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第7章機床夾具設(shè)計,7.1概述7.2工件在夾具中的定位7.3定位誤差的分析與計算7.4工件在夾具中的夾緊7.5夾具的連接元件、對刀裝置和引導(dǎo)元件7.6典型機床夾具,機床夾具：是在機床上用于裝夾工件或引導(dǎo)刀具的裝置。,重點：1.基準(zhǔn)及其分類；2.六點定位原理；3.工件的定位方式與定位元件。,第7章機床夾具設(shè)計,第7章機床夾具設(shè)計,7.1概述,7.1.1基準(zhǔn)及其分類,基準(zhǔn)就是用來確定生產(chǎn)對象上幾何要素間的幾何關(guān)系所依據(jù)的那些點、線、面。,1.設(shè)計基準(zhǔn)在零件設(shè)計圖上用以確定零件其它點、線、面位置所采用的基準(zhǔn)，稱為設(shè)計基準(zhǔn)。,第7章機床夾具設(shè)計,（1）工序基準(zhǔn)在工藝文件上用以確定本工序被加工表面加工后的尺寸、形狀和位置所采用的基準(zhǔn)。,2.工藝基準(zhǔn)零件在工藝過程中所采用的基準(zhǔn)，即零件在加工、測量、裝配等工藝過程中所采用的基準(zhǔn)，稱為工藝基準(zhǔn)。,第7章機床夾具設(shè)計,圖7-2零件工藝基準(zhǔn)示例,第7章機床夾具設(shè)計,（2）定位基準(zhǔn)工件在定位過程中所采用的基準(zhǔn)。即，使工件在機床上或夾具中占據(jù)正確位置所依據(jù)的點、線、面。,平面E加工時，以外圓柱面與V形塊相接觸的母線S、T定位，因此圓柱軸心線為定位基準(zhǔn)，外圓面為定位基準(zhǔn)面。,第7章機床夾具設(shè)計,1）粗基準(zhǔn)使用未經(jīng)機械加工的表面作為定位基準(zhǔn)，稱為粗基準(zhǔn)。2）精基準(zhǔn)使用已經(jīng)機械加工的表面作為定位基準(zhǔn)，稱為精基準(zhǔn)。3）附加基準(zhǔn)僅僅為了機械加工工藝需要而設(shè)計的定位基準(zhǔn)，稱為附加基準(zhǔn)。,第7章機床夾具設(shè)計,（3）測量基準(zhǔn)零件檢驗時，用以測量加工表面的尺寸，或者用于測量零件加工表面的形狀誤差或位置誤差所采用的基準(zhǔn)。,第7章機床夾具設(shè)計,（4）裝配基準(zhǔn)裝配時用來確定零件或部件在機器中的相對位置所采用的基準(zhǔn)，稱為裝配基準(zhǔn)。,第7章機床夾具設(shè)計,3.基準(zhǔn)重合在實際生產(chǎn)中，應(yīng)盡量使以上各種基準(zhǔn)重合，以消除基準(zhǔn)不重合誤差。,1）設(shè)計零件時應(yīng)盡量以裝配基準(zhǔn)作為設(shè)計基準(zhǔn)，以便保證裝配技術(shù)要求；2）在制定加工工藝路線時，應(yīng)盡量以設(shè)計基準(zhǔn)作工序基準(zhǔn)，以保證零件加工精度；3）在加工和測量零件時，要盡量使定位基準(zhǔn)、測量基準(zhǔn)和工序基準(zhǔn)重合，以減少加工誤差和測量誤差。,第7章機床夾具設(shè)計,7.1.2工件在工藝系統(tǒng)內(nèi)的安裝,（1）工件定位：加工前，使工件在機床上或夾具上占有正確的加工位置的過程，稱為定位。（2）工件夾緊：對工件施加一定的外力，使工件在加工過程中保持定位后的正確位置且不發(fā)生變動的過程稱為夾緊。安裝或裝夾：工件定位、夾緊的全過程。注意：定位在前，夾緊在后，定位是首要的。,1.安裝的概念,第7章機床夾具設(shè)計,2.工件的安裝方式,（1）直接找正安裝是用百分表、劃針或用目測，在機床上直接找正工件，使工件獲得正確位置的方法。,a）磨內(nèi)孔時工件的找正b）刨槽時工件的找正,特點：效率低，精度高。適用于單件小批量生產(chǎn)或定位精度要求特別高的場合。