工藝夾具4對刀

機械制造工藝學

主講：劉軍教材：機械制造工藝學（第2版）（王先逵主編，機械工業(yè)出版社出版）班級：機制071~073（122人）學時：60JiXieZhiZaoGongYiXue課程名稱：機械制造工藝學上課時間：周二1-2節(jié)、周四1-2節(jié)（1-15周）上課地點：推廣301、桃西樓501答疑時間：每周五晚7：00~9：00答疑地點：15號樓404室機械系辦公室任課教師：劉軍電話： 63554632（辦）公室： 15號樓404機械系辦公室考核形式：平時（30%，上課+作業(yè)實驗等）+考試(70%)考試時間、地點：教務處安排（從網上查看）機械制造工藝學1緒論2機械加工精度及其控制3機械加工表面質量及其控制4機械加工工藝規(guī)程設計5機器裝配工藝過程設計6機床夾具設計7機械制造工藝理論和技術的發(fā)展6機床夾具設計6.1機床夾具概述6.2工件在夾具中的定位6.3工件的夾緊

6.4夾具在機床上的定位、對刀和分度6.5各類機床夾具6.6柔性夾具6.7機床夾具的設計步驟和方法6.8計算機輔助夾具設計6.4夾具在機床上的定位、對刀和分度6.4.1.1夾具在機床上定位的目的

能否保證工件的加工要求，取決于工件與刀具間的相互位置，而引起此位置產生誤差的因素有四方面：第一是工件在夾具中因位置不一致而引起的誤差，稱為定位誤差，用ΔD表示。第二是定位元件和機床上安裝夾具的裝夾面之間的位置不準確所引起的誤差，以ΔA表示。第三是定位6.4.1夾具在機床上的定位（2010年4月27日第16次課，33）元件與對刀或導向元件之間的位置不準確引起的誤差，以Δr表示，這兩項誤差與夾具在機床上的安裝和對刀調整有關，統(tǒng)稱調安誤差，以Δr-A表示。第四是由于機床運動精度以及工藝系統(tǒng)的變形等因素引起的誤差，稱為加工方法誤差，以ΔG表示。為了保證工件的加工要求，上述四方面誤差合成后應不超出工件的加工公差TK的范圍，即

在初步確定工件的定位方案時，可以先假設上述三項誤差各占工件公差的1/3，最后可根據實際情況進行調整。所以，夾具在機床上的定位，其本質是夾具定位元件對刀具切削成形運動的定位。為此，就要解決好夾具與機床的連接與配合問題以及正確規(guī)定定位元件定位面對即將安裝面的要求。6.4.1.2夾具在機床上的定位方式

夾具通過連接元件實現其在機床上的定位，根據機床的結構與加工特點，夾具在機床上的連接定位通常有兩種方式：夾具連接定位在機床的工作臺面上（如銑、刨、鏜、鉆床及平面磨床等）及夾具連接定位在機床主軸上（如車床、內、外圓磨床等）。

（1）夾具在工作臺面上的連接定位夾具在工作臺面上用夾具安裝面及定向鍵定位。為了保證夾具安裝面與工作臺面有良好的接觸，夾具安裝面的結構形式及加工精度都應有一定的要求。除夾具安裝面外，一般還通過兩個定向鍵或定位銷與工作臺上的T型槽相配合，以限制夾具在定位時所應限制的自由度，并承受部分切削力矩，增強夾具在工作過程中的穩(wěn)定性。如圖為定向鍵的標準結構。在小型夾具中，為了制造方便，可用定位銷代替定向鍵。在這類夾具的縱向兩端底邊上，設計出帶U型槽的耳座，供緊固夾具體的螺栓穿過。如圖為常見結構。U型槽耳座結構形式（2）夾具在主軸上的連接定位夾具在機床主軸上的連接定位方式，取決于機床主軸端部結構。如圖所示是常見的幾種連接定位方式。莫氏錐度端面A與圓柱孔D短錐面K與端面T

6.4.1.3夾具在機床上的定位誤差

夾具安裝在機床上時，由于夾具定位元件對夾具體安裝基面存在位置誤差，夾具安裝面本身有制造誤差，夾具安裝面與機床裝卡面有連接誤差，這就使夾具定位元件相對機床裝卡面存在位置誤差。為提高工件在夾具中加工時的加工精度，必須研究各類夾具定位誤差的計算方法及減少這些誤差的措施。其計算方法按前面介紹過的即可。6.4.1.4提高夾具在機床上定位精度的措施

