第九章 機床夾具基本原理

第九章機床夾具的基本原理第一節(jié)夾具的基本概念第二節(jié)工件的定位原理第三節(jié)定位方式與定位元件的選擇第四節(jié)定位誤差第五節(jié)工件的夾緊第六節(jié)各類機床夾具特點第一節(jié)夾具的基本概念夾具的組成：將工件進行定位、夾緊，將刀具進行導向或對刀，以保證工件和刀具間的相對位置關系的附加裝置。定位元件：起定位作用，保證工件相對于夾具的位置。夾緊裝置：將工件夾緊，以保持工件在加工時的既得位置。導向元件和對刀裝置：保證刀具相對夾具的位置。連接元件：用來保證夾具和機床工作臺之間的相對位置。夾具體：用于連接夾具各元件及裝置使其成為一個整體的基礎件。其它元件：如動力裝置、分度裝置等。二、夾具的作用：保證加工質量；提高生產率；減輕勞動強度；擴大機床的工藝范圍；三、夾具的分類：按專業(yè)化程度分：通用夾具：與通用機床配套。如：三爪卡盤等。專用夾具：根據(jù)某一工序專門設計。成組夾具：按照成組工藝原理設計，適用于一組零件。組合夾具：由標準件拼接而成。隨行夾具：用于自動線上，工件在夾具上由輸送裝置送往各機床，并在機床夾具或機床工作臺上進行定位和夾緊。四、加工誤差的組成：安裝誤差：△安裝工件在夾具中的定位和夾緊誤差對定誤差：△對定刀具的導向或對刀誤差過程誤差：△過程與加工過程中一些因素有關的加工誤差。如：受力變形、受熱變形、磨損等。通常：△安裝+△對定+△過程≤T工件第二節(jié)工件的定位原理一、六點定位原理：一、六點定位原理：完全定位：六個自由度全部被限制。不完全定位：（部分定位）欠定位：根據(jù)加工要求，未能限制應該限制的自由度一、六點定位原理：過定位：（重復定位）零件某一個自由度同時由多個定位元件限制。二、定位方式與定位元件的選擇工件以平面定位：固定支承釘：可調支承：自位支承：輔助支承：不限制自由度工件以平面定位：支承板：工件以外圓表面定位：套筒：V形塊：工件以圓柱孔定位：圓柱定位銷：圓錐定位銷：定位心軸：工件以圓錐孔定位：定位方式的組合：一個平面和兩個與其垂直的孔的組合（一面雙銷）定位方式的組合：一個平面和兩個與其垂直的孔的組合（一面雙銷）兩孔中心距為：L±Tlk/2，兩銷中心距為：L±TlX/2。兩孔與兩銷的最小間隙分別是△1min，△2min。由圖中△AO2B和△AO2’C可得：整理后得：去掉式中高階無窮小量后得：定位銷的設計與選?。捍_定兩定位銷的尺寸：確定定位銷中心距及公差：確定圓柱銷尺寸及公差：定位銷的設計與選?。捍_定菱銷的寬度：查表?。篵=4mm確定菱形銷尺寸及公差：根據(jù)式：得：取菱形銷的精度為：IT6，Td2=0.011d2min=d2max-Td2=11.947-0.011=11.936定位方式的組合：一個平面和一個與其垂直的孔的組合（一面一銷）定位方式的組合：兩個相互垂直的平面和一個與其中一個平面垂直的孔的組合（兩面一銷）定位方案分析定位方案分析第三節(jié)定位誤差定位誤差的概念：在機械加工過程中產生誤差的因素很多，可歸納為兩類：一類與采用夾具有關的誤差(Δj)，包括工件在夾具中的定位誤差(ΔD)、夾具在機床上安裝誤差(Δdz)、夾具幾何誤差(Δjz)及刀具相對于夾具的相對位置的調整誤差(Δdi)。另一類是加工方法的誤差(ξ)，其中包括工藝系統(tǒng)的受力變形，熱變形及磨損等因素造成的加工誤差。第三節(jié)定位誤差定位誤差的概念：這兩項誤差引起的被加工工件在加工尺寸方面的誤差總和應不大于工件允許誤差(公差)即：

Δ總=Δj+ξ=ΔD+Δdz+Δdi+Δjz+ξ≤δk

Δ總──加工總誤差；δk──工件允許誤差(公差)

