第四章工件的定位及機(jī)床夾具設(shè)計(jì)

1、 第四章 工件的定位及機(jī)床夾具設(shè)計(jì)機(jī)床夾具的組成及分類(lèi) 4.1工件的定位 4.2常用定位方式與定位元件 4.34.44.74.64.5工件在夾具中的定位誤差分析 工件在夾具中的夾緊 典型機(jī)床夾具的設(shè)計(jì)要點(diǎn) 專(zhuān)用機(jī)床夾具的設(shè)計(jì)方法 計(jì)算機(jī)輔助夾具設(shè)計(jì) 4.84.14.1.1 機(jī)床夾具的組成機(jī)床夾具的組成及分類(lèi) . 定位元件 定位元件保證工件在夾具中處于正確的位置。 . 夾緊裝置 . 對(duì)刀或?qū)蜓b置 對(duì)刀或?qū)蜓b置用于確定刀具相對(duì)于定位元件的正確位置。 夾緊裝置的作用是將工件壓緊夾牢，保持工件在定位時(shí)所占據(jù)的正確位置，并在加工過(guò)程中受到外力(切削力等)作用時(shí)不發(fā)生變化(即位移及振動(dòng)) 。2022-

2、5-14. 連接元件 連接元件是確定夾具在機(jī)床上正確位置的元件。 . 夾具體 夾具體是機(jī)床夾具的基礎(chǔ)件。 . 其他裝置或元件 它們是指夾具中因特殊需要而設(shè)置的裝置或元件。2022-5-144.1.2 機(jī)床夾具的分類(lèi) . 按夾具的通用特性分類(lèi) )通用夾具 )專(zhuān)用夾具 )可調(diào)夾具 )成組夾具 )組合夾具 )自動(dòng)線夾具 自動(dòng)線夾具一般分為兩種:一種為固定式夾具；另一種為隨行夾具。 2022-5-14. 按夾具使用的機(jī)床分類(lèi) . 按夾具動(dòng)力源來(lái)分類(lèi) 按夾具夾緊動(dòng)力源可將夾具分為手動(dòng)夾具和機(jī)動(dòng)夾具兩大類(lèi)。 按使用的機(jī)床分類(lèi)，可把夾具分為車(chē)床夾具、銑床夾具、鉆床夾具、鏜床夾具、磨床夾具、齒輪機(jī)床夾具、數(shù)控

3、機(jī)床夾具等。2022-5-144.2.1 工件定位原理 . 六點(diǎn)定位規(guī)則。如圖4-3所示。 . 工件定位應(yīng)限制的自由度。如圖4-4所示。 4.2 工件的定位 2022-5-144.2.2 工件正確定位與自由度的關(guān)系 為使工件具有一個(gè)正確位置，所以定位元件必須滿(mǎn)足以下幾點(diǎn)要求: ()應(yīng)具有一定的精度。 ()應(yīng)具有良好的耐磨性。 ()應(yīng)具有足夠的剛性。 ()應(yīng)具有良好的工藝性。 2022-5-144.3.1 工件以平面定位 . 固定支承 )支承釘。如圖4-5所示。 4.3 常用定位方式與定位元件 工件以平面定位時(shí)，定位元件常用三個(gè)支承釘或兩個(gè)以上支承板組成的平面進(jìn)行定位。 2022-5-14)支承

4、板 多用于精基準(zhǔn)定位，有時(shí)可用一塊支承板代替兩個(gè)支承釘，如圖4-6所示。 2022-5-14. 可調(diào)支承 它是指頂端位置可在一定高度范圍內(nèi)調(diào)整的支承，適用于形狀、尺寸變化較大的粗基準(zhǔn)定位，亦可用于同一夾具加工形狀相同而尺寸不同的工件 。如圖4-7所示。. 自位支承 它是在工件定位過(guò)程中，能隨工件定位基準(zhǔn)面位置的變化而自動(dòng)與之適應(yīng)的多點(diǎn)接觸的浮動(dòng)支承，其作用相當(dāng)于一個(gè)定位支承點(diǎn)，限制工件的一個(gè)自由度 。如圖4-8所示。2022-5-144.3.2 工件以圓孔定位 常用定位元件有以下幾種：. 定位銷(xiāo) )固定式定位銷(xiāo)。如圖4-10所示。 2)可換式定位銷(xiāo)。如圖4-11所示。2022-5-14. 定位

