機床夾具設(shè)計-第一二章(2012mqc)

機床夾具設(shè)計

主講人：馬秋成E-mail:mqc@第一章機床夾具概述

1.1工件的裝夾與夾具

夾具是一種裝夾工件的工藝裝備(簡稱工裝).在機械加工過程中，為保證工件的加工精度，使之相對于機床、刀具占有確定的位置，并能迅速、可靠地夾緊工件，以接受加工或檢測的工藝裝備稱為機床夾具，簡稱夾具。一、工件裝夾的概念鉆床夾具機床夾具的主要功能：使工件定位和夾緊。定位——使工件在機床上或夾具上占有正確加工位置的過程，稱為定位。夾緊——工件定位后，經(jīng)夾緊裝置施力于工件，將其固定夾牢，使其在加工過程中保持正確位置不變。安裝——工件從定位到夾緊的整個過程。根據(jù)加工精度要求和生產(chǎn)批量的不同,安裝方法有三種：直接找正法：是用百分表、劃針或用目測，在機床上直接找正工件，使工件獲得正確位置的方法。二、工件裝夾的方法劃線找正法：當零件形狀復雜時，先用劃針在工件上畫出中心線、對稱線或各加工表面的加工位置，然后再按劃好的線來找正工件在機床上的位置。專用夾具安裝法：靠專用夾具保證工件相對于刀具及機床所需的位置，并使其夾緊。三、用夾具裝夾保證工件加工精度的條件采用夾具對工件進行加工時，為保證工件加工表面相對其它表面的尺寸和位置精度，須滿足下述三個條件：(一)工件在夾具中保持一定的位置；(二)夾具在機床上保持一定的位置；(三)夾具相對刀具保持一定的位置。1、基本組成

定位元件夾緊裝置夾具體作用是將工件壓緊夾牢，保證工件在加工過程中受到外力作用時位置不變。作用是使工件在夾具中占據(jù)正確的位置。將夾具上的所有組成部分，聯(lián)接成為一個整體的基礎(chǔ)件。是夾具的基座和骨架。四、機床夾具的組成2、其它組成

連接元件對刀裝置其它裝置作用是確定刀具的位置。作用是確定夾具本身在機床上的位置。如分度裝置、靠模裝置、上下料裝置和平衡塊等。四、機床夾具的組成圖1－3鉆床夾具§1-2夾具的分類與作用

一、按夾具的應用范圍分類二、按夾具上的動力源分類三、按所用機床分類(一)通用夾具：指結(jié)構(gòu)、尺寸已標準化、系列化，且具有一定通用性的機床附件；如三爪卡盤、四爪卡盤、平口虎鉗和萬能分度頭等。這類夾具主要用于單件小批生產(chǎn)。三爪卡盤：用于回轉(zhuǎn)工件的裝卡四爪單動卡盤：用于非回轉(zhuǎn)體或偏心件的裝卡平口鉗分固定側(cè)與活動側(cè)，固定側(cè)與底面作為定位面，活動側(cè)用于夾緊。(二)專用夾具：指專為某一工件的某一加工工序而設(shè)計制造的夾具。結(jié)構(gòu)緊湊，操作方便，主要用于固定產(chǎn)品的大批大量生產(chǎn)。連桿加工專用夾具：該夾具靠工作臺T形槽和夾具體上定位鍵確定其在數(shù)控銑床上的位置，并用T形螺栓緊固。(三)成組夾具：采用成組加工工藝，將工件按形狀、尺寸和工藝的共性分組，再為每組工件設(shè)計組內(nèi)通用的專用夾具(四）組合夾具：是一種模塊化的夾具，由一套預先制造好的標準元件組裝成的專用夾具組合夾具是一種適應多品種、小批量生產(chǎn)的新型夾具。由一套結(jié)構(gòu)和尺寸已經(jīng)規(guī)格化、系列他的通用元件、合件和部件構(gòu)成。包括：基礎(chǔ)件、支承件、定位件、導向件、壓緊件、緊固件、輔助件、合件和部件等。夾具使用完畢后，可以將各組成元件、合件等拆開，清洗后入庫以備下次組合使用?？紫到M合夾具孔系組合夾具實例l一長方形基礎(chǔ)板；2一方形支撐件；3一菱形定位盤；4一快換鉆套；

