機(jī)床夾具設(shè)計(jì)原理

1、第六章 機(jī)床夾具設(shè)計(jì)原理本章主要介紹以下內(nèi)容：1機(jī)床夾具概述 2工件的定位原理及定位元件 3定位誤差分析計(jì)算 4工件的加緊及夾緊裝置 5機(jī)床夾具的設(shè)計(jì)要求及設(shè)計(jì)步驟 6機(jī)床夾具設(shè)計(jì)舉例 課時(shí)分配：1、2，各一個(gè)學(xué)時(shí)，3、兩個(gè)學(xué)時(shí)，4、5、6，共兩個(gè)學(xué)時(shí)重點(diǎn)：工件的定位原理及定位元件；定位誤差分析計(jì)算難點(diǎn)：定位誤差分析計(jì)算機(jī)床夾具是機(jī)械加工工藝系統(tǒng)的一個(gè)重要組成部分。為保證工件某工序的加工要求，必須使工件在機(jī)床上相對(duì)刀具的切削或成形運(yùn)動(dòng)處于準(zhǔn)確的相對(duì)位置。當(dāng)用夾具裝夾加工一批工件時(shí)，是通過夾具來實(shí)現(xiàn)這一要求的。而要實(shí)現(xiàn)這一要求，又必須滿足三個(gè)條件：一批工件在夾具中占有正確的加工位置；夾具裝夾在機(jī)

2、床上的準(zhǔn)確位置；刀具相對(duì)夾具的準(zhǔn)確位置。這里涉及了三層關(guān)系：零件相 對(duì)夾具，夾具相對(duì)于機(jī)床，零件相對(duì)于機(jī)床。工件的最終精度是由零件相對(duì)于機(jī)床獲得的。所以“定位”也涉及到三層關(guān)系：工件在夾具上的定位，夾具相對(duì)于機(jī)床的定位，而工件相對(duì)于機(jī)床的定位是間接通 過夾具來保證的。工件定位以后必須通過一定的裝置產(chǎn)生夾緊力把工件固定，使工件保持在準(zhǔn)確定位的位置上，否則，在加工過程中因受切削力，慣性力等力的作用而發(fā)生位置變化或引起振動(dòng)，破壞了原來的準(zhǔn) 確定位，無法保證加工要求。這種產(chǎn)生夾緊力的裝置便是夾緊裝置。61 夾具一、機(jī)床夾具概述1. 機(jī)床夾具的概念 機(jī)床夾具是機(jī)床上用以裝夾工件（和引導(dǎo)刀具）的一種裝置。

3、其作用是將工件定位，以使工件獲得相對(duì)于機(jī)床和刀具的正確位置，并把工件可靠地夾緊。2. 機(jī)床夾具的分類 機(jī)床夾具可根據(jù)其使用范圍，分為通用夾具、專用夾具、組合夾具、通用可調(diào)夾具和成組夾具等類型。機(jī)床夾具還可按其所使用的機(jī)床和產(chǎn)生加緊力的動(dòng)力源等進(jìn)行分類。根據(jù)所使用的機(jī)床可將夾具分為車床夾具、銑床夾具、鉆床夾具（鉆模）、鏜床夾具（鏜模）、磨床夾具和齒輪機(jī)床夾具等，根據(jù)產(chǎn)生加緊力的動(dòng)力源可將夾具分為手動(dòng)夾具、氣動(dòng)夾具、液壓夾具、電動(dòng)夾具、電磁夾具和真空夾具等。3.機(jī)床夾具的組成(1)定位元件(2)夾緊裝置(3)對(duì)刀、引導(dǎo)元件或裝置(4)連接元件(5)夾具體(6)其它元件及裝置二、定位基準(zhǔn) 基準(zhǔn)是用以

4、確定生產(chǎn)對(duì)象上幾何要素間的幾何關(guān)系所依據(jù)的點(diǎn)，線，面。在加工中用以定位的基準(zhǔn)稱為定位基準(zhǔn)。有時(shí)，作為基準(zhǔn)的點(diǎn)、線、面在工件上不一定具體存在（例如孔的中心線和對(duì)稱中心平面等），其作用是由某些具體表面（如內(nèi)孔圓柱面）體現(xiàn)的，體現(xiàn)基準(zhǔn)作用的表面稱為基面。三、工件在夾具中的定位(一)六點(diǎn)定位原理任何未定位的工件在空間直角坐標(biāo)系中都具有六個(gè)自由度。工件定位的任務(wù)就是根據(jù)加工要求限制工件的全部或部分自由度。工件的六點(diǎn)定位原理是指用六個(gè)支撐點(diǎn)來分別限制工件的六個(gè)自由度，從而使工件在空間得到確定定位的方法。 (二)支承點(diǎn)與定位元件 上圖為常見定位方式中的定位元件所限制的自由度和相當(dāng)?shù)闹С悬c(diǎn)數(shù)(三)完全定位與不

