第五章 夾具設(shè)計(jì)

第5章夾具設(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)工具在夾具中的夾緊第四節(jié)專用夾具的設(shè)計(jì)方法第五節(jié)典型夾具設(shè)計(jì)一、夾具的功用夾具雖是機(jī)床的一種附加工藝裝置，但是它在生產(chǎn)中發(fā)揮的作用很大。采用夾具裝夾工件，有助于保證工件的加工件質(zhì)量；縮短輔助時(shí)間；提高生產(chǎn)效率；減輕工人勞動(dòng)強(qiáng)度和降低對(duì)工人的技術(shù)水平要求；擴(kuò)大機(jī)床工藝范圍和改變機(jī)床用途。

第一節(jié)概述二、機(jī)床夾具的分類1、分類方法：1)按夾具的應(yīng)用范圍：通用夾具、專用夾具、可調(diào)夾具、組合夾具、隨行夾具；2)按加工類型：車床夾具、鉆床夾具、鏜床夾具、磨床夾具、數(shù)控機(jī)床夾具等；3)按夾緊力來源：手動(dòng)夾具、氣動(dòng)夾具、液壓夾具、電磁夾具、真空夾具。機(jī)床夾具通常按夾具的應(yīng)用范圍進(jìn)行。(1)通用夾具：指已標(biāo)準(zhǔn)化，通用化好，可用于加工同一類型，不同尺寸工件加工的夾具。

如：三爪長盤、四爪長盤、平口鉗、回轉(zhuǎn)工作臺(tái)、萬能分度頭、磁鐵吸盤。

適用場合：廣泛用于單件，小批量生產(chǎn)中。

(2)專用夾具：指的是專為某一工件的某道工序而設(shè)計(jì)制造夾具，這種夾具“剛性”大，即當(dāng)產(chǎn)品變換或工序內(nèi)容變更后，往住無法使用。因此適用于產(chǎn)品固定、工藝相對(duì)穩(wěn)定、批量大的加工過程。(3)可調(diào)夾具：是指經(jīng)調(diào)整或更換個(gè)別元件，即可加工多種工件的夾具。這種夾具主要用了加工形狀相似，尺寸相近的工件的加工。(4)組合夾具（拼裝夾具）：這種夾具是在夾具零部件完全標(biāo)準(zhǔn)化的基礎(chǔ)上，根據(jù)積木化原理，針對(duì)不同的工件對(duì)象和加工要求，拼裝組合則成夾具。構(gòu)成夾具的各零部件，在工件加工完后，可拆散成各種元件，組合成適用其它產(chǎn)品加工要求的夾具。（圖示見下頁）

當(dāng)今生產(chǎn)發(fā)展趨勢：多品種、小批量。由此導(dǎo)致對(duì)生產(chǎn)裝備的要求是高效、快捷的柔性系統(tǒng)。(5)隨行夾具：切削加工中隨帶安裝好的工件在各工位間被自動(dòng)運(yùn)送轉(zhuǎn)移的機(jī)床夾具。隨行夾具主要是在自動(dòng)生產(chǎn)線﹑加工中心中、柔性生產(chǎn)線。

三、機(jī)床夾具的組成1、機(jī)床夾具

機(jī)床夾具是在機(jī)床上用以裝夾工件的一種裝置，其作用是使工件相對(duì)于機(jī)床或刀具有個(gè)正確的位置，并在加工過程中保持這個(gè)位置不變。2、機(jī)床夾具的組成

(1).定位元件：確定工件在夾具中位置的元件。

(2).導(dǎo)向元件：用以引導(dǎo)刀具或調(diào)整刀具相對(duì)于夾具的位置。如：鉆套、對(duì)刀塊。

(3).夾緊元件：確定夾具與機(jī)床或夾具與刀具的元件。

(4).連接元件：用以確定夾具在機(jī)床上的位置并與機(jī)床相連接。

(5).夾具件：基礎(chǔ)件，用于安裝其它元件，形成整體

(4).其它輔件：夾緊用的扳手，操作手柄，分度機(jī)構(gòu)等。如下圖所示：

定位方式

用六點(diǎn)定位原理進(jìn)行定位分析時(shí)，以定位點(diǎn)來消除自由度，在實(shí)際應(yīng)用中，不可能是點(diǎn)，而應(yīng)該是各種定位元件,工件的定位表面有各種形式：如平面，內(nèi)孔，外圓，成型面，組合表面等，對(duì)這些表面應(yīng)采用不同的方法來實(shí)現(xiàn)。

第二節(jié)工件在夾具中的定位

定位設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)做的工作及步驟：

A）根據(jù)加工零件的工序要求合理布置支承點(diǎn)

B）正確考慮定位方法

C）選用恰當(dāng)?shù)亩ㄎ辉?/p>

一、常用定位方式與定位元件工件常用定位表面以平面定位以內(nèi)孔定位以外圓表面定位以平面定位基本支承輔助支承固定支承可調(diào)支承自位支承支承釘、支承板基本支承：限制自由度，真正起定位作用輔助支承：不限制自由度，起預(yù)定位、增加工件和夾具剛性等作用

（一）工件以平面定位

1．基本支承

(1)固定支承：安裝到夾具上后，不可拆卸或調(diào)節(jié)。分為支承板和支承釘。①支承釘：用于小平面未加工或已加工表面的定位。

a.分類：平頭：用于經(jīng)過精加工的表面，面接觸。

球頭：點(diǎn)接觸，可保證接觸位置相對(duì)穩(wěn)定，但易磨損，夾緊時(shí)使加工表面產(chǎn)生壓陷，產(chǎn)生較大安裝誤差，不易使幾個(gè)支承釘保持在同一平面內(nèi)，用于精加工中。