當工序的加工精度要求很高時，夾具的制造精度及裝配精度也要相應提高，有時會給夾具的加工和裝配造成困難。這時可采用下述方法保證定位元件定位面對切削成形運動的位置精度。（1）對夾具進行找正安裝這種方法是直接按切削成形運動確定定位元件定位面的位置的，避免了很多中間環(huán)節(jié)誤差的影響，而且定位元件的定位面與夾具安裝面的位置精度也不需過分嚴格要求，因而便于夾具的制造。但是該法需要較長的找正時間和較高的技術水平。因此適用于夾具很少更換，以及用其它方法達不到夾具定位精度要求的情況。（2）對定位元件定位面進行就地加工

夾具初步在機床上找正好位置后，即對其上定位元件的定位面進行加工，以“校準”其位置。這種方法之所以能獲得較高的夾具定位精度，也是由于避免了很多中間環(huán)節(jié)誤差的影響。

夾具在機床上安裝完畢，在進行加工之前，尚需進行夾具的對刀，使刀具相對夾具定位元件處于正確位置。下面分別對銑床夾具和鉆床夾具在機床上的對刀進行分析。6.4.2.1銑床夾具的對刀對刀的方法通常由三種：一種方法為單件試切；第二種方法是每加工一批6.4.2夾具在機床上的對刀工件，即安裝調整一次夾具，通過試切數個工件來對刀；第三種方法是用樣件或對刀裝置對刀，這時只是在制造樣件或調整對刀裝置時，才需要試切一些工件，而在每次安裝使用夾具時，不需再試切工件，這是最方便的方法。下圖是幾種銑刀的對刀裝置。有高度對刀塊（a）、直角對刀塊（b）、（c）和（d）是成型對刀塊。高度對刀塊（a）直角對刀塊（b）（c）和（d）是成型對刀塊。塞尺一般情況取1、2或3mm。

用對刀裝置對刀時影響對準精度的因素有：1）測量調整誤差。如用塞尺檢查銑刀與對刀塊之間距離時會有測量誤差。2）定位元件定位面相對對刀裝置的位置誤差。為減少這項誤差，要正確確定對刀塊對刀表面的位置尺寸及其公差。同時這些位置尺寸都應以定位元件定位面為基準標注，以避免產生基準轉換誤差。6.4.2.2鉆床夾具中刀具的對準和引導

在鉆床夾具中，通常用鉆套實現刀具的對準，如圖，加工時只要鉆頭對準鉆套，所鉆孔的位置就能達到工序要求。而且，鉆套和鏜套還有增強刀具剛度的作用。（2009年4月15日第22次課，44）（1）鉆套的四種形式1）固定鉆套（圖a）2）可換鉆套（圖b）3）快換鉆套（圖c）上述三種鉆套已經標準化，設計時可在《機床夾具設計手冊》中查閱。4）特殊鉆套特殊鉆套是根據具體加工情況自行設計的，以補充標準鉆套性能的不足。如圖。（2）鉆套導引孔尺寸和公差的確定

設計時可在《機床夾具設計手冊》中查閱到的鉆套，均有相應的說明。（3）鉆套高度和鉆套與工件距離

1）鉆套高度鉆套高度由孔距精度、工件材料、孔加工深度、刀具耐用度、工件表面形狀等因素較多。一般在材料強度高，鉆頭剛度低（鉆頭懸伸長度與直徑之比大于15）和在斜面上鉆孔時，采用長鉆套。

鉆一般孔，鉆套的高度取H=(1.5~2)d；加工IT6、IT7級精度，孔徑在Φ12mm以上的孔或孔距精度要求在±0.10~±0.15mm時，鉆套的高度取H=(2.5~3.5)d；加工IT7、IT8精度的孔和孔距精度要求在±0.06~±0.10mm時，鉆套的高度取H=(1.25~1.5)（h+B）。

2）鉆套與工件的距離鉆套與工件間留有一定的距離h，如圖。如果h太大，會增加鉆頭的傾斜量，使鉆套不能很好的導向。H過小，切屑排出困難（特別是鋼件），不僅會增加工件加工BB表面的粗糙度，有時還可能將鉆頭折斷。

h值可按下面經驗公式選?。杭庸よT鐵、黃銅時，h=(0.3~0.7)d；加工鋼件時，h=(0.7~1.5)d。材料越硬，則式中的系數應取小值，鉆頭直徑越小，也即鉆頭剛度越差，式中的系數取最大值，以免切屑堵塞而使鉆頭折斷。但是下面幾種特殊情況，需另行考慮：①在斜面上鉆孔（或鉆斜孔時），鉆頭最易引偏，為保證起鉆良好，h應盡可能小一些（h≈0.3d）。

