搜索
第二章机床夹具2.1夹具概述§2.1.1工件的安装方式工件要加工必须有两个前提：一个是定位，一个是夹紧。从定位到夹紧的整个过程叫安装。用于安装的工艺装备称为机床夹具.不同的生产条件（机床、工件、加工面、生产类型等）安装方法也不同。可分为3种：一直接找正安装操作者利用划针、百分表等量具直接校准待加工面或相关表面以获得正确位置。特点:安装精度高低取决于操作者水平。（划针0.5，百分表0.02，精密量具可达0.01以上。）安装费力费时，效率低；工件上要有可供找正的表面。应用范围:单件小批生产和精度要求高、使用夹具无法达到精度的成批生产。如图8-1所示，在单件小批滚齿时，为了使工件中心与机床中心一致，专门为此设计夹具成本过高，一般采取用百分表直接找正工件。就是开动机床慢速旋转，观察百分表的指针，检查工件的径跳，合格后再夹紧工件。图8-2直接找正动画二划线找正安装钳工先按加工要求在工件表面划好线，机加工时工人按划线找正后再夹紧。例如，在刨床上利用平口钳装夹，加工轴承座的底座平面，工人先轻夹工件，再利用划针盘按钳工划好的线在工作台上来回移动，直到划针在工件两头都与加工线重合再夹紧工件。（见图8-3）特点:1)可保证各加工面有足够的加工余量及位置精度；2)可及时发现毛坯缺陷，采取补救措施；3)增加了划线工序、浪费工时；4)划线具有一定的宽度（0.2～0.3），安装精度不高应用范围:单件小批生产无可供直接找正表面的复杂件，如箱体类零件；或虽然有条件使用夹具，但毛坯误差过大的工件。三采用夹具安装使用能保证工件迅速定位与夹紧的装置进行安装叫作夹具安装。（见图8-4）特点;1）安装效率高成本低；2）可保证重复精度；3）减轻劳动强度，保证生产节拍；4）扩大机床使用范围。应用范围:广泛用于大批量生产，中批生产及单件小批生产无夹具安装就无法保证精度的工件加工。§2.1.2机床夹具的功用夹具的概念:在机械加工中能用来迅速装夹工件,使机床,刀具,工件保持正确相对位置的装置。夹具有以下作用:☆工件装夹迅速，减少辅助时间；☆保证一定的加工精度，特别是相互位置精度；☆发挥机床潜力，扩大使用范围；☆减轻劳动强度，保证安全生产；☆平衡工序时间，便于生产过程自动化。目前，正在研究“寻位加工”。即用螺栓、压板将工件随机地夹紧在工作台上，由测量头寻找工件的位置并将数据传送给计算机，由计算机指挥机床对工件进行加工。这种加工方法是不需要专用夹具的。但是尚在研究之中。图8-5车孔夹具动画§2.1.3机床夹具的组成如图8-6为钻床夹具。工件5以孔和大端面定位，孔中有一心轴6，大端靠在夹具体7立柱上；以螺母夹紧；以钻模套4引导刀具对工件进行钻孔。心轴和钻模板3固定在夹具体上。若要钻不同方向的孔，还需配分度装置。可见，机床夹具组成如下：○定位元件确定工件在夹具中的正确位置。如心轴、定位销、V形块等；○夹紧元件夹紧工件，确保工件的位置不因各种外力而改变。如螺栓、压板、楔块、偏心轮等；○引导元件确定刀具、机床与夹具的相对位置。如钻模套、镗套、对刀块等。○夹具体夹具的基础件，将上述各种元件连成一个整体。○其它分度机构、锁紧装置、定向键、平衡铁、连接件、动力装置,可选用。§2.1.4机床夹具的分类一按应用范围分:▲通用夹具指已标准化，在使用中不加或稍加调整即可装夹不同的工件的夹具。如三爪、四爪、平口钳、回转工作台、分度头等。这类夹具，通常作为机床附件由专门厂家生产。广泛用于单件小批生产。夹紧工件费时间，特别对形状复杂或精度要求高个工件更是如此，操作复杂，生产效率低。▲专用夹具指为某一工件的某道工序设计的夹具。由于只适用于特定对象，当产品更换或工序内容变化，就无法继续使用。因此，主要用于产品定型、工艺稳定的大、中批量生产。另外专用夹具1、对毛坯的质量要求高2、设计制造周期长▲成组夹具（可调夹具）可多次重复使用，用于加工形状相似、尺寸相近的工件的安装。