机床夹具的现状及发展方向Word文档下载推荐.docx

1、前言该设计是随着社会的进步， 科技的发展和提高， 为满足高科技产品的需要而 设计的，是我们完成所学全部专业课程之后， 检验我们学生综合能力的重要途径。毕业设计的主要目的是培养我们综合运用所学的基础理论课 , 技术基础课和 专业课的知识和技能来分析， 解决一般工程技术问题， 使我们建立正确的设计思 想，概念。掌握工程设计的一般程序，规则和方法，为以后的工作打下基础。通 过这次设计能进一步巩固和理解自己所学的基础知识， 基本理论和基本技能， 提 高自己的设计、 计算、制图以及计算机绘图的能力， 把书面知识与实际的操作相 结合，设计过程中，同时提高和了解如何编写技术文件， 正确使用技术资料手册， 相

2、关的工具书， 更是培养我们严肃认真， 一丝不苟和实事求是的工作作风， 从一 名学生向一名工程技术人员的过渡。 就这个人而言， 希望能通过这次设计对自己 未来将从来的工作进行一次适应性训练，从中锻炼，培养。 我们选择设计的机床夹具， 主要因为机床夹具形状较复杂， 能够把以前所学的知 识更深一步的分析和学习。 在以前的实习中只是简单了解了一些关于机床夹具的 知识，所以本次设计是对我们的一次挑战。由于设计能力有限，实践经验不足，设计中错误难免，敬请批评、指正。1 机床夹具概论1.1机床夹具的现状及发展方向1.1.1机床夹具的现状夹具最早出现在 18 世纪后期。随着科学技术的不断进步， 夹具已从一种

3、辅助工具发展成为门类齐全的工艺装备。有关统计表明， 目前的中、 小批多品种生产的工件品种已占工件种类总数的 85左右。现代生产要求企业所制造的产品品种经常更新换代， 以适应市场的需 求与竞争。 然而，一般企业都仍习惯于大量采用传统的专用夹具， 一般在具有中 等生产能力的工厂里， 约拥有数千甚至近万套专用夹具； 另一方面， 在多品种生 产的企业中，每隔34年就要更新5080%左右专用夹具，而夹具的实际磨损 量仅为1020%左右。特别是近年来，数控机床、加工中心、成组技术、柔性 制造系统（FMS等新加工技术的应用，对机床夹具提出了如下新的要求：1） 能迅速而方便地装备新产品的投产，以缩短生产准备周

4、期，降低生产成本；2） 能装夹一组具有相似性特征的工件；3） 能适用于精密加工的高精度机床夹具；4） 能适用于各种现代化制造技术的新型机床夹具；5）采用以液压站等为动力源的高效夹紧装置，以进一步减轻劳动强度和提高劳 动生产率；6）提高机床夹具的标准化程度。 所以，老式的夹具已经不能满足生产需要了，更经济化、高效化的夹具也 就慢慢的发展出来。1.1.2现代机床夹具的发展方向 现代机床夹具的发展方向主要表现为标准化、 精密化、高效化和柔性化等四 个方面。（ 1）标准化 机床夹具的标准化与通用化是相互联系的两个方面。目前我国已 有夹具零件及部件的国家标准：GB/T2148- T2259 91以及各类

5、通用夹具、组合 夹具标准等。 机床夹具的标准化， 有利于夹具的商品化生产， 有利于缩短生产准 备周期，降低生产总成本。（2） 精密化 随着机械产品精度的日益提高，势必相应提高了对夹具的精度要求。精密化夹具的结构类型很多， 例如用于精密分度的多齿盘， 其分度精度可达 0.1;用于精密车削的高精度三爪自定心卡盘，其定心精度为 5卩m（3） 高效化 高效化夹具主要用来减少工件加工的基本时间和辅助时间，以提 高劳动生产率， 减轻工人的劳动强度。 常见的高效化夹具有自动化夹具、 高速化 夹具和具有夹紧力装置的夹具等。 例如，在铣床上使用电动虎钳装夹工件， 效率 可提高 5 倍左右;在车床上使用高速三爪自

