新编机械制造工艺学第六章机床夹具设计课件.ppt

1、2022-8-13 第一节机床夹具概述第一节机床夹具概述 一、机床夹具及组成 完成工件安装的工艺装备称为夹具。例：加工平面对工艺装备的要求第六章机床夹具设计第六章机床夹具设计2022-8-13（1）保证上与下面平行（2）保证工件不动机床夹具的组成（图61）1.定位元件与工件定位基准配合。图中为“一面两销”（N面）2.夹紧装置用于夹紧工件，图中为螺栓，螺母，压板3.对刀元件确定刀具与夹具的相对位置，图中为对刀块（配合塞尺）2022-8-132022-8-13 4.连接元件保证夹具与机床的相对位置，图中为定位键等。5.夹具体 6.其它元件。二、机床夹具分类 1.通用夹具：卡盘，顶夹，虎钳，分度头等

2、。2.专用夹具 专为某工件某工序专门设计。2022-8-133.可调夹具、成组夹具可加工结构相似的各种零件，可应用于成组加工工艺中。4.组合夹具由一套标准化的夹具元件，按要求拼装而成，组合夹具站（或中心）的支持。5.随行夹具用于自动线或柔性制造系统。工件安装在该夹具上，运输装置把夹具输送往各个机床，并在各机床上定位和卡紧夹具。各工序加工全部完成后，卸下工件。其它分类方式：按机床分类，按动力源分类等。2022-8-13三、机床夹具的功用（1）保证加工质量（精度）（2）缩短辅助时间，一般有T基+T辅75%T单（3）扩大机床使用范围（4）改善劳动条件2022-8-13第二节工件在夹具的定位一、常用定

3、位方法与定位元件1.工件以平面定位（1）固定支承（图62）支承钉、支承板（2）可调支承（图63）在一批零件的加工过程中，其作用同固定支承（即每批毛坯调整一次）（3）自位（浮动支承）限制1个自由度。多点支承，支承稳定性，刚性好。（图64）（4）辅助支承（图65）不限制自由度，可增加稳定性和刚性（夹紧后支承，且不破坏原定位）2022-8-132022-8-132022-8-132022-8-132022-8-13 （二）工件以圆柱孔定位1、心轴（限制4-5个自由度）图66刚性心轴：过盈、间隙、小锥度可涨心轴：弹性、液塑、自定心2、定位销（限制1-3个自由度）图67、8圆柱（2个）菱形（1个）锥销（

4、3个）2022-8-132022-8-132022-8-132022-8-13 （三）工件以外圆表面定位1、定心定位（与孔相同）（图69）2022-8-132、支承定位(V型块)角：60度、90度、120度。（图610）2022-8-13V型块主要设计参数T检验心轴中心高（V型块零件图上需标注）D由工件确定N，H参照标准选定（或经验公式计算）=90度时，T=H+0.707D-0.5NV型块的设计标准GB2208-80(尺寸、材料、热处理等。)22sin21tgNDHT2022-8-13（四）工件以其它表面定位（图611、12）锥度心轴，渐开线齿面等。（五）定位表面的组合形式（图613）2022

5、-8-13 2022-8-13 2022-8-13二、定位误差的计算1.定位误差工序基准在加工尺寸方向的最大变动量。定=不+位置不基准不重合误差。工序基准相对于定位基准在加工尺寸方向的最大变动量。位基准位置误差。定位基准制造误差。2022-8-13 定位误差分析举例：2022-8-13加工孔A A1：基准重合 不=0（定）A1=位A1=2 tgT（箱体表面误差）A2：基准不重合，认定为位=0（精加工顶面）（定）A2=不A2=TL2加工孔B B1：基准不重合，不B1=TL1，位B1=2H tgT（定）B1=不B1+位B1=TL1+2H tgT B2：（定）B2=02022-8-132.用几何方法

