1、5 機床夾具原理與設(shè)計,夾具概述： 機床夾具是機床上用以裝夾工件（和引導(dǎo)刀具）的一種裝置。其作用是將工件定位，以使工件獲得相對的于機床和刀具的正確位置，并把工件可靠地夾緊。,工件的裝夾,定位：確定工件在機床上或夾具中占有準(zhǔn)確加工位置的過程； 夾緊：在工件定位后用外力將其固定，使其在加工過程中保持定位位置不變的操作叫夾緊。 裝夾就是定位和夾緊過程的總和。,5.2 工件在夾具中的定位,定位的目的是使工件在夾具中相對于機床、刀具占有確定的正確位置，并且應(yīng)用夾具定位工件，還能使同一批工件在夾具中的加工位置一致性好。 在夾具設(shè)計中，定位方案不合理，工件的加工精度就無法保證。工件定位方案的確定是夾具設(shè)計中

2、首先要解決的問題。,一.基準(zhǔn)的概念 定位方案的分析與確定，必須按照工件的加工要求合理的選擇工件的定位基準(zhǔn)。 基準(zhǔn)：用以確定生產(chǎn)對象上幾何要素間的 幾何關(guān)系所依據(jù)的點、線、面。 基準(zhǔn)可分為設(shè)計基準(zhǔn)和工藝基準(zhǔn)。,設(shè)計基準(zhǔn)：在零件圖上，確定點、線、面位置的基準(zhǔn)。 工藝基準(zhǔn)是在加工和裝配中使用的基準(zhǔn)，按照用途不同又可分為： 1)定位基準(zhǔn)：在加工中使工件在機床夾具上占有正確位置所采用的基準(zhǔn)。 2)度量基準(zhǔn)：在檢驗時所使用的基準(zhǔn)。 3)裝配基準(zhǔn)：裝配時用來確定零件或部件在機器中位置所采用的基準(zhǔn)。,一、基準(zhǔn),零件由若干表面組成，它們之間有一定的尺寸精度、幾何形狀精度和相對位置精度的要求。 在零件設(shè)計、加工及

3、度量的過程中，必須依據(jù)一些指定的點、線、面，來確定另一些點、線、面的位置，這些作為依據(jù)的點、線、面則稱為基準(zhǔn)。 基準(zhǔn)按其功用不同，可分為設(shè)計基準(zhǔn)和工藝基準(zhǔn)兩大類。,（一）設(shè)計基準(zhǔn),在零件圖上用來確定其它點、線、面的位置所依據(jù)的基準(zhǔn)，稱為設(shè)計基準(zhǔn)。設(shè)計基準(zhǔn)常常是標(biāo)注尺寸的起點。如圖所示的鉆套零件，端面是端面、的設(shè)計基準(zhǔn)，軸心線是各外圓和內(nèi)孔的設(shè)計基準(zhǔn)。,（二）工藝基準(zhǔn),零件在其加工和裝配過程中所使用的基準(zhǔn)，稱為工藝基準(zhǔn)。按其用途又可分為： （）定位基準(zhǔn) （）測量基準(zhǔn) （）裝配基準(zhǔn),（）定位基準(zhǔn),在加工中用作定位的基準(zhǔn)。 如圖所示的鉆套，用內(nèi)孔裝在心棒上磨削外圓40h6時，內(nèi)孔就是定位基準(zhǔn)。,定位

4、基準(zhǔn)又可分為粗基準(zhǔn)和精基準(zhǔn)。 用作定位的表面，如果為沒有加工過的毛坯表面，則稱為粗基準(zhǔn)； 如為已經(jīng)加工過的表面，則稱為精基準(zhǔn)。 有時為了工藝的需要，在工件上專門設(shè)置的定位基面，稱為輔助基準(zhǔn)。,（）測量基準(zhǔn)：,零件測量時所采用的基準(zhǔn)。如鉆套，用內(nèi)孔裝在心棒上來測量40h6外圓的徑向跳動與端面的端面跳動時，內(nèi)孔即為測量基準(zhǔn)。,（）裝配基準(zhǔn),裝配時用來確定零件或部件在產(chǎn)品中的相對位置所采用的基準(zhǔn)。如鉆套，其外圓40h6及端面即為鉆套的裝配基準(zhǔn)。,確定基準(zhǔn)的注意： 作為基準(zhǔn)的點、線、面在工件上不一定存在，如孔的中心線、外圓的軸線以及對稱面等，而是常常由某些具體的表面來體現(xiàn)，這些面稱為基準(zhǔn)面。 作為基準(zhǔn)

