第2章 工件的裝夾及夾具設(shè)計(jì)基礎(chǔ)

第2章工件的裝夾與夾具設(shè)計(jì)基礎(chǔ)2.1工件的裝夾方法與定位原理2.2常見(jiàn)定位方式和定位元件2.3定位誤差2.4工件的夾緊2.5數(shù)控機(jī)床夾具介紹2.6組合夾具簡(jiǎn)介習(xí)題

2.1工件的裝夾方法與定位原理

2.1.1工件裝夾的方法1．找正法（1）劃線找正法。如圖2－1所示，劃線找正法是用劃針根據(jù)毛坯或半成品上所劃的線為基準(zhǔn)找正它在機(jī)床上的正確位置的一種裝夾方法。劃線找正法定位精度較低，一般在0.2～0.5mm之間，因?yàn)閯澗€本身有一定的寬度，劃線又存在劃線誤差。劃線找正法廣泛用于單件小批生產(chǎn)中，尤其適用于形狀復(fù)雜而笨重的工件，或毛坯的尺寸公差很大、無(wú)法采用夾具裝夾的工件。（2）直接找正法。如圖2－2所示，直接找正法是用劃針或儀表直接在機(jī)床上找正工件位置的裝夾方法。例如，用千分表找正套筒零件的外圓，使被加工的內(nèi)孔與外圓同軸。直接找正法生產(chǎn)率較低，對(duì)工人的技術(shù)水平要求高，一般只用于單件小批生產(chǎn)中。圖2-1劃線找正法

圖2-2直接找正法

2．用夾具裝夾夾具是用以裝夾工件（和引導(dǎo)刀具）的裝置。圖2-3是銑軸端槽用夾具裝夾示例。本工序要求保證槽寬、槽深和槽兩側(cè)面對(duì)軸心線的對(duì)稱(chēng)度。工件分別以外圓和一端面在V形塊1和定位套2上定位，轉(zhuǎn)動(dòng)手柄3，偏心輪推動(dòng)活動(dòng)V形塊夾緊工件。夾具與夾具體5的底面及安裝在夾具體上的兩個(gè)定向鍵4與銑床工作臺(tái)面、T形槽配合，并固定于機(jī)床工作臺(tái)上，這樣夾具相對(duì)于機(jī)床占有確定的位置。刀具通過(guò)對(duì)刀塊6及塞尺調(diào)整位置，使其相對(duì)于夾具占有確定的位置。用夾具裝夾能使工件迅速獲得正確位置，定位精度高而穩(wěn)定。用精基準(zhǔn)定位時(shí)，工件的定位精度一般可達(dá)0.01mm。夾具裝夾工件廣泛用于成批大量生產(chǎn)。圖2-3銑軸端槽夾具

2.1.2工件定位的基本原理1．

六點(diǎn)定位原理

圖2-4工件在空間的六個(gè)自由度

圖2-5工件的六點(diǎn)定位

2．六點(diǎn)定位原理的應(yīng)用（1）完全定位。工件的六個(gè)自由度全部被夾具中的定位元件所限制，工件在夾具中占有完全確定的惟一位置，這種定位情況稱(chēng)為完全定位。

（2）不完全定位。根據(jù)工件加工表面的不同加工要求，定位支承點(diǎn)的數(shù)目可以少于六個(gè)。有些自由度對(duì)加工要求有影響，有些自由度對(duì)加工要求無(wú)影響，只要分布與加工要求有關(guān)的支承點(diǎn)，就可以用較少的定位元件達(dá)到定位的要求，這種定位情況稱(chēng)為不完全定位。不完全定位是允許的，下面舉例說(shuō)明。五點(diǎn)定位如圖2-6所示。

圖2-6五點(diǎn)定位示例(a)工件；(b)工件在夾具中的定位

圖2-7四點(diǎn)定位示例(a)工件；(b)工件在夾具中的定位

（3）欠定位。按照加工要求應(yīng)該限制的自由度沒(méi)有被限制的定位稱(chēng)為欠定位。欠定位是不允許的，因?yàn)榍范ㄎ槐ＷC不了加工要求。如銑削圖2-8所示零件上的通槽。

圖2-8限制自由度與加工要求的關(guān)系

（4）過(guò)定位。工件的一個(gè)或幾個(gè)自由度被不同的定位元件重復(fù)限制的定位稱(chēng)為過(guò)定位。如圖2-9所示的連桿定位方案。圖2-9連桿定位方案

3．定位與夾緊的關(guān)系定位與夾緊的任務(wù)是不同的，兩者不能互相取代。若認(rèn)為工件被夾緊后，其位置不能動(dòng)了，因此自由度都已限制了，這種理解是錯(cuò)誤的。圖2-10所示為定位與夾緊的關(guān)系圖，工件在平面支承1和兩個(gè)長(zhǎng)圓柱銷(xiāo)2上定位，工件放在實(shí)線和虛線位置都可以?shī)A緊，但是工件在x方向的位置不能確定，鉆出的孔其位置也不確定（出現(xiàn)尺寸A1和A2）。只有在x方向設(shè)置一個(gè)擋銷(xiāo)，才能保證鉆出的孔在x方向獲得確定的位置。另一方面，若認(rèn)為工件在擋銷(xiāo)的反方向仍然有移動(dòng)的可能性，因此位置不確定，這種理解也是錯(cuò)誤的。定位時(shí)，必須使工件的定位基準(zhǔn)緊貼在夾具的定位元件上，否則不稱(chēng)其為定位；而夾緊則使工件不離開(kāi)定位元件。

