《機(jī)械制造技術(shù)》課件第3章

第3章金屬切削機(jī)床及夾具的基礎(chǔ)知識(shí)概述

3.1概述

3.2金屬切削機(jī)床的基礎(chǔ)知識(shí)

3.3機(jī)床夾具的基礎(chǔ)知識(shí)

習(xí)題

3.1概述各種機(jī)械產(chǎn)品的用途和零件結(jié)構(gòu)的差別雖然很大，但它們的制造工藝卻有著共同之處，即都是構(gòu)成零件的各種表面的成形過程。機(jī)械零件表面的切削加工成形過程是通過刀具與被加工零件的相對(duì)運(yùn)動(dòng)完成的。這一過程要在由切削機(jī)床、刀具、夾具及工件構(gòu)成的機(jī)械加工工藝系統(tǒng)中完成。機(jī)床是加工機(jī)械零件的工作機(jī)械，刀具直接對(duì)零件進(jìn)行切削，夾具用來裝夾工件。如圖3-1所示為機(jī)械加工工藝系統(tǒng)的構(gòu)成及相互關(guān)系。在第二章中已介紹了部分刀具的知識(shí)，本章將重點(diǎn)研究機(jī)床和工裝的基礎(chǔ)知識(shí)。

圖3-1機(jī)械加工工藝系統(tǒng)的構(gòu)成

3.2金屬切削機(jī)床的基礎(chǔ)知識(shí)

3.2.1機(jī)床概述金屬切削機(jī)床是用切削的方法將金屬毛坯加工成機(jī)器零件的機(jī)器，也可以說是制造機(jī)器的機(jī)器，因此又稱為“工作母機(jī)”或“工具機(jī)”，習(xí)慣上簡(jiǎn)稱為機(jī)床。在機(jī)械制造工業(yè)中，切削加工是將金屬毛坯加工成具有一定尺寸、形狀和精度的零件的主要加工方法，尤其是在加工精密零件時(shí)，目前主要是依靠切削加工來達(dá)到所需的加工精度和表面粗糙度。因此，金屬切削機(jī)床是加工機(jī)器零件的主要設(shè)備，它所擔(dān)負(fù)的工作量，在一般情況下約占機(jī)器總制造工作量的40%～60%，它的先進(jìn)程度直接影響到機(jī)器制造工業(yè)的產(chǎn)品質(zhì)量和勞動(dòng)生產(chǎn)率。

機(jī)床的質(zhì)量和性能直接影響機(jī)械產(chǎn)品的加工質(zhì)量和經(jīng)濟(jì)加工的適用范圍，而且它總是隨著機(jī)械工業(yè)工藝水平的提高和科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步而發(fā)展。如新型刀具的出現(xiàn)，電氣、液壓等技術(shù)的發(fā)展以及計(jì)算機(jī)技術(shù)的應(yīng)用，使機(jī)床生產(chǎn)率、加工精度、自動(dòng)化程度得到不斷提高，機(jī)床品種不斷擴(kuò)大。機(jī)床不僅要滿足使用性能要求，還要考慮藝術(shù)性、宜人性、工業(yè)環(huán)境的美化等，使人機(jī)關(guān)系達(dá)到最佳狀態(tài)。

目前我國已形成了布局比較合理且相對(duì)完整的機(jī)床工業(yè)體系，機(jī)床的產(chǎn)量與質(zhì)量不斷上升，除滿足國內(nèi)建設(shè)的需要外，還有一部分已遠(yuǎn)銷國外。我國已制定了完整的機(jī)床系列型譜。我國生產(chǎn)的機(jī)床品種也日趨齊全，能生產(chǎn)出從小型儀表機(jī)床到重型機(jī)床等上千個(gè)品種的各種機(jī)床，也能生產(chǎn)出各種精密的、高度自動(dòng)化的以及高效率的機(jī)床和自動(dòng)線。我國所生產(chǎn)機(jī)床的性能也在逐步提高，有些機(jī)床已經(jīng)接近世界先進(jìn)水平。我國數(shù)控技術(shù)近年來也有較快的發(fā)展，目前已能生產(chǎn)上百種數(shù)控機(jī)床。我國機(jī)床工業(yè)已經(jīng)取得了很大成就，但與世界發(fā)達(dá)國家相比，仍有較大差距，主要表現(xiàn)在機(jī)床產(chǎn)品的精度、質(zhì)量穩(wěn)定性、自動(dòng)化程度以及基礎(chǔ)理論研究等方面。

3.2.2機(jī)床的分類

金屬切削機(jī)床的品種和規(guī)格繁多，為了便于區(qū)別、使用和管理，必須對(duì)機(jī)床進(jìn)行分類。根據(jù)需要，可以從不同的角度對(duì)機(jī)床作如下分類：

1.按機(jī)床的加工性質(zhì)和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)分類

根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)（GB／T1537-94），我國機(jī)床分為11大類：車床、鉆床、鏜床、銑床、刨插床、拉床、磨床、齒輪加工機(jī)床、螺紋加工機(jī)床、鋸床和其他機(jī)床。

2.按機(jī)床的通用程度分類

(1)通用機(jī)床。這類機(jī)床是可以加工多種工件、完成多種工序、工藝范圍較廣的機(jī)床，主要適用于單件小批量生產(chǎn)。例如，臥式車床、臥式銑鏜床和萬能升降臺(tái)銑床等。

(2)專門化機(jī)床。這類機(jī)床是用于完成形狀類似而尺寸不同的工件的某一種工序的加工的機(jī)床，其工藝范圍較窄，主要適用于成批生產(chǎn)。例如，曲軸車床、凸輪軸車床等。

(3)專用機(jī)床。這類機(jī)床是用于完成特定工件的特定工序的加工的機(jī)床，其工藝范圍最窄，主要適用于大批量生產(chǎn)。例如，專用鏜床、專用銑床等。

此外，在同一種機(jī)床中，根據(jù)加工精度不同，可分為普通機(jī)床、精密機(jī)床和高精度機(jī)床；按機(jī)床質(zhì)量不同，可分為儀表機(jī)床、中型機(jī)床、大型機(jī)床、重型機(jī)床和超重型機(jī)床；按機(jī)床自動(dòng)化程度的不同，可分為手動(dòng)、機(jī)動(dòng)、半自動(dòng)和自動(dòng)機(jī)床；按機(jī)床運(yùn)動(dòng)執(zhí)行件的數(shù)目不同，可分為單軸的與多軸的、單刀架的與多刀架的機(jī)床等。

3.2.3機(jī)床型號(hào)的編制方法

1.通用機(jī)床的型號(hào)

通用機(jī)床型號(hào)的構(gòu)成如下：

其中：“△”表示阿拉伯?dāng)?shù)字，“○”表示大寫漢語拼音字母，()表示可選項(xiàng)，(◎)表示大寫漢語拼音字母或阿拉伯?dāng)?shù)字。

1）機(jī)床類、組、系的劃分及其代號(hào)機(jī)床的類代號(hào)用漢語拼音大寫字母表示。例如“車床”的漢語拼音是“Chechuang”，所以用“C”表示。必要時(shí)，每類又可分為若干分類，分類代號(hào)用阿拉伯?dāng)?shù)字表示，放在類代號(hào)之前，居于型號(hào)的首位，但第一分類不予表示。例如，磨床類分為M、2M、3M三類。機(jī)床的類別代號(hào)及其讀音見表3-1。

表3-1普通機(jī)床類別和分類代號(hào)

2）機(jī)床的特性代號(hào)

機(jī)床的特性代號(hào)表示機(jī)床具有的特殊性能，包括通用特性和結(jié)構(gòu)特性。當(dāng)某類型機(jī)床除有普通型外，還具有如表3-2所列的某種通用特性，則在類別代號(hào)之后加上相應(yīng)的特性代號(hào)。例如“CK”表示數(shù)控車床。如同時(shí)具有兩種通用特性，則可用兩個(gè)代號(hào)同時(shí)表示，如“MX”表示半自動(dòng)、高精度磨床。如某類型機(jī)床僅有某種通用特性，而無普通型式，則通用特性不必表示，如C1312型單軸轉(zhuǎn)塔自動(dòng)車床，由于這類自動(dòng)車床沒有“非自動(dòng)”型，所以不必用“Z表示”通用特性。

為了區(qū)分主參數(shù)相同而結(jié)構(gòu)不同的機(jī)床，在型號(hào)中用結(jié)構(gòu)特性代號(hào)表示。結(jié)構(gòu)特性代號(hào)為漢語拼音字母。通用特性代號(hào)已用的字母和“I、O”兩個(gè)字母不能用。結(jié)構(gòu)特性的代號(hào)字母是根據(jù)各類機(jī)床的情況分別規(guī)定的，在不同型號(hào)中的意義不同。

表3-2通用特性代號(hào)

3）機(jī)床主參數(shù)、第二主參數(shù)和設(shè)計(jì)順序號(hào)機(jī)床主參數(shù)代表機(jī)床規(guī)格的大小，用折算值（主參數(shù)乘以折算系數(shù)）表示。某些普通機(jī)床當(dāng)無法用一個(gè)主參數(shù)表示時(shí)，則在型號(hào)中用設(shè)計(jì)順序號(hào)表示。設(shè)計(jì)順序號(hào)由1起始，當(dāng)設(shè)計(jì)順序號(hào)小于10時(shí)，則在設(shè)計(jì)號(hào)之前加“0”。

第二主參數(shù)一般是主軸數(shù)、最大跨距、最大工件長(zhǎng)度、工作臺(tái)工作面長(zhǎng)度等等。第二主參數(shù)也用折算值表示。

4）機(jī)床重大改進(jìn)順序號(hào)當(dāng)對(duì)機(jī)床的結(jié)構(gòu)、性能有更高的要求，需要按新產(chǎn)品重新設(shè)計(jì)、試制和鑒定機(jī)床時(shí)，在原機(jī)床型號(hào)的尾部，加重大改進(jìn)順序號(hào)，以區(qū)別于原機(jī)床型號(hào)。序號(hào)按A、B、C、…字母（但“I、O”兩個(gè)字母不得選用）的順序選用。

5）同一型號(hào)機(jī)床的變型代號(hào)根據(jù)不同的加工需要，某些機(jī)床在基本型號(hào)機(jī)床的基礎(chǔ)上僅改變機(jī)床的部分性能結(jié)構(gòu)時(shí)，則在機(jī)床基本型號(hào)之后加1、2、3、…變型代號(hào)。綜合上述普通機(jī)床型號(hào)的編制方法，舉例如下：

例1：

例2：

2.專用機(jī)床型號(hào)

專用機(jī)床型號(hào)由設(shè)計(jì)單位代號(hào)和設(shè)計(jì)順序號(hào)構(gòu)成。例如，B1—100表示北京第一機(jī)床廠設(shè)計(jì)制造的第100種專用機(jī)床——銑床。

3.2.4機(jī)床的運(yùn)動(dòng)分析

1.工件表面形狀及其形成方法

1）工件加工表面的形狀

工件在被切削加工過程中，通過機(jī)床的傳動(dòng)系統(tǒng)，使機(jī)床上的工件和刀具按一定規(guī)律作相對(duì)運(yùn)動(dòng)，從而切削出所需要的表面形狀。圖3-2所示的就是機(jī)器零件上常用的各種表面。這些表面大都是可以在機(jī)床上加工的既經(jīng)濟(jì),又能獲得所需精度的表面，如平面、圓柱面、圓錐面、球面和成形表面等，它們都屬于“線性表面”。所謂“線性表面”都是以一條線為母線，以另一條線為軌跡（稱導(dǎo)線）運(yùn)動(dòng)而形成的，如圖3-2中，平面是以一直線為母線，以另一直線為軌跡，作平移運(yùn)動(dòng)而形成的；圓柱面是以一直線為母線，以圓為軌跡，作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)而形成的等。

圖3-2機(jī)器零件上常用表面

2）工件加工表面的形成

零件的表面通常是幾種簡(jiǎn)單表面的組合，如圖3-3所示的各種常見的零件都由各種線性表面構(gòu)成。成形平面、圓柱面及直線成形表面的母線及導(dǎo)線的作用可以互換，稱此類表面為可逆表面。而形成螺紋面、圓環(huán)面、球面和圓錐面的母線和導(dǎo)線則不能互換，稱此類表面為非可逆表面。形成工件上各種表面的母線和導(dǎo)線統(tǒng)稱為發(fā)生線。

