夹具设计

第六章机床夹具设计§6-1机床夹具概述§6-2工件在夹具上的定位§6-3工件的夹紧§6-4各类机床夹具L2L1L1L2定位元件划线找正加工方法夹具定位加工方法以上分析可以看出，机床夹具的作用是：（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。（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。（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。（4）减轻工人劳动强度6.1夹具基本概念1.什么是夹具？夹具是机床的附加装置，是安装工件的工艺装备。为了使工件成形，工件与刀具之间要有相对运动。因此工件相对于刀具的位置要确定，并且在切削过程中，工件的相对位置需保持不变。图3-4铣床夹具图3-3钻床夹具图3-3钻床夹具①确定工件的位置②将工件夹紧③确定工件与刀具的相对位置④将所选定的各元件连成一体2.夹具的组成(1)(2)(3)对刀、导引元件：(4)连接元件和连接表面：(5)夹具体：用于将夹具上的各种元件和装置连接成一个有机整体。(6)其他装置：如分度元件等。3.夹具的功能(1)(2)提高生产效率、降低成本。(3)减轻工人劳动强度。(4)扩大机床的使用范围。3.夹具的功能(1)(2)提高生产效率、降低成本。(3)减轻工人劳动强度。(4)扩大机床的使用范围。4.夹具分类4.夹具分类（1）通用夹具4.夹具分类（1）通用夹具4.夹具分类（2）专用夹具图3-3钻床夹具（3）通用可调整夹具和成组夹具（4）随行夹具这是一种在自动线或柔性制造系统中使用的夹具。工件安装在随行夹具上，除完成对工件的定位和夹紧外，还载着工件由运输装置送往各机床，并在各机床上被定位和夹紧。镗孔组合夹具（5）组合夹具第六章机床夹具设计§6-1机床夹具概述§6-2工件在夹具上的定位§6-3工件的夹紧§6-4各类机床夹具6.2工件在夹具中的定位6.2.1.常用定位元件及定位分析a)平头支承钉1.工件以平面定位b)球头支承钉c)锯齿头支承钉支承钉支承块（板）可调支承自位支承图3-11自位支承的结构形式辅助支承图3-12辅助支承的应用实例2.工件以外圆定位xyz长接触：工件被约束的自由度为：，,xz,xz短接触：工件被约束的自由度为：,xz定位套xyz长接触：短接触：V型块工件V型块分析同定位套。图3-18固定式V形块图3－19活动V形块应用实例D—标准心轴直径，即工件定位用外圆直径(mm);H—V形块高度(mm);N—V形块的开口尺寸(mm);T—对标准心轴而言，V形块的标准高度，α—V形块两工作平面间的夹角。2sin2tan22DHTH设计V形块时T值的计算：半圆孔定位座3.工件以圆柱孔定位圆柱销圆锥销菱形销定位心轴4.组合定位及定位分析（1）前、后顶尖xyz（2）一面一销定位xyzxyz（3）两面一销定位（4）一面两销定位,x,yzxyz一面两销定位时，若为两圆柱销，则会产生过定位现象。解决办法：①一销缩小直径；②菱形销（4）一面两销定位实例分析固定V型块J活动V型块连接键连接键支承块支承块对刀块辅助支承实例分析6.1.2定位误差的分析与计算1.定位误差的定义及产生的原因6.1.2定位误差的分析与计算1.定位误差的定义及产生的原因6.1.2定位误差的分析与计算1.定位误差的定义及产生的原因定位误差：工件在夹具（或机床）上定位不准确（工序基准偏离理想位）而引起的加工误差。a.基准不重合引起的定位误差a.