第四章 機床夾具原理與設(shè)計1(學(xué)生版)

1、第四章 機床夾具原理與設(shè)計3.1 機床夾具概述3.2 工件夾具中的定位3.3 定位方式與定位元件3.4 定位誤差分析3.5 工件在夾具中的夾緊3.6 現(xiàn)代機床夾具簡介3.1 機床夾具概述3.1.1 工件的裝夾方式裝夾是指工件加工前，在機床或夾具中 占據(jù)某一正確加工位置，然后再予以壓緊工 件的過程。1. 找正法裝夾工件 找正法裝夾工件有以下兩種：(1) 以工件已有表面找正裝夾工件，如圖3-1所示在四爪卡盤上用劃針找正裝夾工件。圖3-1 四爪裝夾工件(2) 以工件上事先劃好的線痕跡找正裝夾工件，如圖3-2所示在虎鉗上用劃針找正裝夾工 件。找正法裝夾工件主要過程：預(yù)夾緊找 正、調(diào)整完全夾緊。找正法裝

2、夾工件，工件正確位置的獲得 是通過找正達到的，夾具只起到夾緊工件的 作用。這種方法方便、簡單、生產(chǎn)率低、勞 動強度大，適用于單件、小批生產(chǎn)。圖3-2 虎鉗裝夾工件2. 專用夾具裝夾工件1) 鉆床夾具裝夾工件如圖3-3所示，在鉆床夾具上加工套類零 件上的徑向小孔，工件以內(nèi)孔及端面與夾具 上定位銷6及其端面接觸定位，通過開口墊圈4、螺母5壓緊工件。把夾具放在鉆床工作臺面上，移動夾具讓鉆套1引導(dǎo)鉆頭鉆孔。圖3-3 鉆床夾具2) 銑床夾具裝夾工件如圖3-4所示，在銑床夾具上加工套類零件上的 通槽，工件以內(nèi)孔及端面與夾具上心軸1及其端面接 觸定位，通過開口墊圈5、螺母4壓緊工件。在銑床 上，夾具通過底面

3、和定位鍵2與銑床工作臺面和T形 槽面接觸確定在銑床工作臺上的位置，用螺栓壓板 壓緊夾具，然后移動工作臺，通過對刀塊3工作面確 定刀具與工件的相對位置加工工件。因為對刀塊工 作面到定位銷軸線的位置尺寸是根據(jù)工件加工要求確定的，所以能滿足工件加工要求。圖3-4 銑床夾具專用夾具裝夾工件的特點如下：(1) 工件在夾具中定位迅速；(2) 工件通過預(yù)先在機床上調(diào)整好位置的 夾具，相對機床占有正確位置；(3) 工件通過對刀、導(dǎo)引元件，相對刀具占有正確位置；(4) 對加工成批工件效率尤為顯著。3. 工件裝夾的目的(1) 定位：使工件獲得正確的加工位置。(2) 夾緊：固定工件的正確加工位置。 一般先定位、后夾

4、緊，特殊情況下定位、夾緊同時實現(xiàn)，如三爪自動卡盤裝夾工件。.2 夾具的組成與作用1. 夾具的組成如圖3-3和圖3-4所示，機床夾具主要由以下幾部分組成。(1) 定位元件：用于確定工件在夾具中的位置。(2) 夾緊裝置：用于夾緊工件。(3) 對刀、導(dǎo)引元件：確定刀具相對夾具定位元件的位置。(4) 其他裝置：如分度元件等。(5) 連接元件和連接表面：用于確定夾具本身在機床主軸或工作臺上的位置。(6) 夾具體：用于將夾具上的各種元件和裝置連 接成一個有機整體。請指出定位元件、 夾緊裝置、 對刀元件、 導(dǎo)引元件、 夾具體？圖3-3 鉆床夾具請指出定位元件、夾緊裝置、對刀元件、導(dǎo) 引元件、夾具體？圖3-4

