机床夹具设计概要.docx
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机床夹具设计概要
第三章机床夹具设计
教学时数:
计划14学时
教学目的:
1、掌握定位误差计算
2、掌握夹紧力计算
3、掌握专用夹具设计要点,
灵活运用定位元件和夹紧机构,根据生产实际和可能设计专用夹具。
教学重点:
1、工件的定位及定位误差计算
2、工件的夹紧及夹紧力计算
3、夹具的设计及装置合理选择。
教学难点:
1、定位误差计算中基准不重合误差和基准位移误差的计算和分析
2、工件的受力分析及夹紧力的计算。
第一节概述
一、夹具的功能和分类
1.机床夹具的功用:
实现工件定位和夹紧;
使工件加工时相对于机床刀具有正确的位置;
以保证工件的加工精度。
图3-1:
异形杠杆简图
图3-2:
车床夹具
异形杠杆加工需限制的自由度?
工件用何定位元件限制了哪些自由度?
为何V型块2固定,V形块6可调?
且V型块2和V型块6开口方向不同?
图3-3:
盖板简图
图3-4:
钻床夹具
盖板钻孔(通,盲孔)应限制自由度?
夹具用何定位元件来限制各自由度?
这里圆柱销,挡销,菱形销,各起什么作用?
这里用左侧面和后侧面定位,是否用右侧面和前侧面定位?
为什么?
机床夹具在加工中的作用:
保证加工精度;
提高劳动生产率;
改善工人劳动条件;
降低生产成本;
扩大工艺范围。
2、机床夹具的分类和发展
(1)分类
图3-5:
机床夹具的分类
按使用范围和特点分:
通用夹具、专用夹具、组合夹具、可调夹具
按使用的机床分:
车床夹具、铣床夹具、钻床夹具、镗床夹具。
(2)发展
应适用于产品品种和更新换代快的要求,
其方向为柔性化、精密化、高效、自动化。
二、夹具的组成
1.定位元件 定位:
使工件在夹具中占据正确的位置。
2.夹紧装置 压紧夹牢:
使工件不应受力而脱离已占据的正确位置。
3.夹具体 基础件
4.其它装置 分度装置、对刀装置、导向元件、连接元件。
第二节工件在夹具中的定位
夹具设计的任务:
首先是选择和设计相应的定位元件来实现工序图上(工艺文件)
所要求的定位方案。
工件(定位面)
夹具(定位元件;限位面)
定位基面
定位基准
限位基面
限位基准
回转表面
轴线
回转表面
轴线
平面
(理想)平面
平面
(理想)平面
主要定位面:
主要限位面:
一、工件以平面定位
1.主要支承:
限制工件自由度,起定位作用。
固定支承:
支承钉:
图3-6:
支承钉
A平头(精基准);
B球头(粗基准);
C齿纹头(侧面防滑)
支承板:
图3-7:
支承板
A无斜槽(侧面、顶面);
B带槽(底面)。
调节支承:
图3-8:
调节支承 图3-9:
调节支承的应用
每个工件一调或每批工件一调。
注意:
调好后应锁紧。
自位支承(浮动支承):
图3-10:
自位支承
能自动调节位置,只限制一个自由度。
二点式自位支承:
三点式自位支承:
2、辅助支承 提高装夹刚度和稳定性,不起定位作用。
图3-11:
辅助支承
注意:
在工件定位后才与工件接触,然后锁紧,否则会产生过定位。
(1)螺旋式辅助支承
(2)自位式辅助支承
(3)推引式辅助支承。
二、工件的圆柱表面定位
1、工件以圆孔定位
(1)圆柱销(定位销):
图3-12:
定位销
(2)圆柱芯轴:
图3-13:
圆柱心轴
a.间隙配合心轴Dmin,公差h6,g6,f7,
结构简单精度低常孔端面组合定位;
b.过盈配合芯轴,
引导部分
工作部分
传动部分
d3(Dmin)
d2(DmaxR6)
L(L孔/2)
L1/d>1时d1(DmaxR6)d2(DminH6)
c.花键芯轴由定心方式来确定心轴结构。
(3)圆锥销限制三个自由度。
图3-14:
圆锥销定位
单独定位易倾斜,一般由其它元件组合定位,定心精度高。
图3-15:
圆锥销组合定位
(4)锥度芯轴(小锥度芯轴) 定心精度高,轴向位移大。
尺寸计算。
图3-16:
小锥度心轴
表3-1小锥度心轴的尺寸计算
项目
计算内容
1
2
3
4
5
