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1、機械制造工程學(xué) Machine Manufacturing Engineering 機 械 制 造 工 程 學(xué) 2021年 3月 21日 機械制造工程學(xué) 第八章 工件的安裝與夾具 第一節(jié) 夾具的基本概念 第二節(jié) 工件的定位原理 第三節(jié) 定位方式與定位元件的選擇 第四節(jié) 定位誤差 第五節(jié) 工件的夾緊 第六節(jié) 各類機床夾具特點 機械制造工程學(xué) 第一節(jié) 夾具的基本概念 從廣義上來說，為使工藝過程的任何工序保證 質(zhì)量，提高生產(chǎn)率，減輕工人勞動強度及工作安全 等的一切附加裝置都稱為夾具。 機床夾具是將工件進行定位、夾緊，將刀具進 行導(dǎo)向或?qū)Φ?，以保證工件和刀具間相對位置關(guān)系 的附加裝置，簡稱夾具。如：卡
2、盤、平口鉗、各種 鉆模等。 將刀具在機床上進行定位、夾緊的裝置，稱為 輔助工具。如：鉆夾頭、刀夾、銑刀桿等。 加工過程中使用的刀具、夾具、量具及其他輔 助工具統(tǒng)稱為工藝裝備。 機械制造工程學(xué) 第一節(jié) 夾具的基本概念 一、工件在機床上的安裝 1、安裝概念 定位：把工件安放在機床工作臺上或夾具中，使 它和刀具之間有相對正確的位置。 夾緊：工件定位后，將工件固定，使其在加工過 程中保持定位位置不變。 機械制造工程學(xué) 第一節(jié) 夾具的基本概念 2、工件在機床或夾具上的三種安裝方式 一、工件在機床上的安裝 直接找正安裝 劃線找正安裝 夾具安裝 機械制造工程學(xué) 第一節(jié) 夾具的基本概念 二、夾具的組成： 機械
3、制造工程學(xué) 第一節(jié) 夾具的基本概念 二、夾具的組成： 1. 定位元件：起定位作用，保證 工件相對于夾具的位置。 2. 夾緊裝置：將工件夾緊，以保 持工件在加工時的既得位置。 3. 導(dǎo)向元件和對刀裝置：保證刀 具相對夾具的位置。 4. 連接元件：用來保證夾具和機 床工作臺之間的相對位置。 5. 夾具體：用于連接夾具各元件 及裝置使其成為一個整體的基 礎(chǔ)件。 6. 其它元件：如動力裝置、分度 裝置等。 機械制造工程學(xué) 三、夾具的作用： 3.減輕勞動強度； 2.提高生產(chǎn)率和降低生產(chǎn)成本 ； 1.保證加工質(zhì)量； 4.擴大機床的工藝范圍。 如相互位置精度的保證 ， 精 度一致性的保證等 。 用夾具裝夾工
4、件 ， 避免了工件逐 件找正和對刀 ， 縮短了安裝工件 的時間；用夾具容易實現(xiàn)多件 、 多工位加工 ， 提高了勞動生產(chǎn)率； 且還可邊加工邊安裝工件 ， 使機 動時間與輔助時間重合 ， 進一步 縮短輔助時間 ， 從而降低了生產(chǎn) 成本 。 如可用氣動 、 電動夾緊 。 如在銑床上加一個轉(zhuǎn)臺或分度 裝置 ， 可以加工有等分要求的 零件；在車床上或鉆床上安放 鏜模后可以進行箱體孔系的鏜 削加工 ， 使車床 、 鉆床具有鏜 床的功能 。 機械制造工程學(xué) 四、夾具的分類： 1.按專業(yè)化程度分： 與通用機床配套 (作為通用 機床的附件 )。 如三爪卡盤 、 四爪卡盤 、 虎鉗 、 分度頭 和轉(zhuǎn)臺等 。 通用