圖2-10定位與夾緊關(guān)系圖

2.2常見(jiàn)定位方式和定位元件

表2－1常見(jiàn)定位元件及定位方式

表2－1常見(jiàn)定位元件及定位方式

表2－1常見(jiàn)定位元件及定位方式

表2－1常見(jiàn)定位元件及定位方式

表2－1常見(jiàn)定位元件及定位方式

1.工件以平面定位1)主要支承主要支承是能限制自由度起定位作用的支承，它又分固定支承、可調(diào)支承和自位支承。(1)固定支承。固定支承有支承釘和支承板兩種形式。圖2-11所示為支承釘，一個(gè)支承釘相當(dāng)于一個(gè)支承點(diǎn)，限制一個(gè)自由度。圖2-11(a)所示為平頭支承釘，與工件接觸面積大，用于精基準(zhǔn)定位；圖2-11(b)所示為球頭支承釘，用于粗基準(zhǔn)定位；圖2-11(c)所示為齒紋頭支承釘，用于側(cè)面定位，

以增大摩擦系數(shù)。

圖2-11支承釘（a）

平頭支承釘；（b）

球頭支承釘；（c）

齒紋頭支承釘

精基準(zhǔn)為較大平面，為使工件定位穩(wěn)定，多采用如圖2-12所示的支承板定位。一個(gè)短支承板可抽象為一個(gè)支承點(diǎn)，限制一個(gè)自由度；一個(gè)長(zhǎng)支承板可視為兩個(gè)支承點(diǎn)，限制兩個(gè)(一個(gè)移動(dòng)，個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng))自由度。其中A型結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但不易清除切屑，用于定位基準(zhǔn)為側(cè)平面時(shí)的定位；B型結(jié)構(gòu)清除切屑方便，克服了A型的不足，可用于基面為底面時(shí)的定位。

圖2-12支承板

(2)可調(diào)支承。當(dāng)工件的定位基面尺寸、形狀變化較大時(shí)，常用如圖2-13所示的可調(diào)支承定位?？烧{(diào)支承頂面位置可在一定范圍內(nèi)調(diào)整，

但對(duì)一批工件一般只調(diào)一次。

圖2-13可調(diào)支承

(3)自位支承(又稱(chēng)浮動(dòng)支承)。自位支承的特點(diǎn)是具有幾個(gè)支承點(diǎn)。這些支承點(diǎn)在工件定位過(guò)程中能隨著工件定位基準(zhǔn)面位置的變化而自動(dòng)與之適應(yīng)。盡管每一自位支承與工件可能不止一點(diǎn)接觸，但實(shí)際上只能限制一個(gè)自由度，即只能起到一個(gè)支承點(diǎn)的作用。夾具設(shè)計(jì)中，為使工件支承穩(wěn)定，或?yàn)楸苊膺^(guò)定位，常采用自位支承。圖2-14(a)、(b)所示為杠桿浮動(dòng)二點(diǎn)式自位支承，圖2-14(c)所示為三點(diǎn)式自位支承。

圖2-14自位支承(a)、(b)二點(diǎn)式自位支承；(c)三點(diǎn)式自位支承

2）輔助支承輔助支承是指由于工件形狀、夾緊力、切削力和工件重力等原因，可能使工件在定位后還產(chǎn)生變形或定位不穩(wěn)，為了提高工件的裝夾剛性和穩(wěn)定性而增設(shè)的支承。因此，輔助支承只能起提高工件支承剛性的輔助定位作用，而不起限制自由度的作用，更不能破壞工件的原有定位。

2.工件以圓孔定位工件以圓孔定位時(shí)，常用的定位元件有定位銷(xiāo)、圓柱心軸和圓錐銷(xiāo)。(1)定位銷(xiāo)。如表2-1所示，定位銷(xiāo)分為短銷(xiāo)和長(zhǎng)銷(xiāo)。短銷(xiāo)只能限制兩個(gè)移動(dòng)自由度，而長(zhǎng)銷(xiāo)除限制兩個(gè)移動(dòng)自由度外，還可限制兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)自由度。(2)圓柱心軸。圓柱心軸定位有間隙配合和過(guò)盈配合兩種。間隙配合拆卸方便，但定心精度不高；過(guò)盈配合定心精度高，不需夾緊，但裝拆工件不方便。(3)圓錐銷(xiāo)。采用圓錐銷(xiāo)定位時(shí)，圓錐銷(xiāo)與工件圓孔的接觸線為一個(gè)圓，限制了工件的三個(gè)移動(dòng)自由度。

3.工件以外圓柱面定位工件以外圓柱面定位時(shí)的定位元件有支承板、V形塊、定位套、半圓孔襯套、錐套和三爪自動(dòng)定心卡盤(pán)等形式，最常見(jiàn)的是V形塊和三爪自動(dòng)定心卡盤(pán)。V形塊的優(yōu)點(diǎn)是對(duì)中性好，可以使工件的定位基準(zhǔn)軸線保持在V形塊兩斜面的對(duì)稱(chēng)平面上，而且不受工件直徑誤差的影響，安裝方便。V形塊有窄V形塊、寬V形塊和兩個(gè)窄V形塊組合等三種結(jié)構(gòu)形式。窄V形塊定位限制工件的兩個(gè)自由度；寬V形塊或兩個(gè)窄V形塊組合定位限制工件的四個(gè)自由度。三爪自動(dòng)定心卡盤(pán)能夠自動(dòng)將工件的軸線確定在要求的位置上。

