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第六章机床夹具设计

发布日期:2019-07-10 16:45   来源:未知   阅读:

  第六章机床夹具设计_工学_高等教育_教育专区。第六章 第一节 概述 机床夹具设计 退出 第 六 章 第二节 工件的定位 机 床 夹 具 设 计 第三节 工件的夹紧 夹具在机床上的定位、 第四节 夹具在机床上的定位、对刀和分度 第五节 专

  第六章 第一节 概述 机床夹具设计 退出 第 六 章 第二节 工件的定位 机 床 夹 具 设 计 第三节 工件的夹紧 夹具在机床上的定位、 第四节 夹具在机床上的定位、对刀和分度 第五节 专用机床夹具的设计要求及方法 第六节 计算机辅助夹具设计(自学) 计算机辅助夹具设计(自学) 返 回 主 页 6.1 概述 第 六 章 机床夹具应满足的要求 机 床 (一)保证加工精度(最基本) 保证加工精度(最基本) 夹 具 (二)夹具的总体方案应与年生产纲领相适应 设 计 (三)安全、方便、减轻劳动强度 安全、方便、 (四)排屑顺畅 (五)有良好的强度、刚度和结构工艺性 有良好的强度、 返回主页 返回本节 进入下一节 退出 6.1.1 机床夹具的基本组成 第 (一)定位元件及装置*——确定工件正确位置; 定位元件及装置* 夹紧元件及装置* (二)夹紧元件及装置*——固定工件于已获得的正确 位置; 导向及对刀元件——确定工件与刀具之间的距 (三)导向及对刀元件 离相互位置; (四)动力装置——减轻劳动强度,提高生产效率; 动力装置 夹具体* (五)夹具体*——将各元件连为一体;与机床安装一 体; 其它元件及装置——定向键等(铣、镗)。 (六)其它元件及装置 六 章 机 床 夹 具 设 计 定位、夹紧、夹具体 定位、夹紧、夹具体三部分不可缺少 钻孔铰孔夹具 进入下一节 返回本节 退出 返回主页 6.1.2 机床夹具的作用 第 六 (一)保证加工精度: 保证加工精度 定位—— 定位——获得正确的位置; 夹紧——加工过程中保证工件在正确的位置 夹紧 上不变。 章 机 床 夹 具 设 计 (二)提高生产率:减少辅助时间。 提高生产率: (三)扩大机床的适用范围。 扩大机床的适用范围。 (四)减轻工人的劳动强度,保证生产安全。 减轻工人的劳动强度,保证生产安全。 返回本节 下一页 返回主页 退出 6.1.3 机床夹具的类型 第 六 (一)通用夹具:通用性强——单件小批量生产; 通用夹具 专用夹具:用于特定工序——成批生产和大批 (二)专用夹具 量生产; 量生产; (三)可调整夹具和成组夹具 :有一定可调整性,可 更换部分元件,调整部分装置; 可调整夹具:同类产品,不同品种生产 可调整夹具 成组夹具: 成组夹具:尺寸、结构、工艺相似件 ,适合多 品种、中小批量生产; 组合夹具: (四)组合夹具:由标准化元件构成——单件小批量 生产中位置精度要求较高零件; (五)随行夹具:定位、夹紧、运载工具——自动线、 随行夹具 柔性制造系统。 章 机 床 夹 具 设 计 返回主页 返回本节 下一页 退出 6.1.4 在夹具上加工的工件加工误差组成 第 加工误差产生因素: 加工误差产生因素: 1 定位、夹紧误差(安装误差) 2 对定误差——夹具相对于机床主轴(或刀具)或 运动轨道位置误差 3 加工过程中的误差——机床、热变形、振动等 六 章 机 床 夹 具 设 计 加工误差不等式:为了得到合格零件,必须是上述 各项误差之和等于或小于零件的相应公差T,即 δ安装+δ对定+δ过程≤ T 通常, δ安装≤1/3 T ,δ对定≤1/3 T, δ过程≤1/3 T 或综合考虑:δ安装+δ对定≤2/3 T 返回本节 下一页 返回主页 退出 6.2 工件的定位 第 六 章 夹具设计时,原则上应选择工艺基准为定位基准。 (一)六点定位原理 机 床 夹 由上述分析可以看出:工件定位 由上述分析可以看出:工件定位——采取适当约束措 施,消除工件的六个自由度,实现工件定位。 具 设 计 长方体工件的定位 圆盘工件的定位 轴类工件的定位 返回 返回主页 返回本节 下一页 退出 工件的定位原理 1.自由物体:在空间占有任意位置的物体,工件在未放入 夹具前可以看作自由物体 2.六个自由度 3.定位支承点(约束点)如图 4、 六点定位原理 、 任何一个物体在空间直角坐标系中都有 6 个自由度 要确定其空间位置,就需要限制其 6 个自由度 将6个支承抽象为6个“点”,采用6个按一定规则布 置的约束点来限制工件的6 个自由度,实现完全 定位,称之为六点定位原理。 两点注意: 两点注意: “点”的含义 ——对自由度的限制,与实际接触点不同 ——夹紧与定位概念分开 根据加工精度要求,确定工件应该限制的自 由度数目 【例1】:在球面上加工平面:如下图 】 应限制 球面上加工平面 【例2】球面上加工通孔:如下图 】 应限制 球面上加工孔 四.定位元件的选择 (一)平面定位元件(工件以平面定位 ) 平面定位的主要形式是支承定位。常用的定位元件有支 承钉、支承板、夹具支承件和夹具体的凸台及平面等 1.主要支承 (1)固定支承(支承钉) : 支承钉的结构 支承钉的定位 2)支承板 支承板的结构 支承板的定位 Z Z Z Y Y X X X Y Z Z Z Y X X Y X Y 平面定位的几种情况 (2)可调支承:可调支承的定位工作面可沿 其轴线方向在一定范围内调节 可调支承的结构形式 (3)自位支承: 自位支承也称浮动支承,它的定位工件面的 位置能随工件定位基准面的位置的变化而 自动与之相适应。 