5一叉形壓板；6一螺栓；7一手柄桿；8一分度合件。槽系組合夾具二、按夾具的動力源分類(一)手動夾具以操作工人手臂之力作為動力源，通過夾緊機構(gòu)夾緊工件。為盡量減輕工人的勞動強度和保證夾緊可靠,此類夾具的夾緊機構(gòu)必須具有增力和自鎖作用。手動夾具一般采用結(jié)構(gòu)簡單的螺旋或偏心壓板機構(gòu)，制造方便，但使用時的工作效率較低。(二)氣動夾具以壓縮空氣作為動力源，通過管道、氣閥、氣缸等元件產(chǎn)生夾緊力。當需要較大的夾緊力時，在氣缸和夾緊元件之間增設(shè)斜楔式、鉸鏈式或杠桿式等擴力機構(gòu)。

氣動夾具特點：夾緊動作迅速、夾緊力穩(wěn)定、操作方便，在成批和大量生產(chǎn)中廣泛的應用。(三)液壓夾具以液壓油作動力源，通過管道、液壓閥，液壓缸等元件，產(chǎn)生夾緊力。具有氣動夾具的各種優(yōu)點，而夾緊動作則更為平穩(wěn)。由于油壓比氣壓高，夾緊力大，夾具體積小，一般不用增力機構(gòu)即可直接夾緊工件。需要液壓站。

(四)電動夾具以電機扭力作動力源，通過減速器產(chǎn)生夾緊力。其傳動部分常采用齒輪減速裝置，結(jié)構(gòu)比較復雜，夾緊動作比氣動和液壓夾緊緩慢。應用很少(五)磁力夾具以電磁鐵或永久磁鐵產(chǎn)生的磁力作為動力源直接夾緊工件，一般多用于切削力較小的精加工，如車床上的電磁吸盤、平面磨床的磁力工作臺等。(六)真空夾具利用真空泵或以壓縮空氣為動力源，使夾具的內(nèi)腔產(chǎn)生真空，依靠四周大氣的壓力將工件壓緊。這類夾具的夾緊力較小，一般適用于精加工剛度低的工件，如磨削加工不導磁的薄形工件等。可分為車床、銑床、鉆床、鏜床、磨床、齒輪機床、數(shù)控機床夾具等。三、按夾具使用的機床分類（1）保證加工精度。

（2）縮短輔助時間，提高勞動生產(chǎn)率，降低生產(chǎn)成本。（3）減輕工人操作強度，降低對工人的技術(shù)水平要求。（4）擴大機床工藝范圍，實現(xiàn)一機多能。（5）用成組可調(diào)夾具縮短生產(chǎn)準備時間四、夾具的作用§1-3機床夾具設(shè)計研究的內(nèi)容本課程主要研究以下內(nèi)容：一、工件在夾具中的定位二、工件在夾具中的夾緊三、夾具在機床上約定位、對刀及分度四、各類機床夾具的結(jié)構(gòu)特點五、機床夾具的設(shè)計方法和步驟

