機床夾具設計原理

1、第六章 機床夾具設計原理本章主要介紹以下內容：1機床夾具概述       2工件的定位原理及定位元件     3定位誤差分析計算   4工件的加緊及夾緊裝置       5機床夾具的設計要求及設計步驟       6機床夾具設計舉例 課時分配：1、2，各一個學時，3、兩個學時，4、5、6，共兩個學時重點：工件的定位原理及定位元件；定位誤差分析計算難點：定位誤差分析計算機床夾具是機械加工工藝系統的一個重要組成部分。為保證工件某工序的加工要求，必須使工件在機床上相對刀具的切削或成

2、形運動處于準確的相對位置。當用夾具裝夾加工一批工件時，是通過夾具來實現這一要求的。而要實現這一要求，又必須滿足三個條件：一批工件在夾具中占有正確的加工位置；夾具裝夾在機床上的準確位置；刀具相對夾具的準確位置。這里涉及了三層關系：零件相 對夾具，夾具相對于機床，零件相對于機床。工件的最終精度是由零件相對于機床獲得的。所以“定位”也涉及到三層關系：工件在夾具上的定位，夾具相對于機床的定位，而工件相對于機床的定位是間接通 過夾具來保證的。工件定位以后必須通過一定的裝置產生夾緊力把工件固定，使工件保持在準確定位的位置上，否則，在加工過程中因受切削力，慣性力等力的作用而發(fā)生位置變化或引起振動，破壞了原來

3、的準 確定位，無法保證加工要求。這種產生夾緊力的裝置便是夾緊裝置。61 夾具一、機床夾具概述1. 機床夾具的概念 機床夾具是機床上用以裝夾工件（和引導刀具）的一種裝置。其作用是將工件定位，以使工件獲得相對于機床和刀具的正確位置，并把工件可靠地夾緊。2. 機床夾具的分類 機床夾具可根據其使用范圍，分為通用夾具、專用夾具、組合夾具、通用可調夾具和成組夾具等類型。機床夾具還可按其所使用的機床和產生加緊力的動力源等進行分類。根據所使用的機床可將夾具分為車床夾具、銑床夾具、鉆床夾具（鉆模）、鏜床夾具（鏜模）、磨床夾具和齒輪機床夾具等，根據產生加緊力的動力源可將夾具分為手動夾具、氣動夾具、液壓夾具、電動夾

4、具、電磁夾具和真空夾具等。3.機床夾具的組成(1)定位元件(2)夾緊裝置(3)對刀、引導元件或裝置(4)連接元件(5)夾具體(6)其它元件及裝置二、定位基準 基準是用以確定生產對象上幾何要素間的幾何關系所依據的點，線，面。在加工中用以定位的基準稱為定位基準。有時，作為基準的點、線、面在工件上不一定具體存在（例如孔的中心線和對稱中心平面等），其作用是由某些具體表面（如內孔圓柱面）體現的，體現基準作用的表面稱為基面。三、工件在夾具中的定位(一)六點定位原理任何未定位的工件在空間直角坐標系中都具有六個自由度。工件定位的任務就是根據加工要求限制工件的全部或部分自由度。工件的六點定位原理是指用六個支撐點

5、來分別限制工件的六個自由度，從而使工件在空間得到確定定位的方法。 (二)支承點與定位元件 上圖為常見定位方式中的定位元件所限制的自由度和相當的支承點數(三)完全定位與不完全定位工件的六個自由度完全被限制的定位稱為完全定位。按加工要求，允許有一個或幾個自由度不被限制的定位稱為不完全定位。(四)欠定位與過定位按工序的加工要求，工件應該限制的自由度而未予限制的定位，稱為欠定位。在確定工件定位方案時，欠定位時絕對不允許的。工件的同一自由度背二個或二個以上的支撐點重復限制的定位，稱為過定位。在通常情況下，應盡量避免出現過定位。 消除過定位及其干涉一般有兩個途徑：其一是改變定位元件的結構，以消除被重復限制

6、的自由度；其二是提高工件定位基面之間及夾具定位元件工作表面之間的位置精度，以減少或消除過定位引起的干涉。四、組合夾具和隨行夾具(一)組合夾具 組合夾具是由一套預先制造好的標準元件和合件組裝而成的專用夾具。 (二)隨行夾具隨行夾具是大批量生產中在自動線上使用的一種移動式夾具。62 夾具定位誤差分析計算 所謂定位誤差，是指由于工件定位造成的加工面相對工序基準的位置誤差。因為對一批工件來說， 刀具經調整后位置是不動的，即被加工表面的位置相對于定位基準是不變的，所以定位誤差就是工序基準在加工尺寸方向上的最大變動量。 引言 總 其中總為多種原因產生的誤差總和，是工件被加工尺寸的公差，總包括夾具在機床上的

