第五章 機(jī)床夾具設(shè)計(jì)原理

第五章機(jī)床夾具設(shè)計(jì)原理機(jī)床夾具是機(jī)械加工工藝系統(tǒng)的一個(gè)重要組成部分,本章主要討論:

機(jī)床夾具的功用、分類(lèi)和組成；工件在夾具中的定位和夾緊;夾具的選用與設(shè)計(jì)方法第一節(jié)概述機(jī)床夾具是一種在各種金屬切削機(jī)床上實(shí)現(xiàn)裝夾任務(wù)的工藝裝備，如車(chē)床上使用的三爪自定心卡盤(pán)；銑床上使用的平口虎鉗等;平面磨床上使用的電磁吸盤(pán)等。一、機(jī)床夾具的功用與機(jī)床聯(lián)結(jié)定位并夾緊工件1.能穩(wěn)定地保證工件的加工精度2.能減少輔助工時(shí)，提高勞動(dòng)生產(chǎn)率3.能擴(kuò)大機(jī)床的使用范圍，實(shí)現(xiàn)一機(jī)多能銑軸上鍵槽工序簡(jiǎn)圖液壓銑床夾具實(shí)例蓋板簡(jiǎn)圖鉆床夾具鉆軸套零件上徑向孔的專(zhuān)用夾具二、機(jī)床夾具的分類(lèi)1．按專(zhuān)門(mén)化程度分類(lèi)按夾具的適用對(duì)象和使用特點(diǎn)分為：通用夾具、專(zhuān)用夾具、可調(diào)夾具、成組夾具、組合夾具和隨行夾具。通用夾具具有通用性，能夠較好的適應(yīng)加工工序和加工對(duì)象的變化，一般作為機(jī)床的附件其結(jié)構(gòu)已定型，尺寸、規(guī)格系列化，如頂尖、心軸、卡盤(pán)、吸盤(pán)、虎鉗、夾頭、分度頭、回轉(zhuǎn)工作臺(tái)等，經(jīng)常用于單件小批生產(chǎn)類(lèi)型。

專(zhuān)用夾具是專(zhuān)為某一工件的某一工序而設(shè)計(jì)制造的夾具。其適合特定工件的特定工序，一般用于中批以上的生產(chǎn)類(lèi)型中?？烧{(diào)夾具調(diào)整或更換夾具上的個(gè)別零部件，能適用多種工件加工的夾具，是針對(duì)通專(zhuān)夾具的缺陷而發(fā)展的一類(lèi)夾具．成組夾具用于成組加工的夾具組合夾具一套結(jié)構(gòu)和尺寸已標(biāo)準(zhǔn)化、系列化的耐磨的元件和組合件，根據(jù)需要組裝成各種功能的夾具．隨行夾具隨工件輸送帶送至自動(dòng)線各個(gè)工位2．按使用的機(jī)床分類(lèi):車(chē)床夾具、銑床夾具、鉆床夾具、鏜床夾具、磨床夾具、齒輪機(jī)床夾具和其他機(jī)床夾具等。3．按夾緊動(dòng)力源分類(lèi):手動(dòng)夾具、氣動(dòng)夾具、液壓夾具、氣液夾具、電動(dòng)夾具、磁力夾具、真空夾具等。機(jī)床夾具的現(xiàn)狀及發(fā)展方向?qū)C(jī)床夾具提出了如下新的要求：能迅速而方便地裝備新產(chǎn)品，以縮短生產(chǎn)準(zhǔn)備周期，降低生產(chǎn)成本能裝夾一組具有相似性特征的工件適用于精密加工的高精度機(jī)床夾具適用于現(xiàn)代化制造技術(shù)的新型機(jī)床夾具采用液壓動(dòng)力源的高效夾緊裝置提高機(jī)床夾具的標(biāo)準(zhǔn)化程度現(xiàn)代機(jī)床夾具的發(fā)展方向精密化：如精密分度、高精度自定心高效化：縮短加工的基本時(shí)間和輔助時(shí)間，以提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，減輕工人的勞動(dòng)強(qiáng)度柔性化：通過(guò)調(diào)整、組合等方式，以適應(yīng)工藝可變因素標(biāo)準(zhǔn)化：按夾具零件及部件的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)以及各類(lèi)通用夾具、組合夾具標(biāo)準(zhǔn)制造，有利于夾具的商品化生產(chǎn)，有利于縮短生產(chǎn)準(zhǔn)備周期，降低生產(chǎn)總成本三、機(jī)床夾具的組成下圖為加工薄壁套工件外圓的端面A的車(chē)軸套夾具。工件8以?xún)?nèi)孔和端面B為基準(zhǔn)，在夾具的漲塊7上定位，轉(zhuǎn)動(dòng)螺母2，帶動(dòng)拉桿9向左移動(dòng)，使?jié)q塊7漲開(kāi)定位夾緊工件。卸工件時(shí)，反向轉(zhuǎn)動(dòng)螺母2、銷(xiāo)釘5推動(dòng)漲塊7向左移動(dòng)，工件松動(dòng)。圖5-1車(chē)軸套夾具夾具的組成

