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工件的安裝和夾具設(shè)計(jì).ppt

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1、第六章 機(jī)床夾具設(shè)計(jì), 6. 1 機(jī)床夾具概述,一、機(jī)床夾具及其組成 1、機(jī)床夾具 機(jī)床夾具是在機(jī)床上用以裝夾工件的一種裝置,其作用是使工件相對(duì)于機(jī)床或刀具有個(gè)正確的位置,并在加工過(guò)程中保持這個(gè)位置不變。,2、機(jī)床夾具的組成 (1).定位元件:確定工件在夾具中位置的元件。 (2).導(dǎo)向元件:用以引導(dǎo)刀具或調(diào)整刀具相對(duì)于夾具的位置。 如:鉆套、對(duì)刀塊。 (3).夾緊元件:確定夾具與機(jī)床或夾具與刀具的元件。 (4) .連接元件:用以確定夾具在機(jī)床上的位置并與機(jī)床相連接。(5).夾具件:基礎(chǔ)件,用于安裝其它元件,形成整體(6).其它輔件:夾緊用的扳手,操作手柄,分度機(jī)構(gòu)等。

2、 如下圖所示:,二、機(jī)床夾具的分類(lèi),1、分類(lèi)方法:,1)按夾具的應(yīng)用范圍:通用夾具、專(zhuān)用夾具、可調(diào)夾具、組合 夾具、隨行夾具; 2)按加工類(lèi)型:車(chē)床夾具、鉆床夾具、鏜床夾具、磨床夾具、 數(shù)控機(jī)床夾具等; 3)按夾緊力來(lái)源:手動(dòng)夾具、氣動(dòng)夾具、液壓夾具、電磁夾具、 真空夾具。,機(jī)床夾具通常按夾具的應(yīng)用范圍進(jìn)行。,(1)通用夾具:指已標(biāo)準(zhǔn)化,通用化好,可用于加工同一類(lèi)型,不同尺寸工件加工的夾具。,如:三爪長(zhǎng)盤(pán)、四爪長(zhǎng)盤(pán)、平口鉗、回轉(zhuǎn)工作臺(tái)、萬(wàn)能分度頭、磁鐵吸盤(pán)。適用場(chǎng)合:廣泛用于單件,小批量生產(chǎn)中。,(2)專(zhuān)用夾具:指的是專(zhuān)為某一工件的某道工序而設(shè)計(jì)

3、制造夾具,這種夾具“剛性”大,即當(dāng)產(chǎn)品變換或工序內(nèi)容變更后,往住 無(wú)法使用。因此適用于產(chǎn)品固定、工藝相對(duì)穩(wěn)定、批量 大的加工過(guò)程。,(3)可調(diào)夾具:是指經(jīng)調(diào)整或更換個(gè)別元件,即可加工多種工件的夾具。 這種夾具主要用了加工形狀相似,尺寸相近的工件的加工。,(4)組合夾具(拼裝夾具):這種夾具是在夾具零部件完全標(biāo)準(zhǔn)化的基 礎(chǔ)上,根據(jù)積木化原理,針對(duì)不同的工件 對(duì)象和加工要求,拼裝組合則成夾具。構(gòu) 成夾具的各零部件,在工件加工完后,可拆散成各種元件,組合成適用其它產(chǎn)品加工要求的夾具。(圖示見(jiàn)下頁(yè))當(dāng)今生產(chǎn)發(fā)展趨勢(shì):多品種、小批量。由此導(dǎo)致對(duì)生產(chǎn)裝備的要求是高效、快捷的柔性系統(tǒng)。,(5)隨行夾具:切削

4、加工中隨帶安裝好的工件在各工位間被自動(dòng)運(yùn)送轉(zhuǎn)移的機(jī)床夾具。隨行夾具主要是在自動(dòng)生產(chǎn)線(xiàn)加工中心中、柔性生產(chǎn)線(xiàn)。,三、機(jī)床夾具的作用,(1)保證加工精度,降低工人等級(jí) 加工精度包括:尺寸精度、幾何形狀精度、表面相互位置精度。使用夾具最有利于保證表面相互位置精度。如:在搖臂鉆加工孔系 夾具:可達(dá)0.100.20mm 劃線(xiàn)找正:0.41.0mm (2) 提高勞動(dòng)生產(chǎn)率,降低加工成本無(wú)找正,對(duì)刀等時(shí)間,工件裝卸迅速,從而大大減少了工件安裝的輔助時(shí)間,同時(shí)易于實(shí)現(xiàn)多件加工,多工位加工,特別適用于加工時(shí)間短,輔助時(shí)間長(zhǎng)的中、小工件的加工。 (3) 擴(kuò)大機(jī)床工藝范圍擴(kuò)大機(jī)床的功能,實(shí)現(xiàn)一機(jī)多用。如在車(chē)床上利用

5、鏜夾具,進(jìn)行鏜孔。利用銑夾具,進(jìn)行銑槽。 (4) 減輕工人勞動(dòng)強(qiáng)度,保證安全生產(chǎn)。,定位方式用六點(diǎn)定位原理進(jìn)行定位分析時(shí),以定位點(diǎn)來(lái)消除自由度,在實(shí)際應(yīng)用中,不可能是點(diǎn),而應(yīng)該是各種定位元件,工件的定位表面有各種形式:如平面,內(nèi)孔,外圓,成型面,組合表面等,對(duì)這些表面應(yīng)采用不同的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)。定位設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)做的工作及步驟:A)根據(jù)加工零件的工序要求合理布置支承點(diǎn)B)正確考慮定位方法C)選用恰當(dāng)?shù)亩ㄎ辉?6. 2 工件在夾具上的定位,一、常用定位方式與定位元件,工件常用定位表面,以平面定位 以?xún)?nèi)孔定位 以外圓表面定位,以平面定位,基本支承 輔助支承,固定支承 可調(diào)支承 自位支承,支承釘、支承板,基