圖3-3常見的零件類型

3）發(fā)生線的形成發(fā)生線是形成工件表面的幾何要素，是在金屬切削機(jī)床運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，由工件和刀具彼此間協(xié)調(diào)的相對(duì)運(yùn)動(dòng)和刀具切削刃的形狀共同形成的。如圖3-4所示，形成發(fā)生線的方法有以下四種：（1）軌跡法:母線和導(dǎo)線都是刀具切削刃端點(diǎn)（刀尖）相對(duì)于工件的運(yùn)動(dòng)軌跡。如圖3-4(a)所示，刀尖的運(yùn)動(dòng)軌跡和工件回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)結(jié)合，形成了回轉(zhuǎn)成形面所需的母線和導(dǎo)線。（2）成形法:刀具的切削刃就是被加工表面的母線，導(dǎo)線是由刀具切削刃相對(duì)于工件的運(yùn)動(dòng)形成的。如圖3-4(b)所示，刨刀切削刃形狀與工件曲面的母線相同，刨刀的直線運(yùn)動(dòng)形成直導(dǎo)線。

（3）展成法:如圖3-4(c)所示，對(duì)各齒形表面進(jìn)行加工時(shí)，刀具與工件間作展成運(yùn)動(dòng)即嚙合運(yùn)動(dòng)，切削刃各瞬時(shí)位置的包絡(luò)線是齒形表面的母線，導(dǎo)線是由刀具沿齒長(zhǎng)方向的運(yùn)動(dòng)形成。

（4）相切法:如圖3-4(d)所示，采用銑刀、砂輪等旋轉(zhuǎn)刀具加工工件時(shí)，刀具自身的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)形成圓形發(fā)生線，同時(shí)切削刃相對(duì)于工件的運(yùn)動(dòng)形成其他發(fā)生線。

圖3-4形成發(fā)生線的方法

2.機(jī)床的運(yùn)動(dòng)

為了加工出所需要的工件表面形狀，機(jī)床上需要有多種運(yùn)動(dòng)。其中通過加工出母線和導(dǎo)線而形成工件表面形狀的運(yùn)動(dòng)被稱為機(jī)床的表面成形運(yùn)動(dòng)，它是機(jī)床最基本的運(yùn)動(dòng)。除表面成形運(yùn)動(dòng)外，還有分度運(yùn)動(dòng)、切入運(yùn)動(dòng)、輔助運(yùn)動(dòng)、操縱及控制運(yùn)動(dòng)等。下面將對(duì)它們作詳細(xì)的說明。1）表面成形運(yùn)動(dòng)為保證得到工件表面的形狀所需的運(yùn)動(dòng)，稱為表面成形運(yùn)動(dòng)（簡(jiǎn)稱為成形運(yùn)動(dòng)）。根據(jù)工件表面形狀和成形方法的不同，成形運(yùn)動(dòng)有以下類型：（1）簡(jiǎn)單成形運(yùn)動(dòng)，它是獨(dú)立的成形運(yùn)動(dòng)，也是最基本的成形運(yùn)動(dòng)。如車外圓時(shí)，由工件的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)和刀具的直線運(yùn)動(dòng)兩個(gè)獨(dú)立的運(yùn)動(dòng)形成圓柱面。

（2）復(fù)合成形運(yùn)動(dòng)，它是由兩個(gè)或兩個(gè)以上簡(jiǎn)單運(yùn)動(dòng)按照一定的運(yùn)動(dòng)關(guān)系合成的成形運(yùn)動(dòng)。如圖3-4(c)所示，展成法加工齒輪時(shí)，刀具的旋轉(zhuǎn)和被加工齒輪的旋轉(zhuǎn)必須保持嚴(yán)格的相對(duì)運(yùn)動(dòng)關(guān)系，才能形成所需的漸開線齒面，因而這是一個(gè)復(fù)合成形運(yùn)動(dòng)。同理，車螺紋時(shí)，螺紋表面的導(dǎo)線（螺旋線）必須由工件的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)和刀架直線運(yùn)動(dòng)保持確定的相對(duì)運(yùn)動(dòng)關(guān)系才能形成，這也是一個(gè)復(fù)合成形運(yùn)動(dòng)。成形運(yùn)動(dòng)是為了形成工件表面發(fā)生線的運(yùn)動(dòng)。相同的表面可以有不同的成形方法和不同的成形運(yùn)動(dòng)。例如在車削回轉(zhuǎn)曲面時(shí)，用成形法加工，只需工件回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)；用軌跡法加工，則需要兩個(gè)獨(dú)立的成形運(yùn)動(dòng)。

從保證金屬切削過程的實(shí)現(xiàn)和連續(xù)進(jìn)行的角度看，成形運(yùn)動(dòng)可分為主運(yùn)動(dòng)和進(jìn)給運(yùn)動(dòng)兩種：①主運(yùn)動(dòng)。它是進(jìn)行切削的最基本、最主要的運(yùn)動(dòng)，也稱為切削運(yùn)動(dòng)，通常它的速度最高，消耗機(jī)床動(dòng)力最多。一般機(jī)床的主運(yùn)動(dòng)只有一個(gè)。如車削、鏜削加工時(shí)工件的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，銑削和鉆削加工時(shí)刀具的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，刨削加工時(shí)刨刀的直線運(yùn)動(dòng)等都是主運(yùn)動(dòng)。②進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。與主運(yùn)動(dòng)配合，使切削工作能夠連續(xù)地進(jìn)行的運(yùn)動(dòng)。通常它消耗的動(dòng)力較小。進(jìn)給運(yùn)動(dòng)可以有一個(gè)或幾個(gè)，也可以沒有（例如拉床）。它可以是連續(xù)的（車削），也可以是周期間斷的（刨削）。

2）輔助運(yùn)動(dòng)除主運(yùn)動(dòng)和進(jìn)給運(yùn)動(dòng)外，為完成機(jī)床工作循環(huán)，還需一些其他的輔助運(yùn)動(dòng)。

（1）空行程運(yùn)動(dòng)。例如刀架、工作臺(tái)的快速接近和退出工件等運(yùn)動(dòng)，可節(jié)省輔助時(shí)間。

（2）切入運(yùn)動(dòng)。切入運(yùn)動(dòng)是使刀具切入工件從而保證工件被加工表面獲得所需要的尺寸的運(yùn)動(dòng)。一個(gè)表面切削加工的完成一般需要數(shù)次切入運(yùn)動(dòng)。

（3）分度運(yùn)動(dòng)。分度運(yùn)動(dòng)是當(dāng)在工件上加工若干個(gè)完全相同的均勻分布表面時(shí)，為使表面成形運(yùn)動(dòng)得以重復(fù)進(jìn)行而由一個(gè)表面過渡到另一個(gè)表面所作的運(yùn)動(dòng)。例如，車削多頭螺紋，在車完一條螺紋后，工件相對(duì)于刀架要回轉(zhuǎn)360°/

k（k

為螺紋頭數(shù)），再車下一條螺紋。這個(gè)工件相對(duì)于刀架的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)即為分度運(yùn)動(dòng)。

（4）操縱及控制運(yùn)動(dòng)。其包括機(jī)床運(yùn)動(dòng)部件的變速、換向、啟停及工件的裝夾等。控制運(yùn)動(dòng)是通過接通或斷開某個(gè)傳動(dòng)鏈，從而改變運(yùn)動(dòng)部件速度的運(yùn)動(dòng)?？刂七\(yùn)動(dòng)一般為簡(jiǎn)單的回轉(zhuǎn)或往復(fù)運(yùn)動(dòng)，在普通機(jī)床上多為手動(dòng)，在半自動(dòng)機(jī)床、自動(dòng)機(jī)床和某些齒輪機(jī)床上則為自動(dòng)。

3.2.5機(jī)床的傳動(dòng)

1.機(jī)床傳動(dòng)的組成

機(jī)床為實(shí)現(xiàn)加工過程中所需的各種運(yùn)動(dòng)，必須具備以下三個(gè)基本組成部分：

1）執(zhí)行件執(zhí)行件是執(zhí)行機(jī)床運(yùn)動(dòng)的部件，如主軸、刀架和工作臺(tái)等。它的任務(wù)是裝夾刀具或工件并完成一定形式的運(yùn)動(dòng)，保持準(zhǔn)確的運(yùn)動(dòng)軌跡。

2）運(yùn)動(dòng)源運(yùn)動(dòng)源是提供運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力、實(shí)現(xiàn)機(jī)床上執(zhí)行件運(yùn)動(dòng)的動(dòng)力來源。運(yùn)動(dòng)源通常采用交流電動(dòng)機(jī)、直流電動(dòng)機(jī)、伺服電動(dòng)機(jī)、變頻調(diào)速電動(dòng)機(jī)和步進(jìn)電動(dòng)機(jī)等。一臺(tái)機(jī)床上可以有一個(gè)或多個(gè)運(yùn)動(dòng)源。

3）傳動(dòng)件傳動(dòng)件是將運(yùn)動(dòng)源的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力按要求傳遞給執(zhí)行件的零件或裝置。如齒輪、膠帶輪、絲杠、摩擦離合器、液壓傳動(dòng)和電氣傳動(dòng)元件等。

2.機(jī)床傳動(dòng)聯(lián)系

把運(yùn)動(dòng)源和執(zhí)行件或者把執(zhí)行件之間聯(lián)系起來的一系列傳動(dòng)件，構(gòu)成了一個(gè)傳動(dòng)聯(lián)系。構(gòu)成一個(gè)傳動(dòng)聯(lián)系的一系列傳動(dòng)件稱為“傳動(dòng)鏈”。根據(jù)傳動(dòng)聯(lián)系的性質(zhì)，傳動(dòng)鏈可以分為外聯(lián)系傳動(dòng)鏈和內(nèi)聯(lián)系傳動(dòng)鏈兩類。

外聯(lián)系傳動(dòng)鏈?zhǔn)锹?lián)系運(yùn)動(dòng)源和執(zhí)行件之間的傳動(dòng)鏈。它的作用是給機(jī)床的執(zhí)行件提供動(dòng)力和扭矩，并能改變運(yùn)動(dòng)速度的大小和轉(zhuǎn)動(dòng)方向，但它不要求運(yùn)動(dòng)源和執(zhí)行件之間有嚴(yán)格的傳動(dòng)比關(guān)系。例如用普通車床車削螺紋，從電動(dòng)機(jī)到主軸之間由一系列零部件構(gòu)成的傳動(dòng)鏈就是外聯(lián)系傳動(dòng)鏈。它沒有嚴(yán)格的傳動(dòng)比要求，可以采用皮帶和皮帶輪等摩擦傳動(dòng)或采用鏈傳動(dòng)。

內(nèi)聯(lián)系傳動(dòng)鏈?zhǔn)锹?lián)系復(fù)合運(yùn)動(dòng)各個(gè)分解部分之間的傳動(dòng)鏈，所聯(lián)系的執(zhí)行件之間必須具有嚴(yán)格的相對(duì)關(guān)系。例如用普通車床車削螺紋，主軸和刀架的運(yùn)動(dòng)就構(gòu)成了一個(gè)復(fù)合成形運(yùn)動(dòng)，所以聯(lián)系主軸和刀架之間由一系列零部件構(gòu)成的傳動(dòng)鏈就是內(nèi)聯(lián)系傳動(dòng)鏈。設(shè)計(jì)機(jī)床內(nèi)聯(lián)系傳動(dòng)鏈時(shí)，各傳動(dòng)副的傳動(dòng)比必須準(zhǔn)確，不應(yīng)有摩擦傳動(dòng)（帶傳動(dòng)）或瞬時(shí)傳動(dòng)比變化的傳動(dòng)件（如鏈傳動(dòng)）。

3.傳動(dòng)原理圖

為了便于分析研究機(jī)床的傳動(dòng)聯(lián)系，常用一些簡(jiǎn)單的符號(hào)把運(yùn)動(dòng)源和執(zhí)行件或不同執(zhí)行件之間的傳動(dòng)聯(lián)系表示出來，這就是傳動(dòng)原理圖。它主要表示了與表面成形運(yùn)動(dòng)有直接關(guān)系的運(yùn)動(dòng)及其傳動(dòng)聯(lián)系。因此，采用它作為工具來研究機(jī)床的傳動(dòng)聯(lián)系，重點(diǎn)突出，簡(jiǎn)潔明了，能比較容易掌握機(jī)床的傳動(dòng)系統(tǒng)，尤其對(duì)那些運(yùn)動(dòng)較為復(fù)雜的機(jī)床（如齒輪機(jī)床）來說，利用傳動(dòng)原理圖來研究機(jī)床的轉(zhuǎn)動(dòng)聯(lián)系則更有必要。圖3-5所示為傳動(dòng)原理圖中常使用的一部分符號(hào)，其中表示執(zhí)行件的符號(hào)目前還沒有統(tǒng)一的規(guī)定，一般可用較直觀的簡(jiǎn)單圖形來表示。