1.定位元件（定位裝置）:序號(hào)72.夾緊裝置:序號(hào)2;3;93.對(duì)刀與導(dǎo)引元件:4.夾具體:序號(hào)15.其它元件及裝置:序號(hào)6第二節(jié)工件的定位

工件在機(jī)床上的定位包括工件在夾具上的定位和夾具相對(duì)于機(jī)床的定位兩個(gè)方面，即工件相對(duì)于機(jī)床的定位是間接通過(guò)夾具來(lái)保證的。本章主要討論工件在夾具上的定位。一、六點(diǎn)定位原理1.工件的自由度沿x、y、z軸移動(dòng)的三個(gè)自由度:繞x、y、z軸轉(zhuǎn)動(dòng)的三個(gè)自由度:圖5-2物體的六個(gè)自由度2.六點(diǎn)定位原理

用正確分布的六個(gè)支承點(diǎn)來(lái)限制工件的六個(gè)自由度，從而使工件在夾具中得到正確位置的原理，稱(chēng)為六點(diǎn)定位原理。六個(gè)支承點(diǎn)的正確分布：3-2-1圖5-3工件的六點(diǎn)定位3.工件在夾具中定位的幾種情況圖5-4不同加工要求的工件(1)完全定位:將工件的六個(gè)自由度全部限制(上圖ａ);(2)不完全定位:根據(jù)工件被加工表面的加工精度,要求限制的自由度少于六個(gè)(上圖ｂ);(3)欠定位:根據(jù)工件被加工表面的加工精度要求，需要限制的自由度沒(méi)有得到完全限制;(4)過(guò)定位:工件的某自由度被夾具上兩個(gè)或兩個(gè)以上的定位元件重復(fù)限制，過(guò)定位特點(diǎn)：提高工件的剛性，減少工件加工變形；可能導(dǎo)致定位干涉(工件裝夾困難），進(jìn)而導(dǎo)致工件或定位元件產(chǎn)生變形、定位誤差增大。因此在定位設(shè)計(jì)中應(yīng)該盡量避免過(guò)定位，消除或減小過(guò)定位的方法主要有：1)改變定位元件結(jié)構(gòu)2)提高工件定位基準(zhǔn)之間以及定位元件工作表面之間的位置精度圖5-5工件過(guò)定位情況及改善措施

例如，在圓球上銑一平面，要求加工面到球心的距離為H，由于球的結(jié)構(gòu)對(duì)稱(chēng)特征，理論上只需限制工件的自由度就能滿足工件的加工要求，但生產(chǎn)中為使工件安裝時(shí)穩(wěn)定，常采用如圖所示定位形式，限制工件的自由度是、、。、、

球上銑平面的定位如圖所示，在外圓柱上銑一平面。

圓柱上銑平面的定位如圖所示，滿足不同銑削要求，須要限制的自由度就不同。

5．典型工件滿足加工要求需要限制的自由度滿足加工要求需要限定的自由度二、常見(jiàn)的定位方式及其定位元件（約束支點(diǎn)數(shù)及應(yīng)用）（一）工件以平面定位支承釘限制一個(gè)自由度；長(zhǎng)方形支承板限制二個(gè)自由度

圖5-7兩種常用的支承板圖5-6幾種常用支承釘

圖5-9幾種常見(jiàn)的自位支承結(jié)構(gòu)圖5-8幾種常用的可調(diào)支承圖5-10常見(jiàn)的幾種輔助支承圖5-11輔助支承應(yīng)用實(shí)例注意：輔助支承不起定位作用（二）工件以外圓定位圖5-13活動(dòng)V形塊應(yīng)用實(shí)例圖5-12常用固定式V形塊V形塊定位的優(yōu)點(diǎn)1）對(duì)中性好，即能使工件的定位基準(zhǔn)軸線對(duì)中在V形塊兩斜面的對(duì)稱(chēng)平面上，在左右方向上的不會(huì)發(fā)生偏移，且安裝方便；2）應(yīng)用范圍較廣。不論定位基準(zhǔn)是否經(jīng)過(guò)加工，不論是完整的圓柱面還是局部圓弧面，都可采用V形塊定位。V形塊上兩斜面間的夾角一般選用60°、90°和120°，其中以90°應(yīng)用最多。V形塊其典型結(jié)構(gòu)和尺寸均已標(biāo)準(zhǔn)化，設(shè)計(jì)時(shí)可查有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)手冊(cè)。V形塊的材料一般用20鋼，滲碳深0.8mm～1.2mm，淬火硬度為60HRC～64HRC。2.定位套

工件以外圓柱表面為定位基準(zhǔn)在定位套內(nèi)孔中定位，這種定位方法一般適用于精基準(zhǔn)定位，如圖5-14所示。圖5-14a為短定位套定位，限制工件兩個(gè)自由度；圖5-14b為長(zhǎng)定位套定位，限制工件四個(gè)自由度。圖5-14工件在定位套內(nèi)定位3.半圓套

