《机械制造工艺及工装设计》学习指导(3)

(2)定位键和对刀装置

①定位键用于快速确定夹具在铣床工作台上的正确位置；定位键安装在夹具底面的纵向槽中，一般使用两个，用开槽圆柱头螺钉固定。定位键有矩形和圆形两种，常用定位键的断面为矩形。对于位置精度要求高的夹具，常不设置定位键，而用找正的方法安装夹具

②对刀装置用于快速确定夹具与刀具的相对位置。对刀装置由对刀块和塞尺组成，对刀装置的结构形式取决于加工表面的形状。 4．镗床夹具（镗模）

(1)结构特点：镗床夹具安装在镗床工作台上，通过镗套引导镗杆进行加工，主要用于加工箱体或支座类零件上精度较高的孔或孔系。若采用双支承引导，其镗孔精度不受机床精度影响，用于加工精密孔或孔系。

应用镗床夹具可以加工出有较高精度要求的内孔或孔系，广泛用于镗床和组合机床上，也可通过使用镗床夹具来扩大车床、摇臂钻床的加工范围。

(2)镗模支架(导向支架)：

? 单支承引导（单支承前引导、单支承后引导）：镗杆与主轴刚性联接，镗杆一端直接插入机床主轴的莫氏锥孔中，并通过调整使主轴轴线与镗套轴线重合。

? 双支承引导（前后支承引导、双支承后引导）：镗杆与主轴浮动联接，镗孔的位置精度主要取决于镗模支架上镗套位置的精度，而不受机床精度的影响。

(3)镗套

①固定式镗套：镗杆在镗套内一边转动，一边作轴向移动，外形尺寸小，结构简单、导向精度高，但镗套易磨损，故只适用于低速镗孔（线速度?18m/min）。

②回转式镗套：镗套随镗杆一起转动，与镗杆之间只有相对移动而无相对转动。这种镗套大大减少了磨损，也不会因摩擦发热而“卡死”。因此，它适合于高速镗孔（线速度?18m/min）。回转式镗套可分为滑动镗套和滚动镗套两种，而滚动镗套又分为外滚式镗套和内滚式镗套。(4)镗杆

①镗杆直径：d =(0.6~0.8)D，加工小孔时取大值，加工大孔时取小值，一般取中间值

②镗杆导向结构：开有油槽的导向、开有直槽（类似于铰刀齿形槽）的导向、开有螺旋槽（类似于扩孔钻齿形槽）的导向、镶有镶块的导向

③镗杆引入镗套的方式：

? 对于镗杆：螺旋导向槽，如右下图所示 ? 对于镗套：引刀槽+尖头键（或勾头键），如左下图所示 ④镗杆与主轴的连接：多支承时采用“浮动卡头”

六、专用夹具设计方法

1．专用夹具基本要求

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（1）能够保证工件的加工精度要求。 （2）能够提高机械加工的生产效率。 （3）能够降低工件的生产成本。 （4）夹具的操作要方便、安全。

（5）尽可能提高夹具元件的通用化和标准化程度。

（6）具有良好的结构工艺性，以便于夹具的制造、使用和维修。 2．专用夹具设计步骤 （1）设计准备

① 分析研究被加工零件的零件图、工序图、工艺规程等文件，了解零件的作用、形状、结构特点、材料和本工序的加工要求、切削用量和所使用的工艺基准及所使用的工艺装备，对设计任务书所提出的要求进行可行性研究，以便发现问题，及时与工艺人员进行磋商。

② 收集有关资料，包括所使用机床的技术参数，所使用刀具、量具的规格，夹具零部件的国家标准、行业标准和企业标准，夹具设计资料（图册和设计手册），工厂的生产组织、制造工艺及制造水平等。

