第三章 机床夹具设计原理
第三章 机床夹具设计原理-2012(9)
图1-11
三. 常用定位元件限制的自由度
四. 限制工件自由度与加工要求的关系
图1-12
影响加工要求的自由度，必须限制；不影响加工要求
的自由度可限制，可不限制。
0 60 如图1-12所示，在一工件上铣通槽。为保证尺寸 0.20 mm
及与底面的平行度两项要求，必须限制 Z , X ,Y 为保证尺寸 30±0· 1mm及槽侧面与B面的平行度，必须限 制 X , Z 两个自由度，至于 Y 则可限制可不限制。 五. 正确处理过定位 1. 改变定位元件的结构避免过定位
2. 能提高劳动生产率。
专用夹具装夹工件时，装夹工件方便，快速；不需找正， 可显著的减少辅助时间，提高了劳动生产率。 3. 扩大机床的使用范围。 如设计一镗模夹具即可在车床上实现镗床镗孔的功能，因 此专用夹具装夹工件，可扩大机床的使用范围。 （二）专用夹具的组成 1.定位装置 作用使工件在夹具中占据正确的位置。 2.夹紧装置 作用是将工件压紧夹牢，保证工件在加工过程中，受到外 力作用下，不偏离已经占据的正确位置。
为延长定位元件的使用或更换周期，定位元件应具有良 好的耐磨性。 4. 工艺性好 定位元件的结构，应力求简单、合理、便于加工、装配 和更换。 四. 常用定位元件 （一）工件以平面定位时的定位元件 1. 主要支承 1）固定支承 支承钉， 图1-22 如图1-22所示： 支承板， 如图1-23所示：
图1-23
（二）工件以圆柱孔定位时的定位元件 1. 圆柱销
2. 圆柱心轴
图1-28
3. 圆锥销
图1-29
图1-29 圆锥销
4. 圆锥心轴
图1-30
（三）工件以外圆定位时的定位元件 1. V形块
图1-31
2. 定位套
浅淡自动化加工中机床夹具设计
浅淡自动化加工中机床夹具设计随着工业技术的不断进步，自动化加工已经成为现代工业生产中不可或缺的一部分。
在自动化加工中，机床夹具的设计是至关重要的，它直接关系到加工的精度、效率和质量。
本文将从机床夹具的设计原理、设计要点和发展趋势三个方面进行浅谈。
一、机床夹具的设计原理机床夹具的设计原理主要包括以下几个方面：1.适应加工件的形状和尺寸。
机床夹具的设计首先要根据加工件的形状和尺寸来确定夹具的结构和固定方式，保证加工件能够稳固地夹持在夹具上，不会因为加工力的作用而产生移动或变形，从而影响加工的精度和质量。
2.提高加工效率。
机床夹具的设计要考虑到工件的装夹、定位、夹紧和换位等过程，尽量减少这些过程的时间和劳动强度，以提高加工效率。
3.保证加工精度。
机床夹具的设计要保证加工件在夹具上的定位和夹紧精度，避免加工时的振动和变形，从而保证加工件加工的精度和质量。
4.降低加工成本。
机床夹具的设计要尽量减少夹具的制造成本和使用成本，同时要考虑到夹具的寿命和可维护性，尽量降低使用和维护的成本。
2.夹紧装置的设计。
夹具的夹紧装置是保证加工件能够稳固夹持在夹具上的关键，其设计应考虑到夹紧力和夹紧稳定性，以保证加工件不会因为加工力的作用而产生移动或变形。
4.换位装置的设计。
对于需要进行多道工序的加工件，夹具的换位装置是必不可少的，其设计应考虑到换位的快捷和精度，以提高加工效率和加工质量。
1.智能化。
随着人工智能和物联网技术的不断发展，机床夹具将更加智能化，可以实现自动检测、自动调整和远程监控，以提高加工效率和加工质量。
2.轻量化。
轻量化设计是现代制造业的发展趋势之一，机床夹具也将更加注重轻量化设计，以减少材料消耗和能源消耗，降低制造成本和环境影响。
3.模块化。
模块化设计可以使机床夹具更加灵活和多样化，可以根据加工件的形状和尺寸来组合夹具的各个部分，以实现多种加工方式和多种加工要求。
4.节能环保。
随着节能环保理念的深入人心，机床夹具将更加注重节能环保设计，可以采用绿色材料和绿色制造工艺，以减少能源消耗和环境影响。
机械制造技术基础_机床夹具设计原理
机械制造技术基础_机床夹具设计原理机床夹具是指夹持加工工件并固定在机床上进行加工的装置，是机床加工的重要组成部分。
机床夹具的设计是机械制造技术基础之一，它对于机床加工的质量和效率都有着重要的影响。
本文将从机床夹具的基本原理、工作原理和设计流程三个方面进行介绍和论述。
一、机床夹具的基本原理（1）夹紧原理夹持工件的夹头在受力时会产生位移，通过位移实现夹紧的作用，使工件在加工过程中不发生位移和震动，从而保证了加工精度。
夹持力是由夹紧件对夹头产生的强制位移力和摩擦力共同作用产生的，夹紧力的大小应根据工件的材质、形状、尺寸和加工要求进行合理选择。
（2）定位原理夹具在夹持工件时除了要保证工件的轴向位置和旋转轴线的垂直于加工表面以外，还要保证工件的平面位置和工件表面与刀具切削面的相对位置。
安全可靠地完成加工，达到要求的加工精度和效率。
（3）导向原理夹紧件在夹持过程中还要起到定位和导向作用，防止工件在加工过程中产生转动或晃动。
这种导向作用应根据夹紧件的位置、数量、形状和加工要求的不同进行合理选择。
机床夹具的工作原理是将外部力通过夹紧件传递到工件上，产生夹紧力，在夹紧力的作用下夹紧工件。
夹紧力的大小，由夹紧件的结构和夹紧元件的材料、尺寸、形位公差和夹紧力大小等多种因素决定。
机床夹具的加工过程包括制造、调试和使用三个阶段。
在制造初期，要根据工件加工要求和机床的工作情况进行设计，并考虑夹头的形状、定位方式、导向方式和夹紧件的数量和位置等因素。
在调试阶段，要根据工件的尺寸精度、形位公差和加工表面的质量对夹具进行调整，确定夹头结构、夹紧力和夹紧方式等参数，以满足工件的加工要求。