4.工件以一面兩孔定位如圖2-15所示，一面兩孔定位是機(jī)械加工過(guò)程中最常用的定位方式之一，即以工件上的一個(gè)較大平面和平面上相距較遠(yuǎn)的兩個(gè)孔組合定位。平面支承限制、和三個(gè)自由度，一個(gè)圓柱銷(xiāo)限制和兩個(gè)自由度，另一個(gè)圓柱銷(xiāo)限制z自由度。為保證工件能夠順利安裝，第二個(gè)銷(xiāo)通常采用削邊銷(xiāo)結(jié)構(gòu)（參考表2-2）。削邊銷(xiāo)與孔的最小配合間隙Xmin可由下式計(jì)算：(2-1)圖2-15一面兩孔定位

表2-2削邊銷(xiāo)結(jié)構(gòu)尺寸

2.3定

位

誤

差

2.3.1定位誤差的產(chǎn)生1．基準(zhǔn)不重合誤差工件的定位基準(zhǔn)與設(shè)計(jì)基準(zhǔn)不重合時(shí)產(chǎn)生的加工誤差稱(chēng)為基準(zhǔn)不重合誤差，用ΔB表示。如圖2-16所示，在一批工件上銑槽，要求保證尺寸A、H。按圖2-16(b)所示方式定位，定位基準(zhǔn)與設(shè)計(jì)基準(zhǔn)E、M重合，ΔB＝0。按圖2-16(c)所示方式定位，定位基準(zhǔn)與設(shè)計(jì)基準(zhǔn)E不重合，它們間的尺寸為，工序尺寸對(duì)于定位基準(zhǔn)的相對(duì)位置將在尺寸L和L－δL范圍內(nèi)變動(dòng)，變動(dòng)的最大值即為公差δL。因此，基準(zhǔn)不重合誤差的大小等于定位基準(zhǔn)與設(shè)計(jì)基準(zhǔn)之間的尺寸公差，即(2-2)圖2-16基準(zhǔn)不重合誤差

2．定位基準(zhǔn)位移誤差由定位副的制造誤差和間隙引起定位基準(zhǔn)位置的變動(dòng)量稱(chēng)為定位基準(zhǔn)位移誤差，用ΔY表示。圖2-17(a)所示為在一批工件圓柱面上銑槽，保證尺寸A和B。工件以?xún)?nèi)孔在水平軸上定位，其設(shè)計(jì)基準(zhǔn)和定位基準(zhǔn)都是內(nèi)孔軸線，基準(zhǔn)重合，沒(méi)有基準(zhǔn)不重合誤差。但由于工件內(nèi)孔和心軸有制造誤差和最小配合間隙，使定位孔中心的實(shí)際位置發(fā)生位移，因而這樣加工出的一批零件的尺寸A也將在一定范圍內(nèi)變化，這種誤差就是定位基準(zhǔn)位移誤差，其大小為定位基準(zhǔn)的最大變動(dòng)范圍，

即

ΔY=Amax-Amin(2-3)式中：Amax為最大工序尺寸；Amin為最小工序尺寸。

圖2-17基準(zhǔn)位移誤差

因此，定位誤差ΔD為上述兩方面的矢量和，即

(2-4)式中的和是有方向的。如果ΔB、ΔY方向相同（或相反）且與加工尺寸線方向平行（相一致），則兩項(xiàng)可以直接相加（或相減）；如果ΔB、ΔY方向與加工面的尺寸線方向不平行（即不一致），則需將ΔB、ΔY投影到加工尺寸線方向來(lái)計(jì)算。2.3.2定位誤差的分析與計(jì)算

1．工件以外圓柱面在V形塊上定位時(shí)的定位誤差工件以外圓柱面在V形塊中定位，如圖2-18所示。由于工件定位面外圓直徑有公差δD，因而對(duì)一批工件而言，當(dāng)直徑由最小D－δD變到最大D時(shí)，工件中心（即定位基準(zhǔn)）將在V形塊的對(duì)稱(chēng)中心平面內(nèi)上下偏移，左右不發(fā)生偏移，即工件中心由O1變到O2，其變化量O1O2（即ΔY）可按圖中的幾何關(guān)系推出：在Rt△AO1O2中：

因?yàn)?/p>

所以

圖2-18工件以外圓柱面上的Ｖ形塊上定位工件以外圓柱面在V形塊上定位的基準(zhǔn)不重合誤差ΔB與設(shè)計(jì)基準(zhǔn)的位置有關(guān)。圖2-19所示為三種不同的設(shè)計(jì)基準(zhǔn)，現(xiàn)分別介紹其定位誤差。圖2-19工件以外圓柱面在V形塊上定位的誤差分析

圖2-19(a)所示為設(shè)計(jì)基準(zhǔn)與定位基準(zhǔn)重合的情況，其基準(zhǔn)不重合誤差ΔB＝0，其定位誤差為

(2-6)圖2-19(b)中設(shè)計(jì)基準(zhǔn)a與定位基準(zhǔn)O1不重合，除含有定位基準(zhǔn)位移誤差ΔY外，還有基準(zhǔn)不重合誤差ΔB。從圖2-19(b)可以看出，假定定位基準(zhǔn)O1不動(dòng)，當(dāng)工件直徑由最小D－δD變到最大D時(shí)，設(shè)計(jì)基準(zhǔn)a的變化量為δD/2，這就是ΔB的大小，其方向由a到a′，與定位基準(zhǔn)O1變到O2的方向相同，故其定位誤差ΔD是二者之和，即(2-7)圖2-19(c)所示為設(shè)計(jì)基準(zhǔn)b與定位基準(zhǔn)O1不重合的另一種情況。從圖2-19(b)可以看出，當(dāng)工件直徑由最小D－δD變到最大D時(shí)，設(shè)計(jì)基準(zhǔn)b的變化量仍為δD/2，但其方向由b到b′，與定位基準(zhǔn)O1變到O2的方向相反，故其定位誤差ΔD是二者之差，