網(wǎng)紋頂面：與定位面摩擦力較大，可住阻礙工件移動(dòng)，加強(qiáng)定位穩(wěn)定性，易積屑，多用在粗糙表面的側(cè)面定位。b.支承釘尾部與基體孔的配合：

過盈配合：H7/r6或H7/n6

加中間套(可換)：套與夾具體上孔為過盈配合，套與支承釘尾部可選過渡配合H7/js6c.支承釘布置原則：

三點(diǎn)：組成的平面面積盡可能大

二點(diǎn)：距離盡可能長

一點(diǎn)：應(yīng)與切削力方向?qū)?yīng)

②支承板用于較大已加工平面的定位，所以常出現(xiàn)在精基準(zhǔn)定位中，一個(gè)支承板的作用，相當(dāng)于兩個(gè)支承釘，消除兩個(gè)自由度。

a.結(jié)構(gòu)形式及應(yīng)用場合：

A型制造簡單，常用于底面定位

B型切有斜槽，易于清屑，常用于側(cè)面定位b.應(yīng)用場合：用于難以用支承釘布置成合適的、穩(wěn)定的定位中。①工件剛度不足，定位面又小,并且切削力不能恰好作用在支承上。圖(a)②薄板上鉆孔，支隨釘使工件變形。圖(b)③承受較大力的場合，保護(hù)精加工表面。

④方便安裝：如側(cè)面支承板取代兩支承釘，可避免長死。c.材料：①D≤12的支承釘和小型支承板，用較好的T7A鋼，淬硬HRC60-64②對(duì)D＞12的支承釘和大型支承板，一般用20#鋼滲碳淬火，滲碳深度為0.8～1.2mm,硬度至HRC60～64d.注意：①為保持幾塊支承板在同一平面上，在裝配后應(yīng)將頂部進(jìn)行統(tǒng)磨。②有精度要求或使支承板裝配牢固，需加定位銷。(2)可調(diào)支承

可調(diào)支承:適用于毛坯分批制造，其形狀和尺寸變化較大的粗基準(zhǔn)定位并適用于同一夾具加工形狀相同而尺寸不同的工件及專用可調(diào)夾具或組合夾具中。

方法：一批工件調(diào)整一次，調(diào)整后應(yīng)鎖緊。(3)自位支承（浮力支承）

特點(diǎn)：有定位元件有多個(gè)工作點(diǎn)與工件接觸，定位元件在定位過程中所處的位置，隨工件定位基準(zhǔn)面位置的變化而自動(dòng)與之適應(yīng)，其作用相當(dāng)于一個(gè)固定支承，因此，只限制一個(gè)自由度。由于增加了與工件定位基準(zhǔn)面接觸的點(diǎn)數(shù)，故可提高工件的安裝剛性，適用于以粗基準(zhǔn)定位，剛性不足或不連續(xù)表面的定位。

注意：設(shè)計(jì)自位支承時(shí)，應(yīng)考慮可動(dòng)部分有足夠的擺動(dòng)余動(dòng)。2、輔助支承a.特點(diǎn)：根據(jù)六點(diǎn)定位原理，工件定位原理，工件定位夾緊后，若工件剛性很差，在切削力和夾緊力的影響下，會(huì)發(fā)生變形和振動(dòng)。為此，需增加輔助支承，減小變形，以提高剛性和穩(wěn)定性。

b.作用：由于輔助支承是在工件定位后才參與支承，因此不起任何消除自由度作用，只起減小工件變形和振動(dòng)的作用。各種輔助支承在每次卸下工件后，必須松開，裝上工件后再進(jìn)行調(diào)整和鎖緊，另外，輔助支承不應(yīng)破壞原有定位。c.應(yīng)用場合：

①起預(yù)定位作用

②提高夾具工件的穩(wěn)定性

③提高工件的剛性d.結(jié)構(gòu)形式：①螺旋式：結(jié)構(gòu)簡單，易頂起工件，用限力板手，逐個(gè)調(diào)整、效率低、常用于單件小批生產(chǎn)中②自位式：效率高，彈簧力不可太大，tgа＜f，保證自鎖③推引式：適用于工件較重，切削負(fù)荷大的場合（二）工件以外圓定位

工件以外圓定位時(shí)，常用的有V形塊、定位套筒及剖分套筒、自動(dòng)定心機(jī)構(gòu)（三爪長盤、彈簧夾頭、錐孔、自動(dòng)定心夾頭）1.V形塊V形塊的定位情況：a.V形塊結(jié)構(gòu)：(已標(biāo)準(zhǔn)化）①а常取90°或120°②工藝槽：降低應(yīng)力集中，便于v形工作面加工。③支承面和底面精度要求較高④安裝時(shí)，需采用定位銷孔(有定位銷孔和安裝孔)

b.特點(diǎn)：①對(duì)中性好（水平方向）

②所定位的水平軸中心位置（垂直方向），隨V形塊夾角及工件直徑的誤差而發(fā)生變化

③V形塊裝在夾具體C時(shí)，除用螺釘緊固外，還要加裝定位銷c.材料：20鋼,熱處理：滲碳深度0.8-1.2mm,淬硬HRC60-64，大型V形塊，可用鑄鐵在支承面C鑲以碎硬耐磨的鋼板d.主要結(jié)構(gòu)參數(shù)：

V形塊已標(biāo)準(zhǔn)化，繪制V形塊工作圖時(shí)，可不繪制圖形，但應(yīng)注明尺寸C、H、h尺寸h：h≤0.5D用于大直徑定位

h≤1.2D用于小直徑定位

H：用于檢驗(yàn)Ｖ形塊精度2.定位套筒及剖分套筒

定位套筒特點(diǎn)：①元件結(jié)構(gòu)簡單，定心精度不變；②當(dāng)工件外圓與定位圓孔配合較松時(shí)，易使工件傾斜，可考慮利用套筒內(nèi)孔及端面一起定位；③當(dāng)端面大時(shí)，定位孔應(yīng)短些，以避免產(chǎn)生過定位。

