机械制造工艺学第二章机床夹具设计课件.ppt
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- 机械制造 工艺学 第二 机床 夹具 设计 课件
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1、本章要点机床夹具概述工件在夹具中的定位工件在夹具中的夹紧机床夹具设计步骤与方法各类机床夹具视频:视频:1机床夹具在加工中的作用机床夹具在加工中的作用L2L1L1L2定位元 件 划线找正加工方法 夹具定位加工方法2 以上分析可以看出,机床夹具的作用是:(1)保证加工精度 夹具的最大功用是保证加工表面的位置精度。(2)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 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31机床夹具机床夹具 机床上用来装夹工件的一种装置,其机床上用来装夹工件的一种装置,其作用是作
2、用是使工件相对于机床或刀具有一个正确的加工位置使工件相对于机床或刀具有一个正确的加工位置,并在加工过程中保持这个位置不变。,并在加工过程中保持这个位置不变。4装夹:装夹:将工件安放在机床上或夹具上进行将工件安放在机床上或夹具上进行定位和夹定位和夹 紧紧的操作过程。的操作过程。定位:定位:使一批工件在机床上或夹具上相对于刀具使一批工件在机床上或夹具上相对于刀具处处 在正确的加工位置在正确的加工位置的操作过程。的操作过程。夹紧:夹紧:工件在夹具中定位后,将其压紧、夹牢,使工件在夹具中定位后,将其压紧、夹牢,使 工件在加工过程中,工件在加工过程中,始终保持定位时所取得始终保持定位时所取得 的正确加工
3、位置的正确加工位置。2 2、装夹、定位、夹紧的基本概念装夹、定位、夹紧的基本概念定位与夹紧的区别:定位与夹紧的区别:定位是使工件占有一个正确的位置,定位是使工件占有一个正确的位置,夹紧是使工件保持这个正确位置。夹紧是使工件保持这个正确位置。5 1按使用范围分:按使用范围分:1)通用夹具)通用夹具 2)专用夹具)专用夹具 4)成组夹具)成组夹具 3)组合夹具:)组合夹具:5)随行夹具:)随行夹具:8三爪卡盘四爪卡盘万向平口钳回转工作台分度头通用夹具9组合夹具实例1011零件工序简图43DLLD43D43LDL34DL43DL34成组(部分元件可更换)夹具KH1KH2KH3KH412 2按机床分类
4、按机床分类 1)车床夹具)车床夹具 2)铣床夹具)铣床夹具 3)钻床夹具)钻床夹具 4)磨床夹具)磨床夹具 5)数控机床夹具)数控机床夹具 13 3按动力源分类按动力源分类 1)手动夹紧)手动夹紧 2)气动夹紧)气动夹紧 3)液动夹紧)液动夹紧 4)电磁夹紧)电磁夹紧 5)真空夹紧)真空夹紧 14气动虎钳 液压夹具151定位元件定位元件2夹紧装置夹紧装置3对刀引导元件对刀引导元件4连接元件连接元件5夹具体夹具体6其它件其它件16 1工件通过工件通过定位元件定位元件在夹具上在夹具上占有一个正确的占有一个正确的位置位置 2工件通过工件通过夹紧元件夹紧元件保证加工过程中保证加工过程中始终保持始终保持
5、原有的正确位置原有的正确位置 3夹具夹具通过通过对刀元件对刀元件相对相对刀具刀具保持正确位置保持正确位置 4夹具夹具通过通过连接元件连接元件,相对于机床相对于机床保持一个正保持一个正确位置确位置 5夹具通过其他装置,完成其他要求夹具通过其他装置,完成其他要求 6夹具体夹具体把上述的几种元件把上述的几种元件组合成一个整体组合成一个整体。17 一定位的原理一定位的原理 1自由物体:自由物体:2六个自由度:六个自由度:沿沿x轴移动自由度轴移动自由度 沿沿y轴移动自由度轴移动自由度 沿沿z轴移动自由度轴移动自由度 沿沿x轴转动自由度轴转动自由度 沿沿y轴转动自由度轴转动自由度 沿沿z轴转动自由度轴转动
