典型机床夹具设计.ppt

1 典型机床夹具设计 本章要点 机床夹具概述 工件在夹具中的定位 工件在夹具中的夹紧 机床夹具设计步骤与方法 各类机床夹具 2 2 1机床夹具概述 一 机床夹具在加工中的作用 划线找正加工方法 夹具定位加工方法 3 以上分析可以看出 机床夹具的作用是 1 保证加工精度夹具的最大功用是保证加工表面的位置精度 2 提高生产率 降低生产成本快速将工件定位夹紧 免除了找正 对刀等 缩短辅助时间 提高了成品率 降低了成本 3 扩大机床的加工范围如在车床上加镗夹具 可完成镗孔加工 4 减轻工人劳动强度 4 二 机床夹具及其组成 1 机床夹具机床上用来装夹工件的一种装置 其作用是使工件相对于机床或刀具有一个正确的加工位置 并在加工过程中保持这个位置不变 5 装夹 将工件安放在机床上或夹具上进行定位和夹紧的操作过程 定位 使一批工件在机床上或夹具上相对于刀具处在正确的加工位置的操作过程 夹紧 工件在夹具中定位后 将其压紧 夹牢 使工件在加工过程中 始终保持定位时所取得的正确加工位置 2 装夹 定位 夹紧的基本概念 定位与夹紧的区别 定位是使工件占有一个正确的位置 夹紧是使工件保持这个正确位置 6 3 工件装夹的方法 1 直接找正法 2 划线找正法 3 夹具装夹 7 表 各种装夹方法的比较 8 三 机床夹具的分类 1 按使用范围分 1 通用夹具 2 专用夹具 4 成组夹具 3 组合夹具 5 随行夹具 9 三爪卡盘 四爪卡盘 万向平口钳 回转工作台 分度头 通用夹具 10 组合夹具实例 11 12 13 2 按机床分类 1 车床夹具 2 铣床夹具 3 钻床夹具 4 磨床夹具 5 数控机床夹具 14 3 按动力源分类 1 手动夹紧 2 气动夹紧 3 液动夹紧 4 电磁夹紧 5 真空夹紧 15 气动虎钳液压夹具 16 四 专用夹具的组成 如图 钻床夹具 1 定位元件2 夹紧装置3 对刀引导元件4 连接元件5 夹具体6 其它件 17 1 工件通过定位元件在夹具上占有一个正确的位置2 工件通过夹紧元件保证加工过程中始终保持原有的正确位置3 夹具通过对刀元件相对刀具保持正确位置4 夹具通过连接元件 相对于机床保持一个正确位置5 夹具通过其他装置 完成其他要求6 夹具体把上述的几种元件组合成一个整体 18 2 2工件在夹具中的定位 一 定位的原理 1 自由物体 2 六个自由度 沿x轴移动自由度 沿y轴移动自由度 沿z轴移动自由度 沿x轴转动自由度 沿y轴转动自由度 沿z轴转动自由度 视频 19 3 定位支承点 约束点 如图2 6所示 图2 6 20 4 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 21 夹紧与定位概念分开 两点注意 点 的含义 对自由度的限制 与实际接触点不同 22 二 根据加工精度要求 确定工件必须限制的自由度数目 例1 在球面上加工平面 如下图 应限制 23 例2 球面上加工不通孔 如图2 8 应限制 图2 8 24 例3 铣平面 如图2 9 应限制 25 例4 车光轴 如图2 10 应限制 26 例5 铣沟槽b由铣刀保证 如图2 11 应限制b 由刀具保证 27 例6 铣不通槽如图2 12 应限制 28 三 定位元件限制工件自由度 首先讲解单个典型表面的定位元件 单个典型表面是指平面 内外圆柱面 内外圆锥面等 单个典型表面是组成各种不同复杂工件的基本单元 分析单个典型表面的定位及定位元件设计是进行夹具定位分析和夹具定位方案设计的基础 29 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 下图给出了平面定位的几种情况 1 支承钉 A 结构 A型是平头支承钉 B型是球头支承钉 C型是齿纹顶面的支承钉 30 B定位情况 31 2 支承板 A结构 A型 所以常用于侧面或顶面的定位 B型 支承板的工作平面上开有斜槽 B型支承板应用较多 用于底面的定位更合适 32 B定位情况 33 平面定位的几种情况 34 对粗基准 使用三个支承銷 三点构成一个平面 作为定位元件 限制工件三个自由度对精基准 可用一支承板代替三个支承銷定位 同样限制工件的三个自由度 图 支承钉 支承板及其用法 