圖3-5傳動(dòng)原理圖中常用的符號(hào)下面以用螺紋車刀車削螺紋為例，說明傳動(dòng)原理圖的畫法（如圖3-6所示）。

圖3-6用螺紋車刀車削螺紋的傳動(dòng)原理圖第一步，畫出機(jī)床上的執(zhí)行件。該機(jī)床的執(zhí)行件共有兩個(gè)，即展成運(yùn)動(dòng)的兩端件，一是主軸（夾持工件）與螺紋車刀，二是為運(yùn)動(dòng)提供動(dòng)力的電動(dòng)機(jī)。

第二步，畫出相應(yīng)的換置機(jī)構(gòu)，并標(biāo)出相應(yīng)的傳動(dòng)比。由于車床可以加工不同螺距的螺紋，因此，在主軸和刀具之間應(yīng)有一換置機(jī)構(gòu)iv；由于受刀具和工件的材料、尺寸不同以及加工時(shí)所要求的精度和表面粗糙度不同等因素的影響，展成運(yùn)動(dòng)的速度也是不一樣的。因此，在電動(dòng)機(jī)和主軸之間也應(yīng)有一換置機(jī)構(gòu)ix。

第三步，用代表傳動(dòng)比不變的虛線將執(zhí)行件和換置機(jī)構(gòu)之間相關(guān)聯(lián)的部分連接起來。如電動(dòng)機(jī)至ix、ix至主軸、主軸至iv，iv至絲杠之間的傳動(dòng)用虛線連接起來。

由于其他的中間傳動(dòng)件一概不畫，所得到的傳動(dòng)原理圖簡(jiǎn)單明了，表達(dá)了機(jī)床傳動(dòng)最基本的特征。對(duì)于同一種類型的機(jī)床來說，不管它們?cè)诰唧w結(jié)構(gòu)上有多大的差別，其傳動(dòng)原理圖卻是完全相同的。因此，用傳動(dòng)原理圖來研究機(jī)床的運(yùn)動(dòng)時(shí)，很容易找出不同類型的機(jī)床之間最根本的區(qū)別。

在圖3-6中，主軸旋轉(zhuǎn)B和車刀的縱向移動(dòng)A之間有嚴(yán)格的比例關(guān)系要求:主軸旋轉(zhuǎn)一圈，刀架要移動(dòng)一個(gè)螺距。因此，B和A就構(gòu)成了一個(gè)復(fù)合成形運(yùn)動(dòng)。聯(lián)系這兩個(gè)運(yùn)動(dòng)的傳動(dòng)鏈4—5—iv—6—7是復(fù)合成形運(yùn)動(dòng)內(nèi)部的傳動(dòng)鏈，即內(nèi)聯(lián)系傳動(dòng)鏈；電動(dòng)機(jī)和主軸之間的傳動(dòng)鏈1—2—ix—3—4屬于外聯(lián)系傳動(dòng)鏈。圖3-7所示為數(shù)控車床的傳動(dòng)原理圖。與普通車床相比，主運(yùn)動(dòng)傳動(dòng)鏈完全相同，屬于內(nèi)聯(lián)系傳動(dòng)鏈，而在進(jìn)給運(yùn)動(dòng)傳動(dòng)鏈中則用電聯(lián)系代替了機(jī)械聯(lián)系。車削螺紋時(shí)，聯(lián)系主軸與刀架之間的傳動(dòng)鏈4—5—脈沖發(fā)生器—6—7—ic1—8—9—M1（伺服電動(dòng)機(jī)）—10—11—縱向絲杠—A1，A1—縱向絲杠—11—10—M1—9—8—ic1—7—6—脈沖發(fā)生器—12—13—ic2—14—15—M2（伺服電動(dòng)機(jī)）—16—17—橫向絲杠—A2也屬于內(nèi)聯(lián)系傳動(dòng)鏈。由脈沖發(fā)生器發(fā)出的脈沖同時(shí)控制A1和A2

，以車削成形曲面。車削圓柱面時(shí)，B、A1和A2是三個(gè)獨(dú)立的簡(jiǎn)單運(yùn)動(dòng)，因此聯(lián)系主軸和刀架之間傳動(dòng)鏈屬于外聯(lián)系傳動(dòng)鏈。圖3-7數(shù)控車床的傳動(dòng)原理圖

4.傳動(dòng)系統(tǒng)及運(yùn)動(dòng)調(diào)整計(jì)算

由傳動(dòng)原理圖所表示的機(jī)床各執(zhí)行件的運(yùn)動(dòng)情況和它們之間的相互關(guān)系以及其他各種切削加工所必需的輔助運(yùn)動(dòng)，最后均由機(jī)床的傳動(dòng)系統(tǒng)圖表達(dá)出來。機(jī)床傳動(dòng)系統(tǒng)圖的主體是表面成形運(yùn)動(dòng)傳動(dòng)系統(tǒng)，它包括主運(yùn)動(dòng)傳動(dòng)系統(tǒng)和進(jìn)給運(yùn)動(dòng)傳動(dòng)系統(tǒng)。它可在一個(gè)能反映機(jī)床外形和主要部件相互位置的投影面上，按運(yùn)動(dòng)傳遞的先后順序，依次畫出來。在傳動(dòng)系統(tǒng)圖中，通常須標(biāo)明齒輪和蝸輪的齒數(shù)，絲杠的導(dǎo)程和頭數(shù)，帶輪的直徑，電動(dòng)機(jī)的功率和轉(zhuǎn)速，傳動(dòng)軸的編號(hào)等有關(guān)數(shù)據(jù)。

在分析一個(gè)機(jī)床的傳動(dòng)系統(tǒng)時(shí)，首先要根據(jù)加工方法、刀具的材料和尺寸以及工件的材料、加工的精度和表面粗糙度等來確定各傳動(dòng)鏈中執(zhí)行件的運(yùn)動(dòng)參數(shù)，然后再根據(jù)各傳動(dòng)鏈中執(zhí)行件之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)關(guān)系計(jì)算出變速機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)比，從而選定合適的傳動(dòng)齒輪副。以上的計(jì)算過程就是機(jī)床運(yùn)動(dòng)參數(shù)的調(diào)整計(jì)算過程，大致可按以下步驟進(jìn)行，以圖3-5所示的普通車刀加工螺紋的傳動(dòng)原理圖為例：

1）根據(jù)傳動(dòng)原理圖，確定各傳動(dòng)鏈兩端件外聯(lián)系傳動(dòng)鏈兩端件為電動(dòng)機(jī)和主軸，內(nèi)聯(lián)系傳動(dòng)鏈兩端件為主軸和刀架。

2）根據(jù)兩端件的相對(duì)運(yùn)動(dòng)關(guān)系計(jì)算位移主軸和刀架的計(jì)算位移為：主軸1轉(zhuǎn)—刀架移動(dòng)S（S為工件螺紋導(dǎo)程，單位為mm）。

3）列出相應(yīng)的運(yùn)動(dòng)平衡式

本例中外聯(lián)系傳動(dòng)鏈的運(yùn)動(dòng)平衡式為：n主=1450ivi1內(nèi)聯(lián)系傳動(dòng)鏈的運(yùn)動(dòng)平衡式為：1×i2ix×p=S

式中i1為外聯(lián)系傳動(dòng)鏈的固定傳動(dòng)比，i2為內(nèi)聯(lián)系傳動(dòng)鏈的固定傳動(dòng)比，p為車床絲杠的導(dǎo)程(mm)。

4)導(dǎo)出傳動(dòng)鏈的換置公式，求出變速機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)比外聯(lián)系傳動(dòng)鏈的換置公式為：

內(nèi)聯(lián)系傳動(dòng)鏈的換置公式為：

求出iv和ix的值后，用iv和ix的值確定主軸箱和進(jìn)給箱中變速齒輪的齒數(shù)和掛輪架的配換齒輪，從而確定機(jī)床的運(yùn)動(dòng)參數(shù)。

3.2.6數(shù)控機(jī)床

1.數(shù)控機(jī)床的定義

數(shù)控機(jī)床是指采用數(shù)字形式信息控制的機(jī)床。國際信息處理聯(lián)盟第五技術(shù)委員會(huì)對(duì)數(shù)控機(jī)床作了如下定義：數(shù)控機(jī)床是一個(gè)裝有數(shù)控系統(tǒng)的機(jī)床，該系統(tǒng)能夠邏輯地處理具有使用號(hào)碼或其他符號(hào)編碼指令規(guī)定的程序。數(shù)控機(jī)床是近代發(fā)展起來的、具有廣闊發(fā)展前景的、新型自動(dòng)化機(jī)床，是高度機(jī)電一體化的產(chǎn)品，是體現(xiàn)現(xiàn)代機(jī)床水平的重要標(biāo)志。數(shù)控機(jī)床解決了形狀復(fù)雜、高精密、生產(chǎn)批量不大且生產(chǎn)周期短及產(chǎn)品更換頻繁的多品種、小批量產(chǎn)品的制造問題，是一種靈活的、高效能的自動(dòng)化機(jī)床，是構(gòu)成柔性制造系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)的基礎(chǔ)單元。常見的數(shù)控機(jī)床有數(shù)控車床、數(shù)控鉆床、數(shù)控鏜床、數(shù)控銑床、數(shù)控磨床、數(shù)控加工中心等。

數(shù)控機(jī)床工作時(shí)，首先要將被加工零件圖上的幾何信息和工藝信息數(shù)字化，并按規(guī)定的代碼和格式編成加工程序；然后把加工程序輸入機(jī)床數(shù)控裝置，數(shù)控系統(tǒng)把程序進(jìn)行譯碼、運(yùn)算后向機(jī)床的各個(gè)坐標(biāo)的伺服裝置和輔助控制裝置發(fā)出指令，驅(qū)動(dòng)機(jī)床運(yùn)動(dòng)部件，并控制所需要的輔助動(dòng)作，完成零件的加工。

2.數(shù)控機(jī)床的組成

數(shù)控機(jī)床的基本組成包括信息載體、數(shù)控裝置、伺服系統(tǒng)、測(cè)量反饋裝置和機(jī)床本體等五部分，如圖3-8所示。

圖3-8數(shù)控機(jī)床的基本組成

1）信息載體信息載體又稱控制介質(zhì)，用于記錄各種加工指令，以控制機(jī)床的運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)零件的自動(dòng)加工。

2）數(shù)控裝置數(shù)控裝置是數(shù)控機(jī)床的核心，用于接受讀入裝置輸入的加工信息，經(jīng)過譯碼處理與運(yùn)算，發(fā)出相應(yīng)的指令脈沖給伺服系統(tǒng)，控制機(jī)床各執(zhí)行件按指令要求協(xié)調(diào)動(dòng)作，完成零件加工。它由輸入裝置、運(yùn)算器、輸出裝置和控制器四部分組成。目前隨計(jì)算機(jī)技術(shù)發(fā)展，數(shù)控功能可根據(jù)用戶需要進(jìn)行任意組合和擴(kuò)展，可實(shí)現(xiàn)幾臺(tái)數(shù)控機(jī)床之間的數(shù)據(jù)通信，并可以直接對(duì)幾臺(tái)數(shù)控機(jī)床進(jìn)行控制。

3）伺服系統(tǒng)伺服系統(tǒng)是以控制移動(dòng)部件的位置和速度作為控制量的自動(dòng)控制系統(tǒng)，它能快速響應(yīng)數(shù)控裝置發(fā)出的指令?，F(xiàn)在普遍采用的是交流數(shù)字伺服系統(tǒng)。

4）測(cè)量反饋裝置測(cè)量反饋裝置是將位移的實(shí)際值檢測(cè)出來，反饋給數(shù)控裝置，它的檢測(cè)精度決定了數(shù)控機(jī)床的加工精度，測(cè)量反饋裝置普通應(yīng)用高分辨率的脈沖編碼器。