5、 銑床夾具2. 夾具的作用夾具的作用有以下幾點： (1) 保證加工精度。 用機床夾具裝夾工件，能準確確定工件與刀具、機床之間的相對位置關(guān)系，可以保證加工精度。 (2) 提高生產(chǎn)效率、降低成本。 機床夾具能快速地將工件定位和夾緊，可以減少輔助時間，提高生產(chǎn)效率，降低成本。(3) 減輕工人勞動強度。機床夾具采用機械、氣動、液動夾緊裝置，可以大大減輕工人的勞動強度。 (4) 擴大機床的使用范圍。 利用機床夾具，能擴大機床的加工范圍，例如在車床或鉆床上使用鏜?？梢源骁M床鏜孔，使車床、鉆床具有鏜床的功能。.3 夾具的分類1. 按夾具的應(yīng)用范圍分類 按夾具的應(yīng)用范圍不同，夾具可分為以下幾種。 (1) 通

6、用夾具：指結(jié)構(gòu)、尺寸已標準化，且有較大適用范圍的夾具。如車床用的三爪自動定心卡盤、 四爪單動卡盤，銑床用的平口鉗及分度頭等。(2) 專用夾具：針對某一工件某一工序的加工要求專門設(shè)計和制造的夾具。專用夾具適于在產(chǎn)品相 對穩(wěn)定、產(chǎn)量較大的場合應(yīng)用。(3) 可調(diào)夾具：不對應(yīng)特定的加工對象，適用范圍寬，通過適當?shù)恼{(diào)整或更換夾具上的個別元件， 即可用于加工形狀、尺寸和加工工藝相似的多種工 件，是針對通用夾具和專用夾具的缺陷而發(fā)展起來 的一類新型夾具。(4) 組合夾具：是由一套預(yù)先制定好的各種不同形狀、不同尺寸規(guī)格、具有互換性的標準元件或組 件，按照一定的裝配約束關(guān)系組合而成的。組合夾 具常用在單件，中、

7、小批多品種生產(chǎn)和數(shù)控加工 中，是一種較經(jīng)濟的夾具。(5) 隨行夾具：給自動化生產(chǎn)線專門設(shè)計的夾具。2. 按使用機床分類按使用的機床不同，夾具可分為車床、銑床、刨床、鉆床、鏜床、磨床夾具等。3. 按夾緊動力源分類按夾緊動力源不同，夾具可分為手動、氣動、液動、電動等。3.2 工件夾具中的定位.1 基準的概念 基準是零件上用來確定其他點、線、面位置所依據(jù)的那些點、線、面。按其功用不同，基準可分 為設(shè)計基準和工藝基準兩大類。1. 設(shè)計基準設(shè)計基準是在零件圖上所采用的基準。它是標注設(shè)計尺寸的起點。如圖3-5(a)所示的零件，平面2、3的設(shè)計基準是平面1，平面5、6的設(shè)計基準是平面4，孔7的設(shè)計基準是平面

8、1和平面4，而孔8的設(shè)計基準是孔7的中心和平面4。圖3-5 基準分析(a) 支承塊；(b) 鉆套1、設(shè)計基準 設(shè)計基準是在零件圖上所采用的基準。它是標注設(shè)計尺寸的起點。如圖3-5(a)所示的零件，平面2、3的設(shè)計基準是平面1，平面5、6的設(shè)計基準是平面4，孔7的設(shè)計基準是平面1和平面4，而孔8的設(shè)計基準是孔7的中心和平面4。在零件圖上不僅標注的尺寸具有設(shè)計基準，而且標注的位置精度同樣具有設(shè)計基準。如圖3-5(b) 所示的鉆套零件，軸心線OO是各外圓和內(nèi)孔的設(shè) 計基準，也是兩項跳動誤差的設(shè)計基準；端面A是 端面B、C的設(shè)計基準。2. 工藝基準工藝基準是在加工、測量和裝配時所使用的，必 須是實在的

9、。然而作為基準的點、線、 面有時并不 一定具體存在(如孔和外圓的中心線，兩平面的對稱 中心面等)，往往通過具體的表面來體現(xiàn)。用以體現(xiàn) 基準的表面稱為基面。例如圖3-5(b)所示鉆套的中心 線是通過內(nèi)孔表面來體現(xiàn)的，內(nèi)孔表面就是基面。工藝基準是在工藝過程中所使用的基準。工藝過程是一個復(fù)雜的過程，按用途不同，工藝 基準又可分為定位基準、工序基準、測量基準和 裝配基準。1) 定位基準在加工中用做定位的基準，稱為定位基準。它 是工件上與夾具定位元件直接接觸的點、線或面。 如圖3-5(a)所示零件，加工平面3和6是通過平面1和4放在夾具上定位的，所以，平面1和4是加工平面3 和6的定位基準；如圖3-5(

