機械制造工藝與機床夾具第5章第一頁，共80頁。本章學習目標：掌握工件的六點定位原理、典型的定位方式及定位元件。了解機床夾具的分類及組成；第二頁，共80頁。本節(jié)內(nèi)容一、機床夾具的主要功能三、機床夾具的組成第一節(jié)概述二、機床夾具的分類第三頁，共80頁。機械加工過程中，為保證加工精度，固定工件，使之占有確定位置以接受加工或檢測的工藝裝備統(tǒng)稱為機床夾具。第四頁，共80頁。一、機床夾具的主要功能使工件相對于刀具及機床占有正確的加工位置，保證其被加工表面達到工序所規(guī)定的各項技術(shù)要求。工件定位后，經(jīng)夾緊裝置施力于工件，將其固定夾牢，使其在加工過程中保持正確位置不變。1、定位2、夾緊安裝——工件從定位到夾緊的整個過程。第五頁，共80頁。工件的安裝方法1）找正安裝法2）采用專用夾具安裝法劃線找正安裝：鉗工先按加工要求在工件表面劃好線，機加工時工人按劃線找正后再夾緊。直接找正安裝：操作者利用劃針、百分表等量具直接校準待加工面或相關(guān)表面以獲得正確位置?？繆A具將工件定位、夾緊，以保證工件相對于刀具、機床的正確位置。找正費時，定位精度不易保證，生產(chǎn)率較低，僅適用于單件小批生產(chǎn)。操作簡單，效率高，容易保證加工精度，適用于成批及大量生產(chǎn)。第六頁，共80頁。通用夾具專用夾具可調(diào)夾具組合夾具按夾具的應(yīng)用范圍和特點分車床夾具銑床夾具鉆床夾具鏜床夾具按所使用的機床分手動夾具氣動夾具液壓夾具電動夾具按產(chǎn)生夾緊力的動力源分二、機床夾具的分類第七頁，共80頁。通用夾具專用夾具可調(diào)夾具組合夾具指已經(jīng)標準化的，在一定范圍內(nèi)可用于加工不同工件的夾具。三爪卡盤、四爪卡盤、頂尖；平口虎鉗、分度頭和回轉(zhuǎn)工作臺專為某一工件的某道工序的加工而設(shè)計制造的夾具。適用于加工形狀相似、尺寸相近、加工工藝相似的多種工件。兼有專用性與通用性。按某一工件的某道工序的加工要求，由一套預(yù)先制造好標準元件組裝成的“專用夾具”。第八頁，共80頁。第九頁，共80頁。第十頁，共80頁。三、機床夾具的組成定位元件夾緊元件對刀-導(dǎo)向元件夾具體連接元件用來對刀和引導(dǎo)刀具進入正確加工位置的零件。鉆套和導(dǎo)向套：用在鉆床夾具和鏜床夾具上；對刀塊：用在銑床、刨床夾具上。是夾具的基準零件，用它來連接并固定定位元件、夾緊機構(gòu)和導(dǎo)向元件等，使之成為一個整體，并通過它將夾具安裝在機床上。將夾具與機床連接并確定夾具對機床主軸、工作臺或?qū)к壍南嗷ノ恢?。第十一頁，?0頁。1夾具體2定位元件3導(dǎo)向元件4工件第十二頁，共80頁。固定式鉆模（鉆床夾具）第十三頁，共80頁。固定式鉆模第十四頁，共80頁。夾具各組成部分與機床、工件、刀具的相互聯(lián)系第十五頁，共80頁。夾具與工件選定的定位基準面接觸，用以確定工件正確位置的零件即定位元件。以平面定位用支承釘和支承板作定位元件以外圓柱面定位用V形塊和定位套筒作定位元件以孔定位用定位心軸和定位銷作定位元件第十六頁，共80頁。支承釘V形塊定位銷第十七頁，共80頁。工件定位后，為了防止工件由于受切削力等外力的作用而產(chǎn)生位移，而將其夾牢緊固的機構(gòu)稱為夾緊機構(gòu)。常用的夾緊機構(gòu)有螺釘壓板、偏心壓板、螺旋夾緊機構(gòu)、斜楔夾緊機構(gòu)、鉸鏈夾緊機構(gòu)等。螺釘壓板第十八頁，共80頁。第二節(jié)工件的定位原則及定位元件本節(jié)內(nèi)容一、工件定位的基本原理二、定位方法及定位元件自由度，六點定位原則，工件定位中的幾種情況分別以平面、孔、外圓定位第十九頁，共80頁。一、工件定位的基本原理1、自由度移動自由度轉(zhuǎn)動自由度沿X、Y、Z軸移動繞X、Y、Z軸轉(zhuǎn)動一個在空間處于自由狀態(tài)的物體具有六個自由度。工件的定位應(yīng)解決兩方面的問題：1)“定與不定”

