第2章 工件的装夹与夹具设计

第,2,章 工件的装夹,与夹具设计,2.1,概 述,2.1.1,夹具的基本概念,夹具的含义,夹具,是指在机床上用以装夹工件的一种装置。,夹具的功用,(1),保证加工质量，使工件相对于机床或刀具保持正确位置。,(2),提高生产率，降低成本。,(3),扩大了机床的工艺范围。,(4),减轻了工人劳动强度，保证生产安全。,2.1.1,夹具的基本概念,夹具的组成,图,2-42,铣轴端槽夹具,1,V,型块,2,支撑套,3,手柄,4,定向键,5,夹具体,6,对刀块,1,2,3,6,4,1,1,）定位元件及装置；,6,）其他元件及装置（防护、防错、分度,）。,5,）夹具体；,4,）连接元件；,3,）对刀及导向元件；,2,）夹紧元件及装置；,夹具的分类,1,）通用夹具：,三爪、四爪卡盘，平口钳等。,2,）专用夹具：,为某一工件特定工序专门设计的夹具。,3,）通用可调整夹具及成组夹具：,夹具的部分元件可以更换，部分装置可以调整，以适应不同零件的加工。,4,）组合夹具：,由一套预先制造好的标准元件组合而成。根据工件的工艺要求，组装成各种专用夹具。使用后，元件可拆开、洗净后存放，待需要时重新组装。适用于新产品试制和单件小批生产。,5,）随行夹具：,在自动线或柔性制造系统中使用的夹具。,按夹具使用范围划分,2.1.1,夹具的基本概念,2.1.1,夹具的基本概念,三爪卡盘,四爪卡盘,万向平口钳,回转工作台,分度头,图,2-2,通用夹具,图,2-3,组合夹具实例,2.1.1,机床夹具,可分为钻床夹具、铣床夹具、车床夹具、磨床夹具等。,按使用机床划分,可分为手动夹具、气动夹具、液压夹具、真空夹具、电动夹具等。,按夹紧力源划分,2.1.1,夹具的基本概念,夹具的分类,气动虎钳 液压夹具,图,2-4,夹具,获得加工表面之间位置精度有两种情况，一种是零件比较简单，可以在一次安装中，将有相互位置要求的几个表面同时加工出来。因此，其,位置精度主要取决于机床部件之间的位置精度和运动精度,，一般可获得较高的位置精度。另一种是零件比较复杂，有相互位置要求的表面不能在一次安装中连续加工。这时，由于需要多次安装，因此，其,加工表面的位置精度还与安装精度有关,。,常用的保证位置精度的安装方法有：,直接找正安装法、划线找正安装法和机床夹具安装法。,2.1.2,工件装夹,2.1.2,工件装夹,直接找正装夹,装夹的含义,装夹又称安装，包括定位和夹紧两项内容。,定位,使工件在机床或夹具上占有正确位置。,夹紧,对工件施加一定的外力，使其已确定的位置在加工过程中保持不变。,工件装夹方法,是指用测量工具在机床或通用夹具上直接找正工件，使其加工表面相对于刀具获得正确位置的安装方法。,2.1.2,工件装夹,图,2-5,直接找正安装,精度高，效率低，对工人技术水平高,。,如,:,在普通车床上加工阶梯轴，若待加工的圆柱面要求与已加工的圆柱面同轴，就可在卡盘中用划针找正己加工圆柱面与机床主轴回转轴线同轴后进行加工。找正误差与工人的技术水平和细心程度有关。,直接找正法示例,a,）,磨内孔时工件的找正,b,）,刨槽时工件的找正,对形状复杂，加工面多的零件，直接找正较为困难，如对孔系的加工，常用划针在毛坯上按零件图要求先划线，画出中心线、对称线或各加工表面的加工位置，然后，按其划线找正工件在机床上的正确位置。这种方法称为划线找正安装法。,划线找正装夹,毛坯孔,加工线,找正线,图,2-6,划线找正安装,精度不高，效率低，多用于形状复杂的铸件。,特点,:,划线找正的误差较大，因为线宽约有,0.2-0.5mm,，且划线时也会有误差。划线时虽能兼顾各表面的加工余量、壁厚和装配要求等因素，但由此也增加了划线时间，又需技术水平高的划线工。这种安装法也仅在单件小批量生产中使用,划线找正装夹,是先将机床夹具以正确位置安装于机床上，工件按定位原理在夹具上定位并夹紧。,夹具装夹,2.1.2,工件装夹,图,2-7,工件在夹具上装夹（滚齿夹具）,夹具装夹,精度和效率均高，广泛采用。,特点,:,1),当工件以精基准在夹具上定位时，工件的重复定位误差可以小至,0.01,-,0.02mm,。重复定位误差稳定且小，易于保证加工精度；,2,）用夹具安装的，装卸方便，大大地减轻工人劳动强度。节省辅助时间，能大大地提高生产率，操作技术要求低，但夹具设计、制造周期长，费用高，只有在大批、大量生产中才得以广泛使用。,夹具装夹,第,2,章 工件的装夹,与夹具设计,2.2,工件的定位,2.2.1,定位原理,图,2-8,六点定位原理,X,Z,Y,六点定位原理,要确定其空间位置，就需要限制其,6,个自由度。,将,6,个支承抽象为,6,个“点”，,6,个点限制了工件的,6,个自由度，这就是六点定位原理。,任何一个物体在空间直角坐标系中都有,6,个自由度,用,表示,。,Z,移动，,X,、,Y,轴旋转自由度,X,移动，,Z,轴转动自由度,Y,移动自由度,工件的,6,个自由度均被限制，称为完全定位,。工件,6,个自由度中有,1,个或几个自由度未被限制，称为不完全定位。