35 工件以圆孔定位多属于定心定位 定位基准为圆柱孔轴线 常用定位元件是定位销和心轴 定位销有圆柱销 圆锥销 菱形销等形式 心轴有刚性心轴 又有过盈配合 间隙配合和小锥度心轴等 弹性心轴之分 1 圆柱销 A结构 36 B定位情况 37 2 菱形销 B定位分析如前图 A结构 38 3 圆锥销 A结构 B定位分析 39 4 定位心轴 A结构 B定位分析 40 工件以圆锥孔定位时 所用定位元件为圆锥心轴或圆锥销以及双顶尖 圆锥心轴限制工件5个自由度 圆锥销限工件四个自由度 A定位形式 41 B定位分析 42 双顶尖定位 固定顶尖限制工件三个自由度 活顶尖限制工件二个自由度 43 工件以外圆柱面定位两种形式 定心定位和支承定位 工件以外圆柱面定心定位的情况与工件以圆孔定位的情况相仿 用套筒和卡盘代替心轴或柱销 支承定位时用支承板 支承钉 1 圆定位套 A定位情况 44 B定位分析 45 2 V形块 用于完整的外圆柱面和非完整的外圆柱面的定位 是外圆定位中最常用的定位元件 A结构 46 B定位分析 47 C V形块的特点 1 V形块对外圆柱面定位 形式上是支承定位 但其实质是定心定位 2 V形块能起对中作用3 可以用于非完整外圆的定位4 活动V形块常常起着定位和夹紧的双重作用 既是定位元件 又是夹紧元件 48 49 4 支承板 支承板对外圆柱面的定位就是平面与外圆母线的接触 定位分析 50 5 三爪卡盘定位 51 三爪卡盘定位的定位分析 主要看工件的定位表面与三爪卡盘的相对夹持长度的多少 当相对夹持长度长时 限制工件四个自由度 当相对夹持长度短时 限制工件二个自由度 生产中常采用在三爪与工件之间设置一钢丝圆环 以减少相对夹持长度 52 四 几种不同的定位形式 1 固定支承 2 可调支承 可调支承的结构 53 3 自位支承 自位支承结构 自位支承虽然增加了与工件定位面的接触点数目 但通过其内部的浮动联系起到的是单点支承的作用 即自位支承只限制工件一个自由度 用途 常用于毛坯表面 断续表面 阶梯表面的定位 定位分析 54 4 辅助支承 A辅助支承的应用 55 56 B辅助支承结构 57 辅助支承定位分析 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 58 五 工件定位时的几种情况 1 完全定位 举例 连杆工件在由定位支承板 短銷和挡銷组成的夹具中定位 试对此定位方案进行定位分析 如下图所示 工件在夹具中相对于刀具的六个自由度全部被限制的定位方法称为完全定位 59 解 写出各定位元件所限制的自由度 支承板限制工件三个自由度 短銷限制工件二个自由度 挡銷限制工件一个自由度 故定位性质 为完全定位 60 限制了影响工件加工精度的自由度 且又少于六点的定位方法称为部分定位 重要概念 不能片面地理解为 少于六点定位的定位方法称为部分定位 因为下面讲到的 欠定位 也是少于六点的定位 两者不能混淆 影响该加工表面加工精度的自由度也称必须限制的自由度 换句话说 必须限制的自由度如果不限制的话 必将影响工件的加工精度而出现废品工件 这是绝对不允许的 不影响工件加工精度的自由度允许不被限制 2 部分定位 不完全定位 61 举例 在长方形工件毛坯上 用铣刀铣槽 铣台阶面和铣平面 试分析必须限制的自由度有哪些 允许不限制的自由度又有哪些 62 3 欠定位 63 4 过定位 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 因为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 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 64 过定位分析 桌子与三角架 图2 17过定位分析 65 六 定位表面的组合 组合定位分析 工件上常见的定位基准是以组合的形式出现 如面与面的组合 内 外圆柱面与端面的组合 圆柱孔与平行于孔轴线的平面的组合 如 平面与削边销定位 锥面与锥面的组合 中心孔定位 两平行圆柱孔与垂直于圆柱孔轴线的平面的组合 简称一面两孔定位 等等 66 1 组合定位的概念及定位基准的主次之分 主要定位面 