機械制造技術(shù)基礎(chǔ)機床夾具設(shè)計原理.ppt

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1、第四章 機床夾具設(shè)計原理,學(xué)習(xí)目的與要求,(1)了解機床夾具的組成、作用及其對零件加工的重要性 (2)掌握對工件定位的概念、原理、要求及定位誤差的概念 (3)掌握各種不同定位方式定位誤差的計算 (4)熟悉對工件夾緊的目的、要求和夾緊機構(gòu) (5)熟悉各種機床上使用的夾具特點 (6)初步掌握夾具設(shè)計的方法、要點和步驟,主要內(nèi)容,第4章 機床夾具設(shè)計原理 4.1 機床夾具的概述 4.2 工件的定位 4.3 典型的定位方式、定位元件及定位裝置 4.4 定位誤差 4.5 工件的夾緊 4.6 夾緊機構(gòu) 4.7 夾具的動力裝置 4.8 夾具的其它裝置 4.9 夾具設(shè)計的方法及步驟 思考與練習(xí):,一、機床夾具

2、的定義 廣義 機床夾具 輔助將刀具在機床上進行定位、夾緊的裝置。 二、工件的安裝 定義 內(nèi)容: 方式:,4-1 夾具的基本概念,,三、夾具的組成,,1、夾具的組成 定位元件及定位裝置 夾緊元件及夾緊裝置 導(dǎo)向元件或?qū)Φ堆b置 動力裝置 夾具體 其它元件與裝置 2、夾具的工作原理要點 使工件占有正確的加工位置 保證夾具定位工作面相對機床切削運動形成表面的準(zhǔn)確幾何位置,滿足加工面對定位基準(zhǔn)的相互位置精度要求 保證加工面對定位基準(zhǔn)的位置尺寸,機床夾具和機床、刀具、工件之間關(guān)系圖,四、夾具的作用 (1)保證加工精度 (2)提高生產(chǎn)率 (3)減輕工人勞動強度 (4)擴大機床使

3、用范圍 (5)降低生產(chǎn)成本 (6)可由較低技術(shù)等級的工人加工,五、夾具分類 1、按專業(yè)化程度 通用夾具 專用夾具 成組夾具 組合夾具 隨行夾具 2、按機床種類 車床夾具 磨床夾具 鉆床夾具(鉆模) 鏜床夾具(鏜模) 銑床夾具 3、按動力源 手動、氣動、液壓、氣液、電動、電磁、真空、 自緊(切削力),4-2工件的定位,一、定位與基準(zhǔn) 定位:工件在夾具中占有正確的位置 夾緊:固定工件的位置 定位基準(zhǔn):確定工件安裝時所用的基準(zhǔn),二、定位原理 自由度:一個物體在空間中可能具有的運動 剛體有六個自由度: 定位條件:采取各種約束措施來消除六個自由度 六點定位原理:,,,

4、平面 1、2、3: 圓柱面 5、6 : 槽 4 :,圓盤類零件,軸類零件,圓柱面 1、3、4、5: 槽 2: 端 6:,定位銷定位:,,,六點 定位原理,采用六個按一定規(guī)則布置的約束點,限制工件的六個自由度,實現(xiàn)完全定位,常見定位元件分析,V型鐵定位: 錐銷定位: 頂尖定位:,三、定位的正常情況與非正常情況,需限制5個自由度,需限制6個自由度,超定位的幾個例子,平面定位: 四個支撐釘三個,,平面長銷 平面3個;長銷4個,改進措施,長銷與小端面,短銷與大端面,長銷與浮動端面墊,一面兩銷 兩個短銷均限制了 將其中一銷改為削邊銷,過定位益處,增加穩(wěn)定性 增加剛性,具體情況具體分析:,該限

5、制的沒有限制欠定位,不允許;限制自由度小于六時,是欠定位或不完全定位 一個自由度被多個定位元件限制超定位,一般不允許 工件定位面精度、夾具定位元件精度較高允許過定位提高剛度 工件剛度低,過定位提高剛度 根據(jù)加工要求確定定位 欠定位和過定位可能同時存在,5-3 典型的定位方式、定位元件及定位裝置,一、定位元件的要求 有與工件相應(yīng)的精度; 有足夠的剛度; 有足夠的耐磨性。 二、常見的定位方式及定位元件 平面定位、外圓定位、內(nèi)孔定位、復(fù)合定位 1、平面定位 應(yīng)用場合:箱體、床身、機座、支架等 定位元件:支承釘及支承板、可調(diào)支承與自位支承、輔助支承,支承釘與支承板 精基準(zhǔn): 支承釘或支承