,完全定位与不完全定位,不完全定位主要有两种情况：,工件本身相对于某个点、线是完全对称的，则工件绕此点、线旋转的自由度不需限制。例如球体绕过球心轴线的转动，圆柱体绕自身轴线的转动等。,工件加工要求不需要限制某一个或某几个自由度。如加工平板上表面，要求保证平板厚度及与下平面的平行度，则只需限制,3,个自由度就够了。,2.2.1,定位原理,2.2.1,定位原理,完全定位与不完全定位,图,2-9,工件应限制的自由度,Z,Y,X,a,）,限制,3,个自由度,Z,Y,X,b,）,限制,5,个自由度,Z,Y,X,c,）,限制,6,个自由度,Z,Y,X,d,）,限制,2,个自由度,限制,4,个,自由度,限制,2,个自由度,e,）,Z,Y,X,限制,4,个自由度,f,）,Z,Y,X,限制,5,个自由度,欠定位,工件加工时必须限制的自由度未被完全限制，称为欠定位。欠定位不能保证工件的正确安装，是不允许的。,图,2-10,欠定位示例,X,Z,Y,a,）,B,2.2.1,定位原理,B,欠定位,b,）,B,正确定位,过定位,过定位,工件某一个自由度（或某几个自由度）被重复约束，称为过定位。,过定位是否允许，要视具体情况而定：,1,）如果工件的定位面经过机械加工，且形状、尺寸、位置精度均较高，则过定位是允许的。有时还是必要的，合理的过定位不仅不会影响加工精度，还会起到加强工艺系统刚度和增加定位稳定性的作用。,2,）反之，如果工件的定位面是毛坯面，或虽经过机械加工，但加工精度不高，这时过定位一般是不允许的，因为它可能造成定位不准确，或定位不稳定，或发生定位干涉等情况。,2.2.1,定位原理,过定位分析,图,2-12,过定位示例,a,）,Z,Y,X,Y,c,）非过定位,Z,Y,X,Y,2.2.1,定位原理,b,）,Z,Y,Y,X,过定位分析,图,2-13,过定位示例,X,Y,a),过定位,Z,Y,b),合理定位,Z,Y,X,Y,2.2.1,定位原理,刀柄,主轴,拉杆,涨套,过定位应用,图,2-14 HSK,刀柄与传统刀柄结构,HSK,刀柄,传统刀柄,1:10,7:24,间隙,主轴,拉杆,刀柄,2.2.2,定位原理,定位端面,配合锥面,过定位讨论,如图示，齿轮坯以内孔和一小端面定位，车削外圆和大端面。加工后检测发现大端面与内孔垂直度超差。试分析原因，提出改进意见。,4,A,0.02 A,间隙配合刚性心轴,图,2-15,过定位示例,2.2.2,定位原理,图,2-15a,过定位引起夹紧变形,2.2.2,定位原理,橡胶垫,图,2-15b,过定位处理分析,2.2.2,定位原理,讨论,分析图示定位方案：, 各方案限制的自由度；, 有无欠定位或过定位；, 对不合理的定位方案提出改进意见。,b）,X,Z,Y,X,c）,X,Z,Y,X,a）,Y,X,Z,图,2-16,过定位分析,2.2.2,定位原理,a,）过定位,Y,X,Z,a2,）合理定位,Y,X,Z,a1,）合理定位,Y,X,Z,图,2-16a,过定位示例分析,2.2.2,定位原理,b,）过定位,X,Z,Y,X,b1,）,X,Z,Y,X,X,Z,b2,）合理定位,Y,X,X,Z,b3,）,Y,X,图,2-16b,过定位示例分析,2.2.2,定位原理,有过定位，提高,V,形块的制造与导向精度，可解决此问题,有过定位，提高相关精度，可解决此问题,c2,）,Y,X,X,Z,图,2-16c,过定位示例分析,2.2.2,定位原理,c,）,X,Z,Y,X,有过定位，提高,V,形块的制造与导向精度，可解决此问题,合理定位,图,2-17,工件以平面定位,平面定位的主要形式是支承定位。常用的定位元件有支承钉、支承板、夹具支承件和夹具体的凸台及平面等。,Z,X,Y,2.2.3,定位方法与定位元件,工件以平面定位,Z,X,Y,Z,X,Y,Z,X,Y,Z,X,Y,Z,X,Y,2.2.3,定位方法与定位元件,图,2-18,支承钉与支承板,a),支承钉,b),支承板,固定支承,2.2.3,定位方法与定位元件,可调支承,图,2-19,可调支承,2.2.3,定位方法与定位元件,图,2-20,自位支承,自位支承,图,2-21,工件以圆孔定位,工件以圆孔定位多属于定心定位，常用的定位元件有定位销和心轴。定位销有圆柱销、圆锥销、菱形销等形式；心轴有刚性心轴、弹性心轴之分。,X,Y,Z,X,Y,Z,X,Y,Z,X,Y,Z,X,Y,Z,X,Y,Z,2.2.3,定位方法与定位元件,工件以圆孔定位,2.2.3,定位方法与定位元件,定位销,图,2-22,常用的定位销,2.2.3,定位方法与定位元件,刚性心轴,图,2-23,刚性心轴,2.2.3,定位方法与定位元件,工件以外圆定位,常用于外圆表面的定位元件有：定位套,、,V,型块等。,图,2-24,定位套,2.2.3,定位方法与定位元件,图,2-25 V,形块,除平面、圆孔、外圆柱面外，工件有时还可能以其它表面（如圆锥面、渐开线齿面、曲面等）定位。,图,2-26,工件以锥孔定位,2.2.3,定位方法与定位元件,工件以其他表面定位,限制,5,个自由度,在多个表面同时参与定位情况下，各定位表面所起作用有主次之分。