自位支承的结构 2.辅助支承:辅助支承是在工作定位以后才 参与支承的,且在使用中不能破坏工件的 原有定位。所以,辅助支承不是定位元件, 它不起定位作用,只起提高工件加工部位 刚性和稳定性的作用。 A 辅助支承的应用 辅助支承的应用 B 辅助支承结构 辅助支承的结构 注:“辅助支承”与“可调支承” 的区别: 辅助支承” 可调支承” 的区别: 辅助支承是在工件定位后才参与支承的元件, 其高度是由工件确定的,因此它不起定位 作用,但辅助支承锁紧后就成为固定支撑, 能承受切削力。 (二)圆孔表面定位元件(工件以圆孔定位 ) 工件以圆孔定位多属于定心定位(定位基准 为圆柱孔轴线)。常用定位元件是定位销 和心轴。定位销有圆柱销、圆锥销、菱形 销等形式;心轴有刚性心轴(又有过盈配 合、间隙配合和小锥度心轴等)、弹性心 轴之分。 1 圆柱销 圆柱销的结构 2.菱形销 菱形销的结构 圆柱销的定位 3.圆锥销 圆锥销的结构 圆锥销的定位 4.定位心轴 定位心轴 定位心轴的结构 定位心轴的定位 工件以圆锥孔定位 工件以圆锥孔定位时,所用定位元件为圆锥 心轴或圆锥销。圆锥心轴限制工件5个自由 度,圆锥销限工件三个自由度 圆锥心轴定位 工件以圆锥孔定位情况 (三)外圆表面定位元件(工件以外圆柱面 定位 ) 工件以外圆柱面定位两种形式:定心定位和 支承定位。工件以外圆柱面定心定位的情 况与工件以圆孔定位的情况相仿(用套筒 和卡盘代替心轴或柱销)。支承定位时用 支承板、支承钉。 1)圆定位套 ) 工件外圆以套筒和锥套定位 工件外圆以套筒定位情况 2)支承板 支承板对外圆柱面的定位就是平面与外圆母 线的接触,长支承板或两个支承钉与外圆 面接触,限制工件两个自由度,短支承板 或支承钉与外圆柱面接触,限制一个自由 度 支承板对外圆定位 3)V形块 ) 形块 用于完整的外圆柱面和非完整的外圆柱面的 定位,是外圆定位中最常用的定位元件。 V形块的结构形式 V形块的定位 V形块的特点 形块的特点 V形块对外圆柱面定位,形式上是支承定位 (V形块两斜面于外圆柱面接触),但其实 质是定心定位。 V形块能起对中作用,即工件轴心必处于V 形块两斜面的对称中心平面之上 可以用于非完整外圆的定位 活动V形块常常起着定位和夹紧的双重作 用(既是定位元件,又是夹紧元件)。 工件定位时的几种情况 1、完全定位 :工件的6个自由度均被限制, 称为完全定位 2、不完全定位 (部分定位) 工件6个自由度中有1个或几个自由度未被限制,称 为不完全定位。不完全定位不等于定位不完全 ①工件本身相对于某个点、线是完全对称的,则工 件绕此点、线旋转的自由度无法被限制(即使被 限制也无意义)。例如球体绕过球心轴线的转动, 圆柱体绕自身轴线的转动等。 ②工件加工要求不需要限制某一个或某几个自由度。 如加工平板上表面,要求保证平板厚度及与下平 面的平行度,则只需限制 3 个自由度就够了。 3、欠定位 、 工件加工时必须限制的自由度未被完全限制, 称为欠定位。欠定位不能保证工件的正确 安装,因而是不允许的。 4、过定位(重复定位) 、过定位(重复定位) 过定位——工件某一个自由度(或某几个自由度) 被两个(或两个以上)约束点约束,称为过定位。 过定位是否允许,要视具体情况而定: 1)如果工件的定位面经过机械加工,且形状、尺寸、 位置精度均较高,则过定位是允许的。有时还是 必要的,因为合理的过定位不仅不会影响加工精 度,还会起到加强工艺系统刚度和增加定位稳定 性的作用。 2)反之,如果工件的定位面是毛坯面,或虽经过机 械加工,但加工精度不高,这时过定位一般是不 允许的,因为它可能造成定位不准确,或定位不 稳定,或发生定位干涉等情况。 措施: 1.改变定位元件的结构(长销改短销;短圆柱 销改削边销) 2.撤销重复限制自由度的定位元件 3.提高位置精度 六.定位分析方法 1.分析思路:(正向分析法、逆向分析法) 2.分析步骤:(总体分析法、分件分析法) 返回 6.2.3 定位误差的分析与计算 第 按定位基本原理进行夹具定位分析,是解决单 个工件在夹具中占有准确加工位置的问题,要 达到一批工件在夹具中都占有准确加工位置, 必须对一批工件在夹具中定位时的定位误差进 行分析计算,根据误差大小,决定该方案是否 保证加工要求,从而证明该定位方案的可行性 ,并且根据定位误差的分析计算,找到影响定 位误差的因素,从而找到减少定位误差和提高 夹具工作精度的途径。由次可见,分析计算定 位误差是夹具设计中的一个重要环节。 章 机 床 夹 具 设 计 六 返回主页 返回本节 下一页 退出 6.2.3 定位误差的分析与计算 第 五 章 (一)定位误差及其计算方法 1.定位误差: 用夹具装夹加工一批工件时,由于定位不准确引起该 批工件在某加工精度参数(尺寸、位置)的加工误差,称 为该加工精度参数的定位误差(简称定位误差)。定位误 差以其最大误差范围来计算,其值为设计基准(工序基准 )在加工精度参数方向上的最大变动量。定位误差用ΔDW 表示。 机 床 夹 具 设 计 返回主页 返回本节 未完待续…… 未完待续 退出 6.2.3 定位误差的分析与计算 第 五 2.定位误差产生的原因: 2.定位误差产生的原因: 定位误差产生的原因 章 1)基准不重合误差: )基准不重合误差: 当定位基准和工序基准不重合时,工序基准相对于定位 基准在加工尺寸方向上的最大位移量,用?JB表示。 定位基准与工序基准之间必然存在一个联系尺寸L, 称为定位尺寸,基准不重合误差?JB就是定位尺寸的 公差(即?JB =定位基准至工序基准之间的尺寸公 差)。 