5、完全定位工件的六個(gè)自由度完全被限制的定位稱為完全定位。按加工要求，允許有一個(gè)或幾個(gè)自由度不被限制的定位稱為不完全定位。(四)欠定位與過定位按工序的加工要求，工件應(yīng)該限制的自由度而未予限制的定位，稱為欠定位。在確定工件定位方案時(shí)，欠定位時(shí)絕對(duì)不允許的。工件的同一自由度背二個(gè)或二個(gè)以上的支撐點(diǎn)重復(fù)限制的定位，稱為過定位。在通常情況下，應(yīng)盡量避免出現(xiàn)過定位。 消除過定位及其干涉一般有兩個(gè)途徑：其一是改變定位元件的結(jié)構(gòu)，以消除被重復(fù)限制的自由度；其二是提高工件定位基面之間及夾具定位元件工作表面之間的位置精度，以減少或消除過定位引起的干涉。四、組合夾具和隨行夾具(一)組合夾具 組合夾具是由一套預(yù)先制造好

6、的標(biāo)準(zhǔn)元件和合件組裝而成的專用夾具。 (二)隨行夾具隨行夾具是大批量生產(chǎn)中在自動(dòng)線上使用的一種移動(dòng)式夾具。62 夾具定位誤差分析計(jì)算 所謂定位誤差，是指由于工件定位造成的加工面相對(duì)工序基準(zhǔn)的位置誤差。因?yàn)閷?duì)一批工件來說， 刀具經(jīng)調(diào)整后位置是不動(dòng)的，即被加工表面的位置相對(duì)于定位基準(zhǔn)是不變的，所以定位誤差就是工序基準(zhǔn)在加工尺寸方向上的最大變動(dòng)量。 引言 總 其中總為多種原因產(chǎn)生的誤差總和，是工件被加工尺寸的公差，總包括夾具在機(jī)床上的裝夾誤差，工件在夾具中的定位誤差和夾緊誤差，機(jī)床調(diào)整誤差，工藝系統(tǒng)的彈性變形和熱變形誤差，機(jī)床和刀具的制造誤差及磨損誤差等。 定+ 其中，除定位誤差外，其他因素引起的誤

7、差總和，可按加工經(jīng)濟(jì)精度查表確定。 所以由和知道：定- （是驗(yàn)算加工工件合格與否的公式） 或者：定1/3（也是驗(yàn)算加工工件合格與否的公式） 定位誤差的組成 1、定義：定位誤差是工件在夾具中定位，由于定位不準(zhǔn)造成的加工面相對(duì)于工序基準(zhǔn)沿加工要求方向上的最大位置變動(dòng)量。 2、定位誤差的組成：定位基準(zhǔn)與工序基準(zhǔn)不一致所引起的定位誤差，稱基準(zhǔn)不重合誤差，即工序基準(zhǔn)相對(duì)定位基準(zhǔn)在加工尺寸方向上的最大變動(dòng)量，以不表示。 定位基準(zhǔn)面和定位元件本身的制造誤差所引起的定位誤差，稱基準(zhǔn)位置誤差，即定位基準(zhǔn)的相對(duì)位置在加工尺寸方向上的最大變動(dòng)量，以基表示。故有： 定=不+基 此外明確兩點(diǎn)： 只用調(diào)整法加工一批零件才

8、產(chǎn)生定位誤差，用試切法不產(chǎn)生定位誤差； 定位誤差是一個(gè)界限值（有一個(gè)范圍）。 定位誤差的分析計(jì)算工件以平面定位時(shí)的定位誤差 定位基準(zhǔn)：平面 ； 定位元件工作面：平面 =易加工平整，接觸良好= 所以基=0 定=不 （注：若位毛坯面，則仍有基）工件以外圓柱面定位時(shí)的定位誤差（以v形塊為例）工序基準(zhǔn)定位基準(zhǔn)定h1尺寸：a0不0，基0h2尺寸：00不=0，基0h3尺寸：b0不0，基0對(duì)h2尺寸：不=0，基為定位基準(zhǔn)線0的在加工方向的最大變動(dòng)量，即oo所以基=oo=oe-oe=dmax/2sin（/2）-dmin/2sin(/2)=d/2sin(/2）即：定=不+基=0+d/2sin(/2）=d/2si

