机械制造工艺学(13)-3

MMT第3章机床夹具设计本章要点机床夹具组成、分类工件在夹具上的定位工件夹紧各类机床夹具夹具设计步骤与方法计算机辅助夹具设计1MMT第3章机床夹具设计机床夹具是机械加工中重要的工艺装备，对保证零件加工精度至关重要。本章首先介绍机床夹具的功能、组成与分类；然后重点讨论工件在夹具上的定位与夹紧，包括定位方法与定位元件，夹紧原则与夹紧机构等；再后介绍各类机床夹具的结构与特点；最后通过实例对机床夹具设计步骤与方法进行说明，并对计算机辅助夹具设计原理与方法进行简要介绍。学习本章内容，应深入理解和重点掌握夹具设计中的主要问题——定位与夹紧，并通过一定的实践（包括课程设计）初步掌握机床夹具设计的步骤和方法。机床夹具设计是一件实践性和经验性很强的工作，进行实际工程训练必不可少。为深入理解本章内容，学习者应注意与前面各章内容相联系。此外，安排夹具装配实验，对初学者正确把握夹具设计方法也很有必要。本章建议学时10～12。2学习指南MMT机械制造技术基础第3章机床夹具设计FixtureDesign3.1机床夹具概述IntroductiontoJigandFixture3MMT3.1.1机床夹具及其组成1）定位元件及装置夹具的组成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4连杆铣槽夹具11236工件56）其他元件及装置(防护、防错……)加工零件MMT3.1.1机床夹具及其组成连杆铣槽夹具分解图连接元件（定向键）5MMT3.1.1机床夹具及其组成6连杆铣槽夹具装配图1－菱形销2－对刀块3－定向键4－夹具底板5－圆柱销6－工件7－弹簧8－螺栓9－螺母10－压板11－止动销φ20157±0.02H7n6φ10H7n645°±5′45°±5′7.85±0.02701801608±0.023(塞尺)1234567891011φ15.3-0.030-0.041φ42.6-0.009-0.025AAA-AA-AAAMMT3.1.2机床夹具的功能1）保证加工质量；2）提高生产效率，降低生产成本；3）扩大机床工艺范围；夹具功能4）减轻操作工人劳动强度，保证安全生产。在车床上用成形铣刀分度铣削齿轮7MMT3.1.3机床夹具的分类1）通用夹具：三爪、四爪卡盘，平口钳，分度头，回转工作台等，一般由专业厂生产，常作为机床附件提供给用户。2）专用夹具：为某一工件的特定工序专门设计的夹具，多用于批量生产中。3）通用可调整夹具及成组夹具：夹具部分元件可以更换，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，将不同的组合夹具元件像搭积木一样，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。组合夹具特别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8MMT3.1.3机床夹具的分类a）三爪卡盘b）四爪卡盘c）万向平口钳d）回转工作台e）分度头通用夹具9MMT零件工序简图3.1.3机床夹具的分类10专用夹具（套筒零件钻铰径向孔）MMT套筒零件钻铰径向孔专用夹具及其分解11MMT钻（铰）径向孔成组夹具3.1.3机床夹具的分类12零件工序简图MMT13钻（铰）径向孔成组夹具及其分解可更换元件工件MMT套筒零件钻铰径向孔组合夹具1－加筋角铁（2）2－槽用螺栓（6）3－平键（18）4－方形支承5－定位支承6－方形支承7－平垫圈8－六角螺母（8）9－槽用螺栓10－钻套螺钉11－快换钻套12－钻模板13－圆形定位销14－工件15－方形支承16－角铁17－压紧螺钉18－基础板14MMT1、3－加筋角铁2、6、18、21－平键4、7、13－方形支承5－定位支承8、17－螺母+槽用螺栓9－钻模板10－钻套螺钉11－可换钻套12－工件14－角铁15－压紧螺钉16－基础板19－调节螺钉20－沉头螺钉套筒零件钻铰径向孔组合夹具12345678910111214131815161719202115MMT套筒零件钻铰径向孔组合夹具分解16MMTc）支架焊接组合夹具a）组合钻模（分度式）b）组合镗模组合夹具实例17MMT加工轴瓦盖自动线随行铣夹具1、9－支承板2－压板3－钩形压板4－可调支钉5－丝杠6－螺母7－楔块8－柱销18MMT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。