内燃机制造工艺学第四章机床夹具设计原理

第四章
机床夹具设计原理
机床夹具的基本概念
4.1.1机床夹具的定义和组成
1.夹具的定义：将工件进行定位、夹紧，将刀具导向和对刀，以保证工件
和刀具相对位置关系的附加装置称夹具
2.夹具的组成
定位元件、加紧元件、导向元件和对刀装置、连接元件、夹具体、其他元件和装置。

4.1.2夹具的作用
保证加工质量、提高生产效率、扩大机床的工艺范围、减轻劳动强度等。

4.1.3夹具的分类及工件的加工误差
1.按机床夹具的应用范围分：
通用夹具；专用夹具；成组夹具；组合夹具；随行夹具
2.工件在加具中的加工误差
⑴工件的加工误差
⑵误差值的估算
●夹具的制造误差: (1/3～1/5)T
●安装误差和对定误差: 占整个加工误差的1/3
定位方式、定位元件及工件的定位误差4.2.1定位方式、定位元件
工件的定位基准面：平面、外圆和内孔
定位元件：支撑钉（板）、V型块、定位套、定位销、芯轴等
定位要求：●符合六点定位原理
●必要的定位精度
δD=δc+δb +δw
δc+δw=位置误差δ位置对定位元件的设计要求：
●与工件相应的精度
●足够的刚度→不变形
●有足够的硬度→耐磨性
1.以工件上的平面定位
⑴定位元件
可调支撑
基本支撑固定支撑支撑钉
定位元件自位支撑支撑板
辅助支撑
a.固定支撑:尺寸固定，不能进行调节
定位元件:支撑钉、支撑板
b.可调支撑:粗基准，用于调节毛坯尺寸误差
c.自位支撑：浮动支撑，只起一个支撑点作用，粗基准，增加工件刚度
d.辅助支撑：不限制工件的自由度，只增强工件的刚度
⑵定位分析：
2.以工件上的外圆柱面和圆锥面定位
⑴以工件上的外圆柱面定位
定位元件：V型块、套筒或半圆座孔
①V型块定位
定位分析：
②圆柱孔和半圆柱孔定位
③三爪卡盘、套筒
⑵以工件上的外圆锥面定位
定位元件：圆锥孔3.工件以内孔定位
⑴工件基准面是内圆柱孔定位元件：圆柱销、锥销和心轴a.圆柱销和菱形销
b.锥销
c.圆柱心轴
d.弹性心轴
⑵工件基准面是内圆锥孔定位元件：圆锥心轴、顶尖a.圆锥心轴
b.顶尖
定位分析：
4.2.2定位误差分析及其计算方法
一.定位误差的概念及其产生的原因
结论
●定位误差只产生在采用调整法加工一批工件的情况下，若一
批工件逐个按试切法加工则不存在定位误差；
●定位误差是由于工件定位不准而产生的加工误差，它的表现
形式为工序基准相对加工面可能产生的最大尺寸或位置变动
范围，它产生的原因是工件的制造误差、定位元件的制造误
差，两者的配合间隙及基准不重合等
●定位误差由基准位置误差和基准不重合误差两部分组成，当
定位无位置变动，则基准位置误差为零，等定位基准与工序
基准重合，则基准不重合误差为零；
●定位误差的计算可化出一批工件定位可能产生定位误差的两
种极限位置，再通过几何关系求出。

二．各种定位方法的定位误差
1．平面定位时的定位误差
2．圆孔表面定位时的定位误差
⑴工件上圆孔与刚性心轴或定位销过盈配合。

定
位元件水平或垂直放置
⑵工件上圆孔与刚性心轴或定位销间隙配合。

定位元件水平或垂直放置
⑶工件上圆孔在锥度心轴或锥面支撑上定位
3.外圆表面定位时的定位误差
定位方式:定心定位和支撑定
位。

定心定位：套筒、圆柱孔
定位误差与孔定位同。

支撑定位：V型块
4.圆锥表面定位时的定位误差
定位元件：圆锥心轴或顶针
定位误差与锥孔或顶尖孔的尺寸公差TD和圆锥心轴或顶针的锥角有关
二．表面组合定位时的定位误差1.平面组合定位
2.平面与内孔组合定位
⑴平面与一个与平面垂直的内孔→一面一孔
⑵一面两孔定位
3．提高工件在夹具中的定位精度的主要措施①减少或消除基准的位置误差
●选用基准位置误差小的定位元件，如自位支撑
●合理布置定位元件在夹具中的位置:两孔一面定位→两孔距↑
●合理选取工件第一、二、三定位基准面
●提高工件定位表面与定位元件的配合精度
②消除或减少基准不重合误差
工件的夹紧及夹紧机构
1.夹紧
2.夹紧装置的组成：动力源部分、中间传动机构、夹紧元件。

3.对夹紧装置的基本要求
●保证而不是破坏定位；
●夹紧力的大小→位置不变、工件不变形；
●良好的自锁；
●操作方便、省力、效率高；成本低
●结构简单、成本低
4.夹紧力的确定
夹紧力的方向、作用点及大小
⑴夹紧力的作用方向
①夹紧力的方向应垂直于主要定位基准面
②夹紧力的方向应有利于减小夹紧力
⑵夹紧力的作用点
●应在支撑元件的支撑面内
●应作用在刚性好的部位上→不变形
●应尽量靠近切削部位
⑶夹紧力的计算
计算法、类比法
4.3.2夹紧装置：
简单夹紧装置（斜楔、螺旋、偏心、杠杆、铰链等）
复合夹紧装置
联动夹紧装置（定心夹紧同时进行）
机动夹紧装置（气动、液压、气液联合、电动、电磁）1.斜楔夹紧机构
⑴简单螺旋夹紧机构
⑵螺旋压板机构
2.偏心夹紧机构:
作用原理、几何特性和受力分析
3.定心夹紧机构
⑴弹性定心夹紧机构
⑵液体塑料定心夹紧机构
5.联动夹紧机构：
可对一个工件的几个点或对多个工件同时夹紧
6.机动夹紧机构
有气动、液压、气液联合、电动夹紧机构。