6、定心卡盘， 可保证卡爪在试验转速为 9000r/min 的条件下仍能牢固地夹紧工件，从而使切削速度大幅度提高。目前， 除了在生产流水线、自动线配置相应的高效、自动化夹具外，在数控机床上，尤 其在加工中心上出现了各种自动装夹工件的夹具以及自动更换夹具的装置， 充分 发挥了数控机床的效率。（4） 柔性化 机床夹具的柔性化与机床的柔性化相似，它是指机床夹具通过调 整、组合等方式，以适应工艺可变因素的能力。工艺的可变因素主要有：工序特 征、生产批量、工件的形状和尺寸等。具有柔性化特征的新型夹具种类主要有： 组合夹具、通用可调夹具、成组夹具、模块化夹具、数控夹具等。为适应现代机 械工业多品种、 中小批量

7、生产的需要， 扩大夹具的柔性化程度， 改变专用夹具的不可拆结构为可拆结构，发展可调夹具结构，将是当前夹具发展的主要方向综上所述，夹具在机械加工生产过程中起着重大的作用， 夹具的发展是为了 满足当代机械加工工艺的需要， 可以说是社会的发展、 生产的需要带动着夹具的 发展，其发展过程是是必然的。1.2机床夹具的概念及特点1.2.1机床夹具的概念 机床夹具是在机械制造过程中，用来固定加工对象，使之占有正确的位置， 以接受加工或检测并保证加工要求的机床附加装置，简称为夹具。在我们实际生产中夹具的作用是将工件定位， 以使加工工件获得相对于机床 和刀具的正确位置，并把工件可靠地夹紧，以便于对零件的加工。机

8、床夹具的主要功能 :在机床上加工工件的时候， 必须用夹具装好夹牢所要加工工件。 将工件装好， 就是在机床上确定工件相对于刀具的正确位置， 这一过程称为定位。 将工件夹紧， 就是对工件施加作用力， 使之在已经定好的位置上将工件可靠地夹紧， 这一过程 称为夹紧。 从定位到夹紧的全过程， 称为装夹。机床夹具的主要功能就是完成工 件的装夹工作。 工件装夹情况的好坏， 将直接影响工件的加工精度， 甚至浪费人 力、物力，不仅降低了劳动强度，而且还会大大降低生产效率。1.2.2夹具装夹工件的方法及特点1. 工件的装夹方法有找正装夹法和夹具装夹法两种。找正装夹方法是以工件的有关表面或专门划出的线痕作为找正依据

9、， 用划针 或指示表进行找正，将工件正确定位，然后将工件夹紧，进行加工。这种方法安 装方法简单，不需专门设备，但精度不高，生产率低，因此多用于单件、小批量 生产。2. 夹具装夹方法是靠夹具将工件定位、夹紧，以保证工件相对于刀具、机床的 正确位置具有以下特点：1）工件在夹具中的正确定位，是通过工件上的定位基准面与夹具上的定位 元件相接触而实现的。因此，不再需要找正便可将工件夹紧。2）由于夹具预先在机床上已调整好位置 （也有在加工过程中再进行找正的） ， 因此，工件通过夹具对于机床也就占有了正确的位置。3）通过夹具上的对刀装置，保证了工件加工表面相对于刀具的正确位置。4）装夹基本上不受工人技术水平

10、的影响，能比较容易和稳定地保证加工精 度。5）装夹迅速、方便，能减轻劳动强度，显著地减少辅助时间，提高劳动生 产率。6）能扩大机床的工艺范围。如镗削图机体上的阶梯孔，若没有卧式镗床和 专用设备，可设计一夹具在车床上加工。3. 机床夹具的制造特点（1）单件生产、 精度高 由于夹具主要是为某一道工序设计的， 所以一般都为单件生产。 为满足工件加工的精度要求， 夹具应具有很高的装配精度， 组成 夹具的各零部件，尤其是定位元件、引导元件、对刀元件等，其制造精度远高与 工件相应的工序精度要求。（ 2）常用组合加工的方法 组合加工在夹具制造中应用很广，如销与孔的配作，螺钉通过孔和罗纹孔一起加工，以及装配后

