機(jī)床專用夾具的設(shè)計與定位方法

1、第章機(jī)床夾具4.1 機(jī)床夾具的組成、作用和分類機(jī)床夾具的組成、作用和分類 4.2 常見定位方法和定位元件常見定位方法和定位元件 4.3 工件的夾緊工件的夾緊 4.4 夾具的其他裝置夾具的其他裝置 4.5 專用夾具的設(shè)計方法專用夾具的設(shè)計方法第第4章機(jī)床夾具章機(jī)床夾具第章機(jī)床夾具4.1 機(jī)床夾具的組成、作用和分類機(jī)床夾具的組成、作用和分類4.1.1 機(jī)床夾具的組成機(jī)床夾具的組成1. 定位元件定位元件由于夾具的首要任務(wù)是對工件進(jìn)行定位和夾緊，因此無論何種夾具都必須有用以確定工件正確加工位置的定位元件。如圖4-1所示為鉆蓋板上9-5 mm孔的專用夾具，夾具上的圓柱銷4、菱形銷7和擋銷6都是定位元件，

2、通過它們使工件和鉆模板在夾具中占據(jù)了正確的加工位置。第章機(jī)床夾具1-鉆模板; 2-鉆套; 3-壓板; 4-圓柱銷; 5-夾具體; 6-擋銷; 7-菱形銷圖 4-1 鉆床夾具第章機(jī)床夾具2. 夾緊裝置夾緊裝置夾緊裝置的作用是將工件在夾具中壓緊夾牢，保證工件在加工過程中當(dāng)受到外力作用時，其正確的定位位置保持不變。圖4-1中所示的夾具就利用壓板、螺栓、螺母將工件壓緊在夾具體上，它們構(gòu)成了夾緊裝置。3. 夾具體夾具體夾具上的所有組成部分都需要通過一個基礎(chǔ)件使其聯(lián)結(jié)成為一個整體，這個基礎(chǔ)件稱為夾具體，如圖4-1中的件5。第章機(jī)床夾具4. 其他裝置或元件其他裝置或元件除了定位元件、夾緊裝置和夾具體外，各種

3、夾具還根據(jù)需要設(shè)置一些其他裝置或元件，如分度裝置、引導(dǎo)裝置、對刀元件等。圖4-1中的鉆套2和鉆模板1就是為了引導(dǎo)鉆頭而設(shè)置的引導(dǎo)裝置。第章機(jī)床夾具4.1.2 機(jī)床夾具的作用機(jī)床夾具的作用1. 保證工件的加工精度保證工件的加工精度采用夾具后，工件各有關(guān)表面的相互位置精度是由夾具來保證的，比劃線找正所達(dá)到的精度高很多，并且質(zhì)量穩(wěn)定。2. 提高勞動生產(chǎn)率提高勞動生產(chǎn)率采用夾具后，能使工件迅速地定位和夾緊，不僅省去了劃線找正所花費(fèi)的大量時間，而且簡化了工件的安裝工作，顯著地提高了勞動生產(chǎn)率。第章機(jī)床夾具3. 改善工人勞動條件，保障生產(chǎn)安全改善工人勞動條件，保障生產(chǎn)安全用夾具裝夾工件方便、省力、安全。用

4、氣動、液動等夾緊裝置，可大大減輕工人的勞動強(qiáng)度。夾具在設(shè)計時采取了安全保證措施，用以保證操作者的人身安全。4. 降低生產(chǎn)成本降低生產(chǎn)成本在批量生產(chǎn)中使用夾具時，勞動生產(chǎn)率提高，并且允許使用技術(shù)等級較低的工人操作，可顯著地降低生產(chǎn)成本。第章機(jī)床夾具5. 擴(kuò)大機(jī)床工藝范圍擴(kuò)大機(jī)床工藝范圍采用夾具可使本來不能在某些機(jī)床上加工的工件變?yōu)榭赡?，以減輕生產(chǎn)條件受限的壓力。如圖4-2(a)中所示的異形杠桿零件，如果不采用專用夾具，10H7孔在車床上將無法加工?，F(xiàn)采用圖4-2(b)所示的專用夾具，工件以20h7外圓為定位基準(zhǔn)面，在V形塊2上定位，用可調(diào)V形塊6作輔助支承，采用鉸鏈壓板1和兩個螺釘5夾緊，保證尺