定位套與夾具體配合：①?。篐7/r6或H7/s6較緊

②大：N7/R6或H7/js6較松，裝入后再用螺釘擰緊剖分套筒主要用于大型軸類零件的精密軸經(jīng)定位，以便于安裝。結(jié)構(gòu):下半孔起定位作用上半孔起夾緊作用

剖分套筒3.外圓定心夾緊機(jī)構(gòu)（三）工件以內(nèi)孔定位

工件以內(nèi)孔定位時(shí)，常用的有：定位銷、定位心軸、自動(dòng)定心機(jī)構(gòu)（如三爪卡盤、彈簧心軸等〕。1.定位銷：通常結(jié)合端面定位

結(jié)構(gòu)形式：a.d＜10d太小，不宜開退刀槽，軸肩下埋；

b.d＞10

帶有臺(tái)肩，端面定位可避免夾具體磨損；

c.d＞16

凸肩與退刀槽合二為一；

d.可換式：用于大量生產(chǎn)中，易于更換，更換時(shí)為避免破壞夾具體加上襯套，定位銷與襯套配合H7/js6、H7/n7

另外還有一種定位銷：圓錐銷特點(diǎn)：定心好，軸向定位精度不高，常用于浮動(dòng)定位中

2.剛性心軸

根據(jù)工件的形狀和用途的不同，定位心軸的結(jié)論形式很多，常用的有下列幾種形式：

a.帶小錐度的心軸（1/5000～1/1000）：限5個(gè)自由度，定心精度高，可達(dá)0.005～0.01mm，但軸向位移大，傳遞扭矩小，使用于精加工中。b.圓柱形心軸：工件與心軸定位部分為過盈配合采用r6、s6配合，軸向位置較固定（通過限位套）前編加有導(dǎo)向部分，與工件為間隙配合的保證工件用手能自由套入。c.心軸：工件與心軸為間隙配合，心軸采用h6、g6、f7制造，同心度不高，裝卸方便，端部夾緊。d.花鍵心軸

3.內(nèi)圓定心夾緊機(jī)構(gòu)

用于內(nèi)孔的定心夾緊機(jī)構(gòu)，其作用原理與外圓定位時(shí)是一樣的。區(qū)別僅在于孔定位時(shí)，支承等速遠(yuǎn)離中心移動(dòng)，與工件孔表面接觸?？子脻q緊套（四）工件以組合表面定位

以上所述的定位方法，全指工件以單一表面定位。實(shí)際上，零件往往是以幾個(gè)表面同時(shí)定位的，例如:用兩個(gè)平行孔、兩個(gè)平行階梯表面、階梯軸的兩個(gè)外圓等等，這都稱為“工件以組合表面定位”。

工件以組合表面定位時(shí)，幾個(gè)定位表面間的相互位置，總是具有一定的誤差，若將所有的支承元件都做成固定的，工件將不能正確定位甚至無法定位。因而，在組合表面定位時(shí)，必須將其中的一個(gè)（或幾個(gè)）支承做成浮動(dòng)的，或雖是固定的，但能補(bǔ)償其定位面間的誤差。1.以軸心線平行的兩孔定位（一面兩孔）

工件以兩孔定位的方式，在生產(chǎn)中普遍用于箱體類大、中型零件的加工中，如機(jī)床主軸箱、發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)體。

以一面兩孔定位用箱體的兩孔及平面定位的分析

若以兩個(gè)圓柱銷作定位件時(shí)，常會(huì)產(chǎn)生過定位現(xiàn)象，造成后果：工件可能無法安裝。解決辦法：(1)右孔與右銷間給予較大的配合間隙，足以補(bǔ)償工件兩孔和兩銷中心距的誤差，但這樣定位誤差較大有時(shí)也會(huì)造成工件位置的偏斜。(2)將右邊定位銷在兩銷連心線的垂直方面削去兩邊，做成削邊銷，這樣在此連心線方向上獲得間隙補(bǔ)償；能使工件兩孔與兩銷順利安裝且使定位較準(zhǔn)確。比較：方法1簡單，但增大轉(zhuǎn)角誤差。

方法2更為科學(xué)。

削邊銷的寬度計(jì)算，應(yīng)考慮在圖紙規(guī)定公差范圍內(nèi)的任一工件，都能保證裝到夾具的兩定位銷上，這要分析可能出定位削邊銷的寬度計(jì)算

干涉的極限情況。圖中為工件裝在夾具上的一種極限位置，這時(shí)為：（O1為孔1及銷1的中心；O2為銷2的中心，O2’為銷2的中心）干涉最容易發(fā)生在：工件兩孔的直徑最?。篋1min,D2min夾具兩銷的直徑最大：d1max,d2max且銷距與孔距偏差向相反方向。如：工件兩孔的孔距最大：L+

Lg，而夾具兩銷的銷距最?。篖－

Lx工件兩孔順利裝到銷上的條件：工件兩孔與順利裝到夾具兩銷上的最小間隙為：

△1=D1min

－d1max

△2=D2min

－d2max

若假定工件安裝時(shí)，左邊的孔、銷兩中心O1重合；右邊孔中心的偏移量這時(shí)為：

由于這一偏移，使銷2與孔2產(chǎn)生了新月形的干涉區(qū)（圖中的陰影部分）。如果將銷2的削邊后寬度b≤

，便不再發(fā)生干涉。而b的大小，即可按幾何關(guān)系進(jìn)行計(jì)算：（1）代入（1）式，得：約去高階微量，得削邊銷寬度為：

生產(chǎn)中，削邊銷寬度b常按工件孔的基本尺寸D2選定。此時(shí)，由上式可得最小間隙△2：削邊銷的尺寸再根據(jù)

