機械制造工藝學(xué)

主講：劉軍教材：機械制造工藝學(xué)（第2版）（王先逵主編，機械工業(yè)出版社出版）班級：機制071~073（122人）學(xué)時：60JiXieZhiZaoGongYiXue課程名稱：機械制造工藝學(xué)上課時間：周二1-2節(jié)、周四1-2節(jié)（1-15周）上課地點：推廣301、桃西樓501答疑時間：每周五晚7：00~9：00答疑地點：15號樓404室機械系辦公室任課教師：劉軍電話： 63554632（辦）公室： 15號樓404機械系辦公室考核形式：平時（30%，上課+作業(yè)實驗等）+考試(70%)考試時間、地點：教務(wù)處安排（從網(wǎng)上查看）機械制造工藝學(xué)1緒論2機械加工精度及其控制3機械加工表面質(zhì)量及其控制4機械加工工藝規(guī)程設(shè)計5機器裝配工藝過程設(shè)計6機床夾具設(shè)計7機械制造工藝理論和技術(shù)的發(fā)展6機床夾具設(shè)計6.1機床夾具概述6.2工件在夾具中的定位6.3工件的夾緊

6.4夾具在機床上的定位、對刀和分度6.5各類機床夾具6.6柔性夾具6.7機床夾具的設(shè)計步驟和方法6.8計算機輔助夾具設(shè)計6.4夾具在機床上的定位、對刀和分度6.4.1.1夾具在機床上定位的目的

能否保證工件的加工要求，取決于工件與刀具間的相互位置，而引起此位置產(chǎn)生誤差的因素有四方面：第一是工件在夾具中因位置不一致而引起的誤差，稱為定位誤差，用ΔD表示。第二是定位元件和機床上安裝夾具的裝夾面之間的位置不準(zhǔn)確所引起的誤差，以ΔA表示。第三是定位6.4.1夾具在機床上的定位（2010年4月27日第16次課，33）元件與對刀或?qū)蛟g的位置不準(zhǔn)確引起的誤差，以Δr表示，這兩項誤差與夾具在機床上的安裝和對刀調(diào)整有關(guān)，統(tǒng)稱調(diào)安誤差，以Δr-A表示。第四是由于機床運動精度以及工藝系統(tǒng)的變形等因素引起的誤差，稱為加工方法誤差，以ΔG表示。為了保證工件的加工要求，上述四方面誤差合成后應(yīng)不超出工件的加工公差TK的范圍，即

在初步確定工件的定位方案時，可以先假設(shè)上述三項誤差各占工件公差的1/3，最后可根據(jù)實際情況進行調(diào)整。所以，夾具在機床上的定位，其本質(zhì)是夾具定位元件對刀具切削成形運動的定位。為此，就要解決好夾具與機床的連接與配合問題以及正確規(guī)定定位元件定位面對即將安裝面的要求。6.4.1.2夾具在機床上的定位方式

夾具通過連接元件實現(xiàn)其在機床上的定位，根據(jù)機床的結(jié)構(gòu)與加工特點，夾具在機床上的連接定位通常有兩種方式：夾具連接定位在機床的工作臺面上（如銑、刨、鏜、鉆床及平面磨床等）及夾具連接定位在機床主軸上（如車床、內(nèi)、外圓磨床等）。

（1）夾具在工作臺面上的連接定位夾具在工作臺面上用夾具安裝面及定向鍵定位。為了保證夾具安裝面與工作臺面有良好的接觸，夾具安裝面的結(jié)構(gòu)形式及加工精度都應(yīng)有一定的要求。除夾具安裝面外，一般還通過兩個定向鍵或定位銷與工作臺上的T型槽相配合，以限制夾具在定位時所應(yīng)限制的自由度，并承受部分切削力矩，增強夾具在工作過程中的穩(wěn)定性。如圖為定向鍵的標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)。在小型夾具中，為了制造方便，可用定位銷代替定向鍵。在這類夾具的縱向兩端底邊上，設(shè)計出帶U型槽的耳座，供緊固夾具體的螺栓穿過。如圖為常見結(jié)構(gòu)。U型槽耳座結(jié)構(gòu)形式（2）夾具在主軸上的連接定位夾具在機床主軸上的連接定位方式，取決于機床主軸端部結(jié)構(gòu)。如圖所示是常見的幾種連接定位方式。莫氏錐度端面A與圓柱孔D短錐面K與端面T

6.4.1.3夾具在機床上的定位誤差

夾具安裝在機床上時，由于夾具定位元件對夾具體安裝基面存在位置誤差，夾具安裝面本身有制造誤差，夾具安裝面與機床裝卡面有連接誤差，這就使夾具定位元件相對機床裝卡面存在位置誤差。為提高工件在夾具中加工時的加工精度，必須研究各類夾具定位誤差的計算方法及減少這些誤差的措施。其計算方法按前面介紹過的即可。6.4.1.4提高夾具在機床上定位精度的措施

