第六章機(jī)床夾具設(shè)計(jì)

第六章機(jī)床夾具設(shè)計(jì)第一節(jié)概述第二節(jié)工件在夾具中的定位第三節(jié)定位誤差分析第四節(jié)工件在夾具中的夾緊第五節(jié)典型機(jī)床夾具第六節(jié)機(jī)床夾具設(shè)計(jì)的基本步驟一、夾具的作用

1）保證穩(wěn)定可靠地達(dá)到各項(xiàng)加工精度要求；2）縮短加工工時(shí)，提高勞動生產(chǎn)率；3）降低生產(chǎn)成本；4）減輕工人勞動強(qiáng)度；5）可由較低技術(shù)等級的工人進(jìn)行加工；6）能擴(kuò)大機(jī)床工藝范圍。第一節(jié)概述圖4-3夾具分類表二、夾具的分類（1）按專門化分類1）通用夾具指已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化的，在一定范圍內(nèi)可用于加工不同工件的夾具。例如，車床上三爪卡盤和四爪單動卡盤，銑床上的平口鉗、分度頭和回轉(zhuǎn)工作臺等。這類夾具一般由專業(yè)工廠生產(chǎn)，常作為機(jī)床附件提供給用戶。其特點(diǎn)是適應(yīng)性廣，生產(chǎn)效率低，主要適用于單件、小批量生產(chǎn)。2）專用夾具指專為某一工件的某道工序而專門設(shè)計(jì)的夾具。特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)緊湊，操作迅速、方便、省力，可以保證較高的加工精度和生產(chǎn)效率，但設(shè)計(jì)制造周期較長、制造費(fèi)用也較高。當(dāng)產(chǎn)品變更時(shí)，夾具將由于無法再使用而報(bào)廢。只適用于產(chǎn)品固定且批量較大的生產(chǎn)。

3）通用可調(diào)夾具和成組夾具特點(diǎn)是夾具的部分元件可以更換，部分裝置可以調(diào)整，以適應(yīng)不同零件的加工。相似零件的成組加工所用的夾具，稱為成組夾具。通用可調(diào)夾具與成組夾具相比，加工對象不很明確，適用范圍更廣一些。4）組合夾具組合夾具是指按零件的加工要求，由一套事先制造好的標(biāo)準(zhǔn)元件和部件組裝而成的夾具。特點(diǎn)是靈活多變，萬能性強(qiáng)，制造周期短、元件能反復(fù)使用，特別適用于新產(chǎn)品的試制和單件小批生產(chǎn)。5）隨行夾具是一種在自動線上使用的夾具。該夾具既要起到裝夾工件的作用，又要與工件成為一體沿著自動線從一個(gè)工位移到下一個(gè)工位，進(jìn)行不同工序的加工。三、夾具的組成（1）定位元件（2）夾緊元件（3）對刀、導(dǎo)向元件

（4）連接元件（5）其它元件及裝置

（6）夾具體三、夾具的組成（1）定位元件（2）夾緊元件（3）對刀、導(dǎo)向元件

（4）連接元件（5）其它元件及裝置

（6）夾具體1.工件以平面定位

2.工件以圓孔定位

3.工件以外圓柱面定位4.工件以組合表面定位第二節(jié)工件在夾具中的定位

1.工件以平面定位

在機(jī)械加工中，利用工件上的一個(gè)或幾個(gè)平面作為定位基面來定位工件的方式，稱為平面定位。(1)固定支承——支撐釘和支撐板圖4-9固定支承板a)A型b)B型

它指頂端位置可在一定高度范圍內(nèi)調(diào)整的支承。多用于未加工平面的定位，以調(diào)節(jié)和補(bǔ)償各批毛坯尺寸的誤差，一般每批毛坯調(diào)整一次。(2)可調(diào)支承

指支承本身的位置在定位過程中，能自動適應(yīng)工件定位基準(zhǔn)面位置變化的一類支承。一般只限制一個(gè)自由度。(3)自位支承圖4-11自位支承（4）輔助支承

