机械制造第四章机床夹具原理与设计

机床夹具原理与设计夹具:在机械加工过程中，为了保证加工精度，固定工件，使之占有确定位置以接受加工或检测的工艺装备称为机床夹具。一、工件的装夹方法第一节机床夹具概述工件装夹的实质定位和夹紧工件装夹的方法找正安装用专用夹具安装直接找正法示例a）磨内孔时工件的找正b）刨槽时工件的找正机床夹具原理与设 计划 项目进度计划表范例计划下载计划下载计划下载课程教学计划下载 线找正法示例机床夹具原理与设计机床夹具原理与设计找正安装机床夹具原理与设计用专用夹具安装用专用夹具安装工件支承板支承板支承钉支承钉支承钉钻套机床夹具原理与设计机床夹具原理与设计二、机床夹具的工作原理和在机械加工过程中的作用1.夹具的主要工作原理 使工件在夹具上占有正确的位置 夹具对于机床应先保证有准确的相对位置,而夹具结构又保证定位元件的定位工作面对夹具与机床相联接的表面之间的相对准确位置 使刀具相对有关的定位元件的定位工作面调整到准确位置1）易于保证加工精度；2）能大大地提高生产率，缩短辅助时间；3）装夹方便，能大大地减轻工人劳动强度。2.夹具的作用机床夹具原理与设计三、机床的分类与组成1.夹具的分类按夹具的应用范围分类 通用夹具：成为机床的一种标准附件 专用夹具：为加工某一零件的某一工序而设计 可调夹具：通用可调整夹具和成组夹具，夹具的部分元件可以更换，部分装置可以调整，以适应不同零件的加工 随行夹具：这是一种在自动线或柔性制造系统中使用的夹具 组合夹具：由一套完全标形化的元件，根据零件的加工要求拼装而成机床夹具原理与设计组合夹具机床夹具原理与设计按机床分类 车床夹具 铣床夹具钻床夹具 镗床夹具按动力源分类 手动夹具 气动夹具液压夹具 电动夹具磁力夹具机床夹具原理与设计工件定位元件夹紧装置刀具对刀—导引元件或装置机床连接元件其它装置夹具体2.夹具的组成机床夹具原理与设计第二节工件在夹具中的定位一、基准的概念基准的概念：零件上用来确定其它点、线、面的位置时，作为参考的其它的点、线、面。基准的分类设计基准工艺基准工序基准定位基准测量基准装配基准机床夹具原理与设计零件的设计基准与工艺基准机床夹具原理与设计二、六点定位原理机床夹具原理与设计六点定位原理：一个定位支承点限制工件的一个自由度，用合理设置的六个定位支承点，限制工件的六个自由度，使工件在夹具中的位置完全确定，称为工件的六点定位原理。机床夹具原理与设计环形工件定位时支撑点的分布示例机床夹具原理与设计机床夹具原理与设计在应用工件“六点定位原理”进行定位问题分析时，应注意以下几点： 定位就是限制自由度，通常用合理布置定位支承点的的方法来限制工件的自由度 定位支承点限制工件自由度的作用，应理解为定位支承点与工件定位基准面始终保持紧贴接触 一个定位支承点仅限制一个自由度，一个工件仅有六个自由度，所设置定位支承点数目，原则上不应超过六个 分析定位支承点的定位作用时，不考虑力的影响 定位支承点是有定位元件抽象而来的，在夹具中，定位支承点总是通过具体的定位元件体现，至于具体的定位元件应转化为几个定位支承点，需结合其结构分析机床夹具原理与设计工件定位中的几种情况 完全定位：工件的六个自由度完全被限制的定位 不完全定位：根据加工的技术要求，并不需要限制工件的全部自由度 欠定位：根据加工的技术要求，应该被限制的自由度没有被限制的定位 过定位：工件的同一自由度被两个或两个以上的支承点重复限制的定位机床夹具原理与设计1.改变定位元件的结构2.提高工件定位基准面之间及夹具定位元件工作表面之间的位置精度，以减小或消除过定位引起的干涉消除过定位及其干涉的两种方法机床夹具原理与设计二、常见的定位方式和定位元件1.工件以平面定位基本支承固定支承可调支承自位支承辅助支承机床夹具原理与设计固定支承：支承钉和支承板机床夹具原理与设计可调支承可调支承应用机床夹具原理与设计可调支承机床夹具原理与设计自位支承（浮动支承）机床夹具原理与设计自位支承（浮动支承）机床夹具原理与设计辅助支承机床夹具原理与设计 辅助支承机床夹具原理与设计2.