機械制造裝備設計第三章

1、第三章 機床夾具第一節(jié)第一節(jié) 夾具概述夾具概述第二節(jié)第二節(jié) 工件在夾具上的定位工件在夾具上的定位第三節(jié)第三節(jié) 幾種夾緊機構介紹幾種夾緊機構介紹第四節(jié)第四節(jié) 夾具上的其它裝置夾具上的其它裝置第五節(jié)第五節(jié) 夾具合理設計依據(jù)夾具合理設計依據(jù)第三章 機床夾具設計3.1 夾具概述3.1.1 夾具的功用夾具的功用保證加工精度保證加工精度夾穩(wěn)夾穩(wěn)提高勞動生產(chǎn)率，降低加工成本提高勞動生產(chǎn)率，降低加工成本減少輔助時間減少輔助時間改善工人勞動條件改善工人勞動條件降低勞動強度降低勞動強度擴大機床的工藝范圍擴大機床的工藝范圍一定范圍內(nèi)改變機床用途或工藝范圍一定范圍內(nèi)改變機床用途或工藝范圍第三章 機床夾具設計3.1 夾

2、具概述3.1.2 夾具的分類夾具的分類通用夾具通用夾具適應不同工件的裝夾，通常用于通用機床。適應不同工件的裝夾，通常用于通用機床。專用夾具專用夾具用于特定工件的裝夾用于特定工件的裝夾成組和可調(diào)夾具成組和可調(diào)夾具具有一定的可調(diào)性或者柔性，部分元件可調(diào)整更換具有一定的可調(diào)性或者柔性，部分元件可調(diào)整更換組合夾具組合夾具由預先制造的標準化元件組裝成由預先制造的標準化元件組裝成隨行夾具隨行夾具跟著工件走跟著工件走第三章 機床夾具設計4通用夾具通用夾具5組合夾具組合夾具3.1 夾具概述3.1.3 夾具的組成夾具的組成定位元件定位元件確定工件位置夾緊裝置夾緊裝置使工件在加工中保持位置不變導向和對刀元件導向和

3、對刀元件確定刀具與工件相對位置夾具體夾具體基礎部件動力裝置動力裝置提供夾緊力的動力源其他元件其他元件輔助功能或特殊需要第三章 機床夾具設計73.1 夾具概述3.1.4 夾具應該滿足的基本要求夾具應該滿足的基本要求保證加工精度保證加工精度與生產(chǎn)綱領相適應與生產(chǎn)綱領相適應易用性好易用性好經(jīng)濟性好經(jīng)濟性好第三章 機床夾具設計83.2 工件在夾具上的定位3.2.1定位原理第三章 機床夾具設計采用適當?shù)募s束措施限制工件的自由度，使其保證加工需要的位姿完全定位不完全定位過定位欠定位93.2 工件在夾具上的定位3.2.2 平面定位元件平面定位元件固定支撐（釘支承和板支承）固定支撐（釘支承和板支承）同一定位平

4、面上的支承釘或支同一定位平面上的支承釘或支承板之間的距離應盡可能遠，承板之間的距離應盡可能遠，以提高定位穩(wěn)定性和定位精以提高定位穩(wěn)定性和定位精度。度。支承的工作表面要求耐磨，以支承的工作表面要求耐磨，以保持夾具的定位精度。支承釘保持夾具的定位精度。支承釘和支承板均采用較好的材料，和支承板均采用較好的材料，并經(jīng)適當?shù)臒崽幚?。并?jīng)適當?shù)臒崽幚?。第三?機床夾具設計3.2 工件在夾具上的定位3.2.2 平面定位元件平面定位元件可調(diào)支承可調(diào)支承可調(diào)支承是支承點位置可以調(diào)整的支承?？烧{(diào)支承是支承點位置可以調(diào)整的支承?？烧{(diào)支承主要用于工件的毛坯制造精度不高，而又以粗基準面定位的工可調(diào)支承主要用于工件的毛坯