6
7
8
9
d1=Dmax+0.25TD≈Dmax+(0.01~0.02)㎜d1的公差取0.01~0.005㎜
C=(d1-Dmax)/K
N=(Dmax-Dmin)/K=Td/KDmax工件孔的最大极限尺寸
F=(0.3~0.5)DDmin工件孔的最小极限尺寸
D2=d1-KlTd工件孔的公差
l1=20~40㎜D工件孔的基本尺寸
l2=10~15㎜K心轴锥度,查表3-2
L=C+N+E+F+l1+l2+15㎜其它尺寸参见图3-16
L/d<8若不符此式,则应分组
表3-1小锥度心轴的尺寸计算
表3-2高精度心轴锥度推荐值
基准孔直径D
8~25㎜
25~50
50~70
70~80
80~100
>100
锥度K
0.01/2.5D
0.01/2D
0.01/1.5D
0.01/1.25D
0.01/D
0.01/100
表3-2高精度心轴锥度推荐值
2.工件以外圆柱面定位
图3-17:
V型块 图3-18:
活动V形块 图3-19:
V形块结构尺寸
(1)V型块对中心性好,适用于粗、精基准面,圆柱面和圆弧面;
V型块两斜面夹角为60°、90°、120°。
90°最常用。
(2)定位套
(3)半圆套
三、组合定位方式(工件以一面两孔定位)
一面两孔定位符合基准统一原则,定位简单,夹紧方便。
一面二孔定位过定位干涉的最坏情况:
图3-20:
削边销尺寸计算
二孔直径最小D1min,D2min。
二销直径最大d1max,d2max。
孔心距最大,销心距最小,或孔心距最小,销心距最大,
中心距误差应由削边销补偿。
销、孔的中心偏差在二种最坏情况同为:
表3-3削边销尺寸
D2
3~6
>6~8
>8~20
>20~25
>25~32
>32~40
>40~50
b
2
3
4
5
6
6
8
B
D2-0.5
D2-1
D2-2
D2-3
D2-4
D2-5
表3-3 削边销尺寸
设计示例(略)图3-21:
连杆盖工序图
TLd=(1/3~1/5)TLD
四、定位误差的分析与计算
定位误差:
因工件定位而产生的工序基准在工序尺寸上的最大变动量△D。
(一)定位误差的组成
1.基准不重合误差△B:
定位基准与工序基准不重合引起的误差。
大小:
等于定位尺寸公差。
定位尺寸:
定位基准与工序基准之间的尺寸。
基准不重合误差分析:
在工序图上寻找定位尺寸的公差。
图3-22:
基准位移误差
2.基准位移误差△Y:
定位基准与限位基准不重合引起的误差。
这是由于定位基面和限位基面的制造公差和间隙造成的。
定位基准与限位基准的最大变动量 Δi=Amax-Amin
定位基准的变动方向与工序尺寸方向相同时:
基准位移误差Δy=Δi
不同时:
ΔY=ΔiCOSα
(二)各种定位方式下定位误差的计算
1、定位误差的计算方法
工序基准不在定位基面上:
ΔD=ΔB+ΔY
工序基准在定位基面上:
ΔD=ΔB±ΔY
+-确定方法:
定、限位基面接触,定位基面直径由小变大(或由大变小),分析定位基准变动方向;
定位基准不变,定位基面直径同样变化,分析工序基准的变动方向;
同向取正,反向取负。
2、工件以圆柱配合面定位
(1)定位副固定单边接触(心轴水平放置或有固定方向的力作用):
(2)定位副任意边接触(心轴垂直放置):
图3-22:
基准位移误差
图3-23:
凸轮工序图及定位简图
图3-24:
镗活塞销孔示意图
3、工件在V型块上定位
图3-25:
工件以圆柱面在V形块上定位
三种不同工序尺寸标注的定位误差
4、一面二孔组合定位图3-26:
一面双孔组合定位的误差
平面内任意方向移动的基准位移误差:
取决于第一定位副的最大间隙,即圆柱销、孔的配合间隙。
平面内转动的基准位移误差(转角误差):
转角误差则考虑最不利因素,通过几何关系求得。
(1)沿连心线方向的移动
由圆柱销决定,工件孔中心相对于销中心左右分别移动xmax/2
即:
单方向移动Xmax/2
双方向移动Xmax
(2)在连心线垂直方向的移动
(3)定位误差
先确定ΔB,
后确定ΔY,分析在何种状态定位:
→同向?