10、b)所示的鉆套，用內(nèi)孔裝 在心軸上磨削 f 40h6外圓表面時，內(nèi)孔表面是定位基面，孔的中心線就是定位基準。定位基準又分為粗基準和精基準。用做定位的表面，如果是沒有經(jīng)過加工的毛坯表 面，稱為粗基準； 若是已加工過的表面，則稱為精基準。2) 工序基準在工序圖上，用來標定本工序被加工面尺寸和 位置所采用的基準，稱為工序基準。它是某一工序 所要達到加工尺寸(即工序尺寸)的起點。如圖3-5(a) 所示零件，加工平面3時按尺寸H2進行加工，則平 面1即為工序基準，加工尺寸H2叫做工序尺寸。工序基準應(yīng)當盡量與設(shè)計基準相重合；當考慮定位或試切測量方便時， 也可以與定位基準或 測量基準相重合。3) 測量基準零

11、件測量時所采用的基準，稱為測量基準。如 圖3-5(b)所示，鉆套以內(nèi)孔套在心軸上測量外圓的 徑向圓跳動，則內(nèi)孔表面是測量基面，孔的中心線 就是外圓的測量基準；用卡尺測量尺寸l和L，表面A是表面B、C的測量基準。4) 裝配基準裝配時用以確定零件在機器中位置的基準，稱為裝配基準。如圖3-5(b)所示的鉆套， 裝配基準。f40h6外圓及端面B即為.2 六點定位原理一個尚未定位的工件，其空間位置是不確定的，有六個自由度，如圖3-6所示。沿空間坐標軸X、Y、Z三個方向的移動和繞這三個坐標軸的轉(zhuǎn)動分別以 X、Ya、 Z 和 Xaa、Y 、Z表示。圖3-6 工件的六個自由度定位，就是限制自由度。如圖3-7所

12、示的長方體工件，欲使其完全定位，可以設(shè)置六個固定點，工 件的三個面分別與這些點保持接觸。圖3-7 長方體形工件的定位在其底面設(shè)置三個不共 線的點1、2、3(構(gòu)成一 個面)，限制工件的三個、自由度：Za 、a ；XY側(cè)面設(shè)置兩個點4、5(成、Z一條線)，限制了 Ya兩個自由度；圖3-7 長方體形工件的定位端面設(shè)置一個點6，限制X 自由度。于是工件的六個自由度便都被限制了。定位，就是限制自由度這些用來限制工件自由度的固定點，稱為定位支 承點，簡稱支承點。用合理分布的六個支承點限制工件六個自由度的 法則，稱為六點定位原理。定位，就是限制自由度圖3-7 長方體形工件的定位在應(yīng)用“六點定位原理”分析工件

13、的定位時，應(yīng)注意以下幾點：(1) 支承點限制工件自由度的作用，應(yīng)理解為定 位支承點與工件定位基準面始終保持接觸。若二者 脫離，則意味著失去定位作用。(2) 一個定位支承點僅限制一個自由度，一個工件僅有六個自由度，所設(shè)置的定位支承點數(shù)目原則上不應(yīng)超過六個。(3) 分析定位支承點的定位作用時，不考慮力的影響。工件的某一自由度被限制，并非指工件在 受到使其脫離定位支承點的外力時不能運動。欲使 其在外力作用下不能運動，是夾緊的任務(wù)；反之， 工件在外力作用下不能運動，即被夾緊，也并非是 說工件的所有自由度都被限制了。所以，定位和夾 緊是兩個概念，絕不能混淆。.3 工件定位的幾種情況工件定位有以下幾種情況

