机械制造基础-工件定位夹紧与夹具设计课件.ppt

1、4.14.1 工件的装夹工件的装夹4.24.2 机床夹具概述机床夹具概述4.34.3 典型定位方式及定位元件典型定位方式及定位元件4.44.4 定位误差分析定位误差分析4.54.5 工件在夹具中的加紧工件在夹具中的加紧4.64.6 典型机床夹具典型机床夹具 4.74.7 机床夹具设计的基本步骤机床夹具设计的基本步骤A A与与B B互为设计基准互为设计基准40 外圆是外圆是60外圆的设计基准外圆的设计基准平面平面1 1是平面是平面2 2与孔的设计基准，与孔的设计基准，孔孔3 3是孔是孔 4 4和和 5 5的设计基堆的设计基堆中心线是内孔、齿轮分度圆中心线是内孔、齿轮分度圆和顶圆和顶圆 的设计基难

2、。的设计基难。自由度示意图l应用六点定位原理时的注意事项：应用六点定位原理时的注意事项：1）定位支承点与工件的定位基准面必须始终保持紧定位支承点与工件的定位基准面必须始终保持紧贴；贴；2）一个定位支承点只能限制工件一个自由度，同时一个定位支承点只能限制工件一个自由度，同时一个自由度原则上不得有多个支承点重复限制，（支一个自由度原则上不得有多个支承点重复限制，（支承点数不应超过六个）；承点数不应超过六个）；3）工件应限制几个自由度，由工件加工技术条件来工件应限制几个自由度，由工件加工技术条件来确定；确定；4）工件的定位不是由夹紧力作用获得的。工件的定位不是由夹紧力作用获得的。5 5）工件的六个自

3、由度被完全限制的定位称）工件的六个自由度被完全限制的定位称完全定位。完全定位。定位与夹紧的区别：定位与夹紧的区别：定位是使工件占有定位是使工件占有一个正确的位置，夹一个正确的位置，夹紧是使工件保持这个紧是使工件保持这个正确位置。正确位置。限制自由度数少于加工技术要求限制的最少自由度数。限制自由度数少于加工技术要求限制的最少自由度数。在实际生产中是绝对不允许的。在实际生产中是绝对不允许的。过定位造成的后果：过定位造成的后果：（1 1）使工件或夹具元件变形，引起加工误差；）使工件或夹具元件变形，引起加工误差；（2 2）使部分工件不能安装，产生定位干涉（如一面两销）使部分工件不能安装，产生定位干涉（

4、如一面两销）过定位一般是不允许的，但在精加工时也可看到。过定位一般是不允许的，但在精加工时也可看到。消除过定位及其干涉的途径：消除过定位及其干涉的途径：1.1.改变定位元件结构，消除对自由度的重复改变定位元件结构，消除对自由度的重复 限制，如长销改成短销；限制，如长销改成短销；2.2.提高工件定位基面之间的位置精度，提高夹具定位元提高工件定位基面之间的位置精度，提高夹具定位元件之间的位置精度，减少或消除过定位引起的干涉，精加件之间的位置精度，减少或消除过定位引起的干涉，精加工时可增加刚度和定位稳定性。工时可增加刚度和定位稳定性。采用完全定位还是部分定位，主要根据工件的形状特点和采用完全定位还是

5、部分定位，主要根据工件的形状特点和工序加工要求来确定，一般应遵循工序加工要求来确定，一般应遵循以下几条原则：以下几条原则：由于工件的形状特点，限制工件某些方向的自由度没有必由于工件的形状特点，限制工件某些方向的自由度没有必要，也无法限制，则可不必限制该方向的自由度。要，也无法限制，则可不必限制该方向的自由度。由于加工特点，工件某些方向自由度的存在并不影响加工由于加工特点，工件某些方向自由度的存在并不影响加工精度要求，则该方向的自由度可以不必限制。精度要求，则该方向的自由度可以不必限制。在保证加工要求的条件下，限制自由度的数目应尽量少，在保证加工要求的条件下，限制自由度的数目应尽量少，使夹具结构

