第六章 機(jī)床夾具設(shè)計(jì)-zhl

機(jī)械制造工工藝學(xué)第6章工件的裝夾與夾具設(shè)計(jì)

6.1概述16.1.1夾具的基本概念?yuàn)A具的含義

夾具是指在機(jī)床上用以裝夾工件的一種裝置。夾具的功用

(1)保證加工質(zhì)量，使工件相對(duì)于機(jī)床或刀具保持正確位置。(2)提高生產(chǎn)率，降低成本。(3)擴(kuò)大了機(jī)床的工藝范圍。(4)減輕了工人勞動(dòng)強(qiáng)度，保證生產(chǎn)安全。26.1.1

夾具的基本概念?yuàn)A具的組成圖2-42銑軸端槽夾具1—V型塊2—支撐套3—手柄4—定向鍵5—夾具體6—對(duì)刀塊1236411）定位元件及裝置；6）其他元件及裝置（防護(hù)、防錯(cuò)、分度…）。5）夾具體；4）連接元件；3）對(duì)刀及導(dǎo)向元件；2）夾緊元件及裝置；34下圖

表示了夾具幾種組成元件的關(guān)系機(jī)床工件刀具連接元件定位元件夾緊元件導(dǎo)引元件其他元件夾具體夾具51．工件通過定位元件在夾具上占有一個(gè)正確的位置2．工件通過夾緊元件保證加工過程中始終保持原有的正確位置3．夾具通過對(duì)刀元件相對(duì)刀具保持正確位置4．夾具通過連接元件，相對(duì)于機(jī)床保持一個(gè)正確位置5．夾具通過其他元件或裝置，完成其他要求6．夾具體把上述的幾種元件組合成一個(gè)整體。夾具組成元件的作用6夾具的分類1）通用夾具：三爪、四爪卡盤，平口鉗等。2）專用夾具：為某一工件特定工序?qū)ｉT設(shè)計(jì)的夾具。3）通用可調(diào)整夾具及成組夾具：夾具的部分元件可以更換，部分裝置可以調(diào)整，以適應(yīng)不同零件的加工。4）組合夾具：由一套預(yù)先制造好的標(biāo)準(zhǔn)元件組合而成。根據(jù)工件的工藝要求，組裝成各種專用夾具。使用后，元件可拆開、洗凈后存放，待需要時(shí)重新組裝。適用于新產(chǎn)品試制和單件小批生產(chǎn)。5）隨行夾具：在自動(dòng)線或柔性制造系統(tǒng)中使用的夾具。◆按夾具使用范圍劃分6.1.1

夾具的基本概念76.1.1

夾具的基本概念三爪卡盤四爪卡盤萬向平口鉗回轉(zhuǎn)工作臺(tái)分度頭圖2-2通用夾具8圖2-3組合夾具實(shí)例6.1.1機(jī)床夾具910可分為鉆床夾具、銑床夾具、車床夾具、磨床夾具、數(shù)控機(jī)床夾具等。◆按使用機(jī)床劃分可分為手動(dòng)夾具、氣動(dòng)夾具、液壓夾具、真空夾具、電動(dòng)夾具等。◆按夾緊力源劃分6.1.1夾具的基本概念?yuàn)A具的分類氣動(dòng)虎鉗液壓夾具圖2-4夾具11內(nèi)容回顧：工件裝夾方法直接找正裝夾裝夾的含義

裝夾又稱安裝，包括定位和夾緊兩項(xiàng)內(nèi)容。定位

—使工件在機(jī)床或夾具上占有正確位置。夾緊

—對(duì)工件施加一定的外力，使其已確定的位置在加工過程中保持不變。工件裝夾方法12

圖2-5直接找正安裝毛坯孔加工線找正線圖2-6劃線找正安裝精度高，效率低，對(duì)工人技術(shù)水平高。劃線找正裝夾精度不高，效率低，多用于形狀復(fù)雜的鑄件。13圖2-7工件在夾具上裝夾（滾齒夾具）夾具裝夾精度和效率均高，廣泛采用。14第6章工件的裝夾與夾具設(shè)計(jì)

