机床夹具设计,数控技术专业课程,(绪论)基础知识,0-1、机床夹具的发展过程与发展趋势 0-2、工件安装 0-3、工件自由度 0-4、机床夹具的组成及分类 0-5、工件的加工精度与夹具的关系 0-6、机床夹具总体方案设计 （含设计步骤、总图绘制、标注要求） 0-7、几种常见机床夹具的设计要点 0-8、夹具公差配合的制定与误差分析（略）,机床夹具发展过程三阶段： 生产辅助工具（从个体加工时间上考虑提高加工工效） 提高生产率阶段 人与机床之间的桥梁（从整体加工上考虑提高加工工效） 改进工作方法与机床性能阶段 夹具与机床结合（夹具成为机械加工中不可缺少的工艺装备） 实现生产工艺的手段之一 机床夹具的发展趋势： 高精度 高效率 模块化、组合化 柔性化 便捷化,0-1、机床夹具的发展过程与发展趋势,工件安装将工件可靠地连接到机床上，并占有正确的加工位置的过程。 工件安装包含工件的定位、夹紧和夹具对定三部分。 定位：是指使工件在夹具中占有预期正确位置的动作过程。它的作用是确保位置的正确性和准确性。强调在加工过程中要长时间维持位置的精度。 对于单个工件而言，定位是为了保证这一个工件处于正确的空间位置； 对于一批工件，定位是为了保证整批工件处于同一加工工位上且是正确（满足加工需要）空间位置。 定位的精度取决于定位元件的精度、刚度等。,0-2、工件安装,夹紧： 是指使工件在加工过程中保持其位置稳定不变的动作过程。它的作用是在承受切削力的作用下维持工件位置不动。强调的是位置的稳定牢固性。,夹紧：保持工件的正确加工位置的过程,要注意定位和夹紧是两个不同的概念。,在夹具设计中，通常分别设计有定位装置和夹紧装置来单独的执行定位和夹紧的任务。但有时候，为了使得夹具更加简单、操作方便，在保证了必要的定位精度、刚度的前提下，也可以把定位和夹紧功能合二为一。,对定：夹具相对刀具、工件形成正确的空间位置过程。,对定概念的理解：（三层含义）,夹具相对于机床位置的正确安装 夹具相对于刀具预定位置的正确性 夹具自身转位分度的准确性,对定精度取决于对定元件的配制、调整精度， 取决于夹具与机床的连接安装质量。,一、六点定则： 用合理分布的六个支承点限制工件六个自由度的法则。,三个位置自由度,三个角度自由度,0-3、工件自由度, 完全定位：定位元件恰当地限制了工件的六个自由度的定位。, 不完全定位：满足加工要求而又无需限制全部自由度的定位。, 过定位：两个或更多的定位元件同时限制某一个自由度的定位。, 欠定位：实际限制的自由度数目少于应该限制的自由度数目，使工件不能正确定位的定位。,欠定位在生产中是不允许的。,二、定位基准,（1）定位基准选择原则 基准统一原则：各加工工序之间的定位基准尽量统一。 基准重合原则：工件的定位基准与本工序的工序基准尽量重合。 互为基准原则：两个加工面互相作为对方加工面的定位基准。 自为基准原则：利用本工序刀具的成形切削运动来加工出最终的定位基准面。,设计基准设计图样上所采用的基准。 工艺基准加工、测量、装配过程中使用的 基准。又分为定位基准、测量基准、装配基准 、工序基准。,在加工工序中用于工件定位的基准，称为定位基准。,在加工中或加工后用来测量工件时采用的基准，称为测量基准,在装配时用来确定零件或部件在产品中相对位置所采用的基准，称为装配基准,在某工序加工中（含工序图）使用的基准，称为 工序基准,（2）基准类型,选择定位基准主要是为了保证零件加工表面之间以及加工表面与未加工表面之间的相互位置精度。 定位基准分为：粗基准、精基准、辅助基准 以未加工过的表面进行定位的基准称粗基准，也就是第一道工序所用的定位基准为粗基准。 以已加工过的表面进行定位的基准称精基准。 该基准在零件的装配和使用过程中无用处，只是为了便于零件的加工而设置的基准称辅助基准，如轴加工用的顶尖孔等,（三）粗基准的选择 1）选择要求加工余量小而均匀的重要表面为粗基准，以保证该表面有足够而均匀的加工余量。 