5、夾具； 機械制造工程學(xué) 四、夾具的分類： 1.按專業(yè)化程度分： 通用夾具； 專用夾具； 根據(jù)零件工藝過程中某 工序的要求專門設(shè)計的 夾具 ， 此夾具只為該零 件用 ， 一般都是成批和 大量生產(chǎn)中所需 ， 數(shù)量 也比較大 。 機械制造工程學(xué) 四、夾具的分類： 1.按專業(yè)化程度分： 通用夾具； 成組夾具； 專用夾具； 適用于一組零件的夾具 ， 一般都是同類零件 ， 經(jīng)過 調(diào)整 (如更換 、 增加一些元 件 )可用來定位 、 夾緊一組 零件 。 機械制造工程學(xué) 四、夾具的分類： 1.按專業(yè)化程度分： 通用夾具； 組合夾具； 成組夾具； 專用夾具； 由許多標(biāo)準(zhǔn)件組合而成 ， 可根據(jù)零件加工工序的 需要
6、拼裝 ， 用完后再拆 卸 ， 可用于單件 、 小批 生產(chǎn) 。 機械制造工程學(xué) 四、夾具的分類： 1.按專業(yè)化程度分： 通用夾具； 用于自動線上 ， 工件在 夾具上由輸送裝置送往 各機床 ， 并在機床夾具 或機床工作臺上進行定 位和夾緊 。 隨行夾具。 組合夾具； 成組夾具； 專用夾具； 機械制造工程學(xué) 四、夾具的分類： 2.按使用機床的類型分 ： 車床夾具； 銑床夾具。 鏜床夾具 (又稱鏜模 )； 鉆床夾具 (又稱鉆模 )； 磨床夾具； 齒輪機床夾具； 機械制造工程學(xué) 四、夾具的分類： 3.按夾緊動力源分 ： 手動夾具； 電磁夾具； 氣液夾具； 液動夾具； 氣動夾具； 電動夾具； 真空夾具；
7、自緊夾具 (靠切削力本身夾緊 )。 機械制造工程學(xué) 五、夾具的裝夾誤差： 1. 定位誤差： D 由于定位不準(zhǔn)確造成的加工誤差 2. 調(diào)安誤差： T-A 調(diào)整誤差 T和安裝誤差 A的統(tǒng) 稱 。 3. 過程誤差： G 與加工過程中一些因素有關(guān)的加 工誤差。如：受力變形、受熱變 形、磨損等。 通常： D+ T-A+ GT 工件 機械制造工程學(xué) 第二節(jié) 工件的定位原理 一、六點定位原理： 機械制造工程學(xué) 第二節(jié) 工件的定位原理 一、六點定位原理： 我們把用夾具上按一定要求布置的六個定位支 承點與工件的定位基準(zhǔn)相接觸來限制工件的六個自 由度叫做六點定位原理。 必須強調(diào)的是，工件定位以后，防止工件是否 相
8、對于定位元件作反方向移動或轉(zhuǎn)動是屬于夾緊的 問題，不能將定位與夾緊混為一談。 機械制造工程學(xué) 一、六點定位原理： 1. 完全定位：六個自由度全部被限制。 機械制造工程學(xué) 一、六點定位原理： 1. 完全定位：六個自由度全部被限制。 2.不完全定位（部分定位） ： 沒有完全限制工件的六 個自由度 ， 但已能滿足 加工要求的定位 ， 稱為 不完全定位 。 機械制造工程學(xué) 一、六點定位原理： 1. 完全定位：六個自由度全部被限制。 2.不完全定位（部分定位） ： 機械制造工程學(xué) 一、六點定位原理： 1. 完全定位：六個自由度全部被限制。 2.不完全定位（部分定位） ： 機械制造工程學(xué) 一、六點定位原理
9、： 1. 完全定位：六個自由度全部被限制。 2.不完全定位（部分定位） ： 3. 欠定位：根據(jù)加工要求，未能限制應(yīng)該限制的自由度 機械制造工程學(xué) 4.過定位（重復(fù)定位） ： 零件某一個自由度同時由多個定位元件限制。 一、六點定位原理： 機械制造工程學(xué) 4.過定位（重復(fù)定位） ： 零件某一個自由度同時由多個定位元件限制。 一、六點定位原理： 機械制造工程學(xué) 4.過定位（重復(fù)定位） ： 零件某一個自由度同時由多個定位元件限制。 一、六點定位原理： 大多數(shù)情況下，應(yīng)避免過 定位，但在一定條件下也是允 許的。 該條件就是要求工件定位 基準(zhǔn)與夾具定位元件都有較高 的形狀和位置精度。 機械制造工程學(xué) 第三