限制工件自由度数最多的定位表面称第一基准面或支承面次要定位面 限制工件自由度数次多的定位面称第二基准面或导向面第三定位面 限制工件自由度数为1的定位称第三基准面或止推面 67 三基面组合基准定位 68 2 组合定位的定位分析要点 1 先分析限制工件自由度数最多的那个定位元件 或定位元件的典型组合 限制工件的具体自由度 再分析限制工件自由度次多的那个定位元件限制的具体自由度 2 定位元件组合时限制工件自由度的总数目等于各个定位元件单独定位时限制工件自由度数目之和 但具体限制哪些自由度却会随组合情况的不同而发生变化 69 3 定位元件单独使用时限制移动自由度 在组合定位中常会转化成限制转动自由度 一经转化 将不再起单独定位时的作用 如下图中的两短V形块组合定位 重点 难点 70 a b 组合定位分析图例 a 图解 1 定位原理分析支承板限制的自由度 短销限制的自由度 固定短V形块限制的自由度 故属过定位 2 改进方案 将固定V形块改为活动V形块 b 图解 1 定位原理分析 右边两短V形块相当于一长V形块 限制 左边短V形块限制 故属完全定位 71 3 组合定位时过定位现象的消除方法 1 使定位元件在产生过定位的方向上可移动 以消除该方向的移动过定位 如活动顶尖不能限制 a b 过定位消除方法之一 72 2 采用自位支承 消除定位元件绕某个 或某两个 坐标轴转动方向的过定位 73 3 改变定位元件的结构形式来消除过定位 过定位 一面两销定位 74 4 定位方案分析举例 例1 过定位引起夹紧变形 75 改进方案 76 题型一 判断定位方案是否正确 重点内容 分析下列图示定位方案 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 77 a 图解 1 定位分析 左顶尖限制的自由度 右顶尖 活动顶尖 限制的自由度 三爪卡盘 夹持长度长 限制的自由度 2 定位性质 过定位 3 改进方案 去掉三爪卡盘 采用双顶尖定位 例1 78 b 图解 1 定位分析 支承板限制的自由度 左短V形块限制的自由度 右活动短V形块限制的自由度 2 定位性质 过定位 3 改进方案 去掉活动短V形块 对工件直接夹紧 例2 79 例3 分析图示零件加工两个小孔时必须限制的自由度 选择定位基准和定位元件 并在图中示意画出 确定夹紧力作用点的位置和作用方向 用规定的符号在图中标出 题型二 根据工件加工表面的加工要求 设计定位方案 重点 80 判断定位方案是否正确时 要把握二点 一是定位方案必须合理 无重复定位和欠定位 二是该定位方案必须能够保证工件的加工精度 定位误差应为最小 如不能同时满足以上二点 则该方案是错误的 解 1 必须限制的自由度 2 定位原理设计 参见定位原理图 81 工件的大底面定位 限制工件的三个自由度 保证二各孔的轴心线垂直于工件底面 工件的下侧面定位 限制工件二个自由度 保证工件二孔的位置尺寸H 而工件的大孔定位 限制一个自由度 保证工件二小孔与大孔中心的对称位置尺寸A 定位原理图 选择定位元件 3 选择定位元件 参见右图 也可用文字表达 82 其它方案 窄支承板 第一定位基准 底平面 支承板 第二定位基准 下侧面 第三定位基准 大孔 窄支承板 削边销 83 例3 当两小孔的设计基准改为大孔中心时 如下图 应如何来设计定位方案 提示 应使两小孔的设计基准大孔中心与定位基准重合 84 第一定位基准 底平面 支承板 第二定位基准 大孔 短销 第三定位基准 下侧面 限制1个自由度 活动窄支承板 解 解题要诀 将加工孔的设计基准作为定位基准 85 2 3定位误差的计算 重点 难点 一 概述 1 基准的概念1 定义 基准是指工件上的一些点 线 面 在零件设计或加工中 可以用这些点 线 面来确定其他点 线 面的位置 2 基准分类 1 设计基准 零件图中所使用的基准 2 工艺基准 是指加工过程中所使用的工件上的一些线或面 但不能是点 工艺基准必须具有一定大小的面积 86 c 对刀基准 调整刀具位置时所使用的基准 d 度量基准 测量时所用的基准 e 装配基准 装配零件所依据的基准 a 工序基准加工过程中工序尺寸的设计基准称为工序基准 b 定位基准在加工过程中使工件占据正确加工位置所依据的基准 