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1、第五章機(jī)床夾具設(shè)計(jì)原理機(jī)床夾具是機(jī)械加工工藝系統(tǒng)的一個(gè)重要組成部分,本章主要討論:機(jī)床夾具的功用、分類(lèi)和組成; 工件在夾具中的定位和夾緊; 夾具的選用與設(shè)計(jì)方法第一節(jié)概述機(jī)床夾具是一種在各種金屬切削機(jī) 床上實(shí)現(xiàn)裝夾任務(wù)的工藝裝備,如車(chē)床上使用的三爪自定心卡盤(pán);銃床上使用的平口虎鉗等;平面磨床上使用的電磁吸盤(pán)等。、機(jī)床夾具的功用與機(jī)床聯(lián)結(jié)定位并夾緊工件-1.能穩(wěn)定地保證工件的加工精度 2.能減少輔助工時(shí),提高勞動(dòng)生產(chǎn)率 3.能擴(kuò)大機(jī)床的使用范圍,實(shí)現(xiàn)一機(jī)多能二、機(jī)床夾具的分類(lèi)1.按專(zhuān)門(mén)化程度分類(lèi) (1)通用夾具 (2)專(zhuān)用夾具 (3)通用可調(diào)夾具和成組夾具 (4)組合夾具 (5)隨行夾具2.按使
2、用的機(jī)床分類(lèi):車(chē)床夾具、銃床夾具、 鉆床夾具、趙床夾具、 磨床夾具、齒輪機(jī)床夾具和其他機(jī)床夾具等O3按夾緊動(dòng)力源分類(lèi):手動(dòng)夾具、氣動(dòng)夾具、 液壓夾具、氣液夾具、 電動(dòng)夾具、 磁力夾具、 真空夾具等。2、3456、000LD 00 0三、機(jī)床夾具的組成下圖為加工薄壁套工件外圓的端面A的車(chē)軸套夾具。 工件8以?xún)?nèi)孔和端面B為基準(zhǔn),在夾具的漲塊7上定位, 轉(zhuǎn)動(dòng)螺母2,帶動(dòng)拉桿9向左移動(dòng),使?jié)q塊7漲開(kāi)定位夾 緊工件。卸工件時(shí),反向轉(zhuǎn)動(dòng)螺母2、銷(xiāo)釘5推動(dòng)漲塊7 向左移動(dòng),工件松動(dòng)。薄墜套工件夾具的組成1 定位元件(定位裝置):序號(hào)72. 夾緊裝置:序號(hào)2;3;93. 對(duì)刀與導(dǎo)引元件:4. 夾具體:序號(hào)15
3、. 其它元件及裝置:序號(hào)6第二節(jié)工件的定位工件在機(jī)床上的定位包括工件在夾具上的定位和夾具相對(duì)于機(jī)床的定位兩個(gè)方面,即工件相對(duì)于機(jī)床的定位是間接通過(guò)夾具來(lái)保證的。本 章主要討論工件在夾具上的定位。、六點(diǎn)定位原理圖52物體的八個(gè)H由度2.六點(diǎn)定位原理用正確分布的六個(gè)支承點(diǎn)來(lái)限制 工件的六個(gè)自由 度,從而使工件在夾具中得到正確位置的原理,稱(chēng)為六點(diǎn)定位原OZ圖53工件的六點(diǎn)定位六個(gè)支承點(diǎn)的正確分布:3-2-13.工件在夾具中定位的幾種情況圖54不同加工要求的工 件完全定位:將工件的六個(gè)自由度全部 限制(上圖a); (2)不完全定位:根據(jù)工件被加工表面的 加工精度,要求限制的自由度少于六個(gè) (上圖b )