工件以圆孔定位 定位销机床夹具原理与设计2.工件以圆孔定位 定位销快换圆柱定位销机床夹具原理与设计 锥面定位销机床夹具原理与设计 定位心轴机床夹具原理与设计 定位心轴安装方式机床夹具原理与设计 定位心轴过盈配合心轴间隙配合心轴机床夹具原理与设计3.工件以外圆定位 V形块 定位套筒 半圆孔定位座机床夹具原理与设计 V形块结构形式固定V形块 活动V形块机床夹具原理与设计 V形块结构形式机床夹具原理与设计 定位套筒 半圆孔定位座机床夹具原理与设计 工件上顶尖孔在顶尖上的定位机床夹具原理与设计4.工件以组合表面定位工件以几个表面同时定位的,称为“组合表面定位” 一个平面和两个与其垂直的孔的组合 一个平面和两个与其垂直的外圆柱的组合 一个孔和一个平行于孔中心线的平面的组合机床夹具原理与设计工件在夹具中加工时加工误差的组成第三节定位误差分析（1）对定误差：与夹具相对刀具及切削成形运动的位置有关的加工误差。其中包括与夹具相对刀具位置有关的加工误差—对刀误差和与夹具对成形运动的位置有关的加工误差—夹具位置误差。（2）安装误差：与工件在夹具中安装有关的加工误差。其中包括工件在夹具中定位不准确所造成的加工误差—定位误差以及工件夹紧时工件和夹具变形所造成的加工误差—夹紧误差。机床夹具原理与设计为了得到合格产品，必须使各项加工误差之总和等于或小于规定的工件的工序尺寸公差。（3）过程误差：与加工过程中一些因素有关的加工误差。包括工艺系统受力变形、热变形、磨损等因素所造成的加工误差。机床夹具原理与设计一、定位误差及其产生的原因定位误差是指由于定位不准确而造成某一工序在工序尺寸或位置要求方面的加工误差。它的表现形式为工序基准相对加工表面可能产生的最大尺寸或位置变动量。1.定位基准与工序基准不重合产生的定位误差2.定位元件制造不准确产生的定位误差定位误差产生的原因是工件的制造误差、定位元件的制造误差，两者配合间隙及基准不重合等。定位误差在调整法加工时存在，在试切法加工时不存在。定位误差由基准位置误差和基准不重合误差两部分组成。定位基准的最大变化量称为基准位置误差。工序基准相对定位基准理想位置的最大变动量称为基准不重合误差二、定位误差组成及其计算方法机床夹具原理与设计定位误差的计算方法定位误差计算可按定位误差定义进行计算，根据所画出的一批工件定位的可能产生定位误差的两种极端位置，再通过几何关系直接求得工序基准最大变动范围，即为定位误差。定位误差计算也可按定位误差的组成进行计算，按公式计算。公式中正负号的判断，当一批工件定位时，由一种可能极端位置变为另一种可能极端位置情况时，定位基准位置和工序基准相对定位基准理想位置的变动方向是否一致，变动方向一致取加号，不一致时取减号。机床夹具原理与设计按定位误差定义进行计算机床夹具原理与设计按定位误差组成进行计算机床夹具原理与设计1平面定位时的定位误差三、典型表面定位时的定位误差机床夹具原理与设计平面定位的主要方式是支承定位。当工件以未加工过的毛坯表面定位时，一般只能采用三点支承方式，定位元件为球头支承钉，可减少支承与工件的接触面积，以便能与粗糙不平的毛坯表面稳定接触。当基准重合时，定位误差就等于基准位置误差，等于基准位置在一定范围内变动△H。即:=△H当工件以已加工过的精基准定位时，由于定位基准面本身的形状精度较高，可采用多块支承板，甚至采用精磨过的整块大面积支承板定位。当基准重合时，定位误差就等于基准位置误差，等于零。如果工序基准与定位基准不重合时，计算定位误差时，再加上基准不重合误差这项。机床夹具原理与设计2圆孔表面定位时的定位误差圆孔表面定位的主要方式是定心定位，常用的定位元件为各种定位销、定位心轴和V形块。①工件上圆孔与刚性心轴或定位销过盈配合；定位元件水平或垂直放置。