第五章夹具第一节.

第五章夹具第一节概述机床夹具：在机床上能实现安装任务的工艺装备称为机床夹具。定位的概念在机床上对工件进行切削加工时，为了保证加工精度，必须使工件相对于机床和刀具占有正确的位置，这一过程称为定位。夹紧的概念为了保证工件的正确位置在加工过程中稳定不变，就必须对工件施加一定的夹紧力，这一过程称为夹紧。安装的概念定位和夹紧这两个过程总称为安装。机床夹具应满足的基本要求：1.保证工件或刀具能准确、迅速、可靠地定位和夹紧。2.保证工件或刀具拆卸方便、快捷，其结构应简单，并有足够的刚度和精度，以防止工件变形和振动，操作应安全省力。一、机床夹具的分类机床夹具按所使用的机床分类：车床夹具、铣床夹具、钻床夹具、镗床夹具、磨床夹具等。一、机床夹具的分类机床夹具按通用特性分类：通用夹具、专用夹具、可调夹具、组合夹具、自动线夹具等。1.通用夹具是指结构、尺寸已标准化的，在一定范围内可用于加工不同工件的夹具。如：三爪自定心卡盘、四爪单动卡盘、台虎钳、回转工作台、万能分度头、顶尖、中心架、跟刀架、电磁吸盘等。通用夹具的特点：适应性强，不需调整或稍加调整就可以装夹一定形状和尺寸范围内的多种工件。缺点：加工精度不高、生产率也较低，且较难装夹形状复杂的工件，故适用于单件小批量生产。此类夹具都由专业厂家生产，作为机床附件供给用户。2.专用夹具是针对某一工件的某道工序的加工要求而专门设计和制造的夹具。专用夹具的特点：结构紧凑，操作迅速方便，针对性极强，没有通用性。在产品相对稳定、批量较大的生产中，常用各种专用夹具，可以获得较高的生产率和加工精度。缺点：设计和制造周期较长，随着现代多品种、中小批量生产的发展，专用夹具的适应性和经济性等方面已出现许多不足之处。3.可调夹具是根据不同类型、不同尺寸的工件，调整或更换个别定位元件和夹紧元件而形成的专用夹具。分类：通用可调夹具、成组夹具。3.可调夹具特点：1.通用可调夹具的通用范围比通用夹具更广泛。2.成组夹具是一种专用可调夹具，它是根据成组技术设计，用于装夹一族相似的工件，故在多品种，中小批量生产中使用具有较好的经济性。4.组合夹具是根据某一工件的某道工序的加工要求，由一套事先制造好的标准元件和部件组装而成的专用夹具。特点：此类夹具用完之后可以拆卸存放，或供给重新组装新夹具时使用。由于组合夹具具有生产准备周期短，元件能重复多次使用，组装迅速等优点，因此，在单件、中小批生产和数控加工中应用较多。5.自动线夹具自动线夹具分为两类：固定式夹具、随行夹具。特点：固定式夹具，它与一般专用夹具相似。随行夹具除装夹工件外，并随自动线一起移动，即载着工件从一个工位移到下一个工位。二、机床夹具的组成机床夹具虽有不同的类型和结构，但它们的工作原理基本上是相同的。为此，可以把各类夹具中的元件或机构，按其功能相同的原则归类，从而得出组成夹具的几个主要的部分。1.定位元件和定位装置作用：主要用于确定工件在夹具中的正确位置。定位元件如：支承钉、支承板、V形块、定位销等。当工件定位基准面的形状确定后，定位元件的结构也就基本确定了。2.夹紧装置作用：用于夹紧工件，使工件在受到外力作用时，仍能保持其正确的位置。组成：通常是一种机构，包括夹紧元件（如夹爪、压板等），增力和传动装置（如杠杆、螺纹传动副、凸轮等）以及动力装置（如气缸、油缸等）。3.夹具体作用：主要用于连接夹具上的各种元件和装置，使之成为一个整体，并与机床的有关部位连接，以确定夹具相对机床的正确位置。4.对刀元件和引导元件作用：主要用于确定或引导刀具，使其与夹具有一个正确的相对位置。如：对刀块、钻套、镗套等。5.其他元件及装置主要包括定向件、操作件以及根据夹具特殊功能需要而设置的一些装置。如：分度装置、工件顶出装置、上下料装置等。总结机床夹具的组成并非上述每一个部分都缺一不可，但其中的定位元件、夹紧装置、夹具体，则是构成机床夹具最主要的组成部分。在现代生产中，机床夹具是一种不可缺的工艺装备，它直接影响着加工的精度、劳动的效率和产品的成本等。