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1、-. z.摘要摘要我国社会主义现代化要求机械制造工业为国民经济各部门的技术进步、技术改造提供先进、高效的技术装备，它首先要为我国正在开展的产业包括农业、重工业、轻工业以及其它产业提供质量优良、技术先进的技术装备，同时还要为新材料、新能源、机械工程等新技术的生产和应用提供根底装备。本论文是结合目前实际生产中，通用夹具不能满足生产要求，用通用夹具装夹工件效率低、劳动强度大、加工质量不高，而且往往需要增加划线工序，本论文为铣床专用夹具，主要包括夹具的定位方案，夹紧方案、对刀方案，夹具体的设计及加工精度等方面的分析。本夹具能在加工常规零件的时候使质量进一步提升，并降低劳动强度，能在保证产品质量加工精度
2、的同时批量生产，从而降低生产本钱。从而夹具的使用在*种程度上提高实际生产中企业的效益 。因而对夹具知识的认识和学习，在今天显的优为重要起来。关键词关键词：装备；制造；铣床；专用夹具；A AbstractbstractChinas socialist modernization requirements for mechanical manufacturing -. z.industry sectors of the national economy progress of technology, technical transformation to provide advanced, eff
3、ective technical equipment, it must first for China is in the development of the industry include agricultural, heavy industry, light industry and other industries provide good quality, technical advanced technical equipment, but also for new materials, new energy, mechanical engineering of producti
4、on and application of new technology provides the basis of equipment. The present paper is bining the actual production, gm can not meet the production requirements, fi*ture using universal fi*ture clamping work-piece efficiency, low labor strength, processing quality is not high, and often need to
5、increase crossed process, and special design of a milling machine fi*ture, mainly including fi*ture positioning scheme, clamping, of cutter scheme, the concrete and the TAB folder design and machining precision analysis. This fi*ture can in processing of conventional parts that quality further ascen
6、sion, and reduce the labor intensity, can guarantee the quality of its products processing precision and batch production, so as to reduce the production cost. Thus fi*ture use in some e*tent improve the efficiency of enterprises in practical production. Thus to fi*ture knowledge know and study the
7、optimal in todays show for important up.-. z.KeyKey words:words:equipment;manufacturing;milling;the machine tools fi*ture-. z.目录目录绪论绪论 1 11. 1. 机床夹具概论机床夹具概论 2 21.1 机床夹具的功能和作用 21.1.1. 机床夹具的功能 21.1.2. 机床夹具的作用 31.2 机床夹具的组成 31.3 机床夹具的分类及设计要求 51.3.1. 机床夹具的分类 51.3.2. 机床夹具的设计要求 61.4 机床夹具保证加工精度的原理 71.4.1. 机
8、床夹具保证加工精度的工作原理 71.4.2. 使用夹具对工件进展加工时加工误差的组成 81.5 机床夹具的现状及开展方向 102. 2. 零件的分析零件的分析 12123. 3. 工件的定位工件的定位 16163.1 工件的定位方案 163.1.1. 概述 16-. z.3.1.2. 限制工件自由度与加工要求的关系 173.1.3. 确定定位方式与定位元件 183.2 定位误差的分析与计算 193.2.1. 定位误差的产生原因及计算方法 203.2.2. 定位误差的计算 214. 4. 工件的夹紧工件的夹紧 24244.1 夹紧装置的组成及根本要求 244.2 夹紧力确实定 264.2.1.