当加工完一种工件后，经过调整或更换少量元件即可加工另一种工件。同时适合多品种小批量生产和大批量生产。▲组合夹具由按标准化系列化生产出来的标准件加少量特殊件组装而成，可根据加工对象进行调整，以适应新的对象。组合夹具的组成（图8-7）1基础件组合夹具的基体,将其它元件、合件组装成一个整体。2支承件把上面的其它元件与基础件连成一体。3定位件用于工件的正确定位。4导向件用于确定刀具与工件的相对位置,也称对刀元件。5夹紧件将已定位好的工件夹紧在夹具上。保证加工时工件的位置不变。6紧固件用来连接组合夹具中的各种元件及紧固工件。7其它件各种用途单一的元件称为其它件。8合件由若干零件组装而成，以完成一定的功用。二按动力源分手动夹具、气动夹具、液动夹具、电动夹具、磁力夹具、真空夹具三按使用机床分车床夹具、铣床夹具、钻床夹具、磨床夹具、刨床夹具、镗床夹具四按生产过程分装配夹具、检验夹具、焊接夹具、热处理夹具§2.2工件定位§2.2.1六点定位原理一定位原理任一物体在空间都有六种宏观运动的可能性，称为六个自由（图8-8），即沿X、Y、Z轴的移动和绕此三轴的转动，欲使工件在空间取得唯一位置，则必须限制六个自由度。这就是六点定位原理。返回图8-8二原理要点1、任何物体都有、且只有6个自由度。如图8-9一箱体类零件，只要限制了6个自由度，物体的位置就确定了。2、6个自由度都存在，是工件在机床上或夹具中位置不确定的最大程度，即工件最多只能有6个自由度。3、消除自由度，加约束（定位元件）。加约束的同时要保证工件与定位元件紧贴接触（靠自重或夹紧力）。4、夹紧不等于定位。夹紧与定位是两个完全不同的概念，不能混为一谈。定位是使工件占有正确位置，夹紧是使工件不离开正确位置§2.2.2完全定位消除全部（6个）自由度，叫做完全定位。如图8-9和图8-10b所示的定位情况即为完全定位。在底面（主支承面）设置3个支承钉限制Z旋转、X移动、Y移动；侧面（导向面）设置2个支承钉限制Z旋转、X移动；后面（止推面）设置1个支承钉限制Y移动，共限制6个自由度。这种方式常用、保险，因为不必担心漏了自由度。但是，可能会造成夹具复杂化，使夹具成本上升。§2.2.3部分定位（不完全定位）只限制那些影响加工精度的自由度（第一类自由度），称为部分定位。如果图8-9的箱体只加工上平面，则只需限制3个自由度，在下面设置三个支承钉即可。而图8-10a)铣台阶面则需限制除Y以外的5个自由度。这些都是采用部分定位。图2-8a)中铣台阶面时，由于台阶面长度只与工作台的移动长度有关。此方向上的自由度Y移动可不限制，只需保证台阶的高和宽，采用部分定位即去掉限制Y移动的支承钉，限制5个自由度即可。图2-8b)中铣不通槽时，由于除需保证槽的高和宽外，还要保证槽的长度，Y移动也需要限制，所以必须采用如图所示的完全定位。§2.2.4超定位——某自由度被两个以上的约束所限制。如图8-11车长轴用双顶尖与三爪装夹，Y和Z的移动超定位。若顶尖孔与工件外圆不同轴，就会造成顶尖与工件的变形。改进：将前顶尖改为挡销，只限制X移动。又如加工连杆时（图8-12），在两孔中都使用圆柱销定位，则X移动超定位,工件可能不能顺利安装。改进：将圆柱销2改为削边销或在右边加一活动V形块，只限制Z的旋转。超定位可能带来定位不可靠或工件不能顺利安装，是否绝对不能使用呢?并非如此。只要装夹的外圆是以顶尖孔定位车过的，具有较高的同轴度，就不会发生干涉,反而可以传递较大的扭矩。又如加工齿形时往往用大端面和长轴定位，（见图8-13）也是超定位。但是，由于工件孔与端面和心轴与端面有较高的垂直度，不会发生干涉，且可承受较大的切削力，对加工有利。可见只要不发生干涉,对提高工件的支承刚度有利，还是可用的。§2.2.5欠定位某个（些）影响加工精度的自由度未加限制。例如，在加工如图8-12所示的连杆孔时，只有平面定位或用平面与一短圆销定位都属于欠定位。