，d2max＝D2min－△2可算出削邊銷的尺寸及偏差。

例：已知某工件用兩個(gè)Ф孔定位，孔間距要求110±0.03。試設(shè)計(jì)一個(gè)圓柱銷、一個(gè)削邊銷的各有關(guān)定位尺寸。解：（1）確定兩定位銷的中心距尺寸及偏差銷距的基本尺寸（Lx）與孔距的基本尺寸（Lg）相同，其偏差為：±△Lx＝±△Lg。?。篖±△Lx＝110±（×0.03）△Lg＝110±0.01注意：若工件孔間距上、下偏差在零件圖上非對(duì)稱分布時(shí)，應(yīng)將其轉(zhuǎn)化為對(duì)稱形式。（2）確定圓柱銷直徑尺寸（d1）及偏差通常以該工件孔的最小尺寸（D1min）作為圓柱銷的基本尺寸（d1），其配合的偏差一般以g6（或f7）選取。故選：d1＝Ф8.035g6＝Ф＝Ф（3）選定削邊銷基本尺寸（d2）及偏差首先，查表得削邊銷寬度（b）及其它結(jié)構(gòu)尺寸當(dāng)D2＝8時(shí)，得b＝3，B＝D2－1＝8－1＝7。d2max＝D2min－△2＝D2min－＝8.035－＝8.005一般以d2max作為削邊銷的基本尺寸，與該孔的配合可選取為h6。所以取：d2＝Ф8.005h6=Ф＝

若工件在垂直平面定位后，再將工件左端外圓、用圓孔或V形定位時(shí)，則工件右端外所用的V形塊，一定要做成浮動(dòng)結(jié)構(gòu)，這時(shí)只起限制一個(gè)自由度的作用，否則就會(huì)過定位。2.以軸心線平行的兩個(gè)圓表面定位

兩個(gè)零件（a）、(b)，均需以大孔及底面定位，加工兩個(gè)小孔。可以有兩種定位方案，視其加工尺寸要求而定。根據(jù)其準(zhǔn)重合原則，如圖（a）零件應(yīng)選用圖(c)方案：即平面用支承板定位，3.以一個(gè)孔和一個(gè)平行于孔中心線的平面定位孔用削邊銷定位，且削邊方向應(yīng)平行于定位平面，以補(bǔ)償孔中心線與底面間距離的尺寸誤差公差。再如圖（b）零件則宜采用圖（d）的方案，即孔用圓銷定位，而平面下方則加入梯形塊可使定位平面升降，以補(bǔ)償工件孔與平面間的尺寸誤差。二、定位誤差及其分析計(jì)算

1、定位誤差把工件上被加工表面的設(shè)計(jì)基準(zhǔn)相對(duì)于定位元件工作表面在加工尺寸方向上的最大變動(dòng)量，稱為“定位誤差”。定位誤差的產(chǎn)生

分析：右圖齒輪輪齒加工中定位對(duì)下兩項(xiàng)技術(shù)坐標(biāo)的影響節(jié)圓中心與內(nèi)孔中心的同軸度輪齒周節(jié)誤差2、定位誤差產(chǎn)生原因a.一批工件彼此在尺寸、形狀及相互位置上均存在差異，而夾具定位元件也有制造誤差。b.工件的定位基準(zhǔn)與設(shè)計(jì)基準(zhǔn)不重合，或工件的定位基準(zhǔn)與定位元件的工作表面之間存在間隙。c.工件用夾具定位加工時(shí)，只按定程法（即調(diào)整法）加工一批工件，如果按逐件試切法加工，則根本不存在定位誤差。（僅有加工誤差等）誤差來源a.基準(zhǔn)不重合誤差

b.定位元件制造誤差

c.基準(zhǔn)位移誤差

工序二：加工平面1時(shí)，圖紙要求的設(shè)計(jì)尺寸為A±ΔA，而加工時(shí)刀具調(diào)整尺寸C≠A±ΔA

。因此，即使不考慮本工序的加工誤差，這種定位方法也將可能使加工尺寸A發(fā)生變化（在工序一留下的誤差

范圍±ΔH內(nèi)波動(dòng)），因而也就產(chǎn)生了定位誤差（εA）。1、基準(zhǔn)不重合誤差工序一：加工平面2時(shí)，定位基準(zhǔn)與設(shè)計(jì)基準(zhǔn)重合，其圖紙的設(shè)計(jì)尺寸

與加工時(shí)刀具調(diào)整控制尺寸

（對(duì)一批工件說，可看作為常量不變）兩者一致，則定位誤差εA=0。

圖中零件，底面3與側(cè)面4已加工好，需加工平面1、2，均用底面及側(cè)面定位。定位誤差大小計(jì)算（1）畫出被加工零件定位時(shí)的兩個(gè)極限尺寸的位置（2）從圖形中的幾何關(guān)系，找出零件圖上被加工尺寸方向上之設(shè)計(jì)基準(zhǔn)的最大變動(dòng)量（最大值與最小值之差）。因此，工序二尺寸A的定位誤差εA為：

εA=(H+ΔH)－(H-ΔH)=2ΔH上述的誤差完全是由于定位基準(zhǔn)和設(shè)計(jì)基準(zhǔn)不重合引起的，可稱這類定位誤差為“基準(zhǔn)不符誤差”。

為提高定位精度，設(shè)計(jì)夾具時(shí)盡量使定位基準(zhǔn)與加工表面之設(shè)計(jì)基準(zhǔn)重合。但定位精度雖然提高了，有時(shí)使得夾具結(jié)構(gòu)復(fù)雜，工件安裝不便,穩(wěn)定性和可靠性變差。生產(chǎn)中只要在滿足工藝的要求前提下，如果能降低工序成本，基準(zhǔn)不重合的定位方案，也允許選用。