6、本支承:限制自由度,真正起定位作用 輔助支承:不限制自由度,起預(yù)定位、增加工件和夾具剛性等作用,(一)工件以平面定位 1基本支承 (1)固定支承:安裝到夾具上后,不可拆卸或調(diào)節(jié)。分為支承板和支承釘。 支承釘:用于小平面未加工或已加工表面的定位。a.分類(lèi): 平頭:用于經(jīng)過(guò)精加工的表面,面接觸。球頭:點(diǎn)接觸,可保證接觸位置相對(duì)穩(wěn)定,但易磨損,夾緊時(shí)使加工表面產(chǎn)生壓陷,產(chǎn)生較大安裝誤差,不易使幾個(gè)支承釘保持在同一平面內(nèi),用于精加工中網(wǎng)紋頂面:與定位面摩擦力較大,可住阻礙工件移動(dòng),加強(qiáng)定位穩(wěn)定性,精中易積屑,多用在粗糙表面的側(cè)面定位。,b.支承釘尾部與基體孔的配合: 過(guò)盈配合:H7/r6 或H7/n

7、6 加中間套(可換):套與夾具體上孔為過(guò)盈配合,套與支承釘尾部可選過(guò)渡配合H7/js6 c.支承釘布置原則:三點(diǎn):組成的平面面積盡可能大 二點(diǎn):距離盡可能長(zhǎng) 一點(diǎn):應(yīng)與切削力方向?qū)?yīng),支承板 用于較大已加工平面的定位,所以常出現(xiàn)在精基準(zhǔn)定位中,一個(gè)支承板的作用,相當(dāng)于兩個(gè)支承釘,消除兩個(gè)自由度。,a.結(jié)構(gòu)形式及應(yīng)用場(chǎng)合: A型 制造簡(jiǎn)單,常用于底面定位 B型 切有斜槽,易于 清屑,常用于側(cè)面定位,b.應(yīng)用場(chǎng)合:用于難以用支承釘布置成合適的、穩(wěn)定的定位中。 工件剛度不足,定位面又小,并且切削力不能恰好作用在支承上。圖(a) 薄板上鉆孔,支隨釘使工件變形。圖(b),承受較大力的場(chǎng)合,保護(hù)精加

8、工表面。方便安裝:如側(cè)面支承板取代兩支承釘,可避免長(zhǎng)死。,c. 材料: D12的支承釘和小型支承板,用較好的T7A鋼,淬硬HRC60-64 對(duì)D12的支承釘和大型支承板,一般用20#鋼滲碳淬火,滲碳深度為0.81.2mm,硬度至HRC6064,d.注意 為保持幾塊支承板在同一平面上,在裝配后應(yīng)將頂部進(jìn)行統(tǒng)磨。 有精度要求或使支承板裝配牢固,需加定位銷(xiāo)。,(2)可調(diào)支承,可調(diào)支承:適用于毛坯分批制造,其形狀和尺寸變化較大的粗基準(zhǔn)定位并適用于同一夾具加工形狀相同而尺寸不同的工件及專(zhuān)用可調(diào)夾具或組合夾具中。,方法: 一批工件調(diào)整一次,調(diào)整后應(yīng)鎖緊。,(3)自位支承 (浮力支承),特點(diǎn):有定位元件有多

9、個(gè)工作點(diǎn)與工件接觸,定位元件在定位過(guò)程中 所處的位置,隨工件定位基準(zhǔn)面位置的變化而自動(dòng)與之適應(yīng),其作用相當(dāng)于一個(gè)固定支承,因此,只限制一個(gè)自由度。由于增加了與工件定位基準(zhǔn)面接觸的點(diǎn)數(shù),故可提高工件的安裝剛 性,適用于以粗基準(zhǔn)定位,剛性不足或不連續(xù)表面的定位。 注意:設(shè)計(jì)自位支承時(shí),應(yīng)考慮可動(dòng)部分有足夠的擺動(dòng)余動(dòng)。,2、輔助支承,a. 特點(diǎn):根據(jù)六點(diǎn)定位原理,工件定位原理,工件定位夾緊后,若工件剛性很差,在切削力和夾緊力的影響下,會(huì)發(fā)生變形和振動(dòng)。為此,需增加輔助支承,減小變形,以提高剛性和穩(wěn)定性。,b.作用:由于輔助支承是在工件定位后才參與支承,因此不起任何消除自由度作用,只起減小工件變形和振

10、動(dòng)的作用。各種輔助支承在每次卸下工件后,必須松開(kāi),裝上工件后再進(jìn)行調(diào)整和鎖緊,另外,輔助支承不應(yīng)破壞原有定位。,c.應(yīng)用場(chǎng)合: 起預(yù)定位作用 提高夾具工件的穩(wěn)定性 提高工件的剛性,d.結(jié)構(gòu)形式: 螺旋式:結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,易頂起工件,用限力板手,逐個(gè)調(diào)整、效率低、常用于單件小批生產(chǎn)中 自位式:效率高,彈簧力不可太大,tgf,保證自鎖,推引式:適用于工件較重,切削負(fù)荷大的場(chǎng)合,(二)工件以外圓定位,工件以?xún)?nèi)孔定位時(shí),常用的有V形塊、定位套筒及剖分套筒、自動(dòng)定心機(jī)構(gòu)(三爪長(zhǎng)盤(pán)、彈簧夾頭、錐孔、自動(dòng)定心夾頭),1. V形塊 V形塊的定位情況:,a. V形塊結(jié)構(gòu):(已標(biāo)準(zhǔn)化) 常取90或120 工藝

11、槽:降低應(yīng)力集中,便于v形工作面加工。 支承面和底面精度要求較高 安裝時(shí),需采用定位銷(xiāo)孔(有定位銷(xiāo)孔和安裝孔),b.特點(diǎn): 對(duì)中性好(水平方向)所定位的水平軸中心位置(垂直方向),隨V形塊夾角 及工件直徑的誤差而發(fā)生變化V形塊裝在夾具體時(shí),除用螺釘緊固外,還要加裝定位銷(xiāo),c. 材料: 20鋼, 熱處理:滲碳深度0.8-1.2mm, 淬硬HRC60-64,大型V形塊,可用鑄鐵在夾具體支承面鑲以淬硬耐磨的鋼板,d.主要結(jié)構(gòu)參數(shù): V形塊已標(biāo)準(zhǔn)化,繪制V形塊工作圖時(shí),可不繪制圖形,但應(yīng)注明尺寸C、H、h,尺寸h:h0.5D用于大直徑定位 h1.2D 用于小直徑定位H:用于檢驗(yàn)形塊精度,2.定位套

