工件的装夹和机床夹具.ppt
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1、1,第二章 工件装夹与机床夹具,2,第二章 工件装夹与机床夹具,主要讲述内容: 第一节 基准的概念 第二节 工件的装夹方法 第三节 专用机床夹具的组成及其分类 第四节 工件在机床夹具中的定位 第五节 定位误差的分析与计算 第六节 工件的夹紧及夹紧装置 第七节 夹具设计的基本要求和步骤 第八节 夹具设计实例,3,第一节 基准的概念,一、基本概念: 1. 定位: 在机床上加工,为使工件上加工出来的表面达到规定的尺寸和位置公差要求,必须使工件在机床上或夹具中占有一正确位置。通常把确定工件在机床上或夹具中占有正确位置的过程,称为定位。 2. 夹紧: 当工件定位后,为避免在加工中受到切削力、重力等力的作
2、用而破坏定位,还应该用一定的机构将工件牢牢固定住。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操作,称为夹紧。,4,3. 装夹: 将工件在机床上或夹具中定位、夹紧的过程称为装夹。 存成批大量生产中,工件装夹是通过机床夹具实现的。 4. 机床夹具:用以装夹工件(和引导刀具)的装置。,第一节 基准的概念,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。,二、基准: 零件是由若干要素(点、线、面)组成,各要素之间都有一定的尺寸和位置公差要求。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、面称为基准。按其作用的不同,可分为两大类,即:,5,第一节
3、 基准的概念,8,第一节 基准的概念,2)定位基准 在加工中确定工件在机床或夹具中占有正确位置的基准。,9,第一节 基准的概念,10,第一节 基准的概念,11,3)测量基准 测量时所采用的基准,即用来确定被测量尺寸、形状和位置的基准。,第一节 基准的概念,12,4.装配基准 装配时用来确定零件或部件在产品中的相对位置所采用的基准。 5.基准重合问题 是工程设计中应遵守的一个基本原则!,第一节 基准的概念,13,第二节 工件的装夹方法,一、工件的装夹方法 工件装夹时,为保证工序尺寸和位置公差,必须保证以下两个基本与要求: 1)加工之前,工件相对于机床和刀具应占有正确位置,即工件应正确定位。 2)
4、加工过程中,作用于工件上的各种外力不应该破坏定位。为此工件必须合理夹紧,14,第二节 工件的装夹方法,共有三种: 1、直接装夹 工件定位基准面与机床上的装夹面紧密帖合而定位,进而夹紧的装夹方式称为直接装夹。,15,2、找正装夹 以工件的有关表面或专门划出的线痕作为定位的依据,然后夹紧工件的装夹方式称为找正装夹。,第二节 工件的装夹方法,16,3、夹具装夹 先根据工件某一工序的加工要求设计、制造夹具,工件定位基准面与夹具上的定位面紧密帖合而定位,然后夹紧的装夹方式称为夹具装夹。 特点:易于保证定位精度,装夹所用时间短, 利于提高生产效率。,第二节 工件的装夹方法,17,第二节 工件的装夹方法,1