圖5-15為半圓套結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖，下半圓起定位作用，上半圓起夾緊作用。圖5-15a為可卸式，圖5-15b為鉸鏈?zhǔn)剑笳哐b卸工件方便些。短半圓套限制工件兩個(gè)自由度，長(zhǎng)半圓套限制工件四個(gè)自由度。圖5-15半圓套結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖4.圓錐套工件以圓錐套定位時(shí)，常與后頂尖（反頂尖）配合使用。如圖5-16所示，夾具體錐柄1插入機(jī)床主軸孔中，通過(guò)傳動(dòng)螺釘2對(duì)定位圓錐套3傳遞扭矩，工件４圓柱左端部在定位圓錐套3中通過(guò)齒紋錐面進(jìn)行定位，限制工件的三個(gè)移動(dòng)自由度；工件圓柱右端錐孔在后頂尖5(當(dāng)外徑小于6mm時(shí)，用反頂尖)上定位，限制工件兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)自由度。圖5-16（三）工件以圓孔定位工件以圓孔定位大都屬于定心定位(定位基準(zhǔn)為孔的軸線)，常用的定位元件有定位銷(xiāo)、圓柱心軸、圓錐銷(xiāo)、圓錐心軸等。1．定位銷(xiāo)

圖5-172．圓錐銷(xiāo)

在加工套筒、空心軸等類(lèi)工件時(shí)，也經(jīng)常用到圓錐銷(xiāo)，如圖5-18所示。圖5-18a用于粗基準(zhǔn)；圖5-18b用于精基準(zhǔn)。圓錐銷(xiāo)限制了工件三個(gè)自由度。圖5-183．定位心軸主要用于套筒類(lèi)和空心盤(pán)類(lèi)工件的車(chē)、銑、磨及齒輪加工。常見(jiàn)的有圓柱心軸和圓錐心軸等。(1)圓柱心軸短圓柱心軸限制工件自由度【？】長(zhǎng)圓柱心軸限制工件的自由度【？】圖5-20a為間隙配合圓柱心軸，其定位精度不高，但裝卸工件較方便；圖5-20b為過(guò)盈配合圓柱心軸，常用于對(duì)定心精度要求高的場(chǎng)合；圖5-20c為花鍵心軸，用于以花鍵孔為定位基準(zhǔn)的場(chǎng)合。當(dāng)工件孔的長(zhǎng)徑比L/D>1時(shí)，工作部分可略帶錐度。圖5-20（2）圓錐心軸

圖5-21定位方式是圓錐面與圓錐面接觸，要求錐孔和圓錐心軸的錐度相同，接觸良好，因此定心精度與定位精度均較高，而軸向定位精度取決于工件孔和心軸的尺寸精度。圓錐心軸限制工件的自由度【？】圖5-21（四）工件以組合表面定位在實(shí)際加工過(guò)程中，工件往往不是采用單一表面的定位，而是以組合表面定位。常見(jiàn)的有平面與平面組合、平面與孔組合、平面與外圓柱面組合、平面與其它表面組合、錐面與錐面組合等。圖5-14工件以端面和圓柱面組合定位圖5-19工件以端面和內(nèi)孔組合定位一面兩孔組合定位圖5-22在加工箱體類(lèi)工件時(shí)，往往采用一面兩孔組合定位，見(jiàn)圖5-22。定位元件采用—個(gè)平面和兩個(gè)短圓柱銷(xiāo)，兩孔直徑分別為D1、D2，兩孔中心距為L(zhǎng)，兩銷(xiāo)直徑分別為d1、d2，兩銷(xiāo)中心距為L(zhǎng)。由于平面限制三個(gè)自由度，兩個(gè)定位銷(xiāo)限制四個(gè)自由度，因此過(guò)定位，故有可能使工件兩孔無(wú)法套在兩定位銷(xiāo)上，如上圖5-22a所示。解決過(guò)定位的方法1）減小第二個(gè)銷(xiāo)子的直徑。此種方法由于銷(xiāo)子直徑減小，配合間隙加大，故使工件繞第一個(gè)銷(xiāo)子的轉(zhuǎn)角誤差加大。2）使第二個(gè)銷(xiāo)子可沿X方向移動(dòng)，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜。3）第二個(gè)銷(xiāo)子采用削邊銷(xiāo)結(jié)構(gòu)，即采取在過(guò)定位方向上，將第二個(gè)圓柱銷(xiāo)削邊，如圖5-18b所示:平面限制三個(gè)自由度，短圓柱銷(xiāo)限制兩個(gè)自由度，短的削邊銷(xiāo)（菱形銷(xiāo)）限制一個(gè)自由度。(它不需要減小第二個(gè)銷(xiāo)子直徑，因此轉(zhuǎn)角誤差較小)圖5-22c所示削邊銷(xiāo)的截面形狀為菱形，又稱(chēng)菱形銷(xiāo)，用于直徑小于50mm的孔，圖5-22d所示削邊銷(xiāo)的截面形狀常用于直徑大于50mm的孔。削邊銷(xiāo)寬度b和B值：削邊銷(xiāo)的結(jié)構(gòu)尺寸已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)盡量按照標(biāo)準(zhǔn)選用,削邊銷(xiāo)的寬度b和B值可根據(jù)表5-1選取。