7、裝夾誤差，工件在夾具中的定位誤差和夾緊誤差，機床調整誤差，工藝系統的彈性變形和熱變形誤差，機床和刀具的制造誤差及磨損誤差等。 定+ 其中，除定位誤差外，其他因素引起的誤差總和，可按加工經濟精度查表確定。 所以由和知道：定- （是驗算加工工件合格與否的公式） 或者：定1/3（也是驗算加工工件合格與否的公式） 定位誤差的組成 1、定義：定位誤差是工件在夾具中定位，由于定位不準造成的加工面相對于工序基準沿加工要求方向上的最大位置變動量。 2、定位誤差的組成：定位基準與工序基準不一致所引起的定位誤差，稱基準不重合誤差，即工序基準相對定位基準在加工尺寸方向上的最大變動量，以不表示。 定位基準面和定位元件

8、本身的制造誤差所引起的定位誤差，稱基準位置誤差，即定位基準的相對位置在加工尺寸方向上的最大變動量，以基表示。故有： 定=不+基 此外明確兩點： 只用調整法加工一批零件才產生定位誤差，用試切法不產生定位誤差； 定位誤差是一個界限值（有一個范圍）。 定位誤差的分析計算工件以平面定位時的定位誤差 定位基準：平面 ； 定位元件工作面：平面 =>易加工平整，接觸良好=> 所以基=0 定=不 （注：若位毛坯面，則仍有基）工件以外圓柱面定位時的定位誤差（以V形塊為例）工序基準定位基準定H1尺寸：A0不0，基0H2尺寸：00不=0，基0H3尺寸：B0不0，基0對H2尺寸：不=0，基為定位基準線0的

9、在加工方向的最大變動量，即OO'所以基=OO'=OE-O'E=dmax/2sin（/2）-dmin/2sin(/2)=d/2sin(/2）即：定=不+基=0+d/2sin(/2）=d/2sin(/2）對H1尺寸：不=d/2，基=d/2sin(/2）或：定=AA'=AO+OO'-A'O'=dmax/2+d/2sin(/2）-dmin/2=d/21+1/sin(/2）對H3尺寸：定=BB'=B'O'+OO'-OB=(dmin/2)+d/2sin(/2）-dmax/2=d/21/sin(/2）-1綜上所述：定（H

10、3)<定(H2)<定(H1) ，所以標注尺寸H3最好。工件以內孔表面定位時的定位誤差主要介紹工件孔與定位心軸（或銷）采用間隙配合的定位誤差計算定=不+基a.心軸（或定位銷）垂直放置，按最大孔和最銷軸求得孔中心線位置的變動量為：基=D+d+min=max (最大間隙）b.心軸（或定位銷）水平放置，孔中心線的最大變動量（在鉛垂方向上）即為定基=OO'=1/2(D+d+min)=max/2或基=(Dmax/2)-(dmin/2)=max/2工件孔與定位心軸(銷)過盈配合時(垂直或水平放置)時的定位誤差此時，由于工件孔與心軸(銷)為過盈配合，所以基=0。對H1尺寸:工序基準與定位基

11、準重合,均為中心O ,所以不=0對H2尺寸:不=d/2工件以"一面兩孔"定位時的定位誤差 “1”孔中心線在X，Y方向的最大位移為：定（1x)=定(1y)=D1+d1+1min=1max（孔與銷的最大間隙）“2”孔中心線在X,Y方向的最大位移分別為:定(2x)=定(1x)+2Ld(兩孔中心距公差)定(2y)=D2+d2+2min=2max兩孔中心連線對兩銷中心連線的最大轉角誤差:定()=2=2tan-1(1max+2max)/2L (其中L為兩孔中心距)以上定位誤差都屬于基準位置誤差,因為不=0。63 工件的夾緊工件的夾緊與常用的夾緊裝置一、工件的夾緊 (一)夾緊裝置1.夾緊

12、裝置的組成動力裝置、夾緊元件、中間傳力機構2.夾緊裝置的基本要求(1)夾緊既不應破壞工件的定位，或產生過大的夾緊變形，又要有足夠的夾緊力，防止工件在加工中產生振動； (2)足夠的夾緊行程，夾緊動作迅速，操縱方便、安全省力； (3)手動夾緊機構要有可靠的自鎖性，機動夾緊裝置要統籌考慮夾緊的自鎖性和原動力的穩(wěn)定性； (4)結構應盡量簡單緊湊，制造、維修方便。(二)夾緊力的確定1.確定夾緊力作用方向的原則 (1)夾緊力的方向應使定位基面與定位元件接觸良好，保證工件定位準確可靠； (2)加緊力的方向應與工件剛度最大的方向一致，以減小工件變形； (3)加緊力的方向應盡量與工件受到的切削力、重力等的方向一