2、定位元件制造誤差

由于夾具定位元件和工件定位基準(zhǔn)本身有制造誤差，也可能使工件被加工表面的設(shè)計(jì)基準(zhǔn)，在加工尺寸方向上產(chǎn)生變動(dòng)而形成定位誤差。圖（a）如果心軸水平放置，工件以內(nèi)孔中心

O為定位基準(zhǔn)，套在心軸中心O1上，要求加工上平面H±ΔH。在理想狀態(tài)時(shí)，孔心線與軸心線重合，則設(shè)計(jì)基準(zhǔn)與套到心軸上，還應(yīng)留有最小間隙，故孔和軸中心線必然不重合圖（b）也會(huì)使工件的定件基準(zhǔn)位置產(chǎn)生變動(dòng)而下移。所以通常稱這另一類定位誤差為“基準(zhǔn)位移誤差”。其大小分析如下：

當(dāng)心軸如圖（b）水平放置時(shí)：工件內(nèi)孔始終與心軸上母線A單邊接觸。當(dāng)內(nèi)孔和心軸尺寸為Dmax

及dmin時(shí)，設(shè)計(jì)基準(zhǔn)O在最下面（設(shè)計(jì)基準(zhǔn)變動(dòng)最大值）：OO1max＝OA－O1A＝Dmax/2－dmin/2=（D＋ΔsD）/2－（d－Δxd）/2=ΔsD/2＋Δsd/2

假定：孔徑為銷徑為

同理，當(dāng)內(nèi)孔和心軸尺寸為

Dmin及dmax時(shí)，設(shè)計(jì)基準(zhǔn)O在最上面（設(shè)計(jì)基準(zhǔn)變動(dòng)最小值）：OO1min＝＝Dmin/2－dmax/2=D/2－(d－Δsd)/2=Δsd/2所以，H的定位誤差，即為設(shè)計(jì)基準(zhǔn)0在H尺寸方向上的最大變動(dòng)量，應(yīng)為：εH=OO1max－OO1min＝（ΔsD/2+Δxd/2）－(Δxd/2)=ΔsD/2+(Δxd/2－Δsd/2)＝TD/2＋Td/2

結(jié)論：這時(shí)的基準(zhǔn)位移造成的定位誤差為內(nèi)孔公差和心軸公差之和的一半，且與間隙

無關(guān)。

如果心軸垂直放置，就可能心軸與工件內(nèi)孔任意邊接觸，則應(yīng)考慮加工尺寸方向的二個(gè)極限位置及孔軸間隙

，故定位誤差為：εH＝TD＋Td＋Δ

。

由此可見，工件定位基準(zhǔn)和夾具定位元件本身的制造誤差，也是直接影響定位精度的。在設(shè)計(jì)夾具時(shí)，除應(yīng)盡量滿足基準(zhǔn)重合原則外，還應(yīng)根據(jù)加工零件的精度要求，合理規(guī)定定位元件的制造精度和限制加工零件上與定位基準(zhǔn)有關(guān)的公差值。定位誤差的計(jì)算

工件定位誤差的實(shí)質(zhì)是工件上被加工表面的設(shè)計(jì)基準(zhǔn)相對(duì)于定位元件工作表面在加工尺寸方向上的最大變動(dòng)量，因此，計(jì)算定位誤差時(shí)，首先要找出工序尺寸的工序基準(zhǔn)；然后求其在工序尺寸方向上的最大變動(dòng)量。1、定位誤差計(jì)算的方法定位誤差計(jì)算的方法幾何法微分法2、用幾何方法計(jì)算定位誤差例：工件在使用心軸、銷、定位時(shí)，常會(huì)考慮留有間隙而需要進(jìn)行定位誤差計(jì)算。(以兩孔定位為例）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。

先單獨(dú)分析左端圓銷1的定位情況。銷與孔之間的最大間隙為：ε1＝Δ1

＋TD1＋Td1

。

ε1將使一批工件安裝時(shí)孔的中心偏離銷的中心。其中偏心位移誤差范圍，是以

ε1為直徑的圓，圓心即為銷的中心O1（如圖b中所示）。分析：

再分析削邊銷2定位情況：由于削邊銷不限制X

的移動(dòng)自由度，而限制Z的轉(zhuǎn)動(dòng)自由度，所以孔2與削邊銷2的中心偏移范圍為：

在X方向：

εx＝ε1＝Δ1

＋TD1＋Td1

在Y方向：

εy＝ε2＝Δ2

＋TD2＋Td2

。這時(shí)的誤差范圍近似為一個(gè)橢圓（見圖b）?？?、2的中心偏移誤差組合起來，將引起工件的兩種定位誤差：綜合誤差(1)

縱向定位誤差：即在兩孔聯(lián)心線方向的最大可能移動(dòng)量（εx）。

εx＝ε1＝Δ1

＋TD1＋Td1

（相當(dāng)于第一孔定位誤差）(2)

角度定位誤差：即工件繞O1和O2的最大偏轉(zhuǎn)角θ。角度定位誤差：由上式看出，欲減小，可以從兩方面著手：

（i）提高孔與銷的加工精度，減小配合間隙；

（ii）增大孔間距。故在選擇定位基準(zhǔn)時(shí)，應(yīng)盡可能選距離較遠(yuǎn)的兩孔；若工件上無合適的兩孔而需另設(shè)工藝孔時(shí)，兩工藝孔也應(yīng)布置在具有最大距離的適當(dāng)部位。若采用以上兩種措施還不能滿足要求，應(yīng)采用單邊靠。此時(shí)，角度誤差為：分析：2、用微分方法計(jì)算定位誤差例、工件用V形塊定位加工鍵槽時(shí)的定位誤差計(jì)算。

