第4章夾具設計

1、機械制造裝備設計機械制造裝備設計第第4 4章章 夾具設計夾具設計24.14.24.34.4 機床夾具基本概念機床夾具基本概念定位方式與定位元件定位方式與定位元件 工件的夾緊工件的夾緊 典型機床的夾具典型機床的夾具 本章分四個小節(jié)：本章分四個小節(jié)：3 4.1 機床夾具基本概念機床夾具基本概念 機床上用于裝夾工件的裝置，稱為機床夾具。 機床夾具的功用機床夾具的功用 （1）保證加工質(zhì)量 工件各加工面間的位置度是由夾具保證，不受工人技術(shù)水平的影響，使一批工件的加工精度趨于一致。 （2）減少輔助工時，提高勞動生產(chǎn)率 使工件裝夾迅速方便，可顯著地減少輔助工時；工件在夾具中裝夾后提高了工件的剛性，可加大切削

2、用量；可使用多件、多工位裝夾工件的夾具。 （3）擴大機床的使用范圍，實現(xiàn)一機多能根據(jù)加工機床的成形運動，附議不同類型的夾具，即可擴大機床原有的工藝范圍。數(shù)據(jù)管理4 2.2 金屬切削機床總體設計金屬切削機床總體設計 機床夾具的分類機床夾具的分類v 按夾具的使用特點分類（1 1）通用夾具）通用夾具 通用夾具是指已經(jīng)標準化的，在一定范圍內(nèi)加工不同工件的夾具。（2 2）專用夾具）專用夾具 專為某工件的某工序設計和制造的夾具。（3 3）通用可調(diào)夾具和成組夾具）通用可調(diào)夾具和成組夾具 夾具的部分元件可以更換，部分裝置可以調(diào)整，以適應不同零件的加工（4 4）組合夾具）組合夾具 由預先制造好的通用標準零部件經(jīng)

3、組裝而成的夾具。（5 5）隨行夾具）隨行夾具 隨行夾具是一種在自動線上使用的夾具。5 2.2 金屬切削機床總體設計金屬切削機床總體設計 機床夾具的分類機床夾具的分類v 按使用的機床分類 按所使用的機床不同，夾具又可分為：車床夾具、銑床夾具、鉆床夾具、鏜床夾具、磨床夾具、齒輪機床夾具和其他機床夾具等。 v 按夾緊動力源分類 根據(jù)夾具所采用的夾緊動力源不同，可分為：手動夾具、氣動夾具、液壓夾具、氣液夾具、電動夾具、磁力夾具、真空夾具等。6 4.1 機床夾具基本概念機床夾具基本概念機床夾具的組成機床夾具的組成（1）定位元件及定位裝置 （2）夾緊裝置 （3）對刀與導向元件 （4）夾具體 （5）其他元件

4、數(shù)據(jù)管理1夾具體；2定向鍵；3定位支撐板；4偏心輪；5V形塊；6對刀塊7 4.2 定位方式與定位元件定位方式與定位元件 定位通常是使工件在夾具中占據(jù)正確的位置 夾緊是在工件定位后將其固定，使其在加工過程中保持定位位置不變的操作。定位基準是指在加工中用以定位的基準，基準是用以確定生產(chǎn)對象上幾何要素間的幾何關(guān)系所依據(jù)的點、線、面。數(shù)據(jù)管理8 六點定位原理六點定位原理v 在機械加工中，要完全確定工件在夾具中的正確位置，必須用六個相應的支承點來限制工件的六個自由度，稱為“六點定位原理”。 4.2 定位方式與定位元件定位方式與定位元件 9 工件正確定位與自由度的關(guān)系工件正確定位與自由度的關(guān)系v 完全定位

5、 根據(jù)工件被加工表面的加工精度要求，有時需要將工件的六個自由度全部限制，這種定位方法稱為完全定位。 4.2 定位方式與定位元件定位方式與定位元件 10v 不完全定位 根據(jù)工件被加工表面的加工精度要求，有時需要限制的自由度少于六個，這種定位方法稱為不完全定位。 4.2 定位方式與定位元件定位方式與定位元件 11v 不完全定位 根據(jù)工件被加工表面的加工精度要求，需要限制的自動度沒有得到完全限制，這種定位方法稱為欠定位。欠定位不能保證工件的加工精度要求，在確定工件定位方案時，欠定位時絕對不允許的。 v 過定位 工件的同一自由度背二個或二個以上的支撐點重復限制的定位，稱為過定位。在通常情況下，應盡量避

