典型机床夹具设计

目录 机床夹具概述 工件在夹具中的定位 工件在夹具中的夹紧 各类机床夹具 机床夹具设计步骤与方法 §2-1机床夹具概述 一、机床夹具在加工中的作用 划线找正加工方法 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 二．机床夹具及其组成 1．机床夹具 机床上用来装夹工件的一种装置，其作用是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。 2、 装夹、定位、夹紧的基本概念 装夹：将工件安放在机床上或夹具上进行定位和夹紧的操作过程。 工件在加工过程中，始终保持定位时所取得的正确加工位置。 定位与夹紧的区别：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。 3．工件装夹的方法 1）直接找正法2）划线找正法 3）夹具装夹： 表：各种装夹方法的比较 三．机床夹具的分类： 1．按使用范围分： 1）通用夹具2）专用夹具4）成组夹具3）组合夹具：5）随行夹具： 2．按机床分类 1）车床夹具2）铣床夹具3）钻床夹具4）磨床夹具5）数控机床夹具 3．按动力源分类 1）手动夹紧 2）气动夹紧 3）液动夹紧 4）电磁夹紧 四．专用夹具的组成（如图） 1．定位元件2．夹紧装置3．对刀引导元件4．连接元件5．夹具体6．其它件 1．工件通过定位元件在夹具上占有一个正确的位置 2．工件通过夹紧元件保证加工过程中始终保持原有的正确位置 3．夹具通过对刀元件相对刀具保持正确位置 4．夹具通过连接元件，相对于机床保持一个正确位置 5．夹具通过其他装置，完成其他要求 6．夹具体把上述的几种元件组合成一个整体。 §2-2工件在夹具中的定位 一．定位的原理 1．自由物体：2．六个自由度： 视频：Áùμ㶨λ.swf 沿x轴移动自由度沿y轴移动自由度沿z轴移动自由度沿x轴转动自由度沿y轴转动自由度沿z轴转动自由度 3．定位支承点（约束点）如图2-6所示 4、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 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。 两点注意： ——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 二、根据加工精度要求，确定工件必须限制 的自由度数目 【例1】在球面上加工平面：如下图 应限制 【例2】球面上加工不通孔：如图2-8 应限制 【例3】铣平面，如图2-9 应限制 【例4】车光轴，如图2-10 应限制 【例5】铣沟槽b由铣刀保证，如图2-11 应限制b：由刀具保证 【例6】铣不通槽如图2-12 （三）定位元件限制工件自由度 首先讲解单个典型表面的定位元件，单个典型表面是指平面、内外圆柱面、内外圆锥面等。单个典型表面是组成各种不同复杂工件的基本单元，分析单个典型表面的定位及定位元件设计是进行夹具定位分析和夹具定位方案设计的基础 1、工件以平面定位 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）支承钉 A、结构 •A型是平头支承钉：•B型是球头支承钉：•C型是齿纹顶面的•支承钉： B定位情况 2）支承板 A结构 A型：所以常用于侧面或顶面的定位。B型：支承板的工作平面上开有斜槽，B型支承板应用较多，用于底面的定位更合适。 B定 位情况 平面定位的几种情况。 对粗基准：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对精基准：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 图:支承钉、支承板及其用法 2、工件以圆孔定位 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）圆 柱销 A结构 2）菱形销 A结构 B定位分析如前图 3）圆锥销 A结构 B定 位 分析 4） 定 位心轴A结构 B定位分析 3、工件圆锥孔定位 工件以圆锥孔定位时，所用定位元件为圆锥心轴或圆锥销以及双顶尖。圆锥心轴限制工件5个自由度，圆锥销限工件四个自由度。 A定 位 形式 B定 位 分 双顶尖定位 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：、、X Y Z、X Y 4、工件以外圆柱面定位 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。 1）圆定位套 A定 位情况 B定 位 分析 2）V形 块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。 A结构H2tg2N2sin2DT B定位分析 C：V形块的特点 1、V形块对外圆柱面定位，形式上是支承定位，但其实质是定心定位。 2、V形块能起对中作用 3、可以用于非完整外圆的定位 4、活动V形块常常起着定位和夹紧的双重作用（既是定位元件，又是夹紧元件）。 4） 支 承 板支承板对外圆柱面的定位就是平面与外圆母线的接触. 定位分析 5）三爪卡盘定位 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： 生产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。 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：、、、X Y X Y、X Y （四）几种不同的定位形式 1．固定支承： 2．可调支承：可调支 承的结构 3．