第二章 機(jī)床夾具設(shè)計白底

主要內(nèi)容：§2-1機(jī)床夾具概述

§2-2工件在夾具上的定位

§2-3工件在夾具上的夾緊§2-4各類機(jī)床夾具§2-5機(jī)床夾具設(shè)計步驟與方法第二章機(jī)床夾具設(shè)計原理§2-1概述一、機(jī)床夾具的基本概念

機(jī)床夾具是將工件進(jìn)行定位、夾緊，將刀具進(jìn)行導(dǎo)向或?qū)Φ?，以保證工件和刀具間的相對位置關(guān)系的附加裝置，簡稱夾具。用夾具定位涉及到三層關(guān)系：①工件在夾具上的定位；②夾具相對于機(jī)床的定位；③工件相對于機(jī)床的定位二、機(jī)床夾具的作用

1、穩(wěn)定保證工件的加工精度2、減少輔助工時，提高勞動生產(chǎn)率3、擴(kuò)大機(jī)床使用范圍，實現(xiàn)一機(jī)多能4、能降低工人技術(shù)要求和減輕工人勞動強(qiáng)度。三、機(jī)床夾具分類1、按夾具使用范圍來分①通用夾具②專用夾具③可調(diào)或成組夾具④組合夾具⑤隨行夾具夾具的分類通用夾具三爪卡盤四爪卡盤萬向平口鉗回轉(zhuǎn)工作臺分度頭2、按使用的機(jī)床類型分車床夾具、磨床夾具、鉆床夾具、銑床夾具、鏜床夾具。3、按用途分：機(jī)床夾具、裝配夾具、檢驗夾具等。4、按夾緊的動力源不同分類手動夾具，氣動夾具，液壓夾具，氣液夾具，電動夾具、電磁夾具及真空夾具、自來緊夾具等。四、機(jī)床夾具的組成1、定位元件2、夾緊元件3、導(dǎo)向元件和對刀裝置4、連接元件5、夾具體6、其它輔件一、工件的定位直接找正裝夾用劃針，百分表或目測直接找正工件在機(jī)床或夾具中的正確位置，然后再夾緊。這種方法稱為直接找正裝夾。1.工件的裝夾裝夾又稱安裝。定位

—使工件在機(jī)床或夾具上占有正確位置。夾緊

—對工件施加一定的外力，使其已確定的位置在加工過程中保持不變。2裝夾方法§2-2工件在夾具上的定位

圖直接找正安裝毛坯孔加工線找正線圖劃線找正安裝精度高，效率低，對工人技術(shù)水平高。劃線找正裝夾精度不高，效率低，多用于形狀復(fù)雜的鑄件。圖工件在夾具上裝夾（滾齒夾具）夾具裝夾精度和效率均高，廣泛采用。3工件定位的基本原理（1）六點(diǎn)定位原理六點(diǎn)定位原理圖XZY

六點(diǎn)定位原理將6個支承抽象為6個“點(diǎn)”，6個點(diǎn)限制了工件的6個自由度，這就是六點(diǎn)定位原理。Z移動，X、Y軸旋轉(zhuǎn)自由度X移動，Z軸轉(zhuǎn)動自由度Y移動自由度注意以下幾點(diǎn)：1設(shè)置3個定位支承點(diǎn)的平面限制一個移動自由度和兩個轉(zhuǎn)動自由度，稱為主要定位面。2設(shè)置2個定位支承點(diǎn)的平面限制兩個自由度，稱為導(dǎo)向定位面。3設(shè)置1個定位支承點(diǎn)的平面限制一個自由度，稱為止推定位面或防轉(zhuǎn)定位面。

4一個定位支承點(diǎn)只能限制一個自由度。5定位支承點(diǎn)必須與工件的定位基準(zhǔn)始終貼緊接觸。6工件在定位時需要限制的自由度數(shù)目以及究竟是哪幾個自由度，完全由工件的加工要求所決定。7定位支承點(diǎn)所限制的自由度，原則上不允許重復(fù)或互相矛盾。