反向(错位)?
→单边?
双边?
例4图3-21:
连杆盖工序图图2-9:
一面二孔定位方式
第三节工件的夹紧
一、对夹紧装置的基本要求:
夹紧力大小适中,
不使工件变形,
夹紧不移位,
加工不松动,
结构简单,
操作方便,
生产率高。
二、夹紧力确定
1.夹紧力方向
图3-27:
夹紧力的方向应有助于定位 图3-28:
夹紧力应指向主要定位面
指向主要限位基面(限制的自由度最多)
2.夹紧力的作用点:
1)落在支承范围内 图3-29:
夹紧力作用点的位置
2)落在工件刚性较好的方向或部位
图3-30:
夹紧力作用点与夹紧变形的关系
3)靠近加工表面。
图3-31:
夹紧力作用点靠近加工面
3、夹紧力大小
夹紧力→切削力。
1.计算法:
切削最不利瞬间→静力→静力平衡→夹紧力→安全系数;
2.类比法:
图3-32:
铣削加工夹紧力计算实例
三、基本夹紧机构
(一)斜楔夹紧机构:
夹紧力小,费时→组合
1.斜楔夹紧机构的类型 图3-33:
斜楔夹紧机构
a,斜楔,b,斜楔与滑柱合成,c,端面斜楔压板组合。
2.夹紧力 图3-34:
斜楔受力分析
夹紧力Fi,摩擦力F1,合力FR1,工件上正压力FN2,摩擦力F2,合力FR2,作用力FQ
3、自锁条件:
4、设计步骤:
1)确定α;
2)计算FQ。
(二)螺旋夹紧机构
1、单个螺旋夹紧机构动作慢,费时
单个:
图3-35:
螺旋夹紧机构直接压紧损伤表面;
图3-36:
摆动压块保护表面。
动作慢费时→
图3-37:
快速螺旋夹紧机构
a)开口垫圈;b)快卸螺母;c)快移槽。
D)斜楔+垫块
夹紧力计算:
图3-38:
螺杆的受力示意图
图3-39:
当量摩擦半径
2、螺旋压板机构图3-40:
典型螺旋压板夹紧机构
类型:
a,b杠杆,c,铰链d,钩形e自调式。
注意:
球面垫圈,锁紧,与夹具体间接接触。
(三)、偏心夹紧机构
用偏心件直接或间接夹紧工件的机构。
偏心件:
圆偏心,结构简单,制造容易,应用广;
曲线偏心:
常见机构图3-41:
圆偏心夹紧机构
A,B圆偏心轮 C,偏心轴,D偏心叉,
特点:
操作方便,夹紧迅速,力和行程小。
1.工作原理图3-42:
圆偏心轮的工作原理及弧形楔展开图
由基元和二个弧形楔组成,靠弧形楔楔入圆盘与工件之间夹紧工
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