第二章_机床夹具.

1《机械制造技术基础》教案适用专业：机械工程及自动化普通高等教育“十五”国家级规划教材：《机械制造技术基础》（第三版）熊良山等主编华中科技大学出版社总学时：56学时(本科）其中实验：6学时学时分配：第一章诸论1学时第二章制造工艺装备15学时第三章切削过程及控制10学时第四章机械加工质量分析及控制10学时第五章机械加工工艺规程设计14学时武汉理工大学机电学院：沈奇显2§2－3机床夹具一、基本概念二、工件在夹具中的定位（重点和难点）三、定位误差的分析与计算四、工件在夹具中的夹紧五、常用的典型夹紧机构六、机床夹具的设计方法3一、基本概念1、工件的定位方法(1)直接找正定位效率低，适于单件小批生产和定位精度要求较高的情况。4工件的定位方法(2)划线找正定位单件小批生产或毛坯精度较低、大型工件粗加工。(3)夹具中定位效率高，易保证质量，广泛用于批量生产。例：在薄板工件上加工孔：左图为划线找正加工法；右图为夹具定位加工方法：5机床夹具的作用L2L1L1L2定位元件图:钻孔时的定位方法6机床夹具的作用以上分析可以看出，机床夹具的作用是：（1）保证加工精度零件加工精度包括尺寸精度、几何形状和表面相互位置精度。夹具的最大功用是保证加工表面的位置精度。（2）提高生产率，降低生产成本快速将工件定位夹紧，免除了找正、对刀等，缩短辅助时间，提高了成品率，降低了成本。（3）扩大机床的加工范围如在车床上加镗夹具，可完成镗孔加工。（4）减轻工人劳动强度72、夹具的分类和组成夹具的分类：按机床的应用范围分类：通用夹具(通用性很强的夹具，如：三爪卡盘、台虎钳等)专用夹具(专门为某个加工工序设计制造的夹具，一般不通用)还有：组合夹具、随行夹具；如按机床类型可分为：车床夹具、铣床夹具等。机床夹具的组成：由定位元件、夹紧机构、导向装置和夹具体组成。（如下图所示）8机床夹具的组成.（1）定位元件（2）夹紧元件（3）导向元件（钻套、对刀块）（4）夹具体此外有连接元件、分度机构、操作元件等9机床夹具的组成.钻孔夹具：10基本概念3、装夹的基本概念装夹：将工件安放在机床上或夹具上进行定位和夹紧的操作过程。定位：使一批工件在机床上或夹具上相对于刀具处在正确的加工位置的操作过程。夹紧：工件在夹具中定位后，将其压紧、夹牢，使工件在加工过程中，始终保持定位时所取得的正确加工位置。定位与夹紧的区别：定位是使工件占有一个正确的位置，夹紧是使工件保持这个正确位置。11二、工件在夹具中的定位（重点和难点）工件定位目的：使同批工件在机床或夹具上有正确的加工位置。用夹具定位涉及到三层关系：（1）工件在夹具上的定位；（2）夹具相对于机床的定位；（3）工件相对于机床的定位——间接通过夹具来保证的。本章主要讨论工件在夹具上的定位原理。工件定位以后必须通过一定的装置产生夹紧力，使工件保持在准确的位置上。这种产生夹紧力的装置就是夹紧装置。121、六点定位原理一个自由的物体，它对三个相互垂直的坐标系来说，有六个活动可能性，其中三种是移动，三种是转动。习惯上把这种活动的可能性称为自由度，因此空间任一自由物体共有六个自由度。如下图所示：13六点定位原理14六点定位原理未受约束的刚体，在空间的位置是不确定的，它具有六个自由度：。为使刚体在空间具有确定的位置，就必须限制其六个自由度。定位就是用各种形状不同的定位元件，来限制工件的自由度。六点定位原理：用六个支承点分别限制工件的六个自由度从而使工件在夹具中得到正确加工位置的方法称为六点定位原理．强调：是用六个支承点，而不是用六个定位元件、、、、、XYZXYZ15六点定位原理举例在XOY平面内布置了3个支承点，工件被限制的自由度为三个：、、ZXY图：六点定位原理123456XZ支承元件Y在XOZ平面内布置了2个支承点，工件被限制的自由度为二个：;在YOZ平面内布置了1个支承点，工件被限制的自由度为一个：。