11、按总图要求进行组合加工等。 由于夹具装配精度高， 若一味依靠夹具组成零件的加工精度来保证， 不但会使夹 具制造成本很高，有时候甚至无法达到。所以夹具虽然在生产中起着广泛的作用，但其本身也是一种机械加工产品， 所以，它的加工精度要更高一些。 所以，设计合理的夹具结构， 可以提高生产率、 降低夹具制造成本 。1.3机床夹具的组成及分类1.3.1机床夹具的组成虽然机床夹具的种类繁多， 但它们的工作原理基本上是相同的。 将各类夹具 中，作用相同的结构或元件加以概括， 可得出夹具一般所共有的以下几个组成部 分，这些组成部分既相互独立又相互联系。1定位支承元件 定位支承元件的作用是确定工件在夹具中的正确位

12、置并支承工件， 是夹具的 主要功能元件之一。定位支承元件的定位精度直接影响工件加工的精度。2夹紧装置 夹紧元件的作用是将工件压紧夹牢， 并保证在加工过程中工件的正确位置不 变。3连接定向元件 这种元件用于将夹具与机床连接并确定夹具对机床主轴、 工作台或导轨的相 互位置。4对刀元件或导向元件 这些元件的作用是保证工件加工表面与刀具之间的正确位置。 用于确定刀具 在加工前正确位置的元件称为对刀元件， 用于确定刀具位置并引导刀具进行加工 的元件称为导向元件。5其它装置或元件 根据加工需要，有些夹具上还设有分度装置、靠模装置、上下料装置、工件 顶出机构、电动扳手和平衡块等，以及标准化了的其它联接元件。

13、6夹具体夹具体是夹具的基体骨架， 用来配置、 安装各夹具元件使之组成一整体。 常 用的夹具体为铸件结构、 锻造结构、 焊接结构和装配结构， 形状有回转体形和底 座形等形状。上述各组成部分中，定位元件、夹紧装置、夹具体是夹具的基本组 成部分。1.3.2机床夹具的分类机床夹具的种类很多，形状千差万别。为了设计、制造和管理的方便，往往 按某一属性进行分类。1、按夹具的通用特性分类目前中国常用夹具有通用夹具、 专用夹具、 可调夹具、组合夹具和自动线夹具等 五大类。（ 1）通用夹具 是指结构、尺寸已规格化，且具有一定通用性的夹具。其优点 是适应性强、不需要调整或稍加调整即可装夹一定形状和尺寸范围内的各种

14、工 件。这类夹具已商品化。如三爪自定心卡盘、四爪单动卡盘、台虎钳、万能分度 头、顶尖、中心架、电磁吸盘等。采用这类夹具可缩短生产准备周期，减少夹具 品种，从而减低生产成本。 其缺点是夹具的加工精度不高， 生产力较低且较难装 夹形状复杂的工件，故适用于单件小批量生产中。（ 2）专用夹具 是针对某一工件的某一道工序的加工要求而专门设计和制造的 夹具。特点是针对性强。适用与产品相对稳定、批量较大的生产中，可获得较高 的生产率和加工精度。（ 3）可调夹具 夹具的某些元件可调整或可更换， 已适应多中工件的夹具， 称 为可调夹具。它还分为通用可调夹具和成组夹具两类。（ 4）组合夹具 是由可循环使用的标准夹

15、具零部件 （或专用零部件） 组装成易 于连接和拆卸的夹具。根据被加工零件的工艺要求可以很快地组装成专用夹具， 夹具使用完毕，可以方便地拆开。夹具主要应用在单件，中、小批多品种生产和 数控加工中，是一种较经济的夹具。（ 5）自动线夹具 一般分为两种，一种为固定式夹具，它与专用夹具相似；另 一种为随行夹具， 使用中夹具随工件一起运动， 并将工件沿着自动线从一个工位 移至下一个工位进行加工。2、按夹具使用的机床分类这是专用夹具所用的分类方法。 可分为车床、 铣床、钻床、镗床、平面磨床、 齿轮加工夹具、拉床等夹具。多品种生产和数控加工中，是一种较经济的夹具。3按夹具动力源来分类按夹具夹紧动力源可将夹具

