机械制造基础课件第四章：机床夹具设计基础

1、第4章 机床夹具设计基础,4.1 概述4.1.1 夹具的定义及组成1. 定义 机械加工过程中，依据工件的加工要求，使工件相对机床、刀具占有正确的位置，并能迅速、可靠地夹紧工件的机床附加装置。称为机床夹具，简称为夹具。 2. 组成 （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）其它装置,第4章 机床夹具设计基础,图 4- 1 铣轴端槽的夹具,第4章 机床夹具设计基础,4.1.2 夹具的分类 1. 按使用特点分类 （1）通用夹具 （2）专用夹具 （3）组合夹具 （4）成组夹具 （5）随行夹具 2. 按使用机床分类 可分为车床夹具、铣床夹具、钻床夹具(又称钻模)、镗床夹具(又称镗模)、磨床夹具等。 3. 按动力源分类 可分为手动夹具、气动夹具、液压夹具、气液夹具、电动夹具、电磁夹具和真空夹具等。,第4章 机床夹具设计基础,4.1.3 机床夹具的作用 1. 保证加工精度 2. 提高生产率，降低生产成本 3. 减轻劳动强度 4. 扩大机床的工艺范围,第4章 机床夹具设计基础,4.1.4 夹具装夹时的加工误差 1. 工件装夹误差 ZJ 它包括定位误差 DW

2、和夹紧误差 JJ 。 2. 夹具对定误差 DD 它包括对刀误差 DA和夹具位置误差 JW 。 3. 加工过程误差 GC 加工误差不等式： ZJ+ DD + GC T DW T/3,第4章 机床夹具设计基础,4.2 工件在夹具中的定位 4.2.1 六点定位原理,图 4-2 工件在空间中的自由度,第4章 机床夹具设计基础,六点定位原理：,第4章 机床夹具设计基础,长方体工件的六点定位,第4章 机床夹具设计基础,圆盘工件的六点定位,第4章 机床夹具设计基础,轴类工件的六点定位,第4章 机床夹具设计基础,第4章 机床夹具设计基础,1. 完全定位与不完全定位 2. 过定位与欠定位,图 4-4 工件应限制自由度的确定,第4章 机床夹具设计基础,图 4-5 连杆的过定位,第4章 机床夹具设计基础,4.2.2 常见的定位方式及定位元件 定位元件的设计要求：（1）要有与工件相适应的精度；（2）要有足够的刚度，不允许受力后发生变形；（3）要有耐磨性，以便在使用中保持精度。,第4章 机床夹具设计基础,1. 以平面定位 定位元件可分为基本支承（分固定、可调及自位支承）和辅助支承两类。 （1）基本支承,图 4-

3、6 各种固定支承钉,第4章 机床夹具设计基础,图 4-7 固定支承板,第4章 机床夹具设计基础,图 4-8 可调支承,第4章 机床夹具设计基础,图 4-9 自位支承,第4章 机床夹具设计基础,（2）辅助支承,图 4-10 辅助支承的作用,第4章 机床夹具设计基础,图 4-11 辅助支承,第4章 机床夹具设计基础,2. 以圆孔定位 有些工件，如套筒、法兰盘、拨叉等以孔作为定位基准，此时采用的定位元件有定位销、推销及定位心轴。 （1）定位销,图 4-12 定位销,第4章 机床夹具设计基础,（2）锥销,图 4-13 锥销,第4章 机床夹具设计基础,（3）定位心轴,图 4-14 定位心轴,第4章 机床夹具设计基础,3. 以外圆柱面定位 工件以外圆柱面定位在生产中是常见的，如轴套类零件等。常用的定位元件有V形块、定位套、半圆定位座、外圆定心夹紧机构等。 （1） V形块,图 4-15 V形块结构,第4章 机床夹具设计基础,（2）定位套,图 4-16 定位套筒,第4章 机床夹具设计基础,（3）半圆定位座,图 4-17 半圆定位座,第4章 机床夹具设计基础,（4）外圆定心夹紧机构,b) c)图 4-1

4、8 弹簧夹头,第4章 机床夹具设计基础,4. 以组合表面定位 （1）一个平面和二个与其垂直的孔的组合,图 4-19 一面二孔组合定位,第4章 机床夹具设计基础,图 4-20 一面二孔组合定位的相互干涉现象,第4章 机床夹具设计基础,图 4-21 削边销结构,第4章 机床夹具设计基础,（2）一个平面和两个与其垂直的外圆柱面的组合,图 4-22 以两外圆定位,第4章 机床夹具设计基础,（3）一个孔和一个平行于孔中心线的平面的组合,图 4-23 以一孔一平面定位,第4章 机床夹具设计基础,表4-1 几种常见定位方式,第4章 机床夹具设计基础,第4章 机床夹具设计基础,第4章 机床夹具设计基础,第4章 机床夹具设计基础,第4章 机床夹具设计基础,第4章 机床夹具设计基础,第4章 机床夹具设计基础,第4章 机床夹具设计基础,第4章 机床夹具设计基础,第4章 机床夹具设计基础,第4章 机床夹具设计基础,第4章 机床夹具设计基础,内容回顾： 加工误差： 1. 工件装夹误差 ZJ 它包括定位误差 DW和夹紧误差 JJ 。 2. 夹具对定误差 DD 它包括对刀误差 DA和夹具位置误差 JW 。 3. 加

