機床夾具實用PPT課件PPT課件

1、機械工程學(xué)院 機械制造基礎(chǔ)1夾具的作用1. 保證精度；2. 提高效率；3. 擴大功能；4. 減輕強度夾具分類（1）通用夾具 （2）專用夾具（3）可調(diào)夾具 （4）組合夾具（5）隨行夾具夾具的組成 1） 定位元件 2） 夾緊裝置 3） 引導(dǎo)元件（對刀裝置） 4） 夾具體8.1 機床夾具概述第1頁/共54頁機械工程學(xué)院 機械制造基礎(chǔ)28.2 工件夾具中的定位定位的概念 定位：為了保證工件被加工表面的尺寸和位置精度，工件必須在機床上占有相對刀具及切削運動的正確位置。 夾緊：施加一作用力，使工件在重力、切削力、慣性力等力的作用下能保持其正確的位置。 安裝（裝夾）：工件在機床上定位和加緊的過程。工件裝夾l

2、 直接裝夾l 劃線找正裝夾l 夾具裝夾第2頁/共54頁機械工程學(xué)院 機械制造基礎(chǔ)3基準(zhǔn)的概念及其分類位位置置的的基基準(zhǔn)準(zhǔn)加加工工表表面面尺尺寸寸、形形狀狀、來來確確定定本本工工序序工工序序基基準(zhǔn)準(zhǔn)：工工序序圖圖上上用用的的基基準(zhǔn)準(zhǔn)裝裝配配基基準(zhǔn)準(zhǔn)：裝裝配配時時采采用用的的基基準(zhǔn)準(zhǔn)測測量量基基準(zhǔn)準(zhǔn)：測測量量時時采采用用作作定定位位的的基基準(zhǔn)準(zhǔn)定定位位基基準(zhǔn)準(zhǔn)：在在加加工工中中用用工工藝藝基基準(zhǔn)準(zhǔn)標(biāo)標(biāo)注注設(shè)設(shè)計計尺尺寸寸的的起起點點設(shè)設(shè)計計基基準(zhǔn)準(zhǔn)：設(shè)設(shè)計計圖圖樣樣上上基基準(zhǔn)準(zhǔn) 基準(zhǔn)：用來確定生產(chǎn)對象上的幾何要素之間的幾何關(guān)系所依據(jù)的那些點、線、面。 基面：基準(zhǔn)不一定具體可見（如孔的中心線等），在

3、零件上通常是通過有關(guān)具體表面表現(xiàn)出來的，這些表面稱為基面。 基準(zhǔn)的分類：第3頁/共54頁機械工程學(xué)院 機械制造基礎(chǔ)48.2 工件夾具中的定位定位原理l 六點定位原理：假定工件為空間剛體，正確分布六個支承點與工件的基準(zhǔn)面相接觸，限制其空間六個自由度，確定工件的空間位置。l 應(yīng)用六點定位原理時的注意事項：1） 定位支承點與工件的定位基準(zhǔn)面必須始終保持緊貼；2） 一個定位支承點只能限制工件一個自由度，同時一個自由度原則上不得有多個支承點重復(fù)限制，（支承點數(shù)不應(yīng)超過六個）；3） 工件應(yīng)限制幾個自由度，由工件加工技術(shù)條件來確定；4） 工件的定位不是由夾緊力作用獲得的。第4頁/共54頁機械工程學(xué)院 機械制

4、造基礎(chǔ)5定位現(xiàn)象分析l 完全定位：限制工件的全部六個自由度。l 不完全定位：限制工件自由度少于六個，但仍能滿足加工技術(shù)要求。l 欠定位：限制自由度數(shù)少于加工技術(shù)要求限制的最少只有度數(shù)。l 過定位/重復(fù)定位：工件的某一個或幾個自由度被多個定位元件限制。第5頁/共54頁機械工程學(xué)院 機械制造基礎(chǔ)6采用完全定位還是部分定位，主要根據(jù)工件的形狀特點和工序加工要求來確定，一般應(yīng)遵循以下幾條原則：由于工件的形狀特點，限制工件某些方向的自由度沒有必要，也無法限制，則可不必限制該方向的自由度。由于加工特點，工件某些方向自由度的存在并不影響加工精度要求，則該方向的自由度可以不必限制。 在保證加工要求的條件下，限