13、致，以減小加緊力。 2.確定夾具力作用點的原則(1)加緊力的作用點應正對支撐元件或位于支撐元件所形成的支撐面內； (2)夾具力的作用點應位于工件剛性較好的部位。 (3)夾具力的作用點應盡量靠近加工表面，以減小切削力對夾緊點的力矩，防止或減小工件的加工振動或彎曲變形。二、常用的夾緊裝置夾具中常用的夾緊裝置有楔塊,螺旋,偏心輪等,它們都是根據斜面夾緊原理而夾緊工件的。 （一）楔塊夾緊裝置 楔塊夾緊裝置是最基本的夾緊裝置形式之一,其他夾緊裝置均是它的變形。它主要用于增大夾緊力或改變夾緊力方向。 楔塊夾緊裝置特點: 自鎖性(自鎖條件1+2) 斜楔能改變夾緊作用力方向 斜楔具有擴力作用,ip=/p=1/

14、tan2+tan(+1) 夾緊行程小 效率低(因為斜楔與夾具體及工件間是滑動摩擦,所以夾緊效率低) 所以適用范圍:多用與機動夾緊裝置中 夾緊力計算: =p/tan2+tan(+1) 其中p為原始力,為楔塊升角,常數6度-10度 1:工件與楔塊的摩擦角 2:夾具體與楔塊的摩擦角 自鎖條件: 原始力P撤除后,楔塊在摩擦力作用下仍然不會松開工件的現象稱為自鎖. 1+2 ,一般取10-15度或更小 傳力系數: 夾緊力與原始力之比稱為傳力系數.用ip表示ip=/p=1/tan2+tan(+1) 楔塊尺寸與材料: 升角確定后,其工作長度應滿足夾緊要求,其厚度保證熱處理不變形,小頭厚應為75mm.材料一般用

15、20鋼或20Cr,滲碳厚為0.8-1.2mm.HRC:56-62.Ra為1.6m. （二）螺旋夾緊裝置 螺旋夾緊裝置是從楔塊夾緊裝置轉化而來的,相當于吧楔塊繞在圓柱體上,轉動螺旋時即可夾緊工作. 螺旋夾緊裝置特點: 結構簡單,制造容易,夾緊可靠 擴力比ip大,夾緊行程S不受限制 夾緊動作慢,效率低 應用場合:手動夾緊裝置常采用. 螺桿夾緊力計算:=PL/r中tan(+1)+r1tan2 其中:P是原始力,L是原始力作用點到螺桿中心距離,r中是螺旋中經的一半,是螺旋升角,1螺母于螺桿的摩擦角,r1摩擦力矩計算半徑,2工件與螺桿頭部(或壓塊)間的摩擦角。 自鎖性能: 因為楔塊的自鎖條件為11.5&

16、#176;-17°,而螺旋夾緊裝的螺旋升角(2°-4°)很小,所以自鎖性很好. 傳力系數: ip=/p=PL/r中tan(+1)+r1tan2楔塊的ip 多位或多件夾緊: 為了減小夾壓的輔助時間和提高生產率,可采用多位或多件夾緊裝置。 壓塊的材料一般位45鋼,HRC:43-48 螺桿的材料一般位45鋼,HRC:33-38 （三）偏心夾緊裝置 偏心夾緊裝置也是由楔塊夾緊裝的一種變形.（1）圓偏心夾緊力:=PL/tan(+1)+tan2 其中L為手柄長度,支承軸中心(回轉中心)到夾緊點距離 1,2分別為偏心輪與支承軸及偏心輪與工件間的摩擦角. （2）傳力系數ip:ip

17、=L/tan(+1)+tan2,遠小于螺旋夾緊的ip（3）特點及應用場合:偏心夾緊與螺旋夾緊相比,夾緊行程小,夾緊力小,自鎖能力差,但夾緊迅速,結構緊湊,所以常用與切削力不大,振動較小的的場合,常與其他夾緊元件聯合使用.（四）定心夾緊結構 定心夾緊結構是一種利用定位夾緊元件等速移動或彈性變形來保證工件準確定心或對中的裝置.使工件的定位和夾緊過程同時完成,而定位元件與夾緊元件合二為一.64 機床夾具的基本要求和設計步驟機床夾具的基本要求和設計步驟一、對機床夾具的基本要求 對機床夾具的基本要求可總括為四個方面： 穩(wěn)定地保證工件的加工精度； 提高機械加工的勞動生產率； 結構簡單，有良好的結構工藝性和勞動條件； 應能降低工件的制造成本。 二、夾具設計的工作步驟 研究原始資料，明確設計任務 考慮和確定夾具的結構方案，繪制結構草圖 繪制夾具總圖 確定并標注有關尺寸和夾具技術要求 繪制夾具零件圖65 本章小結1.機床夾具是由定位元件,夾緊裝置,對刀元件,夾具體部分組成,機床夾具設計也就是針對夾具組成的各個部分進行設計,其中定位與夾緊量個環(huán)節(jié)是夾具設計的重點。2.定位就是確定工件在夾具種的正確位置,是通過在夾