第四章 機(jī)床夾具原理與設(shè)計

1、第四章第四章 機(jī)床夾具原理與設(shè)計機(jī)床夾具原理與設(shè)計 工件的定位和夾緊是工件裝夾的兩個過程。為了保證工件被加工表面的技術(shù)要求，必須使工件相對刀具和機(jī)床處于一個正確的加工位置。在使用夾具的情況下，就要使工件能在夾具中占據(jù)一正確位置，這就是工件的定位問題。在工件定位以后，為了保證工件在切削力作用下保持既定位置不變，這就需要將工件在既定位置上夾緊。一、工件的裝夾方法 總之，確定工件在機(jī)床或夾具中占有準(zhǔn)確加工位置的過程叫定位定位； 在工件定位后用外力將其固定，使其在加工過程中保持定位位置不變的操作叫夾緊夾緊。 機(jī)床上的裝夾方法主要有兩種：（1）用找正法裝夾工件（2）用夾具裝夾工件二、機(jī)床夾具的工作原理1

2、）使工件在夾具中占有正確的加工位置。2）使夾具相對于機(jī)床保證有準(zhǔn)確的相對位置3）使刀具相對于定位元件調(diào)整到準(zhǔn)確位置。三、夾具的分類與組成機(jī)床夾具按通用性程度分類：（1）機(jī)床附件類夾具（2）可調(diào)夾具（3）隨行夾具（4）組合夾具（5）專用夾具2、夾具的組成：（1）定位元件（2）夾緊裝置（3）對刀元件（4）導(dǎo)引元件（5）聯(lián)接元件（6）夾具體（7）其它裝置、工件的自由度個尚未定位的工件，其位置是不確定的，它有六個自由度。定位的實質(zhì)就是消除工件的自由度。二、六點定位原理工件在空間直角坐標(biāo)系中有六個自由度，在夾具中用六個定位支承點限制六個自由度，使工件在夾具中的位置完全確定。這種用適當(dāng)分布的六個支承點限制

3、工件六個自由度的法則，稱為六點定位原理。三、完全定位、不完全定位、欠定位和過定位工件的六個自由度都被限制的定位稱完全定位。是否所有的工件在夾具中都必須完全定位，則需根據(jù)工件的具體加工要求決定。如圖工件上銑鍵槽，a圖沿X、Y、Z軸的移動及轉(zhuǎn)動都有尺寸要求，則工件在夾具體上必須將六個自由度完全限制，即“完全定位”。但若鍵槽為圖b所示的通槽時，則X軸向沒有尺寸要求，沿X的移動自由度不必限制，只要限制其余五個自由度，這種允許某個自由度不限制的定位稱為“不完全定位”，它不影響工件的加工尺寸。但如果工件定位點少于應(yīng)限制的自由度，造成工件加工尺寸的誤差，即定位不足而影響加工是“欠定位”現(xiàn)象。欠定位在生產(chǎn)實際

4、中是不允許的。工件的某個自由度被重復(fù)限制，即重復(fù)定位，這就是“過定位”現(xiàn)象。過定位的結(jié)果使工件位置不確定，引起工件裝夾不穩(wěn)定、變形等不良情況。在實際加工中，一般是不能允許的， 消除過定位及其干涉有兩種途徑： 其一是改變定位元件的結(jié)構(gòu)，以減少轉(zhuǎn)化支撐點的數(shù)目，消除被重復(fù)限制的自由度。如生產(chǎn)中常用的一面兩銷定位方案，其中一銷為削邊銷，其限制的自由度數(shù)目由原來的2個減少為1個。 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，以消除過定位引起的干涉。在機(jī)械加工中，一些特殊工件結(jié)構(gòu)的定位，其過定位是不可避免的，例如，在插齒機(jī)上加工齒輪，若齒坯加工過程中已作了內(nèi)孔與端面的位置要求，則過定

