new机械制造技术基础(第5章)1.

机械制造技术基础(第五章机床夹具设计)主讲:范孝良5.1机床夹具概述夹具是指对工件进行定位和夹紧的工艺装备的统称。它们是机床和工件之间的联结装置，使工件相对于机床或刀具获得正确位置。它广泛应用于工件的焊接、热处理、机械加工、装配等环节，例如焊接夹具、热处理夹具、机床夹具、检验夹具、装配夹具等。夹具图片车床夹具动画铣床夹具动画钻床夹具动画5.1机床夹具概述概念：机床上用于装夹工件（和引导刀具）的一种装置称为机床夹具。43φDL零件工序简图5.1.1.机床夹具的功能（1）保证加工精度夹具的最大功用是保证加工表面的位置精度。工件通过机床夹具进行安装，其作用有二个：定位、夹紧工件通过夹具上的定位元件获得正确的位置—定位通过夹紧机构使工件的既定位置在加工过程中保持不变—夹紧。43φDL零件工序简图（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。（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。（4）保证生产安全5.1.2机床夹具应满足的要求1．保证加工精度这是必须做到的最基本要求，其关键是正确的定位、夹紧和导向方案，夹具制造的技术要求，定位误差的分析和验算。2．夹具的总体方案应与年生产纲领相适应在大批量生产时，尽量采用快速与高效的定位、夹紧机构和动力装置，提高自动化程度，符合生产节拍要求。在中、小批量生产时，夹具应有一定的可调性，以适应多品种工件的加工。3．安全、方便、减轻劳动强度机床夹具要有工作安全性考虑，必要时加装保护装置。要符合工人的操作位置和习惯，有合适的工件装卸位置和空间，使工人操作方便。大批量生产和工件笨重时，尽可能减轻工人劳动强度。4．排屑顺畅机床夹具中积聚切屑会影响到工件的定位精度，切屑的热量会使工件和夹具产生热变形，影响加工精度。清理切屑将增加辅助时间、降低生产率，因此夹具设计中要对排屑问题给予足够的重视。5．机床夹具应具有良好的强度、刚度和结构工艺性机床夹具设计时，要考虑方便制造、检测、调整和装配，有利于提高夹具的制造精度。5.1.2机床夹具应满足的要求5.1.3机床夹具的类型按夹具应用范围划分1）通用夹具：指结构已经标准化，且有较大适用范围的夹具。图示三爪、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：针对某一工件的某道工序专门设计制造的夹具。图示特点:专用性，结构紧凑，操作简单，效率高，当产品变更时，夹具将由于无法再使用而报废。只适用于产品固定且批量较大的生产中。3）组合夹具：由一套预先制造好的标准元件和合件组装而成的夹具。图示特点:灵活多变，万能性强，制造周期短、元件能反复使用，特别适用于新产品的试制和单件小批生产。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。4）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。用于相似零件的成组加工所用的夹具，称为成组夹具。通用可调夹具与成组夹具相比，加工对象不很明确，适用范围更广一些。5）随行夹具：在自动线或柔性制造系统中使用的夹具。该夹具既要起到装夹工件的作用，又要与工件成为一体沿着自动线从一个工位移到下一个工位，进行不同工序的加工。机床夹具组成1.定位元件及定位装置２.夹紧元件及夹紧装置３.导向及对刀元件４.动力装置５.夹具体６.其他元件及装置5.1.4机床夹具的基本组成示例1示例21．定位元件及装置：用于确定工件在夹具中的正确位置。2．夹紧元件及夹紧装置：用于夹紧工件、并保证工件在外力作用下仍能保持其正确位置。3．导向及对刀元件、元件：用于确定（或引导）刀具相对于夹具定位元件具有正确的位置关系。4．动力装置：用于提供夹紧力的装置。定位元件、夹紧装置和夹具体是夹具的基本组成部分，其他部分可根据需要设置5．