在使用阶段，要考虑机床、刀具和加工工件之间的配合情况，制定加工方案，调节夹具的结构和参数，进行夹紧和定位，严格执行安全操作规程，为实现高效、高精度的加工效果提供保障。
三、机床夹具的设计流程机床夹具的设计流程一般包括以下几个步骤：（1）确定加工零件的形状、尺寸、数量和精度等要求。
第三章 机床夹具设计原理(9)
§3-1 机床夹具概述 一 机床夹具及其组成 1、机床夹具的作用 机床夹具——机床上用以装夹工件的一种装置。 作用——使工件相对于机床或刀具有一个正确的加工位置且在加工中始终 保持其正确的位置不变。
2、夹具的组成
1.定位元件或装置 2.夹紧元件或装置 3.刀具导向元件或装置 4.连接元件 5.夹具体
第三章 机床夹具设计原理——夹具的分类及功用
二.机床夹具的分类 1.按使用特点分 1）万能通用夹具——应用广，能较好的适应加工工序及加工对象变换，结构已定型， 尺寸已系列化，大多数成为机床的一种标准附件。（如机用虎钳，三爪卡盘、四爪卡 盘，花盘等） 2）专用夹具——为某种产品零件在某道工序上的装夹需要而专门设计制造的。服务 对象专一，针对性很强，一般自行设计和制造。 3）组合夹具、拼装专用夹具——由一套完全标准化的元件拼装而成。避免了专用夹具 设计制造周期长，产品改型后又无法利用的缺点 4）成组夹具和通用可调夹具——部分元件更换、部分装置可调。可用于相似零件或不 同零件加工。 5）随行夹具——在自动线或柔性制造系统中使用。 2.按使用的机床区分 3.按夹具所采用的夹紧动力源分：手动夹具，气动夹具，液压夹具，气液夹具，电动夹 具 三.机床夹具的功用
用微分方法计算定位误差（自学）
用微分方法计算定位误差步骤：
（1）建立方程式 y =f(xi)——y的方向与工序尺寸方向相同，y的坐标位置即工序基准所 在位置，原点的选取应便于建立方程y =f(xi)， （2）计算定位误差（即计算工序基准在y坐标方向上的变动）——对方程式取微分，用各 自的公差代替各个自变量的微分，用定位误差代替dy，并考虑尺寸公差的正负及计算 可能的最大定位误差来调整微分式中的正负号 例：铣加工下图一个不完全球，工序尺寸为A，工序基准相对于夹具上的 某固定点在工序尺寸方向的坐标可用方程式表示如下：
第三章机床夹具第一讲
其它装置或元件：定向键、操作件、分度装置、靠 模装置、上下料装置、平衡块等，以及标准化了的其 它联接元件； 夹具体： 用于连接或固定夹具上各元件及装置，使 其成为一个整体的基础件。它与机床有关部件进行连 接、对定，使夹具相对机床具有确定的位置。如图31中的夹具体7。
机床夹具
三、 机床夹具的组成
定位元件：用于确定工件在夹具中的位置； 如图3-1中的定位销6 。 夹紧装置：在切削时使工件在夹具中保持既 定位置并夹紧工件。如图 3-1 中的螺母 5 和开口 垫圈4。 联接元件（连接元件）： 使夹具与机床相连接的元件，保证机床与夹 具之间的相互位置关系。
机床夹具
机床夹具
第一节 机床夹具的作用、分类及组成 机床夹具是机械加工工艺系统的一个重要组成部 分。夹具是一种装夹工件的工艺装备，它广泛地应用 于机械制造过程的切削加工、热处理、装配、焊接和 检测等工艺过程中。 为保证工件某工序的加工要求，必须使工件在机 床上相对刀具的切削或成形运动处于准确的相对位置。 在金属切削机床上使用的夹具统称为机床夹具。在现 代生产中，机床夹具是一种不可缺少的工艺装备，它 直接影响着工件加工的精度、劳动生产率和产品的制 造成本等。
1、按夹具的通用特性分类
组合夹具 —— 组合夹具是指按零件的加工要求， 由一套事先制造好的标准元件和部件组装而成的 夹具。由专业厂家制造，其特点是灵活多变，制 造周期短、元件能反复使用，特别适用于新产品 的试制和单件小批生产。 随行夹具 —— 随行夹具是一种在自动线上使用 的夹具。该夹具既要起到装夹工件的作用，又要 与工件成为一体沿着自动线从一个工位移到下一 个工位，进行不同工序的加工。
机床夹具设计
机床夹具设计第三章机床夹具设计教学时数：计划14学时教学目的：1、掌握定位误差计算2、掌握夹紧力计算3、掌握专用夹具设计要点，灵活运用定位元件和夹紧机构，根据生产实际和可能设计专用夹具。
教学重点： 1、工件的定位及定位误差计算2、工件的夹紧及夹紧力计算3、夹具的设计及装置合理选择。
教学难点： 1、定位误差计算中基准不重合误差和基准位移误差的计算和分析2、工件的受力分析及夹紧力的计算。
第一节概述一、夹具的功能和分类1.机床夹具的功用：实现工件定位和夹紧；使工件加工时相对于机床刀具有正确的位置；以保证工件的加工精度。
图3-1：异形杠杆简图图3-2：车床夹具异形杠杆加工需限制的自由度？工件用何定位元件限制了哪些自由度？为何V型块2固定，V形块6可调？且V型块2和V型块6开口方向不同？图3-3：盖板简图图3-4：钻床夹具盖板钻孔（通，盲孔）应限制自由度？夹具用何定位元件来限制各自由度？这里圆柱销，挡销，菱形销，各起什么作用？这里用左侧面和后侧面定位，是否用右侧面和前侧面定位？为什么？机床夹具在加工中的作用：保证加工精度；提高劳动生产率；改善工人劳动条件；降低生产成本；扩大工艺范围。
2、机床夹具的分类和发展(1)分类图3-5: 机床夹具的分类按使用范围和特点分：通用夹具、专用夹具、组合夹具、可调夹具按使用的机床分：车床夹具、铣床夹具、钻床夹具、镗床夹具。
(2) 发展应适用于产品品种和更新换代快的要求，其方向为柔性化、精密化、高效、自动化。