亦即工件与夹具定位元件定位工作面接触或配合的表面 87 基准的判别 例如 下图中 下母线B是零件图中工序尺寸的设计基准 下母线B也是铣削键槽时的工序基准 轴的中心O是V形块定位时的定位基准 位置随直径的大小而改变 工序尺寸 零件图 加工过程中 88 又如 下图中 孔中心O是铣削上平面时的设计基准 孔中心O是铣削上平面加工过程中的工序基准 孔中心O也是心轴定位时的定位基准 定位心轴中心为对刀基准 孔与心轴间无间隙时 孔与心轴间存在间隙时 89 二 定位误差及其产生原因 1 定位误差 1 基本概念用夹具装夹加工一批工件时 由于定位不准确引起该批工件在某加工精度参数 尺寸 位置 的加工误差 称为该加工精度参数的定位误差 简称定位误差 2 定位误差的大小 定位误差指一批工件在夹具中定位时 工件的设计基准 或工序基准 在加工尺寸方向上的最大变动量 以 dw表示 工序基准的位置变动将对加工精度有直接影响 90 定位误差包括基准不重合误差和基准位移误差即 注 1 根据一批工件的定位由一种可能的极端位置变为另一种极端位置时 和的方向的异同 以确定公式中的加减号 2 定位基准无位置变动 基准位移误差为零 定位基准与工序基准重合 基准不重合误差为零 91 2 基准不重合误差 当定位基准和工序基准不重合时 工序基准相对于定位基准在加工尺寸方向上的最大位移量 用表示 定位基准与工序基准之间必然存在一个联系尺寸L 称为定位尺寸 基准不重合误差就是定位尺寸的公差 在设计夹具时 应尽量使两者重合 92 基准不重合误差 jb 其大小等于工序基准与定位基准间联系尺寸在加工尺寸方向上的变动量 公差 例1 一次安装加工两孔A和B 孔B在X方向定位基准C与设计基准A不重合 基准不重合误差为联系尺寸22的公差0 2 93 3 基准位移误差 对刀基准 就是调整刀具位置时所用的基准 94 如图为一套筒类零件放在水平心轴上定位而铣键槽的例子 加工时要保证尺寸b和h b是由刀具本身的宽度尺寸决定 尺寸h则按心轴中心调整好铣刀的高度位置h1来保证 即心轴中心就是对刀基准 例如 95 当保证键槽尺寸h时 定位基准 工件内孔中心线 工序基准 圆柱的下母线A 对刀基准 定位心轴的外圆中心线 基准分析 96 基准分析 当保证尺寸h1时 定位基准 工件内孔中心线 工序基准 工件内孔中心线 对刀基准 定位心轴的外圆中心线 97 由上分析可知 当定位基准和工序基准不重合时 工序基准相对定位基准产生位移 会产生基准不重合误差 定位误差应表示为 当两项误差同时发生时 所产生的定位误差为工序基准相对于对刀基准的最大位移 当定位副制造不准确时 会引起定位基准相对于对刀基准产生位移 从而产生基准位移误差 98 误差不等式 判断定位方案是否合理可行的依据是 式中 T 工序尺寸的公差 例如 上例铣键槽时 定位误差不得大于键槽尺寸h公差的1 3 即 99 三 定位单个典型表面时定位误差的分析计算 1 平面定位时的定位误差 定位基准和对刀基准是重合的 不存在基准位移误差 其可能产生的误差是基准不重合误差 0 100 例1 加工一批工件如图所示 除了A B处台阶面其余各表面均已加工完成 现在采用由图所示夹具定位方案加工A B面 保证尺寸30 0 1mm和60 0 06mm 试分析此定位方案产生的定位误差能否满足加工要求 101 1 30 0 1 定位基准是C 工序基准是孔的轴线 定位尺寸为52 0 02 定位基准与对刀基准是同一平面 工序基准相对于定位基准的位移量 故可以满足要求 2 60 0 06 定位基准D 工序基准为D 定位基准和工序基准重合 定位基准与对刀基准重合 所以 102 例2 如下图所示零件的定位方案 求铣A B两平面时L1 L2 L3 L4的定位误差 L1 L2 L3 L4 工序基准 工序图上工序尺寸的设计基准 对刀基准 调整刀具位置时所用的基准 定位基准 在加工过程中使工件占据正确加工位置所使用的基准 解 定位基准相对对刀基准的最大移动量 工序基准相对于定位基准在加工尺寸方向上的最大位移量 103 2 圆孔定位时定位误差的计算 工件采用圆孔定位室时 工件定位面是圆柱孔 定位工件的定位工作面是外圆柱面 两者以一定性质的配合实现工件定心定位 应根据配合性质的不同 