机械加工工艺装备

,单击此处编辑母版标题样式,机械制造技术基础,第一章,机械加工工艺装备,机械加工工艺装备,1.1 机床,1.2 刀具,1.3 夹具,1.3,夹具,1.3.1 机床夹具概述,1.3.2 工件的定位,1.3.3 工件的夹紧,1.3.4 典型夹具,1.3 夹具,在机械制造装备设计课学习,1.3.1 机床夹具概述,机床夹具的作用,1.,保证加工精度,2.,提高劳动生产率,3.,扩大机床的使用范围,4.,改善劳动条件、保证生产安全,1.3.1 机床夹具概述,机床夹具的分类,按应用范围,分：,按,使用机床,分：,按,夹紧动力分,：,手动夹具,气动夹具 液动夹具,电动夹具 磁力夹具 真空夹具,通用夹具 专用夹具 可调夹具,成组夹具 组合夹具 随行夹具,车床夹具,铣床夹具,钻床夹具,镗床夹具 其它机床夹具,三爪卡盘,四爪卡盘,万向平口钳,回转工作台,通用夹具,分度头,三爪卡盘,四爪卡盘,中心架与跟刀架,组合夹具组装示意图,组合夹具,夹具的动力源,气动虎钳 液压夹具,1.3.1 机床夹具概述,机床夹具的组成,定位元件,夹紧装置,对刀及导向装置,确定刀具与工件的相对位置,确定工件的正确位置,夹牢工件，保证工件正确位置不变,夹具体,夹具的基础件,其他装置或元件,分度装置、联接元件等,1.3.2 工件的定位,工件定位的方式,1.直接找正定位,2.划线找正定位,3.,夹具定位,生产率高，定位精度高,成批及大量生产,精度取决于工人技术水平,单件小批生产，位置要求高,精度低,单件小批，复杂件，毛坯精度低,1.3.2 工件的定位,定位,加工前，工件在机床或夹具上占据一正确位置,夹紧,使工件在加工中不受力的作用发生位移、振动,装夹=定位+夹紧,工件的定位原理,六点定则,用空间合理布置的六个支承点,限制工件的六个自由度,X,Y,图1.63 长方体定位时支承点的分布,图1.63 长方体定位时支承点的分布,X,Y,Z,图1.63 长方体定位时支承点的分布,工件的定位原理,六点定则,用空间合理布置的六个支承点,限制工件的六个自由度,主要定位面,3,三角形分布，支承范围大,导向定位面,2,选大的面定位,两点连线不垂直主定位面，距离远,选窄长的面定位,止推定位面,1,选可承受切削力的面,图1.64 圆环形工件的六点定位,图1.64 圆环形工件的六点定位,图1.,77,圆环形工件的六点定位,轴类工件的六点定位,轴类工件的六点定位,定位的误解,工件定位后，反方向还可移动,定位面与定位点应保持接触,工件被夹紧，所有自由度就都被限制了,并没有保证一批工件的一致位置,定位与夹紧的关系,限制工件自由度与加工要求的关系,完全定位,六个自由度全部限制,不,完全定位,限制的自由度6,点,按加工要求确定,限制自由度与加工要求的关系,加工平面,理论上：,加工通槽,理论上：,限制自由度与加工要求的关系,加工孔,加工平面,理论上不需定位的情况,1.加工面某方向无要求，通透加工,这个方向上不需定位,2.加工,前,零件某方向上截面为完整的圆形,这个方向上不需定位,限制工件自由度与加工要求的关系,完全定位,六个自由度全部限制,不,完全定位,限制的自由度6,点,欠,定位,该限,制,的自由度没有限,制,过,定位,重复限制,某,一自由度,按加工要求确定,绝不允许,一般不允许,正确处理过定位,危害,定位不稳，安装困难，工件或夹具变形,措施,去除过定位，修改结构,特殊,为,提高定位稳定性和结构刚度，简化夹具,可用过定位,前提,提高工件定位面、夹具定位面的相互位置精度,一般不允许,要点,按加工要求确定,注意：,不欠定位,实际上所限制的自由度,往往,多于理论要求的,为承受切削力、简化夹具结构,注意：,不过定位,理论上要限制的自由度,理论联系实际 