在设计夹具时,应尽量使两者重合。 机 床 夹 具 设 计 返回主页 返回本节 未完待续…… 未完待续 退出 【例9】如下图,工件加工一个通槽,工件所要保证的加工尺寸为a±△a, 】 因此设计夹具时只需要限制a所在方向的自由度,以C面为定位基准, 工件以夹 具定位加工,按调整法进行,刀具位置按对刀基准调整。 a± △ a ΔDW产生的原因: a) B L± △ L Ami n C a尺寸的工序基准是B, 定位基准是C,两者是 C 不重合的 Ami n 2△ L b) 基本不重合误差产生原因 2) 基准位移误差: ) 基准位移误差: 定位基准相对对刀基准的位置移动产生的 定位误差称为基准位置误差,用 △JW表示。 基准位置误差与定位基准相对对刀基准的 最大位置移动量密切相关。 【例10】如下图为一套筒类零件放在水平心轴上定位而铣键槽的例 】 子,加工时要保证尺寸b和h,b是由刀具本身的宽度尺寸决定,h则 按心轴中心调整好铣刀的高度位置h1来保证。 套筒类零件加工键槽 分析: 分析: 采用该定位方式,定位基准是工件内孔圆心,工序 基准(设计基准为)工件下母线,对刀基准是定 位心轴的圆心。 由于定位基准和工序基准不重合,因此存在基准 不重合误差。 2) 基准位移误差: ) 基准位移误差: 定位基准相对对刀基准的位置移动产生的定位误 差称为基准位置误差,用△JW表示。基准位置误 差与定位基准相对对刀基准的最大位置移动量密 切相关。 本例是由内孔和心轴之间的最大间隙所决定的。 基准位移误差产生的原因 ± b △b hmin hmax ? h-△h dmin ? Dmax 基位移误差产生原因 △JW 1 = (D 2 max ? d min ) 定位误差的计算方法 由以上分析得知,当定位基准和工序基准不重合时,工序基 准相对定位基准产生位移,会产生基准不重合误差δ不重 当定位副制造不准确时,会引起定位基准相对于对刀基准产 生位移,从而产生基准位移误差△JW 当两项误差同时发生时,所产生的定位误差为工序基准相 对与对刀基准的最大位移。 定位误差应表示为 ΔDW = ?JB ± △JW 当 ?JB和 △JW由两个互不相关的变量引起时,用“+”;当 ?JB和 △JW是同一变量引起时,要判断两者对 ΔDW的影响 是否同向,方向相同时用“+”,方向相反时用“-”。 分析计算定位误差时应注意的问题: 分析计算定位误差时应注意的问题: (1)定位误差是指工件某工序中某加工精度参数的定位误 差。它是该加工精度参数(尺寸、位置)的加工误差的一 部分。 (2)某工序的定位方案对本工序的多个不同加工精度参数 产生不同的定位误差,应分别逐一计算。 (3)分析计算定位误差的前提是用夹具装夹加工一批工件, 用调整法保证加工要求。 (4)计算出的定位误差数值是指加工一批工件时某加工精 度参数可能产生的最大误差范围(加工精度参数最大值与 最小值之间的变动量)。它是个界限范围,而不是某一个 工件定位误差的具体值。 (5)一批工件的工序基准(设计基准)相对定位基准、定 位基准相对对刀基准产生最大位置变动量是产生定位误差 的原因,而不一定就是定位误差的数值。 (二)几种典型表面定位时的定 位误差的分析计算 1.平面定位时的定位误差 平面定位时,工件定位面与定位元件定位 工作面是平面接触,粗基准时△JW = ?H; 精基准时,两者的几何位置不会发生相 对变化,即定位基准和对刀基准是重合 的,不存在基准位移误差△JW =0 其可能产生的误差是基准不重合误差。 【例11】.加工一批工件如图所示,除了A、B处台阶面其余各表面均已加工合 】 理,现在采用由图所示夹具定位方案加工A、B面,保证尺寸30±0.1mm和 60±0.06mm,试分析此定位方案产生的定位误差能否满足加工要求。 0.04 52±0.02 30±0.10 A B C ?12H8 60±0.06 ±0.06 D (a) 铣台阶面工序定位误差的分析计算 铣台阶面工序定位误差的分析计算 (b) 解: 1.尺寸30±0.1,定位基准是C,工序基准是孔的轴线 ?JB =定位尺寸的公差=0.04 ΔDW = ?JB + △JW =0.04,而尺寸30±0.1的?=0.2 ∴ ΔDW ≤1/3?满足要求 2.尺寸60±0.06,定位基准D,工序基准为D,定位基准和 工序基准重合 △JW =0 ?JB =0 ΔDW = △JW + ?JB =0 满足要求 2.圆孔定位时定位误差的计算 工件采用圆孔定位室时,工件定位面是圆 柱孔,定位工件的定位工作面是外圆柱 面,两者以一定性质的配合实现工件定 心定位,应根据配合性质的不同,分别 计算定位误差。 1)定位面与定位工作面是过盈配合,不存在配 合间隙。则 ΔJW =0, ΔDW = ?JB 2)定位面和定位工作面作间隙配合 一般情况下,定位面和定位工作面的接触点 是随机的。特殊情况下接触点固定不变 (例如水平放置时) 。 根据前述,当接触点固定不变时, ΔJW是由 内孔和心轴之间的最大间隙所决定的。 = ΔJW 1 ( D max ? d min ) 2 若定位面和定位工作面的接触点是随机的, 则 ΔJW = D max ?d min 其中: Dmax为定位孔的最大值 dmin 为定位用心轴或销子的最小直径 φ 30 φ 50 【例12】:有一批如图所示的工件, h6( ) 外圆, H 6( ) 内孔和两端面均已 】 加工合格,并保证外圆对内孔的同轴度误差T (e) = φ 0.015在范围内。