二、夹具的组成1.定位元件定位：使工件在夹具中占据正确的位置。
2.夹紧装置压紧夹牢：使工件不应受力而脱离已占据的正确位置。
3.夹具体基础件4.其它装置分度装置、对刀装置、导向元件、连接元件。
第二节工件在夹具中的定位夹具设计的任务：首先是选择和设计相应的定位元件来实现工序图上（工艺文件）所要求的定位方案。
主要定位面：主要限位面：一、工件以平面定位1.主要支承：限制工件自由度，起定位作用。
机床夹具设计原理
本演示将介绍机床夹具的设计原理和相关内容，包括夹具的概述、作用、分 类，基本要求，夹紧方式的选择，刚性分析与计算，精度要求，以及其他各 方面的内容。
机床夹具的作用
机床夹具在加工过程中起到固定工件、定位工件、夹紧工件的作用，有效提高加工精度和效率。
固定工件
通过合理的夹具设计，确保工件 在加工过程中保持稳定的位置。
1 高硬度材料
对于需要进行高速切削加工的工件，夹具材 料应具备足够的硬度和耐磨性。
2 耐热材料
对于需要进行高温加工的工件，夹具材料应 具备足够的耐高温性能。
3 耐腐蚀材料
对于特殊材料或化学腐蚀性较高的工件，夹 具材料应具备足够的耐腐蚀性。
4 高韧性材料
对于大型工件或需要承受冲击力的工件，夹 具材料应具备足够的韧性和强度。
2 液压夹具
利用液压系统提供的压力实现夹紧产生的力进行夹紧，如气动卡盘、 气动夹具等。
4 电磁夹具
利用电磁力实现夹紧工件，如电磁卡盘、电 磁夹具等。
机床夹具的基本要求
稳定性
夹具需要具备足够的稳定性，能够承受加工过程 中的力和振动。
精度
夹具要能够提供足够的定位精度和夹紧力度，确 保加工精度。
定位工件
夹紧工件
夹具将工件准确地定位在机床上， 使得加工操作精确可控。
夹具使用合适的夹紧方式，确保 工件牢固地固定在机床上，避免 移动和偏移。
机床夹具的分类
根据不同的夹紧方式和应用场景，机床夹具可以分为机械夹具、液压夹具、气动夹具、电磁夹具等多种类型。
1 机械夹具
通过机械力实现夹紧工件，如螺纹夹具、卡 盘等。
夹具的精度要求
精度测量
通过精密测量设备对夹具的定位 精度和夹紧力度进行测量。
机床夹具设计概述(pdf 165页)
MMT
3.2.1 常用定位方法与定位元件
辅助支承——在工件完成定位后才参与支承，它不起定位
作用，而只起支承作用，常用于在加工过程中加强被加工部位 的刚度。
a）
b）
c）
辅助支承
1－支承 2－螺母 3－弹簧 4－手柄
23
MMT
3.2.1 常用定位方法与定位元件
工件以圆柱孔定位
心轴
心轴
过盈配合 刚性心轴 间隙配合
3(塞尺)
180 AA
160 AA--AA
φ15.3-0.-00.40130
φ 20H7n6
φ 10H7n6 157±0.02
AA
1
45°±5′
45°±5′
连杆铣槽夹具装配图
1－菱形销 2－对刀块 3－定向键 4－夹具底板 5－圆柱销 6－工件
7－弹簧 8－螺栓 9－螺母 10－压板 11－止动销
6
本章建议学时10～12。
2
MMT
机械制造技术基础
第3章 机床夹具设计 Fixture Design
3.1 机床夹具概述 Introduction to Jig and
Fixture
3
MMT
3.1.1 机床夹具及其组成
夹具的组成
3
1
1）定位元件及装置
2）夹紧元件及装置
1
3）对刀及导向元件
4）连接元件
15
MMT
套筒零件钻铰径向孔组合夹具分解
16
MMT
a）组合钻模（分度式）
b）组合镗模
c）支架焊接组合夹具
组合夹具实例
17
MMT
加工轴瓦盖自动线随行铣夹具
1、9－支承板 2－压板 3－钩形压板 4－可调支钉 5－丝杠 6－螺母 7－楔块 8－柱销 18
机床夹具原理与设计
3.机床夹具的功用
（1）保证加工精度 零件加工精度包括尺寸精度、几何形状和表面相互 位置精度。夹具的最大功用是保证加工表面的位置精度。 （2）提高生产率，降低生产成本
快速将工件定位夹紧，免除了找正、对刀等，缩短
辅助时间，提高了成品率，降低了成本。 （3）扩大机床的加工范围 如在车床上加镗夹具，可完成镗孔加工。 （4）减轻工人劳动强度
般很少采用。 （2）工件圆孔与刚性心轴或销间隙配合 心轴水平放置（重力作用下孔与心轴固定上母线接触） 0 T 工件孔尺寸 D0 ，心轴尺寸 d Td 工件孔中心最大变动量即为基准位移误差：
D
孔 Dmax=D+TD
Dmin=D
轴 dmax=d dmin=d- Td j .w O1O2 OO2 OO1
③定位精度稳定
④要求工人技术水平低
2.机床夹具的分类
按使用特点分： （1）通用夹具 （2）专用夹具 （3）成组夹具 （4）组合夹具 （5）随行夹具 按使用机床分：
车床夹具、铣床夹具、 工件装夹类型 钻床夹具、镗床夹具 按动力源分： 手动夹具、气动夹具、液压夹具、 电动夹具、磁力夹具、真空夹具等
2.机床夹具的分类
2 不完全定位
允许少于六点的定位称为不完全定位。
完全定位和不完全定位都是合理的定位方式。
3 欠定位
限制自由度数少于加工技术要求限制的最少自由度数。
在实际生产中是绝对不允许的。
4 过定位/重复定位
工件的某一个或几 个自由度被多个定位 元件限制。
过定位造成的后果： （1）使工件或夹具元件变形，引起加工误差； （2）使部分工件不能安装，产生定位干涉（如一面两销） 过定位一般是不允许的，但在精加工时也可看到。
⑤ 随行夹具 自动线上装夹并运输工件的夹具
机械制造技术第三章 机床夹具设计原理
设计基准
基准
工艺基准
用于确定零件上 其它点、线、面 位置所依据的那 些点、线、面。