5、制造精度不高，而又以粗基準面定位的工序中。序中。圖所示的幾種可調(diào)支承采用螺釘螺母形式實現(xiàn)支承點位置的調(diào)整?？烧{(diào)圖所示的幾種可調(diào)支承采用螺釘螺母形式實現(xiàn)支承點位置的調(diào)整?？烧{(diào)支承在使用時的作用與固定支承相同。支承在使用時的作用與固定支承相同。第三章 機床夾具設計113.2 工件在夾具上的定位第三章 機床夾具設計3.2.2 平面定位元件平面定位元件自位支承自位支承在定位過程中，能隨工件定位基準面的變化而自動調(diào)整的叫自位支承。在定位過程中，能隨工件定位基準面的變化而自動調(diào)整的叫自位支承。這類支承在結構上均設計成活動或浮動的。這類支承在結構上均設計成活動或浮動的。常用于毛坯表面、斷續(xù)表面、階梯表面以及

6、有角度誤差表面的定位。自常用于毛坯表面、斷續(xù)表面、階梯表面以及有角度誤差表面的定位。自位支承定位作用仍相當于一個固定支承，只限制工件的一個自由度。位支承定位作用仍相當于一個固定支承，只限制工件的一個自由度。123.2 工件在夾具上的定位3.2.2 平面定位元件平面定位元件輔助支承輔助支承輔助支承是在每個工件定位后才經(jīng)調(diào)整而參與支承的元件。它不起定位作用，輔助支承是在每個工件定位后才經(jīng)調(diào)整而參與支承的元件。它不起定位作用，而用來提高工件的裝夾剛度和穩(wěn)定性，承受工件重力、夾緊力或切削力。而用來提高工件的裝夾剛度和穩(wěn)定性，承受工件重力、夾緊力或切削力。第三章 機床夾具設計133.2 工件在夾具上的定

7、位3.2.2 平面定位元件平面定位元件輔助支承輔助支承輔助支承是在每個工件定位后才經(jīng)調(diào)整而參與支承的元件。它不起定位作用，輔助支承是在每個工件定位后才經(jīng)調(diào)整而參與支承的元件。它不起定位作用，而用來提高工件的裝夾剛度和穩(wěn)定性，承受工件重力、夾緊力或切削力。而用來提高工件的裝夾剛度和穩(wěn)定性，承受工件重力、夾緊力或切削力。第三章 機床夾具設計3.2 工件在夾具上的定位3.2.3 圓柱面定位元件（芯軸）圓柱面定位元件（芯軸）a)為間隙配合心軸，工件裝卸方便，定心精度不高。b)為過盈配合心軸，定心精度高，但裝卸工件不便，易損傷工件定位孔。c)為小錐度心軸，工件安裝時輕輕敲人或壓人，通過孔和心軸接觸表面的

8、彈性變形來夾緊工件，可獲得較高的定心精度。除了剛性心軸外，生產(chǎn)中還有彈性心軸、液塑心軸及自動定心心軸等，它們在定位的同時將工件夾緊，使用很方便，但結構復雜。第三章 機床夾具設計15163.2 工件在夾具上的定位3.2.3 圓柱面定位元件（圓柱定位銷）圓柱面定位元件（圓柱定位銷）圖所示為標準化的圓柱定位銷。上端部有較長的倒角，便于工件裝入。圖a、b、c的定位銷以尾柄與夾具體采用過盈配合聯(lián)接。圖d前定位銷通過襯套與夾具體聯(lián)接，尾柄與襯套采用間隙配合，此結構便于更換。 第三章 機床夾具設計173.2 工件在夾具上的定位3.2.3 圓柱面定位元件（圓錐定位銷）圓柱面定位元件（圓錐定位銷）圖a所示為菱形

9、銷，定位時只在該接觸方向限制工件的一個自由度，在需要避免過定位時使用。圖b所示圓錐銷用于毛坯孔定位，圖c所示圓錐銷用于已加工孔定位。第三章 機床夾具設計183.2 工件在夾具上的定位3.2.3 圓錐面定位元件（錐度芯軸和中心頂尖）圓錐面定位元件（錐度芯軸和中心頂尖）第三章 機床夾具設計3.2 工件在夾具上的定位3.2.5 外圓表面定位元件外圓表面定位元件支承定位支承定位V塊定位塊定位第三章 機床夾具設計V形塊分為固定式和活動式兩種?；顒覸形塊只限制工件左右方向的移動自由度，同時還兼有夾緊作用。限制了工件繞左側圓柱定位銷軸線轉動的自由度。使用V形塊定位的特點是對中性好，能使工件的定位基準軸線對中