10、節(jié) 定位方式與定位元件的選擇 工件在夾具中定位時，除了正確運用六點定位原理和合理 選擇定位基面外，還要合理選用定位元件。 各類定位元件結(jié)構(gòu)雖然各不相同，但在設(shè)計時應(yīng)滿足以下 共同要求： 定位工作面精度要求高。如尺寸精度常為 IT6 IT8級， 表面粗糙度 Ra一般為 0.8 0.2 m。 要有足夠的強度和剛度。 定位工作表面要有較好的耐磨性，以便長期保持定位精 度。一般定位元件多采用低碳鋼滲碳淬火或中碳鋼淬火，淬火 硬度為 HRC58 62。 結(jié)構(gòu)工藝性要好，以便于制造、裝配、更換及排屑。 機械制造工程學(xué) 一、工件以平面定位： 固定支承： 機械制造工程學(xué) 固定支承： 可調(diào)支承： 自位支承： 輔
11、助支承： “ 輔助支承 ” 與 “ 可調(diào)支 承 ” 的區(qū)別： 輔助支承是在工件定位后 才參與支承的元件 ， 其高 度是由工件確定的 ， 因此 它不起定位作用 ， 但輔助 支承鎖緊后就成為固定支 撐 ， 能承受切削力 。 一、工件以平面定位： 機械制造工程學(xué) H 2tg2 N 2s in2 DT 二、工件以外圓柱面定位： 定位套： V形塊： 機械制造工程學(xué) 三、工件以圓柱孔定位： 圓柱定位銷： 圓錐定位銷： 定位心軸： 機械制造工程學(xué) 四、工件以圓錐孔定位： 機械制造工程學(xué) 五、定位方式的組合： 一個平面和兩個與其垂直的孔的組合（一面雙銷） 機械制造工程學(xué) 五、定位方式的組合： 一個平面和兩個與
12、其垂直的孔的組合（一面雙銷） 兩孔中心距為： L Tlk/2， 兩銷中心距為： L TlX/2 。兩孔與 兩銷的最小間隙分別是 1min， 2min。 機械制造工程學(xué) 五、定位方式的組合： 一個平面和兩個與其垂直的孔的組合（一面雙銷） 由圖中 AO2B和 AO2 C可得： 222222 ABAOACAO 22 22 22 2 22 2 1 22 bD TTbD m in lxlk 整理后得： 2 222 2 22 4 1 2 1 m i nm i n lxlklxlk D )TT(TTb 去掉式中高階無窮小量后得： lxlk m i n22 TT Db 機械制造工程學(xué) 定位銷的設(shè)計與選?。?0
13、6.080L )7H(12 018.00 孔 已知兩孔尺寸： 確定兩定位銷的尺寸： 1. 確定定位銷中心距及公差： 02.080L 04.0T) 5 1 3 1(T lklx 銷 ?。?2. 確定圓柱銷尺寸及公差： 006.0 017.0)6g(12 6g 7H ，則圓銷尺寸：取配合： 機械制造工程學(xué) 定位銷的設(shè)計與選?。?3. 確定菱形銷的寬度： 查表取： b=4mm 機械制造工程學(xué) 定位銷的設(shè)計與選?。?3. 確定菱形銷的寬度： 查表?。?b=4mm 4. 確定菱形銷尺寸及公差： lxlk m i n22 TT Db 根據(jù)公式： 得： 053.0 12 )04.012.0(4 D TTb
14、2 lxlkm i n2 947.11053.012DddD m i n22m a x2m a x22m i n2 取菱形銷的精度為： g6， Td2=0.011 d2min=d2max-Td2=11.947-0.011=11.936 0 5 3.0 0 6 4.02 12d 機械制造工程學(xué) 五、定位方式的組合： 一個平面和一個與其垂直的孔的組合（一面一銷） 機械制造工程學(xué) 五、定位方式的組合： 兩個相互垂直的平面和一個與其中一個平面垂直的 孔的組合（兩面一銷） 機械制造工程學(xué) 定位分析 如圖為鉆削 連桿大孔工 序的定位簡 圖，根據(jù)六 點定位原理， 試分析各個 定位元件所 限制的自由 度。 練
