機械制造工藝學(xué)第六章機床夾具設(shè)計課件

第一節(jié)機床夾具概述一、機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床夾具設(shè)計2023/2/6（1）保證上與下面平行（2）保證工件不動機床夾具的組成（圖6－1）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）2023/2/62023/2/63.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床，并在各機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：按機床分類，按動力源分類等。2023/2/6三、機床夾具的功用（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）擴大機床使用范圍（4）改善勞動條件2023/2/6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6－2）支承釘、支承板（2）可調(diào)支承（圖6－3）——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6－4）（4）輔助支承（圖6－5）——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）2023/2/62023/2/62023/2/62023/2/62023/2/62023/2/62023/2/62、支承定位(V型塊)α角：60度、90度、120度。（圖6－10）2023/2/6V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）α=90度時，T=H+0.707D-0.5NV型塊的設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)GB2208-80(尺寸、材料、熱處理等。)2023/2/6（四）工件以其它表面定位（圖6－11、12）錐度心軸，漸開線齒面等。（五）定位表面的組合形式（圖6－13）2023/2/6

2023/2/6二、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?！鞫?△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?！魑弧鶞?zhǔn)位置誤差。定位基準(zhǔn)制造誤差。2023/2/6定位誤差分析舉例：2023/2/62.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6－17）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2023/2/62023/2/6△定位與銷的直徑無關(guān)。（Td只與O的位置有關(guān)）2023/2/6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2023/2/62023/2/6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2023/2/6方法2——采用菱形銷，如圖6－18。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6－1）（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。2023/2/6［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=57±0.02(工作孔距57±0.06)2)選取圓柱銷：d1=φ42.6g6(工件大孔定位)

3)按表6-1選取菱形銷b=4，4)按公式（6－2）計算最小配合間隙△2min=0.035)按公差h6得到d2=φ15.3－0.030－0.0412023/2/62023/2/6一面兩孔定位時的定位誤差(圖6－18)2023/2/6銷1限制方向

銷2限制方向

2023/2/6

［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①槽深②槽中心線與軸線夾角③槽中心平面過大孔軸線2.各方向定位誤差的計算2023/2/6

①平面定位誤差（與槽深相關(guān)）

△dw=△不=T14.3=0.1mm

②角度定位誤差（與45°夾角相關(guān)）

③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=0.125mm2023/2/6

(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6－19）2023/2/62023/2/6對關(guān)系式求全微

用微小增量（公差）代替微分2023/2/6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=02023/2/6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。2023/2/6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)化夾緊機構(gòu)設(shè)計的核心：夾緊力2023/2/6二、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6-202023/2/6（2）與工件剛度最大方向一致（工作變形最?。﹫D6-212023/2/6（3）與受力方向一致（夾緊力最?。﹫D2-20圖（b）中的定位塊起到了止動塊的作用。2023/2/6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）2023/2/62.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6-232023/2/62.夾緊力作用點的選擇（2）作用于剛度較大處。（工作變形最?。﹫D2-222023/2/6（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。2023/2/6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）2023/2/6銑削時夾緊力估算圖6-27（表6－2）摩擦系數(shù)2023/2/6三、常用夾緊機構(gòu)1.斜楔夾緊機構(gòu)（圖6－28）夾緊力公式：斜楔的自鎮(zhèn)條件：α≤φ1＋φ2增力、變向，增力系數(shù)：α小，增力大，但工作行程增加，夾緊行程小2023/2/62023/2/62.螺旋夾緊機構(gòu)（圖6－29）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)2023/2/62023/2/6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(N·cm)螺旋夾緊機構(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:α=2～4°2023/2/6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)2023/2/6W=2023/2/63.偏心夾緊機構(gòu)（圖6－33）分類：圓偏心,曲線偏心1）圓偏心的幾何特性當(dāng)γ由0→π則h由(R－e)→(R+e)，實現(xiàn)夾緊。2023/2/6楔角αx的變化（圖6-33b）γ=0，αx=0α=90°－γ時，αx=αmax≈arctg(e/R)所以αx為變值。2023/2/62）自鎖條件由α≤φ1＋φ2，且忽略φ2有φ1