14、。(1) 完全定位：工件的六個自由度全部被限制的定位。(2) 不完全定位：工件的部分自由度被限制的定位。(3) 欠定位：工件定位時，應(yīng)該限制的自由度沒有 被全部限制的定位。這種情況在實際定位時不允許發(fā) 生。(4) 過定位(重復(fù)定位)：工件定位時，幾個定位元件重復(fù)限制工件同一自由度的定位。 在通常情況下不允許出現(xiàn)這種定位方式。3.3 定位方式與定位元件.1 工件以平面定位在機械加工中，利用工件上的一個或幾個平面 作為定位基準來定位工件的方式，稱為平面定位。 如箱體、支架類零件等，常以平面為定位基準。平 面定位常用的定位元件有固定支承、可調(diào)支承和自 位支承。1. 固定支承固定支承是指高度尺寸固定，

15、不能調(diào)整的支承，包括固定 支承釘和固定支承板兩類。常用支承釘?shù)慕Y(jié)構(gòu)形式如圖3-8所示。 當工件以粗糙不平的毛坯面定位時，采用球頭支承釘(B型)，使 其與毛坯良好接觸。齒紋頭支承釘(C型)用在工件的側(cè)面，能增 大摩擦系數(shù)，防止工件滑動。當工件以加工過的平面定位時，可采用平頭支承釘(A型)。圖3-8 常用支承釘?shù)慕Y(jié)構(gòu)形式工件以精基準面定位時，除采用上述平頭支承釘外，還常用圖3-9所示的支承板作定位元件。A型支承板結(jié)構(gòu)簡單，便于制 造，但不利于清除切屑，故適用于頂面和側(cè)面定位；B型支承板 則易保證工作表面清潔，故適用于底面定位。 夾具裝配時，為使幾個支承釘或支承板嚴格共面，裝配后需將其 工作表面一次

16、磨平，從而保證各定位表面的等高性。圖3-9 常用支承板的結(jié)構(gòu)形式2. 可調(diào)支承可調(diào)支承是指頂端位置可在一定高度范圍內(nèi)調(diào)整的支承。 常用的可調(diào)支承結(jié)構(gòu)如圖3-10 所示?？烧{(diào)支承多用于支承工 件的粗基準面，支承高度可根據(jù)需要進行調(diào)整，調(diào)整到位后用螺母鎖緊。一個可調(diào)支承限制一個自由度。圖3-10 常用可調(diào)支承的結(jié)構(gòu)形式3. 自位支承自位支承是指支承本身的位置在定位過程中能自動適應(yīng)工件定位基準面位置 變化的一類支承。自位支承能增加與工作定位面的接觸點數(shù)目，使單位面積壓力 減小，故多用于剛度不足的毛坯表面或不連續(xù)平面的定位。圖3-11為幾種自位支 承的結(jié)構(gòu)形式，只相當于一個定位支承點，僅限制工件的一個

17、自由度。圖3-11 自位支承的結(jié)構(gòu)形式此外，在生產(chǎn)中有時為了提高工件的剛度和定位。穩(wěn)定性，常采用輔助支承。圖3-12在靠近銑刀處增設(shè) 輔助支承，可避免銑削時的振動，提高定位 及加工的穩(wěn)定性。 值得注意的是：無論采 用哪種形式的輔助支承， 它都不起定位作用， 因此不限制工件的自由度圖3-12 輔助支承的應(yīng)用實例.2 工件以圓孔定位有些工件，如套筒、法蘭盤等類工件常以孔作 為定位基準，此時采用的定位元件有定位銷、圓錐 銷、定位心軸等。1. 定位銷圖3-13為幾種常用的圓柱定位銷，其工作部分直徑d通常根據(jù)加工要求和考慮便于裝夾，按g5、g6、f6或f7制造。圖3-13(a)、(b)、(c)所示定位銷

