第一章机械加工工艺装备-夹具.

1第1章机械加工工艺装备本章要点机床的分类、型号及技术参数典型机床的加工工艺范围车床的传动原理工件定位、夹紧与典型夹具刀具几何角度、种类与选用金属切削加工的基本概念2机械制造技术基础第1章机械加工工艺装备MechanicalManufacturingProcessEquipments1.3夹具Fixture/Clamp/Chunking31.3夹具1.3.1机床夹具概述1.3.2工件的定位☆1.3.3工件的夹紧☆1.3.4典型夹具4三爪卡盘四爪卡盘万向平口钳回转工作台分度头图2-43通用夹具51.3.1机床夹具概述机床夹具的作用保证加工精度提高劳动生产率扩大机床的使用范围改善劳动条件、保证生产安全用夹具装夹工件时，工件相对于刀具(或机床)的位置由夹具来保证，基本不受工人技术水平的影响，因而能较容易、较稳定地保证工件的加工精度。采用夹具后，工件不需划线找正，装夹方便迅速，可显著地减少辅助时间，提高劳动率产率。例如，在车床或摇臂钻床上按装镗模夹具后，就可对箱体孔系进行镗削加工。使用专用机床夹具可减轻工人的劳动强度，改善劳动条件，降低对工人操作技术水平的要求，保证安全。6机床夹具的分类按应用范围分：按使用机床分：按夹紧动力分：手动夹具气动夹具液动夹具电动夹具磁力夹具真空夹具通用夹具专用夹具可调夹具成组夹具组合夹具随行夹具车床夹具铣床夹具钻床夹具镗床夹具其它机床夹具1.3.1机床夹具概述7机床夹具的组成①定位元件②夹紧装置③对刀及导向装置—迅速确定刀具与工件的相对位置—确定工件的正确位置—夹牢工件，保证工件正确位置不变④夹具体—夹具的基础件⑤其他装置或元件—分度装置、连接元件等1.3.1机床夹具概述81.3夹具图1.57套筒零件简图图1.58套筒钻夹具夹具体快换钻套导向套钻模板开口垫圈螺母定位销9图2-42铣轴端槽夹具1—V型块2—支撑套3—手柄4—定向键5—夹具体6—对刀块1）定位元件及装置123646）其他元件及装置（防护、防错、分度…）5）夹具体4）连接元件3）对刀及导向元件2）夹紧元件及装置夹具的组成10夹具的分类1）通用夹具：三爪、四爪卡盘，平口钳等，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：夹具的部分元件可以更换，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11三爪卡盘四爪卡盘万向平口钳回转工作台分度头图2-43通用夹具12图2-44专用夹具43φDL零件工序简图13零件工序简图43φDLLφD43φD43LφDL34φDL43φDL34图2-45成组夹具KH1KH2KH3KH414图2-46组合夹具1234567891011121314151617181—加筋角铁（2）2—槽用螺栓（6）3—平键（10）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1512345678910111213141516171819205774.63图2-46a铣拨叉槽组合夹具1—方形基础板2—小长方支承3，14，20—六角螺母4—φ40圆形定位盘5—大长方支承6—螺钉7—右支承角铁8，10—厚六角螺母9—垫圈11—槽用螺栓12—侧中孔定位支承13—小长方支承15—回转压板16—双头螺栓17—φ24圆形定位销18—圆螺母19—工件16图2-46b组合夹具实例17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。◆按夹紧力源划分夹具的分类气动虎钳液压夹具18装夹的含义装夹又称安装，包括定位和夹紧两项内容。定位——为了保证工件被加工表面的尺寸和位置精度，使工件在机床或夹具上占有正确位置夹紧——对工件施加一定的外力，使工件在重力、切削力、惯性力等力的作用下能保持其已确定的位置不变。