在工件定位后才參與支承的元件，不限制自由度，主要用于提高工件的剛度和定位穩(wěn)定性。(二)工件以孔定位常用定位元件

1.定位銷

主要用于直徑小于50mm的中小孔定位。分固定式和可換式，圓柱銷和菱形銷

圓錐銷常用于工件孔端的定位，可限制三個(gè)自由度

(二)工件以孔定位常用定位元件

2.定位心軸

主要用于盤套類零件的定位。(二)工件以孔定位常用定位元件

1.定位套

(三)工件以外圓定位常用定位元件2.半圓套將同一圓周面的孔分成兩半圓，下半圓部分裝在夾具體上，起定位作用，上半圓部分裝在可卸式或鉸鏈?zhǔn)缴w上，起夾緊作用。常用于大型軸類工件的定位。

(三)工件以外圓定位常用定位元件3.V形塊定位

結(jié)構(gòu)尺寸已標(biāo)準(zhǔn)化，斜面夾角有60°90°120°(三)工件以外圓定位常用定位元件4.組合表面定位

1）一個(gè)平面和與其垂直的兩個(gè)孔組合(三)工件以外圓定位常用定位元件在箱體、連桿、蓋板等類零件加工中，常采用這種組合定位，俗稱“一面兩孔”定位。一面兩孔定位時(shí)所用的定位元件是：平面采用支承板，兩孔采用定位銷，故又稱為“一面兩銷”，如圖所示。(三)工件以外圓定位常用定位元件這種定位屬于過定位

4.組合表面定位

1）一個(gè)平面和與其垂直的兩個(gè)孔組合解決辦法是：將銷2做成削邊銷

(三)工件以外圓定位常用定位元件4.組合表面定位

1）一個(gè)平面和與其垂直的兩個(gè)孔組合長春理工大學(xué)機(jī)械工程系4.組合表面定位2）一平面和與其垂直的兩外圓柱面組合(三)工件以外圓定位常用定位元件長春理工大學(xué)機(jī)械工程系4.組合表面定位3）一孔和一平行于孔中心線的平面組合(三)工件以外圓定位常用定位元件定位誤差的分析和計(jì)算分析、計(jì)算的目的一批工件逐個(gè)在機(jī)床夾具中加工時(shí)，不但要定位，而且要定準(zhǔn)。工件和定位元件存在制造誤差，各個(gè)工件在夾具上所占據(jù)的位置不可能完全一致，加工后各工件的加工尺寸必然存在誤差。因工件定位不準(zhǔn)確而產(chǎn)生的加工誤差，稱為定位誤差，用ΔD表示。

定位誤差產(chǎn)生的原因1）基準(zhǔn)不重合誤差?B定位基準(zhǔn)與工序基準(zhǔn)不重合?B＝定位基準(zhǔn)與工序基準(zhǔn)之間尺寸的公差。如果定位尺寸的方向與加工尺寸方向不同，則基準(zhǔn)不重合誤差應(yīng)為定位尺寸公差在加工尺寸方向的投影。2）基準(zhǔn)位移誤差?Y由于工件上的定位基面與夾具上定位元件上的限位基面存在制造公差和最小配合間隙，從而定位基準(zhǔn)相對于限位基準(zhǔn)發(fā)生位置移動，此位置的移動就會造成加工尺寸的誤差，這個(gè)誤差稱為基準(zhǔn)位移誤差。大小等于定位基準(zhǔn)相對于限位基準(zhǔn)在工序尺寸方向的最大變動量。1.定位基準(zhǔn)與工序基準(zhǔn)不重合產(chǎn)生的定位誤差圖4-26基準(zhǔn)不重合產(chǎn)生的定位誤差基準(zhǔn)不重合誤差基準(zhǔn)位移誤差的示例說明一批工件定位基準(zhǔn)的最大變動量應(yīng)為