基准不重合引起的定位误差工件外圆直径尺寸有大有小，会使外圆中心位置发生变化，从而导致工序尺寸H的变化——基准发生位移导致工序尺寸H的加工误差。H如图所示，用调整法加工键槽。工序基准：O点。Ob.定位副制造不准确引起的定位误差dwdTdmaxdmind1).几何方法2定位误差的分析与计算图所示为孔与销间隙配合的情况，若工件的工序基准为孔心，试确定其定位误差。（1）任意边接触如果工件的工序基准为孔心，则其定位误差与孔销的配合间隙有关。o1oo2jy)(21minmaxdDjyminmaxdDdw（2）单边接触)(21minmaxDDdw2.微分方法H1O（1）工序尺寸H1此时，定位基准与工序基准重合o1o2o21oojyppopooo2121)2sin2/(max1dpo)2sin2/(min2dpo)2/sin(2minmax)(ddHd)2/sin(2)()(dTHd即：dTd二、定位误差的分析与计算H2O（2）工序尺寸H2此时，定位基准与工序基准不重合o1o2omin22)2/1(dcop)1)2/sin(1(2)()(dTHd)(21)2/sin(2)()(dTdTHd即：1c2c11222121)(cocoooccHdmax11)2/1(dco)(Hd二、定位误差的分析与计算H3O（3）工序尺寸H3此时，定位基准与工序基准不重合o1o2o112112gooogop)1)2/sin(1(2)()(dTHd)(21)2/sin(2)()(dTdTHd即：1g2g2212)(gogoHd)(Hd3.加工误差不等式在机械加工中，产生加工误差的因素很多，其主要原因有：1.定位误差2.对刀误差3.安装误差4.其他误差ddd,acTcaddd,313131因此，在夹具设计时，其定位方案的确定需依据定位误差的计算，若：Td31，则定位方案可行。解：)(31035.01HTd故：定位方案不可行。H1OdTdo已知：005.040dTd02.001.0116H090例：求在图示定位方案下，用调整法加工槽时的定位误差。035.045sin205.0)2/sin(2)(0)(dTHd∵T(H1)=0.03思考：若需采用该定位方案，则如何改进？第六章机床夹具设计§6-1机床夹具概述§6-2工件在夹具上的定位§6-3工件的夹紧§6-4各类机床夹具§6.3工件的夹紧和夹紧装置6.3.1.夹紧装置的组成工件夹紧机构F6.3.2夹紧力的确定力的三要素——大小、方向、作用点。1.夹紧力作用方向的选择原则①夹紧力的作用方向应有利于工件的准确定位，而不能破坏定位。②夹紧力的作用方向应尽量与工件刚度最大的方向相一致，以减工件的变形。③夹紧力的作用力方向应尽可能与切削力、工件重力方向一致，以减小所需夹紧力。2.夹紧力作用点的选择原则工件①夹紧力作用点应正对支承元件或位支承元件所形成的支承面内，以保证工件已获得的定位保持不变。6.3.2夹紧力的确定②夹紧力作用点应处于工件刚性好的部位。③夹紧力作用点应尽量靠近加工表面。②夹紧力作用点应处于工件刚性好的部位。③夹紧力作用点应尽量靠近加工表面。6.3.3常用夹紧机构1.斜楔夹紧机构工件工件斜楔夹紧机构夹紧力的计算FSFJF1Pφ1αFJ’NF2φ2α图斜楔机构受力分析图由于在垂直方向受力是相等的所以在水平方向：sjjFtgFtgF)(212211NtgFtgFFj)(21tgtgFFsj式中Fj—工件获得的夹紧力（N）；Fs—施加在斜楔上的原始作用力（N）；α—斜楔的斜角（°）；φ1—工件与斜楔之间的摩擦角，摩擦系数f1=tgφ1；φ2—夹具体与斜楔之间的摩擦角，摩擦系数f2=tgφ2。