6、自由度 视频:视频:18 3定位支承点(约束点)如图定位支承点(约束点)如图2-6所示所示 图2-619X六点定位原理ZY 要确定其空间位置,就需要限制其 6 个自由度 将 6 个支承抽象为6个“点”,6个点限制了工件的6 个自由度,这就是六点定位原理。任何一个物体在空间直角坐标系中都有 6 个自由度20 夹紧与定位概念分开:“点”的含义 对自由度的限制,与实际接触点不同21二、根据加工精度要求,确定工件必须限制二、根据加工精度要求,确定工件必须限制的自由度数目的自由度数目【例例1】在球面上加工平面:如下图在球面上加工平面:如下图 应限制SZXY3.222【例例2】球面上加工不通孔:如图球面上
7、加工不通孔:如图2-8应限制应限制 图2-8 23【例3】铣平面,如图2-9应限制应限制xyzhh图2-9 铣平面24【例例4】车光轴,如图车光轴,如图2-10应限制应限制yxzD图2-10 车光轴25【例例5】铣沟槽铣沟槽 b由铣刀保证,如图由铣刀保证,如图2-11 应限制应限制 b:由刀具保证:由刀具保证 L:h:26【例例6】铣不通槽铣不通槽 如图如图2-12应限制应限制 27(三)定位元件限制工件自由度(三)定位元件限制工件自由度 首先讲解首先讲解单个典型表面单个典型表面的定位元件,单个的定位元件,单个典型表面是指平面、内外圆柱面、内外圆锥面等。典型表面是指平面、内外圆柱面、内外圆锥面
8、等。单个典型表面是组成各种不同复杂工件的基本单单个典型表面是组成各种不同复杂工件的基本单元,元,分析单个典型表面的定位及定位元件设计分析单个典型表面的定位及定位元件设计是是进行夹具定位分析和夹具定位方案设计的基础进行夹具定位分析和夹具定位方案设计的基础 28 平面定位的主要形式是支承定位。常用的定位元件有支承钉、支承板、夹具支承件和夹具体的凸台及平面等。下图给出了平面定位的几种情况。1 1)支承钉)支承钉A A、结构结构A型是型是平头支承钉平头支承钉:B型是型是球头支承钉球头支承钉:C型是型是齿纹齿纹顶面的顶面的 支承钉支承钉:29B B 定位情况定位情况302 2)支承板)支承板A A 结构
9、结构A型:型:所以所以常用于侧面常用于侧面或顶面的或顶面的定位定位。B型:型:支承板的工作平面上开有斜槽,支承板的工作平面上开有斜槽,B型支承型支承板应用较多,板应用较多,用于底面的定位用于底面的定位更合适。更合适。31B B 定位情况定位情况32平面定位的几种情况。ZXYZXYZXYZXY工件以平面定位ZXYZXY33对粗基准:对粗基准:使用三个支承銷(三点构成一个平面)作为定使用三个支承銷(三点构成一个平面)作为定位元件,限制工件三个自由度位元件,限制工件三个自由度对精基准:对精基准:可用一支承板代替三个支承銷定位,同样限制可用一支承板代替三个支承銷定位,同样限制工件的三个自由度工件的三个
10、自由度 图:支承钉、支承板及其用法 34 工件以圆孔定位多属于定心定位(定位基准为圆柱孔轴线)。常用定位元件是定位销和心轴。定位销有圆柱销、圆锥销、菱形销等形式;心轴有刚性心轴(又有过盈配合、间隙配合和小锥度心轴等)、弹性心轴之分。1 1)圆柱销)圆柱销A A 结构结构35B B 定位情定位情况况362 2)菱形销)菱形销B B 定位分析如前图定位分析如前图A A 结构结构373 3)圆锥销)圆锥销A A 结构结构B B 定位分析定位分析384 4)定位心轴)定位心轴A A 结构结构B B 定位分析定位分析39 工件以圆锥孔定位时,所用工件以圆锥孔定位时,所用定位元件为圆定位元件为圆锥心轴或圆