1.3.2工件的夹紧19划线找正装夹（图2-11）——精度不高，效率低，多用于形状复杂的铸件。单件小批，复杂件，毛坯精度低。直接找正装夹（图2-10）——精度高，效率低，对工人技术水平高。单件小批生产，位置要求高夹具装夹（图2-12）——精度和效率均高，广泛采用。成批及大量生产工件装夹方法1.3.2工件的夹紧20图2-10直接找正定位a)磨内孔时工件的找正b)刨槽时工件的找正1.3.2工件的夹紧21图2-10直接找正安装flash毛坯孔加工线找正线图2-11划线找正安装flash1.3.2工件的夹紧22图1.61划线找正定位1.3.2工件的夹紧23图2-12工件在夹具上装夹（滚齿夹具）1.3.2工件的夹紧24ZYX未定位工件的六个自由度X工件的定位原理任何一个物体在空间直角坐标系中都有6个自由度——用表示。ZYXZYX,,,,,ZYX1.3.2工件的夹紧25图2-13六点定位原理XZY六点定位原理要确定其空间位置，需用空间合理布置的六个支承点限制工件的六个自由度。称六点定则。将6个支承抽象为6个“点”，6个点限制了工件的6个自由度，这就是六点定位原理。1.3.2工件的夹紧261.3.2工件的夹紧27★定位的误解①工件定位后，反方向还可移动——定位面与定位点应保持接触②工件被夹紧，所有自由度就都被限制了1.3.2工件的夹紧281.3.2工件的夹紧29圆环形工件的六点定位30轴类工件的六点定位31轴类工件的六点定位1.3.2工件的夹紧32工件的6个自由度均被限制，称为完全定位。工件6个自由度中有1个或几个自由度未被限制，称为不完全定位。完全定位与不完全定位不完全定位主要有两种情况：①工件本身相对于某个点、线是完全对称的，则工件绕此点、线旋转的自由度无法被限制（即使被限制也无意义）。例如球体绕过球心轴线的转动，圆柱体绕自身轴线的转动等。②工件加工要求不需要限制某一个或某几个自由度。如加工平板上表面，要求保证平板厚度及与下平面的平行度，则只需限制3个自由度就够了。再如通透加工，加工方向不需定位。33●限制工件自由度与加工要求的关系◆完全定位—六个自由度全部限制◆不完全定位—限制的自由度＜6点◆欠定位—该限制的自由度没有限制◆过定位—重复限制某一自由度按加工要求确定绝不允许一般不允许1.3.2工件的夹紧34限制自由度与加工要求的关系加工孔加工平面35●要点—按加工要求确定—注意：不欠定位★实际上所限制的自由度—往往多于理论要求的为承受切削力、简化夹具结构—注意：不过定位★理论上要限制的自由度理论联系实际注重实际应用1.3.2工件的夹紧36完全定位与不完全定位ZYXa）ZYXb）ZYXc）ZYXd）e）ZYXf）ZYX图2-15工件应限制的自由度1.3.2工件的夹紧37欠定位工件加工时必须限制的自由度未被完全限制，称为欠定位。欠定位不能保证工件的正确安装，因而是不允许的。图2-16欠定位示例XZYa）b）BBB1.3.2工件的夹紧38过定位过定位——工件某一个自由度（或某几个自由度）被两个（或两个以上）约束点约束，称为过定位。过定位是否允许，要视具体情况而定：1）如果工件的定位面经过机械加工，且形状、尺寸、位置精度均较高，则过定位是允许的。有时还是必要的，因为合理的过定位不仅不会影响加工精度，还会起到加强工艺系统刚度和增加定位稳定性的作用。2）反之，如果工件的定位面是毛坯面，或虽经过机械加工，但加工精度不高，这时过定位一般是不允许的，因为它可能造成定位不准确，或定位不稳定，或发生定位干涉等情况。