9、n(/2）對(duì)h1尺寸：不=d/2，基=d/2sin(/2）或：定=aa=ao+oo-ao=dmax/2+d/2sin(/2）-dmin/2=d/21+1/sin(/2）對(duì)h3尺寸：定=bb=bo+oo-ob=(dmin/2)+d/2sin(/2）-dmax/2=d/21/sin(/2）-1綜上所述：定（h3)定(h2)定(h1) ，所以標(biāo)注尺寸h3最好。工件以內(nèi)孔表面定位時(shí)的定位誤差主要介紹工件孔與定位心軸（或銷）采用間隙配合的定位誤差計(jì)算定=不+基a.心軸（或定位銷）垂直放置，按最大孔和最銷軸求得孔中心線位置的變動(dòng)量為：基=d+d+min=max (最大間隙）b.心軸（或定位銷）水平放置，孔

10、中心線的最大變動(dòng)量（在鉛垂方向上）即為定基=oo=1/2(d+d+min)=max/2或基=(dmax/2)-(dmin/2)=max/2工件孔與定位心軸(銷)過盈配合時(shí)(垂直或水平放置)時(shí)的定位誤差此時(shí)，由于工件孔與心軸(銷)為過盈配合，所以基=0。對(duì)h1尺寸:工序基準(zhǔn)與定位基準(zhǔn)重合,均為中心o ,所以不=0對(duì)h2尺寸:不=d/2工件以一面兩孔定位時(shí)的定位誤差 “1”孔中心線在x，y方向的最大位移為：定（1x)=定(1y)=d1+d1+1min=1max（孔與銷的最大間隙）“2”孔中心線在x,y方向的最大位移分別為:定(2x)=定(1x)+2ld(兩孔中心距公差)定(2y)=d2+d2+2m

11、in=2max兩孔中心連線對(duì)兩銷中心連線的最大轉(zhuǎn)角誤差:定()=2=2tan-1(1max+2max)/2l (其中l(wèi)為兩孔中心距)以上定位誤差都屬于基準(zhǔn)位置誤差,因?yàn)椴?0。63 工件的夾緊工件的夾緊與常用的夾緊裝置一、工件的夾緊 (一)夾緊裝置1.夾緊裝置的組成動(dòng)力裝置、夾緊元件、中間傳力機(jī)構(gòu)2.夾緊裝置的基本要求(1)夾緊既不應(yīng)破壞工件的定位，或產(chǎn)生過大的夾緊變形，又要有足夠的夾緊力，防止工件在加工中產(chǎn)生振動(dòng)； (2)足夠的夾緊行程，夾緊動(dòng)作迅速，操縱方便、安全省力； (3)手動(dòng)夾緊機(jī)構(gòu)要有可靠的自鎖性，機(jī)動(dòng)夾緊裝置要統(tǒng)籌考慮夾緊的自鎖性和原動(dòng)力的穩(wěn)定性； (4)結(jié)構(gòu)應(yīng)盡量簡(jiǎn)單緊湊，制造

12、、維修方便。(二)夾緊力的確定1.確定夾緊力作用方向的原則 (1)夾緊力的方向應(yīng)使定位基面與定位元件接觸良好，保證工件定位準(zhǔn)確可靠； (2)加緊力的方向應(yīng)與工件剛度最大的方向一致，以減小工件變形； (3)加緊力的方向應(yīng)盡量與工件受到的切削力、重力等的方向一致，以減小加緊力。 2.確定夾具力作用點(diǎn)的原則(1)加緊力的作用點(diǎn)應(yīng)正對(duì)支撐元件或位于支撐元件所形成的支撐面內(nèi)； (2)夾具力的作用點(diǎn)應(yīng)位于工件剛性較好的部位。 (3)夾具力的作用點(diǎn)應(yīng)盡量靠近加工表面，以減小切削力對(duì)夾緊點(diǎn)的力矩，防止或減小工件的加工振動(dòng)或彎曲變形。二、常用的夾緊裝置夾具中常用的夾緊裝置有楔塊,螺旋,偏心輪等,它們都是根據(jù)斜面

13、夾緊原理而夾緊工件的。 （一）楔塊夾緊裝置 楔塊夾緊裝置是最基本的夾緊裝置形式之一,其他夾緊裝置均是它的變形。它主要用于增大夾緊力或改變夾緊力方向。 楔塊夾緊裝置特點(diǎn): 自鎖性(自鎖條件1+2) 斜楔能改變夾緊作用力方向 斜楔具有擴(kuò)力作用,ip=/p=1/tan2+tan(+1) 夾緊行程小 效率低(因?yàn)樾毙ㄅc夾具體及工件間是滑動(dòng)摩擦,所以夾緊效率低) 所以適用范圍:多用與機(jī)動(dòng)夾緊裝置中 夾緊力計(jì)算: =p/tan2+tan(+1) 其中p為原始力,為楔塊升角,常數(shù)6度-10度 1:工件與楔塊的摩擦角 2:夾具體與楔塊的摩擦角 自鎖條件: 原始力p撤除后,楔塊在摩擦力作用下仍然不會(huì)松開工件的現(xiàn)