定位基准 测量基准 装配基准 工序基准
加工、测量、 装配过程中使 用的基准。
在工序图上使用的基准。
图4-3 设计基准示例
图
齿轮的装配基准
图4-4 工序简图
第二节 工件在夹具中的定位
一、定位的原理 定位的任务
•设计合理的定位方法、定位装置 •有足够的定位精度
Y
Y
Y
X
X
a） 图2-19 过定位示例
b）
一面两孔定位分析
D1 d1 D2 d2
l1 T 2 l
L 1 T 2 L
b
D2 2 min b Tl TL 1min
l1 T 2 l
L 1 T 2 L
图2-20 一面两孔定位干涉分析
过定位应用
刀柄 定位端面
配合锥面 主轴 拉杆
HSK刀柄
图
连杆的定位
1－定位销 2－支承板 3－圆柱销 4－工件
表4.1 典型定位元件的定位分析
定位与夹紧的区别
•定位是工件在夹具中获得正确的位置 •夹紧是保证定好的位置不因外力的作 用而发生改变
限制自由度与加工 技术要求的关系
工件限制几个、限制哪几个自由度 完全取决于加工技术要求。（图示）
图4.7 完全定位与不完全定位
图4-1 套筒零件简图
图4-2 套筒钻夹具
1－快换钻套 2－衬套 3－钻模板 4－开口垫圈 5－螺母 6－定位销 7－夹具体
ห้องสมุดไป่ตู้
一、机床夹具的作用
1.保证加工精度 用机床夹具装夹工件，能准确确定工件与刀具、机床之 间的相对位置关系，可以保证加工精度。
机械制造工艺学课程设计3夹具设计
定位元件特点
定位销 （心轴）
短销（短心轴） 长销（长心轴）
圆孔
单锥销
（续）
限制的自由度 、
、 、
、、
短圆锥销
1—固定销 2—活动销
1— 、 、 2— 、
工件定位基准面 定位元件
定位方式简图
定位元件特点
（续）
限制的自由度
支承钉或 支承板
支承板或两个支承钉
、
外圆柱面 V形块
窄V形块
、
、 宽V形块或两个窄V形块
⒈工序基准为工件轴心线
此时为定位基准与工序基准重合，则基准不重合误差为零，而基准位移 的方向又与加工尺寸方向一致，所以加工尺寸B2的定位误差为
DB2
Y
d 2sin
2
⒉工序基准为外圆上母线
此时为定位基准与工序基准不重合。不仅有基准位移误差，而且还有基 准不重合，又定位尺寸与加工尺寸方向一致，所以尺寸B1的定位误差为
的设计基准作为定位基准，以避免定位基准与 设计基准不重合而引起的基准不重合误差。
基准不重合误差示例
2）基准统一原则：应尽可能使多个加工表面 和加工工序采用同一组定位基准，这就是基准统 一原则。
3）互为基准原则：当对工件上位置精度要求高的 表面进行加工时，需要用两个表面互为基准，反复加工 的原则。
4）自为基准原则：某些要求加工余量小而均匀的 精加工工序，选择加工面本身作为定位基准，称为自为 基准原则。
（4）对刀或导向元件。 （5）夹具体。 （6）其他元件及装置。
3．机床夹具在机械加工中的作用 （1）保证加工精度。 （2）提高生产率，降低成本。 （3）扩大机床工艺范围。 （4）减轻工人的劳动强度。
夹具元件间常用的配合选择
机床夹具设计原理
机械制造工艺与机床夹具
2. 常见定位分析
1） 完全定位：
限6
侧挡销 短圆柱销
平面支承 图4-6 连杆钻孔定位方案
19
机械制造工艺与机床夹具
2. 常见定位分析
2） 不完全定位：
去3
侧挡销 短圆柱销
平面支承 图4-7 连杆平面加工定位方案
20
机械制造工艺与机床夹具
2. 常见定位分析
3）欠定位：
需 6去 5
图4-8
用专用夹具安装工件
21
机械制造工艺与机床夹具
2. 常见定位分析
4）过定位：
图4-9 过定位示意
22
机械制造工艺与机床夹具
2. 常见定位分析
4）过定位：
心轴，限制工件移动X,Y, 转动X,Y; 心轴端面，限制工件移动Z,转 动 X ,Y ; 所以转动X,Y,为过定位
P165 表4.1
各种定位元件限制的自由度
定位 + 夹紧 = 安装
小结： 定位在前，夹紧在后 定位是首要的
6
机械制造工艺与机床夹具
一、工件在工艺系统内的安装
1.工件的找正安装 直接找正法：是用百分表、划针或用 目测，在机床上直接找正工件，使工件 获 得正确位置的方法。
7
机械制造工艺与机床夹具
图4-1 直接找正法示例 a）磨内孔时工件的找正 b）刨槽时工件的找正
8
机械制造工艺与机床夹具
一、工件在工艺系统内的安装
1.工件的找正安装 划线找正法：当零件形状很复杂时， 可先用划针在工件上画出中心线、对 称线或各加工表面的加工位置，然后 再按划好的线来找正工件在机床上的 位置的方法。
9Leabharlann 机械制造工艺与机床夹具图4-2
机械制造技术基础机床夹具设计原理
机械制造技术基础机床夹具设计原理机床夹具是机械制造过程中非常重要的装置，用于固定和定位工件，确保其在加工过程中的稳定性和准确性。
机床夹具设计原理涉及材料选择、结构设计、力学分析等多个方面，下面将对其中几个关键原理进行详细阐述。
首先，机床夹具的材料选择是影响夹具性能的重要因素之一、夹具要能够承受工件加工过程中产生的各种力和振动，因此夹具材料需要具有足够的强度和刚度。
常见的夹具材料有高强度合金钢、铸铁、铝合金等，具体的选择要根据具体的加工要求和夹持工件的材料来确定。
其次，机床夹具的结构设计要考虑夹紧力的传递和调节原理。
夹具的夹持部分通常由夹紧机构和支撑机构组成。
夹紧机构是夹具中承受夹持力的部分，常用的夹紧机构有螺旋状弹簧、气缸、液压缸等。
在设计中要考虑到夹紧力的大小、传递过程中的变形等因素，以确保夹具的稳定性和可靠性。