即

(2-8)顯然，α越大，ΔD越小。但α太大時(shí)，V形塊的對(duì)中性差。當(dāng)α=90°時(shí)(2-9)

因此，當(dāng)α=90°時(shí)，若設(shè)計(jì)基準(zhǔn)為外圓上母線，則其定位誤差為

(2-10)當(dāng)α=90°時(shí)，若設(shè)計(jì)基準(zhǔn)為工件的軸心線，則其定位誤差為

(2-11)當(dāng)α=90°時(shí)，若設(shè)計(jì)基準(zhǔn)為外圓下母線，則其定位誤差為(2-12)

例2-1用α=90°的V形塊定位銑軸上的鍵槽（如圖2－20所示），計(jì)算定位誤差。若不考慮其它誤差，判斷其加工精度能否滿(mǎn)足加工要求？

解

ΔD=0.207δD=0.207×0.12=0.025因?yàn)棣為0.025mm，遠(yuǎn)小于工件尺寸公差0.25mm，

所以能夠滿(mǎn)足加工要求。

圖2-20銑鍵槽

例2-2在外圓柱面上銑互相垂直的兩個(gè)平面（如圖2-21所示）。已知d1=￠250-0.021，d2=￠400-0.025，兩外圓柱面的同軸度為￠0.02mm，V形塊夾角α=90°，加工工序尺寸為H=350-0.17，L=30+0.150，試計(jì)算其定位誤差，并分析其定位精度。

解按題意，工件的定位基準(zhǔn)為d1外圓柱中心線，尺寸H的工序基準(zhǔn)為d2外圓柱下母線，尺寸L的工序基準(zhǔn)為d2外圓柱左邊母線，都與定位基準(zhǔn)不重合。同軸度可標(biāo)注為e=0±0.01。下面分別求兩個(gè)尺寸的定位誤差。圖2-21銑互相垂直的兩個(gè)平面

(1)工序尺寸H。以d1外圓柱中心線為定位基準(zhǔn)在V形塊上定位，基準(zhǔn)位移誤差ΔY為定位基準(zhǔn)與設(shè)計(jì)基準(zhǔn)間的尺寸（定位尺寸）由同軸度和d2外圓柱半徑d2/2組成，故基準(zhǔn)不重合，誤差ΔB為二者公差之和，

即

工序尺寸H的定位誤差為

ΔDH=ΔB+ΔY=0.0148+0.0325=0.0473mm(2)工序尺寸L。L尺寸是水平方向的。因V形塊是對(duì)中元件，d1外圓柱的中心線一定在V形塊對(duì)稱(chēng)平面上，故沒(méi)有水平方向的基準(zhǔn)位移誤差，

即

ΔYL=0定位尺寸也由e和d2/2組成，故基準(zhǔn)不重合誤差與H尺寸相同，

即

ΔBL=ΔBH=0.0325mm工序尺寸L的定位誤差為

ΔDL=ΔBL+ΔYL=0.0325mm(3)定位精度。H與L尺寸的定位誤差均小于工序尺寸公差值的1/3，即0.0473＜0.17/3；0.0325＜0.15/3,故定位精度能夠保證加工要求，

定位方案是可行的。

2．工件以圓孔在心軸上定位時(shí)的定位誤差（1）心軸水平放置，如圖2-22所示，工件因自重始終靠在孔的下邊，即單邊接觸。ΔY僅反映在徑向，單邊向下，因此式中：D為孔徑；δD為孔的公差；d為心軸直徑；δd為心軸直徑的公差；Δ間為孔與軸配合應(yīng)有的最小間隙。

其中最小間隙Δ間可在調(diào)整刀具時(shí)預(yù)先清除。因此，心軸（定位銷(xiāo)）水平放置時(shí)

(2-13)圖2-22心軸水平放置（2）心軸垂直放置。如圖2-23所示，因?yàn)闊o(wú)法預(yù)測(cè)間隙偏向哪一邊，定位基準(zhǔn)孔在任何方向都可作雙向移動(dòng)，故其最大位移量（即ΔY）較心軸水平放置時(shí)大一倍，即

(2-14)因?yàn)樾妮S垂直放置（雙邊接觸）與水平放置（單邊接觸）不同，Δ間（最小間隙）無(wú)法在調(diào)整刀具時(shí)預(yù)先清除補(bǔ)償，所以必須考慮Δ間的影響。

圖2-23心軸垂直放置

3．工件以一面兩孔組合定位時(shí)的定位誤差工件以一面兩孔組合定位時(shí)的定位誤差也是由基準(zhǔn)位移誤差和基準(zhǔn)不重合誤差組成的，下面先討論基準(zhǔn)位移誤差，然后根據(jù)具體例子來(lái)計(jì)算定位誤差。工件以一面兩孔組合定位時(shí)的基準(zhǔn)位移誤差包括兩類(lèi)，見(jiàn)圖2-24，即沿平面內(nèi)任意方向的基準(zhǔn)位移誤差ΔY和基準(zhǔn)轉(zhuǎn)角誤差Δθ/2。

圖2-24工件以一面兩孔組合定位時(shí)的誤差分析（1）平行于二定位孔連心線方向的ΔY（即工件的x方向）。由于該方向自由度由豎放的圓柱銷(xiāo)限制，為任意邊接觸，因而其ΔY取決于圓柱銷(xiāo)與定位孔的最大配合間隙（見(jiàn)圖2-23(a)），即ΔY＝X1max＝δD1＋δd1＋Δ間