今按图示的定 ) 位方案,用 φ 30 g 6( 心轴定位,在立式铣床上用顶尖顶住心轴铣12h9( ) 槽子。 除槽宽 12h9( )要求外,还应保证下列要求: 0 ? 0.016 +0.021 0 +0.007 ? 0.020 0 ? 0.043 0 ? 0.043 L (1)槽的轴向位置尺寸;1 = 25h12( ?0.21 ) 0 (2)槽底位置尺寸 H1 = 42h12( ?0.25 ) (3)槽两侧面对 φ 50 外圆轴线的对称度公差 T (c) = 0.25 。 试分析计算定位误差,判断定位方案的合理性。 0 用心轴定位内孔铣槽工序的定位误差分析计算 解: 1.对尺寸L1 = 25h12(0?0.21 )而言: 而言: . 工序基准为工件左端面,定位基准也是工件左端面,平面定位。 所以 ?JB =0 , 2.对尺寸 . 来说: 的定位误差: 来说: 尺寸 H 的定位误差: 工序基准为外圆下母线, 定位基准为内孔轴线, 对刀基准为心轴轴线 ) ? 定位基准和工序基准不重合,定位尺寸为 2 1 H1 = 42h12( 0 ? 0.25 ΔJW =0 , ΔDW =0 ) ?JB 1 1 = × 0.016 = 0.008 2 (外圆下母线和外圆圆心之间的位置关系) 内孔和外圆有同轴度误差,这项误差会引起的基准 不重合误差为: ?JB 2 2 = T (e) = 0.015 内孔和心轴作间隙配合,所引起的基准位移误差为: ΔJW = 1 ( D max ? d min ) =0.0205 2 ?JB 1, ?JB 2 , ΔJW三个量都是独立变量,互不相干, 又都在同一尺寸方向上, 因此: ΔDW =0.008+0.015+0.0205=0.0435≤(1/3)T = (1/3)×0.25=0.083,能保证加工要求。 T 3.对称度 (c) = 0.25 的定位误差: . 的定位误差: 定位基准内孔轴线, 工序基准外圆轴线, 对刀基准心轴轴线。 定位基准和工序基准引起的基准不重合误差是 由同轴度误差引起的。 ?JB =0.015 内孔和心轴作间隙配合,所引起的基准位移误 差为: 1 ΔJW = 2 (Dmax?dmin) 工要求。 =0.0205 ∴ ΔDW =0.015+0.0205=0.0355≤(1/3)T= (1/3)×0.25=0.083能保证加 3.外圆定位时定位误差的分析计算。 1)用定位套来定位外圆,定位误差的分析计算, 同圆柱孔在心轴中定位分析计算相同。 2)V形块定位外圆时的定位误差 V形块是一个定心定位元件,定位面是外圆柱 面,定位基准是外圆轴线,对刀基准是理论圆 (直径尺寸为工件定位外圆直径的平均尺寸) 的轴线。当一批工件在V形块上定位时,由于 外圆直径变化引起定位基准相对对刀基准发生 位置的变化,产生 ΔJW 。如图2-48所示 do 图中,O为理论圆的中心,O‘, O’‘为外圆直径为dmax和dmin 时的圆心位置。在三角形O‘C O’’中 O1 ? JW o O22 C ? jw = 1 o c 2 ( d max ? d min ) = = α sin 2 sin α 2 T (d ) 2 sin α 2 dmin dmax V形块定位外圆时的定位误差分析计算 L1min L1 /2 ) (d o T ± d o1 L3 o1 ? dw1 N 解: 1.L1的定位误差 如右图所示 . 的定位误差 L1工序基准为外圆轴线, 定位基准为外圆轴线。两者不存在 基准不重合误差。 对刀基准为理论圆中心。存在 基准位移误差 d-T(d)/2 d+T(d)/2 ? jw (d max ? d min ) T (d ) = = α sin 2 2 sin α 2 1 2 L1max M L2 【例13】.一批如图所示工件,外圆已经加工合格,现在用V形块定 】 位铣宽度为b的槽,若要求保证槽底的尺寸分别为L1,L2,L3,试分 别计算这三种不同尺寸要求的定位误差。 b 2.L2尺寸的定位误差 . 尺寸的定位误差 b M L2 对刀基准为理论圆中心。存在基准位 移误差 ? jw L1 (d max ? d min ) T (d ) = = α sin 2 2 sin α 2 1 2 2 )/ o d T( d± N L2的工序基准为外圆上母线, 定位基准为外圆中心,存在基准不 重合误差, L2 的定位误差为两者的合成。两者都是由外 圆直径的变化同时引起的。所以要判断两者的 方向特点。 当外圆直径从大到小时,工序基准M相对定位 基准O是向O方向即向下偏移的。当放入V形块 中后,当外圆直径由大变小时,定位基准相对 与对刀基准也是向下偏移的。综合起来两者合 成方向相同。因此; L3 ? dw = ? jb + ? jw T (d ) ? jb = 2 T (d ) T (d ) = + 2 2 sin α 2 3.L3尺寸的定位误差 . 尺寸的定位误差 b M L2 对刀基准为理论圆中心。存在基准位 移误差 ? jw L1 (d max ? d min ) T (d ) = = α sin 2 2 sin α 2 1 2 2 )/ o d T( d± N L3的工序基准为外圆下母线, 定位基准为外圆中心,存在基准不 重合误差, L3 的定位误差为两者的合成。两者都是由外 圆直径的变化同时引起的。所以要判断两者的 方向特点。 当外圆直径从大到小时,工序基准N相对定 位基准O是向O方向即向上偏移的。当放入V形 块中后,当外圆直径由大变小时,定位基准相 对与对刀基准是向下偏移的。综合起来两者合 成方向相反。