6、简单。使夹具结构简单。在实际加工中，对工件限制的自由度数目一般不少于三个。在实际加工中，对工件限制的自由度数目一般不少于三个。欠定位是不允许的。欠定位是不允许的。应尽量避免重复定位，应尽量避免重复定位，但在有利于减小加工误差时可采用但在有利于减小加工误差时可采用重复定位方式定位的。重复定位方式定位的。定位方案限定自由度的选择原则：定位方案限定自由度的选择原则：第第2 2节节 机床夹具概述机床夹具概述 在机床上用于装夹工件或在机床上用于装夹工件或引导刀具，具有使工件在机床引导刀具，具有使工件在机床上相对刀具占有正确的位置功上相对刀具占有正确的位置功能的辅助装置。能的辅助装置。1.1.夹具的组成夹

7、具的组成（1 1）定位元件）定位元件（2 2）夹紧元件）夹紧元件（3 3）导向元件）导向元件（钻套、（钻套、对刀块对刀块）（4 4）夹具体）夹具体 此外有连接元件、分度机构、此外有连接元件、分度机构、操作元件等。操作元件等。2.2.机床夹具的分类机床夹具的分类按使用特点分：按使用特点分：（1 1）通用夹具）通用夹具（2 2）专用夹具）专用夹具（3 3）成组夹具）成组夹具（4 4）组合夹具）组合夹具 （5 5）随行夹具）随行夹具按使用机床分：按使用机床分：车床夹具、铣床夹具、车床夹具、铣床夹具、钻床夹具、镗床夹具钻床夹具、镗床夹具按动力源分：按动力源分：手动夹具、气动夹具、液压夹具、手动夹具、气

8、动夹具、液压夹具、电动夹具、磁力夹具、真空夹具等电动夹具、磁力夹具、真空夹具等3.3.机床夹具的功用机床夹具的功用（1）保证加工精度）保证加工精度 零件加工精度包括尺寸精度、几何形状和表面相互零件加工精度包括尺寸精度、几何形状和表面相互 位置精度。夹具的最大功用是保证加工表面的位置精度。夹具的最大功用是保证加工表面的位置精度。位置精度。（2）提高生产率，降低生产成本）提高生产率，降低生产成本 快速将工件定位夹紧，免除了找正、对刀等，缩短快速将工件定位夹紧，免除了找正、对刀等，缩短 辅助时间，提高了成品率，降低了成本。辅助时间，提高了成品率，降低了成本。（3）扩大机床的加工范围）扩大机床的加工范

9、围 如在车床上加镗夹具，可完成镗孔加工。如在车床上加镗夹具，可完成镗孔加工。（4）减轻工人劳动强度）减轻工人劳动强度 1 1）固定支承：支承钉（限）固定支承：支承钉（限1 1个）、支承板（限个）、支承板（限2 2个）个）在工件定位后才参与支承的元件，不限制自由在工件定位后才参与支承的元件，不限制自由度，度，主要用于提高工件的刚度和定位稳定性。主要用于提高工件的刚度和定位稳定性。多用于毛面定位，每批调整一次，以补偿各多用于毛面定位，每批调整一次，以补偿各批批 毛坯误差毛坯误差支承本身可随工件定位基准面的支承本身可随工件定位基准面的变化而自动适应，一般只限制一个自由度，即一点定位。变化而自动适应，

10、一般只限制一个自由度，即一点定位。分固定式和可换式，圆柱销、菱形销和分固定式和可换式，圆柱销、菱形销和圆锥销（圆锥销（常用于工件孔端的定位）常用于工件孔端的定位）3 3 工件以外圆表面定位工件以外圆表面定位 1 1）定位套筒）定位套筒 2 2）V V形块定位形块定位 结构尺寸已标准化，斜面夹角有结构尺寸已标准化，斜面夹角有60609090120120 3)支承平面支承平面4 4）半圆定位座）半圆定位座 常用于大型轴类工件的定位常用于大型轴类工件的定位5 5）外圆定心夹紧）外圆定心夹紧 三爪卡盘、双三爪卡盘、双V V形铁定心夹紧、弹簧夹头形铁定心夹紧、弹簧夹头过定位的解决办过定位的解决办法是：法

