工裝夾具設(shè)計圖解及實例

工裝夾具設(shè)計圖解及實例第二章

工件裝夾與夾具設(shè)計原理為保證工件某工序的加工要求，必須在加工前，使工件在機床上相對刀具的切削或成形運動處于準(zhǔn)確的相對位置。

這項工作便是對工件的裝夾（安裝）。在成批加工工件時一般都通過夾具來進行。機床夾具是機械加工工藝系統(tǒng)的一個重要組成部分。2021/7/172這里涉及了三層關(guān)系：工件相對夾具，夾具相對于機床，工件相對于機床。2021/7/173

工件的最終精度是由工件件相對于機床獲得的。所以“定位”也涉及到三層關(guān)系：工件在夾具上的定位；夾具相對于機床的定位；工件相對于機床的定位；而工件相對于機床的定位是通過夾具來間接保證的。2021/7/174工件定位以后必須通過一定的裝置產(chǎn)生夾緊力把工件固定，使工件在加工中保持在準(zhǔn)確定位的位置上，否則，在加工過程中因受切削力，慣性力等力的作用而發(fā)生位置變化或引起振動，破壞了原來的準(zhǔn)確定位，無法保證加工要求。這個過程稱為夾緊。這種產(chǎn)生夾緊力的裝置便是夾緊裝置。

2021/7/175一、機床夾具概述1、機床夾具的概念機床夾具是機床上用以裝夾工件（和引導(dǎo)刀具）的一種裝置。其作用是將工件定位，以使工件獲得相對于機床和刀具的正確位置，并把工件可靠地夾緊。2021/7/176裝夾=定位+夾緊定位：使工件在機床或夾具中占有正確位置的過程。夾緊：工件定位后對工件施加一定的外力，使工件在加工過程中保持定位后的正確位置不變動。2021/7/177裝夾方式

工件在機床上的裝夾方式，取決于生產(chǎn)批量、工件大小及復(fù)雜程度、加工精度要求及定位的特點等。主要裝夾形式有三種：直接找正裝夾、劃線找正裝夾和夾具裝夾。

2021/7/1781）直接找正裝夾

效率低，找正精度較高；適用單件小批量中形狀簡單的工件。3）夾具裝夾2）劃線找正裝夾通用性好，但效率低，精度不高；適用于單件小批量中形狀復(fù)雜的鑄件。

操作簡單，效率高，容易保證加工精度，適用于各種生產(chǎn)類型。

裝夾的方式2021/7/1791）直接找正裝夾

將工件裝在機床上，然后按工件的某個（或某些）表面，用劃針或用百分表等量具進行找正，以獲得工件在機床上的正確位置。直接找正裝夾效率較低，但找正精度可以很高，適用于單件小批生產(chǎn)或定位精度要求特別高的場合。2021/7/17102021/7/1711

2）劃線找正裝夾

這種裝夾方法是按圖紙要求在工件表面上事先劃出位置線、加工線和找正線，裝夾工件時，先按找正線找正工件的位置，然后夾緊工件。

mm。此方法多用于單件小批生產(chǎn)中鑄件的粗加工工序。

2021/7/17122021/7/1713

3）使用夾具裝夾

使用夾具裝夾，工件在夾具中可迅速而正確的定位和夾緊。這種裝夾方式效率高、定位精度好而可靠，還可以減輕工人的勞動強度和降低對工人技術(shù)水平的要求，因而廣泛應(yīng)用于各種生產(chǎn)類型。2021/7/17142021/7/17152、機床夾具的分類（1）按專門化程度分類

1）通用夾具

通用夾具是指已經(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)，常作為機床附件提供給用戶。其特點是適應(yīng)性廣，生產(chǎn)效率低，主要適用于單件、小批量的生產(chǎn)中。