②孔的位置精度要求高時，可取h=0，以保證鉆套有較好的導引作用，而讓切屑從鉆頭的螺旋槽中排出。這樣，排屑條件反比只留很小h值得要好，但此時鉆套磨損嚴重。③鉆深孔（孔的長徑比B/d>5）時，要求排屑暢快，可取h=1.5d。此外，各種鉆套的內孔和外圓的同軸度不應大于0.005mm。（4）鉆床夾具導套位置尺寸的標注

對刀元件位置尺寸公差T一般取相應工序尺寸公差的1/3~1/5。（5）影響對刀精度的因素

對于鉆床夾具，影響對刀精度的因素很多,可按具體情況進行分析。

在機械加工中，經常會遇到一些工件要求在夾具里一次裝夾加工一組表面，如孔系、槽系、多面體等。由于這些表面是按一定角度或一定距離分布的，因而要求夾具在工件加工過程中能進行分度。即當工件加工完一個表面后，夾具的某些部分應能連同工件轉過一定角度或移動一定距離?？蓪崿F上述要求的裝置就叫分度裝置。6.4.3夾具的轉位和分度裝置

分度裝置能使工件的加工工序集中，裝夾次數減少，從而可提高加工表面間的位置精度，減輕勞動強度和提高生產率，因此廣泛應用于鉆、銑、鏜等加工中。分度裝置可分為兩大類：回轉分度裝置和直線分度裝置。由于這兩類分度裝置的結構原理與設計方法基本相同，而生產中又以回轉分度裝置的應用為多，故主要介紹和分析回轉分度裝置。

分度裝置按其工作原理可分為機械、光學、電磁等形式。按其回轉軸的位置，又可分為立軸式、臥軸式和斜軸式三種。（插入圖4-24）如例為用以鉆扇形工件上五個等分孔的機械式分度夾具。6.4.3.1分度裝置的基本形式

工件以短圓柱凸臺和平面在轉軸4及分度盤3上定位，以小孔在菱形銷1上圓周定位。由兩個壓板9壓緊。分度銷8裝在夾具體5上，并借助彈簧的作用插入分度盤相應的孔中，以確定工件與鉆套間的相對位置。分度盤3的孔座數與工件被加工孔數相等。分度時松開手柄6，利用手柄7拔出分度銷8，轉動分度盤直至分度銷插入第二個孔座；然后轉動手柄6軸向鎖緊分度盤，這樣便完成一次分度。當加工完一個孔后，繼續(xù)依次分度直至加工完畢工件上的全部孔。

由本例知，用機械式分度裝置實現分度必須有兩個主要部分：分度盤和分度定位結構。一般分度盤與轉軸相連，并帶動工件一起轉動，用以改變工件被加工面的位置。分度定位機構則裝在固定不動的分度夾具的底座上。此外，為了防止切削中產生振動及避免分度銷受力而影響分度精度，還需要有鎖緊機構，用來把分度后的分度盤鎖緊到夾具體上。根據分度盤和分度定位機構相互位置配置方式，分度裝置又可分為：

1）軸向分度裝置分度與定位是沿著與分度盤回轉軸線相平行的方向進行的，如圖。

2）徑向分度裝置

分度和定位是沿著分度盤的半徑方向進行的，如圖。

用分度或轉位夾具加工工件時，各工序加工獲得的表面之間的位置精度與分度裝置的分度定位精度有關。分度定位精度與分度裝置的結構形式和制造精度有關。分度裝置的關鍵部分是對定機構，它是專門用來完成分度、對準、定位的機構。當6.4.3.2分度裝置的對定機構分度盤直徑相同時，如果分度盤上分度孔（槽）相距分度盤的回轉軸線越遠，則由于對定機構存在某種間隙所引起的分度轉角誤差也越小。因此，徑向分度的精度，要比軸向分度精度高，這是目前高精度分度裝置常采用徑向分度方式的原因之一。下圖為常用的對定機構。圖中（a）（b）是最簡單的對定機構。這種機構靠彈簧將鋼球或球頭銷壓入分度盤錐孔內實現定位。分度轉位時，分度盤1自動將鋼球或球頭銷壓回，不需要拔銷。由于分度盤上所加工的錐坑較淺，其深度不大于鋼球半徑，因此定位不可靠。如果分度盤鎖緊不牢固，則當受到很小的外部轉矩的作用時，分度盤便會轉動，并有將鋼球從錐坑中頂出的可能。這種對定機構僅用于切削負荷很小而分度精度要求不高的場合，或者用做某些精密對定機構的預定位。圖（c）所示為圓柱銷對定機構，它主要用于軸向分度。這種對定機構結構簡單，制造容易。當對定機構間有污物或碎屑粘附時，圓柱銷的插入會將污物刮掉，并不影響對定元件的接觸，但無法補償由于對定元件間隙所造成的分度誤差，故分度精度不高，主要用于中等精度的鉆、銑夾具中。圖（d）所示的對定機構采用菱形銷，是為了避免對定銷至分度盤回轉中心距離R１與襯套孔中心至其回轉中心距離R２誤差較大時，對定銷插不進襯套孔。圓柱銷對定機構的分度誤差可按前述的計算。6.4.3.3分度裝置的拔銷及鎖緊機構