為了保證工件的安裝和加工精度的要求，在進(jìn)行夾具設(shè)計(jì)時(shí)，需要對(duì)孔銷(xiāo)間隙與削邊銷(xiāo)寬b的參數(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算。

推導(dǎo)過(guò)程見(jiàn)教材P339

§3定位誤差計(jì)算按照六點(diǎn)定位原理，可以設(shè)計(jì)和檢查工件在夾具上是否正確位置，但能否滿足工件工序加工精度的要求，則取決于刀具與工件之間正確的相互位置。而影響這個(gè)正確的位置關(guān)系的因素很多，如夾具在機(jī)床上的裝夾誤差、工件在夾具中的定位誤差和夾緊誤差、機(jī)床的調(diào)整誤差、工藝系統(tǒng)的彈性變形和熱變形誤差、機(jī)床和刀具的制造誤差及磨損誤差等。為了保證工件的加工質(zhì)量，應(yīng)滿足如下關(guān)系式： △≤δ

△d≤δ/3△——各種因素產(chǎn)生的加工誤差總和δ——工件被加工尺寸的公差△d——工件在夾具中的定位誤差一定位誤差及其產(chǎn)生原因所謂定位誤差，是指由于工件定位造成的加工面相對(duì)工序基準(zhǔn)的位置誤差。因?yàn)閷?duì)一批工件來(lái)說(shuō)，刀具經(jīng)調(diào)整后位置是不動(dòng)的，即被加工表面的位置相對(duì)于定位基準(zhǔn)是不變的，所以定位誤差就是工序基準(zhǔn)在加工尺寸方向上的最大變動(dòng)量。定位誤差是在采用調(diào)整法加工一批工件時(shí)因定位產(chǎn)生的工序尺寸變化量造成定位誤差的原因①由于定位基準(zhǔn)與工序基準(zhǔn)不一致所引起的定位誤差，稱(chēng)基準(zhǔn)不重合誤差，即工序基準(zhǔn)相對(duì)定位基準(zhǔn)在加工尺寸方向上的最大變動(dòng)量，以△b表示（如下圖5-23a）。②由于定位副制造誤差及其配合間隙所引起的定位誤差，稱(chēng)基準(zhǔn)位移誤差，即定位基準(zhǔn)在加工尺寸方向上的最大變動(dòng)量，以△j表示（如下圖5-23a定位面的不平度）。定位誤差分析定位誤差：因工件定位而產(chǎn)生的工序（設(shè)計(jì)）基準(zhǔn)相對(duì)于夾具限位基準(zhǔn)在工序尺寸方向上的最大變動(dòng)量△DW定位誤差的組成基準(zhǔn)不重合誤差△JB基準(zhǔn)位置誤差△JW定位基準(zhǔn)與工序（設(shè)計(jì)）基準(zhǔn)不重合引起的誤差定位副制造不準(zhǔn)確引起的誤差大小等于工序（設(shè)計(jì)）基準(zhǔn)與定位基準(zhǔn)之間的尺寸公差定位基準(zhǔn)相對(duì)于夾具限位基準(zhǔn)在加工尺寸方向上的最大變動(dòng)量。二常見(jiàn)定位誤差分析與計(jì)算分析和計(jì)算定位誤差的目的，就是為了判斷所采用的定位方案能否保證加工要求，以便對(duì)不同方案進(jìn)行分析比較，從而選出最佳定位方案，它是決定定位方案時(shí)的一個(gè)重要依據(jù)。由定位誤差產(chǎn)生原因可知，基準(zhǔn)不重合誤差是由于定位基準(zhǔn)選擇不當(dāng)產(chǎn)生的，而基準(zhǔn)位移誤差是由于定位副制造誤差及其配合間隙所引起的。在工件定位時(shí)，上述兩項(xiàng)誤差可能同時(shí)存在，也可能只有一項(xiàng)存在，但不管如何，定位誤差是由兩項(xiàng)誤差共同作用的結(jié)果。故有：△d=△b±△j=△j±△b(5-5)“±”分析利用式（5-5）計(jì)算定位誤差，稱(chēng)為誤差合成法，是加工尺寸方向上的代數(shù)和。在定位誤差的分析與計(jì)算中，可以將兩項(xiàng)誤差分別計(jì)算，再按式（5-5）進(jìn)行合成。當(dāng)“和”是由同一誤差因素產(chǎn)生的，這時(shí)稱(chēng)“和”關(guān)聯(lián)，此時(shí)如果它們方向相同，合成時(shí)取“+”號(hào)；如果它們方向相反，合成時(shí)取“-”號(hào)。當(dāng)兩者不關(guān)聯(lián)時(shí)，可直接采用兩者疊加計(jì)算定位誤差（取“+”號(hào)）。1.工件以平面定位的定位誤差圖5-23定位基準(zhǔn)與工序基準(zhǔn)不重合(圖a):由工序簡(jiǎn)圖知，加工尺寸的工序基準(zhǔn)(也是設(shè)計(jì)基準(zhǔn))是A面，而圖a中定位基準(zhǔn)是B面，可見(jiàn)定位基準(zhǔn)與工序基準(zhǔn)不重合，必然存在基準(zhǔn)不重合誤差?！鱞=(Hmax-Hd)