6、免出現(xiàn)過定位。 4.2 定位方式與定位元件定位方式與定位元件 12 定位方式及其定位元件定位方式及其定位元件v 工件以平面定位及其定位元件。 平面定位是工件定位中應用最廣的定位形式 。平面定位基準根據(jù)其限制自由度的數(shù)目，分為主要支承面、導向支承面和止推支承面 。 限制工件的兩個自由度的定位平面，稱為導向支承面。 限制一個自由度的平面，稱為止推支承面 。 4.2 定位方式與定位元件定位方式與定位元件 13 （1）支承釘 4.2 定位方式與定位元件定位方式與定位元件 （2）支承板14 （3）可調(diào)支承 4.2 定位方式與定位元件定位方式與定位元件 （4）自由支承15 （5）輔助支承 4.2 定位方式

7、與定位元件定位方式與定位元件 16v 工件以圓柱孔定位及其定位元件。 （1）定位方法 齒輪、氣缸套、杠桿類工件，常以孔的中心線作為定位基準。常用的定位方法有：在圓柱體上定位、在圓錐體上定位、在定心夾緊機構(gòu)中定位等。 根據(jù)定位基準孔定位元件的配合長度L與直徑D的比值L/D大小分為兩種情形： 1）L/D11.5，為長銷定位，相當于四個定位支承點，限制工件的四個自由度，能夠確定孔的中心線位置。 2）L/D1，為短銷定位，相當于兩個定位支承點限制工件的兩個自由度，只能確定孔的中心點的位置 4.2 定位方式與定位元件定位方式與定位元件 17（1）定位元件 1）定位銷 標準定位銷 4.2 定位方式與定位元

8、件定位方式與定位元件 18 1）定位銷 非標準定位銷 4.2 定位方式與定位元件定位方式與定位元件 圖4.15 圓錐定位銷圖 4.16 圓錐銷組合定位19 2）定位心軸（剛性心軸） 圓柱心軸 4.2 定位方式與定位元件定位方式與定位元件 1導向部分；2工作部分；3轉(zhuǎn)動部分20 2）定位心軸（剛性心軸） 錐度心軸 工件在錐度心軸上定位，并靠工件定位圓孔與心軸柱面的彈性變形夾緊工件。 4.2 定位方式與定位元件定位方式與定位元件 21v 工件以外圓柱面定位及其定位元件。 （1）定位方式 定心定位 外圓柱面是定位基面，外圓柱面的中心線是定位基準。采用各種形式的定心夾緊卡盤、彈簧夾頭、以及其他形式的定

9、位夾緊機構(gòu)，實現(xiàn)定位和夾緊同時完成。 支承定位 常以支承或者支承板作為定位元件。定位基準為與支承接觸的圓柱面的一條母線，其消除的自由度數(shù)目取決于母線的相對接觸長度。 4.2 定位方式與定位元件定位方式與定位元件 22v 工件以外圓柱面定位及其定位元件。 （2）定位元件 1）V形架 V形塊已標準化，兩斜面角有60、90、120，其中90V形塊使用最廣泛。 4.2 定位方式與定位元件定位方式與定位元件 23 1）V形架 4.2 定位方式與定位元件定位方式與定位元件 圖4.21 活動V塊的應用圖4.22 非標準V形塊的結(jié)構(gòu)24 2）定位套 4.2 定位方式與定位元件定位方式與定位元件 3）支承板 工

10、件以外圓柱表面?zhèn)饶妇€作定位基準時，定位元件常采用支承板或平頭支承釘，屬于支承定位。25v 工件以組合表面定位 通常工件多是兩個或者多個表面組合起來作為定位基準使用，稱為組合表面定位。 （1）一個孔和一端面組合 4.2 定位方式與定位元件定位方式與定位元件 圖4.24 孔與平面的定位組合26（1）一個孔和一端面組合 4.2 定位方式與定位元件定位方式與定位元件 圖4.25 端面第一定位基準 圖4.26 孔的中心線為第一定位基準27（2）一個平面和兩個與平面垂直的孔組合 4.2 定位方式與定位元件定位方式與定位元件 圖4.27 一面兩孔定位組合定位1圓柱銷；2中心孔；3削邊銷；4定位平面28 定位