4、;(3)欠定位:根據(jù)工件被加工表面的加 工精度要求,需要限制的自由度沒(méi)有 得到完全限制;(4)過(guò)定位:工件的某自由度被夾具上兩個(gè)或兩個(gè)以上的定位元件重復(fù)限制,過(guò)定位特點(diǎn):提高工件的剛性,減少工件加工變形;可能導(dǎo)致定位干涉(工件裝夾困難), 進(jìn)而導(dǎo)致工件或定位元件產(chǎn)生變形、 定位誤差增大。因此在定位設(shè)計(jì)中應(yīng) 該盡量避免過(guò)定位,消除或減小過(guò)定 位的方法主要有:1)改變定位元件結(jié)構(gòu)2)提高工件定位基準(zhǔn)之間以及定位元件工作表面之 間的位置精度zzZx rx r二 x圖55工件過(guò)定位情況及改善措施圖56幾種常用支承釘圖57兩種常用的支承板二、常見(jiàn)的定位方式及其定位元件(約束支點(diǎn)數(shù)及應(yīng)用)(一)工件以平面
5、定位a)d)25 EC)b)圖510常見(jiàn)的幾種輔助支承圖58幾種常用的可調(diào)支承 圖59幾種常見(jiàn)的自位支承結(jié)構(gòu)圖輔助支承應(yīng)用實(shí)例(二)工件以外圓定位圖513活動(dòng)V形塊應(yīng)用實(shí)例圖512常用固定式V形 塊V形塊定位的優(yōu)點(diǎn) 1)對(duì)中性好,即能使工件的定位基準(zhǔn)軸線(xiàn)對(duì)中在V形 塊兩斜面的對(duì)稱(chēng)平面上,在左右方向上的不會(huì)發(fā)生偏移, 豆安聶方便; 2)應(yīng)用范圍較廣。不論定位基準(zhǔn)是否經(jīng)過(guò)加工,不論是完整的圓柱面還是局部圓弧面,都可采用V形塊定位。V形塊上兩斜面間的夾角一般選用60。、90°和120。, 其中以90。應(yīng)用最多。V形塊其典型結(jié)構(gòu)和尺寸均已標(biāo)準(zhǔn)化, 標(biāo)準(zhǔn)手冊(cè)。V形塊的材料一般用20鋼,設(shè)計(jì)時(shí)可
6、査有關(guān)滲碳深08mm1.2mm,淬火硬度為60HRC64HRC。2.定位套8)b)圖5-14工件在定位套內(nèi)定位工件以外圓柱表面為定 位基準(zhǔn)在定位套內(nèi)孔中 定位,這種定位芳法一 般適用于精基準(zhǔn)定位, 如圖514所示。圖5-14a為短定位套定 位,限制工件兩個(gè)自由 度;圖514b為長(zhǎng)定位套定位,限制工件四個(gè)自由度。3.半圓套圖5-15半圓套結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖圖515為半圓套結(jié) 構(gòu)簡(jiǎn)圖,下半圓起 定位作用,上半 起夾緊作用。圖5-15a為可卸式, 圖5-15b為較鏈?zhǔn)? 后者裝卸工件方便 些。短半圓套限制 工件兩個(gè)自由度,長(zhǎng)半圓套限制工件 四個(gè)自由度。4.錐套1 2345圖 5-16工件以圓錐套定位時(shí),常與后
7、頂尖(反頂尖)配合使用。由度。如圖5-16所丕,夾具體錐柄1插入機(jī)床主軸孔中,通過(guò)傳動(dòng)螺釘2 對(duì)定位圓錐畫(huà)3傳遞扭矩,工件4圓柱左端部左定位圓錐套3中通 瞬觀(guān)辭卜斷期訓(xùn)鶴聽(tīng)霞W(三)工件以圓孔定位工件以圓孔定位大都屬于定心定位 (定位基準(zhǔn)為孔的軸線(xiàn)),常用的定 位元件有定位銷(xiāo)、圓柱心軸、圓錐 銷(xiāo)、圓錐心軸等。1.定位銷(xiāo)d<10d=10 18d>18d>10a)b)c)d)a)b)圖5-18a用于粗圖5172.圓錐銷(xiāo)在加工套筒、空 心軸等類(lèi)工件時(shí), 也經(jīng)常用到圓錐 卷如圖518所 Zjl O基準(zhǔn);圖518b 用于精基準(zhǔn)。圓錐銷(xiāo)限制了工件三個(gè)自由度。3.定位心軸主要用于套筒類(lèi)和空
