机械加工工艺装备(夹具)

机械加工工艺装备机械加工工艺装备1.1机床1.2刀具1.3夹具夹具1.31.3.1机床夹具概述1.3.2工件的定位1.3.3工件的夹紧1.3.4典型夹具1.3夹具1.3.1机床夹具概述夹紧：是指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操作。定义：在机床上用以装夹工件（和引导刀具）的一种装置。其作用是将工件定位，以使工件获得相对于机床或刀具的正确位置，并把工件可靠的夹紧。装夹：将工件在机床上或夹具中定位、夹紧的过程。定位：确定工件在机床或夹具中占有正确位置的过程。1.3.1机床夹具概述●机床夹具的作用1.保证加工精度2.提高劳动生产率3.扩大机床的使用范围4.改善劳动条件、保证生产安全图1.57套筒零件简图图1.58套筒钻夹具夹具体快换钻套导向套钻模板开口垫圈螺母定位销1.3.1机床夹具概述●机床夹具的分类按应用范围分：按使用机床分：按夹紧动力分：手动夹具气动夹具液动夹具电动夹具磁力夹具真空夹具通用夹具专用夹具可调夹具成组夹具组合夹具随行夹具车床夹具铣床夹具钻床夹具镗床夹具其它机床夹具1.3.1机床夹具概述●机床夹具的组成①定位元件②夹紧装置③对刀及导向装置—迅速确定刀具与工件的相对位置—确定工件的正确位置—夹牢工件，保证工件正确位置不变④夹具体—夹具的基础件⑤其他装置或元件—分度装置、联接元件等基准及其分类基准：用来确定生产对象上几何要素间的几何关系所依据的那些点、线、面。1.3.2工件的定位基准及其分类根据功用：设计基准——设计图样中所采用的基准工艺基准——加工、测量、装配过程中使用的基准定位基准——为加工中用作定位的基准。测量基准——测量时所采用的基准。装配基准——是装配时确定零件或部件在产品中的相对位置所采用的基准。1.3.2工件的定位1、工件定位的方式（1）直接找正定位—精度取决于工人技术水平单件小批生产，位置要求高a)磨内孔时工件的找正b)刨槽时工件的找正图1.60直接找正定位（2）划线找正定位—精度低单件小批，复杂件，毛坯精度低图1.61划线找正定位（3）夹具定位—生产率高，定位精度高成批及大量生产图1.58套筒钻夹具1.3.2工件的定位●定位—加工前，工件在机床或夹具上占据一正确位置●夹紧—使工件在加工中不受力的作用发生位移、振动●装夹=定位+夹紧2、工件的定位原理（1）六点定则—用空间合理布置的六个支承点限制工件的六个自由度ZYX未定位工件的六个自由度XY图1.63长方体定位时支承点的分布图1.63长方体定位时支承点的分布ZYX456321长方体定位时支承点的分布XYZ图1.63长方体定位时支承点的分布●工件的定位原理六点定则—用空间合理布置的六个支承点限制工件的六个自由度主要定位面∨3—三角形分布，支承范围大导向定位面∨2选大的面定位—两点连线不垂直主定位面，距离远选窄长的面定位止推定位面∨1—选可承受切削力的面轴类工件的六点定位轴类工件的六点定位图1.64圆环形工件的六点定位图1.64圆环形工件的六点定位图1.64圆环形工件的六点定位★定位的误解①工件定位后，反方向还可移动——定位面与定位点应保持接触②工件被夹紧，所有自由度就都被限制了——并没有保证一批工件的一致位置定位与夹紧的关系图1.65限制自由度与加工要求的关系（2）限制自由度与加工要求的关系（2）限制工件自由度与加工要求的关系◆完全定位—六个自由度全部限制◆不完全定位—限制的自由度＜6点按加工要求确定◆欠定位——根据加工要求，工件应该被限制的自由度却没有被限制的定位。◆过定位——工件的同一自由度被重复限制的定位。★理论上不需定位的情况1.加工面某方向无要求，通透加工—这个方向上不需定位2.零件某方向上截面为完整的圆形—这个方向上不需定位限制自由度与加工要求的关系加工孔加工平面桌子的定位图1.66插齿时齿坯的定位1.心轴2.支承凸台3.工件4.