《數(shù)控加工工藝學》課件第5章

第5章數(shù)控加工工件的定位和機床夾具

5.1數(shù)控夾具5.2工件在數(shù)控夾具中的定位與夾緊5.3數(shù)控加工中的組合夾具5.4計算機輔助組合夾具元件的選擇與安裝規(guī)劃5.1.1數(shù)控加工中使用的夾具

在數(shù)控機床上加工零件時，為保證加工精度，必須先使工件在機床上占據一個正確的位置，即定位，然后將其夾緊。這種定位與夾緊的過程稱為工件的裝夾，而用于裝夾工件的工藝裝備就是機床夾具。在數(shù)控機床上，工件在一次安裝條件下，完成過去要多道工序才能完成的多個加工表面的加工。5.1數(shù)控夾具數(shù)控機床的上述特點對夾具設計產生了直接的影響，傳統(tǒng)夾具以專用夾具為代表的主要有定位、夾緊、導向和對刀四種功能。由于NC系統(tǒng)的準確控制和精密機床傳動中小摩擦和零間隙的實現(xiàn)，以及采用傳統(tǒng)轉塔車床工藝中鉆孔的方法，因此不用導向套也可以得到較高的孔的位置精度。此外，編程中可以決定刀具的正確位置，銑刀的對刀就能輕而易舉地得到解決，并且一次安裝下的多工步加工，不同加工部位之間的尺寸公差和位置公差都由機床代替夾具來保證。可見，在數(shù)控機床上使用的夾具，只需要具備定位和夾緊兩種功能就能滿足要求。夾具中取消了導向和對刀功能，使夾具種類減少，結構簡化，這些都有利于CAFD（計算機輔助夾具設計）系統(tǒng)的實現(xiàn)。5.1.2夾具的組成

數(shù)控機床夾具按其作用和功能通?？捎啥ㄎ辉A緊裝置、安裝連接元件和夾具體等幾個部分組成。

（1）定位元件。用于確定工件在夾具中的位置，使工件在加工時相對刀具及運動軌跡有一個正確的位置。常用的定位元件有V型塊、定位銷、定位塊等。定位裝置是由定位元件及其組合構成的，用于確定工件在夾具中的正確位置。圖5－1中的圓柱銷11、菱形銷10等都是定位元件。

（2）夾緊裝置。夾緊裝置用于保持工件在夾具中的既定位置，保證定位可靠，使其在外力作用下不致產生移動，包括夾緊元件、傳動裝置及動力裝置等。圖5－1中的壓板2、螺母3和7、墊圈4和5、螺栓6及彈簧8等元件的裝置就是夾緊裝置。（3）安裝連接元件。用于確定夾具在機床上的位置，從而保證工件與機床之間的正確位置。

（4）夾具體。用于連接夾具元件及裝置，使其成為一個整體的基礎件，以保證夾具的精度、強度和剛度。

（5）其他元件及裝置。如定位鍵、操作件、分度裝置及連接元件。圖5－1連桿銑槽夾具結構5.1.3數(shù)控機床夾具的作用與分類

1.機床夾具的作用

使用機床夾具主要能起到如下的作用：

(1)易于保證工件的加工精度。使用夾具的作用之一就是保證工件加工表面的尺寸精度與位置精度。如在搖臂鉆床上使用鉆夾具加工平行孔時，位置精度可達0.10～0.20mm(同批)，而按劃線找正加工時，位置精度僅能控制在0.4～1mm。同時，由于受操作者技術的影響，同批生產零件的質量也不穩(wěn)定，因此在成批生產中使用夾具就顯得非常必要。

(2)可改變和擴大原機床的功能，實現(xiàn)“一機多用”。例如，在車床的床鞍上或搖臂轉床的工作臺上裝上鏜模，就可以進行箱體或支架零件的鏜孔加工，以代替鏜床加工；在刨床上加裝夾具后可代替拉床進行拉削加工。

(3)不僅可省去劃線找正等輔助時間，而且有時還可采用高效率的多件、多位、機動夾緊裝置，縮短輔助時間，從而大大提高勞動生產率。

(4)裝夾工件方便、省力、安全。當采用氣動、液壓等夾緊裝置時，可減輕工人的勞動強度，保證安全生產。

(5)在批量生產中，由于勞動生產效率的提高和允許使用技術等級較低的工人操作，因此可明顯地降低生產成本。但在單件生產中，使用夾具的生產成本仍較高。

2.機床夾具的類型

機床夾具的種類繁多，可以從不同的角度對機床夾具進行分類。夾具按使用機床不同，可分為車床夾具、銑床夾具、鉆床夾具、鏜床夾具、齒輪機床夾具、數(shù)控機床夾具、自動機床夾具、自動線隨行夾具以及其他機床夾具等。夾具按夾緊的動力源可分為手動夾具、氣動夾具、液壓夾具、氣液增力夾具、電磁夾具以及真空夾具等。下面按夾具在不同生產類型中的通用特性分類，機床夾具可分為通用夾具、專用夾具、可調夾具、組合夾具和拼裝夾具等五大類。

