自锁机构；, 因工作压力不高，夹紧力不够大，需借助扩力机构，结构比较庞大。,四 液动夹紧机构,用压力油作为动力源，通过管道、液压阀、液压缸等元件夹紧工件（,图,8-60,）,1,液压传动系统,2,液压夹紧系统的组成,动力装置,电机,11+,油泵,3,（压力油，,5,6MPa,）；,传递机构,油缸、活塞,6,；,执行机构,杠杆、铰链,10,、楔块等；,辅助装置,油箱,1,、过滤网,2,、溢流阀,4,、单向阀,8,、换向阀,7,、储能器,5,、压力表,9,等。,8-60,3,液压夹紧特点,优点,液压具有气压夹紧的各种优点，由于油压力比气压高得多，所以在取同等夹紧力时，油缸的直径比气缸的直径小很多，因此结构紧凑。夹紧刚度好。,缺点,对密封性能要求高，需要一套压力油供应系统，为单一夹具设置此系统不经济。,图,2-69,气,-,液联合增压虎钳动画,8-62,联动夹紧机构,为了提高生产率，充分利用机床的走刀行程，在批量较大的情况下，常采用多件同时加工，这时设计的夹具必须保证多件同时夹紧，且必须保证各个工件的加工精度。,形式有：多件平行夹紧和多件依次夹紧,一 多件平行夹紧,图,8-63,所示为多件平行夹紧夹具，在设计时应注意，由于一批工件尺寸大小不一，夹紧元件应作成浮动式，如图,b,所示。否则有的工件可能夹不紧，如图,a,所示，只能夹紧尺寸大的工件。,二 多件依次夹紧,图,8-64,所示为多件依次（顺序）夹紧夹具。设计时应注意的是，当工件由于尺寸误差大，使定位兼夹紧元件的,V,形块发生绕销子的偏转,导致工件也发生偏转时,不得影响工件的加工精度。如果此工序是加工连杆盖的上部，显然此夹具不能用。因此，此夹具只能用于加工连杆盖两侧面。,8-63,返回,8-64,返回,8.6,典型夹具, 8.6.1.1,钻床夹具,钻床夹具也称钻模，用于钻床上孔加工。钻模种类很多，常用的有：,一 固定式钻模,（,图,865,）,在使用过程中钻模板的位置固定不动叫固定式钻模。这类钻模的加工精度较高。,当孔径大于,10mm,时应将夹具固定在工作台上，以保证安全。,图,271,固定式钻模,8-65,二 翻转式钻模,翻转式钻模主要用于正放不好安装的工件。如,图,8-66,所示一箱体类零件，底面需要钻孔，而工件底面朝上无法安装，只能正面安装好以后翻转过来再加工。工件与夹具总重不宜过大，一般不超过,10Kg,，,以减轻劳动强度。否则应配机动翻转装置。,8-66,三 盖板式钻模,一些大、中型工件在钻孔时，由于工件的自重足以克服切削力，工件不需要夹紧。只需将钻模板固定在工件上。所以钻模板做成盖板式。,图,8-67,为盖板式钻模，钻模板以圆柱销,2,、削边销,6,、支承板,5,在工件上定位。由于钻削力不会使钻模板抬起，故无需夹紧。,8-67, 8.6.1.2,钻床夹具,四 钻模板,钻模板的结构有,3,种：,固定式（,图,8-65,）,钻模板与夹具体固定在一起，如所示。,图,271,固定式钻模,8-65,1,铰销,2,夹具体,3,钻模板,4,钻套,5,螺钉,6,压板,7,螺母,8-68,铰链式（,图,8-68,）,用铰链,1,与夹具体,2,固定在一起，松开螺母,7,，钻模板,3,可绕铰销,1,旋转，方便工件装卸。,8-69,悬挂式（,图,8-69,）,悬挂于机床动力头上，随动力头升降。下降时靠钻模板夹紧工件。,图,8-70,悬挂式钻模动画, 8.6.2.1,镗床夹具（镗模）,一 镗杆的引导方式,1,单支承引导,（,图,8-71,）,镗杆在镗模中只有一个位于刀具前面或后面的镗套引导。镗杆与机床采用刚性连接，机床主轴的位置精度直接影响工件孔精度。用于小孔、短孔加工。,图,8-72,为单支承引导支架导套与工件的关系示意图。,a,为单支承前引导方式，用于孔径,D,60mm,的场合；,b,为单支承后引导方式，用于,D,60mm,的场合；,c,为单支承后引导的另一方式，用于,L/D,1,且孔径较大的场合，此时镗杆做成等直径。,h=(0.5,1,）,D=20,80mm H=(2,3,）,d,式中,d,镗套孔径。,图,8-71,单支承引导镗孔动画,返回,图,8-72,单支承引导支架导套与工件的关系,返回,2,双支承引导,采用双支承式镗模时，镗杆与机床采用浮动连接，机床主轴的精度不影响工件孔的位置精度。双支承式镗模又可分为双面单支承和单面双支承两种,.,图,8-73,为双面单支承。主要用于孔距精度、同轴度要求高，孔径较大的加工。,图,8-74,为单面双支承。主要用于不便设前支承的场合。,8-73,8-74,返回, 8.6.2.2,镗床夹具（,2,）,2,镗套,镗套直接影响工件孔的尺寸精度、位置精度与表面粗糙度。有两种不同的结构：,1,）固定式镗套,（,图,8-75,）,镗孔过程中不随镗杆转动的镗套称固定式镗套。,这种镗套易磨损，但回转精度较高。用于摩擦面线速度,V,0.3m/s,。,镗套导向长度,L=,（,1.5,2,）,d,。,2,）,回转式镗套,（,图,8-76,）,回转式镗套又分为滑动式和滚动式。滑动式镗套尺寸小，回转精