5、寸500.01 mm 和平行度公差的要求。第章機(jī)床夾具1-鉸鏈壓板; 2-V形塊; 3-夾具體; 4-支架; 5-螺釘; 6-可調(diào)V形塊; 7-螺桿圖 4-2 加工杠桿零件的車床夾具第章機(jī)床夾具4.1.3 機(jī)床夾具的分類機(jī)床夾具的分類1. 按夾具的通用特性分類按夾具的通用特性分類1) 通用夾具通用夾具是指結(jié)構(gòu)、尺寸已規(guī)格化，具有一定通用性的夾具，如三爪卡盤、四爪卡盤、平口虎鉗、萬能分度頭、頂尖、中心架、電磁吸盤等，這類夾具由專門生產(chǎn)廠家生產(chǎn)和供應(yīng)，其特點(diǎn)是使用方便，通用性強(qiáng)，但加工精度不高，生產(chǎn)率較低，且難以裝夾形狀復(fù)雜的工件，僅適用于單件小批量生產(chǎn)。第章機(jī)床夾具2) 專用夾具專用夾具是針對某

6、一工件某一工序的加工要求專門設(shè)計和制造的夾具，其特點(diǎn)是針對性很強(qiáng)，沒有通用性。在批量較大生產(chǎn)和形狀復(fù)雜、精度要求高的工件加工中，常用各種專用夾具，可獲得較高的生產(chǎn)率和加工精度。3) 可調(diào)夾具可調(diào)夾具是針對通用夾具和專用夾具的不足而發(fā)展起來的一類夾具。對不同類型和尺寸的工件，只需調(diào)整或更換原來夾具上的個別定位元件和夾緊元件便可使用。它一般又分為通用可調(diào)和成組夾具兩種。例如圖4-3所示是生產(chǎn)系列化產(chǎn)品所用的銑銷軸端部臺肩的夾具。臺肩尺寸相同但長度規(guī)格不同的銷軸可用一個可調(diào)夾具加工。第章機(jī)床夾具圖 4-3 可調(diào)夾具第章機(jī)床夾具4) 組合夾具組合夾具是一種模塊化的夾具。標(biāo)準(zhǔn)的模塊化元件具有較高的精度和

7、耐磨性，可組裝成各種夾具，夾具使用完后即可拆卸，留待組裝新的夾具。如圖4-4所示為車削管狀工件的組合夾具，組裝時選用90圓形基礎(chǔ)板1為夾具體，以長、圓形支承4、6、9和直角槽方支承2、簡式方支承5等組合成夾具的支架，工件在支承9、10和V形支承8上定位，用螺釘3、11夾緊，各主要元件由平鍵和槽通過方頭螺釘緊固連接成一體。第章機(jī)床夾具1-90圓形基礎(chǔ)板; 2-直角槽方支承; 3、11-螺釘; 4、6、9、10-長、圓形支承; 5-簡式方支承; 7、12-螺母; 8-V形支承; 13-連接板圖 4-4 組合夾具第章機(jī)床夾具2. 按夾具的使用機(jī)床分類按夾具的使用機(jī)床分類這是專用夾具設(shè)計所用的分類方法

8、。如在車床、銑床、鉆床、鏜床等機(jī)床上使用的夾具，就稱為車床夾具、銑床夾具、鉆床夾具、鏜床夾具等。3. 按夾具的動力源分類按夾具的動力源分類按夾具所使用的動力源可分為：手動夾具、氣動夾具、液動夾具、氣液夾具、電動夾具、電磁夾具等。各種夾具不論結(jié)構(gòu)如何，其基本原理都是一致的。本章主要介紹專用夾具的結(jié)構(gòu)設(shè)計原理。第章機(jī)床夾具4.2 常見定位方法和定位元件常見定位方法和定位元件4.2.1 工件定位方案的確定工件定位方案的確定工件在夾具中定位時，起定位支承點(diǎn)作用的是一定形狀的定位元件。不同的定位元件所能提供的限制自由度數(shù)也不同，所以，必須根據(jù)工件定位所需限制的自由度數(shù)目和工件的結(jié)構(gòu)，合理選擇定位元件。當(dāng)