5、位的干涉就不那么明顯，因此也就允許“過定位”存在。 綜上所述，工件的定位應(yīng)根據(jù)加工尺寸要求確定應(yīng)限制的自由度數(shù)。當(dāng)加工要求限制的自由度而沒有被限制是“欠定位”，是不允許的。 當(dāng)某個自由度被重復(fù)限制是“過定位”，過定位一般是不允許的，但當(dāng)工件定位面精度較高，位置已有保證時，過定位往往可提高剛性，也是允許的。 值得注意的是，所限制自由度少于六個時也可能是過定位，但不一定是欠定位。若支承點分布不合理，欠定位、過定位可能同時出現(xiàn)。 第二節(jié)第二節(jié) 常用定位方法及定位元件常用定位方法及定位元件 前面所述是工件定位的基本原則。在實際生產(chǎn)時，工件定位的支承件是一定形狀的幾何體，根據(jù)工件定位基面的不同，采用的定

6、位支承形狀不同，這些支承件就稱為定位元件。 一、工件以平面定位時的定位元件1、固定支承固定支承有支承釘和支承板兩種型式，需要經(jīng)常更換的支承釘應(yīng)加襯套。 2、可調(diào)支承在工件定位過程中，支承釘?shù)母叨刃枵{(diào)整時，應(yīng)采用可調(diào)支承。3、自位支承（浮動支承）在工件定位過程中，能自動調(diào)整位置的支承稱為自位支承，或稱浮動支承。這類支承的工作特點：支承點的位置能隨著工件定位基面位置的變動而自動調(diào)整，但其作用相當(dāng)于一個固定支承，只限制了工件的一個自由度。 二、工件以圓孔定位時的定位元件1、圓柱銷（定位銷）2、圓柱心軸 3、圓錐銷4、圓錐心軸（小錐度心軸）三、工件以外圓柱面定位時的定位元件1、V形塊2、定位套 3、半

7、圓套下面的半圓套是定位元件，上面的半圓套起夾緊作用。這種定位方式主要用于大型軸類零件及不便于軸向裝夾的零件。 4、圓錐套常用的反頂尖，由頂尖體1、螺釘2和圓錐套3組成四、組合定位分析 實際生產(chǎn)中工件的形狀千變?nèi)f化各不相同，往往不能用單一定位元件定位單個表面就可解決定位問題的，而是要用幾個定位元件組合起來同時定位工件的幾個定位面。因此一個工件在夾具中的定位，實質(zhì)上就是把前面介紹的各種定位元件作不同組合來定位工件相應(yīng)的幾個定位面，以達(dá)到工件在夾具中的定位要求，這種定位分析就是組合定位分析。（1）組合定位分析要點1）幾個定位元件組合起來定位一個工件相應(yīng)的幾個定位面，該組合定位元件能限制工件的自由度總

8、數(shù)等于各個定位元件單獨定位各自相應(yīng)定位面時所能限制自由度的數(shù)目之和，不會因組合后而發(fā)生數(shù)量上的變化，但它們限制了哪些方向的自由度卻會隨不同組合情況而改變。2）組合定位中，定位元件在單獨定位某定位面時原起限制工件移動自由度的作用可能會轉(zhuǎn)化成起限制工件轉(zhuǎn)動自由度的作用。但一旦轉(zhuǎn)化后，該定位元件就不再起原來限制工件移動自由度的作用了。例41 分析圖422所示定位方案。各定位元件限制了幾個方向自由度？按圖示坐標(biāo)系限制了哪幾個方向的自由度？有無重復(fù)定位現(xiàn)象？按圖示坐標(biāo)系，短v形塊1限制X、Z移動方向自由度，短v形塊2與之組合起限制X、Z轉(zhuǎn)動方向自由度的作用，即即v形塊形塊2由由單獨定位時限制兩個移動自由