分别计算定位误差 1 定位面与定位工作面是过盈配合 不存在配合间隙 则 104 其中 为定位孔的最大值为定位用心轴或销子的最小直径 2 定位面和定位工作面为间隙配合 根据前述 此时定位基准为孔的中心线 对刀基准为心轴的中心线 则位移误差 即等于定位的孔和心轴间最大间隙的一半 105 例3 有一批如图所示的工件 外圆为 内孔为 两端面均已加工合格 并保证外圆对内孔的同轴度误差在范围内 今按图示的定位方案 用心轴定位 在立式铣床上用顶尖顶住心轴铣槽子 除槽宽要求外 还应保证下列要求 1 槽的轴向位置尺寸 2 槽底位置尺寸试分析计算定位误差 判断定位方案的合理性 106 用心轴定位内孔铣槽工序的定位误差分析计算 107 解 1 对尺寸而言 工序基准 定位基准和对刀基准都是工件左端面 平面定位 所以 2 对尺寸来说 尺寸的定位误差 工序基准为外圆下母线 定位基准为内孔中心线 对刀基准为心轴中心线 定位基准和工序基准不重合 定位尺寸为 这仅是外圆下母线和外圆圆心之间的位置关系 没考虑同轴度 108 内孔和外圆有同轴度误差 这项误差会引起的基准不重合误差为 则 基准不重合误差是这两项之和 内孔和心轴作间隙配合 所引起的基准位移误差为 三个量都是独立变量 互不相干 又都在同一尺寸方向上 因此定位误差占尺寸公差的 能保证加工要求 109 3 V形块定位外圆时的定位误差的分析计算 110 如上图 O为理论圆的中心 O O 为外圆直径为dmax和dmin 时的圆心位置 在 O CO 中 重要公式 111 例4 一批如图 a 所示工件 外圆已经加工合格 现在用V形块定位铣宽度为b的槽 若要求保证槽底的尺寸分别为L1 L2 L3 试分别计算这三种不同尺寸要求的定位误差 112 1 L1的定位误差 113 解 1 L1的定位误差L1工序基准为外圆轴线 定位基准为外圆轴线 两者不存在基准不重合误差 故对刀基准为理论圆中心 存在基准位移误差 114 2 L2尺寸的定位误差 115 L2的工序基准 外圆上母线 定位基准 外圆中心 存在基准不重合误差 工序基准M由于定位圆柱面的制造误差引起的位移 对刀基准为理论圆中心 存在基准位移误差 L2尺寸的定位误差 116 L2的定位误差为两者的合成 两者都是由外圆直径的变化同时引起的 所以要判断两者的方向特点 当外圆直径从大到小时 工序基准M相对定位基准O是向O方向即向下偏移的 如下图所示 当放入V形块中后 当外圆直径由大变小时 定位基准 轴心线 相对对刀基准 理论轴中心 也是向下偏移的 综合起来两者合成方向相同 取 号 117 3 L3尺寸的定位误差 118 L3的工序基准为外圆下母线 L3的定位基准为外圆中心 存在基准不重合误差 对刀基准为理论圆中心 存在基准位移误差 L3尺寸的定位误差 同理 119 L3的定位误差为两者的合成 两者都是由外圆直径的变化同时引起的 所以要判断两者的方向特点 当外圆直径从大到小时 工序基准N相对定位基准O是向O方向即向上偏移的 从零件图上看 当放入V形块中后 当外圆直径由大变小时 定位基准 轴心线 相对对刀基准 为理论圆中心 是向下偏移的 综合起来两者合成方向相反 取 号 注意 两者中的大值减小值 120 也可按定位误差定义推算 L3尺寸的定位误差 工序基准B在加工尺寸方向的变动量 121 例5 如图所示 已知 两外圆同轴度公差为 0 02 V形块夹角 90 定位方案如图所示 试计算 1 铣键槽时尺寸A及对称度的定位误差 2 若键槽深度要求A 键槽对称中心对轴线的对称度公差为t 0 25 问此定位方案可行否 122 解 1 定位误差的计算1 键槽中心对称度的定位误差 仅有基准不重合误差 槽宽的定位基准 小外圆轴心 槽宽的工序基准 大外圆中心 槽宽的对刀基准 V形块上小圆的理论圆中心 由于两外圆有同轴度误差 所以存在基准不重合误差 0 02 对刀基准和定位基准存在的基准位移误差发生在垂直方向和对称度误差无关 因此在对称度方向上 0 123 定位基准 小外圆轴线 工序基准 大外圆的下母线 对刀基准 V形块上小圆的理论圆中心由于定位基准和工序基准不重合 且两外圆有同轴度误差 所以存在基准不重合误差 对刀基准和定位基准存在基准位移误差 2 A尺寸的定位误差 