定位点数最多的表面为主要定位面、位点数次多的表面为次定位基准面。,2.2.3,定位方法与定位元件,定位表面的组合,X,Z,Y,图,2-27,工件在两顶尖上定位,在分析多个表面定位情况下各表面限制的自由度时，分清主次定位面很重要。,主要定位基准，限制,X,、,Y,、,Z,自由度,次基准，与主基准一起限制,X,、,Y,自由度,基准概念,2.2.4,基准,零件是由若干表面组成，各表面之间都有一定的尺寸和相互位置要求。用以确定零件上点、线、面间的相互位置关系所依据的点、线、面称为基准,按作用不同分为设计基准和工艺基准,设计基准,设计图样上所采用的基准,工艺基准,在工艺中采用的基准。工艺基准按用途不同，又分为工序基准、定位基准、测量基准和装配基准、对刀基准,加工时使工件在机床或夹具中占据正确位置所用的基准,工艺基准,零件检验时，用以测量已加工表面尺寸及位置的基准,装配时用以确定零件在部件或产品中位置的基准,定位基准,测量基准,装配基准,工序基准,工序图上用来确定本工序所加工表面加工后的尺寸、形状、位置,调整刀具与机床的相对位置的基准,对刀基准,未经机械加工,定位基准,经过机械加工,工艺需要专门设计,粗基准,精基准,附加基准,2.2.5,定位误差,定位误差的概念,如图,2-28,在轴上铣键槽，采用,V,型块定位，键槽铣刀按规定尺寸,H,调整好位置，分析其定位误差。,图,2-28,定位误差,H,O,A,O,2,O,1,DW,定位误差是由于工件在夹具上（或机床上）定位不准确而引起的加工误差。,实际加工时，由于工件直径存在公差，会使轴心位置发生变化，进而使工序尺寸,H,也发生变化。,定位误差,1,）由于工件定位表面或夹具定位元件制作不准确引起的定位误差，称为,基准位置误差。,2,）由于工件的工序基准与定位基准不重合而引起的定位误差，称为,基准不重合误差,。,图,2-29,所示工件以底面定位铣台阶面，要求保证尺寸,a,。,2.2.5,定位误差,定位误差的来源,b,a,图,2-29,由于基准不重合引起的定位误差,定位基准,工序基准,DW,基准不重合误差,2.2.5,定位误差,定位误差计算,工件的定位误差实质上就是,工序基准在加工尺寸方向上的最大变动量。,用几何方法计算定位误差通常要画出工件的定位简图，并在图中夸张地画出工件变动的极限位置；然后运用几何知识，求出工序基准在加工尺寸方向上的最大变动量，,即可求出定位误差。,1),用几何方法计算定位误差,当工件孔径为最大，定位销的直径为最小时，孔处在左右两个极限位置。,【,解,】,2.2.5,定位误差,【,例,2-1】,图,2-30,所示为孔与销间隙配合的情况，销垂直放置，若工件的工序基准为孔心，试确定其定位误差。,式中,DW,定位误差；,D,max,工件定位孔最大直径,;,d,min,夹具定位销最小直径。,图,2-30,孔与销间隙配合时的定位误差,D,max,d,min,O,定位误差均为：,O,2,DW,O,1,2.2.5,定位误差,当工件孔与夹具定位销保持固定边接触时,(,或销子水平放置），定位误差为孔径公差的一半。,此时，定位误差是由于定位基准与工序基准不重合所造成的，属于基准不重合误差，与定位销直径无关。,图,2-31,孔与销间隙配合固定边接触时定位误差,O,O,1,D,min,D,max,DW,O,2,定位误差为：,2.2.5,定位误差,2.,用微分方法计算定位误差,【,例,2-2】,工件在,V,型块上定位铣键槽，计算定位误差。要求保证的工序尺寸和工序要求：槽底至工件外圆中心的距离,H,；,键槽对工件外圆中心的对称度。,图,2-32,外圆表面在,V,型块上的定位误差,H,B,O,A,OA,=,Sin(,/,2),OB,=,Sin(,/,2),d,对上式求全微分，得到：,d(,OA,) =,Sin(,/,2),1,d(,d,),4Sin,2,(,/,2),dcos(,/2),d(,),对于第,1,项要求，写出,O,点至加工尺寸方向上某一固定点 如,V,型块两斜面交点,A,的距离：,以微小增量代替微分，并将尺寸误差视为微小增量，且考虑到尺寸误差可正可负，各项误差均取绝对值，得到工序尺寸,H,的定位误差：,2.2.5,定位误差,（,2-8,）,式中,T,d,工件外圆直径公差；,T,V,型块两斜面夹角角度公差。,若忽略,V,型块两斜面夹角的角度公差，可以得到用,V,型块对外圆表面的定位误差为：,（,2-9,）,若忽略,V,型块两斜面夹角的角度公差，可以得到用,V,型块对外圆表面的定位误差为：,2.2.5,定位误差,工件工序基准为外圆下母线时，由右图得：,图,2-33,外圆表面在,V,型块,上的定位误差,b,）,H,1,B,O,A,C,2.2.5,定位误差,若工件工序基准为外圆上母线时，由右图得：,图,2-33,外圆表面在,V,型,块上的定位误差,c,）,H,2,B,d,O,A,C,若忽略,V,型块两斜面夹角的角度公差，可以得到用,V,型块对外圆表面的定位误差为：,关于键槽对工件外圆中心的对称度要求。