机床夹具设计概述

机床夹具概述为了加工出符合规定技术要求的表面，必须在加工前将工件装夹在机床上或夹具中。工件的装夹包括定位和夹紧两个过程。工件在夹具中定位的任务是：使同一工序中的所有工件都能在夹具中占据正确的位置。一批工件在夹具上定位时，各个工件在夹具中占据的位置不可能完全一致，但各个工件的位置变动量必须控制在加工要求所允许的范围之内。将工件定位后的位置固定下来，称为夹紧。工件夹紧的任务是：使工件在切削力、离心力、惯性力和重力的作用下不离开已经占据的正确位置，以保证机械加工的正常进行。一、机床夹具的组成二、机床夹具的分类三、机床夹具的功用第一节工件在夹具中的定位一、工件定位的基本原理（一）工件以平面定位（二）工件以圆柱孔定位（三）工件以外圆柱面定位（四）一面两销组合定位二、常见的定位方式及定位元件1、定位：使工件在机床上或夹具中，相对于刀具占据某一正确的位置。2、夹紧：由于在加工中受到切削力、重力等的作用，还应采用一定的机构，对工件施加一定的夹紧力使其位置保持不变，称为夹紧。3、夹具分类通用夹具专用夹具可调夹具组合夹具4、夹具的作用缩短辅助时间，提高劳动生产率；保证加工精度稳定；扩大机床使用范围；减轻劳动强度，降低工人等级。5、夹具的组成定位元件夹紧元件对刀元件夹具体其它元件及装置第二节.工件定位定位原理定位方式及定位元件定位误差一、定位原理工件的运动自由度：六点定位原则：用合理分布的六个支承点与工件接触，每个固定点限制工件的一个自由度，这样将工件完全定位的方法。定位原理定位原理完全定位与不完全定位：定位原理完全定位与不完全定位：定位原理欠定位：过定位：工件上某个自由度被限制两次以上,出现重复定位的现象。二、定位方式及定位元件1)定位元件要求：精度、硬度、刚度、耐磨、光滑2)常用材料：低碳钢20钢表面渗碳淬火高碳钢T8钢淬火固定式定位元件（表10-1）平面定位：支承钉支承板孔定位：定位销定位心轴三爪卡盘，弹簧夹头外圆定位：V形块定位套筒及剖分套筒三爪卡盘，弹簧夹头组合定位方式：1、工件以平面定位1、基本支承(主要支承)－－起定位作用固定支承:支承钉；支承板;可调支承：自位支承：也称浮动支承固定式定位元件支承板可调支承浮动式定位元件增加支承点数，避免过定位。辅助式支承元件----不起定位作用提高工件的装夹刚度和稳定性形式：螺旋式；自位式；推引式2、工件以外圆柱面定位1、V形块*长V形块限制4个自由度；短V形块限制2个自由度；*结构形式有固定式和活动式，其中活动式兼有夹紧作用*具有良好的对中性*工件的定位面可以是完整的或局部的圆柱面2、定位套V形块定位套筒及剖分套筒3、工件以圆孔定位•1、圆柱销：又称定位销。有短销和长销之分•2、圆柱心轴•(1)间隙配合心轴•(2)过盈配合心轴•3、圆锥销：限制3个移动自由度•4、圆锥心轴：限制5个移动自由度定位销定位心轴弹簧夹头4、组合定位方式：4、组合定位方式削边销：将定位销在两销联心线的垂直方向削去两边，只限制一个自由度，避免过定位。4、组合定位方式组合定位方式：4、组合定位方式组合定位：第三节、定位误差定位误差：工件的定位基准与设计基准不重合，及定位基准与定位元件的工作表面之间存在间隙时，导致的位置变化。误差大小：工件上被加工表面的设计基准相对于定位元件工作表面在加工尺寸方向上的最大变动量。