专用夹具设计0-概论

专用夹具设计机械制造技术基础2一、零件的安装1、术语或概念定位：零件安放在机床或夹具里，使它与刀具有正确的相对位置夹紧：把零件夹住，保证加工过程中工件的位置不变安装：零件从定位到夹紧的整个过程，又叫装夹定位的目的→保证零件位置正确夹紧的目的→保证零件正确位置不变正确的安装→保证零件加工精度的重要条件32、零件的安装方法直接找正安装：人工用工具→生产率低→单件或小批量生产划线找正安装：划线夹紧→生产率和精度低→单件小批量生产用夹具安装：零件装在夹具定位元件上夹紧→迅速方便可靠→成批和大量生产中4联接元件导向或对刀元件夹紧元件定位元件其它装置工件夹具体机床刀具辅助工具夹具5二、机床夹具的分类•机床附件→已标准化→通用性强、精度高，生产率低→单件或小批量生产通用夹具•根据具体零件具体工序设计→操作迅速方便省力→周期长成本高→固定产品大批量生产专用夹具•更换或调整个别元部件→形状尺寸相近多种零件→周期短成本低→多品种小批量生产可调夹具•装夹零件并随零件沿自动线到下一工位→生产线随行夹具•专业厂家制造→可随时拆卸、组装→新产品试制、单件或小批量生产组合夹具6xyz1、零件的六点定位原则1）自由零件的六个自由度O7三、零件定位原理1、零件的六点定位原则2)六点定位原则1个“点支承”限制1个自由度6个“点支承”完全确定零件的空间位置xyzxyzzyx8三、零件定位原理2、零件在夹具中定位的几种常见情况1)完全定位6个自由度均被夹具定位元件限制2)不完全定位被限制的自由度6个，但要求保证精度的自由度已被全部限制→合理的定位9三、零件定位原理2、零件在夹具中定位的几种常见情况3)欠定位有精度要求的自由度未被限制→绝对不允许！4)过定位重复限制同一个自由度→干涉→但↑可刚度和稳定性右图→x、y转动重复定位z转未定位10四、夹具中常用的定位元件定位元件首先要保证零件准确位置1、定位元件应满足的基本要求：①具有足够的精度；②具有足够的刚度和强度；③具有一定的耐磨性。工件的定位一、常用的定位方法和定位元件1、工件以平面定位2、工件以圆柱孔定位3、工件以外圆表面定位4、工件的组合定位方式1、工件以平面定位固定支承可调支承自位支承辅助支承固定支承用于侧面定位支承钉(GB2226—80)用于粗基准定位用于精基准定位限制的自由度数点1、线2、面3用于侧面或顶面定位支承板(GB2236—80)有下凹斜槽,用于底面定位固定支承可调支承主要定位表面不规则或毛坯尺寸变化较大的粗基准应用定位，也用于成组夹具可调支承应用实例以A面（毛坯面）定位加工B面，再以B面定位镗孔，采用可调支承可根据一批毛坯的实际偏差情况，调节支承点的位置。B可调支承A采用可调支承可使夹具适应不同尺寸工件加工的定位要求可调支承应用实例自位支承(a)(c)(b)工作原理根据工件定位面的变化自动调整支承点与定位面的接触位置作用增加支承接触点数增大支承接触面积避免过定位的产生使用于毛坯表面、断续表面或阶梯面(图a、b)有基准角度误差的平面(c)自位支承的工作原理及定位情况几种自位支承的实例球面三点式二点浮动式杠杆二点式辅助支承作提高工件的定位刚度和稳定性，减用小工件的装夹受力变形及加工振动工作工件定位完成后再使辅助支承与工件原理表面接触；辅助支承必须逐件调整。提高定位稳定性提高工件刚度辅助支承的应用辅助支承不起定位作用2、工件以圆柱孔定位工件的定位基准——孔的轴线（定心定位）夹具的定位元件：间隙心轴长4短2刚性心轴过盈心轴长4短2心轴小锥度心轴2点定位定心夹紧心轴长4圆柱销长4短2定位销菱形销1点定位圆锥销3点定位心轴定位过盈心轴小锥度心轴间隙心轴菱形销定位销固定锥销活动锥销用于粗基准用于精基准圆锥销3、工件以外圆表面定位定位形式定位元件限制的自由度支承定位V形块长4短2定心圆柱套长4短2定位圆锥套三点定位外圆定心夹紧机构长4短2V形块特点对中性好;可用于非完整外圆表面定位V形块的常用形式活动V形块按接触线长短分析圆柱体在V形块上的定位定位套圆柱套筒圆锥套筒4、定位表面的组合实际工件的定位是几个定位表面的组合。