第2章夾具設(shè)計(jì)基礎(chǔ)

1、第2章 夾具設(shè)計(jì)基礎(chǔ)2.1基準(zhǔn)l要素:零件上反映零件幾何特征的點(diǎn)、線、面。l基準(zhǔn)：零件上用于確定其他要素位置時(shí)所依據(jù)的那些要素。一、設(shè)計(jì)基準(zhǔn)設(shè)計(jì)圖上所采用的基準(zhǔn)?？梢允禽喞?，也可以是中心要素?；鶞?zhǔn)關(guān)系是可逆的。2.1基準(zhǔn)二、工藝基準(zhǔn)在加工和裝配過(guò)程中所采用的基準(zhǔn)。.工序基準(zhǔn)在工序圖上用來(lái)確定本工序被加工表面加工后的尺寸、位置的基準(zhǔn)?？梢允禽喞兀部梢允侵行囊?。l工序尺寸：聯(lián)系被加工表面與工序基準(zhǔn)的尺寸，是這道工序應(yīng)直接得到的尺寸。2.1基準(zhǔn)2.1基準(zhǔn).定位基準(zhǔn)加工時(shí)使工件在機(jī)床或夾具上占有正確位置時(shí)所采用的基準(zhǔn)。l精基準(zhǔn)：已加工過(guò)的表面作為定位基準(zhǔn)。l粗基準(zhǔn)：未經(jīng)加工過(guò)的表面作為定位

2、基準(zhǔn)。2.1基準(zhǔn).測(cè)量基準(zhǔn)：檢驗(yàn)時(shí)用來(lái)確定被測(cè)零件在測(cè)量工具上位置的基準(zhǔn)。2.1基準(zhǔn)v.裝配基準(zhǔn)：用來(lái)確定零件或部件在產(chǎn)品中位置時(shí)所依據(jù)的基準(zhǔn)。2.1基準(zhǔn)2.1基準(zhǔn)注意：v.在產(chǎn)品設(shè)計(jì)中，盡量把裝配基準(zhǔn)作為零件圖樣上的設(shè)計(jì)基準(zhǔn)，以保證裝配精度。v.在零件加工時(shí)，應(yīng)使工序基準(zhǔn)與設(shè)計(jì)基準(zhǔn)重合，以保證加工精度。v.工序基準(zhǔn)與定位基準(zhǔn)重合，可避免產(chǎn)生基準(zhǔn)不重合誤差。2.工件的安裝l定位：確定工件在機(jī)床上或夾具中占有正確位置的過(guò)程。l夾緊：工件定位后將其固定，使其在加工過(guò)程中保持定位位置不變的操作。l裝夾：將工件在機(jī)床上或夾具中定位、夾緊的過(guò)程。為什么要研究工件的裝夾問(wèn)題？答：影響工件的加工質(zhì)量、生產(chǎn)率

3、、制造成本和操作安全。2.工件的安裝一.工件的安裝方式.直接找正法工件直接裝上機(jī)床后，用千分表或劃針盤(pán)上的劃真校正工件位置，一邊校驗(yàn)，一邊找正。缺點(diǎn)：安裝費(fèi)時(shí)太多，生產(chǎn)率低；且憑經(jīng)驗(yàn)操作，對(duì)工人技術(shù)要求高。適用于單件、小批量生產(chǎn)。2.工件的安裝.劃線找正法缺點(diǎn)：定位精度不高，適用于批量較小，毛坯精度較低，以及大型工件等不宜使用夾具的粗加工中。.夾具安裝2.夾具概述一.夾具的作用.提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，降低加工成本。.易于保證加工精度，加工精度穩(wěn)定。.擴(kuò)大機(jī)床工藝范圍。.降低對(duì)工人的技術(shù)要求，減輕勞動(dòng)強(qiáng)度。二.夾具的分類(lèi).通用夾具：已標(biāo)準(zhǔn)化的、可用于加工同一類(lèi)型的不同尺寸工件的夾具。2.夾具概述.專(zhuān)用