本課程的任務

1、掌握機床夾具的基礎(chǔ)理論知識和設(shè)計計算方法，能對機床夾具進行結(jié)構(gòu)和精度分析。2、會查閱有關(guān)夾具設(shè)計的標準，手冊、圖冊等資料。3、掌握機床夾具設(shè)計的方法，具有設(shè)計一定復雜程度夾具的能力。4、具有現(xiàn)代機床夾具設(shè)計的有關(guān)知識。本課程結(jié)束以后要進行課程設(shè)計第二章工件在夾具中的定位采用夾具加工時，為獲得工件在加工時的準確位置，既要解決工件在夾具中的定位,還要解決夾具在機床上的準確定位和夾具相對刀具的準確調(diào)整等問題。如何保證一批工件位置的一致性，是工件在夾具中定位的根本問題。本章主要研究一批工件在夾具中的定位規(guī)律及定位精度。自由度(又稱不定度）:即空間位置的不確定性一個位于空間自由狀態(tài)的物體，對于空間直角坐標系來說，具有六個自由度：三個位移自由度和三個旋轉(zhuǎn)自由度?！?.1工件定位原理定位的實質(zhì)：就是限制工件自由度。工件六個自由度如果全部被限制，則工件的空間位置就完全被確定。工件在夾具中定位的任務，就是通過定位元件，限制工件的自由度，以滿足工序的加工精度要求。工件在夾具中的定位分為：完全定位部分定位欠定位過定位工件在夾具中定位，若六個自由度都被限制，稱為完全定位。支承點：為便于定位分析，將具體定位元件抽象轉(zhuǎn)化為對應的定位支承點，一個支承點限制工件一個自由度。六點定位原理使用合理設(shè)置的六個支承點，與工件的定位基準相接觸，以限制工件的六個自由度，使工件在夾具中的位置完全被確定的方法，稱為六點定位原理。一、完全定位長方體定位時支承點的分配①主要定位基準面：設(shè)置三個支承點，限制了工件的三個自由度的定位表面。要求：支承面積大；三個支承點要對稱配置。②導向定位基準面：設(shè)置二個支承點，限制了工件的二個自由度的定位表面。要求：應選狹長表面；支承點布置應盡可能遠，且兩點連線不能與主定位面垂直。③止推定位基準面：限制一個移動自由度的定位基準面。要求：應選窄小且與切削力相對的表面；支承方向平行于導向方向。④防轉(zhuǎn)定位基準面：限制一個旋轉(zhuǎn)自由度的定位表面。要求：支承點布置應離回轉(zhuǎn)線盡可能遠。二、部分定位（又稱不完全定位）工件在夾具中定位，若六個自由度沒有被全部限制時，稱為部分定位。分兩種情況：（1）由于零件特定的形狀和結(jié)構(gòu)，無法也沒有必要限制某些自由度部分定位不影響加工一批零件的一致性（2）根據(jù)加工精度要求，工件在定位時允許某些自由度不限制。分析定位時應注意的幾個問題1）定位支承點必須與工件定位基準面始終保持緊貼接觸，才能起到限制自由度作用；2）將夾具上定位元件抽象轉(zhuǎn)化為定位支承點時，每個支承點只限制一個自由度；3）分析支承點的定位作用時，不考慮力的影響；4）定位與夾緊的區(qū)別，定位是使工件獲得正確位置，而夾緊是保持這個位置在加工時不變。

工件固定不動了，就定位了，這種說法是錯誤的工件在夾具中定位時，若實際限制的自由度個數(shù)少于工序加工要求應予限制的自由度個數(shù)，稱為欠定位（應該限制的自由度沒有被限制）。由于欠定位不能保證一批工件加的一致性和加工精度要求，因此，欠定位不允許存在。三、欠定位書圖2-8，2-9四、重復定位（也稱過定位）工件同一個自由度被幾個支承點重復限制的定位。