按夹紧力源划分气动虎钳液压夹具3.1.3机床夹具的分类19MMT机械制造技术基础3.2工件在夹具上的定位PartLocationinFixture20第3章机床夹具设计FixtureDesignMMT3.2.1常用定位方法与定位元件固定支承支承钉支承板A型（图a）B型（图b）C型（图c）A型（图d）B型（图e）固定支承a）支承钉和支承板b）c）d）e）工件以平面定位21MMTa）b）c）自位支承可调支承a）b）c）d）可调支承自位支承223.2.1常用定位方法与定位元件MMT辅助支承——在工件完成定位后才参与支承，它不起定位作用，而只起支承作用，常用于在加工过程中加强被加工部位的刚度。a）b）c）辅助支承1－支承2－螺母3－弹簧4－手柄233.2.1常用定位方法与定位元件MMT心轴心轴刚性心轴弹性心轴自动定心心轴液塑心轴……过盈配合间隙配合小锥度心轴a）过盈配合心轴b）间隙配合心轴c）小锥度心轴刚性心轴工件以圆柱孔定位243.2.1常用定位方法与定位元件MMT弹性心轴自动定心心轴1－螺母2－弹簧3－活块253.2.1常用定位方法与定位元件MMT液塑心轴1－柱销2－顶销3－液体塑料4－薄壁套1234263.2.1常用定位方法与定位元件MMT定位销定位销圆柱定位销圆锥定位销菱形定位销27圆柱定位销3.2.1常用定位方法与定位元件MMTa）b）c）菱形销与锥形销283.2.1常用定位方法与定位元件MMT套筒（定心定位）a）b）套筒定位工件以外圆表面定位有两种形式：定心定位和支承定位。工件以外圆表面定心定位的情况与圆柱孔定位相似，只是用套筒或卡盘代替了心轴或圆柱销，用锥套代替了锥销。工件以外圆表面支承定位常用的定位元件是V形块。工件以外圆表面定位293.2.1常用定位方法与定位元件MMTV形块（支承定位）)2/tan()2/sin(21NDHT当α＝90°时，有NDHT5.0707.0式中D为工件（或心轴）直径的平均尺寸。安装尺寸30V形块3.2.1常用定位方法与定位元件MMT工件以锥面定位工件以齿面定位1－推杆2－弹性薄膜盘3－保持架4－卡爪5－螺钉6－节圆柱7－工件（齿轮）1234567工件除了以平面、圆柱孔和外圆表面定位外，有时也以其他形式表面（如锥面、曲面、渐开线齿面等）定位。工件以其他表面定位313.2.1常用定位方法与定位元件MMT螺钉螺钉工件节圆柱薄膜盘O形圈保持架卡爪推杆过渡盘节圆卡盘分解图32MMT在多个表面同时参与定位的情况下，各定位表面所起的作用有主次之分。通常称定位点数最多的表面为主要定位面或支承面，称定位点数次多的表面为第二定位基准面或导向面，称定位点数为1的表面为第三定位基准面或止动面。定位表面的组合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。下图所示工件在两顶尖上定位，首先确定前顶尖限制的自由度，它们是。然后，再分析后顶尖限制的自由度。此时，应与前顶尖一起综合考虑，可以确定其限制的自由度是。XZY工件在两顶尖上定位XYZ、、XY、333.2.1常用定位方法与定位元件MMT式中D1，D2——与圆柱销和菱形销配合孔最小直径；Δ1min，Δ2min——孔1、2与销1、2的最小间隙；TLK，TLX——两孔中心距和两销中心距的公差。一面两孔定位菱形销宽度min1min22－LXLKTTDb（3-2）一面两孔定位菱形销宽度尺寸计算343.2.1常用定位方法与定位元件MMT一面两孔定位设计计算1）确定两销中心距尺寸及公差：取工件两孔中心距公称尺寸为两销中心距公称尺寸，其公差取工件孔中心距公差的1/5～1/3。