汽车制造工艺学之工件的装夹和机床夹具

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 工件的装夹和机床夹具,定位：确定工件在机床上或夹具中占有,正确位置的过程,夹紧：将工件固定，使其在加工中保持,定位位置不变,装夹：将工件在机床上或夹具中定位、,夹紧的过程,基准：就是用来确定生产对象上几何要,素间的几何关系所依赖的那些点、,线、面。,基准的分类：设计基准；工艺基准（工,序基准、定位基准、测量基准、,装配基准）,第一节 基准的概念,一 设计基准 见,幻灯片 13,设计图样上所采用的基准,注意：每个方向上只能有一个主设,计基准,设计基准可以实际存在，也,可以是假想的,二 工艺基准,1 工序基准 见,幻灯片 14,用来确定本工序被加工表面后的尺寸、位,置公差的基准,注意：,工序基准可以实际存在、也可以假设,工序尺寸具有方向性,工序基准应尽量与设计基准相重合,2 定位基准 见,幻灯片 14,加工中确定工件在机床上或机床夹具上占,有正确位置的基准,有粗基准、精基准之分,注意：,可实际存在、也可以假设,定位基准与设计基准、工序基准相重合,定位基面,3 测量基准 见,幻灯片 14,测量时所采用的基准,测量基面,4 装配基准,确定零件在产品中相对位置所采用的基准,装配基面,5 基准重合 见,幻灯片 15,第二节 工件的装夹方法,装夹应该满足的基本要求：,装夹前，正确定位 见,幻灯片 16,装夹后，合理夹紧,有找正装夹法和专用机床装夹法两种,一 找正装夹法,1 直接找正装夹法 见,幻灯片 17,以工件的实际表面作为定位的依据，用找正工具找正工件的正确位置以实现定位，然后将工件夹紧的方法,注意：,生产率低，适用于单件小批量生产,精度取决于找正工具和工人的技术水平,2 划线找正装夹法 见,幻灯片 18,以划线工人在工件上划出的待加工表面所在位置的线痕作为定位依据，定位时用划针找正其位置，然后将工件夹紧的装夹方法,注意：,生产率低，适用于单件小批量生产,精度取决于找正工具和工人的技术水平,二 专用机床夹具装夹法,1 专用机床夹具 见,幻灯片 19,为某种零件在某一道工序上的装夹而专门设计和制造的机床夹具,2 专用机床夹具的作用,保证加工精度 提高生产率,减轻劳动强度 扩大机床的工艺范围,3 注意,定位准确，装夹迅速；但制造周期长，费用高。适用于产品类型稳定的大量生产,第三节专用机床夹具的组成与分类,一 专用机床夹具的组成 见,幻灯片 19,1 定位元件,2 和夹紧装置,3 对刀、导向元件,4 夹具连接元件,5 其他装置或元件,6 夹具体,夹具与机床等的关系 见,幻灯片 20,二 专用机床夹具的分类,1 专用机床夹具,对某一工序,2 组合夹具 见,幻灯片 21,标准零件和部件拼装而成,3 成组夹具 见,幻灯片 22,成组加工时所需要的夹具,4 随行夹具,生产线上可随工件同行的夹具,三 通用夹具 见,幻灯片 23,三爪卡盘,四爪卡盘,万向平口钳,回转工作台,分度头,第四节 工件在机床夹具中的定位,一 工件定位的六点规则,1 六自由度：三转动 三移动 见,六自由度,2 六点定位规则：在,适当,的位置上布置六个支承点，相应的限定工件的六个自由度，从而确定工件唯一确定位置的规则，见,六点定位原则,二 工件正确定位应限定的自由度,例一,加工内容 ：球面上 