–(Hmin-Hd)=(Hmax–Hmin)=0.28=T40結(jié)論：△b＝定位基準(zhǔn)與工序基準(zhǔn)間尺寸公差若定位基準(zhǔn)B面制造得比較平整光滑，則同批工件的定位基準(zhǔn)位置不變，不會(huì)產(chǎn)生基準(zhǔn)位移誤差，即△j=0。所以有：△d=△b+△j=△b+0=0.28mm＞δ/3=0.30/3=0.10mm定位誤差太大，留給其它加工誤差的允差值就太小，（只有0.02mm），在實(shí)際加工中容易出現(xiàn)廢品，所以此定位方案不合理定位基準(zhǔn)與工序基準(zhǔn)重合(圖b):若改為圖5-23b定位方案，則由于定位基準(zhǔn)與工序基準(zhǔn)重合，所以定位誤差為零:△d=△b+△j=0+0=0此定位方案工件需從下向上夾緊，夾緊方案不夠理想，且使夾具結(jié)構(gòu)復(fù)雜。【還有什么方法?】２．工件以外圓定位圖5-24工件以外圓在V形塊上定位，如不考慮V形塊的制造誤差，則工件定位基準(zhǔn)在V形塊的對(duì)稱(chēng)面上，因此工件中心線在水平方向上的位移為零。但在垂直方向上，因工件外圓有制造誤差，定位基準(zhǔn)產(chǎn)生位移，（圖5-24a：Ｍ－Ｎ），垂直方向其值為:圖5-24b、c、d所示為同一加工的三種不同工序尺寸標(biāo)注情況，其定位誤差的分析計(jì)算如下：（5-6）H1的定位誤差計(jì)算圖5-24b所示為工序基準(zhǔn)與定位基準(zhǔn)重合，此時(shí)△b＝0，只有基準(zhǔn)位移誤差，故影響工序尺寸H1的定位誤差為H2定位誤差計(jì)算圖5-24c所示工序尺寸為H2，工序基準(zhǔn)選在工件上母線A處，此時(shí)工序基準(zhǔn)與定位基準(zhǔn)不重合，其定位誤差為：△d=△b±△j△b＝Ｔｒ＝δｄ/2由于和均是由于工件直徑尺寸制造誤差引起的，屬于關(guān)聯(lián)誤差因素，因此采用合成法計(jì)算時(shí)需判斷其正負(fù)。其判斷方法如下：當(dāng)工件直徑尺寸減小時(shí)，工件定位基準(zhǔn)將下移；當(dāng)工件定位基準(zhǔn)位置不變時(shí)，若工件直徑尺寸減小，則工序基準(zhǔn)A下移，兩者變化方向相同，故定位誤差計(jì)算應(yīng)采用“和”合成為：(5-8)H3定位誤差計(jì)算圖5-24d所示工序基準(zhǔn)選在工件下母線B。當(dāng)工件直徑尺寸變小時(shí)，定位基準(zhǔn)將下移，但工序基準(zhǔn)將上移，因此定位誤差計(jì)算應(yīng)采用“差”合成為：（5-9）３．工件以圓柱孔定位

工件以單一圓柱孔定位時(shí)常用的定位元件是圓柱定位心軸（或定位銷(xiāo)），此時(shí)定位誤差的計(jì)算有兩種情形：工件孔與定位心軸（或定位銷(xiāo)）采用無(wú)間隙配合；工件孔與定位心軸（或定位銷(xiāo)）采用間隙配合。1)工件孔與定位心軸（或定位銷(xiāo)）無(wú)間隙配合的定位誤差計(jì)算由于工件孔與心軸（或定位銷(xiāo)）為過(guò)盈配合，定位副間無(wú)間隙，定位基準(zhǔn)的位移量為零，所以Δj=0。圖5-25工件以圓柱孔在過(guò)盈配合心軸上定位時(shí)定位誤差分析若工序基準(zhǔn)與定位基準(zhǔn)重合，如圖5-25a中的尺寸H1，則定位誤差為：

Δd=Δb+Δj=0（5-10）

若工序基準(zhǔn)在工件內(nèi)圓母線上，如圖5-25ｂ中的尺寸H2;H3，則定位誤差為：

Δd=Δb+Δj=δd/2（5-11）若工序基準(zhǔn)在工件外圓母線上，如圖5-25c中的尺寸H4;H5，則定位誤差為：

Δd=Δb+Δj=Δb=δD/2（5-12）2)工件孔與定位心軸（或定位銷(xiāo)）間隙配合的定位誤差計(jì)算(1)工件孔與定位心軸水平放置圖5-26工件以單一圓柱孔定位時(shí)的定位誤差如圖5-26所示工件孔與定位心軸水平放置,工序基準(zhǔn)(孔中心線)與定位基準(zhǔn)(心軸軸線)重合，△b＝0:Δd=Δb+Δj=Δj