5、制自由度的數(shù)目應(yīng)盡量少，使夾具結(jié)構(gòu)簡單。 在實際加工中，對工件限制的自由度數(shù)目一般不少于三個。 欠定位是不允許的。 應(yīng)盡量避免重復(fù)定位，但在有利于減小加工誤差時可采用重復(fù)定位方式定位的。 定位方案限定自由度的選擇原則：第6頁/共54頁機械工程學(xué)院 機械制造基礎(chǔ)7典型定位方式及定位元件l 工件以平面定位（1）固定支承：支承釘（限1個）、支承板（限2個）（4）輔助支承（不限制自由度）（2）可調(diào)支承（3）自位支承（浮動支承）第7頁/共54頁機械工程學(xué)院 機械制造基礎(chǔ)8 l 工件以圓錐孔定位（1）錐心軸（2）頂尖l l 工件以內(nèi)圓定位（1）心軸：短的限兩個自由度，長的限四個自由度，錐度多限一個。（2）

6、定位銷第8頁/共54頁機械工程學(xué)院 機械制造基礎(chǔ)9（2）支承定位 支承平面l l 工件以外圓定位（1）定心定位： 定位套 V形塊第9頁/共54頁機械工程學(xué)院 機械制造基礎(chǔ)10l l 定位分析方法與步驟：u 找與工件表面接觸的元件；u 根據(jù)零件表面形狀和零件的加工要求分出定位元件和夾緊元件（一般夾緊元件拿走后，零件定位狀態(tài)保持不變，且夾緊元件上有施力機構(gòu)或作用力符號）；u 根據(jù)典型表面、元件類型分析各定位元件限制的自由度；u 根據(jù)加工表面技術(shù)要求和實際限制自由度，分析定位屬哪種定位。第10頁/共54頁機械工程學(xué)院 機械制造基礎(chǔ)11定位實例分析1 第11頁/共54頁機械工程學(xué)院 機械制造基礎(chǔ)12定

7、位實例分析 2夾緊力第12頁/共54頁機械工程學(xué)院 機械制造基礎(chǔ)13定位實例分析 3第13頁/共54頁機械工程學(xué)院 機械制造基礎(chǔ)14定位實例分析 4第14頁/共54頁機械工程學(xué)院 機械制造基礎(chǔ)15 定位誤差（ ）：是指定位不準(zhǔn)確而造成某一工序在工序尺寸（通常指加工表面對工序基準(zhǔn)的距離）或位置要求方面的加工誤差。定位誤差包括： 定位誤差分析 加工誤差：零件加工后的實際幾何參數(shù)與圖紙規(guī)定的設(shè)計參數(shù)的不符合程度，即實際數(shù)值與設(shè)計數(shù)值之差。bj.wj.wd.wjbjwd.其中一批工件定位時誤差變動方向相同取“+”，方向相反取“-”，沒有直接關(guān)聯(lián)時取“+”。 基準(zhǔn)不重合誤差（ ）：由于工序基準(zhǔn)與定位基準(zhǔn)

8、不重合而引起的工序基準(zhǔn)相對于定位基準(zhǔn)在加工尺寸方向上的最大位置變動范圍。 基準(zhǔn)位移（位置）誤差（ ）：由于定位元件和工件的制造誤差而引起的定位基準(zhǔn)在加工尺寸方向上的最大位置變動范圍。第15頁/共54頁機械工程學(xué)院 機械制造基礎(chǔ)16定位誤差的結(jié)論：1.定位誤差只產(chǎn)生于采用調(diào)整法加工一批工件的情況下，若單件或批量工件逐個試切加工者不存在定位誤差。2.定位誤差是由于工件定位不準(zhǔn)確而產(chǎn)生的加工誤差。 表現(xiàn)形式：工序基準(zhǔn)相對加工表面在加工尺寸方向可能產(chǎn)生的最大尺寸或位置的變動。 產(chǎn)生原因：基準(zhǔn)不重合；工件的定位基準(zhǔn)面制造誤差、定位元件制造誤差、工件基面與定位元件間的配合間隙及基準(zhǔn)不重合誤差。3.定位誤差