Δj──與夾具有關的誤差；ξ──加工方法的誤差

ΔD──定位誤差；Δdz──安裝誤差

Δdi──調整誤差；Δjz──夾具制造誤差而其中安裝誤差(Δdz)和調整誤差(Δdi)在機床的調整時可以綜合調整，從而消除或減少誤差。一般?。害z=(1/3～1/5)δk

ΔD=(1/3～1/5)δk在設計夾具時，與加工精度有關的零件精度分配及定位誤差均按此式進行。第三節(jié)定位誤差定位誤差（△D）是指同批工件在夾具中定位時，工序基準位置在工序尺寸方向或沿加工要求方向上的最大變動量。定位誤差基準位移誤差(△Y)

基準不重合誤差(△B)

定位誤差的概念：零件定位基準不準確夾具上定位元件不準確舉例：基準的位移誤差：基準不重合誤差：結論：定位誤差只產生在采用調整法加工一批零件的條件下。定位誤差是由于工件定位不準而產生的加工誤差。表現(xiàn)形式為工序基準相對加工面可能產生的最大尺寸或位置的變動范圍。

△D=△Y±△B以平面定位時的定位誤差：工件以已加工平面定位，由于定位基準本身的誤差很小，如果不考慮形位公差，則△Y=0二、定位誤差分析計算：對于尺寸A3：對于尺寸A1：二、定位誤差分析計算：以平面定位時的定位誤差：練習：如圖所示，工件以A、B面(已加工)定位加工φ10H7孔，試計算尺寸12±0.1mm的定位誤差。解：本題的設計基準為C面，加工的工序基準為A面，基準不重合誤差為L的尺寸公差，即ΔB=0.02+0.03=0.05ΔY=0ΔD=ΔB+ΔY=0.05CL二、定位誤差分析計算：以外圓在V形塊上定位時的定位誤差：二、定位誤差分析計算：以外圓在V形塊上定位時的定位誤差：對于尺寸H1：或根據(jù)：△D=△Y+△B二、定位誤差分析計算：以外圓在V形塊上定位時的定位誤差：對于尺寸H2：二、定位誤差分析計算：以外圓在V形塊上定位時的定位誤差：對于尺寸H3：二、定位誤差分析計算：結論：上述分析表明，軸套類零件在V形塊上定位時，加工尺寸的標注方法不同，產生的定位誤差不同。以下母線為設計基準時，定位誤差最??；以軸線為設計基準時次之；以上母線為設計基準時為最大。★★故軸套類零件上鍵槽的尺寸，一般多以下母線為設計基準?！铩铩铩铩锏毒呶恢檬冀K不變★★★★★先分析ΔB，再分析ΔY★★★★★刀具的位置始終不變★★★★★尺寸的大小變化根據(jù)公差的變化二、定位誤差分析計算：小竅門：當工序基準不在定位基面上時，肯定相加；當工序基準在定位基面上時，判斷加減。二、定位誤差分析計算：已知：D=90+00.2；B=35+00.3；α=45°圖示定位方式能否滿足加工A=40+00.25的要求。解:先進行定位誤差計算；ΔB=0ΔY=TD/(2sin45o)+TB×tg45o=0.071+0.3=0.371ΔD=ΔB+ΔY=0+0.371=0.371已超出A的尺寸公差要求。TBΔY1二、定位誤差分析計算：齒輪坯的內孔和外圓已加工合格，即d=80-00.1mm，D=35+0.025mm?，F(xiàn)在插床上用調整法加工內鍵槽，要求保證尺寸H=38.5+0.2mm。忽略內孔與外圓同軸度誤差，試計算該定位方案能否滿足加工要求?若不能，應如何改進?解：ΔB=TD/2=0.025/2=0.0125ΔY=0.1/(2sin45o)=0.0707ΔD=ΔY+ΔB=0.0125+0.0707=0.0832>0.2/3=0.0667不能滿足加工要求。取外圓的尺寸和公差為d=80-0.05mm則ΔY=0.05/(2sin45o)=0.0354<0.0667能滿足加工要求。二、定位誤差分析計算：階梯軸工件的定位如圖所示，欲鉆孔O，保證尺寸A。試計算工序尺寸A的定位誤差。解：ΔB=Td/2ΔY=TD/(2sin(a/2))ΔD=ΔY+ΔB+CΦC二、定位誤差分析計算：以內孔在圓柱心軸上定位時的定位誤差：定位心軸水平放置：定位心軸垂直放置：以內孔在圓柱心軸上定位時的定位誤差：對于尺寸H1：對于尺寸H2：對于尺寸H3：以定位心軸水平放置時為例：對于尺寸H4：二、定位誤差分析計算：★★★定位誤差計算步驟：當工序基準不在定位基面上時，肯定相加；當工序基準在定位基面上時，要判斷加減，方法如下：1.分析定位基面直徑由小變大（或由大變?。r，假設定位基準的位置不變動，分析工序基準的變動方向2.當定位基面直徑同樣變化時，假設定位基面與定位元件接觸，分析定位基準的變動方向3.兩者的變動方向相同取+，相反取-二、定位誤差分析計算：以一面雙銷定位時的定位誤差：基準位移誤差：轉角誤差：二、定位誤差分析計算：例：如圖所示的工件，加工孔O1和O2，兩定位銷垂直安置(工件水平放置)，試計算定位誤差。解：由于工件水平放置，孔與銷可以在任意方向上接觸，基準位移誤差不僅受定位元件的公差及間隙的影響，還受加工尺寸方向和位置的影響。1)計算O1加工尺寸60±0.260±0.2mm的定位誤差ΔB=0ΔY=(40.05-(40-0.032))=0.082ΔD=ΔB+ΔY=0.082二、定位誤差分析計算：2)計算O1加工尺寸70±0.2mm的定位誤差ΔB=0對于加工尺寸70±0.2mm，基準位移誤差既有直線位移誤差，又有角位移誤差。如圖所示。對于孔O1，兩銷孔的間隙偏向一個方向時，產生的誤差為最大。故：ΔY=X1max+2L1tanΔα=X1max+2L1((X2max-X1max)/2L)X1max=(40.05-(40-0.032))=0.082X2max=(30.045-(30-0.045))=0.09ΔY=0.082+60(0.09-0.082)/180=0.085ΔD=ΔB+ΔY