4、夾具：專(zhuān)為某一工件的某道工序而設(shè)計(jì)制造的夾具。.成組夾具：當(dāng)加工完一種工件后，經(jīng)過(guò)調(diào)整或變換個(gè)別元件，即可用于加工另外一種工件的夾具。.組合夾具：在夾具零件、部件完全標(biāo)準(zhǔn)化的基礎(chǔ)上，利用積木化原理，針對(duì)不同的加工對(duì)象和加工要求，拼裝組合而成的專(zhuān)用夾具。2.夾具概述2.夾具概述三.夾具的組成1.定位元件確定工件在夾具中位置的元件。2.夾緊元件用來(lái)夾緊工件的元件。3.引導(dǎo)元件確定夾具相對(duì)于機(jī)床或刀具位置的元件。4.夾具體夾具的基礎(chǔ)件，它將夾具的其他各元件連成一體。5.其他元件如分度盤(pán)、機(jī)械傳動(dòng)裝置等。2.夾具概述2.夾具概述四、工件在夾具中加工精度的保證（1）夾具定位元件相對(duì)于夾具在機(jī)床上的安裝基

5、準(zhǔn)應(yīng)具有正確的位置。（2）夾具在機(jī)床上的安裝基準(zhǔn)相對(duì)于機(jī)床應(yīng)具有正確的位置。（3）刀具切削刃相對(duì)于夾具定位元件應(yīng)具有正確的位置。2.4定位原理一.六點(diǎn)定位原則 用適當(dāng)分布的六個(gè)支撐點(diǎn)來(lái)約束工件的六個(gè)自由度，每個(gè)支承點(diǎn)相應(yīng)地消除工件的一個(gè)自由度。2.4定位原理v第一類(lèi)自由度:對(duì)加工精度有影響必須加以限制的自由度。v第二類(lèi)自由度：對(duì)加工精度沒(méi)有影響不必須加以限制的自由度。過(guò)定位：工件的某個(gè)或幾個(gè)自由度被重復(fù)約束了兩次或更多次。欠定位:工件的某個(gè)自由度沒(méi)有被限制。2.4定位原理v例一 銑平面1，工序尺寸 ，用調(diào)整法加工,問(wèn)應(yīng)限制哪些自由度？AA02.4定位原理v例二 用圓柱銑刀在臥式銑床上加工F面,

6、問(wèn)應(yīng)限制哪些自由度?2.4定位原理v例三 在立式鉆床上鉆一個(gè)與外徑為 同軸線的 通孔, 問(wèn)應(yīng)限制哪些自由度? dD2.4定位原理二、常見(jiàn)定位元件及其所限制的自由度見(jiàn)表-（）v 作業(yè) 2.12.5定位方式一.工件以平面定位1.支撐釘 平頭支撐釘 球頭支撐釘 齒紋平面支撐釘精基準(zhǔn)定位 粗基準(zhǔn)定位 粗糙表面的側(cè)面定位2.5定位方式 過(guò)渡配合 1.用三個(gè)支承釘支承大平面時(shí)，三釘間距應(yīng)盡可能拉開(kāi)。.用兩個(gè)支承釘支承狹長(zhǎng)的平面時(shí)，兩釘間距應(yīng)盡可能長(zhǎng)。.幾個(gè)支承釘在夾具安裝好以后，應(yīng)對(duì)支承釘定位面統(tǒng)一進(jìn)行一次磨削，以保證它們?cè)谕黄矫妗?.5定位方式注意:1.支撐釘支撐較大平面時(shí),通常每個(gè)支撐釘可視為一個(gè)點(diǎn)

7、，能限制一個(gè)自由度。2.根據(jù)支撐釘位置的不同而產(chǎn)生不同的作用。2.5定位方式2.支撐板A型支撐板結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,但埋頭螺釘處理切屑比較困難,適用于側(cè)面和頂面定位。B型支撐板在螺釘處帶有斜凹槽，易于清除切屑，適用于底面定位。支撐板多用于精基準(zhǔn)。2.5定位方式3.可調(diào)支撐一種可以調(diào)節(jié)的定位元件，主要用于工件毛坯尺寸及形狀變化較大的場(chǎng)合。2.5定位方式4.自位支撐 又稱(chēng)浮動(dòng)支撐，主要用于粗基準(zhǔn)及階梯面的定位。優(yōu)點(diǎn)：不會(huì)產(chǎn)生過(guò)定位。缺點(diǎn)：穩(wěn)定性較差，必要時(shí)應(yīng)預(yù)緊。2.5定位方式5.輔助支撐不是定位元件，但可以在定位 過(guò)程中增加工件定位的剛性及穩(wěn)定性。輔助支撐在使用時(shí)不應(yīng)破壞工件的正確定位。2.5 定位方式推