6、计算定位误差 画出定位简图 画出工件变动的极限位置，根据几何关系求解（工序尺寸方向的最大变动量）例6-2孔与销间隙配合，工序基准为孔心时的定位误差计算。（图617）第一种情况：孔与销可在任意边接触（销垂直安放，a图）定位基准为孔的中心线，基准重合；不=0位=孔与销的配合与公差2022-8-132022-8-13 321min21max21001dDminmax dDdw1孔公差TD/23销公差Td/22最小配合间隙，min/2（按极值法计算）2022-8-13第二种情况：孔与销在固定边接触（销水平安放）（销水平放置时，工件自重使销的上母线与孔的上母线单边接触。）工序基准为孔心时，定位基准为孔的

7、一条母线，不0 O1 孔小时的中心线位置 O2 孔大时的中心线位置 O销的中心线位置2022-8-13TDDDdw21min)max(210021定位与销的直径无关。（Td只与O的位置 有关）210000 或2022-8-13例：工件以一面两孔定位（图6-18），限制自由度分析：平面销1限制销2限制 所以 向过定位消除过定位的方法方法1减小销2直径YXZ,YX,ZX,X2022-8-132022-8-13入上图所示：孔中心距最大值 销中心距最小值孔径最小值：D1，D2销径最大值：d1=D1-1min，d2=D2-2min考虑：2min及1min缺点：限制 方向的定位误差增大lkLL21lxLL

8、21lxlkTTDd2max2min1min22maxlxlkTTDdZ2022-8-13方法2采用菱形销，如图618。优点：转角定位误差小b菱形销宽度菱形销的设计步骤（尺寸标准化，表61）（1）确定两销中心距尺寸及其公差（Tlk为已知）（2）按孔的最小尺寸确定圆柱销基本尺寸，其公差一般取g6或f7。（3）确定菱形销：按公式6-2计算，按表6-1选取b，其公差一般取h6或h7。min1min22lxlkTTDb2022-8-13例6-1 按图6-1设计两销定位的有关尺寸。解：1)选取LX=570.02(工作孔距 570.06)2)选取圆柱销：d1=42.6 g6 (工件大孔定位)3)按表6-1

9、选取菱形销 b=4，4)按 公 式（6 2）计 算 最 小 配 合 间 隙2min=0.03 5)按公差h6 得到 d2=15.30.030 0.0412022-8-132022-8-13一面两孔定位时的定位误差(图618)2022-8-13销1限制方向 销2限制方向 min1max1min111dDTTdDdwx)2(min2max2max1max1LdDdDarctgdwdwxdwy2022-8-13 例6-3图6-1所示夹具的解：1.工序尺寸公差及技术要求槽深槽中心线与轴线夹角 槽中心平面过大孔轴线 2.各方向定位误差的计算4.002.330452022-8-13 平面定位误差（与槽深相

10、关）dw=不=T14.3=0.1 mm角度定位误差（与45夹角相关）方向位误差（与槽中心平面过大孔轴线相关）dw=位=D1max-d1min =0.1+0.025=0.125 mm8)572041.01.0025.01.0arctan(dwYX、2022-8-13 (二)用微分法计算定位误差外圆在V型块上定位的定位误差（1）工序基准为中心线时,尺寸H 的定位误差dwH 建立几何关系式（图619）2022-8-132sin22dsimOBOA2022-8-13对关系式求全微 用微小增量（公差）代替微分)(242cos)(221)(dsimdddsimOAdTsimdsimTdwd)2(42cos

11、.2222022-8-13忽略V型块的角度误差（角度误差为定值）（2）不同工序基准时，尺寸H1、H2 定位误差（3）键槽中心线对称度的定位误差 dw=022simTdwdH21)(dHTdwdw下母线22)(dHTdwdw上母线2022-8-13注：定位误差与加工方法 1）当采用夹具安装调整法加工时（对刀块、塞尺对刀），应计算定位误差。2）当采用试切加工（试切测量试切）时，不考虑定位误差。3）数控机床加工，当采用夹具安装调整法加工时，同样应考虑定位误差的影响。2022-8-13第三节工件夹紧第三节工件夹紧一、对夹紧装置的要求1夹紧时保证定位时的状态2夹紧安全可靠3夹紧操作方便、省力、安全4结构

