20150329机床夹具设计.

2机床夹具设计一、夹具的组成二夹具的作用及分类1．夹具的作用(1)保证加工精度尺寸精度和位置精度(2)提高生产率(3)减轻劳动强度(4)扩大机床的工艺范围2．夹具的分类(1)按夹具使用范围来分①通用夹具2.专用夹具③可调或成组夹具④组合夹具⑤随行夹具(2)按使用机床的类型来分车床夹具、磨床夹具、钻床夹具、镗床夹具、铣床夹具等。(3)按用途来分机床夹具、装配夹具、检验夹具等。(4)按夹紧力动力来源分手动夹具、气动夹具、液压夹具、气液夹具、电动夹具、电磁夹具、真空夹具、自夹紧夹具第二节工件在夹具上的定位一、常用定位方法和定位元件工件以平面定位2工件一圆柱孔定位3工件以外圆表面定位V形块定位012sin/2tan/2900.7070.5DNTHTHDN4工件以其他表面定位5.定位表面的组合一面两孔定位考虑两种极端情况：两孔中心距为最大，两销中心距最小，两孔直径为最小，两销直径均为最大.2.1.4工件在夹具中加工时加工误差的组成工件的加工误差是指工件加工后的实际几何参数(尺寸、形状、相互位置)偏离理想几何参数的大小。1．工件安装误差定位误差+夹紧误差2．夹具对定误差对刀误差+切削成形运动的误差3.加工过程误差工艺系统几何精度、受力变形、受热变形及磨损等因素造成的误差δ安装＋δ对定＋δ过程≤T一般应给过程误差留下三分之一的零件公差。在实践中，一般只能计算定位误差，因此，定位误差只占公差的三分之一。孔与端面联合定位大端面可限制三个自由度(Y、X、Z)，长销可限制四个自由度(X、Z、X、Z)一面两孔定位大平面限制三个自由度(Z、X、Y)，两个短销均限制自由度Y，共同限制Z工件定位合理性1)能否满足工件加工要求所必须限制的自由度；2)从承受切削力、设置夹紧机构以及提高生产率的角度分析不完全定位中还应限制哪些自由度；3)在定位方案中，是否存在欠定位和过定位问题，能否允许过定位存在。2.2.2典型的定位方式及定位元件1．工件以平面定位(1)主要支承—工件定位时起主要的支承作用①固定支承—在夹具中定位支承点的位置固定不变。支承元件支承钉—粗基准定位支承板—精基准定位平面支承根据支承点的分布分为大平面、狭长平面和小平面a)图1-2-3构成大平面，限制工件三个自由度Z、X、Y，4-5构成狭长平面，限制工件二个自由度Y，Z，6小平面，限制一个自由度YA型为平头支承钉，用于已加工过的平面定位；B型为球头支承钉，用于未加工的平面定位；C型为网纹顶面支承钉，用于要求摩擦力大的侧面定位。各种支承板，主要用于精加工过的平面定位。A型支承板结构简单，但积屑不易清除，多用于工件侧平面定位；B型支承板，易于清除切屑，广泛应用于加工过的平面定位。②可调支承—在夹具中支承点的位置可调节可调支承顶端有一个调整范围，调好后用螺母锁紧。当工件的定位基面形状复杂，批与批毛坯尺寸、形状变化较大时，常采用，也可作成组夹具的调整元件。特点：一批毛坯只调整一次。③自位支承—定位支承点的位置在工件定位过程中，随工件定位基准位置变化而自动与之适应。当工件的定位基面不连续、或为台阶面、或基面有角度误差时，或为了多个支承的组合只限制一个自由度而提高支承刚度时，可采用自位支承(2)辅助支承—在工件定位时不起定位作用，只起提高工件支承刚性定位元件。a)结构简单，但转动支承1时，可能带动工件b)支承1只作上下运动，克服了a)的缺点c)自动调节支承，弹簧力大小可调。为防止锁紧支承时将支承1顶出，α角7-10°。辅助支承有些结构与可调支承相近，作用完全不同。可调支承起定位作用，而辅助支承不起定位作用，不限制自由度。可调支承是一批工件只调整一次，调整后在定位时不调整，相当于固定支承。辅助支承是每装卸一次工件，就需调整一次。次序是放开辅助支承，工件定位，夹紧工件，最后调整辅助支承。2．