10、在兩工作面的對稱平面上，而不受定位基準直徑誤差的影響。V形塊適用于不論定位基準是否經(jīng)過加工，是完整的圓柱面還是局部圓弧面，都可用它定位。20V形塊定位是最常見的定位方式。其結構已標準化。V形塊在夾具中的安裝尺寸T是V形塊的主要設計參數(shù).兩工作面間的夾角有60、903.2 工件在夾具上的定位3.2.5 外圓表面定位元件外圓表面定位元件V塊定位塊定位第三章 機床夾具設計213.2 工件在夾具上的定位第三章 機床夾具設計3.2.6組合表面定位方式組合表面定位方式孔與端面組合定位圖518所示的軸套零件，采用內(nèi)孔及一端面組合定位。圖a所示是過定位，應盡量避免。圖b所示，以軸肩支承工件端面，以短圓柱面對孔

11、定位，避免了過定位。圖c、d所示，孔用長圓柱面定位，工件端面以小臺肩面支承或用球面自位支承，以避免過定位。223.2 工件在夾具上的定位3.2.6組合表面定位方式組合表面定位方式第三章 機床夾具設計一面兩孔組合定位 常用于加工箱體、杠桿、蓋板等零件，易做到基準統(tǒng)一，保證工件的位置精度，又有利于夾具的設計與制造。工件的定位平面一般是加工過的精基面，兩孔可以是工件結構上原有的，也可以是為定位需要而專門設置的工藝孔。一面兩孔定位時相應的定位元件是一面兩銷，兩定位銷可以有以下兩種：(1)兩個圓柱銷；(2)一個圓柱銷和一個菱形銷。過定位233.3 幾種夾緊機構介紹3.3.1 對夾緊機構的要求對夾緊機構的

12、要求1)夾緊時不能破壞工件定位時獲得的正確位置。2)夾緊應可靠和適當。既要保證加工過程中工件不發(fā)生松動或振動，又不允許工件產(chǎn)生不適當?shù)淖冃魏捅砻鎿p傷。3)夾緊操作應方便、省力、安全。4)夾緊機構的自動化程度和復雜程度應與工件的生產(chǎn)批量及工件相適應。5)夾緊機構應有良好的結構工藝性，盡量使用標準件。第三章 機床夾具設計243.3 幾種夾緊機構介紹第三章 機床夾具設計3.3.2 夾緊力方向的確定原則夾緊力方向的確定原則1）夾緊力的方向應有利于工件的定位，而不能破壞定位。為此一般要求主夾緊力應垂直指向第一定位基準面。253.3 幾種夾緊機構介紹3.3.2 夾緊力方向的確定原則夾緊力方向的確定原則第三

13、章 機床夾具設計2）夾緊力的方向應盡量與工件剛度大的方向一致，以減小工件變形。263.3 幾種夾緊機構介紹3.3.2 夾緊力方向的確定原則夾緊力方向的確定原則第三章 機床夾具設計3)夾緊力的方向應盡可能與切削力、工件重力方向一致，以減小所需的夾緊力。273.3 幾種夾緊機構介紹3.3.3 夾緊力作用點的確定原則夾緊力作用點的確定原則第三章 機床夾具設計1)夾緊力作用點應正對支承元件或位于支承元件所形成的穩(wěn)定受力區(qū)內(nèi)，以保證工件已獲得的定位不變。作用點不正對支承元件或落到了支承元件的支承范圍之外，產(chǎn)生了使工件翻轉的力矩，破壞了工件的定位。283.3 幾種夾緊機構介紹3.3.3 夾緊力作用點的確定

14、原則夾緊力作用點的確定原則第三章 機床夾具設計2)夾緊力作用點應處在工件剛性較好的部位，以減小工件的夾緊變形。293.3 幾種夾緊機構介紹3.3.3 夾緊力作用點的確定原則夾緊力作用點的確定原則第三章 機床夾具設計3)夾緊力作用點和支承點應盡量靠近切削部位，提高工件切削部位的剛度和抗振性。303.3 幾種夾緊機構介紹第三章 機床夾具設計4）夾緊力作用點應盡量使各支承處的接觸變形均勻，減小加工誤差。3.3.3 夾緊力作用點的確定原則夾緊力作用點的確定原則313.3 幾種夾緊機構介紹3.3.4 夾緊力的計算夾緊力的計算第三章 機床夾具設計1、幾種計算夾緊力常見的情況（1）定位支承承受全部的切削力，