2021/7/17162）專用夾具專用夾具是指專為某一工件的某道工序而專門設(shè)計的夾具。其特點是結(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)計制造周期較長、制造費用也較高。當(dāng)產(chǎn)品變更時，夾具將由于無法再使用而報廢。只適用于產(chǎn)品固定且批量較大的生產(chǎn)中。

2021/7/17172021/7/17183）通用可調(diào)夾具和成組夾具

其特點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。用于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。

2021/7/17192021/7/17204）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。由專業(yè)廠家制造，其特點是靈活多變，萬能性強，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)。

2021/7/17212021/7/17225）隨行夾具

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工位移到下一個工位，進行不同工序的加工。

2021/7/1723（2）按使用的機床分類

由于各類機床自身工作特點和結(jié)構(gòu)形式各不相同，對所用夾具的結(jié)構(gòu)也相應(yīng)地提出了不同的要求。按所使用的機床不同，夾具又可分為：車床夾具、銑床夾具、鉆床夾具、鏜床夾具、磨床夾具、齒輪機床夾具和其他機床夾具等。

2021/7/1724鉆床夾具

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。2021/7/1725鏜床夾具

鏜床夾具又稱為鏜模，主要用于加工箱體或支座類零件上的精密孔和孔系。主要由鏜模底座、支架、鏜套、鏜桿及必要的定位和夾緊裝置組成。2021/7/1726（3）按夾緊動力源分類

根據(jù)夾具所采用的夾緊動力源不同，可分為：手動夾具、氣動夾具、液壓夾具、氣液夾具、電動夾具、磁力夾具、真空夾具等。

2021/7/1727機床夾具的組成定位元件夾緊裝置或元件對刀、引導(dǎo)元件其它裝置或元件夾具體連接元件3、機床夾具的組成2021/7/17282021/7/1729圖為用于鉆軸套工件上φ6H7孔的鉆床夾具，工件以內(nèi)孔及端面為定位基準(zhǔn)，在夾具的定位銷6及其端面上定位，即確定了工件在夾具中的正確位置。擰緊螺母5，通過開口墊圈4可將工件夾緊，然后由裝在鉆模板3上的快換鉆套1導(dǎo)引鉆頭進行鉆孔。

2021/7/1730(1)定位元件它與工件的定位基準(zhǔn)相接觸，用于確定工件在夾具中的正確位置，從而保證加工時工件相對于刀具和機床加工運動間的相對正確位置。如圖中的定位銷6。2021/7/1731(2)夾緊裝置或元件

用于夾緊工件，在切削時使工件在夾具中保持既定位置。如圖中的螺母5和開口墊圈4。

2021/7/1732(3)對刀、引導(dǎo)元件或裝置

這些元件的作用是保證工件與刀具之間的正確位置。用于確定刀具在加工前正確位置的元件，稱為對刀元件，如對刀塊。用于確定刀具位置并導(dǎo)引刀具進行加工的元件，稱為導(dǎo)引元件。如圖中的快換鉆套1。2021/7/1733(4)連接元件使夾具與機床相連接的元件，保證機床與夾具之間的相互位置關(guān)系。

(5)夾具體

用于連接或固定夾具上各元件及裝置，使其成為一個整體的基礎(chǔ)件。它與機床有關(guān)部件進行連接、對定，使夾具相對機床具有確定的位置。如圖中的夾具體7。

2021/7/1734

(6)其它元件及裝置

有些夾具根據(jù)工件的加工要求，要有分度機構(gòu)，銑床夾具還要有定位鍵等。以上這些組成部分，并不是對每種機床夾具都是缺一不可的，但是任何夾具都必須有定位元件和夾緊裝置，它們是保證工件加工精度的關(guān)鍵，目的是使工件定準(zhǔn)、夾牢。

