機(jī)械制造工藝學(xué) 第六章 機(jī)床夾具設(shè)計.ppt

2019/5/5,第一節(jié)機(jī)床夾具概述 一、機(jī)床夾具及組成 完成工件安裝的工藝裝備稱為夾具。 例：加工平面對工藝裝備的要求,第六章機(jī)床夾具設(shè)計,2019/5/5,（1）保證上與下面平行 （2）保證工件不動 機(jī)床夾具的組成（圖61） 1.定位元件與工件定位基準(zhǔn)配合。 圖中為“一面兩銷”（N面） 2.夾緊裝置用于夾緊工件，圖中為螺栓，螺母，壓板 3.對刀元件確定刀具與夾具的相對位置，圖中為對刀塊（配合塞尺）,2019/5/5,2019/5/5,4.連接元件保證夾具與機(jī)床的相對位 置，圖中為定位鍵等。 5.夾具體 6.其它元件。 二、機(jī)床夾具分類 1.通用夾具：卡盤，頂夾，虎鉗，分度頭等。 2.專用夾具 專為某工件某工序?qū)ｉT設(shè)計。,2019/5/5,3.可調(diào)夾具、成組夾具可加工結(jié)構(gòu)相似的各種零件，可應(yīng)用于成組加工工藝中。 4.組合夾具由一套標(biāo)準(zhǔn)化的夾具元件，按要求拼裝而成，組合夾具站（或中心）的支持。 5.隨行夾具用于自動線或柔性制造系統(tǒng)。 工件安裝在該夾具上，運輸裝置把夾具輸送往各個機(jī)床，并在各機(jī)床上定位和卡緊夾具。各工序加工全部完成后，卸下工件。 其它分類方式：按機(jī)床分類，按動力源分類等。,2019/5/5,三、機(jī)床夾具的功用 （1）保證加工質(zhì)量（精度） （2）縮短輔助時間，一般有T基+T輔75%T單 （3）擴(kuò)大機(jī)床使用范圍 （4）改善勞動條件,2019/5/5,第二節(jié)工件在夾具的定位 一、常用定位方法與定位元件 1.工件以平面定位 （1）固定支承（圖62）支承釘、支承板 （2）可調(diào)支承（圖63）在一批零件的加工過程中，其作用同固定支承（即每批毛坯調(diào)整一次） （3）自位（浮動支承）限制1個自由度。多點支承，支承穩(wěn)定性，剛性好。（圖64） （4）輔助支承（圖65）不限制自由度，可增加穩(wěn)定性和剛性（夾緊后支承，且不破壞原定位）,2019/5/5,2019/5/5,2019/5/5,2019/5/5,2019/5/5,（二）工件以圓柱孔定位 1、心軸（限制4-5個自由度）圖66 剛性心軸：過盈、間隙、小錐度 可漲心軸：彈性、液塑、自定心 2、定位銷（限制1-3個自由度）圖67、8 圓柱（2個）菱形（1個）錐銷（3個）,2019/5/5,2019/5/5,2019/5/5,2019/5/5,（三）工件以外圓表面定位 1、定心定位（與孔相同）（圖69）,2019/5/5,2、支承定位(V型塊)角：60度、90度、120度。 （圖610）,2019/5/5,V型塊主要設(shè)計參數(shù)T檢驗心軸中心高（V型塊零件圖上需標(biāo)注） D由工件確定 N，H參照標(biāo)準(zhǔn)選定（或經(jīng)驗公式計算） =90度時，T=H+0.707D-0.5N V型塊的設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)GB2208-80(尺寸、材料、熱處理等。),2019/5/5,（四）工件以其它表面定位（圖611、12） 錐度心軸，漸開線齒面等。 （五）定位表面的組合形式（圖613）,2019/5/5,2019/5/5,2019/5/5,二、定位誤差的計算 1.定位誤差工序基準(zhǔn)在加工尺寸方向的最大變動量。 