1)通用夾具

已經標準化的可加工一定范圍內不同工件的夾具，稱為通用夾具，其結構、尺寸已規(guī)格化，而且具有一定通用性，如三爪自定心卡盤、機床用平口虎鉗、四爪單動卡盤、臺虎鉗、萬能分度頭、頂尖、中心架和磁力工作臺等。這類夾具適應性強，可用于裝夾一定形狀和尺寸范圍內的各種工件。這些夾具已作為機床附件由專門工廠制造供應，只需選購即可。其缺點是夾具的精度不高，生產效率也較低，且較難裝夾形狀復雜的工件，故一般適用于單件小批量生產。

2)專用夾具

專為某一工件的某道工序設計制造的夾具，稱為專用夾具。在產品相對穩(wěn)定、批量較大的生產中，采用各種專用夾具，可獲得較高的生產效率和加工精度。專用夾具的設計周期較長，投資較大。

專用夾具一般在批量生產中使用。除大批大量生產之外，中、小批量生產中也需要采用一些專用夾具，但在結構設計時要進行具體的技術經濟分析。

3)可調夾具

某些元件可調整或更換，以適應多種工件加工的夾具，稱為可調夾具?？烧{夾具是針對通用夾具和專用夾具的缺陷而發(fā)展起來的一類新型夾具。對不同類型和尺寸的工件，只需調整或更換原來夾具上的個別定位元件和夾緊元件便可使用。它一般又可分為通用可調夾具和成組夾具兩種。前者的通用范圍比通用夾具更大；后者則是一種專用可調夾具，它按成組原理設計，并能加工一批相似的工件，故在多品種，中、小批量生產中使用有較好的經濟效果。

4)組合夾具

采用標準的組合元件、部件，專為某一工件的某道工序組裝的夾具，稱為組合夾具。組合夾具是一種模塊化的夾具。標準的模塊元件具有較高精度和耐磨性，可組裝成各種夾具。夾具用畢可拆卸，清洗后留待組裝新的夾具。由于使用組合夾具可縮短生產準備周期，元件能重復多次使用，并具有減少專用夾具數(shù)量等優(yōu)點，因此組合夾具在單件，中、小批量多品種生產和數(shù)控加工中，是一種較經濟的夾具。

5)拼裝夾具

用專門的標準化、系列化的拼裝零部件拼裝而成的夾具，稱為拼裝夾具。它具有組合夾具的優(yōu)點，但比組合夾具精度高、效能高、結構緊湊。它的基礎板和夾緊部件中常帶有小型液壓缸。此類夾具更適合在數(shù)控機床上使用。5.1.4數(shù)控夾具的要求

數(shù)控機床是先進的高精度、高效率、高自動化程度的加工設備。除了機床本身的結構特點，控制運動和動作準確、迅速外，還要求工件的定位夾緊裝置也能適應數(shù)控機床的要求?？偟膩碚f，數(shù)控機床對數(shù)控夾具的要求有以下四點。

（1）精度要求。由于數(shù)控機床具有連續(xù)多型面自動加工的特點，因此對數(shù)控機床夾具的精度和剛度的要求比一般機床夾具的精度和剛度的要求都高，這樣可減少工件在夾具中的定位與夾緊誤差及粗加工中的變形誤差。（2）定位要求。工件相對夾具一般應完全定位，且工件的基準相對于機床坐標原點應有嚴格的確定位置，以滿足能在數(shù)控機床坐標系中實現(xiàn)工件與刀具相對運動的要求。同時，夾具在機床上也應完全定位，夾具上的每一個定位面相對數(shù)控機床的坐標原點均應有精確的坐標尺寸，以滿足數(shù)控加工中簡化定位和安裝的要求。

（3）空間要求。數(shù)控類機床能一次安裝工件而加工多個表面，數(shù)控夾具就應能在空間上滿足各刀具均有可能接近所有待加工表面的要求。此外，支承夾具的托盤具有移動、上托、下沉和旋轉等動作，夾具也應能保證前、后、左、右各個方面加工的需要。（4）快速重調要求。數(shù)控加工可通過快速更換程序而變換加工對象，為不花去過多的更換工裝的輔助時間，減少貴重設備等待閑置時間，故要求夾具在更換加工工件中能具有快速重調或更換定位、夾緊元件的功能，采用高效的機械傳動機構等。此外，由于在數(shù)控加工中因多表面加工而使單件加工時間增長，夾具結構若能滿足在機動時間內，在機床工作區(qū)外也能進行工件更換，則會極大地減少機床停機時間。5.1.5數(shù)控加工夾具的特點

作為機床夾具，首先要滿足機械加工時對工件的裝夾要求。同時，數(shù)控加工的夾具還有它本身的特點。這些特點是：

(1)數(shù)控加工適用于多品種，中、小批量生產，為能裝夾不同尺寸、不同形狀的多品種工件，數(shù)控加工的夾具應具有柔性，經過適當調整即可夾持多種形狀和尺寸的工件。