12、合理、力求简单、紧凑、标准化 夹紧机构设计的核心：夹紧力2022-8-13二、夹紧力的确定夹紧力三要素：大小、方向、作用点1.夹紧力方向的选择（1）垂直于主要定位基准面（不破坏定位）图6-202022-8-13（2）与工件刚度最大方向一致（工作变形最小）图6-212022-8-13（3）与受力方向一致（夹紧力最小）图2-20图（b）中的定位块起到了止动块的作用。2022-8-13 其它夹紧力方向与切削力方向的选择举例其它夹紧力方向与切削力方向的选择举例 钻削时的轴向切削力Fz起到夹紧力的作用，此时夹紧力Fj的作用只是防止工作振动。（切入、切出时除外）F夹F切GGGF夹F夹F切F切2022-8-

13、13 2.夹紧力作用点的选择（1）靠近支承面的几何中心。（夹紧稳定）图6-232022-8-13 2.夹紧力作用点的选择（2）作用于刚度较大处。（工作变形最小）图2-222022-8-13（3）靠近加工点。（减小振动和变形）图6-25（三）夹紧力大小的估算取决于F切、M切、G的大小，方向及作用点。2022-8-13步骤：（1）根据工序几各计算切削力F切和切削扭矩M切。（2）根据力学平衡条件计算最小夹紧力FJ（3）根据加工情况确定安全系数K。例：车削时夹紧力估算（图6-26）2320mindFdFjc0min3ddFFcj03ddFkFcj2022-8-13铣削时夹紧力估算图6-27（表62）摩

14、擦系数LFLFLFajj22121min1min)(221minLLLFFaj)(221LLLFkFaj2022-8-13三、常用夹紧机构1.斜楔夹紧机构（图628）夹紧力公式：斜楔的自镇条件：12增力、变向，增力系数：小，增力大，但工作行程增加，夹紧行程小)tan(tan21sjFF)tan(tan121sjpFFi2022-8-132022-8-132.螺旋夹紧机构（图629）其中：螺纹副的当前摩擦角。表6-3 螺母端面、螺杆端部与工件的摩擦角 螺杆端部与工件的当前摩擦半径。表6-4 以手柄长度为准/122/10)(2tgrtgdLFFsj/rL2022-8-132022-8-13夹紧力大

15、小的实验测定公式：(常用标准螺距的螺栓)Ts作用力矩(Ncm)螺旋夹紧机构特点:简单、可靠(自锁性好)增力比大,一般为手动，费时、费力。三角螺纹一般有:=24StjTkF)(531cmkt2022-8-13螺栓与压板组合（图c）形成设计要点(1)支点位置(2)压板应水平,工件高度不同时,应能适当调整.(3)压板应设计复位装置.(图6-29)中弹簧.(4)螺栓应止动(图6-29)中止动螺母,止动螺钉(5)勾形压板受力分析(图2-29.d)2022-8-130320020NHLWMWNFYj.31HLFjW=2022-8-133.偏心夹紧机构（图偏心夹紧机构（图633）分类：圆偏心,曲线偏心1）圆

16、偏心的几何特性）圆偏心的几何特性 当由0则h由(Re)(R+e)，实现夹紧。)cossin(2eRearctgMxMoacrtgx楔角cos11eRMoxoh2022-8-13楔角x的变化（图6-33b）=0，x=0=90时，x=maxa r c t g(e/R)所以x为变值。2022-8-132）自锁条件自锁条件由 1 2，且忽略2有1 轮周作用处与工件摩擦角。2 转轴处摩擦角。近似（可保证安全性）。当0.15时，对偏心机构的结构要求之一。11 tgRe1420eR2022-8-133）夹紧力估算：）夹紧力估算：F1 F1XF1cos（F1X相当于斜楔所受水平推动）按斜楔夹紧力计算公式LFS