5、8,二、夹具装夹过程,第二节 工件的装夹方法,19,第二节 工件的装夹方法,20,第二节 工件的装夹方法,21,一、专用机床夹具的组成 由于机床种类不同,被加工工件的形状和被加工表面的技术要求等的差异,机床夹具相应有不同的结构形式,归纳起来,机床夹具的结构由彼此功能相互独立而又相互联系的以下六个部分组成: 1定位元件或定位装置 确定工件在机床夹具中正确 位置的元件称为定位元件。 如支承钉、支承板、V型块、 定位轴、定位销等。,第三节 专用机床夹具的组成及其分类,22,第三节 专用机床夹具的组成及其分类,第三节 专用机床夹具的组成及其分类,23,2夹紧元件或夹紧装置 夹紧工件,并使其在加工时在外
6、力作用下仍然保持工件在夹具中正确位置的元件或装置称为夹紧元件或夹紧装置。它一般由动力装置(如气缸、油缸等)、中间传力机构(如杠杆、螺纹传动副、斜楔、凸轮等)和夹紧元件(如卡爪、压板、压块等)组成。,24,3对刀及引导元件或装置 用于确定夹具和刀具正确位置的元件或装置,称为对刀、引导元件或装置。它们的作用是用来保证夹具相对刀具的相对位置,或引导刀具的方向。如对刀块、钻套、镗套、衬套、塞尺、对刀棒等。 4夹具体 将夹具的元件或装置连接成一个具有装夹功能的整体的基础零件称为夹具体,如底座、本体等。夹具体与机床有关部位相联接,以确定夹具相对于机床的位置。,第三节 专用机床夹具的组成及其分类,25,5联
7、接元件 确定夹具在机床中处于正确位置的定位元件及联接紧固件;联接夹具上所有零部件组成一付完整的夹具的元件统称为联接元件。如定位键、定位销、过渡盘、衬套、螺钉、螺栓等。 6其他元件或装置 由工件的某些特殊加工要求而设置的其它元件或装置统统称为其他元件或装置。如分度装置、靠模装置、上下料装置等。 以上夹具的各组成部分,并不是所有夹具上都应齐全,但定位元件、夹紧元件和夹具体却是每个夹具都必须具备的主要组成部分。,第三节 专用机床夹具的组成及其分类,26,第三节 专用机床夹具的组成及其分类,27,二、专用机床夹具的分类 机床夹具的分类方法很多,按所用的机床可分为车床夹具、铣床夹具、刨床夹具、磨床夹具、
8、镗床夹具、钻床夹具和组合机床夹具、数控和加工中心机床及柔性制造单元用夹具等;按夹具动力源可分为手动夹具、气动夹具、滚动夹具、气液联动夹具、真空夹具、磁力夹具、电动夹具、离心力夹具、切削力(自紧)夹具等;而地般按夹具的使用范围分类如下:,第三节 专用机床夹具的组成及其分类,1通用夹具 通用夹具是其结构、尺寸已标准化、规格化。在一定范围内具有较大通用性的夹具。由专业制造厂生产,有的已作为机床附件与通用机床配套供应。如车床上的三爪卡盘、四爪卡盘,顶尖和鸡心夹;铣床上的平口虎钳、万能分度头和回转工作台;平面磨床上的磁力工作台等。,28,第三节 专用机床夹具的组成及其分类,2专用夹具 专用夹具指专门为某
9、一种工件的特定工序而设计制造的夹具。此类夹具的优点是针对性强、结构简单、刚性好、操作容易、装夹快捷,生产率高,定位精度高。 图示:在左支架上钻孔的钻床夹具,在此专用夹具中,加工工件以其下端面和相互垂直的两内圆柱作为定位基准面,分别由环形支承板2、定位销3和削边销6来定位。由开口垫圈4在旋紧螺母5时即夹紧工件。,29,第三节 专用机床夹具的组成及其分类,30,1支承板 2环形支承板 3定位销 4开口垫圈 5螺母 6削边销 右图 左支架钻孔夹具,第三节 专用机床夹具的组成及其分类,3组合夹具 组合夹具是由一套预先制造好的不同形状、不同规格、不同尺寸、具有完全互换性、高耐磨性和高精度的标准元件及其合