=

?Y=定位誤差的計(jì)算方法（一）有兩項(xiàng)因素決定基準(zhǔn)不重合誤差?B基準(zhǔn)位移誤差?Y幾種情況：1）?Y≠0，?B=0時(shí)，?D=?Y；2）?Y=0，?B≠0時(shí)，?D=?B；3）?Y≠0、?B≠0時(shí)，此時(shí)兩者的合成要看工序基準(zhǔn)是否在定位基面上：（1）如果工序基準(zhǔn)不在定位基面上，則?D=?Y+?B；（2）如果工序基準(zhǔn)在定位基面上，則?D=?Y±?B。式中“＋、－”號判斷的方法和步驟如下：①分析定位基面直徑由小變大（或由大變?。r(shí)，定位基準(zhǔn)的變動方向；②當(dāng)定位基面直徑作相同變化時(shí)，設(shè)定位基準(zhǔn)的位置不動，分析工序基準(zhǔn)的變動方向；③如果兩者的變動方向相同時(shí)，取“＋”號，如果兩者的變動方向相反時(shí)，則取“－”號。定位誤差的計(jì)算方法（二）定位誤差為工序基準(zhǔn)相對于限位基準(zhǔn)在工序尺寸方向上的最大偏移量。在金剛鏜床上鏜活塞銷孔示意圖，活塞銷孔軸線對活塞裙部內(nèi)孔軸線的對稱度要求為0.2mm?，F(xiàn)以裙部內(nèi)孔及端面定位，內(nèi)孔與定位銷的配合為φ，求對稱度的定位誤差。銑圖示工件上的鍵槽，以圓柱面在的V形塊上定位，求加工尺寸分別為A1、A2、A3時(shí)的定位誤差。.用題4-5圖所示定位方案銑削連桿的兩個(gè)側(cè)面A、B，試計(jì)算其工序尺寸的定位誤差。用題4-6圖所示定位方案在臺階軸上銑平面，工序尺寸mm，試計(jì)算定位誤差。作業(yè)：按圖6-57所示定位方式銑軸平面，要求保證尺寸A。已知：軸徑d=mm,B=

試求此工序的定位誤差。1.力源裝置2.中間傳力機(jī)構(gòu)改變力的方向改變力的大小使夾緊實(shí)現(xiàn)自鎖3.夾緊元件第四節(jié)工件在夾具中的夾緊一、夾緊裝置的組成及基本要求一、夾緊裝置的組成和要求2．對夾緊裝置的要求

1）夾緊過程不得破壞工件在夾具中占有的定位位置；

2）夾緊力要適當(dāng)，既要保證工件在加工過程中定位的穩(wěn)定性，又要防止因夾緊力過大損傷工件表面或使工件產(chǎn)生過大的夾緊變形；3）操作安全、省力；4）結(jié)構(gòu)應(yīng)盡量簡單，便于制造，便于維修。

1.夾緊力方向的確定4-30夾緊力作用方向不垂直于主要定位基準(zhǔn)面二、夾緊力的確定(1)夾緊力的作用方向應(yīng)垂直于主要定位基準(zhǔn)面(2)夾緊力作用方向應(yīng)使所需夾緊力最小圖4-31夾緊力方向與夾緊力大小的關(guān)系最理想的夾緊力的作用方向是與重力、切削力方向一致。(3)夾緊力作用方向應(yīng)使工件變形盡可能小圖4-32套筒夾緊2.夾緊力作用點(diǎn)的確定(1)夾緊力的作用點(diǎn)應(yīng)落在支承元件或幾個(gè)支承元件形成的穩(wěn)定受力區(qū)域內(nèi)圖4-33夾緊力作用點(diǎn)應(yīng)在支承面內(nèi)a)不合理b)合理不合理合理(2)夾緊力作用點(diǎn)應(yīng)落在工件剛性好的部位圖4-34夾緊力作用點(diǎn)應(yīng)落在剛性較好部位a)不合理b)合理不合理合理(3)夾緊力作用點(diǎn)應(yīng)盡可能靠近加工面圖4-35夾緊力應(yīng)靠近加工表面3.夾緊力的大小

夾緊力的大小可根據(jù)切削力、工件重力的大小、方向和相互位置關(guān)系具體計(jì)算。為安全起見，計(jì)算出的夾緊力應(yīng)乘以安全系數(shù)K（粗加工時(shí)取k=2.5～3，精加工時(shí)取k=1.5～2），故實(shí)際夾緊力一般比理論計(jì)算值大2-3倍。