2）根據(jù)加工精度要求，確定限制工件自由度數(shù)目

e）

f）由于工件的形狀特點(diǎn)，沒有必要也無法限制工件某些方面的自由度。由于加工特點(diǎn)，工件某些方面自由度的存在并不影響加工精度。（3）定位元件限制工件自由度工件在機(jī)床或夾具中定位時，其第一類自由度是通過工件的定位基準(zhǔn)（或基面）與機(jī)床或夾具定位元件接觸或配合而被限制的。1）工件以平面定位平面定位的主要形式是支承定位。常用的定位元件有支承釘、支承板、夾具支承件和夾具體的凸臺及平面等。①支承釘2）工件以圓孔定位工件以圓孔定位多屬于定心定位（定位基準(zhǔn)為圓柱孔軸線）。常用定位元件是定位銷和心軸。定位銷有圓柱銷、圓錐銷、菱形銷等形式；心軸有剛性心軸（又有過盈配合、間隙配合和小錐度心軸等）、彈性心軸之分。①圓柱銷A結(jié)構(gòu)圖圓柱銷的結(jié)構(gòu)

圖圓柱銷的定位

②菱形銷圖圓錐銷的結(jié)構(gòu)

圖定位心軸的結(jié)構(gòu)

圖定位心軸的定位

3）工件以圓錐孔定位工件以圓錐孔定位時，所用定位元件為圓錐心軸或圓錐銷。圓錐心軸限制工件5個自由度，圓錐銷限工件三個自由度圖圓錐心軸定位

圖工件以圓錐孔定位情況

4）工件以外圓柱面定位工件以外圓柱面定位兩種形式：定心定位和支承定位。支承定位時用支承板、支承釘。①圓定位套圖工件外圓以套筒和錐套定位

圖工件外圓以套筒定位情況

②V形塊B定位分析

③支承板支承板對外圓柱面的定位就是平面與外圓母線的接觸，長支承板或兩個支承釘與外圓面接觸，限制工件兩個自由度，短支承板或支承釘與外圓柱面接觸，限制一個自由度（4）工件定位時的幾種情況1）完全定位工件六個自由度被分別完全限制的定位，稱為完全定位。2）不完全定位根據(jù)具體的加工方法，在滿足加工要求的前提下，把限制工件少于六個自由度的定位，稱為不完全定位。3）欠定位當(dāng)定位支承點(diǎn)的數(shù)目，少于應(yīng)限制的自由度數(shù)目，工件不能正確定位，不能滿足加工要求。這種定位方式，稱為欠定位。4）過定位幾個定位支承點(diǎn)，同時限制同一個自由度的定位，稱為過定位。

過定位分析（桌子與三角架）完全定位與不完全定位圖工件應(yīng)限制的自由度ZYXa）限制3個自由度ZYXb）限制5個自由度ZYXc）限制6個自由度ZYXd）限制2個自由度e）ZYX限制4個自由度f）ZYX限制5個自由度

過定位討論如圖示，齒輪坯以內(nèi)孔和一小端面定位，車削外圓和大端面。加工后檢測發(fā)現(xiàn)大端面與內(nèi)孔垂直度超差。試分析原因，提出改進(jìn)意見。4A0.02A間隙配合剛性心軸圖過定位示例圖過定位引起夾緊變形橡膠墊圖過定位處理分析插齒時常用的夾具，如圖所示，工件3以內(nèi)孔在心軸上定位，限制工件的四個自由度，又以端面在支承凸臺2上定位，限制工件三個自由度。重復(fù)限制:X轉(zhuǎn)動Y轉(zhuǎn)動二、對定位元件的基本要求1.足夠的精度2.足夠的強(qiáng)度和剛度3.耐磨性好4.工藝性好

§2-2工件在夾具上的定位三、常用的定位方法及定位元件1.工件以平面定位（1） 固定支承①支承釘②支承板(2)可調(diào)支承支承的高度可以根據(jù)需要進(jìn)行調(diào)整。(3）自位支承在工件的定位過程中，能自動調(diào)整位置的支承。(4)輔助支承輔助支承用來提高工件的裝夾剛度，不起定位作用。2、工件以圓柱孔定位時的定位元件（1）心軸圓錐心軸（2）圓柱銷（3）圓錐銷3工件以外圓定位時的定位元件（1）V形塊（2）定位套4．工件以其它表面定位5.工件以組合表面定位6.工件以一面兩孔定位箱體類零件加工時，往往以加工好的一個面及其上的兩個工藝孔作為定位基準(zhǔn)。通稱一面二銷定位。（1）兩個圓柱銷