（1）手拉式拔銷機構

如圖。向外拉手柄3時，將與其固定在一起的對定銷2從定位襯套6中拉出，橫銷4從導套5右端的窄槽中通過。將手柄轉過900，橫銷便擱置在導套的端面上。將分度盤轉過預定的角度后，將手柄重新轉回900。當繼續(xù)轉動分度盤使分度孔對準對定銷時，對定銷便插入定位套6中。

（2）旋轉式拔銷機構

如圖。轉動手柄7時，軸3通過銷4帶動對定銷1旋轉。由于對定銷1上有曲線槽（螺釘8的圓柱頭卡在其間），故一面旋轉一面右移，退出定位孔。

（3）齒輪齒條式拔銷機構

如圖。

對定銷2上有齒條，與手柄3上轉軸上的齒輪7相嚙合。順時針轉動手柄，齒輪帶動齒條右移，拔出對定銷。依靠彈簧的壓力，對定銷插入定位套。

（4）凸輪式拔銷機構

如圖。分度盤6的圓周面上開有單斜面分度槽。分度盤6和棘輪3用鍵與主軸右端相連接。棘爪2和半環(huán)形凸輪8裝在盤5上，盤5空套在固定套1上。順時針轉動裝在盤5上的手柄10時，棘爪在棘輪上打滑，主軸不轉動，凸輪8通過銷7將對定銷退出。反轉手柄10，棘爪帶動棘輪，主軸與分度盤一起轉動，當對定銷對準第二個槽時，對定銷在彈簧作用下自動推入，完成分度。（5）鎖緊機構為了增強分度裝置工作時的剛性及穩(wěn)定性，防止加工時因切削力引起振動，當分度裝置經分度對定后，應將轉動部分鎖緊在固定的基座上，這對銑削加工等尤為重要。當在加工中產生的切削力不大且振動較小時，也可不設鎖緊機構。下圖為比較簡單的鎖緊機構。圖（a）為旋轉螺桿時左右壓塊向中心移動的鎖緊機構；（b）為旋轉螺桿時壓板向下偏轉的鎖緊機構；（c）為旋轉螺桿壓塊右移的鎖緊機構；（d）為旋轉螺釘壓塊上移的鎖緊機構。

上述分度裝置都是以一個對定銷依次對準分度盤上的銷孔或槽口實現分度定位的。它們的分度精度受到分度盤上銷孔或槽口等分精度的影響，很難達到高精度。近年來出現的高精度分度裝置，其分度原理與上述分度裝置不同，即利用“誤差平均效應”原理設計分度裝置，分度精度可以不受分度盤上銷孔或槽口等分誤差的影響，達到很高的分度精度。6.4.3.4精密分度裝置

（1）“誤差平均效應”分度原理

為了說明“誤差平均效應”分度原理，可從圓柱銷的對定過程談起。這種分度對定方法可用圖（a）所示的簡圖表示。分度盤每轉過一個孔，就由圓柱銷插入進行對定。每次分度時，分度盤的理論轉角為

（n為分度孔數）由于分度裝置存在制造誤差和配合間隙，因此各個分度孔的實際位置并非完全均勻分布，即每次分度都有分度誤差。當分度盤由孔1轉至孔2時分度盤實際轉過的角度不是θ，而是θ+Δθ1。同理，分度盤由孔2轉至孔3時，分度盤實際轉過的角度為θ+Δθ2，……依此類推，分度盤每次分度的轉角誤差應為（θ+Δθ1）-θ=Δθ1；（θ+Δθ2）-θ=Δθ2；……（θ+Δθn）-θ=Δθn。因此，用一個圓柱銷對定分度，分度轉角誤差將直接傳給工件。

如果仍采用分度盤，但卻用兩個圓柱銷M1、M2同時對定，如圖（b）所示。用兩個圓柱銷同時進行對定，就相當于在兩個圓柱銷的中點有一個M1‘的圓柱銷在起對定作用，這時分度的進行不是按1、2、3、……諸單個分度孔對定，而是按1-2、2-3、3-4、……等相鄰兩個分度孔同時均勻對定。因而分度動作轉化為M1‘圓柱銷按1-2、2-3、3-4、……等位置的中點對定，即按1’、2‘、3’……等位置完成對定。這樣，分度盤每次實際轉角便為

由此可見，在分