5、工过程误差 GC 加工误差不等式： ZJ+ DD + GC T DW T/3,第4章 机床夹具设计基础,六点定位原理：,第4章 机床夹具设计基础,长方体工件的六点定位,第4章 机床夹具设计基础,圆盘工件的六点定位,第4章 机床夹具设计基础,轴类工件的六点定位,第4章 机床夹具设计基础,第4章 机床夹具设计基础,4.3 定位误差4.3.1 定位误差的概念及其产生的原因 定位误差DW：由于定位不准而造成工序尺寸或位置要求方面的加工误差。 产生原因： 一批工件的定位基准在夹具中的位置不一致（如配合间隙等）定位基准位置误差WZ 工序基准未被选做定位基准（其间尺寸有公差） 基准不重合误差BC,第4章 机床夹具设计基础,图 4-24 钻孔工序简图及钻孔夹具,（2）定位误差的计算方法 1）按定义直接计算 计算示例： 极端位置1 （A1，Hmin） Dmax，d1min， dmin 下母线接触 极端位置2 （A2 ，Hmax ） Dmax，d1min ， dmax 上母线接触 由此，,第4章 机床夹具设计基础,第4章 机床夹具设计基础,图 4-25 一批工件定位时可能出现的两个极端位置,（2）定位误差

6、的计算方法 2）按误差合成计算分析思路：WZ(O)：定位基准可能发生偏移的最大范围 BC(A)：工序基准定位基准A和定位基准O之间尺寸的变化范围 计算（合成 ）： 故得：,？,第4章 机床夹具设计基础,第4章 机床夹具设计基础,图 4-26 一批工件定位基准和工序基准的最大变动量,第4章 机床夹具设计基础,第4章 机床夹具设计基础,第4章 机床夹具设计基础,BC= 0,第4章 机床夹具设计基础,BC= Td/2,第4章 机床夹具设计基础,BC= Td/2,练习：试分析计算图示零件三种定位方案的定位误差，并选择最佳方案。,第4章 机床夹具设计基础,用微分方法计算定位误差,【例2-5】工件在V型块上定位铣键槽，计算定位误差【解】要求保证的工序尺寸和工序要求：槽底至工件外圆中心的距离H（或槽底至外圆下母线的距离H1，或槽底至外圆上母线的距离H2 ）；键槽对工件外圆中心的对称度,对上式求全微分，得到：,第4章 机床夹具设计基础,以微小增量代替微分，并将尺寸误差视为微小增量，且考虑到尺寸误差可正可负，各项误差均取最大值，得到工序尺寸H的定位误差：,定位,（2-8）,式中 Td 工件外圆直径公差；

7、 T V型块两斜面夹角角度公差。若忽略V型块两斜面夹角的角度公差，可以得到用V型块对外圆表面定位，当工序基准为外圆中心时，在垂直方向（图2-33中尺寸H方向）上的定位误差为：,（2-9）,第4章 机床夹具设计基础,对于第2项要求，若忽略工件的圆度误差和V型块角度偏差，可以认为工序基准（工件外圆中心）在水平方向上的位置变动量为零，即使用V型块对外圆表面定位时，在垂直于V型块对称面方向上定位误差为零。,（2-10）,第4章 机床夹具设计基础,第4章 机床夹具设计基础,4.3 工件在夹具中的夹紧 4.3.1 夹紧机构的组成及其设计的基本原则,图 4-28 夹紧机构的示意图,第4章 机床夹具设计基础,4.3.2 夹紧力的确定及其基本原则,图 4-29 夹紧力的方向不垂直,第4章 机床夹具设计基础,图 4-30 夹紧力的方向与夹紧力大小的关系,第4章 机床夹具设计基础,图 4-31 套筒夹紧,第4章 机床夹具设计基础,图 4-32 夹紧力作用点应在支承面内,第4章 机床夹具设计基础,图 4-32 夹紧力作用点应在刚性好的部位,第4章 机床夹具设计基础,图 4-33 夹紧力作用点应靠近加工表面,第

8、4章 机床夹具设计基础,4.3.3 典型的夹紧机构,图 4-34 楔形夹紧机构,第4章 机床夹具设计基础,图 4-35 楔形夹紧受力分析,第4章 机床夹具设计基础,图 4-36 螺旋夹紧机构,第4章 机床夹具设计基础,图 4-37 偏心夹紧机构,第4章 机床夹具设计基础,图 4- 38 铰链夹紧机构,第4章 机床夹具设计基础,图 4-39 弹簧夹头,第4章 机床夹具设计基础,图 4-40 定心对中夹紧机构,第4章 机床夹具设计基础,图 4-41 自定心弹性卡盘,第4章 机床夹具设计基础,图 4-42 浮动压头及四点双向浮动夹紧机构,第4章 机床夹具设计基础,图 4-43 平行式多件夹紧,第4章 机床夹具设计基础,内容回顾： 1. 定位误差 DW,第4章 机床夹具设计基础,第4章 机床夹具设计基础,原因： （1）工件和定位元件的制造误差。 （2）间隙。 （3）定位基准和工序基准不重合。,第4章 机床夹具设计基础,结论： （1）定位误差只产生在采用调整法加工一批工件的情况，试切法法不存在定位误差。 （2）定位误差是由于工件定位不准确而产生的加工误差，它的表现形式为工序基准相对与加工面可能产生位置的最大变动量。 （3）定位误差是基准位置误差和基准不重合误差两部分组成。,第4章 机床夹具设计基础,2. 夹紧力：,第4章 机床夹具设计基础,4. 4 夹紧动力源,图 4-44 典型的气压传动系统,第4章 机床夹具设计基础,图 4-45 活塞式气缸,第4章 机床夹具设计基础,图 4- 46 薄膜式气缸,第4章 机床夹具设计基础,图 4-47 气-液组合夹紧工作原理,第4章 机床夹具设计基础,4.5 夹具的对定,图 4- 48 表面成形运动,第4章 机床夹具设计基础,4.5.1 孔加工刀具的引导装置 1. 钻套,图 4- 49 钻套（JB/T 80451999）,

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