要滿足工件順利裝入的條件，直徑縮小后的第二銷與第二孔的最小配合間隙為（2）一圓柱銷與一削邊銷在一面兩孔定位中，通常根據(jù)工序圖選擇尺寸大、精度高的主要基準(zhǔn)孔用短圓柱銷，次要的基準(zhǔn)孔用削邊銷。如果兩個基準(zhǔn)孔主次難分，且精度不高，一般大孔用圓柱銷小孔用菱形銷。為了保證銷的強(qiáng)度，通常使用菱形銷。圖a用于直徑很小時圖b用于直徑為3~50mm時圖c用于大于50mm時菱形銷寬度計算圖即整理有：1.定位誤差概念①夾具的有關(guān)制造誤差

a確定刀具位置的元件和引導(dǎo)刀具的元件與定位元件間的位置誤差；b定位元件與夾具安裝到機(jī)床上的安裝基面間的位置誤差。

四、定位誤差的分析與計算②夾具安裝誤差

③加工誤差

指工件在切削過程中所產(chǎn)生的誤差。2.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，稱為基準(zhǔn)不重合誤差。②由于定位副制造誤差及其配合間隙所引起的定位誤差，稱為基準(zhǔn)位移誤差。工件定位誤差的實質(zhì)是工件上被加工表面的工序基準(zhǔn)相對于定位元件工作表面在加工尺寸方向上的最大變動量（1）用幾何方法計算定位誤差圖示為孔銷配合情況，若工件的工序基準(zhǔn)為孔心。試確定孔銷間隙配合時的定位誤差。解：a）圖為工件孔與定位銷垂直放置，定位銷與工件內(nèi)孔則可能任意邊接觸。無論工序尺寸方向如何，孔銷間隙配合的定位誤差均為b)圖工件孔與定位銷水平放置?？字行木€在垂直方向的最大變動量為若工件的工序基準(zhǔn)仍為孔心，且工序尺寸方向與固定點(diǎn)和銷子中心連線方向相同，則

例：工件在使用心軸、銷、定位時，常會考慮留有間隙而需要進(jìn)行定位誤差計算。左端：孔徑，公差為TD1；銷徑，公差為Td1；最小間隙為Δ1。右端：孔徑公差為TD2；銷徑公差為Td2；最小間隙為Δ2。2、用微分方法計算定位誤差例、工件用V形塊定位加工鍵槽時的定位誤差計算。加工鍵槽時，一般有兩項工序要求：1）尺寸H；2）鍵槽對工件外圓中心的對稱度。標(biāo)注鍵槽設(shè)計尺寸H時，有三種不同的標(biāo)注方法：(a)要求保證上母線到加工面尺寸H1；(b)要求保證下母線到加工面尺寸H2；(c)要求保證上母線到加工面尺寸H3。解：首先：寫出O點(diǎn)至加工尺寸方向上某固定點(diǎn)的距離再對上式求全微分

同理：§2-3工件在夾具上的夾緊一、夾緊裝置的組成及基本要求1.夾緊裝置的組成一般由夾緊機(jī)構(gòu)和動力源組成。2.對夾緊裝置的基本要求①夾得穩(wěn)②夾得牢③夾得快二、夾緊力的確定夾緊力力的大小力的方向力的作用點(diǎn)這三要素是夾緊裝置設(shè)計和選擇的核心問題1.夾緊力方向的確定（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。（2）夾緊力的作用方向應(yīng)與工件剛度大的方向一致，以減小工件夾緊變形。圖夾緊力、切削力和重力之間關(guān)系

（3）夾緊力的方向應(yīng)有利于減小夾緊力。2.夾緊力的作用點(diǎn)的選擇（1）力的作用點(diǎn)的位置應(yīng)能保持工件的正確定位而不發(fā)生位移或偏轉(zhuǎn)。（2）夾緊力的作用點(diǎn)應(yīng)位于工件剛性較大處，而且作用點(diǎn)應(yīng)有足夠的數(shù)目，這樣可使工件的變形量最小。（3）夾緊力的作用點(diǎn)應(yīng)盡量靠近工件被加工表面，這樣可使切削力對該作用點(diǎn)的力矩減小，工件的振動也可以減小。實際夾緊力為說明：一般k=1.5-3，粗加工k=2.5-3精加工k=1.5-23夾緊力大小斜楔夾緊機(jī)構(gòu)螺旋夾緊機(jī)構(gòu)偏心夾緊機(jī)構(gòu)三、基本夾緊機(jī)構(gòu)1.斜楔夾緊機(jī)構(gòu)（1）夾緊力的計算直接采用斜楔夾緊時可獲得的夾緊力為（2）自鎖條件（3）擴(kuò)力比擴(kuò)力比也稱為擴(kuò)力系數(shù)，是指在夾緊原動力作用下，夾緊機(jī)構(gòu)所能產(chǎn)生的夾緊力與原始作用力的比值（4）行程比一般把斜楔的移動行程與工件需要的夾緊行程的比值，稱為行程比。（5）應(yīng)用場合斜楔機(jī)構(gòu)簡單，有增力作用。一般擴(kuò)力比（約為3），楔角愈小增力作用愈大。夾緊和松開要敲擊大、小端，操作不方便楔塊夾緊裝置2.螺旋夾緊機(jī)構(gòu)螺旋夾緊裝置是從斜塊夾緊裝置轉(zhuǎn)化而來的，相當(dāng)于把楔塊繞在圓柱體上，轉(zhuǎn)動螺旋時即可夾緊工件。螺旋夾緊機(jī)構(gòu)中的螺旋，實際上是把斜楔繞在圓柱面上，旋轉(zhuǎn)螺桿時，斜面上升，從而對工件進(jìn)行夾緊。圖螺旋夾緊機(jī)構(gòu)示例簡單的螺旋夾緊機(jī)構(gòu)（1）夾緊力的計算