5、心軸 )圓柱心軸。如圖4-14所示。 )錐度心軸。 2022-5-144.3.3 工件以外圓柱面定位 . 形塊。 形塊可分固定式與活動(dòng)式兩種。如圖4-15所示。 1）固定式：長(zhǎng)V形塊限制工件四個(gè)自由度，短V形塊限制工件兩個(gè)自由度。 2）活動(dòng)式：短V形塊只限制一個(gè)自由度。2022-5-14. 定位套筒 定位套筒的結(jié)構(gòu)形式如圖4-17所示，圖4-17)結(jié)構(gòu)用于工件以端面為主要定位基準(zhǔn)；圖 4-17)結(jié)構(gòu)用于以工件外圓柱為主要定位基面；圖4-17)結(jié)構(gòu)用于工件以圓柱端面為定位基面。2022-5-144.3.4 工件以組合表面定位 . 一個(gè)平面和兩個(gè)與其垂直的孔的組合 在成批和大量生產(chǎn)中加工箱體、杠桿

6、、蓋板等零件時(shí)，常常采用以一平面和兩定位孔作為定位基準(zhǔn)實(shí)現(xiàn)組合定位，該組合定位方式簡(jiǎn)稱(chēng)為一面兩孔定位。如圖4-18所示。2022-5-14. 一孔與一端面組合 ()如圖4-20所示，通常采用端面為第一定位基準(zhǔn)。 ()如圖4-21所示，以孔中心線作為第一定位基準(zhǔn)。2022-5-144.4.1 定位誤差產(chǎn)生的原因 工件在夾具中定位時(shí)，各個(gè)工件位置不一致的原因主要有兩種情況: （1）定位基準(zhǔn)與限位基準(zhǔn)不重合，產(chǎn)生的基準(zhǔn)位移誤差， （2）定位基準(zhǔn)與工序基準(zhǔn)不重合，產(chǎn)生的基準(zhǔn)不重合誤差。 . 基準(zhǔn)位移誤差 。如圖4-22所示。 可按下式計(jì)算: 4.4 工件在夾具中的定位誤差分析 2022-5-14. 基

7、準(zhǔn)不重合誤差 。如圖4-23所示?；鶞?zhǔn)不重合誤差為 2022-5-144.4.2 定位誤差的分析與計(jì)算. 平面定位時(shí)的定位誤差 工件以平面定位時(shí)可能產(chǎn)生的定位誤差，主要由基準(zhǔn)不重合引起。分析和計(jì)算基準(zhǔn)不重合誤差的重點(diǎn)，在于找出聯(lián)系設(shè)計(jì)基準(zhǔn)和定位基準(zhǔn)間的定位尺寸 ，然后按下式計(jì)算即可求出基準(zhǔn)不重合誤差的大小。. 工件以圓孔定位時(shí)的定位誤差 ()工件上圓孔與剛性心軸或心軸間隙配合，定位元件水平放置。 ()工件圓孔與剛性心軸或定位銷(xiāo)間隙配合，定位元件垂直放置。 ()工件圓孔與剛性心軸或定位銷(xiāo)過(guò)盈配合，定位元件水平或垂直放置。. 工件以外圓表面定位時(shí)的定位誤差2022-5-144.5.1 夾緊裝置的組

8、成 一般夾緊裝置由三部分組成。如圖4-28所示。 ()力源裝置。 ()夾緊元件。 ()中間傳力機(jī)構(gòu)。 4.5 工件在夾具中的夾緊 2022-5-144.5.2 工件夾緊的基本要求()在夾緊過(guò)程中應(yīng)能保持工件定位時(shí)所獲得的正確位置。()夾緊應(yīng)可靠和恰當(dāng)， 夾緊機(jī)構(gòu)一般要有自鎖作用，保證在加工過(guò)程中不會(huì)產(chǎn)生松動(dòng)或振動(dòng)，夾緊工件時(shí)不允許工件產(chǎn)生不適當(dāng)?shù)淖冃魏捅砻鎿p傷。()夾緊機(jī)構(gòu)的復(fù)雜程度、工作效率應(yīng)與生產(chǎn)類(lèi)型相適應(yīng)，盡量做到結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，便于制造和維修，并盡量采用標(biāo)準(zhǔn)化元件。()夾緊裝置應(yīng)操作方便，省力、安全。 2022-5-144.5.3 夾緊力的確定. 夾緊力作用點(diǎn)的選擇原則 ()夾緊力的作用點(diǎn)應(yīng)