12、筒及剖分套筒,定位套筒 特點(diǎn): 元件結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,定心精度不變; 當(dāng)工件外圓與定位圓孔配合較松時(shí),易使工件傾斜,可考慮利用套筒內(nèi)孔及端面一起定位; 當(dāng)端面大時(shí),定位孔應(yīng)短些,以避免產(chǎn)生過(guò)定位。,定位套與夾具體配合: ?。篐7/r6或H7/s6 較緊大:N7/R6或H7/js6 較松,裝入后再用螺釘擰緊,剖分套筒 主要用于大型軸類(lèi)零件的精密軸經(jīng)定位,以便于安裝。結(jié)構(gòu):下半孔起定位作用 上半孔起夾緊作用,剖分套筒,3.外圓定心夾緊機(jī)構(gòu),(三)工件以?xún)?nèi)孔定位,工件以?xún)?nèi)孔定位時(shí),常用的有:定位銷(xiāo)、定位心軸、自動(dòng)定心機(jī)構(gòu)(如三爪卡盤(pán)、彈簧心軸等。,1.定位銷(xiāo):通常結(jié)合端面定位 結(jié)構(gòu)形式: a. d10 d太

13、小,不宜開(kāi)退刀槽,軸肩下埋; b. d10 帶有臺(tái)肩,端面定位可避免夾具體磨損;c. d16 凸肩與退刀槽合二為一;d. 可換式:用于大量生產(chǎn)中,易于更換,更換時(shí)為避免 破壞夾具體加上襯套,定位銷(xiāo)與襯套配合H7/js6、H7/n7,另外還有一種定位銷(xiāo):圓錐銷(xiāo)特點(diǎn):定心好,軸向定位精度不高,常用于浮動(dòng)定位中,2.剛性心軸根據(jù)工件的形狀和用途的不同,定位心軸的結(jié)論形式很多,常用的有下列幾種形式: a.帶小錐度的心軸(1/50001/1000):限5個(gè)自由度,定心精度高,可達(dá)0.0050.01mm,但軸向位移大,傳遞扭矩小,使用于精加工中。,b.圓柱形心軸:工件與心軸定位部分為過(guò)盈配合采用r6、s6

14、配合,軸向位置較固定(通過(guò)限位套)前編加有導(dǎo)向部分,與工件為間隙配合的保證工件用手能自由套入,c.心軸:工件與心軸為間隙配合,心軸采用h6、g6、f7制造,同心度不高,裝卸方便,端部夾緊。,d.花鍵心軸,3.內(nèi)圓定心夾緊機(jī)構(gòu)用于內(nèi)孔的定心夾緊機(jī)構(gòu),其作用原理與外圓定位時(shí)是一樣的。區(qū)別僅在于孔定位時(shí),支承等速遠(yuǎn)離中心移動(dòng),與工件孔表面接觸。,孔用漲緊套,(四)工件以組合表面定位,以上所述的定位方法,全指工件以單一表面定位。實(shí)際上,零件往往是以幾個(gè)表面同時(shí)定位的,例如:用兩個(gè)平行孔、兩個(gè)平行階梯表面、階梯軸的兩個(gè)外圓等等,這都稱(chēng)為“工件以組合表面定位”。工件以組合表面定位時(shí),幾個(gè)定位表面間的相互位

15、置,總是具有一定的誤差,若將所有的支承元件都做成固定的,工件將不能正確定位甚至無(wú)法定位。因而,在組合表面定位時(shí),必須將其中的一個(gè)(或幾個(gè))支承做成浮動(dòng)的,或雖是固定的,但能補(bǔ)償其定位面間的誤差。,1.以軸心線(xiàn)平行的兩孔定位(一面兩孔),工件以?xún)煽锥ㄎ坏姆绞?,在生產(chǎn)中普遍用于箱體類(lèi)大、中型零件的加工中,如機(jī)床主軸箱、發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)體。,以一面兩孔定位,用箱體的兩孔及平面定位的分析,若以?xún)蓚€(gè)圓柱銷(xiāo)作定位件時(shí),常會(huì)產(chǎn)生過(guò)定位現(xiàn)象,造成后果:工件可能無(wú)法安裝。,解決辦法: (1)右孔與右銷(xiāo)間給予較大的配合間隙,足以補(bǔ)償工件兩孔和兩銷(xiāo)中心距的誤差,但這樣定位誤差較大有時(shí)也會(huì)造成工件位置的偏斜。 (2)將右邊定

16、位銷(xiāo)在兩銷(xiāo)連心線(xiàn)的垂直方面削去兩邊,做成削邊銷(xiāo),這樣在此連心線(xiàn)方向上獲得間隙補(bǔ)償;能使工件兩孔與兩銷(xiāo)順利安裝且使定位較準(zhǔn)確。 比較:方法1簡(jiǎn)單,但增大轉(zhuǎn)角誤差。方法2更為科學(xué)。,削邊銷(xiāo)的寬度計(jì)算,應(yīng)考慮在圖紙規(guī)定公差范圍內(nèi)的任一工件,都能保證裝到夾具的兩定位銷(xiāo)上,這要分析可能出定位,削邊銷(xiāo)的寬度計(jì)算,干涉的極限情況。圖中為工件裝在夾具上的一種極限位置,這時(shí)為:(O1為孔1及銷(xiāo)1的中心;O2為銷(xiāo)2的中心,O2 為銷(xiāo)2的中心),干涉最容易發(fā)生在: 工件兩孔的直徑最?。篋1min, D2min 夾具兩銷(xiāo)的直徑最大:d1max, d2max 且銷(xiāo)距與孔距偏差向相反方向。 如: 工件兩孔的孔距最大:L+

17、 Lg,而夾具兩銷(xiāo)的銷(xiāo)距最?。篖 Lx,,工件兩孔順利裝到銷(xiāo)上的條件: 工件兩孔與順利裝到夾具兩銷(xiāo)上的最小間隙為:1 = D1min d1max 2 = D2min d2max,,,,,,,若假定工件安裝時(shí),左邊的孔、銷(xiāo)兩中心O1重合;右邊孔中心 的偏移量這時(shí)為:,,由于這一偏移,使銷(xiāo)2與孔2產(chǎn)生了新月形的干涉區(qū)(圖中的陰影部分)。如果將銷(xiāo)2的削邊后寬度b ,便不再發(fā)生干涉。而b的大小,即可按幾何關(guān)系進(jìn)行計(jì)算:,,,,,,,(1),,代入(1)式,得:,,約去高階微量,得削邊銷(xiāo)寬度為:,,生產(chǎn)中,削邊銷(xiāo)寬度b常按工件孔的基本尺寸D2選定。此時(shí),由上式可得最小間隙2:,削 邊 銷(xiāo) 的 尺