定=不+位置 不基準(zhǔn)不重合誤差。 工序基準(zhǔn)相對于定位基準(zhǔn)在加工尺寸方向的最大變動量。 位基準(zhǔn)位置誤差。 定位基準(zhǔn)制造誤差。,2019/5/5,定位誤差分析舉例：,2019/5/5,加工孔A A1 ：基準(zhǔn)重合 不=0 （定）A1 =位A1=2 tgT（箱體表面誤差） A2：基準(zhǔn)不重合，認(rèn)定為位=0（精加工頂面） （定）A2=不A2=TL2 加工孔B B1 ：基準(zhǔn)不重合，不B1=TL1，位B1=2H tgT （定）B1=不B1+位B1= TL1+2H tgT B2：（定）B2=0,2019/5/5,2.用幾何方法計算定位誤差 畫出定位簡圖 畫出工件變動的極限位置，根據(jù)幾何關(guān)系求解（工序尺寸方向的最大變動量） 例6-2孔與銷間隙配合，工序基準(zhǔn)為孔心時的定位誤差計算。（圖617） 第一種情況：孔與銷可在任意邊接觸（銷垂直安放，a圖） 定位基準(zhǔn)為孔的中心線，基準(zhǔn)重合；不=0 位=孔與銷的配合與公差,2019/5/5,2019/5/5,1孔公差TD/2 3銷公差Td/2 2最小配合間隙，min/2 （按極值法計算）,2019/5/5,第二種情況：孔與銷在固定邊接觸（銷水平安放） （銷水平放置時，工件自重使銷的上母線與孔的上母線單邊接觸。） 工序基準(zhǔn)為孔心時，定位基準(zhǔn)為孔的一條母線，不0 O1 孔小時的中心線位置 O2 孔大時的中心線位置 O銷的中心線位置,2019/5/5,定位與銷的直徑無關(guān)。（Td只與O的位 置 有關(guān)）,2019/5/5,例：工件以一面兩孔定位（圖6-18），限制自由度分析： 平面 銷1限制 銷2限制 所以 向過定位 消除過定位的方法 方法1減小銷2直徑,2019/5/5,2019/5/5,入上圖所示： 孔中心距最大值 銷中心距最小值 孔徑最小值：D1，D2 銷徑最大值：d1=D1-1min，d2=D2-2min 考慮：2min及1min 缺點：限制 方向的定位誤差增大,2019/5/5,方法2采用菱形銷，如圖618。 優(yōu)點：轉(zhuǎn)角定位誤差小 b菱形銷寬度 菱形銷的設(shè)計步驟（尺寸標(biāo)準(zhǔn)化，表61） （1）確定兩銷中心距尺寸及其公差（Tlk為已知） （2）按孔的最小尺寸確定圓柱銷基本尺寸，其 公差一般取g6或f7。 （3）確定菱形銷： 按公式6-2計算， 按表6-1選取b，其公差一 般取h6或h7。,2019/5/5,例6-1 按圖6-1設(shè)計兩銷定位的有關(guān)尺寸。 解：1)選取LX=570.02 (工作孔距 570.06) 2)選取圓柱銷： d1=42.6 g6 (工件大孔定位) 3)按表6-1選取菱形銷 b =4， 4)按公式（62）計算最小配合間隙2min=0.03 5)按公差h6 得到 d2=15.30.030 0.041,2019/5/5,2019/5/5,一面兩孔定位時的定位誤差(圖618),2019/5/5,銷1限制方向 銷2限制方向,2019/5/5,例6-3 圖6-1所示夾具的 解：1.工序尺寸公差及技術(shù)要求 槽深 槽中心線與軸線夾角 槽中心平面過大孔軸線 2.