另外，机床夹具的定位原理是保证工件加工精度的重要因素。
定位是指将工件放置在夹具上时确保其正确位置的过程。
夹具的定位部分通常由定位销、定位块、定位台等组成。
定位销是夹具中实现工件相对位置固定的关键部件，其设计要考虑到定位的精度和稳定性。
在实际设计中，可以采用多点定位和辅助定位等方法，以提高加工精度和生产效率。
此外，机床夹具的刚度分析也是设计过程中需要考虑的重要问题。
夹具需要具有足够的刚度来抵抗工件加工过程中产生的各种力和振动，以确保加工精度和表面质量。
在设计中需要分析夹具的刚度，考虑各种力和振动对夹具造成的影响，通过合理的结构设计和材料选择来提高夹具的刚度。
除了上述几个关键原理，机床夹具的设计还需要考虑到生产效率、安全性、可维护性等方面的要求。
设计师需要综合考虑多个因素，根据具体的加工要求和生产条件来确定最佳的夹具设计方案。
综上所述，机床夹具设计原理涉及材料选择、结构设计、力学分析等多个方面。
合理的夹具设计可以提高工件加工精度、生产效率和安全性，对于提高机械制造的质量和效益具有重要意义。
机床夹具设计原理和方法
偏心夹紧装置动画演示1
偏心夹紧装置动画演示2
（4）定心夹紧装置
在切削加工中，若工件是以中心线或对称面为工序基准，为使 ＝0，可采用一种保证工件准确定心或对中的装置，使工件的定位 和夹紧过程同时完成，而定位元件与夹紧元件合二为一。这种装置 称为定心夹紧装置。如图所示，三爪卡盘就是一种定心夹紧装置。
夹紧：工件定位后将其固定，使其在加工过程中保持定 位位置不变的操作。
（2）装夹的方法
1）直接找正装夹
效率低，找正精度 较高；适用单件小 批量中形状简单的 工件。
一、概述
2）划线找正装夹
通用性好，但效率 低，精度不高；适 用于单件小批量中 形状复杂的铸件。
3）夹具装夹
操作简单，效率高， 容易保证加工精度， 适用于各种生产类型 。
3．通用夹具 的种类：
1）数控车床夹具 数控车床夹具分类： A、三爪自定心卡盘 优点：可自动定心，装夹方便，应用较广， 缺点：夹紧力较小，不便于夹持外形不规则的 工件 B、四爪单动卡盘 特点：四个爪都可单独移动，安装工件时需找正， 夹紧力大，适用于装夹毛坯及截面形状不规则和不对 称的较重、较大的工件。 C、花盘
数控加工夹具简介
1、数控机床夹具必须适应特点； 数控机床的高精度、高效率、多方向同时 加工、数字程序控制及单件小批生产的。 2、数控机床夹具的新要求： 1) 推行标准化、系列化和通用化； 2) 发展组合夹具和拼装夹具，降低生产成 本； 3) 提高精度； 4) 提高夹具的高效自动化水平。
（4）结构应尽量简单，制造、维修要方便。
二、夹紧力的确定
1. 夹紧力方向
1）夹紧力的作用方向应不破坏工件定位的准确性
二、夹紧力的确定
2）夹紧力方向应使工件变形尽可能小
三机床夹具设计原理
3．工件以外圆表面定位 工件以外圆表面定位有两种形式，一种 是定心定位，一种是支承定位。工件以外圆 表面定限位的情况与工件以圆柱孔定位的情 况相仿，只是用套简或卡盘代替了心轴或柱 销。
⑴V型块 对中心性好，适用于粗、精基准面，圆 柱面和圆弧面； V型块两斜面夹角为60°、90°、 120°。其中90°最常用。 V形块有长短之分，长V形块（或两个短V 形块的组合）限制工件的4个自由度，而短V 形块一般只限制 2个自由度。 V形块又有固定和活动之分，活动V形块 在可移动方向上对工件不起定位作用。
3．常见定位方式定位误差的计算
⑴工件以平面定位
平面为精基面
基准位移误差 △Y＝0
定位误差
△D＝△B
⑵工件以内孔定位 工件以内孔在圆柱心轴、圆柱销上定 位。由于孔与轴有配合间隙，有基准位移误 差，分两种情况讨论： 第一种情况 圆柱心轴、圆柱销水平放 置或有固定方向的力作用，即圆柱心轴、圆 柱销与定位孔固定单边接触。 △Y＝（δD＋δg）/2
若定位基准与限位基准的最大变动量为 Δi。
定位基准的变动方向与设计尺寸方向相 同时：
△Y =Δi 定位基准的变动方向与加工尺寸的方向 不一致，两者之间成夹角时，基准位移误差 等于定位基准的变动范围在加工尺寸方向上 的投影。法是合成法。 定位误差应是基准不重合误差与基准位 移误差的合成。计算时，可先算出基准不重 合误差和基准位移误差，然后将两者合成。
过定位：工件在定位时，同一个自由度被两个 或两个以上约束点约束，这样的定位被称为过定 位。
过定位是否允许，应根据具体情况进行具体分 析。一般情况下，如果工件的定位面为没有经过机 械加工的毛坯面，或虽经过了机械加工，但仍然很 粗糙，这时过定位是不允许的。如果工件的定位面 经过了机械加工，并且定位面和定位元件的尺寸、 形状和位置都做得比较准确，比较光整，则过定位 不但对工件加工面的位置尺寸影响不大，反而可以 增强加工时的刚性，这时过定位是允许的。
机床夹具设计原理
机床夹具设计原理一、机床夹具设计原理的基本要求1.稳定性：机床夹具设计要求可以牢固固定工件，不发生移动、晃动等情况，以确保加工过程中工件位置的稳定。
2.可靠性：机床夹具设计要求夹具在工件加工过程中具有足够的耐久性，以保障夹具的使用寿命和可靠性。
3.精度：机床夹具设计要求根据工件的尺寸、形状和加工要求，保证工件在夹具中的位置准确、偏差小，达到精确加工的目的。
4.操作性：机床夹具设计要求便于操作和调整，能够满足不同工件的夹紧要求，并且方便夹具的安装和拆卸。
二、机床夹具设计原理的具体措施1.夹紧形式的选择：根据不同的工件形状和特点，选择不同的夹紧形式，如机械夹紧、液压夹紧、气动夹紧等，以满足不同加工要求。