(2)傳統(tǒng)的專用夾具具有定位、夾緊、導向和對刀四種功能，而數(shù)控機床上一般都配備有接觸試測頭、刀具預調儀及對刀部件等設備，可以由機床解決對刀問題。數(shù)控機床上由程序控制的準確的定位精度，可實現(xiàn)夾具中的刀具導向功能。因此數(shù)控加工中的夾具一般不需要導向和對刀功能，只要求具有定位和夾緊功能，就能滿足使用要求，這樣可簡化夾具的結構。

(3)為適應數(shù)控加工的高效率，數(shù)控加工夾具應盡可能地使用氣動、液壓、電動等自動夾緊裝置快速夾緊，以縮短輔助時間。

(4)夾具本身應有足夠的剛度，以適應大切削用量切削。數(shù)控加工夾具有工序集中的特點，在工件的一次裝夾中既要進行切削力很大的粗加工，又要進行達到工件最終精度要求的精加工，因此夾具的剛度和夾緊力都要滿足大切削力的要求。

(5)為適應數(shù)控機床的多方面加工，要避免夾具結構，包括夾具上的組件對刀具運動軌跡的干涉，夾具結構不應妨礙刀具對工件各部位的多面加工。

(6)夾具的定位要可靠，定位元件應具有較高的定位精度，定位部位應便于清屑，無切屑積留。如工件的定位面偏小，可考慮增設工藝凸臺或輔助基準。

(7)對剛度小的工件，應保證最小的夾緊變形，如使夾緊點靠近支承點，避免把夾緊力作用在工件的中空區(qū)域等。當粗加工和精加工同在一個工序內完成時，如果上述措施不能把工件變形控制在加工精度要求的范圍內，應在精加工前使程序暫停，讓操作者在粗加工后，精加工前變換夾緊力（適當減?。詼p小夾緊變形對加工精度的影響。5.2工件在數(shù)控夾具中的定位與夾緊

5.2.1定位方式與定位元件

工件的定位是通過工件上的定位表面與夾具上的定位元件的配合或接觸實現(xiàn)的。定位表面分平面定位、以外圓柱定位、以內孔定位和一面兩孔定位等。定位表面形狀不同，所用定位元件種類也不同。1.六點定位原理圖5-2工件的六個自由度

2.六點定位原理的應用

六點定位原理對于任何形狀工件的定位都是適用的，如果違背這個原理，工件在夾具中的位置就不能完全確定。然而，用工件六點定位原理進行定位時，必須根據具體加工要求靈活運用，工件形狀不同，定位表面不同，定位點的布置情況會各不相同。宗旨是使用最簡單的定位方法，使工件在夾具中迅速獲得正確的位置。

3.工件的定位

(1)完全定位。工件的六個自由度全部被夾具中的定位元件所限制，而在夾具中占有完全確定的惟一位置，稱為完全定位。

(2)不完全定位。根據工件加工表面的不同加工要求，定位支承點的數(shù)目可以少于六個。有些自由度對加工要求有影響，有些自由度對加工要求無影響，這種定位情況稱為不完全定位。不完全定位是允許的。

(3)欠定位。按照加工要求應該限制的自由度沒有被限制的定位稱為欠定位。欠定位是不允許的。欠定位保證不了加工要求。

(4)過定位。工件的一個或幾個自由度被不同的定位元件重復限制的定位稱為過定位。當過定位導致工件或定位元件變形，影響加工精度時，應該嚴禁采用。但當過定位并不影響加工精度，反而對提高加工精度有利時，也可以采用。

4.工件以平面定位

1)支承釘

如圖5－3所示，當工件以粗糙不平的毛坯面定位時，采用球頭支承釘(B型)，使其與毛坯良好接觸。齒紋頭支承釘(C型)用在工件的側面，能增大摩擦系數(shù)，防止工件滑動。當工件以加工過的平面定位時，可采用平頭支承釘(A型)。圖5－3支承釘圖5－4用可調支承加工相似件

可調支承在一批工件加工前調整一次，調整后需要鎖緊，其作用與固定支承相同。在工件定位過程中能自動調整位置的支承稱為自位支承，其作用相當于1個固定支承，只限制1個自由度。由于增加了接觸點數(shù)，因此可提高工件的裝夾剛度和穩(wěn)定性，但夾具結構稍復雜。自位支承一般適用于毛面定位或剛性不足的場合。

工件因尺寸形狀或局部剛度較差等原因，使其定位不穩(wěn)或受力變形時，需增設輔助支承，用以承受工件重力、夾緊力或切削力。輔助支承的工作特點是：待工件定位夾緊后，再調整輔助支承，使其與工件的有關表面接觸并鎖緊。輔助支承是每安裝一個工件就調整一次，但此支承不限制工件的自由度，也不允許破壞原有定位。

2)支承板

工件以精基準面定位時，除采用上述平頭支承釘外，還常用如圖5－5所示的支承板作定位元件。A型支承板結構簡單，便于制造，但不利于清除切屑，故適用于頂面和側面定位；B型支承板則易保證工作表面清潔，故適用于底面定位。圖5－5支承板