5、，可以是沒有面積的點或線，但是基準(zhǔn)面總是有一定面積的。 基準(zhǔn)的定義不僅是對尺寸之間的聯(lián)系，對位置精度（平行度、垂直度等）也是同樣的。,工藝基準(zhǔn)是加工、測量和裝配時所用的基準(zhǔn)，必須是實在的。 然而作為基準(zhǔn)的點、線、面，有時在零件上并不一定具體存在（如孔的中心線，兩平面的對稱面等），往往通過具體的表面來體現(xiàn)，這些表面稱為基面。如圖鉆套中心線并不存在，是通過內(nèi)孔來體現(xiàn)的。,二.六點定位原理 任何未定位的工件在空間直角坐標(biāo)系中都具有六個自由度,即沿三個坐標(biāo)軸的移動自由度、 、 和繞三個坐標(biāo)軸的轉(zhuǎn)動自由度。,“六點定位”的注意問題 定位就是限制自由度，通常用合理布置定位支承點的方法來限制工件的自由度。

6、定位支承點限制工件自由度的作用，應(yīng)理解為定位支承點與工件定位基準(zhǔn)面始終保持緊貼接觸。若二者脫離，則意味著失去定位作用。 一個定位支承點僅限制一個自由度，一個工件僅有六個自由度，所設(shè)置的定位支承點數(shù)目，原則上不應(yīng)超過六個。,分析定位支承點的定位作用時，不考慮力的影響，定位和夾緊是兩個概念，不能混淆：工件的某一自由度被限制，是指工件在這一方向上有確定的位置，并非指工件在受到使其脫離定位支承點的外力時，不能運動，即夾緊。 定位支承點是由定位元件抽象而來的，在夾具中，定位支承點總是通過具體的定位元件體現(xiàn)。,定位和夾緊,定位：確定工件在機床上或夾具中占有準(zhǔn)確加工位置的過程； 夾緊：在工件定位后用外力將其

7、固定，使其在加工過程中保持定位位置不變的操作叫夾緊。,完全定位與不完全定位 1)完全定位：工件的六個自由度完全被限制的定位。,2)不完全定位：按加工要求，允許有一個或幾個自由度不被限制的定位。不完全定位是合理的定位方式，在實際生產(chǎn)中，工件被限制的自由度數(shù)一般不少于三個。,欠定位與過定位 1)欠定位：按工序的加工要求，工件應(yīng)該限制的自由度而未予限制的定位。欠定位是絕對不允許的。,2)過定位：工件的同一自由度被二個或二個以上的支承點重復(fù)限制的定位?？赡茉斐晒ぜ亩ㄎ徽`差，或者造成部分工件裝不進夾具的情況。過定位不是絕對不允許，要由具體情況決定。,消除過定位及其干涉的兩種途徑： a)改變定位元件的結(jié)

8、構(gòu)，以消除被重復(fù)限制的自由度。 b)提高工件定位基面之間及定位元件工作表面之間的位置精度，以減小或消除過定位引起的干涉。,三.常見的定位方式和定位元件 定位元件的設(shè)計應(yīng)滿足下列要求： 要有與工件相適應(yīng)的精度； 要有足夠的剛度，不允許受力后發(fā)生變形； 要有耐磨性，以便在使用中保持精度。一般多采用低碳鋼滲碳淬火或中碳鋼淬火，硬度為5862HRC。,典型表面的定位方法 工件的定位表面有各種形式，如平面、外圓、內(nèi)孔等，對于這些表面，總是采用一定結(jié)構(gòu)的定位元件。常見的定位方法有：平面定位、圓孔定位、外圓柱面定位、組合表面定位。,1.工件以平面定位 概念：在機械加工中，利用工件上的一個或幾個平面作為定位基

9、面來定位工件的方式，稱為平面定位。 定位元件：固定支承、可調(diào)支承和自位支承。,(1)固定支承：包括固定支承釘、固定支承板。,固定支承釘,固定支承板,固定支承板多用于工件上已加工表面的定位，有時可用一塊支承板代替兩個支承釘。左圖A型結(jié)構(gòu)簡單，但埋頭螺釘處易堆積切屑，故用于工件側(cè)面或頂面定位。而右圖B型支承板可克服這一缺點，主要用于工件的底面定位。,(2)可調(diào)支承 可調(diào)支承是頂端位置可在一定高度范圍內(nèi)調(diào)整的支承。多用于未加工平面的定位，以調(diào)節(jié)和補償各批毛坯尺寸的誤差，一般每批毛坯調(diào)整一次。,(3)自位支承 支承本身的位置在定位過程中，能自動適應(yīng)工件定位基準(zhǔn)面位置變化的一類支承。自位支承能增加與工件

