机床夹具.ppt

机床夹具主讲人：陈明机床夹具概述定位基准工件在夹具中的定位工件的夹紧夹具设计步骤组合机床夹具第一部分第一部分 机床夹具概述机床夹具概述一、一、机床夹具的组成机床夹具的组成机床夹具的组成机床夹具的组成定位元件（装置）定位元件（装置）夹紧装置夹紧装置对刀、引导元件对刀、引导元件其它装置或元件其它装置或元件夹具体夹具体连接元件连接元件(1)(1)(1)(1)定位元件定位元件定位元件定位元件:定位装置的作用是使工件在夹具中占定位装置的作用是使工件在夹具中占定位装置的作用是使工件在夹具中占定位装置的作用是使工件在夹具中占 据正确的位置。据正确的位置。据正确的位置。据正确的位置。(2)(2)(2)(2)夹紧装置夹紧装置夹紧装置夹紧装置:夹紧装置的作用是将工件压紧夹牢，夹紧装置的作用是将工件压紧夹牢，夹紧装置的作用是将工件压紧夹牢，夹紧装置的作用是将工件压紧夹牢，保证工件在加工过程中受到外力作用保证工件在加工过程中受到外力作用保证工件在加工过程中受到外力作用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。时不离开已经占据的正确位置。时不离开已经占据的正确位置。时不离开已经占据的正确位置。(3)(3)(3)(3)夹具体夹具体夹具体夹具体:夹具上的所有组成部分，需要通过一夹具上的所有组成部分，需要通过一夹具上的所有组成部分，需要通过一夹具上的所有组成部分，需要通过一 个基础件使其联接成为一个整体，这个基础件使其联接成为一个整体，这个基础件使其联接成为一个整体，这个基础件使其联接成为一个整体，这 个基础件称为夹具体。个基础件称为夹具体。个基础件称为夹具体。个基础件称为夹具体。(4)(4)对刀、引导元件对刀、引导元件 为了调整刀具的位置，在夹具上设有确为了调整刀具的位置，在夹具上设有确定刀具（如铣刀等）位置或引导刀具（孔定刀具（如铣刀等）位置或引导刀具（孔加工用刀具）方向的元件。加工用刀具）方向的元件。(5)(5)连接元件连接元件 (6)(6)其它元件及装置其它元件及装置 有些夹具根据加工要求，有分度机构，有些夹具根据加工要求，有分度机构，铣床夹具还要有定位键等。铣床夹具还要有定位键等。1快换钻头；快换钻头；2导向套；导向套；3钻模板；钻模板；4开口垫圈；开口垫圈；5螺母；螺母；6工件；工件；7定位销；定位销；8夹具体夹具体 二、机床夹具的分类二、机床夹具的分类根据所使用的机床可将夹具分为：根据所使用的机床可将夹具分为：车床夹具车床夹具铣床夹具铣床夹具钻床夹具（钻模）钻床夹具（钻模）镗床夹具（镗模）镗床夹具（镗模）磨床夹具磨床夹具齿轮机床夹具等齿轮机床夹具等根据产生加紧力的动力源可将夹具分为：根据产生加紧力的动力源可将夹具分为：手动夹具手动夹具气动夹具气动夹具液压夹具液压夹具电动夹具电动夹具电磁夹具电磁夹具真空夹具真空夹具机床夹具可根据其使用范围分为机床夹具可根据其使用范围分为:通用夹具通用夹具专用夹具专用夹具成组夹具成组夹具组合夹具组合夹具随行夹具随行夹具通用夹具通用夹具能够较好地适应加工工序和加工对象变换的能够较好地适应加工工序和加工对象变换的 夹具。夹具。标准化结构标准化结构三爪卡盘、四爪卡盘、平口钳、万能分度头三爪卡盘、四爪卡盘、平口钳、万能分度头适用范围：单件小批生产适用范围：单件小批生产专用夹具专用夹具为某一工件的某一道工序专门设计和制造的为某一工件的某一道工序专门设计和制造的夹具。夹具。适用范围：使用范围窄，大批生产适用范围：使用范围窄，大批生产尾座套筒铣键槽夹具尾座套筒铣键槽夹具1 V形块；形块；2压板；压板；3拉杆；拉杆；4限位螺钉；限位螺钉；5对刀块；对刀块；6手柄；手柄；7轴；轴；8杠杆；杠杆；9偏心轮；偏心轮；10定向键；定向键；11夹具体夹具体车床专用夹具车床专用夹具组合夹具组合夹具是由一套预先制造好的标准元件和合件组装而是由一套预先制造好的标准元件和合件组装而成的专用夹具。