2021/7/17352021/7/17364、機床夾具的功用

1）能穩(wěn)定地保證工件的加工精度

用夾具裝夾工件時，工件相對于刀具及機床的位置精度由夾具保證，不受工人技術(shù)水平的影響，使一批工件的加工精度趨于一致。

2）能減少輔助工時，提高勞動生產(chǎn)率

使用夾具裝夾工件方便、快速，工件不需要劃線找正，可顯著地減少輔助工時；工件在夾具中裝夾后提高了工件的剛性，可加大切削用量；可使用多件、多工位裝夾工件的夾具，并可采用高效夾緊機構(gòu)，進一步提高勞動生產(chǎn)率。

2021/7/17373）能擴大機床的使用范圍，實現(xiàn)一機多能

根據(jù)加工機床的成形運動，附以不同類型的夾具，即可擴大機床原有的工藝范圍。例如在車床的溜板上或搖臂鉆床工作臺上裝上鏜模，就可以進行箱體零件的鏜孔加工。2021/7/1738基準(zhǔn)定位基準(zhǔn)工序基準(zhǔn)裝配基準(zhǔn)測量基準(zhǔn)設(shè)計基準(zhǔn)工藝基準(zhǔn)用于確定零件上其它點、線、面位置所依據(jù)的那些點、線、面。設(shè)計圖樣上所采用的基準(zhǔn)就是設(shè)計基準(zhǔn)。（圖）在加工時用于工件定位的基準(zhǔn)，稱為定位基準(zhǔn)。（圖）1、粗基準(zhǔn)2、精基準(zhǔn)3、輔助基準(zhǔn)4、主要基準(zhǔn)5、附加基準(zhǔn)在加工中或加工后用來測量工件時采用的基準(zhǔn)在裝配時用來確定零件或部件在產(chǎn)品中相對位置所采用的基準(zhǔn)在工序圖上使用的基準(zhǔn)。加工、測量、裝配過程中使用的基準(zhǔn)。二、基準(zhǔn)及其分類2021/7/1739圖2鉆套的設(shè)計基準(zhǔn)2021/7/1740圖3齒輪的裝配基準(zhǔn)2021/7/1741圖4工件鉆孔工序簡圖2021/7/1742設(shè)計合理的定位方法與定位裝置；有足夠的定位精度。

六點定位原理

定位的任務(wù)

定位的原理三、工件在夾具中的定位2021/7/1743定位原理學(xué)習(xí)要點：

定位是機械加工中一個極為重要的問題。要深刻理解和牢固掌握定位原理，熟知常用的定位方法。深刻理解欠定位與過定位的概念，能正確分析和處理有關(guān)欠定位與過定位的問題。深刻理解定位誤差的概念，能正確計算定位誤差。

2021/7/1744(一)六點定位原理任何未定位的工件在空間直角坐標(biāo)系中都具有六個自由度。工件定位的任務(wù)就是根據(jù)加工要求限制工件的全部或部分自由度。工件的六點定位原理是指用六個支撐點來分別限制工件的六個自由度，從而使工件在空間得到確定定位的方法。2021/7/1745

圖工件在空間的自由度與工件六點定位2021/7/1746幾個需特別注意的問題1）定位與夾緊的區(qū)別機械加工中關(guān)于自由度的概念與力學(xué)中自由度的概念不完全相同。機械加工中的自由度實際上是指工件在空間位置的不確定性。這里特別要注意將定位與夾緊的概念區(qū)分開來。工件一經(jīng)夾緊，其空間位置就不能再改變，但這并不意味著其空間位置是確定的。2021/7/1747定位是工件在夾具中獲得正確的位置；夾緊是保證定好的位置不因外力的作用而發(fā)生改變。例如，板狀工件安放在平面磨床的磁性工作臺上，扳動磁性開關(guān)后，工件即被夾緊，其位置就被固定。但工件放在工作臺什么位置上并不確定，既可以放在1的位置上，也可以放在2的位置上。

2021/7/17482）六點定位原則中“點”的含義是限制自由度，不要機械地理解成接觸點。例如，下圖所示板狀工件安放工作臺上限制了3個自由度，是三點定位。實際上，工件與工作臺面接觸點可能有多個。