工件以孔定位孔为定位基准时，定位元件是心轴与定位销特点：定位孔和定位元件之间处于配合状态(1)心轴定位①小锥度心轴特点：外圆表面锥度K=1：1000~1：5000磨床用圆锥心轴锥度K=1：5000~1：10000定心精度高，可达0.005~0.01mm。限制工件五个自由度。工件安装是从小端楔入，楔紧后孔表面产生局部弹性变形，使其与心轴在长度Lk上产生过盈配合，保证工件定位后不倾斜，同时工件不需再夹紧。要求工件定位孔精度不低于IT7，否则轴向位置变化过大，工件轴向精度难于满足。②间隙配合刚性心轴特点：装夹方便，存在较大的基准位置误差，定心精度不高。与端面配合限制工件五个自由度。③过盈配合心轴特点：定心精度高，无基准位置误差，装夹不便。工件不需夹紧，限制四个自由度。心轴两端设有顶尖孔，其左端传动部分铣扁，以便能迅速放入车床主轴上带有长方槽孔的拨盘中。(2)定位销圆孔尺寸较小选a)；尺寸较大选b)；圆孔与端面组合定位选c)；工作部分根据加工要求和装夹方便按g5,g6,g7,f7制造，尾柄部分与夹具体过盈配合。长圆柱销限制四个自由度，短圆柱销限制二个自由度，锥销限制三个自由度，短削边销限制一个自由度，浮动锥销限制二个自由度。一面两孔(一面两销)定位削边销尺寸已经标准化，可按表2—2所列数值直接选取。一面二销定位的设计步骤：已知条件：D1min,D2min,孔距及公差L±TL工/2①确定两销中心距及公差L±TL夹/2其中：TL夹=(1/3~1/5)TL工②确定圆销直径d1max及其公差d1max=D1min，公差取g6或f7③确定菱形销直径d2max、宽度b1及公差查表2—2选定b1，按下式计算出菱形销与孔配合最小间隙。Δ2min=2b1(TL夹+TL工-Δ1min)/D2mind2max=D2max-Δ2min菱形销公差按g6选取。3.工件以外圆定位常用两种形式：1)定心定位，常用各种自定心卡盘和弹簧夹头以及定位套；2)支承定位，常用支承板和v形块。(1)定位套外圆与定位套的关系和孔与心轴或定位销的关系一样，只是工件与定位元件进行了交换。限制自由度的个数没变。图a)是短定位套和长定位筒其内孔分别限制二个自由度和四个自由度。图b)为锥面定位套，限制三个自由度。图c)半圆定位套，限制自由度个数视工件插入其长短而定。(2)支承板工件以外圆表面的侧母线定位时，常采用支承板，此时属支承定位。支承板与侧母线接触长限制二个自由度，接触短限制一个自由度。(3)V形块V形块定位是外圆定位最常见的方式。无论是完整的外圆面还是局部圆弧面均可以用它定位。最大特点是对中性好，只要定位面是圆弧形状，尺寸的变化不会影响轴线与V形块的对称线重合。V形块夹角有60°、90°和120°三种，其中90°V形块应用最广泛。夹角越小，稳定性越好，定位位置误差越大。短v形块则限制二个自由度，长V形块或两个短V形块组合限制四个自由度。长V形块常为精基准，两个短V形块组合主要用于粗基准。4.工件以锥面定位锥孔套筒在锥度心轴上定位磨外圆，精密齿轮在锥度心轴上定位滚齿加工。限制工件五个自由度。5.顶尖定位a)左端固定顶尖限制三个移动自由度，右端可移动顶尖限制二个转动自由度。b)左端活动顶尖只限制二个自由度，固定顶尖套限制轴向移动自由度。2.2.3定位误差的分析与计算1．定位误差的概念及组成定位误差—同批工件在夹具中定位时，某工序基准在工序尺寸方向的最大位移量。定位误差由基准位置误差和基准不重合误差组成。(1)基准位置误差—定位副(工件的定位基准和定位元件工作表面)的制造误差，引起同批工件的定位基准在夹具中的位置的最大变动量不同的定位副具有不同的基准位置误差①平面组合定位：工件以精基准在大平面上定位，基准位置误差很小，对H而言δ位置=0但对于工件上的第二定位基准B面，则由于与且A面有角度偏差±α，将造成此定位基准的位置误差δ位置和角度误差δ角度。