15、習(xí) 1： 機械制造工程學(xué) 圖 a d分別為連桿 及圓盤鑄件中孔加 工的定位方案。鑄 件兩端面均已加工 過，其余表面未加 工。試分析各定位 方案中，各個定位 元件所消除的自由 度。如果屬于過定 位或欠定位，請指 出可能出現(xiàn)什么不 良后果，并提出改 進方案。 定位分析 練習(xí) 2： 機械制造工程學(xué) 第四節(jié) 定位誤差 定位誤差（ D）是指由于定位不準(zhǔn)而造成某一工序尺 寸或位置要求方面的加工誤差。 定位誤差 基準(zhǔn)位移誤差 ( Y) 基準(zhǔn)不重合誤差 ( B) 一、定位誤差的概念： 零件定位基準(zhǔn)不準(zhǔn)確 夾具上定位元件不準(zhǔn)確 T 3 1 D 機械制造工程學(xué) 舉例： 機械制造工程學(xué) 舉例： 基準(zhǔn)的位移誤差： m
16、 i n1 4321Y TdTD OOOO 基準(zhǔn)不重合誤差： Td21AA 21B Td21TdTD m i n1BYD 機械制造工程學(xué) 結(jié)論： 1.定位誤差只產(chǎn)生在采用調(diào)整法加工一批 零件的條件下 。 2.定位誤差是由于工件定位不準(zhǔn)而產(chǎn)生的 加工誤差 。 表現(xiàn)形式為工序基準(zhǔn)相對加 工面可能產(chǎn)生的最大尺寸或位置的變動 范圍 。 3. D= Y B 機械制造工程學(xué) 二、定位誤差分析計算： 1.以平面定位時的定位誤差： a)基準(zhǔn)不重合誤差 機械制造工程學(xué) 二、定位誤差分析計算： 1.以平面定位時的定位誤差： 對于尺寸 A3： tg)hH(23DA 對于尺寸 A1： 21BA TA tg)hH(21
17、YA 21BA1YA1DA TAtg)hH(2 b)定位基準(zhǔn)位移誤差 機械制造工程學(xué) 二、定位誤差分析計算： 2.以外圓在 V形塊上定位時的定位誤差： 對于尺寸 H1： 機械制造工程學(xué) 二、定位誤差分析計算： 2.以外圓在 V形塊上定位時的定位誤差： 對于尺寸 H1： 111DH OOHH 2s i n2 TD 2s i n AO 2s i n AOOO 2s in2 TD 1DH 或根據(jù)： D= Y+ B 1YH1BH OO0 ， 2s i n2 TD 1YH1DH 機械制造工程學(xué) 二、定位誤差分析計算： 2.以外圓在 V形塊上定位時的定位誤差： DH CCHH 22 2 CO)COOO(C
18、OCOCC D 2 1 CO),TDD( 2 1 CO 2 s i n2 TD OO TD21 2s i n2 TD 2DH 對于尺寸 H2： 機械制造工程學(xué) 二、定位誤差分析計算： 2.以外圓在 V形塊上定位時的定位誤差： 對于尺寸 H3： 333DH KKHH KO)KOOO(KOKOKK )TDD( 2 1 KO,D 2 1 KO 2 s i n2 TD OO TD21 2s i n2 TD 3DH 機械制造工程學(xué) 二、定位誤差分析計算： 3.以內(nèi)孔在圓柱心軸上定位時的定位誤差： 0 Tdd 0 1Td1d 機械制造工程學(xué) 二、定位誤差分析計算： 3.以內(nèi)孔在圓柱心軸上定位時的定位誤差：
19、 0Tdd 0 1Td1d 定位心軸水平放置： 22 12 m a xm i nm i nm a x Y dDdD OOOO )TdTD(21Y 定位心軸垂直放置： m i n m i nm a xY TdTD dD 機械制造工程學(xué) 對于尺寸 H1： 0B )TdTD(21Y1DH 對于尺寸 H2： TD21B Td21BY2DH 對于尺寸 H3： 以定位心軸水平放置時為例： TD21B Td21TDTD21Td21TD21BY3DH 對于尺寸 H4： 1B Td21 )TdTdTD(21Td21)TdTD(21 11BY4DH 二、定位誤差分析計算： 0Tdd 0 1Td1d 3.以內(nèi)孔在圓