9、正對(duì)定位元件或作用在定位元件所形成的支承面內(nèi)。如圖4-29所示。()夾緊力的作用點(diǎn)應(yīng)位于工件剛性好的部位。如圖4-30所示。()夾緊力的作用點(diǎn)應(yīng)盡量靠近加工表面。如圖4-31所示。 2022-5-14. 夾緊力作用方向的選擇原則 ()夾緊力的方向應(yīng)垂直于主要定位基面，以保證加工精度。如圖4-32所示。 ()夾緊力方向應(yīng)與工件剛度最大的方向一致，以減小工件的夾緊變形。如圖4-33所示的加工時(shí)的兩種夾緊方式。2022-5-14()夾緊力方向應(yīng)盡量與切削力、重力等力的方向一致，以減小夾緊力。如圖4-34所示。 . 夾緊力大小的估算 在確定夾緊力時(shí)，可將機(jī)床夾具和工件看成為一個(gè)整體，將作用在工件上的切

10、削力、夾緊力、重力和慣性力等列出靜力平衡方程式，求出理論夾緊力。 為使夾緊可靠，應(yīng)再乘以一安全系數(shù) 。考慮到切削力的變化、切削條件的變化、夾緊裝置產(chǎn)生的夾緊力的穩(wěn)定性等因素的影響，一般在粗加工時(shí)取 . ，精加工時(shí)可取 . 。2022-5-144.5.4幾種典型夾緊機(jī)構(gòu). 斜楔夾緊機(jī)構(gòu) 如圖4-35所示為幾種斜楔夾緊機(jī)構(gòu)示例。其中如圖4-35)所示為夾具直接采用斜楔夾緊，如圖4-35)所示為斜楔、滑柱與杠桿組合夾緊機(jī)構(gòu)，如圖4-35) 。2022-5-14. 螺旋夾緊機(jī)構(gòu) 螺旋機(jī)構(gòu)既可以單獨(dú)組成夾緊機(jī)構(gòu)(圖4-37)，也可以與其他機(jī)構(gòu)聯(lián)合組成夾緊機(jī)構(gòu)(圖4-38)。. 偏心夾緊機(jī)構(gòu) 偏心夾緊機(jī)構(gòu)

11、是通過(guò)偏心作用原理或與其他元件組合而夾緊工件的，屬斜楔夾緊機(jī)構(gòu)的一種變形。如圖4-39所示為偏心壓板夾緊機(jī)構(gòu)。 2022-5-14. 定心夾緊機(jī)構(gòu) 如圖4-41所示。 ()是利用斜楔、螺旋、偏心、齒輪和齒條等剛性元件，使定位夾緊元件作等速位移來(lái)實(shí)現(xiàn)定心夾緊，常見(jiàn)的有三爪定心卡盤(pán)、齒輪式偏心機(jī)構(gòu)等。圖4-42所示為螺旋活動(dòng) 形塊式夾緊機(jī)構(gòu)。圖4-43所示為齒輪偏心式定心夾緊機(jī)構(gòu)。 ()利用薄壁彈性元件受力后產(chǎn)生的均勻變形，使工件定位夾緊的機(jī)構(gòu)。如圖4-44所示。2022-5-142022-5-14. 鉸鏈杠桿增力機(jī)構(gòu) 如圖4-45所示為單作用鉸鏈杠桿夾緊機(jī)構(gòu)。 2022-5-14. 多件多位夾緊