當(dāng)工序的加工精度要求很高時，夾具的制造精度及裝配精度也要相應(yīng)提高，有時會給夾具的加工和裝配造成困難。這時可采用下述方法保證定位元件定位面對切削成形運動的位置精度。（1）對夾具進行找正安裝這種方法是直接按切削成形運動確定定位元件定位面的位置的，避免了很多中間環(huán)節(jié)誤差的影響，而且定位元件的定位面與夾具安裝面的位置精度也不需過分嚴格要求，因而便于夾具的制造。但是該法需要較長的找正時間和較高的技術(shù)水平。因此適用于夾具很少更換，以及用其它方法達不到夾具定位精度要求的情況。（2）對定位元件定位面進行就地加工

夾具初步在機床上找正好位置后，即對其上定位元件的定位面進行加工，以“校準(zhǔn)”其位置。這種方法之所以能獲得較高的夾具定位精度，也是由于避免了很多中間環(huán)節(jié)誤差的影響。

夾具在機床上安裝完畢，在進行加工之前，尚需進行夾具的對刀，使刀具相對夾具定位元件處于正確位置。下面分別對銑床夾具和鉆床夾具在機床上的對刀進行分析。6.4.2.1銑床夾具的對刀對刀的方法通常由三種：一種方法為單件試切；第二種方法是每加工一批6.4.2夾具在機床上的對刀工件，即安裝調(diào)整一次夾具，通過試切數(shù)個工件來對刀；第三種方法是用樣件或?qū)Φ堆b置對刀，這時只是在制造樣件或調(diào)整對刀裝置時，才需要試切一些工件，而在每次安裝使用夾具時，不需再試切工件，這是最方便的方法。下圖是幾種銑刀的對刀裝置。有高度對刀塊（a）、直角對刀塊（b）、（c）和（d）是成型對刀塊。高度對刀塊（a）直角對刀塊（b）（c）和（d）是成型對刀塊。塞尺一般情況取1、2或3mm。

用對刀裝置對刀時影響對準(zhǔn)精度的因素有：1）測量調(diào)整誤差。如用塞尺檢查銑刀與對刀塊之間距離時會有測量誤差。2）定位元件定位面相對對刀裝置的位置誤差。為減少這項誤差，要正確確定對刀塊對刀表面的位置尺寸及其公差。同時這些位置尺寸都應(yīng)以定位元件定位面為基準(zhǔn)標(biāo)注，以避免產(chǎn)生基準(zhǔn)轉(zhuǎn)換誤差。6.4.2.2鉆床夾具中刀具的對準(zhǔn)和引導(dǎo)

在鉆床夾具中，通常用鉆套實現(xiàn)刀具的對準(zhǔn)，如圖，加工時只要鉆頭對準(zhǔn)鉆套，所鉆孔的位置就能達到工序要求。而且，鉆套和鏜套還有增強刀具剛度的作用。（2009年4月15日第22次課，44）（1）鉆套的四種形式1）固定鉆套（圖a）2）可換鉆套（圖b）3）快換鉆套（圖c）上述三種鉆套已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化，設(shè)計時可在《機床夾具設(shè)計手冊》中查閱。4）特殊鉆套特殊鉆套是根據(jù)具體加工情況自行設(shè)計的，以補充標(biāo)準(zhǔn)鉆套性能的不足。如圖。（2）鉆套導(dǎo)引孔尺寸和公差的確定

設(shè)計時可在《機床夾具設(shè)計手冊》中查閱到的鉆套，均有相應(yīng)的說明。（3）鉆套高度和鉆套與工件距離

1）鉆套高度鉆套高度由孔距精度、工件材料、孔加工深度、刀具耐用度、工件表面形狀等因素較多。一般在材料強度高，鉆頭剛度低（鉆頭懸伸長度與直徑之比大于15）和在斜面上鉆孔時，采用長鉆套。

鉆一般孔，鉆套的高度取H=(1.5~2)d；加工IT6、IT7級精度，孔徑在Φ12mm以上的孔或孔距精度要求在±0.10~±0.15mm時，鉆套的高度取H=(2.5~3.5)d；加工IT7、IT8精度的孔和孔距精度要求在±0.06~±0.10mm時，鉆套的高度取H=(1.25~1.5)（h+B）。

2）鉆套與工件的距離鉆套與工件間留有一定的距離h，如圖。如果h太大，會增加鉆頭的傾斜量，使鉆套不能很好的導(dǎo)向。H過小，切屑排出困難（特別是鋼件），不僅會增加工件加工BB表面的粗糙度，有時還可能將鉆頭折斷。

h值可按下面經(jīng)驗公式選?。杭庸よT鐵、黃銅時，h=(0.3~0.7)d；加工鋼件時，h=(0.7~1.5)d。材料越硬，則式中的系數(shù)應(yīng)取小值，鉆頭直徑越小，也即鉆頭剛度越差，式中的系數(shù)取最大值，以免切屑堵塞而使鉆頭折斷。但是下面幾種特殊情況，需另行考慮：①在斜面上鉆孔（或鉆斜孔時），鉆頭最易引偏，為保證起鉆良好，h應(yīng)盡可能小一些（h≈0.3d）。