8、式輔助支撐彈性輔助支撐2.5定位方式二.工件以?xún)?nèi)孔定位 1.剛性心軸錐形心軸 過(guò)盈配合圓柱心軸 間隙配合心軸定心精度高， 定心精度高， 安裝方便，軸向定位精度低。 傳遞一定扭矩，但安裝費(fèi)時(shí) 定心精度較差。2.5定位方式2.定位銷(xiāo)固定式定位銷(xiāo)可換式定位銷(xiāo)過(guò)盈配合間隙配合2.5定位方式三.工件以外圓定位 1.V形塊外圓定位中用得最多的定位元件。安裝工件方便，工件定位后對(duì)中性好。對(duì)完整或不完整的外圓柱面都能適用。V形塊的結(jié)構(gòu)和基本尺寸均已標(biāo)準(zhǔn)化。2.5定位方式2.5定位方式2.定位套筒工件外圓與套筒內(nèi)孔配合為間隙配合。定位元件結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，安裝工件方便，但定心精度不高。2.5定位方式四.工件以組合表面定

9、位1.一面一孔定位2.5定位方式2.一面兩孔定位v 作業(yè) 2.22.6定位誤差一.定位誤差1.定義:由于定位所引起的工件的工序基準(zhǔn)沿工序尺寸上的最大偏移量。2.產(chǎn)生原因: a)定位基準(zhǔn)和工序基準(zhǔn)不重合 b)定位基準(zhǔn)相對(duì)于定位元件不確定3.定位誤差的組成a)基準(zhǔn)不重合誤差b)基準(zhǔn)位移誤差jbjy2.6定位誤差二、定位誤差的計(jì)算jyjbd2.6定位誤差二.定位誤差的計(jì)算（1）工件以平面定位時(shí)的定位誤差例1銑削凹槽，用調(diào)整法加工，要求保證尺寸b、H和B。求定位誤差？2.6 定位誤差（2）工件以圓孔定位時(shí)的定位誤差例2 工件以?xún)?nèi)孔中心O為定位基準(zhǔn)，套在心軸中心O1上，加工上平面，保證 。工件孔徑為 ，

10、心軸直徑為 孔和軸的最小間隙配合為X 。求（1）定位心軸水平放置時(shí)的定位誤差？（2）定位心軸垂直放置 時(shí)的定位誤差？ AA0ddDD02.6 定位誤差(3)工件以外圓定位時(shí)的定位誤差例3 在一圓柱體上鉆一直徑8mm的小孔,要求保證孔的位置尺寸 ，工件的外徑為用V形塊定位。求定位誤差？2/AADD02.6 定位誤差例4 在圓柱體銑槽。求該工序的定位誤差？2.6 定位誤差（4）工件以組合表面定位時(shí)的定位誤差2.6 定位誤差三、保證滿(mǎn)足工件加工精度的條件1.工件在夾具中加工時(shí)加工誤差的組成（1）定位誤差（2）對(duì)定誤差（3）其他加工誤差2.加工誤差不等式考慮單項(xiàng)誤差時(shí)qtddd)2131(d 作業(yè) 2