螺旋夾緊力的計算公式為表當(dāng)量摩擦半徑計算公式（2）自鎖條件螺旋夾緊機(jī)構(gòu)的螺旋升角很小，故自鎖性能好。（3）擴(kuò)力比因為螺旋升角小于斜楔的楔角，螺旋夾緊機(jī)構(gòu)的擴(kuò)力作用遠(yuǎn)大于斜楔夾緊機(jī)構(gòu)。（4）應(yīng)用場合螺旋夾緊機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)簡單，制造容易，夾緊行程大，擴(kuò)力比大，自鎖性能好，應(yīng)用廣泛，尤其適用于手動夾緊機(jī)構(gòu)。但夾緊動作緩慢，效率低，不宜使用在自動化夾緊裝置上。

a）b）c）圖螺旋壓板組合夾緊機(jī)構(gòu)圖偏心夾緊機(jī)構(gòu)圖圓偏心輪夾緊原理3偏心夾緊裝置偏心夾緊裝置也是從斜塊夾緊裝置轉(zhuǎn)化而來的，它是將楔塊包在圓盤上，旋轉(zhuǎn)圓盤使工件得以夾緊。

（1）圓偏心輪的夾緊原理(2)夾緊力的計算(3)自鎖條件（4）擴(kuò)力比圓偏心夾緊的擴(kuò)力比遠(yuǎn)小于螺旋夾緊的擴(kuò)力比，但大于斜楔夾緊的擴(kuò)力比。（5）應(yīng)用場合圓偏心夾緊的優(yōu)點(diǎn)是操作簡便、夾緊動作迅速、結(jié)構(gòu)緊湊；缺點(diǎn)是夾緊行程小、夾緊力小、自鎖性能差，因此常用于切削力不大、夾緊行程小、振動較小的場合。1鉸鏈夾緊機(jī)構(gòu)

圖鉸鏈夾緊原理圖鉸鏈夾緊機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)簡單、擴(kuò)力比大且摩擦損失小，故適用于多點(diǎn)或多件夾緊，在氣動或液壓夾具中廣泛應(yīng)用。四、其它夾緊機(jī)構(gòu)

2.定心、對中夾緊機(jī)構(gòu)特點(diǎn)：定位、夾緊同時實現(xiàn)定位元件同時又是夾緊元件用于以中心線、對稱面為工序基準(zhǔn)的場合可分為兩種類型：1、按定位夾緊元件的等速移動或轉(zhuǎn)動原理實現(xiàn)定心、對中夾緊2、按定位、夾緊元件均勻彈性變形原理實現(xiàn)定心夾緊①按定位夾緊元件的等速移動或轉(zhuǎn)動原理實現(xiàn)定心、對中夾緊②按定位、夾緊元件均勻彈性變形原理實現(xiàn)定心夾緊3.聯(lián)動夾緊機(jī)構(gòu)：用于同時有幾個點(diǎn)對進(jìn)行夾緊或同時夾緊幾個工件的場合(1)多點(diǎn)夾緊機(jī)構(gòu)浮動夾緊機(jī)構(gòu)(2)多件夾緊機(jī)構(gòu)①平行式多件夾緊②對向式和復(fù)合式多件夾緊：例（3）依次連續(xù)式多件夾緊順次連續(xù)式多件夾緊

