机械制造工艺学_第三章

3.0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。•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。3.1概述一机床夹具及其组成•夹具的组成•定位元件及装置•夹紧元件及装置•对刀及导向元件•连接元件•夹具体•其他元件及装置(防护、防错……)3.1概述一机床夹具及其组成3.1概述二机床夹具的功能•保证加工质量：首要任务是保证加工精度，这种精度保证主要依靠夹具和机床来保证，而不在依赖于工人的技术水平。•提高生产效率，降低生产成本：减少划线、找正等辅助时间，易实现多件、多工位加工。利用气动、液动等夹紧装置，可进一步减少辅助时间。•扩大机床工艺范围：如在车床或钻床上使用模，可替代镗床镗孔；使用靠模夹具，可在车床或铣床上进行仿形加工。•减轻操作工人劳动强度，保证安全生产。3.1概述三机床夹具的分类•按夹具使用范围划分•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。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3.1概述三机床夹具的分类•按夹具使用范围划分——成批生产和大批量生产•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。套筒零件钻铰径向孔专用夹具及其分解3.1概述三机床夹具的分类•按夹具使用范围划分•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。钻（铰）径向孔成组夹具及其分解3.1概述三机床夹具的分类•按夹具使用范围划分•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。3.1概述三机床夹具的分类•按夹具使用范围划分•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。组合钻模（分度式）组合镗模3.1概述三机床夹具的分类•按夹具使用范围划分•随行夹具：在自动线或柔性制造系统中使用的夹具。除完成定位夹紧外，还载着工件由输送装置送往各机床，在各机床上被定位和夹紧。•按使用机床划分：可分为钻床夹具、铣床夹具、车床夹具、磨床夹具等。•按夹紧力源划分：可分为手动夹具、气动夹具、液压夹具、真空夹具、电动夹具等。气动虎钳液压夹具3.2工件在夹具上的定位一常用定位方法与定位元件•工件以平面定位•固定支承支承钉和支承板支承板A型（图a）支承钉B型（图b）C型（图c）A型（图d）B型（图e）固定支承3.2工件在夹具上的定位一常用定位方法与定位元件•工件以平面定位•可调支承：支承点的位置可以调整的支承。有一个可调范围，调整后螺母锁紧。一般应用于工件表面不规整或工件批与批之间毛坯尺寸变化较大时。一般对一批毛坯只调整一次。3.2工件在夹具上的定位一常用定位方法与定位元件•工件以平面定位•自位支承：支承点可以自动调整其位置以适应工件定位表面的变化。具有浮动或联动结构，一般只限制一个自由度。用于毛坯面，不连续或台阶面，有角度误差的平面定位。3.2工件在夹具上的定位一常用定位方法与定位元件•工件以平面定位•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。3.2工件在夹具上的定位一常用定位方法与定位元件•工件以平面定位•辅助支承和可调支持的异同点？•相近点：结构相似•不同点•功能：可调支承：起定位作用辅助支承：无定位作用•操作：可调支承：调整支承-定位-夹紧辅助支承：定位-夹紧-调整支承3.2工件在夹具上的定位一常用定位方法与定位元件•工件以圆柱孔定位•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：装卸困难，精度较高间隙配合：装卸容易：精度较低小锥度心轴：定心精度高，轴向定位精度较低a）过盈配合心轴b）间隙配合心轴c）小锥度心轴刚性心轴3.2工件在夹具上的定位一常用定位方法与定位元件•工件以圆柱孔定位•心轴弹性心轴自动定心心轴1－螺母2－弹簧3－活块3.2工件在夹具上的定位一常用定位方法与定位元件•工件以圆柱孔定位•定位销圆柱定位销：直径d根据加工要求和便于装夹考虑定位销圆锥定位销：限制三个自由度菱形定位销：只在一个方向上限制工件自由度圆柱定位销3.2工件在夹具上的定位一常用定位方法与定位元件•工件以圆柱孔定位•定位销3.2工件在夹具上的定位一常用定位方法与定位元件•工件以外圆表面定位•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。•套筒（定心定位）套筒定位3.2工件在夹具上的定位一常用定位方法与定位元件•工件以外圆表面定位•V形块（支承定位）•对中心好•可用于非完整外柱表面角度：6090120精度：低高稳定性：好差3.2工件在夹具上的定位一常用定位方法与定位元件•工件以外圆表面定位•V形块（支承定位）•安装尺寸式中D为工件（或心轴）直径的平均尺寸当α＝90°时，有T=H+0.707D-0.5N2sin(/2)tan(/2)N1DTH3.2工件在夹具上的定位一常用定位方法与定位元件•工件以其他表面定位•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。