成的专用夹具。适用范围：新产品试制，特殊零件的单件小批适用范围：新产品试制，特殊零件的单件小批生产生产随行夹具随行夹具是大批量生产中在自动线上使用的一种移动式夹具。三、机床夹具的功用三、机床夹具的功用夹具的基本作用：定位和夹紧1保证加工质量 2提高劳动生产率，降低成本 3扩大机床工艺范围 4改善工人劳动条件，保障生产 安全四、工件安装方式与工件精度的获得四、工件安装方式与工件精度的获得（一）工件的装夹（一）工件的装夹（1）装夹的目的）装夹的目的实现工件的定位与夹紧实现工件的定位与夹紧装夹的方法装夹的方法(位置精度位置精度)1）直接找正装夹）直接找正装夹 效率低，找正精度较高；适用单件小批量中形状简单的工件。3）夹夹 具具 装装 夹夹2）划线找正装夹）划线找正装夹通用性好，但效率低，精度不高；适用于单件小批量中形状复杂的铸件。操作简单，效率高，容易保证加工精度，适用于各种生产类型。（二）（二）获得尺寸精度的方法获得尺寸精度的方法试切法试切法定尺寸刀具法定尺寸刀具法调整法调整法自动获得尺寸法自动获得尺寸法第二第二部分部分 定位基准定位基准基准：基准：是用以确定生产对象上几何要素间的几何关系所依据的点，线，面。定位基准：定位基准：在加工中用以定位的基准。基面基面：作为基准的点、线、面在工件上不一定具体存在（例如孔的中心线和对称中心平面等），其作用是由某些具体表面（如内孔圆柱面）体现的，体现基准作用的表面称为基面。基准及其分类基准及其分类基准定位基准定位基准工序基准工序基准装配基准装配基准测量基准测量基准设计基准设计基准工艺基准用于确定零件上用于确定零件上其它点、线、面其它点、线、面位置所依据的那位置所依据的那些点、线、面。些点、线、面。设计图样上所采设计图样上所采用的基准就是设用的基准就是设计基准。计基准。在加工时用于工件在加工时用于工件定位的基准，称为定位的基准，称为定位基准。定位基准。1、粗基准、粗基准2、精基准、精基准3、辅助基准、辅助基准4、主要基准、主要基准5、附加基准、附加基准在加工中或加工在加工中或加工后用来测量工件后用来测量工件时采用的基准时采用的基准在装配时用来确定零在装配时用来确定零件或部件在产品中相件或部件在产品中相对位置所采用的基准对位置所采用的基准在工序图上使用的基准。在工序图上使用的基准。加工、测量、加工、测量、装配过程中使装配过程中使用的基准。用的基准。第三部分第三部分 工件在夹具中的定位工件在夹具中的定位一、六点定位原理一、六点定位原理任何未定位的工件在空间直角坐标系中都具有六个自由度。工件定位的任务就是根据加工要求限制工件的全部或部分自由度。工件的六点定位原理是指用六个支撑点来分别限制工件的六个自由度，从而使工件在空间得到确定定位的方法。工件的底面在xOy坐标平面内，三个支承点限制三个自由度此面称主定位面。主定位面。工件的左侧面处在yoz坐标平面内，二个支承点起限制二个自由度，此面称为导向面导向面。工件的后面处在xOz坐标平面内，二个支承点限制一个自由度，此面称为为止推面止推面。从上述分析可知：要使工件在夹具中完全定位，可用合理分布的六个支承点限制工件的六个自由度，使工件在夹具中占有惟一正确的位置。六点定位是工件定位的基本法则，用于实际六点定位是工件定位的基本法则，用于实际生产时，起支承作用的是一定形状的几何体，生产时，起支承作用的是一定形状的几何体，这些用来限制工件自由度的几何体就是这些用来限制工件自由度的几何体就是定位定位元件元件。任何未定位的工件在空间直角坐标系。任何未定位的工件在空间直角坐标系中都具有六个自由度。中都具有六个自由度。工件定位的任务工件定位的任务就是根据加工要求限制工件就是根据加工要求限制工件的全部或部分自由度。的全部或部分自由度。