9、一個定位元件所提供的支承點(diǎn)不能滿足定位要求時，則必須考慮多個定位元件的合理搭配，使之既能滿足定位要求，又不能過定位，而且結(jié)構(gòu)應(yīng)簡單、工藝性好。表4-1列出了常用定位元件的結(jié)構(gòu)形式以及所對應(yīng)的限制自由度，供設(shè)計夾具定位方案時參考。第章機(jī)床夾具第章機(jī)床夾具第章機(jī)床夾具第章機(jī)床夾具4.2.2 常用定位方法及定位元件常用定位方法及定位元件1. 對定位元件的基本要求對定位元件的基本要求工件在夾具中定位時，一般不允許將工件直接放在夾具體上，而應(yīng)放在定位元件上，因而對定位元件提出下列要求：(1) 高的精度。定位元件的精度直接影響工件定位誤差的大小。一般來說，定位元件的制造公差應(yīng)比工件上相應(yīng)尺寸的公差小，否則

10、會降低定位精度，但也要注意不能定的太嚴(yán)格，否則會給加工帶來困難。第章機(jī)床夾具(2) 高的耐磨性。工件的裝卸會磨損定位元件表面，導(dǎo)致定位精度下降。為了延長定位元件的更換周期，提高夾具的使用壽命，定位元件應(yīng)有高的耐磨性。(3) 足夠的剛度和強(qiáng)度。定位元件不僅限制工件的自由度，還要支承工件、承受夾緊力和切削力，因此，應(yīng)有足夠的強(qiáng)度和剛度，以免使用中變形或損壞。(4) 良好的工藝性。定位元件的結(jié)構(gòu)應(yīng)力求簡單，便于加工、裝配和更換。定位元件在夾具中的布置要合理、 適當(dāng)，以保證工件的定位可靠、穩(wěn)定。第章機(jī)床夾具2. 定位方法和定位元件定位方法和定位元件1) 工件以平面定位在機(jī)械加工過程中，有許多工件是以平

11、面作為定位基準(zhǔn)在夾具中定位的。例如箱體、機(jī)座、支架、圓盤、板狀等類工件，在加工其平面和孔時，一般都要用平面作為定位基準(zhǔn)。根據(jù)是否起限制自由度作用，用平面定位的定位元件有主要支承和輔助支承兩種。第章機(jī)床夾具(1) 主要支承。工作時起到限制自由度作用的支承稱為主要支承。根據(jù)其結(jié)構(gòu)和應(yīng)用方式不同又分為： 固定支承。支承高度固定不變的支承稱為固定支承，有支承釘和支承板兩種形式，如圖4-5所示。其中圖(b)球頭支承釘和圖(c)齒紋頭支承釘主要用于粗基準(zhǔn)定位, 前者通過減少接觸面來保證接觸點(diǎn)位置相對穩(wěn)定; 后者能增大接觸面間的摩擦力，以防工件受力偏移。圖(a)平頭支承釘、圖(d)光面支承板和圖(e)帶斜槽

12、支承板用于精基準(zhǔn)定位。平頭支承釘用于接觸面積較小處，支承板用于接觸面積較大處。圖(d)所示支承板的結(jié)構(gòu)簡單，制造方便，但切屑不易清除干凈，故適用于側(cè)面和頂面定位; 而圖(e)所示支承板易于清理切屑，適用于底面定位。第章機(jī)床夾具圖 4-5 支承釘與支承板第章機(jī)床夾具支承釘常以過盈配合方式安裝在夾具體上，支承板則用圓柱頭螺釘緊固。支承釘和支承板都已標(biāo)準(zhǔn)化，其結(jié)構(gòu)尺寸、公差配合、材料和熱處理等可查閱機(jī)床夾具設(shè)計手冊。當(dāng)幾個支承釘或支承板裝配后要求等高時，應(yīng)在裝配后最終磨平工作表面，以保證它們在同一平面上。第章機(jī)床夾具 可調(diào)支承。支承點(diǎn)位置可根據(jù)需要調(diào)整的支承稱為可調(diào)支承。圖4-6所示為幾種常見的可調(diào)