18、 寸,再根據(jù) ,d2maxD2min2可算出削邊銷(xiāo)的尺寸及偏差。,例:已知某工件用兩個(gè)孔定位,孔間距要求1100.03。試設(shè)計(jì)一個(gè)圓柱銷(xiāo)、一個(gè)削邊銷(xiāo)的各有關(guān)定位尺寸。 解: (1)確定兩定位銷(xiāo)的中心距尺寸及偏差 銷(xiāo)距的基本尺寸(Lx)與孔距的基本尺寸(Lg)相同,其偏差為:Lx Lg。 ?。篖Lx110( 0.03)Lg1100.01 注意:若工件孔間距上、下偏差在零件圖上非對(duì)稱(chēng)分布時(shí),應(yīng)將其轉(zhuǎn)化為對(duì)稱(chēng)形式。,,,(2)確定圓柱銷(xiāo)直徑尺寸(d1)及偏差 通常以該工件孔的最小尺寸(D1min)作為圓柱銷(xiāo)的基本尺寸(d1),其配合的偏差一般以g6(或f7)選取。 故選:d18.035

19、g6 (3)選定削邊銷(xiāo)基本尺寸(d2)及偏差 首先,查表得削邊銷(xiāo)寬度(b)及其它結(jié)構(gòu)尺寸 當(dāng)D28時(shí),得b3, BD21817。 d2maxD2min2D2min 8.035 8.005 一般以d2max作為削邊銷(xiāo)的基本尺寸,與該孔的配合可選取為h6。 所以?。篸28.005 h6= ,,,,,,,若工件在垂直平面定位后,再將工件左端外圓、用圓孔或V形定位時(shí),則工件右端外所用的V形塊,一定要做成浮動(dòng)結(jié)構(gòu),這時(shí)只起限制一個(gè)自由度的作用,否則就會(huì)過(guò)定位。,2.以軸心線(xiàn)平行的兩個(gè)圓表面定位,,兩個(gè)零件(a)、(b),均需以大孔及底面定位,加工兩個(gè)小孔??梢杂袃?/p>

20、種定位方案,視其加工尺寸要求而定。根據(jù)其準(zhǔn)重合原則,如圖(a)零件應(yīng)選用圖(c)方案:即平面用支承板定位,,3.以一個(gè)孔和一個(gè)平行于孔中心線(xiàn)的平面定位,孔用削邊銷(xiāo)定位,且削邊方向應(yīng)平行于定位平面,以補(bǔ)償孔中心線(xiàn)與底面間距離的尺寸誤差公差。再如圖(b)零件則宜采用圖(d)的方案,即孔用圓銷(xiāo)定位,而平面下方則加入梯形塊可使定位平面升降,以補(bǔ)償工件孔與平面間的尺寸誤差。, 6. 3 定位誤差,1、定位誤差 把工件上被加工表面的設(shè)計(jì)基準(zhǔn)相對(duì)于定位元件工作表面在加工尺寸方向上的最大變動(dòng)量,稱(chēng)為“定位誤差”。,一、定位誤差的產(chǎn)生,分析: 右圖齒輪輪齒加工中定位對(duì)下兩項(xiàng)技術(shù)坐標(biāo)的影響,節(jié)圓中心與內(nèi)孔中心

21、的同軸度 輪齒周節(jié)誤差,2、定位誤差產(chǎn)生原因,a.一批工件彼此在尺寸、形狀及相互位置上均存在差異,而夾具定位元件也有制造誤差。 b.工件的定位基準(zhǔn)與設(shè)計(jì)基準(zhǔn)不重合,或工件的定位基準(zhǔn)與定位元件的工作表面之間存在間隙。 c.工件用夾具定位加工時(shí),只按定程法(即調(diào)整法)加工一批工件,如果按逐件試切法加工,則根本不存在定位誤差。(僅有加工誤差等),誤差來(lái)源,a.基準(zhǔn)不重合誤差b.定位元件制造誤差c.基準(zhǔn)位移誤差,圖中零件,底面3與側(cè)面4已加工好,需加工平面1、2,均用底面及側(cè)面定位。,1、基準(zhǔn)不重合誤差,,,工序二:加工平面1時(shí),圖紙要求的設(shè)計(jì)尺寸為AA,而加工時(shí)刀具調(diào)整尺寸CAA 。因此,即使不考慮

22、本工序的加工誤差,這種定位方法也將可能使加工尺寸A發(fā)生變化(在工序一留下的誤差 范圍H內(nèi)波動(dòng)),因而也就產(chǎn)生了定位誤差(A )。,,工序一:加工平面2時(shí),定位基準(zhǔn)與設(shè)計(jì)基準(zhǔn)重合,其圖紙的設(shè)計(jì)尺寸 與加工時(shí)刀具調(diào)整控制尺寸 (對(duì)一批工件說(shuō),可看作為常量不變)兩者一致,則定位誤差A(yù)=0 。,定位誤差大小計(jì)算 (1) 畫(huà)出被加工零件定位時(shí)的兩個(gè)極限尺寸的位置 (2) 從圖形中的幾何關(guān)系,找出零件圖上被加工尺寸方向上之設(shè)計(jì)基準(zhǔn)的最大變動(dòng)量(最大值與最小值之差)。因此,工序二尺寸A的定位誤差A(yù)為: A=(H+H)(H-H) = 2H,上述的誤差完全是由于定位基準(zhǔn)和設(shè)計(jì)基準(zhǔn)不重合引起的,可稱(chēng)這類(lèi)