6.2工件的定位156.2.1定位原理

圖2-8六點(diǎn)定位原理XZY

六點(diǎn)定位原理要確定其空間位置，就需要限制其6個(gè)自由度。將6個(gè)支承抽象為6個(gè)“點(diǎn)”，6個(gè)點(diǎn)限制了工件的6個(gè)自由度，這就是六點(diǎn)定位原理。任何一個(gè)物體在空間直角坐標(biāo)系中都有6個(gè)自由度——用表示。Z移動(dòng)，X、Y軸旋轉(zhuǎn)自由度X移動(dòng)，Z軸轉(zhuǎn)動(dòng)自由度Y移動(dòng)自由度16工件的6個(gè)自由度均被限制，稱為完全定位。工件6個(gè)自由度中有1個(gè)或幾個(gè)自由度未被限制，稱為不完全定位。完全定位與不完全定位不完全定位主要有兩種情況：①工件本身相對(duì)于某個(gè)點(diǎn)、線是完全對(duì)稱的，則工件繞此點(diǎn)、線旋轉(zhuǎn)的自由度不需限制。例如球體繞過球心軸線的轉(zhuǎn)動(dòng)，圓柱體繞自身軸線的轉(zhuǎn)動(dòng)等。②工件加工要求不需要限制某一個(gè)或某幾個(gè)自由度。如加工平板上表面，要求保證平板厚度及與下平面的平行度，則只需限制3個(gè)自由度就夠了。6.2.1定位原理

176.2.1定位原理

完全定位與不完全定位圖2-9工件應(yīng)限制的自由度ZYXa）限制3個(gè)自由度ZYXb）限制5個(gè)自由度ZYXc）限制6個(gè)自由度ZYXd）限制2個(gè)自由度限制5個(gè)自由度e）ZYX限制4個(gè)自由度限制2個(gè)自由度f）ZYX限制5個(gè)自由度18欠定位工件加工時(shí)必須限制的自由度未被完全限制，稱為欠定位。欠定位不能保證工件的正確安裝，是不允許的。圖2-10欠定位示例XZYa）B6.2.1定位原理

B欠定位b）B正確定位19過定位過定位—工件某一個(gè)自由度（或某幾個(gè)自由度）被重復(fù)約束，稱為過定位。過定位是否允許，要視具體情況而定：

1）如果工件的定位面經(jīng)過機(jī)械加工，且形狀、尺寸、位置精度均較高，則過定位是允許的。有時(shí)還是必要的，合理的過定位不僅不會(huì)影響加工精度，還會(huì)起到加強(qiáng)工藝系統(tǒng)剛度和增加定位穩(wěn)定性的作用。

2）反之，如果工件的定位面是毛坯面，或雖經(jīng)過機(jī)械加工，但加工精度不高，這時(shí)過定位一般是不允許的，因?yàn)樗赡茉斐啥ㄎ徊粶?zhǔn)確，或定位不穩(wěn)定，或發(fā)生定位干涉等情況。6.2.1定位原理

20

過定位分析（桌子與三角架）圖2-11過定位分析6.2.1定位原理

21

過定位分析圖2-12過定位示例a）ZYXYc）非過定位ZYXY6.2.1定位原理

b）ZYYX22

過定位分析圖2-13過定位示例XYa)過定位ZYb)合理定位ZYXY6.2.1定位原理

23刀柄主軸拉桿漲套過定位應(yīng)用圖2-14HSK刀柄與傳統(tǒng)刀柄結(jié)構(gòu)HSK刀柄傳統(tǒng)刀柄1:107:24間隙主軸拉桿刀柄6.2.1定位原理

定位端面配合錐面24

過定位討論如圖示，齒輪坯以內(nèi)孔和一小端面定位，車削外圓和大端面。加工后檢測(cè)發(fā)現(xiàn)大端面與內(nèi)孔垂直度超差。試分析原因，提出改進(jìn)意見。4A0.02A間隙配合剛性心軸圖2-15過定位示例6.2.1定位原理

25圖2-15a過定位引起夾緊變形6.2.1定位原理

26橡膠墊圖2-15b過定位處理分析6.2.1定位原理

27

討論分析圖示定位方案：①各方案限制的自由度；②有無欠定位或過定位；③對(duì)不合理的定位方案提出改進(jìn)意見。

b）XZYXc）XZYXa）YXZ圖2-16過定位分析6.2.1定位原理

28a）過定位YXZa2）合理定位YXZa1）合理定位YXZ圖2-16a過定位示例分析6.2.1定位原理

29b）過定位XZYXb1）XZYXXZb2）合理定位YXXZb3）YX圖2-16b過定位示例分析6.2.1定位原理

有過定位，提高V形塊的制造與導(dǎo)向精度，可解決此問題有過定位，提高相關(guān)精度，可解決此問題30c2）YXXZ圖2-16c過定位示例分析6.2.1定位原理

c）XZYX有過定位，提高V形塊的制造與導(dǎo)向精度，可解決此問題合理定位31圖2-17工件以平面定位平面定位的主要形式是支承定位。常用的定位元件有支承釘、支承板、夾具支承件和夾具體的凸臺(tái)及平面等。ZXY6.2.2定位方法與定位元件