13、支承結(jié)構(gòu)。這類可調(diào)支承的結(jié)構(gòu)基本上都是螺釘、螺母形式。圖(a)所示的支承結(jié)構(gòu)可直接用手或扳桿擰動圓柱頭來進(jìn)行調(diào)節(jié)，一般適用于輕型工件; 圖(b)、(c)所示的支承結(jié)構(gòu)需用扳手進(jìn)行調(diào)節(jié)，適用于重型工件; 圖(d)所示的支承結(jié)構(gòu)用來在側(cè)面進(jìn)行調(diào)節(jié)?？烧{(diào)支承一般每加工一批工件需要調(diào)整一次，高度一經(jīng)調(diào)好，就相當(dāng)于一個固定支承，另外還必須用鎖緊螺母鎖緊，以防止松動。第章機(jī)床夾具1-鎖緊螺母; 2-可調(diào)支承釘圖 4-6 可調(diào)支承第章機(jī)床夾具可調(diào)支承主要用于工件以粗基準(zhǔn)定位，分批制造的毛坯余量變化較大的情況。例如圖4- 7 所示的箱體工件，第一道工序是銑頂面，若以未加工的箱體底面作為粗基準(zhǔn)定位，由于毛坯質(zhì)量

14、不高，對于不同毛坯而言，其底面與毛坯孔中心的尺寸L的變化量L很大，使得加工出來的各批工件其頂面到毛坯孔中心的距離由H1到H2變化。這樣，以后以頂面定位鏜孔時，就會使鏜孔余量偏在一邊，加工余量極不均勻，嚴(yán)重影響鏜孔質(zhì)量，最嚴(yán)重的情況是可能造成單邊沒有加工余量，使工件報廢。這種情況下，就應(yīng)根據(jù)不同批毛坯尺寸L調(diào)節(jié)下面可調(diào)支承的高度，以滿足加工要求。一般夾具在同一平面上只有一個可調(diào)支承，最多用兩個?？烧{(diào)支承的結(jié)構(gòu)形式已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化。第章機(jī)床夾具圖 4-7 可調(diào)支承的應(yīng)用第章機(jī)床夾具 自位支承(或稱浮動支承)。具有幾個可自由活動支承點(diǎn)的支承稱為自位支承?；顒又С悬c(diǎn)能在定位過程中隨著工件定位基面位置的變化而

15、自動調(diào)節(jié)其位置，直至各點(diǎn)都與定位基面接觸。圖4-8所示為各種常見自位支承結(jié)構(gòu)。盡管每一種自位支承與工件有2點(diǎn)或3點(diǎn)接觸，但其作用仍相當(dāng)于一個固定支承點(diǎn)，只限制一個自由度。采用自位支承，增加了支承與工件的接觸點(diǎn)，提高了支承穩(wěn)定性和支承剛度，消除了過定位。其主要用于工件以粗基準(zhǔn)定位或工件剛度較差的場合。第章機(jī)床夾具圖 4-8 自位支承第章機(jī)床夾具(2) 輔助支承。工件定位后，往往由于其剛性較差，在切削力、夾緊力或工件本身重力作用下會引起變形，從而影響加工質(zhì)量，這時就需要增設(shè)輔助支承。輔助支承的結(jié)構(gòu)形式與可調(diào)支承相似，但它們的作用卻不同。輔助支承不起定位作用，必須在工件定位夾緊后才參與工作，故輔助支

16、承對每一個工件都需重新調(diào)整。第章機(jī)床夾具輔助支承的典型結(jié)構(gòu)如圖4-9所示。圖(a)所示輔助支承的結(jié)構(gòu)最簡單，但調(diào)節(jié)時要轉(zhuǎn)動支承1，這樣可能會劃傷工件定位面，甚至帶動工件轉(zhuǎn)動而破壞定位。圖(b)所示輔助支承調(diào)節(jié)時轉(zhuǎn)動螺母2，支承1只作上下直線運(yùn)動，避免了上述缺點(diǎn)。但這兩種結(jié)構(gòu)動作緩慢，擰出時用力不當(dāng)會破壞工件既定位置, 僅適用于單件、小批量生產(chǎn)。圖(c)所示為彈簧自位式輔助支承，靠彈簧4的彈力使支承1與工件表面接觸，作用力穩(wěn)定，通過轉(zhuǎn)動手柄3推動鎖緊銷5，利用斜面鎖緊支承1，適用于成批生產(chǎn)。第章機(jī)床夾具1-支承; 2-螺母; 3-手柄; 4-彈簧; 5-鎖緊銷圖 4-9 輔助支承第章機(jī)床夾具2)