用V形塊定位加工鍵槽時(shí)的定位誤差計(jì)算加工鍵槽時(shí)，一般有兩項(xiàng)工序要求：1）尺寸H；2）鍵槽對(duì)工件外圓中心的對(duì)稱度。標(biāo)注鍵槽設(shè)計(jì)尺寸H時(shí)，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。若忽略工件的圓度誤差和V形塊角度誤差，可認(rèn)為工件外圓中心在水平方向上的位置變動(dòng)量為零已知：工件外圓直徑為d，公差為Td，V形塊兩斜面夾角為a，求各種標(biāo)準(zhǔn)方式下的定位誤差？解：

首先：寫出O點(diǎn)（工件基準(zhǔn)點(diǎn)）至加工尺寸方向上某固定點(diǎn)（通常取點(diǎn)A）的距離再對(duì)上式求全微分

用微小增量代替微分，并將尺寸誤差視為微小增量，且考慮到尺寸誤差可正可負(fù)，各項(xiàng)誤差應(yīng)取絕對(duì)值，故定位誤差為：若使用同一夾具進(jìn)行加工，則Ta＝0所以同理：請(qǐng)用幾何解法求解上題用幾何解法求上題：

通過以上計(jì)算，可得出如下結(jié)論：（1），即定誤差隨毛坯誤差增大而增大。

（2）

與V形塊夾角α有關(guān)。即定位誤差隨α增大而增減小，但定位穩(wěn)定性卻差了，故一般選用α=90°。

（3）

與加工尺寸標(biāo)注方法有關(guān)。分析：注意：

定位誤差是對(duì)采用調(diào)整法加工的成批生產(chǎn)或小批生產(chǎn)中，在數(shù)控機(jī)床上加工時(shí)也在定位誤差；對(duì)采用試切法加工的小批生產(chǎn)中不存在定位誤差。保證規(guī)定加工精度實(shí)現(xiàn)的條件

工件利用夾具加工時(shí)，影響加工精度的誤差因素除定位誤差ε外，尚有：

1.夾具的有關(guān)制造誤差（ε制造）

這個(gè)誤差主要包括夾具制造時(shí)的兩項(xiàng)誤差：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；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。

2.夾具安裝誤差（ε安裝）

即是夾具在機(jī)床上的定位誤差。

3.加工誤差（ε加工）

指上件在切削過程中所產(chǎn)生的誤差。如機(jī)床的工作精度，刀具的磨損和跳動(dòng)，刀具相對(duì)工件加工位置的調(diào)整誤差，以及工藝系統(tǒng)在加工過程中的彈性變形等。

為了保證工件的加工精度，必須使上述所有誤差因素對(duì)工件加工的綜合影響，控制在工件所允許的公差（T公差）范圍之內(nèi)，即：

ε＝ε制造＋ε安裝＋ε加工≤T工件

上式即為保證規(guī)定加工精度實(shí)現(xiàn)的條件，也稱為用夾具安裝加工時(shí)的誤差計(jì)算不等式。

為使T工件做到合理地分配給以上機(jī)械加工中產(chǎn)生誤差的各個(gè)環(huán)節(jié)，通常在夾具設(shè)計(jì)時(shí)，夾具上定位元件之間，定位元件與引導(dǎo)元件之間，以及其他相關(guān)尺寸和相互位置的公差，一般取工件上相應(yīng)公差的1/5～1/2，最常用的是1/3～1/2，因粗加工的T工件大，此時(shí)，夾具上相應(yīng)公差取小的比例。動(dòng)力裝置是產(chǎn)生夾緊力的動(dòng)力源，它產(chǎn)生原始動(dòng)力。夾緊力來自氣動(dòng)、液壓和電力等動(dòng)力源的，稱為機(jī)動(dòng)夾緊；夾緊力來自人力的，則稱為手動(dòng)夾緊。中間傳動(dòng)機(jī)構(gòu)是變?cè)甲饔昧閵A緊力的中間傳力環(huán)節(jié)，亦稱為中間傳力機(jī)構(gòu)，如鉸鏈杠桿等。夾緊元件是直接與工件接觸的元件，如各種螺桿、壓板等。有時(shí)把夾緊元件和中間傳動(dòng)機(jī)構(gòu)統(tǒng)稱夾緊機(jī)構(gòu)。第三節(jié)工件在夾具中的夾緊一、夾緊裝置的組成和設(shè)計(jì)要求

夾緊機(jī)構(gòu)一般應(yīng)滿足以下要求：夾緊時(shí)不能破壞工件的定位；夾緊力應(yīng)保證工件在整個(gè)加工過程中的位置穩(wěn)定不變，不允許產(chǎn)生振動(dòng)、變形和表面損傷；夾緊機(jī)構(gòu)的復(fù)雜程度、工作效率與生產(chǎn)類型適應(yīng)，盡量做到結(jié)構(gòu)簡單，操作安全省力、方便；具有良好的自鎖性能。為滿足以上要求，必須正確設(shè)計(jì)夾緊機(jī)構(gòu)?；疽?/p>

①夾得穩(wěn)：不破壞穩(wěn)定的正確定位，以作平衡，剛度足夠；

②夾得牢：夾緊力要合適，過大工件變形或損傷，影響加工精度，過小工件加工中易移動(dòng)或產(chǎn)生振動(dòng)，同時(shí)，夾緊裝置應(yīng)保證自鎖，即原始夾緊力去除后，工件能保持夾緊狀態(tài)；

③夾得快：機(jī)構(gòu)簡單、緊湊、操作安全、省力、迅速方便。

確定夾緊方案一般應(yīng)與定位問題同時(shí)考慮，為達(dá)到以上三個(gè)要求，正確設(shè)計(jì)夾緊機(jī)構(gòu)，首先必須合理確定夾緊力的三要素：大小、方向和作用點(diǎn)。