2)“準與不準”

第二十頁，共80頁。工件的六個自由度第二十一頁，共80頁。2、六點定位原則定位，即限制自由度。用合理設(shè)置的6個支承點，限制工件的6個自由度，使工件在夾具中的位置完全確定，即工件定位的“六點定位原理”。矩形工件的定位第二十二頁，共80頁。軸類零件的定位第二十三頁，共80頁。3、工件定位中的幾種情況1）完全定位指工件的六個自由度全部被限制。第二十四頁，共80頁。2）不完全定位根據(jù)加工要求，并不需要限制工件的全部自由度。在車床上加工軸的通孔，使用三爪卡盤夾外圓，限制工件的4個自由度，采用四點定位可以滿足加工要求。工件在平面磨床上采用電磁工作臺裝夾磨平面，且只有厚度及平行度要求，故只用三點定位。第二十五頁，共80頁。3）欠定位根據(jù)工件的加工要求，應(yīng)該限制的自由度沒有完全被限制，無法保證加工要求，是不允許的。第二十六頁，共80頁。夾具上的兩個或兩個以上的定位元件，重復(fù)限制工件的同一個或幾個自由度。4）過定位大端平面與長銷組合產(chǎn)生的過定位第二十七頁，共80頁。欠定位——應(yīng)該消除的自由度沒有消除，不允許。過定位——幾個支承點重復(fù)限制某個自由度，一般不允許，應(yīng)用是有條件的。欠定位與過定位

正確配置支承點正確處理過定位提高工件定位表面與定位元件之間的位置精度；改變定位元件的結(jié)構(gòu)。一般按三、二、一布置。主要定位表面受力面積越大越好。第二十八頁，共80頁。二、定位方法及定位元件工件上的定位基準面與相應(yīng)的定位元件合稱為定位副。定位方案的確定1）工件在夾具中定位時，起定位支承點作用的是一定形狀的定位元件；2）必須根據(jù)工件定位所需限制的自由度數(shù)目和工件的結(jié)構(gòu)，合理選擇定位元件；3）當一個定位元件所提供的支承點不能滿足定位要求時，則必須考慮多個定位元件的合理搭配，使之既能滿足定位要求，又不能過定位，而且結(jié)構(gòu)應(yīng)簡單、工藝性好。

第二十九頁，共80頁。較高的制造精度

設(shè)計定位元件時，應(yīng)滿足以下基本要求：足夠的強度和剛度較好的工藝性

便于清除切屑第三十頁，共80頁。根據(jù)平面所限制自由度的數(shù)目分為三種：

1、定位方式主要支承面導(dǎo)向支承面止推支承面限制工件的三個自由度的定位平面，常用于精度比較高的工件定位表面。限制工件的兩個自由度的定位平面，常做成窄長面。限制一個自由度的平面，為了確保定位準確，往往將平面面積作的盡可能小。（一）工件以平面定位第三十一頁，共80頁。2、定位元件常用支承釘和支承板作定位元件；定位基準為平面本身。（1）標準固定支撐釘支撐高度不變A型：較小精基準平面定位用；B型：水平面粗基準定位用；C型：側(cè)平面粗基準定位用。第三十二頁，共80頁。（2）標準可調(diào)支撐釘支撐高度可調(diào)適用于毛坯分批制造，其形狀和尺寸變化較大的粗基準定位。工件從輕到重第三十三頁，共80頁。（3）標準固定支撐板A型：側(cè)平面精基準定位用；B型：水平面精基準定位用。第三十四頁，共80頁。小平面限制一個自由度；窄長平面限制兩個自由度；大平面限制三個自由度。第三十五頁，共80頁。常用的定位元件有圓柱銷和各種心軸；定位基準為孔的中心線。圓柱定位銷（二）工件以孔定位第三十六頁，共80頁。長銷限制4個自由度；短銷限制2個自由度。L/d<0.5視為短；L/d>1.2視為長。短銷可理解為一條圓母線接觸；長銷可理解為相距較遠的兩條圓母線接觸。第三十七頁，共80頁。圓柱心軸第三十八頁，共80頁。常用的定位元件有V形架、圓孔、半圓孔、圓錐孔等；定位基準為外圓中心線。（三）工件以外圓柱面定位(a)較長精基準(b)較長粗基準(c)階梯軸定位用(d)較長、較重工件第三十九頁，共80頁。短接觸限制2個自由度；長接觸限制4個自由度。固定V形塊第四十頁，共80頁。第三節(jié)定位誤差分析能否保證工件的加工精度，取決于刀具與工件間正確的相互位置。而影響這個正確位置關(guān)系的誤差因素有：⑴定位誤差——ΔD⑵安裝誤差和調(diào)整誤差——ΔT-A⑶加工過程誤差——ΔG為保證加工要求，上述三項誤差合成后應(yīng)小于等于工件公差ΔTΔD