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）3.2工件在夹具上的定位一常用定位方法与定位元件•定位表面的组合•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。•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。3.2工件在夹具上的定位一常用定位方法与定位元件•一面两孔定位•一面两销定位设计计算D22minTLKTLX－1minb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。3.2工件在夹具上的定位一常用定位方法与定位元件•一面两孔定位•一面两销定位设计计算•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。•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。•确定菱形销宽度、直径及其公差：按有关标准选取菱形销的宽度b；然后计算菱形销与其配合孔的最小间隙Δ2min；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。菱形销结构尺寸dBbb1＞3～6d－0.512＞6～8d－123＞8～20d－234＞20～25d－335＞25～32d－435＞32～40d－546＞40～50d－6583.2工件在夹具上的定位一常用定位方法与定位元件例：工件两孔孔径分别为D1=42.6+0.10和D2=15.3+0.10，孔心距为LK=57±0.06。解：1）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。故取两销中心距为57±0.02mm；2）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。故取圆柱销直径d1=42.6g6，即3）菱形销所在小孔直径D2=15.3按表选取菱形销宽度b＝3mm4）按公式按式（3-2）计算菱形销与其配合孔的最小间隙∆2min=(0.12+0.04-0.009)*3/15.3=0.035）按h6确定菱形销的直径公差，得mm009.0025.06.423.2工件在夹具上的定位二定位误差计算•定位误差的概念：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。•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。3.2工件在夹具上的定位二定位误差计算•定位误差的来源•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。∆JW•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。∆JB•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。3.2工件在夹具上的定位二定位误差计算•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•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。•用微分方法计算定位误差3.2工件在夹具上的定位二定位误差计算例：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。解：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ΔDW=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。孔与销间隙配合时的定位误差3.2工件在夹具上的定位二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不重合所造成的，属于基准不重合误差，与定位销直径无关。=(Dmax+Dmin)=TDΔDW21213.2工件在夹具上的定位二定位误差计算例：求图式工件在其夹具上加工时的定位误差。解：考查工件上与使用夹具有关的工序尺寸及工序要求（即工序位置尺寸和位置度要求），有：1、槽深3.2+0.40mm；2、槽中心线与大小头孔中心连线的夹角为45°±30′；3、槽中心平面过大头孔轴线。（隐藏信息）3.2工件在夹具上的定位二定位误差计算1）对于第1项要求，即槽深3.2+0.40mm由于工序基准为槽顶端面，而定位基准为相对的另一端面，存在基准不重合误差，其值为两端面距离尺寸公差，即ΔJB=0.1mm。定位端面已加工，近似认为其基准位置误差为0，故可得ΔDW=ΔJB=0.1mm3.2工件在夹具上的定位二定位误差计算2）对于第2项要求，即槽中心线与大小头孔中心连线的夹角为45°±30′定位基准与工序基准重合，故不存在基准不重合误差。只需计算基准位置误差。代入相关数据可得ΔDW=±8′ΔDWarctan1maxd1minD2maxd2minD2L3.2工件在夹具上的定位二定位误差计算3）对于第3项要求，即槽中心平面过大头孔轴线。定位基准与工序基准重合，故不存在基准不重合误差。只需计算基准位置误差。该误差等