9、由基準(zhǔn)不重合誤差和基準(zhǔn)位移（位置）誤差兩部分組成，但二者不一定同時存在。4.定位誤差的計算可以按照定位誤差的定義進行計算，也可以按定位誤差的組成注意分析計算。第16頁/共54頁機械工程學(xué)院 機械制造基礎(chǔ)17常見定位方式的定位誤差分析和計算1. 工件以平面定位工件以平面定位時產(chǎn)生的定位誤差主要是基準(zhǔn)不重合誤差，基準(zhǔn)不重合誤差的計算可根據(jù)其定義，即工序基準(zhǔn)相對定位基準(zhǔn)在工序尺寸方向上的最大位置變動范圍。對較復(fù)雜的兩基準(zhǔn)面間定位尺寸不是一個獨立尺寸時，可用尺寸鏈來計算定位尺寸（定位基準(zhǔn)與工序基準(zhǔn)間尺寸）及其公差，公差就是基準(zhǔn)不重合誤差。Hwj.0.wj 基準(zhǔn)位移誤差分兩種情況：1) 工件以粗基準(zhǔn)定位

10、：其中H是基面形狀誤差造成的基面最大變動范圍。2) 工件以精基準(zhǔn)定位：第17頁/共54頁機械工程學(xué)院 機械制造基礎(chǔ)182. 工件以圓孔定位時的定位誤差（1）工件圓孔與剛性心軸或銷過盈配合 孔與心軸始終同心，故 但由于工件裝夾困難，一般很少采用。0.wj（2）工件圓孔與剛性心軸或銷間隙配合 心軸水平放置（重力作用下孔與心軸固定上母線接觸） 工件孔尺寸 ，心軸尺寸 工件孔中心最大變動量即為基準(zhǔn)位移誤差：DTD0min0maxdTd2)22()22(maxminmaxmin1221.dDdDwjTTdDTdTDOOOOOO第18頁/共54頁機械工程學(xué)院 機械制造基礎(chǔ)19心軸垂直放置 孔與心軸可以在任

11、意方向接觸，孔的中心最大變動量即為基準(zhǔn)位移誤差：minmaxminminmax21.)()(XTTTdTDdDOOdDdDwj（3）工件圓孔與彈性（自動定心）心軸定位0.wj其中 Xmin=(Dmin-dmax) 為孔與軸的最小配合間隙第19頁/共54頁機械工程學(xué)院 機械制造基礎(chǔ)20（4）工件圓孔與錐心軸定位其中 為錐心軸的半錐角， TD為孔的直徑公差。0.（徑）wjtgTDwj2.（軸）孔直徑方向配合無間隙，徑向基準(zhǔn)位移誤差： 軸向最大位移即軸向基準(zhǔn)位移誤差：工件軸線可能發(fā)生偏轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)角定位誤差為：=第20頁/共54頁機械工程學(xué)院 機械制造基礎(chǔ)213. 工件以外圓定位時的定位誤差 主要分析工件

12、外圓在V形塊上定位情況： 由于工件設(shè)計基準(zhǔn)不同，可能出現(xiàn)以下三種情況，即設(shè)計基準(zhǔn)分別為A、B、C。第21頁/共54頁機械工程學(xué)院 機械制造基礎(chǔ)22（1）設(shè)計基準(zhǔn)為A時的定位誤差 V形塊是對中定心元件，制造無誤差時，理論上外圓中心與V形塊中心位置重合，無基準(zhǔn)不重合誤差。0.bj2sin22sin22sin2)(.KKDDEAAEAAAzwj2sin2.)(.)(.KbjAzwjAzwd 工件外圓直徑有偏差時，工件軸線在V形塊中心線上下偏移。第22頁/共54頁機械工程學(xué)院 機械制造基礎(chǔ)23（2）設(shè)計基準(zhǔn)為B時的定位誤差 由于定位基準(zhǔn)是A，而設(shè)計基準(zhǔn)是B，故KLdzbj21)(.2sin2)(.KA