必须引起我们的足够重视。三、机床夹具的作用在机械加工过程中，使用机床夹具的目的主要有五个方面，但在不同的生产条件下，应该有不同的侧重点。1.保证加工精度用夹具装夹工件后，工件在加工中的正确位置就由夹具来保证，不会受操作者的操作习惯和技术差别等因素的影响，每一批零件基本上都能达到相同的精度，使产品质量稳定。2.提高生产效率采用机床夹具后，能使工件迅速地定位和夹紧，既可以提高工件加工时的刚度，有利于选用较大的切削量，又可以省去划线找正等辅助工作，因而提高了劳动生产率。3.改善劳动条件用夹具装夹工件方便、省力、安全、降低了对操作者的技术要求。当采用气动或液动等夹紧装置后，可以减轻操作者的劳动强度，保证生产安全。4.降低生产成本在成批生产中使用夹具时，由于生产效率的提高和对操作者要求的降低，故可明显地降低生产成本，批量越大，生产成本降低越明显。5.扩大工艺范围在单件小批生产时，零件品种多而数量少，又不可能为了满足所有的加工要求而购买相应的机床，采用夹具就可以扩大机床的加工范围。如：在车床上安装镗孔夹具后，就可以进行箱体的孔系加工；安装磨头后，就可以进行磨削加工等。采用夹具是在生产条件有限的企业中，常用的一种技术改造措施。第二节工件的定位工件在夹具中的定位，对保证加工精度起着决定性的作用。为此必须选择和设计合理的定位方法及相应的定位元件或定位装置，同时，要保证有一定的定位精度。工件在夹具中定位的目的：就是使同一批工件在夹具中占有一致的正确的加工位置。一、工件的定位原理1.六点定位原理一个尚未定位的工件，其空间位置是不确定的，即在空间可以任意的移动和转动。此时，我们称工件处于自由状态，无任何约束，是自由体。一、工件的定位原理1.六点定位原理六点定位原理就是将自由体的自由度约束，使其按我们机械加工的要求约束相关的自由度。定位的任务就是要消除工件的自由度。一、工件的定位原理1.六点定位原理在三维空间中，一个自由体的自由度我们经过分析，从而得到了在空间直角坐标系中，工件的六个自由度。即：分别沿着X、Y、Z三个坐标轴的移动;和分别以X、Y、Z轴的转动。一、工件的定位原理1.六点定位原理XZY工件的六个自由度主要定位基准在满足加工表面位置精度的前提下，一般应选择工件上定位关联密切而定位准确容易保证的面、线、点作为主要的定位基准。如：在一般的情况下常选择大而平整的表面作为主要定位基准。主要与导向定位基准举例111223YXZ如图所示1支承即为主要定位基准导向定位基准只限制了工件的某个方向的移动或转动的极少的自由度。111223YXZ如图中的2支承即是导向定位基准止推定位基准只限制了工件的一个自由度的定位基准。111223YXZ如图所示支承3即为止推定位基准定位与夹紧应严格区分在机械加工过程中，定位和夹紧是两个不同的概念。定位是使工件在机床或夹具中占据一个正确的位置。夹紧是使工件的这一正确的位置在加工过程中保持不变。所以夹紧不能代替定位。2.应用六点定位原理应注意的问题1）正确的定位形式就是在满足加工要求的情况下，适当地限制工件的自由度数目。压板上导向槽的加工BZXA2CBZXA2CYA1导向槽完全定位完全定位完全定位就是将工件的六个自由度全部限制。上图中压板导向槽的加工即是完全定位。压板上平面的磨削加工BZXA2CBZXA2CYA1导向槽不完全定位不完全定位（对应定位）在加工工件时，只限制了部分自由度的定位。上图中压板上平面的磨削只限制了部分自由度的定位是不完全定位。2.应用六点定位原理应注意的问题2）明确定位支承点所限制的自由度数目通常可以按定位接触处的形态确定所限制的自由度数目。典型单一定位形态的特点定位接触形态限制自由度数自由度类别特点长圆锥面接触5三个移动、两个转动可作主要定位基准长圆柱面接触4两个移动、两个转动大平面接触3一个移动、两个转动短圆柱面接触2两个移动不可作主要定位基准，但可与主要基准组合定位线接触2一个移动、一个转动点接触1一个移动或转动2.