在設(shè)計夾具時，是否允許重復定位，應根據(jù)工件的不同情況進行分析。一般來說，對工件上用形狀精度和位置精度很低的毛坯表面作為定位表面時，是不允許出現(xiàn)重復定位的；對用已加工過的工件表面或精度較高的毛坯表面作為定位表面對，為了提高工件定位的穩(wěn)定性和剛度，在一定的條件下是允許采用重復定位的。支承釘和支承板在安裝后要磨平過定位的不良后果：使接觸點不穩(wěn)定，難以保證加工的一致性；增加了夾緊變形；部分工件不能順利與定位元件配合。消除或減少過定位干涉的措施：改變定位元件結(jié)構(gòu)，使定位元件重復限制自由度的部分不起定位作用；提高工件定位基準之間以及定位元件工作表面之間的位置精度；撤消重復限制自由度的定位元件；只有提出合理的附加條件，才允許采用過定位?！?-2定位元件的選擇與設(shè)計工件種類繁多，形狀不同，但工件基本是由平面、圓柱面、圓錐面及各種成形面所組成。工件在夾具中定位時，可根據(jù)其結(jié)構(gòu)特點和工序加工要求，選取其上的平面、圓柱面、圓錐面或它們之間的組合表面作為定位基準。一、平面定位元件常用的平面定位元件有固定支承、可調(diào)支承、自位支承及輔助支承等。除輔助支承外，其他支承均對工件起定位作用。(一)固定支承是位置固定不變的定位元件,包括支承釘和支承板①支承釘—用于面積較小的基準平面平頭支承釘，主要用于已加工過的平面定位球頭支承釘，主要用于未經(jīng)加工的粗糙平面的定位鋸齒形支承釘，用于要求摩擦力大的工件側(cè)平面定位②支承板—用于面積較大、平面度精度較高的基準平面定位結(jié)構(gòu)簡單、制造方便，但積屑不易清除，多用于工件側(cè)平面定位易于清除切屑，廣泛應用于工件上已加工過的平面定位(二)可調(diào)支承支承點的位置可調(diào)節(jié)的定位元件稱為可調(diào)支承。

可調(diào)支承主要用于工件毛坯制造精度不高，而又以未加工過的毛面作為定位基準的工序中。不同批次的毛坯尺寸往往相差較大．若選用固定支承定位，在用調(diào)整法加工的條件下，引起工序尺寸較大變化。

在同一批工件的加工中,可調(diào)支承相當于固定支承。(三)自位支承自位支承是指支承點的位置隨工件定位基淮面位置變化面自動與之適應酌定位元件。自位支承與工件可能有兩、三個接觸點，但只起到一個支承點的作用，限制工件1個自由度。由于自位支承增加了與工件的接觸點數(shù)，故可提高工件定位時的剛度，減小工件的受力變形。

(四)輔助支承輔助支承主要起提高工件支承剛性作用或起輔助定位作用。

輔助支承不起定位作用，不限制工件的自由度。1．自引式輔助支承2．升托式輔助支承3．直接鎖緊和液壓鎖緊的輔助支承工件以平面定位總結(jié)面積較小的基準平面選用支承釘；面積較大、平面度精度較高的基準平面定位選用支承板毛坯面、階梯平面和環(huán)形平面作基準平面定位時，選用自位支承；毛坯面作基準平面，調(diào)節(jié)時可按定位面質(zhì)量和面積大小分別選用可調(diào)支承；當工件定位基準面需提高定位剛度、穩(wěn)定性和可靠性時，可選用輔助支承。二、圓孔表面定位元件圓孔表面定位元件有定位銷、剛性心軸和錐度心軸等(一)定位銷工件以圓孔表面定位時使用的定位銷一般有固定式和可換式兩種．在大批量生產(chǎn)中，由于定位銷磨損較快，為保證工序加工精度和定期維修，多采用可換式定位銷。1、固定式定位銷

與夾具體連接成過盈配合，長銷限制4個自由度，短銷限制2個自由度。2、可換式定位銷在定位銷與夾具體之間裝有襯套，定位銷與襯套內(nèi)徑的配合采用間隙配合．而襯套與夾具體則采用過渡配合。由于定位銷與襯套之間存在裝配間隙，故定位精度較固定式定位低。錐銷限制3個自由度3、削邊定位銷為適應工件用兩孔一起定位的需要，采用一個削邊定位銷。削邊銷限制1個自由度，尺寸在3-50mm之間的削邊銷做成菱形，又叫菱形銷。削邊定位銷結(jié)構(gòu)小于3mm大于50mm(二)剛性心軸對于套類零件，常常采用剛性心軸作為定位元件。剛心軸由導向部分1，定位部分2及傳動部分3組成。限制4個自由度。過盈心軸定位相度高，但裝卸工件麻煩，生產(chǎn)效率較低。(三)錐度心軸小錐度心軸可消除工件與心軸的配合間隙，提高定心精度，為防止工件在心軸上傾斜，其錐度K常取1:5000到1:1000