5）機(jī)床本體機(jī)床本體采用剛性強(qiáng)、熱變形小、高精度的新型機(jī)床，在外部造型、傳動(dòng)系統(tǒng)及刀具系統(tǒng)等方面都有很大改進(jìn)，采用機(jī)電一體化的總體布局，機(jī)床主機(jī)和伺服系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了很好的機(jī)電匹配。與普通機(jī)床相比，數(shù)控機(jī)床的機(jī)械結(jié)構(gòu)，尤其是傳動(dòng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)大為簡(jiǎn)化，機(jī)床的功能擴(kuò)充，機(jī)床自身精度、加工精度和加工效率顯著提高。

3.數(shù)控機(jī)床的分類

數(shù)控機(jī)床一般按以下幾種方法分類：

1）按工藝用途分類

（1）普通數(shù)控機(jī)床。在加工工藝過程中的一個(gè)工序上實(shí)現(xiàn)數(shù)字控制的自動(dòng)化機(jī)床，自動(dòng)化程度還不夠完善，工藝可行性和通用機(jī)床相似，刀具更換、零件裝夾仍需人工完成。（2）數(shù)控加工中心機(jī)床。數(shù)控加工中心是帶有刀庫和自動(dòng)換刀裝置的數(shù)控機(jī)床，又稱多工序數(shù)控機(jī)床，簡(jiǎn)稱加工中心。加工中心在一次裝夾后，可進(jìn)行多種工序加工，能有效避免由于多次安裝造成的定位誤差，并提高加工生產(chǎn)率。

2）按運(yùn)動(dòng)軌跡分類（1）點(diǎn)位控制數(shù)控機(jī)床。這類機(jī)床的數(shù)控裝置中只能控制行程終點(diǎn)的坐標(biāo)值，在移動(dòng)過程中不進(jìn)行切削加工，即對(duì)運(yùn)動(dòng)軌跡和速度無要求。這類控制系統(tǒng)主要用于數(shù)控鉆床、數(shù)控鏜床、數(shù)控沖床、測(cè)量機(jī)等。（2）點(diǎn)位直線控制數(shù)控機(jī)床。這類機(jī)床不僅要求具有準(zhǔn)確的定位功能，還要求當(dāng)機(jī)床的移動(dòng)部件移動(dòng)時(shí)，可沿平行于坐標(biāo)軸的直線及與坐標(biāo)軸成45°的斜線進(jìn)行切削加工，如數(shù)控車床、數(shù)控鏜銑床等。（3）輪廓控制數(shù)控機(jī)床。這類機(jī)床的控制裝置不僅能夠準(zhǔn)確定位，而且還能夠控制加工過程中每點(diǎn)的速度和位置，以得到形狀復(fù)雜的零件輪廓，如數(shù)控銑床、數(shù)控磨床、數(shù)控加工中心機(jī)床等。

3）按伺服系統(tǒng)的控制方式分類

（1）開環(huán)控制數(shù)控機(jī)床。如圖3-9所示,機(jī)床沒有檢測(cè)反饋裝置，加工精度不高，其精度主要取決于伺服系統(tǒng)的精度。

圖3-9開環(huán)控制系統(tǒng)原理

（2）閉環(huán)控制數(shù)控機(jī)床。如圖3-10所示，在開環(huán)控制數(shù)控機(jī)床中增加了檢測(cè)反饋裝置，在加工中時(shí)刻檢測(cè)機(jī)床移動(dòng)部件的位置，以達(dá)到較高的加工精度。

圖3-10閉環(huán)控制系統(tǒng)原理

（3）半閉環(huán)控制數(shù)控機(jī)床。如圖3-11所示，半閉環(huán)控制數(shù)控機(jī)床對(duì)工作臺(tái)實(shí)際位置不進(jìn)行檢查測(cè)量，而是測(cè)量伺服電機(jī)的轉(zhuǎn)角，推算出工作臺(tái)實(shí)際位移量，并用此值與指令值進(jìn)行比較，用差值來實(shí)現(xiàn)控制，以達(dá)到精確定位。這種方式工作臺(tái)不包括在控制回路內(nèi)，因此調(diào)整方便，目前大多數(shù)數(shù)控機(jī)床采用這種控制方法。

圖3-11半閉環(huán)控制系統(tǒng)原理

4）其他類型數(shù)控機(jī)床

（1）金屬塑性成形類數(shù)控機(jī)床。如數(shù)控折彎機(jī)、數(shù)控彎管機(jī)、數(shù)控回轉(zhuǎn)頭壓力機(jī)等。

（2）特種加工數(shù)控機(jī)床。如數(shù)控線切割機(jī)床、數(shù)控電火花加工機(jī)床、數(shù)控激光切割機(jī)床、數(shù)控火焰切割機(jī)、數(shù)控三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)等。此外，還有具有多坐標(biāo)聯(lián)動(dòng)功能、顯示功能、通信功能等的數(shù)控機(jī)床。

4.數(shù)控機(jī)床的加工特點(diǎn)

(1）數(shù)控機(jī)床能將生產(chǎn)率提高3～5倍，使用數(shù)控加工中心機(jī)床則可將生產(chǎn)率提高5～10倍。

(2）數(shù)控機(jī)床可以獲得比機(jī)床本身精度還高的加工精度。(3）可加工復(fù)雜形狀零件，且不需專用夾具。

(4）可實(shí)現(xiàn)一機(jī)多用，減輕工人勞動(dòng)強(qiáng)度且節(jié)省廠房面積。

(5）有利于生產(chǎn)向計(jì)算機(jī)控制和管理方面發(fā)展，有利于機(jī)械加工綜合自動(dòng)化的發(fā)展。

(6）數(shù)控機(jī)床初期投資及維修技術(shù)等費(fèi)用較高，對(duì)操作及管理人員的素質(zhì)要求也較高。

3.3機(jī)床夾具的基礎(chǔ)知識(shí)

3.3.1概述

1.工件裝夾的概念

在機(jī)床上對(duì)工件進(jìn)行加工時(shí)，為了保證加工表面相對(duì)其它表面的尺寸和位置精度，首先需要使工件在機(jī)床上占有準(zhǔn)確的位置，并在加工過程中能承受各種力的作用而始終保持這一準(zhǔn)確位置不變。前者稱為工件的定位，后者稱為工件的夾緊，這一整個(gè)過程統(tǒng)稱為工件的裝夾。在機(jī)床上裝夾工件所使用的工藝裝備稱為機(jī)床夾具（以下簡(jiǎn)稱夾具）。

工件的裝夾，可根據(jù)工件加工的不同技術(shù)要求，采取先定位后夾緊或在夾緊過程中同時(shí)實(shí)現(xiàn)定位兩種方式，其目的都是為了保證工件在加工時(shí)相對(duì)刀具及切削成形運(yùn)動(dòng)具有準(zhǔn)確的位置。例如在牛頭刨床上加工一槽寬尺寸為B的通槽，若此通槽只對(duì)A面有尺寸和平行度要求時(shí)（如圖3-12(a)所示），可采用先定位后夾緊的裝夾方式；若此通槽對(duì)左右側(cè)兩面有對(duì)稱度要求時(shí)（如圖3-12(b)所示），則要求采用在夾緊過程中實(shí)現(xiàn)定位的對(duì)中裝夾方式。

圖3-12需采用不同裝夾方式的工件

2.工件裝夾的方法

在機(jī)床上對(duì)工件進(jìn)行加工時(shí)，根據(jù)工件的加工精度要求和加工批量的不同，可采用如下兩種裝夾方法：

1）找正裝夾法找正裝夾法即通過對(duì)工件上有關(guān)表面或劃線的找正，最后確定工件加工時(shí)應(yīng)具有準(zhǔn)確位置的裝夾方法。圖3-13(a)所示為工件由四爪卡盤夾持，用百分表找正定位。通過四爪卡盤和百分表調(diào)整工件的位置，使其外圓表面軸線與主軸回轉(zhuǎn)軸線恰好重合。這樣加工完的內(nèi)孔，就能和已加工過的外圓同軸。

2）夾具裝夾法夾具裝夾法即通過安裝在機(jī)床上的夾具對(duì)工件進(jìn)行定位和夾緊，最后確定工件加工時(shí)應(yīng)具有的準(zhǔn)確位置的裝夾方法。圖3-14所示為套筒形工件采用夾具安裝，進(jìn)行鉆孔的一個(gè)例子。工件1靠定位銷軸2外圓表面和軸肩定位，螺母4通過開口墊圈5將工件1夾緊。由于鉆套3與定位銷軸2在夾具裝配時(shí)就按工件精度要求調(diào)整到正確的位置，所以，鉆頭經(jīng)鉆套3引導(dǎo)在工件上就能鉆出符合要求的孔。開口墊圈5的作用是縮短裝卸工件的時(shí)間。

圖3-13找正裝夾法圖3-14夾具裝夾

3.夾具的組成

通過上述例子可以看出，雖然加工工件的形狀、技術(shù)要求不同，所使用的機(jī)床也不同，但在加工時(shí)所使用的夾具大多由以下五個(gè)部分組成：

（1）定位元件及定位裝置。定位元件的作用是確定工件在夾具中的正確位置，如圖3-14中的定位銷軸就是定位元件。有些夾具還采用由一些零件組成的定位裝置對(duì)工件進(jìn)行定位。

（2）夾緊裝置。夾緊裝置的作用是用以保持工件在夾具中已確定的位置，并承受加工過程中各種力的作用而不發(fā)生任何變化，它由動(dòng)力裝置、中間傳力機(jī)構(gòu)、夾緊元件組成。如圖3-14中的螺母、開口墊圈等。

（3）對(duì)刀及導(dǎo)向元件。在夾具中，用來確定加工時(shí)所使用刀具位置的元件稱為對(duì)刀及導(dǎo)引元件，如圖3-14中的鉆套。它們的作用是用來保證工件與刀具之間的正確位置。

（4）夾具體。在夾具中，用于連接夾具上各元件及裝置使其成為一個(gè)整體的基礎(chǔ)零件稱為夾具體，如圖3-14中的件6。

（5）其它元件及裝置。根據(jù)工序要求的不同，有些夾具上還設(shè)有分度裝置、上下料裝置以及標(biāo)準(zhǔn)化了的其它聯(lián)接元件。

4.夾具的分類

機(jī)床夾具的種類很多，可按夾具的應(yīng)用范圍分類，也可按所使用的動(dòng)力源進(jìn)行分類。

1）按夾具的應(yīng)用范圍分類

（1）通用夾具。通用夾具是指結(jié)構(gòu)、尺寸已規(guī)格化且具有一定通用性的夾具，如車床、外圓磨床上的三爪和四爪卡盤、頂針和雞心夾頭，銑、刨床上的平口鉗、分度頭等。其特點(diǎn)是通用性強(qiáng)，無需調(diào)整或稍加調(diào)整就可用于裝夾不同的工件，這類夾具一般已標(biāo)準(zhǔn)化，且成為機(jī)床附件供用戶使用。其缺點(diǎn)是夾具的加工精度不高，生產(chǎn)效率較低，故主要用于單件和中、小批生產(chǎn)，裝夾形狀比較簡(jiǎn)單和加工精度要求不太高的工件。

（2）專用夾具。專用夾具是指針對(duì)某一種工件的某一工序的加工要求設(shè)計(jì)的夾具。此類夾具沒有通用性，針對(duì)性強(qiáng)，故夾具設(shè)計(jì)要求結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、緊湊、操作迅速和維修方便。專用夾具的設(shè)計(jì)與制造，生產(chǎn)準(zhǔn)備周期較長(zhǎng)，當(dāng)生產(chǎn)的產(chǎn)品或零件工藝過程變更時(shí)，往往無法繼續(xù)使用，故此類夾具只適于在產(chǎn)品固定和工藝過程穩(wěn)定的大批量生產(chǎn)中使用。

（3）成組夾具。在生產(chǎn)中，有時(shí)由于加工批量較小，為每種零件都分別設(shè)計(jì)專用夾具很不經(jīng)濟(jì)，而使用通用夾具又往往不能滿足加工精度和生產(chǎn)率的要求，故而采用成組加工工藝，并根據(jù)組內(nèi)的典型代表工件設(shè)計(jì)成組夾具。這類夾具在使用時(shí)，只需對(duì)夾具上的部分定位、夾緊元件等進(jìn)行調(diào)整或更換，就可用于組內(nèi)不同工件的加工。