23、定位誤差為“基準(zhǔn)不符誤差”。為提高定位精度,設(shè)計(jì)夾具時(shí)盡量使定位基準(zhǔn)與加工表面之設(shè)計(jì)基準(zhǔn)重合。但定位精度雖然提高了,有時(shí)使得夾具結(jié)構(gòu)復(fù)雜,工件安裝不便, 穩(wěn)定性和可靠性變差。生產(chǎn)中只要在滿(mǎn)足工藝的要求前提下,如果能降低工序成本,基準(zhǔn)不重合的定位方案,也允許選用。,2、定位元件制造誤差,由于夾具定位元件和工件定位基準(zhǔn)本身有制造誤差,也可能使工件被加工表面的設(shè)計(jì)基準(zhǔn),在加工尺寸方向上產(chǎn)生變動(dòng)而形成定位誤差。,心線(xiàn)與軸心線(xiàn)重合,則設(shè)計(jì)基準(zhǔn)與套到心軸上,還應(yīng)留有最小間隙,故孔和軸中心線(xiàn)必然不重合圖(b)也會(huì)使工件的定件基準(zhǔn)位置產(chǎn)生變動(dòng)而下移。所以通常稱(chēng)這另一類(lèi)定位誤差為“基準(zhǔn)位移誤差”。其大小分析如下

24、:,圖(a)如果心軸水平放置,工件以?xún)?nèi)孔中心 O為定位基準(zhǔn),套在心軸中心O1上,要求加工上平面HH。在理想狀態(tài)時(shí),孔,當(dāng)心軸如圖(b)水平放置時(shí):工件內(nèi)孔始終與心軸上母線(xiàn)A單邊接觸。當(dāng)內(nèi)孔和心軸尺寸為Dmax 及 dmin時(shí),設(shè)計(jì)基準(zhǔn)O在最下面(設(shè)計(jì)基準(zhǔn)變動(dòng)最大值): OO1maxOAO1A Dmax/2 dmin/2 =(DsD)/2(dxd)/2 =sD/2sd/2 同理,當(dāng)內(nèi)孔和心軸尺寸為 Dmin及dmax時(shí),設(shè)計(jì)基準(zhǔn)O在最上面(設(shè)計(jì)基準(zhǔn)變動(dòng)最小值): OO1minDmin/2dmax/2=D/2(dsd)/2=sd/2 所以,H的定位誤差,即為設(shè)計(jì)基準(zhǔn)0在H尺寸方向上的最大變動(dòng)量,應(yīng)

25、為:H=OO1maxOO1min(sD/2+xd/2)(xd/2) =sD/2+(xd/2sd/2)TD/2Td/2,假定:孔徑為 , 銷(xiāo)徑為,,,結(jié)論: 這時(shí)的基準(zhǔn)位移造成的定位誤差為內(nèi)孔公差和心軸公差之和的一半,且與間隙 無(wú)關(guān)。,如果心軸垂直放置,就可能心軸與工件內(nèi)孔任意邊接觸,則應(yīng)考慮加工尺寸方向的二個(gè)極限位置及孔軸間隙 ,故定位誤差為: HTDTd 。,由此可見(jiàn),工件定位基準(zhǔn)和夾具定位元件本身的制造誤差,也是直接影響定位精度的。在設(shè)計(jì)夾具時(shí),除應(yīng)盡量滿(mǎn)足基準(zhǔn)重合原則外,還應(yīng)根據(jù)加工零件的精度要求,合理規(guī)定定位元件的制造精度和限制加工零件上與定位基準(zhǔn)有關(guān)的公差值。,二、定位誤差的

26、計(jì)算,工件定位誤差的實(shí)質(zhì)是工件上被加工表面的設(shè)計(jì)基準(zhǔn)相對(duì)于定位元件工作表面在加工尺寸方向上的最大變動(dòng)量,因此,計(jì)算定位誤差時(shí), 首先要找出工序尺寸的工序基準(zhǔn); 然后求其在工序尺寸方向上的最大變動(dòng)量。,1、定位誤差計(jì)算的方法,定位誤差計(jì)算的方法,幾何法 微分法,2、用幾何方法計(jì)算定位誤差,例:工件在使用心軸、銷(xiāo)、定位時(shí),常會(huì)考慮留有間隙而需要進(jìn)行定位誤差計(jì)算。(以?xún)煽锥ㄎ粸槔?左端: 孔徑 ,公差為T(mén)D1;銷(xiāo)徑 ,公差為T(mén)d1;最小間隙為1。,,,右端: 孔徑公差為T(mén)D2;銷(xiāo)徑公差為T(mén)d2;最小間隙為2。,先單獨(dú)分析左端圓銷(xiāo)1的定位情況。銷(xiāo)與孔之間的最大間隙為:1 1 TD1 T

27、d1 。 1將使一批工件安裝時(shí)孔的中心偏離銷(xiāo)的中心。其中偏心位移誤差范圍,是以 1為直徑的圓,圓心即為銷(xiāo)的中心O1(如圖b中所示)。,分析:,,再分析削邊銷(xiāo)2定位情況: 由于削邊銷(xiāo)不限制X 的移動(dòng)自由度,而限制Z的轉(zhuǎn)動(dòng)自由度,所以孔2與削邊銷(xiāo)2的中心偏移范圍為: 在X方向: x 1 1 TD1 Td1 在Y方向: y 2 2 TD2 Td2 。,,這時(shí)的誤差范圍近似為一個(gè)橢圓(見(jiàn)圖b)。,孔1、2的中心偏移誤差組合起來(lái),將引起工件的兩種定位誤差:,綜合誤差,(1) 縱向定位誤差:即在兩孔聯(lián)心線(xiàn)方向的最大可能移動(dòng)量( x )。 x 1 1 TD1 Td1 (相當(dāng)于第一孔定位誤差),

28、(2)角度定位誤差:即工件繞O1和O2的最大偏轉(zhuǎn)角 。,,角度定位誤差:,由上式看出,欲減小,可以從兩方面著手:(i)提高孔與銷(xiāo)的加工精度,減小配合間隙;(ii)增大孔間距。故在選擇定位基準(zhǔn)時(shí),應(yīng)盡可能選距離較遠(yuǎn)的兩孔;若工件上無(wú)合適的兩孔而需另設(shè)工藝孔時(shí),兩工藝孔也應(yīng)布置在具有最大距離的適當(dāng)部位。,若采用以上兩種措施還不能滿(mǎn)足要求,應(yīng)采用單邊靠。此時(shí),角度誤差為:,分析:,,2、用微分方法計(jì)算定位誤差,例、工件用V形塊定位加工鍵槽時(shí)的定位誤差計(jì)算。,用V形塊定位加工鍵槽時(shí)的定位誤差計(jì)算,加工鍵槽時(shí),一般有兩項(xiàng)工序要求: 1)尺寸H; 2)鍵槽對(duì)工件外圓中心的對(duì)稱(chēng)度。,標(biāo)注鍵槽設(shè)計(jì)尺寸H時(shí),有