124 两个误差对尺寸A的影响是相互独立的 因此总的定位误差为 故此定位方案可行 2 分析定位方案是否可行 125 如图所示零件已加工好 100 40 45 求尺寸L的定位误差 例6 由100引起的基准位移误差 L的定位误差为 解 由40引起的基准不重合误差 基准重合 立铣刀 126 由尺寸40引起的定位误差 127 2 4工件在夹具上的夹紧 工件定位之后必须通过夹具上的夹紧装置将其可靠地固定在正确的加工位置上 使其在承受工艺力和惯性力等的情况下正确位置不发生变化 否则 在加工过程中因切削力 惯性力的作用而发生位置的变化或引起振动 原有的正确定位遭到破坏 就不能保证加工要求 产生夹紧力的装置是夹紧装置 128 一 夹紧装置的组成 1 对夹紧机构的基本要求 1 夹紧时不破坏工件定位后的正确位置 稳2 夹紧力大小要适当 牢3 夹紧动作要迅速 可靠 快4 结构紧凑 易于制造与维修 129 2 夹紧机构的组成 下图是典型的夹紧装置 它由以下几个部分组成 130 1 夹紧力源装置 2 中间递力机构 特点 改变力的大小 通常为增力机构 改变夹紧力的方向 使夹具具有一定的自锁性 以保证夹紧可靠 3 夹紧元件 夹具的组成 4 夹具体 131 二 夹紧力的确定 1 夹紧力方向的选择 1 主要夹紧力的作用方向应指向工作主要定位基准面 以保证工件的加工要求 132 2 夹紧力的作用方向不应破坏工件的准确定位 应使工件定位正确稳定 133 3 夹紧力的作用方向应尽量与工件刚度大的方向相一致 以减小工件夹紧变形 134 4 夹紧力的作用方向应尽可能有利于减小夹紧力 以利于夹紧装置的体积的减小 135 2 夹紧力作用点的确定 1 夹紧力的作用点应正对支承元件或处于支承元件构成的稳定受力区内 以免引起工件移动或偏转而破坏工件的正确定位 136 2 夹紧力作用点应处于工件刚性较好的部位或使夹紧力均匀分布 以减小工件的夹紧变形 137 3 夹紧力的作用点应尽量靠近加工部位 防止工件的振动或变形 138 3 夹紧力大小的估算 1 夹紧力的大小应适当 2 夹紧力的大小应稳定 3 夹紧力大小的估算 夹紧力的计算方法一般是将工件作为一受力体进行受力分析 根据静力平衡条件列出平衡方程 求解出保持工件平衡所需的最小夹紧力 工件承受的力有切削力 夹紧力 重力 惯性力等 其中切削力是一个主要力 计算夹紧力时 一般先根据金属切削原理的相关理论计算出加工过程中可能产生的最大切削力 或切削力矩 并找出切削力对夹紧力影响最大的状态 按静力平衡求出夹紧力的大小 139 实际夹紧力的计算公式为 式中Fj 实际所需夹紧力Fj0 按静力平衡求出的夹紧力k 安全系数 安全系数k值的取值范围在1 5 3 5之间 视其具体情况而定 精加工 连续切削 切削刀具锋利等加工条件好时 取k 1 5 2 粗加工 断续加工 刀具刃口钝化等加工条件差时 取k 2 5 3 5 140 三 常用夹紧机构 1 斜楔夹紧机构 斜楔直接夹紧 141 斜楔杠杆夹紧 142 1 斜楔夹紧机构的工作原理 斜楔夹紧机构是利用斜楔的轴向移动直接对工件进行夹紧或推动中间元件将力传递给夹紧元件再对工件进行夹紧 2 斜楔夹紧机构夹紧力的计算 143 由于在垂直方向受力是相等的所以在水平方向 式中Fj 工件获得的夹紧力 N Fs 施加在斜楔上的原始作用力 N 斜楔的斜角 1 工件与斜楔之间的摩擦角 摩擦系数f1 tg 1 2 夹具体与斜楔之间的摩擦角 摩擦系数f2 tg 2 144 3 斜楔自锁条件的计算 自锁 是指当工件被夹紧之后 在不再施加原始作用力的情况下工件依然被夹紧的现象 145 若N和F2的合力为R 则由自锁条件 其中 代入上式 得 一般取斜角 6 10 146 5 斜楔夹紧机构的夹紧行程 斜楔夹紧机构的夹紧行程一般很小 夹紧行程的大小与斜角和斜楔轴向移动距离成正比关系 要增大夹紧行程 就必须增大斜楔轴向移动距离或增大斜角 但往往都是不可行的 增大斜角会受到自锁条件的限制 增大斜楔轴向移动距离会使夹紧机构的尺寸增大 体积增大 还会延长操作时间 影响劳动生产率 在生产实际中常采用双斜角结构的斜楔 147 6 斜楔夹紧机构的特点及应用 斜楔夹紧机构结构简单 增力比较大Fj 2 6 3 2 Q 自锁性能好 