9、夹紧力的三要素 264.2.2. 夹紧的动力装置 284.2.3. 夹紧力的分析计算 295. 5. 对刀元件、连接元件及夹具体对刀元件、连接元件及夹具体 32326. 6. 夹具总体构造设计及精度分析夹具总体构造设计及精度分析 34347. 7. 夹具构造工艺性和经济性分析夹具构造工艺性和经济性分析 38387.1. 夹具的构造工艺性 387.2. 夹具的经济性分析 38总结总结 4141参考文献参考文献 4242致致 4343-. z.附录附录 A A4444附录附录 B B5050-. z.绪论绪论在机械加工过程中，为了保证加工精度，必须固定工件，使工件相对于机床或刀具占有确定的位置，以
10、完成工件的加工和检验。夹具是完成这一过程的工艺装备。机床夹具是在机床上用以装夹工件和引导刀具并能保持与机床确定的相对位置的一种装置。其作用是使工件相对于机床或刀具有一个正确的位置，并在加工过程中保持这个位置不变。在现代生产中，机床夹具作为机床的一局部已成为机械加工中不可缺少的工艺装备。在工件生产批量较大时，我们除了考虑工件加工精度外我们还需要考虑到生产率和经济性问题，所以常常采用专门为*一零件的*一工序而设计的专用夹具进展工件的装夹。这时不需划线和找正，只需将工件放到夹具中，即可确定工件与机床及刀具之间的位置，并将工件夹紧。专用夹具是针对*一工件的*一工序的加工要求而专门设计和制造的夹具。其特
11、点是针对性极强，没有通用性。在产品相对稳定、批量较大的生产中，常用各种专用夹具，可获得较高的生产率和加工精度。铣床专用夹具是机械制造厂中常用的夹具，主要用于加工平面、键槽、缺口、花键以及成型外表等。由于铣削加工的切削时间较短，单件加工时的辅助时间相对的显得较长。因而降低辅助时间是铣床夹具要考虑的主要问题。在成批或大量生产类型中采用多件加工铣床夹具可相对提高劳动生产率。 。也是-. z.本论文研究的重点。1 1.机床夹具概论机床夹具概论1.11.1 机床夹具的功能和作用机床夹具的功能和作用. .机床夹具的功能机床夹具的功能 机床夹具的主要功能是装夹工件，使工件在夹具中定位和夹紧。夹具还要与机床连
12、接，并在机床上相对定位，以完成切削成形的加工过程。除上述功能外，根据工艺要求，夹具还可具备对刀、导向、分度等功能。1夹具:夹具是一种装夹工件的工艺装备，种类很多。其广泛应用于机械制造的切削加工、焊接、装配、检测、热处理等工艺过程中，如机床夹具、焊接夹具、检测夹具等。2机床夹具:在金属切削机床上使用的夹具统称为机床夹具。3定位:确定工件在夹具中占有准确位置的过程称为定位。定位是通过工件的定位基准面与夹具定位件的定位面接触或相配合实现的。准确定位可保证加工面的尺寸和外表之间的位置精度要求。4夹紧:为克制切削过程中工件受外力的作用而破坏定位，必须对工件施加夹紧力，这个过程称为夹紧。夹紧为工件提供了平
13、安、可靠的加工条件。-. z.5对刀:对刀就是调整刀具相对工件或夹具的准确位置。6导向:导向的作用是确定刀具相对于夹具的准确位置，并引导刀具进展切削。7分度:分度的作用是确定多个加工外表间位置的分度间距或角度。分度分为圆角分度和直线分度两大类。8装夹:从定位到夹紧的全过程称为装夹。工件的装夹方法有找正装夹法和夹具装夹法两种。. .机床夹具的作用机床夹具的作用夹具是机械制造厂里的一种工艺装备。在机械制造过程中，广泛采用大量夹具，机床夹具就是夹具中的一种。它装在机床上，使工件相对刀具与机床保持正确的相对位置，并能承受切削力的作用。如车床上使用的三爪自定心卡盘、铣床上使用的平口虎钳、分度头等，都是机
14、床夹具。在机械加工中，机床夹具的主要作用有以下六个方面：1保证加工精度。用专用夹具安装工件，能迅速准确的定位工件，不受工人操作水平等因素的影响，不同批次零件根本到达一样的精度，保证加工精度稳定可靠。2提高劳动生产率。采用机床夹具工件定位和夹紧迅速可靠，既可减少画线找正等辅助工时，又提高工件加工时的刚度，还可以选用较大的切削量，从而提高劳动生产率。-. z.3改善工人的劳动条件。采用夹具装夹工件方便、省力、平安、可靠。当采用气动、液动等夹紧装置时可减轻工人的劳动强度，同时保证平安生产。4降低生产本钱。在成批生产中使用夹具，生产效率高，对工人的技术要求低，可相对降低生产本钱。批量越大，生产本钱降低