11、是：将销将销2 2做成削边销做成削边销 2 2）一平面和与其垂直的两外圆柱面组合）一平面和与其垂直的两外圆柱面组合3 3）一孔和一平行于孔中心线的平面组合）一孔和一平行于孔中心线的平面组合夹紧力.j w（1）工件圆孔与刚性心轴或销过盈配合工件圆孔与刚性心轴或销过盈配合 孔与心轴始终同心，故孔与心轴始终同心，故 但由于工件装夹困难，一但由于工件装夹困难，一般很少采用。般很少采用。0.wj（2）工件圆孔与刚性心轴或销间隙配合工件圆孔与刚性心轴或销间隙配合 心轴水平放置心轴水平放置（重力作用下孔与心轴固定上母线接触重力作用下孔与心轴固定上母线接触）工件孔尺寸工件孔尺寸 ，心轴尺寸，心轴尺寸 工件孔中

12、心最大变动量即为基准位移误差：工件孔中心最大变动量即为基准位移误差：0DTD0dTd孔孔 Dmax=D+TD Dmin=D 轴轴 dmax=d dmin=d-Td1221oooooooo轴最大孔最小时极限位置轴最小孔最大时极限位置为孔的中心的变动量.1221()()22222j wdDDdOOOOOOdTDTDdTT 孔与心轴可以在任意方向接触，孔的中心最大变动量即为孔与心轴可以在任意方向接触，孔的中心最大变动量即为基准位移误差：基准位移误差：.12min()()j wDdDdOODdDTdTTTX0.wj其中其中 Xmin=(Dmin-dmax)为孔与为孔与轴的最小配合间隙轴的最小配合间隙

13、主要分析工件外圆在主要分析工件外圆在V形块上定位情况：形块上定位情况：由于工件设计基准不同，可能出现以下三种情况，由于工件设计基准不同，可能出现以下三种情况，即设计基准分别为即设计基准分别为B、C、O。11221222111()()HB BABABAOO BAOO B2211()()222sin2sin22dddd1(1)2sin2d12B B1）尺寸）尺寸H1的定位误差的定位误差 设计基准为设计基准为B，定位基准为，定位基准为E,F。其。其最大的位置变动量为最大的位置变动量为即定位误差：即定位误差：=21221222111()()HC CACACAOO CAOOC12CC1(1)2sin2d

14、3）尺寸）尺寸H3的定位误差的定位误差 设计基准设计基准为为O，定位基准为，定位基准为E、F，其最大，其最大的位置变动量为的位置变动量为12OO31221HOOAOAO212sin2sin22dd2sin2d保证加工精度实现的条件保证加工精度实现的条件 若规定工件的加工允差为若规定工件的加工允差为工件工件，以，以夹具夹具表示与采用表示与采用夹具有关的误差，以夹具有关的误差，以加工加工表示除夹具外与工艺系统其它表示除夹具外与工艺系统其它因素（如机床误差、刀具误差、受力受热变形等）有关因素（如机床误差、刀具误差、受力受热变形等）有关的加工误差，为保证工件的加工精度要求，必须满足误的加工误差，为保证

15、工件的加工精度要求，必须满足误差计算不等式差计算不等式 ：工件工件夹具夹具加工加工 制订夹具公差时，应保证夹具的定位、制造和调整误差制订夹具公差时，应保证夹具的定位、制造和调整误差 的总和不超过零件公差的的总和不超过零件公差的三分之一三分之一。组成（1）动力装置动力装置（2）中间传力机构中间传力机构（3）夹紧元件夹紧元件作用1 1）改变作用力的方向；）改变作用力的方向；2 2）改变作用力的大小；）改变作用力的大小；3 3）使夹紧实现自锁。）使夹紧实现自锁。1 1）夹紧时不破坏工件定位后的正确位置；）夹紧时不破坏工件定位后的正确位置；稳稳2 2）夹紧力大小要适当；）夹紧力大小要适当；牢牢3 3）