广泛应用于中间递力机构 由于手动夹紧费时费力效率低 所以很少用来手动直接夹紧工件 斜楔夹紧机构夹紧行程很小 故对工件夹紧表面的尺寸精度要求比较高 以避免发生夹不着或无法夹的情况 148 2 螺旋夹紧机构 1 螺旋夹紧机构的工作原理 螺旋夹紧机构是利用螺旋副配合转动产生的轴向移动和轴向力直接夹紧工件或推动夹紧元件对工件实施夹紧的 螺旋夹紧机构 149 2 螺旋夹紧机构的夹紧力 螺栓或螺钉上的螺旋线相当于绕在其中径上的一个斜面 从本质上讲 螺旋夹紧机构是由斜楔夹紧机构演变而来的 故由斜楔夹紧机构夹紧力Fj的计算可导出螺旋夹紧机构的夹紧力 150 式中FJ 螺旋夹紧机构所产生的夹紧力 FS 作用在手柄上的原始作用力 L 原始作用力的力臂 d0 螺纹中径 螺纹升角 标准紧固螺纹的螺旋升角为3 5 1 螺旋副的当量摩擦角 可参阅相关资料求出 2 压块与工件之间的摩擦角 r 压块与工件表面间的摩擦力矩半径 可参阅相关资料进行计算 p108 151 3 增力倍数 一般摩擦系数f1 f2 0 1 0 15 对应的摩擦角为5 43 8 32 螺旋的斜角 小于4 若取 1 8 32 2 6 3 L 12 8 d当r 0 则Fj 140FS r 1 3d Fj 105FS r 1 2d Fj 98FS 4 螺旋夹紧机构的自锁条件 螺旋夹紧机构中 螺纹的升角 4 具有良好的自锁性能和抗振性能 152 5 螺旋夹紧机构的夹紧行程 螺旋相当于将长斜楔绕在圆柱体上 夹紧行程不受限制 增大螺旋的轴向尺寸便可获得大的夹紧行程 很方便 6 螺旋夹紧机构的特点 应用及快速作用措施 螺旋夹紧机构结构简单 制造容易 操作方便 自锁性能好 增力比大 常用于手动夹紧 螺旋夹紧机构的缺点是操作缓慢 为了提高其工作速度 生产实际中常采用快速作用措施 153 b 1 工件2 止动销3 螺母套筒手柄4 夹紧螺杆 快速作用螺旋夹紧机构 154 3 圆偏心夹紧机构 1 圆偏心夹紧机构的工作原理 155 图中O1是圆偏心轮的几何中心 R是几何半径 O2是回转中心 e是偏心距 几何中心与回转中心之间的距离 NN面是工件被夹紧表面 顺时针扳动手柄 圆偏心轮绕其回转中心O2回转 其回转半径逐渐增大 直至夹紧工件表面NN 以O2为圆心 以 R e 为半径作一虚线圆 称基圆 则图中阴影部分相当于一个绕在基圆盘上的弧形楔 当顺时针扳动手柄时 弧形楔便逐渐地楔紧在转轴和工件之间 夹紧点x 此时回转半径 x 如图1 67b 所示 逆时针扳动手柄即可实现松夹 156 圆偏心轮夹紧的工作原理就是利用圆偏心轮回转半径的变化夹紧或松开工件 圆偏心轮也是斜楔的一种变形结构 其作用原理与斜楔相同 1 圆偏心夹紧机构的工作原理 157 2 主要结构参数 158 3 圆偏心夹紧机构夹紧力的计算 设有一当量力FS1如图所示 该力与回转半径 x垂直 对回转中心的力距与手柄上原始作用力Fs对回转中心的力矩相等即 159 160 圆偏心轮也是斜楔的一种变形结构 忽略转轴对圆偏心轮的摩擦力距及转轴对圆偏心轮的作用力 忽略会使夹紧力的值稍有增大 且时 要保证自锁 x 6 10 由斜楔夹紧机构夹紧力Fj的计算可导出圆偏心夹紧机构的夹紧力为 161 式中Fj 夹紧力 FS 原始作用力 L 作用力臂 x 夹紧点处的回转半径 x 夹紧点处的升角 1 圆偏心轮与工件之间的摩擦角 2 圆偏心轮与转轴之间的摩擦角 162 4 圆偏心夹紧机构的自锁条件 163 若忽略转轴处摩擦力矩 作用力对自锁的有利影响 要保证圆偏心夹紧机构自锁必须 164 是工件与圆偏心轮之间的摩擦系数 一般取 故 因为是 变化的 要保证自锁需 165 5 增力倍数 当 f1 0 1 对应的摩擦角为5 43 L 2 2 5 D Fj 9 11 FS 6 圆偏心的夹紧行程 0 2e内变化 166 7 圆偏心夹紧机构的特点及应用 圆偏心夹紧机构结构简单 操作方便 动作迅速 但自锁能力较差 增力比小 取决于L 的比值 常用在切削平稳且切削力不大的场合 下图为几种常见的圆偏心机构 167 圆偏心夹紧机构 168 4 定心夹紧机构 定心夹紧机构定心定位 169 1 以等速移动原理工作的定心夹紧机构 1 三爪卡盘在夹紧工件的同时实现定心定位 三爪卡盘常用于工件的粗加工和半精加工 