因为两孔的位置没有确定。又如车一小轴（图8-14a），只用三爪卡盘夹很短的外圆，限制Y移动、Z移动，属于欠定位。（图8-14b）的工件只限制X移动、Y移动、Z移动，也属于欠定位。如何改进？请思考之(答案)。再如在图8-15a)中铣台阶面时只限制下面三点，图b)中铣不通槽时只限制下面3点和左侧面2点都属于欠定位。显然欠定位是绝对不可以使用的，因为它影响加工精度。§2.3.1工件以平面定位§2.3.2工件以外圆定位§2.3.3工件以内孔定位§2.3.4工件以组合面定位§2.3定位方式与定位元件§2.3.1工件以平面定位基本支承与辅助支承一、基本支承——起定位作用的支承。1固定支承支承钉：（图2-14)平头形用于较光洁的表面；圆头形用于毛坯表面；网头形用于侧毛坯表面。支承板：支承面积大，定位面精度较低时稳定性差；（图2-15)小板：光条板螺钉处槽中切屑难以清理；斜槽板：螺钉处槽中切屑易于清理，但制造困难。2可调支承可根据毛坯的尺寸误差进行调节。（图2-16）对固定支承的几点说明：1.支承板用于精基准面的定位或定位基准面面积较大时.2.无论是平头支承钉或支承板，一般在安装到夹具体上后需进行最终磨削，以使钉或板保持等高，并与夹具体地面保持必要的位置精度（平行或垂直）3.支承钉与支承板已标准化，收集在国标《夹具零部件》中支承钉GB2226-80、支承板GB2236-804.无论采用国标或自行设计的非标准件，定位原件必须注意在高度尺寸上预留最终磨削余量。可随工件表面误差浮动，增加与工件的接触点，提高支承刚度，变形减少，尤其是毛坯表面定位时，改善余量分配。只限制一个自由度。两点式（图2-17a、b）三点式（图2-18）3自位支承§2.3.1工件以平面定位自位支承是活动的，因此尽管每一个自位支承与工件可能有三点或两点接触，但一个自位支承实质上只起一个定位支承点的作用，尤其是毛坯表面定位时，接触点增加，工件刚度提高，变形减少，改善余量分配（举例：拉齿轮花键孔）花键孔在齿轮毛坯上拉花键孔，预孔加工后拉孔，是以被拉孔和一端面作为定位基准。拉刀刚进入孔时起导向作用的前导部没有切削刃，与工件的孔相配合，相当于一段定位用的心轴，起着定位原件的作用限制了工件的4个自由度根据工件拉花键的定位要求只需再设一个定位支承点，但已知拉削产生的切削力很大，这要由定位端面来承受，一般我们很自然的想到与3个定位支承点接触，由此产生重复定位。既要保证工件的定位稳定和支承刚性，又不发生过定位，通常采用球面式自位支承作为端面支承而达到目的，而且还可以补偿工件上作为定位基准用的孔和端面间的垂直度偏差，使定位更加可靠。（举例：拉齿轮花键孔）二辅助支承——工件定位后,为提高支承刚度所增加的支承，不起定位作用。如车削长轴时除了以双顶尖定位外，在中间增加中心架支承。平面常用辅助支承有三种:螺旋式：利用螺栓螺母调节与工件接触。（同可调支承）自位式：利用弹簧推力保持与工件接触。（图2-19）推引式：利用斜面推力保持与工件接触。（图2-20）§2.3定位方式与定位元件一V形块(一)V形块的形式1短V形块限制工件2个自由度。（图2-21a）2长V形块限制工件4个自由度。（图2-21b、C）(二)V形块的应用范围V形块应用广泛，对完整圆与非完整圆都适用主要作用是对中，可使工件上定位用的外圆中心对中在V形块两斜面的对称面上1.用于精基准定位2.用于粗基准或阶梯圆柱面定位3.用于基准面较长或两端基准面分布较远时(三)V形块的特征1.两斜面根部凹槽作用：加工斜面让刀用的2.当外圆直径很大时，V形块可不用整体结构钢件，而改用铸铁底座上镶淬硬支撑板或硬质合金（节省材料）3.V形块两侧面夹角有600、900、1200，900常用，这些都已经标准化。§2.3.2工件以外圆定位二定位套筒（一）圆柱面定位套1整体式与工件之间有间隙，定心精度不高,用于小型工件。（图2-22a）2剖分式为