15、越显著。5保证工艺纪律；6获得良好经济效率。然而，在不同的生产条件下，应该有不同的侧重点。夹具设计时应该综合考虑加工的技术要求、生产本钱和工人操作方便等方面的要求，以便到达预期的效果。1.21.2 机床夹具的组成机床夹具的组成虽然机床夹具的种类繁多，但它们的工作原理根本上是一样的。将各类夹具中，作用一样的构造或元件加以概括，可得出夹具一般所共有的以下几个组成局部，这些组成局部既相互独立又相互联系。机床夹具由以下六个局部组成：定位元件；夹紧装置；夹具体；连接元件；对刀导向元件；其他元件或装置。1定位元件:定位元件是夹具的主要功能元件之一。通常按工件定位基准面的形状设计。如 V 形块、可调 V 形
16、块、定位轴、销、键。-. z.2夹紧装置:其包括两局部，分为a、夹紧机构 如螺旋夹紧机构、偏心夹紧机构等。b、夹紧动力装置 如液压动力装置、气压动力装置、电动装置等。使用夹紧动力装置可实现工件的自动夹紧到达较高的劳动生产率。3夹具体:夹具体是夹具的基体骨架，用来配置、安装各夹具元件使之组成一整体。常用的夹具体为铸件构造、锻造构造、焊接构造和装配构造，形状有回转体形和底座形等形状。4连接元件: 这种元件用于将夹具与机床连接并确定夹具对机床主轴、工作台或导轨的相互位置。通常有两种形式:一种是连接在机床工作台上；一种是连接在机床主轴上。5对刀、导向元件: 这些元件的作用是保证工件加工外表与刀具之间的
17、正确位置。用于确定刀具在加工前正确位置的元件称为对刀元件，用于确定刀具位置并引导刀具进展加工的元件称为导向元件。6其他元件或装置: 根据加工需要，有些夹具上还设有分度装置、靠模装置、上下料装置、工件顶出机构、电动扳手和平衡块等，以及标准化了的其它联接元件。上述各组成局部中，定位元件、夹紧装置、夹具体是夹具的根本组成局部。图 1.1 机床夹具的组成及各组成局部之间的关系-. z.图 1.1 所示为机床夹具的组成及各组成局部与机床、工件、刀具的相互联系。由此为正确设计夹具提供必要的依据。因为定位和夹紧是与工件有关，所以在设计定位元件和夹紧装置时，必须全面掌握与工件在该工序加工时的有关资料；在设计对
18、刀、导向元件时，除考虑工件所要求的加工尺寸外，还必须掌握所用刀具的类型和尺寸规格；在设计连接元件时，则应符合加工时所用机床的工作台或机床主轴的构造型式和尺寸规格。1.31.3 机床夹具的分类及设计要求机床夹具的分类及设计要求. .机床夹具的分类机床夹具的分类机床夹具的种类很多，形状千差万别。为了设计、制造和管理的方便，往往按*一属性进展分类。1按夹具的通用特性分类按这一分类方法，常用的夹具有通用夹具、专用夹具、可调夹具、组合夹具和自动线夹具等五大类。它反映夹具在不同生产类型中的通用特性，因此是选择夹具的主要依据。a、通用夹具 通用夹具是指构造、尺寸已规格化，且具有一定通用性的夹具，如三爪自定心
19、卡盘、四爪单动卡盘、台虎钳、万能分度头、中心架、电磁吸盘等。其特点是适用性强、不需调整或稍加调整即可装夹一定形状围的各种工件。适用于单件小批量生产中。-. z.b、专用夹具 专用夹具是针对*一工件的*一工序的加工要求而专门设计和制造的夹具。其特点是针对性极强，没有通用性。在产品相对稳定、批量较大的生产中，常用各种专用夹具，可获得较高的生产率和加工精度。c、可调夹具 可调夹具是针对通用夹具和专用夹具的缺陷而开展起来的一类新型夹具。对不同类型和尺寸的工件，只需调整或更换原来夹具上的个别定位元件和夹紧元件便可使用。可调夹具在多品种、小批量生产中得到广泛应用。 d、组合夹具 组合夹具是一种模块化的夹具
20、，并已商品化。标准的模块元件具有较高精度和耐磨性，可组装成各种夹具，夹具用毕即可拆卸，留待组装新的夹具。由于使用组合夹具可缩短生产准备周期，元件能重复屡次使用，并具有可减少专用夹具数量等优点；因此组合夹具在单件、中小批多品种生产和数控加工中，是一种较经济的夹具。2按夹具使用的机床分类这是专用夹具设计所用的分类方法。按使用的机床分类，可把夹具分为车床夹具、铣床夹具、钻床夹具、镗床夹具、磨床夹具、齿轮机床夹具、数控机床夹具。3按夹具动力源来分类按夹具夹紧动力源可将夹具分为手动夹具和机动夹具两大类。为减轻-. z.劳动强度和确保平安生产，手动夹具应有扩力机构与自锁性能。常用的机动夹具有气动夹具、液压
