《機械制造工藝與夾具設計》機床夾具設計

1、 工件在夾具中的定位6章機床夾具概述5章 工件在夾具中的夾緊 7章授課學時26 機床夾具設計 典型機床夾具設計8章教學重點（1）工件定位原理（2）夾緊力的確定（3）典型夾緊機構設計教學難點（1）定位誤差的計算（2）夾緊力的確定 機床夾具設計 第5章 機床夾具設計5.1 概述一、裝夾的概念定位：使工件在機床（或夾具中）上占有正確的位置。裝夾概念：工件從定位到夾緊的整個過程，統(tǒng)稱為裝夾。裝夾目的：通過定位和夾緊而使工件在加工過程中始終保持其 正確的加工位置。夾緊：將工件固定的操作。4 作用： 劃線找正加工方法 夾具定位加工方法機床夾具：是在機床上用以裝夾工件的一種裝置 二、裝夾的方法 1. 直接裝

2、夾法：是利用機床上的裝夾面來對工件直接定位。 2. 找正裝夾法：能較好地適應加工對象的變換， 但費時間，效率低，勞動強度大。 主要用于單件小批生產中。 3. 夾具裝夾法：易于保證加工精度，裝夾效率高，勞動強度低。 特別適合于成批大量生產中。2. 專用夾具：三、機床夾具的概念及分類（一）按通用化程度分1. 通用夾具：如三爪卡盤、虎鉗等 應用最廣；結構已經標準化， 并由專業(yè)工廠生產，常作為機床附件供給用戶使用。 要用于單件小批生產中。 是為某一工件的某一特定工序而專門設計的。 結構緊湊，操作迅速方便；設計制造周期長，成本高； 當產品變更時常報廢； 適用于成批大量生產中。7三爪卡盤四爪卡盤萬向平口鉗

3、回轉工作臺分度頭通用夾具 4. 組合夾具： 是由一套預先制造好的各種標準元件拼裝而成的一種專用夾具。 3. 成組夾具：適用于成組加工工藝（二）按機床類型分類 5. 隨行夾具：自動線上或柔性制造系統(tǒng)中使用的夾具， 除了擔負工件的裝夾任務外，還擔負沿自動線輸送工件。 1. 鉆床夾具； 2. 鏜床夾具； 3. 銑床夾具 4. 車床夾具； 5. 磨床夾具等 9組合夾具實例10零件工序簡圖43DLLD43D43LDL34DL43DL34成組（部分元件可更換）夾具KH1KH2KH3KH4 1. 定位元件：確定工件在夾具中位置的元件。四、專用夾具的組成： 2. 夾緊裝置：用來緊固工件的裝置。 3. 對刀元件

4、：確定刀具位置的元件。 導向元件：確定刀具方向的元件。 4. 連接元件：確定夾具在機床上位置的元件。 5. 夾具體：用于連接夾具各元件及裝置，使其成為一個整體的 基礎零件。 6. 其它元件及機構：如分度機構、鎖緊機構、襯套等。 （1）與工件在夾具中裝夾有關的加工誤差，稱為工件的裝夾誤差。 分為定位誤差與夾緊誤差。 （2）與夾具相對刀具及其切削成形運動有關的加工誤差，稱為夾具的 對定誤差。 分為對刀誤差和夾具位置誤差。 （3）與加工過程中一些因素有關的誤差，稱為過程誤差。 包括工藝系統(tǒng)受力變形、熱變形及磨損等因素所造成的加工誤差。為了得到合格的零件，必須使： 此式稱為加工誤差不等式。五、夾具裝夾

5、誤差的組成： 6.1 工件定位原理工件定位的實質：就是消除這種不定度。第6章 工件的定位工件定位的任務就是通過各種定位元件限制工件的不定度，以滿足工序的加工精度要求。（一）工件定位原理（六點定位原理）： 1. 工件在夾具中的位置有六個不定度； 2. 六個不定度需要用夾具上按一定要求布置的 六個支承點來消除； 3. 其中每一個支承點相應地消除一個不定度； 4. 工件應限制的不定度數(shù)由技術條件而定。(二)應用定位原理時應注意的問題1. 完全定位：合理限制工件六個不定度的定位。2. 部分定位：工件在夾具中定位，若六個不定度沒有被全部限制。3. 欠定位：工件在夾具中定位，若應限制的不定度沒有被全部限制