,图,2-32,外圆表面在,V,型,块上的定位误差,H,B,O,A,2.2.5,定位误差,若忽略工件的圆度误差和,V,型块角度偏差，可以认为工序基准在水平方向上的位置变动量为零，即定位误差为零。,2.2.5,定位误差,3.,组合定位误差,【,例,2-3 】,一面两销定位误差分析计算。,图,2-34,一面两销的定位误差,2.2.5,定位误差,直线位移误差,图,2-35,两销定位的直线位移误差,O,1,O,2,O,11,O,21,O,12,O,22,极端情况为：工件内孔,1,的直径尺寸最大、定位销,1,直径尺寸最小 ，极端位置为最左、最右两种情况。,O,1,O,1,=,D,max,d,min,式中,O,1,定位误差；,D,1max,工件定位孔最大直径；,d,1min,夹具定位销最小直径。,2.2.5,定位误差,角位移误差,图,2-36,两销定位的角位移误差,O,1,O,2,极端情况为：工件内孔,1,、,2,的直径尺寸最大、 定位销,1,、,2,直径尺寸最小 ，极端偏摆为上、下最大转角两种情况。,O,11,O,21,O,12,O,22,dw,-,dw,O,12,O,22,O,12,O,22,O,2,O,1,L,O,1,O,2,O,12,O,22,dw,O,12,O,22,O,12,O,22,O,2,O,1,L,角位移误差,2.2.5,定位误差,第,2,章 工件的装夹,与夹具设计,2.3,工件的夹紧,2.3.1,夹紧装置的组成及基本要求,组,成,（,1,）,力源装置,.,人力、气动、液动、电动 等。,（,2,）,中间传力机构,（,3,）,夹紧元件,作,用,1,）改变作用力的方向；,2,）改变作用力的大小；,3,）使夹紧实现自锁。,1,）夹紧时不破坏工件定位后的正确位置；,2,）夹紧力大小要适当；并能在一定范围内调节,工件在夹紧后的变形和受压表面的损伤不应超出允许的范围,；,3,）应有足够的夹紧行程；,4,）手动时要有自锁性能：,5,）夹紧动作要迅速、可靠；,6,）结构紧凑，易于制造与维修。,基,本,要,求,牢、准、快,2.3.2.,夹紧力的确定,必须合理确定夹紧力的三要素：,大小、方向和作用点,(1),夹紧力方向的确定,1,）主要夹紧力方向应垂直于主要定位面,2,）夹紧力的作用方向应使所需夹紧力最小,3,）夹紧力的作用方向应使工件变形尽可能小,(,),夹紧力作用点的确定,1,）夹紧力应作用在刚度较好部位,2,）夹紧力作用点应正对支承元件或位于支承元件,形成的,支承面内,3,）夹紧力作用点应尽可能靠近加工表面,(,),夹紧力大小的估算,夹紧力的大小根据切削力、工件重力的,大小、方向和相互位置关系具体计算，并,乘以安全系数,K,，,一般精,加工,K =,1.5,2,，,粗加工,K =,2,.5,3,。,2.3.3.,常用夹紧机构,（,1,）斜楔夹紧机构,利用斜面移动所产生的压力夹紧工件。,以斜楔为研究对象，夹紧时,根据静力平衡原理，有,F,Q,= F,1,+ F,RX,F,1,= F,J,tan,1,F,RX,= F,J,tan(,2,),F,J,= F,Q,/,tan,1,tan(,2,),设,1,=,2,=,，,当,10,，,可用下式近似计算,F,J,= F,Q,/,(,tan,2,),夹紧力,F,Q,去除，斜楔受到,F,1,、,F,RX,作用，要能自锁，必须满,足下式,F,1,F,RX,F,1,= F,J,tan,1,F,RX,= F,J,tan(,2,),tan,1,tan(,2,),即,1,(,2,),或,1,2,一般,1,=,2,= =,5,7,，,故当,10,14,时,自锁，,一般取,=,6,8,斜楔夹紧的特点：,1,）有增力作用，扩力比,i =,F,J,/,F,Q,，,约等于,3,；,2,）夹紧行程小,h/s,=tan,，,故,h,远小于,s,；,3,）,结构简单，但操作不方便。,主要用于机动夹紧，且毛坯质量较高的场合。,（,2,）偏心夹紧机构,常见的偏心轮,压板夹紧机构,1,）圆偏心夹紧原理及其几何特性,偏心夹紧实质是一种斜楔夹紧，但各点升角不等，,m,、,n,处,升角为,0,，,P,处升角最大。,2,）圆偏心夹紧的自锁条件,P,点夹紧时能自锁，则可保证其余各点均可自锁,自锁条件,p,1,2,tanp=2e/D,p,为安全起见取,1,=0,2e/D ,2,2,取,2,=0.1,0.15,D/e14,20,自锁,D/e,叫偏心轮的偏心特性，表示偏心轮的工作,可靠性,3,）圆偏心夹紧的夹紧力,3,）圆偏心夹紧的夹紧力,M,=,P l,=,Q,1,或,Q,1,P l /,因为,p,很小，,Q,1,Q,1,cos,p,=,F,Q,根据斜楔夹紧原理，得,P,点产生的夹紧力为,Q,F,J,P l,/,(tan,1,+tan,（,p,2,）,一般取,l,=(2,2.5),D,，,D,/2,扩力比约为,12,13,4,）圆偏心的夹紧行程,确定夹紧行程,h,PE,需考虑如下因素：,夹紧工件尺寸公差、装卸间隙、夹紧变形及,磨损贮备量等,h,PE,T,+,间,+,贮,偏心距,e,为,e =,h,PE,/ (,cos,P,-,cos,E,),若取,P,点左右各,45,圆弧作为工作段，则,e =,h,PE,/ (,cos,45,-,cos,13,5,),=,h,PE,/ 1.1414,圆偏心轮夹紧力小，行程小，自锁性不太好，用于,切削力小，无振动，工件尺寸公差不大的场合。