21、夹具、气液夹具、电动夹具、电磁夹具、真空夹具和离心力夹具等。. .机床夹具的设计要求机床夹具的设计要求机床夹具设计与其他装备的设计有较大的差异，设计机床夹具时，应满足以下五项根本要求。1在机械加工工艺系统中，夹具要具有以下要求:工件在夹具中的准确定位；夹具在机床上的准确位置；刀具的准确位置。按加工要求，对夹具及其它元件的几何参数提出一定的精度要求，夹具的设计精度应满足加工精度要求，具有一定的夹具制造精度。2保证工人操作方便、省力、平安。3到达一定的劳动生产率要求。4满足一定的使用寿命要求。5满足设计的经济性要求。1.41.4 机床夹具保证加工精度的原理机床夹具保证加工精度的原理. .机床夹具保
22、证加工精度的工作原理机床夹具保证加工精度的工作原理机床夹具保证加工精度的工作原理有以下三个方面。1工件在夹具的准确定位 工件的定位使工件在夹具中占有准确-. z.的加工位置。2夹具在机床上的准确位置 夹具在机床上的相对定位，是使夹具体的连接外表与机床连接，以确定夹具在机床主轴或工作台上的准确位置，实现对机床切削成形运动的定位。影响夹具对切削成形运动的定位精度的环节较多，其中，有定位元件工作面对夹具体的连接外表间的位置误差，连接元件的连接误差等。夹具在机床上的准确位置，其本质是指定位元件的工作面对机床切削成形运动的定位，从而到达了工件被加工外表对定位基准的位置和尺寸精度的要求。3刀具的准确位置
23、使刀具相对有关的定位元件工作面之间保持准确的位置关系，这就保证了刀具在工件上加工出的外表对工件定位基准的位置尺寸，到达了加工精度要求。在夹具设计时，满足加工精度要求，是检验夹具性能的第一标准。. .使用夹具对工件进展加工时加工误差的组成使用夹具对工件进展加工时加工误差的组成1加工误差的组成使用夹具对工件进展加工时，在机械加工工艺系统中，有以下误差影响加工精度:a、定位误差。b、夹紧误差。c、夹具体基面连接外表误差。-. z.d、定位元件工作面对夹具体基面的位置误差。e、夹具与机床的连接误差。f、夹具磨损及刚度。g、机床有关几何精度。h、机床刚度。i、机床热变形。j、对刀导向面的位置误差。k、对
24、刀导向的调整误差。l、刀具磨损及刀具刚度。m、工件刚度及热变形n、测量误差。满足加工精度要求，有赖于对加工误差的分析，并到达一定的夹具制造精度。上述影响加工精度的因素中，与夹具直接有关的因素公式1.1表示 公式1.1DATJEf 、式中 定位误差；D夹具位置误差；A对刀导向误差；T夹紧误差；J-. z.夹具磨损及夹具刚度。E2加工误差不等式工件在夹具中被加工时，尽管影响加工精度的因素很多，但是为了得到合格的产品，就必须使各项加工误差的总和等于或小于规定的工件的工序尺寸公差，用加工误差不等式表示公式1.2 公式1.2 DTKGA式中 定位误差见前述影响因素 a ；D夹具位置误差见前述影响因素 c
25、 d e ；A对刀导向误差见前述影响因素 j k ；T加工过程误差见前述影响因素 b f g h i l m nG工件的工序尺寸公差。k式1.2用于夹具的精度设计。夹具的误差主要计入、三DAT项，随着加工精度要求的提高，必须将其数值控制在很小的围，以提高定位精度、夹具位置精度和对刀导向精度。综上所述，夹具能保证工件加工精度的原因是，由于工件在夹具中的位置和夹具相对刀具、机床的位置被确定，因此，工件在加工中的准确位置得到保证，从而使夹具能满足工件的加工精度要求。-. z.1.51.5 机床夹具的现状及开展方向机床夹具的现状及开展方向夹具最早出现在 18 世纪后期。随着科学技术的不断进步，夹具已从
26、一种辅助工具开展成为门类齐全的工艺装备。1机床夹具的现状国际生产研究协会的统计说明，目前中、小批量多品种生产的工件品种已占工件种类总数的 85%左右。现代生产要求企业所制造的产品品种经常更新换代，以适应市场的需求与竞争。然而，一般企业仍习惯于大量采用传统的专用夹具，一般在具有中等生产的工厂里，约拥有数千甚至近万套专用夹具；另一方面，在多品种生产的企业中，每隔 34 年就要更新50%80%的专用夹具，而夹具的实际磨损量仅为 10%20%。特别是近年来，数控机床、加工中心、成组技术、柔性制造系统等新加工技术的应用，对机床夹具提出了如下新的要求：a、能迅速而方便地装配新产品的投产，以缩短生产准备周期