13、AAzwj) 12sin21(2)(.)(.)(.KzbjAzwjAzwd 工件尺寸變化時，定位基準(zhǔn)的移動方向與工序基準(zhǔn)相對定位基準(zhǔn)的移動方向相同。故 基準(zhǔn)位移誤差即工件直徑誤差造成的A上下最大變化量第23頁/共54頁機械工程學(xué)院 機械制造基礎(chǔ)24（3）設(shè)計基準(zhǔn)為C點時的定位誤差 由于定位基準(zhǔn)是A，而設(shè)計基準(zhǔn)是C，故KLdzbj21)(.2sin2)(.KAAAzwj) 12sin21(2)(.)(.)(.KzbjAzwjAzwd 工件尺寸變化時，定位基準(zhǔn)的移動方向與工序基準(zhǔn)相對定位基準(zhǔn)的移動方向相反。故 基準(zhǔn)位移誤差即工件直徑誤差造成的A上下最大變化量第24頁/共54頁機械工程學(xué)院 機械制造

14、基礎(chǔ)25例： 有一批直徑為dd/2的軸類零件，欲加工端面孔，分析下列方案加工孔與外圓得同軸度誤差。第25頁/共54頁機械工程學(xué)院 機械制造基礎(chǔ)26(4) 組合定位誤差分析 1. 內(nèi)孔與端面組合定位 長心軸與窄圓環(huán)端面組合 孔與端面的垂直度誤差將產(chǎn)生基準(zhǔn)位移誤差和角度誤差：gBjjggBwjtgdtgd)()(.gBggAwjBwjtgL)()(.)(.20 短心軸與大端面組合 孔與端面的垂直度誤差將產(chǎn)生基準(zhǔn)位移誤差和角度誤差：第26頁/共54頁機械工程學(xué)院 機械制造基礎(chǔ)272. 一面兩孔組合定位 基準(zhǔn)位移誤差gOwjOwjTLTdTDOOTdTDOOmin11122)(.min11111)(.

15、21第27頁/共54頁機械工程學(xué)院 機械制造基礎(chǔ)28 一面兩孔組合定位中心線角度誤差LarctgcOwjOwjOO2)(.)(.)(2121min22222)(.2TdTDOOcOwj第28頁/共54頁機械工程學(xué)院 機械制造基礎(chǔ)29例：銑鍵槽 工序要求的位置尺寸L、H及對稱度 分析采用小凸臺的長心軸定位誤差（定位元件精度按工件精度的1/3選?。mtgdtgdjjggbjBwjLwd06. 060015. 0406005. 0600.)(.)(.mmTdTdTDjAbjOwjHwd091. 021 . 0007. 0013. 0021. 02min)(.)(.)(.mmTdTDjObjOwj

16、wd041. 0007. 00013. 0021. 0min)(.)(.)(.對稱第29頁/共54頁機械工程學(xué)院 機械制造基礎(chǔ)30例：同軸度誤差分析 計算一外圓和平面定位加工內(nèi)孔時產(chǎn)生的與外圓的同軸度誤差。外圓80變化時，軸心線變化為OO=mm106. 045sin1215. 0尺寸30變化時，軸心線變化為OO”=”mm198. 045sin1207. 0 合成后mm283. 0)106. 014. 0(14. 022第30頁/共54頁機械工程學(xué)院 機械制造基礎(chǔ)31例：階梯軸組合定位 在階梯軸軸頸d2銑半圓鍵槽的工序尺寸H定位誤差 軸頸d1和d2同時為最大和最小時，H變化最大2)(22 11