机床夹具原理与设计机床夹具原理与设计2圆孔表面定位时的定位误差②工件上圆孔与刚性心轴或定位销间隙配合，定位元件水平放置机床夹具原理与设计机床夹具原理与设计2圆孔表面定位时的定位误差③工件圆孔与刚性心轴或定位销间隙配合,定位元件垂直放置机床夹具原理与设计机床夹具原理与设计3外圆表面定位时的定位误差工件外圆表面定位，采用V形块定心定位机床夹具原理与设计机床夹具原理与设计4表面组合定位时的定位误差很多工件是以多个表面作为定位基准，在夹具中实现表面组合定位的。①箱体类工件以三个相互垂直的平面或一面两孔作为定位基准来组合定位；②套类、盘类或连杆类工件以平面和内孔表面作为定位基准来组合定位；③阶梯轴类工件以两个外圆表面或两个顶尖孔作为定位基准来组合定位的。机床夹具原理与设计例题：在卧式铣床上，用三面刃铣刀加工如图所示零件的缺口。本工序为最后工序。试设计一个能满足加工要求的定位 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 。机床夹具原理与设计例题：加工工件的M面时的定位情况。N面、P面已在前工序加工完毕，定位基准为P面，工序基准为N面。试计算定位误差，并分析能否满足工序要求。机床夹具原理与设计机床夹具原理与设计Ｌ1和Ｈ1方向上的基准位置误差为：Ｈ2方向上的基准位置误差为：Ｌ2方向上的基准位置误差为：Ｏ1Ｏ2方向上的角度误差为：机床夹具原理与设计H方向上的定位误差由几何关系计算机床夹具原理与设计L方向上的定位误差由几何关系计算机床夹具原理与设计例题：阶梯轴以两个外圆表面ｄ1和ｄ2为定位基准，放置在两个不等高的短Ｖ形块上实现组合定位。分析计算在轴颈上铣半圆键及在端面上钻孔时工序尺寸Ｈ和ｒ的定位误差。机床夹具原理与设计机床夹具原理与设计机床夹具原理与设计5提高工件在夹具中定位精度的主要 措施 《全国民用建筑工程设计技术措施》规划•建筑•景观全国民用建筑工程设计技术措施》规划•建筑•景观软件质量保证措施下载工地伤害及预防措施下载关于贯彻落实的具体措施 误差（1）消除或减少基准误差的措施选用基准位置误差小的定位元件；合理布置定位元件在夹具中的位置；提高工件定位表面与定位元件的配合精度；正确选取工件上的第一、第二和第三定位基准。（2）消除或减少基准不重合误差的措施在夹具设计时，为了消除或减少基准不重合误差，应尽可能选择该工序的工序基准为定位基准。当一个工件在一道工序的加工中，对加工表面有几项加工精度要求时，则应根据各项加工精度要求的高低相应选取工件定位时的第一、第二和第三定位基准。机床夹具原理与设计第四节工件在夹具中的夹紧一、夹紧装置的组成及基本要求夹紧装置组成： 力源装置 中间传力机构 夹紧元件机床夹具原理与设计（1）在夹紧过程中应能保持工件的既定位置或更好地使工件得到定位。（2）夹紧应可靠和适当，使工件在加工过程中不产生移动和振动，同时又不使工件产生不允许的变形和表面损伤，夹紧力要稳定。（3）夹紧装置应有足够的夹紧行程，操作应安全、方便、省力。（4）夹紧装置的自动化程度及复杂程度应与工件的产量和批量相适应。（5）夹紧装置的结构要便于制造、调整、使用和维修，尽可能使用标准夹具零件和部件。夹紧装置的基本要求：机床夹具原理与设计二、夹紧力的确定1.夹紧力方向的确定 夹紧力的作用方向应尽量垂直于主要定位基准面 夹紧力的方向应有利于减小夹紧力。机床夹具原理与设计3.夹紧力作用点的确定 夹紧力的作用点应能保持工件定位稳定，而不致引起工件发生位移和偏转。见71页 夹紧力的作用点应使夹紧工件的夹紧变形尽可能小。 夹紧力的作用点应尽可能靠近工件加工表面，以提高定位稳定性和夹紧可靠性。 2.夹紧力大小的确定计算夹紧力时，通常将夹具和工件看成一个刚性系统以简化计算，然后根据工件受切削力、重力、夹紧力后处于静力平衡条件，计算出理论夹紧力，再乘以安全系数，作为实际所需夹紧力。