各方向定位誤差的計算,2019/5/5,平面定位誤差（與槽深相關(guān)） dw=不=T14.3=0.1 mm 角度定位誤差（與45夾角相關(guān)） 方向位誤差（與槽中心平面過大孔軸線相關(guān)）dw=位=D1max-d1min =0.1+0.025=0.125 mm,2019/5/5,(二)用微分法計算定位誤差 外圓在V型塊上定位的定位誤差 （1）工序基準(zhǔn)為中心線時,尺寸H 的定位誤差 dwH 建立幾何關(guān)系式（圖619）,2019/5/5,2019/5/5,對關(guān)系式求全微 用微小增量（公差）代替微分,2019/5/5,忽略V型塊的角度誤差（角度誤差為定值） （2）不同工序基準(zhǔn)時，尺寸H1 、H2 定位誤差 （3）鍵槽中心線對稱度的定位誤差 dw=0,2019/5/5,注：定位誤差與加工方法 1）當(dāng)采用夾具安裝調(diào)整法加工時（對刀塊、塞尺對刀），應(yīng)計算定位誤差。 2）當(dāng)采用試切加工（試切測量試切）時，不考慮定位誤差。 3）數(shù)控機(jī)床加工，當(dāng)采用夾具安裝調(diào)整法加工時，同樣應(yīng)考慮定位誤差的影響。,2019/5/5,第三節(jié)工件夾緊 一、對夾緊裝置的要求 1夾緊時保證定位時的狀態(tài) 2夾緊安全可靠 3夾緊操作方便、省力、安全 4結(jié)構(gòu)合理、力求簡單、緊湊、標(biāo)準(zhǔn)化 夾緊機(jī)構(gòu)設(shè)計的核心：夾緊力,2019/5/5,二、夾緊力的確定 夾緊力三要素：大小、方向、作用點 1.夾緊力方向的選擇 （1）垂直于主要定位基準(zhǔn)面（不破壞定位）圖6-20,2019/5/5,（2）與工件剛度最大方向一致（工作變形最?。﹫D6-21,2019/5/5,（3）與受力方向一致（夾緊力最小） 圖2-20,圖（b）中的定位塊起到了止動塊的作用。,2019/5/5,其它夾緊力方向與切削力方向的選擇舉例 鉆削時的軸向切削力Fz起到夾緊力的作用，此時夾緊力Fj的作用只是防止工作振動。（切入、切出時除外）,2019/5/5,2.夾緊力作用點的選擇 （1）靠近支承面的幾何中心。（夾緊穩(wěn)定）圖6-23,2019/5/5,2.夾緊力作用點的選擇 （2） 作用于剛度較大處。（工作變形最?。﹫D2-22,2019/5/5,（3）靠近加工點。（減小振動和變形）圖6-25,（三）夾緊力大小的估算 取決于F切、M切、G的大小，方向及作用點。,2019/5/5,步驟： （1）根據(jù)工序幾各計算切削力F切和切削扭矩M切。 （2）根據(jù)力學(xué)平衡條件計算最小夾緊力FJ （3）根據(jù)加工情況確定安全系數(shù)K。 例：車削時夾緊力估算（圖6-26）,2019/5/5,銑削時夾緊力估算圖6-27 （表62）摩擦系數(shù),2019/5/5,三、常用夾緊機(jī)構(gòu) 1. 斜楔夾緊機(jī)構(gòu)（圖628） 夾緊力公式： 斜楔的自鎮(zhèn)條件：12 增力、變向，增力系數(shù)： 小，增力大，但工作行程增加，夾緊行程小,2019/5/5,2019/5/5,2. 螺旋夾緊機(jī)構(gòu) （圖629） 其中： 螺紋副的當(dāng)前摩擦角。表6-3 螺母端面、螺桿端部與工件的摩擦角 螺桿端部與工件的當(dāng)前摩擦半徑。表6-4 以手柄長度為準(zhǔn),2019/5/5,2019/5/5,夾緊力大小的實驗測定公式： (常用標(biāo)準(zhǔn)螺距的螺栓) Ts作用力矩 (Ncm) 螺旋夾緊機(jī)構(gòu)特點: 簡單、可靠(自鎖性好)增力比大,一般為手動，費時、費力。 三角螺紋一般有:=24,2019/5/5,螺栓與壓板組合（圖c）形成設(shè)計要點 (1)支點位置 (2)壓板應(yīng)水平,工件高度不同時,應(yīng)能適當(dāng)調(diào)整. (3)壓板應(yīng)設(shè)計復(fù)位裝置.