（4）組合夾具。組合夾具是在夾具零、部件標(biāo)準(zhǔn)化的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種適應(yīng)多品種、小批量生產(chǎn)的新型夾具。它是由一套結(jié)構(gòu)和尺寸已經(jīng)規(guī)格化、系列化的通用元件、合件和部件構(gòu)成，它們包括：基礎(chǔ)件、支承件、定位件、導(dǎo)向件、壓緊件、緊固件、輔助件、合件和部件等。這些通用元件、合件和部件是由專業(yè)工廠生產(chǎn)供應(yīng)的，使用單位可根據(jù)被加工工件的加工要求，很快地組裝出所需要的夾具。夾具使用完畢后，可以將各組成元件、合件等拆開，清洗后入庫以備下次組合使用。由于這類夾具具有縮短生產(chǎn)準(zhǔn)備周期，減少專用夾具的品種、數(shù)量和存放面積等優(yōu)點(diǎn)，且組裝后又可達(dá)到較高的精度，故在加工批量較大的生產(chǎn)條件下也是適用的。

2）按夾具上的動(dòng)力源分類按夾具上的動(dòng)力源還可將夾具分為手動(dòng)夾具、氣動(dòng)夾具、液壓夾具、電動(dòng)夾具、磁力夾具、真空夾具、切削力夾具、離心力夾具等。

3）按使用機(jī)床分類按使用機(jī)床的不同，夾具可分為車床夾具、銑床夾具、鉆床夾具、鏜床夾具、磨床夾具齒輪機(jī)床夾具和其它機(jī)床夾具等。

5.夾具的作用

夾具在機(jī)械加工中的作用可以歸納為以下幾個(gè)方面：

（1）易于保證加工精度。

采用夾具安裝，可以準(zhǔn)確地確定工件與機(jī)床、刀具之間的相互位置，較容易地保證工件在該工序中的加工精度,減少了對(duì)其它生產(chǎn)條件的依賴性。

（2）縮短輔助時(shí)間，提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，降低生產(chǎn)成本。

工件在夾具中的裝夾和工位轉(zhuǎn)換及夾具在機(jī)床上的安裝等，都可通過專門的元件或裝置迅速完成。此外，還可以采用高效率的多件、多位、快速、聯(lián)動(dòng)等夾緊方式，因而可以縮短輔助時(shí)間，提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，降低生產(chǎn)成本。

（3）減輕工人勞動(dòng)強(qiáng)度。

采用夾具后，取消了復(fù)雜的劃線、找正工作，在夾具中又可采用增力、機(jī)動(dòng)等夾緊機(jī)構(gòu)，使裝夾工件方便省力，故可減輕工人勞動(dòng)強(qiáng)度。

（4）擴(kuò)大機(jī)床的工藝范圍，實(shí)現(xiàn)一機(jī)多能。

根據(jù)加工機(jī)床的成形運(yùn)動(dòng)，附以不同類型的夾具，即可擴(kuò)大機(jī)床原有的工藝范圍。例如在車床的滑板上或在搖臂鉆床的工作臺(tái)上裝上鏜模就可以進(jìn)行箱體的鏜孔加工。

（5）減少生產(chǎn)準(zhǔn)備時(shí)間，縮短新產(chǎn)品試制周期。

對(duì)多品種小批生產(chǎn)，在加工中大量應(yīng)用通用、可調(diào)、成組和組合夾具，可以減少大量的專用夾具設(shè)計(jì)和制造時(shí)間，從而減少生產(chǎn)準(zhǔn)備時(shí)間。同理，對(duì)新產(chǎn)品試制，也同樣可以顯著縮短新產(chǎn)品的試制周期。

3.3.2工件在夾具中的定位

1.工件定位基本原理

1）六點(diǎn)定位原則

任何一個(gè)在空間的自由物體，對(duì)于直角坐標(biāo)系來說，均有六個(gè)自由度（如圖3-15所示），即沿空間坐標(biāo)軸x、y、z三個(gè)方向的移動(dòng)和繞此三坐標(biāo)軸的轉(zhuǎn)動(dòng)。以x、y、z分別表示沿x、y、z三個(gè)坐標(biāo)軸的移動(dòng)，以x、y、z分別表示繞x、y、z三個(gè)坐標(biāo)軸的轉(zhuǎn)動(dòng)。要使工件定位，必須限制工件的自由度。工件的六個(gè)自由度如果都加以限制了，工件在空間的位置就完全被確定下來了。

分析工件定位時(shí)，通常是用一個(gè)支承點(diǎn)限制工件的一個(gè)自由度，用合理設(shè)置的六個(gè)支承點(diǎn)，限制工件的六個(gè)自由度，使工件在定位裝置中的位置完全確定，這就是六點(diǎn)定位原理，也稱為“六點(diǎn)定位原則”，如圖3-16所示。（（（圖3-15工件的六個(gè)自由度

圖3-16六點(diǎn)定位原則

2）工件定位中的幾種情況

要確定工件的定位方法，一是要遵循“六點(diǎn)定位原則”，二是要根據(jù)工件具體的加工要求，分析工件應(yīng)該被限制的自由度，從而選擇定位元件。一種具體的定位元件，究竟限制工件的哪幾個(gè)自由度，要根據(jù)具體情形進(jìn)行分析。工件的定位中有以下幾種情況。

（1）完全定位。根據(jù)工件加工面的位置度（包括位置尺寸）要求，需要限制六個(gè)自由度，而六個(gè)自由度全部被限制的定位，稱為完全定位。當(dāng)工件在x、y、z三個(gè)坐標(biāo)方向上均有尺寸要求或位置精度要求時(shí)，一般采用這種定位方式。如圖3-17所示的工序，在軸上銑槽，此槽的位置，除了須對(duì)稱于軸的中心線，距軸端保證尺寸a外，還須與上道工序銑出的槽b相隔180°。

圖3-17軸在銑槽時(shí)的定位

（2）不完全定位。根據(jù)工件的加工要求，生產(chǎn)中有時(shí)不一定要限制六個(gè)自由度，而是只需要限制一個(gè)或幾個(gè)（少于六個(gè)）自由度，這樣的定位，稱為不完全定位。

（3）欠定位。根據(jù)工件的加工要求，應(yīng)必須限制的自由度沒有完全被限制，這樣的定位稱為欠定位。

（4）過定位。工件在定位時(shí)，同一個(gè)自由度被兩個(gè)或兩個(gè)以上的限制點(diǎn)限制，這樣的定位稱為過定位。

圖3-18連桿的定位

圖3-19滾齒時(shí)齒坯的夾具及定位

2.定位基準(zhǔn)的選擇

1）基準(zhǔn)的概念及其分類

(1)基準(zhǔn)。用來確定生產(chǎn)對(duì)象上幾何要素間的幾何關(guān)系所依據(jù)的點(diǎn)、線、面稱為基準(zhǔn)。它往往是計(jì)算、測(cè)量或標(biāo)注尺寸的起點(diǎn)。根據(jù)基準(zhǔn)功用的不同，它可以分為設(shè)計(jì)基準(zhǔn)和工藝基準(zhǔn)兩大類。

圖3-20柴油機(jī)機(jī)體（2）設(shè)計(jì)基準(zhǔn)。設(shè)計(jì)圖樣上所采用的基準(zhǔn)稱為設(shè)計(jì)基準(zhǔn)。它是標(biāo)注設(shè)計(jì)尺寸的起點(diǎn)。例如圖3-20所示的柴油機(jī)機(jī)體，平面2和孔3的設(shè)計(jì)基準(zhǔn)是平面1，孔4和孔5的設(shè)計(jì)基準(zhǔn)均是孔3中心線。

（3）工藝基準(zhǔn)。在工藝過程中所采用的基準(zhǔn)稱為工藝基準(zhǔn)。根據(jù)用途的不同工藝基準(zhǔn)可分為定位基準(zhǔn)、工序基準(zhǔn)、測(cè)量基準(zhǔn)和裝配基準(zhǔn)。

①定位基準(zhǔn)，即在加工中用作定位的基準(zhǔn)。它是工件上與夾具定位元件直接接觸的點(diǎn)、線或面。例如圖3-20所示的機(jī)體，在加工孔3、4、5時(shí)，一般用底面2在夾具的支承板上定位，限制三個(gè)自由度，所以底面2是加工孔3、4、5時(shí)的定位基準(zhǔn)。

②工序基準(zhǔn)，即在工序圖上用來確定本工序所加工表面加工后的尺寸、形狀、位置的基準(zhǔn)。如圖3-20所示的機(jī)體，加工孔3時(shí)，按尺寸B進(jìn)行加工，則平面1即為工序基準(zhǔn)，加工尺寸B叫做工序尺寸。

③測(cè)量基準(zhǔn),即測(cè)量時(shí)所采用的基準(zhǔn)。

④裝配基準(zhǔn),即裝配時(shí)用來確定零件或部件在產(chǎn)品中的相對(duì)位置所采用的基準(zhǔn)。

說明：作為基準(zhǔn)的點(diǎn)、線、面，有時(shí)并不是具體存在于零件上（例如軸心線、對(duì)稱平面等），而是由零件上具體存在的表面來體現(xiàn)的，該表面稱為基準(zhǔn)面。例如圖3-20中孔徑的中心線并不是具體存在的，而是通過孔的表面來體現(xiàn)的，所以孔3的內(nèi)圓表面就是基準(zhǔn)面。

2）定位基準(zhǔn)的分類與選擇

定位基準(zhǔn)可分為粗基準(zhǔn)和精基準(zhǔn)：用毛坯上未經(jīng)加工的表面作為定位基準(zhǔn)的稱為粗基準(zhǔn)；用經(jīng)過切削加工的表面作為定位基準(zhǔn)的稱精基準(zhǔn)。定位基準(zhǔn)選擇的是否合適，對(duì)能否保證零件的表面位置精度要求有很大影響。下面分別介紹粗基準(zhǔn)和精基準(zhǔn)的選擇原則。

（1）粗基準(zhǔn)的選擇原則。

選擇粗基準(zhǔn)時(shí)，應(yīng)考慮兩個(gè)問題：一是保證加工面與不加工面之間的相互位置精度要求；二是合理分配各加工面的加工余量。一般應(yīng)遵循以下原則：

①重要表面原則。如圖3-21所示的車床床身導(dǎo)軌表面是重要表面，車床床身在粗加工時(shí)，為了保證導(dǎo)軌面有均勻的金相組織和較高的耐磨性，應(yīng)使其加工余量適當(dāng)而且均勻，為此先以導(dǎo)軌面作為粗基準(zhǔn)加工床腳面，再以床腳面為精基準(zhǔn)加工導(dǎo)軌面。

②不加工表面原則。若在設(shè)計(jì)上要求保證加工面與不加工面之間的相互位置精度，則應(yīng)選擇不加工面作為粗基準(zhǔn)。如圖3-22所示的工件，在毛坯鑄造時(shí)，毛孔2與外圓1之間有偏心。如果外圓1是不加工表面，設(shè)計(jì)上要求外圓1與加工后的孔3保證一定的同軸度，則在加工時(shí)應(yīng)選擇不加工表面1作為粗基準(zhǔn)，以保證加工孔3與外圓1同軸，壁厚均勻。

圖3-21床身加工的粗基準(zhǔn)選擇

圖3-22保證壁厚均勻的粗基準(zhǔn)選擇

如果工件上有好幾個(gè)不加工表面，則應(yīng)選擇與其中加工面位置要求較高的不加工面作為粗基準(zhǔn)，以便于保證精度要求，使外形對(duì)稱等。

③余量最小原則。如果零件上每個(gè)表面都要加工，則應(yīng)選擇加工余量最小的表面作為粗基準(zhǔn)，以避免該表面在加工時(shí)因余量不足而留下部分毛坯面，造成廢品。

④使用一次原則。粗基準(zhǔn)一般只在第一道工序中使用一次，盡量避免重復(fù)使用。因?yàn)槊髅娲植谇揖鹊?，重?fù)使用易產(chǎn)生較大的誤差。

⑤平整光潔原則。作為粗基準(zhǔn)的表面，應(yīng)盡量平整光潔，有一定面積，不能有飛邊、澆口、冒口或其他缺陷，以使工件定位可靠、夾緊方便。

（2）精基準(zhǔn)的選擇。

選擇精基準(zhǔn)時(shí)，主要應(yīng)考慮保證加工精度和工件安裝方便可靠。一般應(yīng)遵循以下原則：

①基準(zhǔn)重合原則。選擇精基準(zhǔn)時(shí)應(yīng)盡量選用零件上的設(shè)計(jì)基準(zhǔn)作為定位基準(zhǔn)，以避免定位基準(zhǔn)與設(shè)計(jì)基準(zhǔn)不重合而引起的定位誤差。

