機械加工工藝裝備(夾具).ppt

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1、機械加工工藝裝備,天馬行空官方博客： ；QQ:1318241189；QQ群：175569632,機械加工工藝裝備,1.1 機床 1.2 刀具 1.3 夾具,天馬行空官方博客： ；QQ:1318241189；QQ群：175569632,夾具,1.3,1.3.1 機床夾具概述 1.3.2 工件的定位 1.3.3 工件的夾緊 1.3.4 典型夾具,1.3 夾具,1.3.1 機床夾具概述,夾緊：是指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操作。,定義：在機床上用以裝夾工件（和引導刀具）的一種裝置。 其作用是將工件定位，以使工件獲得相對于機床或 刀具的正確位置，并把工件可靠的夾

2、緊。,裝夾：將工件在機床上或夾具中定位、夾緊的過程。,定位：確定工件在機床或夾具中占有正確位置的過程。,1.3.1 機床夾具概述,機床夾具的作用,1.保證加工精度,2.提高勞動生產率,3.擴大機床的使用范圍,4.改善勞動條件、保證生產安全,,圖 1.57 套筒零件簡圖,,,圖 1.58 套筒鉆夾具,,夾具體,,,快換 鉆套,導向套,鉆模板,開口 墊圈,螺母,定位銷,1.3.1 機床夾具概述,機床夾具的分類,按應用范圍分：,按使用機床分：,按夾緊動力分：,手動夾具 氣動夾具 液動夾具 電動夾具 磁力夾具 真空夾具,通用夾具 專用夾具 可調夾具 成組夾具 組合夾具 隨行夾具,車床夾具 銑床夾具 鉆

3、床夾具 鏜床夾具 其它機床夾具,1.3.1 機床夾具概述,機床夾具的組成,定位元件,夾緊裝置,對刀及導向裝置,迅速確定刀具與工件的相對位置,確定工件的正確位置,夾牢工件，保證工件正確位置不變,夾具體,夾具的基礎件,其他裝置或元件,分度裝置、聯(lián)接元件等,,基準及其分類,基準：用來確定生產對象上幾何要素間的幾何關系所依據(jù)的那些點、線、面。,1.3.2 工件的定位,基準及其分類,根據(jù)功用： 設計基準設計圖樣中所采用的基準 工藝基準 加工、測量、裝配過程中使用的基準 定位基準 為加工中用作定位的基準。 測量基準 測量時所采用的基準。 裝配基準 是裝配時確定零件或部件在產品中的相對位置所采

4、用的基準。,1.3.2 工件的定位,1、工件定位的方式,（1）直接找正定位,,精度取決于工人技術水平 單件小批生產，位置要求高,,,a)磨內孔時工件的找正 b)刨槽時工件的找正,圖 1.60 直接找正定位,（2）劃線找正定位,精度低 單件小批，復雜件，毛坯精度低,圖1.61 劃線找正定位,（3）夾具定位,生產率高，定位精度高成批及大量生產,圖 1.58 套筒鉆夾具,1.3.2 工件的定位,定位,加工前，工件在機床或夾具上占據(jù)一正確位置,夾緊,使工件在加工中不受力的作用發(fā)生位移、振動,裝夾 = 定位+夾緊,2、工件的定位原理,（1）六點定則,用空間合理布置的六個支承點 限制工件的六個自由度,X,

5、,,Y,,圖1.63 長方體定位時支承點的分布,圖1.63 長方體定位時支承點的分布,X,Y,Z,,,,圖1.63 長方體定位時支承點的分布,,工件的定位原理,六點定則,用空間合理布置的六個支承點 限制工件的六個自由度,,,主要定位面3,三角形分布，支承范圍大,導向定位面2,選大的面定位,兩點連線不垂直主定位面，距離遠,選窄長的面定位,止推定位面1,選可承受切削力的面,軸類工件的六點定位,軸類工件的六點定位,,圖1.64 圓環(huán)形工件的六點定位,圖1.64 圓環(huán)形工件的六點定位,圖1.64 圓環(huán)形工件的六點定位,,,定位的誤解,工件定位后，反方向還可移動,定位面與定位點應保持接觸,工件被夾緊，所