進(jìn)行夾緊力計(jì)算時(shí)，通常將夾具和工件看作一剛性系統(tǒng)，以簡化計(jì)算。根據(jù)工件在切削力、夾緊力(重型工件要考慮重力，高速時(shí)要考慮慣性力)作用下處于靜力平衡，列出靜力平衡方程式，即可算出理論夾緊力。加工過程中切削力的作用點(diǎn)、方向和大小可能都在變化，估算夾緊力時(shí)應(yīng)按最不利的情況考慮。1.斜楔夾緊三、典型夾緊機(jī)構(gòu)圖4-36斜楔夾緊原理及受力分析一般Φ1=Φ2=Φ=5～7°，故當(dāng)α＜10～14°時(shí)自鎖，取α=6～8°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)。斜楔的自鎖條件：斜楔的升角小于斜楔與工件、斜楔與夾具體之間的摩擦角之和。斜楔夾緊的特點(diǎn)：

1）有增力作用，擴(kuò)力比i=FQ/FP

，約等于3,自鎖性能好；2）受斜楔長度和其升角限制，夾緊行程小,h/s

=tanα，故h遠(yuǎn)小于s；3）結(jié)構(gòu)簡單，但操作不方便。主要用于機(jī)動夾緊，且毛坯質(zhì)量較高的場合。1．斜楔夾緊機(jī)構(gòu)1．斜楔夾緊機(jī)構(gòu)2.螺旋夾緊機(jī)構(gòu)圖4-37單螺旋夾緊1—螺桿2—螺母3—螺釘4—壓塊螺旋夾緊機(jī)構(gòu)：采用螺桿作中間傳力元件的夾緊機(jī)構(gòu)特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡單、夾緊可靠、通用性好，而且由于螺旋升角小，自鎖性能好，夾緊力和夾緊行程都較大，是手動夾具上用的最多的一種夾緊機(jī)構(gòu)。2．螺旋夾緊機(jī)構(gòu)

圖

快速螺旋夾緊裝置1—螺旋軸

2—手柄

3—擺動壓塊圖

螺旋壓板機(jī)構(gòu)3.偏心夾緊偏心夾緊機(jī)構(gòu)是由偏心件作為夾緊元件，直接夾緊或與其它元件組合實(shí)現(xiàn)對工件的夾緊，常用的偏心件有圓偏心和軸偏心兩種。特點(diǎn)：操作方便，夾緊迅速，缺點(diǎn)是夾緊力和夾緊行程都小,一般用于切削力不大、振動小、沒有離心力影響的加工中。1.氣動夾緊四、夾緊動力源裝置圖4-39典型氣壓傳動系統(tǒng)1—霧化器2—減壓閥3—止回閥4—換向閥5—調(diào)速閥6—?dú)鈮罕?—?dú)飧谆钊綒飧祝汗ぷ餍谐梯^長，作用力大小不受工作行程長度影響。但其結(jié)構(gòu)尺寸較大，制造維修困難，壽命短，且易漏氣。2.液壓夾緊

液壓夾緊相比氣動夾緊另有其本身的優(yōu)點(diǎn):(1)工作壓力高(可達(dá)5～6.5MPa)，比氣壓高出十余倍，故液壓缸尺寸比氣缸小得多。因傳動力大，通常不需增力機(jī)構(gòu)，使夾具結(jié)構(gòu)簡單、緊湊。(2)油液不可壓縮，因此夾緊剛性大、工作平穩(wěn)、夾緊可靠。(3)噪聲小，勞動條件好。液壓夾緊適用于重力切削或加工大型工件時(shí)的多處夾緊。3.氣—液壓組合夾緊圖4-41氣—液壓組合夾緊工作原理1—?dú)飧?—增壓缸3—活塞4—活塞桿5—工作缸6—活塞第五節(jié)各類機(jī)床夾具一、車床夾具車床主要用于加工零件的內(nèi)、外圓柱面、圓錐面、回轉(zhuǎn)成形面、螺紋以及端平面等。根據(jù)加工特點(diǎn)和夾具在機(jī)床上安裝的位置，將車床夾具分為兩種基本類型。（一）車床夾具的類型1、安裝在車床主軸上的夾具這類夾具，加工時(shí)夾具隨機(jī)床主軸一起旋轉(zhuǎn)，切削刀具作進(jìn)給運(yùn)動。2、安裝在滑板或床身上的夾具對于某些形狀不規(guī)則和尺寸較大的工件，常常把夾具安裝在車床滑板上，刀具則安裝在車床主軸上作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，夾具作進(jìn)給運(yùn)動。加工回轉(zhuǎn)成形面的靠模屬于安裝在床身上的夾具。