10、定位面的接觸點數(shù)目，使單位面積壓力減小，故多 用于剛度不足的 毛坯表面或不連 續(xù)的平面的定位。,(4)輔助支承 在生產(chǎn)中，有時為了提高工件的剛度和定位穩(wěn)定性，常采用輔助支承。如圖所示階梯零件，當(dāng)用平面1定位銑平面2時，于工件右部底面增設(shè)輔助支承3，可避免加工過程中工件的變形。,2.工件以圓孔定位 有些工件，如套筒、法蘭盤、撥叉等以孔作為定位基準(zhǔn)，此時采用的定位元件有定位銷、定位心軸等。,(1)定位銷,定位銷頭部應(yīng)做出倒角或圓角，以便于裝入工件定位孔。主要用于直徑小于50mm的中小孔定位。,(2)錐銷 常用于工件孔端的定位可限制工件三個自由度,(3)定位心軸 心軸定心精度高，但裝卸費時，有時易損

11、傷工件孔，多用于定心精度要求高的情況。定位時，工件楔緊在心軸上，多用于車或磨同軸度要求高的 盤類零件。,3.工件以外圓柱面定位 工件以外圓柱面定位在生產(chǎn)中是常見的，如軸套類零件等。常用的定位元件有V形塊、定位套、半圓定位座。,(1)V形塊 V形塊是用得最廣泛的外圓表面定位元件。,在V形塊上定位時，工件具有自動對中作用。,D標(biāo)準(zhǔn)心軸直徑，即工件定位用外圓直徑 (mm); HV形塊高度(mm); NV形塊的開口尺寸 (mm); T對標(biāo)準(zhǔn)心軸而言，V形塊的標(biāo)準(zhǔn)高度， V形塊兩工作平面間的夾角。,設(shè)計V形塊時T值的計算：,(2)定位套筒,定位套筒裝在夾具體上，用以支承外圓表面，起定位作用。 定位元件結(jié)

12、構(gòu)簡單，但定心精度不高，當(dāng)工件外圓與定位孔配合較松時，還易使工件偏斜，因而，常采用套筒內(nèi)孔與端面一起定位，以減少偏斜。若工件端面較大，為避免過定位，定位孔應(yīng)做短些。,(3)半圓孔定位座,將同一圓周面的孔分成兩半圓，下半圓部分裝在夾具體上，起定位作用，上半圓部分裝在可卸式或鉸鏈?zhǔn)缴w上，起夾緊作用，半圓孔定位座適用于大型軸類工件的定位。,(4)外圓定心夾緊機構(gòu),在實現(xiàn)定心的同時，能將工件夾緊的機構(gòu)，稱為定心夾緊機構(gòu)，如三爪自定心卡盤、彈簧夾頭等。,彈簧夾頭的速度是有彈性的，如果工件尺寸是一致的，彈簧夾頭的速度會更快。如果工件尺寸的變化大，可能需要采用卡爪卡盤以適應(yīng)尺寸范圍寬的加工工件。,4.工件以

13、組合表面定位 實際加工過程中，工件往往是以幾個表面同時定位的，稱為“組合表面定位”。,(1)一個平面和二個與其垂直的孔的組合在箱體、連桿、蓋板等類零件加工中，常采用這種組合定位，俗稱“一面二孔”定位。 (會出現(xiàn)定位干涉問題),“一面兩銷”的兩圓柱銷重復(fù)限制了沿方向的移動自由度，屬于過定位。由于工件上兩孔的孔心距和夾具上兩銷的銷心距均會有誤差，因而會出現(xiàn)上圖所示的相互干涉現(xiàn)象。,解決“一面兩孔”的定位干涉問題的途徑： (1)減小一個銷的直徑； (2)將一個銷 做成削邊銷。,(2)一個平面和二個與其垂直的外圓柱面的組合,工件在垂直平面定位后，再將工件左端用圓孔或V形塊定位，工件右端外圓所用的V形塊

14、必須做成浮動結(jié)構(gòu)，使其只能限制工件一個自由度，否則就會出現(xiàn)過定位。,(3)一個孔和一個平行于孔中心線的平面的組合,圖中所示兩個零件，均需以大孔及底面定位，加工兩小孔。視其加工尺寸要求的不同，圖a零件選用圖定位方案，圖b零件選用圖d定位方案，均能避免過定位，并保證工件要求。,常見典型定位方式及定位元件所限制的自由度,常見典型定位方式及定位元件所限制的自由度,常見典型定位方式及定位元件所限制的自由度,常見典型定位方式及定位元件所限制的自由度,常見典型定位方式及定位元件所限制的自由度,用找正法裝夾工件 (1)直接找正裝夾 (2)劃線找正裝夾 用夾具裝夾工件,工件在機床上的裝夾方法,直接找正裝夾,工件