注重实际应用,定位元件,定位元件的基本要求,足够的精度,足够的硬度和耐磨性,足够的强度和刚度,工艺性好,(HRC5560),定位元件,平面定位,主要支承,固定支承,支承钉,支承板 非标支承板,一批工件调一次,可调支承,自位支承（浮动支承）,只限制1点自由度,辅助支承,不限制自由度（提高刚度）,限制自由度,一个工件调一次,定位元件,孔定位,圆柱销,间隙配合心轴,过盈配合心轴,花键心轴,圆柱心轴,圆锥销,定3点,圆锥心轴（小锥度心轴）,定,5,点,短销定2点,长销定4点,定位元件,外圆定位,V,形块,定心精度低，已加工面定位,定位套,半圆套,大轴件、不便轴向装夹的零件定位,圆锥套（反顶尖）,对中性好,非整圆表面定位,定位基准是检验心轴的中心,短定2点,长定4点,活动定1点,定位元件,组合表面定位,一面两销（一面两孔）,平面定3点,圆销定2点,菱形销定1点,安装：,削边方向垂直于两销连线,定位元件,一面两销设计步骤,确定销距,确定圆柱销尺寸,基本尺寸=孔最小尺寸,公差,g6,、,f7,查菱销结构尺寸,b,计算菱销尺寸,确定菱销尺寸,表1.10 典型定位方式和所限制的自由度,表1.10 典型定位方式和所限制的自由度,表1.10 典型定位方式和所限制的自由度,表1.10 典型定位方式和所限制的自由度,表1.10 典型定位方式和所限制的自由度,1.3.3 工件的夹紧,夹紧装置的组成,力源装置,产生原始夹紧力,中间传动机构,改变力方向、大小，,自锁,夹紧元件,执行元件,力源装置,中间传动机构,夹紧元件,工件,夹紧装置的基本要求,不得破坏工件的定位,夹紧力要适当,操作方便，迅速、省力,工艺性好,确定,夹紧力三要素的原则,夹紧力应指向主要定位面,夹紧力应落在定位支承范围内,夹紧力应尽量靠近加工面,夹紧力应作用在刚性好的部位,作用点、方向和大小,夹紧力最好与切削力、重力方向一致,夹紧力大小的估算,设工艺系统刚性,切削过程稳定,建立力学模型，求出切削力，,在最不利的瞬时，求夹紧力大小,为了保证夹紧可靠，乘以安全系数,F,J,= K F,一般,K =1.53,受切削力、重力、离心力和惯性力等,作用力（矩）平衡,粗加工取大值，精加工取小值,常用夹紧装置,斜楔夹紧机构,利用斜面作用改变力的方向、大小,夹紧力小，手动操作费时,与机械、汽动、液压机构联动,斜楔的夹紧力,斜角,=1014,一般摩擦系数,f=0.10.15,摩擦角,545832,F,J,= F,J,F,Q,= F,1,+ F,F,1,= F,J,tan,1,F = F,J,tan(,2,+),斜楔的自锁条件,tan,1,tan(-,2,),1,= ,2,= ， 2,斜楔夹紧的自锁条件,F,1, F,F,1,=F,J,tan,1,F = F,J,tan(-,2,) F,J,= F,J,11 17,斜楔移动距离与夹紧行程的关系,一般,10 14,双升角斜楔滑块机构,：,大升角迅速趋近工件,小升角夹紧工件、自锁,S,夹,=,S,动,tan,螺旋,夹紧机构,单个螺旋夹紧机构,结构简单、夹紧力大，自锁好，夹紧行程大,快速夹紧机构,开口垫圈,铰链钩形压板,螺旋压板,夹紧机构,a.,移动压板,b.,转动压板,c.,翻转压板,支点在后效率低,F,J,= F,Q,/ 2,支点中间,F,J,= F,Q,支点在前效率好,F,J,= 2F,Q,偏心,夹紧机构,圆偏心轮、偏心轴,夹紧迅速方便,夹紧力、行程小,用于切削力小、振动小的场合,定心,夹紧机构,在定心的同时将工件夹紧,理论上定心误差,y=0,用于要求准确定心和对中的场合,机械传动式定心夹紧机构,弹性变形式定心夹紧机构,结构简单，定心精度低,结构复杂，定心精度高,联动,夹紧机构,单件、多件、多点、多向,注意：,设置必要的浮动环节,工件不宜太多,结构简单紧凑、增力,总夹紧力足够、刚度足够,注意累积误差的影响,1.3.4 