铣平面B，保证尺寸H,应该限制的自由度为：,例二,加工内容：在圆柱体上铣平面，保证尺寸H,应限定的自由度为：,例三,加工内容：在圆柱体上扩孔，保证扩孔尺寸以及内孔对外圆的同轴度公差,扩孔尺寸,不需要限制自由度,同轴度公差,共限定,例四,加工内容：长方形尺寸上铣通槽，保证尺寸A,B,C,A-,B-不需限定,C-,共限定,例五,加工内容：圆柱体上铣槽，保证尺寸b,H,t,b-不需限定,H-,t-,共限制,例六,加工内容：钻孔直径8.9，螺纹孔位置31.7，,直径8.9与直径19的对称度，直径8.9对A-B面的垂直度,直径8.9-不需要限制,直径31.7-,垂直度-,对称度-,共-,总结：,1 第一类自由度,2 第二类自由度,3 几何要素的限定,点-三移动,线-两移动与两转动,面-一移动与两转动,三 机床夹具定位元件及其所限定的自由度,定位元件需要满足的要求：,1 一定的精度,2 良好的耐磨性,3 足够的刚性,4 良好的工艺性,（一） 以平面为定位基准时常用的定位元件,1 支承钉 见,支承钉,限定的自由度-一个（移动或转动）,A型-精基准,B型-粗基准,C型-摩擦力要求大的表面,2 支承板 见,支承板,和,图2-19,限定的自由度-2个自由度（一移动、一转动）,A型-较难清理-侧面、顶面定位,B型-易于清理-底面定位,注意：两个支承板限定的自由度数目,3 可调支撑,用于粗基准，接触面可认为是一个点，限定一个自由度（移动或转动） ，且一般可以调整,4 自位支撑,多点支承限定一个自由度,5 辅助支承,不定位,典型的辅助支承结构形式，见,辅助支承典型结构,（二 ）以内孔为定位基准时常用的定位元件,1 定位销 见,定位销,长定位销四自由度（移动、转动）,短定位销二自由度（移动）,平头锥销三自由度（移动）,2 心轴 见,心轴,锥形心轴自由度,过盈配合圆柱心轴自由度,间隙配合心轴自由度,（二 ）以外圆为定位基准时常用的定位元件,1,固定式V块 见,V块,长块四自由度（移动、转动）,短块二自由度（移动）,2 活动式V块,只限定一个自由度,（移动或者转动）,3 定位套孔,长定位套孔四自由度（移动、,转动）,短定位套孔二自由度（移动）,锥型定位套孔三自由度（移动）,（四）以组合表面定位的定位元件,例七 定位方案：前固定顶尖，后移动顶尖,分析,前移动顶尖-,后移动顶尖-,共限定-,例八 单缸曲轴定位,分析：两个短V块-,浮动V块-,支承钉-,总限定-,例九 杠杆零件定位,分析,两个支承环,-,固定短V块,-,移动短V块,-,总限定,-,例十 变速器拨叉加工图，见,幻灯片 19,分析,长心轴-,短定位销-,支承钉-,总限定,-,例11 变速器箱体加工，保证尺寸A和B，见,图2-33,分析,1，分析所需限定的第一类自由度,保证尺寸B- 总需限定,保证尺寸A- -,2 分析组合元件所限定的自由度,分析（2-33b）,支承板-,短圆柱销-,支承环-,总限定,-,由此知需要限定的Z的转动自由度没有被限定，因此b图所选方案不合理，这种没有全部限定第一类自由度的现象叫欠定位。,3 分析2-33c图所选方案,分析,支承板-,两支承钉-,短定位销-,总限定,-,同一自由度被不同元件重复限制的现象叫过定位，或者超定位、重复定位 见,过定位对比,4 菱形销定位,分析（2-33d）,短定位销本限定,两个自由度，但,现在将其削边，,使其丧失限制z轴,移动的能力，则,过定位消失,5 一面两孔定位,分析：两个短圆柱销必有一个要削边，其削边的方向与两短圆柱销的连线方向相垂直,第五节 定位误差的分析与计算,一 定位误差的定义以及产生原因,定位误差：是指由于定位的不准确原因使工件工序基准偏离理想位置，引起工序尺寸变化的加工误差,1 基准不重合误差,定位基准与工序基准不重,合所引起 见,图2-35,2 基准位移误差 