(圖6-29)中彈簧 (4)螺栓應(yīng)止動(圖6-29)中止動螺母,止動螺釘 (5)勾形壓板受力分析(圖2-29.d),2019/5/5,W=,2019/5/5,3. 偏心夾緊機(jī)構(gòu)（圖633） 分類：圓偏心,曲線偏心 1）圓偏心的幾何特性 當(dāng)由0 則h由(Re) (R+e)，實現(xiàn) 夾緊。,2019/5/5,楔角x的變化（圖6-33b） =0， x =0 =90時，x =maxa r c t g(e/R) 所以x為變值。,2019/5/5,2）自鎖條件 由 1 2，且忽略2 有 1 輪周作用處與工件摩擦角。 2 轉(zhuǎn)軸處摩擦角。 近似（可保證安全性）。 當(dāng)0.15時， 對偏心機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)要求之一。,2019/5/5,3）夾緊力估算： F1 F1XF1cos （F1X相當(dāng)于斜楔所受水 平推動）按斜楔夾緊力 計算公式,2019/5/5,4）夾緊行程 在P點左右，45 L行程=h2h12esin451.4e 偏心輪工作行程要求。 L行程=L工作+間隙+儲備 間隙=0.5 儲備=0.5 設(shè)計步驟:由L行程e，根據(jù)自鎖條件D。 結(jié)構(gòu)特點: 夾緊行程小,夾緊力小,自鎖性差,夾緊動作迅 速結(jié)構(gòu)緊湊。,2019/5/5,2019/5/5,4. 鉸鏈夾緊機(jī)構(gòu) 鉸鏈和杠桿的組合夾緊機(jī)構(gòu)（圖634） 銷軸3為受力體 水平拉力Q即原始力FS 滾子對銷軸的全反力F,與銷軸處摩擦圓相切. 臂1的全反力N,它與上下銷軸兩處摩擦圓相切. Q、F、N三力處于靜力平衡 垂直方向分力為Fj,2019/5/5,2019/5/5,、 當(dāng)量摩擦角。 與臂兩端鉸鏈銷軸半徑r和兩孔中心距L有關(guān)。 與滾子銷軸半徑和滾子半徑R有關(guān)。 鉸鏈夾緊機(jī)構(gòu)特點： 動作迅速，增力比大，一般不自鎖，摩擦損失小，適用于氣動夾具。 注：在手冊中可查到各種結(jié)構(gòu)的增力比。,2019/5/5,設(shè)計注意事項： 1）與保持最小安全儲備傾角（e5） 2）夾緊行程與氣缸行程的效驗（用雙點劃線表示） 5. 定心夾緊機(jī)構(gòu) 定位：夾緊同時完成。定=0，常用于中心線、 對稱面為工序基準(zhǔn)的工件夾緊。 例如：工件的外圓表面定位 在三爪長盤中定位時，各爪處Td/2相同，定=0 （忽略三爪卡盤精度和工件不圓度誤差）,2019/5/5,1）夾緊件等速移動的結(jié)構(gòu) （1）斜楔定心夾緊機(jī)構(gòu)（圖635） （2）左右旋螺紋夾緊機(jī)構(gòu)。（圖636） （3）其它：杠桿式，齒輪齒條，其它步進(jìn)式等。 2）以均勻彈性變形夾緊 例如：彈簧夾頭，液塑心軸等（圖637、38） 6. 聯(lián)動夾緊機(jī)構(gòu)（圖63941） 可同時在幾個點對一個或多個工件夾緊。 1）合理分配各夾緊點力的大小。 2）各夾緊點受力均勻。,2019/5/5,2019/5/5,2019/5/5,2019/5/5,2019/5/5,2019/5/5,2019/5/5,四、夾緊機(jī)構(gòu)的動力裝置。 1. 氣動夾緊裝置 p0.40.6 Mpa 動作迅速,氣源方便(噪聲較大) 2. 