5.工件以圓柱孔定位

各類套筒、盤類、杠桿、撥叉等零件,常以圓柱孔定位，所采用的定位元件有圓柱銷和各種心軸。這種定位方式的基本特點是：定位孔與定位元件之間處于配合狀態(tài)，并要求確保孔中心線與夾具規(guī)定的軸線相重合?？锥ㄎ贿€經常與平面定位聯(lián)合使用。

1)圓柱銷

圖5－6為常用的標準化的圓柱定位銷結構。圖(a)、(b)、(c)是最簡單的定位銷，用于不經常需要更換的情況；圖(d)為帶襯套可換式定位銷。圖5－6圓柱定位銷

(a)D＞3～10；(b)D＞10～18；

(c)D＞18；(d)帶套可換定位銷2)圓柱心軸

心軸主要用于套筒類和空心盤類工件的車、銑、磨及齒輪加工。圖5－7為常用圓柱心軸的結構形式。其中，圖(a)為間隙配合心軸，圖(b)為過盈配合心軸，圖(c)為花鍵心軸。圖5－7圓柱心軸

(a)間隙配合心軸；(b)過盈配合心軸；(c)花鍵心軸3)圓錐銷圖5－8圓錐銷定位

(a)粗基準定位；(b)精基準定位圖5－9圓錐銷組合定位

4)小錐度心軸

這種定位方式的定心精度較高，但工件的軸向位移誤差較大，適用于工件定位孔精度不低于IT7的精車和磨削加工，不能加工端面。

6.工件以圓錐孔定位

1)圓錐形心軸

圓錐心軸限制了工件除繞軸線轉動自由度以外的其他五個自由度。圖5－10中心孔定位

7.工件以外圓柱表面定位

1)V形架

V形架定位的最大優(yōu)點是對中性好。即使作為定位基面的外圓直徑存在誤差，仍可保證一批工件的定位基準軸線始終處在V形架的對稱面上,并且安裝方便,見圖5－11。

圖5－12為常用V形架結構。圖(a)用于較短的精基準面的定位;圖(b)和圖(c)用于較長的或階梯軸的圓柱面，其中圖(b)用于粗基準面，圖(c)用于精基準面；圖(d)用于工件較長且定位基面直徑較大的場合，V形架做成在鑄鐵底座上鑲裝淬火鋼墊板的結構。圖5－11

V形架對中性分析圖5－12

V形架圖5－13活動V形架應用

2)定位套

工件以外圓柱面在圓孔中定位，這種定位方法一般適用于精基準定位，常與端面聯(lián)合定位。所用定位件結構簡單，通常做成鋼套裝于夾具中，有時也可在夾具體上直接做出定位孔。工件以外圓柱面定位，有時也可用半圓套或錐套作定位元件。圖5－14一面兩孔組合定位一批工件定位可能出現(xiàn)干涉的最壞情況為：孔心距最大，銷心距最小，或者反之。為使工件在兩種極端情況下都能裝到定位銷上，可把定位銷2上與工件孔壁相碰的那部分削去，即做成削邊銷。圖5－15所示為削邊銷的形成機理。圖5－15削邊銷的形成圖5－16削邊銷結構5.2.2定位誤差的分析

加工時，因定位不準確而引起的加工誤差稱為定位誤差，常用ΔD表示。它包括基準不重合誤差和基準位移誤差兩部分。

1.定位誤差的產生

1)基準不重合誤差

工件的定位基準與設計基準不重合時產生的加工誤差稱為基準不重合誤差，用ΔB表示。

基準不重合誤差的大小等于定位基準與設計基準之間的尺寸公差，即

2)基準位移誤差

由定位副的制造誤差和間隙引起定位基準位置的變動量稱為基準位移誤差，用ΔY表示。

基準位移誤差的大小為定位基準的最大變動范圍，即因此，定位誤差ΔD為上述兩方面的矢量和，即式中的和是有方向的。如果ΔB、ΔY方向相同（或相反）且與加工尺寸線方向平行（相一致），則兩項可以直接相加（或相減）；如果ΔB、ΔY方向與加工面的尺寸線方向不平行（即不一致），則需將ΔB、ΔY投影到加工尺寸線方向來計算。

2.定位誤差的分析與計算

根據定位方式分別計算出基準不符誤差ΔB和基準位移誤差ΔY后，按一定規(guī)律將其合成即可得到定位誤差。

1)工件以外圓柱面在V形塊上定位時的定位誤差

工件以外圓柱面在V形塊中定位，由于工件定位面外圓直徑有公差δD，對一批工件而言，當直徑由最小D-δD變到最大D時，工件中心（即定位基準）將在V形塊的對稱中心平面內上下偏移，左右不發(fā)生偏移，即工件中心由O1變到O2，其變化量O1O2（即ΔY）幾何關系推出：工件以外圓柱面在V形塊上定位的基準不符誤差ΔB與設計基準的位置有關，下面分別介紹其定位誤差。