6、有自由度就都被限制了,并沒有保證一批工件的一致位置,,定位與夾緊的關系,,圖1.65 限制自由度與加工要求的關系,,（2）限制自由度與加工要求的關系,（2）限制工件自由度與加工要求的關系,完全定位,六個自由度全部限制,不完全定位,限制的自由度6點,按加工要求確定,欠定位根據(jù)加工要求，工件應該被限制的自由度卻 沒有被限制的定位。,過定位工件的同一自由度被重復限制的定位。,理論上不需定位的情況,1.加工面某方向無要求，通透加工,這個方向上不需定位,2.零件某方向上截面為完整的圓形,這個方向上不需定位,限制自由度與加工要求的關系,加工孔,加工平面,,桌子的定位,,圖1.66 插齒時齒坯的定位,1.心

7、軸 2.支承凸臺 3.工件 4.壓板,圖1.67 齒坯過定位的影響,,改變定位結構避免過定位,圖1.68 球體上通銑平面,正確處理過定位,危害,定位不穩(wěn)，安裝困難，工件或夾具變形,,措施,去除過定位，修改結構,特殊,為提高定位穩(wěn)定性和結構剛度，簡化夾具 可用過定位,前提,提高工件定位面、夾具定位面的相互位置精度,一般不允許,,,限制工件自由度與加工要求的關系,完全定位,六個自由度全部限制,,,不完全定位,限制的自由度6點,欠定位,該限制的自由度沒有限制,過定位,重復限制某一自由度,按加工要求確定,絕不允許,一般不允許,瓦蓋的過定位及消除,襯套在心軸上過定位及消除,,套筒零件鉆孔時的定位,要點,

8、,按加工要求確定,注意：不欠定位,實際上所限制的自由度,往往多于理論要求的,為承受切削力、簡化夾具結構,注意：不過定位,理論上要限制的自由度,理論聯(lián)系實際 注重實際應用,,3、定位元件,定位元件的基本要求,足夠的精度,足夠的硬度和耐磨性,足夠的強度和剛度,工藝性好,3、定位元件,（1）平面定位,主要支承,固定支承,支承釘 支承板 非標支承板,一批工件調一次,可調支承,自位支承（浮動支承）,只限制1點自由度,輔助支承,不限制自由度（提高剛度）,限制自由度,一個工件調一次,圖1.69 支承釘和支承板,固定支承支承釘和支承板,圖1.70 襯套的應用,,圖1.71 可調支承,,,可調支承,電冰箱的定

9、位,,,,,,,,,,圖1.72 自位支承,,,圖1.73 輔助支承的應用,,圖1.74 輔助支承,,,3、定位元件,（2）孔定位,圓柱銷,間隙配合心軸 過盈配合心軸 花鍵心軸,圓柱心軸,圓錐銷,定3點,圓錐心軸（小錐度心軸）,定5點,短銷定2點 長銷定4點,圖1.75 定位銷,,圖1.76 圓柱心軸,1.導向部分 2.工作部分 3.傳動部分,,圖1.77 圓錐銷定位,圖1.78 圓錐銷組合定位,,圖1.79 小錐度心軸,,非標定位銷的應用,,3、定位元件,（3）外圓定位, V形塊,定心精度低，已加工面定位,定位套,半圓套,大軸件、不便軸向裝夾的零件定位,圓錐套（反頂尖）,對中性好 非整圓表面

10、定位,定位基準是檢驗心軸的中心,短定2點 長定4點 活動定1點,圖1.80 V形塊的結構尺寸,,圖1.81 V形塊的結構類型,,圖1.82 活動V形塊的應用,,,圖1.83 定位套,,,圖1.84 半圓套定位裝置,,,圖1.85 工件在圓錐套中定位,,,表1.10 典型定位方式和所限制的自由度,表1.10 典型定位方式和所限制的自由度,表1.10 典型定位方式和所限制的自由度,表1.10 典型定位方式和所限制的自由度,表1.10 典型定位方式和所限制的自由度,,3、定位元件,（4）組合表面定位,一面兩銷（一面兩孔）,平面定3點 圓銷定2點 菱形銷定1點,安裝：削邊方向垂直于兩銷連線,圖1.86