27、，降低生产本钱；b、能装夹一组具有相似性特征的工件；c、能适用于精细加工的高精度机床夹具；d、能适用于各种现代化制造技术的新型机床夹具；e、采用以液压站等为动力源的高效夹紧装置，以进一步减轻劳动强度和提高劳动生产率；-. z.f、提高机床夹具的标准化程度。(2)现代机床夹具的开展方向随着科学技术的进步和市场需求的日益增长，要求产品更新换代的周期越来越短，因而缩短生产准备周期、提高产品质量和降低生产准备的本钱等问题已显得十分突出。在现代制造业中，机床夹具如何适应上述开展的要求，是广阔工艺设计人员值得注意的问题。根据今后各种生产组织形式的开展特点，机床夹具的开展方向可以归纳为以下几个方面。a、功能
28、柔性化由于多品种、小批量生产方式将成为今后的主要生产形式，机床夹具应能在一定围适用于不同的生产类型和不同的机床加工。b、传动高效化、自动化为了减少夹紧的辅助时间和减轻工人的劳动强度，提高生产率，在现代机床夹具上普遍采用机械化和自动化的高效传动部件。c、制造的精细化随着产品质量要求的不断提高，对夹具精度也提出了更高的要求，如定心夹具的定心精度目前可以到达微米级甚至亚微米级。d、旋转夹具的高速化车削加工中为了获得高外表质量，对于有色金属材料切削速度要求高达 1000m/min 以上，对于黑色金属也要求超过 600m/min，为了适应高速-. z.切削的需要，夹具必须采用特殊构造，自动进展夹紧力的检
29、测和补偿，使动态夹紧力始终保持在所需的围。e、构造标准化、模块化夹具标准化是生产专业化和柔性化的根底。模块化是在夹具的标准化和组合化的根底上开展起来的新型夹具。f、设计自动化随着计算机辅助设计CAD的广泛应用，机床夹具的 CAD 技术也逐渐应用于生产。2. 2.零件的分析零件的分析零件的生产加工类型对工艺规程的制定具有决定性的影响。生产类型就是对企业或车间、工段、班组、工作地生产专业化程度的分类，一般分为单件生产、成批生产和大量生产三种生产类型。零件的生产类型又取决于零件的生产纲领来确定，零件的生产纲领主要是指包括备品与废品在的方案期产量。以年生产纲领为例，可按下式计算：公式2.1%)1%)(
30、1(baQnN式中: N零件的年产量，件/年； Q产品的年产量，台/年； n每台产品中该零件的数量，件/台-. z. a%备品率，一般取 2%4%；b%废品率，一般取 0.3%0.7%。 本次设计的 CA6140 车床上的尾座套筒，产品的类型为轻型机械，年产量为 5000 台/年，根据实际生产的情况投产，备品率取 3%，废品率取0.5%。由题意知 Q=5000，n=1，a%=3%， b%=0.5%，代入公式2.1得：) %)1%)(1(baQnN=5000*1+3%*1+0.5%=5175.75件/年根据计算结果，查表 2.1 生产类型与生产纲领的关系，可知零件的生产为大批生产。根据生产类型查
31、机械制造技术根底【11】第 184 页各种生产类型的工艺特点。查得生产类型的工艺特点分别为加工对象：固定不变；毛坯特点：模锻件，精度高，余量小；机床设备：专用机床、自动机床及自动线；夹具：采用专用夹具、量具；生产率高生产本钱低；操作工人操作技能要求一般。长期连续生产。表 2.1 生产类型与生产纲领的关系生产纲领件/年生产类型重型机械中型机械小型机械单件生产5101000500050000工件的为套筒类零件，此零件为车床尾座套筒，它是车床的主要零件，其构造合理与否、质量好坏对加工过程、加工精度等有极大影响，其作用是轴类零件定心，同时具有辅助支撑和夹紧的功能。尾座顶尖的定位精度直接影响机床加工工件
32、的径向尺寸精度，以及圆度、圆柱度、同轴度等形位精度。其外圆和箱体之间经常来回运动，其耐磨性要求较高。平键槽用来安装平键，起导向作用，6 孔为排气孔，30 孔安装手轮丝杠。零件的材料为 45 钢锻造成型，经调质硬度在 HRC2832。具有良好的力学性能，改善切削加工性，细化晶粒，消除组织缺陷。夹具设计方法：夹具设计是在机械加工工艺过程制定之后，按照*一工序的具体要求进展。夹具设计是工艺装备设计的一局部，是保证质量和提高劳动生产率的一项重要技术措施之一。其首先研究分析原始资料，明确设计任务；第二确定夹具的构造方案；第三绘制夹具总图；第四确定并标注有关尺寸及技术条件；第五绘制夹具零件图。首先问题的提