限制4個自由度小錐度心軸將工件楔緊在心軸錐面上，由孔的局部彈性變形，將工件夾緊。錐度越小，定心定位精度越高，但工件軸向位置變動也越大。一般用于工件定位孔精度高于7級，切削負荷較小的精加工。為了減少工件在錐度心軸上的軸向位置變動量，可按孔徑尺寸公差分組設(shè)計相應的錐度心軸。三、外圓表面定位元件定位套、支承板和V形塊等(一)定位套定位套用于對工件外圓表面實現(xiàn)定心定位。當工件定位圓柱面精度較高時，可選用定位套或半圓形定位座。短定位套，限制2個自由度長定位套，限制4個自由度錐定位套，限制3個自由度(二)支承板支承板實現(xiàn)對外圓表面的支承定位。定位時所限制自由度數(shù)的多少由它與工件外圓側(cè)母線接觸的長短確定。(三)V形塊V形塊實現(xiàn)對外圓表面的定心對中定位。特點：①對中性好；②可用于非完整外圓表面的定位。V形塊角度有60o，90o和120o，90o應用最廣且標準化。設(shè)計參數(shù)：V形塊在夾具中的安裝尺寸T是V形塊的主要設(shè)計參數(shù)，該尺寸常用作V形塊檢驗和調(diào)整的依據(jù)。當a為90o時則：T=H+0.707d-0.5N

三個鋸齒形定位銷相當于兩個V形塊四、錐面定位元件在加工軸或某些定心精度要求的零件時，常以工件上的錐孔作為定位基難，這時需要選用相應的錐面定位元件。錐形心軸定位限制5個自由度?！?.3定位誤差的分析與計算一、定位誤差及計算方法（一）定位誤差及產(chǎn)生原因1、定位誤差概念

定位誤差是指由于定位不準而引起某一工序尺寸或位置要求方面的加工誤差。在工件加工中，加工誤差除定位誤差外,還存在制造與安裝、工件夾緊、機床工作精度、刀具精度、受力變形、熱變形等因素而產(chǎn)生誤差，定位誤差僅是加工誤差的一部分。定位誤差一般不超過工件加工公差T的1/5～1/3即ΔD≤(1/5～1/3)T對一批工件來說，工件的尺寸和位置上都存在公差，不可能完全一致,同時夾具上定位元件本身及相互間存在尺寸和位置公差。因此，雖然工件已經(jīng)定位，但每個被定位的工件的一些表面的位置仍然會產(chǎn)生變化，這就造成了工序尺寸和位置要求方面的加工誤差。2、定位誤差產(chǎn)生的原因1）基準不重合誤差

