机床夹具设计概要.docx

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机床夹具设计概要

第三章机床夹具设计

教学时数：

计划14学时

教学目的：

1、掌握定位误差计算

　　　　　2、掌握夹紧力计算

　　　　　3、掌握专用夹具设计要点，

灵活运用定位元件和夹紧机构，根据生产实际和可能设计专用夹具。

教学重点：

1、工件的定位及定位误差计算

　　　　　2、工件的夹紧及夹紧力计算

　　　　　3、夹具的设计及装置合理选择。

教学难点：

1、定位误差计算中基准不重合误差和基准位移误差的计算和分析

2、工件的受力分析及夹紧力的计算。

第一节概述

一、夹具的功能和分类

1.机床夹具的功用：

实现工件定位和夹紧；

使工件加工时相对于机床刀具有正确的位置；

以保证工件的加工精度。

图3-1：

异形杠杆简图

图3-2：

车床夹具

异形杠杆加工需限制的自由度？

工件用何定位元件限制了哪些自由度？

为何V型块2固定，V形块6可调？

且V型块2和V型块6开口方向不同？

图3-3：

盖板简图

图3-4：

钻床夹具

盖板钻孔（通，盲孔）应限制自由度？

夹具用何定位元件来限制各自由度？

这里圆柱销，挡销，菱形销，各起什么作用？

这里用左侧面和后侧面定位，是否用右侧面和前侧面定位？

为什么？

机床夹具在加工中的作用：

保证加工精度；

提高劳动生产率；

改善工人劳动条件；

降低生产成本；

扩大工艺范围。

2、机床夹具的分类和发展

（1）分类

　图3-5:

机床夹具的分类

按使用范围和特点分：

通用夹具、专用夹具、组合夹具、可调夹具

按使用的机床分：

车床夹具、铣床夹具、钻床夹具、镗床夹具。

（2）发展

应适用于产品品种和更新换代快的要求，

其方向为柔性化、精密化、高效、自动化。

二、夹具的组成

1.定位元件　定位：

使工件在夹具中占据正确的位置。

2.夹紧装置　压紧夹牢：

使工件不应受力而脱离已占据的正确位置。

3.夹具体　　基础件

4.其它装置　　分度装置、对刀装置、导向元件、连接元件。

第二节工件在夹具中的定位

夹具设计的任务：

首先是选择和设计相应的定位元件来实现工序图上（工艺文件）

所要求的定位方案。

工件（定位面）

夹具（定位元件；限位面）

定位基面

定位基准

限位基面

限位基准

回转表面

轴线

回转表面

轴线

平面

（理想）平面

平面

（理想）平面

主要定位面：

主要限位面：

一、工件以平面定位

1.主要支承：

限制工件自由度，起定位作用。

　　　　固定支承：

支承钉：

图3-6:

支承钉

　A平头（精基准）；

　B球头（粗基准）；

　　　　　　　　　　C齿纹头（侧面防滑）

支承板：

图3-7:

支承板

A无斜槽（侧面、顶面）；

B带槽（底面）。

　　　　调节支承：

图3-8:

调节支承　图3-9:

调节支承的应用

　每个工件一调或每批工件一调。

　注意：

调好后应锁紧。

　　　　自位支承（浮动支承）：

图3-10:

自位支承

　　　　　　能自动调节位置，只限制一个自由度。

　　　　　　二点式自位支承：

　　三点式自位支承：

　　２、辅助支承　提高装夹刚度和稳定性，不起定位作用。

图3-11:

辅助支承

　　　注意：

在工件定位后才与工件接触，然后锁紧，否则会产生过定位。

（1）螺旋式辅助支承

（2）自位式辅助支承

　　　（3）推引式辅助支承。

二、工件的圆柱表面定位

１、工件以圆孔定位

（1）圆柱销（定位销）：

图3-12:

定位销

（2）圆柱芯轴：

图3-13:

圆柱心轴

a.间隙配合心轴Dmin,公差h6,g6,f7，

结构简单精度低常孔端面组合定位；

b.过盈配合芯轴，

引导部分

工作部分

传动部分

d3（Dmin）

d2（DmaxR6）

L（L孔/2）

L1/d>1时d1（DmaxR6）d2（DminH6）

c.花键芯轴由定心方式来确定心轴结构。

（3）圆锥销限制三个自由度。

图3-14:

圆锥销定位

单独定位易倾斜，一般由其它元件组合定位，定心精度高。

图3-15:

圆锥销组合定位

（4）锥度芯轴（小锥度芯轴）　定心精度高，轴向位移大。

尺寸计算。

图3-16:

小锥度心轴

表3-1小锥度心轴的尺寸计算

项目

计算内容

1

2

3

4

5

6

7

8

9

d1=Dmax+0.25TD≈Dmax+（0.01～0.02）㎜d1的公差取0.01～0.005㎜

C=（d1-Dmax）/K

N=（Dmax-Dmin）/K=Td/KDmax�工件孔的最大极限尺寸

F=（0.3～0.5）DDmin�工件孔的最小极限尺寸

D2=d1-KlTd�工件孔的公差

l1=20～40㎜D�工件孔的基本尺寸

l2=10～15㎜K�心轴锥度，查表3-2

L=C+N+E+F+l1+l2+15㎜其它尺寸参见图3-16

L/d<8若不符此式，则应分组

表3-1小锥度心轴的尺寸计算

表3-2高精度心轴锥度推荐值

基准孔直径D

8～25㎜

25～50

50～70

70～80

80～100

>100

锥度K

0.01/2.5D

0.01/2D

0.01/1.5D

0.01/1.25D

0.01/D

0.01/100

表3-2高精度心轴锥度推荐值

　　2．工件以外圆柱面定位

图3-17:

Ｖ型块　　图3-18:

活动Ｖ形块　　图3-19：

Ｖ形块结构尺寸

　　　　（１）V型块对中心性好，适用于粗、精基准面，圆柱面和圆弧面；

　　V型块两斜面夹角为60°、90°、120°。

90°最常用。

　　　　（２）定位套

　　　　（３）半圆套

三、组合定位方式（工件以一面两孔定位）

　一面两孔定位符合基准统一原则，定位简单，夹紧方便。

　一面二孔定位过定位干涉的最坏情况：

图3-20:

削边销尺寸计算

　　二孔直径最小D１min，D２min。

　　二销直径最大d１max，d２max。

　　孔心距最大，销心距最小，或孔心距最小，销心距最大，

　　中心距误差应由削边销补偿。

销、孔的中心偏差在二种最坏情况同为：

表3-3削边销尺寸

D2

3～6

>6～8

>8～20

>20～25

>25～32

>32～40

>40～50

b

2

3

4

5

6

6

8

B

D2-0.5

D2-1

D2-2

D2-3

D2-4

D2-5

表3-3　削边销尺寸

设计示例（略）图3-21:

连杆盖工序图

TLd=（1/3～1/5）TLD

四、定位误差的分析与计算

定位误差：

因工件定位而产生的工序基准在工序尺寸上的最大变动量△Ｄ。

（一）定位误差的组成

1.基准不重合误差△Ｂ：

定位基准与工序基准不重合引起的误差。

大小：

等于定位尺寸公差。

定位尺寸：

定位基准与工序基准之间的尺寸。

基准不重合误差分析：

在工序图上寻找定位尺寸的公差。

图3-22:

基准位移误差

2.基准位移误差△Ｙ：

定位基准与限位基准不重合引起的误差。

这是由于定位基面和限位基面的制造公差和间隙造成的。

定位基准与限位基准的最大变动量　　　Δi=Amax-Amin

定位基准的变动方向与工序尺寸方向相同时：

基准位移误差Δy=Δi

　　　　　　　　　　　　　　　　不同时:

　ΔY=ΔiＣOSα

（二）各种定位方式下定位误差的计算

1、定位误差的计算方法

　　工序基准不在定位基面上:

ΔD=ΔB+ΔY

　　工序基准在定位基面上:

ΔD=ΔB±ΔY

　　+-确定方法：

　　定、限位基面接触，定位基面直径由小变大（或由大变小），分析定位基准变动方向；

　　定位基准不变，定位基面直径同样变化，分析工序基准的变动方向；

　　同向取正，反向取负。

２、工件以圆柱配合面定位

（1）定位副固定单边接触（心轴水平放置或有固定方向的力作用）：

（2）定位副任意边接触（心轴垂直放置）：

图3-22:

基准位移误差

图3-23:

凸轮工序图及定位简图

图3-24:

镗活塞销孔示意图

3、工件在Ｖ型块上定位　　

　　图3-25:

工件以圆柱面在Ｖ形块上定位

三种不同工序尺寸标注的定位误差

　4、一面二孔组合定位图3-26:

一面双孔组合定位的误差

平面内任意方向移动的基准位移误差：

取决于第一定位副的最大间隙，即圆柱销、孔的配合间隙。

平面内转动的基准位移误差（转角误差）：

转角误差则考虑最不利因素，通过几何关系求得。

（1）沿连心线方向的移动

　　由圆柱销决定，工件孔中心相对于销中心左右分别移动xmax/2

　　即：

单方向移动Xmax/2

　　双方向移动Xmax

（2）在连心线垂直方向的移动

　　（3）定位误差

　　先确定ΔB，

　　后确定ΔY，分析在何种状态定位:

→同向？

反向（错位）？

→单边？

双边？

例4图3-21：

连杆盖工序图图2-9：

一面二孔定位方式

第三节工件的夹紧

一、对夹紧装置的基本要求：

夹紧力大小适中，

不使工件变形，

夹紧不移位，

加工不松动，

结构简单，

操作方便，

生产率高。

二、夹紧力确定

1.夹紧力方向

图3-27:

夹紧力的方向应有助于定位　图3-28:

夹紧力应指向主要定位面

指向主要限位基面（限制的自由度最多）

2.夹紧力的作用点：

1）落在支承范围内　　图3-29:

夹紧力作用点的位置　

2）落在工件刚性较好的方向或部位

图3-30:

夹紧力作用点与夹紧变形的关系

3）靠近加工表面。

图3-31:

夹紧力作用点靠近加工面

3、夹紧力大小

夹紧力→切削力。

1.计算法：

切削最不利瞬间→静力→静力平衡→夹紧力→安全系数；

2.类比法：

　　　图3-32:

铣削加工夹紧力计算实例

三、基本夹紧机构

（一）斜楔夹紧机构：

夹紧力小，费时→组合

1.斜楔夹紧机构的类型　图3-33:

斜楔夹紧机构

a,斜楔，b,斜楔与滑柱合成，c,端面斜楔压板组合。

2.夹紧力　　图3-34:

斜楔受力分析

夹紧力Fi,摩擦力F1,合力FR1,工件上正压力FN2,摩擦力F2,合力FR2,作用力FQ

3、自锁条件：

4、设计步骤：

1）确定α；

2）计算FQ。

（二）螺旋夹紧机构

1、单个螺旋夹紧机构动作慢，费时

单个：

图3-35：

螺旋夹紧机构直接压紧损伤表面；

图3-36：

摆动压块保护表面。

动作慢费时→

图3-37：

快速螺旋夹紧机构

a）开口垫圈;b）快卸螺母；c）快移槽。

D）斜楔+垫块

夹紧力计算：

图3-38：

螺杆的受力示意图

图3-39：

当量摩擦半径

2、螺旋压板机构图3-40：

典型螺旋压板夹紧机构

类型：

a,b杠杆，c,铰链d，钩形e自调式。

注意：

球面垫圈，锁紧，与夹具体间接接触。

（三）、偏心夹紧机构

用偏心件直接或间接夹紧工件的机构。

偏心件：

圆偏心，结构简单，制造容易，应用广；

　　　　曲线偏心：

常见机构图3-41：

圆偏心夹紧机构

A，B圆偏心轮　C，偏心轴，D偏心叉，

特点：

操作方便，夹紧迅速，力和行程小。

1.工作原理图3-42：

圆偏心轮的工作原理及弧形楔展开图

由基元和二个弧形楔组成，靠弧形楔楔入圆盘与工件之间夹紧工