一、定位误差的概念•定位基准与定位基面;限位基准与限位基面•二、产生定位误差的原因•1、基准不重合误差B：定位基准与工序基准不重合•B＝Ts•S—定位尺寸，即定位基准与工序基准间的距离二、定位误差计算εH＝0εA＝2ΔH二、定位误差计算•2、基准位移误差Y：定位基准与限位基准不重合•(1)心轴水平放置:Y=(TD+Td)/2•(2)心轴垂直放置:Y=(TD+Td)/2+•--孔轴间隙•(3)平面定位:Y=0二、定位误差计算•三、定位误差的计算方法•合成法：定位误差e定由e不和e基组合而成•(1)工序基准不在定位基面上:e定=e不＋e基•(2)工序基准在定位基面上:e定=e基e不•符号确定:定位基面尺寸变动方向一定,定位基准与工序基准的变动方向同向为“+”，反向为“-”心轴水平放置定位误差计算dDTTedDdDAOAOe＋＝基基21maxmin21minmax2112用v形块定位的定位误差计算2sin2dTe＝基直径为d的轴，在v形块上定位铣平面,设计尺寸有三种不同的标注方法：(a)要求保证上母线到加工面尺寸Hl，即设计基准为B；(b)要求保证下母线到加工面尺寸H2，即设计基准为C；(f)要求保证轴心线到加工面尺寸H3，即设计基准为O。求各定位误差？要求保证上母线到加工面尺寸Hl12122212121sin122sin2212111221dddTddddHOOOBOBBBe＝定b）设计基准H2的最大变动量为：CIC2要求保证下母线到加工面尺寸H2121212222sin122sin22sin21112221221dTddddHCOAOCOAOACACCCe定c）设计基准H3的最大变动量为：O1O2要求保证轴心线到加工面尺寸H322122222sin21221ainTainddHdAOAOooe＝定一面两销定位一面两销定位削边销：将定位销在两销联心线的垂直方向削去两边，只限制一个自由度，避免过定位。菱形销一面两销定位误差•e基＝e基移＋e基转可查手册•e定＝e基＋e不一面两销定位设计步骤1.确定两销中心距2.确定圆柱销d1：基本尺寸为配合孔的dmin,公差取g6或h7.3.确定菱形销尺寸b:查表4.确定菱形销的直径d2:min2min2max2XDdLDLdLddTTTL51312/～min22min22DabTTXaLdLD＋min2min2max2XDd一面两销定位设计步骤•菱形销的公差为IT6～IT7•5.计算定位误差•e定＝e基＋e不保证规定加工精度实现的条件影响加工精度的误差因素除定位误差外，尚有：(1)夹具的有关制造误差e制造(2)夹具安装误差e安装(3)加工误差e加工为了保证工件的加工精度，必须控制在工件允许的公差(T工件)范围之内，即：e=e定位＋e制造＋e安装+e加工≤T工件e基－－定位基准相对于限位基准在加工尺寸方向上的最大变动量疑问A1A2A3rD+TD0d0-TdC释疑•A1：A2：A3基定基不＝＝＝eeeedT2sin20不基定基不＝＝＝eeeeTedTD2sin221不基定基不－＝＝＝eeeeTedTd2sin221释疑•C：22sin2cossin2cos0ddTTeeee＝＝＝基定基不三、工件的夹紧•（一）、夹紧装置的组成及要求•1、夹紧的作用：保证工件正确定位后不发生位移。•2、组成：夹紧部分＋中间传动机构＋动力装置•3、要求：稳、牢、快•（二）、夹紧力的确定•1、方向：•*朝主要限位面,使夹紧可靠;•*有助于定位;•*夹紧方向应使夹紧力尽可能的小.夹紧力•2、作用点：•*有着力点；•*作用于工件刚性好的部位；•*靠近加工表面。夹紧力三要素设计原则夹紧力三要素设计原则夹紧力三要素设计原则夹紧力三要素设计原则夹紧力三要素设计原则夹紧力三要素设计原则夹紧力三要素设计原则3、夹紧力的计算根据工件在最不利情况下切削力的平衡，求夹紧力，乘以安全系数K。K值在粗加工时取2.5～3、精加工时取1．5～2。1、斜楔夹紧机构•(1)斜楔的夹紧力：•Q－斜楔对工件的夹紧力；•a－斜楔的升角；•P—加在斜楔上的作用力；•Ø1－斜楔与工件间的摩擦角；•Ø2－斜楔与夹具间的摩擦角11tantanPQ1、斜楔夹紧机构1．斜楔夹紧1、斜楔夹紧机构•(2)斜楔的自锁条件：(3)扩力比i*aQ则i夹紧行程、自锁性(4)斜楔夹紧机构的特点：结构简单，有增力作用；(受升角的影响)夹紧行程小;夹紧松开时操作不便。