,（,3,）螺旋夹紧机构,螺旋夹紧特点：,1,）结构简单，自锁性好，夹紧可靠；,2,）扩力比约为,80,远比斜楔夹紧力大；,3,）夹紧行程不受限制；,4,）夹紧动作慢，辅助时间长，效率低,（,4,）其它夹紧机构,1,）螺旋压板夹紧机构,2,）螺旋定心夹紧机构,3,）联动夹紧机构,4,）多件夹紧机构,（,5,）夹紧动力装置,气动、液压、电磁、真空等,气,液压组合夹紧,2.3.4,夹具的连接元件、对刀装置和引导元件,(1).,连接元件,(2).,对刀装置,(3).,引导元件,2.3.5,常见机床夹具,（,1,）钻床夹具,（,2,）铣床夹具,（,3,）车床夹具,（,4,）成组夹具,（,5,）组合夹具,（,6,）随行夹具,.,北汽福田汽车股份有限公司蒙派克工厂,右舵轻客（左右舵车型切换）车身总成装焊线改造的设计、加工制造、安装调试与现场服务。,2.3.6,汽车焊接夹具示例,.,河北长安汽车股份有限公司,SC6393,车身左右侧围装焊夹具改造的设计、加工制造、安装调试与现场服务。,.,北京汽车制造厂有限公司,007,皮卡左右侧围焊接总成焊装线的设计、加工制造、安装调试与现场服务。,.,长安汽车,(,集团,),重庆长安跨越车辆有限公司,CY5,车身焊接夹具的设计、加工制造与安装调试与现场服务,.,郑州日产汽车股份有限公司,D22,车架焊接总成装焊线的设计、加工制造、安装调试与现场服务,.,北汽福田南海汽车厂,皮卡系列三种车架焊接总成装焊线的设计、加工制造、安装调试与现场服务,.,北京汽车制造厂有限责任公司,S12,副车架焊接总成装焊夹具的设计、加工制造、安装调试与现场,.,奇瑞汽车有限公司,P11,（,SUV,）车架焊装线改造项目设计、制造、安装调试。,.,北京汽车制造厂有限责任公司,007,项目车架焊接总成装焊线的设计、制造、安装调试。,第,2,章 工件的装夹,与夹具设计,2.4,夹具设计,2.4.1,夹具设计的步骤,1),收集和研究有关资料,（,1,）生产批量；,（,2,）零件图及工序图；,（,3,）零件工艺规程；,（,4,）夹具典型结构及有关标准。,2),确定夹具的结构方案,(1),确定工件的定位方式和定位元件，,进行定位误差计算；,(2),确定工件的夹紧方式，选择合适的夹紧装置；,(3),选择刀具的对准及引导元件；,(4),确定其它元件或装置的结构形式；,(5),协调各元件、装置的布局，确定夹具体的总体结构。,(6),夹具工作精度的分析计算,2.4.1,夹具设计的步骤,3),绘制夹具总图,4),确定并标注有关尺寸、配合及技术条件,(1),应标注的尺寸及配合, 工件与定位元件的联系尺寸；, 夹具与刀具的联系尺寸；, 夹具与机床的联系尺寸；, 夹具内部的配合尺寸；, 夹具的外廓尺寸。,(2),应标注的技术条件, 定位元件之间或定位元件与夹具体底面间的位置要求；, 定位元件与连接元件间的位置要求；, 对刀元件与连接元件间的位置要求；, 定位元件与导引元件的位置要求。,例,1,（,1,）熟悉工件零件图以及本工序的加工要求,该零件中批生产，材料为,45,钢。,该铣槽工序在,X6130,卧铣上用三面刃铣刀加工。,本工序加工要求为,（,1,）槽宽,12,+0.27,mm,。,（,2,）槽底至工件底面的位置尺寸,62,0.01mm,。,（,3,）槽两侧面对孔轴线的对称度,0.2mm,。,（,4,）槽底面对工件,B,面的垂直度,0.10mm,。,（,1,）熟悉工件零件图以及本工序的加工要求,1,）自由度分析,建立坐标系,（,2,）确定定位方案,为保证槽底面至工件,B,面的垂直度,0.10mm,，应限制工件 、 ，选,B,面作定位基准,。,1,）自由度分析,（,2,）确定定位方案,为保证工序尺寸,62,土,0.10mm,，应限制工件 、 ，选,A,面为定位基准。,1,）自由度分析,（,2,）确定定位方案,为保证槽两侧面对,mm,孔轴线的对称度，应限制工件 ，选孔轴线定位基准,。,1,）自由度分析,（,2,）确定定位方案,为了方便地控制刀具的走刀位置，还应限制工件 。因而工件的六个自由度都被限制。,1,）自由度分析,（,2,）确定定位方案,本道工序工件的定位面是后平面,B,、底平面,A,和,mm,孔。夹具上相应的定位元件选为支承板、支承钉和菱形定位销。,2,）选择定位元件,旋转：,Z,、,X,移动,:Y,旋转：,Y,移动,:Z,旋转：,移动,:X,（,2,）确定定位方案,定位平面,B,所用的支承板参考,JB,T8029.1,1999,中的定位支承板进行设计。,定位平面,A,的定位支承钉以及菱形定位销按实际需要在,JB,T8029.2,1999,中选取。,（,3,）确定定位元件尺寸、极限偏差和定位元件间位置尺寸及其极限偏差,（,3,）确定定位元件尺寸、极限偏差和定位元件间位置尺寸及其极限偏差,确定支承钉定位表面到菱形定位销中心的名义尺寸及其极限偏差,L,d,=L,d,。