典型夹具,专用夹具设计的基本要求,保证加工要求,正确定位和夹紧，合理对刀导向，合适技术要求,提高生产率和降低成本,快速高效夹紧，与生产率相适应,工艺性好,便于制造、检验、装配、调整和维修,使用性好,操作简便，省力、安全可靠、排屑方便,1.3.4 典型夹具,专用夹具的设计方法和步骤,明确设计任务，收集设计资料,拟订夹具结构方案，绘制夹具草图,定位方案；夹紧方案；,刀具引导方式；其他装置；,总体结构及安装方式,绘制夹具总图,工作位置为主视图,双点划线画工件（余量网纹表示）,画定位,夹紧,导向件,夹具体,标注总图技术要求,绘制夹具零件图,夹具总图技术要求的标注,轮廓尺寸,L,H,B,定位技术要求,定位件与工件配合，定位件间要求,对刀技术要求,对刀件与刀具配合，对刀件间要求,机床连接要求,与机床联结尺寸、配合,夹具制造技术要求,定位件与夹具安装面、定位件与对刀件、,对刀件与夹具安装面间的技术要求,所有配合尺寸,如平衡等文字形式的要求,其他技术要求,夹具总图技术要求的标注,工序尺寸有公差要求：,夹具公差 =工件相应公差1/31/5,工序尺寸无公差要求：,夹具公差：尺寸,0.1,角度,10,位置0.02,0.05/100,钻床夹具,组成：,钻套、钻模板、定位元件、夹紧装置、夹具体等,主要类型：,固定式,加工孔精度高,图,1.1,18,杠杆孔钻模,1.夹具体,2.压紧螺钉,3.钻模板,4.活动,V,形块,5.钻套,6.开口垫圈,7.定位销,8.辅助支承,钻床夹具,组成：,钻套、钻模板、定位元件、夹紧装置、夹具体等,主要类型：,固定式,加工孔精度高,回转式,围绕某一轴线分布的轴向或径向孔系,图1.1,19,回转式钻模,钻床夹具,组成：,钻套、钻模板、定位元件、夹紧装置、夹具体等,主要类型：,固定式,加工孔精度高,回转式,围绕某一轴线分布的轴向或径向孔系,移动式,钻工件同一表面上的多孔，孔径10,mm,移动式钻模,钻床夹具,组成：,钻套、钻模板、定位元件、夹紧装置、夹具体等,主要类型：,固定式,加工孔精度高,回转式,围绕某一轴线分布的轴向或径向孔系,移动式,钻工件同一表面上的多孔，孔径10,mm,翻转式,加工小工件不同表面上的孔，重100,N,翻转式钻模,1.钻套 2.倒锥螺栓 3.弹簧涨套 4.圆支承板 5.螺母,钻床夹具,组成：,钻套、钻模板、定位元件、夹紧装置、夹具体等,主要类型：,固定式,加工孔精度高,回转式,围绕某一轴线分布的轴向或径向孔系,移动式,钻工件同一表面上的多孔，孔径10,mm,翻转式,加工小工件不同表面上的孔，重100,N,盖板式,无夹具体，大件上孔加工，重100,N,图,1.1,20,盖板式钻模,1.钻模板 2.3.定位销 4.支承钉,钻床夹具,组成：,钻套、钻模板、定位元件、夹紧装置、夹具体等,主要类型：,固定式,加工孔精度高,回转式,围绕某一轴线分布的轴向或径向孔系,移动式,钻工件同一表面上的多孔，孔径10,mm,翻转式,加工小工件不同表面上的孔，重100,N,盖板式,无夹具体，大件上孔加工，重100,N,滑柱式,通用可调，制造周期短，应用广,滑柱式钻模,1.齿轮轴,2.斜齿条滑柱,3.12.钻模板,4.螺母,5.手柄,6.导向柱,7.锥套环,8.定位支承,9.可调支承,10.挡销,11.自位压柱,13.螺钉,14.钻套,15.