第2章机床夹具设计1.ppt

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1、第第2 2章章 机床夹具设计机床夹具设计2.1 2.1 机床夹具概述机床夹具概述一、机床夹具概念及分类一、机床夹具概念及分类 1.1.机床夹具机床夹具 2.2.机床夹具的分类机床夹具的分类 通用夹具通用夹具特点：效率低，操作复杂，适用于单件小批生产。特点：效率低，操作复杂，适用于单件小批生产。通用性，无需调整或稍加调整就可以用于装夹不通用性，无需调整或稍加调整就可以用于装夹不同工件。同工件。如三爪卡盘、四爪卡盘。如三爪卡盘、四爪卡盘。使工件在机床上占据正确位置并将工件使工件在机床上占据正确位置并将工件夹紧的工艺装备称为机床夹具。夹紧的工艺装备称为机床夹具。专用夹具专用夹具 特点：结构紧凑，操作

2、迅速方便，设计、制造特点：结构紧凑，操作迅速方便，设计、制造周期长，产品变更时，夹具则无法使用。专用夹具周期长，产品变更时，夹具则无法使用。专用夹具适用于成枇生产。适用于成枇生产。成组专用夹具成组专用夹具 将工件按形状、尺寸和工艺共性分组，再为每将工件按形状、尺寸和工艺共性分组，再为每组工件设计组内通用，组间专用夹具。组工件设计组内通用，组间专用夹具。组合夹具组合夹具 由一套预先制造好的标准元件组装成的专用夹由一套预先制造好的标准元件组装成的专用夹具。具。为某一工件的某一工序专门设计的机床夹具。为某一工件的某一工序专门设计的机床夹具。随行夹具随行夹具 自动线上使用的夹具。自动线上使用的夹具。按

3、夹具使用的动力源，夹具又可分为：手动夹按夹具使用的动力源，夹具又可分为：手动夹具、气动夹具、液压夹具、电动、磁力、真空及自具、气动夹具、液压夹具、电动、磁力、真空及自夹紧夹具等夹具。夹紧夹具等夹具。按使用的机床，夹具又可分为车床夹具、铣按使用的机床，夹具又可分为车床夹具、铣床夹具、磨床夹具、钻床夹具、拉床夹具等。床夹具、磨床夹具、钻床夹具、拉床夹具等。专用机床夹具具有各类夹具的共专用机床夹具具有各类夹具的共性，是研究的重点。性，是研究的重点。二、机床夹具作用及其组成二、机床夹具作用及其组成1.1.机床夹具的作用机床夹具的作用1515工序加工要求：工序加工要求：槽宽由铣刀宽度保槽宽由铣刀宽度保证

4、，其余由加工前证，其余由加工前工件对刀具及切削工件对刀具及切削成形运动位置正确成形运动位置正确保证保证槽宽槽宽8+0.058+0.05；槽深槽深1010；对对A A的对称度为的对称度为0.10.1如图正确位置为：如图正确位置为：图图2-2 2-2 铣槽时正铣槽时正 确位置确位置 铣刀对称面铣刀对称面C C与轴套轴与轴套轴 线线D D重合；重合；铣刀圆周刃口铣刀圆周刃口F F距轴套距轴套底面底面E E为为38mm38mm；轴套底平面轴套底平面E E与走刀方与走刀方向在垂直面内平行，向在垂直面内平行，D D面面与走刀方向在水平面内与走刀方向在水平面内平行平行图图2-3 2-3 铣床夹具铣床夹具夹具

5、保证了上述三位置：夹具保证了上述三位置：夹具设计制造时，保证了定位销夹具设计制造时，保证了定位销1 1中心轴线对对中心轴线对对刀块刀块5 5侧面距离为侧面距离为4+14+1；夹具对刀时，保证了铣刀侧；夹具对刀时，保证了铣刀侧面距离对刀块面距离对刀块5 5侧面距离为侧面距离为1 1。夹具设计制造时，保证了对刀块底面到定位台阶夹具设计制造时，保证了对刀块底面到定位台阶面距离为面距离为38-138-1；夹具对刀时，保证了铣刀圆周面最；夹具对刀时，保证了铣刀圆周面最低点距离对刀块底面为低点距离对刀块底面为1 1。夹具设计制造时夹具设计制造时，夹具底平面，夹具底平面A A与台阶平面平行，与台阶平面平行，