11、 “一面兩孔”定位時的干涉情況,,,定位元件,一面兩銷設計步驟,確定銷距,確定圓柱銷尺寸,基本尺寸=孔最小尺寸 公差g6、f7,查菱銷結構尺寸b,計算菱銷尺寸,確定菱銷尺寸,平面定位：支承釘 支承板 孔定位： 定位銷 定位心軸 三爪卡盤，彈簧夾頭 外圓定位：V形塊 定位套筒及剖分套筒 三爪卡盤，彈簧夾頭 組合定位方式：,定位元件,典型定位方式和所限制的自由度,1.3.3 工件的夾緊,（1）夾緊裝置的組成,力源裝置,產生原始夾緊力,中間傳動機構,改變力方向、大小，自鎖,夾緊元件,執(zhí)行元件,力源裝置,中間傳動機構,夾緊元件,工件,1、夾緊裝置的組成和基本要求,（2）夾緊裝置

12、的基本要求,不得破壞工件的定位,夾緊力要適當,操作方便，迅速、省力,工藝性好,2、確定夾緊力三要素的原則,夾緊力應指向主要定位面,夾緊力應落在定位支承范圍內,夾緊力應盡量靠近加工面,作用點、方向和大小,夾緊力最好與切削力、重力方向一致,,,,,,夾緊力應作用在剛性好的部位,圖1.89 夾緊力作用點應在定位元件上方,,圖1.90 夾緊力作用點應在工件剛性最好的地方,圖1.91 減小工件夾緊變形的措施,,圖1.92 夾緊力作用點靠近加工表面,,圖1.93 夾緊力方向垂直主要定位基面,,圖1.94 夾緊力方向對夾緊力大小的影響,a)夾緊力與切削力、重力同向 b)夾緊力與切削力、重力反向,,（3）夾緊

13、力大小的估算,設工藝系統(tǒng)剛性 切削過程穩(wěn)定,建立力學模型，求出切削力， 在最不利的瞬時，求夾緊力大小,為了保證夾緊可靠，乘以安全系數(shù)FJ = K F,一般 K =1.53,受切削力、重力、離心力和慣性力等作用（矩）平衡,粗加工取大值，精加工取小值,3、常用夾緊裝置,（1）斜楔夾緊機構,利用斜面直接或間接壓緊工件的機構,夾緊力小，手動操作費時,與機械、汽動、液壓機構聯(lián)動,1）斜楔的夾緊力,斜角=1014,一般摩擦系數(shù)f=0.10.15,摩擦角545832,FJ= FJ FQ = F1 + F,,F1 = FJ tan1 F = FJ tan(2+),圖1.96 斜楔夾緊受力分析,斜楔的自

14、鎖條件,tan1tan(-2),1 = 2 = ， 2,斜楔夾緊的自鎖條件,F1 F,,F1 =FJ tan1 F = FJtan(-2) FJ = FJ,11 17,圖1.96 斜楔夾緊受力分析,斜楔移動距離與夾緊行程的關系,一般10 14,雙升角斜楔滑塊機構： 大升角迅速趨近工件 小升角夾緊工件、自鎖,S夾 = S動tan,雙升角斜楔滑塊夾緊機構,1夾具體 2斜楔 3工件,,（2）螺旋夾緊機構,1）單個螺旋夾緊機構,結構簡單、夾緊力大，自鎖好，夾緊行程大,圖1.98 單個螺旋夾緊機構,開口墊圈 鉸鏈鉤形壓板,擺動壓板,快速螺旋夾緊機構,2） 螺旋壓板夾緊機構,a.移動壓板 b.轉動壓板