（二）、車床專用夾具的典型結(jié)構(gòu)1、心軸類車床夾具多用于工件以內(nèi)孔作為定位基準(zhǔn)，加工外圓柱面的情況。常見的車床心軸有圓柱心軸、彈簧心軸、頂尖式心軸等。2．角鐵式車床夾具具有類似角鐵的夾具體。常用于加工殼體、支座，接頭類零件的圓柱面及端面。當(dāng)被加工工件的主要定位基準(zhǔn)是平面，被加工面的軸線對主要基準(zhǔn)面保持一定的位置關(guān)系（平行或成一定的角度）時(shí)，相應(yīng)地夾具上的平面定位件設(shè)在與車床主軸軸線相平行或成一定角度的位置上。3、花盤式車床夾具夾具體為圓盤形。在花盤式夾具上加工的工件一般形狀都較復(fù)雜，多數(shù)情況是工件的定位基準(zhǔn)為圓柱面和與其垂直的端面。夾具上的平面定位件與車床主軸的軸線相垂直。4、安裝在拖板上車床夾具通過機(jī)床改裝（拆去刀架，小拖板）使其固定在大拖板上，工件直運(yùn)動，刀具則轉(zhuǎn)動。這種方式擴(kuò)大車床用途，以車代鏜，解決大尺寸工件無法安裝在主軸上或轉(zhuǎn)速難以提高的問題。一、車床夾具1-削邊銷2-圓柱銷3-過度盤4-夾具體5-定程基面6-導(dǎo)向套7-平衡塊8-壓板9-工件車床夾具與車床主軸的連接形式1）利用前后頂尖安裝夾具以前后中心孔為安裝面，在機(jī)床前、后頂尖上定位，由撥盤和雞心夾帶動。較長定位心軸常采用這種安裝方式，多用于車床或磨床上。2）利用主軸莫氏錐孔安裝夾具以莫氏錐柄為安裝面，在機(jī)床主軸的莫氏錐孔中定位，用拉桿從主軸尾部將其拉緊，起防松保護(hù)作用。這種方式定位精度高，安裝迅速方便，但剛度低，只適于在車床上安裝小型夾具。車床夾具與車床主軸的連接形式3）夾具與機(jī)床主軸端部直接連接圖b用主軸端部圓柱面定位，螺紋連接，并用兩個(gè)壓塊防松，防止機(jī)床反轉(zhuǎn)時(shí)將夾具甩出而發(fā)生事故。由于圓柱體配合存在間隙，這種安裝方式定心精度較低。圖c用機(jī)床主軸端部的短圓錐面和端面定位，螺釘緊固，這種連接方式定位精度高，接觸剛度好，但有過定位，所以要求連接部位定位面之間的尺寸和位置精度很高。1-防松壓板2-夾具體

車床夾具與車床主軸的連接形式4）利用過渡盤安裝對于尺寸較大的車床類夾具，常通過過渡盤與機(jī)床主軸連接。過渡盤裝在機(jī)床主軸的端部，它們之間的連接方式隨主軸端部結(jié)構(gòu)而異，夾具以夾具體上的端面和止口為安裝面裝在過渡盤上，用螺釘緊固。此法簡化了夾具體的結(jié)構(gòu)，提高了其通用性。3-過渡盤

第四節(jié)典型機(jī)床夾具2．銑床夾具

銑削加工屬斷續(xù)切削，易產(chǎn)生振動，銑床夾具的受力部件要有足夠的強(qiáng)度和剛度，夾緊機(jī)構(gòu)所提供的夾緊力應(yīng)足夠大，且要求有較好的自鎖性能。