压板图1.67齿坯过定位的影响改变定位结构避免过定位图1.68球体上通铣平面●正确处理过定位◆危害—定位不稳，安装困难，工件或夹具变形◆措施—去除过定位，修改结构★特殊—为提高定位稳定性和结构刚度，简化夹具可用过定位★前提—提高工件定位面、夹具定位面的相互位置精度▲一般不允许●限制工件自由度与加工要求的关系◆完全定位—六个自由度全部限制◆不完全定位—限制的自由度＜6点◆欠定位—该限制的自由度没有限制◆过定位—重复限制某一自由度按加工要求确定绝不允许一般不允许瓦盖的过定位及消除衬套在心轴上过定位及消除套筒零件钻孔时的定位●要点—按加工要求确定—注意：不欠定位★实际上所限制的自由度—往往多于理论要求的为承受切削力、简化夹具结构—注意：不过定位★理论上要限制的自由度理论联系实际注重实际应用3、定位元件◆定位元件的基本要求①足够的精度②足够的硬度和耐磨性③足够的强度和刚度④工艺性好3、定位元件（1）平面定位◇主要支承①固定支承—支承钉支承板非标支承板—一批工件调一次②可调支承③自位支承（浮动支承）—只限制1点自由度◇辅助支承—不限制自由度（提高刚度）—限制自由度一个工件调一次图1.69支承钉和支承板固定支承——支承钉和支承板图1.70衬套的应用图1.71可调支承可调支承电冰箱的定位图1.72自位支承图1.73辅助支承的应用图1.74辅助支承3、定位元件（2）孔定位①圆柱销间隙配合心轴过盈配合心轴花键心轴②圆柱心轴③圆锥销—定3点④圆锥心轴（小锥度心轴）—定5点短销—定2点长销—定4点图1.75定位销图1.76圆柱心轴1.导向部分2.工作部分3.传动部分图1.77圆锥销定位图1.78圆锥销组合定位图1.79小锥度心轴非标定位销的应用3、定位元件（3）外圆定位①V形块—定心精度低，已加工面定位②定位套③半圆套—大轴件、不便轴向装夹的零件定位④圆锥套（反顶尖）①对中性好②非整圆表面定位—定位基准是检验心轴的中心短—定2点长—定4点活动—定1点图1.80V形块的结构尺寸图1.81V形块的结构类型图1.82活动V形块的应用图1.83定位套图1.84半圆套定位装置图1.85工件在圆锥套中定位表1.10典型定位方式和所限制的自由度表1.10典型定位方式和所限制的自由度表1.10典型定位方式和所限制的自由度表1.10典型定位方式和所限制的自由度表1.10典型定位方式和所限制的自由度3、定位元件（4）组合表面定位一面两销（一面两孔）平面—定3点圆销—定2点菱形销—定1点安装：削边方向垂直于两销连线图1.86“一面两孔”定位时的干涉情况●定位元件◆一面两销设计步骤①确定销距②确定圆柱销尺寸基本尺寸=孔最小尺寸公差g6、f7③查菱销结构尺寸b④计算菱销尺寸⑤确定菱销尺寸平面定位：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：●定位元件◆典型定位方式和所限制的自由度1.3.3工件的夹紧（1）夹紧装置的组成①力源装置—产生原始夹紧力②中间传动机构—改变力方向、大小，自锁③夹紧元件—执行元件力源装置中间传动机构夹紧元件工件1、夹紧装置的组成和基本要求（2）夹紧装置的基本要求①不得破坏工件的定位②夹紧力要适当③操作方便，迅速、省力④工艺性好2、确定夹紧力三要素的原则④夹紧力应指向主要定位面①夹紧力应落在定位支承范围内③夹紧力应尽量靠近加工面—作用点、方向和大小⑤夹紧力最好与切削力、重力方向一致②夹紧力应作用在刚性好的部位图1.89夹紧力作用点应在定位元件上方图1.90夹紧力作用点应在工件刚性最好的地方图1.91减小工件夹紧变形的措施图1.92夹紧力作用点靠近加工表面图1.93夹紧力方向垂直主要定位基面图1.94夹紧力方向对夹紧力大小的影响a)夹紧力与切削力、重力同向b)夹紧力与切削力、重力反向（3）夹紧力大小的估算设工艺系统——刚性切削过程——稳定建立力学模型，求出切削力，在最不利的瞬时，求夹紧力大小为了保证夹紧可靠，乘以安全系数FJ=KF′一般K=1.5～3受切削力、重力、离心力和惯性力等作用（矩）平衡粗加工取大值，精加工取小值3、常用夹紧装