15、不需要夾緊323.3 幾種夾緊機構介紹3.3.4 夾緊力的計算夾緊力的計算第三章 機床夾具設計1、幾種計算夾緊力常見的情況（2）定位支承承受部分夾緊力如鏜孔裝夾時，需要考慮對夾緊最不利的情況，并據(jù)此進行相應的設計計算（3）由定位副的摩擦力平衡切削力a.對于可脹芯軸有Fj=KF/ub.對于過盈芯軸，不需計算，而將芯軸按照公差帶分段做成一組芯軸，過盈量按照r6取c.間隙芯軸靠斷面摩擦力平衡切削力，所以需要夾緊力比較大，有：Fj=KF/(2u)（4）定位支承完全不受切削力影響，如翻轉鉆模此時考慮夾緊力需要克服切削力和重力，有：Fj=K（Fz+G）上述中，K為夾緊力裕度系數(shù)333.3 幾種夾緊機構介紹

16、3.3.4 夾緊力的計算夾緊力的計算第三章 機床夾具設計2、夾緊力裕度系數(shù)K的確定K=K0K1K2K3K4其中K0為基本安全系數(shù)，用于抵消切削力波動，取2.0-2.5K1為動力源波動系數(shù)，防止工人疲勞，取1.5-2.5K2為復合加工系數(shù)，針對多刀多項加工是不易準確計算切削力方向及大小，取1-1.2K3切削狀況和刀具鈍化參數(shù)，取1-1.3K4加工性質(zhì)參數(shù)，針對粗細加工的不同，取1-1.2K最終在3-12之間343.3 幾種夾緊機構介紹3.3.4 夾緊力的計算夾緊力的計算33第三章 機床夾具設計3、摩擦系數(shù)u的確定（1）工件和支承面均為光滑表面取0.16-0.25（2）支撐表面有與切削力方向一致的

17、溝槽取0.3（3）支撐表面有與切削力方向垂直的溝槽取0.4（4）支撐表面有交叉網(wǎng)文，取0.7-0.8353.3 幾種夾緊機構介紹3.3.5 斜楔夾緊機構斜楔夾緊機構特點特點自鎖改變夾緊力方向增力作用夾緊方向上行程小效率低第三章 機床夾具設計利用斜楔直接或間接夾緊工件的機構稱為斜楔夾緊機構。斜楔夾緊機構具有一定的擴力作用。3.3 幾種夾緊機構介紹3.3.6 螺旋夾緊機構螺旋夾緊機構第三章 機床夾具設計由螺釘、螺母、螺栓或螺桿等帶有螺旋結構的元件與墊圈、壓板或壓塊等組成的夾緊機構稱為螺旋夾緊機構。目前夾具上用得最多的一種螺旋升角很小，容易自鎖，不需要進行自鎖校核結構簡單，制造方便，曾力比大，自鎖性

18、好，行程不受限制效率低，通常配合開口或轉動墊圈，快卸螺母，以及快撤結構373.3 幾種夾緊機構介紹3.3.7 偏心夾緊機構偏心夾緊機構第三章 機床夾具設計a.用偏心件直接或間接夾緊工件的機構稱為偏心夾緊機構。b.偏心夾緊原理與斜楔夾緊機構依斜面高度增高而產(chǎn)生夾緊相似，只是斜楔夾緊的楔角不變，而偏心夾緊的楔角是變化的。優(yōu)點是結構簡單，操作方便，動作迅速；缺點是自鎖性能差，夾緊行程和增力比小。c.用于工件尺寸變化不大，切削力小而且平穩(wěn)的場合，不適合在粗加工中應用。39403.3 幾種夾緊機構介紹3.3.8 鉸鏈夾緊機構鉸鏈夾緊機構第三章 機床夾具設計鉸鏈夾緊機構的特點是動作迅速，增力比大，易于改變