夾緊力方向的確定1.夾緊力方向的確定

①不破壞定位的準(zhǔn)確性，朝向是定位基準(zhǔn)；

②夾緊力方向應(yīng)使工件變形盡可能??；

③夾緊力方面應(yīng)使所需夾緊力盡可能小。P：切削力、W：重力，Q：夾緊力P、W相同時(shí)，哪一情況Q可最小？

由此可見，夾緊力大小與夾緊力方向直接有關(guān)，在考慮夾緊方向時(shí)，只要滿足夾緊條件，夾緊力越小越好。2.夾緊力作用點(diǎn)的選擇

①夾緊力應(yīng)落在支承元件上或幾個(gè)支承元件所形成的平面內(nèi)

②夾緊力應(yīng)落在工件剛性較好的部件上③夾緊力應(yīng)盡量靠近加工面夾緊力應(yīng)落在工件剛性較好的部件上夾緊力應(yīng)盡量靠近加工面

夾緊力要合適，過大工件變形或損傷，影響加工精度，過小工件加工中易移動(dòng)或產(chǎn)生振動(dòng)。3.夾緊力大小的估算估算夾緊力的方法：首先：將工件視為分離體，分析作用在工件上的各種力；再根據(jù)力系平衡條件，確定保持工件平衡所需的最小夾緊力；最后將乘以一合適的安全系數(shù)，以此作為所需的夾緊力。二、基本夾緊機(jī)構(gòu)

常見的有斜楔、偏心、螺旋和鉸鏈等夾緊機(jī)構(gòu)，斜楔、偏心、螺旋是利用機(jī)械摩擦的斜楔自鎖原理。

1.斜楔夾緊斜楔夾緊的特點(diǎn)：

(1)斜楔機(jī)構(gòu)簡單，有增力作用。一般擴(kuò)力比（約為3）

，α愈小增力作用愈大。

(2)斜楔夾緊行程小，且受斜楔升角α影響。增大α可加大行程，但自鎖性能變差。

為解決增力、行程之間矛盾，斜楔還可采用雙升角形式，大升角用于夾緊前的快速行程，小升角則滿足增力和自鎖條件。與上表面的摩擦角與下表面的摩擦角(3)

夾緊和松開要敲擊大、小端，操作不方便。

手動(dòng)操作的簡單斜楔夾緊很少應(yīng)用，而在常見的夾緊裝置中，改變夾緊力方向和作為增力機(jī)構(gòu)時(shí)則應(yīng)用較多。,如氣—液壓夾緊時(shí)，斜楔上作用的動(dòng)力源是不間斷的，所以不必自鎖，α可增大到15～30°。材料：斜楔一般用20鋼滲碳，淬硬HRC58～62。批量不大時(shí)也可用45鋼，淬硬HRC42～46。2.螺旋夾緊螺旋夾緊結(jié)構(gòu)簡單，增力比大，自鎖性好，夾緊可靠，所以在夾具中得到最廣泛的應(yīng)用。螺桿1在2中轉(zhuǎn)動(dòng)而起夾緊作用。螺母2采用可換式，其目的是為了內(nèi)螺紋磨損后可及時(shí)更換。螺釘3用以防止2的松動(dòng)。壓塊4是防止在夾緊時(shí)帶動(dòng)工件轉(zhuǎn)動(dòng)；并避免1的頭部直接與工件接觸而造成壓痕，同時(shí)也可增大夾緊力作用面積，使夾緊更為可靠。簡單的螺旋夾緊機(jī)構(gòu):式中：P—原始作用力；

L—手柄長度；

r′—螺桿下端（或壓塊）與工件接觸處的當(dāng)量摩擦半徑；

r平均—螺旋作用中徑之半；（作用中徑為d平均）；

α—螺旋升角；

—螺桿下端（或壓塊）與工件接觸處的摩擦角；

—螺旋配合面的摩擦角（常取8°30′）。螺旋夾緊力的計(jì)算公式實(shí)際生產(chǎn)中，采用螺旋—壓板的組合夾緊，在手動(dòng)操作時(shí)用得比單螺旋夾緊更為普遍。較典型有三種：圖（a）的擴(kuò)比力最低；圖（c）的操作省力，但結(jié)構(gòu)受工件形狀限制，圖（b）基本不變。故設(shè)計(jì)這類夾具時(shí)，要注意合理布置杠桿比例，尋求最省力、最方便的方案。例題．在圖示螺釘-壓板夾緊機(jī)構(gòu)中，零件1、2、3、4的作用分別是（

）、（

）、（

）、（

）。答案：1、保護(hù)壓板和避免螺栓彎曲2、直接壓緊工件3、支承壓板4、卸料工件時(shí)托住壓板3.偏心夾緊螺旋夾緊的主要缺點(diǎn)安裝、拆卸工件的輔助時(shí)間太長，而偏心夾緊是一種快速的夾緊機(jī)構(gòu)。常用的有圓偏心和曲線偏心兩種，可做成平面凸輪的形狀。因圓偏心機(jī)構(gòu)簡單，制造方便，較曲線偏心應(yīng)用廣泛。在設(shè)計(jì)圓偏心時(shí)，應(yīng)注意以下三個(gè)問題：a）自鎖條件；b）保證足夠的夾緊力；c）保證足夠的夾緊距離（指偏心輪工作部分與工作間接觸點(diǎn)的最大垂直位移）。偏心夾緊必須保證自鎖條件

偏心夾緊必須保證自鎖，否則就不能應(yīng)用。D/e值反映了偏心輪的偏心特性，它可用來表示偏心輪工作的可靠性；此值大，自鎖性能好，但結(jié)構(gòu)尺寸也大。