完全定位完全定位工件的六个自由度完全被限制的定位称为完全定位完全定位。不完全定位不完全定位按加工要求，允许有一个或几个自由度不被限制的定位称为不完全定位不完全定位。欠定位与过定位欠定位与过定位按工序的加工要求，工件应该限制的自由度按工序的加工要求，工件应该限制的自由度而未予限制的定位，称为而未予限制的定位，称为欠定位欠定位。在确定工。在确定工件定位方案时，欠定位时绝对不允许的。件定位方案时，欠定位时绝对不允许的。工件的同一自由度背二个或二个以上的支撑工件的同一自由度背二个或二个以上的支撑点重复限制的定位，称为点重复限制的定位，称为过定位过定位。在通常情。在通常情况下，应尽量避免出现过定位。况下，应尽量避免出现过定位。消除过定位的途径消除过定位的途径消除过定位及其干涉一般有两个途径：其一是改变定位元件的结构，以消除被重复限制的自由度；其二是提高工件定位基面之间及夹具定位元件工作表面之间的位置精度，以减少或消除过定位引起的干涉。改善过定位的措施改善过定位的措施二、支承点与定位元件二、支承点与定位元件以平面以平面以平面以平面定位定位定位定位以圆柱孔定位以圆柱孔定位以圆柱孔定位以圆柱孔定位以外圆柱以外圆柱以外圆柱以外圆柱面定位面定位面定位面定位支承钉支承钉支承钉支承钉支承板支承板支承板支承板浮动支承浮动支承浮动支承浮动支承圆柱销圆柱销圆柱销圆柱销各种心轴各种心轴各种心轴各种心轴V V型块型块型块型块定位套定位套定位套定位套辅助支承辅助支承辅助支承辅助支承三、定位误差三、定位误差一批工件逐个在夹具上定位时，各个工件在夹具上所占据的位置不可能完全一致，以致使加工后各工件的加工尺寸存在误差，这种因工件定位而产生的工序基准在工序尺寸上的最大变动量，称为定位误差定位误差，用D表示。基准不重合误差当定位基准与设计基准不重合时便产生基准不重合误差。因此选择定位基准时应尽量与设计基准相重合。当被加工工件的工艺过程确定以后，各工序的工序尺寸也就随之而定，此时在工艺文件上，设计基准便转化为工序基准。设计夹具时，应当使定位基准与工序基准重合。当定位基准与工序基准不重合时，也将产生基准不重合误差，其大小对于定位基准与工序基准之间尺寸的公差，用B表示。工序基准与定位基准之间的尺寸就称为定位尺寸定位尺寸。基准位移误差工件在夹具中定位时，由于工件定位基面与夹具上定位元件限位基面的制造公差和最小配合间隙的影响，从而使各个工件的位置不一致，给加工尺寸造成误差，这个误差称为基准位移误差基准位移误差，用Y表示。当定位基准的变动方向与工序尺寸的方向相同时，基准位移误差等于定位基准的变动范围，即Y=i当定位基准的变动方向与工序尺寸的方向不同时，基准位移误差等于定位基准的变动范围在加工尺寸方向上的投影，即Y=icosa定位误差由基准不重合误差与基准位移误差两项组合而成。计算时，先分别算出B和Y，然后将两者组合而成D。组合方法为：如果工序基准不在定位基面上：D=Y+B如果工序基准在定位基面上：D=YB式中“+”、“-”号的确定方法如下：1）分析定位基面直径由小变大（或由大变小）时，定位基准的变动方向。2）当定位基面直径作同样变化时，设定位基准的位置不变动，分析工序基准的变动方向。3）两者的变动方向相同时，取“+”号，两者的变动方向相反时，取“-”号。定定1/3是工件被加工尺寸的公差第四部分第四部分 工件的夹紧工件的夹紧一、夹紧装置夹紧装置为了使工件加工时在切削力、惯性力、重力等外力作用下，仍然保持已定好的位置，在夹具上还须设有夹紧装置夹紧装置，对工件产生适当的夹紧力夹紧力。夹紧装置的设计和选择是否合理，将直接影响工件的加工质量和生产率。夹紧装置的组成动力装置、夹紧元件、中间传力机构夹紧装置的基本要求(1)夹紧既不应破坏工件的定位，或产生过大的夹紧变形，又要有足够的夹紧力，防止工件在加工中产生振动；(2)足够的夹紧行程，夹紧动作迅速，操纵方便、安全省力；(3)手动夹紧机构要有可靠的自锁性，机动夹紧装置要统筹考虑夹紧的自锁性和原动力的稳定性；(4)结构应尽量简单紧凑，制造、维修方便。