由于工件的自重作用，使工件孔與定位心軸的上母線單邊接觸，因孔大于軸，孔中心線相對(duì)于定位心軸軸線將總是下移，圖5-26b是可能產(chǎn)生的最小下移狀態(tài)；圖5-26c是可能產(chǎn)生的最大下移狀態(tài),工件孔中心線在鉛垂方向上的最大變動(dòng)量為：（5-13）(2)工件孔與定位心軸垂直放置圖5-27工件孔與定位心軸（或定位銷(xiāo)）垂直放置

Δd=Δb+Δj=Δj

如圖5-27所示，工件孔與定位心軸（或定位銷(xiāo)）垂直放置，定位心軸與工件內(nèi)孔則可能任意邊接觸，應(yīng)考慮加工尺寸方向的二個(gè)極限位置及孔軸的最小配合間隙的影響，此時(shí)無(wú)法在調(diào)整刀具尺寸時(shí)預(yù)先予以補(bǔ)償，所以在加工尺寸方向上的最大基準(zhǔn)位移誤差可按最大孔和最小軸求得孔中心線位置的變動(dòng)量：（5-14）圖5-27中尺寸ＨδＨ的定位誤差：

Δｄ＝Δｂ＋Δｊ

=0+

Δｊ

=Δj=δD1+δd1+Δmin４．工件以一面兩孔定位圖5-28一面兩孔定位

“1”孔中心線在x、y方向的最大位移為： （5-15）

“2”孔中心線在x、y方向的最大位移分別為【？】:（5-16）

兩孔中心連線對(duì)兩銷(xiāo)中心連線的最大轉(zhuǎn)角誤差(見(jiàn)圖5-28所示):(5-17)(5-18)以一面兩銷(xiāo)定位時(shí)的定位誤差計(jì)算1）位移誤差：為第一定位銷(xiāo)、孔的最大配合間隙

孔O1中心偏移在直徑為△dw1圓內(nèi)，△dw1=D1max

-d1min2）轉(zhuǎn)角誤差△θ=±arctan(D1max-d1min

+D2max

-d2min)/2L要減小角度定位誤差，①提高孔銷(xiāo)精度，減小配合間隙；②增大孔（銷(xiāo)）中心距L【例】有一批如圖所示的工件，外圓直徑，內(nèi)孔直徑和兩端面均已加工合格，并保證外圓對(duì)內(nèi)孔的同軸度誤差在范圍內(nèi)。今按圖示的定位方案，用心軸定位，在立式銑床上用頂尖頂住心軸銑槽。除槽寬要求外，還應(yīng)保證下列要求：（1）槽的軸向位置尺寸；（2）槽底位置尺寸；（3）槽兩側(cè)面對(duì)mm外圓軸線的對(duì)稱(chēng)度公差。試分析計(jì)算定位誤差，判斷定位方案的合理性。圖4.39用心軸定位內(nèi)孔銑槽工序的定位誤差分析計(jì)算 例題用三面刃銑刀銑如圖所示缺口,本工序?yàn)樽詈蠊ば?試設(shè)計(jì)一個(gè)滿足加工要求的定位方案

.根據(jù)工序要求，將外圓30的軸頸為第一定位基準(zhǔn)，用長(zhǎng)V形塊限制四個(gè)自由度；同時(shí)以小孔10第二定位基準(zhǔn)，采用軸向浮動(dòng)的削邊銷(xiāo)限制工件的X轉(zhuǎn)動(dòng)自由度，以保證對(duì)稱(chēng)度要求。X的移動(dòng)自由度可不予限制，但考慮到不增加夾具的復(fù)雜性且有利于減小夾緊力，故可采用V形塊的端面作為定位面，以工件大端的左側(cè)面為定位基準(zhǔn)限制工件的X移動(dòng)自由度。當(dāng)采用90V形塊時(shí)定位誤差為0.0253，不滿足要求，由此可推算出應(yīng)選120度的長(zhǎng)V形塊，經(jīng)計(jì)算為0.0226，滿足要求；另外

利用V形塊的對(duì)中性和軸向浮動(dòng)削邊銷(xiāo)的對(duì)中作用，可保證對(duì)稱(chēng)度的定位誤差為0。例:工件定位如圖所示.欲鉆孔并保證尺寸A,試分析計(jì)算此種定位方案的定位誤差.§4工件在夾具中的夾緊工件定位后必須進(jìn)行夾緊，才能保證工件不會(huì)因?yàn)榍邢髁?、重力、離心力等外力作用而破壞定位。這種對(duì)工件進(jìn)行夾緊的裝置，稱(chēng)為夾緊裝置。一、夾緊裝置的組成和設(shè)計(jì)要求