,其中,l,取工件相应尺寸的平均尺寸，公差取相应尺寸公差的,1,4,，则有,L,d,=23,0.02 mm,。,（其中，查阅手册,b=3,）,（,3,）确定定位元件尺寸、极限偏差和定位元件间位置尺寸及其极限偏差,最后确定菱形定位销圆柱部分的直径及其极限偏差，,则菱形定位销和定位孔配合的最小间隙,Xmin,为,公差按,IT7,选取，则,（,3,）确定定位元件尺寸、极限偏差和定位元件间位置尺寸及其极限偏差,菱形定位销圆柱部分的直径为,槽宽,12,+0.27,mm,的定位误差,该尺寸由铣刀直接保证，不存在定位误差。,（,4,）分析计算定位误差,平面定位时，基准位移误差忽略不计，,Y=0,（,4,）分析计算定位误差,槽底至工件底面位置尺寸,62,土,0.10mm,的定位误差,定位基准与设计基准重合，,B=0,故,D=B+Y=0,槽两侧面对 孔轴线的对称度,0.2mm,的定位误差,工件以,14,孔轴线定位，定位基准和设计基准重合，,B=0,。,（,4,）分析计算定位误差,菱形定位销圆柱部分直径 和定位孔,配合时产生的最大间隙将直接影响对称度要求。,Y,约为对称度允差的,1,2,，应采取措施减小该项误差。,（,4,）分析计算定位误差,0.097mm,仍接近加工允差,0.2mm,的,1,2,。,减少对称度定位误差的措施,提高菱形定位销,圆柱部分的制造精度,，将菱形定位销圆柱部分精度提高到,IT6,级 。,这时孔的尺寸为 ，公差为,0.027mm,在提高菱形定位销圆柱部分精度的基础上，将,14,孔的精度提高到,IT8,级,。,减少对称度定位误差的措施,有约,0.12mm,的加工精度预留量，可以保证对称度加工要求。通过钻、铰加工仍能保证孔的加工要求。,槽底面对工件,B,面的垂直度的定位误差,定位基准与设计基准重合，,B=0,。,平面定位，基准位移误差,Y=0,。,故 ,D=B+Y=0,（,4,）分析计算定位误差,在对称铣削情况下,F,H,=,（,0.20.3,）,F,c,F,V,=,（,1.01.2,）,F,c,(5),确定夹紧方式，设计夹紧机构,1,）计算切削力及所需夹紧力,如下,图,所示，加工时，工件受到切削合力,F,，可分解为水平和垂直方向的切削分力,F,H,、,F,V,，切向铣削力,F,c,。,式中,F,c,铣削力，,N,；,C,Fc,影响系数，大小与实验条件有关；,ae,铣削宽度，,mm,；,f,z,每齿进给量，,mm,齿；,d,0,铣刀直径，,mm,；,a,p,铣削深度，,mm,；,Z,铣刀齿数；,K,Fc,修正系数。,切向铣削力,F,c,为,1,）计算切削力及所需夹紧力,(5),确定夹紧方式，设计夹紧机构,1,）计算切削力及所需夹紧力,已知：,C,Fc,=68.3,，,a,e,=3mm,，,f,z,=0.15mm,齿，,d,0,=100mm,，,a,p,=12mm,，,Z=12,；,故水平分力和垂直分力,F,H,=0.3F,c,=348N ; F,V,=1.1,F,c,=1275N,(5),确定夹紧方式，设计夹紧机构,由于工件主定位面是,B,面，故选择夹紧力的作用方向为水平方向作用于,B,面上。当夹紧力水平作用于工件上时，所需要的计算夹紧力,F,应为：,实际所需夹紧力与计算夹紧力之间的关系为,（,K,为安全系数，取,K=2.5,）,1,）计算切削力及所需夹紧力,(5),确定夹紧方式，设计夹紧机构,方案,A:,为螺旋杠杆压板夹紧机构，夹紧时从夹具体背面拧紧夹紧螺母。,2,）设计夹紧机构并验算机构产生的夹紧力,a,）,方案,B.,铰链压板机构，当铰链压板转开时，装卸工件及清理切屑都很方便，这种结构较好。,2,）设计夹紧机构并验算机构产生的夹紧力,b,）,式中,夹紧机构效率，取,0.9,；,F,Q,螺栓的许用夹紧力，,N,。,2,）设计夹紧机构并验算机构产生的夹紧力,图,b,）所示的夹紧机构所能产生的夹紧力 ，由下图所示的压板受力分析计算得,铰链压板受力分析,选定,L,1,=L,2,，当螺杆螺纹公称直径为,M12,时，查表可得,F,Q,=5620N,。,F,J,=2F,Q,=2,5620,0.9=10116N,因,F,J,F,J,需,（,=8988N,） ，故夹紧方案可行。,2,）设计夹紧机构并验算机构产生的夹紧力,根据工件加工表面形状，对刀元件可选用标准的直角对刀块。它的直角对刀面应和工件被加工槽形相对应（间距等于,3mm,塞尺厚度），并把它安装在夹具体的竖直板上。,3,）设计对刀元件、连接元件,根据所选,X6130,型铣床,T,形槽的宽度，选用宽度,B=14mm,，公差带为,h6,的,A,型,两个定位键,来确定夹具在机床上的位置。,3,）设计对刀元件、连接元件,夹具选用灰铸铁的,铸造夹具体,。基本厚度选为,22mm,，并要在夹具体底部两端设计出,U,形槽耳座,，用于,T,形槽用螺栓紧固夹具。,布置好夹具上各种元件、机构、装置之间的相对位置。,4,）设计夹具体,根据工件在几个视图上的投影关系，分别画出其轮廓线，如,工件三视图,所示。