因此 L3 ? dw = ? jw ? ? jb = T (d ) ? jb = 2 T (d ) T (d ) ? α 2 sin 2 2 【例14】: 如图所示零件及定位方案,已知 】 两外圆同轴度公差为Φ0.02,V形块夹角α=90°。 d 1 = φ 25 0 0.021 ? d 2 = φ 40 0 0 .025 ? 试计算: (1)铣键槽时尺寸A及对称度的定位误差; 0 (2)若键槽深度要求A= 34.8?0.17 , 键槽对称中心对 d 2 轴线,问此定位方案可行否? 解: 1.定位误差的计算 . 1)键槽中心对称度的定位误差(仅有基准不重合误差): 定位基准小外圆轴心, 工序基准大外圆中心, 对刀基准V形块理论圆中心。 由于两外圆有同轴度误差,所以存在基准不重合误差 =0.02 jb 对刀基准和定位基准存在的基准位移误差发生在垂直方向和对称度误差 ? 无关。因此在对称度方向上, ? jw =0 所以 ? dw( 对称度 ) = ? jb + ? jy = 0.02 2)A尺寸的定位误差: 定位基准为小外圆 d 轴线, 工序基准为大外圆 d 的下母线, 对刀基准V形块理论圆中心 由于定位基准和工序基准不重合,且两外圆有同轴度误差,所以存在基 准不重合误差 1 2 ? jb ?d 2 0 .025 = + t同 轴度 = + 0 .02 = 0 .0325 2 2 对刀基准和定位基准存在基准位移误差 ? jw = ?d1 2 sin α 2 = 0 . 021 2 sin α 2 = 0 . 021 = 0 . 01485 1 . 414 两个误差对尺寸A的影响是相互独立的,因此总的定位误差为: ? dw = ? jb + ? jw = 0 .047 2.分析定位方案是否可行 . ? dw 0.047 = = 27.9% 33.3% TA 0.17 ? dw( 对称度) t = 0.02 ≈ 8% 33.3%, 0.25 故此定位方案可行 4.工件以一面双孔定位时定位误差的分析计算 工件以一个大平面及与该平面垂直的两个 圆柱孔组合定位,简称为一面两孔定位。 此时,夹具上的定位元件由一个大的支 承板及与该支承板垂直的两短销组合。 生产实际中,一面两孔组合形式常作为 箱体类、连杆类、盘盖类零件的统一基 准而广泛应用 1.定位情况 , D 1T ( D 1 ) L ± T LK T D 2 (D2 ) 底面支承板: 左定位销: d 1T ( d 1 ) T d 2 (d2 ) 右定位销: L ± T LX 一面双孔定位时定位情况 存在过定位情况,容易造成两孔不能同时装 入定位销,无法实现工件的装夹。如图所 示 2.过定位的解决办法: .过定位的解决办法: 可以采用缩短定位销2的直径补偿,当定位销 2直径缩短到在如图所示的两种极限情况下 都能装入定位销,则所有定位孔中心距在 图纸规定范围内的工件,都能装入定位销 内。 L? TLK L? TLX L+ TLK L+TLX 一面双孔定位时过定位的消除 3.采用一定位支承面,一个圆柱销和一个菱 形销定位。 一面两孔组合定位中,当夹具上的两个短销 都为圆柱销时,会因过定位产生干涉而使 工件无法正确定位,如果将其中一个短销 加工成菱形销,则可以消除两销连线方向 上产生的过定位。 第 六 一面两销定位设计过程 机 (1)确定两销中心距尺寸及公差 取两销中心距基本尺寸 等于两孔中心距基本尺寸,取两销中心距尺寸公差为两孔 中心距尺寸公差的 1/3 ~1/5 , (2)确定圆柱销直径d1尺寸及其公差带 圆柱销1的基本尺 寸取与之配合的定位孔的最小极限尺寸,圆柱销直径公差 带取g6或f7。 章 床 夹 具 设 计 ?1min = D1min ? d1max 返回主页 返回本节 未完待续…… 未完待续 退出 第 六 (3)确定菱形销的宽度b、直径d2及其公差带 菱形销的 结构和尺寸在生产实际中已经标准化(标准数据见 表)。菱形销的宽度b通过查表确定;再由下面的公式 求出?2min, 章 机 床 夹 具 设 计 ?2min = b×[2(TLK +TLX ) ??1min] D2 然后按d2=D2-?2min计算出菱形销的直径d2;菱形销直径 尺寸的公差带取h6或h7 注:d为菱形销直径;b为菱形销宽度;d、B、b1、b参看图 册 返回主页 返回本节 下一页 退出 12 【例15】如图所示的工件,除了 槽外其余各表面均已加工合格,现在需 】 要设计铣槽夹具保证图示的位置要求,试进行铣床夹具的定位方案的设计计 算。孔的直径为Φ16 0 +0.027 0 0 ? 0.11 60 240±0,15 12-0,11 70±0,02 120 75 2-?16 Ⅰ 180±0,06 Ⅱ 340 25 铣槽工序的加工要求 解:定位方案采用一面双孔定位,夹具采用一个圆柱销和一个菱形销定位。 1.决定销心距基本尺寸与极限偏差 . 销心距的基本尺寸应该等于孔心距的尺寸。其公差等于对应孔心距的1/3。即 L = 180 TLX = TLK 3 = 0.06 / 3 = 0.02 LX = 180 ± 0.02 2.确定圆柱定位销的定位直径和极限偏差 . 考虑取最小间隙配合定位销的制造经济精度,取圆柱定位销定位 Φ16 g 6( ) 240 ± 0.15 直径为 ,由于尺寸 的设计(工序)基准是通过定位 ?0.006 ? 0.017 孔1且垂直两孔连心线的垂直坐标轴,所以圆柱定位销应定位1孔。 3.确定菱形销的定位结构参数 . 查表得菱形销的圆柱部分的宽度为b=3 ?1min = D1min ? d1max = 0.006 ? 