2021/7/17493）限制自由度與加工技術(shù)要求的關(guān)系工件需限制幾個自由度？需限制哪幾個自由度？完全取決于加工技術(shù)要求。2021/7/17502021/7/1751圖2-34a所示為銑削長方體工件上平面工序，要求保證Z方向上的高度尺寸及上平面與底面的平行度，只需限制、、3個自由度即可。而圖2-34b所示為銑削一個通槽，需限制除了外的其他5個自由度。圖中c所示在同樣的長方體工件上銑削一個鍵槽，在三個坐標(biāo)軸的移動和轉(zhuǎn)動方向上均有尺寸及相互位置的要求，因此，這種情況必須限制全部的6個自由度，即完全定位。

2021/7/1752若將圖2-34中的e與b相比較，圖e為圓柱體的工件，而圖b為長方體工件。雖然，它們均是銑一個通槽，加工內(nèi)容、要求相同。但是，加工定位時，圖b的定位基面是一個底面與一個側(cè)面，而圖e只能采用外圓柱面作為定位基面。因此，圖e對于的限制就無必要，則限制4個自由度就可以了。再如圖2-34d所示過球體中心打一通孔，定位基面為球面，則對三個坐標(biāo)軸的轉(zhuǎn)動自由度均無必要限制，所以，限制、2個移動就夠了。

2021/7/1753若將圖2-34的f與e對照：均是在圓柱體工件上銑通槽，但圖f的加工要求增加了一條，被銑通槽與下端槽需對中。雖然，它們的定位基面仍是外圓面，但圖f需增加對自由度的限制，共需限制5個自由度才正確。2021/7/1754(二)工件的四種定位形式

1、完全定位與2、不完全定位

工件的六個自由度完全被限制的定位稱為完全定位。按加工要求，允許有一個或幾個自由度不被限制的定位稱為不完全定位。2021/7/1755圖7完全定位與不完全定位2021/7/1756工件定位時，以下幾種情況允許采用不完全定位

1、加工通孔或通槽時，沿貫通軸的位置自由度可不限制。

2、毛坯（本工序加工前）是軸對稱時。

3、繞對稱軸的轉(zhuǎn)動自由度可不限制。

4、加工貫通的平面時，除可不限制沿兩個貫通軸的位置自由度外，還可不限制繞垂直加工面的軸的角度自由度。2021/7/17573、欠定位與4、過定位

按工序的加工要求，工件應(yīng)該限制的自由度而未予限制的定位，稱為欠定位。

在確定工件定位方案時，欠定位時絕對不允許的。工件的同一自由度被二個或二個以上的支撐點重復(fù)限制的定位，稱為過定位。在通常情況下，應(yīng)盡量避免出現(xiàn)過定位。2021/7/1758圖常見的幾種過定位實例2021/7/1759消除過定位及其干涉一般有兩個途徑：

提高工件定位表面與定位元件之間的位置精度，以減少或消除過定位引起的干涉；改變定位元件的結(jié)構(gòu)，以消除被重復(fù)限制的自由度。2021/7/1760圖

改善過定位的措施2021/7/1761過定位是否允許，應(yīng)根據(jù)具體情況進行具體分析。一般情況下，如果工件的定位面為沒有經(jīng)過機械加工的毛坯面，或雖經(jīng)過了機械加工，但仍然很粗糙，這時過定位是不允許的。如果工件的定位面經(jīng)過了機械加工，并且定位面和定位元件的尺寸、形狀和位置都做得比較準(zhǔn)確，比較光整，則過定位不但對工件加工面的位置尺寸影響不大，反而可以增強加工時的剛性，這時過定位是允許的。