9、度單獨定位時限制兩個移動自由度轉(zhuǎn)化成限制工件兩個轉(zhuǎn)動自由度轉(zhuǎn)化成限制工件兩個轉(zhuǎn)動自由度。也可以把固定短v形塊1，2組合來視為一個長v形塊，用它來定位長圓柱體，共限制 X、Z移動、轉(zhuǎn)動四個方向自由度。兩種分析是等同的。固定短v形塊3限制了Y移動和轉(zhuǎn)動方向自由度，其中其中單獨定位時限制單獨定位時限制Z移動方向自由移動方向自由度的作用在組合定位時轉(zhuǎn)化成限度的作用在組合定位時轉(zhuǎn)化成限制制Y轉(zhuǎn)動方向自由度的作用。轉(zhuǎn)動方向自由度的作用。這是一個完全定位，沒有重復(fù)定位現(xiàn)象。（2）組合定位時重復(fù)定位現(xiàn)象的消除方法 ：1）使定位元件沿某一坐標(biāo)軸可移動，來消除其限制沿該坐標(biāo)軸移動方向自由度的作用。如 ：2）采用自

10、位支承結(jié)構(gòu)，消除定位元件限制繞某個（或兩個）坐標(biāo)軸轉(zhuǎn)動方向自由度的作用。3）變定位元件的結(jié)構(gòu)形式。把短圓柱銷改為削邊圓柱定位銷是最典型的例子。例42 分析在車床上用前后頂尖定位軸類工件的定位方案（圖424）。解： 單個固定頂尖定位頂尖孔能限制工件三個方向自由度，若車床后頂尖也是固定的話，則也要限制工件三個方向自由度。這樣，固定前、后頂尖組合起來共限制六個（33）自由度。但它們組合起來只能限制工件五個方向自由度（即歹方向自由度無法限制），因此有重復(fù)定位現(xiàn)象，y移動方向重復(fù)定位。所以車床的后頂尖做成沿y軸可移動的。（3）幾種不同組合形式的定位分析1）一個平面和二個與其垂直的孔的組合在箱體、連桿、蓋

11、板等類零件加工中，常采用這種組合定位，俗稱“一面二孔”定位。一面二孔定位時所用的定位元件是：平面采用支承板，二孔采用定位銷，故又稱為“一面兩銷”。 這種情況下的兩圓柱銷重復(fù)限制了沿x方向的移動自由度，屬于過定位。 解決這一問題的方式有兩種：減小銷2的直徑，以補(bǔ)償孔、銷的中心距偏差。將銷2做成削邊銷。2）一個平面和二個與其垂直的外圓柱面的組合 工件在垂直平面定位后，再將工件左端用圓孔或v形塊定位，工件右端外圓所用的v形塊必須做成浮動結(jié)構(gòu)，使其只能限制工件一個自由度，否則就會出現(xiàn)過定位。3）一個孔和一個平行于孔中心線的平面的組合。需以大孔及底面定位，加工兩小孔。第三節(jié) 定位誤差的計算一、基準(zhǔn)的概念

12、所謂基準(zhǔn)就是零件上用來確定點、線、面位置時，作為參考的其他的點、線、面。點、線、面。根據(jù)基準(zhǔn)的功用不同，可分為設(shè)計基準(zhǔn)和工藝基準(zhǔn)。1）設(shè)計基準(zhǔn)是在零件圖上，確定點、線、面位置的基準(zhǔn)，設(shè)計基準(zhǔn)是由該零件在產(chǎn)品結(jié)構(gòu)中的功用所決定的。2）工藝基準(zhǔn)是在加工和裝配中使用的基準(zhǔn)，按照用途不同又可分為： 定位基準(zhǔn)：定位基準(zhǔn)：在加工中使工件在機(jī)床夾具上占有正確位置所采用的基準(zhǔn)。三、定位誤差及其產(chǎn)生原因設(shè)計基準(zhǔn)在工序尺寸方向上的最大位置變動量，稱為定位誤差，以 dw 表示。下面討論產(chǎn)生定位誤差的原因： 1、定位基準(zhǔn)與設(shè)計基準(zhǔn)不重合產(chǎn)生的定位誤差 將定位基準(zhǔn)到設(shè)計基準(zhǔn)間的尺寸稱為聯(lián)系尺寸，將定位基準(zhǔn)到設(shè)計基準(zhǔn)間的