常见的定位表面组合有：平面+平面组合平面+孔的组合平面+外圆组合平面+其它表面组合锥面+锥面的组合定位面的主次之分：第一定位面(支承面)—定位点数最多的定位表面第二定位面(导向面)—定位点数次多的定位表面第三定位面(止动面)—定位点数为1的定位表面32典型定位元件的定位能力33典型定位元件的定位能力34典型定位元件的定位能力35典型定位元件的定位能力36典型定位元件的定位能力37典型定位元件的定位能力38典型定位元件的定位能力该零件中批生产，材料为45钢。该铣槽工序在X6130卧铣上用三面刃铣刀加工。本工序加工要求为（1）槽宽12+0.27mm。（2）槽底至工件底面的位置尺寸62±0.01mm。（3）槽两侧面对孔轴线的对称度0.2mm。（4）槽底面对工件B面的垂直度0.10mm。3940自由度分析41①为保证槽底面至工件B面的垂直度，应限制工件、，选B面作定位基准。自由度分析043.001442②为保证工序尺寸62±0.10mm，应限制工件、，选A面为定位基准。自由度分析43④为了方便地控制刀具的走刀位置，还应限制工件。因而工件的六个自由度都被限制。自由度分析44定位基准选择由分析可知，要使定位基准与设计基准相重合，所选定位基准是B面、mm孔轴线和A面。043.001445五、夹具中夹紧力的确定1、夹紧力方向的确定原则1)主要夹紧力方向应⊥零件主定位基准，同时保证其他定位面定位可靠；2）夹紧力方向应尽量避开零件刚度薄弱方向？？46五、夹具中夹紧力的确定1、夹紧力方向的确定原则3)夹紧力方向应尽量有利于减小夹紧力设：F、FG、Fj分别为切向力、零件重力和夹具夹紧力问：下图那种受力分布最好？√472、夹紧力作用点的确定原则1)夹紧力作用点应正对定位元件限位面或落在多个定位元件组成的定位区域内×√48五、夹具中夹紧力的确定2、夹紧力作用点的确定原则2)夹紧力作用点应落在零件刚性好的部位上→尽量减小零件变形×√49五、夹具中夹紧力的确定2、夹紧力作用点的确定原则3)夹紧力作用点应尽量靠近零件被加工面→提高零件被加工部位刚性，减小降低加工振动例：试分析下图Fj1、Fj2、Fj3、Fj4哪个作用点最合适Fj1Fj2Fj3Fj4零件加工面定位元件解：分析-定位域如图定位域Fj1、Fj2定位不可靠；Fj4离加工面较远；Fj3作用点选择最好！50五、夹具中夹紧力的确定2、夹紧力作用点的确定原则4)选择合适的夹紧力作用点的作用形式→减小零件夹紧变形、提高效果毛坯面夹紧→球面压点薄壁套筒夹紧→大面积均布已加工面夹紧→大面积网纹51五、夹具中夹紧力的确定2、夹紧力作用点的确定原则5)夹紧力作用点的数量和布局→满足零件可靠定位的需要Fj1、Fj2→共同夹紧52五、夹具中夹紧力的确定2、夹紧力作用点的确定原则6)夹紧力作用点的数量和布局→满足零件加工对刚性的需要Fj2→提高加工部位刚性5354夹紧力不得破坏零件的定位夹紧力大小适当操作安全、省力55机床夹具的组成定位元件夹紧装置对刀、引导元件其它装置或元件夹具体连接元件56设计夹具时应考虑的问题夹紧力（三要素：大小、方向、作用点）传力方式（手动、气动、液力、电力等）夹紧机构（增力、快速、机动等）57对夹紧装置的设计要求能保持工件定位时已获得的正确位置夹紧要可靠和适当操作方便、安全，劳动强度低，生产效率高夹紧装置的自动化和复杂程度与生产批量与生产方式相适应有良好的工艺性和经济性58—螺旋夹紧机构—偏心夹紧机构—定心夹紧机构—斜楔夹紧机构—铰链夹紧机构—多件联动夹紧机构6)夹紧机构59在轴上钻孔时所用的一种简单夹具1、挡铁；2、V形铁；3、夹紧机构；4、工件；5、钻套；6、夹具体60移动式钻模示意图，这种夹具主要用于加工小孔，它使用专门设计的导轨和定程机构来控制移动的距离（即工件上两孔的距离）1、导轨；2、定程板6162夹具总图上公差值的确定直接影响工件加工精度的夹具公差夹具公差取工件公差的1/2~1/5。