18、為固定式定位銷，其與夾具體的連接采用過盈配合；圖3-13(d)為帶襯套的可換式圓柱銷結(jié)構(gòu)，這種定位銷與襯套的配合采用間隙配合，故其位置精度較固定式定位銷低，一般用于大批大量生產(chǎn)中。圖3-13 幾種常用的圓柱定位銷為便于工件順利裝入，定位銷的頭部應(yīng)有15倒角。短圓柱銷限制工件的兩個自由度，長圓柱銷限制工件的四個自由度。圖3-13 幾種常用的圓柱定位銷2. 圓錐銷在加工套筒、空心軸等類工件時，也經(jīng)常用到圓錐銷，如圖3-14所示。圖3-14(a)用于粗基準，圖3-14(b)用于精基準。圓錐銷限制了工件三個移動自由度。X 、Y 、Z圖3-14 圓錐銷工件在單個圓錐銷上定位容易傾斜，所以圓錐銷一般與其他

19、定位元件組合定位。 如圖315所示，工件以底 面作為主要定位基面，采用活動圓錐銷，只限制X、Y個移動自由度，即使工件的孔徑變化 較大，也能準確定位。圖3-15 圓錐銷組合定位3. 定位心軸定位心軸主要用于套筒類和空心盤類工件的車、銑、磨及齒輪加工。常見的定位心軸有圓柱心軸和圓錐心軸等。1) 圓柱心軸圖3-16(a)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316(b)為過盈配合 圓柱心軸，常用于對定心 精度要求高的場合；圖3-16(c)為花鍵心軸， 用于以花鍵孔作為定位基 準的場合。當工件孔的長 徑比L/D1時，工作部分 可略帶錐度。圖3-16 幾種常見的圓柱心軸短圓柱心軸限制

20、工件的兩個自由度，長圓柱心軸限制工件的四個自由度。圖3-16 幾種常見的圓柱心軸2) 圓錐心軸圖3-17是以工件上的圓錐孔在圓錐心軸上定位的情形。這類定位方式是圓錐面與圓錐面接觸，要求錐 孔和圓錐心軸的錐度相同，接觸良好，因此定心精度 與角向定位精度均較高，而軸向定位精度取決于工件 孔和心軸的尺寸精度。圓錐心軸限制工件的五個自由 度，即除繞軸線轉(zhuǎn)動的自由度沒限制外均已限制。圖3-17 圓錐心軸.3 工件以外圓定位工件以外圓柱面作為定位基準時，根據(jù)外圓柱 面的完整程度、加工要求和安裝方式，可以在V形塊、 定位套、半圓套及圓錐套中定位。其中最常用的是 在V形塊上定位。1. V形塊V形塊有固定式和活

21、動式之分。圖3-18為常用固定式V形塊。其中，圖3-18(a)用于較短的精基準定位；圖3-18(b)用于較長的粗基準(或階梯軸)定位；圖3-18(c)用于兩段精基準面相距較遠的場合；圖3-18(d)中的V形塊是在鑄鐵底座上鑲淬火鋼墊而成的，用于定位基準直徑與長度較大的場合。圖3-18 固定式V形塊圖3-19中的活動式V形 塊限制工件在Y方向上 的移動自由度。它除定位外，還兼有 夾緊作用。圖3-19 活動式V形塊應(yīng)用實例根據(jù)工件與V形塊的接觸母線長度，固定式V形塊可以分為短V形塊和長V形塊，短V形塊限制工件兩個自由度，長V形 塊限制工件四個自由度。V形塊定位的優(yōu)點是： 對中性好，即能使工件的定位

22、基 準軸線對中在V形塊兩斜面的對稱平面上，在左右方向上不會 發(fā)生偏移，且安裝方便； 應(yīng)用范圍較廣。不論定位基準是否 經(jīng)過加工，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。其典型結(jié)構(gòu)和尺寸均已標準化，設(shè)計時可查國家標準手冊。V形塊的材料一般用20鋼，滲碳深0.81.2 mm，淬火硬度為6064 HRC。2. 定位套筒裝在夾具體上，用以支承外圓表面，起定位作用。 定位元件結(jié)構(gòu)簡單，但定位精度不高，當工件外圓與定 位孔配合較松時，易使工件偏斜。常采用套筒內(nèi)孔與端 面一起定位，減少偏斜。工件面較大，避免過定位，定 位孔應(yīng)做短些。圖3-20 工件在定位套內(nèi)定位3. 半圓套圖3-21為半圓套結(jié)構(gòu)簡圖，下半圓起定位作用， 上半圓起夾緊作用。圖3-21(a)為可卸式，圖3-21(b