（2）方案设计

① 确定夹具的类型。 ② 定位设计。

③ 确定工件的夹紧方式，选择合适的夹紧装置。 ④ 确定刀具的对刀导向方案。 ⑤ 确定夹具与机床的连接方式。

⑥ 确定其它元件和装置的结构形式，如定位键、分度装置和靠模装置等。 ⑦ 确定夹具总体布局和夹具体的结构形式。 ⑧ 绘制夹紧方案设计图。 （3）分析计算

① 定位误差、加工精度分析；

② 对动力夹紧装置进行夹紧力验算；

③ 当夹具有多个方案时可进行经济分析，取效益高的方案。 （4）审核

① 夹具的标志是否完整、夹具的搬运是否方便。 ② 夹具与机床的连接是否牢固和正确。 ③ 定位元件是否可靠和精确。 ④ 夹紧装置是否安全和可靠。 ⑤ 工件的装卸是否方便。

⑥ 夹具与有关刀具、辅具等之间的协调关系是否良好。 ⑦ 加工过程中切屑的排除是否良好。 ⑧ 操作的安全性是否可靠。

⑨ 加工精度能否符合工件图样所规定的要求。 ⑩ 生产率能否达到工艺要求。

①①夹具是否具有良好的结构工艺性扣经济性。 ①②夹具的标准化审核。 （5）夹具总装配图的设计 ① 尽量选用1：1的比例。

② 尽可能选择面对操作者的方向作为主视图。

③ 总图应把夹具的工作原理、结构和各种元件间的装配关系表达清楚。

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④ 用双点划线绘制工件外形轮廓、定位基准面、夹紧表面和加工表面。待加工表面的加工余量可用网格线或粗实线表示。在总图中，工件可看作透明体，不遮挡后面的线条。

⑤ 合理标注尺寸、公差和技术要求 ⑥ 合理选择材料

3．夹具总图的五类尺寸和四类技术要求 （1）五类尺寸

① 夹具外形的最大轮廓尺寸； ② 工件与定位元件间的联系尺寸；

③ 对刀或导向元件与定位元件之间的联系尺寸； ④ 夹具与机床联系部分的联系尺寸； ⑤ 夹具内部的配合尺寸。 （2）四类技术要求

① 定位元件之间的位置要求；

② 定位元件与连接元件和（或）夹具体底面的相互位置要求； ③ 导引元件和和（或）夹具体底面的相互位置要求； ④ 导引元件与定位元件间的相互位置要求。 （3）公差值确定

① 夹具上的尺寸公差和角度公差取工件上对应尺寸角度公差的1/2～1/5。 ② 夹具上的位置公差取工件上对应位置公差的1/2～1/3。

③ 工件尺寸为末注公差的加工面时，夹具尺寸公差取±0.1mm。

④ 工件尺寸为未注形位公差的加工面时，按GB1184中7、8级精度的规定选取。

第三部分 计算与分析

一、工艺尺寸链计算

实例1：参考教材图4.25(P173-174) 实例2：参考教材图4.26(P174-175)

二、定位误差分析与计算

1．基本概念

(1)定位误差△D(△dw)：工件在夹具上(或机床上)定位不准确而引起的加工误差称之为定位误差。其大小等于按调整法加工一批工件而定位时工序尺寸的最大变动量。定位误差来源于两个方面：基准不重合误差和基准位移误差。

(2)基准不重合误差△B(△Jb)：因工序基准与定位基准不重合(原因)，用调整法加工一批工件时(条件)，引起工序基准相对定位基准在工序尺寸方向上的最大变动量 (结果)，称为基准不重合误差。

若把工序基准与定位基准之间的联系尺寸称之为“定位尺寸”，则△B就是定位尺寸的公差在工序尺寸方向上的投影（或者说定位尺寸的最大变动量在工序尺寸方向上的投影）。

注意：基准不重合误差中的工序基准和定位基准都是针对工件而言的，与定位元件无关； (3)基准位移误差△Y(△Jw)：因定位副制造不准确(原因)，用调整法加工一批工件时(条件)，引起工序基准在工序尺寸方向上的最大变动量(结果)，称为基准位移误差。（或者说工序基准位置的最大变动量在工序尺寸方向上的投影）。

