机械制造技术基础第四章1Word下载.docx

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工件加工所需限制的所有自由度必须全部限制，否则就会产生欠定位现象。

欠定位的情况是不允许的。

工件定位是通过定位元件来实现的，在选择定位元件时，原则上不允许出现几个定位元件同时限制工件某一自由度的情况。

几个定位元件重复限制工件某一自由度的定位现象，称为过定位。

出现过定位情况，通常会使加工误差增大。

在研究确定定位方案时，原则上不允许出现某一自由度出现重复限制的情况；

只有在需要增强工件系统的刚度而各定位面间又具有较高位置精度的条件下才允许采用过定位定位方案。

表1－5列出了常见的几种定位基面、定位元件所限制的自由度（教材P11～12）。

第二节机床夹具概述

一、机床夹具的作用

1．保证加工精度

用机床夹具装夹工件，能准确确定工件与刀具、机床之间的相对位置关系，可以保证加工精度。

2．提高生产效率

机床夹具能快速地将工件定位和夹紧，可以减少辅助时间，提高生产效率。

3．减轻劳动强度

机床夹具采用机械、气动、液动夹紧装置，可以减轻工人的劳动强度。

4．扩大机床的工艺范围

利用机床夹具，能扩大机床的加工范围。

二、机床夹具的分类

随行夹具：

在自动线上使用的移动式夹具

机床夹具

按夹具的应用范围

按夹具所用夹紧动力源：

手动夹紧夹具、气动夹紧夹具、液压夹紧夹具、气液联动夹紧夹具、电磁夹具、真空夹具等

按机床类型：

车床夹具、钻床夹具、铣床夹具、磨床夹具、镗床夹具和组合机床夹具等

组合夹具：

用一套预先制造好的标准元件和合件组装而成的夹具

成组夹具：

在采用成组加工时，为每个零件组设计制造的夹具，当改换加工同组内另一种零件时，只需调整或更换夹具上的个别元件，即可进行加工

专用机床夹具：

针对某一工件的某道工序专门设计制造的夹具

通用夹具：

指结构已经标准化，且有较大适用范围的夹具

三、专用机床夹具的组成

机床夹具组成

夹具体：

用于联接夹具元件和有关装置使之成为一个整体的基础件，夹具通过夹具体与机床联接

其他元件及装置

对刀元件、导向元件：

夹具中用于确定（或引导）刀具相对于夹具定位元件具有正确位置关系的元件

夹紧装置：

使工件在外力作用下仍能保持其正确定位位置的装置

夹具联接元件：

用于确定夹具在机床上具有正确位置并与之联接的元件

定位元件：

确定工件正确位置的元件

定位元件、夹紧装置和夹具体是夹具的基本组成部分，其他部分可根据需要设置。

第三节工件在夹具中的定位

一、机床夹具定位元件

（－）工件以平面定位常用定位元件

平面定位常用定位元件

辅助支承：

不作定位元件，不限制自由度，只用以增加工件在加工过程中的刚性。

自位支承：

是活动的或是浮动的，只起一个支承点的作用，只限制一个自由度。

可调支承：

支承工件的粗基准面，限制一个自由度。

平面型支承板：

侧面和顶面定位

支承板

带斜槽型支承板：

适于作底面定位准面

一个支承板相当于两个支承点，限制两个自由度；

两个（或多个）支承板组合，相当于一个平面，可以限制三个自由度。

（二）工件以孔定位常用定位元件

1．定位销

图6－6是几种常用固定式定位销的结构形式。

用定位销定位时，短圆柱销限制个自由度；

长圆柱销可以限制四个自由度；

短圆锥销限制三个自由度。

2．心轴

图6．7是几种常用的心轴结构形式。

过盈配合心轴，限制工件四个自由度；

间隙配合心轴，限制工件五个自由度（心轴外圆部分限制四个自由度，轴肩面限制一个自由度）；

小锥度心轴，装夹工件时，通过工件孔和心轴接触表面的弹性变形夹紧工件，使用小锥度心轴定位可获得较高的定位精度，它可以限制五个自由度。

（三）工件以外圆定位常用定位元件

l．V形块

V形块的结构形式如图6－8所示。

用V形块定位，工件的定位基准始终在V形块两定位面的对称中心平面内，对中性能好。

一个短V形块限制两个自由度；

两个短V形块组合或一个长V形块限制四个自由度；

浮动式V形块只限制一个自由度。

2．定位套

图6－9是常用的定位套结构形式。

在工件以端面为主要定位基面的场合，短定位套孔限制工件的两个自由度；

在工件以外圆柱表面为主要定位基面的场合，长定位套孔限制工件的四个自由度；