11、.3 2.5 2.62.7 工件的夾緊一、對(duì)夾緊裝置的基本要求1.夾緊裝置（1）動(dòng)力裝置：產(chǎn)生夾緊力的動(dòng)力源。（2）夾緊機(jī)構(gòu)：將原始作用力轉(zhuǎn)化為夾緊力，實(shí)現(xiàn) 夾緊動(dòng)作和夾緊效果。2.對(duì)夾緊裝置的要求（1）夾得穩(wěn)（2）夾得好（3）夾得快2.7 工件的夾緊二、夾緊力三要素的確定 夾緊點(diǎn)、夾緊力的方向、夾緊力的大小1.夾緊力的作用點(diǎn)（1）夾緊力的作用點(diǎn)應(yīng)落在支承元件上或幾個(gè)支承元件所形成的表面內(nèi)。2.7 工件的夾緊（2）夾緊力的作用點(diǎn)應(yīng)落在工件剛性較好的部位。2.7 工件的夾緊（3）夾緊力的作用應(yīng)盡量靠近加工面，以增加夾緊的可靠性，防止和減小工件的振動(dòng)。2.7 工件的夾緊2.夾緊力的方向（1）夾緊力

12、的方向應(yīng)朝向工件的主要定位基準(zhǔn)，以保證工件與定位元件可靠地接觸。2.7 工件的夾緊（2）夾緊力的方向應(yīng)有利于減小所需要夾緊力的大小。PKQ)/(21ffKPQ2.7 工件的夾緊3.夾緊力的大小三、常用典型夾緊機(jī)構(gòu)1.斜楔夾緊機(jī)構(gòu) 利用斜面楔緊作用的原理來(lái)夾緊工件的。直接利用有斜面的斜塊來(lái)夾緊工件。螺釘、偏心輪都是斜塊的變形。2.7 工件的夾緊（1）增力比的確定tan)/tan(21 PQ2.7 工件的夾緊PQiQtan)tan(121Qi夾緊機(jī)構(gòu)的增力比：夾緊機(jī)構(gòu)所能產(chǎn)生的夾緊力Q與原始作用力P之比。對(duì)于斜楔夾緊機(jī)構(gòu)（2）自鎖條件02.7 工件的夾緊機(jī)構(gòu)在自鎖情況下受力平衡，即 和 的大小相等

13、，方向相反，并位于一條直線上。設(shè)一般，鋼和鐵的摩擦系數(shù)f=0.10.15，于是， 摩擦角QR2102120038345)15. 01 . 0arctan(171102.7 工件的夾緊3tan)tan(121Qi即機(jī)構(gòu)自鎖條件為增力比斜楔夾緊機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，增力比較小，夾緊行程小。增大升角可增大行程，但自鎖性能差。手動(dòng)夾緊和松開(kāi)時(shí)要敲擊，用于夾緊力不大的場(chǎng)合。17112.7 工件的夾緊2.螺旋夾緊機(jī)構(gòu) 方牙螺紋tan)tan()2/(210rdPLQtan)tan()2/(210rdLiQ140Qi螺旋夾緊機(jī)構(gòu)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，增力比大，自鎖性能好，夾緊可靠，但夾緊操作時(shí)間較長(zhǎng)。2.7 工件的夾緊3.偏

14、心夾緊機(jī)構(gòu) 斜楔夾緊機(jī)構(gòu)的一種變形，利用偏心輪的偏心距來(lái)夾緊機(jī)構(gòu)。2014eD自鎖條件：行程條件：4 . 1/ )(4321sssse2.7 工件的夾緊夾緊力:增力比: 偏心夾緊機(jī)構(gòu)機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)單,夾緊迅速、方便，但增力比較小，夾緊行程較小，自鎖性能差，常用于加工工程中切削力及振動(dòng)不大的場(chǎng)合。tan)tan(/21pPLQtan)tan(/21pQLi1312Qi2.7 工件的夾緊4.鉸鏈夾緊機(jī)構(gòu)2.7 工件的夾緊5 . 2/05LNCiQ鉸鏈夾緊機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)單，特別適用于氣、液壓夾具，易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，在生產(chǎn)中應(yīng)用廣泛。但機(jī)構(gòu)本身自鎖性能較差，在氣液回路中應(yīng)有保壓措施，以保證夾緊穩(wěn)定可靠。2.7 工件的夾