2 min = b × [2(TLK + TLX ) ? ?1min ] 3 × [2(0.06 + 0.02) ? 0.006] 3 × 0.154 = = = 0.029 D2 16 16 根据定位销的制造经济精度,取其制造公差带为h6,则菱形销的定位直径尺寸为: d 2 = D2 ? ? 2 min = 16 ? 0.029 = 15.971 即d2= Φ15.971h6 ( 0 ? 0.011 )或Φ16( ?0。 029 ? 0。 040 ) 4.计算定位误差 . 移动定位误差+转角引起的误差。 P144公式 6.3 工件的夹紧 退出 第 六 一、夹紧机构设计应满足的要求 章 机 二、夹紧力的确定 床 夹 三、常用夹紧机构 具 设 四、其它夹紧机构 计 五、夹紧机构的动力装置 上一页 下一页 返 回 主 页 夹紧机构设计应满足的要求 第 五 章 夹紧机构的设计原则: 夹紧机构的设计原则: 机 床 (1)保证定位准确、可靠(不能破坏定位); (2)工件与夹具的变形要在许可范围内; (3)夹紧机构必须可靠; (4)操作安全、省力、方便,符合习惯; (5)自动化程度与生产纲领适应。 夹 具 设 计 返回主页 返回本节 下一页 退出 6.3.2 夹紧力的确定 第 夹紧力的确定——大小、方向、作用点 大小、方向、 夹紧力的确定 大小 (一)夹紧力方向的确定 (1)应有利于工件定位,不能破坏定位(主 夹紧力垂直第一定位基准) (2)与工件刚性高的方向一致(减少变形) (3)尽量与切削力、重力方向一致(减少夹 紧力) 图27、28、29 27、28、 (二)夹紧力作用点的选择 (1)与支承点“点对点”对应 (2)作用在工件刚度高的部位 图31 (3)尽量靠近切削部位(抗振性) (4)夹紧力反作用力不应使夹具产生影响加 工精度的变形 五 章 机 床 夹 具 设 计 返回主页 返回本节 下一页 退出 第 (三)夹紧力大小的确定 将夹具和工件看作刚性系统,以切削力的作 用点、方向、大小处于最不利于夹紧时的状 况为工件受力情况,计算理论夹紧力,乘以 安全系数,作为实际所需夹紧力。 安全系数: 安全系数: S=2-3 S=S1×S2×S3× 或S=S1×S2×S3×S4 (S1-一般安全系数、材料性质1.5-2; S2-加工性质:粗1.2,精1; S3-刀具钝化:1.1-1.3; S4-断续切削:连续1,断续1.2) 五 章 机 床 夹 具 设 计 返回主页 返回本节 下一页 退出 6.3.3 常用夹紧机构 第 (一)斜楔夹紧机构: 图35 斜楔夹紧机构: 优点: 优点:有扩力作用,可使力方向改变90°; 缺点: 缺点:α较小,夹紧行程较长。 斜楔夹紧受力分析 五 章 机 床 夹 具 设 计 Q W= tgφ2 + tg(α + φ1 ) +tg W-夹紧力;Q-原动力;α-楔角(6-8°) φ1,φ2-摩擦角(实际上,tgφ1=μ1, tgφ2=μ2) 返回主页 返回本节 下一页 退出 第 五 (二)螺旋夹紧机构 图37 优点: 优点:扩力比可达80以上,自锁性能好,简单 、方便; 缺点: 缺点:动作慢,操作强度大。 W-夹紧力; Q-原动力; QL L-作用力臂; W = d0 α-螺纹升角; tg(α +φ1 ) + rtgφ2 2 d0-螺纹中径; φ1-螺母摩擦角; φ2-端部摩擦角; r’-端部当量摩擦半径。 章 机 床 夹 具 设 计 返回主页 返回本节 下一页 退出 第 (三)偏心夹紧机构 图39 优点: 优点:结构简单,操作方便,动作迅速; 缺点: 缺点:自锁性能差,加紧行程和增力比小; 适用范围:工件尺寸变化小,切削力小而平稳的 适用范围 场合。 偏心夹紧机构受力分析 W-夹紧力; QL Q-原动力; W= ρ tg α p +φ2 + tgφ1 L-动力力臂; α p-夹紧楔角; ρ-转动中心O2到作用点P间的距离; 1-轮周作用点的摩擦角; φ2-转轴处的摩擦角。 五 章 机 床 夹 具 设 计 ( ( ) ) 返回主页 返回本节 未完待续…… 未完待续 退出 第 五 (三)偏心夹紧机构设计 章 自锁条件: 自锁条件: 一般推荐R/e=10 机 床 夹 设计过程: 设计过程: (1)偏心量e——取决于夹紧行程; (2)偏心轮半径R——取决于自锁条件(R/e=10); (3)Q及L——由W推出; (4)工作弧度选择——P点前后30~45° (升角变化小-夹紧力稳定;升程较大,夹紧行 程大)。 具 设 计 返回主页 返回本节 下一页 退出 其它夹紧机构 第 五 章 (一)铰链夹紧机构: 铰链夹紧机构: 机 床 (二)定心夹紧机构: 定心夹紧机构: (1)定位——夹紧元件按等位移原理来均分工件 定位的尺寸误差,实现定心或对中。 夹 具 设 计 (2)定位——夹紧元件按均匀弹性变形原理来实 现定心夹紧。 弹性夹头 返回主页 返回本节 下一页 退出 其它夹紧机构 第 五 章 (三)联动夹紧机构 机 床 设计联动夹紧机构应注意如下几点: 设计联动夹紧机构应注意如下几点: (1)仔细进行运动分析和受力分析,确保设计图 能够实现; (2)保证各处夹紧均衡,运动不干涉; (3)各压板能很好的松夹,以便装卸工作; (4)注意整个机构和传动受力环节的强度和刚度; (5)提高可靠性,降低制造成本。 夹 具 设 计 返回主页 返回本节 下一页 退出 6.3.4 夹紧机构的动力装置 第 五 (一)气动夹紧装置 优点: 优点:传输、分配方便,干净; 缺点: 缺点:尺寸较大,有排气噪音,夹紧力小。 。 (二)液压夹紧装置 优点: 优点:装置紧凑,工作平稳,无噪音; 缺点: 缺点:成本高。 