圖聯(lián)動夾緊機(jī)構(gòu)機(jī)械制造工藝學(xué)§2-4各類機(jī)床夾具一、鉆床夾具的設(shè)計鉆床夾具的設(shè)計主要考慮鉆套的設(shè)計。鉆套是用來引導(dǎo)鉆頭、擴(kuò)孔鉆、鉸刀等孔加工刀具，加強(qiáng)刀具剛度，并保證所加工的孔和工件其它表面有準(zhǔn)確的相對位置。鉆套按結(jié)構(gòu)和使用特點(diǎn)可分為以下四類固定鉆套可換鉆套快換鉆套特殊鉆套鉆床類夾具一、鉆床類夾具1．鉆床類夾具的種類及其構(gòu)造這類夾具主要是用來保證被加工孔的位置精度還可用于某些鏜床、組合機(jī)床上鉆床夾具的種類繁多，根據(jù)被加工孔的分布情況和鉆模板的特點(diǎn)，一般分為固定式、回轉(zhuǎn)式、移動式、翻轉(zhuǎn)式、復(fù)蓋式和滑柱式等幾種類型鉆床類夾具1.鉆模的類型1）固定式鉆模2）回轉(zhuǎn)式鉆模3）翻轉(zhuǎn)式鉆模圖翻轉(zhuǎn)式鉆模1-夾具體2-斜楔3-工件4）蓋板式鉆模5）滑柱式鉆模

2.鉆床夾具的設(shè)計要點(diǎn)1）鉆套的類型鉆套作用:a）確定刀具相對于夾具定位元件的位置，引導(dǎo)鉆頭等孔加工刀具，提高其剛性，防止在加工中發(fā)生偏斜；b)保證孔系中各孔之間的位置精度。A型B型(a)(b）①固定鉆套鉆套直接壓入鉆模板或夾具體的孔中，位置精度高，但磨損后不易更換。②可換鉆套當(dāng)工件為單一鉆孔工序的大批量生產(chǎn)時。③快換鉆套④特殊鉆套a）加長鉆套b）斜面鉆套c）小孔距鉆套d）可定位、夾緊鉆套2）鉆套的尺寸和公差①導(dǎo)向孔徑d②鉆套高度H③鉆套與工件之間應(yīng)留有排屑間隙。3）鉆模板鉆模板是供安裝鉆套用的，應(yīng)有一定的強(qiáng)度和剛度，以防止變形而影響鉆套的位置和引導(dǎo)精度。按其與夾具體的連接方式有固定式、鉸鏈?zhǔn)?、懸掛式、升降式和可拆式。鉆模板a）固定式b)鉸鏈?zhǔn)絚)可卸式1鉆模板2夾具體3圓導(dǎo)柱4菱形導(dǎo)柱5墊片固定式鉆模板②鉸鏈?zhǔn)姐@模板③可拆式鉆模板圖2-38懸掛式鉆模板1－多軸傳動頭2－彈簧3－導(dǎo)柱4－鉆模板5－螺釘6－導(dǎo)套二、鏜床夾具鏜床夾具通常稱為鏜模。鏜模和鉆模一樣，是依靠專門的導(dǎo)引元件——鏜套來導(dǎo)引鏜桿，從而保證所鏜的孔具有很高的位置精度。

一般鏜模由定位元件、夾緊裝置、導(dǎo)引元件（鏜套）、夾具體（鏜模支架和底座）四個部分組成。圖車床尾座孔鏜模1－支架2－導(dǎo)套3、4－定位元件5、8－壓板6－夾緊螺釘7－可調(diào)支承9－鏜模底座10－鏜桿11－浮動接頭鏜模的種類鏜套布置形式應(yīng)用鏜桿與主軸連接形式單面前鏜套D>60mmL<D通孔h=(0.5～1)Dh≮20剛性連接單面后鏜套(a)用于D＜60mmL<D通孔、盲孔(b)用于D＜60mmL>D通孔、盲孔剛性連接鏜套布置形式應(yīng)用鏜桿與主軸連接形式雙面單鏜套L>1.5D的通孔或同軸孔系，當(dāng)S>10d時，應(yīng)設(shè)中間導(dǎo)引套浮動連接單面雙鏜套L1＜5d浮動連接3.鏜模的設(shè)計要點(diǎn)（1）鏜套的選擇和設(shè)計1）鏜套的類型①固定式鏜套圖2-40固定式鏜套（GB/T226-91）②回轉(zhuǎn)式鏜套a）滑動鏜套：圖2-41a)滑動鏜套；b)、c)外滾式滾動鏜套b)滾動鏜套內(nèi)滾式：圖2-42內(nèi)滾式滾動鏜套1－導(dǎo)套2－固定支承套3－鏜桿2）鏜套的特點(diǎn)：

類固定鏜套滑動鏜套滾動鏜套適應(yīng)轉(zhuǎn)速低低高承載能力較大大低潤滑要求較高高低徑向尺寸小較小大加工精度較高高低應(yīng)用低速、一般鏜孔低速、孔距小高速、孔距大鏜