——輪周作用處與工件摩擦角。φ2

——轉(zhuǎn)軸處摩擦角。近似（可保證安全性）。當(dāng)μ＝0.15時，——對偏心機構(gòu)的結(jié)構(gòu)要求之一。 2023/2/63）夾緊力估算：

F1＝F1X＝F1cosα（F1X相當(dāng)于斜楔所受水平推動）按斜楔夾緊力計算公式2023/2/64）夾緊行程在P點左右，±45°L行程=h2－h(huán)1＝2esin45°≈1.4e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。2023/2/62023/2/64.鉸鏈夾緊機構(gòu)鉸鏈和杠桿的組合夾緊機構(gòu)（圖6－34）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Fj2023/2/62023/2/6、——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。2023/2/6設(shè)計注意事項：1）與保持最小安全儲備傾角（αe≥5°）2）夾緊行程與氣缸行程的效驗（用雙點劃線表示）5.定心夾緊機構(gòu)定位：夾緊同時完成?！鞫?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）2023/2/61）夾緊件等速移動的結(jié)構(gòu)（1）斜楔定心夾緊機構(gòu)（圖6－35）（2）左右旋螺紋夾緊機構(gòu)。（圖6－36）（3）其它：杠桿式，齒輪齒條，其它步進式等。2）以均勻彈性變形夾緊例如：彈簧夾頭，液塑心軸等（圖6－37、38）6.聯(lián)動夾緊機構(gòu)（圖6－39～41）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。2023/2/62023/2/62023/2/62023/2/62023/2/62023/2/62023/2/6四、夾緊機構(gòu)的動力裝置。1.氣動夾緊裝置

p＝0.4～0.6Mpa

動作迅速,氣源方便(噪聲較大)2.液壓夾緊裝置

p＝5～6.5Mpa(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。2023/2/62023/2/62023/2/6第四節(jié)各類機床夾具二、鉆床夾具（可用于鉆，擴，鉸等工序，對刀具進行導(dǎo)向）。（一）、鉆模類型、結(jié)構(gòu)2023/2/62023/2/61）回轉(zhuǎn)式（分度式）——澆軸線分布的側(cè)孔(圖6－44)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6－28)3）蓋板式——大型零件上的小孔(圖2－48)5）滑柱式——利用鉆模板的上下移動夾緊工件。（標(biāo)準(zhǔn)化：圖2－49、50)2023/2/62023/2/62023/2/62023/2/62023/2/62023/2/6（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（或擴孔鉆、鉸刀等）標(biāo)準(zhǔn)化：固定，可換，快換。(圖6－49)專用：特殊(圖6－50)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2－53)2023/2/62023/2/62023/2/62、鉆模板——保證孔的位置精度，(圖2－54)固定式，鉸鏈?zhǔn)剑蛛x式，懸掛式3、夾具體——一般不需要設(shè)計與機床的定位裝置。2023/2/62023/2/6三、銑床夾具（一）、類型1.直線進給式——銑平面，鍵槽等(圖6－55)2.圓周進給式——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，液壓機動夾緊。2023/2/62023/2/62.對刀裝置——確定刀具相對于夾具的位置。（對刀塊和塞尺）(圖2－66)2023/2/62、夾具體的對定：①找正法，②定位鍵與機床工作臺T型槽定位。(圖2－67)2023/2/6第六節(jié)機床夾具的設(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2023/2/62.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——雙點劃線夾緊機構(gòu)——夾緊狀態(tài)尺寸、配合、技術(shù)要求、明細(xì)表、標(biāo)題欄2023/2/64.繪制夾具零件圖三、夾具設(shè)計中的幾個重要問題：1.經(jīng)濟性分析2.成組設(shè)計思想3.裝配圖的尺寸標(biāo)注（圖6－73）（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。2023/2/62023/2/62023/2/6（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）夾具與機床配合尺寸。（6）其它配合尺寸尺寸公差和形位公差?。?/p>

T工件的（1/5~1/2）2023/2/62、應(yīng)標(biāo)注的技術(shù)要求（表6－6）（1）定位元件與定位元件（2）定位元件與夾具安裝面（3）定位元件與引導(dǎo)元件（4）引導(dǎo)元件與引導(dǎo)元件（5）定位元件或引導(dǎo)元件與找正基面（6）與