机床夹具原理与设计夹紧力辅助支持机床夹具原理与设计三、典型夹紧机构1.斜楔夹紧 结构简单，增力比大，自锁性能好等特点，获得广泛应用斜楔升角：手动：6°~8°机动：15°~30°（不需自锁）斜楔夹紧机构1-支承钉2-工件3-斜楔机床夹具原理与设计斜楔夹紧机构1-夹具体2-斜楔3-工件机床夹具原理与设计2.螺旋夹紧 螺旋夹紧机构中所用的螺旋．实际上相当于绕在圆柱体上的斜楔，因此其作用原理与斜楔是相同的。 螺旋夹紧具有结构简单紧凑、通用性好、增力比大、自锁性好等优点，故在手动夹紧中应用广泛。但由于夹紧、松开动作较慢，在高效夹具中应用较少。机床夹具原理与设计快速螺旋夹紧机构图a使用了开口垫圈，夹紧螺母的外径小于工件孔径，松开螺母取下开口垫圈，工件可以方便地装卸。图b采用了快卸螺母，螺母的螺孔内钻有倾斜光孔，其孔径略大于螺纹外径。螺母斜向沿着光孔套入螺杆，然后将螺母摆正，使螺母与螺杆啮合，再拧动螺母，便可夹紧工件。机床夹具原理与设计快速螺旋夹紧机构图c中、夹紧轴1上的直槽连着螺旋槽，先推动手柄2，使摆动压块迅速靠近工件，继而转动手柄，夹紧工件并自锁。图d中，手柄4带动螺母旋转时，因手柄5的限制，螺母不能右移，致使螺杆带着摆动压块往左移动，从而夹紧工件。松突时，只要反转手柄4，稍微松开后，即可转动手柄5，为手柄4的快速右移让出了空间。机床夹具原理与设计螺旋压板夹紧机构夹紧机构中，结构型式变化最多的是螺旋压板机构。图形是螺旋压板机构的四种典型结构。图a、b为移动压板，图c、d为回转压板。机床夹具原理与设计钩形压板螺旋夹紧机构图是螺旋钩形压板机构。其特点是结构紧凑，使用方便。当钩形压板妨碍工件装卸时、可采用自动回转钩型压板，它避免了用手转动钩形压板的麻烦。机床夹具原理与设计3.偏心夹紧 圆偏心可以看作是缠绕在基圆盘上弧形楔。 圆偏心夹紧机构的特点是操作方便、夹紧迅速，但夹紧行程和夹紧力都较小，自锁性也较差，增力比较小。一般常用于切削平稳且切削力不大的场合 常用的圆偏心轮的结构和尺寸已标准化，可参考有关手册偏心件一般有圆偏心和曲线偏心两种类型。常用的是圆偏心件(偏心轮或偏心铀)，曲线偏心件因制造因难很少使用。图为常见的几种偏心夹紧机构。图a、b用的是圆偏心轮，图c用的是偏心轴，图d用的是偏心叉。机床夹具原理与设计机床夹具原理与设计4.铰链夹紧机构 铰链夹紧机构是一种铰链和杠杆组合的夹紧机构。这种夹紧机构的主要特点是结构简单、摩擦损失小、增力比大，但自锁性差。因此，它常用在气动夹具中作为增力机构。图a为单臂铰链夹紧机构。机床夹具原理与设计4.铰链夹紧机构 图b为双臂单作用铰链夹紧机构、图c为双臂双作用铰链夹紧机构。机床夹具原理与设计5.定心夹紧机构 定心夹紧机构主要适用于几何形状对称，并以对称轴线、对称中心或对称平面为工序基准的工件的定位夹紧。它可以保证工件的定位基准与工序基准重合，使工件定位基面的尺寸公差对称分布，保持良好的定心或对中作用。机构。机床夹具原理与设计6.联动夹紧机构 联动夹紧机构是指操纵一个手柄或利用一个动力装置就能完成若干个夹紧动作的机构。它包括多点联动夹紧机构、多件联动夹紧机构和与其它动作联动的夹紧机构。机床夹具原理与设计6.联动夹紧机构机床夹具原理与设计6.联动夹紧机构机床夹具原理与设计6.联动夹紧机构机床夹具原理与设计四、夹紧动力源装置 气动夹紧 液压夹紧 气—液压组合夹紧机床夹具原理与设计第五节夹具在机床上的定位、对刀和分度一、夹具在机床上的定位夹具在机床上的连接定位通常有两种方式：夹具在工作台面上连接定位和夹具在主轴上连接定位。夹具在工作台面上连接定位一般采用夹具体的底面（安装面）及定向链来定位，夹具在主轴上连接定位取决于机床主轴端部结构。