15、的定位是由操作者利用劃針、百分表等量具直接校準(zhǔn)工件的待加工表面，也可校準(zhǔn)工件上某一個相關(guān)表面，從而使工件獲得正確的位置。,直接找正裝夾,在內(nèi)圓磨床上磨削一個與外圓表面有很高同軸度要求的筒形工件的內(nèi)孔時，為保證加工時工件占據(jù)其外圓表面軸心線與磨床頭架回轉(zhuǎn)軸線相一致的正確位置，加工前可先把工件裝在四爪夾盤上，用百分表在位置I和2處直接對外圓表面找正，直至認(rèn)為該外圓表面已取得正確位置后用夾盤將其夾牢固定。找正用的外圓表面即為定位基準(zhǔn)。,在單件、小批量生產(chǎn)中，使用直接找正安裝是比較普遍的。 諸如軸類、套類、圓盤類工件在臥式或立式車床上的安裝； 齒坯在滾齒機上的安裝等等。 但若對工件的定位精度要求很高，

16、用夾具不能保證這樣高的精度時，只能用直接找正裝夾。,(2)劃線找正裝夾,按加工要求預(yù)先在待加工的工件表面上劃出加工表面的位置線，然后在機床上按劃出的線找正工件的方法，稱為劃線找正法。,劃線找正裝夾,在一個長方形毛坯上車削一圓柱表面，為保證圓柱面在工件上有正確的位置，先在毛坯上將加工面的位置表示出來，然后在四爪夾盤上夾持工件，并使用劃針盤對工件進行找正夾緊。在這種情況下，劃線所表示的待加工表面即為定位基準(zhǔn)。,劃線找正裝夾,通過劃線將工件需要加工的表面輪廓劃出來，并保證工件的加工表面具有足夠的、均勻的余量和相互位置精度。 但是，按劃線找正定位精度比較低，一般在0.20.5mm之間，因為劃線本身有一

17、定的寬度，劃線又有劃線誤差、找正時還有觀察誤差。 這種方法廣泛用于單件、小批生產(chǎn)，更適用于形狀復(fù)雜的大型、重型鑄鍛件以及加工尺寸偏差較大的毛坯。,上述兩種安裝方式，雖然有生產(chǎn)率低的缺點，但不需專用的工、夾、量具。 現(xiàn)場中，通常是第一道工序采用劃線安裝，當(dāng)加工出已加工表面后，其它工序就可以采用直接找正安裝。,用找正法裝夾工件特點： a)這類裝夾方法勞動強度大、生產(chǎn)效率低、要求工人技術(shù)等級高； b)定位精度較低，由于常常需要增加劃線工序，所以增加了生產(chǎn)成本； c)只需使用通用性很好的機床附件和工具，因此能適用于加工各種不同零件的各種表面，特別適合于單件、小批量生產(chǎn)。,用夾具裝夾工件 1)工件裝在夾

18、具上，不再進行找正，便能直接得到準(zhǔn)確加工位置的裝夾方式。 2)特點：避免了找正法劃線定位而浪費的工時，還可以避免加工后的工件的加工誤差分散范圍擴大，夾裝方便。,找正法與用夾具裝夾工件的對比,待裝夾工件,采用找正法裝夾工件的步驟： 1)先進行劃線，劃出槽子的位置； 2)將工件放在立式銑床的工作臺上，按劃出的線痕進行找正，找正完成后用壓板或虎鉗夾緊工件。 3)根據(jù)槽子線痕位置調(diào)整銑刀相對工件的位置，調(diào)整好后才能開始加工。,4)加工中需先試切一段行程，測量尺寸，根據(jù)測量結(jié)果再調(diào)整銑刀的相對位置，直至達到要求為止。 5)每加工一個工件均重復(fù)上述步驟。 這種裝夾方法不但費工費時，而且加工出一批工件的加工

19、誤差分散范圍較大。,采用夾具裝夾方法，不需要進行劃線就可把工件直接放入夾具中去。工件的A面支承在兩支承板2上；B面支承在兩齒紋頂 支承釘3上；端面靠在支 承釘4上，這樣就確定了 工件在夾具中的位置， 然后旋緊螺母9通過壓板 8把工件夾緊，完成了工 件的裝夾過程。下一工 件進行加工時，夾具在 機床上的位置不動，只 需松開螺母9進行裝卸工 件即可。,圖中表示銑槽夾具安裝在立式銑床的工作臺上的情況。,對位置精度的保證 1.因為工件的A面是支承在支承板2的工作面上的，因而最終達到了銑出的槽底面與A面平行的要求。 2.夾具利用兩定位鍵1與銑床工作臺的T型槽配合，保證了與銑床縱向進給方向平行。,3.夾具的兩個齒紋頂支承釘3的支承工作面與兩定位鍵側(cè)面保持平行，也就使支承釘3的支承工作面與銑 床縱向 進給方向平行。 4.由于工件以B面與兩 支承釘3的支承工作 面相接觸，因而最終 保證了銑出的槽的側(cè) 面與工件B面平行。,對尺寸精度的保證 1.夾具上裝有對刀