、YZX162、各种定位元件和定位方法工件定位基准面：粗基准――未经机械切削加工的工件表面（如：铸造面、锻造面等）。精基准――经过机械切削加工的工件表面。⑴以工件平面定位①支承钉（圆头支承钉、平头支承钉）和支承板17支承钉和支承板支承钉形状：支承板形状：18粗基准和精基准对粗基准：使用三个支承銷（三点构成一个平面）作为定位元件，限制工件三个自由度对精基准：可用一支承板代替三个支承銷定位，同样限制工件的三个自由度工件工件用于粗基准用于精基准支承板图:支承钉、支承板及其用法19②可调支承可调支承多用于粗糙工件表面的定位，每批调整一次，以补偿各批毛坯的误差20③自位支承自位支承本身可随工件定位基准面的变化而自动适应，一般只限制一个自由度，即一点定位。21④辅助支承22⑵以工件外圆定位①V形块用V形块定位，工件的定位基准始终处在V形块两定位面的对称面中，对中性好。结构尺寸已标准化，斜面夹角有60°90°120°如下图所示：长V形块定位限制工件四个自由度：短V形块定位限制工件二个自由度：、、、XYXY、XY23V形块定位24活动V形块的应用25②定位套定位套的用法：26用定位套定位定位套限制的自由度：、、、XZXZ长定位套限制工件四个自由度：短定位套限制工件二个自由度：短定位套长定位套YXXZZY图：定位套定位、XZ27③半圆定位座常用于大型工件的定位，其定位原理与定位套相同。28④三爪卡盘29三爪卡盘用三爪卡盘定位的定位分析，主要看工件的定位表面与三爪卡盘的相对长度的多少：、、、XYXYYZXXZY相对夹持长度长相对夹持长度短当相对夹持长度长时，限制工件四个自由度：当相对夹持长度短时，限制工件二个自由度：、XY生产中常采用在三爪与工件之间设置一钢丝圆环，以减少相对夹持长度。30⑤弹簧夹头利用弹簧夹头的夹紧元件弹性收缩而夹紧工件：31⑶以工件内孔定位①定位销分固定式和可换式，圆柱销和菱形销32定位销定位定位銷定位限制的自由度：、XYZYXZX长銷Y短銷短銷定位仅限制工件二个自由度：长銷定位限制工件四个自由度：、、、XYXY图2－28定位销定位33②圆锥销圆锥销常用于工件孔端的定位，可限制三个移动自由度。34③定位心轴定位心轴主要用于盘套类零件的定位：长心轴限制工件4个自由度（如b)图所示）。短心轴限制工件2个移动自由度，如c)图所示。（不能限制转动自由度）a)图所示，为带台阶面的定位心轴：限制5个自由度。35④大锥度心轴定位大锥度心轴定位YZX大锥度心轴定位限制工件五个自由度：YXZYX、、、、36⑤双顶尖定位、、XYZ固定顶尖限制工件三个自由度：活顶尖限制工件二个自由度：YZ活顶尖X固定顶尖、XY图：双顶尖定位37⑥工件在圆锥套中定位383、生产中的实际定位⑴完全定位工件在夹具中相对于刀具的六个自由度全部被限制的定位方法称为完全定位。举例：连杆工件在由定位支承板、短銷和挡銷组成的夹具中定位，试对此定位方案进行定位分析。（如下图所示）解：写出各定位元件所限制的自由度：支承板限制工件三个自由度：短銷限制工件二个自由度：挡銷限制工件一个自由度：、XYYXZ、、Z39完全定位举例图:连杆工件的定位方案故定位性质：为完全定位。ZYYX短销挡销支承板40⑵部分定位部分定位(也称不完全定位)：仅仅限制影响工件加工精度的自由度，且又少于六点定位的定位方法称为部分定位。重要概念：不能片面地理解为“少于六点定位的定位方法称为部分定位”。因为下面讲到的“欠定位”也是少于六点的定位，两者不能混淆。影响该加工表面加工精度的自由度也称必须限制的自由度。换句话说,必须限制的自由度如果不限制的话，必将影响工件的加工精度而出现废品工件，这是绝对不允许的。不影响工件加工精度的自由度允许不被限制。41必须限制的自由度分析举例1：在长方形工件毛坯上，用铣刀铣槽、铣台阶面和铣平面。试分析必须限制的自由度有哪些？允许不限制的自由度又有哪些？