2）某些表面不需加工，则应选择其中与加工表面有相互位置精度要求的表面为粗基准。 3）选择比较平整、光滑、有足够大面积的表面为粗基准，不允许有浇、冒口的残迹和飞边，以确保安全、可靠、误差小。 4）粗基准在一般情况下只允许在第一道工序中使用一次，尽量避免重复使用。因为粗基准的精度和粗糙度都很差，如果重复使用，则不能保证工件相对刀具的位置在重复使用粗基准的工序中都一致，因而影响加工精度。,三、夹紧力选择原则（略） 主要夹紧力的方向应尽量指向工件的主定位基准面； 夹紧力的方向应尽量与切削力、重力方向一致； 夹紧力作用点尽量加在刚度大的部位上； 夹紧力作用点应落在支承面内； 夹紧力作用点应尽量靠近加工面。,影响夹紧力大小的主要因素是切削力，一般采用类比法、估算法计算夹紧力。,（一）、定位元件要求： 足够的精度、强度、刚度、以及良好的耐磨性、工艺性。,（二）、常用材料： 低碳钢 20钢 表面渗碳淬火 高碳钢 T8钢 淬火,四、常见定位方式、定位元件、定位符号,平面定位：支承钉、支承板、自位支撑 可调支撑、辅助支撑 孔定位： 定位销、定位心轴、锥销类 三爪卡盘，弹簧夹头 外圆定位：V形块、定位套、外拔顶尖 三爪卡盘，弹簧夹头 组合定位方式：导轨面定位、燕尾槽定位 齿面定位、一面二销定位,（三）常用定位元件,机械加工定位符号,固定式定位点,活动式定位点,辅助定位点,在视图正面,（四）工序卡中定位、夹紧的符号及其标注,机械加工夹紧符号,机械夹紧,液压夹紧,气动夹紧,电磁夹紧,Y,D,Q,主轴箱固定顶尖，床尾浮动顶尖定位的外圆机械夹紧,工序卡中定位、夹紧符号的标注,Y,外圆带端面定位，液压夹紧,三爪卡盘夹紧工件,工序卡中定位、夹紧符号的标注,弹簧夹头定位夹紧,气动弹性心轴定位、夹紧，带端面定位,Q,工序卡中定位、夹紧符号的标注,一、按通用特性分类 通用夹具、专用夹具、拼装夹具等。卡爪、虎钳分度头等。 按使用机床分类： 车床、铣床、刨床、钻床、镗床、磨床夹具等。 按夹紧动力源分类： 手动、气动、液动、电动夹具等。,0-4、机床夹具的组成及分类,二、机床夹具的组成： 定位装置：工件在夹具中的正确位置 夹紧装置：保持工件在加工过程中位置不变 对刀装置：确定刀具与工件加工表面的位置 对定装置：夹具与机床位置的确定 其他装置：辅助支撑、分度装置、护油装置等 夹具体：基础件 连接件：各种紧固件、连接板（可略）,对夹紧装置的基本要求 （1）保证加工精度，不破坏工件定位或产生不允许的夹紧变形； （2）保证生产率、力求夹紧迅速； （3）结构简单紧凑，制造维修方便，尽量采用标准件； （4）操作方便、省力、安全。,三、常见的夹紧机构,1、斜楔夹紧机构： 斜楔的楔角是斜楔夹紧机构的主要参数，它对斜楔的增力比、自锁性、夹紧行程及操作性能都起决定性的作用。,为了保证加在斜楔上的作用力去除后，工件仍能可靠地被夹紧而不松开，必须使夹紧机构具有自锁能力。,为保证自锁可靠，手动夹紧机构一般取=68。用气压或液压装置驱动的斜楔不需要自锁，可取=1535。,工程上的自锁性斜面和锥面的斜度常取1:10,快速螺旋夹紧机构,2、螺旋夹紧机构：由螺钉、螺母、垫圈、压板等元件组成的夹紧机构，增力比很大，自锁性很好 。,各式螺旋压板机构,圆偏心压板机构,3、偏心夹紧机构：偏心夹紧的实质还是斜楔的作用。,偏心轮的自锁偏心距取轮径的1/201/14,1、5-滑座; 2、4-V形块钳口; 3-调整杆; 6-双向螺杆 图 4-37 螺旋式定心夹紧机构,4、定心、对中夹紧机构,1-心轴; 2-弹性套筒; 3-锥套; 4-螺母 图 4-38 弹簧筒夹,1-工件; 2-浮动压板; 3-活塞杆 图 4-39 单件对向联动夹紧机构,4、联动夹紧机构 夹紧的动力：人工手动、气动、液压、电动等。