設計基準與定位基準重合，則基準不符誤差ΔB＝0，其定位誤差為設計基準與定位基準不重合，除含有定位基準位移誤差ΔY外，還有基準不符誤差ΔB。假定定位基準不動，當工件直徑由最小D-δD變到最大D時，設計基準的變化量為δD/2，就是ΔB的大小，故其定位誤差ΔD是二者之和，即

設計基準與定位基準不重合的另一種情況是，當工件直徑由最小D-δD變到最大D時，設計基準的變化量仍為δD/2，故其定位誤差ΔD是二者之差，即

(2）心軸垂直放置。因為無法預測間隙偏向哪一邊，定位基準孔在任何方向都可作雙向移動，故其最大位移量（即ΔY）較心軸水平放置時大一倍，即5.2.3工件在夾具中的夾緊

1.夾緊裝置的組成

圖5－17為夾緊裝置組成示意圖，它主要由以下三部分組成：

(1)力源裝置。產生夾緊作用力的裝置。所產生的力稱為原始力，如氣動、液動、電動等，圖5－17中的力源裝置是氣缸1。對于手動夾緊來說，力源來自人力。

(2)中間傳力機構。介于力源和夾緊元件之間傳遞力的機構，如圖5－17中的連桿2。在傳遞力的過程中，它能夠改變作用力的方向和大小，起增力作用；還能使夾緊實現(xiàn)自鎖，保證力源提供的原始力消失后，仍能可靠地夾緊工件，這對手動夾緊尤為重要。圖5－17夾緊裝置組成示意圖

(3)夾緊元件。夾緊裝置的最終執(zhí)行件，與工件直接接觸完成夾緊作用，如圖5－17中的壓板3。

2.對夾具裝置的要求

必須指出，夾緊裝置的具體組成并非一成不變，須根據工件的加工要求、安裝方法和生產規(guī)模等條件來確定。但無論其組成如何，都必須滿足以下基本要求：

(1)夾緊時應保持工件定位后所占據的正確位置。

(2)夾緊力大小要適當。夾緊機構既要保證工件在加工過程中不產生松動或振動,同時，又不得產生過大的夾緊變形和表面損傷。

(3)夾緊機構的自動化程度和復雜程度應和工件的生產規(guī)模相適應，并有良好的結構工藝性，盡可能采用標準化元件。

(4)夾緊動作要迅速、可靠，且操作要方便、省力、安全。

3.夾緊力三要素確定

設計夾緊機構，必須首先合理確定夾緊力的三要素：大小、方向和作用點。

1)夾緊力方向的確定

確定夾緊力作用方向時，應與工件定位基準的配置及所受外力的作用方向等結合起來考慮。其確定原則是：（1）夾緊力的作用方向應垂直于主要定位基準面。

圖5－18所示直角支座以A、B面定位鏜孔，要求保證孔中心線垂直于A面。為此應選擇A面為主要定位基準，夾緊力Q的方向垂直于A面，如圖5－18(a)所示。這樣，無論A面與B面有多大的垂直度誤差，都能保證孔中心線與A面垂直。否則，如圖5－18(b)所示,夾緊力方向垂直于B面，則因A、B面間有垂直度誤差（α＞90°或α＜90°），使鏜出的孔不垂直于A面而可能報廢。圖5－18夾緊力方向對鏜孔垂直度的影響

(a)合理；(b)不合理

(2)夾緊力作用方向應使所需夾緊力最小。

這樣可使機構輕便、緊湊，工件變形小，對手動夾緊可減輕工人勞動強度，提高生產效率。為此，應使夾緊力Q的方向最好與切削力F、工件的重力G的方向重合，這時所需要的夾緊力為最小。

圖5－19表示了F、G、Q三力不同方向之間關系的幾種情況。顯然，圖（a）最合理，圖（f）情況為最差。圖5－19夾緊方向與夾緊力大小的關系

（a）最合理；（b）較合理；（c）可行；（d）不合理；（e）不合理；（f）最不合理

(3)夾緊力作用方向應使工件變形最小。

由于工件不同方向上的剛度是不一致的，不同的受力表面也因其接觸面積不同而變形各異，尤其在夾緊薄壁工件時，更需注意。

圖5－20所示的套筒，用三爪自定心卡盤夾緊外圓，顯然要比用特制螺母從軸向夾緊工件的變形大得多。圖5－20夾緊力方向與工件剛性關系

2)夾緊力作用點的確定

選擇作用點的問題是指在夾緊方向已定的情況下，確定夾緊力作用點的位置和數(shù)目。應依據以下原則確定：

（1）夾緊力作用點應落在支承元件上或幾個支承元件所形成的支承面內。

如圖5－21(a)所示，夾緊力作用在支承面范圍之外，會使工件傾斜或移動，而圖5－21(b)則是合理的。圖5－21夾緊力作用點應在支承面內

(a)不合理；(b)合理（2）夾緊力作用點應落在工件剛性好的部位上。

如圖5－22所示，將作用在殼體中部的單點改成在工件外緣處的兩點夾緊，工件的變形大為改善，且夾緊也更可靠。該原則對剛度差的工件尤其重要。圖5－22夾緊力作用點應在剛性較好部位