夹具体：用于联接夹具元件和有关装置使之成为一个整体的基础件。6.其他元件及装置（防护、防错、分度…）5.2机床夹具定位机构的设计工件安装的含义包括定位和夹紧两项内容。定位——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，使其已确定的位置在加工过程中保持不变5.2.1工件的定位方法直接找正定位法直接找正定位flash操作工人利用千分表、卡尺、划线盘等工具，找正某些有相互位置要求的表面，然后夹紧工件。特点：精度高，效率低，对工人技术水平高划线找正装夹毛坯孔加工线找正线划线找正定位法flash按图纸要求在工件表面上划出位置线以及加工线和找正线，安装时首先按着找正线找正工件位置，夹紧工件。特点：精度不高，效率低，多用于形状复杂的铸件工件在夹具上定位（滚齿夹具）3.夹具装夹直接由夹具保证工件在机床上的正确位置，并直接在夹具上夹紧工件。特点：效率高；精度一致性好；操作简单；适合成批及大批量生产。5.2.2工件定位的基本原理基准就是用来确定生产对象上几何要素间的几何关系所依据的点、线、面。什么是基准？基准设计基准工艺基准定位基准工序基准测量基准装配基准设计基准在零件设计图上用以确定其它点、线、面位置的基准(点、线、面），称为设计基准。定位支座零件工艺基准零件在加工、检验和装配过程中所采用的基准，称为工艺基准。定位基准加工时，使工件在机床或夹具中占据正确位置所用的基准，即用作定位的基准。支座零件第1工序（车削）物体的六个自由度任何一个物体在空间直角坐标系中都有6个自由度,用表示工件定位的基本原理图5-4长方体工件的定位XZY就是根据加工要求限制工件的全部或部分自由度。工件的定位任务：1、六点定位原理1、六点定位原理在相互垂直的三个平面上,按3、2、1分布六个支撑,共同限制工件的六个自由度,这种定位方式叫六点定位原理.图5-5圆盘工件的定位图5-6轴类工件的定位六点定位原理：是采用六个按一定规则布置的约束点（支撑点），限制工件的六个自由度，使工件实现完全定位。“六点定位”的注意问题⑴定位就是限制自由度。⑵定位支承点与工件定位基准面始终保持紧贴接触。⑶一个定位支承点仅限制一个自由度，一个工件仅有六个自由度，所设置的定位支承点数目，原则上不应超过六个。⑷分析定位支承点的定位作用时，不考虑力的影响。⑸定位支承点是由定位元件抽象而来的。表5-1典型定位元件的定位分析支承点与定位元件实际应用中，用定位元件来实现定位。一个定位元件可体现一个或多个支承点，视具体工作方式及其与工件接触范围大小而定。工件的6个自由度均被限制，称为完全定位。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。按加工要求，允许有一个或几个自由度不被限制的定位称为不完全定位。不完全定位主要有两种情况:2.完全定位与不完全定位②工件加工要求不需要限制某一个或某几个自由度。ZYXa）zZYXc）xzyZYXb）yz如加工平板上表面，要求保证平板厚度z及与下平面的平行度;铣通槽，要求保证尺寸y、z及槽底和槽侧与底平面及侧平面的平行度；铣键槽，要求保证尺寸x、y、z及槽底和槽侧与底平面及侧平面的平行度；。考虑定位方案时，先分析必须消除哪些自由度，再以相应定位点去限制。欠定位欠定位示例XZYBBB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，在实际生产中欠定位是绝对不允许的！！3.过定位与欠定位过定位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。（2）使部分工件不能安装，产生定位干涉（如一面两销）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；示例示例示例允许过定位的场合：（1）工件刚度很差，在夹紧力、切削力作用下会产生很大变形，此时过定位只是为了提高工件某些部件的刚度，减小变形。