工件产量大，精度低时，取小值；反之取大值。与工件上未注公差的加工尺寸对应的夹具公差工件的加工尺寸未注公差时，工件公差视为IT14~1T12，夹具上的相应尺寸公差按IT11~IT9标注；工件上的位置要求未注公差时，工件位置公差L视为9~11级，夹具上相应位置公差按7~9级标注；工件上加工角度末注公差时，工件公差视为±30’~±10’，夹具上相应角度公差标为±10’~±3’。63夹具精度的校核误差不等式ΔD＋ΔA＋ΔT＋ΔG≤δKΔD—定位误差；●通常若这项误差ΔD＜1/3δK即可认为定位方案可行ΔA—安装误差；ΔT—调整误差；（通常ΔA＋ΔT＜1/3δK）ΔG—加工方法误差；（具有很大的偶然性，很难精确计算，通常也取1/3δK作为估算范围）δK—工件工序尺寸公差各项误差的总和应小于工序尺寸公差64工件在夹具上加工的精度分析影响加工精度的因素定位误差对刀误差安装误差夹具制造误差加工方法误差保证加工精度的条件65定位误差的计算（重点、难点）（一）概述1、基准的概念1）定义：基准是指工件上的一些点、线、面。（在零件设计或加工中，可以用这些点、线、面来确定其他点、线、面的位置）。2）基准分类（1）设计基准：（零件图中所使用的基准）（2）工艺基准：是指加工过程中所使用的工件上的一些线或面，但不能是点！（工艺基准必须具有一定大小的面积）66c：对刀基准：调整刀具位置时所使用的基准。d：度量基准：测量时所用的基准。e:装配基准：装配零件所依据的基准。a：工序基准加工过程中工序尺寸的设计基准称为工序基准。b：定位基准在加工过程中使工件占据正确加工位置所依据的基准，亦即工件与夹具定位元件、定位工作面接触或配合的表面。67基准的判别例如：下图中：下母线B是零件图中工序尺寸的设计基准；下母线B也是铣削键槽时的工序基准；轴的中心O是V形块定位时的定位基准（位置随直径的大小而改变）；3H3H工序尺寸零件图加工过程中68又如：下图中：孔中心O是铣削上平面时的设计基准；也是铣削上平面加工过程中的工序基准；还是心轴定位时的定位基准，定位心轴中心为对刀基准。1O孔与心轴间无间隙时孔与心轴间存在间隙时69（二）定位误差及其产生原因1．定位误差：1)基本概念用夹具装夹加工一批工件时，由于定位不准确引起该批工件在某加工精度参数（尺寸、位置）的加工误差，称为该加工精度参数的定位误差（简称定位误差）。2)定位误差的大小：定位误差指一批工件在夹具中定位时，工件的设计基准（或工序基准）在加工尺寸方向上的最大变动量，以△dw表示。（工序基准的位置变动将对加工精度有直接影响）70定位误差包括基准不重合误差和基准位移误差即：=±dwjbjwjbjw注：1、根据一批工件的定位由一种可能的极端位置变为另一种极端位置时，和的方向的异同，以确定公式中的加减号。2、定位基准无位置变动，基准位移误差为零；定位基准与工序基准重合，基准不重合误差为零。jbjw712、基准不重合误差：当定位基准和工序基准不重合时，工序基准相对于定位基准在加工尺寸方向上的最大位移量，用表示。定位基准与工序基准之间必然存在一个联系尺寸L，称为定位尺寸，基准不重合误差就是定位尺寸的公差。在设计夹具时，应尽量使两者重合。jbjb72基准不重合误差△jb：其大小等于工序基准与定位基准间联系尺寸在加工尺寸方向上的变动量（公差）。【例1】一次安装加工两孔A和B，孔B在X方向定位基准C与设计基准A不重合，基准不重合误差为联系尺寸22的公差0.2733、基准位移误差：对刀基准：调整刀具位置时所用的基准。jbjb74一套筒类零件放在水平心轴上定位而铣键槽，加工时要保证尺寸b和h，b是由刀具本身的宽度尺寸决定，尺寸h则按心轴中心调整好铣刀的高度位置h1来保证。（即心轴中心就是对刀基准！）【例如】：75当保证键槽尺寸h时：定位基准:工件内孔中心线；工序基准:圆柱的下母线A；对刀基准:定位心