,(6),、,绘制夹具总图及制定技术要求,1).,绘制夹具总图,夹具总图及其绘制步骤如下,:,工件三视图,安排定位元件，如,定位元件布置图,所示。,1 ),绘制夹具总图,定位元件布置图,布置夹紧装置，如,夹紧装置布置图所示。,1),绘制夹具总图,夹紧装置布置图,布置对刀元件、连接元件；设计夹具体并完成夹具总图。,1).,绘制夹具总图,2).,标注总图上的尺寸、公差配合与技术条件,标注尺寸、公差与配合,夹具外形轮廓尺寸,夹具在长、宽、高三个方向的外形轮廓尺寸分别为,212mm,、,158mm,和,115mm,。,标注尺寸、公差与配合,菱形定位销轴线的位置尺寸（,23,0.02,）,mm,，菱形定位销定位圆柱部分直径尺寸,mm,。,工件与定位元件间的联系尺寸,该夹具的夹具与刀具之间的联系尺寸就是调刀尺寸，该调刀尺寸又分为水平与垂直两个方向的尺寸。,夹具与刀具的联系尺寸,标注尺寸、公差与配合,水平方向的调刀尺寸为,菱形定位销中心至对刀元件尺面之间的距离。,水平方向的调刀尺寸,夹具与刀具的联系尺寸,由手册查得所选用,铣刀的宽度尺寸及其极限偏差为,12+0.018mm,，其平均尺寸为,12.09mm,。,菱形定位销中心至工件上槽左侧面的距离为,12.09/2=6.045mm,水平方向的调刀尺寸,夹具与刀具的联系尺寸,再加上,3mm,的塞尺厚度，故水平方向调刀尺寸的基本尺寸为,6.045+3=9.045mm,由于,调刀误差,T,对工件尺寸公差有直接影响，故取工件相应要求公差（槽两侧面对,14mm,孔轴线的对称度,0.2mm,）的,1,5,，就得到水平方向调刀尺寸的基本尺寸及其极限偏差为（,9.045,0.02,）,mm,。,水平方向的调刀尺寸,夹具与刀具的联系尺寸,垂直方向的调刀尺寸为定位元件工作面,P,面至对刀元件,S,面之间的位置尺寸。,垂直方向的调刀尺寸,夹具与刀具的联系尺寸,工件上相应的尺寸为工件槽底至工件底面之间的位置尺寸（,62,0.10,）,mm,，减去,3mm,的塞尺厚度，就得到垂直方向调刀尺寸的基本尺寸为（,62-3,）,mm=59 mm,。,垂直方向的调刀尺寸,夹具与刀具的联系尺寸,垂直方向的调刀尺寸,夹具与刀具的联系尺寸,根据与水平调刀尺（,9.045,0.02,）,mm,相同的公差，取垂直方向调刀尺寸的基本尺寸及其极限偏差为（,59,士,0.02,）,mm,。,定向键与工作台,T,型槽的配合尺寸,14H7,h6,。,夹具与机床连接部分的联系尺寸,菱形销：,12H7,n6,，,夹紧装置转销：,10F8,h7,，,10M8,h7,，,定位销：,10H7,n6,夹紧元件转销：,6F8,H 7,，,6M8,h7,，,对刀块定位销：,5H7,n6,等。,夹具内部的配合尺寸,由于工件上有槽底至工件,B,面的垂直度要求,0.10mm,，夹具上应标注定位表面,Q,对夹具体底面的垂直度允差,100,：,0.02,（,mm,）,。,由于工件上槽两侧面对,14,孔轴线对称度的要求，夹具上应标,注定位表面,Q,对定位键侧面的垂直度允差,100,：,0.02,（,mm,）。,（,3,）两定位支承钉的等高允差不大于,0.02mm,。,3,）制订技术条件,在完成夹具结构设计的全部工作之后，还需对夹具工作精度进行分析计算，即,分析计算各项加工要求的夹具部分误差,J,，并将它与加工允差进行比较,，从而判断该夹具能否可靠地保证各项加工要求，以证明所设计夹具方案的合理性。,（,7,）夹具工作精度的分析计算,用夹具装夹工件进行机械加工时，其工艺系统中影响工件加工精度的因素很多。,与夹具有关的因素有,定位误差,D,、,对刀误差,T,、,夹具在机床上的安装误差,A,和,夹具误差,Z,。在机械加工工艺系统中，影响加工精度的其它因素综合称为,加工方法误差,G,。,上述各项误差均导致刀具相对工件的位置不精确，而形成总的加工误差,J,，即为由夹具引起的总的加工误差。,（,7,）夹具工作精度的分析计算,1,）影响加工精度的因素分析,1,）,.,影响加工精度的因素分析,（,1,）定位误差,D,（,2,）对刀误差,T,因刀具相对于对刀或导向元件的位置不精确而造成的加工误差，称为,对刀误差,。,（,3,）夹具的安装误差,A,因夹具在机床上的安装不精确而造成的加工误差，称为,夹具的安装误差,。,1,）影响加工精度的因素分析,（,4,）夹具误差,Z,因夹具上定位元件、对刀或导向元件及安装基面三者间（包括导向元件与导向元件之间）的位置不精确而造成的加工误差，称为,夹具误差,。,1).,影响加工精度的因素分析,（,5,）加工方法误差,G,因机床精度、刀具精度、刀具与机床的位置精度、工艺系统受力变形和受热变形等因素造成的加工误差，统称为,加工方法误差,。,因该项误差影响因素多，又不便于计算，所以常根据经验为它留出工件公差的三分之一。计算时可设,G,=T,g,/3,2),保证加工精度的条件,工件在夹具中加工时，总加工误差,J,为上述各项加工误差之和。由于上述误差均为独立随机变量，应用概率法叠加。因此保证加工精度的条件是,即由,夹具引起的工件总加工误差,J,应不大于工件的相应公差,T,g,。