16、夹紧动作要迅速、可靠；）夹紧动作要迅速、可靠；快快4 4）结构紧凑，易于制造与维修。）结构紧凑，易于制造与维修。基基本本要要求求必须合理确定夹紧力的三要素：必须合理确定夹紧力的三要素：大小、方向和作用点大小、方向和作用点 保证定位准确、保证定位准确、可靠；可靠；尽量与切削力、尽量与切削力、重力方向一致重力方向一致（1）斜楔夹紧机构）斜楔夹紧机构（2）螺旋夹紧机构）螺旋夹紧机构螺旋夹紧特点：螺旋夹紧特点：1 1）结构简单，自锁性好，夹紧可靠；）结构简单，自锁性好，夹紧可靠；2 2）扩力比约为扩力比约为80,80,远比斜楔夹紧力大；远比斜楔夹紧力大；3 3）夹紧行程不受限制；）夹紧行程不受限制；4

17、 4）夹紧动作慢，辅助时间长，效率低）夹紧动作慢，辅助时间长，效率低（3）其它夹紧机构）其它夹紧机构1）螺旋压板夹紧机构）螺旋压板夹紧机构2）螺旋定心夹紧机构）螺旋定心夹紧机构3）联动夹紧机构）联动夹紧机构4）多件夹紧机构）多件夹紧机构（4）偏心夹紧机构）偏心夹紧机构常见的偏心轮常见的偏心轮压板夹紧机构压板夹紧机构（5）夹紧动力装置）夹紧动力装置气动、液压、电磁、真空等气动、液压、电磁、真空等气气液压组合夹紧液压组合夹紧 用于工件的一次装夹中，顺序进行钻孔、扩孔、铰孔或用于工件的一次装夹中，顺序进行钻孔、扩孔、铰孔或攻螺纹等多个工步加工时，使用不同孔径的钻套来引导刀具。攻螺纹等多个工步加工时，

18、使用不同孔径的钻套来引导刀具。切削力较大，断续切削，易振动，夹紧力要切削力较大，断续切削，易振动，夹紧力要大和较好的自锁性，受力元件要有足够的强度和大和较好的自锁性，受力元件要有足够的强度和刚性。刚性。便于调整刀具，要设置便于调整刀具，要设置对刀装置对刀装置。对刀块和刀具。对刀块和刀具之间要放对刀塞尺，以避免刀具与对刀块直接接之间要放对刀塞尺，以避免刀具与对刀块直接接触，而碰伤刀刃获对刀块。触，而碰伤刀刃获对刀块。采用导向键与机床工作台采用导向键与机床工作台T形槽相配合来实现夹形槽相配合来实现夹具在机床上的定位，要使夹具上定位元件工作面具在机床上的定位，要使夹具上定位元件工作面与铣削运动方向有

19、一准确位置。与铣削运动方向有一准确位置。1）单支承前引导）单支承前引导 2）单支承后引导）单支承后引导 3）前后双支承引导）前后双支承引导 4）双支承后引导）双支承后引导a)适合于加工孔径大于适合于加工孔径大于60mm，长径比小于，长径比小于1的通孔。的通孔。b)和和c)主要用于盲孔或孔径小于主要用于盲孔或孔径小于60mm的通孔。的通孔。要求镗杆与机床主轴采用浮动联接，镗孔的精度完全由要求镗杆与机床主轴采用浮动联接，镗孔的精度完全由夹具来保证，而不受机床精度的影响。用于加工长径比大夹具来保证，而不受机床精度的影响。用于加工长径比大于于1.51.5的长孔或同轴度要求较高的几个短孔。的长孔或同轴度