17、 工件以外圓柱面定位工件以外圓柱面作為定位基準(zhǔn)時，常見的定位方式有：V形塊定位、圓孔定位和錐孔定位等。(1) 在V形塊中定位。V形塊的結(jié)構(gòu)形式如圖4-10所示。圖(a)所示結(jié)構(gòu)用于較短的精基準(zhǔn)定位; 圖(b)所示結(jié)構(gòu)用于較長的粗基準(zhǔn)或階梯軸定位; 圖(c)所示結(jié)構(gòu)用于較長的精基準(zhǔn)或相距較遠(yuǎn)的兩個定位面; 圖(d)所示結(jié)構(gòu)是在鑄鐵座上鑲淬硬鋼墊或硬質(zhì)合金板，用于直徑和長度較大的基準(zhǔn)面定位。第章機(jī)床夾具圖 4-10 V形塊的結(jié)構(gòu)形式第章機(jī)床夾具由于V形塊的兩半角對稱布置，所以工件以外圓柱面在V形塊上定位時突出的優(yōu)點(diǎn)是對中性好，即工件上定位用的外圓柱面軸線始終處在V形塊兩斜面的對稱面上，且水平方向不

18、受定位基準(zhǔn)直徑誤差的影響，定位精度較高。夾具中常用的V形定位塊有固定和活動兩種安裝方式。例如圖4-11所示夾具中，固定式V形塊起主要定位作用，它用兩個螺釘和兩個銷釘固定安裝在夾具體上，裝配時一般是將V形塊位置精確調(diào)整好，擰上螺釘，再按V形塊上銷孔的位置與夾具體一同配鉆、配鉸，然后打入銷釘; 活動式V形塊一般除作定位用外，還可兼作夾緊元件，它定位時限制的自由度與固定安裝的V形塊是不同的。第章機(jī)床夾具圖 4-11 活動式和固定式V形塊的應(yīng)用第章機(jī)床夾具V形塊的結(jié)構(gòu)尺寸如圖4-12所示，其中關(guān)鍵尺寸有下面幾個：DV形塊標(biāo)準(zhǔn)心軸直徑(工件定位用的外圓直徑); HV形塊的高度; V形塊兩工作平面間夾角。

19、有60、90、120等三種，以90的應(yīng)用最廣; NV形塊開口尺寸(供劃線和粗加工用); TV形塊的標(biāo)準(zhǔn)定位高度，即標(biāo)準(zhǔn)心軸中心高。V形塊工作圖上必須標(biāo)注此尺寸，用其檢驗(yàn)V形塊的制造精度。第章機(jī)床夾具圖 4-12 V形塊的結(jié)構(gòu)尺寸第章機(jī)床夾具V形塊已標(biāo)準(zhǔn)化。一般D值確定后，可從機(jī)床夾具設(shè)計手冊中查到H、N值，也可按結(jié)構(gòu)需要由下式計算確定。尺寸N： 當(dāng)=90時，N=1.41D2a; 當(dāng)=120時，N=2D3.46a。其中，a =(0.140.16)D。尺寸H： 用于大直徑定位時，取H0.5D; 用于小直徑定位時，取H1.2D。N、H值確定后，T的計算如下： 當(dāng)=90時，T=H0.707D0.5N;

20、 當(dāng)=120時，T=H0.578D0.289N。第章機(jī)床夾具(2) 在定位套和半圓套中定位。工件定位的外圓的直徑較小時，可用定位套作定位元件，如圖4-13所示。套在夾具體上的安裝可用螺釘緊固(如圖(a)所示)或用過盈配合(如圖(b)所示)。套的內(nèi)孔軸線應(yīng)與工件軸線重合，故只用于精基準(zhǔn)定位，且要求工件定位外圓不低于IT8IT7。 為了限制工件的自由度，常與端面聯(lián)合定位，這樣就要求定位套的端面與其孔軸線具有較高的垂直度。第章機(jī)床夾具圖 4-13 定位套第章機(jī)床夾具工件在半圓套中定位如圖4-14所示，半圓套的定位面置于工件的下方。這種定位方式類似于V形塊，常用于大型軸類工件的精基準(zhǔn)定位中，其穩(wěn)固性比