11、锥销以及双顶尖锥心轴或圆锥销以及双顶尖。圆锥心轴限制工件圆锥心轴限制工件5个自由度,圆锥销限工件四个自由度。个自由度,圆锥销限工件四个自由度。A A 定位形式定位形式40B B 定位分析定位分析41、X Y Z、XY双顶尖定位双顶尖定位固定顶尖限制工件三个自由度:固定顶尖限制工件三个自由度:活顶尖限制工件二个自由度:活顶尖限制工件二个自由度:42 工件以外圆柱面定位两种形式:定心定位和支承定位。工件以外圆柱面定心定位的情况与工件以圆孔定位的情况相仿(用套筒和卡盘代替心轴或柱销)。支承定位时用支承板、支承钉。支承定位时用支承板、支承钉。1 1)圆定位套)圆定位套A A 定位情况定位情况43B B
12、 定位分析定位分析442 2)V V形块形块 用于完整的外圆柱面和非完整的外圆柱面的用于完整的外圆柱面和非完整的外圆柱面的定位,是外圆定位中最常用的定位元件。定位,是外圆定位中最常用的定位元件。H2tg2N2sin2DT A A 结构结构45B B 定位分析定位分析46C C:V V形块的特点形块的特点 1、V形块对外圆柱面定位,形式上是支承定形块对外圆柱面定位,形式上是支承定位,但其位,但其实质是定心定位实质是定心定位。2、V形块形块能起对中作用能起对中作用 3 3、可以用于非完整外圆的定位、可以用于非完整外圆的定位 4 4、活动活动V形块形块常常起着定位和夹紧的双重作常常起着定位和夹紧的双
13、重作用用(既是定位元件,又是夹紧元件)。(既是定位元件,又是夹紧元件)。47c)XZYX484 4)支承板)支承板 支承板对外圆柱面的定位就是平面与外圆母线支承板对外圆柱面的定位就是平面与外圆母线的接触的接触.定位分析定位分析495)三爪卡盘定位三爪卡盘定位50三爪卡盘定位的定位分析三爪卡盘定位的定位分析主要看工件的定位表面与三爪卡盘的相对夹持长度的多少:主要看工件的定位表面与三爪卡盘的相对夹持长度的多少:、X Y X Y当相对夹持长度长时,限制工件四个自由度:当相对夹持长度长时,限制工件四个自由度:当相对夹持长度短时,限制工件二个自由度:当相对夹持长度短时,限制工件二个自由度:、X Y 生产
14、中常采用在三爪与工件之间设置一钢丝圆环,以减少相对夹持长度。51(四)几种不同的定位形式(四)几种不同的定位形式1固定支承:固定支承:2可调支承:可调支承:可 调 支 承可 调 支 承的结构的结构523自位支承:自位支承:自位支承结自位支承结构构 自位支承虽然增加了与工件定位面的接触点数自位支承虽然增加了与工件定位面的接触点数目,但通过其内部的浮动联系目,但通过其内部的浮动联系起到的是单点支承的作起到的是单点支承的作用用,即,即自位支承只限制工件一个自由度自位支承只限制工件一个自由度。用途:用途:常用于常用于毛坯表面毛坯表面,断续表面断续表面,阶梯表面阶梯表面的定的定位。位。定位分析定位分析5
15、34辅助支承:辅助支承:A A 辅助支承辅助支承的应用的应用5455B B 辅助支承结构辅助支承结构56辅助支承定位分析:辅助支承定位分析:辅助支承是在工件定位后才参与支承的辅助支承是在工件定位后才参与支承的元件元件,其,其高度是由工件确定的高度是由工件确定的,因此,因此它不起定位它不起定位作用,作用,但辅助支承锁紧后就成为固定支撑,但辅助支承锁紧后就成为固定支撑,能承能承受切削力。受切削力。57举例举例:连杆工件在由定位支承板、短銷和挡銷组成的夹具中定连杆工件在由定位支承板、短銷和挡銷组成的夹具中定位,试对此定位方案进行定位分析。(如下图所示)位,试对此定位方案进行定位分析。(如下图所示)工