2）确定圆柱销直径及其公差：取相应孔的最小直径作为圆柱销直径的公称尺寸，其公差一般取g6或f7。菱形销结构尺寸d＞3～6＞6～8＞8～20＞20～25＞25～32＞32～40＞40～50Bd－0.5d－1d－2d－3d－4d－5d－6b1233345b12345568353）确定菱形销宽度、直径及其公差：按有关标准（见表3-1）选取菱形销的宽度b；然后计算菱形销与其配合孔的最小间隙Δ2min（式(3-2)）；再计算菱形销直径的公称尺寸：d2＝D2－Δ2min；最后按h6或h7确定菱形销的直径公差。3.2.1常用定位方法与定位元件MMT3）按表3-1选取菱形销宽度b＝3mm；4）按式（3-2）计算菱形销与其配合孔的最小间隙5）按h6确定菱形销的直径公差，得009.0025.016.426g6.42dmm03.03.153)009.004.012.0(2min1min2DbTTLXLK－030.0041.023.15dmm【解】1）取两销中心距为57±0.02mm；2）取圆柱销直径36【例3-1】设计计算图示夹具两销定位的有关尺寸。工件两孔孔径分别为和，孔心距为LK=57±0.06。1.0023.15D1.0016.42D连杆铣槽夹具a）b）MMT3.2.2定位误差计算例如在轴上铣键槽，要求保证槽底至轴心的距离为H。若采用V形块定位，键槽铣刀按规定尺寸H调整好位置（右图）。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。不考虑加工过程误差，仅由于轴心位置变化而使工序尺寸H也发生变化。此变化量（即加工误差）是由于工件的定位而引起的，故称为定位误差。O1O2ΔDW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。定位误差的概念定位误差HOA37MMT1）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。右图所示工件以底面定位铣台阶面，要求保证尺寸a，即工序基准为工件顶面。如刀具已调整好位置，则由于尺寸b的误差会使工件顶面位置发生变化，从而使工序尺寸a产生误差。ΔDWba由于基准不重合引起的定位误差工序基准定位基准3.2.2定位误差计算定位误差的来源38MMT3.2.2定位误差计算在采用调整法加工时，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。因此计算定位误差，首先要找出工序尺寸的工序基准，然后求其在工序尺寸方向上的最大变动量即可。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；然后运用三角几何知识，求出工序基准在加工尺寸方向上的最大变动量，即为定位误差。1.用几何方法计算定位误差定位误差计算39MMT当工件孔径为最大，定位销的直径为最小时，孔心在任意方向上的最大变动量等于孔与销配合的最大间隙量，即无论工序尺寸方向如何，只要工序尺寸方向垂直于孔心轴线，其定位误差均为【解】3.2.2定位误差计算【例3-2】图示为孔与销间隙配合的情况，若工件的工序基准为孔心，试确定其定位误差。孔与销间隙配合时的定位误差DmaxdminOO1O2ΔDW40ΔDW=Dmax－dmin式中ΔDW——定位误差；Dmax——工件定位孔最大直径；dmin——夹具定位销最小直径。（3-3）MMT3.2.2定位误差计算某些情况，工件孔与夹具定位销保持固定边接触，此时孔心在接触点与销子中心连线方向上的最大变动量为孔径公差的一半。若工件的定位基准仍为孔心，且工序尺寸方向与接触点和销子中心连线方向相同，则其定位误差为O孔与销间隙配合固定边接触时定位误差ΔDW此时，孔在销上的定位已由定心定位转化为支承定位的形式，定位基准也由孔心变成了与定位销固定边接触的一条母线。这种情况下，定位误差是由于定位基准与工序基准