液联合夹紧装置(气液增压器) (三)气-液联合夹紧装置(气液增压器) 具有气动、液动的优点 (四)其它动力夹紧装置 真空夹紧(非导磁材料) 电磁夹紧 其它(重力、惯性力、弹性力等) 章 机 床 夹 具 设 计 返回主页 返回本节 进入下一节 退出 6.4 夹具在机床上的定位、 夹具在机床上的定位、对刀和分度 退出 第 五 一、孔加工刀具的导向装置 章 机 床 二、对刀装置 夹 具 三、分度装置 设 计 四、对定装置 上一页 下一页 返 回 主 页 孔加工刀具的导向装置 第 五 刀具的导向是为了保证孔的位置精度,增加钻头和 刀具的导向 镗杆的支承以提高其刚度,减少刀具的变形,确保 孔加工的位置精度。 章 机 床 夹 具 设 计 (一)钻孔的导向装置 ——钻套 钻套 固定钻套: 固定钻套:中小批量,只钻一次 可换钻套: 可换钻套:中批以上 快换钻套: 快换钻套:钻-扩-铰 特殊钻套: 特殊钻套:特殊场合 钻套、 钻套、特殊钻套 返回主页 返回本节 下一页 退出 孔加工刀具的导向装置 第 五 (二)镗孔的导向——镗套 镗孔的导向 镗套 固定镗套: 固定镗套:v≤20m/min 图 回转式镗套: 回转式镗套:v20m/min 图 内滚式镗套: (1)内滚式镗套:尺寸大,精度高,后导向 外滚式镗套: (2)外滚式镗套:尺寸小,精度低,前导向 镗杆的螺旋导向: 镗杆的螺旋导向: 镗孔直径大于镗套内径时,若镗刀在镗模外侧安 装,则需加引刀槽。镗杆进入镗套时,导向槽进 入镗杆的键槽中,此时,镗刀与镗套的引刀槽对 正。 章 机 床 夹 具 设 计 返回主页 返回本节 下一页 退出 对刀装置 第 五 (铣床、刨床) 铣床、刨床) 章 机 床 夹 具 设 计 为调整刀具相对于工件的位置,可设置对刀装置。 对刀块对刀面的位置应以定位元件的定位表面 定位元件的定位表面来标 定位元件的定位表面 注,该位置尺寸加塞尺厚度等于工件加工面与定位 基准面间的尺寸。 试切法对刀时,不用对刀块 返回主页 返回本节 下一页 退出 分度装置 第 五 章 作用: 作用: 工件上有按一定角度分布的相同表面,需要 在一次定位夹紧后加工出来,此时,需要分 度装置。 机 床 夹 具 设 计 返回主页 返回本节 下一页 退出 对定装置 第 五 章 机 对定装置的作用: 对定装置的作用: 保证夹具相对于机床主轴或刀具、机床运动 轨道有准确的位置和方向。 床 夹 具 设 计 返回主页 返回本节 进入下一节 退出 6.5 专用机床夹具的设计要求与方法 退出 第 五 一、机床专用夹具的设计步骤 章 机 床 二、夹具精度的验算 夹 具 三、夹具装配图上应标注的尺寸和技术条件 设 计 四、高精度机床夹具设计 上一页 下一页 返 回 主 页 机床专用夹具的设计步骤 第 (一)准备工作 (1) 明确工件的年生产纲领 ; (2)熟悉工件零件图和工序图 ; (3)了解本工序的加工内容。 (二)总体方案的确定 (1)定位方案 ; (2)夹紧方案(力的作用点、方向、大小;机构); (3)夹具总体形式 。 (三)绘制夹具装配图 主视图按操作实际位置布置 三视图要清楚表达夹具工作原理与结构 绘制夹具零件(非标准件) (四)绘制夹具零件(非标准件) 夹具设计过程示例 五 章 机 床 夹 具 设 计 返回主页 返回本节 下一页 退出 夹具精度的验算 第 五 章 影响位置精度的主要因素: 影响位置精度的主要因素 机 床 (1)工件在夹具中的安装误差:定位误差和夹紧误差 (2)夹具在机床上对定误差 (3)加工过程中出现的误差 夹 具 设 计 夹具精度验算是指前两项,其和不大于工件允差的 夹具精度验算 2/3为算合格。 返回主页 返回本节 未完待续…… 未完待续 退出 第 五 夹具精度验算实例, 夹具精度验算实例, 章 (一)验算中心距 120 ± 0.05 影响此项精度的因素: 影响此项精度的因素: (1)定位误差主要是定位孔φ 36H 7 与定位销 φ 36g 6 的间隙产生,最大间隙为0.05mm; (2)钻模板衬套中心与定们销中心距误差, 120 装配图标注尺寸为 ± 0.01mm ,误差为0.02mm; φ (3)钻套与衬套的配合间隙 ,由 28 H 6 / g 5 可知 最大间隙为0.029mm; (4)钻套内与外圆的同轴度误差,对于标准钻套 ,精度较高,此项可以忽略。 机 床 夹 具 设 计 返回主页 返回本节 未完待续…… 未完待续 退出 夹具精度的验算 第 五 章 机 床 夹 (5)钻头与钻套间的间隙会引偏刀具,产生中心 距误差E,由下式求出 e = ( H + h + B ) ? max 具 设 计 2 H 式中,e为刀具引偏量(mm),H为排屑空间,钻 套下端面与工件间的空间高度(mm),B为钻孔 ? (mm), max 为刀具与钻套间的最大间隙。 上述各量可参见图70. 上述各量可参见图70. 返回主页 返回本节 未完待续…… 未完待续 退出 夹具精度的验算 第 该例中,设刀具与钻套的配合为 φ18 H 6 / g 5 可知 ? max =0.025mm;将H=30mm,h=12mm,B=18mm代 入,可求出e=0.038mm; 五 章 机 床 夹 具 设 计 返回主页 返回本节 未完待续…… 未完待续 退出 夹具精度的验算 第 五 章 机 床 夹 具 由于上述各项都是按最大的误差计算,实际上各 项误差也不可能同时出现最大值,各误差方向也 很可能不一致,因此综合误差按概率法求和 设 计 ? Σ = 0.05 2 + 0.02 2 + 0.029 2 + 0 2 + 0.035 2 mm = 0.07mm 该项误差略大于中心距允差0.1 mm的2/3,勉强可 用。