6、定向键侧面与对刀块侧面平行；夹具安装时，保证定向键侧面与对刀块侧面平行；夹具安装时，保证了夹具底平面了夹具底平面A A与铣床工作台面、定向键侧面与铣与铣床工作台面、定向键侧面与铣床工作台床工作台T T形槽很好接触。形槽很好接触。机床夹具主要保证的是位置尺寸和位置机床夹具主要保证的是位置尺寸和位置关系精度。关系精度。机床夹具的主要作用：机床夹具的主要作用：a.a.易于保证加工精度，并使加工精度稳定易于保证加工精度，并使加工精度稳定b.b.缩短了辅助时间，提高劳动生产率缩短了辅助时间，提高劳动生产率c.减轻了工人劳动强度减轻了工人劳动强度d.d.扩大了机床的工艺范围扩大了机床的工艺范围e.e.降低

7、了对工人的技术要求降低了对工人的技术要求 专用机床夹具只能在一定批量的条件下专用机床夹具只能在一定批量的条件下使用才是经济的。使用才是经济的。2.2.专用机床夹具的组成专用机床夹具的组成定位元件定位元件用以确定工件在夹具中位置的元件。用以确定工件在夹具中位置的元件。夹紧元件夹紧元件用于夹紧工件以用于夹紧工件以保证工件在夹具保证工件在夹具中获得的位置。中获得的位置。对刀、引导元件对刀、引导元件用以确定刀具相对夹具位置元件用以确定刀具相对夹具位置元件安装元件安装元件 用以确定夹具在机床上位置元件或表面用以确定夹具在机床上位置元件或表面夹具体夹具体用来连接夹具上各元件使之成为有机体的基础件用来连接夹

8、具上各元件使之成为有机体的基础件其它元件其它元件三、使用夹具加工时加工误差的组成三、使用夹具加工时加工误差的组成1.1.加工过程系统图及加工误差组成加工过程系统图及加工误差组成装夹误差装夹误差：工件：工件定位不准确及夹紧定位不准确及夹紧时产生的误差，用时产生的误差，用装夹装夹表示。表示。安装及对刀误差：安装及对刀误差：夹具在机床上安装夹具在机床上安装及刀具调整不准确及刀具调整不准确产生的误差，用产生的误差，用安对安对表示。表示。过程误差过程误差：加工过程中产：加工过程中产生的误差，用生的误差，用过程过程表示。表示。2.2.加工误差不等式加工误差不等式使零件满足加工精度要求的条件是使零件满足加工

9、精度要求的条件是:装夹装夹+安对安对+过程过程TATA此式称此式称加工误差不等式加工误差不等式。在夹具设计时，初步确定各值为：在夹具设计时，初步确定各值为：也可以：也可以：TA TA 零件位置尺寸或位置关系要求的公差。零件位置尺寸或位置关系要求的公差。2.22.2工件定位工件定位工件的定位工件的定位:使逐次放置到夹具中的一批工件都占使逐次放置到夹具中的一批工件都占据同一位置。据同一位置。使一批工件占据同一位置的方法即使一批工件占据同一位置的方法即定位方法定位方法。一、六点定位原理及应用一、六点定位原理及应用1.1.六点定位原理六点定位原理工件的自由度：工件在空间运动的可能性。工件的自由度：工件

10、在空间运动的可能性。工件具有六个自由度：工件具有六个自由度：使一批工件占据同一位置的程度即使一批工件占据同一位置的程度即定位精度定位精度。沿沿X X轴移动的自由度轴移动的自由度记为记为 ；沿沿Y Y轴移动的自由度轴移动的自由度记为记为 ；沿沿Z Z轴移动的自由度轴移动的自由度记为记为 ；绕绕X X 轴转动的自由轴转动的自由度记为度记为 ；绕绕Y Y轴转动的自由度记为轴转动的自由度记为 ；绕绕Z Z轴转动的自由度记为轴转动的自由度记为 。图图2-5 2-5 物体的六个自由度物体的六个自由度工件定位的充分必要条件是工件定位的充分必要条件是限制工件的六个自由度限制工件的六个自由度。钉钉4 4限制了工