由于工件的定位基面和定位元件制造不准确，使定位基准在工序尺寸方向上产生位置变化而引起的加工误差,总的定位误差为：,提高定位精度的方法：,基准重合；提高制造精,度，减小间隙,二 定位误差的分析与计算,1 工件以平面定位时的定位误差,分析,b-铣刀宽度保证,H-基准不重合以及,基准位移误差为零,B-基准重合,基准位移误差为：,2 工件以内孔定位时的定位误差,（1）心轴或者定位销水平放置,分析：基准不重合误差为0,基准位移误差为,（2） 心轴（定位销）垂直放置,分析：垂直放置时，心轴与,工件之间的运动是任,意方向的,误差为,3 工件以外圆定位时的定位误差,（1） 以外圆轴线O为定位基准,分析：,不存在基准不重合,误差,由几何关系知,基准位移误差为,（2） 以外圆下母线为工序基准,分析：,基准不重合误差和,基准位移误差都,存在,定位误差为：,（3） 以外圆上母线A为工序基准,分析：,基准不重合误差和,基准位移误差都,存在,定位误差为：,4 工件以组合表面定位时的定位误差,（一面两孔定位）,分析,两孔的工序基准分别,是工序孔1的中心和,两工序孔的中心连线，,这与定位基准相重合，,即基准不重合误差为,零。即只有基准位移,误差存在,（1） 纵向定位误差,分析,定位销垂直放置,工序尺寸A和E的,定位误差由工序孔,1和定位销1之间的,最大间隙来决定,定位误差为：,（2）转动的基准位移误差,B的误差,F的定位误差,一面两孔定位减少定位误差的措施,1 提高定位销、孔的尺寸精度，减小配合间隙值,2 增大定位孔的中心距,组合定位误差的分析计算规律,1 画出工序基准偏离理想位置的两个极限尺寸,2 计算工序基准沿工序尺寸方向上的最大位移值,三 加工误差不等式,注意：一般的设计中，将工件的加工误差大致分成三等份，定位误差占一份，对刀和安装误差占一份，其他误差占一份。,所以，当定位误差小于加工误差的三分之一时即可认为方案可行,第六节 工件的夹紧及夹紧装置,一 夹紧装置的组成和夹紧的基本要求,1 夹紧装置的组成,（1）力源装置,（2）夹紧元件,（3）中间传动,机构,2 夹紧的基本要求,（1）不能破坏工件在定位时所处的位置,（2）保证位置稳定不变,（3）结构简单、操作安全省力、方便,（4）具有良好的自锁性,二 夹紧力的确定,1 夹紧力作用点的选择,1）作用点应在支承面内，见,图2-43,2）作用点应位于刚度较强的部位，见,图2-44,3）作用点应尽量靠近加工面，见,图2-45,2 夹紧力作用方向的选择,1）夹紧力的方向应垂直于主要定位基面，,见,图2-46,2）夹紧力方向应与工件刚度最大的方向相一致，见,图2-47,3）夹紧力方向应尽量与切削力、重力等力的方向相一致，见,图2-48,3 夹紧力大小的估算,1）列出静力平衡公式，求理论夹紧力,2）引入安全系数,粗加工2.53；精加工1.52,三 常用的典型夹紧机构,1 螺旋夹紧机构,1）单螺旋夹紧机构 见,图2-49,结构简单，自锁性能好，夹紧力大，夹紧行程也大,2）螺旋压板夹紧机构，见,图2-50,劳动强度大，操作时间长，从而导致生产率低，一般和气压或者液压驱动一起应用,2 斜楔夹紧机构,特点：,增力倍数大,夹紧行程短,夹紧迅速,适用于：,批量大，夹紧力,要求大的场合,3 定心夹紧机构,在实现定心作用的同时又将工件夹紧的机构叫做定心夹紧机构，见,图2-52,1） 机械式定心夹紧机构，见,图2-53,和,图2-54,特点：结构简单，操作方便，通用性好；但是定心精度比较低,2）弹性变形式定心夹紧机构,利用薄壁弹性元件的受力后产生的均匀变形而使工件定位和夹紧的机构,见,图2-55,和,图2-56,特点：,定心精度高,适合精加工,注意：液性塑料,4 多位多件夹紧机构,多位多件夹紧机构是通过操作一个手柄，可对一个工件的多个位置施加均匀夹紧，或者同时夹紧多个工件的机构。