15、緊5.多件夾緊機(jī)構(gòu)（1）平行式夾緊機(jī)構(gòu)（2）順序式夾緊機(jī)構(gòu)2.7 工件的夾緊五、夾具的動(dòng)力裝置1.氣動(dòng)夾緊 動(dòng)力源為壓縮空氣，動(dòng)力裝置為氣缸。優(yōu)點(diǎn)：成本低，夾緊動(dòng)作迅速，操作簡(jiǎn)單。缺點(diǎn)：夾緊力不夠大。夾緊剛性較差，工作不夠平穩(wěn)，噪聲較大。2.7 工件的夾緊2.液壓夾緊 動(dòng)力源為高壓油，動(dòng)力裝置為油缸。優(yōu)點(diǎn)：剛性好,工作穩(wěn)定,夾緊可靠。 夾具體積減小，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、緊湊。 噪音小，操作簡(jiǎn)單，工作迅速。缺點(diǎn)：與氣壓夾緊相比，成本較高。 有壓力油泄露現(xiàn)象。3.氣-液聯(lián)合夾緊 動(dòng)力源為壓縮空氣，動(dòng)力裝置為油缸。2.7 工件的夾緊優(yōu)點(diǎn)：工作油缸體積很小，安裝在夾具中靈活方便，成本低于液壓夾緊，又不需要專(zhuān)門(mén)的

16、高壓供油系統(tǒng)。2.8 典型機(jī)床夾具一、鉆床夾具1.鉆床夾具的主要類(lèi)型 鉆床夾具稱(chēng)為鉆模，它是使用鉆頭、擴(kuò)孔鉆和絞刀等工具進(jìn)行孔加工的機(jī)床夾具。 鉆床夾具的特點(diǎn)：通過(guò)鉆套引導(dǎo)刀具進(jìn)行加工。 根據(jù)使用上的不同要求,鉆床夾具可分為: 固定式、回轉(zhuǎn)式、翻轉(zhuǎn)式和滑柱式（1）固定失鉆模 鉆模板與夾具體固定連接，加工過(guò)程中鉆模的位置固定不動(dòng)。 一般用于立式鉆床加工單孔或搖臂鉆床上加工平行孔系。2.8 典型機(jī)床夾具 在立式鉆床安裝鉆模時(shí)，一般應(yīng)將裝在主軸上的鉆頭（精度要求高時(shí)用心軸）鉆套中，以確定鉆模的位置，然后將其緊固在機(jī)床工作臺(tái)上。這樣即可減小鉆模的磨損，又可保證鉆孔有較高的尺寸精度。2.8 典型機(jī)床夾具

17、（2）回轉(zhuǎn)式鉆模 用于加工同一圓周上的平行孔系，或分布在同圓周上的徑向孔系。2.8 典型機(jī)床夾具（3）滑柱式鉆模 一種鉆模板裝在可升降的滑柱上的鉆模。2.8 典型機(jī)床夾具2.鉆套 引導(dǎo)孔加工刀具的元件。其作用是確定刀具相對(duì)夾具定位元件的相對(duì)位置，引導(dǎo)鉆頭等孔加工刀具，提高其剛性，防止在加工中發(fā)生偏斜。 按鉆套的機(jī)構(gòu)和使用情況，可分為固定式、可換式、快換式鉆套和特殊鉆套，前三種均已標(biāo)準(zhǔn)化。（1）鉆套的構(gòu)造2.8 典型機(jī)床夾具a、b是固定式鉆套。鉆套外徑以H7/n6配合直接壓入鉆模板的孔中。多用于中、小批生產(chǎn)，使用過(guò)程不需要更換的場(chǎng)合。結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，可獲得較高的精度。c可換式鉆套d快換式鉆套 用于一次