13、尺寸稱為聯(lián)系尺寸，則基準(zhǔn)不重合誤差就等于聯(lián)系尺寸的公差。則基準(zhǔn)不重合誤差就等于聯(lián)系尺寸的公差。dw2、定位副制造不準(zhǔn)確產(chǎn)生的基準(zhǔn)位移誤差這種由于定位副制造不準(zhǔn)確引起的定位誤差，稱為“基準(zhǔn)位移誤差”，用jw 表示。 1、工件以圓柱孔在心軸（或定位銷）上定位 此時假設(shè)孔中心線和軸心線合，即設(shè)計基準(zhǔn)和定位基準(zhǔn)重合，(1)圓孔與定位銷單邊接觸時，此時心軸水平放置。0jb)(21,01001dDddDjwddD外圓直徑為軸徑為設(shè)孔徑為（2）心軸與工件內(nèi)孔任意邊接觸（此時心軸垂直放置。）minXdDjw四、定位誤差的計算通常，定位誤差可按下述方法進(jìn)行分析計算： 一是先分別求出基準(zhǔn)位移誤差和基準(zhǔn)不重合誤差，

14、再求出其在加工尺寸方向上的代數(shù)和，即dwjb+jw； 二是按最不利情況，確定一批工件設(shè)計基準(zhǔn)的兩個極限位置，再根據(jù)幾何關(guān)系求出此二位置的距離，并將其投影到加工尺寸方向上，便可求出定位誤差。1、工件以外圓柱面定位當(dāng)工件以外圓柱面定位時，通常采用V形塊作定位元件(A) 要求保證上母線到加工面尺寸H1，即設(shè)計基準(zhǔn)為B；2sin2212sin1212sin1222sin222sin2)()() 1 (121122111222122121211dddddddddBOAOBOAOABABBBBBddHjwjbdw其中準(zhǔn)的最大變動量為位置變化，這時設(shè)計基到最大直徑當(dāng)工件從最小直徑的定位誤差：尺寸要求保證下母

15、線到加工面尺寸H2，即設(shè)計基準(zhǔn)為C； 2sin2212sin1212sin12)()()2(121112221221212dddddCOAOCOAOACACCCCCHjwjbD其中動量為這時設(shè)計基準(zhǔn)的最大變的定位誤差：尺寸要求保證軸心線到加工面尺寸H3，即設(shè)計基準(zhǔn)為O。 2sin202sin22sin22sin22sin2)3(12121221213ddddddAOAOOOOOHjwjbD其中動量為這時設(shè)計基準(zhǔn)的最大變的定位誤差：尺寸2、工件以圓柱孔在心軸（或定位銷）上定位工件的圓柱孔與定位元件以不同配合定位時，所產(chǎn)生的定位誤差是不同的，現(xiàn)以下面幾種情況分別敘述。（1）工件以圓柱孔在過盈配合過

16、盈配合心軸上定位 因為過盈配合時，定位元件與工件定位孔之間無間隙，所以定位基準(zhǔn)的位移量為零，即jw0。 假設(shè):D為工件孔直徑,d0為定位心軸直徑,d1為工件外圓直徑.1）當(dāng)工序基準(zhǔn)與定位基準(zhǔn)重合，如圖a所示，保證工序尺寸A,則定位誤差dwjb02）當(dāng)工序基準(zhǔn)為工件定位孔的母線，如圖b所示，保證工序尺寸B或B，則定位誤差Djbdw213）當(dāng)工序基準(zhǔn)為工件外圓母線，如圖6-31c所示，保證工序尺寸C或C，則定位誤差121djbdw（2）工件以圓柱孔在間隙間隙配合的圓柱心軸上定位 由于孔與心軸的接觸情況不同，以及工序基 準(zhǔn)不同，便有不同的計算結(jié)果。當(dāng)工件在水平放置的心軸上定位，由于工件自重的作用，使

