8机械技术基础

第8章机床夹具设计原理8.1机床夹具概述8.2工件在夹具中的定位8.3工件夹紧8.4各类机床夹具设计特点8.5专用夹具设计示例机械工程学院机械制造基础28.1.1夹具的作用1.保证精度；2.提高效率；3.扩大功能；4.减轻强度8.1.2夹具分类（1）通用夹具（2）专用夹具（3）可调夹具（4）组合夹具（5）随行夹具8.1.3夹具的组成1）定位元件2）夹紧装置3）引导元件（对刀装置）4）夹具体8.1机床夹具概述机械工程学院机械制造基础38.2工件夹具中的定位8.2.1定位的概念•定位：为了保证工件被加工表面的尺寸和位置精度，工件必须在机床上占有相对刀具及切削运动的正确位置。•夹紧：施加一作用力，使工件在重力、切削力、惯性力等力的作用下能保持其正确的位置。•安装（装夹）：工件在机床上定位和加紧的过程。工件装夹l直接装夹l划线找正装夹l夹具装夹机械工程学院机械制造基础4基准的概念及其分类位置的基准加工表面尺寸、形状、来确定本工序工序基准：工序图上用的基准装配基准：装配时采用的基准测量基准：测量时采用作定位的基准定位基准：在加工中用工艺基准标注设计尺寸的起点设计基准：设计图样上基准基准：用来确定生产对象上的几何要素之间的几何关系所依据的那些点、线、面。•基面：基准不一定具体可见（如孔的中心线等），在零件上通常是通过有关具体表面表现出来的，这些表面称为基面。•基准的分类：机械工程学院机械制造基础58.2工件夹具中的定位8.2.2定位原理l六点定位原理：假定工件为空间刚体，正确分布六个支承点与工件的基准面相接触，限制其空间六个自由度，确定工件的空间位置。一个空间刚体具有六个自由度l应用六点定位原理时的注意事项：1）定位支承点与工件的定位基准面必须始终保持紧贴；2）一个定位支承点只能限制工件一个自由度，同时一个自由度原则上不得有多个支承点重复限制，（支承点数不应超过六个）；3）工件应限制几个自由度，由工件加工技术条件来确定；4）工件的定位不是由夹紧力作用获得的。机械工程学院机械制造基础6定位现象分析l完全定位：限制工件的全部六个自由度。l不完全定位：限制工件自由度少于六个，但仍能满足加工技术要求。l欠定位：限制自由度数少于加工技术要求限制的最少只有度数。l过定位/重复定位：工件的某一个或几个自由度被多个定位元件限制。机械工程学院机械制造基础7采用完全定位还是部分定位，主要根据工件的形状特点和工序加工要求来确定，一般应遵循以下几条原则：①由于工件的形状特点，限制工件某些方向的自由度没有必要，也无法限制，则可不必限制该方向的自由度。②由于加工特点，工件某些方向自由度的存在并不影响加工精度要求，则该方向的自由度可以不必限制。③在保证加工要求的条件下，限制自由度的数目应尽量少，使夹具结构简单。④在实际加工中，对工件限制的自由度数目一般不少于三个。⑤欠定位是不允许的。⑥应尽量避免重复定位，但在有利于减小加工误差时可采用重复定位方式定位的。定位方案限定自由度的选择原则：机械工程学院机械制造基础88.2.3典型定位方式及定位元件l工件以平面定位（1）固定支承：支承钉（限1个）、支承板（限2个）（4）辅助支承（不限制自由度）（2）可调支承（3）自位支承（浮动支承）机械工程学院机械制造基础9l工件以圆锥孔定位（1）锥心轴（2）顶尖l工件以内圆定位（1）心轴：短的限两个自由度，长的限四个自由度，锥度多限一个。（2）定位销机械工程学院机械制造基础10（2）支承定位支承平面l工件以外圆定位（1）定心定位：定位套V形块机械工程学院机械制造基础11l定位分析方法与步骤：u找与工件表面接触的元件；u根据零件表面形状和零件的加工要求分出定位元件和夹紧元件（一般夹紧元件拿走后，零件定位状态保持不变，且夹紧元件上有施力机构或作用力符号）；u根据典型表面、元件类型分析各定位元件限制的自由度；u根据加工表面技术要求和实际限制自由度，分析定位属哪种定位。