=0+0.085=0.085二、定位誤差分析計算：3)計算加工尺寸50±0.12mm的定位誤差由于設計基準與工序基準不重合，故：ΔB=0.24(孔中心距誤差±0.12）基準位移誤差：ΔY=(40.05-(40-0.032))=0.082定位誤差：ΔD=ΔB+ΔY

=0.24+0.082=0.322二、定位誤差分析計算：4).計算O2加工尺寸70±0.2mm的定位誤差基準不重合誤差：ΔB=0對于孔O2，兩銷孔的間隙偏向相反方向時，產生的誤差為最大。故：ΔY=X2max+2L2tanΔβ=X2max+2L2((X1max+X2max)/2L)X1max=(40.05-(40-0.032))=0.082X2max=(30.045-(30-0.045))=0.09ΔY=0.138定位誤差：ΔD=ΔB+ΔY

=0+0.138=0.138二、定位誤差分析計算：例題：試計算三種方案的定位誤差，并從中選出最優(yōu)方案。解：對于圖(b)水平方向：ΔB=ΔY=0ΔD=ΔB+ΔY=0垂直方向：ΔB=0.1/2=0.05ΔY=Td/(2sin(a/2))=0.1/1.41=0.0707ΔD=ΔY-ΔB=0.0207二、定位誤差分析計算：例題：試計算三種方案的定位誤差，并從中選出最優(yōu)方案。解：對于圖(c)水平方向：ΔB=0ΔY=0ΔD=ΔB+ΔY=0垂直方向：ΔB=0.1/2=0.05ΔY=[32.03-31.97)]/2=0.03ΔD=ΔB+ΔY+C