11、誤差的分析與計算定位誤差的分析與計算v 定位誤差 工件的加工誤差，是指工件加工后在尺寸、形狀和位置三個方面偏離理想工件的大小。它是由三部分因素產(chǎn)生的： （1）工件在夾具中的定位、夾緊誤差。 （2）夾具帶著工件安裝在機床上，相對機床主軸或運動導軌的位置誤差，也稱對定誤差。 （3）加工過程中誤差。 定位誤差是指工序基準在加工方向上的最大位置變動量所引起的加工誤差。 4.2 定位方式與定位元件定位方式與定位元件 29v 產(chǎn)生定位誤差的原因 （1）基準不重合帶來的定位誤差 夾具定位基準與工序基準不重合，兩基準之間的位置誤差會反映到被加工表面的位置上去，所產(chǎn)生定位誤差稱之為基準轉(zhuǎn)換誤差。 （2）間隙引起

12、的定位誤差 在使用心軸、銷、定位套定位時，定位面與定位元件間的間隙可使工件定心不準產(chǎn)生定位誤差。 （3）與夾具有關(guān)的因素產(chǎn)生的定位誤差 4.2 定位方式與定位元件定位方式與定位元件 30 4.3 工件的夾緊工件的夾緊 將工件定位后的位置固定下來稱為夾緊。夾緊的目的是保持工件在定位中所獲得的正確位置，使其在外力（夾緊力、切削力、離心力等外力）作用下，不發(fā)生移動和振動。 夾緊裝置的組成及基本要求夾緊裝置的組成及基本要求 （1）夾緊裝置的組成 動力裝置 夾緊機構(gòu)數(shù)據(jù)管理1壓板；2鉸鏈臂；3活塞桿；4液壓缸；5活塞31 4.3 工件的夾緊工件的夾緊 （2）對夾緊裝置的要求 1）能保證工件定位后占據(jù)的正

13、確位置。 2）夾緊力的大小要適當、穩(wěn)定。既要保證工件在整個加工過程中的位置穩(wěn)定不變，振動小，又要使工件不產(chǎn)生過大的夾緊變形。 3）夾緊裝置的復雜程度與生產(chǎn)類型相適應。 4）工藝性好，使用性好。其結(jié)構(gòu)應盡量簡單，便于制造和維修；盡可能使用標準夾具零部件；操作方便、安全、省力。數(shù)據(jù)管理32 4.3 工件的夾緊工件的夾緊夾緊力的確定夾緊力的確定 設計夾具的夾緊機構(gòu)時，所需要夾緊力的確定包括夾緊力的作用點、方向、大小三要素。v 夾緊力的方向 （1）夾緊力的方向應有助于定位，不應破壞定位。數(shù)據(jù)管理33 4.3 工件的夾緊工件的夾緊 （1）夾緊力的方向應有助于定位，不應破壞定位。數(shù)據(jù)管理34 4.3 工件

14、的夾緊工件的夾緊 （2）夾緊力的方向應方便裝夾和有利于減小夾緊力，最好與切削力、重力方向一致 數(shù)據(jù)管理35v 夾緊力的作用點 （1）夾緊力的作用點應能保持工件定位穩(wěn)定，不引起工件發(fā)生位移或偏轉(zhuǎn)。 （2）夾緊力的作用點應有利于減小夾緊變形。 （3）夾緊力的作用點應盡量靠近工件加工表面，以提高定位穩(wěn)定性和夾緊可靠性，減少加工中的振動。 4.3 工件的夾緊工件的夾緊36v 夾緊力的大小 夾緊力的大小必須適當。過小，工件在加工過程中發(fā)生移動，破壞定位；過大，使工件和夾具產(chǎn)生夾緊變形，影響加工質(zhì)量。 理論夾緊力W應與工件受到切削力、離心力、慣性力及重力等力的作用平衡；實際上，夾緊力的大小還與工藝系統(tǒng)的剛

15、性、夾緊機構(gòu)的傳遞效率等有關(guān)。 W=KW式中K安全系數(shù)，與加工性質(zhì)、切削特點、夾緊力來源、刀具情況有關(guān)。 一般取K=1.53； 粗加工時，K=2.53； 精加工時，K=1.52.5。 4.3 工件的夾緊工件的夾緊37 4.3 工件的夾緊工件的夾緊典型夾緊機構(gòu)典型夾緊機構(gòu) 常用的典型夾緊機構(gòu)有斜楔夾緊機構(gòu)、螺旋夾緊機構(gòu)、偏心夾緊機構(gòu)及鉸鏈夾緊機構(gòu)等。v 斜楔夾緊機構(gòu) 斜楔夾緊機構(gòu)是最基本夾緊機構(gòu)，螺旋夾緊機構(gòu)、偏心夾緊機構(gòu)等均是斜楔機構(gòu)的變型。 數(shù)據(jù)管理38 4.3 工件的夾緊工件的夾緊v螺旋夾緊機構(gòu) 常見螺旋夾緊機構(gòu)。由螺釘、螺母、墊圈、壓板等元件組成。數(shù)據(jù)管理39 4.3 工件的夾緊工件的夾