工件以圆柱面端部轮廓为定位基面，锥孔限制工件的三个自由度。

3．半圆孔

图6－10是半圆孔定位装置。

当工件尺寸较大，用圆柱孔定位不方便时，可将圆柱孔改成两半，下半孔用作定位，上半孔用于压紧工件。

短半圆孔定位限制工件的二个自由度；

长半圆孔定位限制工件的四个自由度。

（四）工件以组合表面定位常用定位元件

在实际生产中，为满足加工要求，有时采用几个定位面相组合的方式进行定位。

常见的组合形式有：

两顶尖孔、一端面一孔、一端面一外圆、一面两孔等，与之相对应的定位元件也是组合式的。

几个表面同时参与定位时，各定位基准（基面）在定位中所起的作用有主次之分。

例如，轴以两顶尖孔在车床前后顶尖上定位的情况，前顶尖孔为主要定位基面，前顶尖限制三个自由度，后顶尖只限制两个自由度。

二、定位误差的分析与计算

第十讲

第四节工件在夹具中的夹紧

一、夹紧装置的组成和要求

1．夹紧装置的组成

工件在夹具中正确定位后，由夹紧装置将工件夹紧。

夹紧装置的组成有：

（1）动力装置：

产生夹紧动力的装置。

（2）夹紧元件：

直接用于夹紧工件的元件。

（3）中间传力机构：

将原动力以一定的大小和方向传递给夹紧元件的机构。

在有些夹具中，夹紧元件（例如图6－18中的压板4）往往就是中间传力机构的一部分，难以区分，统称为夹紧机构。

2．对夹紧装置的要求

1）夹紧过程不得破坏工件在夹具中占有的定位位置。

2）夹紧力要适当，既要保证工件在加工过程中定位的稳定性，又要防止因夹紧力过大损伤工件表面或使工件产生过大的夹紧变形。

3）操作安全、省力。

4）结构应尽量简单，便于制造，便于维修。

二、夹紧力的确定

1．夹紧力作用点的选择

（1）夹紧力的作用点应正对定位元件或位于定位元件所形成的支承面内

（2）夹紧力的作用点应位于工件刚性较好的部位

（3）夹紧力作用点应尽量靠近加工表面，使夹紧稳固可靠

2．夹紧力作用方向的选择

（1）夹紧力的作用方向应垂直于工件的主要定位基面

（2）夹紧力的作用方向应与工件刚度最大的方向一致，以减小工件的夹紧变形

（3）夹紧力作用方向应尽量与工件的切削力、重力等的作用方向一致，这样可以减小夹紧力。

3．夹紧力的估算

设计夹具，估算夹紧力是一件十分重要的工作。

夹紧力过大会增大工件的夹紧变形，还会无谓地增大夹紧装置，造成浪费；

夹紧力过小工件夹不紧，加工中工件的定位位置将被破坏，而且容易引发安全事故。

在确定夹紧力时，可将夹具和工件看成一个整体，将作用在工件上的切削力、夹紧力、重力和惯性力等，根据静力平衡原理列出静力平衡方程式，即可求得夹紧力。

为使夹紧可靠，应再乘一安全系数k，粗加工时取k＝2.5～3，精加工时取k＝1.5～2。

加工过程中切削力的作用点、方向和大小可能都在变化，估算夹紧力时应按最不利的情况考虑。

三、典型夹紧机构

1．斜楔夹紧机构

斜楔是夹紧机构中最为基本的一种形式，它是利用斜面移动时所产生的力来夹紧工件的，常用于气动和液压夹具中。

在手动夹紧中，斜楔往往和其他机构联合使用。

斜楔夹紧机构的缺点是夹紧行程小，手动操作不方便。

斜楔夹紧机构常用在气动、液压夹紧装置中，此时斜楔夹紧机构不需要自锁。

2．螺旋夹紧机构

采用螺旋装置直接夹紧或与其他元件组合实现夹紧的机构，统称螺旋夹紧机构。

螺旋夹紧机构结构简单，容易制造。

由于螺旋升角小，螺旋夹紧机构的自锁性能好，夹紧力和夹紧行程都较大，在手动夹具上应用较多。

螺旋夹紧机构可以看作是绕在圆柱表面上的斜面，将它展开就相当于一个斜楔。

3．偏心夹紧机构

偏心夹紧机构是斜楔夹紧机构的一种变型，它是通过偏心轮直接夹紧工件或与其他元件组合夹紧工件的。

常用的偏心件有圆偏心和曲线偏心，圆偏心夹紧机构具有结构简单，夹紧迅速等优点；

但它的夹紧行程小，增力倍数小，自锁性能差，故一般只在被夹紧表面尺寸变动不大和切削过程振动较小的场合应用。

4．定心夹紧机构

定心夹紧机构能够在实现定心作用的同时，又起着将工件夹紧的作用。

定心夹紧机构中与工件定位基面相接触的元件，既是定位元件，又是夹紧元件。

5．铰链夹紧机构

铰链夹紧机构是一种增力装置，它具有增力倍数较大、摩擦损失较小的优点，广泛应用于气动夹具中。

6．联动夹紧机构

联动夹紧机构是一种高效夹紧机构，它可通过一个操作手柄或一个动力装置，对一个工件的多个夹紧点实施夹紧，或同时夹紧若干个工件。

