机械制造工艺装备机床夹具.ppt

,第三节 机床夹具,机床夹具概述,二,基准与工件的定位,四,典型夹紧机构,工件的夹紧,典型机床夹具,机床夹具实现工件在机床上定位和夹紧的工艺装备,一、机床夹具概述,1.夹具的概念,安装,定位,夹紧,确定工件在夹具中占有正确位置的过程。,工件定位后将其固定，使其在加工过程中保持定位位置不变的过程。,保证加工精度。,提高劳动生产率，降低生产成本。,改善工人的劳动条件，保证生产安全 。,扩大机床工艺范围 。,2 . 机床夹具的功用,机床夹具在机械加工中的作用,基本组成,定位装置,夹紧装置,夹具体,将工件压紧夹牢，保证工件在加工过程中受到外力作用时不离开已经占据的正确位置。,使工件在夹具中占据正确的位置。,将夹具上的所有组成部分，联接成为一个整体的基础件。,其它组成,连接元件,对刀、引导元件,其它装置,确定刀具相对工件的正确位置。,确定夹具本身在机床上的位置。,如分度装置、靠模装置、上下料装置和平衡块等。,3. 机床夹具的组成,机床夹具的组成示例1,定位元件心轴2 夹紧元件开口垫圈3和螺母4 导向元件钻套1 夹具体 夹具体6 此外有钻模板和连接元件等,钻床夹具 1-钻套 2-心轴 3-开口垫圈 4-螺母 5-工件 6-夹具体,1-夹具体 2-定向键 3-定位支承板 4-偏心轮 5-工件 6-V型块 7-对刀块,铣床夹具,机床夹具的组成示例2,1. 按夹具的通用特性分类 通用夹具、专用夹具、可调夹具、组合夹具、自动夹具 和自动线夹具等。 2. 按使用的机床分类 车床夹具、铣床夹具、钻床夹具、镗床夹具、 磨床夹具以及其它机床夹具等。 3. 按夹紧的动力源分类 手动夹具、气动夹具、液压夹具、气液联动夹具、 电动夹具、电磁夹具、真空夹具、离心力夹具等。,4.机床夹具的类型,通用夹具,已标准化，有较大适用范围，通用性强。适用于单件小批生产。如三爪、四爪卡盘、分度头、平口钳等。,组合夹具,由一套预先制造好的各种不同形状、规格、尺寸，具有完全互换性、高精度、高耐磨性的（不同于专用夹具的）标准元件或合件，按不同工件的工艺要求迅速组装成所需要的夹具，可随时拆卸再重组的夹具。特别适用于新产品试制和单件小批生产。,通过调整或更换少量元件就能加工一定范围的工件，兼有专用夹具和通用夹具的特点。,可调夹具,自动夹具,具有自动上、下料机构的夹具,自动线夹具,自动线或柔性制造系统中使用的夹具，有固定式和随行式两种,根据某一工件特定工序专门设计的夹具。结构紧凑，操作方便。适用于批量生产以及必须依靠专用夹具保证精度的场合。,专用 夹具,按通用特性分 类,专用可调夹具,通用可调夹具,又称为成组夹具，通过调整或更换少量元件就能加工形状相似或工艺相似的工件。,4.机床夹具的类型,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,机床夹具实例通用夹具,连杆加工专用夹具：该夹具靠工作台T形槽和夹具体上定位键确定其在数控铣床上的位置，并用T形螺栓紧固。,机床夹具实例专用夹具1,专用夹具,机床夹具实例专用夹具2,机床夹具实例成组夹具,组合夹具,1加筋角铁（2）2槽用螺栓（6）3平键（10）4方形支承 5定位支承 6方形支承 7平垫圈 8六角螺母（8）9 槽用螺栓 10钻套螺钉 11快换钻套 12钻模板 13圆形定位销 14工件 15方形支承 16角铁 17压紧螺钉 18基础板,机床夹具实例组合夹具1,组合夹具实例,机床夹具实例组合夹具2,孔系组合夹具,机床夹具实例组合夹具3,槽系组合夹具,机床夹具实例组合夹具4,随行夹具在自动线上的工作情况,1-定位机构 2-钩形压板 3-支承辊 4-随行夹具 5-输送带 6-输送支承 7-机床夹具 8-杠杆 9-液压缸,机床夹具实例随行夹具,液压夹具,气动虎钳,机床夹具实例气动、液压夹具,基准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、面。,（一）基准的概念,二、基准与工件的定位,根据功用不同基准可分为,设计基准,工艺基准,在零件图上用以确定其它点、线、面位置的基准。,在工艺过程（加工、检验和装配）中所使用的基准。