33、出：本次设计的工艺容：本工序要加工键槽 8H11 和油槽 R2，即两个工位，-. z.如图2.1所示。本工序选用的加工要：1键槽宽 8H11mm。键槽中心平面对工件轴线的对称度公差为0.025mm，平行度公差为 0.1mm，控制键槽深度并保证到达图纸规定的尺寸；键槽轴向长度尺寸为 200mm。2油槽半径为 R2mm，其圆心在轴的圆柱面上。油槽长度尺寸为160mm。3键槽与油槽的对称面应在同一平面。在大批大量生产的条件下，为节约辅助时间，采用两把铣刀同时进展加工，即采用两工位铣床夹具。工序图如图 2.2 所示，在进展本工序前，定位基准 55h6 外圆及两端面均已加工。并且工位 1 加工键槽 8H
34、11。工位 2 键槽 8H11 已加工，加工油槽 R2mm。加工容到达图纸技术要求。该工序所用设备为普通卧式铣床*6132B，刀具选择 8e8 键槽铣刀和圆弧 R2 铣刀。采用两把铣刀同时进展加工，即采用两工位铣床夹具。图 2.1 零件图其次设计的任务：保证加工精度，提高劳动生产率。改善工人的劳动条件，采用夹具装夹工件方便、省力、平安、可靠。当采用气动、液动等夹紧装置时可减轻工人的劳动强度，同时保证平安生产。降低生产本钱。在成批生产中使用夹具，生产效率高，对工人的技术要求低，可相对降低生产本钱。批量越大，生产本钱降低越显著。获得良好经济效率。夹具应-. z.具有良好地构造工艺性，操作平安可靠。
35、加工工序图如图 2.2 所示：图 2.2 工序图由于该工件生产为大批大量生产，为了减少夹紧的辅助时间和减轻工人的劳动强度，提高生产率。采用具有一定自动化程度的夹具。由于零件的壁厚较薄，加工中容易变形。从工作平稳，刚性大，无噪声，劳动条件好等方面考虑，本工序加工采用具有柔性的夹具。故拟定选用 V 形块定位浮动夹紧液压装置。3 3. .工件的定位工件的定位3.13.1 工件的定位工件的定位方案方案. .概述概述使用夹具加工工件有多种加工要求，其主要是满足工件被加工外表的工序尺寸和位置精度要求。为此，必须保证工件在加工过程中相对机床切削成形运动有准确的位置。从夹具保证加工精度的原理可知，工件的定位是
36、其中极为重要的一个环节。1基准 基准是零件上用以确定其他点、线、面位置所依据的那些点、线、面。根据作用不同，可将基准做如下分类:2设计基准 在零件图上用来确定其他点、线、面位置的基准，-. z.称为设计基准。3定位基准 加工时工件定位所使用的基准，称为定位基准。4定位与夹紧的关系 定位与夹紧是装夹工件的两个有联系的过程。在工件使用定位元件定位以后，工件在夹具中的位置即。为使在切削力、重力、离心力等外力作用下能保持即定的位置不变，通常使用夹紧机构再妥善的夹紧工件，将工件固定。还有些夹具能使工件的定位与夹紧同时完成，例如三爪自定心卡盘等。. .限制工件自由度与加工要求的关系限制工件自由度与加工要求
37、的关系1自由度的概念由刚体运动学可知，一个自由刚体，在空间有且仅有六个自由度。工件在空间的位置是任意的，即它既能沿 O*、Oy、Oz 三个坐标轴移动，称为移动自由度分别表示为；又能绕 O*、Oy、Oz 三个坐标轴转动，ZYX、称为转动自由度，分别表示为。ZYX、图 3.1 自由度2六点定位原则如果要使一个自由刚体在空间有一个确定的位置，就必须设置相应的六个约束，分别限制刚体的六个运动自由度。分析工件定位时，通常是用一个支承点限制工件的一个自由度。用合理设置的六个支承点，限制工件的六个自由度，使工件在夹具中的位置完全确定，这就是六点定位原则。-. z.根据工件加工面的位置精度包括位置尺寸要求，有
38、时需要限制 6个自由度，有时仅需要限制 1 个或几个少于 6 个自由度，具体视工件加工要求而定。下面分几种情况讨论。1完全定位 完全定位是指不重复地限制了工件的六个自由度的定位。当工件在*、y、z 三个坐标方向均有尺寸要求或位置精度要求时，一般采用这种定位方式。2不完全定位 根据工件的加工要求，有时并不需要限制工件的全部自由度，这样的定位方式称为不完全定位。3欠定位 根据工件的加工要求，应该限制的自由度没有完全被限制的定位称为欠定位。欠定位无法保证加工要求，因此，在确定工件在夹具中的定位方案时，决不允许有欠定位的现象产生。4过定位 夹具上的两个或两个以上的定位元件重复限制同一个自由度的现象，称