+

ΔT-A

+

ΔG

≤

ΔT第四十一頁，共80頁。一、定位誤差及其產(chǎn)生的原因由于定位引起的加工尺寸的最大變動范圍稱為定位誤差。1、基準位移誤差ΔY定位元件的制造誤差產(chǎn)生原因：工件的制造誤差（定位基準面）定位元件和工件之間的配合間隙由于定位副制造誤差及其配合間隙所引起的定位誤差，即定位基準的相對位置在加工尺寸方向上的最大變動量。第四十二頁，共80頁。(a)(b)(c)第四十三頁，共80頁。2、基準不重合誤差ΔB由于定位基準與工序基準不重合所導(dǎo)致的工序基準在加工尺寸方向上的最大位置變動量。第四十四頁，共80頁。第四十五頁，共80頁。定位誤差：ΔD=ΔY+ΔB≤

1/3ΔT并不是在任何情況下這兩部分誤差都同時存在。二、定位誤差的計算（1）當ΔB=0、ΔY≠0時，產(chǎn)生定位誤差的原因是基準位移誤差，ΔD=ΔY（2）當ΔB≠0、ΔY=0時，產(chǎn)生定位誤差的原因是基準不重合誤差，ΔD=ΔB第四十六頁，共80頁。1、工件以平面定位2、工件以外圓定位3、工件以內(nèi)孔定位第四十七頁，共80頁。1）基準位移誤差ΔY工件以已加工過的表面定位，其定位基準的位置可認為沒有變動，即ΔY=02）基準不重合誤差ΔB圖b

銑頂面工序中，H尺寸定位基準與設(shè)計基準重合，不存在ΔB圖c

銑臺階面工序中，A尺寸由于基準不重合而存在ΔB，設(shè)計基準在T+TH與T-TH之間變化，ΔB=2TH定位誤差：ΔD=ΔY+ΔB=2TH第四十八頁，共80頁。如工件總高H=40±0.14mm,要求保證A=20±0.15mm.求加工階梯面時的ΔD

，能否保證加工要求？ΔD

=2TH=2X0.14=0.28mm本工序公差ΔT

=0.15-(-0.15)=0.30mm不滿足ΔD=ΔY+ΔB≤

1/3ΔT第四十九頁，共80頁。工件在V形塊上定位時的基準位移誤差第五十頁，共80頁。1）工序基準是圓柱軸線，定位基準也是圓柱軸線，兩者重合，ΔB=0；2）定位基準與限位基準不重合。第五十一頁，共80頁。工件在V形塊上定位時定位誤差分析第五十二頁，共80頁。工件以圓柱孔在過盈配合心軸上定位時定位誤差分析(a)ΔD=ΔY+ΔB=0(b)ΔD=ΔY+ΔB=ΔB=δd/2(c)ΔD=ΔY+ΔB=ΔB=δD/2第五十三頁，共80頁。工件孔與定位心軸間隙配合時定位誤差計算ΔD=ΔY+ΔB=ΔY=（δD+δd）