10、件,按不同工件的工艺特点组装而成的夹具。组合夹具是一种标准化、系列化和通用化较高的机床夹具。 组合夹具由基础件、支承件、定位件、导向件、夹紧件、紧固件、其他件、合件和部件等组合而成,它们是由专业生产厂家进行制造的。,31,第三节 专用机床夹具的组成及其分类,图示汽车滚轮支架工序简图及钻斜孔组合夹具,图(a)所示零件在加工两同轴孔20时,应以底面及两11孔来定位。图(b)为组合夹具,组合夹具时应保证长方形基础板3与方形基础板1之夹角及两定位销的位置,放入工件即可完成定位,压紧板4和连接板10即可实现装夹。,32,图 汽车滚轮支架工序简图及钻斜孔组合夹具,第三节 专用机床夹具的组成及其分类,4成组
11、夹具 成组夹具是运用成组技术的工程原理,由通用基础件和可调整元件组成,用于某一组尺寸、形状、结构以及工艺特征相似的工件的装夹,并根据组内的典型代表零件而设计制造。在使用时,只要调整和更换少量的定位、夹紧、对刀和分度元件。,33,第三节 专用机床夹具的组成及其分类,如图示的磨削主轴或套筒锥孔的夹具,对于不同尺寸定位轴颈的主轴或套筒的锥孔进行磨削加工时,采用更换相应尺寸的垫块3即可实现其可靠的装夹。 其它还有通用可调夹具、自动线夹具和数控机床夹具等。,34,1夹具体 2V形块 3可换垫块 4夹紧螺钉 5带动头 图 磨削主轴或套筒锥孔的成组夹具,第三节 专用机床夹具的组成及其分类,在机械加工过程中,
12、要实现工件在机床上相对于刀具占有一个正确的加工位置,必须做到如下三点: 1使一批工件在夹具中都占据一致的正确的加工位置。 2使夹具在机床上占有正确的位置。 3使刀具相对于夹具占有正确的位置。 本节主要研究使一批工件在夹具中始终都占据一致正确的加工位置,既工件在夹具中的定位问题。,35,第四节 工件在机床夹具中的定位,一、工件定位的六点定位规则 根据运动学原理,任一刚体在空间直角坐标系中,有六个自由度,即沿三个坐标轴轴向移动的自由度,分别用 、 、 来表示;绕三个坐标轴的转动的自由度,分别用 、 、 来表示。 六点定位原理:工件在夹具中通过定位元件限制工件相应的自由度,用六个支承点来限制工件的六
13、个自由度。,36,第四节 工件在机床夹具中的定位,、,、,、,、,图1-7,二. 几种定位情况 1. 完全定位 工件六个自由度被分别完全限制的定位,称为完全定位。 如图示,在长圆柱体工件上,钻一个与已加工的键槽对称且与端面的距离为a的小孔。夹具上的定位元件有:两个V形块,一个定位支承,一个定位销。,37,图1-8,第四节 工件在机床夹具中的定位,38,两个V形块相当于四个定位支承点,限制了,四个自由度,定位销相当于一个定位支承点,限制了 一个自由度,定位支承相当于一个定位支承点,限制了 一个自由度。这种用相当于六个定位支承点的定位元件完全限制工件六个自由度的定位,称为完全定位。 2. 不完全定
14、位 根据具体的加工方法,在满足加工要求的前提下,把限制工件少于六个自由度的定位,称为不完全定位。,如图1-9(a)所示,为保证加工尺寸 及上下平面的平行度,限制,图1-9,第四节 工件在机床夹具中的定位,39,3. 过定位 几个定位支承点,同时限制同一个自由度的定位,称为过定位。,如图1-10所示,加工连杆大头孔的定位。大平面相当于三个定位支承点,限制了 三个自由度;长圆柱销相当于四个定位支承点,限制了 四个自由度,定位销3相当于一个定位支承点,限制了 一个自由度。 很显然 被重复限制了。,图1-10,第四节 工件在机床夹具中的定位,4. 欠定位 当定位支承点的数目,少于应限制的自由度数目,工