6、板 粗基準(zhǔn): 三個支承釘 可調(diào)支承 用于未加工過的面(粗基準(zhǔn)),自位支承 輔助支承 避免粗基準(zhǔn)的超定位 增加工件剛性,輔助支承,2、圓孔定位 定位銷:主用于中心孔定位,一般d50mm 錐銷,,心軸: A、剛性心軸,間隙配合,定心低,過盈配合,定心高,B、錐度心軸 常用錐度:1:10001:5000 工件緊,定心高,不用夾緊 C、彈性心軸: 定心精度高,裝卸方便,液性塑料心軸,D、定心心軸:用于粗基準(zhǔn)或孔徑大時,孔定位,3、外圓定位 套筒 自動定心定位:卡盤及卡頭,支承 V型鐵定位 分類: 特點:對中性好 應(yīng)用:外圓柱面定位;任意曲線柱面的定位;與其他定位元件組合使用;超

7、定位時,可做成浮動形式,平支承,兩個平支承,半圓支承,4、圓錐孔定位 用錐軸限5個自由度,特例是頂尖(死頂尖和浮動頂尖) 5、復(fù)合定位一個平面和兩個與平面垂直的孔組合;一個平面和一個與其垂直的孔組合 (1)一個平面和兩個與其垂直的孔 A 、采用兩個圓柱銷和一個平面的情況 使工件兩個孔中一個準(zhǔn)確定位,兩孔中心距誤差和兩銷中心距誤差由另一個定位銷來補償,設(shè)孔1和銷1準(zhǔn)確定位,兩者最小間隙1 ,要將孔2套入定位銷2,而兩個中心距又有誤差,則只能將定位銷2減小。從圖中可以看出,當(dāng)兩孔中心距最大兩銷中心距最小或反之,L-Lx,L+Lx,2為孔2與銷2的最小間隙,這樣d2較小,從而定位的角度小誤差很大。

8、 兩孔中心誤差和兩銷的中心誤差由兩個定位銷來補償: 將兩個銷直徑減小,這樣在中心連線方向定位精度降低,另外也不能減小角度誤差,因此很少采用。,B、用削邊銷來補償兩孔中心距和兩銷中心距的誤差 削邊銷的出現(xiàn) 設(shè)兩孔中心距最大,兩銷中心距最小,如把定位銷2削成寬為b的扁銷,即可補償兩個中心距誤差使工件順利裝入。根據(jù)幾何關(guān)系得(兩三角形),略去高階小量,當(dāng)兩孔中心距最小,兩銷中心距最大時,結(jié)果相同。,削邊銷結(jié)構(gòu),,,已標(biāo)準(zhǔn)化,扁銷 剛性差,凸肚銷 制造復(fù)雜,,菱形銷,,,C 、削邊銷(菱形)設(shè)計 已知:兩銷孔公稱尺寸及公差,兩孔中心距公稱尺寸及公差 求:兩銷公稱尺寸 削邊銷寬度及銷公差,兩

9、銷孔中心距及公差 例:已知工件兩孔為 兩孔中心距為,解:公差為 對稱分布,確定圓柱銷的直徑及公差 圓柱銷1的為 最小間隙,確定菱形銷2的直徑公稱尺寸、公差及寬度 先根據(jù)D2值查表選b(P204 表4.1),b=4 根據(jù)b求2 則由最小間隙,,,,得, 選銷與孔為H/g,H/f,一般為g6,公差為 公差值為0.011 所以,取d2=12,則,(2)一個平面和一個與其垂直的孔組合 A、大平面、短銷 B、大平面、長銷 (3)兩個互相垂直的平面和一個與其中一個面垂直的孔組合 6、其它定位方式 一些特殊的如齒輪淬火后磨內(nèi)孔齒余量均勻,,,,齒面定位,5-