(a)不合理；(b)合理

5.3數(shù)控加工中的組合夾具

5.3.1組合夾具的發(fā)展過程及經濟效益

組合夾具是在夾具完全模塊化和標準化的基礎上，由一整套預先制造好的標準元件和組件，針對不同工件對象迅速裝配成各種專用夾具，這些夾具元件相互配合部分的尺寸具有完全互換性。夾具使用完畢后，再拆散元件的組件，因此是一種可重復使用的夾具系統(tǒng)。圖5－23是專用夾具和組合夾具使用過程的比較。由圖可見，使用組合夾具的經濟效果符合現(xiàn)代生產的環(huán)境保護要求。目前有兩種類型組合夾具，即槽系組合夾具和孔系組合夾具系統(tǒng)。圖5－23專用夾具和組合夾具使用過程的比較

(a)專用夾具；(b)組合夾具5.3.2槽系組合夾具系統(tǒng)

圖5－24所示為一槽系組合夾具。圖5－24槽系組合夾具

1.槽系組合夾具的規(guī)格

為了適應不同工廠、不同產品的需要，槽系組合夾具分大、中、小型三種規(guī)格，其主要參數(shù)如表5－1所示。

2.組合夾具的工作原理、特點及應用

1)組合夾具的工作原理與特點

組合夾具是機床夾具中一種標準化、系列化、通用化程度很高的工藝裝備。它是由一套預先制造好的標準元件組合而成的。這些元件具有各種不同形狀、尺寸和規(guī)格，并且有較好的互換性、耐磨性和較高的精度。根據工件的工藝要求，采用搭積木的方式組裝成各種專用夾具。使用完畢后，可方便地拆開元件，洗凈后存放起來，待重新組裝時重復使用。組合夾具有以下特點：

(1）靈活多變，為生產迅速提供夾具，縮短生產準備周期。

(2）保證加工質量，提高生產效率。

(3）節(jié)約人力、物力和財力。

(4）減少夾具存放面積，改善管理工作。

2)組合夾具的應用

組合夾具應用范圍很廣，它不僅成熟地應用于機床、汽車、農機、儀表等行業(yè)，而且在重型、礦山等機械行業(yè)也進行了推廣使用。

（1）從生產類型方面看，組合夾具的特點決定了它最適用于產品經常變換的生產，如單件小批生產、新產品試制和臨時突擊性的生產任務等。

（2）從加工工種方面看，組合夾具可用于鉆、車、銑、刨、磨、鏜、檢驗等工種，其中以鉆床夾具應用量最大。（3）從加工工件的幾何形狀和尺寸方面看，組合夾具一般可不受工件形狀復雜程度的限制，很少遇到因工件形狀特殊而不能組裝夾具的情況。

（4）從加工工件的公差等級方面看，由于組合夾具元件本身為IT2公差等級，通過各組裝環(huán)節(jié)的累積誤差，因此在一般情況下，工件加工公差等級可達IT3級。

3.槽系組合夾具元件的分類

組合夾具元件按其用途不同，可分為八大類。

(1)基礎件,如圖5－25所示，包括各種規(guī)格尺寸的方形、矩形、圓形基礎板和基礎角鐵等?；A件主要用作夾具體。圖5－25基礎件

(2)支承件，如圖5－26所示，包括各種規(guī)格尺寸的墊片、墊板、方形和矩形支承、角度支承、角鐵、菱形板、V形塊、螺孔板、伸長板等。支承件主要用作不同高度的支承和各種定位支承平面，是夾具體的骨架。圖5－26支承件

(3)定位件，如圖5－27所示，包括各種定位銷、定位盤、定位鍵、對位軸、各種定位支座、定位支承、鎖孔支承、頂尖等。定位件主要用于確定元件與元件、元件與工件之間的相對位置尺寸，以保證夾具的裝配精度和工件的加工精度。圖5－27定位件

(4)導向件，如圖5－28所示，包括各種鉆模板、鉆套、鉸套和導向支承等。導向件主要用來確定刀具與工件的相對位置，加工時起到引導刀具的作用。

圖5－28導向件

(5)夾緊件，如圖5－29所示，包括各種形狀尺寸的壓板。夾緊件主要用來將工件夾緊在夾具上，保證工件定位后的正確位置在外力作用下不變動。由于各種壓板的主要表面都經過磨光，因此也常作定位擋板、連接板或其他用途。圖5－29夾緊件

(6)緊固件，包括各種螺栓、螺釘、螺母和墊圈等。緊固件主要用來把夾具上各種元件連接緊固成一個整體，并可通過壓板把工件夾緊在夾具上。

(7)其他件，包括除了上述六類以外的各種用途的單一元件，例如連接板、回轉壓板、浮動塊、各種支承釘、支承帽、二爪支承、三爪支承、平衡塊等。

(8)組合件，指在組裝過程中不拆散使用的獨立部件。按其用途可分為定位合件、導向合件、夾緊合件和分度合件等。5.3.3孔系組合夾具系統(tǒng)