=0.05+0.03=0.08二、定位誤差分析計算：例題：試計算三種方案的定位誤差，并從中選出最優(yōu)方案。解：對于圖(d)水平方向：ΔB=0.1/2=0.05ΔY=0ΔD=ΔB+ΔY=0.05垂直方向：ΔB=0ΔY=0ΔD=ΔB+ΔY=0方案b最合理；方案c最不合理。第四節(jié)工件的夾緊夾緊裝置的組成及設計要求：夾緊裝置的組成：夾緊元件：中間傳力機構：改變力的大小，通常為增力機構；改變夾緊力的方向；使夾具具有一定的自鎖性，以保證夾緊可靠。動力源：產生原始的作用力執(zhí)行夾緊的最終元件，直接與工件接觸。中間傳力機構夾緊裝置的組成及設計要求：設計要求：夾緊應有助于定位，不能破壞定位；夾緊可靠、可調，應保證工件在加工過程中不發(fā)生位置變動和振動；夾緊產生的工件變形應在允許的范圍之內；夾緊裝置操作應安全、方便、省力，結構應簡單合理，便于制造；手動夾緊時，應有自鎖性能。二、夾緊力的確定：夾緊力的方向：夾緊力的方向應不破壞工件定位的準確性和可靠性夾緊力的方向應有利于減小夾緊力二、夾緊力的確定：夾緊力的作用點：作用點應保持工件的穩(wěn)定，不能使工件產生位移或偏轉作用點應位于工件剛性較好的部位夾緊力應盡可能靠近工件上被加工面，必要時應加輔助支承夾緊力應使夾具本身變形小F’摩擦系數(shù)f1二、夾緊力的確定：夾緊力的大?。菏街校篧0：實際夾緊力；W：理論夾緊力；K：安全系數(shù)。粗加工時K=2.5~3，精加工時K=1.5~2如右圖所示:摩擦系數(shù)f2三、典型夾緊機構：斜楔夾緊機構：特點：有自鎖性。通常斜角α=6°～8°有增力作用。增力比為i=2～5。能改變夾緊力的方向。夾緊行程小。三、典型夾緊機構：斜楔夾緊機構：QQaaRR’F1φ1a+φ1φ2WW’F2R’W’φ2工件三、典型夾緊機構：螺旋夾緊機構：三、典型夾緊機構：螺旋夾緊機構：特點：自鎖性好，可靠性高。增力比大。i=65~140多為手動操作，通常使用快速裝夾結構提高工件安裝速度。結構簡單，應用廣泛。三、典型夾緊機構：F1F’1WF2QF1WW’三、典型夾緊機構：螺旋夾緊機構：三、典型夾緊機構：螺旋夾緊機構：三、典型夾緊機構：偏心夾緊機構：轉動手柄，偏心輪繞回轉中心O轉動。它相當于把一個圓弧形斜楔楔入工件與“基圓”之間，而實現(xiàn)對工件的夾緊。(1)夾緊點至回轉中心的距離h是隨回轉角γ的變化而變化的。(2)當γ由0至180°變化時，h由R-e至R+e變化，最大夾緊行程：

Δhmax=(R+e)-(R-e)=2e三、典型夾緊機構：偏心夾緊機構：夾緊力計算可用下面公式(推導從略)：

ρ－轉動中心O2到作用點P間的距離；

φ1－輪周作用點的摩擦角；

φ2－轉軸處的摩擦角。Q()()12tantanjjar++=pQLW特點：有自鎖差，一般用于切削負荷不大的場合。有增力作用。增力比為i=12～14。夾緊迅速。夾緊行程小。很少單獨直接作用于工件，通常與其他元件聯(lián)合使用。如：偏心壓板機構。三、典型夾緊機構：偏心夾緊機構：三、典型夾緊機構：增力比：螺旋夾緊(i=65-140)>偏心夾緊(i=12-14)>斜楔夾緊(i=2-5)自鎖性：螺旋夾緊>斜楔夾緊>偏心夾緊四、其它夾緊裝置：4.1鉸鏈夾緊機構鉸鏈夾緊機構的特點：動作迅速，增力比大，易于改變力的作用方向。缺點：自鎖性能差，常用于氣動、液壓夾緊中。四、其它夾緊裝置：4.2定心夾緊機構(1)定位——夾緊元件按等位移原理來均分工件定位的尺寸誤差，實現(xiàn)定心或對中。(a)錐面定心夾緊心軸四、其它夾緊裝置：4.2定心夾緊機構(1)定位——夾緊元件按等位移原理來均分工件定位的尺寸誤差，實現(xiàn)定心或對中。(b)螺旋定心夾緊心軸四、其它夾緊裝置：4.2定心夾緊機構(2)定位——夾緊元件按均勻彈性變形原理來實現(xiàn)定心夾緊。