应用六点定位原理应注意的问题3）防止产生欠定位根据零件的加工要求，而未能满足应该限制的自由度数目时，称为欠定位。如：加工压板的导向槽时，若减少限制任何一个自由度都是欠定位。在机加时欠定位时不允许的，将不可能保证加工精度的要求。2.应用六点定位原理应注意的问题4）正确处理过定位如果工件的同一个自由度被多于一个的定位元件来限制，称为过定位（也称重复定位）2.应用六点定位原理应注意的问题XZA过定位示意图2.应用六点定位原理应注意的问题在过定位的一端加上圆柱体即变无过定位XZA过定位应用时注意的问题过定位一般是不允许的，因为它可能产生破坏定位、工件不能装入、工件变形或夹具变形等后果，导致同一批工件在夹具中位置的不一致性，影响加工精度。但如果工件与夹具定位面的精度都较高时，过定位又是允许的，因为它可以提高工件的安装刚度和加工和稳定性。二、限制自由度与加工要求的关系按照限制自由度与加工要求的关系，可把自由度分为：1.与加工技术要求有关的自由度2.与加工技术要求无关的自由度。二、限制自由度与加工要求的关系在加工Φ6H7孔时，根据工件的加工技术要求，只需限制自由度X、Y的移动，X、Y的转动，而夹具却限制了工件的自由度X、Y、Z的移动和X、Y的转动。ABΦ50f7Φ6H7ABΦ0.01Φ0.04二、限制自由度与加工要求的关系在上一图中显然，其中沿加工孔轴线方向和移动自由度Z可以不必限制，但是，台阶面在限制其他自由度的同时，也限制了这一与加工技术要求无关的自由度，这是可行的。在夹具设计时，应特别注意限制与工件加工技术要求有关的自由度。1.与尺寸公差有关的自由度610.01+_BXZO200.03+_Tr16×2AB0.080.02A螺母简图1.与尺寸公差有关的自由度加工尺寸公称直径20mm时，定基面所需要限制的自由度为X、Y轴的转动和Z轴的移动均与加工尺寸有关。通常可以用公差带图形分析法来进行分析。上图中公称尺寸20mm的定位基准的公差带形状为两个平行平面，因而自由度Z的移动和X、Y的转动会影响加工公称尺寸20mm的精度。公差带图形分析法示例定位基准加工平面辅助平面XYZOZXδh1.与尺寸公差有关的自由度在上图中，当定位基准为直线时，需要限制的有关自由度为X轴的转动和Z轴的移动，以控制加工尺寸h的公差δ。分析时，以基准直线作一个辅助平面，则有关的自由度必然处在此平面内。2.与位置有关的自由度用公差带图形分析法也可以求出与位置公差有关的自由度。常见基准要素与加工要素的位置关系有线对线、线对面、面对面、面对线等几种情况。2.与位置有关的自由度加工的轴线XYZOδ定位基准辅助平面线对面的平行度X与平行度有关的自由度是X轴的转动2.与位置有关的自由度δXYZ加工的轴线定位基准面XY0Z线对面的对称度自由度是X轴的移动和此图为与对称度有关的Y、Z轴的转动。第三节定位方法与定位元件定位方法与定位元件的选择：包括定位元件的结构、形状、尺寸和布置形式等;定位方法与定位元件的选择，主要决定于工件的加工要求、工件定位基准和外力的作用状况等因素。第三节定位方法与定位元件一、工件以平面定位在机械加工过程中，大多数工件是以平面作为主要定位基准，如箱体、机座、支架等。在初始加工时，工件只能以粗基准平面定位，进入后续加工时，工件才能以精基准平面定位。第三节定位方法与定位元件1.工件以粗基准平面定位粗基准平面通常是指经清理后的铸、锻件毛坯表面，其表面粗糙，且有较大的平面度误差。第三节定位方法与定位元件当该面与定位支承面接触时，必然是随机分布的三个点接触。这三个点所围的面积越小，其支承的稳定性越差。为了控制这三个点的位置，就应采用呈点接触的定位元件，以获得较稳定的定位。如下面的图示。第三节定位方法与定位元件支承点的随机性分布ABCABC支承点的合理分布粗基准平面定位的特点第三节定位方法与定位元件三角形定位的注意问题：三角形定位并非在任何情况下都是合理的。例如，定位基准为狭窄平面时，就很难布置呈三角形的支承，而应采用面接触定位。第三节定位方法与定位元件粗基准平面