17、工件孔與心軸的上母線單邊接觸。由于定位元件與工件孔的制造誤差，將產(chǎn)生定位基準(zhǔn)位移誤差，即：定位心軸公差。工件孔公差；式中00max0minmin0max2121)(21)(21dDdDjwdDdD1)當(dāng)工序基準(zhǔn)為孔中心時，見圖a，即保證尺寸A時，jb0，則)(210dDjwdw1)當(dāng)工序基準(zhǔn)為定位孔下母線時，見圖b，即保證尺寸B時，則0021212121dDjbjwdwDjbdDjw3)當(dāng)工序基準(zhǔn)為工件外圓母線時,即保證尺寸C,則)(212121211010ddDjbjwdwdjbdDjw例44 有一批如圖437所示的工件， mm外圓， mm內(nèi)孔和兩端面均已加工合格，并保證外圓對內(nèi)孔的同軸度誤

18、差在T(e)=0.015mm范圍內(nèi)。今按圖示的定位方案，用 mm心軸定位，在立式銑床上用頂尖頂住心軸，銑寬為 mm的鍵槽。除槽寬要求外，還應(yīng)滿足下列要求：1）槽的軸向位置尺寸2）槽底位置尺寸3）槽兩側(cè)面對50外圓軸線的對稱度公差T(c)0.06mm。試分析計算定位誤差。0016. 0650h021. 00730H007. 0020. 0630g0046. 0912h021. 01225hl010. 042H工件的夾緊工件的夾緊一、夾緊裝置1、夾緊裝置的組成夾緊裝置由力源裝置、中間傳力機(jī)構(gòu)和夾緊元件三大部分組成。 中間傳力機(jī)構(gòu)是介于力源和夾緊元件之間傳遞力的機(jī)構(gòu)，如圖中的杠桿2。 它的作用：1）

19、改變作用力的方向；2）改變作用力的大小，通常是起增力作用；3）使夾緊實現(xiàn)自鎖，保證力源提供的原始力消失后，仍能可靠地夾緊工件。3、夾緊元件 夾緊元件是最終執(zhí)行元件，與工件直接接觸完成夾緊作用，如圖中的壓板3。1）夾緊時不能破壞工件定位后獲得的正確位置；2）夾緊力大小要合適，既要保證工件在加工過程中不移動、不轉(zhuǎn)動、不振動，又不能使工件產(chǎn)生變形或損傷工件表面；3）夾緊動作要迅速、可靠，且操作要方便、省力、安全；4）結(jié)構(gòu)緊湊，易于制造與維修。二、夾緊力確定原則夾緊力方向、作用點和力的大小三個要素的確定。1、夾緊力方向的確定 夾緊力的作用方向應(yīng)垂直于主要定位基準(zhǔn)面 夾緊力作用方向應(yīng)使所需夾緊力最小(最

20、理想的夾緊力的作用方向是與重力、切削力方向一致) 夾緊力作用方向應(yīng)使工件變形盡可能小2、夾緊力的作用點的選擇夾緊力的作用點應(yīng)落在支承元件或幾個支承元件形成的穩(wěn)定受力區(qū)域內(nèi)。 夾緊力的作用點應(yīng)落在工件剛度較好的部位。這一原則對剛性差的工件特別重要。 夾緊力作用點應(yīng)盡可能靠近加工面，這可減小切削力對夾緊點的力矩，從而減輕工件振動。3、夾緊力的大小夾緊力的大小可根據(jù)切削力、工件重力的大小、方向和相互位置關(guān)系具體計算。典型夾緊機(jī)構(gòu)典型夾緊機(jī)構(gòu)下面就分別介紹幾種典型的夾緊機(jī)構(gòu)。一、斜楔夾緊機(jī)構(gòu)斜楔主要是利用其斜面移動時所產(chǎn)生的壓力來夾緊工件的，即起楔緊作用。)tan(tan)tan(tan212111pQQRXQpRXFFFFFFFFF代入上式得而根據(jù)受力平衡條件：所謂自鎖