各类机床的夹具及其设计
4.4.1机床常用夹具
1.车床常用夹具
2.钻床夹具
3.镗床夹具
4.铣床夹具
4.4.2夹具设计步骤
1.专用夹具设计内容
①夹具总装图和零件图
②夹紧力的计算和夹紧机构的核算
③定位精度的分析计算
2.对夹具设计的基本要求
①保证工件的加工技术要求
②满足生产率的要求，手动？机动？
③结构简单，尽量采用标准件，工艺性好。

④夹具操作方便、便于排销，安全可靠。

3.夹具设计步骤
①分析图纸资料，明确设计任务
a.分析产品零件图：了解零件结构形状、
各加工表面的尺寸、位置精度和技术要求及毛坯情况，零件的材料、硬度及重量，生产批量和夹具需用情况。

b.熟悉零件的工艺过程：零件前一道工序
和本工序的定位基准、加工方法和要求、加工精度、表面粗糙度。

c.了解机床和刀具情况。

d.设计夹具用的国家标准和工厂标准。

②夹具结构方案设计、绘制夹具草图
a.确定定位方案
b.选择对刀元件和导向元件
c.确定夹紧方案：方式、着力点、大小
d.确定其它部分的结构型式；分度装置、
夹具体、连接方式
e.绘制结构方案的草图
③绘制夹具总图
a.确定图纸型号、布置草图
b.画出工件轮廓、定位基准面，加工表面、
夹紧面
c.画出夹具的定位元件、导向、对刀元件
d.画出夹紧机构、夹具体和其它机构
e.绘制零件编号和明细表、说明技术要求
②夹具零件图的绘制
4.实例：连杆铣槽工序的设计过程
练习五：机床夹具设计原理
一、判断题（正确的在题后括号内划“√”，错误的划“×”。

）
1．用六个支承点就可使工件实现完全定位。

2．工件夹紧变形会使被加工工件产生形状误差。

3．专用夹具是专为某一种工件的某道工序的加工而设计制造的夹具。

4．随行夹具一般是用于自动线上的一种夹具。

5．斜楔夹紧的自锁条件是：楔角口应小于两接触面摩擦角之和。

6．机床、夹具、刀具三者就可以构成完整的工艺系统。

7．采用机床夹具装夹工件，主要是为了保证工件加工表面的位置精度。

8．工件加工时，采用完全定位、不完全定位都是允许的。

9．专为某一种工件的某道工序的加工而设计制造的夹具，称为组合夹具。

10．工件以平面定位时的定位误差，只有基准位移误差。

二、多项选择题（在每小题的四个备选答案中，选出一至四个正确的答案）
1．定位误差产生的原因有（）。

A．工件定位基面的制造误差B．定位元件工作表面的制造误差C．工序基准与测量基准不重合误差D．工序基准与定位基准不重合误差2．通常哪几种机床夹具有刀具的导向元件（）。

A．车床夹具B．铣床夹具C．钻床夹具D．镗床夹具3．在机械加工中，用来确定和保持加工时工件在夹具中位置的元件有（）。

A，定位元件B．夹紧元件C．对刀—导向元件D．连接元件4．V形块上两斜面的夹角。

一般选用（）。

A．45ºB．70ºC．90ºD．120º5．通常在哪些机床夹具上不设置对刀装置？（）
A．车床B．铣床C．刨床D．磨床6．常用的夹紧机构中，自锁性能最可靠的是（）。

A．斜楔B．螺旋C．偏心D．铰链7．夹具的动力装置中，最常见的动力源是（）。

A．气动B．气-液联动
C．电磁D．真空
8．箱体类工件常以一面两孔定位，相应的定位元件应是（）。

A．一个平面、二个短圆柱销B．一个平面、一个短圆柱销、一个短削边销C一个平面、二个长圆柱销D．一个平面、一个长圆柱销、一个短圆柱销9．如图示，在圆球上铣平面，保证尺寸片，需要限制几个自由度？（）A．1个B．3个C．2个D．1个10．用双顶尖装夹工件车削外圆，限制了（）个自由度。

A．6个B．5个C．4个D．3个
11．下列哪一种定位不能采用（）。

A．完全定位B．不完全定位C．过定位D．欠定位
12．工件以平面作为定位基准面时的定位元件（）。

A．支承扳B．自位支承C．可调支承D．定位销
13．工件定位基准面为内圆柱孔时的定位元件为（）。

A．弹性心轴B．锥销C．可调支承D．定位销
14．工件定位基准面为外圆柱孔时的定位元件为（）。

A．V型块B．套筒C．三爪卡盘D．半圆柱孔
15．机床夹具中，用来确定工件在夹具中位置的元件是（）。

A．定位元件B．对刀—导向元件
C．夹紧元件D．连接元件
三、填空题
1．工件定位时，几个定位支承点重复限制同一个自由度的现象，称为。

2．V形块定位元件适用于工件以面定位。

3．定位误差由两部分组成，即基准位移误差和误差。

4．夹具的动力夹紧装置是由、中间递力机构和所组成。

5．夹具的对定包括三个方面：一是夹具的、二是夹具的。

三是分度定位。

四、应用计算题
1．用调整法钻2-φD孔、磨台阶面，试根据加工要求，按给定的坐标，用符号分别标出该两工序应该限制的自由度，并指出属于何种定位？。