12、機(jī)構(gòu) )多件平行夾緊機(jī)構(gòu) ； )多件順序夾緊機(jī)構(gòu) ； )多位夾緊機(jī)構(gòu) . 夾緊裝置的動(dòng)力源 夾緊裝置的夾緊方式有兩種，手動(dòng)夾緊和機(jī)動(dòng)夾緊。手動(dòng)夾緊時(shí)的動(dòng)力源是人力。在大批量生產(chǎn)中均使用氣動(dòng)、液壓、氣液聯(lián)動(dòng)等動(dòng)力源的機(jī)動(dòng)夾緊方式，以代替手動(dòng)夾緊。2022-5-144.6.1鉆床夾具4.6 典型機(jī)床夾具的設(shè)計(jì)要點(diǎn) . 鉆床夾具的類(lèi)型 )固定式鉆床夾具。 )回轉(zhuǎn)式鉆床夾具。. 鉆套 ()固定式鉆套。如圖4-53)、)所示 。 ()可換式鉆套。如圖4-53c)所示。 ()快換式鉆套。如圖4-53d)所示。 ()特殊鉆套。如圖4-54a)是供鉆凹坑內(nèi)孔用的。圖4-54b)是供鉆圓弧或斜面上孔用。 . 鉆

13、模板 . 鉆套的高度和排屑間隙 2022-5-142022-5-144.6.2銑床夾具 . 單件加工的銑床夾具 。圖4-57所示為用于銑削槽的銑床夾具。 . 多件加工的銑床夾具 。圖4-58所示是銑削連桿小頭兩個(gè)端面的夾具。 2022-5-14. 銑床夾具的結(jié)構(gòu)特點(diǎn) )對(duì)刀元件：對(duì)刀元件是專(zhuān)用銑床夾具上確定銑刀相對(duì)于夾具定位元件間正確位置的元件。如圖4-59所示。 )定位鍵：定位鍵是保證銑床夾具對(duì)銑床工作臺(tái)間相對(duì)位置的連接元件。如圖4-60所示。2022-5-14 4.7.1設(shè)計(jì)準(zhǔn)備 在決定夾具總體方案之前，應(yīng)該搜集和掌握下列必要的資料。 ()生產(chǎn)綱領(lǐng) ()零件圖及工序圖 ()零件工藝規(guī)程 (

14、)夾具結(jié)構(gòu)及標(biāo)準(zhǔn) 4.7.2 定位方案的確定 4.7 專(zhuān)用機(jī)床夾具的設(shè)計(jì)方法 在考慮定位方案時(shí)，應(yīng)該按工件的精度要求，工序內(nèi)容，來(lái)決定應(yīng)限制的自由度數(shù)目，進(jìn)而選擇好定位基準(zhǔn)，并考慮所需的定位元件。2022-5-144.7.3 夾緊方案的確定 考慮夾緊方案時(shí)，應(yīng)該遵循前面講過(guò)的夾緊原則，運(yùn)用夾緊的有關(guān)的知識(shí)，確定夾緊力的方向，施力點(diǎn)的布局，進(jìn)行夾緊力的估算，設(shè)計(jì)或選擇動(dòng)力源，并初步考慮夾緊機(jī)構(gòu)的具體結(jié)構(gòu)。2022-5-144.7.4對(duì)刀裝置和夾緊裝置的確定 具體結(jié)構(gòu)如圖4-63、4-64所示。 2022-5-144.7.5夾具總圖的繪制 夾具總圖上應(yīng)標(biāo)出夾具名稱(chēng)、零件編號(hào)、填寫(xiě)零件明細(xì)表等，其余

15、和一般機(jī)械裝配圖相同，如圖4-65所示。2022-5-144.7.6有關(guān)尺寸和技術(shù)要求的標(biāo)注. 應(yīng)標(biāo)注的尺寸 ()工件與定位元件的聯(lián)系尺寸 ()夾具與刀具的聯(lián)系尺寸 ()夾具與機(jī)床的聯(lián)系尺寸 ()夾具內(nèi)部的配合尺寸 ()夾具的外廓尺寸 . 應(yīng)標(biāo)注的技術(shù)條件 ()定位元件之間或定位元件與夾具體底面間的位置要求。 ()定位元件、對(duì)刀元件與連接元件(或找正基面)間的位置要求。 ()定位元件與導(dǎo)向元件的位置要求，如圖4-66所示。2022-5-144.8.1計(jì)算機(jī)輔助夾具設(shè)計(jì)基本原理 4.8 計(jì)算機(jī)輔助夾具設(shè)計(jì) 圖4-67所示為計(jì)算機(jī)輔助夾具設(shè)計(jì)系統(tǒng)的總體框圖。 2022-5-144.8.2計(jì)算機(jī)輔助

