机械制造技术基础-机床夹具课件.ppt

1、2.9 机床夹具一、夹具基本概念一、夹具基本概念 1.什么是夹具？什么是夹具？夹具是机床的附加装置，是安装工件的工艺装备。为了使工件成形，工件与刀具之间要有相对运动。为了使工件成形，工件与刀具之间要有相对运动。因此工件相对于刀具的位置要确定，并且在切削过程中，因此工件相对于刀具的位置要确定，并且在切削过程中，工件的相对位置需保持不变。工件的相对位置需保持不变。图示零件，要加工径向小图示零件，要加工径向小孔，如何对工件进行安装，才孔，如何对工件进行安装，才能保证其加工要求？能保证其加工要求？工件2.定位：定位：确定工件在机床或夹具中占有正确位置的过程。确定工件在机床或夹具中占有正确位置的过程。3

2、.夹紧：夹紧：使定好位的工件在加工过程中保持位置不变的操作。使定好位的工件在加工过程中保持位置不变的操作。4.装夹（安装）：装夹（安装）：定位和夹紧的过程。定位和夹紧的过程。5.机床夹具分类机床夹具分类（1 1）通用夹具）通用夹具 例如车床上常用的三爪自定心卡盘、四爪单动卡盘，例如车床上常用的三爪自定心卡盘、四爪单动卡盘，铣床上常用的平口虎钳、分度头、回转工作台等均属此类。铣床上常用的平口虎钳、分度头、回转工作台等均属此类。这类夹具由于具有一定的通用性，故得其名。这类夹具由于具有一定的通用性，故得其名。通用夹具一般已标淮化，并由专门的专业工厂生产，通用夹具一般已标淮化，并由专门的专业工厂生产，

3、常作为机床的标准附件提供给用户。常作为机床的标准附件提供给用户。三爪卡盘三爪卡盘平口虎钳平口虎钳（2 2）专用夹具）专用夹具 这类夹具是针对某一种工件的某一个工序专门设计的，这类夹具是针对某一种工件的某一个工序专门设计的，因用途专一而得名。上例钻孔夹具就是一个专用夹具。因用途专一而得名。上例钻孔夹具就是一个专用夹具。（3 3）通用可调整夹具和成组夹具）通用可调整夹具和成组夹具 这类夹具的特点是夹具的部分元件可以更换，部这类夹具的特点是夹具的部分元件可以更换，部分装置可以调整，以适应不同零件的加工。分装置可以调整，以适应不同零件的加工。（3 3）通用可调整夹具和成组夹具）通用可调整夹具和成组夹具

4、 这类夹具的特点是夹具的部分元件可以更换，部这类夹具的特点是夹具的部分元件可以更换，部分装置可以调整，以适应不同零件的加工。分装置可以调整，以适应不同零件的加工。用于相似零件的成组加工所用的夹具，称为成组用于相似零件的成组加工所用的夹具，称为成组夹具。夹具。通用可调整夹具与成组夹具相比，通用可调整夹通用可调整夹具与成组夹具相比，通用可调整夹具的加工对象不很明确，适用范围更广一些。具的加工对象不很明确，适用范围更广一些。（4 4）组合夹具）组合夹具 这类夹具是由一这类夹具是由一套完全标准化的元件，套完全标准化的元件，根据零件的加工要求根据零件的加工要求拼装而成的夹具。就拼装而成的夹具。就好像搭积

5、木一样，不好像搭积木一样，不同元件的不同组合和同元件的不同组合和连接，可构成不同结连接，可构成不同结构和用途的夹具。这构和用途的夹具。这类夹具的特点是灵活类夹具的特点是灵活多变，万能性强，制多变，万能性强，制造周期短，元件可以造周期短，元件可以重复使用。重复使用。这是一种在自动线或柔性制造系统中使用的夹具。工件安这是一种在自动线或柔性制造系统中使用的夹具。工件安装在随行夹具上，除完成对工件的定位和夹紧外，还载着工件装在随行夹具上，除完成对工件的定位和夹紧外，还载着工件由运输装置送往各机床，并在各机床上被定位和夹紧。由运输装置送往各机床，并在各机床上被定位和夹紧。（5 5）随行夹具）随行夹具二、

6、夹具的组成二、夹具的组成定位元件定位元件导向元件导向元件夹紧夹紧机构机构连接元件连接元件夹具体夹具体其它元件其它元件定位定位元件元件夹紧夹紧机构机构其它其它元件元件导向导向元件元件连接连接元件元件夹具体夹具体工件工件刀具刀具机床机床夹具夹具三、工件在夹具中的定位三、工件在夹具中的定位 1.1.定位原理定位原理 一个物体在空间中可以有六个独立的运动。它在直角一个物体在空间中可以有六个独立的运动。它在直角坐标系可以有坐标系可以有3 3个平移运动和个平移运动和3 3个转动。个转动。xyzxyz,x,y,z,y,xz 如果要确定物体在空如果要确定物体在空间的间的唯一位置唯一位置，则必须约，则必须约束（

