夹具设计课件

第1章1.1工作过程一靠模在用铸造方法制造模具时，首先必须置备木模或汽车零件的样件。按照一定比例制成的模型称之为靠模，常被用作仿形加工中的母型，或作为显示铣床加工轨迹的辅助模型。仿形铣床上的靠模指沿靠模轮廓形状移动，铣刀则按照靠模指的移动对模具材料进行铣削加工，仿出所需的模具型腔。1.2机床夹具概述机床夹具在机械加工中的作用（1）保证加工精度（2）提高生产率（3）扩大机床使用范围：车床→镗床（4）减轻工人劳动强度1.2.2机床夹具分类1.按夹具的通用特性分类（1）通用夹具（2）专用夹具（3）可调夹具（4）成组夹具（5）组合夹具（6）自动线夹具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。三爪卡盘四爪卡盘万向平口钳回转工作台分度头通用夹具铣轴端槽夹具1—V型块2—支撑套3—手柄4—定向键5—夹具体6—对刀块12364图专用夹具43φDL零件工序简图零件工序简图43φDLLφD43φD43LφDL34φDL43φDL34成组夹具KH1KH2KH3KH4图组合夹具实例图组合夹具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—基础板图组合夹具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12345678910111213141516171819205774.63图铣拨叉槽组合夹具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。◆按夹紧力源划分气动虎钳液压夹具(2)机床夹具的组成（1）定位元件：用于确定工件在夹具中的位置（2）夹紧装置：将工件压紧夹牢，并保证工件在加工过程中位置不变（3）夹具体：是夹具的基座和骨架，用来配置、安装各夹具元件及装置（4）对刀或导向元件：用于保证工件加工表面与刀具之间的位置；（5）其它装置或元件：定向键、操作件、分度装置、靠模装置、上下料装置、平衡块等，以及标准化了的其它联接元件；1.2.6对机床夹具提出了如下新的要求：能迅速而方便地装备新产品，以缩短生产准备周期，降低生产成本能装夹一组具有相似性特征的工件适用于精密加工的高精度机床夹具适用于各种现代化制造技术的新型机床夹具采用以液压站等为动力源的高效夹紧装置，以进一步提高劳动生产率提高机床夹具的标准化程度3.现代机床夹具的发展方向精密化：如精密分度、高精度自定心高效化：缩短加工的基本时间和辅助时间，以提高劳动生产率，减轻工人的劳动强度柔性化：通过调整、组合等方式，以适应工艺可变因素标准化：按夹具零件及部件的国家标准以及各类通用夹具、组合夹具标准制造，有利于夹具的商品化生产，有利于缩短生产准备周期，降低生产总成本。第二节定位原理与定位方式一、六点定位原理1、空间物体的自由度ZYXZYX,,,,,2、限制空间物体的自由度要确定其空间位置，就需要限制其6个自由度。接触－可以滑动，不可脱开图六点定位原理XZY3、六点定位原理将6个支承抽象为6个“点”，6个点分别同时限制了工件的6个自由度，使工件在空间中唯一确定的位置。图工件以平面3点定位XYZ与理论力学、机构学自由度概念差别——位置不定度——夹紧与定位概念分开——工件、夹具是弹性体两点注意：“点”的含义——对自由度的限制，与实际接触点不同ZXYZXYZXYZXY图工件以平面定位ZXYZXY二、定位方式与定位元件1、工件以平面定位常用的定位元件：支承钉、支承板、夹具支承件和夹具体的凸台及平面等。支承钉：平头、球头、网纹支承板：有斜槽、无斜槽可调支承可调支承图工件以外圆柱面定位两种形式：定心定位和支承定位。工件以外圆柱面支承定位的元件常采用V型块，短V型块限制2个自由度，长V型块（或两个短V型块组合）限制4个自由度。XYZXYZ2、工件以外圆柱面在V块中定位V块的形式：长V块，短V块，双V块辅助支承长V块V形块的设计XYNHT222sin2)2(tgNdHdTT－检验尺寸α－V块夹角H－V块高度V块材料：T8,T10,大理石热处理：45-50HRCXYZXYZXYZ3、工件以外圆柱面在套筒中定位长套筒：限制工件4个自由度。短套筒：限制工件2个自由度。定位套筒的形式图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。XYZXYZXYZXYZXYZXYZ4、工件以圆孔定位心轴的形式：短、长圆柱销的形式圆锥销和削边锥销、浮动锥销的形式除平面、圆孔、外圆柱面外，工件有时还可能以其它表面（如圆锥面、渐开线齿面、曲面等）定位。图为工件以锥孔定位的例子，锥度心轴限制了除绕工件自身轴线转动外的5个自由度。图工件以锥孔定位5、工件以其他表面定位在多个表面同时参与定位情况下，各定位表面所起作用有主次之分。