工件以平面定位ZXYZXYZXYZXYZXY32圖2-18支承釘與支承板a)支承釘b)支承板固定支承33可調(diào)支承34圖2-20自位支承自位支承自位支承雖然增加了與工件定位面的接觸點(diǎn)數(shù)目，但通過其內(nèi)部的浮動(dòng)聯(lián)系起到的是單點(diǎn)支承的作用，即自位支承只限制工件一個(gè)自由度。自位支承常用于毛坯表面，斷續(xù)表面，階梯表面的定位。

35a)b)d)c)自位支承a)三點(diǎn)球面式b)兩點(diǎn)擺動(dòng)式c)兩點(diǎn)杠桿式d)兩點(diǎn)均衡移動(dòng)式36

定位元件有多個(gè)工作點(diǎn)與工件接觸，定位元件在定位過程中所處的位置，隨工件定位基準(zhǔn)面位置的變化而自動(dòng)與之適應(yīng)，其作用相當(dāng)于一個(gè)固定支承，因此，只限制一個(gè)自由度。由于增加了與工件定位基準(zhǔn)面接觸的點(diǎn)數(shù)，故可提高工件的安裝剛性，適用于以粗基準(zhǔn)定位，剛性不足或不連續(xù)表面的定位。注意：設(shè)計(jì)自位支承時(shí)，應(yīng)考慮可動(dòng)部分有足夠的擺動(dòng)余動(dòng)。采用自位支承(浮力支承)，消除定位元件繞某個(gè)（或某兩個(gè)）坐標(biāo)軸轉(zhuǎn)動(dòng)方向的過定位。自位支承特點(diǎn)：37輔助支承A輔助支承的應(yīng)用38B輔助支承結(jié)構(gòu)定位分析：輔助支承是在工件定位后才參與支承的元件，其高度是由工件確定的，因此它不起定位作用，但輔助支承鎖緊后就成為固定支撐，能承受切削力。

39圖2-21工件以圓孔定位工件以圓孔定位多屬于定心定位，常用的定位元件有定位銷和心軸。定位銷有圓柱銷、圓錐銷、菱形銷等形式；心軸有剛性心軸、彈性心軸之分。XYZXYZXYZXYZXYZXYZ工件以圓孔定位40定位銷圖2-22常用的定位銷41圓錐銷42剛性心軸圖2-23剛性新軸43工件以外圓定位常用于外圓表面的定位元件有：定位套、支承板和V型塊等。圖2-24定位套44圖2-25V形塊45除平面、圓孔、外圓柱面外，工件有時(shí)還可能以其它表面（如圓錐面、漸開線齒面、曲面等）定位。圖2-26工件以錐孔定位工件以其他表面定位限制5個(gè)自由度46在多個(gè)表面同時(shí)參與定位情況下，各定位表面所起作用有主次之分。定位點(diǎn)數(shù)最多的表面為主要定位面、位點(diǎn)數(shù)次多的表面為次定位基準(zhǔn)面。定位表面的組合XZY圖2-27工件在兩頂尖上定位在分析多個(gè)表面定位情況下各表面限制的自由度時(shí)，分清主次定位面很重要。主要定位基準(zhǔn)，限制X、Y、Z自由度次基準(zhǔn)，與主基準(zhǔn)一起限制X、Y自由度476.2.3定位誤差