11、件限制了工件 ；钉钉2 2限制了工件限制了工件 ；钉钉3 3限制了工件限制了工件 ；钉钉1 1限制了工件限制了工件 ；钉钉5 5限制了工件限制了工件 ；钉钉6 6限制了工件限制了工件 ；图图2-6 2-6 工件的六点定位工件的六点定位六点定位原理：六点定位原理：工件在夹具中有六个自由度，工件在夹具中有六个自由度，这六个自由度需要用夹具上按一定要求布置这六个自由度需要用夹具上按一定要求布置的六个支承点来限制，其中每个支承点相应的六个支承点来限制，其中每个支承点相应地限制工件的一个自由度。地限制工件的一个自由度。一定要求是一定要求是由工件的结构决定的，结构不同六个由工件的结构决定的，结构不同六个支

12、承点的布置是不同的。支承点的布置是不同的。限制限制是指定位基准与支是指定位基准与支承点接触。承点接触。图图2-8 2-8 套类工件的定位套类工件的定位 对定位点的分析，有时不能光看它形式上有对定位点的分析，有时不能光看它形式上有几点接触，更重要的是看它实质上几点接触，更重要的是看它实质上限制了工件的限制了工件的几个自由度。几个自由度。2.2.应用六点定位原理应注意的问题应用六点定位原理应注意的问题完全定位与部分定位完全定位与部分定位完全定位：完全定位：工件的六个自由度全被限制，工件有唯工件的六个自由度全被限制，工件有唯一的位置。一的位置。部分定位：部分定位：仅限制工件某一方向的自由度，工件有仅

13、限制工件某一方向的自由度，工件有无穷多位置。无穷多位置。图图2-9 2-9 工件几何对称时的部分定位工件几何对称时的部分定位 某一方向自由度存在不影响加工要求可采用部某一方向自由度存在不影响加工要求可采用部分定位。分定位。使用六点定位使用六点定位原理分析定位方案原理分析定位方案时，首先应根据工时，首先应根据工序图的加工要求，序图的加工要求，找出应限制的自由找出应限制的自由度，然后用相应的度，然后用相应的点限制这些自由度。点限制这些自由度。在分析应限制的自在分析应限制的自由度时，要考虑工由度时，要考虑工件的几何特点。件的几何特点。欠定位与过定位欠定位与过定位欠定位：欠定位：定位点的数目少于工序加

14、工要求必须限制定位点的数目少于工序加工要求必须限制的自由度数目。的自由度数目。欠定位是不允许的。欠定位是不允许的。过定位：过定位：自由度被重复限制。自由度被重复限制。图图2-11 2-11 平面的过定位平面的过定位图图2-12 2-12 过定位分析及处理过定位分析及处理过定位是否允许要视基准的情况而定。当基准间的过定位是否允许要视基准的情况而定。当基准间的位置精度较高时，过定位可以增加工件刚性减少变位置精度较高时，过定位可以增加工件刚性减少变形，可以使用。反之，使定位基准不能很好地和定形，可以使用。反之，使定位基准不能很好地和定位元件接触，严重时会产生干涉，因此过定位事不位元件接触，严重时会产

15、生干涉，因此过定位事不允许的。允许的。二、定位误差二、定位误差（一）定位误差的概念及产生（一）定位误差的概念及产生定位误差：定位误差：工件工件定位时所造成的定位时所造成的工序基准相对于工序基准相对于被加工表面在工被加工表面在工序尺寸方向上位序尺寸方向上位置的最大变动量，置的最大变动量，用用定位定位表示。表示。产生误差的因素：产生误差的因素：基准不重合误差：基准不重合误差：基准移动误差：基准移动误差：具中，定位基准位置的最大变动量称为基准移动误具中，定位基准位置的最大变动量称为基准移动误差，用差，用移动移动表示。表示。由于定位基准与工序由于定位基准与工序基准不重合，使得工基准不重合，使得工序基准

16、相对于定位基序基准相对于定位基准位置在工序尺寸方准位置在工序尺寸方向上变动，其最大变向上变动，其最大变动量称基准不重合误动量称基准不重合误差。用差。用不重合不重合表示。表示。一批工件逐次放置到夹一批工件逐次放置到夹计算基准移动误差：计算基准移动误差：当当 ，移动移动=2=2（H H-H H1 1）tgtgTT各项误差位于工序尺寸方向时：各项误差位于工序尺寸方向时：当当 时，时，定位误差与基准不重合误差、基准移动误差关系：定位误差与基准不重合误差、基准移动误差关系：定位定位=不重合不重合+移动移动（二）定位误差的计算举例（二）定位误差的计算举例工件定位方案如图工件定位方案如图2-142-14，计