2.材料的选择：夹具的选择不仅要考虑工件的材料特性，还要考虑夹具的材料强度、硬度和耐磨性等，以确保夹具在加工过程中不发生变形和磨损。
3.结构的设计：夹具的结构设计要合理，考虑到夹具的稳定性和加工操作的便捷性，同时还要兼顾工件加工精度的要求。
4.夹具的定位方式：夹具设计要保证能够准确定位工件，使工件在夹具中的位置准确稳定，以确保工件的加工精度。
5.夹紧力的控制：夹具设计要合理确定夹紧力的大小，既不能过小导致工件移动和晃动，也不能过大导致工件变形和应力集中。
6.工件的加工方向和顺序：夹具设计要考虑到工件的加工方向和顺序，以减小因切削力产生的振动和变形，提高加工质量。
7.安全保护措施：夹具设计要考虑到操作人员的安全，采取相应的防护措施，防止因操作不当或夹具失效导致的意外事故发生。
总之，机床夹具设计原理是在机床加工操作中为保证工件加工质量和生产效率，通过合理的夹具设计，能够稳定地夹紧工件，以实现工件的精确定位和加工。
机床夹具设计要兼顾稳定性、可靠性、精度和操作性等要求，采用适当的夹紧形式、合适的材料和结构，控制夹紧力和加工顺序，以及考虑安全性，最终达到优化加工过程的目的。
第三章 机床夹具设计原理
南 通 大 学
例1:
夹紧力作用点的位置
南 通 大 学
Q
Q/2
Q/2
不合理
合理
南 通 例2: 大 学
辅助支承与辅助夹紧
南 通 大
对所需的夹紧力进行估算。 对所需的夹紧力进行估算。
（三）夹紧力大小的估算
学
但是夹紧力的估算是很粗略的。
Q实际= F×K
F: 理论计算值 K: 安全系数
南 通 大 学
TD
南 通 大 学
所示， 例5 : (P19 31题) 工件定位如图 题 工件定位如图2-21所示，若定位误差 所示 控制在工件尺寸公差的1/3内 控制在工件尺寸公差的 内，试分析该定位方案能否满 足要求？若达不到要求，应如何改进？并绘制简图表示。 足要求？若达不到要求，应如何改进？并绘制简图表示。
通 大 学
机床夹具按其使用范围可分为以下五种基本类型：
1）通用夹具 ） 2）专用夹具 ） 3）通用可调整夹具和成组夹具 ） 4）组合夹具 ） 5）随行夹具 ）
南 通 大 学
车床夹具 钻床夹具 铣床夹具 镗床夹具 磨床夹具 自动机床夹具 数控机床夹具 手动夹具 气动夹具 液动夹具 电磁夹具 真空夹具
F G
南 通 大
例7 (p159 题2-4)
解:
Є = 0.1/2(1/sin45)+ 0.025/2
学
D d H
= 0.083221 > 0.2/3 = 0.067
900
题 2- 4 图
南
改进定位: 改进定位
通 大 学
D H
Є = 0.1/2 + 0.025/2 =0.0625
南
§3.3 工件在夹具中的夹紧
机床夹具设计原理
机床夹具设计原理机床夹具是机械加工工艺系统的一个重要组成部分。
为保证工件某工序的加工要求，必须使工件在机床上相对刀具的切削或成形运动处于准确的相对位置。
当用夹具装夹加工一批工件时，是通过夹具来实现这一要求的。
而要实现这一要求，又必须满足三个条件：①一批工件在夹具中占有正确的加工位置；②夹具装夹在机床上的准确位置；③刀具相对夹具的准确位置。
这里涉及了三层关系：零件相对夹具，夹具相对于机床，零件相对于机床。
工件的最终精度是由零件相对于机床获得的。
所以“定位”也涉及到三层关系：工件在夹具上的定位，夹具相对于机床的定位，而工件相对于机床的定位是间接通过夹具来保证的。
工件定位以后必须通过一定的装置产生夹紧力把工件固定，使工件保持在准确定位的位置上，否则，在加工过程中因受切削力，惯性力等力的作用而发生位置变化或引起振动，破坏了原来的准确定位，无法保证加工要求。
这种产生夹紧力的装置便是夹紧装置。
6．1 夹具一、机床夹具概述1.机床夹具的概念机床夹具是机床上用以装夹工件（和引导刀具）的一种装置。
其作用是将工件定位，以使工件获得相对于机床和刀具的正确位置，并把工件可靠地夹紧。
2.机床夹具的分类机床夹具可根据其使用范围，分为通用夹具、专用夹具、组合夹具、通用可调夹具和成组夹具等类型。
机床夹具还可按其所使用的机床和产生加紧力的动力源等进行分类。
根据所使用的机床可将夹具分为车床夹具、铣床夹具、钻床夹具（钻模）、镗床夹具（镗模）、磨床夹具和齿轮机床夹具等，根据产生加紧力的动力源可将夹具分为手动夹具、气动夹具、液压夹具、电动夹具、电磁夹具和真空夹具等。
3.机床夹具的组成(1)定位元件(2)夹紧装置(3)对刀、引导元件或装置(4)连接元件(5)夹具体(6)其它元件及装置6．3 工件的夹紧工件的夹紧与常用的夹紧装置一、工件的夹紧(一)夹紧装置1.夹紧装置的组成——动力装置、夹紧元件、中间传力机构2.夹紧装置的基本要求(1)夹紧既不应破坏工件的定位，或产生过大的夹紧变形，又要有足够的夹紧力，防止工件在加工中产生振动；(2)足够的夹紧行程，夹紧动作迅速，操纵方便、安全省力；(3)手动夹紧机构要有可靠的自锁性，机动夹紧装置要统筹考虑夹紧的自锁性和原动力的稳定性；(4)结构应尽量简单紧凑，制造、维修方便。
机床夹具设计原理
定位原理
完全定位与不完全定位
Z
Z
Z
X
a）
Z
Y
X b）
Z
Y
Y
X c）
Z
X d）
Y
Y
Y
X
e）
X f）
图5-12 工件应限制的自由度
定位原理
欠定位
工件加工时必须限制的自由度未被完全限制，称为欠定 位。欠定位不能保证工件的正确安装，因而是不允许的。
间隙
7:24
1:10
传统刀柄
主轴 拉杆
图5-18 HSK刀柄与传统刀柄结构 刀柄