机床夹具原理与设计一、夹具在机床上的定位夹具定位机床夹具原理与设计一、夹具在机床上的定位标准定向键机床夹具原理与设计一、夹具在机床上的定位圆柱定向键机床夹具原理与设计一、夹具在机床上的定位U型槽耳座结构形式机床夹具原理与设计一、夹具在机床上的定位夹具在机床主轴上的连接定位方式机床夹具原理与设计二、夹具在机床上的对刀（1）铣床夹具的对刀对刀的方法通常有三种：第一种方法为单件试切；第二种方法通过试切数个工件来对刀的；第三种方法是用样件或对刀装置对刀。铣刀的对刀装置:高度对刀块、直角对刀块、成型刀具对刀装置、组合刀具的对刀装置以及非标准对刀装置。机床夹具原理与设计（1）铣床夹具的对刀对刀装置机床夹具原理与设计（1）铣床夹具的对刀用对刀装置对刀时影响对准精度的因素：有测量调整误差；定位元件定位面相对对刀装置的位置误差。对刀块位置尺寸的标注机床夹具原理与设计（2）钻床夹具中刀具的对准和导引用钻套实现刀具的对准，只要钻头对准钻套，所钻孔的位置就能达到工序要求。另外钻套还有增强刀具刚度的作用。钻套的形式有:固定钻套、可换钻套、快换钻套、特殊钻套。机床夹具原理与设计（3）镗床夹具中刀具的对准和导引在镗床夹具中，通常用镗套实现刀具的对准。常用的镗套结构有固定式和回转或两种。根据镗套布置形式分为单支承导向和双支承导向两类。机床夹具原理与设计三、夹具的分度装置在机械加工中，经常遇到一些工件要求在夹具里一次装夹中加工一组表面，如孔系、槽系、多面体等。由于这些表面是按一定角度或一定距离分布的，因而要求夹具在工件加工过程中能进行分度，即当工件加工完一个表面后，夹具的某些部分应能连同工件转过一定角度或移动一定距离，可实现上述要求的装置叫做分度装置。分度装置能使工件的加工工序集中，装夹次数减少，从而可提高加工表面间的位置精度，减轻劳动强度和提高生产效率，因此广泛应用于钻、铣等加工中。机床夹具原理与设计钻床用分度夹具机床夹具原理与设计三、夹具的分度装置分度装置可分为两大类：回转分度装置及直线分度装置。这两类分度装置的结构原理与设计方法基本相同，生产中回转分度装置应用较多。分度装置按其工作原理可分为机械、光学、电磁等形式，按其回转轴可分为立轴式、卧轴式、斜轴式三种。机床夹具原理与设计三、夹具的分度装置机械式分度装置实现分度必须有两个主要部分：分度盘和分度定位机构。分度盘与转轴相连，并带动工件一起转动，用以改变工件被加工面的位置。分度定位机构则装在固定不动的分度夹具的底座上，用以确定分度后分度盘的位置。另外，为了防止切削中产生振动及避免分度销受力而影响分度精度，还要有锁紧机构，用来把分度后的分度盘锁紧到夹具体上。常见的分度对定机构机床夹具原理与设计三、夹具的分度装置机床夹具原理与设计三、夹具的分度装置根据分度盘和分度定位机构相互位置的配置方式，分度装置又可分为：轴向分度装置和径向分度装置。当分度盘直径相同时，径向分度装置的分度精度比轴向分度装置的分度精度高。轴向分度装置机床夹具原理与设计三、夹具的分度装置根据分度盘和分度定位机构相互位置的配置方式，分度装置又可分为：轴向分度装置和径向分度装置。当分度盘直径相同时，径向分度装置的分度精度比轴向分度装置的分度精度高。径向分度装置分度装置结构机床夹具原理与设计三、夹具的分度装置夹具的分度装置机床夹具原理与设计机床夹具原理与设计第六节各类机床夹具一、钻床夹具固定式钻模：加工直径大于10mm的孔，则需将钻模固定，以防止工件因受切削力矩而转动。回转式钻模：加工工件上同一圆周上的平行孔系，或加工分布在同一圆周上的径向孔系。翻转式钻模：加工小型工件上分布几个方向的孔。盖板式钻模：加工体积大而笨重工件的小孔。滑柱式钻模：应用较广泛。固定式钻模机床夹具原理与设计回转式钻模机床夹具原理与设计机床夹具原理与设计翻转式钻模盖板式钻模机床夹具原理与设计机床夹具原理与设计盖板式钻模机床夹具原理与设计滑柱式钻模机床夹具原理与设计钻床夹具的结构特点：钻 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