18、安裝中順次進(jìn)行鉆、擴(kuò)、絞孔，需要使用不同內(nèi)徑的鉆套引導(dǎo)刀具時(shí)。2.8 典型機(jī)床夾具用于加工深坑地 用于加工 用于加工孔面孔的加長(zhǎng)鉆套 曲面上的孔 間距很小的孔2.8 典型機(jī)床夾具（2）鉆套內(nèi)徑尺寸及其偏差和其他有關(guān)尺寸v 鉆套的高度Hv鉆套高度H太小時(shí)，導(dǎo)向作v用差。太大時(shí)，增加摩擦。v對(duì)于加工精度要求較高的孔，v或加工孔徑較小時(shí)，比值應(yīng)v取較大值，反之取小值。5 . 21dH2.8 典型機(jī)床夾具v 鉆套與工件間的排屑間隙Cv 加工鑄鐵等脆性材料，間隙C值取小值；加工鋼件時(shí)，C值應(yīng)取大值。v 鉆套內(nèi)徑與刀具的配合v 采用間隙配合。鉆套內(nèi)徑基本尺寸d應(yīng)該為刀具最大極限尺寸，以防止加工時(shí)刀具與鉆套

19、咬死。v 鉆孔、擴(kuò)孔鉆套內(nèi)徑可按F7制造；鉸孔鉆套內(nèi)徑配合：粗鉸孔時(shí)取G7配合；精鉸孔時(shí)取G6配合。dC) 131(2.8 典型機(jī)床夾具3、鉆模板 按鉆模板與夾具體的連接方式有固定式、鉸鏈?zhǔn)健覓焓?、升降式和可拆式等?.8 典型機(jī)床夾具二、銑床夾具 1.銑床夾具的主要類(lèi)型v單件加工的銑床夾具v 單件加工的、直線進(jìn)給的v銑床夾具。v定位方式：一面兩孔v定位元件：支承板、一個(gè)圓柱銷(xiāo)v 一個(gè)菱形銷(xiāo)v夾緊機(jī)構(gòu)：螺旋壓板機(jī)構(gòu)v定位鍵5確定夾具與機(jī)床的相對(duì)位置。v對(duì)刀塊4確定刀具與夾具的相對(duì)位置。2.8 典型機(jī)床夾具v 多件加工的銑床夾具v 直線進(jìn)給的，多件v 加工的銑床夾具。v 定位元件：V形塊v 支

20、承釘v 采用多件夾緊機(jī)構(gòu)，v 輔助時(shí)間少，生產(chǎn)v 效率高，適用于成v 批大量生產(chǎn)。2.8 典型機(jī)床夾具v 雙工位銑床夾具v 用于銑削后橋主動(dòng)錐齒輪軸的兩個(gè)端面。v 定位元件：v V形塊、定位銷(xiāo)v 夾緊機(jī)構(gòu)：v 螺旋壓板機(jī)構(gòu)v 成批生產(chǎn)2.8 典型機(jī)床夾具2.定位鍵確定夾具相對(duì)于機(jī)床進(jìn)給方向的正確定位。為了提高定向精度，定位鍵上部與夾具體地面的槽配合，下部與機(jī)床工作臺(tái)的T形槽配合。兩定位鍵，在夾具允許的范圍內(nèi)應(yīng)盡量布置得遠(yuǎn)些，以提高夾具的安裝精度。2.8 典型機(jī)床夾具（3）對(duì)刀元件 為迅速確定刀具相對(duì)于夾具的相對(duì)位置，銑床夾具常使用對(duì)刀元件，她由對(duì)刀塊及塞尺組成。典型機(jī)床夾具（四）對(duì)銑床夾具的要求 由于銑削時(shí)切削力較大，且為不連續(xù)切削，易產(chǎn)生振動(dòng)，因此銑床夾具應(yīng)有足夠的強(qiáng)度和剛度。應(yīng)使工件的 加工表面盡可能地靠近工作臺(tái)面，以降低夾具的重心。通常夾具體的高度與其寬度之比限制在HB1125范圍內(nèi)。根據(jù)實(shí)際情況還設(shè)置必要的加強(qiáng)筋，以提高夾具的剛性和抗振性。此外，銑削加工時(shí)切屑較多，夾具應(yīng)有足夠的排屑空間。清理切屑要安全方便，并注意切屑的方向。2.9 夾具設(shè)計(jì)的方法和步驟一、夾具設(shè)計(jì)的任務(wù) 為明確設(shè)計(jì)任務(wù),首先應(yīng)分析研究工件的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、材料、生產(chǎn)類(lèi)型及有關(guān)