②孔的位置精度要求高時，可取h=0，以保證鉆套有較好的導(dǎo)引作用，而讓切屑從鉆頭的螺旋槽中排出。這樣，排屑條件反比只留很小h值得要好，但此時鉆套磨損嚴重。③鉆深孔（孔的長徑比B/d>5）時，要求排屑暢快，可取h=1.5d。此外，各種鉆套的內(nèi)孔和外圓的同軸度不應(yīng)大于0.005mm。（4）鉆床夾具導(dǎo)套位置尺寸的標(biāo)注

對刀元件位置尺寸公差T一般取相應(yīng)工序尺寸公差的1/3~1/5。（5）影響對刀精度的因素

對于鉆床夾具，影響對刀精度的因素很多,可按具體情況進行分析。

在機械加工中，經(jīng)常會遇到一些工件要求在夾具里一次裝夾加工一組表面，如孔系、槽系、多面體等。由于這些表面是按一定角度或一定距離分布的，因而要求夾具在工件加工過程中能進行分度。即當(dāng)工件加工完一個表面后，夾具的某些部分應(yīng)能連同工件轉(zhuǎn)過一定角度或移動一定距離?？蓪崿F(xiàn)上述要求的裝置就叫分度裝置。6.4.3夾具的轉(zhuǎn)位和分度裝置

分度裝置能使工件的加工工序集中，裝夾次數(shù)減少，從而可提高加工表面間的位置精度，減輕勞動強度和提高生產(chǎn)率，因此廣泛應(yīng)用于鉆、銑、鏜等加工中。分度裝置可分為兩大類：回轉(zhuǎn)分度裝置和直線分度裝置。由于這兩類分度裝置的結(jié)構(gòu)原理與設(shè)計方法基本相同，而生產(chǎn)中又以回轉(zhuǎn)分度裝置的應(yīng)用為多，故主要介紹和分析回轉(zhuǎn)分度裝置。

分度裝置按其工作原理可分為機械、光學(xué)、電磁等形式。按其回轉(zhuǎn)軸的位置，又可分為立軸式、臥軸式和斜軸式三種。（插入圖4-24）如例為用以鉆扇形工件上五個等分孔的機械式分度夾具。6.4.3.1分度裝置的基本形式

工件以短圓柱凸臺和平面在轉(zhuǎn)軸4及分度盤3上定位，以小孔在菱形銷1上圓周定位。由兩個壓板9壓緊。分度銷8裝在夾具體5上，并借助彈簧的作用插入分度盤相應(yīng)的孔中，以確定工件與鉆套間的相對位置。分度盤3的孔座數(shù)與工件被加工孔數(shù)相等。分度時松開手柄6，利用手柄7拔出分度銷8，轉(zhuǎn)動分度盤直至分度銷插入第二個孔座；然后轉(zhuǎn)動手柄6軸向鎖緊分度盤，這樣便完成一次分度。當(dāng)加工完一個孔后，繼續(xù)依次分度直至加工完畢工件上的全部孔。

由本例知，用機械式分度裝置實現(xiàn)分度必須有兩個主要部分：分度盤和分度定位結(jié)構(gòu)。一般分度盤與轉(zhuǎn)軸相連，并帶動工件一起轉(zhuǎn)動，用以改變工件被加工面的位置。分度定位機構(gòu)則裝在固定不動的分度夾具的底座上。此外，為了防止切削中產(chǎn)生振動及避免分度銷受力而影響分度精度，還需要有鎖緊機構(gòu)，用來把分度后的分度盤鎖緊到夾具體上。根據(jù)分度盤和分度定位機構(gòu)相互位置配置方式，分度裝置又可分為：

1）軸向分度裝置分度與定位是沿著與分度盤回轉(zhuǎn)軸線相平行的方向進行的，如圖。

2）徑向分度裝置

分度和定位是沿著分度盤的半徑方向進行的，如圖。

用分度或轉(zhuǎn)位夾具加工工件時，各工序加工獲得的表面之間的位置精度與分度裝置的分度定位精度有關(guān)。分度定位精度與分度裝置的結(jié)構(gòu)形式和制造精度有關(guān)。分度裝置的關(guān)鍵部分是對定機構(gòu)，它是專門用來完成分度、對準(zhǔn)、定位的機構(gòu)。當(dāng)6.4.3.2分度裝置的對定機構(gòu)分度盤直徑相同時，如果分度盤上分度孔（槽）相距分度盤的回轉(zhuǎn)軸線越遠，則由于對定機構(gòu)存在某種間隙所引起的分度轉(zhuǎn)角誤差也越小。因此，徑向分度的精度，要比軸向分度精度高，這是目前高精度分度裝置常采用徑向分度方式的原因之一。下圖為常用的對定機構(gòu)。圖