定位原理
过定位讨论 如图示，齿轮坯以内孔和一小端面定位，车削外圆和大 端面。加工后检测发现大端面与内孔垂直度超差。试分 析原因，提出改进意见。
0.02 A
4 A
图5-19 过定位示例
间隙配合刚性心轴
定位原理
图5-20 过定位引起夹紧变形
• 定位的作用：使工件占据定位元件所规定的 位置，并且使一批逐次加工的工件在夹具中 占据正确的位置。
• 定位是工件安装过程的一部分，已经定位的 工件尚需通过夹紧使工件固定下来。
• 定位和夹紧是两个不同的概念。既不能只 定位不夹紧，也不能用夹紧代替定位。
5.2.2 工件的定位基本原理
六点定位原理
一个在空间处于自由的物体具有6个自由度,即沿三 个垂直坐标轴的移动、绕三个垂直坐标轴的转动。
Z X
Y
图5-28 工件在两顶尖上定位
定位实例分析1
定位实例分析 2
夹紧力
机床夹具原理与设计
第三节 定位误差的计算
一、基准的概念
所谓基准就是零件上用来确定点、线、面 位置时，作为参考的其他的点、线、面。根据 基准的功用不同，可分为设计基准和工艺基准。
1）设计基准是在零件图上，确定点、线、面位 置的基准，设计基准是由该零件在产品结构中 的功用所决定的。
2）工艺基准是在加工和装配中使用的基准，按 照用途不同又可分为：
dw
2、定位副制造不准确产生的基准位移误差
这种由于定位副制造不准确引起的定 位误差，称为“基准位移误差”，用Δjw 表示。
1、工件以圆柱孔在心轴（或定位销）上定位 此时假设孔中心线和轴心线合，即设计基准和定
位基准重合， jb 0
(1)圆孔与定位销单边接触时，此时心轴水平放置。
设孔径 D0D 为 ,轴径d0为 d,外圆直d1径 0d1 为 jw12(Dd)
• 当某个自由度被重复限制是“过定位”， 过定位一般是不允许的，但当工件定位 面精度较高，位置已有保证时，过定位 往往可提高刚性，也是允许的。
• 值得注意的是，所限制自由度少于六个 时也可能是过定位，但不一定是欠定位。 若支承点分布不合理，欠定位、过定位 可能同时出现。
第二节 常用定位方法及定位元件
（3）几种不同组合形式的定位分析
1）一个平面和二个与其垂直的孔的组合
在箱体、连杆、盖板等类零件加工中， 常采用这种组合定位，俗称“一面二孔” 定位。一面二孔定位时所用的定位元件 是：平面采用支承板，二孔采用定位销， 故又称为“一面两销”。
• 这种情况下的两圆柱销重复限制了沿x方 向的移动自由度，属于过定位。
1
2
d 2
1
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南 通 大 学
固定支承
支承钉
支承板
南 通 大 学
可调支承
南 通 大 学
自位支承
南 通 大 学
辅助支承
南
（二） 工件以圆柱孔定位
通 大 学
1.心轴 1.心轴 2.定位销 2.定位销
（三）工件以外圆表面定位
工件以外圆表面支承定位常用的定位元件是 V形块
（四） 工件以其他表面定位 （五） 定位表面的组合
TD: 孔的公差 Td: 轴的公差 ∆: 最小间隙
南 通 大 学
H1
例2:
零件图 O Ø d+ESd -EI d H1 H2 B
O O
H2
dmax= d+esd H3 dmin= d-eid H3
O
A
θ α
南 通 大 学
设计基准是 B 点 ε = B B h 1 2 B1 B2
O1 O2 R1 R2
A O1 O
OO1max = AO - AO1
C
= Dmax/2 - dmin/2 当孔最小,轴最大时 轴最大时: 当孔最小 轴最大时
OO1min = AO’ - AO1’
= Dmin/2 - dmax/2 Dmin dmax A O' 1 O'
C
εH
= OO1max - OO1min = (Dmax/2- dmin/2) (Dmin/2- dmax/2) = TD/2 + Td/2
5° ~ 7°
南 通 大 学
特点: 螺旋夹紧机构结构简单，易于制作， 特点: 螺旋夹紧机构结构简单，易于制作，增
（二）螺旋夹紧机构
力比大，自锁性能好， 力比大，自锁性能好，是手动夹紧中应用 最广泛的一种夹紧机构。 最广泛的一种夹紧机构。
TD
南 通 大 学
所示， 例5 : (P19 31题) 工件定位如图 题 工件定位如图2-21所示，若定位误差 所示 控制在工件尺寸公差的1/3内 控制在工件尺寸公差的 内，试分析该定位方案能否满 足要求？若达不到要求，应如何改进？并绘制简图表示。 足要求？若达不到要求，应如何改进？并绘制简图表示。
斜楔机构受力分析
南
夹紧过程中： 夹紧过程中：
φ1
通 大 学
α
Q Q1 F1 R F2
P
ΣFX=0 F1+RX=P F1=Q×tgφ1 × RX=Q×tg（α+φ2） × （
φ2
Q=
Qα Q2
RX
P
tgφ1+tg（α+φ2） （
南
夹紧后： 夹紧后：
通 大 学
α
若要自锁,则 若要自锁 则 F1≥ RX Q╳tgφ ╳tg(α-φ2) Q╳tg 1 ≥ Q╳tg ╳tg 其中: 其中 φ1, φ2 很小
设计基准是 A 点 εh =A1A2
=PA1 - PA2 ={PO1-(d+ESd)/2} -{PO2-(d-EId)/2}
O1 O2
ε
=(d+ESd)/2×sinθ)-(d+ESd)/2 -{(d-EId)/2×sinθ)-(d+EId)/2}
A1 P A2
R1 R2
θ α
ε
Td 1 h= − 1 2 α sin 2
南
二、夹紧力的确定
通