39、为过定位。. .确定定位方式与定位元件确定定位方式与定位元件工件的外圆柱面定位有两种根本形式:定心定位和支承定位。定心定位的外圆柱面是定位基面，外圆柱面的中心线是定位基准。在夹具设计中，常用于外圆外表定位的定位元件有定位套、支承板和 V 形块等。各种定位套对工件外圆外表实现定心定位，支承板对外圆外表的支承定位，V 形块则实现对外圆外表的定心对中定位。-. z.工件为套筒类零件，加工键槽和油槽，其对称度要求较高，并且采用外圆柱面定位。即当工件的对称度要求较高时，可选用 V 形块定位。V 形块工作面间的夹角 常取 60、90、120三种，其中应用最多的是90V 形块。90V 形块的典型构造和尺寸已
40、标准化，使用时可根据定位圆柱面的长度和直径进展选择。在夹具主要定位元件是 V 形块和止动定位销。由于 V 形块定位精度高，工件轴向位置用止动定位销定位，能保证加工精度。另外，夹紧方向与切入方向垂直进刀一致，且夹紧力在主要定位支撑面，定位夹紧可靠。由于键槽和油槽长度不等，为了能够同时加工完毕，将两个止动定位销的位置前后错开。此加工工序有两个加工工位，如图 3.2 所示。图 3.2 定位方案工位 1: 加工键槽 8H11，工件以外圆和端面在两个 V 形块上和止动定-. z.位销定位，限制工件五个自由度即：。ZYX、ZY、工位 2: 键槽 8H11 已加工，加工油槽 R2mm。工件以外圆和端面在两个
41、 V 形块上和止动定位销定位，键槽处用 8h6 定位销定位。用两个 V 形块上和止动定位销定位，限制工件五个自由度，即。键槽处ZYX、ZY、用 8h6 定位销定位，限制工件的三个自由度即：。这样工件被限ZYX、制了 8 个自由度属于过定位。如果工件的定位面经过加工，定位元件的尺寸、形状和位置也都做得比拟准确光整，则过定位不但对工件加工面的位置尺寸影响不大，反而可以增强加工时的支撑刚性，这时过定位是允许的。键槽处用 8h6 定位销定位，以满足两槽间的位置精度要求。3. 3.2 2 定位误差的分析与计算定位误差的分析与计算六点定位原则解决了消除工件自由度的问题，即解决了工件在夹具中位置“定与不定的
42、问题。但是，由于一批工件逐个在夹具中定位时，各个工件所占据的位置不完全一致，即出现工件位置定得“准与不准的问题。如果工件在夹具中所占据的位置不准确，加工后各工件的加工尺寸必然大小不一，形成误差。这种只与工件定位有关的误差称为定位误差，用D 表示。在工件的加工过程中，产生误差的因素很多，定位误差仅是加工误差的一局部，为了保证加工精度，一般限定定位误差不超过工件加工公差 T的 1/51/3。-. z.即： D(1/51/3)T 公式3.1 式中：D定位误差，单位为 mm；T 工件的加工误差，单位为 mm。3.2.1.3.2.1.定位误差的产生原因定位误差的产生原因及计算方法及计算方法工件逐个在夹具
43、中定位时，各个工件的位置不一致的原因主要是基准不重合，而基准不重合又分为两种情况：一是定位基准与限位基准不重合，产生的基准位移误差；二是定位基准与工序基准不重合，产生的基准不重合误差。1基准位移误差 Y定位基面和定位元件本身的制造误差会引起同一批工件定位基准的相对位置发生变动，这一变动的最大围称为基准位移误差，用 Y 表示。基准位移误差引起的定位误差是将 W 在加工要求方向上投影。即: 公式3.2C O SD YY 式中：Y 与工序尺寸或位置要求方向的夹角。2基准不重合误差B当工件的工序基准与定位基准不重合时，则在工序基准与定位基准之间必然存在位置误差，由此引起同一批工件的工序基准发生变动，其
44、最大变动围称为基准不重合误差，用 B 表示。这种由于工序基准与定位基准不重合所导致的工序基准在加工尺寸方向上的最大位置变动量，称为基准-. z.不重合误差。工序基准与定位基准之间的联系尺寸称为基准尺寸。B 等于基准尺寸的公差。基准不重合误差引起的定位误差是将 B 在加工要求尺寸、位置要求方向上投影。即 公式3.3C O SD BB 式中：B 与工序尺寸或位置要求方向的夹角。定位误差是由基准位移误差和基准不重合误差两局部产生的定位误差DW、DB 的合成。其根本计算步骤为:1当工序基准与定位基准为两个独立的外表，即 W、B 无相关的公共变量时，公式3.4C O SC O SDWB2当工序基准在定位