7、或限制）这六个独立束（或限制）这六个独立的运动，即自由度。的运动，即自由度。zyxxyz支承点 限制刚体的自由度用支承点与刚体的接触来表示。限制刚体的自由度用支承点与刚体的接触来表示。1 1个支承点限制刚体的个支承点限制刚体的1 1个自由度。个自由度。6 6个支承点限制刚体的个支承点限制刚体的6 6个个自由度。但需有一定规律。自由度。但需有一定规律。,zy,x底面底面3 3个支承点限制：个支承点限制：,yz左侧面左侧面2 2个支承点限制：个支承点限制：后面后面1 1个支承点限制：个支承点限制：xxyz 工件在夹具中实际定位工件在夹具中实际定位是通过定位元件与工件定位是通过定位元件与工件定位基面

8、的接触来限制自由度的。基面的接触来限制自由度的。工件需约束多少个自由工件需约束多少个自由度是由工序要求来决定的。度是由工序要求来决定的。213，x，zy4zy，6x5把工件在机床或夹具上的定位转化为刚体在空把工件在机床或夹具上的定位转化为刚体在空间直角坐标系中约束自由度的情况来分析。间直角坐标系中约束自由度的情况来分析。定位原理定位原理1 1个约束点限制刚体的个约束点限制刚体的1 1个自由度。个自由度。工件应约束的自由度的数目完全由工序要求来工件应约束的自由度的数目完全由工序要求来决定。决定。2 2.常用定位元件常用定位元件（1 1）平面定位）平面定位a)平头支承钉b)球头支承钉c)锯齿头支承

9、钉 支承块钉 支承块（板）（2）工件以圆柱孔定位xyz心轴，xz心轴工件LdLd，xzLxx，zz，当接触线比较长，即：当接触线比较短，即：,1dL,1dL约束4个自由度。约束2个自由度。xyz，xzxx，zz，xzy，xzy，xxzz，y 小锥度心轴的锥度为1:50001:1000。工件安装时轻轻敲入或压入，通过孔和轴接触表面的弹性变形来夹紧工件。使用小锥度心轴定位可获得较高的定位精度。定位销 图示为国家标准规定的圆柱定位销，其工作部分直径d通常根据加工要求和考虑便于装夹，按g5、g6、f6或f7制造。定位销与夹具体的连接可采用过盈配合(如图a、b、c所示)，也可以采用间隙配合(如图d)；圆

10、柱定位销通常限制工件的2个移动自由度。)(a)(b)(c)(d菱形销与圆锥销菱形销圆锥销约束约束1个自由度。个自由度。约束约束3个自由度。个自由度。（3）工件以外圆定位xyz长接触：工件被约束的自由度为：，,xz,xz短接触：工件被约束的自由度为：,xz定位套定位套定位套工件工件xyz长接触：短接触：V型块工件V型块分析同定位套。3 3.定位定位分析分析（1 1）前、后顶尖定位）前、后顶尖定位xyz（2 2）一面一销定位）一面一销定位，x，zy,xy,x,yz,xzzyx，y，xmin2L（4）一面两销（孔）定位,x,yxyzyx，zmax1L22LL11LLmax2Lmin1Lz，yz,x,

11、yzxyz 菱形销的结构尺寸查表获取。菱形销的结构尺寸查表获取。对刀块工件支承块连接键连接键J活动V型块固定V型块（5）采用两采用两 V V 型块，左端固定、右端活动。型块，左端固定、右端活动。辅助支承支承块注意的问题注意的问题（1）完全定位 工件的6个自由度完全被约束的定位。（2）不完全定位 工件被约束的的自由度少于6个的定位。（3）欠定位 工件被约束的的自由度数目少于工件的工序要求应被约束的自由度数目的定位。（4）过定位 一个自由度被重复约束的现象。xyz四、四、基准及分类基准及分类 基准基准就是用来确定生产对象上几何要素间的几何就是用来确定生产对象上几何要素间的几何关系所依据的那些点、线

12、、面。关系所依据的那些点、线、面。根据基准的不同作用，常将基准分为根据基准的不同作用，常将基准分为设计基准设计基准和和工艺基准工艺基准两大类。工艺基准因不同的工艺内容又分两大类。工艺基准因不同的工艺内容又分为工序基准、定位基准、测量基准、装配基准。为工序基准、定位基准、测量基准、装配基准。基准的分类基准的分类基准基准设计基准设计基准工艺基准工艺基准工序基准工序基准定位基准定位基准测量基准测量基准装配基准装配基准O1CH3H2H1O2ABH41.设计基准设计基准（1）定位基准定位基准 在零件工作图上在零件工作图上所采用的基准。所采用的基准。AC 图示零件在加工图示零件在加工C面时，面时，若装夹基

