机床夹具(完整)

第3章机床夹具设计机制工艺与夹具设计在机械加工过程中，为了保证工件的加工精度，使之相对于机床、刀具占有确定的位置，并能迅速、可靠地夹紧工件，以接受加工或检测的工艺装备称为机床夹具，简称夹具。第一节概述机床夹具的主要功能是使工件定位和夹紧。定位——使工件相对于刀具及机床占有正确的加工位置，保证其被加工表面达到工序所规定的各项技术要求。夹紧——工件定位后，经夹紧装置施力于工件，将其固定夹牢，使其在加工过程中保持正确位置不变。安装——工件从定位到夹紧的整个过程。一、机床夹具的主要功能工件的安装方法找正安装法：按工件的有关表面或专门划出的线痕作为找正依据，用划针或指示表，逐个地找正工件相对于刀具及机床的位置，然后将工件夹紧。专用夹具安装法：靠专用夹具保证工件相对于刀具及机床所需的位置，并使其夹紧。实例用夹具装夹工件的特点工件在夹具中的正确定位，是通过工件上的定位基准面与夹具上的定位元件相接触而实现的夹具预先在机床上已调整好位置，工件通过夹具对于机床也就占有了正确的位置通过夹具上的对刀装置，保证了工件加工表面相对于刀具的正确位置1．按夹具的通用特性分类通用夹具：指结构、尺寸已标准化、系列化，且具有一定通用性的机床附件专用夹具：针对某一种工件的某一工序的加工要求而专门设计和制造的夹具二、机床夹具的分类成组专用（可调）夹具：采用成组加工工艺，将工件按形状、尺寸和工艺的共性分组，再为每组工件设计组内通用的专用夹具组合夹具：是一种模块化的夹具，由一套预先制造好的标准元件组装成的专用夹具随行夹具：自动线夹具，既担负装夹任务，又担负沿自动线输送工件的任务。2.按夹具使用的机床分类可分为车床、铣床、钻床、镗床、磨床、齿轮机床、数控机床夹具等。3.按夹具的动力源分类按夹具夹紧动力源可将夹具分为手动夹具和机动夹具两大类。手动夹具应有扩力机构与自锁性能，以减轻劳动强度与确保安全生产常用的机动夹具有：气动、液压、气液增压、电动、电磁、真空、离心力、自夹紧夹具等三、机床夹具的组成定位元件：用于确定工件在夹具中的位置；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；联接元件：用于确定夹具对机床主轴、工作台或导轨的相对位置；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；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；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。四、机床夹具在机械加工中的作用保证加工精度，并使之稳定缩短辅助时间，提高生产效率，降低成本扩大机床的工艺范围减轻劳动强度，降低技术要求便于变更工位、引导刀具或进行仿形加工。五、机床夹具的现状及发展方向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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。一、工件定位的基本原理1．定位基准的基本概念工件定位——按照加工工艺要求，将工件置于夹具中，使工件在夹紧前相对于机床和刀具就占有一个预定的位置，或者是使同一批工件逐次放置到夹具中时都能占据同一位置。第二节工件定位定位基准——在机械加工中用作定位的基准。定位基面——工件定位时，作为定位基准的点和线，往往由某些具体表面体现出来，这种表面称为定位基面。2．自由度的概念所谓自由度，即空间位置的不确定性一个位于空间自由状态的物体，对于空间直角坐标系来说，具有六个自由度：三个位移自由度和三个旋转自由度。3．六点定位原则定位的实质：就是限制自由度。工件的六个自由度如果都加以限制了，工件在空间的位置就完全被确定下来了。六点定位法则通常，一个支承点限制工件的一个自由度。使用合理设置的六个支承点，与工件的定位基准相接触，以限制工件的六个自由度，使工件在夹具中的位置完全被确定的方法，称为六点定位法则。定位基准按自由度分类主要定位基准面：设置三个支承点，限制了工件的三个自由度的定位表面。要求：支承面积大；三个支承点要对称配置。导向定位基准面：设置二个支承点，限制了工件的二个自由度的定位表面。要求：应选狭长表面；支承点布置应尽可能远。导向定位支承与转角误差的关系双导向定位基准面：限制四个自由度的圆柱定位面双支承定位基准面：限制二个移动自由度的圆柱定位面止推定位基准面：限制一个移动自由度的定位基准面。要求：应选窄小且与切削力相对的表面；支承方向平行于导向方向。防转定位基准面：限制一个旋转自由度的定位表面。要求：支承点布置应离回转线尽可能远。定位时应注意的几个主要问题定位支承点必须与工件的定位基准面始终保持紧贴接触；分析定位支承点的定位作用时，不考虑力的影响；定位支承点是定位元件抽象而来的。4．工件定位中的几种情况通常，自由度限制大于3，小于、等于6。完全定位：不重复地限制了工件的六个自由度的定位。不完全定位：根据实际加工要求，并不需要限制工件全部自由度的定位。欠定位：定位点少于应消除的自由度、工件定位不足的定位。过定位：工件同一个自由度分别被几个支承点重复限制的定位。过定位的不良后果：使接触点不稳定，增加了不同性；增加了夹紧变形；部分工件不能顺利与定位元件配合。消除或减少过定位干涉的两种方法：改变定位元件结构，使定位元件重复限制自由度的部分不起定位作用；提高工件定位基准之间以及定位元件工作表面之间的位置精度。