45、基面上，即 W、B 有相关的公共变量时， 公式3.5C O SC O SDWB在定位基面尺寸变动方向一定的条件下，当 W 与 B 变动方向一样，即对加工尺寸影响一样时，取“+号；当 W 与 B 变动方向相反即对加工尺寸影响相反时，取“-号。通常定位误差 D 在 W 与 B 都和工序尺寸一致的情况下有以下公式即: 公式3.6DWB -. z.3.2.23.2.2. .定位误差的计算定位误差的计算下表列出了在不同夹角的 V 形架上定位时，工序尺寸的三种不同标注方法的计算公式，供设计时使用。表 3.1V 形架定位误差值 定位误差 DV 形架夹角1112si n2Dda22si n2Dda3112si
46、 n2Dda601.5d1.0d0.5d901.20d0.707d0.207d1201.077d0.577d0.077d选用标准 V 形块定位，即 90V 形块，不计其制造误差，工件采用55h6mm 外圆外表定位时，只有定位基准面的制造误差造成工件定位中心偏移，产生基准位移误差，方向不定。如图3.3所示由图 3.3 可知，仅由于工件直径公差的影响，使工件中心沿 Z 方向d从 O1 移至 O2，即基准位移量为 公式1 22 si n2dOOa3.7-. z. 公式2 si n2Yda3.8式中 工件定位的直径公差mm；d a/2V 形块的半角 。V 形块对中性好，即其沿*方向的位移误差为零。，其
47、 V 形块90a的位移误差计算公式为3.9图 3.3 V 形块定心定位的基准位移误差 公式0. 707Yd3.9由此可知 ；0B考虑到定位基准面制造时的尺寸公差、圆柱度误差等随机误差综合因素影响，所以用概率叠加法计算基准位移误差：由此可知，定位基准沿 Z 轴方向最大位移为 0.035mm，并且影响其键槽深度方向的尺寸精度。工序尺寸 公差：050. 50. 20. 20m md10. 01430. 06731DYBm m 故采用此定位方案精度足够。-. z.4. 4.工件的夹紧工件的夹紧在机械加工过程中，工件会受到切削力、离心力、惯性力等的作用。为了保证在这些外力作用下，工件仍能在夹具中保持已由
48、定位元件所确定的加工位置，而不致发生振动和位移，在夹具构造中必须设置一定的夹紧装置将工件可靠地夹牢。4.14.1 夹紧装置的组成及根本要求夹紧装置的组成及根本要求工件定位后将工件固定并使其在加工过程中保持定位位置不变的装置，称为夹紧装置。1夹紧装置的组成由以下三局部组成。a、动力源装置 它是产生夹紧作用力的装置。分为手动夹紧和机动夹紧两种。手动夹紧的力源来自人力，用时比拟费时费力。为了改善劳动条件和提高生产率，目前在大批量生产中均采用机动夹紧。机动夹紧的力源来自气动、液压、气液联动、电磁、真空等动力夹紧装置。b、传力机构 它是介于动力源和夹紧元件之间传递动力的机构。传力机构的作用是：改变作用力
49、的方向；改变作用力的大小；具有一定的自锁性能，以便在夹紧力一旦消失后，仍能保证整个夹紧系统处于可靠的夹紧状态，这一点在手动夹紧时尤为重。c、夹紧元件 它是直接与工件接触完成夹紧作用的最终执行元件。-. z.2设计夹紧装置应遵循以下原则：a、工件不移动原则 夹紧过程中，应不改变工件定位后所占据的正确位置。b、工件不变形原则 夹紧力的大小要适当，既要保证夹紧可靠，又应使工件在夹紧力的作用下不致产生加工精度所不允许的变形。c、工件不振动原则 对刚性较差的工件，或者进展断续切削，以及不宜采用气缸直接压紧的情况，应提高支承元件和夹紧元件的刚性，并使夹紧部位靠近加工外表，以防止工件和夹紧系统的振动。d、平
50、安可靠原则 夹紧传力机构应有足够的夹紧行程，手动夹紧要有自锁性能，以保证夹紧可靠。e、经济实用原则 夹紧装置的自动化和复杂程度应与生产纲领相适应，在保证生产效率的前提下，其构造应力求简单，便于制造、维修，工艺性能好；操作方便、省力，使用性能好。夹紧机构是指能实现以一定的夹紧力夹紧工件选定夹紧点的功能的完整构造。它主要包括与工件接触的压板、支承件和施力机构。对夹紧机构通常有如下要求。a、可浮动 由于工件上各夹紧点之间总是存在位置误差，为了使压板可靠地夹紧工件或使用一块压板实现多点夹紧，一般要求夹紧机构和支承件等要有浮动自位的功能。要使压板及支承件等产生浮动，可用球面垫-. z.圈、球面支承及间隙