三爪卡盘的结构如图1 74a 定心夹紧原理如图1 74b 170 a b 图1 74三爪自定心卡盘 171 2 斜楔式定心夹紧机构斜楔式定心夹紧机构常用于工件以圆柱孔定位的情况 依靠斜楔的移动 推动滑块径向移动 实现对工件的定心定位和夹紧 图1 75是斜楔推动滑块对套筒件夹紧的实例 172 图1 75斜楔定心夹紧心轴例11 滑块2 螺母 173 3 螺旋定心夹紧机构螺旋定心夹紧机构是利用等螺距的左右旋螺纹驱动两活动V形块对工件实行定心夹紧 工件以对称中心平面为定为基准时 应用这种夹紧机构 174 图1 76螺旋 V形块定心夹紧机构1 2 V形块3 螺杆4 10 紧定螺钉5 9 调节螺钉6 8 固定螺钉7 叉座11 工件 175 5 联动夹紧机构 在夹紧机构设计中 有时需要对一个工件的几个点或多个工件同时进行夹紧 为减少工件装夹时间 简化结构 常采用各种联动夹紧机构 这种机构可以从一处施加作用力 同时在几处或几个方向上对一个或几个工件同时进行夹紧 下图所示的联动夹紧机构 夹紧力作用在两互相垂直的方向上 称为双向联动夹紧机构 176 双向联动夹紧机构1 螺母3 工件2 杠杆5 螺杆8 夹具体9 10 压块 177 平行联动夹紧机构1 螺母2 6 压板3 工件4 杠杆5 7 螺杆8 夹具体9 10 压块 下图所示的夹紧机构两夹紧点的方向相同 称为平行联动夹紧 178 四 夹紧动力源装置 1 气动夹紧 1 雾化器2 减压阀3 止回阀4 转向阀5 调速阀6 气压表7 气缸 工作压力在0 4 0 6MPa 179 2 液压夹紧 特点 1 工作压力高 可达5 6 5MPa 传动力大 不需增力机构 夹具结构简单 2 油液不可压缩 夹紧刚性大 工作平稳 夹紧可靠 3 噪声小 劳动条件好 4 适用于重力切削或加工大型工件时的多处夹紧 180 3 气 液压组合夹紧 1 气缸2 增压缸3 活塞杆4 活塞杆5 工作缸6 活塞 181 一 钻床夹具 组成 钻模板 钻套 定位元件 夹紧装置 夹具体 2 5各类机床夹具特点 182 钻套 183 184 钻套尺寸 内径 d 刀具的外径 基轴制F7 h6 G6 h5 高度 H 1 5 2 d 一般 H 2 5 3 5 d 高精度 钻套与工件间的距离 h 0 3 0 7 d 铸铁 h 0 7 1 5 d 钢材 185 4 钻模的类型 186 187 188 189 5 钻模板 190 二 镗床夹具 组成 镗模支架 镗套 定位元件 夹紧装置 夹具体 191 悬挂臂 一 镗模的类型 a 单面前导向 60mm的短孔 根据镗模支架的布置形式将镗模分为单面导向镗模和双面导向镗模两类 b c 单面后导向盲孔或 60mm的通孔 192 双面导向镗模 193 194 1 镗套 二 镗模设计要点 195 196 回转式镗套 图中左端a处镗套叫内滚式镗套 工作时镗刀杆4连同轴承相对导向滑套3转动 并连同导向滑套3相对镗套2移动 图中右端b处的镗套称为外滚式镗套 镗套5与镗刀杆4配合 处于滚动轴承之内 工作时镗套5随同镗刀杆4一起旋转并只可相对移动 这种镗套结构尺寸较小 常用于前导向 197 2 镗模支架与夹具体 198 夹具体 199 组成 定位元件 夹紧装置 对刀块 连接元件 夹具体 三 铣床夹具 200 一 铣床夹具的类型 根据铣削的进给方式不同铣床夹具可分为直线进给式 圆周进给式和仿形进给式三种 其中直线进给式铣床夹具应用最多 201 202 203 二 铣床夹具的设计要点 1 夹具总体结构 1 夹具体要有足够的强度和刚度 为了保证夹具的工作稳定可靠 铣床夹具的夹具体尺寸一般比较大 2 夹紧机构所提供的夹紧力要足够大 且要求有较好的自锁性能 3 应尽可能的采用机动夹紧机构或联动夹紧机构 并在可能的情况下 采用多件装夹和多件加工 204 2 对刀装置 205 3 夹具体与连接元件 定位键 206 铣床夹具的定位键 夹具 工作台T形槽 207 1 先用双点划线 假想线 画出工件外形 在夹具图中 工件视为透明体 2 然后围绕工件依次画出定位元件 夹紧装置和刀具导向元件等 3 最后用夹具体把各种元件连成一整体 有的还需画出夹具与机床连接的元件 2 6机床夹具结构草图的绘制方法 208 设计实例