10、4 定位誤差,一、與夾具有關(guān)的誤差: 1、定位誤差定 2、夾緊誤差夾緊 3、導(dǎo)向誤差導(dǎo) 4、夾具安裝誤差夾具安 5、夾具制造誤差夾具,,,,對正安裝誤差az,az過程誤差,dw+az+gc= 各取1/3,二、定位誤差的分析,,定位誤差是否滿足要求,與分布有關(guān),也與標(biāo)準(zhǔn)值(調(diào)整值有關(guān)),,,,誤差分布范圍,,下限,上限,,,標(biāo)準(zhǔn)(調(diào)整時),三、常見定位形式的定位誤差 1、用支承或平面作定位元件 平面定位 要求尺寸: A1 則由基準(zhǔn)不重合引起的定位誤差定=A2,A2A2/2,支承定位平面 要求尺寸:A3 基準(zhǔn)重合,但工件定位面不準(zhǔn),有基準(zhǔn)位移引起定位誤差定=(H-

11、h)tg(), =90,若要求A1 則即有基準(zhǔn)位移引起,又有定位基準(zhǔn)不重合 定=(H-h)tg()+A2,支承定位外圓表面 對H1: 定=D/2(不重合) 對H2: 定=0 對A: 定=D/2(不重合),,,,,,,2、用定位銷、心軸定位內(nèi)圓表面和用套筒定位外圓表面 (1)中心偏移銷或套筒垂直放置 如圖,x、y兩個方向定位誤差,當(dāng)定位銷或套筒水平放置,由于重力等作用,高點接觸 定位誤差:,,,,,,,銷小孔大,,銷大孔小,,中心偏轉(zhuǎn),,3、錐心軸定位 當(dāng)工件孔有孔徑誤差 時, 基準(zhǔn)位移誤差: 孔直徑公差 錐角 當(dāng)心軸有直徑誤差時,,,,公差,位移誤差 對銷1來說最

12、小間隙 各個方向 孔徑公差 銷徑公差 最小間隙,,,,,對銷2來說,由于不限x方向自由度,即由銷1決定。 y方向:,轉(zhuǎn)角:,,轉(zhuǎn)角為,一般轉(zhuǎn)角:可取,,4、V形鐵定位 下母線為設(shè)計基準(zhǔn)(如鍵槽等) 此時由于基準(zhǔn)不重合(QA、C)產(chǎn)生基準(zhǔn)轉(zhuǎn)換誤差。設(shè)調(diào)整是按標(biāo)準(zhǔn)工件調(diào)整,工件直徑為d,現(xiàn)工件直徑為d +,則產(chǎn)生的定位誤差為,,其中,,,,,,,帶入直徑公差誤差分布范圍,,,,,,,,,中心線為設(shè)計基準(zhǔn)(如端鍵槽) 此時定位誤差,,,=120,60,90,設(shè)計基準(zhǔn)為上母線 此時定位誤差,,,,,,,=120,90,60,K3 K2 K1,注意,5-5 工件的夾緊,一、夾緊機

13、構(gòu)的組成 1、夾緊元件 2、動力裝置 3、中間傳力機構(gòu) 二、夾緊機構(gòu)的基本要求與設(shè)計原則 1、夾緊必須保證定位而不能破壞定位 主要夾緊力垂直于裝置基面,夾緊元件不應(yīng)破壞工件定位,2、工件和夾具的夾緊變形必須在允許范圍內(nèi) 夾緊力作用在工件剛性較好的方向上 夾緊力的著力點和支承點盡可能靠近切削力作用點,,夾緊力的反作用力不應(yīng)使夾具產(chǎn)生影響加工精度的變形 夾緊力大小要適當(dāng),3、夾緊機構(gòu)必須可靠 夾緊元件本身有足夠的剛度和強度 手動夾緊的自鎖性能可靠 夾緊機構(gòu)有足夠的夾緊行程 4、夾緊機構(gòu)的操作安全、省力、方便、迅速 5、夾緊機構(gòu)的復(fù)雜程度和自動化程度與生產(chǎn)規(guī)模及工廠的財力、物力相適應(yīng),,三、夾

14、緊力的確定 夾緊力大小、方向和作用點 1、夾緊力的方向 保證定位準(zhǔn)確可靠,一般垂直于主要定位基準(zhǔn)面 應(yīng)使所需夾緊力盡可能小 應(yīng)使工件變形小 2、夾緊力的作用點 保持工件穩(wěn)定定位 使工件夾緊變形盡可能小 盡可能靠近工件被加工表面,三要素,,,,輔助支承,3、夾緊力大小的選擇 夾緊力大小應(yīng)適當(dāng) 確定方法: 類比法計算分析法,,,加工過程中,切削力變化時,按最不利的情況考慮,開始,繞0點翻轉(zhuǎn),摩擦力矩,5-6 夾緊機構(gòu),一、斜楔夾緊機構(gòu),,,,,,,,,1、夾緊力計算 即 又,2、結(jié)構(gòu)特點: 斜楔具有自鎖性,一般 約6, 手動可靠 氣動、液壓時,可大些,1530。,