16、分为手动夹具和机动夹具两大类。 为减轻劳动强 度和确保安全生产， 手动夹具应有扩力机构与自锁性能。 常用的机动夹具有气动 夹具、液压夹具、气液夹具、电动夹具、电磁夹具、真空夹具和离心力夹具等。1.4工件的定位1.4.1工件定位的基本原理1自由度的概念由刚体运动学可知， 一个自由刚体， 在空间有且仅有六个自由度。 它在空间 的位置是任意的，即它既能沿 Ox、Oy、Oz 三个坐标轴移动，称为移动自由度， 又能绕Ox Oy Oz三个坐标轴转动，称为转动自由度。2六点定位原则 如要使一个自由刚体在空间有一个确定的位置，就必须设置相应的六个约 束，分别限制刚体的六个运动自由度。 在讨论工件的定位时， 工

17、件就是我们所指 的自由刚体。 如果工件的六个自由度都加以限制了， 工件在空间的位置也就完全 被确定下来了。因此，定位实质上就是限制工件的自由度。分析工件定位时， 通常是用一个支承点限制工件的一个自由度。 用合理设置 的六个支承点， 限制工件的六个自由度， 使工件在夹具中的位置完全确定， 这就 是六点定位原则。关于六点定位原则的几个主要问题：（ 1）定位支承点是定位元件抽象而来的。在夹具的实际结构中，定位支承点是 通过具体的定位元件体现的， 即支承点不一定用点或销的顶端， 而常用面或线来 代替。根据数学概念可知，两个点决定一条直线，三个点决定一个平面，即一条 直线可以代替两个支承点， 一个平面可

18、代替三个支承点。 在具体应用时， 还可用 窄长的平面（条形支承）代替直线，用较小的平面来替代点。（ 2）定位支承点与工件定位基准面始终保持接触， 才能起到限制自由度的作用。（3）分析定位支承点的定位作用时，不考虑力的影响。工件的某一自由度被限 制，是指工件在某个坐标方向有了确定的位置， 并不是指工件在受到使其脱离定 位支承点的外力时不能运动。 使工件在外力作用下不能运动， 要靠夹紧装置来完 成。3工件定位中的几种情况（1）完全定位 : 完全定位是指不重复地限制了工件的六个自由度的定位。 当工件 在 x 、y、z 三个坐标方向均有尺寸要求或位置精度要求时， 一般采用这种定位方 式。（ 2）不完全

19、定位： 根据工件的加工要求， 有时并不需要限制工件的全部自由度， 这样的定位方式称为不完全定位。 如在车床上加工通孔， 根据加工要不需限制两 个自由度， 所以用三爪自定心卡盘夹持限制其余四个自由度， 就可以实现四点定 位。又如平板工件磨平面，工件只有厚度和平行度要求，只需限制三个自由度， 在磨床上采用电磁工作台就能实现三点定位。 由此可知， 工作在定位时应该限制 的自由度数目应由工序的加工要求而定，不影响加工精度的自由度可以不加限 制。采用不完全定位可简化定位装置， 因此不完全定位在实际生产中也广泛应用。（3）欠定位：根据工件的加工要求，应该限制的自由度没有完全被限制的定位 称为欠定位。 欠定

20、位无法保证加工要求， 因此，在确定工件在夹具中的定位方案 时，决不允许有欠定位的现象产生。 如不设端面支承， 则在一批工件上半封闭槽 的长度就无法保证； 若缺少侧面两个支承点时， 则工件上的部分尺寸和槽与工件 侧面的平行度则很难保证。（4）过定位：夹具上的两个或两个以上的定位元件重复限制同一个自由度的现 象，称为过定位。 而在实际定位过成中会有随机误差， 这种随机的误差造成了定 位的不稳定， 严重时会引起定位干涉， 因此应该尽量避免和消除过定位现象。 消 除或减少过定位引起的干涉， 一般有两种方法： 一是改变定位元件的结构 , 如缩 小定位元件工作面的接触长度； 或者减小定位元件的配合尺寸，