置（1）斜楔夹紧机构—利用斜面直接或间接压紧工件的机构夹紧力小，手动操作费时与机械、汽动、液压机构联动1）斜楔的夹紧力斜角α=10°～14°一般摩擦系数f=0.1～0.15摩擦角φ≈5°45′～8°32′FJ'=FJFQ=F1+FF1=FJtanφ1F=FJtan(φ2+α)图1.96斜楔夹紧受力分析◆斜楔的自锁条件tanφ1≥tan(α-φ2)φ1=φ2=φ，α≤2φ斜楔夹紧的自锁条件F1≥FF1=FJtanφ1F=FJ'tan(α-φ2)FJ=FJ'α≤11°～17°图1.96斜楔夹紧受力分析◆斜楔移动距离与夹紧行程的关系一般α≤10°～14°双升角斜楔滑块机构：大升角迅速趋近工件小升角夹紧工件、自锁S夹=S动tanα双升角斜楔滑块夹紧机构321b)1-夹具体2-斜楔3-工件αα211—夹具体2—斜楔3—工件（2）螺旋夹紧机构1）单个螺旋夹紧机构—结构简单、夹紧力大，自锁好，夹紧行程大图1.98单个螺旋夹紧机构开口垫圈铰链钩形压板摆动压板快速螺旋夹紧机构2）螺旋压板夹紧机构a.移动压板b.转动压板c.翻转压板支点在后—效率低FJ=FQ/2支点中间—FJ=FQ支点在前—效率好FJ=2FQ（3）偏心夹紧机构—圆偏心轮、偏心轴夹紧迅速方便夹紧力、行程小用于切削力小、振动小的场合（4）定心夹紧机构—在定心的同时将工件夹紧理论上定心误差△y=0用于要求准确定心和对中的场合◇机械传动式定心夹紧机构◇弹性变形式定心夹紧机构—结构简单，定心精度低—结构复杂，定心精度高虎钳式定心夹紧机构1234虎钳式定心夹紧机构1-叉形块2-夹具体3-螺杆4-V形块1.叉形块2.夹具体3.左右旋螺杆4.V形块机械传动式定心夹紧机构1.手柄2.偏心轮3.4.5.卡爪6.锥体图1.103轴向固定式弹簧夹头1.夹具体2.弹性筒夹3.螺母4.螺钉图1.104液性介质定心夹紧机构◆联动夹紧机构—单件、多件、多点、多向注意：①设置必要的浮动环节②工件不宜太多④结构简单紧凑、增力③总夹紧力足够、刚度足够⑤注意累积误差的影响单件双向多点联动夹紧机构多件单向联动夹紧机构多件单向联动夹紧机构单件单向联动夹紧机构单件双向联动夹紧机构多件单向联动夹紧机构1.3.4典型夹具（1）专用夹具设计的基本要求①保证加工要求—正确定位和夹紧，合理对刀导向，合适技术要求②提高生产率和降低成本—快速高效夹紧，与生产率相适应③工艺性好—便于制造、检验、装配、调整和维修④使用性好—操作简便，省力、安全可靠、排屑方便1、专用夹具设计的方法和步骤1.3.4典型夹具（2）专用夹具的设计方法和步骤①明确设计任务，收集设计资料②拟订夹具结构方案，绘制夹具草图—定位方案；夹紧方案；刀具引导方式；其他装置；总体结构及安装方式③绘制夹具总图—工作位置为主视图双点划线画工件（余量网纹表示）画定位→夹紧→导向件→夹具体标注总图技术要求绘制夹具零件图●夹具总图技术要求的标注①轮廓尺寸—L×H×B②定位技术要求—定位件与工件配合，定位件间要求③对刀技术要求—对刀件与刀具配合，对刀件间要求④机床连接要求—与机床联结尺寸、配合⑤夹具制造技术要求—定位件与夹具安装面、定位件与对刀件、对刀件与夹具安装面间的技术要求⑥所有配合尺寸—如平衡等文字形式的要求⑦其他技术要求●夹具总图技术要求的标注①工序尺寸有公差要求：夹具公差=工件相应公差1/3〜1/5②工序尺寸无公差要求：夹具公差：尺寸±0.1角度±10′位置0.02〜0.05/1002、钻床夹具（简称钻模）组成：钻套、钻模板、定位元件、夹紧装置、夹具体等主要类型：①固定式—加工孔精度高②回转式—围绕某一轴线分布的轴向或径向孔系③移动式—钻工件同一表面上的多孔，孔径≤10mm④翻转式—加工小工件不同表面上的孔，重≤100N⑤盖板式—无夹具体，大件上孔加工，⑥滑柱式—通用可调，制造周期短，应用广。——主要用于加工孔图1.105杠杆孔钻模1.夹具体2.压紧螺钉3.钻模板4.活动V形块5.钻套6.开口垫圈7.定位销8.辅助支承1）固定式钻模图1.106回转