17、算定位误差。，计算定位误差。图图2-14 2-14 定位误差计算定位误差计算在水平方向，基准在水平方向，基准O O1 1产生移动，产生移动，移动移动=rr定位基准定位基准O O1 1与工序基准与工序基准O O2 2不重合，不重合，不重合不重合=2=2在垂直方向：在垂直方向：工件以平面定位，工件以平面定位，移动移动=0=0定位基准与工序基准不重合，定位基准与工序基准不重合，不重合不重合=2=2h h将水平方向和垂直方向的定位误差投影到工序尺寸将水平方向和垂直方向的定位误差投影到工序尺寸方向，则方向，则根据定位误差定义计算：根据定位误差定义计算：由图可知：由图可知：定位误差为：定位误差为：定位误差

18、应满足：定位误差应满足：一般取一般取三、定位方法与定位元件设计三、定位方法与定位元件设计（一）定位基准为平面时（一）定位基准为平面时1.1.定位方法定位方法定位基准是未经机械加工的粗糙平面时定位基准是未经机械加工的粗糙平面时定位基准是经机械加工的平面时定位基准是经机械加工的平面时2.2.基准移动误差基准移动误差 移动移动=0=0用三个成三角形布置的支承钉用三个成三角形布置的支承钉采用平面接触定位采用平面接触定位3.3.定位元件定位元件主要支承主要支承固定支承固定支承图图2-15 2-15 各种类型固定支承各种类型固定支承支承钉和支承板支承钉和支承板可调支承可调支承图图2-16 2-16 各种可

19、调支承各种可调支承自位支承自位支承辅助支承辅助支承不是定位元件，不参与定位，可增加系统刚性。不是定位元件，不参与定位，可增加系统刚性。图图2-17 2-17 常用的几种自位支承常用的几种自位支承图图2-18 2-18 辅助支承的主要应用辅助支承的主要应用辅助支承不参与定位，每次装卸工件都要调整辅助辅助支承不参与定位，每次装卸工件都要调整辅助支承，因此使用辅助支承会降低生产效率，而辅助支承，因此使用辅助支承会降低生产效率，而辅助支承与工件的接触力也难控制。支承与工件的接触力也难控制。图图2-19 2-19 自引式和升托式辅助支承自引式和升托式辅助支承（二）定位基准为外圆柱面时（二）定位基准为外圆

20、柱面时定位方法：定位方法：用套筒、用套筒、V V 形块、形块、半孔实现定位半孔实现定位1.1.定位套筒定位定位套筒定位定位套结构定位套结构定位基准为外圆柱面轴线定位基准为外圆柱面轴线图图2-21 2-21 定位套定位定位套定位定位情况分析定位情况分析图图2-212-21中，（中，（a a）为短接触，限制工件）为短接触，限制工件定位套内孔尺寸及配合定位套内孔尺寸及配合（b b）为长接触，限制工件）为长接触，限制工件套筒内孔必须满足两个条件：套筒内孔必须满足两个条件：一批工件都能顺利装入套筒孔内；一批工件都能顺利装入套筒孔内；定位套内孔与基准轴配合间隙不能太大。定位套内孔与基准轴配合间隙不能太大。

21、选取原则：选取原则：在基轴制的条件下，在基轴制的条件下，孔的基本尺寸等于轴的基本孔的基本尺寸等于轴的基本 尺尺 寸；寸；孔的配合孔的配合选用选用F8F8或或G7G7，定位精度要求高时选，定位精度要求高时选G6G6。基准移动误差基准移动误差图图2-22 2-22 圆柱孔定位时圆柱孔定位时基准移动误差基准移动误差当工件从侧面装入时当工件从侧面装入时Td Td 定位基准的公差；定位基准的公差；TDTD定位套内孔的公差；定位套内孔的公差；定位基准与定位套内孔最小配合间隙。定位基准与定位套内孔最小配合间隙。误差方向：在垂直于轴线平面内任意方向。误差方向：在垂直于轴线平面内任意方向。2.V2.V形块实现定

22、位形块实现定位VV形块的结构形块的结构图图2-23 2-23 固定固定V V形块的结构形块的结构定位情况分析定位情况分析长接触长接触：限制工件：限制工件 、四个自由四个自由度度 短接触短接触：限制：限制 、两个自由度两个自由度基准移动误差基准移动误差图图2-24 V2-24 V形块定位时基准移动误差形块定位时基准移动误差在在AOBAOB中中 在在A AO OB B 中中 基准移动误差方向：基准移动误差方向：沿沿V V形块对称中心线向下形块对称中心线向下活动活动V V形块的应用形块的应用只限制工件一个只限制工件一个自由度自由度在在垂直于垂直于V V形块对称面形块对称面方向上，方向上，移动移动=0