(2-15)（2）垂直于二定位孔連心線方向的ΔY（即工件的方向）。這兩個(gè)自由度由圓柱銷(xiāo)1和削邊定位銷(xiāo)2共同限制，兩銷(xiāo)連心線為O1O2。若兩銷(xiāo)與兩孔均處于最大配合間隙，且兩孔以上母線與銷(xiāo)接觸，則兩孔連心線下移；反之，則兩孔連心線上移。其最大位置變動(dòng)量ΔY可按孔1中心線位置的最大變動(dòng)量X1max=δD1＋δd1＋Δ間計(jì)算（與圓孔定位任意邊接觸的情況相同）。但若銷(xiāo)1為上母線接觸而銷(xiāo)2為下母線接觸，或反過(guò)來(lái)銷(xiāo)1為下母線接觸而銷(xiāo)2為上母線接觸，則兩孔連心線相對(duì)于兩銷(xiāo)連心線產(chǎn)生基準(zhǔn)轉(zhuǎn)角誤差。

（3）轉(zhuǎn)角誤差（見(jiàn)圖2-23(b)）取決于兩孔和兩銷(xiāo)的最大配合間隙X1max和X2max、中心距L以及工件的偏移方向，可近似計(jì)算為

(2-16)式中：X1max為圓柱銷(xiāo)與定位孔的最大配合間隙；X2max為削邊銷(xiāo)與定位孔的最大配合間隙。

由此可見(jiàn)，

為了減小轉(zhuǎn)角誤差，

兩定位孔之間的距離應(yīng)盡可能大些。

2.4工

件

的

夾

緊

1.夾緊裝置應(yīng)滿(mǎn)足的基本要求

(1)夾緊過(guò)程可靠，不改變工件定位后所占據(jù)的正確位置。(2)夾緊力的大小適當(dāng)，既要保證工件在加工過(guò)程中其位置穩(wěn)定不變、振動(dòng)小，又要使工件不會(huì)產(chǎn)生過(guò)大的夾緊變形。(3)操作簡(jiǎn)單、方便、省力、安全。(4)結(jié)構(gòu)性好，夾緊裝置的結(jié)構(gòu)力求簡(jiǎn)單、

緊湊，

便于制造和維修。

2.夾緊力方向和作用點(diǎn)的選擇(1)夾緊力應(yīng)朝向主要定位基準(zhǔn)。如圖2-25（a）所示，工件被鏜孔與A面有垂直度要求，因此加工時(shí)以A面為主要定位基面，夾緊力的方向應(yīng)朝向A面。如果夾緊力改朝B面，由于工件側(cè)面A與底面B有夾角誤差，因而夾緊時(shí)工件的定位位置被破壞，如圖2-25（b）所示，影響孔與A面的垂直度要求。

圖2-25夾緊力方向示意圖(a)夾緊力方向朝A面；(b)夾緊力方向朝B面

(2)夾緊力的作用點(diǎn)應(yīng)落在定位元件的支承范圍內(nèi)，并靠近支承元件的幾何中心。如圖2-26所示，夾緊力作用在支承面之外，會(huì)導(dǎo)致工件的傾斜和移動(dòng)，破壞工件的定位。

正確位置應(yīng)是圖中虛線所示的位置。

圖2-26夾緊力作用點(diǎn)示意圖

(3)夾緊力的方向應(yīng)有利于減小夾緊力的大小。如圖2-27所示，鉆削A孔時(shí)，夾緊力Fj與軸向切削力FH、工件重力G的方向相同，則加工過(guò)程所需的夾緊力最小。

圖2-27夾緊力與切削力、

重力關(guān)系

(4)夾緊力的方向和作用點(diǎn)應(yīng)施加于工件剛性較好的方向和部位。如圖2-28（a）所示，薄壁套筒工件的軸向剛性比徑向剛性好，應(yīng)沿軸向施加夾緊力；圖2-28（b）所示薄壁箱體夾緊時(shí)，應(yīng)作用于剛性較好的凸邊上；箱體沒(méi)有凸邊時(shí)，可以將單點(diǎn)夾緊改為三點(diǎn)夾緊，

如圖2-28（c）所示。

圖2-28夾緊力與工件剛性的關(guān)系(a)薄壁套筒；(b)薄壁箱體；

（c）

三點(diǎn)夾緊

(5)夾緊力的作用點(diǎn)應(yīng)盡量靠近工件加工表面。為提高工件加工部位的剛性，防止或減少工件產(chǎn)生振動(dòng)，應(yīng)將夾緊力的作用點(diǎn)盡量靠近加工表面。如圖2-29所示，主要夾緊力F1垂直作用于主要定位基面；在靠近加工面處設(shè)輔助支承，施加適當(dāng)?shù)妮o助夾緊力F2，

這樣可提高工件的安裝剛度。

圖2-29夾緊力作用點(diǎn)靠近加工表面

3.夾緊力大小的估算加工過(guò)程中，工件受到切削力、離心力、慣性力和工件自身重力等的作用。一般情況下，加工中、小工件時(shí)，切削力（矩）起決定性作用。加工重、大型工件時(shí)，必須考慮工件重力的作用。工件在高速運(yùn)動(dòng)條件下加工時(shí)，不能忽略離心力或慣性力對(duì)夾緊作用的影響。此外，切削力本身是一個(gè)動(dòng)態(tài)載荷，在加工過(guò)程中也是變化的。夾緊力的大小還與工藝系統(tǒng)剛度、夾緊機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)效率等因素有關(guān)。因此，夾緊力大小的計(jì)算是一個(gè)很復(fù)雜的問(wèn)題，一般只能作粗略的估算。為簡(jiǎn)化起見(jiàn)，當(dāng)確定夾緊力大小時(shí)，可只考慮切削力（矩）對(duì)夾緊的影響，并假設(shè)工藝系統(tǒng)是剛性的，切削過(guò)程是平穩(wěn)的，根據(jù)加工過(guò)程中對(duì)夾緊最不利的瞬時(shí)狀態(tài)，按靜力平衡原理求出夾緊力的大小，