17、.1221)()(tgtgLFtgtgFFsxjj1X1s2022-8-134）夹紧行程）夹紧行程 在P点左右，45L行程=h2h12esin451.4e偏心轮工作行程要求。L行程=L工作+间隙+储备 间隙=0.5 储备=0.5设计步骤:由L行程e，根据自锁条件D。结构特点:夹紧行程小,夹紧力小,自锁性差,夹紧动作迅速结构紧凑。2022-8-132022-8-134.铰链夹紧机构铰链夹紧机构铰链和杠杆的组合夹紧机构（图634）销轴3为受力体 水平拉力Q即原始力FS滚子对销轴的全反力F,与销轴处摩擦圆相切.臂1的全反力N,它与上下销轴两处摩擦圆相切.Q、F、N三力处于静力平衡垂直方向分力为Fj2

18、022-8-132022-8-13 、当量摩擦角。与臂两端铰链销轴半径r和两孔中心距L有关。与滚子销轴半径和滚子半径R有关。铰链夹紧机构特点：动作迅速，增力比大，一般不自锁，摩擦损失小，适用于气动夹具。注：在手册中可查到各种结构的增力比。/1/)(tgtgFFjSj/12022-8-13设计注意事项：1）与保持最小安全储备倾角（e5）2）夹紧行程与气缸行程的效验（用双点划线表示）5.定心夹紧机构定位：夹紧同时完成。定=0，常用于中心线、对称面为工序基准的工件夹紧。例如：工件的外圆表面定位 在三爪长盘中定位时，各爪处Td/2相同，定=0（忽略三爪卡盘精度和工件不圆度误差）2022-8-131）夹

19、紧件等速移动的结构 （1）斜楔定心夹紧机构（图635）（2）左右旋螺纹夹紧机构。（图636）（3）其它：杠杆式，齿轮齿条，其它步进式等。2）以均匀弹性变形夹紧例如：弹簧夹头，液塑心轴等（图637、38）6.联动夹紧机构（图63941）可同时在几个点对一个或多个工件夹紧。1）合理分配各夹紧点力的大小。2）各夹紧点受力均匀。2022-8-132022-8-132022-8-132022-8-132022-8-132022-8-132022-8-13四、夹紧机构的动力装置。1.气动夹紧装置 p0.40.6 Mpa 动作迅速,气源方便(噪声较大)2.液压夹紧装置 p56.5 Mpa (取较低工作压力)

20、工作平稳，无冲击，噪音小，需配置液压工作站。3.气压增压夹紧装置。2022-8-132022-8-132022-8-13第四节第四节 各类机床夹具各类机床夹具二、钻床夹具二、钻床夹具（可用于钻，扩，铰等工序，对刀具进行导向）。（一）、钻模类型、结构2022-8-132022-8-131）回转式（分度式）浇轴线分布的侧孔(图644)定位：一面、短销、档销 夹紧：螺旋手动夹紧 钻头导向：钻模板、钻套 工件旋转定位:分度盘2）翻转式多面上的孔(图628)3）盖板式大型零件上的小孔(图248)5）滑柱式利用钻模板的上下移动夹紧工 件。（标准化：图249、50)2022-8-132022-8-13202

21、2-8-132022-8-132022-8-132022-8-13（二）钻模设计要点1.钻套安装在钻模板上，用于引导钻头（或扩孔钻、铰刀等）标准化：固定，可换，快换。(图649)专用：特殊(图650)配合精度要求：引导孔与钻头的配合 F7、钻套外径与钻模板的配合等。其它要求：耐磨性，导向性H，排屑性h。(图253)2022-8-132022-8-132022-8-132、钻模板保证孔的位置精度，(图254)固定式，铰链式，分离式，悬挂式3、夹具体 一般不需要设计与机床的定位装置。2022-8-132022-8-13三、铣床夹具三、铣床夹具（一）、类型1.直线进给式铣平面，键槽等(图655)2.