定位誤差的概念如圖2-28在軸上銑鍵槽，采用V型塊定位，鍵槽銑刀按規(guī)定尺寸H調(diào)整好位置，分析其定位誤差。圖2-28定位誤差HOAO2O1ΔDW定位誤差是由于工件在夾具上（或機(jī)床上）定位不準(zhǔn)確而引起的加工誤差。實(shí)際加工時(shí)，由于工件直徑存在公差，會(huì)使軸心位置發(fā)生變化，進(jìn)而使工序尺寸H也發(fā)生變化。定位誤差481）由于工件定位表面或夾具定位元件制作不準(zhǔn)確引起的定位誤差，稱為基準(zhǔn)位置誤差。2）由于工件的工序基準(zhǔn)與定位基準(zhǔn)不重合而引起的定位誤差，稱為基準(zhǔn)不重合誤差。圖2-29所示工件以底面定位銑臺(tái)階面，要求保證尺寸a。6.2.3定位誤差

定位誤差的來源ba圖2-29由于基準(zhǔn)不重合引起的定位誤差定位基準(zhǔn)工序基準(zhǔn)ΔDW基準(zhǔn)不重合誤差496.2.3定位誤差

定位誤差計(jì)算工件的定位誤差實(shí)質(zhì)上就是工序基準(zhǔn)在加工尺寸方向上的最大變動(dòng)量。用幾何方法計(jì)算定位誤差通常要畫出工件的定位簡(jiǎn)圖，并在圖中夸張地畫出工件變動(dòng)的極限位置；然后運(yùn)用幾何知識(shí)，求出工序基準(zhǔn)在加工尺寸方向上的最大變動(dòng)量，即可求出定位誤差。1)用幾何方法計(jì)算定位誤差50當(dāng)工件孔徑為最大，定位銷的直徑為最小時(shí)，孔處在左右兩個(gè)極限位置?！窘狻?.2.3定位誤差

【例2-1】圖2-30所示為孔與銷間隙配合的情況，銷垂直放置，若工件的工序基準(zhǔn)為孔心，試確定其定位誤差。式中ΔDW—定位誤差；

Dmax—工件定位孔最大直徑;

dmin—夾具定位銷最小直徑。圖2-30孔與銷間隙配合時(shí)的定位誤差DmaxdminO定位誤差均為：O2ΔDWO1516.2.3定位誤差

當(dāng)工件孔與夾具定位銷保持固定邊接觸時(shí)，定位誤差為孔徑公差的一半。

ΔDW

=（Dmax－Dmin）=TD

（2-7）1212此時(shí)，定位誤差是由于定位基準(zhǔn)與工序基準(zhǔn)不重合所造成的，屬于基準(zhǔn)不重合誤差，與定位銷直徑無關(guān)。圖2-31孔與銷間隙配合固定邊接觸時(shí)定位誤差OO1DminDmaxΔDWO2定位誤差為：526.2.3定位誤差

2.用微分方法計(jì)算定位誤差【例2-2】工件在V型塊上定位銑鍵槽，計(jì)算定位誤差。與夾具有關(guān)的的工序尺寸和工序要求：①槽底至工件外圓中心的距離H；②鍵槽對(duì)工件外圓中心的對(duì)稱度。圖2-32外圓表面在V型塊上的定位誤差HBαOAOA=Sin(α/2)OB=Sin(α/2)d對(duì)上式求全微分，得到：d(OA)=Sin(α/2)1d(d)－4Sin2(α/2)dcos(α/2)d(α)對(duì)于第1項(xiàng)要求，寫出O點(diǎn)至加工尺寸方向上某一固定點(diǎn)如V型塊兩斜面交點(diǎn)A的距離：53以微小增量代替微分，并將尺寸誤差視為微小增量，且考慮到尺寸誤差可正可負(fù)，各項(xiàng)誤差均取絕對(duì)值，得到工序尺寸H的定位誤差：6.2.3定位誤差

（2-8）式中Td

—工件外圓直徑公差；

Tα—V型塊兩斜面夾角角度公差。若忽略V型塊兩斜面夾角的角度公差，可以得到用V型塊對(duì)外圓表面的定位誤差為：（2-9）54若忽略V型塊兩斜面夾角的角度公差，可以得到用V型塊對(duì)外圓表面的定位誤差為：6.2.3定位誤差

工件工序基準(zhǔn)為外圓下母線時(shí)，由右圖得：圖2-33外圓表面在V型塊上的定位誤差b）H1BOAC556.2.3定位誤差

若工件工序基準(zhǔn)為外圓上母線時(shí)，由右圖得：圖2-33外圓表面在V型塊上的定位誤差c）H2BdOAC若忽略V型塊兩斜面夾角的角度公差，可以得到用V型塊對(duì)外圓表面的定位誤差為：56