15、,,,具有改變壓力方向的特點 具有增力作用 增力系數(shù) 3左右 夾緊行程小,行程h,移動S 行程小 自鎖差 3、適用范圍 小型鉆床、銑床;與其他裝置組合使用,,二、螺旋夾緊機構(gòu) 1、結(jié)構(gòu)形式,,,,,三、偏心夾緊機構(gòu),,四、鉸鏈夾緊機構(gòu) 增力機構(gòu),常與氣缸、油缸聯(lián)動以擴大夾緊 力,動作迅速,容易改變力的傳遞方向壓板張 開量大;但自鎖性能差,特點,五、定心夾緊機構(gòu) 三爪卡墊、彈性夾頭等 六、聯(lián)動夾緊機構(gòu) 1、常見的聯(lián)動夾緊方式 多點夾緊聯(lián)動 多件夾緊聯(lián)動 彎軸瓦分型面 先定位后夾緊聯(lián)動 夾緊與其他動作聯(lián)動 如夾緊與鎖

16、緊輔助支承聯(lián)動,2、設(shè)計聯(lián)動夾緊機構(gòu)時應(yīng)注意的問題 仔細(xì)進行運動分析和受力分析,以確保實現(xiàn)設(shè)計意圖; 設(shè)計必要的浮動環(huán)節(jié)及浮動程度,以保證夾緊均衡、運動不發(fā)生干涉; 保證所有壓板都能松夾,以便裝卸工件; 注意剛性,以免剛性不足而夾不緊; 避免過于復(fù)雜,否則會降低可靠性,制造困難。,4-7 夾具的動力裝置,一、動力裝置的作用 減輕工人勞動強度,提高生產(chǎn)率,保證安全生產(chǎn) 常用動力裝置: 氣壓、液壓、氣液聯(lián)合、電動、電磁、真空等 二、氣壓夾緊采用壓縮空氣,氣動夾緊及其輔助裝置系統(tǒng)圖,固定式氣缸,回轉(zhuǎn)式氣缸,三、液壓夾緊 1、液壓的壓力較高,油缸小,布局方便,不需增力機構(gòu),結(jié)構(gòu)簡單; 2、夾緊

17、剛度大,夾緊可靠,動作比較平穩(wěn); 3、在液壓機床上實現(xiàn)比較方便,否則需增設(shè)油泵站,提供高壓油,因此成本高; 4、沒有排氣噪聲,但油泵工作時的噪聲也很大,另外漏油不易處理,污染環(huán)境。,特點 (與氣壓比),四、氣液聯(lián)合夾緊 利用氣壓來源方便和液壓工作油缸體積小的特點,其能量來源是壓縮空氣,執(zhí)行機構(gòu)是油缸。,增壓器,五、電動夾緊 多由電動機、減速裝置和螺旋副傳動等組成 六、電磁夾緊平磨 感應(yīng)線圈隔離板工件 導(dǎo)磁材料 磁化 七、真空夾緊,車床用電磁卡盤,4-8 夾具的其它裝置,一、孔加工時的導(dǎo)向裝置 1、鉆孔導(dǎo)向鉆套 (1)鉆套的類型(根據(jù)結(jié)構(gòu)): 固定鉆套、可換鉆套、快

18、換鉆套、特殊鉆套,固定式 (有肩和無肩) 配合: 特點:位置精度高,結(jié)構(gòu)簡單,但磨損后不易換,不能鉆擴鉸 應(yīng)用: 用于單件、小批及孔距小的地方。 可換鉆套 配合:鉆套與襯套間 ,襯套與孔間 特點:操作方便,螺釘可防止鉆套松動和被頂出 應(yīng)用:大批量生產(chǎn),但不宜用于連續(xù)更換刀具的場合,快換鉆套 用于鉆擴鉸(攻絲) 特殊鉆套,(2)鉆套的尺寸和公差 內(nèi)徑D 其基本尺寸由所用刀具的外徑確定,對于鉆擴鉸刀等標(biāo)準(zhǔn)定尺寸刀具,按基軸制選用的動配合F7或G6 鉆套高H 對于一般孔距精度 H=(1.52)d 對于孔距(平行度)要求高的 H=(2.53.5)d 鉆套與工件距離h 留有空間排屑; 加