基准位移误差可以划分为两类：工件定位表面制造不准确引起的基准位移误差和夹具定位元件表面制造不准确引起的基准位移误差。

注意：在基准位移误差计算中，工序基准的变动是因为定位基准的变动而引起的。所以有学者

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认为：基准位移误差是指定位基准在工序尺寸方向上的最大变动量。

2．实例分析

实例3：如图所示，采用V形块(α=90°)定位铣键槽，试计算工序尺寸H1、H2和H3的定位误差。 解：

1．H1工序尺寸（工序基准是工件外圆中心线，定位基准是工件外圆左右45?下母线） (1) 综合法：

在图示极限情况下，H1尺寸的最大变动量△D1=H1max-H1min=O1O2

因sin(α/2)=BO2/O1O2，则O1O2=BO2/sin(α/2)，故△D1=(dmax/2-dmin/2)/sin(α/2)=Td/(2sin(α/2)) (2) 分解法：

①基准不重合误差：

工序基准相对于定位基准的最大变动量：O1A1-O2A2=BO2 BO2在加工尺寸方向上的投影：BO2cos(90°-α/2)=(Td/2)sin(α/2) ②基准位移误差：

工序基准的最大位移：A1A2=O1B=BO2/tg(α/2)=(Td/2)/tg(α/2) O1B在加工尺寸方向上的投影：(Td/2)/tg(α/2) ? cos(α/2) ③两项叠加：

Td2sin?2?Td2tan?2cos?2Tdsin?2sin2?2?Tdcos2sin2?2?Td(sin2?2?cos2?2)?Td2sin?2?22sin?2?2

dmax dmin E1 H3min △D3 H2min A2 A1 H1max H1min E2 O1 B O2 C1 C2 △D1 α 2．H2工序尺寸（工序基准是工件外圆下母线，定位基准是工件外圆左右45?下母线） (1)综合法：

在图示极限情况下，H2尺寸的最大变动量△D2=H2max-H2min=C1C2 因为C1C2=O1C2- O1C1= O1O2+ O2C2- O1C1=

Td2sin?2?dmin2△D2 ?dmax2所以△D2=

Td2(1sin?2?1)

(2)分解法：

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H2max

H3max ①基准不重合误差：

因为工序基准相对于定位基准的最大变动量：A1C1- A2C2 所以在加工尺寸方向上的投影：(A1C1- A2C2)sin[90°-(45?+α/4)]

T?结果： d(1?sin)（学生练习）

22②基准位移误差： 与H1工序尺寸相同

Tdcos2?2

结果：(Td/2)/tg(α/2) ? cos(α/2)=

2sin?2③两项叠加（相减）：

Tdcos2?△D2=

2sin2-Td(1?sin?)

?2222=

Td2cos(sin?2?sin??1)?Td(?222cos2?2sin?sin2?2?1)?Td(21sin?2?2?1)

3．H3工序尺寸（学生练习）

实例4：如图所示，在用V形块(α=90°)定位加工内孔的五种定位方案中，计算各尺寸的定位误差（不考虑夹具元件不准确带来的基准位移误差）。

d?Td/2 h3

h2 O O O

O1 O1 O1

α

(a) (b) (c)

h5

O1 O O O1

(d) (e)

解：

（a）h1工序尺寸

h1

h4 15

由实例3图可知，h1尺寸的最大变动量为△D2，则有

△Dh1=△D2=H2max-H2min=C1C2 =O1C2-O1C1= O1O2+O2C2-O1C1=

Td2sin?2?d?Td/22?d?Td/22

????Td1?? =

??2??1??sin2??（b）h2工序尺寸

△Dh3=0 （c）h3工序尺寸

△Dh3=

d?Td/22?d?Td/22=Td/2

（d）h4工序尺寸

由实例3图可知，h4尺寸的最大变动量为△D3，则有

△Dh4=△D3=H3max-H3min=E1E2 =O2E1-O2E2= O1O2+O1E1-O2E2=

Td2sin?2?d?Td/22?d?Td/22

??Td1?1?=

?2?sin?2???????

（e）h5工序尺寸

△Dh5=0

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