再乘以安全系數(shù)作為實(shí)際所需的夾緊力，即

式中：Fj為實(shí)際所需夾緊力；F為一定條件下按靜力平衡計(jì)算出的夾緊力；k為安全系數(shù)，考慮切削力的變化和工藝系統(tǒng)變形等因素，一般取k＝1.5～3。實(shí)際應(yīng)用中，并非所有情況下都需要計(jì)算夾緊力。手動(dòng)夾緊機(jī)構(gòu)一般根據(jù)經(jīng)驗(yàn)或類(lèi)比法確定夾緊力。

Fj＝kF(2-17)2.5數(shù)控機(jī)床夾具介紹

2.5.1機(jī)床夾具的分類(lèi)

(1)通用夾具。通用夾具是指已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化、無(wú)需調(diào)整或稍加調(diào)整就可以用來(lái)裝夾不同工件的夾具，如三爪卡盤(pán)、四爪卡盤(pán)、平口虎鉗和萬(wàn)能分度頭等。這類(lèi)夾具主要用于單件小批生產(chǎn)。(2)專(zhuān)用夾具。專(zhuān)用夾具指專(zhuān)為某一工件的某一加工工序而設(shè)計(jì)制造的夾具，其結(jié)構(gòu)緊湊，操作方便，主要用于固定產(chǎn)品的大批量生產(chǎn)。

(3)組合夾具。組合夾具是指按一定的工藝要求，由一套預(yù)先制造好的通用標(biāo)準(zhǔn)元件和部件組裝而成的夾具。組合夾具使用完畢后，可方便地拆散成元件或部件，待需要時(shí)重新組合成其他加工過(guò)程的夾具，適用于數(shù)控加工、新產(chǎn)品的試制和中、小批量的生產(chǎn)。(4)可調(diào)夾具。可調(diào)夾具包括通用可調(diào)夾具和成組夾具，它們都可以通過(guò)調(diào)整或更換少量元件就能加工一定范圍內(nèi)的工件，兼有通用夾具和專(zhuān)用夾具的優(yōu)點(diǎn)。通用可調(diào)夾具的適用范圍較寬，加工對(duì)象并不十分明確；成組夾具是根據(jù)成組工藝要求，針對(duì)一組形狀及尺寸相似、加工工藝相近的工件加工而設(shè)計(jì)的，其加工對(duì)象和范圍很明確，又稱(chēng)為專(zhuān)用可調(diào)夾具。

2.5.2機(jī)床夾具的組成機(jī)床夾具的種類(lèi)雖然很多，但其基本組成是相同的。下面以一個(gè)數(shù)控銑床夾具為例來(lái)說(shuō)明機(jī)床夾具的組成。

圖2-30所示為連桿銑槽夾具結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖，該夾具靠工作臺(tái)T形槽和夾具體上的定位鍵9來(lái)確定其在數(shù)控銑床上的位置，并用T形螺栓緊固。

加工時(shí)，工件在夾具中的正確位置靠夾具體的上平面、圓柱銷(xiāo)11和菱形銷(xiāo)10保證。夾緊時(shí)，轉(zhuǎn)動(dòng)螺母7，壓下壓板2，壓板2一端壓著夾具體，另一端壓緊工件，保證工件的正確位置不變。

圖2-30連桿銑槽夾具結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖

從該例可以看出，數(shù)控機(jī)床夾具一般由以下幾部分組成：(1)定位裝置。定位裝置是由定位元件及其組合構(gòu)成的，用于確定工件在夾具中的正確位置，常見(jiàn)的定位方式是以平面、圓孔和外圓來(lái)定位。圖2-30中的圓柱銷(xiāo)11、菱形銷(xiāo)10等都是定位元件。(2)夾緊裝置。夾緊裝置用于保持工件在夾具中的既定位置，保證定位可靠，使其在外力作用下不致產(chǎn)生移動(dòng)，包括夾緊元件、傳動(dòng)裝置及動(dòng)力裝置等。圖2-30中的壓板2、螺母3和7、墊圈4和5、螺栓6及彈簧8等元件組成的裝置就是夾緊裝置。

(3)夾具體。夾具體用于連接夾具元件及夾緊裝置，使其成為一個(gè)整體，以保證夾具的精度、強(qiáng)度和剛度。(4)其他元件及裝置，

如定位鍵、操作件、分度裝置及連接元件。

2.5.3典型夾緊機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)介1．銑床夾具

（1）斜楔夾緊機(jī)構(gòu)。采用斜楔作為傳力元件或夾緊元件的夾緊機(jī)構(gòu)稱(chēng)為斜楔夾緊機(jī)構(gòu)。圖2-31斜楔夾緊機(jī)構(gòu)(a)應(yīng)用示例；(b)斜楔與螺旋夾緊機(jī)構(gòu)的組合形式