23、=0。这一性。这一性质称为质称为V V形块的形块的对中性对中性。定位误差分析计算定位误差分析计算在图在图a a中，中，不重合不重合=0=0图图b b中，工序基准中，工序基准b b，定位基准，定位基准O O。方向：在方向：在V V形块对称面上使工形块对称面上使工序尺寸趋于序尺寸趋于减小减小方向：在方向：在V V形块对称面上使工形块对称面上使工序尺寸趋于序尺寸趋于增大增大图图c c中，工序基准中，工序基准a a，定位基准，定位基准o o。方向：在方向：在V V形块对称面上使工形块对称面上使工序尺寸趋于序尺寸趋于减小减小方向：在方向：在V V形块对称面上使工形块对称面上使工序尺寸趋于序尺寸趋于减小减

24、小3.3.用半圆孔实现定位用半圆孔实现定位图图2-26 2-26 半孔定位半孔定位上半孔定位上半孔定位 ，下半孔，下半孔夹紧夹紧（三）定位基准为内圆柱面（三）定位基准为内圆柱面定位基准为内圆柱面轴线定位基准为内圆柱面轴线1.1.用定位销或圆柱心轴实现工件定位用定位销或圆柱心轴实现工件定位结构结构图图2-27 2-27 固定式定位销固定式定位销短接触，限制工件短接触，限制工件 、图图2-28 2-28 圆柱心轴结构圆柱心轴结构定位情况分析定位情况分析长接触，限制工件长接触，限制工件 、定位销、心轴直径及配合定位销、心轴直径及配合 定位表面直径等于基孔制时孔的基本尺寸定位表面直径等于基孔制时孔的基

25、本尺寸，配配合合采用采用f7f7；定位精度要求较高时采用；定位精度要求较高时采用g7g7；要求更高；要求更高时采用时采用g6g6。基准移动误差基准移动误差式中式中 TD TD 定位基准孔的公差；定位基准孔的公差；Td Td 定位销或轴定位表面直径公差；定位销或轴定位表面直径公差；销径或轴径与基准孔的最小配合间隙销径或轴径与基准孔的最小配合间隙2.2.用圆锥心轴实现定位用圆锥心轴实现定位小锥度心轴定位小锥度心轴定位图图2-29 2-29 小锥度心轴小锥度心轴锥度锥度定位时，工件楔紧在心轴上，并将工件夹紧。定位时，工件楔紧在心轴上，并将工件夹紧。定位基准的精度应在定位基准的精度应在IT7IT7、I

26、T6IT6以上。以上。小锥度心轴小锥度心轴限制工件限制工件5 5个自由度个自由度，只有绕轴线转动，只有绕轴线转动自由度自由度 没被限制。没被限制。基准移动误差基准移动误差:径向：径向：移动移动=0=0 轴向：轴向：小锥度心轴小锥度心轴定心精度高定心精度高，夹紧力小夹紧力小，对定位基准孔对定位基准孔精度要求较高精度要求较高，因此该定位方法主要用于，因此该定位方法主要用于精加工工精加工工序的精车或磨削加工。序的精车或磨削加工。大锥度心轴定位大锥度心轴定位图图2-30 2-30 大锥度心轴定位大锥度心轴定位图中大锥度心轴图中大锥度心轴限制两个径向移限制两个径向移动自由度动自由度大锥度心轴固定不大锥度心轴固定不动时限制工件三个动时限制工件三个移动自由度移动自由度（四）定位基准为锥孔（四）定位基准为锥孔图图2-31 2-31 长锥孔在锥形心轴上定位长锥孔在锥形心轴上定位限制工件五个自由限制工件五个自由度度图图2-32 2-32 工件在顶尖上定位工件在顶尖上定位头顶尖头顶尖限制工件三个限制工件三个自由度，自由度，尾顶尖尾顶尖限制限制两个自由度。两个自由度。图图b b中，为了提高定位中，为了提高定位精度，头顶尖限制两精度，头顶尖限制两个径向移动自由度，个径向移动自由度，轴向移动自由度由平轴向移动自由度由平面限制。面限制。