16、件工件在夹具中在夹具中相对于刀具的六个自由度全部被限制相对于刀具的六个自由度全部被限制的的定位方法定位方法称为完全定位。称为完全定位。58YXZ、X YZ 解:解:写出各定位元件所限制的自由度:写出各定位元件所限制的自由度:支承板限制工件三个自由度:支承板限制工件三个自由度:短銷限制工件二个自由度:短銷限制工件二个自由度:挡銷限制工件一个自由度:挡銷限制工件一个自由度:故故 定位性质:为完全定位定位性质:为完全定位。59 限制了影响工件加工精度的自由度,且又限制了影响工件加工精度的自由度,且又少于六点的定位方法少于六点的定位方法称为部分定位称为部分定位。重要概念:重要概念:不能片面地理解为不能
17、片面地理解为“少于六点定位的定位方法称为部少于六点定位的定位方法称为部分定位分定位”。因为下面讲到的“欠定位”也是少于六点的定位,两者不能混淆。影响该加工表面加工精度的自由度也影响该加工表面加工精度的自由度也称必须限制的自称必须限制的自由度由度。换句话说换句话说,必须限制的自由度如果不限制的话,必须限制的自由度如果不限制的话,必将影响工件的加工精度而出现废品工件,这是绝对必将影响工件的加工精度而出现废品工件,这是绝对不允许的。不允许的。不影响工件加工精度的自由度允许不被限制。不影响工件加工精度的自由度允许不被限制。部分定位(部分定位(60举例:在长方形工件毛坯上,用铣刀铣槽、铣台阶面举例:在长
18、方形工件毛坯上,用铣刀铣槽、铣台阶面和铣平面。试分析必须限制的自由度有哪些?允许和铣平面。试分析必须限制的自由度有哪些?允许不限制的自由度又有哪些?不限制的自由度又有哪些?61b)B欠定位示例XZYa)B6263(桌子与三角架)图2-17 过定位分析64(六)定位表面的组合(组合定位分析)(六)定位表面的组合(组合定位分析)工件上工件上常见的定位基准是以组合的形式出现:常见的定位基准是以组合的形式出现:如如面与面的面与面的组合;组合;内、外内、外圆柱面与端面圆柱面与端面的组合;的组合;圆柱孔与平行于孔轴线的平面的组合(如:圆柱孔与平行于孔轴线的平面的组合(如:平平面与削边销定位面与削边销定位)
19、;);锥面与锥面锥面与锥面的组合(的组合(中心孔中心孔定位);定位);两平行圆柱孔与垂直于圆柱孔轴线的平面的组两平行圆柱孔与垂直于圆柱孔轴线的平面的组合(简称合(简称一面两孔一面两孔定位)等等。定位)等等。651、组合定位的概念及定位基准的主次之分、组合定位的概念及定位基准的主次之分 主要定位面主要定位面:限制工件自由度数限制工件自由度数最多最多的定位表面的定位表面称称第一基第一基准面准面或支承面或支承面次要定位面次要定位面:限制工件自由度数限制工件自由度数次多次多的定位面的定位面称称第二基准第二基准面面或导向面或导向面第三定位面第三定位面:限制工件自由度数限制工件自由度数为为1的定位的定位称
20、称第三基准面第三基准面或止推面或止推面66三基面组合基准定位67 2组合定位的定位分析要点组合定位的定位分析要点(1)先分析限制工件自由度数最多的那个定位元先分析限制工件自由度数最多的那个定位元件件(或定位元件的典型组合)限制工件的具体自由(或定位元件的典型组合)限制工件的具体自由度,再分析限制工件自由度次多的那个定位元件限度,再分析限制工件自由度次多的那个定位元件限制的具体自由度,制的具体自由度,(2)定位元件组合时限制工件自由度的)定位元件组合时限制工件自由度的总数目总数目等等于各个定位元件单独定位时限制工件自由度数目之于各个定位元件单独定位时限制工件自由度数目之和和,但具体限制哪些自由度