②基準(zhǔn)統(tǒng)一原則。應(yīng)盡可能采用同一組基準(zhǔn)定位加工零件上盡可能多的表面，這就是基準(zhǔn)統(tǒng)一原則。這樣可以減少基準(zhǔn)轉(zhuǎn)換，便于保證各加工表面的相互位置精度。例如加工軸類零件時(shí)，采用兩中心孔定位加工各外圓表面，就符合基準(zhǔn)統(tǒng)一原則。箱體零件采用一面兩孔定位，齒輪的齒坯和齒形加工多采用齒輪的內(nèi)孔及一端面作為定位基準(zhǔn)，均符合基準(zhǔn)統(tǒng)一原則。

③自為基準(zhǔn)原則。某些加工工序，加工余量小而均勻，常選擇加工表面本身作為定位基準(zhǔn)，稱為自為基準(zhǔn)原則。例如，磨削床身導(dǎo)軌面時(shí)，就以導(dǎo)軌面本身為基準(zhǔn)來找正，還有浮動(dòng)鏜刀鏜孔、珩磨孔、無心磨外圓等也都是自為基準(zhǔn)的實(shí)例。

④互為基準(zhǔn)原則。當(dāng)對(duì)工件上兩個(gè)相互位置精度要求很高的表面進(jìn)行加工時(shí)，需要用兩個(gè)表面互相作為基準(zhǔn)，反復(fù)進(jìn)行加工，以保證位置精度要求。例如要保證精密齒輪的齒圈跳動(dòng)精度，在齒面淬硬后，先以齒面定位磨內(nèi)孔，再以內(nèi)孔定位磨齒面，從而保證位置精度。

⑤所選精基準(zhǔn)應(yīng)保證工件定位準(zhǔn)確，夾緊可靠、操作方便。

3.定位元件的選擇與設(shè)計(jì)

工件在夾具中定位，主要是通過各種類型的定位元件實(shí)現(xiàn)的。在機(jī)械加工中，雖然被加工工件的種類繁多、形狀各異，但從它們的基本結(jié)構(gòu)來看，不外乎是由平面、圓柱面、圓錐面及各種成形面所組成。所以可根據(jù)各自的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和工序加工精度要求，選擇其上的平面、圓柱面、圓錐面或它們之間的組合表面作為定位基準(zhǔn)。因此，在夾具設(shè)計(jì)中可根據(jù)需要選用下述各種類型的定位元件。

1）平面定位元件

在夾具設(shè)計(jì)中常用的平面定位元件有固定支承、可調(diào)支承、自位支承及輔助支承等。在工件定位時(shí)，上述支承中除輔助支承外均對(duì)工件起主要定位作用。

（1）固定支承。在夾具體上，支承點(diǎn)的位置固定不變的定位元件稱為固定支承。根據(jù)工件上平面定位基準(zhǔn)的加工狀況，可選取如圖3-23所示的各種支承釘或支承板。

圖3-23各種類型的固定支承釘和支承板

(2）可調(diào)支承。在夾具體上，支承點(diǎn)的位置可調(diào)節(jié)的定位元件稱為可調(diào)支承。圖3-24所示即為常用的幾種可調(diào)支承結(jié)構(gòu)。這幾種可調(diào)支承都是采用螺釘螺母形式，并通過螺釘和螺母實(shí)現(xiàn)支承點(diǎn)位置的調(diào)節(jié)。其中圖（a）是直接用手或扳桿擰動(dòng)球頭螺釘進(jìn)行調(diào)節(jié)，一般適用于重量較輕的小型工件；圖（b）則是通過扳手進(jìn)行調(diào)節(jié)，故適用于較重的工件；圖（c）是供設(shè)置在工件側(cè)面進(jìn)行支承點(diǎn)位置的調(diào)節(jié)用的。可調(diào)支承的支承點(diǎn)位置，一經(jīng)調(diào)節(jié)適當(dāng)后，便須通過鎖緊螺母鎖緊，以防止在夾具使用過程中定位支承螺釘?shù)乃蓜?dòng)而使其支承點(diǎn)位置發(fā)生變化。

圖3-24各種可調(diào)支承

(3）自位支承，又稱浮動(dòng)支承，是指支承點(diǎn)的位置在工件定位過程中，隨工件定位基準(zhǔn)面位置的變化而自動(dòng)與之相適應(yīng)的定位元件。因此，這類支承在結(jié)構(gòu)上均需設(shè)計(jì)成活動(dòng)或浮動(dòng)的。其工作特點(diǎn)是：在定位過程中支承點(diǎn)位置能隨工件定位基面位置的變化而自行浮動(dòng)并與之相適應(yīng)。當(dāng)自位支承中的一個(gè)點(diǎn)被壓下，其余點(diǎn)即上升，直到這些點(diǎn)都與定位基面接觸為止。自位支承的作用仍相當(dāng)于一個(gè)固定支承，只限制一個(gè)自由度，如圖3-25所示。

圖3-25自位支承例子

(4）輔助支承。在夾具中，為提高工件支承剛性或起輔助作用的定位元件，稱為輔助支承。在夾具設(shè)計(jì)中，為了實(shí)現(xiàn)工件的預(yù)定位或提高工件定位的穩(wěn)定性，常采用輔助支承。其工作特點(diǎn)是：待工件定位夾緊后，再調(diào)整輔助支承，使其與工件的有關(guān)表面接觸并鎖緊，而且輔助支承是每安裝一個(gè)工件就調(diào)整一次。如圖3-26所示，由于工件的重心超出主要支承所形成的穩(wěn)定區(qū)域時(shí)，工件重心所在一端便會(huì)下垂而使工件上的定位基準(zhǔn)面脫離定位元件。為了避免出現(xiàn)這種現(xiàn)象，可以在工件重心所在部位下方設(shè)置輔助支承，先實(shí)現(xiàn)預(yù)定位，然后在夾緊力作用下再實(shí)現(xiàn)與主要定位元件全部接觸的準(zhǔn)確定位。輔助支承的常用結(jié)構(gòu)有螺旋式輔助支承、自位式輔助支承、推引式輔助支承和液壓鎖緊輔助支承。

圖3-26輔助支承在工件定位中的作用

2）圓孔表面定位元件

在夾具設(shè)計(jì)中常用于圓孔表面的定位元件有定位銷、圓柱心軸和錐度心軸等。

（1）定位銷（圓柱銷)。在夾具中，工件以圓孔表面定位時(shí)使用的定位銷一般有固定式和可換式兩種。

圖3-27所示為常用的固定式定位銷的幾種典型結(jié)構(gòu)。當(dāng)被定位工件的圓孔尺寸較小時(shí)，可選用圖（a）所示的定位銷結(jié)構(gòu)，這種帶有小凸肩的定位銷結(jié)構(gòu)，與夾具體連接時(shí)穩(wěn)定牢靠。當(dāng)被定位工件的圓孔尺寸較大時(shí)，選用圖（b）所示的結(jié)構(gòu)即可。若被定位工件同時(shí)以其上的圓柱孔和端面組合定位時(shí)，還可選用圖（c）所示的帶有支承墊圈的定位銷結(jié)構(gòu)。支承墊圈與定位銷可做成整體式的，也可做成組合式的。為保證定位銷在夾具上的位置精度，一般與夾具體的連接采用過盈配合。

圖3-27固定式定位銷

在大批大量生產(chǎn)中，由于定位銷磨損較快，為保證工序加工精度需定期維修更換，此時(shí)常采用便于更換的可換式定位銷。如圖3-28（a）所示為常用的可換式定位銷，為了便于定期更換，在定位銷與夾具體之間裝有襯套，定位銷與襯套內(nèi)徑的配合采用間隙配合，而襯套與夾具體則采用過渡配合。由于這種定位銷與襯套之間存在裝配間隙，故其位置精度較固定式定位銷低。

圖3-28可換式定位銷和錐面定位銷

為了便于工件的順利裝入，上述定位銷的定位端頭部均加工成15°的大倒角，各種類型定位銷對(duì)工件圓孔定位時(shí)限制的自由度，應(yīng)視其與工件定位孔的接觸長(zhǎng)度而定，一般選用長(zhǎng)定位銷時(shí)限制四個(gè)自由度，選用短定位銷時(shí)則限制兩個(gè)自由度。若采用削邊銷，則分別限制兩個(gè)或一個(gè)自由度。當(dāng)采用如圖3-28（b）所示的錐面定位銷定位時(shí)則相當(dāng)于三個(gè)支承點(diǎn)，限制三個(gè)自由度。

在固定式和可換式定位銷中，為適應(yīng)以工件上的兩孔一起定位的需要，應(yīng)在兩個(gè)定位銷中采用一個(gè)削邊定位銷。常用削邊定位銷的結(jié)構(gòu)形狀如圖3-29（a）所示，分別用于工件孔徑D＜?3mm、?3mm＜D＜?50mm及D＞?50mm的定位。直徑為?3～50mm的削邊定位銷都做成菱形，其標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)如圖3-29（b）所示。標(biāo)準(zhǔn)菱形定位銷的結(jié)構(gòu)尺寸，在夾具設(shè)計(jì)時(shí)可按表3-3所列數(shù)值直接選取。

圖3-29常用削邊定位銷和菱形定位銷的標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)

表3-3標(biāo)準(zhǔn)菱形定位銷的結(jié)構(gòu)尺寸

（2）圓柱心軸。圓柱心軸的結(jié)構(gòu)如圖3-30所示。其中，圖（a）所示為帶有凸肩并與工件圓孔過盈配合的心軸，心軸由導(dǎo)向部分1，定位部分2及傳動(dòng)部分3組成。導(dǎo)向部分的作用是使工件能迅速正確地套在心軸的定位部分上，其直徑尺寸按間隙配合選取。心軸兩端設(shè)有頂尖孔，其左端傳動(dòng)部分銑扁，以便于能迅速放入車床主軸上帶有長(zhǎng)方槽的撥盤中。圖（b）所示為無凸肩的過盈配合心軸，用此種心軸可同時(shí)定位加工工件的兩端面，工件在心軸上的軸向位置L1在工件用油壓壓入心軸時(shí)予以保證。上述兩種圓柱心軸，定位精度高，但裝卸工件麻煩，生產(chǎn)效率較低。圖（c）所示為帶凸肩并與工件圓孔間隙配合的心軸，使用時(shí)需用螺母5夾緊，其上的開口墊圈4是為了迅速裝卸工件而設(shè)置的。

圖3-30圓柱心軸

（3）錐度心軸。為了消除工件與心軸的配合間隙，提高定心定位精度，在夾具設(shè)計(jì)中還可選用如圖3-31所示的小錐度心軸。定位時(shí)，工件楔緊在心軸錐面上，楔緊后由于孔的局部彈性變形，使它與心軸在長(zhǎng)度Lx上為過盈配合，從而保證工件定位后不致傾斜。此外，加工時(shí)也靠此楔緊所產(chǎn)生的過盈部分帶動(dòng)工件，而不需另外再夾緊工件。

圖3-31錐度心軸

3）外圓表面定位元件

在夾具設(shè)計(jì)中常用于外圓表面的定位元件有V形塊、支承板和定位套等。V形塊則實(shí)現(xiàn)對(duì)外圓表面的定心對(duì)中定位，各種定位套對(duì)工件外圓表面主要實(shí)現(xiàn)定心定位，支承板實(shí)現(xiàn)對(duì)外圓表面的支承定位。

（1）V形塊。

在夾具中，為了確定工件定位基準(zhǔn)——外圓表面中心線的位置，也常采用以兩個(gè)支承平面組成的V形塊定位。此種V形塊定位元件，還可對(duì)具有非完整外圓表面的工件進(jìn)行定位。常見的V形塊結(jié)構(gòu)如圖3-32所示，其中長(zhǎng)V形塊限制工件的四個(gè)自由度，短V形塊則只限制工件的兩個(gè)自由度。對(duì)由兩個(gè)高低不等的短V形塊組成的定位元件，還可實(shí)現(xiàn)對(duì)階梯形的兩段外圓表面中心連線的定位。V形塊在對(duì)工件定位時(shí)，還可起對(duì)中作用，即通過與工件外圓兩側(cè)母線的接觸，使工件上的外圓中心線對(duì)中在V形塊兩支承斜面的對(duì)稱面上。