1.3.2工件的夹紧39●正确处理过定位◆危害—定位不稳，安装困难，工件或夹具变形◆措施—去除过定位，修改结构★特殊—为提高定位稳定性和结构刚度，简化夹具可用过定位★前提—提高工件定位面、夹具定位面的相互位置精度▲一般不允许1.3.2工件的夹紧40过定位分析（桌子与三角架）图2-17过定位分析1.3.2工件的夹紧411.3.2工件的夹紧42过定位分析图2-18过定位示例a）ZYXYc）ZYXYb）ZYYX1.3.2工件的夹紧43过定位分析图2-19过定位示例XYa）ZYb）ZYXY1.3.2工件的夹紧44刀柄主轴拉杆涨套过定位应用图2-21HSK刀柄与传统刀柄结构HSK刀柄传统刀柄1:107:24间隙主轴拉杆刀柄定位端面配合锥面1.3.2工件的夹紧45过定位讨论如图示，齿轮坯以内孔和一小端面定位，车削外圆和大端面。加工后检测发现大端面与内孔垂直度超差。试分析原因，提出改进意见。4A0.02A间隙配合刚性心轴图2-22过定位示例1.3.2工件的夹紧46图2-22a过定位引起夹紧变形1.3.2工件的夹紧47橡胶垫图2-22b过定位处理分析1.3.2工件的夹紧48图1.66插齿时齿坯的定位1.心轴2.支承凸台3.工件4.压板1.3.2工件的夹紧49图1.67齿坯过定位的影响1.3.2工件的夹紧50讨论分析图示定位方案：①各方案限制的自由度②有无欠定位或过定位③对不合理的定位方案提出改进意见。b）XZYXc）XZYXa）YXZ图2-23过定位分析1.3.2工件的夹紧51a）YXZa1）YXZa2）YXZa3）YXZ图2-23a过定位示例分析1.3.2工件的夹紧52b）XZYXb1）XZYXXZb2）YXXZb3）YX图2-23b过定位示例分析1.3.2工件的夹紧53c）XZYXc’）XZYXc1）YXXZ图2-23c过定位示例分析1.3.2工件的夹紧54瓦盖的过定位及消除1.3.2工件的夹紧55衬套在心轴上过定位及消除1.3.2工件的夹紧56电冰箱的定位1.3.2工件的夹紧57套筒零件钻孔时的定位58◆定位元件的基本要求①足够的精度②足够的硬度和耐磨性③足够的强度和刚度④工艺性好定位元件1.3.2工件的夹紧59◆1、平面定位◇主要支承①固定支承—支承钉支承板非标支承板—一批工件调一次②可调支承③自位支承（浮动支承）—只限制1点自由度◇辅助支承—不限制自由度（提高刚度）—限制自由度一个工件调一次定位元件1.3.2工件的夹紧60图1.69支承钉和支承板毛坯面定位侧面定位，防滑底面定位，排屑1.3.2工件的夹紧61图1.70衬套的应用当支承订需要经常更换时，应加衬套，衬套外径于夹具体孔的配合一般用H7／n6或H7／r6，衬套内径与支承钉的配合选用H7／h6、H7／h5。1.3.2工件的夹紧62非标定位销1.3.2工件的夹紧63图1.71可调支承1.3.2工件的夹紧64图1.72自位支承1.3.2工件的夹紧65图1.73辅助支承的应用1.3.2工件的夹紧66图1.74辅助支承1.3.2工件的夹紧67ZXYZXYZXYZXY图2-24工件以平面定位平面定位的主要形式是支承定位。常用的定位元件有支承钉、支承板、夹具支承件和夹具体的凸台及平面等。图2-24给出了平面定位的几种情况。ZXYZXY工件以平面定位1.3.2工件的夹紧68◆2、孔定位①圆柱销间隙配合心轴过盈配合心轴花键心轴②圆柱心轴③圆锥销—定3点④圆锥心轴（小锥度心轴）—定5点短销—定2点长销—定4点定位元件1.3.2工件的夹紧69图1.75定位销1.3.2工件的夹紧70图1.76圆柱心轴1.导向部分2.工作部分3.传动部分71图1.77圆锥销定位72图1.78圆锥销组合定位1.3.2工件的夹紧73图1.79小锥度心轴1.3.2工件的夹紧74图2-25工件以圆孔定位工件以圆孔定位多属于定心定位（定位基准为圆柱孔轴线）。常用定位元件是定位销和心轴。定位销有圆柱销、圆锥销、菱形销等形式；心轴有刚性心轴（又有过盈配合、间隙配合和小锥度心轴等）、弹性心轴之分。工件以圆孔定位所限制的自由度见图2-25。XYZX