17、221 112)(.)(.)(.21TdOOOOLLOOTdMNAbjOOwjHwd2)2sin22sin2(2sin221211)(.TdTdTdLLTdHwd第31頁/共54頁機械工程學(xué)院 機械制造基礎(chǔ)32例：水平放置心軸定位軸套上銑鍵槽，求H1、H2、H3、H4、H5的定位誤差及鍵槽對稱度誤差。尺寸尺寸jwjbdwH10H2H3H4H5對稱對稱0002DdTT 21dT21dT2DT2DT2DdTT 21dDdTTT21dDdTTTDdTT22dT第32頁/共54頁機械工程學(xué)院 機械制造基礎(chǔ)33例：階梯軸組合定位 在階梯軸端面鉆孔的工序尺寸r定位誤差 軸頸d1和d2一個為最大且另一個為最

18、小時，r變化最大 11 22 112 )(.)(.)(.)(02121OOOOOOLLNNNMNMOObjOOwjrwd2sin2)2sin22sin2(1212)(.TdTdTdLLHwd第33頁/共54頁機械工程學(xué)院 機械制造基礎(chǔ)34(5) 提高工件定位精度的措施1. 消除或減少基準(zhǔn)不重合誤差 要正確選擇定位基準(zhǔn)，經(jīng)可能與工序基準(zhǔn)重合。2. 消除或減少基準(zhǔn)位移誤差 （1）選擇精度高、位置誤差小的表面為定位基準(zhǔn)，尤其是組合定位中的第一基準(zhǔn)，位置誤差要??； （2）選用基準(zhǔn)位置誤差小的定位元件，提高定位元件間的位置精度； （3）提高工件定位表面與定位元件的配合精度，將銷或消除配合間隙來減小基準(zhǔn)位

19、移誤差。作業(yè)第34頁/共54頁機械工程學(xué)院 機械制造基礎(chǔ)358.3 工件夾緊 （1）保證加工精度，不破壞工件定位或產(chǎn)生不允許的夾緊變形； （2）保證生產(chǎn)率、力求夾緊迅速； （3）結(jié)構(gòu)簡單緊湊，制造維修方便，盡量采用標(biāo)準(zhǔn)件； （4）操作方便、省力、安全。夾緊力的確定 夾緊力的方向 （1）夾緊力的方向應(yīng)使定位基準(zhǔn)面與定位元件緊密接觸，保證定位準(zhǔn)確、可靠； （2）夾緊力的方向應(yīng)指向工件剛性最大的方向，以減少工件夾緊變形； （3）夾緊力的方應(yīng)盡量與切削力、重力方向一致，以減小所需的夾緊力。夾緊裝置設(shè)計基本要求第35頁/共54頁機械工程學(xué)院 機械制造基礎(chǔ)36夾緊力的確定 （1）作用力點應(yīng)針對或位于支承元

20、件所形成的支承面內(nèi)，防止夾緊破壞定位； （2）作用力點應(yīng)位于工件剛性最好的部位，以減少夾緊變形； （3）夾緊應(yīng)靠近加工表面，以減小切削力對夾緊點的力矩，增加可靠性，防止振動和變形。夾緊力作用力點的確定第36頁/共54頁機械工程學(xué)院 機械制造基礎(chǔ)37夾緊力的大小 在加工過程中，夾緊力要克服工件受到切削力、慣性力及重力的作用，保證工件的工作位置不變。如果工件在這些力的作用下產(chǎn)生瞬間的少量位移，即為夾緊失效。 以對夾緊最不利的瞬間狀態(tài)來估算所需的夾緊力, ,對于受力狀態(tài)復(fù)雜的工件，通常只考慮主要因素的影響，略去次要因素。 確定夾緊力的大小，通常把工件和夾具看成剛性系統(tǒng)，把工件看成是在切削力、夾緊力、