8、心盤(pán)類(lèi)工件的 車(chē)、銃、磨及齒輪加工。常見(jiàn)的有 圓柱心軸和圓錐心軸等。 (1)圓柱心軸 短圓柱心軸限制工件自由度【?】 長(zhǎng)圓柱心軸限制工件的自由度【? 1圖520圖5-20a為間隙配合圓柱 心軸,其定位精度不高, 但裝卸工件較方便;圖5-20b為過(guò)盈配合圓柱 心軸,常用于對(duì)定心精度 要求高的場(chǎng)合;圖5-20C為花鍵心軸,用 于以花鍵孔為定位基準(zhǔn)的 揚(yáng)合。當(dāng)工件孔的長(zhǎng)徑比L/D>A 時(shí),工作部分可略帶錐度。£-E/ 丿 / 刀 LZz: £乙/ <八孑工!b)b)(2)圓錐心軸圖521定位方式是圓錐面與圓錐面接觸,要求錐孔和圓 靈心魏的錐度相同,接觸良好,因此定心精
9、度與定位精 磨證機(jī)高,而軸向定位精度取決于工件孔和心軸的尺寸 圓錐:匕、軸限制工件的自由度【?】圖521(四) 工件以組合表面定位在實(shí)際加工過(guò)程中,工件往往不是 采用單一表面的定位,而是以組合表面定位。常見(jiàn)的有平面與平面組合、平面與孔組合、平面與外圓柱面組合、平面與其它表面組合、錐面與錐面組合等?;顒?dòng)錐銷(xiāo)/丿T圖514工件以端面和圓柱面組合定位E5-19工件以端面和內(nèi)孔組合定位一面兩孔組合定位b在加工箱體類(lèi)工件時(shí),往往采用一面 兩孔組合定位,見(jiàn)圖522。定位元件 釆用一個(gè)平面和兩個(gè)短圓柱銷(xiāo),兩孔 直徑分別為D1、D2,兩孔中心距為L(zhǎng), 兩銷(xiāo)直徑分別為d仁d2,兩銷(xiāo)中心距 為L(zhǎng)。由于平面限制三個(gè)
10、自由度,兩個(gè) 定位銷(xiāo)限制四個(gè)自由度,因此過(guò)定位, 故有可能使工件兩孔無(wú)法套在兩定位 銷(xiāo)上,如上圖5-22a所示。解決過(guò)定位的方法 1)減小第二個(gè)銷(xiāo)子的直徑。此種方法由于銷(xiāo)子直徑減 小,配合間隙加大,故使工件繞第一個(gè)銷(xiāo)子的轉(zhuǎn)角誤差 加大。 2)使第二個(gè)銷(xiāo)子可沿幼向移動(dòng),但結(jié)構(gòu)復(fù)雜。 3)第二個(gè)銷(xiāo)子采用削邊銷(xiāo)結(jié)構(gòu),即采取在過(guò)定位方向 上,將第二個(gè)圓柱銷(xiāo)削邊,如圖8b所示:平面限制三 個(gè)自由度,短圓柱銷(xiāo)限制兩個(gè)自由度,短的削邊銷(xiāo)(菱 形銷(xiāo))限制一個(gè)自由度。(它不需要減小第二個(gè)銷(xiāo)子直 徑,因此轉(zhuǎn)角誤差較小)圖522c所示削邊銷(xiāo)的截面形狀為菱形,又稱(chēng)菱 形銷(xiāo),用于直徑小于50mm的孔,圖5-22d所示