,工序基准,定位基准,测量基准,装配基准,在工序图上用来确定本工序的加工表面加工后尺寸、位置的基准。,加工时，使工件在机床或夹具中占据一正确位置所用的基准。,检验时用以测量工件已加工表面尺寸及位置的基准。,装配时用以确定零件、组件和部件在机器中的位置所采用的基准。,钻套零件图,设计基准,作为设计基准的点、线、面有时不一定看得见、摸得着，但它们确实存在（如表面的几何中心、对称线、对称面等），常常由一些具体的表面来体现，这些具体表面称为基面。,工件的基准示例,工序基准,磨削外圆D2及端面的工序图,用钻套内孔D1套在心轴上磨削外圆D2及端面时，内孔的轴线O1-O1就是工序基准。,工件的基准示例,工序基准,钻孔的工序图,工序尺寸若是L2，则A面是其工序基准；工序尺寸若是L3，则B面是其工序基准。,工件的基准示例,定位基准,用钻套内孔D1套在心轴上磨削外圆D2及端面时，内孔的轴线O1-O1就是定位基准。,工件的基准示例,磨削外圆D2及端面的工序图,定位基准,用平面和圆柱销定位加工齿轮时，底面及内孔的轴线就是定位基准。,加工齿轮时的工序图,工件的基准示例,工序基准与定位基准的关系,工序基准,定位基准,N面为加工孔的工序基准,N面为加工孔的定位基准，定位基准与工序基准重合。,M面为加工孔的定位基准，定位基准与工序基准不重合。,工件的基准示例,钻套零件图,测量基准,以钻套内孔套在心轴上用百分表测量D2外圆的径向圆跳动及端面B的端面圆跳动时，钻套内孔的轴线就是测量基准。,工件的基准示例,装配基准,钻套零件，装在钻模板上是以其外圆D2及端面B来确定钻套位置的，则外圆D2的轴线和端面B是装配基准。,钻套零件图,工件的基准示例,齿轮的装配基准,装配基准,齿轮装在轴上，内孔轴线是它的装配基准；,工件的基准示例,轴装在箱体孔上，则轴颈轴线是装配基准；,主轴箱体装在床身上，则箱体的底面是装配基准。,各种基准示例 a)设计基准 b)工序基准 c)定位基准 d)测量基准,定位 + 夹紧 = 装夹或安装。 （1）定位 加工前，使工件在机床上或夹具上占据正确的加工位置的过程。,1.工件的装夹过程,（二）工件定位的概念及定位的要求,为了保证工件加工面与其工序基准之间的位置精度（如同轴度、平行度、垂直度等）和距离尺寸精度。使同批工件在机床或夹具上有正确位置。,工件定位的目的,工件定位的要求,（1）使工件加工面的工序基准与机床保持一正确的位置； （2）使工件加工面的工序基准与刀具保持一正确的位置。,（2）夹紧 用施加外力的形式，把工件已确定的定位位置固定下来的过程。,1）夹紧时不破坏工件定位后的正确位置； 稳 2）夹紧力大小要适当； 牢 3）夹紧动作要迅速、可靠； 快 4）结构紧凑，易于制造与维修。,基 本 要 求,2.工件定位的要求,使工件加工面的工序基准与机床保持正确的位置 保证加工面与其工序基准间的位置精度 使工件加工面的工序基准与刀具保持正确的位置 保证加工面与其工序基准间的距离尺寸精度 试切法、调整法、定尺寸刀具法,（1）试切法试切测量调整再试切 单件小批生产 （2）调整法加工前按规定尺寸调整好刀具与工 件的相对位置，并在一批工件的加 工过程中保证这种位置的加工方法 常用于成批大量生产中。 （3）定尺寸刀具法用刀具的相应尺寸来保证工 件被加工部位的尺寸。,尺寸精度的获得方法,试切法,尺寸精度的获得方法,尺寸精度的获得方法,调整法,（三）工件的定位方法,直接找正法示例,（1）直接找正法,利用百分表、划针或目测等直接在机床上找正工件，使其获得正确位置的装夹方法。,找正困难且费时间，装夹精度靠工人的经验和量具的精度保证，适用于单件小批生产、相互位置精度要求很高、应用夹具装夹又难以达到精度的形状简单的工件加工。,直接找正定位,划线找正法示例,（2）划线找正法,用划针根据毛坯或半成品上所划的线为基准，找正它在机床上正确位置的装夹方法。,由于划的线本身有一定的宽度，又有划线误差，因此它的装夹精度低，一般在0.20.5 mm 之间。适于单件小批生产或毛坯精度较低、大型工件粗加工。,划线找正定位,（3）用夹具装夹法,直接利用夹具上的定位元件使工件获得正确位置的安装方法。