机械工程学院机械制造基础12定位实例分析1机械工程学院机械制造基础13定位实例分析2夹紧力机械工程学院机械制造基础14定位实例分析3机械工程学院机械制造基础15定位实例分析4机械工程学院机械制造基础16•定位误差（）：是指定位不准确而造成某一工序在工序尺寸（通常指加工表面对工序基准的距离）或位置要求方面的加工误差。定位误差包括：8.2.4定位误差分析•加工误差：零件加工后的实际几何参数与图纸规定的设计参数的不符合程度，即实际数值与设计数值之差。bj.wj.wd.wjbjwd...其中一批工件定位时误差变动方向相同取“+”，方向相反取“-”，没有直接关联时取“+”。基准不重合误差（）：由于工序基准与定位基准不重合而引起的工序基准相对于定位基准在加工尺寸方向上的最大位置变动范围。基准位移（位置）误差（）：由于定位元件和工件的制造误差而引起的定位基准在加工尺寸方向上的最大位置变动范围。机械工程学院机械制造基础17定位误差的结论：1.定位误差只产生于采用调整法加工一批工件的情况下，若单件或批量工件逐个试切加工者不存在定位误差。2.定位误差是由于工件定位不准确而产生的加工误差。表现形式：工序基准相对加工表面在加工尺寸方向可能产生的最大尺寸或位置的变动。产生原因：基准不重合；工件的定位基准面制造误差、定位元件制造误差、工件基面与定位元件间的配合间隙及基准不重合误差。3.定位误差由基准不重合误差和基准位移（位置）误差两部分组成，但二者不一定同时存在。4.定位误差的计算可以按照定位误差的定义进行计算，也可以按定位误差的组成注意分析计算。机械工程学院机械制造基础18常见定位方式的定位误差分析和计算1.工件以平面定位•工件以平面定位时产生的定位误差主要是基准不重合误差，基准不重合误差的计算可根据其定义，即工序基准相对定位基准在工序尺寸方向上的最大位置变动范围。对较复杂的两基准面间定位尺寸不是一个独立尺寸时，可用尺寸链来计算定位尺寸（定位基准与工序基准间尺寸）及其公差，公差就是基准不重合误差。Hwj.0.wj•基准位移误差分两种情况：1)工件以粗基准定位：其中ΔH是基面形状误差造成的基面最大变动范围。2)工件以精基准定位：机械工程学院机械制造基础192.工件以圆孔定位时的定位误差（1）工件圆孔与刚性心轴或销过盈配合孔与心轴始终同心，故但由于工件装夹困难，一般很少采用。0.wj（2）工件圆孔与刚性心轴或销间隙配合心轴水平放置（重力作用下孔与心轴固定上母线接触）工件孔尺寸，心轴尺寸工件孔中心最大变动量即为基准位移误差：DTD0min0maxdTd2)22()22(maxminmaxmin1221.dDdDwjTTdDTdTDOOOOOO机械工程学院机械制造基础20心轴垂直放置孔与心轴可以在任意方向接触，孔的中心最大变动量即为基准位移误差：minmaxminminmax21.)()(XTTTdTDdDOOdDdDwj（3）工件圆孔与弹性（自动定心）心轴定位0.wj其中Xmin=(Dmin-dmax)为孔与轴的最小配合间隙机械工程学院机械制造基础21（4）工件圆孔与锥心轴定位其中α为锥心轴的半锥角，TD为孔的直径公差。0.（径）wjtgTDwj2.（轴）•孔直径方向配合无间隙，径向基准位移误差：•轴向最大位移即轴向基准位移误差：•工件轴线可能发生偏转，转角定位误差为：Δθ=α机械工程学院机械制造基础223.工件以外圆定位时的定位误差主要分析工件外圆在V形块上定位情况：由于工件设计基准不同，可能出现以下三种情况，即设计基准分别为A、B、C。机械工程学院机械制造基础23（1）设计基准为A时的定位误差•V形块是对中定心元件，制造无误差时，理论上外圆中心与V形块中心位置重合，无基准不重合误差。