1.孔系和槽系組合夾具的比較

與槽系組合夾具相比較，孔系組合夾具具有如下優(yōu)點：

(1)元件剛度高。由于元件剛度好，因而裝配出的整體孔系組合夾具的剛度也高，從而滿足了數(shù)控機床需要高切削用量的要求，提高了數(shù)控機床加工的生產效率。

孔系組合夾具的剛度比槽系高，這是因為孔系組合夾具的基礎件，雖然其厚度較同系列槽系為薄，上面又加工了眾多的孔，但仍為整體的板結構，故剛度高。而槽系組合夾具的基礎件和支承件表面布滿了縱橫交錯的T形槽，造成截面上的斷層，嚴重削弱了結構的剛度。圖5－30孔系組合夾具

1.孔系和槽系組合夾具的比較

與槽系組合夾具相比較，孔系組合夾具具有如下優(yōu)點：

(1)元件剛度高。由于元件剛度好，因而裝配出的整體孔系組合夾具的剛度也高，從而滿足了數(shù)控機床需要高切削用量的要求，提高了數(shù)控機床加工的生產效率。

孔系組合夾具的剛度比槽系高，這是因為孔系組合夾具的基礎件，雖然其厚度較同系列槽系為薄，上面又加工了眾多的孔，但仍為整體的板結構，故剛度高。而槽系組合夾具的基礎件和支承件表面布滿了縱橫交錯的T形槽，造成截面上的斷層，嚴重削弱了結構的剛度。

(2)制造和材料成本低。因為孔系元件的加工工藝性好，精密孔系的坐標磨削成本也高，但在采用粘接淬火定位襯套和孔距樣板保證孔距后，工藝性能好，成本比T形槽的磨削降低。此外，槽系夾具元件為保證高強度性能都用合金鋼的材料，而孔系夾具元件基體都用普通鋼或優(yōu)質鑄鋼，因而制造和材料成本大為降低。

(3)組裝時間短。由于槽系組合夾具在裝配過程中需要較多的測量和調整工作，而孔系組合夾具的裝配大部分只要將元件之間的孔對準并用螺釘緊固即可，因而裝配工作相對容易和簡單，要求裝配工人的熟練程度也比較低。

(4)定位可靠。孔系元件之間由一面雙銷定位，比槽系夾具中槽和鍵的配合，在定位精度和可靠性方面都高。同時，任何一個定位孔均可方便地作為數(shù)控機床加工時的坐標原點。

(5)孔系組合夾具裝配的靈活性差?？紫到M合夾具上元件位置不方便做無級調節(jié)，元件的品種數(shù)量不如槽系組合夾具多，從組裝的靈活性來看，也不及槽系組合夾具好。因此，當前世界制造業(yè)中，是孔系和槽系并存的局面，但以孔系更具有優(yōu)勢。有關槽系和孔系兩種組合夾具的全面比較見表5－2。

2.孔系組合夾具的元件、功能單元及分類

當今，世界上生產組合夾具的主要國家是德國、美國、中國和俄羅斯，不同的企業(yè)生產各有特色的孔系組合夾具系統(tǒng)。元件大體上可分成5類，即基礎件、結構支承件、定位件、夾緊件、合件和附件。圖5－31列出此系統(tǒng)中較典型的元件?，F(xiàn)對各類元件作一簡要說明。

(1)基礎件，用作夾具的底板或夾具體，除傳統(tǒng)的方形、長方、圓形基礎板和角鐵外，增加了T形板和方箱，后者主要是適應NC機床的需要，特別是在加工中心上有著廣泛的用途。圖5－31孔系組合夾具元件分類

(2)結構件，這類元件的功能是在基礎件上構建夾具的骨架，組成實際的夾具體，如小尺寸的長型或寬型角鐵，各種多面支承等。

(3)夾緊件，壓緊工件用，有各種壓板和夾緊合件，既有垂直方向壓緊的，也有水平方向壓緊的，品種繁多。

(4)定位件，主要用作定位，有條形板、定位板、塔形柱、V形塊等。

(5)附件，包含螺釘、螺母、墊圈等各種緊固件，以及扳手、保護孔免遭切屑和灰塵落入的螺塞等。

3.孔系組合夾具的結構要素

孔系組合夾具元件之間的相互位置是由孔和銷來決定的，為了準確可靠地決定元件的相互空間位置，采用了一面兩銷的定位原理，即利用相連的兩個元件上的兩個孔，插入兩根定位銷來決定其位置，同時再用螺釘將兩個元件連接在一起。對于沒有準確位置要求的元件可僅用螺釘連接。因此，部分孔系元件上都有網狀分布的定位孔和螺紋孔。為了達到孔系元件之間的互換性裝配，必須對孔的尺寸、公差、孔距加以標準化才能達到目的，這就是孔系組合夾具的結構要素?，F(xiàn)在雖然生產孔系組合夾具的各公司都有自己的結構要素標準，但在一些主要參數(shù)上都是相同或相近的。和槽系組合夾具一樣，為了適應不同尺寸大小工件的加工，孔系組合夾具也有大、中、小、微型4個系列，并有英制和米制兩種標準。