夹紧力包括方向 大小和作用点三个要素 夹紧力包括方向、大小和作用点三个要素 方向、
大
（一）夹紧力方向的选择
学
应遵循以下原则： 应遵循以下原则： 夹紧力的作用方向应有利于工件的准确定位， 1）夹紧力的作用方向应有利于工件的准确定位， 而不能破坏定位。 而不能破坏定位。 2）夹紧力的作用方向应尽量与工件刚度最大的 方向一致，以减小工件变形。 方向一致，以减小工件变形。 3）夹紧力的作用方向应尽可能与切削力、工件重 夹紧力的作用方向应尽可能与切削力、 力的方向一致，以减小所需夹紧力。 力的方向一致，以减小所需夹紧力。
φ1
Q F1 α Q R
φ2 ∴ φ1≥α-φ2
∴ tgφ≈φ tg ≈ tg(α )≈α tg(α-φ2)≈α-φ2
RX
南 通 大 学
斜楔的自锁条件为:
α ≤ φ1 + φ2
一般钢与铁 则 φ1 =φ2 =
µ = 0.1 ~ 0.15 φ=5°~7°
α≤ 10 ° ~ 14 °
通常为了可靠,取 α=
Q1 PX
例1:
M
M- (Q1+Q2+PX)×µ×R=0 × × Q1=Q2=Q Q理=1/2(M/µ×R-PX) ×
Q2
Q实=1/2(M/µ×R-PX)×K × ×
2R
南 三、常用夹紧机构 通 大 （一）斜楔夹紧机构 学
特点: 特点: 斜楔夹紧具有结构简单，增力比大，自 锁性能好，但操作不方便，因此直接用 来夹紧机构较少。
H3
南 例4: (P18 题28) 通 大 学
H 80-0.16 L d
d与D的同轴度误差 与 的同轴度误差 的同轴度误差0.04mm
240-0.2
D
d= φ 40-0.1 D= φ 160-0.14
解：
α
εL = 0.16
ε
Td 0.04 H = α + 2 + 2 = 0.169 2 sin 2
H1
南 通 大
H2
B
O O
O
学
A
θ α
ε
Td 1 h= + 1 α 2 sin 2
ε
Td h= 2
1 sin α 2
εh
Td 1 = − 1 α 2 sin 2
南 通 大 学
基准不重合误差εΔ 例1:基准不重合误差εΔ 基准不重合误差 2 H±∆H 1 A±ΔA 工序2
H+ΔH Δ H-ΔH Δ
零件图
工序1 A±∆A
3
H±∆H
C
εΔ=0
εΔ=2ΔH
C
南 通 大 学
加工如图A所示零件 在工件上欲铣削一缺口， 所示零件， 例 2: 加工如图 所示零件，在工件上欲铣削一缺口，保 证尺寸8 所示两种定位方案。 证尺寸 -0.08 mm。现采用图 B,C 所示两种定位方案。 。 试分析那种定位方案的定位精度高。 试分析那种定位方案的定位精度高。若不能满足图纸 要求，定位方案应如何改进？并绘草图说明。 要求，定位方案应如何改进？并绘草图说明。
4-0.15 Ø80-0.1 8-0.2
解:
ε
Td h= 2
1 sin α 2
= 0.1 / 2 (1 / sin45º) 90º =0.07 > 0.2/3 = 0.066
南 通 大
Ø80-0.1
改进定位: 改进定位
4-0.15 8-0.2
Є水平 = Є 垂直 = 0.1/2 =0.05 < 0.2/3
通
一、对夹紧装置的要求
大 学
设计夹紧装置基本要求: 设计夹紧装置基本要求: 1）在夹紧过程中应能保持工件定位时所获得的正 确位置。 确位置。 2）夹紧应可靠和适当。 夹紧应可靠和适当。 3）夹紧装置应操作方便、省力、安全。 夹紧装置应操作方便、省力、安全。 4）夹紧装置的复杂程度和自动化程度应与工件的 生产批量和生产方式相适应。 生产批量和生产方式相适应。
南 通 大 学
例1: 基准位移误差εH
零件图 H±ΔH
O
理想状态
D
7
7
8
孔为D 设: 孔为 , 公差为 TD 轴为d, 公差为 Td 轴为 孔,轴基本尺寸相等 D=d 轴基本尺寸相等 最小间隙∆ 最小间隙
O O1
H±ΔH
C
南
Dmax
当孔最大,轴最小时 当孔最大 轴最小时: 轴最小时 dmin
通 大 学
90º
学
=0.0667
南 通 大 学
在轴上铣一平面，工件定位方案如图所示, 例6: 在轴上铣一平面，工件定位方案如图所示 的定位误差。 试求尺寸 A 的定位误差。
A
εh = Amax - Amin
A = C – OF - FG =C-D/(2xcosα)-10xtgα
O
45º 10+0.3
C εA = 0.6535
结论:水平放置的芯轴定位误差等于 水平放置的芯轴定位误差等于 轴的公差与孔的公差之和的一半. 轴的公差与孔的公差之和的一半
εH =
(TD+Td) / 2 T
南 通 大 学
垂直放置的芯轴定位误差:
当孔最大,轴最小时 当孔最大 轴最小时 当孔最小,轴最大时 当孔最小 轴最大时
结论:
εH = TD+Td+Δ T Δ
轴类零件在机床前后顶尖上定位的情况 轴类零件在机床前后顶尖上定位的情况 加工箱体类零件时经常采用一面两孔组合 加工箱体类零件时经常采用一面两孔组合
南
二、定位误差的计算
调整法加工
通
几何的方法 微分的方法
大
（一）用几何方法计算定位误差
学
定位误差分两大类: 定位误差分两大类: 基准不符误差 ε∆ 基准位移误差 εH 基准不符误差ε 基准不符误差ε∆: 定位基准与设计基准不重合引起的误差。 定位基准与设计基准不重合引起的误差。 ε∆ 大小等于设计基准的最大变动量
南 通 大 学
设计基准是 O 点
εh = O1O2
= PO1 - PO2
=(d+ESd)/2×sinθ(d-EId)/2×sinθ
O1 O2 R1 R2
=(ESd+EId)/2×(1/sinθ)