（2）螺旋夾緊機(jī)構(gòu)。采用螺旋直接夾緊或采用螺旋與其他元件組合實(shí)現(xiàn)夾緊的機(jī)構(gòu)稱(chēng)為螺旋夾緊機(jī)構(gòu)。螺旋夾緊機(jī)構(gòu)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、夾緊力大、自鎖性好和制造方便等優(yōu)點(diǎn)，很適用于手動(dòng)夾緊，因此在機(jī)床夾具中得到廣泛的應(yīng)用。其缺點(diǎn)是夾緊動(dòng)作較慢，因此在機(jī)動(dòng)夾緊機(jī)構(gòu)中應(yīng)用較少。螺旋夾緊機(jī)構(gòu)分為簡(jiǎn)單螺旋夾緊機(jī)構(gòu)和螺旋壓板夾緊機(jī)構(gòu)。圖2-32所示為最簡(jiǎn)單的螺旋夾緊機(jī)構(gòu)。

圖2-32簡(jiǎn)單螺旋夾緊機(jī)構(gòu)(a)直接夾緊；(b)通過(guò)擺動(dòng)壓塊夾緊

實(shí)際生產(chǎn)中使用較多的是如圖2-33所示的螺旋壓板夾緊機(jī)構(gòu)，它利用杠桿原理實(shí)現(xiàn)對(duì)工件的夾緊，杠桿比不同，夾緊力也不同。其結(jié)構(gòu)形式變化很多，圖2-33（a）、（b）為移動(dòng)壓板，圖2-33（c）、（d）為轉(zhuǎn)動(dòng)壓板。其中圖2-33（d）所示結(jié)構(gòu)的增力倍數(shù)最大。

圖2-33螺旋壓板夾緊機(jī)構(gòu)

（3）偏心夾緊機(jī)構(gòu)。用偏心件直接或間接夾緊工件的機(jī)構(gòu)稱(chēng)為偏心夾緊機(jī)構(gòu)。常用的偏心件有圓偏心輪(見(jiàn)圖2-34（a）、（b）)、偏心軸(見(jiàn)圖2-34（c）)和偏心叉(見(jiàn)圖2-34（d）)。

偏心夾緊機(jī)構(gòu)操作簡(jiǎn)單，夾緊動(dòng)作快，但夾緊行程和夾緊力較小，一般用于沒(méi)有振動(dòng)或振動(dòng)較小、夾緊力要求不大的場(chǎng)合。

圖2-34偏心夾緊機(jī)構(gòu)

2．車(chē)床夾具車(chē)床主要用于加工內(nèi)外圓柱面、圓錐面、回轉(zhuǎn)成型面、螺紋及端平面等。上述各表面都是繞車(chē)床主軸軸心的旋轉(zhuǎn)而形成的，根據(jù)這一加工特點(diǎn)和夾具在車(chē)床上安裝的位置，將車(chē)床夾具分為兩種基本類(lèi)型：一類(lèi)是安裝在車(chē)床主軸上的夾具，這類(lèi)夾具和車(chē)床主軸相連接并帶動(dòng)工件一起隨主軸旋轉(zhuǎn)，除了各種卡盤(pán)、頂尖等通用夾具或其他機(jī)床附件外，往往根據(jù)加工的需要設(shè)計(jì)出各種心軸或其他專(zhuān)用夾具；另一類(lèi)是安裝在滑板或床身上的夾具，對(duì)于某些形狀不規(guī)則和尺寸較大的工件，常常把夾具安裝在車(chē)床滑板上，刀具則安裝在車(chē)床主軸作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，

夾具作進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。

車(chē)床夾具的典型結(jié)構(gòu)如下：

（1）三爪自定心卡盤(pán)，如圖2-35所示，是一種常用的自動(dòng)定心夾具，適用于裝夾軸類(lèi)、盤(pán)套類(lèi)零件。（2）四爪單動(dòng)卡盤(pán)，如圖2-36所示，適用于外形不規(guī)則、非圓柱體、偏心、有孔距要求（孔距不能太大）及位置與尺寸精度要求高的零件。

（3）花盤(pán),如圖2-37所示，與其他車(chē)床附件一起使用，適用于外形不規(guī)則、偏心及需要端面定位夾緊的工件。

圖2-35三爪自定心卡盤(pán)

圖2-36四爪單動(dòng)卡盤(pán)

圖2-37花盤(pán)

（4）心軸。常用心軸有圓柱心軸、圓錐心軸和花鍵心軸。圓柱心軸（如圖2-38所示）主要用于套筒和盤(pán)類(lèi)零件的裝夾；圓錐心軸（小錐度心軸）的定心精度高，但工件的軸向位移誤差加大，多用于以孔為定位基準(zhǔn)的工件；花鍵心軸（如圖2-39所示）用于以花鍵孔定位的工件。

圖2-38圓柱心軸

圖2-39花鍵心軸

2.6組合夾具簡(jiǎn)介

組合夾具是由一套結(jié)構(gòu)已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化、尺寸已經(jīng)規(guī)格化的通用元件組合而成的，能根據(jù)工件的加工需要組成各種不同結(jié)構(gòu)和用途的夾具。組合夾具的出現(xiàn)和發(fā)展，為數(shù)控機(jī)床的單件小批生產(chǎn)和新產(chǎn)品試制創(chuàng)造了有利的條件。目前組合夾具有槽系組合夾具和孔系組合夾具兩種基本類(lèi)型，槽系組合夾具元件間靠鍵和槽定位，而孔系組合夾具則靠孔與銷(xiāo)定位。圖2－40所示為一槽系組合夾具，圖2-41所示為一孔系組合夾具。