13、面为若装夹基面为A面，则面，则加工加工C面的定位基准为面的定位基准为A面。面。是指在是指在加工过程中采用的基准加工过程中采用的基准。2.工艺基准工艺基准零件图DABCHH1 工序基准是工序图上所采用的基准。在图中，C面位置由尺寸L1确定，其工序基准为B面。测量基准是指在测量时所采用的基准。如图所示的零件，键槽深度的设计尺寸为H，零件加工后，则需测量尺寸H1来检验键槽深度，则圆柱表面是其测量基准。（2）工序基准工序基准（3）测量基准测量基准1L工序图2L L3（4）装配基准装配基准DAB L2 L1 D面的设计基准是B面，但L1的尺寸测量不方便，故D面的测量基准为A面（即通过测量L2尺寸来确定L

14、1）。装配基准是指装配时，用来确定零件或部件在产品中的相对位置所采用的基准。A3A2A1A0工件在工件在V 型块上定位型块上定位工件与V型块的接触为：两条母线o体现的是工件中心线3.3.定位基准的选择定位基准的选择定位基准的选择实际上是定位基面的选择。定位基准的选择实际上是定位基面的选择。根据是否被加工，定位基面可分精基面（根据是否被加工，定位基面可分精基面（光面光面）和粗基面（和粗基面（毛面毛面）。）。1.定位误差的定义及产生的原因 用调整法加工一批工件时，工件在定位过程中会遇到如下情况：工序基准与定位基准不重合 定位副制造不准确 导致工件的工序基准偏离理想位置而产生加工误差。定位误差定位误

15、差：工件在夹具（或机床）上定位不准确工件在夹具（或机床）上定位不准确（工（工序基准偏离理想位）序基准偏离理想位）而引起的加工误差而引起的加工误差。定位误差值的大小定位误差值的大小 ：工序基准沿工序尺寸方向发生 的最大位移量。d五、定位误差的分析和计算如图所示，用调整法加工C面。工序基准：B面。H1H4（1）基准不重合引起的定位误差ACH1H4HH1minH1max 工件的工序基准与定位基准不重合。由于尺寸H1的误差会使工件顶面位置发生变化，从而使工序尺寸H4产生误差。jb基准不重合误差：jbB 工件外圆直径尺寸有大有小，会使外圆中心位置发生变化，从而导致工序尺寸H的变化基准发生位移导致工序尺寸

16、H的加工误差。H 如图所示，用调整法加工键槽。工序基准：O点。O（2）定位副制造不准确引起的定位误差基准位移误差：jyjydH综上所述：定位误差产生的原因为：工序基准与定位基准不重合引起的基准不重合误差 定位副制造不准确引起的基准位移误差即：jyjbd 因此，要提高定位精度，应使工序基准与定位基准重合；提高定位副（工件的定位基面、定位元件）的制造精度，减小配合间隙。H2（1）工件以平面定位2.定位误差的分析与计算H3min1max1HHjbH1解：铣削台肩面，定位方式如图，高度尺寸 H1的公差为T(H1)，试分析铣台肩面的工序尺寸为H2的定位误差。0jy)(1)(3HTjyjbHd)(1HT（

17、2）工件以内孔定位两种情况：任意边接触 如果工件的工序基准为孔心，则其定位误差与孔销的配合间隙有关。)(21minmaxdDjyminmaxdDjyjyjbd0jbminmaxdDdjyo1o2mind2maxD 铣键槽，安装方式如图。已知定位心轴与工件孔的配合为：分析铣键槽的定位误差。027.0)967.29021.30(5.0)(Hd 单边接触H,6730fH解：解：020.0033.030630f021.0030730H单边接触0jb)(21minmaxdDjy（3）工件以外圆定位H1O 工序尺寸H1 此时，定位基准与工序基准重合0jbo1o2o21oojyppopooo2121)2si

18、n2/(max1dpo)2sin2/(min2dpo)2/sin(2minmax)(ddHd)2/sin(2)()(dTHd即：dTddH2O 工序尺寸H2 此时，定位基准与工序基准不重合o1o2omin22)2/1(dcop)1)2/sin(1(2)()(dTHd)(21)2/sin(2)()(dTdTHd即：1c2c11222121)(cocoooccHdmax11)2/1(dco)(HdH3O 工序尺寸H3此时，定位基准与工序基准不重合o1o2o112112gooogop)1)2/sin(1(2)()(dTHd)(21)2/sin(2)()(dTdTHd即：1g2g2212)(gogoH