15、件不能正确定位,不能满足加工要求。这种定位方式,称为欠定位。 如图1-11所示,为一欠定位的实例。在长V形块上定位,加工轴上距一端为尺寸a的槽。,40,图1-11,为保证尺寸a,需限制 但,没有被限制,属于欠定位。,欠定位,工件在夹具中不能正确定位,不能满足加工要求。因此,是绝对不允许的。,第四节 工件在机床夹具中的定位,三、工件正确定位应限制的自由度 1.根据工件的加工要求,确定应限制的自由度 2. 第一类自由度,第二类自由度。 例1.在如图所示铣削圆柱体上平面F,保证工序尺寸H。,41,第四节 工件在机床夹具中的定位,例2.在圆柱体上钻孔,保证孔尺寸及与外圆柱的同轴度。,42,第四节 工件
16、在机床夹具中的定位,43,图1-12,影响加工要求的自由度,必须限制;不影响加工要求的自由度可限制,可不限制。 例3.图示,在一工件上铣通槽。为保证尺寸 及与底面的平行度两项要求,必须限制 为保证尺寸3001mm及槽侧面与B面的平行度,必须限制 两个自由度,至于 则可限制可不限制。,第四节 工件在机床夹具中的定位,44,5.正确处理过定位: 1) 改变定位元件的结构避免过定位,如图示,把长圆柱销改成短圆柱销,即可避免了过定位。,第四节 工件在机床夹具中的定位,45,2. 去掉多余的定位支承,消除过定位,第四节 工件在机床夹具中的定位,46,第四节 工件在机床夹具中的定位,47,第四节 工件在机
17、床夹具中的定位,48,第四节 工件在机床夹具中的定位,四、机床夹具定位元件及其所限制的自由度 工件上常见的定位基准(基面)主要有: 平面、内圆、外圆、内锥面、外锥面、成形面等。 夹具中常见的定位元件主要有: 支承钉、支承板、定位销(心轴)、定位套、V形块等。 夹具定位元件的几点要求: (1)一定的精度:一般定位元件的尺寸及位置公差只有工件相应尺寸及位置公差的1/51/3 (2)良好的耐磨性 (3)足够的刚性,49,(一)工件以平面定位 (1)支承钉 (2)支承板,第四节 工件在机床夹具中的定位,50,(2)支承板,第四节 工件在机床夹具中的定位,51,(3)可调支承,第四节 工件在机床夹具中的
18、定位,52,(4)自位支承,第四节 工件在机床夹具中的定位,(5)辅则支承,53,第四节 工件在机床夹具中的定位,54,第四节 工件在机床夹具中的定位,(二)工件以内孔定位:心轴和定位销 1心轴 (1)锥形心轴(a);(2)过盈配合圆柱心轴(b);(3)间隙配合心轴(c),55,第四节 工件在机床夹具中的定位,2定位销,56,第四节 工件在机床夹具中的定位,注意:当L/D1时,可认为是长心轴(销),限制4个自由度; 当L/D1时,可认为是短心轴(销) ,限制2个自由度。,57,第四节 工件在机床夹具中的定位,(三)工件以外圆定位 工件以外圆定位时,一般常用v形块、半圆定位块、定位套、自动定心机
19、构等。 v形块特性:1)对中作用;2) v形块两斜面的夹角一般选用60、90 和120 ,58,第四节 工件在机床夹具中的定位,59,第四节 工件在机床夹具中的定位,60,(四)在工件以一面两销定位时,应在两个定位销中采用一个削边销。,第四节 工件在机床夹具中的定位,61,1) 削边销的形成,第四节 工件在机床夹具中的定位,62,为了保证销的强度,通常使用菱形销。 图a用于直径很小时 图b用于直径为350mm时 图c用于大于50mm时,第四节 工件在机床夹具中的定位,63,第四节 工件在机床夹具中的定位,2) 削边销尺寸的确定,64,3) 定位误差分析 基准位移误差:为第一定位销、孔的最大配合