21、增大配合间隙等； 二是控制或者提高工件定位基准之间以及定位元自由度4定位基准的基本概念在研究和分析工件定位问题时， 定位基准的选择是一个关键问题。 定位基准 就是在加工中用作定位的基准。 一般说来， 工件的定位基准一旦被选定， 则工件 的定位方案也基本上被确定。 定位方案是否合理， 直接关系到工件的加工精度能 否保证。工件定位时， 作为定位基准的点和线， 往往由某些具体表面体现出来， 这种 表面称为定位基面。 例如用两顶尖装夹车轴时， 轴的两中心孔就是定位基面。 但 它体现的定位基准则是轴的轴线。 根据定位基准所限制的自由度数，可将其分为：（1）主要定位基准面：平面设置三个支承点，限制工件的三

22、个自由度，这样的 平面称为主要定位基面。一般应选择较大的表面作为主要定位基面。（2）导向定位基准面：平面设置两个个支承点，限制了工件的两个自由度，这 样的平面或圆柱面称为主要定位基面。 该基准面应选取工件上窄长的表面， 而且 两支承点间的距离应尽量远些，以保证其限制精度。（ 3）双导向定位基准面 ： 限制工件四个自由度的圆柱面，称为双导向定位基 准面。（ 4）双支承定位基准面： 限制工件两个移动自由度的圆柱面， 称为双支承定位 基准面。（ 5）止推定位基准面： 限制工件一个移动自由度的表面， 称为止推定位基准面。 平面上只设置了一个支承点， 它只限制了工件沿 y 轴方向的移动。在加工过程中，

23、工件有时要承受切削力和冲击力等， 可以选取工件上窄小且与切削力方向相对的 表面作为止推定位基准面。（ 6）防转定位基准面： 限制工件一个转动自由度的表面， 称为防转定位基准面。 如轴的通槽侧面设置一个防转销， 它限制了工件沿 y 轴的转动，减小了工件的角 度定位误差。防转支承点距离工件安装后的回转轴线应尽量远些。1.4.2常用定位元件及选用工件在夹具中要想获得正确定位， 首先应正确选择定位基准， 其次是选择合 适的定位元件。工件定位时，工件定位基准和夹具的定位元件接触形成定位副， 以实现工件的六点定位。1对定位元件的基本要求 （1）限位基面应有足够的精度。定位元件具有足够的精度，才能保证工件的

24、定 位精度。（2）限位基面应有较好的耐磨性。由于定位元件的工作表面经常与工件接触和 磨擦，容易磨损， 为此要求定位元件限位表面的耐磨性要好， 以保持夹具的使用 寿命和定位精度。（3）支承元件应有足够的强度和刚度。定位元件在加工过程中，受工件重力、 夹紧力和切削力的作用， 因此要求定位元件应有足够的刚度和强度， 避免使用中 变形和损坏。（4）定位元件应有较好的工艺性。定位元件应力求结构简单、合理，便于制造、 装配和更换。（5）定位元件应便于清除切屑。定位元件的结构和工作表面形状应有利于清除 切屑，以防切屑嵌入夹具内影响加工和定位精度。2 常用定位元件所能限制的自由度定位元件可按工件典型定位基准面

25、分为以下几类：（ 1）用于平面定位的定位元件 包括固定支承（钉支承和板支承） ，自位支承， 可调支承和辅助支承。（ 2）用于外圆柱面定位的定位元件 包括 V 形架，定位套和半圆定位座等。（ 3）用于孔定位的定位元件 包括定位销 （圆柱定位销和圆锥定位销） ，圆柱心 轴和小锥度心轴。3常用定位元件的选用用定位元件选用时，应按工件定位基准面和定位元件的结构特点进行选择。1）工件以平面定位1）以面积较小的已经加工的基准平面定位时，选用平头支承钉，以基准面粗糙 不平或毛坯面定位时，选用圆头支承钉，侧面定位时，可选用网状支承钉 。2）以面积较大、平面度精度较高的基准平面定位时，选用支承板定位元件，用 于