自位支承： 自位支承结构 定位分析 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起到的是单点支承的作用，即自位支承只限制工件一个自由度。 用途：常用于毛坯表面，断续表面，阶梯表面的定位。 4．辅助支承： A辅助支承的应用 B辅助支承结构 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元件，其高度是由工件确定的，因此它不起定位作用，但辅助支承锁紧后就成为固定支撑，能承受切削力。 （五）工件定位时的几种情况 1、完全定位 工件在夹具中相对于刀具的六个自由度全部被限制的定位方法称为完全定位。 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位，试对此定位方案进行定位分析。（如下图所示） 解：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：短銷限制工件二个自由度：挡銷限制工件一个自由度：YXZ、、、X YZ 故定位性质：为完全定位。 2、部分定位（不完全定位） 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称为部分定位。 重要概念： 不能片面地理解为“少于六点定位的定位方法称为部分定位”。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称必须限制的自由度。换句话说,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，这是绝对不允许的。 不影响工件加工精度的自由度允许不被限制。 举例：在长方形工件毛坯上，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？允许不限制的自由度又有哪些？ 3、欠定位 4、过定位 1）如果工件的定位面经过机械加工，且形状、尺寸、位置精度均较高，则过定位是允许的。因为合理的过定位不仅不会影响加工精度，还会起到加强工艺系统刚度和增加定位稳定性的作用。 2）如果工件的定位面是毛坯面，或虽经过机械加工，但加工精度不高，这时过定位一般是不允许的，因为它可能造成定位不准确，或定位不稳定，或发生定位干涉等情况。 过定位分析（桌子与三角架） （六）定位表面的组合（组合定位分析） 工件上常见的定位基准是以组合的形式出现： 圆柱孔与平行于孔轴线的平面的组合（如：平面与削边销定位）； 锥面与锥面的组合（中心孔定位）； 两平行圆柱孔与垂直于圆柱孔轴线的平面的组合（简称一面两孔定位）等等。 1、组合定位的概念及定位基准的主次之分 主要定位面： 限制工件自由度数最多的定位表面称第一基准面或支承面 次要定位面： 限制工件自由度数次多的定位面称第二基准面或导向面 第三定位面： 限制工件自由度数为1的定位称第三基准面或止推面 2．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件（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制的具体自由度， （2）定位元件组合时限制工件自由度的总数目等于各个定位元件单独定位时限制工件自由度数目之和，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。 （3）定位元件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。一经转化，将不再起单独定位时的作用。（如下图中的两短V形块组合定位）（重点、难点！） a）图解：1）定位原理分析 b）图解：1）定位原理分析： 右边两短V形块相当于一长V形块，限制：YXYX、、、ZZ、 支承板限制的自由度：短销限制的自由度：固定短V形块限制的自由度：故属过定位。2）改进方案：将固定V形块改为活动V形块。YXZ、、、、YXZX、 3、组合定位时过定位现象的消除方法 （1）使定位元件在产生过定位的方向上可移动，以消除该方向的移动过定位。（如活动顶尖不能限制） （2）采用自位支承，消除定位元件绕某个（或某两个）坐标轴转动方向的过定位。 a)三点球面式b)两点摆动式c)两点杠杆式d)两 （3）改变定位元件的结构形式来消除过定位。过定位：一面两销定位： 4、定位方案分析举例 【例1】过定位引起夹紧变形 改进方案： 题型一：判断定位方案是否正确（重点内容） 分析下列图示定位方案： ①各方案限制的自由度？②有无欠定位或过定位?③对不合理的定位方案提出改进意见。 【例1】 a）图解： 1）定位分析 左顶尖限制的自由度：XYZ 2）定位性质：过定位 3）改进方案：去掉三爪卡盘，采用双顶尖定位。 【例2】 b）图解： 1）定位分析 支承板限制的自由度：左短V形块限制的自由度：右活动短V形块限制的自由度：b）ZXYXYY 2）定位性质：过定位 3）改进方案：去掉活动短V形块，对工件直接夹紧。 【例3】题型二：根据工件加工表面的加工要求，设计定位方案（重点） 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。 判断定位方案是否正确时，要把握二点： 一是定位方案必须合理（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（定位误差应为最小）；如不能同时满足以上二点，则该方案是错误的。 解：1）必须限制的自由度：XZXYZ 2）定位原理设计： （参见定位原理图） 选择定位元件 定位原理图 工件的大底面定位，限制工件的三个自由度：（保证二各孔的轴心线垂直于工件底面）；工件的下侧面定位，限制工件二个自由度：YZ（保证工件二孔的位置尺寸H）；而工件的大孔定位，限制一个自由度：X（保证工件二小孔与大孔中心的对称位置尺寸A）。3）选择定位元件（参见右图，也可用文字表达） 其它方案： 第一定位基准：底平面（支承板）第二定位基准：下