,2).,保证加工精度的条件,为保证夹具有一定的使用寿命，防止夹具因磨损而过早报废，在分析计算工件加工精度时，需留出一定的精度储备量,J,C,。因此将上式改为,或,当,J,C,0,时，夹具能满足工件的加工要求,。,J,C,值的大小还表示了夹具使用寿命的长短和夹具总图上各项公差值,T,g,确定得是否合理。,3) .,夹具加工精度的分析计算,槽宽尺寸,由铣刀直接保证，不必进行分析计算。,其定位基准和设计基准重合，,B=0,，平面定位时,Y=0,， 故,D1=0,；,但工件夹紧力的作用面是,B,面，其对底面的垂直度允差造成的影响为,D2=0.03/65,50=0.023/100mm,（其中,65,为工件高度，,50,为工件宽度）；,3).,夹具加工精度的分析计算,槽底至工件底面的位置尺寸（,62,0.10,）,mm,的分析计算。,定位误差,J= D1+ D2+ T=0+0.023+0.04=0.063mm,3).,夹具加工精度的分析计算,由调刀尺寸（,59,0.02,）,mm,的公差所引起的对刀误差,T=0.04,。,对刀误差,由夹具引起的总加工误差,该误差远小于工件的加工允差,0.2mm,，是可行的。,定位基准与设计基准相重合，无基准不重合误差，,B=0,。,基准位移误差由前面的计算可知,Y=0.081mm,所以,D=B+Y=0+0.081=0.081,3).,夹具加工精度的分析计算,槽两侧面对孔轴线的对称度允差,0.2mm,的分析计算,定位误差,图中表示了,Q,面朝一个方向倾斜时所产生的槽对称轴线对,14mm,孔轴线的对称度误差为,Z1 /2,，,Q,面还可能朝相反的方向倾斜。故全部该项误差为,2,（,Z1 /2,）,=Z1,。,由垂直度误差引起的工件对称度误差,夹具限位基面,Q,（由两个定位支承板表面所决定）与两定位键侧面的垂直度，导致对称度误差。,3).,夹具加工精度的分析计算,夹具误差,Z,DE,（两定位支承板的最远点距离）,=96mm,，,CD,（两定位支承板最远距离间的垂直度误差）,=,（,96/100,）,0.020.019mm,。,由垂直度误差引起的工件对称度误差,在图中，,OAB,和,ECD,相似，。（,Z1 /2,）,/OB=CD/DE,。,OB,（工件宽度）,=50mm,，,故,Z1 =,（,0.019/96,）,50,20.020mm,3).,夹具加工精度的分析计算,已知定位键与,T,形槽选用的配合为,14H7,（,+0.018,）,h6,（,-0.011,）,配合的最大间隙,Xmax,=0.029mm,。,两定位键的最大跨距,L=150mm,。,定位键与,T,形槽配合间隙引起的对称度误差,夹具安装误差,A,定位键与工作台,T,形槽配合间隙也会引起对称度误差。,3).,夹具加工精度的分析计算,若两者配合时出现图所示的实线或虚线的两种接触情况，由于工件厚度为,50mm,，则,A=,（,0.029/150,）,50,20.019mm,定位键与,T,形槽配合间隙引起的对称度误差,3).,夹具加工精度的分析计算,工件对称度的允差为,0.20mm,，除夹具误差外，留给工艺系统其他因素的误差为,0.20-0.120=0.08mm,，是可行的。,影响对称度的夹具部分的总误差,J,为,3) .,夹具加工精度的分析计算,由夹具引起的总加工误差,夹具定位工作面,Q,对夹具体底面的垂直度允差,100,：,0.02,，将引起工件槽底面对,B,面的垂直度误差,J1,（因为加工表面与工作台平面平行）。,由于工件宽度仅,50mm,，故,J1 =,（,0.02/100,）,50=0.01mm,。,槽底面对工件,B,面的垂直度允差,0.10mm,其定位基准与设计基准重合，且工件以平面定位，所以,D=0,。,3).,夹具加工精度的分析计算,通过对夹具结构的选择、设计和夹具工作精度的分析计算，证明该夹具能稳定可靠地保证工件的加工技术要求，且结构简单、操作方便。从而说明该夹具结构设计是可行的。,夹具,部分误差，仅占加工允差的很少部分,，,余留的加工允差部分远大于工艺系统其他因素引起的误差,。,3).,夹具加工精度的分析计算,例,2,：,一拨叉零件如下图所示，试设计一个钻、铰,8,孔的夹具。,R25,14,0.1,36,24H7,8,12,0,-0.08,8,0.15,8,1.6,6.3,6.3,40,0,-0.1,R35,14,R5,6.3,840.08,3.2,其余,拨叉的结构图,0.08 A,A,(1),确定工件的定位方案，选择定位元件。,14,0.1,8,3.2,需保证的工序尺寸,0.08 A,A,X,Y,Z,O,中心线位置,垂直度,基准重合原则选基准面,基准重合原则选基准孔,长柱销限制,X,、,X,、,Z,、,Z,四个自由度,靠销限制,Y,自由度,需进行定位误差计算,小端面限制,Y,自由度,(2),确定导向装置。,采用快换钻套，用固定钻模板支撑钻套。,(3),确定夹紧机构。,采用螺母和开口垫片进行夹紧。,(4),确定其它装置和夹具体。,(5),绘制总装图。,(6),标注有关尺寸、配合及技术条件。,工件的安装与加工过程,加工后工件的拆卸过程,