20、柱心軸上定位時的定位誤差： 機械制造工程學(xué) 二、定位誤差分析計算： 4.以一面雙銷定位時的定位誤差： 222 TdTD 111 TdTD 基準(zhǔn)位移誤差： 111Y TdTD 轉(zhuǎn)角誤差： L OOOOtg 22111 L2 TdTDTdTDtg 2221111 機械制造工程學(xué) 定位誤差計算 有一批工件，如圖 (a)所示，采用鉆模夾具鉆削工件上 5mm和 8mm兩孔，除保證圖紙尺寸要求外，還要求保證兩孔聯(lián)心線 通過 mm的軸線，其對稱度差為 0.08mm?，F(xiàn)采用如圖 (b)、 (c)、 (d)三種定位方案，若定位誤差不得大于加工允差的 1/2。試問這三種定位方案是否都可行 ( 90 )？ 0 10
21、60 . 練習(xí) 1： 機械制造工程學(xué) 定位誤差計算 對于圖 (b) )mm.(mm. ) s i n ( . ) s i n ( T T s i n T D D D DO 2 1 10020 1 2 90 1 2 10 1 2 1 22 1 2 2 1 )mm.(. ) s i n ( . ) s i n ( T T s i n T D D D DO 2 1 250120 1 2 90 1 2 10 1 2 1 22 1 2 2 ).(mm 2 10800 對稱 機械制造工程學(xué) 定位誤差計算 對于圖 (c) )mm.(mm. ) s i n ( . ) s i n ( T T s i n T
22、D D D DO 2 1 10120 1 2 90 1 2 10 1 2 1 22 1 2 2 1 )mm i ( s i n T D D 2 1 2502 2 2 2 2 ).(mm 2 10800 對稱 機械制造工程學(xué) 定位誤差計算 對于圖 (d) 2 1 250 2 1 10 050 2 10 221 mm. mm. mm. .T D DODO ).(mm. s i n . s i n T D 2 1 080070 2 90 2 10 2 2 對稱 機械制造工程學(xué) 定位誤差計算 從以上分析計算可知，只有圖 (b)定位方案可行， 其定位誤差滿足要求。 機械制造工程學(xué) 定位誤差計算 有一批直
23、徑為 軸類鑄坯零件，欲 在兩端面同時打中 心孔，工件定位方 案如圖所示，試計 算加工后這批毛坯 上的中心孔與外圓 可能出現(xiàn)的最大同 軸度誤差，并確定 最佳定位方案。 0Tdd 練習(xí) 2： 機械制造工程學(xué) 定位誤差計算 圖 (a)、 (b)引起中心孔與外圓 的最大同軸度誤差為： 2 2 sin T d D 圖 (c)引起中心孔與外圓的最大 同軸度誤差為： 圖 (d)引起中心孔與外圓的最大同軸度誤差為： 0 D 2dD T 因此，最佳定位方案為圖 (c)。 機械制造工程學(xué) 第五節(jié) 工件的夾緊 一、夾緊裝置的組成及設(shè)計要求： 1. 夾緊裝置的組成： 夾緊元件： 中間傳力機構(gòu)： a. 改變力的大小，通