19、工鑄鐵 h=(0.30.7)d; 加工鋼 h=(0.71.5)d; 孔的位置高,可取h=0 斷屑好 h,不好 h,,,應(yīng)用: 桿套緊; 套襯用,(3)鉆模舉例 固定式與移動式鉆模 翻轉(zhuǎn)式或回轉(zhuǎn)式鉆模 當(dāng)工件上有幾個方向不同孔時,可用一個鉆模在一次安裝中進行加工。這種鉆模能獲得所需的幾個方向加工位置。 翻轉(zhuǎn)式鉆模:整個夾具和工件一起翻轉(zhuǎn) 回轉(zhuǎn)式鉆模分度機構(gòu),2、鏜孔的導(dǎo)向鏜套 (1)鏜套結(jié)構(gòu)類型 固定式鏜套不與鏜桿一起轉(zhuǎn)動,外形尺寸小,結(jié)構(gòu)簡單,中心位置準(zhǔn)確,轉(zhuǎn)速高時出現(xiàn)“咬死”,不超過20轉(zhuǎn)/分,回轉(zhuǎn)式鏜套 外滾式回轉(zhuǎn)鏜套:將回轉(zhuǎn)部分裝在夾具上,鏜桿和導(dǎo)套之間只有相對移動,而無轉(zhuǎn)動

20、內(nèi)滾式回轉(zhuǎn)鏜套:將回轉(zhuǎn)部分裝在鏜桿上 (2)鏜刀通過問題 很多情況刀大于鏜套內(nèi)徑,(3)鏜套的尺寸和公差 鏜套的基本尺寸由鏜桿的導(dǎo)向部分的外徑來決定。配合用 、 ,后者用于精加工。 內(nèi)滾式,滑動套 h6、h5,二、對刀裝置,銑床對刀裝置,三、分度裝置,斜面分度裝置,四、夾具在機床上的定位,為保證夾具相對于切削運動有準(zhǔn)確方向,在夾具體底面往往安裝兩個定向鍵或銷,夾具在回轉(zhuǎn)主軸上的安裝,取決于所使用的機床主軸的端部結(jié)構(gòu),5-9 夾具設(shè)計的方法及步驟,一、設(shè)計前的準(zhǔn)備 1、生產(chǎn)綱領(lǐng) N 氣動或機動夾具 N 手動 簡單 2、零件圖及工序圖 零件圖尺寸、形狀和位置精度要

21、求 工序圖工序尺寸、基準(zhǔn)等 加工表面 3、工序內(nèi)容 主要指該工序所用機床、刀具、切削用量、工步安排、時間定額、裝夾工件數(shù)目等,工序內(nèi)容:鉆鉸6兩孔,鉆8孔 精度要求:6兩孔級,表面粗糙度3.2 ,位置度0.1;8孔自由,表面粗糙度12.5 已加工表面有:12H7孔、15H7孔、45f7外圓、兩端面及18孔,二、夾具的總體方案的確定 1、定位方案 一面兩銷 長銷、削邊銷、小止推面裝卸不便,鉆工時干涉、復(fù)雜、排屑 端面、削邊銷、定心套基準(zhǔn)不重合,2、夾緊方案 螺釘墊圈夾緊優(yōu)點:機構(gòu)簡單、方便, 缺點:裝卸工件不便,費時 勾形壓板裝卸方便,但需要擰兩個螺母,費時;聯(lián)動則復(fù)雜 鉸鏈壓板簡單方便,3、夾具形式 翻轉(zhuǎn)或回轉(zhuǎn)式 三、夾具裝配草圖 工件定位元件導(dǎo)向元件夾緊機構(gòu)夾具體 足夠的剛度減少變形,必要時用加強筋 形狀簡單避免加工困難 良好的工藝性 操作方便,容易排屑,繪制夾具體應(yīng)注意,四、夾具的精度驗算,無基準(zhǔn)轉(zhuǎn)換,,五、繪制夾具的裝配圖及零件圖 1、輪廓尺寸,即夾具的長寬高尺寸 2、配合尺寸及種類 3、聯(lián)系尺寸及偏差,一般按工件相應(yīng)公差的 選取,

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