,第7章機床夾具設(shè)計,（2）劃線找正安裝是按圖樣要求在工件表面上事先劃出位置線、加工線或找正線，安裝工件時，先按找正線找正工件的位置，然后夾緊工件。,劃線找正法示例,特點：通用性好，效率低，精度不高，適用于單件小批量生產(chǎn)中形狀復(fù)雜的鑄件粗加工工件。,第7章機床夾具設(shè)計,（3）使用夾具安裝是按圖樣要求在工件表面上事先劃出位置線、加工線或找正線，安裝工件時，先按找正線找正工件的位置，然后夾緊工件。,特點：效率高，定位精度高，穩(wěn)定性好，還能減輕工人勞動強度，降低技術(shù)要求，廣泛適用于各種生產(chǎn)類型。,第7章機床夾具設(shè)計,7.1.3機床夾具的組成及分類,機床夾具：在機床上用來完成工件定位、夾緊任務(wù)的裝置，稱為機床夾具。,1.機床夾具的組成,1）定位元件2）夾緊裝置3）對刀及導(dǎo)向裝置4）夾具體5）其他裝置或元件,第7章機床夾具設(shè)計,2.機床夾具的分類,（1）按應(yīng)用范圍分：通用夾具、專用夾具、成組夾具、組合夾具、隨行夾具（2）按使用機床分：車床夾具、銑床夾具、鉆床夾具、鏜床夾具、磨床夾具等（3）按動力源分：手動夾具、氣動夾具、液壓夾具、電動夾具、磁力夾具、真空夾具等,組合夾具,第7章機床夾具設(shè)計,隨行夾具,第7章機床夾具設(shè)計,（1）保證加工精度零件加工精度包括尺寸精度、幾何形狀和表面相互位置精度。夾具的最大功用是保證加工表面的位置精度。（2）提高生產(chǎn)率，降低生產(chǎn)成本快速將工件定位夾緊，免除了找正、對刀等，縮短輔助時間，提高了成品率，降低了成本。（3）擴大機床的加工范圍如在車床上加鏜夾具，可完成鏜孔加工。（4）減輕工人勞動強度,第7章機床夾具設(shè)計,3.機床夾具的用途,第7章機床夾具設(shè)計,7.2工件在夾具中的定位,7.2.1工件的六點定位原理,1.六點定位原理,圖7-10物體的六個自由度,第7章機床夾具設(shè)計,六點定位簡圖,,合理布置六個定位支承點，使工件上的定位基面與其接觸，一個支承點限制工件一個自由度，使工件六個自由度被完全限制，在空間得到唯一確定的位置，此即六點定位原理。,第7章機床夾具設(shè)計,2.工件限制的自由度數(shù)目與加工要求的關(guān)系,工件的正確定位：根據(jù)工件加工要求來進行工件實際自由度個數(shù)和方向的限制，以達到加工要求的目的。,1）完全定位：,連桿鉆孔定位方案,,,平面支承,側(cè)擋銷,短圓柱銷,,工件的六個自由度被完全限制的定位稱完全定位。,連桿鉆孔定位方案,平面支承,側(cè)擋銷,短圓柱銷,,,,,,第7章機床夾具設(shè)計,2）不完全定位：,,按加工要求，允許有一個或幾個自由度不被限制的定位稱為不完全定位。實際生產(chǎn)中，工件被限制的自由度數(shù)一般不少于三個。,第7章機床夾具設(shè)計,3）欠定位：,連桿鉆孔定位方案,,,平面支承,側(cè)擋銷,短圓柱銷,,按工序的加工要求，工件應(yīng)該限制的自由度未被限制的定位，稱為欠定位。欠定位在任何情況下都是不允許的。,第7章機床夾具設(shè)計,4）過定位：,工件同一個自由度被幾個定位支承點同時限制。,第7章機床夾具設(shè)計,過定位造成的后果：（1）使工件或夾具元件變形，引起加工誤差；（2）使部分工件不能安裝，產(chǎn)生定位干涉（如一面兩銷）消除過定位及其干涉的途徑：1.改變定位元件結(jié)構(gòu)，消除對自由度的重復(fù)限制，如長銷改成短銷；2.提高工件定位基面之間的位置精度，提高夾具定位元件之間的位置精度，減少或消除過定位引起的干涉，精加工時可增加剛度和定位穩(wěn)定性。,第7章機床夾具設(shè)計,7.2.2常見定位方式與定位元件,1.工件以平面定位,輔助支承,主要支承,固定支承,可調(diào)支承,自位支承,,,平面支承,主要支承：用以限制工件必須限制的自由度。