14、象稱為自鎖. 1+2 ,一般取10-15度或更小 傳力系數(shù): 夾緊力與原始力之比稱為傳力系數(shù).用ip表示ip=/p=1/tan2+tan(+1) 楔塊尺寸與材料: 升角確定后,其工作長(zhǎng)度應(yīng)滿足夾緊要求,其厚度保證熱處理不變形,小頭厚應(yīng)為75mm.材料一般用20鋼或20cr,滲碳厚為0.8-1.2mm.hrc:56-62.ra為1.6m. （二）螺旋夾緊裝置 螺旋夾緊裝置是從楔塊夾緊裝置轉(zhuǎn)化而來的,相當(dāng)于吧楔塊繞在圓柱體上,轉(zhuǎn)動(dòng)螺旋時(shí)即可夾緊工作. 螺旋夾緊裝置特點(diǎn): 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,制造容易,夾緊可靠 擴(kuò)力比ip大,夾緊行程s不受限制 夾緊動(dòng)作慢,效率低 應(yīng)用場(chǎng)合:手動(dòng)夾緊裝置常采用. 螺桿夾緊力計(jì)

15、算:=pl/r中tan(+1)+r1tan2 其中:p是原始力,l是原始力作用點(diǎn)到螺桿中心距離,r中是螺旋中經(jīng)的一半,是螺旋升角,1螺母于螺桿的摩擦角,r1摩擦力矩計(jì)算半徑,2工件與螺桿頭部(或壓塊)間的摩擦角。 自鎖性能: 因?yàn)樾▔K的自鎖條件為11.5-17,而螺旋夾緊裝的螺旋升角(2-4)很小,所以自鎖性很好. 傳力系數(shù): ip=/p=pl/r中tan(+1)+r1tan2楔塊的ip 多位或多件夾緊: 為了減小夾壓的輔助時(shí)間和提高生產(chǎn)率,可采用多位或多件夾緊裝置。 壓塊的材料一般位45鋼,hrc:43-48 螺桿的材料一般位45鋼,hrc:33-38 （三）偏心夾緊裝置 偏心夾緊裝置也是由

16、楔塊夾緊裝的一種變形.（1）圓偏心夾緊力:=pl/tan(+1)+tan2 其中l(wèi)為手柄長(zhǎng)度,支承軸中心(回轉(zhuǎn)中心)到夾緊點(diǎn)距離 1,2分別為偏心輪與支承軸及偏心輪與工件間的摩擦角. （2）傳力系數(shù)ip:ip=l/tan(+1)+tan2,遠(yuǎn)小于螺旋夾緊的ip（3）特點(diǎn)及應(yīng)用場(chǎng)合:偏心夾緊與螺旋夾緊相比,夾緊行程小,夾緊力小,自鎖能力差,但夾緊迅速,結(jié)構(gòu)緊湊,所以常用與切削力不大,振動(dòng)較小的的場(chǎng)合,常與其他夾緊元件聯(lián)合使用.（四）定心夾緊結(jié)構(gòu) 定心夾緊結(jié)構(gòu)是一種利用定位夾緊元件等速移動(dòng)或彈性變形來保證工件準(zhǔn)確定心或?qū)χ械难b置.使工件的定位和夾緊過程同時(shí)完成,而定位元件與夾緊元件合二為一.64

17、機(jī)床夾具的基本要求和設(shè)計(jì)步驟機(jī)床夾具的基本要求和設(shè)計(jì)步驟一、對(duì)機(jī)床夾具的基本要求 對(duì)機(jī)床夾具的基本要求可總括為四個(gè)方面： 穩(wěn)定地保證工件的加工精度； 提高機(jī)械加工的勞動(dòng)生產(chǎn)率； 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，有良好的結(jié)構(gòu)工藝性和勞動(dòng)條件； 應(yīng)能降低工件的制造成本。 二、夾具設(shè)計(jì)的工作步驟 研究原始資料，明確設(shè)計(jì)任務(wù) 考慮和確定夾具的結(jié)構(gòu)方案，繪制結(jié)構(gòu)草圖 繪制夾具總圖 確定并標(biāo)注有關(guān)尺寸和夾具技術(shù)要求 繪制夾具零件圖65 本章小結(jié)1.機(jī)床夾具是由定位元件,夾緊裝置,對(duì)刀元件,夾具體部分組成,機(jī)床夾具設(shè)計(jì)也就是針對(duì)夾具組成的各個(gè)部分進(jìn)行設(shè)計(jì),其中定位與夾緊量個(gè)環(huán)節(jié)是夾具設(shè)計(jì)的重點(diǎn)。2.定位就是確定工件在夾具種的正確位置,是通過在夾具上設(shè)置正確的定位元件