15、 c.翻轉壓板,支點在后效率低 FJ = FQ / 2 支點中間FJ = FQ 支點在前效率好 FJ = 2FQ,（3） 偏心夾緊機構,圓偏心輪、偏心軸,夾緊迅速方便 夾緊力、行程小,用于切削力小、振動小的場合,（4）定心夾緊機構,在定心的同時將工件夾緊,理論上定心誤差y=0,用于要求準確定心和對中的場合,機械傳動式定心夾緊機構,彈性變形式定心夾緊機構,結構簡單，定心精度低,結構復雜，定心精度高,虎鉗式定心夾緊機構,1.叉形塊 2.夾具體 3.左右旋螺桿 4.V形塊,機械傳動式定心夾緊機構,1.手柄 2.偏心輪 3.4.5.卡爪 6.錐體,,圖1.103 軸向固定式彈簧夾頭,1.夾具體 2.彈

16、性筒夾 3.螺母 4.螺釘,圖1.104 液性介質定心夾緊機構,, 聯(lián)動夾緊機構,單件、多件、多點、多向,注意：,設置必要的浮動環(huán)節(jié),工件不宜太多,結構簡單緊湊、增力,總夾緊力足夠、剛度足夠,注意累積誤差的影響,單件雙向多點聯(lián)動夾緊機構,多件單向聯(lián)動夾緊機構,多件單向聯(lián)動夾緊機構,單件單向聯(lián)動夾緊機構,單件雙向聯(lián)動夾緊機構,多件單向聯(lián)動夾緊機構,,1.3.4 典型夾具,（1）專用夾具設計的基本要求,保證加工要求,正確定位和夾緊，合理對刀導向，合適技術要求,提高生產率和降低成本,快速高效夾緊，與生產率相適應,工藝性好,便于制造、檢驗、裝配、調整和維修,使用性好,操作簡便，省力、安全可靠、排屑方便

17、,1、專用夾具設計的方法和步驟,1.3.4 典型夾具,（2）專用夾具的設計方法和步驟,明確設計任務，收集設計資料,擬訂夾具結構 方案，繪制夾具 草圖,定位方案；夾緊方案；刀具引導方式； 其他裝置；總體結構及安裝方式,繪制夾具總圖,工作位置為主視圖 雙點劃線畫工件（余量網紋表示） 畫定位夾緊導向件夾具體 標注總圖技術要求 繪制夾具零件圖,夾具總圖技術要求的標注,輪廓尺寸,LHB,定位技術要求,定位件與工件配合，定位件間要求,對刀技術要求,對刀件與刀具配合，對刀件間要求,機床連接要求,與機床聯(lián)結尺寸、配合,夾具制造技術要求,定位件與夾具安裝面、定位件與對刀件、 對刀件與夾具安裝面間的技術要求,所有

18、配合尺寸,如平衡等文字形式的要求,其他技術要求,夾具總圖技術要求的標注,工序尺寸有公差要求：,夾具公差 =工件相應公差1/31/5,工序尺寸無公差要求：,夾具公差：尺寸0.1 角度10 位置0.02 0.05/100,2、鉆床夾具 （簡稱鉆模）,組成：,鉆套、鉆模板、定位元件、夾緊裝置、夾具體等,主要類型：,固定式,加工孔精度高,回轉式,圍繞某一軸線分布的軸向或徑向孔系,移動式,鉆工件同一表面上的多孔，孔徑10mm,翻轉式,加工小工件不同表面上的孔，重100N,蓋板式,無夾具體，大件上孔加工，,滑柱式,通用可調，制造周期短，應用廣。,主要用于加工孔,圖1.105 杠桿孔鉆模,1.夾具體

19、 2.壓緊螺釘 3.鉆模板 4.活動V形塊 5.鉆套 6.開口墊圈 7.定位銷 8.輔助支承,,1）固定式鉆模,圖1.106 回轉式鉆模,,,,2）回轉式鉆模,移動式鉆模,,3）移動式鉆模,翻轉式鉆模,1.鉆套 2.倒錐螺栓 3.彈簧漲套 4.圓支承板 5.螺母,,4）翻轉式鉆模,圖1.107 蓋板式鉆模,,1.鉆模板 2.3.定位銷 4.支承釘,,5）蓋板式鉆模,6）滑柱式鉆模,1.齒輪軸 2.斜齒條滑柱 3.12.鉆模板 4.螺母 5.手柄 6.導向柱 7.錐套環(huán) 8.定位支承 9.可調支承 10.擋銷 11.自位壓柱 13.螺釘 14.鉆套 15.定位元件,,（2）鉆套及鉆模板,1）鉆套