定位元件,钻套,引导刀具，保证位置精度，提高系统刚度,类型：,标准钻套,特殊钻套,固定钻套、可换钻套和快换钻套,小孔距钻套、加长钻套、斜面钻套,钻套高度,H,大，导向好，刀具刚度提高，精度高，,但磨损加剧,H=(12.5)d,排屑空间,h,大，排屑方便，导向性能差，精度降低,铸铁,h=(0.30.7)d,钢件,h=(0.71.5)d,要求高,h=0,钻套公差,钻,F8，,扩,F7，,粗铰,G7，,精铰,G6,钻模板,安装钻套，确保钻套正确位置,类型：,固定式,铰链式,分离式,连体式、装配式、焊接式,结构简单，精度高,工件装卸方便，精度较低,可拆卸，精度低,分度装置,按一定角度或一定距离加工一组表面,组成：,固定部分,可动部分,分度对定机构,锁紧机构,分度方式：,回转分度,直线移动分度,分度对定机构,组成：,分度盘,对定销,方式：,轴向分度,径向分度,结构紧凑，应用广,转角误差小，分度精度高,轴向开孔，或径向开槽,手动、机动、自动,常用机构：,钢球对定机构,手动直拉式对定销,齿轮齿条对定销,车,床夹具,主要类型：,安装在主轴上,安装在床身或大拖板上,在车床上加工壳体、支座、杠杆,等零件的孔及端面,图,1.1,28,角铁式车床夹具,削边销,圆柱销,支承板,夹具体,转动,压板,工件,校正套,平衡块,车,床夹具的设计特点,定位装置,工件加工面轴线必须和车床主轴轴线重合,夹紧装置,夹紧力足够，自锁性能好，防止变形,与机床的联接,D,小于140,mm，,或,D（23）d,锥柄定5点，螺栓拉紧,径向尺寸较大,过渡盘，平面定3点，止口定2点,精度要求高,设找正外圆或找正孔,车,床夹具的设计特点,定位装置,工件加工面轴线必须和车床主轴轴线重合,夹紧装置,夹紧力足够，自锁性能好，防止变形,与机床的联接,总体结构的要求,结构紧凑、悬伸短,平衡、配重,配重块、减重孔,安全,圆形不突出，防切屑缠绕和冷却液飞溅,防护罩,铣床,夹具,组成：,定位元件,夹紧机构,对刀装置（对刀块与塞尺）,定位键,夹具体等,图,1.1,31,连杆铣结合面专用夹具,1.,夹具体,2.,定位销,3.,支承钉,4.,开口压板,5.,螺母,6.,对刀块,7.,防转销,8.,定位键,铣床,夹具的设计特点,铣削特点：,切削用量大、切削力大,多刃断续切削，振动,空行程，辅助时间长,铣夹具要求：,定位稳定，支承面大,夹紧可靠，力足够，自锁好,作用在刚度大的部位，着力点、施力方向恰当,多件加工，快速夹紧、联动夹紧、高效夹紧,铣床,夹具的设计特点,定位键,确定夹具相对于机床的位置,布置两个，相距远,底面,3,定位键,2,结构：,圆形,矩形,易加工，易磨损，使用不多,有槽无槽,上下配合不同，定向精度高,定向精度不高,若精度要求高,设找正基准,铣床,夹具的设计特点,对刀装置,确定刀具相对于工件的位置,组成：,对刀块,塞尺,圆形对刀块,方形对刀块,直角对刀块,特殊对刀块,平塞尺,圆塞尺,15,mm，,公差,h8,3,5,mm，,公差,h8,铣床,夹具的设计特点,总体结构的要求,足够的强度和刚度，壁厚恰当，适当的筋板,重心低，高宽比11.25,足够的排屑空间、排屑孔,大型夹具，设吊环或起重孔,镗床夹具,组成：,镗模底座、镗模支架、镗套、镗杆,定位装置、夹紧装置等,导向形式：,双支承镗模,单支承镗模,无支承镗模,图,1.1,34,车床尾架孔的镗模简图,1.支架,2.,镗套,3.4.,定位板,5.8.,压板,6.夹紧螺钉,7.可调支承钉,9.镗刀杆,10.浮动接头,镗套,固定式,回转式,尺寸小，简单，精度高，易磨损,适用于低速镗孔,滑动式,滚动式,减少磨损,适用于高速镗孔,镗夹具上其他结构,找正面,精度要求高百分表找正,镗杆的引进结构,镗模支架,足够的刚性稳定性，加强筋，不受力,镗模底座,田字格加强筋,浮动接头,与主轴浮动联接,谢 谢,图 1.,70,套筒零件简图,图 1.,71,套筒钻夹具,夹具体,快换,钻套,钻套,钻模板,开口,垫圈,螺母,定位销,直接找正定位,a),磨内孔时工件的找正,b),刨槽时工件的找正,划线找正定位,直接找正安装,毛坯孔,加工线,找正线,划线找正安装,桌子的定位,过定位分析,图1.,79,插齿时齿坯的定位,1.