11、削邊銷(xiāo)的截面形狀常用于直徑大于50m m的孔。削邊銷(xiāo)寬度b和日值:削邊銷(xiāo)的結(jié)構(gòu)尺寸已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化,設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)盡量按照標(biāo)準(zhǔn)選用,削邊銷(xiāo)的寬 度b和8值可根據(jù)表51選取。§ 3定位誤差計(jì)算按照六點(diǎn)定位原理,可以設(shè)計(jì)和檢査丁件在夾具上是否正確位置,但能否滿(mǎn)足工件工序加工精度的要求,則取1¥1決于刀具與工件之間正確的相互位置。而影響這個(gè)正確 的位置關(guān)系的因素很多,如夾具在機(jī)床上的裝夾誤差、工件在夾具中的定位誤差和夾緊誤差、機(jī)床的調(diào)整誤差、 工藝系統(tǒng)的彈性變形和熱變形誤差、機(jī)床和刀具的制造 誤差及磨損誤差等。為了保證工件的加工質(zhì)量,應(yīng)滿(mǎn)足 如下關(guān)系式:A< 6Ad < 6 /3
12、 各種因素產(chǎn)生的加工誤差總和 6 工件被加工尺寸的公差 Ad 工件在夾具中的定位誤差定位誤差及其產(chǎn)生原因所謂定位誤差,是指由于工件定位造成的 加工面相對(duì)工序基準(zhǔn)的位置誤差。因?yàn)閷?duì)一批工件來(lái)說(shuō),刀具經(jīng)調(diào)整后位置 是不動(dòng)的,即被加工表面的位置相對(duì)于定 位基準(zhǔn)是不變的,所以定位誤差就是工序 基準(zhǔn)在加工尺寸方向上的最大變動(dòng)量。定位誤差是在采用調(diào)整法加工一批工件時(shí) 因定位產(chǎn)生的工序尺寸變化量造成定位誤差的原因由于定位基準(zhǔn)與工序基準(zhǔn)不一致所引起 的定位誤差,稱(chēng)基準(zhǔn)不重合誤差,即工序 基準(zhǔn)相對(duì)定位基準(zhǔn)在加工尺寸方向上的最 大變動(dòng)量,以Ab表示(如下圖5-23a) o由于定位副制造誤差及其配合間隙所引 起的定
13、位誤差,稱(chēng)基準(zhǔn)位移誤差,即定位 基準(zhǔn)苞加工尺寸方向上的最大變動(dòng)量,以 j表示(如下圖5-23a定位面的不平度)。常見(jiàn)定位誤差分析與計(jì)算分析和計(jì)算定位誤差的目的,就是為了判斷所采用的定位方案能否保證加工要求,以便對(duì)不同方 案進(jìn)行分析比較,從而選出最佳定位方案,它是 決定定位方案時(shí)的一個(gè)重要依據(jù)。由定位誤差產(chǎn)生原因可知,基準(zhǔn)不重合誤差是由 于定位基準(zhǔn)選擇不當(dāng)產(chǎn)生的,而基準(zhǔn)位移誤差是 由于定位副制造誤差及其配合間隙所引起的。在 工件定位時(shí),上述兩項(xiàng)誤差可能同時(shí)存在,也可 能只有一項(xiàng)存在,但不管如何,定位誤差是由兩項(xiàng)誤差共同作用的結(jié)果。故有:Ad=Ab ±Aj=Aj 土Zb(5-5)“土”分
14、析r=利用式(5-5)計(jì)算定位誤差,稱(chēng)為誤差合 成法,是加工尺寸方向上的代數(shù)和。在定 位誤差的分析與計(jì)算中,可以將兩項(xiàng)誤差 分別計(jì)算,再按式(5-5)進(jìn)行合成。當(dāng)“和”是由同一誤差因素產(chǎn)生的,這時(shí)稱(chēng) “和”關(guān)聯(lián),此時(shí)如果它們方向相同,合成 時(shí)取“十號(hào);如果它們方向相反,合成時(shí) 取“丿號(hào)。