6、。 工件定位不足。絕對不許采用。 4. 過定位（重復定位）：工件在夾具中定位，若幾個定位支承點重 復限制同一個或幾個不定度。工件的六點定位(c)工件應限制的不定度數(shù)由技術條件而定 (a) (b) (c) (d)6.2 定位元件的選擇與設計（一）平面定位元件（1）固定支承：在夾具中，定位支承點的位置固定不變的定位元件。1. 主要支承：工件定位時起主要的定位作用。2. 輔助支承（2）可調支承：在夾具中，定位支承點的位置可調節(jié)的定位元件。（3）自位支承：在工件定位過程中，定位支承點的位置，隨工件 定位基準位置變化而自動與之適應的定位元件。支承釘和支承板在結構上需設計成活動或浮動的。只起提高工件支承剛

7、性或輔助定位作用的定位元件。（二）圓孔表面定位元件 固定式定位銷：定位銷與夾具體的連接采用過盈配合。 2. 剛性心軸過盈配合心軸：間隙配合心軸：相當于四個定位支承點長心軸：相當于四個定位支承點短心軸：相當于兩個定位支承點 3. 小錐度心軸1. 定位銷 可換式定位銷：定位銷與襯套連接采用間隙配合， 襯套與夾具體則采用過渡配合或過盈配合。（三）外圓表面定位元件1. 定位套短定位套：長定位套：錐面定位套：相當于兩個定位支承點相當于三個定位支承點相當于四個定位支承點2.支承板接觸較長：接觸較短：相當于兩個定位支承點相當于一個定位支承點3. V型塊長V型塊：短V型塊：相當于四個定位支承點相當于兩個定位支

8、承點（四）錐面定位元件（五）組合定位錐度心軸：接觸較長： 接觸較短：相當于五個定位支承點相當于三個定位支承點頂針：一個頂針相當于三個定位支承點（1）一面一孔定位（2）一面兩孔定位（3）連桿加工圖2-18 可調支承應用的示例6.3 定位誤差的分析與計算（一）定位誤差的概念及其計算方法1. 定位誤差概念：由于工件定位不準而造成的加工誤差。 對某一定位方案，若 ， 認為能滿足工序加工精度要求。2. 產生原因：工件的制造誤差；定位元件的制造誤差； 兩者之間的配合間隙；基準不重合等。 表現(xiàn)為工序尺寸的最大變化量。4. 定位誤差的組成： 注意：但不是在任何情況下兩部分都存在。工序基準相對定位基準理想位置的

9、最大變動量 定位基準在工序尺寸方向上的最大變動量（1）定位基準位置誤差：（2）工序基準與定位基準不重合誤差：（二）幾種典型表面定位時的定位誤差1、 工件以平面定位時的定位誤差分析和計算 的要點，在于找出聯(lián)系工序基準和定位基準之間的定位尺寸 。認為（2）當工件以已經加工過的平面定位時：（1） 當工件以未加工過的毛坯表面定位時：2、工件以圓孔表面定位時的定位誤差（1）工件上圓孔與心軸（或定位銷）過盈配合，定位元件水平 或垂直放置此時，一批工件的定位基準在定位時沒有任何位置變動，即 （徑向方向）（2）工件上圓孔與心軸（或定位銷）間隙配合，定位元件水平放置（3）工件上圓孔與心軸（或定位銷）間隙配合，定

10、位元件垂直放置解:1.工件上圓孔與心軸為過盈配合，定位元件水平放置或垂直放置例：2.工件上圓孔與定位銷為間隙配合，定位元件水平放置解：例23.工件上圓孔與定位銷為間隙配合，定位元件垂直放置解：例3例33、 工件以外圓表面定位時的定位誤差如圖所示，在一批軸類工件上銑一鍵槽，要求鍵槽與外圓中心線對稱并保證工序尺寸 ，現(xiàn)分析采用V形塊定位時各工序尺寸的定位誤差。設工件外圓尺寸為 ，V形塊的夾角為 。定位基準：工件外圓中心線按定義計算：由幾何關系可知按公式計算：工件的兩個極端位置分別為工件外圓尺寸最大值 和工件外圓尺寸最小值 7.1 夾緊裝置的組成及其設計要求 （一）夾緊裝置的組成 1. 動力源：產生