19、d)(Hd 定位方案的选择 V型块的对中性 V型块夹角的影响3.加工误差不等式加工误差不等式 在机械加工中，产生加工误差的因素很多，其主在机械加工中，产生加工误差的因素很多，其主要原因有：要原因有：(1)(1)定位误差定位误差(2)(2)对刀误差对刀误差(3)(3)安装误差安装误差(4)(4)其他误差其他误差ddd,acTcaddd,313131 因此，在夹具设计时，其定位方案的确定需依据因此，在夹具设计时，其定位方案的确定需依据定位误差的计算，若：定位误差的计算，若：Td31，则定位方案可行。，则定位方案可行。六、六、工件的夹紧和夹紧装置工件的夹紧和夹紧装置1.夹紧装置的组成夹紧装置的组成工

20、件（1 1）力源装置）力源装置 产生夹紧力产生夹紧力的动力装置。的动力装置。（2 2）夹紧元件）夹紧元件 直接作用于工件的元件。直接作用于工件的元件。（3 3）中间递力机构）中间递力机构 将原动力以一定的大小和方向传递给夹紧元件的机构。将原动力以一定的大小和方向传递给夹紧元件的机构。夹紧元件夹紧元件 +中间递力机构中间递力机构 =夹紧机构夹紧机构力源装置力源装置 +夹紧元件夹紧元件 +中间递力机构中间递力机构 =夹紧装置夹紧装置工件夹紧机构夹紧机构二、二、夹紧力的确定夹紧力的确定 工件在加工过程中会受到切削力、惯性力、重力等工件在加工过程中会受到切削力、惯性力、重力等外力的作用，若不夹紧，工件

21、在加工过程中就可能发外力的作用，若不夹紧，工件在加工过程中就可能发生移动。工件移动会破坏其在定位过程中获得的既定生移动。工件移动会破坏其在定位过程中获得的既定位置，会损坏刀具及机床，甚至导致人身事故。位置，会损坏刀具及机床，甚至导致人身事故。力的三要素力的三要素大小、方向、作用点。大小、方向、作用点。1.1.夹紧力作用点的选择原则夹紧力作用点的选择原则夹紧力作用点应正对支承元件位或支承元件所形成的支承面内，以保证工件已获得的定位保持不变。工件夹紧力作用点应处于工件刚性好的部位。夹紧力作用点应处于工件刚性好的部位。夹紧力作用点应尽量靠近加工表面。夹紧力作用点应尽量靠近加工表面。2.2.夹紧力作用

22、方向的选择原则夹紧力作用方向的选择原则夹紧力的作用方向应夹紧力的作用方向应有利于工件的准确定位，有利于工件的准确定位，而不能破坏定位。而不能破坏定位。ABC夹紧力的作用方向应夹紧力的作用方向应尽量与工件刚度最大的尽量与工件刚度最大的方向相一致，以减工件方向相一致，以减工件的变形。的变形。夹紧力的作用力方向夹紧力的作用力方向应尽可能与切削力、工应尽可能与切削力、工件重力方向一致，以减件重力方向一致，以减小所需夹紧力。小所需夹紧力。GFPFjF3.3.夹紧力大小的估算夹紧力大小的估算 估算估算夹紧力的一般方法是将工件看着分离体，并夹紧力的一般方法是将工件看着分离体，并分析作用在工件上的各种力，再根

23、据力系平衡条件，分析作用在工件上的各种力，再根据力系平衡条件，确定保持工件平衡所需最小夹紧力。确定保持工件平衡所需最小夹紧力。最小夹紧力乘以一合适的安全系数即为计算夹紧力。最小夹紧力乘以一合适的安全系数即为计算夹紧力。（安全系数：粗加工（安全系数：粗加工k=2.53,精加工精加工k=1.52）四、常用四、常用夹紧机构夹紧机构1.1.斜楔夹紧机构斜楔夹紧机构工件工件2.2.螺旋夹紧机构螺旋夹紧机构工件3.3.圆偏心夹紧机构圆偏心夹紧机构工件4.4.夹紧装置夹紧装置 借助除手动借助除手动之外的动力源之外的动力源 R122.035730H712H710H82810300.281.63.21.61.612其余其余2545要要 求求1.零件工艺分析。零件工艺分析。2.制订工艺路线，编制工艺文件。制订工艺路线，编制工艺文件。其中需编写钻其中需编写钻 12H7工序的工序卡。工序的工序卡。3.拟定零件各加工面的定位方案。拟定零件各加工面的定位方案。其中钻其中钻 12H7工序需至少工序需至少2种方案比较。种方案比较。4.确定工序尺寸。确定工序尺寸。5.钻钻 12H7工序夹具结构设计工序夹具结构设计