圖3-32常見的V形塊結(jié)構(gòu)

V形塊上兩斜面的夾角α一般選用60°、90°和120°三種，最常用的是夾角為90°的V形塊。90°夾角的V形塊的結(jié)構(gòu)和尺寸可參閱有關(guān)國家標(biāo)準(zhǔn)。當(dāng)在夾具設(shè)計(jì)過程中，需根據(jù)工件定位要求自行設(shè)計(jì)V形塊時(shí)，則可參照?qǐng)D3-33對(duì)有關(guān)尺寸進(jìn)行計(jì)算。

當(dāng)自行設(shè)計(jì)一個(gè)V形塊時(shí)，d是已知的，而H和N確定以后，即可求出其他相關(guān)尺寸了。

圖3-33V形塊的典型結(jié)構(gòu)及主要尺寸設(shè)計(jì)時(shí)尺寸H的取值：

用于大外圓直徑定位時(shí)，取H≤0.5d;

用于小外圓直徑定位時(shí)，取H≤1.2d。

尺寸N的取值：

當(dāng)α=60°時(shí)，N=1.16d－1.15h

；

當(dāng)α=90°時(shí)，N=1.41d－2h；

當(dāng)α=120°時(shí)，N=2d－3.46h。

h=（0.14～0.16）d圖3-34V形塊定位的代用元件及活動(dòng)的V形塊

（2）定位套。

在夾具中，工件以外圓表面定心定位時(shí)，常采用如圖3-35所示的各種定位套。其中，圖3-35（a）所示為短定位套和長(zhǎng)定位套，它們分別限制被定位工件的兩個(gè)和四個(gè)自由度。圖3-35（b）所示為錐面定位套，和錐面銷對(duì)工件圓孔定位一樣，它限制了工件的三個(gè)自由度。在夾具設(shè)計(jì)中，為了裝卸工件的方便也可采用如圖3-35（c）所示的半圓套對(duì)工件外圓表面進(jìn)行定心定位。根據(jù)半圓套與工件定位表面接觸的長(zhǎng)短，將分別限制工件的四個(gè)或兩個(gè)自由度。各種類型定位套和定位銷一樣，也可根據(jù)被加工工件批量和工序加工精度要求，設(shè)計(jì)成為固定式和可換式的。同樣，固定式定位套在夾具中可獲得較高的位置定位精度。

圖3-35各種類型定位套

（3）支承板。在夾具中，工件以外圓表面的側(cè)母線定位時(shí)，常采用平面定位元件——支承板。支承板對(duì)工件外圓表面的定位屬于支承定位，定位時(shí)限制自由度數(shù)的多少將由它與工件外圓側(cè)母線接觸的長(zhǎng)短確定。如圖3-36(a)所示，當(dāng)兩者接觸長(zhǎng)度較短時(shí)，支承板對(duì)工件限制了一個(gè)自由度；當(dāng)兩者接觸長(zhǎng)度較長(zhǎng)時(shí),如圖3-36(b)所示，則限制了工件的兩個(gè)自由度。

圖3-36支承板對(duì)工件外圓的定位

表3-4常用定位元件及所能限制的自由度

表3-4常用定位元件及所能限制的自由度

4.定位誤差的分析與計(jì)算

工件的加工精度，取決于刀具與工件之間正確的相互位置，而影響這個(gè)正確位置關(guān)系的誤差因素有以下幾種：

(1)定位誤差ΔD：它是指一批工件在夾具中的位置不一致而引起的誤差。

(2)調(diào)安誤差ΔT-A（調(diào)整和安裝誤差）：調(diào)整誤差是指夾具上的對(duì)刀元件或?qū)蛟c定位元件之間的位置不準(zhǔn)確所引起的誤差；安裝誤差是指夾具在機(jī)床上安裝時(shí)引起定位元件與機(jī)床上安裝夾具的裝夾面之間位置不準(zhǔn)確的誤差。

(3)加工過程誤差ΔG：由機(jī)床運(yùn)動(dòng)精度和工藝系統(tǒng)的變形等因素引起的誤差。

為了得到合格零件，必須使上述各項(xiàng)誤差之和等于或小于零件的相應(yīng)公差δk，即

ΔD+ΔT-A+ΔG≤δk此式稱為加工誤差的不等式。在對(duì)定位方案進(jìn)行分析時(shí)，假設(shè)這三項(xiàng)誤差各占工件公差的1/3。這里，我們重點(diǎn)分析與工件在夾具上定位有關(guān)的誤差ΔD。設(shè)計(jì)夾具過程中,選擇和確定工件的定位方案，除了根據(jù)定位原理選用相應(yīng)的定位元件外，還必須對(duì)選定的工件定位方案能否滿足工序的加工精度要求作出判斷，為此就需對(duì)可能產(chǎn)生的定位誤差進(jìn)行分析和計(jì)算。

1）定位誤差產(chǎn)生的原因和計(jì)算

造成定位誤差的原因有兩個(gè)：一是由于定位基準(zhǔn)與設(shè)計(jì)基準(zhǔn)不重合，而使工件尺寸產(chǎn)生的加工誤差，稱基準(zhǔn)不重合誤差，用ΔB

表示；二是由于定位基準(zhǔn)面和定位元件的工件表面的制造誤差及配合間隙的影響，而使工件產(chǎn)生的加工誤差，稱為基準(zhǔn)位移誤差，用ΔY表示。

（1）基準(zhǔn)不重合誤差ΔB的計(jì)算。如圖3-37(a)所示零件，底面3與側(cè)面4已加工好?，F(xiàn)在要加工1、2兩平面，用底面3和側(cè)面4定位。其定位誤差分析如下：圖（b）所示為加工平面2，這時(shí)定位基準(zhǔn)和設(shè)計(jì)基準(zhǔn)均為底面3，基準(zhǔn)重合，即ΔB=0。圖（c）所示為加工平面1，這時(shí)定位基準(zhǔn)是底面3，設(shè)計(jì)基準(zhǔn)是上平面2，兩者不重合。加工時(shí)，同樣將刀具調(diào)整到尺寸C，尺寸C是定值，當(dāng)一批工件逐個(gè)在夾具上定位時(shí)，受到尺寸H±ΔH的影響，設(shè)計(jì)基準(zhǔn)2的位置是變動(dòng)的，尺寸從H-ΔH變化到H+ΔH，就給尺寸A帶來誤差，這就是基準(zhǔn)不重合誤差。顯然它的大小應(yīng)等于引起設(shè)計(jì)基準(zhǔn)相對(duì)定位基準(zhǔn)在加工尺寸方向上發(fā)生的最大變動(dòng)量，即ΔB=2ΔH

。

圖3-37定位誤差分析

由此可以得出基準(zhǔn)不重合誤差的計(jì)算方法如下：

①定位基準(zhǔn)與設(shè)計(jì)基準(zhǔn)重合時(shí)，ΔB=0；

②定位基準(zhǔn)與設(shè)計(jì)基準(zhǔn)不重合時(shí)分兩種情況：

當(dāng)設(shè)計(jì)基準(zhǔn)相對(duì)定位基準(zhǔn)的變動(dòng)方向與加工尺寸方向一致時(shí)，

ΔB=∑δdi（從設(shè)計(jì)基準(zhǔn)到定位基準(zhǔn)之間所有尺寸公差之和);

當(dāng)設(shè)計(jì)基準(zhǔn)相對(duì)定位基準(zhǔn)的變動(dòng)方向與加工尺寸方向有一夾角β時(shí)，

ΔB=∑δdi

cosβ（從設(shè)計(jì)基準(zhǔn)到定位基準(zhǔn)之間所有尺寸公差之和在加工尺寸方向上的投影）。

（2）基準(zhǔn)位移誤差ΔY的計(jì)算。

①工件以平面定位時(shí)，定位基面的位置可以看成是不變的，因此ΔY=0，如圖3-37所示，基準(zhǔn)位移誤差為零。

②工件以圓孔表面定位時(shí),其可能產(chǎn)生的定位誤差將隨定位方式和定位時(shí)圓孔與定位元件配合性質(zhì)的不同而各不相同?，F(xiàn)分別進(jìn)行分析和計(jì)算。

·工件上圓孔與剛性心軸或定位銷過盈配合，定位元件水平或垂直放置因?yàn)檫^盈配合時(shí)，定位副間無間隙，所以定位基準(zhǔn)的位移量為零,即

ΔY=0

·工件上圓孔與剛性心軸或定位銷間隙配合，定位元件水平放置（固定單邊接觸）由于定位銷水平放置且與工件內(nèi)孔有配合間隙，若每個(gè)工件在重力作用下均使其內(nèi)孔上母線與定位銷單邊接觸，如圖3-38所示，由于定位副的制造誤差，將產(chǎn)生定位基準(zhǔn)位移誤差：

圖3-38工件以圓孔定位時(shí)的位移誤差

為安裝方便，有時(shí)還增加一最小間隙Δmin。由于Δmin是常量，它可在調(diào)整刀具時(shí)預(yù)先加以考慮消除Δmin的影響，因此在計(jì)算ΔY時(shí)可不計(jì)Δmin的影響。

·工件上圓孔與剛性心軸或定位銷間隙配合，定位元件垂直放置（任意邊接觸）

定位心軸垂直放置時(shí)，與工件內(nèi)孔可能任意邊接觸，應(yīng)考慮加工尺寸方向的二個(gè)極限位置及孔的最小配合間隙Δmin的影響，此時(shí)Δmin無法在調(diào)整刀具尺寸時(shí)預(yù)先予以補(bǔ)償，因此在加工尺寸方向上的最大基準(zhǔn)位移誤差為：

ΔY=D

max－dmin=δTD+δTd+Δmin=ESD－eid

③工件以外圓表面定位時(shí),V形塊最為常用。下面主要分析工件以外圓在V形塊上定位時(shí)產(chǎn)生的基準(zhǔn)位移誤差。如不考慮V形塊的制造誤差，則工件定位基準(zhǔn)在V形塊的對(duì)稱面上。因此，工件中心線在水平方向上的位移為零，在垂直方向上因工件外圓有制造誤差，故如圖3-39所示，通過計(jì)算可得：

當(dāng)α=90°時(shí)，ΔY=0.707δd。

圖3-39工件以外圓表面定位時(shí)的位移誤差

當(dāng)這個(gè)基準(zhǔn)位移誤差方向與加工尺寸方向有一夾角β

時(shí)，則應(yīng)把基準(zhǔn)位移誤差投影到加工尺寸方向上，即：ΔY=O1O2cosβ。

當(dāng)α=90°時(shí)，ΔY=0.707δdcosβ。

2）定位誤差的計(jì)算

定位誤差是由基準(zhǔn)不重合誤差和基準(zhǔn)位移誤差兩方面組成，由上述分析及對(duì)于定位誤差的計(jì)算，可以總結(jié)如下規(guī)律：