圖2-40槽系組合夾具

圖2-41孔系組合夾具

2.6.1組合夾具的工作原理、特點(diǎn)及應(yīng)用1．組合夾具的工作原理與特點(diǎn)組合夾具是機(jī)床夾具中一種標(biāo)準(zhǔn)化、系列化、通用化程度很高的新型工藝裝備。它是由一套預(yù)先制造好的標(biāo)準(zhǔn)元件組合而成的。這些元件具有各種不同的形狀、尺寸和規(guī)格，并且有較好的互換性、耐磨性和較高的精度，根據(jù)工件的工藝要求，采用搭積木的方式組裝成各種專(zhuān)用夾具。使用完畢后，元件可方便地拆開(kāi)，洗凈后存放起來(lái)，待重新組裝時(shí)重復(fù)使用。

（1）靈活多變，萬(wàn)能性強(qiáng)，為生產(chǎn)迅速提供夾具，縮短生產(chǎn)準(zhǔn)備周期。（2）元件可重復(fù)使用，節(jié)約人力、物力和財(cái)力。（3）減少夾具存放面積，制造、管理方便。（4）易于實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)輔助工藝設(shè)計(jì)。組合夾具也存在一些不足之處，如比較笨重，剛性也不如專(zhuān)用夾具好。但隨著組合夾具元件品種的不斷發(fā)展和組裝技術(shù)的不斷提高，這些不足之處必將逐步得到改善。此外，組裝成套的組合夾具必須有大量的元件儲(chǔ)備，因此開(kāi)始投資費(fèi)用較大。

2．組合夾具的應(yīng)用（1）從生產(chǎn)類(lèi)型方面看，組合夾具的特點(diǎn)決定了它最適用于產(chǎn)品經(jīng)常變換的生產(chǎn)，如單件小批生產(chǎn)（包括工具和機(jī)修零件制造）、新產(chǎn)品試制和臨時(shí)突擊性的生產(chǎn)任務(wù)等。對(duì)于成批生產(chǎn)的產(chǎn)品，也可利用組合夾具以補(bǔ)充專(zhuān)用夾具數(shù)量之不足，或者當(dāng)專(zhuān)用夾具損壞以及生產(chǎn)工藝變更時(shí)使用。對(duì)于大批量生產(chǎn)的產(chǎn)品，

有時(shí)也可適當(dāng)考慮采用組合夾具。

（2）從加工工種方面看，組合夾具可用于鉆、車(chē)、銑、刨、磨、鏜、檢驗(yàn)等工種，其中以鉆床夾具應(yīng)用量最大。若與氣動(dòng)、液壓等傳動(dòng)裝置相結(jié)合，

還能組成高效率的夾具。

（3）從加工工件的幾何形狀和尺寸方面看，組合夾具一般可不受工件形狀復(fù)雜程度的限制，很少遇到因工件形狀特殊而不能組裝夾具的情況。目前我國(guó)大量采用的中型系列組合夾具，一般適用于外形尺寸在20～600mm的工件，有時(shí)根據(jù)生產(chǎn)需要，也能組裝出更大的組合夾具。（4）從加工工件的公差等級(jí)方面看，組合夾具元件本身為IT2公差等級(jí)，再加上各組裝環(huán)節(jié)的累積誤差，在一般情況下，工件加工公差等級(jí)可達(dá)IT3級(jí)。如果經(jīng)過(guò)精心選配與調(diào)整，也能使工件加工公差等級(jí)達(dá)IT2級(jí)或更高。

2.6.2組合夾具的系列和基本要素組合夾具按其尺寸大小分為小型、中型和大型等三種系列，其區(qū)別主要在于元件的基本要素。組合夾具的基本要素包括外形尺寸、T形槽寬度、螺栓及其螺孔的直徑。小型系列組合夾具主要適用于儀器、儀表、電信和電子工業(yè)，這一系列元件的螺栓直徑為M8×1.25，定位鍵與鍵槽寬的配合為8(H7／js6)，T形槽之間的距離為30mm。中型系列組合夾具主要適用于機(jī)械制造工業(yè)，這一系列元件的螺栓直徑為M12×1.5，定位鍵與鍵槽寬的配合尺寸為12(H7／h6)，T形槽之間的距離為60mm。大型系列組合夾具主要適用于重型機(jī)械制造工業(yè)，這一系列元件的螺栓直徑為M16×2，定位鍵與鍵槽寬的配合尺寸為16(H7／h6)，T形槽之間的距離為60mm。

2.6.3組合夾具元件的分類(lèi)1．基礎(chǔ)件基礎(chǔ)件包括各種規(guī)格尺寸的方形、矩形、圓形基礎(chǔ)板和基礎(chǔ)角鐵等，如圖2-42所示?；A(chǔ)件主要用作夾具體，但還有其他用途，例如用方形或矩形基礎(chǔ)板可組成一個(gè)角度，作為角度支承使用?；A(chǔ)件上的T形槽、

鍵槽、光孔和螺孔起定位和緊固其他元件的作用。

圖2-42基礎(chǔ)件

2．支承件支承件包括各種規(guī)格尺寸的墊片、墊板、方形和矩形支承、角度支承、角鐵、菱形板、V形塊、螺孔板、伸長(zhǎng)板等，如圖2-43所示。支承件主要用作不同高度的支承和各種定位支承平面，是夾具體的骨架。另外，也可把尺寸大的支承件用作基礎(chǔ)件。支承件在組合夾具元件中型式多、用途廣，組裝時(shí)應(yīng)充分發(fā)揮其作用。支承件上一般也有T形槽、鍵槽、光孔和螺孔，

以便將各支承件與基礎(chǔ)件和其他元件連成整體。

圖2-43支承件

3．定位件定位件包括各種定位銷(xiāo)、定位盤(pán)、定位鍵、定位軸、定位支座、定位支承、鎖孔支承、頂尖等，如圖2-