21tantan1PQi212、螺旋夹紧机构螺旋面可视为楔的斜面绕在圆柱体上而成的,所以其原理与斜楔夹紧相似.2、螺旋夹紧机构•单螺旋夹紧力:•2)扩力比i:•螺旋机构的扩力比远比斜楔机构大得多•(3)螺旋夹紧机构的特点:•结构简单、扩力比大、自锁性好、行程不受限制、•但动作慢。适用于手动夹紧211'tgrtgrPLQ211tantan'rrLPQi2、螺旋夹紧机构图例2．螺旋夹紧2、螺旋夹紧机构图例2．螺旋夹紧3、偏心夹紧机构•(1)圆偏心轮的工作原理:•(2)圆偏心轮的夹紧行程和工作段•1)夹紧行程:从0到1800，则夹紧行程•H=D/2+e－(D/2－e)=2e•(3)自锁条件•与斜楔相同:•max—偏心轮上的最大升角•1---圆偏心轮与工件间的摩擦角•2---圆偏心轮与回转销间的摩擦角(可忽略)21max3、偏心夹紧机构•则自锁条件:•(4)圆偏心轮的夹紧力的计算外力平移:夹紧力:(5)特点:夹紧迅速、操作方便；扩力比和夹紧力较小；行程较小；自锁性较差。适用于小零件、切削力变化小、工作平稳的场合。fDe22121'pptgtgPLtgtgQQ3、偏心夹紧机构图例3．偏心夹紧多件夹紧机构4．多件夹紧动力夹紧机构6、动力夹紧气动夹紧液压夹紧真空夹紧电磁夹紧气-液压组合夹紧定心夹紧机构定心夹紧机构机床夹具设计方法机床夹具的设计方法夹具的基本要求•能稳定保证工件的加工精度;•能提高机械加工的劳动生产率,降低工件的制造成本;•结构简单,操作方便,安全和省力;•便于排屑;•有良好的结构工艺性,便于夹具的制造、装备、检验、调整和维修.设计时应在保证加工精度的前提下,综合考虑生产率、经济性和劳动条件等项因素.机床夹具的设计方法夹具的设计步骤1.研究原始资料,明确设计任务2.确定夹具的结构方案,绘制结构草图–确定工件的定位方案、夹紧方案和引导方案．–确定其他元件或装置的结构型式,如定向键,分度装置等．–合理布置各元件或装置,确定夹具体和夹具的总体结构．3.绘制夹具总装配图–总装配图的比例应尽量采用1:1的比例．–总装配图视图的选择，主视图应选面对操作者的工作位置．–绘制总装配图的顺序，先用双点划线将工件的外形轮廓、定位基面、夹紧表面及加工表面绘制在各个视图上;视工件为透明体，再绘出定位、对刀引导、夹紧元件及其它元件或装置;最后绘出夹具体，并填写明细表及标题栏.–标注有关的尺寸、公差和技术要求．4.绘制夹具零件图–夹具总装配图中的非标准零件均要绘制零件图,并按夹具总装配图的要求,确定各零件的尺寸、公差及技术要求.机床夹具设计实例分析车床夹具铣床夹具钻床夹具镗床夹具铣床夹具设计指导第一部分铣床夹具简介铣床夹具的主要类型直线进给铣床夹具–由于工作台按直线进给方式运动，可加工平面、直角面和各种槽等。圆周进给的铣床夹具–铣床工作台做连续的回转运动，配合采用气动或液压等高效夹紧装置，生产率高，可加工平面，适用于大批量生产。靠模仿行铣床夹具–机床工作台的主进给运动和由靠模获得的辅助运动形成的仿行运动，采用靠模夹具可再一般万能铣床上加工出所需的成形面。铣床专用夹具的设计特点和要求由于铣削过程不是连续切削，极易产生铣削振动。铣削的加工余量一般较大，铣削力也较大，且方向是变化的，因此设计时要注意：•夹具要有足够的刚度和强度；•夹具要有足够的夹紧力，夹紧装置自锁性要好•夹紧力应作用再工件刚度较大的部位上，且作用点和施力方向要恰当；•夹具的重心应尽量低，高度与宽度之比应不大于1~1.25；•要有足够的排屑空间。切削和冷却液能顺利排除，必要时可设计排屑孔。铣床专用夹具的设计特点和要求为了调整和确定夹具相对于机床的位置及工件相对于刀具的位置，铣床夹具应设置定位键和对刀装置：–定位键与工作台T型槽可用单面贴合，当定位精度要求高或是重型夹具，可在夹具体的侧面设置一个找正基面；–小型夹具可只用一个长的矩形键；–两定位键的