/2第五十四頁，共80頁。小結(jié)一、定位誤差及其產(chǎn)生的原因二、定位誤差的計算工件以平面定位工件以外圓定位工件以內(nèi)孔定位第五十五頁，共80頁。第四節(jié)工件的夾緊工件定位后將其固定，使其在加工過程中保持定位位置不變的裝置，稱為夾緊裝置。一、夾緊裝置的組成和設(shè)計要求本節(jié)內(nèi)容二、確定夾緊力的基本原則三、常見的夾緊機構(gòu)第五十六頁，共80頁。一、夾緊裝置的組成和設(shè)計要求1、夾緊裝置的組成動力裝置產(chǎn)生夾緊作用力；通常指氣缸、油缸、活塞、電磁裝置等。傳力機構(gòu)介于力源和夾緊元件之間，傳遞力；如斜楔、連接桿、鉸鏈等。夾緊元件加緊裝置的最終執(zhí)行元件，與工件直接接觸；如壓板、螺栓等。第五十七頁，共80頁。1—氣缸2—連桿3—壓板夾緊裝置組成示意圖第五十八頁，共80頁。2、工件夾緊的基本要求1）夾得穩(wěn)不破壞穩(wěn)定的正確定位，剛度足夠。2）夾得牢夾緊力要合適，過大工件變形或損傷，影響加工精度，過小工件加工中易移動或產(chǎn)生振動，同時，夾緊裝置應(yīng)保證自鎖，即原始夾緊力去除后，工件能保持夾緊狀態(tài)。3）夾得快機構(gòu)簡單、緊湊、操作安全、省力、迅速方便。第五十九頁，共80頁。3、設(shè)計夾具時應(yīng)考慮的問題夾緊力（三要素：大小、方向、作用點）傳力方式（手動、氣動、液力、電力等）夾緊機構(gòu)（增力、快速、機動等）第六十頁，共80頁。二、確定夾緊力的基本原則1、夾緊力方向的確定（1）應(yīng)有利于工件的準確定位，而不能破壞定位。一般要求主要夾緊力應(yīng)垂直指向主要定位基面；第六十一頁，共80頁。（2）主夾緊力最好與F切、F重方向一致，使所需夾緊力盡可能??；P、W相同時，哪一情況Q可最??？夾緊力大小與夾緊力方向直接有關(guān)，在考慮夾緊方向時，只要滿足夾緊條件，夾緊力越小越好。切削力重力夾緊力第六十二頁，共80頁。（3）夾緊力的方向應(yīng)是工件剛性較好的方向，以減小工件變形。第六十三頁，共80頁。2、夾緊力作用點的選擇指在夾緊力作用方向已定的情況下，確定夾緊元件與工件接觸點的位置和接觸點的數(shù)目。第六十四頁，共80頁。（1）夾緊力作用點應(yīng)落在支承點上或支承面以內(nèi)，避免工件翻轉(zhuǎn)；夾緊力作用點的位置第六十五頁，共80頁。（2）夾緊力作用點應(yīng)落在工件剛性較好的部位，以減小工件的夾緊變形；夾緊力作用點的位置第六十六頁，共80頁。徑向夾緊軸向夾緊第六十七頁，共80頁。（3）夾緊力作用點應(yīng)盡量靠近被加工表面，以防止工件產(chǎn)生振動和變形。輔助支承與輔助夾緊第六十八頁，共80頁。3、夾緊力大小的確定夾緊力方向和作用點位置確定以后，還需合理地確定夾緊力的大小。夾緊力不足，會使工件在切削過程中產(chǎn)生位移并容易引起振動；夾緊力過大，又會造成工件或夾具不應(yīng)有的變形或表面損傷。第六十九頁，共80頁。實際所需夾緊力安全系數(shù)理論夾緊力估算夾緊力的方法：首先將工件視為分離體，分析作用在工件上的各種力；再根據(jù)力系平衡條件，確定保持工件平衡所需的最小夾緊力；最后將乘以一合適的安全系數(shù)，以此作為所需的夾緊力。第七十頁，共80頁。三、常見的夾緊機構(gòu)夾緊機構(gòu)是將力源的作用力轉(zhuǎn)化為夾緊力的機構(gòu)。常見的有斜楔、偏心、螺旋等夾緊機構(gòu)，利用機械摩擦的斜楔自鎖原理。第七十一頁，共80頁。1、楔塊夾緊機構(gòu)利用楔塊的斜面將楔塊的推力轉(zhuǎn)變?yōu)閵A緊力，從而夾緊工件。第七十二頁，共80頁。夾緊力的計算∑F（X）=0→Q=F1+Rx

F1=wtgφ1Rx=wtg(α+φ2)Q=wtgφ1+wtg(α+φ2)設(shè)φ1=φ2=φ，α很小時，w--斜楔對工件的夾緊力；α--斜楔升角；Q--

加在斜楔上的作用力；Φ1--斜楔與工件間的摩擦角；Φ2--斜楔與夾具體間的摩擦角。第七十三頁，共80頁。自鎖條件F1＞RxF1=wtgφ1Rx=wtg(