,此法定位迅速、可靠，效率高，定位精度较高，易保证质量，广泛用于成批生产和大量生产。,1、2-支承板 3、4、5-支承钉 6-钻套,由于夹具的定位元件与机床和刀具的相对位置均已预先调整好，故工件定位时不必再逐个调整。,使用夹具定位,铣键槽工序的夹具,使用夹具定位,四、工件的定位原理,1.六点定则,未定位的工件在空间有六个自由度,工件六个的自由度,定位就是限制这六个自由度。,六点定则,用合理分布的六个支承点限制工件六个自由度的法则。,2.常用定位元件限制的自由度,2.常用定位元件限制的自由度,2.常用定位元件限制的自由度,2.常用定位元件限制的自由度,2.常用定位元件限制的自由度,2.常用定位元件限制的自由度,3.限制工件自由度与加工要求的关系,按照加工要求确定工件必须限制的自由度,不通槽,考虑定位方案时，先分析必须消除哪些自由度，再以相应定位点去限制。,工件应限制的自由度的确定实例,完全定位：工件的6个自由度全都被限制。 不完全定位：工件被限制的自由度少于6个，但能保证加工要求的定位。,4.完全定位与不完全定位,上图a为完全定位，图b和图c为不完全定位。,完全定位与不完全定位都是合理的定位方式。,球体上通铣平面，分析根据加工要求应该限制的自由度，如何定位？,不完全定位实例,不完全定位实例,不完全定位实例,欠定位实例,5.欠定位,按照加工要求应限制的自由度没有被限制的定位。 在实际生产中是绝对不允许的。,过定位造成的后果： （1）使工件或夹具元件变形，引起加工误差； （2）使部分工件不能安装，产生定位干涉（如一面两圆柱销） 过定位一般是不允许的，但在精加工时也可看到。,工件的一个自由度被两个或以上支承点重复限制的定位。,6.过定位,（1）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； （2）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，精加工时可增加刚度和定位稳定性。,消除过定位及其干涉的途径：,过定位实例1,例1解决过定位的方法,将长圆柱销1改成短圆柱销,过定位实例2,例2 解决过定位的方法一,例2 解决过定位的方法二,完全定位,大端面限制: X 方向的移动自由度 Y、Z的转动自由度,短销限制: Y、Z方向的移动自由度,防转销限制: X 方向转动自由度,不完全定位,应该限制: Y、Z方向的移动自由度 Y、Z的转动自由度,（3）欠定位,欠定位: 如果没有防转销属欠定位,欠定位在生产中是不允许出现的！,（4）过定位,夹持较长卡盘相关于套筒限制: Y、Z方向的移动自由度 Y、Z的转动自由度,顶尖限制: Y、Z 方向转动自由度,一夹一顶 夹持部分较长,重复限制: Y、Z 方向转动自由度,举一反三考考你,应该限制: Z方向的移动自由度 X、 Y 的转动自由度,举一反三考考你,短销限制: Y、Z方向的移动自由度,端面限制: X方向的移动自由度 Y、Z的转动自由度,大平面限制: Z方向的移动自由度 Y、 X的转动自由度,举一反三考考你,四点配作: 增强工件定位的稳定性,（一）定位副及对定位元件的要求,1.定位副,工件的定位是通过工件上的定位表面与夹具上的定位元件的接触或配合来实现的。,五、工件的定位方式及定位元件,定位基面与限位基面合称为定位副。,工件以圆孔在心轴上定位时的定位副,当工件以回转表面与定位元件接触或配合时，工件上的回转表面称为定位基面，其轴心线称为定位基准。,1.定位副,如果工件上的这个平面是精加工过的，形状误差很小，可认为定位基面就是定位基准。同样，定位元件以平面限位时，如果这个面的形状误差很小，也可认为限位基面就是限位基准。,工件以平面与定位元件接触时的定位副,1.定位副,工件在夹具上定位时，理论上定位基准与限位基准应该重合，定位基面与限位基面应该接触。,主要定位面：当工件上有几个定位基面时，限制自由度最多的定位基面。 主要的限位面：当定位元件上有几个限位基面时，限制自由度最多的限位基面。,1.定位副,（二）对定位元件的要求,（1）足够的精度 （2）足够的强度和刚度 （3）较高的耐磨性 （4）良好的工艺性,2.