2021/7/17622021/7/1763機床夾具設(shè)計的首要任務(wù)是選擇和設(shè)計相應(yīng)的定位元件來實現(xiàn)工序圖上（工藝文件）所要求的定位方案。2021/7/1764四、定位方法與定位元件在具體的夾具中，與工件為點接觸的支承點是由對工件起定位作用的定位元件如支承釘、支承板、圓柱銷等來體現(xiàn)的。一個定位元件可以體現(xiàn)一個或多個支承點。某一定位元件相當(dāng)支承點的數(shù)目，由該定位元件限制的工件自由度數(shù)來判斷。2021/7/1765

正確配置支承點一般按三、二、一布置。主要定位表面受力面積越大越好。2021/7/1766常見的定位方式及其定位元件見Word文檔——定位元件2021/7/1767圖

連桿的定位1－定位銷2－支承板3－圓柱銷4－工件2021/7/17682021/7/17692021/7/17702021/7/1771應(yīng)該限制五個自由度：

1）、在長方體工件上銑通槽2）、在長方體工件上銑不通槽OXYZ應(yīng)該限制六個自由度：不完全定位完全定位六點定位原理應(yīng)用舉例2021/7/1772應(yīng)該限制一個自由度：3）、在球面上銑平面4）、在車床上車外圓OXYZ應(yīng)該限制四個自由度：不完全定位不完全定位2021/7/1773分析下列定位方案中各定位元件限制了那些自由度？車光軸外圓的三種安裝方式。a)b)c)

2021/7/17742021/7/17752021/7/17762021/7/17772021/7/1778例題2試分析圖中各工件，為滿足工件的加工要求需要限制的自由度，選擇定位基準(zhǔn)及各定位基準(zhǔn)所限制的自由度，為各定位基準(zhǔn)選擇相應(yīng)的定位元件及各定位元件所限制的自由度。2021/7/17792021/7/17802021/7/17812021/7/1782

由動力裝置和夾緊機構(gòu)兩大部分組成;有的有中間傳力裝置。圖夾緊裝置組成示例1－氣缸（動力裝置）2－壓板（夾緊機構(gòu)）3－彈簧銷4－偏心輪5－調(diào)整螺釘五、工件的夾緊與常用的夾緊裝置

（一）夾緊裝置2021/7/1783（1）夾緊時不能破壞工件在夾具中占有的正確位置；（2）夾緊力要適當(dāng)，既要保證工件在加工過程中不移動、不轉(zhuǎn)動、不振動，又不因夾緊力過大而使工件表面損傷、變形；（3）夾緊機構(gòu)的操作應(yīng)安全、方便、迅速、省力；（4）結(jié)構(gòu)應(yīng)盡量簡單，制造、維修要方便。2.對夾緊裝置的基本要求2021/7/17843、夾緊力的確定

（1）確定夾緊力作用點的原則1）夾緊力的作用點應(yīng)正對支承元件或位于支承元件所形成的支承平面內(nèi)；2）夾緊力的作用點應(yīng)位于工件剛性較好的部位。3）夾緊力的作用點應(yīng)盡量靠近加工面，以減小切削力對夾緊點的力矩，防止或減小工件的加工振動或彎曲變形。2021/7/1785圖

夾緊力作用點的選擇1－夾具體2－工件3－定位支承2021/7/1786圖

夾緊力作用點對工件變形的影響2021/7/1787圖

夾緊點靠近加工表面2021/7/1788（2）確定夾緊力作用方向的原則1）夾緊力的方向應(yīng)使定位基面與定位元件接觸良好，以保證工件定位準(zhǔn)確可靠；2）夾緊力的方向應(yīng)與工件剛度最大的方向一致，以減小工件變形；3）夾緊力的方向應(yīng)盡量與工件受到的切削力、重力等的方向一致，以減小夾緊力。2021/7/1789圖

夾緊力垂直指向主要支承面2021/7/1790圖

夾緊力方向與工件剛性關(guān)系2021/7/1791

一般采用機動（氣動、液動）夾緊裝置時，需對夾緊力進行計算；而采用手動夾緊機構(gòu)時，常根據(jù)經(jīng)驗或類比法確定所需的夾緊力。4.夾緊力的計算2021/7/1792常用的夾緊裝置