夹紧力的组成：力的大小力的方向力的作用点这三要素是夹紧装置设计和选择的核心问题。夹紧力的方向夹紧力的方向与工件的装夹方式、工件受外力的方向以及工件的刚性等有关，可以从以下三方面考虑：（1）当工件用几个表面作为定位基准时，若工件是大型的，则为了保持工件的正确位置，朝向各个定位元件都要有夹紧力；若工件尺寸较小，切削力不大，则往往只要垂直朝向主要定位面有夹紧力，保证主要定位面与定位元件有较大的接触面积，就可以使工件装夹稳定可靠。（2）夹紧力的方向应方便装夹和有利于减小夹紧力。下图为夹紧力Q、重力G、切削力F三者之间的组合关系。工件重力G的方向始终指向地面，因此从装夹工件出发，以图（a）、（b）最好，因为主要定位元件表面是水平朝上，使工件装夹稳定可靠。图（c）、（d）、（e）情况较差；图（f）情况最差，不便装夹。若从减小夹紧力出发，假定图中G和F大小相同，者所需要的Q力以图（a）最小，图（b）次之，图（f）最大。由此可见当Q、F、G方向相同时，所需夹紧力最小，此时施加夹紧力的目的就是防止工件在加工中的振动。（3）夹紧力的方向应使工件夹紧后的变形小。如图(a)是用三爪卡盘将薄壁套筒零件用径向力夹紧,因刚性不足易引起工件变形。若改为图(b)用特定的螺母通过轴向力夹紧工件，则工件不易变形。夹紧力的作用点夹紧力的作用点当夹紧力方向确定后，夹紧力的作用点的位置和数目的选择将直接影响工件定位后的可靠性和夹紧后的变形。对作用点位置的选择和数目的确定应注意以下几个方面：（1）力的作用点的位置应能保持工件的正确定位而不发生位移或偏转。为此，作用点的位置应靠近支承面的几何中心，使夹紧力均匀分布在接触面上。如图应将夹紧力Q改为Q1。（2）夹紧力的作用点应位于工件刚性较大处，而且作用点应有足够的数目，这样可使工件的变形量最小。如图应将夹紧力Q改为Q1。（3）夹紧力的作用点应尽量靠近工件被加工表面，这样可使切削力对该作用点的力矩减小，工件的振动也可以减小。夹紧力的大小夹紧力的大小工件的夹紧力过大，会引起工件变形，达不到加工精度要求，而且使夹紧装置结构尺寸加大，造成结构不紧凑；夹紧力过小，会造成夹不牢工件，加工时易破坏定位，同样也保证不了加工精度要求，甚至会引起安全事故。由此可见，必须对工件施加大小适当的夹紧力。实际夹紧力为：QKQ其中，K为安全系数，一般取1.52；Q为按工件受力平衡所需要的夹紧力；注：对于关键性的重要夹具，往往通过试验的方法来测定所需的夹紧力。二、常用的夹紧装置二、常用的夹紧装置楔块夹紧装置在生产中，很少单独使用楔块对工件直接夹紧，而是与杆杠、压板、螺旋等组合使用，或是与气压、液压传动装置联用。如图所示，楔块夹紧主要用于增大夹紧力或改变夹紧力方向。螺旋夹紧装置螺旋夹紧装置螺旋夹紧装置是从楔块夹紧装置转化而来的，相当于把楔块绕在圆柱体上，转动螺旋时即可夹紧工件。如图所示为简单的单螺旋夹紧机构。偏心夹紧装置偏心夹紧装置偏心夹紧装置也是从楔块夹紧装置转化而来的，它是将楔块包在圆盘上，旋转圆盘使工件得以夹紧。定心夹紧装置定心夹紧装置在切削加工中，若工件是以中心线或对称面为工序基准，为使D0，可采用一种保证工件准确定心或对中的装置，使工件的定位和夹紧过程同时完成，而定位元件与夹紧元件合二为一。这种装置称为定心夹紧装置。三爪卡盘就是一种定心夹紧装置。第五部分第五部分 夹具设计步骤夹具设计步骤基本步骤：明确设计任务：明确设计任务：1.1.分析研究工件的结构特点、材料、生产规分析研究工件的结构特点、材料、生产规模和本工序加工的技术要求以及前后工序模和本工序加工的技术要求以及前后工序的联系；的联系；2.2.了解加工所用设备、辅助工具中与设计夹了解加工所用设备、辅助工具中与设计夹具有关的技术性能和规格；具有关的技术性能和规格；3.3.