29、三種不同的標(biāo)注方法: (a)要求保證上母線(xiàn)到加工面尺寸H1; (b)要求保證下母線(xiàn)到加工面尺寸H2; (c)要求保證上母線(xiàn)到加工面尺寸H3。,若忽略工件的圓度誤差和V形塊角度誤差,可認(rèn)為工件外圓中心在水平方向上的位置變動(dòng)量為零,,,,已知:工件外圓直徑為d,公差為T(mén)d,V形塊兩斜面夾角為a,求各種標(biāo)準(zhǔn)方式下的定位誤差?,解:,,首先:寫(xiě)出O點(diǎn)(工件基準(zhǔn)點(diǎn))至加工尺寸方向上某固定點(diǎn)(通常取點(diǎn)A)的距離,再對(duì)上式求全微分,用微小增量代替微分,并將尺寸誤差視為微小增量,且考慮到尺寸誤差可正可負(fù),各項(xiàng)誤差應(yīng)取絕對(duì)值,故定位誤差為:,若使用同一夾具進(jìn)行加工,則Ta0,所以,,,,,同理:,請(qǐng)用幾何解法求

30、解上題,用幾何解法求上題:,通過(guò)以上計(jì)算,可得出如下結(jié)論: (1) ,即定誤差隨毛坯誤差增大而增大。(2) 與V形塊夾角有關(guān)。即定位誤差隨增大而增減小, 但定 位穩(wěn)定性卻差了,故一般選用=90。(3) 與加工尺寸標(biāo)注方法有關(guān)。,分析:,,,注意:,定位誤差是對(duì)采用調(diào)整法加工的成批生產(chǎn)或小批生產(chǎn)中,在數(shù)控機(jī)床上加工時(shí)也在定位誤差; 對(duì)采用試切法加工的小批生產(chǎn)中不存在定位誤差。,保證規(guī)定加工精度實(shí)現(xiàn)的條件,工件利用夾具加工時(shí),影響加工精度的誤差因素除定位誤差外,尚有:1.夾具的有關(guān)制造誤差(制造) 這個(gè)誤差主要包括夾具制造時(shí)的兩項(xiàng)誤差:確定刀具位置的元件和引導(dǎo)刀具的元件與定位元件間的

31、位置誤差;定位元件與夾具安裝到機(jī)床上的安裝基面間的位置誤差。2.夾具安裝誤差(安裝 )即是夾具在機(jī)床上的定位誤差。3.加工誤差(加工)指上件在切削過(guò)程中所產(chǎn)生的誤差。如機(jī)床的工作精度,刀具的磨損和跳動(dòng),刀具相對(duì)工件加工位置的調(diào)整誤差,以及工藝系統(tǒng)在加工過(guò)程中的彈性變形等。,為了保證工件的加工精度,必須使上述所有誤差因素對(duì)工件加工的綜合影響,控制在工件所允許的公差(T公差)范圍之內(nèi),即: 制造 安裝 加工 T工件 上式即為保證規(guī)定加工精度實(shí)現(xiàn)的條件,也稱(chēng)為用夾具安裝加工時(shí)的誤差計(jì)算不等式。為使T工件做到合理地分配給以上機(jī)械加工中產(chǎn)生誤差的各個(gè)環(huán)節(jié),通常在夾具設(shè)計(jì)時(shí),夾具上定位元件之間,定位元件

32、與引導(dǎo)元件之間,以及其他相關(guān)尺寸和相互位置的公差,一般取工件上相應(yīng)公差的1/51/2,最常用的是1/31/2,因粗加工的T工件大,此時(shí),夾具上相應(yīng)公差取小的比例。, 6. 3 工 件 的 夾 緊,一、工件夾緊的基本要求,夾得穩(wěn):不破壞穩(wěn)定的正確定位,以作平衡,剛度足夠; 夾得牢:夾緊力要合適,過(guò)大工件變形或損傷,影響加工精度,過(guò)小工件加工中易移動(dòng)或產(chǎn)生振動(dòng),同時(shí),夾緊裝置應(yīng)保證自鎖,即原始夾緊力去除后,工件能保持夾緊狀態(tài);夾得快:機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)單、緊湊、操作安全、省力、迅速方便。確定夾緊方案一般應(yīng)與定位問(wèn)題同時(shí)考慮,為達(dá)到以上三個(gè)要求,正確設(shè)計(jì)夾緊機(jī)構(gòu),首先必須合理確定夾緊力的三要素:大小、方向和作用

33、點(diǎn)。,二、夾緊力方向的確定,1.夾緊力方向的確定 不破壞定位的準(zhǔn)確性,朝向是定位基準(zhǔn); 夾緊力方向應(yīng)使工件變形盡可能??; 夾緊力方面應(yīng)使所需夾緊力盡可能小。,P:切削力、W:重力,Q:夾緊力,P、W相同時(shí),哪一情況Q可最???,由此可見(jiàn),夾緊力大小與夾緊力方向直接有關(guān),在考慮夾緊方向時(shí),只要滿(mǎn)足夾緊條件,夾緊力越小越好。,2.夾緊力作用點(diǎn)的選擇 夾緊力應(yīng)落在支承元件上或幾個(gè)支承元件所形成的平面內(nèi) 夾緊力應(yīng)落在工件剛性較好的部件上 夾緊力應(yīng)盡量靠近加工面,夾緊力應(yīng)落在工件剛性較好的部件上,夾緊力應(yīng)盡量靠近加工面,夾緊力要合適,過(guò)大工件變形或損傷,影響加工精度,過(guò)小工件加工中易移動(dòng)或產(chǎn)生振動(dòng)。,3.