20、间隙 Y= D1+d1+X1min,第四节 工件在机床夹具中的定位,65,第四节 工件在机床夹具中的定位,66,67,第四节 工件在机床夹具中的定位,一、夹具装夹的误差: 与工件在夹具中装夹有关的加工误差,称为工件装夹误差,以装夹表示。 造成工件加工表面的距离尺寸和位置误差的原因可分为如下三个方面: 1工件在夹具中由于定位不准确所造成的加工误差定位误差定位,以及在工件夹紧时由于工件和夹具变形所造成的加工误差夹紧误差夹紧。 装夹=定位+夹紧 2与夹具相对刀具及切削成形运动有关的加工误差,称为夹具的对定误差,以对定表示。其中包括夹具相对刀具位置有关的加工误差对刀误差对刀和夹具相对成形运动位置有关的
21、加工误差夹具位置误差夹位。,68,第五节 定位误差的分析与计算,3与加工过程中一些因素有关的加工误差,称为过程误差,以过程表示。其中包括工艺系统的受力变形、热变形及磨损等因素所造成的加工误差。,69,第五节 定位误差的分析与计算,图 铣键槽工序加工误差的组成,70,一批工件的直径尺寸有大有小,放在V形块中时,其外圆下母线B的位置就不一致,则造成工件的定位误差定位,加上夹紧误差夹紧即为装夹误差装夹。 由于对刀块的位置不准确。或者由于对刀时铣刀刃口离对刀块的距离没有准确调整到规定值3mm,就会对刀误差对刀。 而夹具上V形块与夹具体底面不平行,机床工作台与走刀方向不平行,定向键与工作台上T形槽配合精
22、度低等,则造成夹具定位元件的位置误差夹位, 对刀与夹位之和即为夹具的位置误差对定。 切削时受切削力、切削热等因素的作用,工艺系统发生变形,破坏了铣刀已调好的位置,所造成的加工误差即为过程误差。为了得到合格零件,必须使上述各项误差之和等于或小于零件的相应公差T, 即: 装夹+对定+过程T,第五节 定位误差的分析与计算,通常,初步计算时,可粗略先按三项误差平均分配,各不超过公差的三分之一考虑,即 装夹1/3 T 对定1/3 T 并给过程误差过程留有 1/3的误差允许值。 前两项与夹具的设计和使用调整有关,若这种单项分配不能满足不等式要求,也可综合考虑,即按 装夹+对定 2/3T 进行计算。这样,可
23、根据具体情况,在装夹和对定之间调整,或采取其它措施,使不等式得到满足。,71,第五节 定位误差的分析与计算,二、定位误差的定义及产生的原因 定义:由于定位不准而引起某一工序尺寸或位置要求方面的加工误差。 某一定位方案,其可能产生的定位误差,只要小于工件相关尺寸或位置公差的1/3或满足前述装夹+对定+过程T即可认为该定位方案合符加工精度的要求。 定位误差定位由基准位移误差位移和基准不重合误差不重两部分组成。 定位=位移不重 基准位移误差:由于工件尺寸的变化,造成定位基准相对于限位基准在工序尺寸方向的变动量。 基准不重合误差:工序基准与定位基准的不重合,造成工序基准相对于定位基准在工序尺寸方向的变
24、动量。,72,第五节 定位误差的分析与计算,73,第五节 定位误差的分析与计算,分析工序尺寸A的定位误差?,二、定位误差的分析与计算 分析计算定位误差就是找出一批工件的工序基准的位置沿工序尺寸方向上可能发生的最大偏移量。 1工件以平面定位时的定位误差 工序尺寸:b、H、B H: B:,74,第五节 定位误差的分析与计算,2工件以圆孔定位时的定位误差 (1)垂直放置: 由于配合间隙造成的基准位移误差: (2)水平放置: 由于配合间隙造成的基准位移误差:,75,第五节 定位误差的分析与计算,3工件以外圆定位时的定位误差 以V形块定位为例: 1)以外圆轴线为工序基准:,76,第五节 定位误差的分析与
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