就减小定位和导向的配合间隙。 返回主页 返回本节 下一页 退出 夹具精度的验算 第 五 夹具精度验算实例, 夹具精度验算实例, 章 (二)验算两孔平行度精度 工件要求φ18H 7 孔全长上允差0.05mm。 导致产生两孔平行度误差的因素有: 导致产生两孔平行度误差的因素有: (1)设计基准与定位基准重合,没有基准转换误 差,但 φ 36 H 7 / g 6 配合间隙及孔与端面的垂直度 误差会产生基准位置误差,定位销轴中心与大头 ? 孔中心的偏斜角 α 1 (rad)为 α 1 = 1 max H1 ? 式中,1 max 为 φ 36 H 7 / g 6处最大间隙(mm); H 1 为定位销轴定位面长度(mm). 机 床 夹 具 设 计 返回主页 返回本节 未完待续…… 未完待续 退出 夹具精度的验算 第 五 章 机 床 (2)定位销轴中心线对夹具底平面的垂直度 α 2 , 图中没有注明。 (3)钻套孔中心与定位销轴的平行度 α 3 ,图中 标注为0.02mm, α 3 = 0.02 rad 夹 具 设 计 ? max (4)刀具引偏量e产生的偏斜角 α 4 = ,图70 图70。 H 30 因此,总的平行度误差 α ΣΣ = (α 1 + α 2 + α 3 + α 4 ) , α Σ ≤ α , 2 2 2 2 1 2 2 3 合格。 返回主页 返回本节 下一页 退出 夹具装配图上应标注的尺寸和技术条件 第 五 目的是为了检验本工序零件加工表面的形状,位置和 目的 尺寸精度在夹具中是否可以达到,为了设计夹具零件 图,也为了夹具装配和装配精度的检测。 章 机 床 夹 具 设 计 (一)尺寸标注 (1)轮廓尺寸 ; (2)与机床的联系尺寸(安装); (3)与刀具的联系尺寸 ; (4)配合尺寸、种类、精度 ; (5)各关键元件装配后的位置尺寸及公差。 上述联系尺寸和位置尺寸的公差,一般取工件的相应 公差1/3-1/10,最常用的是1/3。 返回主页 返回本节 下一页 退出 夹具装配图上应标注的尺寸和技术条件 第 五 章 (二)技术要求标注 机 床 (1)定位元件的定位表面间相互位置精度; (2)定位元件的定位表面与夹具安装基面、定向基 面间位置精度; (3)定位表面与导向元件工作面间的位置精度; (4)各导向元件工作面间的位置精度; (5)定位表面、导向工作面与检测基准的位置精度 。 夹 具 设 计 返回主页 返回本节 下一页 退出 典型机床夹具的设计要求 退出 第 五 一、钻床夹具 章 机 床 二、镗床夹具 夹 具 三、铣床夹具 设 计 四、车床夹具 上一页 下一页 返 回 主 页 1 钻床夹具 第 五 章 翻转式钻模 (一)钻模的结构型式 固定式钻模 回转式钻模 盖板式钻模 滑柱式钻模 (二)钻模板的型式 固定式 铰链式 悬挂式 可调式 机 床 夹 具 分离式(盖板式) 设 计 (三)定位和定向 一般不设定位定向装置,只设固定位置 返回主页 返回本节 下一页 退出 2 镗床夹具 第 五 章 机 床 夹 具 设 计 (一)镗床导向支架的布置形式 (1)单面前导向: 单面前导向: D60mm L/D1 通孔 单面后导向: (2)单面后导向: D60mm 盲孔 LD 、 LD 两种情况 (3)单面双导向 (4)双面单导向 L1.5D或同轴多个短孔 返回主页 返回本节 下一页 退出 2 镗床夹具 第 五 章 (二)设计注意事项 机 床 (1)若先调刀后入镗模——注意引刀问题(镗套) 若多刀加工同轴多孔——注意引刀问题(毛孔) (2)镗模导向支架上不允许安装夹紧元件及其机构, 防止导向支架受力变形,影响加工孔的精度和孔系 位置精度。 夹 具 设 计 返回主页 返回本节 下一页 退出 3 铣床夹具 第 五 章 机 床 夹 具 设 计 (一)铣床夹具的类型 根据进给方式,铣床夹具分为直线进给式、圆周 进给式和仿行进给式三类。 直线进给式: 直线进给式:又有单工件、多工件之分,或单工 位、多工位之分。多用于中、小批量生产。 圆周进给式: 圆周进给式:工作台同时安装多套相同的夹具, 或多套粗、精两种夹具。生产率较高,一般用于 大批量生产。 仿行进给式: 仿行进给式:按进给方式又可分为直线进给仿行 和圆周进给仿行铣床夹具。 返回主页 返回本节 下一页 退出 3 铣床夹具 第 五 章 (二)注意事项 机 床 夹 具 设 计 (1)断续切削,夹紧力大——受力元件强度、刚 比较大 ; (2)设置对刀装置、定向键 ; (3)固定——U形口——T形口 。 返回主页 返回本节 下一页 退出 4 车床夹具 第 五 章 机 床 夹 具 设 计 外圆定位的卡盘、卡头; 外圆定位 内孔定位的各类心轴; 内孔定位 中心孔定位的各类顶尖、拨盘。 中心孔定位 这些夹具比较简单,有些已经标准化、通用化。 对非回转体工件 : (1)定心方式要与选用机床主轴端部结构相等 ; (2)夹紧力必需考虑充分,夹紧力有可靠自锁 ; (3)外形尽量呈圆柱形,重心靠近主轴 ; (4)注意动平衡(可设置配重)调整 ; (5)注意安全措施,不得有尖角和突出夹具体转盘外 径的部分。 本章结束 返回主页 返回本节 进入下一章 退出 返回 返回 返回 返回 返回 返回 返回 返回 返回 返回 返回 返回 返回 返回 返回 返回 固定式镗套 回转式镗套 返回 返回 返回 返回

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