液壓夾緊裝置 p56.5 Mpa (取較低工作壓力) 工作平穩(wěn)，無沖擊，噪音小，需配置液壓工作站。 3. 氣壓增壓夾緊裝置。,2019/5/5,2019/5/5,2019/5/5,第四節(jié) 各類機(jī)床夾具 二、鉆床夾具（可用于鉆，擴(kuò)，鉸等工序，對刀具進(jìn)行導(dǎo)向）。 （一）、鉆模類型、結(jié)構(gòu),2019/5/5,2019/5/5,1）回轉(zhuǎn)式（分度式）澆軸線分布的側(cè)孔(圖644) 定位：一面、短銷、檔銷 夾緊：螺旋手動夾緊 鉆頭導(dǎo)向：鉆模板、鉆套 工件旋轉(zhuǎn)定位:分度盤 2）翻轉(zhuǎn)式多面上的孔(圖628) 3）蓋板式大型零件上的小孔(圖248) 5）滑柱式利用鉆模板的上下移動夾緊工 件。（標(biāo)準(zhǔn)化：圖249、50),2019/5/5,2019/5/5,2019/5/5,2019/5/5,2019/5/5,2019/5/5,（二）鉆模設(shè)計要點 1.鉆套安裝在鉆模板上，用于引導(dǎo)鉆頭（或擴(kuò)孔鉆、鉸刀等） 標(biāo)準(zhǔn)化：固定，可換，快換。(圖649) 專用：特殊(圖650) 配合精度要求：引導(dǎo)孔與鉆頭的配合 F7 、 鉆套外徑與鉆模板的配合等。 其它要求： 耐磨性，導(dǎo)向性H，排屑性h。 (圖253),2019/5/5,2019/5/5,2019/5/5,2、鉆模板保證孔的位置精度，(圖254) 固定式，鉸鏈?zhǔn)?，分離式，懸掛式 3、夾具體 一般不需要設(shè)計與機(jī)床的定位裝置。,2019/5/5,2019/5/5,三、銑床夾具 （一）、類型 1.直線進(jìn)給式銑平面，鍵槽等(圖655) 2.圓周進(jìn)給式可連續(xù)加工，并可實現(xiàn)高效率，自動化生產(chǎn)。 3.仿形進(jìn)給式靠模法加工曲線和曲面。 （二）設(shè)計要點 1.銑削力特點：斷續(xù)切削，切削力大，沖擊力大，易振動，所以剛度大，夾緊力大，液壓機(jī)動夾緊。,2019/5/5,2019/5/5,2.對刀裝置確定刀具相對于夾具的位置。（對刀塊和塞尺）(圖266),2019/5/5,2、夾具體的對定：找正法，定位鍵與機(jī)床工作臺T型槽定位。(圖267),2019/5/5,第六節(jié) 機(jī)床夾具的設(shè)計步驟與方法 一、基本要求 二、夾具設(shè)計的一般步驟： 1.研究原始資料 待加工工件的零件圖、工藝規(guī)程 工藝設(shè)計手冊、夾具設(shè)計手冊、設(shè)計圖冊,2019/5/5,2.定方案（示意圖，原理圖，結(jié)構(gòu)草圖） 定位、夾緊、對刀、總體結(jié)構(gòu) 3.繪制總圖 工件輪廓雙點劃線 夾緊機(jī)構(gòu)夾緊狀態(tài) 尺寸、配合、技術(shù)要求、明細(xì)表、標(biāo)題欄,2019/5/5,4.繪制夾具零件圖 三、夾具設(shè)計中的幾個重要問題： 1.經(jīng)濟(jì)性分析 2.成組設(shè)計思想 3.裝配圖的尺寸標(biāo)注（圖673） （1）外型尺寸：長、寬、高 （ 2 ）定位件、導(dǎo)向件與安裝基準(zhǔn)面有關(guān)配合尺寸，位置尺寸及公差。,2019/5/5,2019/5/5,2019/5/5,（ 3 ）夾具與工件配合尺寸。 （ 4 ）夾具件與刀具配合尺寸（鉆套孔徑表） （ 5 ）夾具與機(jī)床配合尺寸。 （ 6 ）其它配合尺寸 尺寸公差和形位公差?。?T工件的（1/51/2）,2019/5/5,2、應(yīng)