20、引導刀具，保證位置精度，提高系統(tǒng)剛度,類型：,標準鉆套 特殊鉆套,固定鉆套、可換鉆套和快換鉆套,小孔距鉆套、加長鉆套、斜面鉆套,鉆套高度H,大，導向好，刀具剛度提高，精度高， 但磨損加劇,H=(12.5)d,排屑空間h,大，排屑方便，導向性能差，精度降低,鑄鐵 h=(0.30.7)d 鋼件 h=(0.71.5)d,要求高 h=0,鉆套公差,鉆F8，擴F7，粗鉸G7，精鉸G6,圖1.108 鉆套,,1鉆套 2襯套 3鉆模板 4螺釘,,鉆套高度和排屑空間,,圖1.109 特殊鉆套,,a) 小孔距鉆套 b) 加長鉆套 c) 斜面鉆套,,2）鉆模板,安裝鉆套，確保鉆套正確位置,類型：,固定式 鉸鏈式

21、分離式,連體式、裝配式、焊接式,結構簡單，精度高,工件裝卸方便，精度較低,可拆卸，精度低,圖 1.58 套筒鉆夾具,,1.快換鉆套 2.導向套 3.鉆模板 4.開口墊圈 5.螺母 6.定位銷 7.夾具體,,固定式鉆模板,圖1.110 鉸鏈式鉆模板,1.鉸鏈銷 2.夾具體 3.鉸鏈座 4.支承釘 5.鉆模板 6.菱形螺母,,圖1.111 分離式鉆模板,,1.鉆模板 2.鉆套 3.壓板 4.工件,,分度裝置,按一定角度或一定距離加工一組表面,組成：,固定部分 可動部分 分度對定機構 鎖緊機構,分度方式：,回轉分度 直線移動分度,,1）分度對定機構,組成：,分度盤 對定銷,方式：,,軸向分度 徑

22、向分度,結構緊湊，應用廣,轉角誤差小，分度精度高,軸向開孔，或徑向開槽,手動、機動、自動,常用機構：,鋼球對定機構 手動直拉式對定銷 齒輪齒條對定銷,圖1.112 軸向分度盤與對定銷,,圓孔圓銷 圓孔菱銷 錐孔錐銷 圓孔斜面圓銷 鋼球小錐穴,圖1.113 徑向分度盤與對定銷,,,矩形槽盤 單斜面槽盤 雙斜面槽盤 齒形槽盤,圖1.114 幾種常用的分度定位機構,,,3、車床夾具,主要類型：,安裝在主軸上,安裝在床身或大拖板上,,（1）車床夾具實例,在車床上加工殼體、支座、杠桿、接頭等零件上的圓柱面及端面時，由于這些零件的形狀比較復雜，難以直接裝夾在通用卡盤上，因而需設計專用夾具。,這類車床夾具一

23、般具有類似角鐵的夾具體， 故稱為角鐵式車床夾具。,（1）車床夾具 實例,,削邊銷,圓柱銷,支承板,夾具體,壓板,工件,校正套,平衡塊,,圖1.115 角鐵式車床夾具,（2）車床夾具的設計特點,1）定位裝置的設計特點：,工件加工面軸線必須和車床主軸軸線重合,2）夾緊裝置的設計特點：,夾緊力足夠，自鎖性能好，防止變形,,,如圖1.115就是根據(jù)夾具的軸線來確定支承板以及兩定位銷的位置距離。,圖1.116 不恰當?shù)氖┝Ψ绞?,,D小于140mm，或D（23）d,錐柄定5點，螺栓拉緊,徑向尺寸較大,過渡盤，平面定3點，止口定2點,精度要求高,設找正外圓或找正孔,3）車床夾具與機床的連接,圖1.117