夾具中常用的夾緊裝置有楔塊,螺旋,偏心輪等,它們都是根據(jù)斜面夾緊原理而夾緊工件的。1、楔塊夾緊裝置

2021/7/17932021/7/1794

楔塊夾緊裝置是最基本的夾緊裝置形式之一,其他夾緊裝置均是它的變形。它主要用于增大夾緊力或改變夾緊力方向。

2021/7/1795

（1）楔塊夾緊裝置特點:

①自鎖性(自鎖條件α≤ψ1+ψ2)，

②斜楔能改變夾緊作用力方向，

③斜楔具有擴力作用,

④夾緊行程小，

⑤效率低(因為斜楔與夾具體及工件間是滑動摩擦,所以夾緊效率低)，所以適用范圍:多用于機動夾緊裝置中2021/7/1796⑵夾緊力計算:

θ=P/[tanψ2+tan(α+ψ1)]

其中P為原始力,α為楔塊升角,常數(shù)6度--10度ψ1:工件與楔塊的摩擦角

ψ2:夾具體與楔塊的摩擦角2021/7/1797⑶自鎖條件:

原始力P撤除后,楔塊在摩擦力作用下仍然不會松開工件的現(xiàn)象稱為自鎖.

α≤ψ1+ψ2

,一般α取10--15度或更小2021/7/1798⑷傳力系數(shù)（擴力比）:

夾緊力與原始力之比稱為傳力系數(shù)。用ip表示

ip=θ/P=1/[tanψ2+tan(α+ψ1)]2021/7/1799

⑸楔塊尺寸與材料:

升角α確定后,其工作長度應(yīng)滿足夾緊要求，其厚度保證熱處理不變形，小頭厚應(yīng)為75mm。材料一般用20鋼或20Cr，滲碳厚為；HRC:56—62；Ra為。2021/7/171002、螺旋夾緊裝置螺旋夾緊裝置是從楔塊夾緊裝置轉(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作。2021/7/17101（1）螺旋夾緊裝置特點:

①結(jié)構(gòu)簡單、制造容易、夾緊可靠；

②擴力比（傳力系數(shù)）大，夾緊行程不受限制；

③夾緊動作慢，效率低；應(yīng)用場合:手動夾緊裝置常采用。2021/7/17102⑵螺桿夾緊力計算:

θ=PL/r中tan(α+ψ1)+r1tanψ2

其中:P是原始力,L是原始力作用點到螺桿中心距離,r中是螺旋中經(jīng)的一半,α是螺旋升角,ψ1螺母于螺桿的摩擦角,r1摩擦力矩計算半徑,ψ2工件與螺桿頭部(或壓塊)間的摩擦角2021/7/17103

⑶自鎖性能:

因為楔塊的自鎖條件為α≤11.5°---17°,而螺旋夾緊裝的螺旋升角(α≤2°---4°)很小,所以自鎖性很好.

⑷傳力系數(shù):

ip=θ/P=L/r中tan(α+ψ1)+r1tanψ2＞＞楔塊的ip2021/7/17104⑸多位或多件夾緊:

為了減小夾壓的輔助時間和提高生產(chǎn)率，可采用多位或多件夾緊裝置。

⑹壓塊的材料一般為45鋼，HRC:43--48

螺桿的材料一般為45鋼，HRC:33--382021/7/171053、偏心夾緊裝置

偏心夾緊裝置也是由楔塊夾緊裝置的一種變形。2021/7/17106

⑴圓偏心夾緊力:

θ=PL/ρtan(α+ψ1)+tanψ2

其中

L為手柄長度；ρ支承軸中心(回轉(zhuǎn)中心)到夾緊點距離；

ψ1，ψ2分別為偏心輪與支承軸及偏心輪與工件間的摩擦