只有提出合理的附加条件，才允许采用过定位。二、常用定位元件及选用1．对定位元件的基本要求足够的精度；较好的耐磨性；足够的强度和刚度；较好的工艺性；便于清除切屑。2．常用定位元件所能限制的自由度常用定位元件可按工件典型定位基准面分为：用于平面定位的用于外圆柱面定位的用于孔定位的常用定位元件所能限制的自由度见表3-13．常用定位元件的选用工件以平面定位面积较小的基准平面选用支承钉面积较大、平面度精度较高的基准平面定位选用支承板毛坯面、阶梯平面和环形平面作基准平面定位时，选用自位支承毛坯面作基准平面，调节时可按定位面质量和面积大小分别选用可调支承当工件定位基准面需提高定位刚度、稳定性和可靠性时，可选用辅助支承工件以外圆柱定位当工件对称度要求较高时，选用V形块当工件定位圆柱面精度较高时，可选用定位套或半圆形定位座工件以内孔定位工件上定位内孔较小时，常选定位销在套类、盘类零件的车削、磨削和齿轮加工中，大都选用心轴三、定位误差分析工序基准在工序尺寸方向上的最大位置变动量，称为定位误差，用ΔD表示。在工件的加工中，还会因夹具在制造与安装、工件的夹紧、机床的工作精度、刀具的精度、受力变形、热变形等因素而产生误差，定位误差仅是加工误差的一部分。一般限定定位误差不超过工件加工公差T的1/5～1/3，即ΔD≤(1/5～1/3)T1．产生定位误差的原因定位基准发生位移产生定位误差由于定位副的制造误差或定位副配合间隙所导致的定位基准在加工尺寸方向上最大位置变动量，称为基准位移误差，用ΔY表示定位基准与工序基准不重合产生定位误差由于工序基准与定位基准不重合所导致的工序基准在加工尺寸方向上的最大位置变动量，称为基准不重合误差,用ΔB表示ΔD=ΔY+ΔB2．定位误差的计算计算定位误差时，可以分别求出基准位移误差和基准不重合误差，再求出它们在加工尺寸方向上的矢量和；也可以按最不利情况,确定工序基准的两个极限位置，根据几何关系求出这两个位置的距离，将其投影到加工方向上，求出定位误差。3．组合表面定位及其误差分析常见的组合方式有：一个孔及其端面一根轴及其端面一个平面及其上的两个圆孔生产中最常见的“一面两孔”定位“一面两孔”定位的特点：容易实现基准统一；位置精度高；存在过定位现象（支承平面限制三个自由度，每根短销限制两个自由度）A.二圆销一平面定位销、孔安装时，必须有一定的间隙，此时dmax=Dmin–Xmind—轴径；D—孔径；X—间隙第二定位销装入的条件：(1)当孔径、销径为：D1min、D2min、d1max、d2max孔间距最小、销间距最大：(L–LD)、(L+Ld)第一销孔中心到第二孔径的最大距离为：L–LD+D2min/2=L+Ld+d2max/2+X2min/2即：d2max=D2min–2(LD+Ld+X2min/2)(2)当孔径、销径为：D1min、D2min、d1max、d2max孔间距最大、销间距最小：(L+LD)、(L–Ld)第一销孔中心到第二孔径的最小距离为：L+LD–D2min/2=L–Ld–d2max/2–X2min/2即：d2max=D2min–2(LD+Ld+X2min/2)由此可知，只要将定位销的直径缩小到：d2max=D2min–2(LD+Ld+X2min/2)即可实际定位时上述两种极限情况的机会是很少的，因此通常第二定位销孔不预留间隙，即X2min=0；此外，第一定位销、孔的最小配合间隙起补偿中心距偏差的作用。于是得到：d2max=D2min–2(LD+Ld–X1min/2)或：X2min=2(LD+Ld–X1min/2)B.一圆销、一削边销及一平面定位(1)削边销的形成为了保证销的强度，通常使用菱形销。图a用于直径很小时图b用于直径为3~50mm时图c用于大于50mm时(2)削边销尺寸的确定(3)定位误差分析基准位移误差：为第一定位销、孔的最大配合间隙Y=D1+d1+X1min转角误差：或LXXtgdDdD2min222min1111LXXtg2max2max11一、夹紧装置的组成和设计要求工件定位后将其固定，使其在加工过程中保持定位位置不变的装置，称为夹紧装置第三节工件的夹紧1．夹紧装置的组成动力源装置：它是产生夹紧作用力的装置传力机构：传递力的机构，其作用是：改变作用力的方向；改变作用力的大小；具有一定的自锁性能，以保证夹紧可靠。夹紧元件：它是直接与工件接触完成夹紧作用的元件2．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）3．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二、夹紧力确定的基本原则夹紧力的确定包括夹紧力的大小、方向和作用点三个要素1．夹紧力方向的确定应指向各定位元件，且尽可能使之垂直于主要定位基准，应在工件刚度最大的方向上将工件夹紧有助于定位，不破坏定位的准确性和可靠性应考虑接触面积的影响，使工件变形尽可能小应使夹紧力尽可能小，减轻劳动强度、提高生产效率2．夹紧力作用点的选择夹紧力作用点是指夹紧元件与工件接触的一小块面积应落在支承元件上或几个支承元件所形成的支承面内应选在工件刚性较好的部位应尽可能靠近被加工表面，以减少切削力翻转力矩的影响，减少振动3．夹紧力大小的确定要足够防止加工时松动使工件受压变形小，刚性差的工件应均匀加压机动夹紧时应计算夹紧力的大小，以理论夹紧力乘以安全系数K粗加工取K＝2.5~3，精加工取K＝1.5~2夹紧力三要素的确定，是一个综合性问题，必须考虑工件的结构特点、加工工艺方法、定位元件的结构和布置等多种因素。三、常用的夹紧机构及选用1．斜