21、V形塊更好，定位精度取決于定位基面的精度。通常工件軸頸精度一般不低于IT8IT7。半圓孔定位主要用于不適宜用孔定位的大型軸類工件，如曲軸、蝸輪軸等。第章機(jī)床夾具圖 4-14 半圓套第章機(jī)床夾具2) 工件以圓柱孔定位工件以內(nèi)孔定位時，常見的定位元件有定位銷和心軸。(1) 定位銷。圖4-15所示為常用的定位銷結(jié)構(gòu)。其中圖(a)所示定位銷因直徑較小，通常在銷子定位端根部倒成大圓角，以增加其抗剪能力。夾具體上安裝定位銷處應(yīng)設(shè)計沉頭孔，以便定位銷的圓角部分沉入孔內(nèi)而不妨礙工件的定位。圖(b)所示定位銷直接做成帶肩式，利用銷體的軸肩來形成銷端面定位，提高兩面組合定位的質(zhì)量。圖(c)定位銷用于較大圓柱孔的定

22、位，定位銷A端面與圓柱銷軸線有較高的垂直度，以便安裝在夾具體定位板孔中時，保證銷與定位面有較好的垂直度。以上幾種類型都是固定式定位銷，直接用過盈配合裝在夾具體上。第章機(jī)床夾具圖 4-15 常用定位銷結(jié)構(gòu)第章機(jī)床夾具對于大批大量生產(chǎn)中所用的定位銷，因?yàn)楣ぜb卸次數(shù)極為頻繁，定位銷容易磨損而喪失定位精度，因而需采用圖(d)所示的可更換式定位銷。為便于裝入工件，所有定位銷頭部均做成15倒角。固定式定位銷和可更換式定位銷的標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)可查閱機(jī)床夾具設(shè)計手冊。第章機(jī)床夾具(2) 心軸。心軸廣泛應(yīng)用于車、銑、磨床上加工套筒及盤類零件。圖4-16為常用的心軸結(jié)構(gòu)，其中圖(a)所示為間隙配合心軸(圓柱心軸)，心軸

23、定位部分與工件定位部分為間隙配合，其直徑可按h6、g6或f7制造。這種心軸結(jié)構(gòu)簡單，裝卸工件方便，但定位精度較低。該心軸還可做成過盈配合，其過盈量一般不大于H7/r6。這種心軸定位精度高，但裝卸工件費(fèi)時，且易損傷工件定位基準(zhǔn)孔，多用來加工批量不大的較小工件。圖(b)所示為錐度心軸，為防止工件在心軸上傾斜, 一般錐度很小(K=1/10001/5000)。工作時心軸可脹緊在工件孔內(nèi)，且不需要夾緊，因此定心精度較高，但傳遞的力矩不大，常用于外圓面的精車或磨削加工。圖(c)所示為花鍵心軸，用于加工以花鍵孔為定位基準(zhǔn)的工件，對于長徑比較大的工件，工作部分可稍帶錐度。設(shè)計花鍵心軸時，應(yīng)根據(jù)工件是以花鍵外徑

24、、內(nèi)徑還是以花鍵齒側(cè)面定位來確定心軸上相應(yīng)的配合面。第章機(jī)床夾具圖 4-16 常用心軸結(jié)構(gòu)第章機(jī)床夾具3) 工件以組合表面定位當(dāng)工件以單一表面定位不能滿足所需限制的自由度時，常以組合表面來定位。例如圖4-11中工件以外圓表面和底面定位，圖4-13中工件以外表面和端面定位等。第章機(jī)床夾具實(shí)際生產(chǎn)中，在加工箱體、殼體工件時，為實(shí)現(xiàn)基準(zhǔn)統(tǒng)一，應(yīng)用最多也是最典型的組合表面定位形式是“一面兩孔”定位。工件的底平面在支承板上定位，限制了工件的三個自由度; 孔1與圓柱銷配合限制兩個自由度; 若孔2也與圓柱銷配合，銷2不僅限制了 自由度，同時重復(fù)限制了自由度，出現(xiàn)了過定位。由于工件與夾具都有一定的制造誤差，當(dāng)兩孔、銷配合出現(xiàn)最