關(guān)于鍵槽對(duì)工件外圓中心的對(duì)稱度要求。圖2-32外圓表面在V型塊上的定位誤差HBαOA6.2.3定位誤差

若忽略工件的圓度誤差和V型塊角度偏差，可以認(rèn)為工序基準(zhǔn)（工件外圓中心）在水平方向上的位置變動(dòng)量為零，即定位誤差為零。576.2.3定位誤差

3.組合定位誤差【例2-3】一面兩銷定位誤差分析計(jì)算。圖2-34一面兩銷的定位誤差586.2.3定位誤差

直線位移誤差圖2-35兩銷定位的直線位移誤差O1O2O11O21O12O22極端情況為：工件內(nèi)孔1的直徑尺寸最大、定位銷1直徑尺寸最小，極端位置為最左、最右兩種情況。ΔO1ΔO1=Dmax－dmin式中ΔO1——定位誤差；

D1max——工件定位孔最大直徑；

d1min——夾具定位銷最小直徑。596.2.3定位誤差

角位移誤差圖2-36兩銷定位的角位移誤差O1O2O11O21O12O22極端情況為：工件內(nèi)孔1、2的直徑尺寸最大、定位銷1、2直徑尺寸最小，極端偏擺為上、下最大轉(zhuǎn)角兩種情況。Δdw-ΔdwO12O22O'12O'22O2O1L606.2.3定位誤差

角位移誤差O12O22O'12O'22O2O1L61例題：定位誤差的計(jì)算方法極值法求解：

解：定位誤差的大小等于尺寸A的最大變動(dòng)范圍，即ΔDA=Amax-Amin當(dāng)Bmin,dmin時(shí)，工件中心為O1點(diǎn);當(dāng)Bmax,dmin時(shí)，工件中心為O2點(diǎn);當(dāng)Bmin,dmax時(shí)，工件中心為O3點(diǎn);當(dāng)Bmax,dmax時(shí)，工件中心為O4點(diǎn);ΔDA=aO4=aO2+O2O4=TBtgα+Td/2cosα

依據(jù)：定位誤差等于由于定位而引起的加工尺寸的最大變動(dòng)范圍。

62微分法求解：解：A=L-Btgα-d/2cosα(B,d為變量)ΔDA=|TBtgα|+|Td/2cosα|此法對(duì)包含多誤差因素的復(fù)雜定位方案的定位誤差分析計(jì)算較方便。依據(jù)：做工件定位圖，確定加工尺寸D與有關(guān)的工件和夾具相應(yīng)各幾何參數(shù)xi的尺寸鏈關(guān)系式為：D=Φ（xi，x2，x3）

對(duì)上式求全微分，即可求出加工尺寸D的定位誤差.63定位誤差分析計(jì)算習(xí)題課：例1：求加工尺寸A的定位誤差。解：1）定位基準(zhǔn)為底面，工序基準(zhǔn)為圓孔中心線O，定位位尺寸S=50mm,Ts=0.2mm工序基準(zhǔn)的位移方向與加工尺寸方向夾450ΔB=Tscosα=0.2cos45=0.1414定位基準(zhǔn)與限位基準(zhǔn)重合,ΔY=0；∴ΔD=ΔB=0.1414mm答：A的定位誤差為0.1414mm結(jié)論:

1）平面定位時(shí),ΔY=0;

2)工序基準(zhǔn)變動(dòng)方向與加工尺寸不一致時(shí),需向加工尺寸方向投影.64例2:鉆鉸凸輪上兩小孔,求加工尺寸100的定位誤差.解:1）定位基準(zhǔn)與工序基準(zhǔn)重合,ΔB=0;位基準(zhǔn)相對(duì)限位基準(zhǔn)單向移動(dòng),且與加工尺寸成30o±15’夾角.Ti=(TD+Td0)/2,Δy=Ticosα∴Δy=[(0.033+0.021)/2]*cos30=0.02mmΔD=Δy=0.02mm結(jié)論:定位方式為孔軸配合時(shí),當(dāng)單邊接觸時(shí),

Δy=[(TD+Td0)/2]cosα.

65例3:金剛鏜床上鏜活塞銷孔,求對(duì)稱度的定位誤差.解:1)對(duì)稱度的工序基準(zhǔn)是裙部?jī)?nèi)孔軸線,定位基準(zhǔn)也是,∴ΔB=0;2)定位基準(zhǔn)