16、緊v螺旋夾緊機構(gòu) （1）單個螺旋夾緊機構(gòu) 直接用螺釘或螺母夾緊工件的機構(gòu)，稱為單個螺旋夾緊機構(gòu)。 數(shù)據(jù)管理40 4.3 工件的夾緊工件的夾緊v螺旋夾緊機構(gòu) （2）螺旋壓板夾緊機構(gòu)數(shù)據(jù)管理自動回轉(zhuǎn)鉤形壓板圖螺旋壓板夾緊機構(gòu)41 4.3 工件的夾緊工件的夾緊v 偏心夾緊機構(gòu) 用偏心件直接或間接夾緊工件的機構(gòu)，稱為偏心夾緊機構(gòu)。常用的偏心件是圓偏心輪和偏心軸。 42 4.3 工件的夾緊工件的夾緊v 鉸鏈夾緊機構(gòu) （1）單臂鉸鏈夾緊機構(gòu) （2）雙臂單作用鉸鏈夾緊機構(gòu) （3）雙臂雙作用鉸鏈夾緊機構(gòu) 數(shù)據(jù)管理43 4.3 工件的夾緊工件的夾緊v 定心、對中夾緊機構(gòu) 定心、對中夾緊機構(gòu)是一種特殊夾緊機構(gòu)，其

17、定位和夾緊時同時實現(xiàn)的，夾具上與工件定位基準相接觸的元件，既是定位元件，又是夾緊元件。 （1）定位 數(shù)據(jù)管理44 4.3 工件的夾緊工件的夾緊 （1）定位 數(shù)據(jù)管理 （2）夾緊 45 4.3 工件的夾緊工件的夾緊v 聯(lián)動夾緊機構(gòu) 需同時多點夾緊工件或幾個工件時，為提高生產(chǎn)效率，可采用聯(lián)動夾緊機構(gòu)。數(shù)據(jù)管理 浮動壓頭和四點雙向浮動夾緊機構(gòu)對向式多件夾緊機構(gòu)46 車床夾具車床夾具 在車床上用來加工工件的內(nèi)外回轉(zhuǎn)面及端面的夾具稱為車床夾具。v 車床夾具的種類 （1）卡盤和夾頭式車床夾具，以工件外圓為定位基面，如三爪自定心卡盤及各種定心夾緊卡頭等 （2）心軸式的車床夾具，以工件內(nèi)孔為定位基面，如各種定

18、位心軸，彈簧心軸。 4.4 典型典型 機床的夾具機床的夾具 47v 車床夾具的種類 （3）以工件頂尖孔定位的車床夾具，如頂尖、撥盤等。 （4）角鐵和花盤式夾具，以工件的不同組合表面定位。 4.4 典型典型 機床的夾具機床的夾具 48v 車床夾具設計要點 （1）車床夾具的總體結(jié)構(gòu)。 （2）定位裝置和夾緊裝置的設計。 （3）夾具的平衡問題。 （4）夾具與機床的鏈接方式。 4.4 典型典型 機床的夾具機床的夾具 49 鉆床夾具鉆床夾具 在各種鉆床上用來鉆、擴、鉸孔的機床夾具稱為鉆床夾具，這類夾具的特點是裝有鉆套和安裝鉆套用的鉆模板，故習慣上稱為鉆模。v 鉆床夾具的種類 （1）固定式鉆模 （2）回轉(zhuǎn)式鉆模 （3）翻轉(zhuǎn)式鉆模 （4）蓋板式鉆模 （5）滑柱式鉆模 4.4 典型典型 機床的夾具機床的夾具 50 鏜床夾具鏜床夾具 鏜床夾具又稱鏜模。它是用來加工箱體、支架等類工件上的精密孔或孔系的機床夾具。v 鏜模的種類 （1）雙支撐鏜模 前后雙支撐鏜模、后雙支撐鏜模 4.4 典型典型 機床的夾具機床的夾具 51v 鏜模的