34、夾緊力大小的估算,估算夾緊力的方法:,首先:將工件視為分離體,分析作用在工件上的各種力; 再根據(jù)力系平衡條件,確定保持工件平衡所需的最小夾緊力; 最后將乘以一合適的安全系數(shù),以此作為所需的夾緊力。,典型夾緊機(jī)構(gòu),常見(jiàn)的有斜楔、偏心、螺旋和鉸鏈等夾緊機(jī)構(gòu),斜楔、偏心、螺旋是利用機(jī)械摩擦的斜楔自鎖原理。,1.斜楔夾緊,斜楔夾緊的特點(diǎn):(1)斜楔機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)單,有增力作用。一般擴(kuò)力比(約為3) ,愈小增力作用愈大。,(2)斜楔夾緊行程小,且受斜楔升角影響。增大可加大行程,但自鎖性能變差。 為解決增力、行程之間矛盾,斜楔還可采用雙升角形式,大升角用 于夾緊前的快速行程,小升角則滿(mǎn)足增力和自鎖條件 。,,

35、,,與上表面的摩擦角 與下表面的摩擦角,夾緊行程,工件所要求的夾緊行程 h 與斜楔相應(yīng)移動(dòng)的距離 s 之比稱(chēng)為行程比 ,is,不考慮摩擦影響時(shí):,斜楔理想增力倍數(shù)等于夾緊行程的縮小倍數(shù)。因此,選擇升角時(shí),必須同時(shí)考慮增力比和夾緊行程兩方面的問(wèn)題。,(3)夾緊和松開(kāi)要敲擊大、小端,操作不方便。,手動(dòng)操作的簡(jiǎn)單斜楔夾 緊很少應(yīng)用,而在常見(jiàn)的夾緊裝置中,改變夾緊力方向和 作為增力機(jī)構(gòu)時(shí)則應(yīng)用較多。,如氣液壓夾緊時(shí),斜楔上作用的動(dòng)力源是不間斷的,所以不必自鎖,可增大到1530。,材料:斜楔一般用20鋼滲碳,淬硬HRC5862。批量不大時(shí)也可用45鋼,淬硬HRC4246。,2. 螺旋夾緊 螺旋夾緊結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)

36、單,增力比大,自鎖性好,夾緊可靠,所以在夾具中得到最廣泛的應(yīng)用。,螺桿1在2中轉(zhuǎn)動(dòng)而起夾緊作用。 螺母2采用可換式,其目的是為了內(nèi)螺紋磨損后可及時(shí)更換。 螺釘3用以防止2的松動(dòng)。 壓塊4是防止在夾緊時(shí)帶動(dòng)工件轉(zhuǎn)動(dòng);并避免1的頭部直接與工件接觸而造成壓痕,同時(shí)也可增大夾緊力作用面積,使夾緊更為可靠。,簡(jiǎn)單的螺旋夾緊機(jī)構(gòu):,,式中: P原始作用力; L手柄長(zhǎng)度; r螺桿下端(或壓塊)與工件接觸處的當(dāng)量摩 擦半徑; r平均螺旋作用中徑之半;(作用中徑為d平均);螺旋升角; 螺桿下端(或壓塊)與工件接觸處的摩擦角; 螺旋配合面的摩擦角(常取830)。,螺旋夾緊力的計(jì)算公式,實(shí)際生產(chǎn)中,采用螺旋壓

37、板的組合夾緊,在手動(dòng)操作時(shí)用得比單螺旋夾緊更為普遍。較典型有三種:,圖(a)的擴(kuò)比力最低;圖(c)的操作省力,但結(jié)構(gòu)受工件形狀限制,圖(b)基本不變。故設(shè)計(jì)這類(lèi)夾具時(shí),要注意合理布置杠桿比例,尋求最省力、最方便的方案。,3.偏心夾緊 螺旋夾緊的主要缺點(diǎn)安裝、拆卸工件的輔助時(shí)間太長(zhǎng),而偏心夾緊是一種快速的夾緊機(jī)構(gòu)。,常用的有圓偏心和曲線(xiàn)偏心兩種,可做成平面凸輪的形狀。因圓偏心機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)單,制造方便,較曲線(xiàn)偏心應(yīng)用廣泛。,在設(shè)計(jì)圓偏心時(shí),應(yīng)注意以下三個(gè)問(wèn)題: a)自鎖條件; b)保證足夠的夾緊力; c)保證足夠的夾緊距離(指偏心輪工作部分與工作間接觸點(diǎn)的最大垂直位移)。,偏心夾緊必須保證自鎖條件偏心

38、夾緊必須保證自鎖,否則就不能應(yīng)用。 D/e值反映了偏心輪的偏心特性,它可用來(lái)表示偏心輪工作的可靠性;此值大,自鎖性能好,但結(jié)構(gòu)尺寸也大。滿(mǎn)足偏心輪D/e1420的條件時(shí),機(jī)構(gòu)即能自鎖。,4.多件夾緊 加工時(shí)采取多件夾緊,可以大大提高生產(chǎn)率,尤其在小件加工時(shí)應(yīng)用更為廣泛。,按夾緊力的方向及作用情況,多件夾緊可分為兩種: (1)連續(xù)式夾緊由一個(gè)力的來(lái)源,以同樣大小的夾緊力,依次連續(xù)朝同一方向由一個(gè)工件傳遞到其他工件。,使用連續(xù)式夾緊 ,沿夾緊方向,每個(gè)工件與定位夾緊元件接觸處的誤差,必定要傳到另一工件上。如此累積,使最后一個(gè)工件沿此方向的定位精度非常低。因此,連續(xù)式多件夾緊只適用于被加工表面與

39、夾緊方向平行(即工件加工尺寸的方向與夾緊方向相垂直)的時(shí)候。因此時(shí)的定位誤差,并不影響工件的加工精度。,(2)平行式夾緊總的原始力按幾個(gè)平行的相同方向,分布在不同的多個(gè)夾緊位置上。,工件安裝在V形塊上,旋緊螺母1,通過(guò)一特殊壓板2,使四個(gè)工件同時(shí)夾緊。,圖(c)是用液性塑料的平行式多件夾緊。,一、車(chē)床夾具 1車(chē)床夾具的基本類(lèi)型 安裝在車(chē)床主軸上的夾具:各種卡盤(pán)、頂尖、各種心軸或其它專(zhuān)用夾具。加工時(shí)夾具隨機(jī)床主軸一起旋轉(zhuǎn),切削刀具作進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。 三爪自定心卡盤(pán)和四爪單動(dòng)卡盤(pán) 撥動(dòng)頂尖 心軸式,6.4 常用機(jī)床夾具,圓盤(pán)式 角鐵式 花盤(pán)式 適用于形狀復(fù)雜的大型工件 需要平衡配重 通過(guò)過(guò)渡盤(pán)與主軸頭端