輔助支承：在定位時并不限制工件自由度，只是在加工時用來增強工件的支承剛度及穩(wěn)定性，只起支承作用而不起定位作用。,,支承釘,支承板,3.常見定位方式及定位元件,1)工件以平面定位主要支承輔助支承,固定支承可調(diào)支承自位支承,,,,,支承釘支承板,,,,3.常見定位方式及定位元件,1)工件以平面定位支承釘,圖2-57支承釘和支承板,第7章機床夾具設(shè)計,3.常見定位方式及定位元件,1)工件以平面定位支承板,圖2-57支承釘和支承板,3.常見定位方式及定位元件,1)工件以平面定位可調(diào)支承,圖2-58可調(diào)支承,第7章機床夾具設(shè)計,可調(diào)支承,可調(diào)支承多用于毛面定位，每批調(diào)整一次，以補償各批毛坯誤差。,3.常見定位方式及定位元件,1)工件以平面定位自位支承：在定位時，其支承點的位置可隨工件定位基準(zhǔn)面位置的變化而自動與之協(xié)調(diào)，雖然自位支承與工件有兩三個接觸點，但只起到一個支承點的作用。,圖2-59自位支承,第7章機床夾具設(shè)計,自位支承,在定位時，其支承點的位置可隨工件定位基準(zhǔn)面位置的變化而自動與之協(xié)調(diào)，雖然自位支承與工件有兩三個接觸點，但只起到一個支承點的作用。,3.常見定位方式及定位元件,1)工件以平面定位輔助支承,,,,,,圖2-60輔助支承,第7章機床夾具設(shè)計,輔助支承,3.常見定位方式及定位元件,2)工件以圓孔定位定位銷定位心軸定心夾緊裝置,3.常見定位方式及定位元件,2)工件以圓孔定位定位銷,圓柱銷圓錐銷,長定位銷短定位銷,,,,,圖2-64工件以圓柱孔定位的定位套,常見的圓柱銷結(jié)構(gòu)：,常見的圓錐銷結(jié)構(gòu)：,圖2-65錐銷定位,第7章機床夾具設(shè)計,工件以圓柱孔定位,定位元件：定位銷、定位心軸、定心夾緊裝置等。,定位銷有圓柱銷和圓錐銷兩類。短圓柱銷限制兩個自由度，長圓柱銷限制四個自由度。,第7章機床夾具設(shè)計,圓錐銷常用于工件孔端的定位，可限制三個自由度。,3.常見定位方式及定位元件,2)工件以圓孔定位定位心軸錐度心軸圓柱心軸過盈配合心軸間隙配合心軸,,,,,3.常見定位方式及定位元件,2)工件以圓孔定位錐度心軸,圖2-67錐度心軸,3.常見定位方式及定位元件,2)工件以圓孔定位過盈配合心軸,圖2-66圓柱心軸,,,,,3.常見定位方式及定位元件,2)工件以圓孔定位間隙配合心軸,圖2-66圓柱心軸,,,,,第7章機床夾具設(shè)計,定位心軸有圓柱心軸和錐度心軸等。主要用于盤套類零件的定位。,3.常見定位方式及定位元件,3)工件以外圓表面定位V形塊半圓環(huán)定位套支承定位,3.常見定位方式及定位元件,3)工件以外圓表面定位V形塊,圖2-61Ｖ型塊,第7章機床夾具設(shè)計,工件以外圓柱面定位,（1）V形塊結(jié)構(gòu)尺寸已標(biāo)準(zhǔn)化，斜面夾角有6090120,3)工件以外圓表面定位V形塊,3.常見定位方式及定位元件,圖2-62活動V型塊的應(yīng)用,3.常見定位方式及定位元件,3)工件以外圓表面定位定位套,圖2-63工件以圓孔定位的定位套,第7章機床夾具設(shè)計,定位套短定位套限制兩個移動自由度，長定位套限制工件的四個自由度。,第7章機床夾具設(shè)計,半圓定位裝置主要用于大型軸類零件及不便于軸向裝夾的零件。,第7章機床夾具設(shè)計,常見定位元件所能限制的自由度見課本P204表7-2,3.常見定位方式及定位元件,4)工件以組合表面定位,圖2-68一面兩銷定位,3.常見定位方式及定位元件,4)工件以組合表面定位,四、工件的夾緊方式,1.夾緊裝置及其組成什么是夾緊裝置？將工件在夾具中夾緊、壓牢的裝置，就是夾緊裝置。動力裝置夾緊裝置夾緊元件中間遞力機構(gòu),,四、工件的夾緊方式,2.