0.bj2sin22sin22sin2')(.KKDDEAAEAAAzwj2sin2.)(.)(.KbjAzwjAzwd•工件外圆直径有偏差时，工件轴线在V形块中心线上下偏移。机械工程学院机械制造基础24（2）设计基准为B时的定位误差•由于定位基准是A，而设计基准是B，故KLdzbj21)(.2sin2')(.KAAAzwj)12sin21(2)(.)(.)(.KzbjAzwjAzwd工件尺寸变化时，定位基准的移动方向与工序基准相对定位基准的移动方向相同。故•基准位移误差即工件直径误差造成的A上下最大变化量机械工程学院机械制造基础25（3）设计基准为C点时的定位误差•由于定位基准是A，而设计基准是C，故KLdzbj21)(.2sin2')(.KAAAzwj)12sin21(2)(.)(.)(.KzbjAzwjAzwd工件尺寸变化时，定位基准的移动方向与工序基准相对定位基准的移动方向相反。故•基准位移误差即工件直径误差造成的A上下最大变化量机械工程学院机械制造基础26例：有一批直径为d±δd/2的轴类零件，欲加工端面孔，分析下列方案加工孔与外圆得同轴度误差。机械工程学院机械制造基础27(4)组合定位误差分析1.内孔与端面组合定位•长心轴与窄圆环端面组合孔与端面的垂直度误差将产生基准位移误差和角度误差：gBjjggBwjtgdtgd)()(.gBggAwjBwjtgL)()(.)(.20•短心轴与大端面组合孔与端面的垂直度误差将产生基准位移误差和角度误差：机械工程学院机械制造基础282.一面两孔组合定位•基准位移误差gOwjOwjTLTdTDOOTdTDOOmin1112'2)(.min1111'1)(.21机械工程学院机械制造基础29一面两孔组合定位•中心线角度误差LarctgcOwjOwjOO2))((.)(.)(2121min2222'2))((.2TdTDOOcOwj机械工程学院机械制造基础30例：铣键槽•工序要求的位置尺寸L、H及对称度•分析采用小凸台的长心轴定位误差（定位元件精度按工件精度的1/3选取）。mmtgdtgdjjggbjBwjLwd06.060015.0406005.0600.)(.)(.mmTdTdTDjAbjOwjHwd091.021.0007.0013.0021.02min)(.)(.)(.mmTdTDjObjOwjwd041.0007.00013.0021.0min)(.)(.)(.对称机械工程学院机械制造基础31例：同轴度误差分析计算一外圆和平面定位加工内孔时产生的与外圆的同轴度误差。δδδ外圆φ80变化时，轴心线变化为OO’=δ’mm106.045sin1215.0'尺寸30变化时，轴心线变化为O’O”=δ”mm198.045sin1207.0''合成后mm283.0)106.014.0(14.022机械工程学院机械制造基础32例：阶梯轴组合定位•在阶梯轴轴颈d2铣半圆键槽的工序尺寸H定位误差轴颈d1和d2同时为最大和最小时，H变化最大2)(22''1'1''2'21''1'12)(.)(.)(.21TdOOOOLLOOTdMNAbjOOwjHwd2)2sin22sin2(2sin221211)(.TdTdTdLLTdHwd机械工程学院机械制造基础33例：水平放置心轴定位轴套上铣键槽，求H1、H2、H3、H4、H5的定位误差及键槽对称度误差。尺寸ΔjwΔjbΔdwH10H2H3H4H5对称0002DdTT21dT21dT2DT2DT2DdTT21dDdTTT21dDdTTTDdTT22dT机械工程学院机械制造基础34例：阶梯轴组合定位•在阶梯轴端面钻孔的工序尺寸r定位误差轴颈d1和d2一个为最大且另一