20、要求较高的几个短孔。分为固定式镗套和回转式镗套两类。分为固定式镗套和回转式镗套两类。1）固定式：外形尺寸较小，且位置精度较高。缺点是易于磨损，多用于速度较低的场合。2）回转式镗套）回转式镗套a a）内滚式镗套）内滚式镗套 镗杆相对于导向滑套回转，并连同导向滑套一起相对于镗镗杆相对于导向滑套回转，并连同导向滑套一起相对于镗套移动。镗套精度较好，但尺寸较大，因此多用于后导向。套移动。镗套精度较好，但尺寸较大，因此多用于后导向。b b）外滚式镗套）外滚式镗套 镗刀杆与镗套间只有相对移动而无相对转动。镗套尺寸镗刀杆与镗套间只有相对移动而无相对转动。镗套尺寸较小，应用较多。镗速高。较小，应用较多。镗速高

21、。（1）结构紧凑，尺寸小，重量轻，重心尽可能靠结构紧凑，尺寸小，重量轻，重心尽可能靠近回转轴线，减小惯性力。近回转轴线，减小惯性力。（2）应有平衡措施，消除回转不平衡引起的振动现）应有平衡措施，消除回转不平衡引起的振动现象，一般设计平衡块的位置可调，便于调整。象，一般设计平衡块的位置可调，便于调整。（3）为了操作安全，夹具尽可能避免尖角或突出部）为了操作安全，夹具尽可能避免尖角或突出部位，必要时回转部分外面应加防护罩。位，必要时回转部分外面应加防护罩。（4）夹具与机床主轴定位面间必须有良好的配合和）夹具与机床主轴定位面间必须有良好的配合和可靠的联接。可靠的联接。5 组合夹具组合夹具第第7 7节

22、节 机床夹具设计的基本步骤机床夹具设计的基本步骤1)1)有一定的精度和良好的结构工艺性；有一定的精度和良好的结构工艺性；2)2)足够的强度和刚度；足够的强度和刚度；3)3)在机床工作台上安装的夹具，应使其重心尽量低，夹具体在机床工作台上安装的夹具，应使其重心尽量低，夹具体的高度尺寸要小。的高度尺寸要小。4)4)夹具体的结构要简单、紧凑，尺寸要稳定，残余应力要小。夹具体的结构要简单、紧凑，尺寸要稳定，残余应力要小。5)5)要有适当的容屑空间和良好的排屑性能。要有适当的容屑空间和良好的排屑性能。1)工件与定位元件间的联系尺寸，工件与定位元件间的联系尺寸，如工件基准孔与夹具定位销的配如工件基准孔与夹

23、具定位销的配合尺寸。合尺寸。2)夹具与刀具的联系尺寸，如夹具与刀具的联系尺寸，如对刀块与定位元件之间，钻套、对刀块与定位元件之间，钻套、镗套与定位元件之间的位置尺镗套与定位元件之间的位置尺寸及公差。寸及公差。3)夹具与机床联接部分的尺寸，夹具与机床联接部分的尺寸，定位键与铣床工作台定位键与铣床工作台T型槽夹具型槽夹具联接到机床主轴端的联接尺寸联接到机床主轴端的联接尺寸及公差。及公差。4)夹具内部的联系尺寸及关键夹具内部的联系尺寸及关键件配合尺寸，如定位元件间，件配合尺寸，如定位元件间，定位元件与夹具体的配合尺寸定位元件与夹具体的配合尺寸等。等。5)夹具外形轮廓尺寸。夹具外形轮廓尺寸。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。夹具元件之间的相互位置精度要求。1）定位元件之间的定位要求）定位元件之间的定位要求。2)定位元件与联接元件和定位元件与联接元件和（或）夹具体底面的相互位置要（或）夹具体底面的相互位置要求求。3)导引元件和导引元件和（或）夹具体底面的相互位置要求（或）夹具体底面的相互位置要求。4)导引元件与定位元件间的相互位置要求导引元件与定位元件间的相互位置要求。