對夾緊裝置的基本要求1）夾緊應(yīng)有利于工件的定位而不能破壞工件在定位時所獲得的正確位置；2）夾緊力大小應(yīng)適當(dāng)，使夾緊作用可靠，而且能夠自鎖。3）夾緊后工件的變形應(yīng)盡可能小，不能因夾緊變形而影響加工精度。4）夾緊機構(gòu)的操作要方便、迅速、省力、安全。,3、夾緊力的確定,必須合理確定夾緊力的三要素：大小、方向和作用點(1)夾緊力方向的確定1）主要夾緊力方向應(yīng)垂直于主要定位面,夾緊力方向示意圖,3.夾緊力的確定,夾緊力方向?qū)︾M孔位置精度的影響,2）夾緊力的作用方向應(yīng)使所需夾緊力最小,夾緊力方向應(yīng)盡可能實現(xiàn)“三力”同向，以利于減小所需的夾緊力。當(dāng)夾緊力、切削力、工件自身重力的方向均相同時，加工過程中所需的夾緊力最小，從而能簡化夾緊裝置結(jié)構(gòu)和便于操作，且利于減少工件變形。,3）夾緊力的作用方向應(yīng)使工件變形盡可能小,如圖所示薄壁套筒，其軸向剛度比徑向好，用卡爪徑向夾緊，工件變形大，若沿軸向施加夾緊力，則變形會小得多。,(２)夾緊力作用點的確定,1）夾緊力應(yīng)作用在剛度較好部位,所示的薄壁箱體時，夾緊力不應(yīng)作用在箱體的頂面，而應(yīng)作用在剛性好的凸緣上。當(dāng)箱體沒有凸緣時，可在頂部采取多點夾緊以分散夾緊力，減少夾緊變形。,2）夾緊力作用點應(yīng)正對支承元件或位于支承元件形成的支承面內(nèi)，保證工件定位穩(wěn)定，而不會引起工件在夾緊過程中產(chǎn)生位移或偏轉(zhuǎn)。,,夾緊力作用點的位置不正確,,3）夾緊力作用點應(yīng)盡可能靠近加工表面,夾緊力作用點靠近加工部位可提高加工部位的夾緊剛性，防止或減少工件振動。如圖所示，主要夾緊力垂直作用于主要定位基準(zhǔn)面，如果不再施加其它夾緊力，因夾緊力沒有靠近加工部位，加工過程易產(chǎn)生振動。所以，應(yīng)在靠近加工部位處采用輔助支承并施加夾緊力或采用浮動夾緊裝置，既可提高工件的夾緊剛度，又可減小振動。,(３)夾緊力大小的估算,夾緊力的大小根據(jù)切削力、工件重力的大小、方向和相互位置關(guān)系具體計算，并乘以安全系數(shù)K，一般精加工K=1.5～2，粗加工K=2.5～3。,第7章機床夾具設(shè)計,7.3定位誤差的分析與計算,保證加工精度實現(xiàn)的條件：若規(guī)定工件的加工允差為δ工件，以Δ夾具表示與采用夾具有關(guān)的誤差，以Δ加工表示除夾具外與工藝系統(tǒng)其它因素（如機床誤差、刀具誤差、受力受熱變形等）有關(guān)的加工誤差，為保證工件的加工精度要求，必須滿足誤差計算不等式：δ工件≥Δ夾具＋Δ加工制訂夾具公差時，應(yīng)保證夾具的定位、制造和調(diào)整誤差的總和不超過零件公差的三分之一。,第7章機床夾具設(shè)計,7.3.1定位誤差的概念及產(chǎn)生的原因,1.定位誤差的概念,同批工件在夾具中定位時，工序基準(zhǔn)位置在工序尺寸方向或沿加工要求方向上的最大變動量，稱為定位誤差。,成批加工工件時，夾具相對機床的位置及切削運動的行程調(diào)定后不再變動，可認(rèn)為加工面的位置是固定的。但因一批工件中每個工件在尺寸形狀及表面相互位置上均存在差異，所以定位后各表面有不同的位置變動。工序基準(zhǔn)的位置變動將對加工精度有直接影響。,第7章機床夾具設(shè)計,2.定位誤差產(chǎn)生的原因,定位誤差由基準(zhǔn)不重合誤差和基準(zhǔn)位移誤差引起。,（1）基準(zhǔn)位移誤差,由于工件的定位表面或夾具上的定位元件制造不準(zhǔn)確引起的定位誤差。,（2）基準(zhǔn)不重合誤差,第7章機床夾具設(shè)計,3.定位誤差產(chǎn)生的規(guī)律,第7章機床夾具設(shè)計,第7章機床夾具設(shè)計,