滿足偏心輪D/e≥14～20的條件時(shí)，機(jī)構(gòu)即能自鎖。

三、其他典型夾緊機(jī)構(gòu)加工時(shí)采取多件夾緊，可以大大提高生產(chǎn)率，尤其在小件加工時(shí)應(yīng)用更為廣泛。按夾緊力的方向及作用情況，多件夾緊可分為兩種：(1)連續(xù)式夾緊——由一個(gè)力的來源，以同樣大小的夾緊力，依次連續(xù)朝同一方向由一個(gè)工件傳遞到其他工件。

使用連續(xù)式夾緊，沿夾緊方向，每個(gè)工件與定位——夾緊元件接觸處的誤差，必定要傳到另一工件上。如此累積，使最后一個(gè)工件沿此方向的定位精度非常低。因此，連續(xù)式多件夾緊只適用于被加工表面與夾緊方向平行（即工件加工尺寸的方向與夾緊方向相垂直）的時(shí)候。因此時(shí)的定位誤差，并不影響工件的加工精度。(2)平行式夾緊——總的原始力按幾個(gè)平行的相同方向，分布在不同的多個(gè)夾緊位置上。

工件安裝在V形塊上，旋緊螺母1，通過一特殊壓板2，使四個(gè)工件同時(shí)夾緊。圖（c）是用液性塑料的平行式多件夾緊。第四節(jié)專用夾具的設(shè)計(jì)對(duì)機(jī)床夾具的基本要求可以總括為四個(gè)方面：穩(wěn)定地保證工件的加工精度；提高機(jī)械加工的勞動(dòng)生產(chǎn)率；結(jié)構(gòu)簡單，有良好的結(jié)構(gòu)工藝性和勞動(dòng)條件；應(yīng)能降低工件的制造成本。專用夾具的基本要求設(shè)計(jì)夾具時(shí)必須使加工質(zhì)量、生產(chǎn)率、勞動(dòng)條件和經(jīng)濟(jì)性等幾個(gè)方面進(jìn)行權(quán)衡。其中保證加工質(zhì)量是最基本的要求。為了提高生產(chǎn)率采用先進(jìn)的結(jié)構(gòu)，往往會(huì)增加夾具的制造成本，但當(dāng)工件的批量增加到一定規(guī)模時(shí)，將因單件工時(shí)的下降所獲得的經(jīng)濟(jì)效益而使增加的成本得到補(bǔ)償，從而降低工件的制造成本。因此所設(shè)計(jì)的夾具其復(fù)雜程度和工作效率必須與生產(chǎn)規(guī)模相適應(yīng)，才能獲得良好的經(jīng)濟(jì)效果。設(shè)計(jì)夾具時(shí)，對(duì)加工質(zhì)量、生產(chǎn)率、勞動(dòng)條件和經(jīng)濟(jì)性幾個(gè)方面有時(shí)要有所側(cè)重。如:對(duì)位置精度要求很高的加工，往往著眼于保證加工精度；對(duì)于位置加工精度要求不高而加工批量較大的情況，則側(cè)重考慮提高夾具的工作效率。在設(shè)計(jì)過程中必須深入生產(chǎn)實(shí)際進(jìn)行調(diào)查研究，廣泛征求操作者意見，注意吸取國內(nèi)外的先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)，在此基礎(chǔ)上擬出初步設(shè)計(jì)方案，經(jīng)過討論，然后確定合理的方案，開展結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。夾具的設(shè)計(jì)步驟第一步，明確設(shè)計(jì)要求，收集有關(guān)資料熟悉加工零件圖，毛坯圖和工藝規(guī)程等文件；掌握本工序的加工技術(shù)要求。了解所用機(jī)床、刀具、輔助工具、檢驗(yàn)量具的有關(guān)情況；了解生產(chǎn)批量。掌握有關(guān)零部件標(biāo)準(zhǔn)（國標(biāo)、部標(biāo)、廠標(biāo)），典型夾具圖冊(cè)等。了解有關(guān)本企業(yè)制造、使用夾具情況，了解本廠制造夾具的能力與經(jīng)驗(yàn)等。第二步，確定夾具結(jié)構(gòu)方案，繪制結(jié)構(gòu)草圖進(jìn)一步，可以依次細(xì)分為如下內(nèi)容：(1)確定工件的定位方案，計(jì)算定位誤差，確定定位裝置；(2)確定工件的夾緊方案，計(jì)算夾緊力，確定加緊機(jī)構(gòu)形式；(3)確定夾具其它組成部分（如對(duì)刀裝置、分度裝置等）的結(jié)構(gòu)方案；(4)繪制草圖。確定夾具結(jié)構(gòu)方案的過程中，應(yīng)注意夾具的精度和經(jīng)濟(jì)性。第三步，繪制夾具總裝配圖選擇視圖關(guān)系，繪制夾具總裝配圖。通常主視圖盡可能選取與操作者對(duì)著的為置，以利于裝配、檢查。一般繪圖比例采用1：1，有較好的直觀性。用細(xì)雙點(diǎn)劃線繪制出被加工零件的輪廓及加工、定位、夾緊表面，用粗線或網(wǎng)文線繪制出加工余量；夾緊機(jī)構(gòu)應(yīng)處在加夾位置；把工件看成透明體，即工件對(duì)夾具的輪廓線，不要不遮擋。標(biāo)注總裝配圖上的尺寸和技術(shù)要求。如外形輪廓尺寸、可動(dòng)部分的極限位置尺寸、配合尺寸、相關(guān)尺寸、特性尺寸、聯(lián)系尺寸等。相關(guān)尺寸是指在夾具上的對(duì)刀元件與定位元件之間的聯(lián)系尺寸；對(duì)刀元件與對(duì)刀元件之間的聯(lián)系尺寸；定位元件與定位元件之間的聯(lián)系尺寸等特性尺寸是夾具設(shè)計(jì)中用來保證夾具的某項(xiàng)功能的尺寸