11、原始作用力的部分。分為手動夾緊和機動夾緊。 2. 中間遞力機構：介于動力源和夾緊元件之間的傳力環(huán)節(jié)。 3. 夾緊元件：直接用來夾緊工件的元件。第7章 工件的夾緊（二）夾緊裝置的設計要求核心問題是正確地確定夾緊力7.2 夾緊力的確定（一）夾緊力的方向 1. 夾緊力應垂直于主要定位基準面。 2. 夾緊力的方向應有利于減小夾緊力，可簡化夾緊裝置的結構。（二）夾緊力的作用點 3. 應盡量靠近切削部位，防止加工時產生振動。 1. 應落在定位元件上或定位平面內， 保持工件定位穩(wěn)定。 2. 應落在工件剛性最好的部位上； 將夾具和工件看成是一個剛性系統(tǒng)。然后根據(jù)工件受各種力 （如切削力、夾緊力、重力和離心力等

12、）作用后處于靜力平衡條 件，計算出理論夾緊力 ，再乘以安全系數(shù)k，作為實際所需 的夾緊力 粗加工時 k=2.53， 精加工時 k=1.52 （三）夾緊力的大小2. 結構特點： （1）斜楔的自鎖性（2）改變原始作用力的方向；3. 使用范圍：主要用于機動夾緊裝置中。7.3 典型夾緊機構的設計 （一）斜楔夾緊機構1. 作用原理及夾緊力 作用原理：主要是利用斜面移動時所產生的壓力夾緊工件。 夾緊力：（3）斜楔具有增力作用，（4）斜楔的夾緊行程小，（5）斜楔夾緊效率低。（二）螺旋夾緊機構作用原理及典型結構 2. 結構特點： （1）擴力比大； （2）自鎖性能好； （3）夾緊行程不受限制； （4）結構簡單，

13、制造容易； （5）夾緊動作慢，效率低。3. 適用范圍： 在手動夾緊裝置中被廣泛采用。 常用的螺旋壓板夾緊機構夾緊力：作用原理：通過轉動螺旋，使相當于繞在圓柱體上的 斜楔高度發(fā)生變化來夾緊工件的。 1. 夾緊原理：偏心圓回轉時，相當于弧形楔向前楔緊在 偏心基圓與工件之間，從而將工件壓緊。（三）圓偏心夾緊機構2. 圓偏心的幾何特性：圓偏心夾緊實際上是斜楔夾緊的一種變形，與平面斜楔夾緊相比，主要區(qū)別是其工作表面上各夾緊點的升角 是一個變數(shù)。 偏心圓工作表面上任意夾緊點x的升角 是指工件受壓表面與偏心圓上過與工件接觸點x的回轉半徑r的法線之間的夾角 。3.偏心圓工作弧段的選擇 為了保證夾緊可靠和操作方

14、便，一般僅取下半圓周的1/31/2圓弧為工作弧段。 6. 使用范圍 一般用于振動小、要求夾緊力不大的場合。 5. 結構特點： （1）結構簡單，動作迅速 （2）夾緊力小，自鎖性能又不是很好 （3）夾緊行程也有一定的限制 4. 自鎖條件： （五）定心、對中夾緊機構2、所謂定心夾緊機構：就是能以工件的軸線或對稱中心定位并夾緊 工件的機構。1. 剛性定心機構： 按定位夾緊元件的等速移動或轉動原理實現(xiàn)定心或對中夾緊2. 彈性定心機構： 按定位夾緊元件均勻彈性變形原理實現(xiàn)定心夾緊1、特點：是一種特殊的夾緊機構，其定位是在夾緊過程中同時實現(xiàn)的， 夾具上的定位元件，也是夾緊元件。如三爪卡盤等。 主要用于要求準

15、確定心和對中的場合。3、兩種基本類型：夾緊力作用點對工件定位穩(wěn)定性的影響1、剛性定心機構：1、剛性定心機構：1錐面套筒（彈簧套筒）； 2夾具體； 3工件2. 彈性定心機構：2. 彈性定心機構：1卡爪2工件3膜片第8章 典型機床夾具設計8.1 鉆床夾具一、鉆床夾具的主要類型（一）固定式鉆模（二）回轉式鉆模鉆床夾具又稱鉆模，其特征有鉆套和鉆模板（三）翻轉式鉆模（四）蓋板式鉆模（五）滑柱式鉆模（一）固定式鉆模：使用中，是固定在鉆床工作臺上的。（二）回轉式鉆模用于加工工件上，分布在同一軸線上的軸向或徑向孔系。 如圖所示，是在軸類工件的圓周上鉆三個相隔90孔的臥軸式回轉鉆模。 工件以小圓柱面及端面在夾具