24、常為增力機 構(gòu)； b. 改變夾緊力的方向； c. 使夾具具有一定的自鎖性，以 保證夾緊可靠。 動力源： 產(chǎn)生原始的作用力 執(zhí)行夾緊的最終元件 ， 直接與工件接觸 。 中 間 傳 力 機 構(gòu) 機械制造工程學(xué) 一、夾緊裝置的組成及設(shè)計要求： 2.設(shè)計要求： 夾緊應(yīng)有助于定位，不能破壞定位； 夾緊可靠、可調(diào)，應(yīng)保證工件在加工過程中不發(fā)生位置變動 和振動； 夾緊產(chǎn)生的工件變形應(yīng)在允許的范圍之內(nèi)； 夾緊裝置操作應(yīng)安全、方便、省力，結(jié)構(gòu)應(yīng)簡單合理，便于 制造； 手動夾緊時，應(yīng)有自鎖性能。 機械制造工程學(xué) 二、夾緊力的確定： 1.夾緊力的方向： a. 夾緊力的方向應(yīng)不破壞工件定位的準(zhǔn)確性和可靠性 b. 夾緊
25、力的方向應(yīng)有利于減小夾緊力 夾緊力 最小 夾緊力 最大 夾緊力 次之 機械制造工程學(xué) 二、夾緊力的確定： 1.夾緊力的方向： a. 夾緊力的方向應(yīng)不破壞工件定位的準(zhǔn)確性和可靠性 b. 夾緊力的方向應(yīng)有利于減小夾緊力 機械制造工程學(xué) 2.夾緊力的作用點： a. 作用點應(yīng)保持工件的穩(wěn)定，不能使工件產(chǎn)生位移或偏轉(zhuǎn) b. 作用點應(yīng)位于工件剛性較好的部位 c. 夾緊力應(yīng)盡可能靠近工件上被加工面，必要時應(yīng)加輔助支承 d. 夾緊力應(yīng)使夾具本身變形小 二、夾緊力的確定： 機械制造工程學(xué) F 摩擦系數(shù) f1 3.夾緊力的大小： WKW 0 式中： W0：實際夾緊力； W：理論夾緊力； K：安全系數(shù)。粗加工時 K
26、=2.53，精加工時 K=1.52 121 Gf)ff(WF 如右圖所示 : 21 1 0 ff )GfF(KKWW 摩擦系數(shù) f2 二、夾緊力的確定： 機械制造工程學(xué) 三、典型夾緊機構(gòu)： 1.斜楔夾緊機構(gòu)： 特點： 有自鎖性。通常斜角 =6 8 有增力作用。增力比為 i=2 5。 能改變夾緊力的方向。 夾緊行程小。 機械制造工程學(xué) 三、典型夾緊機構(gòu)： 2.螺旋夾緊機構(gòu)： 機械制造工程學(xué) 三、典型夾緊機構(gòu)： 2.螺旋夾緊機構(gòu)： 特點： 自鎖性好，可靠性高。 增力比大。 i=65140 多為手動操作，通常使用快速裝夾結(jié)構(gòu)提高工件安 裝速度。 結(jié)構(gòu)簡單，應(yīng)用廣泛。 機械制造工程學(xué) 三、典型夾緊機構(gòu)
27、： 3.偏心夾緊機構(gòu)： 特點： 自鎖差，一般用于切削負(fù)荷不大的場合。 有增力作用。增力比為 i=12 14。 夾緊迅速。 夾緊行程小。 很少單獨直接作用于工件，通常與其他元件 聯(lián)合使用。如：偏心壓板機構(gòu)。 機械制造工程學(xué) 第六節(jié) 各類機床夾具特點 一、鉆床夾具 1. 組成： 鉆模板、鉆套、定位元件、夾緊裝置、鉆模體 2. 鉆套： 3. 鉆套尺寸： 內(nèi)徑： d=刀具的外徑?；S制 F7/h6， G6/h5。 高度： H=(1.52)d（一般） H=(2.53.5)d（高精度） 鉆套與工件間的距離： h=(0.30.7)d（鑄鐵） h=(0.71.5)d（鋼材） 機械制造工程學(xué) 幾種常見的鉆模： 機械制造工程學(xué) 1. 組成： 導(dǎo)向支架、鏜套、定位元件、夾緊裝置、鏜模體 2. 鏜套： 3. 類型： 二、鏜床夾具： 機械制造工程學(xué) 1. 組成： 定位元件、夾緊裝置、對刀塊、連接元件、夾具體 2. 連接元件： 3. 對刀裝置： 三、銑床夾具： 機械制造工程學(xué) 本 章 作 業(yè) 第八章 習(xí) 題：四 -3 五 -4
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