對刀塊和定位鍵是銑床夾具的特有元件。對刀塊是用來確定銑刀相對于夾具定位元件位置關(guān)系的；定位鍵是用來確定夾具相對于機(jī)床位置關(guān)系的。

1．直線進(jìn)給式銑床夾具

這類銑床用得最多。夾具安裝在銑床工作臺上，加工中隨工作臺按直線進(jìn)給方式運(yùn)動。

根據(jù)工件質(zhì)量、結(jié)構(gòu)及生產(chǎn)批量，將夾具設(shè)計(jì)成單件多點(diǎn)、多件平行和多件連續(xù)依次夾緊的聯(lián)動方式，有時(shí)還要采用分度機(jī)構(gòu)，均為了提高生產(chǎn)效率。

2．圓周進(jìn)給式銑床夾具

圓周進(jìn)給銑削方式在不停車的情況下裝卸工件，一般是多工位，在有回轉(zhuǎn)工作臺的銑床上使用。

這種夾具結(jié)構(gòu)緊湊，操作方便，機(jī)動時(shí)間與輔助時(shí)間重疊，是高效銑床夾具，使用于大批量生產(chǎn)。

3.靠模銑床夾具

這種帶有靠模的銑床夾具用在專用或通用銑床上加工各種非圓曲面?？磕５淖饔檬鞘构ぜ@得輔助運(yùn)動，形成仿形運(yùn)動。按主進(jìn)給運(yùn)動方式，靠模銑床夾具可分為直線進(jìn)給和圓周進(jìn)給兩種。長春理工大學(xué)機(jī)械工程系第四節(jié)典型機(jī)床夾具2．銑床夾具

長春理工大學(xué)機(jī)械工程系第四節(jié)典型機(jī)床夾具2．銑床夾具

對刀裝置

對刀塊塞尺對刀調(diào)整工作通過塞尺（平面型或圓柱型）進(jìn)行，這樣可以避免損壞刀具和對刀塊的工作表面。塞尺的厚度或直徑一般為3～5mm，按國家標(biāo)準(zhǔn)h6的公差制造，在夾具總圖上應(yīng)注明塞尺的尺寸。1-夾具體2-支承板3-壓板4-螺母5-對刀塊6-定位銷7-支承釘

一、鉆床夾具的主要類型鉆床夾具簡稱鉆模，主要用于加工孔及螺紋。它主要由鉆套、鉆模板、定位及夾緊裝置夾具體組成。其主要類型有以下幾種。（1）固定式鉆模使用中鉆模在機(jī)床上的位置固定不動，加工精度較高，主要用于立式鉆床上加工直徑較大的單孔或搖臂鉆床加工平行孔系。（2）回轉(zhuǎn)式鉆模鉆模上有分度裝置，可在工件上加工出若干個(gè)繞軸線分布的軸向或徑向孔系。（3）翻轉(zhuǎn)式鉆模主要加工小型工件不同表面上，孔徑小于

8~

10mm的孔?？蓽p少安裝次數(shù)，提高被加工孔的位置精度。其結(jié)構(gòu)較簡單，加工鉆模一般手工進(jìn)行翻轉(zhuǎn)，所以夾具及工件應(yīng)小于10kg為宜。（4）蓋板式鉆模這種鉆模無夾具體，其定位元件和夾緊裝置直接裝在鉆模板上。鉆模板在工件上裝夾，適合于體積大而笨重的工件上的小孔加工。夾具、結(jié)構(gòu)簡單輕便，易清除切屑；但是每次夾具需從工件上裝卸，較費(fèi)時(shí)，故此鉆模的質(zhì)量一般不宜超過10kg。（5）滑柱式鉆模滑柱式鉆模是帶有升降鉆模板的通用可調(diào)夾具。結(jié)構(gòu)簡單、操作方便、動作迅速、制造周期短，生產(chǎn)中應(yīng)用較廣。三、鉆床夾具1．鉆床夾具

（一）鉆模的主要類型及其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)1．固定式鉆模

1．鉆床夾具

（一）鉆模的主要類型及其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)2．回轉(zhuǎn)式鉆模

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