过定位是否允许，要视具体情况而定：（2）工件的定位表面和定位元件在尺寸、形状、位置精度已很高时，过定位不仅对定位精度影响不大，而且有利于提高刚度。如果工件的定位面是毛坯面，或虽经过加工，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。不许过定位的场合：消除过定位的措施：1）改变定位元件的结构，去除过定位。P55（图2—58）、P56（图2—59）2）提高定位基准和定位元件的精度。过定位一般是不允许的，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过定位分析图5-7过定位示例a）ZYXYb）ZYYX过定位分析图5-8过定位示例XYa）ZYb）ZYXY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5-8过定位示例图5-8过定位引起夹紧变形过定位讨论橡胶垫图5-8过定位处理分析过定位讨论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。a）YXZ过定位分析XZYXb）c）XZYXa）ZYXa1）ZYXa2）ZYX过定位示例分析b）XZYXb1）YXXZb2）YXXZb3）YX过定位示例分析XZc）XZYXc’）XZYXc1）YXXZ图2-23c过定位示例分析过定位示例分析过定位示例分析5.2.3典型的定位方式及定位元件的选择定位元件的设计应满足下列要求：⑴要有与工件相适应的精度；⑵要有足够的刚度，不允许受力后发生变形；⑶要有耐磨性，以便在使用中保持精度。一般多采用低碳钢渗碳淬火或中碳钢淬火，硬度为58∼62HRC平面定位常用定位元件1.工件以平面定位支承钉支承板可调支承辅助支承平头支承钉：用于支承精基准面球头支承钉：用于支承粗基准面网纹顶面支承钉：用在工件以粗基准定位且要求较大摩擦力的表面定位支承钉平面型支承板A型：侧面和顶面定位带斜槽型支承板B型：适于作底面定位面支承板图示1图示2是顶端位置可在一定高度范围内调整的支承。多用于未加工平面的定位，以调节和补偿各批毛坯尺寸的误差。可调支承自位支承自位支承：支承本身是活动的或是浮动的，能自动适应工件定位基准面位置变化的一类支承。只起一个支承点的作用，只限制一个自由度。辅助支承作用：是增加工件的刚度，减小切削变形。不作定位元件，不限制自由度，只用以增加工件在加工过程中的刚性，一个工件调一次。辅助支承的应用辅助支承过盈配合心轴：配合采用基孔制r、s、u，定心精度高，适应于定位精度要求高的场合。间隙配合心轴，采用基孔制h、x、f，定心精度不高，但装卸方便。适应于精度定位较低场合①圆柱心轴（1）心轴定位2．孔定位套筒、法兰盘、拨叉、连杆等零件常以孔中心线作为定位基准.1.导向部分2.工作部分3.传动部分3123233211②锥度心轴定位表面带有很小的锥度，一般为1∶1000～1∶5000小锥度心轴定心精度高，可达0.005mm～0.0lmm—定3点，限制3个自由度（2）定位销定位销与工件孔配合部分尺寸公差通常按g6或f7确定。圆柱销定位通常限制了工件的两个移动自由度。圆柱销圆锥销定位限制了工件的三个移动自由度。圆锥销1—心轴；2—夹紧螺母；3—胀套；4—辅助支撑；5—辅助支撑锁紧手柄；6—菱形销升降操纵手柄3.外圆定位①V形块①对中性好②非整圆表面定位—定位基准是检验心轴的中心短V形块长V形块活动V形块—定2点—定4点—定1点常用的定位元件有V形块、定位套、半圆定位座。结构尺寸已标准化，斜面夹角有60°90°120°结构尺寸已标准化，斜面夹角有60°90°120°②定位套在工件以端面为主要定位基面的场合，短定位套孔限制工件的两个自由度；在工件以外圆柱表面为主要定位基面的场合，长定位套孔限制工件的四个自由度；下半圆部分装在夹具体上，起定位作用，上半圆部分装在可卸式或铰链式盖上，起夹紧作用，半圆孔定位座适用于大型轴类工件的定位。③半圆套—大轴件、不便