16、上定位。轉動手柄5，通過螺釘4將工件夾緊。（二）回轉式鉆模 這類鉆模沒有轉軸和分度裝置，在使用過程中需要用手進行翻轉，所以鉆模連同工件的總重量不能太重，以免操作者疲勞。（三）翻轉式鉆模 主要用于加工小型工件上分布幾個方向的孔（四）蓋板式鉆模沒有夾具體，鉆模板上除了鉆套以外，還有定位元件和夾緊裝置。（五）滑柱式鉆模是一種帶有升降鉆模板的通用可調夾具。二、鉆床夾具的結構特點及其設計（一）鉆模板1、固定式鉆模板這種鉆模板是直接固定在夾具上的。鉆床夾具結構特點：是有鉆套和鉆模板是安裝鉆套用的，要求具有一定的強度和剛度。2、鉸鏈式鉆模板鉆模板與夾具體為鉸鏈連接。3、可卸式鉆模板4、懸掛式鉆模板 鉆模板懸

17、掛在機床主軸上，由機床主軸帶動上下升降。8.2 銑 床 夾 具一、銑床夾具的主要類型（一）直線進給式銑床夾具1、單件加工的直線進給式銑床夾具 2、多件加工的直線進給式銑床夾具二、銑床夾具的結構特點1. 銑床夾具結構比較粗壯低矮， 夾具體的高度H和寬度B之比取H/B11.25為宜； 2. 應合理布置加強筋、定向鍵和U型槽（耳槽）； 3. 要有對刀元件，可以準確而迅速地調整好夾具與刀具的相對位置； 4. 夾具上應有足夠的排屑空間，因此，定位支承面應高出周圍的平面。（二）圓周進給式銑床夾具（三）靠模進給式銑床夾具結構優(yōu)點：定位可靠，采用聯(lián)動夾緊裝置，夾緊迅速牢固。叉形工件1. 結構比較粗壯低矮， 夾

18、具體的高度H和寬度B之比取H/B11.25為宜； A型 B型圖 標準對刀塊的結構8.3 車 床 夾 具一、車床夾具的主要類型及其設計車床夾具類型主要包括：（1）頂尖類；（2）心軸類；（3）撥盤類；（4）中心架、跟刀架類；（5）自動定心卡盤類（如三爪卡盤）；（6）卡盤類（非自動定心卡盤）；（7）角鐵類（或稱彎板類）。（一）卡盤式專用車床夾具1. 斜楔式氣動三爪卡盤：是利用斜面的作用原理將軸向移動變?yōu)閺较蚨ㄐ膴A緊。（二）角鐵式車床夾具（彎板類）（三）車床夾具的設計要點2. 定位裝置的設計要求必須保證定位元件工作表面與回轉軸線的位置精度。3. 夾緊裝置的設計要求（1）所產生的夾緊力必須足夠，自鎖性能

19、要好，以防止工件在加工過程中脫離定位元件的工作表面而引起振動、松動或飛出。（2）設計角鐵式車床夾具時，夾緊力的施力方向要防止引起夾具的變形。4. 車床夾具總體結構的設計要求（1）夾具結構力求緊湊，輪廓尺寸要小，懸伸要短，重量要輕；（2）夾具上應有平衡裝置；（3）夾具的各元件或裝置不允許在徑向有凸出部分，也不允許有易松脫或活動的元件，必要時加防護罩。1. 這類夾具通常采用過渡盤和機床主軸軸頸連接（開T型槽，配置配重塊。）（以免發(fā)生事故）8.4 鏜 床 夾 具（簡稱鏜模）一、鏜床夾具的主要類型及其適用范圍（一）單支承導向鏜模1、單支承前導向（圖a） 2、單支承后導向（圖b、c）鏜桿與機床主軸為剛性連接，機床主軸的回轉精度將會影響鏜孔精度。（二）雙支承導向鏜模1. 前后引導的雙支承導向2. 后引導的雙支承導向 鏜桿與機床主軸均為浮動連接。 所鏜孔的位置精度完全取決于鏜模支架上鏜套的位置精度，而與機床精度無關，故能使用低精度的機床加工出高精度的孔系。二、鏜床夾具的結構特點及其設計結構特點：有鏜套、鏜桿和支架、