1．夾緊裝置的組成典型夾緊裝置一般由三部分組成，見(jiàn)圖5-29所示:(1)動(dòng)力源(6;5)(2)傳力機(jī)構(gòu)(4;3)(3)夾緊元件(2)圖5-29夾緊裝置的組成1—工件2—壓板3—鉸鏈桿4—活塞桿5—活塞6—?dú)飧祝玻畩A緊裝置的要求夾緊裝置是夾具的重要組成部分,正確合理地選擇和設(shè)計(jì)夾緊裝置，有利于保證工件的加工質(zhì)量、提高生產(chǎn)率和減輕工人的勞動(dòng)強(qiáng)度。因此對(duì)夾緊裝置提出以下要求：1）夾緊過(guò)程中不能破壞工件定位；2）夾緊力的大小應(yīng)可靠、適當(dāng);3）夾緊動(dòng)作要準(zhǔn)確迅速；4）操作方便、省力、安全；5）結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于制造。二、夾緊力的確定夾緊力包括夾緊力的方向、作用點(diǎn)和大小三要素，它們是夾緊裝置設(shè)計(jì)和選擇的核心問(wèn)題。一個(gè)夾緊機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的好壞，在很大程度上取決于夾緊力三要素確定的是否合理。1．夾緊力的方向夾緊力方向的選擇原則為：(1)夾緊力的作用方向應(yīng)不破壞工件定位的準(zhǔn)確性和可靠性，夾緊力方向應(yīng)指向主要定位基準(zhǔn)面;(2)夾緊力方向應(yīng)使工件變形盡可能小;(3)夾緊力方向應(yīng)使所需夾緊力盡可能小.圖5-30~32夾緊力方向選擇2．夾緊力的作用點(diǎn)

夾緊力作用點(diǎn)的位置和數(shù)目將直接影響工件定位后的可靠性和夾緊后的變形，應(yīng)注意以下幾個(gè)方面：1）夾緊力作用點(diǎn)應(yīng)靠近支承元件的幾何中心或幾個(gè)支承元件所形成的支承面內(nèi)。2）夾緊力作用點(diǎn)應(yīng)落在工件剛度較好的部位上。3）夾緊力作用點(diǎn)應(yīng)盡可能靠近被加工表面以減小切削力對(duì)工件造成的翻轉(zhuǎn)力矩，必要時(shí)應(yīng)在工件剛性差的部位增加輔助支承并施加附加夾緊力，以免振動(dòng)和變形。圖5-33夾緊力作用點(diǎn)的選擇3．夾緊力的大小

夾緊力的大小主要影響工件定位的可靠性、工件的夾緊變形以及夾緊裝置的結(jié)構(gòu)尺寸和復(fù)雜性，因此夾緊力的大小應(yīng)當(dāng)適中。在實(shí)際設(shè)計(jì)中，確定夾緊力大小的方法有兩種：經(jīng)驗(yàn)類(lèi)比法和分析計(jì)算法。分析計(jì)算法:一般根據(jù)切削原理的公式求出切削力的大小F，必要時(shí)算出慣性力、離心力的大小，然后與工件重力及待求的夾緊力組成靜平衡力系，列出平衡方程式，即可算出理論夾緊力Q’。為安全可靠起見(jiàn)，還要考慮一個(gè)安全系數(shù)K，因此實(shí)際的夾緊力應(yīng)為：K的取值范圍一般為1.5～3，粗加工時(shí)取2.5～3，精加工時(shí)取1.5～2。

（5-19）

解：鉆孔時(shí)作用于工件的有鉆削軸向力F和鉆削扭矩Mc，平衡切削力的作用力有：夾緊力J0，V形塊支承斜面的反作用力N1，工件外圓與V形塊支承斜面間的摩擦阻力N1f1，鉗口與工件外圓面處的摩擦阻力J0f2，鉆削時(shí)，支承塊的反作用力N3和摩擦阻力N3f3的作用。若忽略N3f3的作用，認(rèn)為平衡鉆削扭矩Mc只有N1f1和J0f2的作用。Mc＝圖4.43鉆孔時(shí)夾緊力的計(jì)算示例三、典型夾緊機(jī)構(gòu)

夾緊機(jī)構(gòu)的選擇需要滿足加工方法、工件所需夾緊力大小、工件結(jié)構(gòu)、生產(chǎn)率等方面的要求，因此，在設(shè)計(jì)夾緊機(jī)構(gòu)時(shí)，首先需要了解各種基本夾緊機(jī)構(gòu)的工作特點(diǎn)（如能產(chǎn)生多大的夾緊力、自鎖性能、夾緊行程、擴(kuò)力比等）。夾具中常用的基本夾緊機(jī)構(gòu)有斜楔、螺旋、偏心等，它們都是根據(jù)斜面夾緊原理夾緊工件。1.斜楔夾緊機(jī)構(gòu)

圖5-34斜楔夾緊機(jī)構(gòu)1—楔座２—斜楔3—柱塞４—銷(xiāo)５—螺釘６—壓板７—彈簧(1)斜楔夾緊力的計(jì)算(2)斜楔夾緊的自鎖條件≥

（5-20）（5-21）（5-22）≤

（5-23）斜楔夾緊機(jī)構(gòu)滿足自鎖的條件是：α≤11.5°～17°。但為了保證自鎖可靠，一般取α＝10°～15°或更小些。

（3）夾緊行程的計(jì)算

要增大斜楔的夾緊行程就應(yīng)相應(yīng)增加L或。增大移動(dòng)距離L受到結(jié)構(gòu)尺寸的限制；增大斜角要受自鎖條件的限制。因此，斜楔的夾緊行程較小。=30°～35°