了解工具车间的技术水平等。必要时还要了解工具车间的技术水平等。必要时还要了解同类工件的加工方法和所使用夹具的了解同类工件的加工方法和所使用夹具的情况，作为设计的参考。情况，作为设计的参考。确定夹具的结构方案，主要考虑以下问题：确定夹具的结构方案，主要考虑以下问题：1.1.根据六点定位原理确定工件的定位方式，并设计相应的定根据六点定位原理确定工件的定位方式，并设计相应的定位装置；位装置；2.2.确定刀具的导引方法，并设计引导元件和对刀装置；确定刀具的导引方法，并设计引导元件和对刀装置；3.3.确定工件的夹紧方案并设计夹紧装置；确定工件的夹紧方案并设计夹紧装置；4.4.确定其它元件或装置的结构形式，如定向键、分度装置等；确定其它元件或装置的结构形式，如定向键、分度装置等；5.5.考虑各种装置、元件的布局，确定夹具的总体结构；考虑各种装置、元件的布局，确定夹具的总体结构；6.6.对夹具的总体结构，最好考虑几个方案，经过分析比较，对夹具的总体结构，最好考虑几个方案，经过分析比较，从中选取较合理的方案。从中选取较合理的方案。绘制总装图的顺序是：绘制总装图的顺序是：1.1.用双点划线绘出工件的轮廓外形，示意出定位基用双点划线绘出工件的轮廓外形，示意出定位基准面和加工面的位置；准面和加工面的位置；2.2.把工件视为透明体，按照工件的形状和位置依次把工件视为透明体，按照工件的形状和位置依次绘出定位、夹紧、导向及其它元件和装置的具体绘出定位、夹紧、导向及其它元件和装置的具体结构；结构；3.3.最后绘制夹具体，形成一个夹具整体。最后绘制夹具体，形成一个夹具整体。五类尺寸和四类技术要求：五类尺寸和四类技术要求：五类尺寸：包括夹具外形轮廓尺寸、工件与定位元五类尺寸：包括夹具外形轮廓尺寸、工件与定位元件间的联系尺寸、夹具与刀具的联系尺寸、夹具件间的联系尺寸、夹具与刀具的联系尺寸、夹具与机床联系部分的联系尺寸、夹具内部的配合尺与机床联系部分的联系尺寸、夹具内部的配合尺寸。寸。四类技术要求：包括定位元件之间的定位要求、定四类技术要求：包括定位元件之间的定位要求、定位元件与连接元件和（或）夹具体底面的相互位位元件与连接元件和（或）夹具体底面的相互位置要求、导引元件和和（或）夹具体底面的相互置要求、导引元件和和（或）夹具体底面的相互位置要求、导引元件与定位元件间的相互位置要位置要求、导引元件与定位元件间的相互位置要求。求。第六部分第六部分 组合机床夹具组合机床夹具一般的机床夹具是作为机床的辅助机构设计的，而组合机床夹具是机床的主要组成部分，其设计工作是整个组合机床设计的重要部分之一。组合机床夹具和机床其他部件有极其密切的联系：如回转或移动工作台，回转鼓轮，主轴箱，刀具和辅具，钻模板和托架，以及支承部件。一、组合机床夹具的特点一、组合机床夹具的特点由于组合机床常常是多刀、多面和多工序同时加工会产生很大的切削力和振动。因此组合机床夹具必须具有很好的刚性和足够的夹压力，以保证在整个加工过程中工件不产生任何位移。同时，也不应使工件产生不允许的变形。组合机床夹具是保证加工精度等的关键部件，其设计、制造和调整都必须有严格的要求，使其能持久地保持精度。组合机床夹具应便于实现定位和夹压的自劝化，并有动作完成的检查信号：保证切屑从加工空间自动排除；便于观察和检查，以及在不从机床上拆下夹具的情况下，能够更换易损件和维护调整。二、组合机床夹具的组成二、组合机床夹具的组成组合机床夹具组合机床夹具定位支承系统定位支承系统夹紧机构夹紧机构刀具导向装置刀具导向装置（一）定位支承系统（一）定位支承系统定位支承元件辅助支承辅助支承定位销定位销伸缩式伸缩式定位销定位销固定式固定式（二）导向装置（二）导向装置第一类导向装置第二类导向装置典典 例例 分分 析析动画动画1动画动画2动画动画3祝祝毕业设计愉快毕业设计愉快