由于工序基準與定位基準不重合所導致的工序基準在加工尺寸方向上的最大位置變動量，稱為基準不重合誤差,用δ不重表示2)基準位移誤差由于定位副的制造誤差或定位副配合間隙所導致的定位基準在加工尺寸方向上最大位置變動量，稱為基準位移誤差，用δ位置表示3）定位誤差δ定位=δ位置±δ不重1）定位基準與設(shè)計基準不重合而產(chǎn)生的基準不重合誤差基準不重合誤差等于定位基準到設(shè)計基準間的聯(lián)系尺寸的公差。δ不重=ΔH2）定位副制造不準確所產(chǎn)生的基準位移誤差由于定位副制造不準確，使得定位基準位置發(fā)生變動而產(chǎn)生的定位誤差。定位基準的最大變動量，為定位基準的位置誤差。=Dmax-dmin（二）定位誤差的組成及其計算方法定位誤差是采用調(diào)整法加工一批工件時，由于定位不準而造成工序尺寸或位置要求可能變動的最大范圍。定位誤差由基準位置誤差和基準不重合誤差組成。即：δ定位=δ位置±δ不重在分析計算定位誤差時，先分別計算其基準不重合誤差和基準位置誤差，再求出其在加工尺寸方向上的矢量和。分析基準不重合誤差時，不考慮基準位置誤差的影響，分析基準位置誤差時，不考慮基準不重合誤差，兩者均以刀具位置固定為條件。工件同一尺寸同時影響基準位置誤差和基準不重合誤差時,如果引起加工尺寸同向增大或減小則取加號，如果引起加工尺寸反向變化，則取減號。不同尺寸所引起的基準位置誤差和基準不重合誤差取加號。δ不重=Td/2Δ位置=最大間隙（三）定位誤差分析要點1.定位誤差只有在采用調(diào)整法加工一批零件時才存在。采用試切法加工則不會產(chǎn)生定位誤差。2.定位誤差是因工件定位不準而產(chǎn)生的加工誤差。它表現(xiàn)為工序基準相對于加工表面可能產(chǎn)生的最大的尺寸或位置的變動量，定位誤差是由工件的制造誤差、定位元件的制造誤差、兩者之間的配合間隙及基準不重合等因素造成。3.定位誤差由基準位置誤差和基準不重合誤差兩部分組成，但不是任何情況下這兩者都存在。4.定位誤差的計算可按定位誤差的定義，根據(jù)所畫出的一批工件定位可能產(chǎn)生定位誤差的極端情況，再分析計算其幾何位置的最大變動量求得。二、幾種典型表面定位時的定位誤差(一)平面定位時的定位誤差平面定位的主要方式是支承定位，常用定位元件為：支承釘、支承板、自位支承和可調(diào)支承。

如果用粗基準（毛面）定位，毛坯表面的形狀誤差為基準位置誤差。δ位置=ΔH

如果用已加工過的精基準定位，由于平面精度高，可以認為基準位置誤差為0。δ位置=0例:(二)圓孔表面定位時的定位誤差圓孔表面的主要定位方式是定心定位，定位元件為各種定位銷、定位心軸。

圓孔定位時其定位基準是孔的中心線。

圓孔表面的基準位置誤差為孔與定位銷（或心軸）的間隙。1、工件圓孔與心軸或定位銷成過盈配合的情況由于過盈配合的間隙為0，所以δ位置=0，在定位誤差計算時只需要考慮基準不重合誤差。

當采用自動定心心軸定位時，也為無間隙的定心定位，其基準位置誤差同樣也為0

δ定位（H1）=δ不重+δ位置=0+0=0δ定位（H2）=δ不重+δ位置=Td/2+2e+0=Td/2+2e尺寸H2δ不重=Td/2+2eH1H22、工件圓孔與心軸或定位銷間隙配合，水平放置心軸與孔成間隙配合，在重力作用下，工件與銷成單邊接觸，基準位置誤差為孔銷間隙變動量的一半。也等于孔銷公差之和的1/2δ位置=(TD+Td)/2H3H1對于H1：δ定位（H1）=δ不重+δ位置=0+（Td1+TD）/2對于H2：δ不重=TD/2δ定位（H2）=δ位置-δ不重=（Td1+TD）/2-TD/2=Td1/2對于H3：δ不重=Td/2δ定位（H3）=δ位置+δ不重=（Td1+TD）/2+Td/23、工件圓孔與心軸或定位銷間隙配合，垂直放置心軸與孔成間隙配合且垂直放置時，工件與銷為任意邊接觸，其定位孔軸線在空間的變動范圍與單邊接角相比將擴大一倍。

基準位置誤差為孔銷配合的最大間隙。也等于孔公差、銷公差與最小間隙三者之和。δ位置=TD+Td+△minH3H1對于H1：δ定位（H1）=δ不重+δ位置=0+Td1+TD+△min對于H2：δ不重=TD/2δ定位（H2）=δ位置+δ不重=Td1+TD+△min

+T