6°～10°圖4.47雙斜角結(jié)構(gòu)的斜楔斜楔夾緊機(jī)構(gòu)增力比不大，夾緊行程受到限制，操作又較不便，較少的用作夾緊件，一般在夾緊裝置中用作中間遞力機(jī)構(gòu)，如圖4.48所示。在氣動(dòng)夾緊裝置中斜楔的應(yīng)用較廣，常在夾頭、彈性?shī)A頭等定心夾緊機(jī)構(gòu)中使用。圖4.48斜楔機(jī)構(gòu)用作中間遞力機(jī)構(gòu)斜楔在夾緊機(jī)構(gòu)用作中間遞力機(jī)構(gòu)2.螺旋夾緊機(jī)構(gòu)圖5-36手動(dòng)單螺旋夾緊機(jī)構(gòu)1－壓緊螺釘2－螺紋襯套3－止動(dòng)螺釘4－夾具體5－浮動(dòng)壓塊6－工件2.螺旋夾緊機(jī)構(gòu)螺旋夾緊特點(diǎn)：

1）結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，自鎖性好，夾緊可靠；

2）增力比約為80,遠(yuǎn)比斜楔夾緊力大；3）夾緊行程不受限制；4）夾緊動(dòng)作慢，輔助時(shí)間長(zhǎng)，效率低圖4.49螺旋夾緊1——螺釘（或螺栓）2——螺母3——工件4——壓塊5球面墊圈6——開(kāi)口墊圈圖快卸螺旋夾緊裝置螺旋壓板夾緊機(jī)構(gòu)圖螺旋壓板夾緊機(jī)構(gòu)圖4.51螺旋勾頭壓板夾緊機(jī)構(gòu)1——壓板座2——勾頭壓板3——螺母4——螺栓5——彈簧6——內(nèi)六方螺釘7——螺釘（防轉(zhuǎn)）螺旋夾緊機(jī)構(gòu)的夾緊力Q為：

（5-28）壓緊螺釘端部的當(dāng)量摩擦半徑r1的值與螺桿頭部（或壓塊）的結(jié)構(gòu)有關(guān)，壓緊螺釘端部的當(dāng)量摩擦半徑計(jì)算見(jiàn)表5-2。3.偏心夾緊機(jī)構(gòu)（1）圓偏心夾緊原理及其幾何特性

偏心夾緊實(shí)質(zhì)是一種斜楔夾緊，但各點(diǎn)升角不等，m、n處升角為0，P處升角最大。圖偏心夾緊工作原理(1)偏心夾緊機(jī)構(gòu)的夾緊原理(2)圓偏心夾緊的夾緊力計(jì)算

(3)圓偏心夾緊的自鎖條件根據(jù)斜楔自鎖條件，忽略轉(zhuǎn)軸處的摩擦，并考慮最不利的情況，可得到偏心夾緊的自鎖條件為： e/R≤tanφ2=μ2

μ2=0.1~0.15:R/e≥7~10（4）圓偏心夾緊的適用范圍

圓偏心輪夾緊力小，行程小，自鎖性不太好，用于切削力小，無(wú)振動(dòng)，工件尺寸公差不大的場(chǎng)合。斜楔夾緊螺旋夾緊偏心輪夾緊自鎖性（升角有關(guān)）5－7o1o51'－3o10'5-9o增力比37512夾緊行程小大居中操作快慢居中慢快設(shè)計(jì)斜面選用偏心距和直徑三種夾緊機(jī)構(gòu)比較四、其它典型夾緊機(jī)構(gòu)圖5-42鉸鏈夾緊機(jī)構(gòu)的應(yīng)用圖5-43螺旋定心夾緊機(jī)構(gòu)圖5-44液性塑料定心夾緊機(jī)構(gòu)

圖5-45聯(lián)動(dòng)夾緊機(jī)構(gòu)4.其他夾緊機(jī)構(gòu)（1）可脹式心軸如圖4.54所示圖4.54錐度脹胎心軸1——脹套2——螺母3——壓板兩端錐度脹胎心軸的夾緊原理如圖4.55所示。圖4.55兩端錐度脹胎心軸1——銷(xiāo)2——可脹襯套3——帶圓錐的壓圈4——螺母5——心軸

圖4.57液性塑料夾緊心軸

1-夾具體；2-塞子；3-加壓螺釘；4-柱塞；5-薄壁套筒；6-液性塑料；7-螺塞定心夾緊裝置圖4.58螺旋式定心夾緊機(jī)構(gòu)1，2——移動(dòng)V形架3——左、右螺紋的螺桿4——緊定螺釘5——調(diào)節(jié)螺釘6——固定螺釘7——叉座（2）聯(lián)動(dòng)夾緊機(jī)構(gòu)多件聯(lián)動(dòng)夾緊機(jī)構(gòu)圖多件聯(lián)動(dòng)夾緊機(jī)構(gòu)§5夾具的選用與設(shè)計(jì)

一、通用夾具的選用各類(lèi)機(jī)床都有一些通用夾具，一般已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化，由專(zhuān)業(yè)工廠生產(chǎn)