24、車床夾具與機床主軸的聯(lián)接,,1.主軸 2.過渡盤 3.專用夾具 4.壓塊,,4）對夾具總體結構的要求,結構緊湊、懸伸短,平衡、配重,配重塊、減重孔,安全,圓形不突出，防切屑纏繞和冷卻液飛濺 防護罩,4、銑床夾具,組成：,定位元件 夾緊機構 對刀裝置（對刀塊與塞尺） 定位鍵 夾具體等,,主要用于加工平面、凹槽及各種成形表面。,（1）銑床夾具的實例,1.對刀塊 2.支承釘 3.防轉銷 4.夾具體 5.開口壓板 6.螺母 7.定位銷 8.定位鍵,,圖1.118 連桿銑結合面專用夾具,（2）銑床夾具的設計特點 和要求,銑削特點：,切削用量大、切削力大,多刃斷續(xù)切削，振動,空行程，輔助時間長,銑床夾具要

25、求：,定位穩(wěn)定，支承面大,夾緊可靠，力足夠，自鎖好,作用在剛度大的部位，著力點、施力方向恰當,多件加工，快速夾緊、聯(lián)動夾緊、高效夾緊,（2）銑床夾具的設計特點 和要求,1）注意工件定位的穩(wěn)定性和夾緊的可靠性。,定位裝置的設計和布置，應盡可能使支承面積大些。,夾緊裝置的設計要求有足夠的夾緊力，夾緊裝置 自鎖性好。,夾緊力應作用在工件剛性比較大的部位上，且著力點 和施力方向要恰當。,容易產生銑削振動切削用量和切削力大， 斷續(xù)切削，切削力方向變化。,（2）銑床夾具的設計特點和要求,定位鍵,確定夾具相對于機床的位置,布置兩個，相距遠,底面3 定位鍵2,結構：,圓形 矩形,易加工，易磨損，使用不多,,有

26、槽無槽,,上下配合不同，定向精度高,定向精度不高,若精度要求高,設找正基準,2）為了確定夾具相對于機床的位置，銑床應 設置定位鍵 。,圖1.119 定位鍵,,,（2）銑床夾具的設計特點,3）對刀裝置,確定刀具相對于工件的位置,組成：,對刀塊 塞尺,圓形對刀塊 方形對刀塊 直角對刀塊 特殊對刀塊,,平塞尺 圓塞尺,,15mm，公差h8,35mm，公差h8,圖1.120 對刀裝置,,,標準對刀塊結構,,對刀標準塞尺,,（2）銑床夾具的設計特點,4）對夾具總體結構的要求,足夠的強度和剛度，壁厚恰當，適當?shù)慕畎?重心低，高寬比11.25,足夠的排屑空間、排屑孔,大型夾具，設吊環(huán)或起重孔,5、鏜床夾具

27、,組成：,鏜模底座、鏜模支架、鏜套、鏜桿 定位裝置、夾緊裝置等,導向支架的布置形式：,雙支承鏜模 單支承鏜模 無支承鏜模,,主要用于加工箱體、支座等零件上的精密孔或孔系。,設計時可查閱有關手冊。,（1）鏜床夾具的實例,鏜削車床尾架的雙支承鏜模結構簡圖。,圖1.121 車床尾架孔的鏜模簡圖,,1.支架 2.鏜套 3.4.定位板 5.8.壓板,6.夾緊螺釘 7.可調支承釘 9.鏜刀桿 10.浮動接頭,,（2）鏜套,1）固定式 2）回轉式,尺寸小，簡單，精度高，易磨損,適用于低速鏜孔,滑動式 滾動式,減少磨損,適用于高速鏜孔,圖1.122 固定式鏜套,,,圖1.123 回轉式鏜套,,a) 內滾式鏜套 b) 外滾式鏜套 1.6.導向支架 2.5.鏜套 3.導向滑套 4.鏜桿,,（3）鏜夾具上其他結構,找正面,精度要求高百分表找正,鏜桿的引進結構,鏜模支架,足夠的剛性穩(wěn)定性，加強筋，不受力,鏜模底座,田字格加強筋,浮動接頭,與主軸浮動聯(lián)接,用于固定鏜套的鏜桿導向部分結構,用于回轉鏜套的鏜桿導向部分結構,,鏜模支架,不允許鏜模支架承受夾緊反力,1.夾緊螺釘 2.鏜模支架 3.工件 4.鏜模底座,,鏜模底座,,圖1.124 浮動接頭,,,