①當(dāng)ΔB=0，ΔY=0時(shí)，ΔD=0；

②當(dāng)ΔB=0，ΔY≠0時(shí)，ΔD=ΔY；

③當(dāng)ΔB≠0，ΔY=0時(shí)，ΔD=ΔB；

④當(dāng)ΔB≠0，ΔY≠0時(shí)，如果設(shè)計(jì)基準(zhǔn)不在定位基面上，ΔD=ΔB+ΔY；

如果設(shè)計(jì)基準(zhǔn)在定位基面上，ΔD=ΔB±ΔY。

“±”的取向：

分析定位基面尺寸由大變?。ɑ蛴尚∽兇螅r(shí)，判斷定位基準(zhǔn)的變動(dòng)方向；

定位基面尺寸由大變?。ɑ蛴尚∽兇螅r(shí)，定位基準(zhǔn)不動(dòng)，判斷設(shè)計(jì)基準(zhǔn)的變動(dòng)方向。

若兩者變動(dòng)方向相同，取“+”，兩者變動(dòng)方向相反，取“－”。

圖3-40定位誤差計(jì)算

3）定位誤差計(jì)算舉例

【例1】如圖3-40所示，工件以A面定位加工?20H8孔，求加工尺寸40±0.1mm的定位誤差。

解①求基準(zhǔn)不重合誤差ΔB

定位基準(zhǔn)：A面。

設(shè)計(jì)基準(zhǔn)：B面。

故:ΔB=∑δdi=0.05+0.1=0.15mm②求基準(zhǔn)位移誤差ΔY

工件以平面定位，故ΔY=0

③求定位誤差ΔD

ΔD=ΔB+ΔY=0.15mm

【例2】如圖3-41所示，用角度銑刀銑削斜面，求加工尺寸為39±0.04mm的定位誤差。

解①求基準(zhǔn)不重合誤差ΔB

定位基準(zhǔn)：80的中心線。

設(shè)計(jì)基準(zhǔn)：80的中心線。

故:ΔB=0②求基準(zhǔn)位移誤差ΔY

ΔY=0.707δdcosβ=0.707×0.04×cos30°=0.024mm③求定位誤差ΔD

ΔD=ΔB+ΔY=0.024mm圖3-41定位誤差計(jì)算

圖3-42定位誤差計(jì)算

【例3】如圖3-42所示，工件以外圓柱面在V形塊上定位加工鍵槽，保證鍵槽，試計(jì)算其定位誤差。

解①求基準(zhǔn)不重合誤差ΔB

定位基準(zhǔn)：工件的中心線。

設(shè)計(jì)基準(zhǔn)：工件的下母線。

故:②求基準(zhǔn)位移誤差ΔY

ΔY=0.707δd=0.707×0.025=0.0177mm③求定位誤差ΔD因?yàn)樵O(shè)計(jì)基準(zhǔn)在定位基面上，且設(shè)計(jì)基準(zhǔn)變動(dòng)方向與定位基準(zhǔn)變動(dòng)方向相反故：

ΔD=ΔY－ΔB=0.0177－0.0125=0.0052mm3.3.3工件在夾具中的夾緊

1.夾緊裝置的組成及設(shè)計(jì)要求

1）夾緊裝置的組成

夾緊裝置一般由下面兩個(gè)基本部分組成。

（1）動(dòng)力源，即產(chǎn)生原始作用力的部分。如果用人力對(duì)工件進(jìn)行夾緊，稱為手動(dòng)夾緊；用氣動(dòng)、液壓、氣液聯(lián)合、電動(dòng)以及機(jī)床的運(yùn)動(dòng)等動(dòng)力裝置來代替人力進(jìn)行夾緊，為機(jī)動(dòng)夾緊。

（2）夾緊機(jī)構(gòu),即接受和傳遞原始作用力，使之變?yōu)閵A緊力，并執(zhí)行夾緊任務(wù)的部分。它包括中間傳力機(jī)構(gòu)和夾緊元件。中間傳力機(jī)構(gòu)把來自人力或動(dòng)力裝置的力傳遞給夾緊元件，再由夾緊元件直接與工件接觸，最終完成夾緊任務(wù)。

2）夾緊裝置的設(shè)計(jì)要求

夾緊裝置的設(shè)計(jì)和選用是否正確合理，對(duì)于保證加工質(zhì)量、提高生產(chǎn)率、減輕工人勞動(dòng)強(qiáng)度都有很大影響。為此，對(duì)夾緊裝置提出了如下基本要求：

（1）在夾緊過程中應(yīng)能保持工件在定位時(shí)已獲得的正確位置。

（2）夾緊應(yīng)適當(dāng)和可靠。夾緊機(jī)構(gòu)一般要有自鎖功能，保證在加工過程中工件不會(huì)產(chǎn)生松動(dòng)和振動(dòng)。在夾緊工件時(shí)，不許使工件產(chǎn)生不適當(dāng)?shù)淖冃魏捅砻鎿p傷。

（3）夾緊機(jī)構(gòu)應(yīng)操作方便，安全省力，以便減輕工人勞動(dòng)強(qiáng)度，縮短輔助時(shí)間，提高生產(chǎn)效率。（4）夾緊機(jī)構(gòu)的復(fù)雜程度和自動(dòng)化程度應(yīng)與生產(chǎn)類型相適應(yīng)。

（5）結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)具有良好的工藝性和經(jīng)濟(jì)性，結(jié)構(gòu)緊湊，有足夠的強(qiáng)度和剛度。應(yīng)盡可能采用標(biāo)準(zhǔn)化夾緊裝置和元件，以縮短夾具設(shè)計(jì)和制造周期。

2.夾緊力的確定

1）夾緊力的方向

（1）夾緊力應(yīng)垂直于主要定位基準(zhǔn)面。為使夾緊力有助于定位，工件應(yīng)緊靠支承點(diǎn)，并保證各個(gè)定位基準(zhǔn)與定位元件接觸可靠。一般地講，工件的主要定位基準(zhǔn)面其面積較大，精度較高，限制的自由度多，夾緊力垂直作用于此面上，有利于保證工件的加工質(zhì)量。

（2）夾緊力方向應(yīng)使工件變形盡可能小。由于工件在不同方向上剛度是不等的，不同的受力表面也因其接觸面積大小不同而變形各異，尤其是在夾緊薄壁零件時(shí)，更需注意。

2）夾緊力作用點(diǎn)的確定

夾緊力的作用點(diǎn)是指夾緊元件與工件相接觸的一小塊面積，選擇作用點(diǎn)就是在夾緊力方向已定的情況下確定夾緊力作用點(diǎn)的位置和數(shù)目，應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：

（1）夾緊力的作用點(diǎn)應(yīng)落在支承元件上或幾個(gè)支承元件所形成的支承范圍內(nèi)。如圖3-43所示的例子，夾緊力雖然朝向主要定位基面，但作用點(diǎn)卻在支承范圍以外，夾緊力與支反力構(gòu)成力矩，夾緊時(shí)工件將發(fā)生偏轉(zhuǎn)，使定位基面與支承元件脫離，以至破壞原有定位，因此應(yīng)使夾緊力作用在穩(wěn)定區(qū)域內(nèi)。

（2）夾緊力的作用點(diǎn)，應(yīng)落在工件剛性較好的部位上，如圖3-44所示。

圖3-43夾緊力作用點(diǎn)的位置不對(duì)圖3-44

夾緊力應(yīng)落在工件剛性較好的部位上（3）夾緊力應(yīng)盡量靠近加工表面。夾緊力靠近加工表面，可減小切削力對(duì)夾緊點(diǎn)的力矩，從而有效地減小加工時(shí)工件的振動(dòng)。

圖3-45中，加工面離夾緊力Q1作用點(diǎn)較遠(yuǎn)，這時(shí)應(yīng)增添輔助支承，并附加夾緊力Q2，以減少工件受切削力后產(chǎn)生位置變動(dòng)、變形或振動(dòng)。

圖3-45增添輔助支承和附加夾緊力

3）夾緊力大小的估算

夾緊力的大小要適當(dāng)，過大會(huì)使工件產(chǎn)生變形，過小則在加工時(shí)會(huì)松動(dòng),造成報(bào)廢甚至發(fā)生事故。

在手動(dòng)夾緊時(shí)，可憑人力來控制夾緊力的大小，一般不作計(jì)算。

當(dāng)設(shè)計(jì)機(jī)動(dòng)（如氣動(dòng)、液壓、電力等）夾緊裝置時(shí)，則應(yīng)計(jì)算夾緊力的大小，以便決定動(dòng)力部件的尺寸（如氣缸、活塞的直徑等）。

夾緊力的計(jì)算，通常先根據(jù)切削原理的公式求出切削力的大小。必要時(shí)，也要算出慣性力和離心力，再與工件重力及待求的夾緊力組成靜平衡力系，求出夾緊力的大小。算出夾緊力后，再乘以安全系數(shù)K，作為實(shí)際所需的夾緊力。粗加工時(shí)值取2.5～3，精加工時(shí)取1.5～2。

3.典型的夾緊機(jī)構(gòu)

在夾緊機(jī)構(gòu)中，絕大多數(shù)都是用斜面楔緊原理來夾緊工件的，其基本形式是斜楔夾緊，而螺旋夾緊、偏心夾緊等都是它的變形。

1）斜楔夾緊

斜楔主要是利用其斜面移動(dòng)時(shí)所產(chǎn)生的壓力來夾緊工件的，這也是所謂的楔緊作用，如圖3-46所示。斜楔夾緊機(jī)構(gòu)具有以下特點(diǎn)：

(1)具有自鎖性能，所謂自鎖即當(dāng)外力撤消后，夾緊機(jī)構(gòu)在純摩擦力的作用下，仍保持其處于夾緊狀態(tài)而不松開。

(2)斜楔能改變夾緊作用力的方向。

(3)斜楔具有擴(kuò)力作用。

(4)斜楔的夾緊行程很小。

(5)斜楔夾緊效率低。因斜楔與夾具體及工件間是滑動(dòng)摩擦，故效率低。

圖3-46斜楔的結(jié)構(gòu)斜楔的適用范圍為：

(1)毛坯質(zhì)量較高時(shí)。

(2)主要用于機(jī)動(dòng)夾緊裝置中，手動(dòng)的夾緊機(jī)構(gòu)，因費(fèi)時(shí)費(fèi)力而效率極低，故實(shí)際上較少采用。

2）螺旋夾緊

螺旋夾緊機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，夾緊可靠，特別是增力大，自鎖性能好，非常適用于手動(dòng)夾緊，在生產(chǎn)中使用極為普遍，主要缺點(diǎn)是夾緊和松開比較費(fèi)時(shí)費(fèi)力。

圖3-47(a)所示為最簡(jiǎn)單的螺旋夾緊機(jī)構(gòu)，其直接用螺桿來壓緊工件表面。圖3-47(b)所示為典型的螺旋夾緊機(jī)構(gòu)（單螺桿夾緊），手柄1固定在螺桿2上，旋轉(zhuǎn)手柄，則螺桿在螺母套筒3的內(nèi)螺紋中轉(zhuǎn)動(dòng)，起夾緊或松開作用。螺母套筒以螺紋擰在夾具體上，使螺桿不直接與夾具體接觸，以防止夾具體磨損。止動(dòng)螺釘4防止螺母套筒松動(dòng)。若用螺桿頭部直接壓緊工件，則不僅容易壓壞工件表面，而且在擰動(dòng)螺桿時(shí)，還會(huì)帶動(dòng)工件偏轉(zhuǎn)而破壞原有定位，因此在螺桿頭部裝有擺動(dòng)的壓塊5。壓塊的典型結(jié)構(gòu)如圖3-48所示。

圖3-47單個(gè)螺旋夾緊機(jī)構(gòu)

圖3-48擺動(dòng)壓板

圖3-49螺旋壓板機(jī)構(gòu)

3）聯(lián)動(dòng)夾緊

聯(lián)動(dòng)夾緊可以在一處操作，就能和幾個(gè)夾緊點(diǎn)同時(shí)夾緊一個(gè)或幾個(gè)工件，這樣可縮短以工件夾緊的輔助時(shí)間，提高生產(chǎn)率。

聯(lián)動(dòng)夾緊分單件聯(lián)動(dòng)夾緊和多件聯(lián)動(dòng)夾緊。

（1）單件多點(diǎn)聯(lián)動(dòng)夾緊機(jī)構(gòu)。多點(diǎn)夾緊是用一個(gè)原始作用力，通過浮動(dòng)壓頭在多個(gè)點(diǎn)對(duì)工件進(jìn)行夾緊，如圖3-50所示就是常見的兩種浮動(dòng)壓頭。

圖3-50浮動(dòng)壓頭

浮動(dòng)壓頭的作用是：當(dāng)浮動(dòng)壓頭一點(diǎn)在夾緊力作用下接觸工件后，它能擺動(dòng)（如圖3-50(a)所示）或移動(dòng)（如圖3-50(b)所示），使兩個(gè)或多個(gè)夾緊點(diǎn)都接觸工件，這樣夾緊力就能均勻地作用在各夾緊點(diǎn)上，可以縮短工件的夾緊時(shí)間，大大提高生產(chǎn)率。

（2）多件聯(lián)動(dòng)夾緊機(jī)構(gòu)。用一個(gè)原始作用力，通過一定的機(jī)構(gòu)對(duì)數(shù)個(gè)相同或不同的工件進(jìn)行夾緊稱為多件夾緊。多件夾緊機(jī)構(gòu)多用手動(dòng)夾緊小型工件，在銑床夾具中應(yīng)用最廣。根據(jù)夾緊力的方向和作用情況，一般有下列幾種形式：

①串行式多件夾緊：如圖3-51所