四、夹紧的动力装置

在大批大量生产中，为提高生产率、降低工人劳动强度，大多数夹具都采用机动夹紧装置。

驱动方式有气动、液动、气液联合驱动，电（磁）驱动，真空吸附等多种形式。

1．气动夹紧装置

气动夹紧装置以压缩空气作为动力源推动夹紧机构夹紧工件。

常用的气缸结构有活塞式和薄膜式两种。

活塞式气缸按照气缸装夹方式分类有固定式、摆动式和回转式三种，按工作方式分类有单向作用和双向作用两种，应用最广泛的是双作用固定式气缸。

2．液压夹紧装置

液压夹紧装置的结构和工作原理基本与气动夹紧装置相同，所不同的是它所用的工作介质是压力油。

与气压夹紧装置相比，液压夹紧具有以下优点：

①传动力大，夹具结构相对比较小；

②油液不可压缩，夹紧可靠，工作平稳Z③噪声小。

它的不足之处是须设置专门的液压系统，应用范围受限制。

第五节典型机床夹具

第六节机床夹具设计方法

一、机床夹具设计要求

1．保证工件加工的各项技术要求

要求正确确定定位方案、夹紧方案，正确确定刀具的导向方式，合理制定夹具的技术要求，必要时要进行误差分析与计算。

2．具有较高的生产效率和较低的制造成本

为提高生产效率，应尽量采用多件夹紧、联动夹紧等高效夹具，但结构应尽量简单，造价要低廉。

3．尽量选用标准化零部件

尽量选用标准夹具元件和标准件，这样可以缩短夹具的设计制造周期，提高夹具设计质量和降低夹具制造成本。

4．夹具操作方便安全、省力

为便于操作，操作手柄一般应放在右边或前面；

为便于夹紧工件，操纵夹紧件的手柄或扳手在操作范围内应有足够的活动空间；

为减轻工人劳动强度，在条件允许的情况下，应尽量采用气动、液压等机械化夹紧装置。

5．夹具应具有良好的结构工艺性

所设计的夹具应便于制造、检验、装配、调整和维修。

二、机床夹具设计的内容及步骤

1．明确设计要求，收集和研究有关资料

在接到夹具设计任务书后，首先要仔细阅读加工件的零件图和与之有关的部件装配图，了解零件的作用、结构特点和技术要求；

其次，要认真研究加工件的工艺规程，充分了解本工序的加工内容和加工要求，了解本工序使用的机床和刀具，研究分析夹具设计任务书上所选用的定位基准和工序尺寸。

2．确定夹具的结构方案

1）确定定位方案，选择定位元件，计算定位误差。

2）确定对刀或导向方式，选择对刀块或导向元件。

3）确定夹紧方案，选择夹紧机构。

4）确定夹具其他组成部分的结构形式，例如分度装置、夹具和机床的连接方式等。

5）确定夹具体的形式和夹具的总体结构。

在确定夹具结构方案的过程中，应提出几种不同的方案进行比较分析，选取其中最为合理的结构方案。

3．绘制夹具的装配草图和装配图

夹具总图绘制比例除特殊情况外，一般均应按1：

1绘制，以使所设计夹具有良好的直观性。

总图上的主视图，应尽量选取与操作者正对的位置。

绘制夹具装配图可按如下顺序进行：

用双点划线画出工件的外形轮廓和定位面、加工面；

画出定位元件和导向元件；

按夹紧状态画出夹紧装置；

画出其他元件或机构；

最后画出夹具体，把上述各组成部分联结成一体，形成完整的夹具。

在夹具装配图中，被加工件视为透明体。

4．确定并标注有关尺寸、配合及技术要求

（1）夹具总装配图上应标注的尺寸

1）工件与定位元件间的联系尺寸，例如，工件基准孔与夹具定位销的配合尺寸。

2）夹具与刀具的联系尺寸，例如，对刀块与定位元件之间的位置尺寸及公差，钻套。

锤套与定位元件之间的位置尺寸及公差。

3）夹具与机床联接部分的尺寸，对于铣床夹具是指定位键与铣床工作台T型槽的配合尺寸及公差，对于车、磨床夹具指的是夹具联接到机床主轴端的联接尺寸及公差。

4）夹具内部的联系尺寸及关键件配合尺寸，例如，定位元件间的位置尺寸，定位元件与夹具体的配合尺寸等。

5）夹具外形轮廓尺寸。

（2）确定夹具技术条件在装配图上需要标出与工序尺寸精度直接有关的下列各有关夹具元件之间的相互位置精度要求。

l）定位元件之间的相互位置要求。

2）定位元件与联接元件（夹具以联接元件与机床相联）或找正基面间的相互位置精度要求。

3）对刀元件与联接元件（或找正基面）间的相互位置精度要求。

4）定位元件与导向元件的位置精度要求。

5．绘制夹具零件图

绘制装配图中非标准零件的零件图，其视图应尽可能与装配图上的位置一致。

6．编写夹具设计说明书

习题：

1－6、1－7、1－9、1－10、6－3、6－4