见,图2-57,多件夹紧机构有平行多件夹紧机构（见,图-平行多件,）和顺序多位夹紧机构（见,图2-58,）,特点：效率高，夹紧力大,5 夹具的动力装置,第七节 典型的专用机床夹具,一 专用钻床夹具,（一）钻床夹具的类型,1 固定式钻床夹具,钻模板与夹具体固定连接，见,图2-61,2 回转式钻床夹具,与回转式工作台结合在一起的钻床夹具，见,图2-62,和,图2-63,（二） 钻套,用来引导钻头、铰刀等孔加工刀具的导向元件。,1 钻套的基本类型,（1）固定式钻套 见,图2-64,特点：易磨损，适用于中小批量,（2）可换和快换式钻套 见,图2-64,特点：可换钻套，适用于大批量,（3）特殊转套 见,图2-65,特点：用于特殊情况,2 钻模板,固定式 见,图2-61,特点：钻套位置精度高,铰链式 见,图-铰链,特点：效率高，但精度差,悬挂式 见,图2-66,特点：效率高，适于大批量的加工多孔件,3 钻套的高度和排屑间隙,钻套高度：,H/d=12.5,难加工时取大值,排屑间隙：,钢材：,C=（0.50.7）d,铸铁：,C=（0.50.7）d,大孔小值；小孔大值,二 专用铣床夹具,（一）专用铣床夹具的类型,1 单件加工的铣床夹具,见,图2-68,2 多件加工的铣床夹具,见,图2-69,（二） 对刀元件,专用铣床夹具上确定铣刀相对于夹具定位元件间正确位置的元件，叫做对刀元件。,对刀元件由对刀块和塞尺组成,优点：防止过快磨损,见,图2-70,（三）定位键,定位键是保证铣床夹具对铣床工作台间相对位置的连接元件,优点：易于保证正确的相对位置,见,图2-71,第八节 专用机床夹具设计的基本要求和步骤,一 对专业机床夹具设计的要求,1 保证工件加工的各项技术要求,2 夹具的结构与其用途和生产类型相适应,3 尽量选用标准化夹具零部件,4 夹具结构应具有足够的刚度、强度和良好的稳定性,5 保证使用方便和安全,6 具有良好的工艺性,二 专用机床夹具的设计步骤,1 收集和研究有关资料,2 确定夹具的结构方案,1)确定工件的定位方案,2)确定刀具的对刀、导向方式,3)确定工件的夹紧方案,4)确定夹具其他组成部分的结构形式,5)确定夹具的形式和夹具的整体结构,3 绘制夹具的装配草图和装配图样,比例：1：1,顺序：工件、定位基面、夹紧面、加工表面定位元件、导向元件夹紧装置其他元件或者机构夹具体尺寸、配合、技术要求零件编号、明细表、标题栏,4 绘制夹具零件样图,5 编写专用机床夹具设计说明书,三 专用机床夹具的制造精度,1 各定位元件本身的制造精度,2 定位元件之间的尺寸和位置精度,3 定位元件与对刀、导向元件之间的尺寸和位置精度,4 定位元件相对于夹具安装基面间的位置精度,5 夹具对刀元件、导向元件相对于夹具安装基面间的位置精度,6 铣床夹具定位元件、对刀元件相对于夹具定位键侧面间的位置精度,四 专用机床夹具设计实例,1 专用机床夹具设计任务,加工要求：,钻螺纹孔，保证垂,直度和对称度；,F平面尺寸；,攻螺纹孔M10,2 确定钻床夹具的结构方案,（1）确定定位元件,两定位销及一支承钉,定位误差分析,螺纹孔尺寸由定尺寸刀具决定，无定位误差,因基准重合，若不考虑F面的位置误差则定位误差为零；,垂直度误差：,对称度误差：,=,（2）确定,导向元件,铰链式钻模板,可换式钻套,（3）确定夹紧机构,星形手轮,双头螺栓,钩形压板,3 绘制夹具装配图样,见,装配样图,4 标注尺寸、配合和位置公差等技术要求,