若N和F2的合力为R，则由自锁条件：)sin(21RF)cos()cos(2211jjjFRRFtgFF其中代入上式，得：)(21tgtg2121图1-63斜楔机构自锁时受力分析图αFJF1φ1FJ’NF2φ2α-φ2斜楔夹紧机构的夹紧行程在生产实际中常采用双斜角结构的斜楔.α1α图1-64双斜角结构的斜楔2.螺旋夹紧机构工件6.3.3常用夹紧机构3.圆偏心夹紧机构第六章机床夹具设计§6-1机床夹具概述§6-2工件在夹具上的定位§6-3工件的夹紧§6-4各类机床夹具6.4.1钻床夹具1.钻模的类型§6.4各类机床夹具举例(1)固定式钻模(2)回转式钻模(3)盖板式钻模(4)滑柱式钻模(5)翻转式钻模组成：钻模板、钻套、定位元件、夹紧装置、夹具体6.4.1钻床夹具1.钻模的类型§6.4各类机床夹具举例(1)固定式钻模(2)回转式钻模(3)盖板式钻模(4)滑柱式钻模(5)翻转式钻模(1)固定式钻模相对于工件位置保持不变的钻模。(2)回转式钻模(3)盖板式钻模——以加工车床溜板箱上多个小孔所用的盖板式钻模为例。特点：没有夹具体(4)滑柱式钻模2、钻模设计要点(1)钻套钻套分4种类型：固定钻套、可换钻套、快换钻套和特殊钻套。④特殊钻套用于不宜使用标准钻套，根据特殊要求设计的专用钻套。钻套尺寸及公差：(2)钻模板固定式：结构简单，精度较高分离式分离式钻模板是可拆卸的，工件每装卸一次，钻模板也要装卸一次。悬挂式二、镗床夹具组成：镗模支架、镗套、定位元件、夹紧装置、夹具体悬挂臂（一）镗模的类型a)单面前导向〉60mm的短孔根据镗模支架的布置形式将镗模分为单面导向镗模和双面导向镗模两类b)c)单面后导向盲孔或60mm的通孔双面导向镗模组成：定位元件、夹紧装置、对刀块、连接元件、夹具体三、铣床夹具6.4.3铣床夹具1.铣床夹具的类型2.铣床夹具设计要点(1)夹具总体结构要求：1)铣床夹具的受力元件要有足够的强度和刚度2)夹紧机构所提供的夹紧力应足够大，且要求有较好的自锁性能3)为了提高夹具的工作效率，应尽可能采用机动夹紧机构和联动夹紧机构，并在可能的情况下，采用多件夹紧和多件加工。(2)对刀装置(3)夹具体6.4.4车床夹具1.车床夹具的类型根据工件的定位基准和夹具本身的结构特点，车床夹具可分为以下4类：1)以工件外圆定位的车床夹具，如各类夹盘和夹头。2)以工件内孔定位的车床夹具，如各种心轴。3)以工件顶尖孔定位的车床夹具，如顶尖、拨盘等。4)用于加工非回转体的车床夹具，如各种弯板式、花盘式车床夹具。①当工件定位表面为单一圆柱表面或与被加工面相垂直的平面时，可采用各种通用车床夹具，如三爪自定心卡盘、四爪单动卡盘、顶尖、花盘等；②当工件定位面较复杂或有其它特殊要求时(例如为了获得高的定位精度或在大批量生产时要求有较高的生产率)，应设计专用车床夹具。2．车床夹具设计要点(1)车床夹具总体结构①为保证夹具工作平稳，夹具的结构应尽量紧凑，重心应尽量靠近主轴端，一般要求夹具悬伸不大于夹具轮廓外径。②对于弯板式车床夹具和偏重的车床夹具，通常采用加平衡块(配重)的方法进行平衡。(参考图4-59中的件1)③为保证工作安全，夹具上所有元件或机构不应超出夹具体的外廓．必要时应加防护罩(如图4-59中的件2)。④要求车床夹具的夹紧机构要能提供足够的夹紧力，且有较好的自锁性，以确保工件在切削过程中不会松动。(2)夹具与机床主轴的联接车床夹具与机床主轴的联接方式取决于机床主轴轴端的结构以及夹具的体积和精度要求。夹具的设计方法先用双点划线画出工件外形，在夹具图中，工件视为透明体，然后围绕工件依次画出定位元件、夹紧装置和刀具导向元件等，最后用夹具把各种元件连成一整体，有的还需画出夹具与机床连接的元件。机床夹具草图的绘制方法：