孔在基礎件或其他元件表面上的分布，一般有兩種形式，一種是定位孔和螺紋孔相互交叉的形式，如圖5－32(a)所示；另一種是定位孔和螺紋孔做在同一孔上的形式，如圖5－32(b)所示。圖5－32孔系組合夾具基礎件上孔分布的兩種基本形式

4.孔系組合夾具的裝配

手工裝配孔系組合夾具和手工裝配槽系組合夾具的過程完全相同。實踐證明，裝配孔系組合夾具在形成夾具結構方面比槽系夾具要方便和容易，這是因為現(xiàn)代孔系組合夾具系統(tǒng)元件及其品種都較小，同時元件的數(shù)量比較多；但是裝配出夾具結構后，在對元件做尺寸調整使之滿足工件尺寸要求方面，則不如槽系夾具迅速，這是因為槽系元件大都能做雙向調整之故。所以，用孔系元件手工裝配較簡單的孔系組合夾具時，可將前面所示裝配過程簡化為圖5－33所示流程進行。圖5－33孔系組合夾具裝配過程流程簡圖5.3.4使用組合夾具的成本及管理分析

1.使用組合夾具的成本分析

夾具成本對產品成本有很大的影響。通常，從經濟觀點出發(fā)，大批大量生產適合用專用夾具，成批生產宜使用可調夾具或成組夾具，單件小批生產應用組合夾具。由于可調整夾具受市場、訂貨、生產組織和產品技術要求等多種條件的限制，目前應用較少。各種生產類型下使用的夾具可見圖5－34。圖5－34用于不同生產類型的夾具選擇

(1)對單件小批生產中使用組合夾具和常規(guī)裝夾方法的成本進行比較可得，在單件小批生產中，常規(guī)的裝夾方法可以用通用夾具或元件，如卡盤、虎鉗和壓板等。由于通用夾具只適合形狀簡單的工件，對復雜的裝夾任務需要一些專用的元件，而設計制作這些專用元件要花費較多的時間和費用，這時候用組合夾具也許是合適的。在某些裝夾情況下，雖然可以不用專用元件，仍需要用劃線找正的方法將工件、加工面與機床對準，使用組合夾具就可以減少在線裝夾時間，從而降低制造成本。

(2)將成批生產中使用組合夾具和專用夾具的成本比較可得，在成批生產中，不論是用專用夾具還是組合夾具，在線裝夾時間都是相同的，將零件裝入夾具后通常都不用測量和調整。采用組合夾具代替專用夾具可以減少工裝制造周期時間和降低成本。

當生產條件是確定的時，采用專用夾具還是組合夾具的決策取決于生產成本。假如年需求小于盈虧平衡點，采用組合夾具可以降低裝夾成本。簡單地說，在成批生產中采用組合夾具的理由是組合夾具元件的成本加上夾具組裝的成本低于設計和制造專用夾具的成本。

2.使用組合夾具的管理分析

當采用組合夾具時，夾具站中有大量各式各樣的夾具元件，從制造部門向夾具站提出各種各樣的夾具訂單。裝夾信息系統(tǒng)已經變?yōu)镃IMS的一個子信息系統(tǒng)，目的是用庫存信息和作業(yè)計劃要求來管理夾具元件的通信聯(lián)系。夾具站管理系統(tǒng)是成功應用組合夾具所必須的條件。夾具站管理的主要目的是：

（1）用最少數(shù)量的夾具元件組裝出數(shù)量最多的夾具。

（2）優(yōu)化夾具元件的庫存水平。

（3）制定組裝組合夾具的作用計劃。5.3.5組合夾具結構的自動化設計

CAFD（ComperterAidFixtureDesign）是一個夾具結構自動化設計軟件，它的輸入部分用于輸入工件及工藝信息，包括幾何形狀、工件方向、定位點及夾緊點位置和刀具軌跡包絡空間等，這些數(shù)據都可以從工件的圖紙中得到。5.4計算機輔助組合夾具元件的選擇與安裝規(guī)劃

5.4.1計算機輔助組合夾具元件的選擇

在計算機輔助夾具設計的發(fā)展早期，設計人員以CAD作為工具，先建立一個標準夾具元件圖形庫，并且開發(fā)出一種基于圖形的計算機輔助夾具設計系統(tǒng)。用戶先從數(shù)據庫中檢索出夾具標準元件，圍繞零件圖形的輪廓將這些元件安裝在適當?shù)奈恢蒙?，從而在顯示屏上裝配成夾具圖形。而后又開發(fā)出了一種交互式的CAFD（ComperterAidFixtureDesign）計算機輔助夾具設計環(huán)境，通過夾具元件庫和菜單來驅動夾具的裝配順序。組合夾具元件可分成五類：基礎件、定位件、夾緊件、合件和附件。這些夾具元件均以圖形形式儲存于I—CAFD系統(tǒng)的夾具元件數(shù)據庫中。