40、連接 安裝在滑板或床身上的夾具:用于某些形狀不規(guī)則和尺寸較大的工件,刀具安裝在車(chē)床主軸上作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng),夾具作進(jìn)給運(yùn)動(dòng),,2車(chē)床夾具的設(shè)計(jì)特點(diǎn) 工件均為回轉(zhuǎn)體,夾具隨機(jī)床主軸一起旋轉(zhuǎn),因此要求夾具結(jié)構(gòu)緊湊、輪廓尺寸盡可能小、重量盡可能靠近回轉(zhuǎn)軸線(xiàn),以減少慣性力和回轉(zhuǎn)力矩 轉(zhuǎn)速高,必須考慮平衡、夾緊力大小、元件剛度和強(qiáng)度、操作安全等問(wèn)題,注意消除不平衡引起的振動(dòng)現(xiàn)象,與機(jī)床的聯(lián)接視具體情況而定,通常有較準(zhǔn)確的圓柱孔或圓錐孔 夾具帶動(dòng)工件旋轉(zhuǎn),不允許工件相對(duì)主軸位移 為使夾具使用安全,應(yīng)盡可能避免帶有尖角或凸出部分,必要時(shí)要加防護(hù)罩,二、銑床類(lèi)夾具 1銑床類(lèi)夾具的特點(diǎn) 用途: 適用于銑床、平面磨床。

41、特點(diǎn): 工件安裝在夾具上隨同機(jī)床工作臺(tái)一起作送進(jìn)運(yùn)動(dòng),銑削為斷續(xù)切削,沖擊、振動(dòng)大,夾緊力要求較大 夾具要有足夠的剛度和強(qiáng)度,本體應(yīng)牢固地固定在機(jī)床工作臺(tái)上 銑削加工效率高,工件安裝應(yīng)迅速,要有快速對(duì)刀元件,2、銑床夾具的構(gòu)造 主要由夾具體、定位板、夾緊機(jī)構(gòu)、對(duì)刀塊、定向鍵等組成,3銑床夾具的設(shè)計(jì) 銑床夾具的安裝:主要依靠定向鍵和百分表校正來(lái)提高安裝精度。定位鍵的結(jié)構(gòu)尺寸已標(biāo)準(zhǔn)化,應(yīng)按銑床工作臺(tái)的T形槽尺寸選定,它和夾具底座以及工作臺(tái)T形槽的配合為H7/h6、H8/h8。兩定位鍵的距離應(yīng)力求最大,銑床夾具的對(duì)刀裝置:由對(duì)刀塊、(平、圓)塞尺等組成,三、鉆床類(lèi)夾具 1鉆床類(lèi)夾具的種類(lèi)及其構(gòu)造 這

42、類(lèi)夾具主要是用來(lái)保證被加工孔的位置精度 還可用于某些鏜床、組合機(jī)床上 鉆床夾具的種類(lèi)繁多,根據(jù)被加工孔的分布情況和鉆模板的特點(diǎn),一般分為固定式、回轉(zhuǎn)式、移動(dòng)式、翻轉(zhuǎn)式、復(fù)蓋式和滑柱式等幾種類(lèi)型,,2鉆床夾具的設(shè)計(jì) 鉆床夾具的設(shè)計(jì)主要考慮鉆套的設(shè)計(jì)。鉆套是用來(lái)引導(dǎo)鉆頭、擴(kuò)孔鉆、鉸刀等孔加工刀具,加強(qiáng)刀具剛度,并保證所加工的孔和工件其它表面有準(zhǔn)確的相對(duì)位置。 鉆套按結(jié)構(gòu)和使用特點(diǎn)可分為以下四類(lèi) 固定鉆套 可換鉆套 快換鉆套 特殊鉆套,四 、典型數(shù)控機(jī)床夾具 數(shù)控機(jī)床夾具 數(shù)控機(jī)床夾具有高效化、柔性化和高精度等特點(diǎn),設(shè)計(jì)時(shí),除了應(yīng)遵循一般夾具設(shè)計(jì)的原則外,還應(yīng)注意以下特點(diǎn):,應(yīng)有較高的精度 應(yīng)有利于

43、實(shí)現(xiàn)加工工序的集中 夾緊應(yīng)牢固可靠、操作方便 設(shè)計(jì)數(shù)控機(jī)床夾具時(shí),應(yīng)按坐標(biāo)圖上規(guī)定的定位和夾緊表面以及機(jī)床坐標(biāo)的起始點(diǎn),確定夾具坐標(biāo)原點(diǎn)的位置,數(shù)控銑床夾具 對(duì)數(shù)控銑床夾具的基本要求 夾具應(yīng)能保證在機(jī)床上實(shí)現(xiàn)定向安裝,還要求能協(xié)調(diào)零件定位面與機(jī)床之間保持一定的坐標(biāo)尺寸聯(lián)系。 夾緊機(jī)構(gòu)元件與加工面之間應(yīng)保持一定的安全距離,同時(shí)要求夾緊機(jī)構(gòu)元件能低則低,從防止夾具與銑床主軸套筒或刀套、刀具在加工過(guò)程中發(fā)生碰撞。 夾具的剛性與穩(wěn)定性要好。,數(shù)控銑削加工常用的夾具 組合夾具 專(zhuān)用銑削夾具 多工位夾具 氣動(dòng)或液壓夾具 真空夾具,數(shù)控鉆床夾具 數(shù)控鉆床夾具設(shè)計(jì)原理與通用鉆床相同,選用時(shí)應(yīng)注意以下幾個(gè)問(wèn)題: 優(yōu)先選用組合夾具 盡量減少夾壓變形,合理選擇定位點(diǎn)及夾緊點(diǎn) 單件加工應(yīng)盡量減少裝卸夾壓時(shí)間;中小型零件可考慮在工作臺(tái)面上同時(shí)裝夾幾個(gè)零件進(jìn)行加工 避免干涉 可在夾具上設(shè)置對(duì)刀點(diǎn),加工中心機(jī)床夾具 在加工中心上,夾具的任務(wù)不僅是夾緊工件,而且還要以各個(gè)方向的定位面為參考基準(zhǔn),確定工件編程的零點(diǎn) 根據(jù)加工中心機(jī)床特點(diǎn)和加工需要,目前常用的夾具結(jié)構(gòu)類(lèi)型有專(zhuān)用夾具、組合夾具、可調(diào)整夾具和成組夾具,

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