21、重力、慣性力等作用下的平衡體，通過力平衡求出夾緊力，再乘以安全系數(shù)，作為實際夾緊力。 K=K0K1K2K3確定過程：1）加工情況分析：切削力的大小、方向和變化； 夾緊失效的可能性；2）夾緊力估算：靜力平衡方程，夾緊力計算合成。 第37頁/共54頁機械工程學(xué)院 機械制造基礎(chǔ)38常用夾緊機構(gòu) 斜楔夾緊機構(gòu)：斜楔的楔角是斜楔夾緊機構(gòu)的主要參數(shù)，它對斜楔的增力比、自鎖性、夾緊行程及操作性能都起決定性的作用。 自鎖條件是壓力角(此處是斜楔升角)小于摩擦角 1+2第38頁/共54頁機械工程學(xué)院 機械制造基礎(chǔ)39常用夾緊機構(gòu) 螺旋夾緊機構(gòu)：由螺釘、螺母、墊圈、壓板等元件組成的夾緊機構(gòu)，增力比很大，自鎖性很好

22、 。第39頁/共54頁機械工程學(xué)院 機械制造基礎(chǔ)40偏心夾緊機構(gòu)自鎖條件：偏心夾緊斜楔角x ：偏心輪的工作轉(zhuǎn)角一般小于90o，常用工作段x：45o135o：升角大，夾緊力較小，但夾緊行程大 90o180o：升角由大到小，夾緊力增大，但夾緊行程小。 )180sin(2/sin0 xxDe 常用夾緊機構(gòu) 偏心夾緊機構(gòu)：偏心夾緊的實質(zhì)還是斜楔的作用。 第40頁/共54頁機械工程學(xué)院 機械制造基礎(chǔ)41常用夾緊機構(gòu) 聯(lián)動夾緊機構(gòu)第41頁/共54頁機械工程學(xué)院 機械制造基礎(chǔ)42夾緊的動力：人工手動、氣動、液壓、電動等。常用夾緊機構(gòu) 鉸鏈夾緊機構(gòu) 定心、對中夾緊機構(gòu)第42頁/共54頁機械工程學(xué)院 機械制造基

23、礎(chǔ)43 設(shè)計特點和要求 （1）因夾具要回轉(zhuǎn)，要求結(jié)構(gòu)緊湊，尺寸小，重量輕，重心盡可能靠近回轉(zhuǎn)軸線，減小慣性力。 （2）應(yīng)有平衡措施，消除回轉(zhuǎn)不平衡引起的振動現(xiàn)象，一般設(shè)計平衡塊的位置可調(diào)，便于調(diào)整。 （3）為了操作安全，夾具盡可能避免尖角或突出部位，必要時回轉(zhuǎn)部分外面應(yīng)加防護罩。 （4）夾具與機床主軸定位面間必須有良好的配合和可靠的聯(lián)接。8.4 典型夾具實例 8.4.1 車床及磨圓夾具 車床和磨圓夾具通常安裝在機床的主軸上，與主軸一起回轉(zhuǎn)。 結(jié)構(gòu)形式：心軸式、圓盤式、角鐵式等第43頁/共54頁機械工程學(xué)院 機械制造基礎(chǔ)44銑床夾具銑床夾具設(shè)計時特別注意： 銑削加工切削力較大，又是斷續(xù)切削，加工

24、中易引起振動，因此夾緊機構(gòu)要有足夠的夾緊力和較好的自鎖性，且受力元件要有足夠的強度和剛性。 銑削加工一般是定距加工，為了便于調(diào)整刀具，通常要設(shè)置對刀裝置。對刀塊和刀具之間要放對刀塞尺，以避免刀具與對刀塊直接接觸，而碰傷刀刃獲對刀塊。 銑床夾具在機床上要定位，要使夾具上定位元件工作面與銑削運動方向有一準(zhǔn)確位置。常采用導(dǎo)向鍵與機床工作臺T形槽相配合來實現(xiàn)。第44頁/共54頁機械工程學(xué)院 機械制造基礎(chǔ)45 鉆套 分度機構(gòu)鉆床夾具 鉆夾具的特點 （1）夾具放在工作臺上，鉆孔時鉆頭回轉(zhuǎn)和進給，夾具和工件不動。 （2）由于鉆削力矩小，鉆小孔時夾具常不固定。 （3）鉆床夾具用鉆套引導(dǎo)鉆頭，防止鉆頭偏斜，用鉆模板固定鉆套，保證鉆孔正確位置。第45頁/共54頁機械