心轴,2.支承凸台,3.工件,4.压板,滚齿时齿坯的定位,图1.,80,齿坯过定位的影响,改变定位结构避免过定位,瓦盖的过定位及消除,衬套在心轴上过定位及消除,电冰箱的定位,套筒零件钻孔时的定位,球体上通铣平面,图1.,82,支承钉和支承板,图1.,83,衬套的应用,图1.,84,可调支承,图1.,85,自位支承,图1.,86,辅助支承的应用,图1.,87,辅助支承,图1.,88,定位销,非标定位销的应用,图1.,89,圆柱心轴,1.导向部分,2.工作部分,3.传动部分,图1.,90,圆锥销定位,图1.,91,圆锥销组合定位,图1.,92,小锥度心轴,图1.,94 V,形块的结构类型,图1.,93 V,形块的结构尺寸,图1.,95,活动,V,形块的应用,图1.,96,定位套,图1.,97,半圆套定位装置,图1.,98,工件在圆锥套中定位,图1.,99 “,一面两孔”定位时的干涉情况,图1.,106,夹紧力方向垂直主要定位基面,图1.,102,夹紧力作用点应在定位元件上方,图1.,105,夹紧力作用点靠近加工表面,图1.,102,夹紧力作用点应在工件刚性最好的地方,图1.,104,减小工件夹紧变形的措施,图1.,107,夹紧力方向对夹紧力大小的影响,a),夹紧力与切削力、重力同向,b),夹紧力与切削力、重力反向,图1.,109,斜楔夹紧 受力分析,a）,图1.,109,斜楔夹紧受力分析,b）,双升角斜楔滑块夹紧机构,1夹具体 2斜楔 3工件,虎钳式定心夹紧机构,1.叉形块 2.夹具体 3.左右旋螺杆 4.,V,形块,机械传动式定心夹紧机构,1.手柄,2.偏心轮,3.4.5.卡爪,6.锥体,图1.1,16,轴向固定式弹簧夹头,1.夹具体 2.弹性筒夹 3.螺母 4.锥套,图1.1,17,液性介质定心夹紧机构,单件双向多点联动夹紧机构,多件单向联动夹紧机构,多件单向联动夹紧机构,单件单向联动夹紧机构,单件双向联动夹紧机构,多件单向联动夹紧机构,图,1.1,21,钻套,1,钻套,2,衬套,3,钻模板,4,螺钉,图,1.1,22,特殊钻套,a),小孔距钻套,b),加长钻套,c),斜面钻套,钻套高度和排屑空间,图 1.,71,套筒钻夹具,1.快换钻套,2.导向套,3.钻模板,4.开口垫圈,5.螺母,6.定位销,7.夹具体,图,1.1,23,铰链式钻模板,1.铰链销,2.夹具体,3.铰链座,4.,支承钉,5.,钻模板,6.,菱形螺母,图,1.1,24,分离式钻模板,1.,钻模板,2.,钻套,3.,压板,4.,工件,图1.1,19,回转式钻模,图,1.1,25,轴向分度盘与对定销,圆孔,圆销,圆孔菱销,锥孔锥销,圆孔斜面圆销,钢球小锥穴,图,1.1,26,径向分度盘与对定销,矩形槽盘,单斜面槽盘,双斜面槽盘,齿形槽盘,图1.1,27,几种常用的分度定位机构,图,1.1,29,不恰当的施力方式,图,1.1,30,车床夹具与机床主轴的联接,1.,主轴,2.,过渡盘,3.,专用夹具,4.,压块,图,1.1,32,定位键,图,1.1,33,对刀装置,标准对刀块结构,对刀标准塞尺,图,1.1,35,固定式镗套,图,1.1,36,回转式镗套,a),内滚式镗套,b),外滚式镗套,1.6.,导向支架,2.5.,镗套,3.,导向滑套,4.,镗杆,用于固定镗套的镗杆导向部分结构,用于回转镗套的镗杆导向部分结构,镗模支架,不允许镗模支架承受夹紧反力,1.夹紧螺钉 2.镗模支架 3.工件 4.镗模底座,镗模底座,图,1.1,37,浮动接头,