16、夾具設(shè)計(jì)應(yīng)用軟件 計(jì)算機(jī)輔助夾具設(shè)計(jì)系統(tǒng)(圖4-67)通常要求配置如下軟件: ()系統(tǒng)軟件 ()支撐軟件 ()應(yīng)用軟件 4.8.3程序庫(kù)及其建立方法 ()用于定位元件尺寸設(shè)計(jì)計(jì)算與定位精度分析的程序。()用于導(dǎo)向和對(duì)刀元件尺寸設(shè)計(jì)計(jì)算與導(dǎo)向精度分析的程序。()用于夾緊力計(jì)算與夾緊元件設(shè)計(jì)計(jì)算的程序。()用于其他夾具元件設(shè)計(jì)計(jì)算的程序。()用于夾具設(shè)計(jì)中平面及空間角度和坐標(biāo)的計(jì)算程序。()用于某些典型夾具(如齒面定位夾具、薄膜卡盤(pán)等)設(shè)計(jì)計(jì)算程序等。2022-5-144.8.4 數(shù)據(jù)庫(kù)及其建立方法 數(shù)據(jù)庫(kù)通常是指以一定組織方式存儲(chǔ)在一起的相互有關(guān)的數(shù)據(jù)集合，它能以最佳方式為多種用途服務(wù)。計(jì)算機(jī)輔

17、助夾具設(shè)計(jì)系統(tǒng)的功能:一是存儲(chǔ)夾具設(shè)計(jì)所用的各種數(shù)據(jù)，二是保留夾具設(shè)計(jì)過(guò)程中產(chǎn)生的各種信息。夾具設(shè)計(jì)所用的數(shù)據(jù)主要包括兩大類(lèi):一類(lèi)是標(biāo)準(zhǔn)夾具元件的結(jié)構(gòu)尺寸，另一類(lèi)是設(shè)計(jì)中使用的各種表格數(shù)據(jù)、公式及線圖數(shù)據(jù)等。這兩類(lèi)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)均可利用現(xiàn)有的微機(jī)數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)。當(dāng)采用上述微機(jī)數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)時(shí)，各種數(shù)據(jù)均以二維數(shù)表的形式輸入。 數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)是數(shù)據(jù)庫(kù)的核心，負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)、檢索、修改及安全保護(hù)等。同時(shí)，數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)的建立是一項(xiàng)很復(fù)雜的工作。2022-5-144.8.5圖形庫(kù)的建立方法 計(jì)算機(jī)輔助夾具設(shè)計(jì)系統(tǒng)的圖形庫(kù)主要內(nèi)容有以下四類(lèi): ()標(biāo)準(zhǔn)夾具元件及組件圖形，如定位元件、導(dǎo)向元件、輔助支承、典型夾緊機(jī)構(gòu)等。 ()夾具設(shè)計(jì)時(shí)用到的通用機(jī)械零件圖形，如螺釘、螺母等。 ()夾具體等非標(biāo)準(zhǔn)夾具元件圖形。 ()夾具設(shè)計(jì)時(shí)用到的各種標(biāo)準(zhǔn)符號(hào)、文字、框格等圖形，如定位夾緊符號(hào)、形位公差標(biāo)注等。 4.8.6計(jì)算機(jī)輔助繪制夾具裝配圖介紹借助于 圖形軟件來(lái)繪制夾具裝配圖的要點(diǎn) . 夾具元件圖形的編目與檢索 . 圖形的拼接 2022-5-144.8.7 繪圖步驟 ()用假想線畫(huà)出零件輪廓圖，并將定位、夾緊及加工部位表示出來(lái)。 ()根據(jù)程序或菜單方法調(diào)出選用的定位元件圖形，并將其布置在適當(dāng)?shù)奈恢蒙稀?()根據(jù)程序或菜單方法調(diào)出選用的導(dǎo)向元件圖形，并將其布置在適當(dāng)?shù)奈恢蒙稀?()根據(jù)程序或菜單方法調(diào)出