當(dāng)兩者不關(guān)聯(lián)時(shí),可直接釆用兩者疊加計(jì)算定位誤差(取“十號(hào))。1 工件以平而定位的定位誤差A(yù)J7、/一一 O丿/ !C/ /7 7-/ / / /圖 5-23定位基準(zhǔn)與工序基準(zhǔn)不重合(圖a): 由工序簡(jiǎn)圖知,加工尺寸的工序基準(zhǔn)(也是設(shè)計(jì)基準(zhǔn)) 是A面,而圖a中定位基準(zhǔn)是B面,可見(jiàn)定位基準(zhǔn)與工序 基準(zhǔn)不重合,必然存
15、在基準(zhǔn)不重合誤差。 Ab =(Hmax-Hd) -(Hmin-Hd) =(Hmax-Hmin)=0.28 =丁40 結(jié)論:Ab=定位基準(zhǔn)與工序基準(zhǔn)間尺寸公差:不變,不會(huì)產(chǎn)生基準(zhǔn)位移誤差,即厶掃。位基準(zhǔn)位 所以有: i¥l若定位基準(zhǔn)B面制造得比較平整光滑,則同批工件的定d= Ab + Aj= Ab +0=0.28mm> 6 /3=0.30/3=0.1 Omm定位誤差太大,給其它加工誤差的允差值就太小,(只有0.02mm),在實(shí)際加工中容易出現(xiàn)廢品,所以此定位方案不合理定位基準(zhǔn)與工序基準(zhǔn)重合(圖b): 若改為圖523b定位方案,則由于定位基 準(zhǔn)與工序基準(zhǔn)重合,所以定位誤差為零: A
16、d= Ab + Aj= 0 +0=0 此定位方案工件需從下向上夾緊,夾緊 方案不夠理想,且使夾具結(jié)構(gòu)復(fù)雜。【還有什么方法?】b)工件以外圓在V形塊上定位,如不考慮V形塊的制造誤差,則工件定位基準(zhǔn)在V形塊 的對(duì)稱(chēng)面上,因此工件中心線(xiàn)在水平方向 上的位移為零。但在垂直方向上,因工件 外圓有制造誤差,定位基準(zhǔn)產(chǎn)生位移,(圖5-24a: M-N),垂直方向其值為:O.AA : =02=aasin sin 221-d2(5-6)asin 2asin 2a2 sin 2圖524b、c、d所示為同一加工的三種不同 工序尺寸標(biāo)注情況,其定位誤差的分析計(jì) 算如下:的定位誤差計(jì)算圖5-24b所示為工序基準(zhǔn)與定位基
17、準(zhǔn)重 合,此時(shí)Ab =0,只有基準(zhǔn)位移誤差, 故影響工序尺寸H1的定位誤差為A A 6人 d = A j =a2 sin 2H2定位誤差計(jì)算圖524c所示工序尺寸為H2,工序基準(zhǔn)選在工件上母線(xiàn) A處,此時(shí)工序基準(zhǔn)與定位基準(zhǔn)不重合,其定位誤差為: Ad=Ab ±Aj Ab = T r=6 d/2由于和均是由于工件直徑尺寸制造誤差引起的,屬于關(guān) 聯(lián)誤差因素,因此采用合成法計(jì)算時(shí)需判斷其正負(fù)。其 判斷方法如下:兩者變化方向相同,故定位誤差計(jì)算當(dāng)工件直徑尺寸減小時(shí),工件定位基準(zhǔn)將下移口 當(dāng)工 件定位基準(zhǔn)位置不變時(shí),若工件直徑尺寸減小,則工 序基準(zhǔn)A下移(5-8)應(yīng)采用“和”合成為:2 sin 7H3定位誤差計(jì)算圖524d所示工序基準(zhǔn)選在工件下母線(xiàn)Bo當(dāng)工件直
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