21、却会随组合情况的不同,但具体限制哪些自由度却会随组合情况的不同而发生变化。而发生变化。68(3)定位元件)定位元件单独使用时限制移动自由度,在单独使用时限制移动自由度,在组合定位中常会转化成限制转动自由度组合定位中常会转化成限制转动自由度。一经。一经转化,将不再起单独定位时的作用。(转化,将不再起单独定位时的作用。(如下图中的两如下图中的两短短V V形块组合定位形块组合定位)(重点、难点!)(重点、难点!)69a)b)组合定位分析图例a)图)图 解:解:1)定位原理分析)定位原理分析支支承板承板限制的自由度:限制的自由度:短销短销限制的自由度:限制的自由度:固定短固定短V形块形块限制的自由度:
22、限制的自由度:故故属过定位属过定位。2)改进方案改进方案:将固定:将固定V形块形块改为活动改为活动V形块。形块。YXZ、YXZX、b)图)图 解:解:1)定位原理分析:)定位原理分析:右边右边两短两短V形块相当于一长形块相当于一长V形形块块,限制:,限制:左边左边短短V形块形块限制:限制:故故属完全定位属完全定位。YXYX、ZZ、70(1 1)使定位元件在产生过定位的方向上可移动)使定位元件在产生过定位的方向上可移动,以消,以消除该方向的移动过定位。(如活动顶尖不能限制除该方向的移动过定位。(如活动顶尖不能限制 )a)b)过定位消除方法之一71a)b)d)c)自位支承a)三点球面式 b)两点摆
23、动式 c)两点杠杆式 d)两点均衡移动式(2)采用自位支承)采用自位支承,消除定位元件绕某个(或某两,消除定位元件绕某个(或某两个)坐标轴转动方向的过定位。个)坐标轴转动方向的过定位。72(3)改变定位元件的结构形式来消除过定位。)改变定位元件的结构形式来消除过定位。过定位:过定位:一面两销定位:一面两销定位:73过定位引起夹紧变形4 4、定位方案分析举例、定位方案分析举例【例例1】过定位引起夹紧变形过定位引起夹紧变形74改进方案:75b)XZYX76左顶尖左顶尖限制的自由度:限制的自由度:XYZ右顶尖(活动顶尖)右顶尖(活动顶尖)限制的自由度限制的自由度:XY三爪卡盘(夹持长度长)三爪卡盘(
24、夹持长度长)限制的自由度:限制的自由度:XYXY2 2)定位性质:)定位性质:过定位3 3)改进方案:)改进方案:去掉三爪卡盘,采用双顶尖定位。去掉三爪卡盘,采用双顶尖定位。【例例1】77支承板支承板限制的自由度:限制的自由度:ZXY左短左短V V形块形块限制的自由度:限制的自由度:XY右活动短右活动短V V形块形块限制的自由度:限制的自由度:Y2 2)定位性质:)定位性质:过定位3 3)改进方案:)改进方案:去掉活动短去掉活动短V V形块,对工件直接夹紧。形块,对工件直接夹紧。b)XZYX【例例2】78【例例3】分析图示零件加工两个小孔时必须限制的自由度,选择定位基准和定位元件,并在图中示意
25、画出;确定夹紧力作用点的位置和作用方向,用规定的符号在图中标出。根据工件加工表面的加工要求,设计定位方案(重点)根据工件加工表面的加工要求,设计定位方案(重点)79 判断判断定位方案是否正确时,要定位方案是否正确时,要把握二点:把握二点:一是定位方案必须合理一是定位方案必须合理(无重复定位和欠定位);(无重复定位和欠定位);二是该定位方案必须能够保证工件的加工精度二是该定位方案必须能够保证工件的加工精度(定位误差应(定位误差应为最为最小);小);如不能同时满足以上二点,则该方案是错误的。如不能同时满足以上二点,则该方案是错误的。解:解:1)必须限制的自由度:)必须限制的自由度:X ZXYZ2)
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