19、力的作用方向。缺點是自鎖性能差。常用于氣動、液壓夾緊中。413.3 幾種夾緊機構介紹3.3.9 定心夾緊機構定心夾緊機構第三章 機床夾具設計定心夾緊機構是一種同時實現(xiàn)對工件定心定位和夾緊的夾緊機構，即在夾緊過程中能使工件實現(xiàn)定心或對中。1)以等速移動原理來實現(xiàn)定心夾緊。如三爪卡盤利用三個卡爪的等速移動來實現(xiàn)定心夾緊。夾緊后工件外圓軸線總是與主軸軸線重合。2)以均勻彈性變形原理來實現(xiàn)定心夾緊。由于錐面的作用使簧瓣收縮，對工件進行定心夾緊。3)液性塑料定心夾具，工件以孔和端面定位。424344453.3 幾種夾緊機構介紹3.3.10 聯(lián)動夾緊機構聯(lián)動夾緊機構第三章 機床夾具設計聯(lián)動夾緊機構是指操縱

20、一個手柄或利用一個動力裝置就能完成若干個動作(包括夾緊和其它動作)的機構.采用聯(lián)動夾緊機構，可以減少工件裝夾時間，簡化夾具結構。463.3 幾種夾緊機構介紹3.3.11 夾具動力源夾具動力源第三章 機床夾具設計夾具廣泛采用的是手動夾緊，它結構簡單，成本低。但手動夾緊動作慢，勞動強度大，夾緊力變動大。在大批大量生產(chǎn)中往往采用機動夾緊。如氣動、液動、氣液聯(lián)合驅動、電磁、電動、真空夾緊等。機動夾緊可以克服手動夾緊的缺點，提高生產(chǎn)率，還有利于實現(xiàn)自動化，當然成本也會提高。此外還有利用切削力、離心力等夾緊工件的自夾緊裝置，它節(jié)省了動力裝置，操作迅速。513.4 夾具上的其它裝置3.4.1 導向裝置（鉆套

21、）導向裝置（鉆套）第三章 機床夾具設計鉆床夾具中鉆頭的導向采用鉆套。鉆套有固定鉆套、可換鉆套、快換鉆套和特殊鉆套四種。如圖，四種鉆套均已標準化。523.4 夾具上的其它裝置3.4.1 導向裝置（鉆套）導向裝置（鉆套）第三章 機床夾具設計對于一些特殊的場合，可以根據(jù)加工條件的特殊性設計專用鉆套。如圖幾種特殊鉆套，分別用于鉆多個小間距孔、在工件凹陷處鉆孔、在斜面上鉆孔。533.4 夾具上的其它裝置3.4.1 導向裝置（鏜套）導向裝置（鏜套）第三章 機床夾具設計鏜套有固定式鏜套和回轉式鏜套兩類。圖中所示為固定式鏜套，適用于鏜桿速度低于20mmin時的鏜孔。固定式鏜套外形尺寸小，結構簡單，已標準化。5

22、4當鏜桿速度超過20mmin時，可采用回轉式鏜套?；剞D式鏜套可分為內(nèi)滾式和外滾式兩種。圖中所示為一根鏜桿上采用兩種回轉式鏜套的結構，其中左端為內(nèi)滾式鏜套，右端為外滾式鏜套3.4 夾具上的其它裝置3.4.1 導向裝置（鏜套）導向裝置（鏜套）第三章 機床夾具設計553.4 夾具上的其它裝置3.4.1 對刀裝置（對刀塊和塞尺）對刀裝置（對刀塊和塞尺）第三章 機床夾具設計常用的對刀塊和塞尺已標準化，可直接選用。特殊的可以自行設計。對刀時移動機床工作臺，使刀具靠近對刀塊。在刀具與對刀塊之間塞進一規(guī)定尺寸的塞尺，讓刀刃輕輕靠緊塞尺，抽動塞尺感覺到有一定的阻力時，即可確定刀具在該對刀方向上的位置。抽去塞尺，就可以開動機床進行加工。對刀裝置應設置在工件的切人一端便于對刀的位置。在批量加工中，為簡化夾具結構，采用標準工件對刀或試切法對刀。563.4 夾具上的其它裝置3.4.2 對定裝置（夾具和機床之間的定位和連接）對定裝置（夾具和機床之間的定位和連接）第三章 機床夾具設計夾具體底面是主要安裝基準面。該面應足夠大；底面的對稱中心線上開有定向鍵槽，兩端各安裝上一個定向鍵，通過定向鍵與機床工作臺T形槽的配合來保證夾具在工作臺上的正確方向。夾具體上還設有U形耳座，供T形槽螺栓穿過，將夾具緊固在工作