26、侧面定位时， 可选用不带斜槽的支承板， 通常尽可能选用带斜槽的支承板， 以 利清除切屑。3）以毛坯面，阶梯平面和环形平面作基准平面定位时，选用自位支承作定位元 件。但须注意， 自位支承虽有两个或三个支承点， 由于自位和浮动作用只能作为 一个支承点。4）以毛坯面作为基准平面，调节时可按定位面质量和面积大小分别选用可调支 承作定位元件。5）当工件定位基准面需要提高定位刚度、稳定性和可靠性时，可选用辅助支承 作辅助定位元件， 但须注意， 辅助支承不起限制工件自由度的作用， 且每次加工 均需重新调整支承点高度，支承位置应选在有利工件承受夹紧力和切削力的地 方。（2）工件以外圆柱定位1）当工件的对称度要

27、求较高时，可选用 V形块定位。V形块工作面间的夹角a 常取60、90、120三种，其中应用最多的是 90 V形块。90 V形块的典 型结构和尺寸已标准化，使用时可根据定位圆柱面的长度和直径进行选择。 V形 块结构有多种形式，有的V形块适用于较长的加工过的圆柱面定位；有的V形块 适于较长的粗糙的圆柱面定位；有的V形块适用于尺寸较大的圆柱面定位， 这种 V形块底座采用铸件，V形面采用淬火钢件，V形块是由两者镶合而成。2 ）当工件定位圆柱面精度较高时（一般不低于 IT8），可选用定位套或半圆形定位座定位。大型轴类和曲轴等不宜以整个圆孔定位的工件， 可选用半圆定位座，（ 3）工件以内孔定位1）工件上定

28、位内孔较小时，常选用定位销作定位元件。圆柱定位销的结构和尺 寸标准化， 不同直径的定位销有其相应的结构形式， 可根据工件定位内孔的直径 选用。当工件圆柱孔用孔端边缘定位时， 需选用圆锥定位销。 当工件圆孔端边缘 形状精度较差时， 选用圆锥定位销； 当工件需平面和圆孔端边缘同时定位时， 选 用浮动锥销。2）在套类、盘类零件的车削、磨削和齿轮加工中，大都选用心轴定位，为了便 于夹紧和减小工件因间隙造成的倾斜， 当工件定位内孔与基准端面垂直精度较高 时，常以孔和端面联合定位。因此，这类心轴通常是带台阶定位面的心轴，当工 件以内花键为定位基准时， 可选用外花键轴， 当内孔带有花键槽时， 可在圆柱心 轴

29、上设置键槽配装键块； 当工件内孔精度很高， 而加工时工件力矩很小时， 可选 用小锥度心轴定位。1.5工件的组合定位1.5.1工件组合定位应注意的问题 工件常以平面、外圆柱面、内圆柱面、圆锥面等的各种组合，工件组合定位 时，应注意的几个关键性问题。1合理选择定位元件，实现工件的完全定位或不安全定位。 2按基准重合原则选择定位基准。3组合定位中，一些定位元件单独使用时限制沿坐标方向的自由度，而在组合 定位时则转化为限制绕坐标轴方向的自由度。4 从多种定位方案中选择定位元件时， 应特别注意定位元件所限制的自由度与 加工精度关系，以满足加工要求。因工件在夹具上定位时， 定位基准发生位移、 定位基准与工

30、序其准不重合产 生定位误差。 基准位移误差和基准不重合误差分别独立、 互不相干，它们都使工 序基准位置产生变动。 定位误差包括基准位移误差和基准不重合误差。 当无基准 位移误差时， 丫=0;当定位基准与工序基准重合时， B=0;若两项误差都没有， 则厶D=0分析和计算定位误差的目的，是为了对定位方案能否保证加工要求， 有一个明确的定量概念， 以便对不同定位方案进行分析比较， 同时也是在决定定 位方案时的一个重要依据。1.5.2组合表面定位及其误差分析以上常见定位方式，多为以单一表面作为定位基准，但在实际生产中，通常 都以工件上的两个或两个以上的几何表面作为定位基准，即采用组合定位方式。组合定位方式很多，常见的组合方式：一个孔及其端面，一根轴及其端面，一个