对定位元件的要求,（二）常见定位方法与定位元件,（1）固定支承（支承钉）,1.工件以平面定位时的定位元件,各种固定支承钉,（1）固定支承（支承板）,固定支承板 a)A型 b)B型,（2） 可调支承,可调支承,多用于毛面定位，每批调整一次，以补偿各批毛坯误差。,（3）自位支承,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。,（4）辅助支承,在工件定位后才参与支承的元件，不限制自由度， 主要用于提高工件的刚度和定位稳定性。,辅助支承的作用,2.工件以圆孔定位 （1）定位销 分固定式和可换式，圆柱销和菱形销,（2）圆锥销 常用于工件孔端的定位，可限制三个自由度,（3）定位心轴 主要用于盘套 类零件的定位,定位心轴 1-引导部分 2-工作部分,3.工件以外圆表面定位 （1）定位套筒,（2）半圆套 常用于大型轴类工件的定位。,（3）V形块定位 结构尺寸已标准化，斜面夹角有6090120,（4）外圆定心夹紧 三爪卡盘、双V形铁定心夹紧、弹簧夹头,4.工件以其它表面定位,5.组合表面定位 （1）一个平面和与其垂直的两个孔组合,这种定位属于过定位,解决办法是： 将销2做成 削边销,（2）一平面和与其垂直的两外圆柱面组合,（3）一孔和一平行于孔中心线的平面组合,六、工件的夹紧,动力装置,根据夹紧装置的动力源大致可分为：手动、气动、液动、电动、电磁等。,1.夹紧装置的组成,夹紧机构,中间传力机构： 改变力的大小，通常为增力机构； 改变夹紧力的方向； 使夹具具有一定的自锁性，以保证夹紧可靠。,夹紧元件： 执行夹紧的最终元件，直接与工件接触。,接受和传递原始作用力使之变为夹紧力并执行夹紧任务的部分，一般由下列机构组成： （1）接受原始作用力的机构。 （2）中间传力机构。 （3）夹紧元件。,夹紧装置的组成示例1,中间传力机构杠杆2,夹紧元件压板3,接受原始作用力的机构活塞杆,夹紧机构,动力源,气动夹紧气缸1,夹紧装置示意图,1-气缸 2-杠杆 3-压板,动力源,夹紧元件,中间传力机构,夹紧机构,接受原始作用力的机构,夹紧装置的组成示例2,手动夹紧,夹紧装置实例,基本要求,（1）夹紧时不破坏工件定位后的正确位置； （2）夹紧力大小要适当； （3）夹紧要可靠，夹紧装置的操作应安全、方便、迅速、省力； （4）夹紧装置的结构应简单、紧凑、合理，易于制造与维修。 （5）手动夹紧时，应有自锁性能。,3.夹紧力的确定,必须合理确定夹紧力的三要素：大小、方向和作用点 (1)夹紧力方向的确定 1）主要夹紧力方向应垂直于主要定位面,2）夹紧力的作用方向应使所需夹紧力最小,钻削时的夹紧力方向,铣削时的夹紧力方向,3）夹紧力的作用方向应使工件变形尽可能小,()夹紧力作用点的确定,1）夹紧力应作用在刚度较好部位,2）夹紧力作用点应落在定位元件的支承范围内,1定位元件 2工件,3）夹紧力作用点应尽可能靠近加工表面,()夹紧力大小的估算,夹紧力的大小根据切削力、工件重力的大小、方向和相互位置关系具体计算，并乘以安全系数K ，一般精加工K =1.52，粗加工K = 2.53。,夹紧力计算步骤： 1）通常只考虑切削力对夹紧的影响，将夹具和工件看作一刚性系统，以简化计算。 2）找出夹紧过程中对夹紧最不利的瞬时状态，列出静力平衡方程式，即可算出理论夹紧力。 3）为安全起见，计算出的夹紧力应乘以安全系数K， 即： Q=KQ理论,3.常用夹紧机构,（1）斜楔夹紧机构,以斜楔为研究对象，夹紧时 根据静力平衡原理，有 FQ = FR1+ FRX FR1 = FJ tan1 FRX = FJ tan(2) FJ = FQ / tan1tan(2) 设1 =2 =，当10， 可用下式近似计算 FJ = FQ / ( tan2),夹紧力FQ去除，斜楔受到FR1、 FRX作用，要能自锁，必须满 足下式 FR1 FRX FR1 = FJ tan1 FRX = FJ tan(2) tan1 tan(2) 即 1 ( 2) 或 1 2 一般1 =2 = =57， 故当1014时自锁， 一般取=68,斜楔的扩力比与夹紧行程,夹紧力