在水平方向，其位置误差δ位置=±(H-H1)tanΔαδ角度=±Δα②间隙配合心轴定位1)心轴垂直放置(孔与心轴任意边接触)因为心轴垂直放置，定位孔与心轴可以在任意方向接触，当孔径最大而轴最小时，定位孔的中心O，在夹具中位置的变动量为O1O2即为基准位置误差δ位置。δ位置=O1O2=Dmax-dmin=(Dmin+TD)-(dmax-Td)=TD+Td+XminXmin–孔与轴的最小配合间隙2)心轴水平放置(孔与心轴固定边接触)当孔径最大、轴径最小时，定位基准O会移动到O2处，当孔径最小、轴径最大时，定位基准O会移动到O1处，因此O的变动量为O1O2δ位置=O1O2=OO2-OO1=(Dmax-dmin)/2-(Dmin-dmax)/2=(TD+Td+Xmin)/2–Xmin=(TD+Td)/2③V形块定位V形块定位的定位基准是外圆中心，δ误差是一批工件的圆心位置的最大变动量，方向是垂直向下。当工件直径最大时，圆心在O处，当直径最小时，工件下移直至与V块接触，圆周上A点移到A1处，相应圆心O移到O1。δ误差是变动量OO1Tdδ误差=OO1=2sin(α/2)(2)基准不重合误差—工序基准与定位基准不重合，导致工序基准相对定位基准的位置发生变动，产生了基准不重合误差。如图：铣槽A，保证尺寸B，该尺寸定位基准为F，工序基准为D，工序基准与定位基准不重合，存在基准不重合误差δ不重=2ΔL=TL基准不重合误差是由于定位基准和工序基准不重合造成的工序基准在工序尺寸方向上的最大位置变动量。其大小为两个基准之间尺寸的公差。2．定位误差的计算①定位误差只产生在用调整法加工的条件下，按试切法加工时，则不存在定位误差。②定位误差是由于工件定位不准而产生的加工误差。其产生原因为基准位置变动和基准不重合。但两部分并不一定总是存在。③定位误差计算公式是：δ定位=δ位置cosα±δ不重cosβα—基准位置误差方向与工序尺寸方向间的夹角β—基准不重合误差与工序尺寸方向间的夹角3．几种定位误差的计算(1)平面组合定位对尺寸C，基准重合且基准位置误差不考虑δC定位=0对尺寸B，基准不重合且基准位置误差存在δB定位=δ位置+δ不重=2HtanΔα+TL(2)心轴或定位销间隙配合，水平放置定位如图心轴水平放置加工键槽，按三种工序基准安排：定位基准均为孔心。此时存在基准位置误差δ基准=(TD+Td)/2对H1，基准重合δH1定位=δ位置=(TD+Td)/2对H2，可以看成是支承定位，工序基准与定位基准重合，基准位置误差与第一种情况一样。δH2定位=δ位置=(TD+Td)/2对H3，定位基准与工序基准不重合、δH3定位=δ位置+δ不重=(TD+Td)/2+Td1/2(4)工件以一面二孔组合定位如图：销1为主要定位元件。在理想状况下，两定位孔中心O1和O2与定位销中心Ox1、Ox2重合，实际上O1、O2会在以Ox1、Ox2为圆心，1max1min2max2minarctan()2DdDdL1max1min2max2minarctan()2DWDdDdL(3)工件以外圆表面在V形块定位对尺寸H1，工序基准与定位基准重合TdδH1定位=δ位置=2sin(α/2)对尺寸H2，基准不重合误差δ不重=Td/2基准位置误差与基准不重合误差方向相同Td1δH2定位=δ位置+δ不重=[+1]2sin(α/2)对尺寸H3，基准不重合误差δ不重=Td/2基准位置误差与基准不重合误差方向不同Td1δH3定位=δ位置-δ不重=[-1]2sin(α/2)ΔβΔα2X1Y1X2Y2Δ2Δ12D2+TD20EId2ESd2d20+TD1D1d1ESd1EId1LK±TLK/2LX±TLX/2Δγ以Δ1=Td1+TD1+X1min和Δ2=Td2+TD2+X2min为直径的圆域内变动，其基准轴线O