（如下图举例1所示）X42必须限制的自由度分析、、XYZ举例2：如上右图所示，在球体的中心加工一个不透孔，试分析必须限制的自由度有哪些？允许不限制的自由度又有哪些？解：由于加工的孔必须位于球的中心，孔还有深度要求，故：必须限制的自由为：（其余的三个自由度允许不限制，它们并不影响孔的加工精度。）台阶面YZX球面XYZ43生产中的实际定位⑶欠定位按工序加工要求，影响工件加工表面加工精度的自由度没有被限制的错误定位称为欠定位。（欠定位将使工件出现废品，这是一种错误定位）⑷过定位（又称重复定位）：工件的同一个自由度被两个或两个以上的支承点重复限制的错误定位称为过定位。（过定位将影响工件的加工精度，有时甚至无法对工件进行安装定位，故应避免）44过定位过定位造成的后果：（1）使工件或夹具元件变形，引起加工误差；（2）使部分工件不能安装，产生定位干涉（如一面两销）过定位一般是不允许的。45过定位分析.a）XZYXa1）XZYXXZa2）YXXZa3）YX46过定位消除过定位及其干涉的途径：1.改变定位元件结构，消除对自由度的重复限制，如长销改成短销；2.提高工件定位基面之间的位置精度，提高夹具定位元件之间的位置精度，减少或消除过定位引起的干涉，精加工时可增加刚度和定位稳定性。（如：两个山形导轨）47三、定位原理分析举例例一：工件上的孔与端面联合定位。试对下图所示工件的定位方案进行定位分析，指出定位性质。如不合理，提出改进意见。（如下图所示）改进方案一例一题图改进方案二心轴心轴心轴YZXXXYYZZ图:定位方案分析一48定位原理分析例一解：定位分析：心轴的大端面限制的自由度为：心轴的长銷限制的自由度为：分析可知：两个自由度被重复限制。故属过定位。改进方案有两个：方案一(工件孔作为主要基准时)：采用长銷与小端面组合定位(长銷限制工件四个自由度；心轴的小端面限制工件一个自由度)。方案二(工件端面作为主要基准时)：采用短銷与大端面组合定位(短銷限制两个自由度，大端面限制三个自由度)。、、YXZ、、、XYXY、YX49定位原理分析例二例二：如图所示为一长轴工件在双顶尖和三爪卡盘上定位。试分析此定位方案：写出各定位元件所限制的自由度；属于何种性质的定位？如有不合理之处，提出改进意见。ZX三爪卡盘（相对夹持长度为长）Y固定顶尖可移动活顶尖图：双顶尖定位方案分析二50定位原理分析例二、、、XYXY、、XYZ解：定位分析：三爪卡盘限制工件四个自由度（三爪与工件的相对夹持长度较长）：左顶尖限制工件三个自由度：右顶尖限制工件二个自由度：分析可知，这属于过定位。改进方案：去掉三爪定位，采用双顶尖定位。（部分定位）、XY51定位原理分析例三例三：分析下图所示加工零件，加工两个小孔时必须限制的自由度，选择定位基准和定位元件，并在图中用示意图画出；确定夹紧力作用点的位置和作用方向，用规定的符号在图中标出。削边销支承板支承销ZAAHZXYXY图：定位方案分析三52定位原理分析例三提示：解此类题目，要把握二点：一是定位方案必须合理（无重复定位和欠定位）；二是该定位方案必须能够保证加工精度（尺寸精度和位置精度），如不能同时满足以上二点，则该定位方案是错误的。解:必须限制的自由度：支承板定位，限制工件的三个自由度：（保证各孔的轴心线垂直于工件底面）；两支承销定位，限制工件二个自由度：(保证工件二小孔的位置尺寸H）；削边销定位，限制一个自由度：(保证工件二小孔与大孔中心的对称位置尺寸A)。属于完全定位，且能保证工件的加工精度要求，方案正确。、、YXZ、ZYXZYXZX、、、、53定位原理分析例四例四：一个平面和与其垂直的两个孔组合54定位原理分析例四这种定位属于过定位：两定位销的中心距为L，当一批工件的两定位孔中心距在公差范围变动时，部分零件发生孔销干涉。55定位原理分析例四解决办法是：将销2做成削边销（注意削边销的使用方向）56定位原理分析例五一平面和与其垂直的两外圆柱面组合如b)图所示：支承板限制3个自由度；左面固定的