22、圆周进给式可连续加工，并可实现高效率，自动化生产。3.仿形进给式靠模法加工曲线和曲面。（二）设计要点1.铣削力特点：断续切削，切削力大，冲击力大，易振动，所以刚度大，夹紧力大，液压机动夹紧。2022-8-132022-8-132.对刀装置确定刀具相对于夹具的位置。（对刀块和塞尺）(图266)2022-8-132、夹具体的对定：找正法，定位键与机床工作台T型槽定位。(图267)2022-8-13第六节第六节 机床夹具的设计步骤与方法机床夹具的设计步骤与方法一、基本要求二、夹具设计的一般步骤：1.研究原始资料 待加工工件的零件图、工艺规程 工艺设计手册、夹具设计手册、设计图册2022-8-13 2

23、.定方案（示意图，原理图，结构草图）定位、夹紧、对刀、总体结构 3.绘制总图 工件轮廓双点划线 夹紧机构夹紧状态 尺寸、配合、技术要求、明细表、标题栏2022-8-13 4.绘制夹具零件图三、夹具设计中的几个重要问题：1.经济性分析 2.成组设计思想 3.装配图的尺寸标注（图673）（1）外型尺寸：长、宽、高（2）定位件、导向件与安装基准面有关配合尺寸，位置尺寸及公差。2022-8-132022-8-132022-8-13（3）夹具与工件配合尺寸。（4）夹具件与刀具配合尺寸（钻套孔径表）（5）夹具与机床配合尺寸。（6）其它配合尺寸 尺寸公差和形位公差取：T工件的（1/51/2）2022-8-1

24、32、应标注的技术要求（表66）（1）定位元件与定位元件（2）定位元件与夹具安装面（3）定位元件与引导元件（4）引导元件与引导元件（5）定位元件或引导元件与找正基面（6）与装配、检验精度有关2022-8-132、夹具总图技术要求（表26）（表26）2022-8-132、夹具总图技术要求（表66）2022-8-13（五）夹具的精度分析：1、dw 定位误差2、zz 夹具制造误差3、Gc加工过程误差 4、T工件被加工零件公差夹具误差允许值：Gc=1/3T工件 dw+zz+Gc T工件2022-8-13例题：钻孔工序夹具精度分析，根据工序尺寸，夹具精度验算。图6-731、工件两孔中心距公差：1200.

25、05 误差：1）定位误差：孔销配合0.052）夹具制造与安装误差有：钻模板衬套轴线与定位心轴轴线距离误差0.01钻套与衬套的配合间隙 0.033钻套与外圆的同轴度误差 0.0122022-8-1318362022-8-132022-8-13由钻套间隙产生引偏量e（中心线误差）035.0)2(maxHBhHe072.0)0315.0012.0033.002.005.0(21222220基本满足要求。2022-8-132、两孔平行度公差根据工件尺寸有：/0.05 A 相当于0.05:181）2）20.02/48；3 0.028/48 3)小于0.05:18的三分之二 满足要求。dw36045.01max11Hzz18:026.0)(212322212022-8-132022-8-132022-8-13设工件外径d、内孔D，水平、垂直坐标为x、y00207.0)12sin21(2)xdymmTb0075.001.02105.021015.02)(21)32132maxmax1xyyyyydyDymmmmTmmTmmTDDc同轴度005.02)ydxmmTd校核：工件公差x、y 0.03mm、0.14mm；选：b)。2022-8-132022-8-132022-8-13设工件外径d、内孔D，水平、垂直为x、yb）c）00207.0)12sin21(2xdymmT005.02ydxmmT