第四章機床夾具原理與設計 夾具概述 機床夾具是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 以使工件獲得相對的于機床和刀具的正確位置 并把工件可靠地夾緊 第二節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計中首先要解決的問題 第二節工件在夾具中的定位 一 基準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 基準 用以確定生產對象上幾何要素間的幾何關系所依據的點 線 面 基準可分為設計基準和工藝基準 第二節工件在夾具中的定位 設計基準 在零件圖上 確定點 線 面位置的基準 工藝基準是在加工和裝配中使用的基準 按照用途不同又可分為 1 定位基準 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 2 度量基準 在檢驗時所使用的基準 3 裝配基準 裝配時用來確定零件或部件在機器中位置所采用的基準 第二節工件在夾具中的定位 確定基準的注意 作為基準的點 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 這些面稱為基準面 作為基準 可以是沒有面積的點或線 但是基準面總是有一定面積的 基準的定義不僅是對尺寸之間的聯系 對位置精度 平行度 垂直度等 也是同樣的 第二節工件在夾具中的定位 二 六點定位原理任何未定位的工件在空間直角坐標系中都具有六個自由度 即沿三個坐標軸的移動自由度 和繞三個坐標軸的轉動自由度 第二節工件在夾具中的定位 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 定位支承點限制工件自由度的作用 應理解為定位支承點與工件定位基準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 所設置的定位支承點數目 原則上不應超過六個 第二節工件在夾具中的定位 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 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 第二節工件在夾具中的定位 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 第二節工件在夾具中的定位 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 在實際生產中 工件被限制的自由度數一般不少于三個 第二節工件在夾具中的定位 欠定位與過定位1 欠定位 按工序的加工要求 工件應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 第二節工件在夾具中的定位 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限制的定位 可能造成工件的定位誤差 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 第二節工件在夾具中的定位 消除過定位及其干涉的兩種途徑 a 改變定位元件的結構 以消除被重復限制的自由度 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 第二節工件在夾具中的定位 三 常見的定位方式和定位元件定位元件的設計應滿足下列要求 要有與工件相適應的精度 要有足夠的剛度 不允許受力后發生變形 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58 62HRC 第二節工件在夾具中的定位 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 內孔等 對于這些表面 總是采用一定結構的定位元件 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 第二節工件在夾具中的定位 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 可調支承和自位支承 第二節工件在夾具中的定位 1 固定支承 包括固定支承釘 固定支承板 固定支承釘 第二節工件在夾具中的定位 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型結構簡單 但埋頭螺釘處易堆積切屑 故用于工件側面或頂面定位 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 第二節工件在夾具中的定位 2 可調支承可調支承是頂端位置可在一定高度范圍內調整的支承 多用于未加工平面的定位 以調節和補償各批毛坯尺寸的誤差 一般每批毛坯調整一次 第二節工件在夾具中的定位 3 自位支承支承本身的位置在定位過程中 能自動適應工件定位基準面位置變化的一類支承 自位支承能增加與工件定位面的接觸點數目 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的平面的定位 第二節工件在夾具中的定位 4 輔助支承在生產中 有時為了提高工件的剛度和定位穩定性 常采用輔助支承 如圖所示階梯零件 當用平面1定位銑平面2時 于工件右部底面增設輔助支承3 可避免加工過程中工件的變形 第二節工件在夾具中的定位 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 此時采用的定位元件有定位銷 定位心軸等 第二節工件在夾具中的定位 1 定位銷 定位銷頭部應做出倒角或圓角 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 第二節工件在夾具中的定位 2 錐銷常用于工件孔端的定位可限制工件三個自由度 第二節工件在夾具中的定位 3 定位心軸心軸定心精度高 但裝卸費時 有時易損傷工件孔 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 小錐度心軸實際上起不到定位的作用 第二節工件在夾具中的定位 3 工件以外圓柱面定位工件以外圓柱面定位在生產中是常見的 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 第二節工件在夾具中的定位 1 V形塊V形塊是用得最廣泛的外圓表面定位元件 第二節工件在夾具中的定位 在V形塊上定位時 工件具有自動對中作用 D 標準心軸直徑 即工件定位用外圓直徑 mm H V形塊高度 mm N V形塊的開口尺寸 mm T 對標準心軸而言 V形塊的標準高度 V形塊兩工作平面間的夾角 設計V形塊時T值的計算 第二節工件在夾具中的定位 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 定位元件結構簡單 但定心精度不高 當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 定位孔應做短些 第二節工件在夾具中的定位 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式蓋上 起夾緊作用 半圓孔定位座適用于大型軸類工件的定位 第二節工件在夾具中的定位 4 外圓定心夾緊機構 在實現定心的同時 能將工件夾緊的機構 稱為定心夾緊機構 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尺寸范圍寬的加工工件 第二節工件在夾具中的定位 4 工件以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 會出現定位干涉問題 第二節工件在夾具中的定位 一面兩銷 的兩圓柱銷重復限制了沿 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 因而會出現上圖所示的相互干涉現象 第二節工件在夾具中的定位 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 第二節工件在夾具中的定位 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