通常称定位点数最多的表面为主要定位面或支承面，称定位点数次多的表面为第二定位基准面或导向面，称定位点数为1的表面为第三定位基准面或止动面。6、定位表面的组合XZY图工件在两顶尖上定位前顶尖限制的自由度：后顶尖限制的自由度（与前顶尖一起综合考虑）：XYZ、、XY、辅助支承浮动支承图箱体及支架类零件上的孔三、一面两孔定位分析及菱形销设计D1D2d2d1lTl21gTL21min1min22LlTTDbD1D2d2d1lTl21gTL211、已知条件：（1）工件孔直径：D1（ES1－EI1），D2（ES2－EI2）；（max－min）（2）夹具销直径：d1（es1－ei1），d2（es2－ei2）；（max－min）（3）工件孔中心距：（4）夹具销中心距：gTL21lTl21三、一面两孔组合定位分析及菱形销设计三、一面两孔组合定位分析及菱形销设计lTl21gTL21b图一面两孔定位干涉分析2、矛盾的产生：（1）中心距矛盾：孔、销中心距不一致（2）孔，销直径变化：一套夹具要适应所有工件min1min22glTTDbmaxmin11min1dD三、一面两孔组合定位分析及菱形销设计3、菱形销设计：（1）解决办法：将销削边（2）结果：(a)d3(b)d=3～50(c)d50图削边销结构maxmin22min2dD菱形销设计实例分析1．两销中心距及公差两销中心距的基本尺寸应等于两孔中心距的平均尺寸，其公差为两孔中心距公差的1/3~1/5。2．圆柱销直径及公差圆柱销直径基本尺寸等于孔的最小尺寸，公差一般取g6或h7。3．菱形销直径及公差菱形销结构如下图所示。下表为菱形销的尺寸菱形销直径可按下式计算d2=D2—Δ2min式中D2—以菱形销定位孔的直径(mm)；Δ2min—菱形销定位的最小间隙(mm)。式中b——菱形销圆柱部分的宽度（mm）；D2——工件定位孔的最大实体尺寸（mm）；min1min22glTTDb1、完全定位：工件的6个自由度均被限制，称为完全定位。2、不完全定位：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。四、完全定位与不完全定位ZYXd）ZYXb）ZYXa）图工件应限制的自由度YZXc）ZXYd）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。2、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。1、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。五、欠定位与过定位图欠定位示例XZYa）b）BB过定位分析图过定位示例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间隙配合刚性心轴过定位示例过定位引起夹紧变形橡胶垫图过定位处理分析2.4.3定位原理讨论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）XZYXa）YXZ图过定位分析a）YXZa1）YXZa2）YXZa3）YXZ图过定位示例分析2.4.3定位原理b）XZYXb1）XZYXXZb2）YXXZb3）YX图过定位示例分析如图所示情况有无过定位？XZYXa）XZYXb）XZYXc）YXXZ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。讨论与争鸣：过定位分析（桌子与三角架）a）ZYXYc）ZYXYb）ZYYX分析下列定位方案中各定位元件限制了那些自由度？1）车光轴外圆2）车套筒外圆起传动作用，不起定位作用起夹紧作用，不起定位作用ZYX;;ZY;XZYZY;;;一、基准及分类1、基准：确定加工对象上几何要素间几何关系所依据的那些点、线、面称为基准。第三节定位误差分析工艺基准：在工艺过程中所采用的基准。又可分为：工序基准定位基准测量基准装配基准在设计图样上所采用的基准设计基准：2、基准分类设计基准（定位基准）22AA图支座零件第1工序（车削）图支座零件第1工序（钻孔）图支座零件第3工序（钻、锪4分布孔）二、定位误差的概念1、定义：设计基准在尺寸方向上的最大变动量。2、产生原因：基准不重合误差由于定位基准与设计基准不重合而产生的误差，以Δjb来表示。基准位移误差由于定位副制造误差而引起定位基准的位移，以ΔwY来表示。3、误差不等式：使用夹具时造成工件加工误差的因素包括如下四个方面：定位误差Δdw--与工件在夹具上定位有关的误差；安装误差Δja--与夹具在机床上安装有关的误差；调整误差Δdt--刀具与夹具定位元件调整有关的误差；加工方法误差ε--与加工方法有关的误差。误差不等式Tdtjadw4、定位误差是否合格判定条件：3Tdw箱体铣表面钻孔夹具1、工件以平面定位：基准不重合误差及计算三、定位误差分析与计算TSSdw2