,为了及时排除切屑，防止切屑积聚过多将钻套顶出、划伤工件甚至折断钻头，应恰当留出排屑空间s，但s过大又会使刀具的引偏量增大。一般按经验公式选取：s=(01.5)d，系数选取原则是：崩碎切屑选小，带状切屑选大; 加工深孔可让切屑从钻头螺旋槽排出，系数越小越好; 弧面、斜面钻孔，系数越小越好, 最好为零。,钻套,0-5、工件的加工精度与夹具的关系,（见书P5页，略） 夹具保证加工要求原理： 某工序的夹具保证的加工要求由刀具、夹具、机床、工件之间的正确位置加以保证。 因为定位装置、对刀装置、对定装置都是安装在夹具上的，即以夹具作为媒介。,1. 了解设计任务和本工序加工要求 这是具体设计前的准备。首先分析研究工件的结构特点、工艺规程、材料、生产规模和本工序加工表面、加工余量及加工要求，然后收集加工中所用设备、刀具以及与夹具设计有关的资料，并了解工厂制造、使用夹具的情况以及国内外新技术、新工艺的应用，以便吸收其先进技术并应用于生产。,0-6、专用夹具设计步骤、设计要点 (含夹具精度校核、技术要求、总图绘制、标注),2. 拟定夹具结构方案，绘制结构草图 拟定结构方案时要解决如下问题： (1) 确定工件的定位方案，选择定位装置。 (2) 确定工件的夹紧方案，选择夹紧装置。 (3) 确定对定、对刀方案， 确定其他元件及装置的结构形式，如对刀装置、导引装置、分度装置、定向键等。 (4) 其它装置和机构的设计（辅助支撑、操作件等） (5)考虑各种装置、元件的布局和连接方法，确定夹具体的总体结构。总体结构，最好考虑几个方案，从中选取最合理的方案。 (6) 检查夹具零部件的可维修性和易损件的可换性等。 (7) 拟订、修改结构草图,3. 绘制夹具总装图 夹具总装图应遵循国家制图标准来绘制，绘图比例尽量采用11。总图必须能够清楚地表达夹具的工作原理和整体结构，表示各种装置、元件相互位置等。主视图应取操作者实际工作时的位置，以作为装配时的依据并供使用时参考。 绘制总图的顺序一般是：工件定位元件引导元件夹紧装置其他装置夹具体。 需要说明的是，夹具中工件的轮廓应用双点划线画出，并视为假想透明体，不影响其他元件的绘制。,4. 确定并标注有关尺寸和夹具的技术条件 标注的尺寸一般包括： (1) 最大轮廓尺寸。指夹具的长、宽、高的最大值或最大回转直径和厚度。如果夹具中有活动部分，应用双 点划线标出最大活动范围。 (2) 影响定位精度的尺寸和公差。主要指工件与定位元件的配合尺寸和公差以及定位元件之间的尺寸和公差。 (3) 影响对刀精度的尺寸和公差。主要是指刀具与对刀元件(如对刀块)或刀具与导向元件(如钻套、镗套)之间的尺寸和公差。,(4) 影响夹具精度的尺寸和公差。主要是指定位元件、对刀或导向元件、夹具安装基面三者之间的位置尺寸和公差。 (5) 影响夹具在机床上安装精度的尺寸和公差。它们主要是指夹具安装基面与机床相应的配合表面之间的尺寸和公差。如铣床夹具中的定位键与夹具体和机床工作台T形槽的配合尺寸和公差、车床夹具安装基面和主轴配合表面的配合尺寸和精度等。,(6) 其他重要尺寸和公差。主要是指一般机械设计中应标注的一些尺寸、公差，如铰链轴和孔的配合、钻套的衬套和钻模板之间的配合等。 上述应在夹具总图上标注的尺寸和位置公差项目中的(2)(5)项均会直接影响工件的加工精度，其公差取值应根据产量大小、加工精度要求的高低，按下面公式选取： TK=(1/21/5)TG 式中：TK夹具装配图上标注尺寸或位置公差; TG与TK相应的工件上的尺寸或位置公差。 另外，有些在夹具装配图中无法用符号标注而又必须给予说明的问题，可作为技术要求用文字写在总图的空白处，如几个支承钉采用装配后再磨削达到等高、夹具使用时的操作顺序、装配时修磨调整垫圈等。,5. 夹具精度分析 当夹具的结构方案确定后，就应对夹具的方案进行精度分析和估算，以确保工件的加工精度。在夹具总装图设计完成之后，有必要根据夹具有关元件在总装图上的配合性质和技术要求等，