最新机床夹具设计原理

（3）扩大机床工艺范围。例如在普通车床或摇臂钻床上使用镗削夹 具，就可以代替镗床对工件进行镗削加工。又例如使用靠模夹具，可在车 床或铣床上进行仿形加工。 （4）改善工人劳动条件。使用夹具后，可使装卸工件方便、省力、安 全。如采用气动、液压等机动夹紧装置，可以大大减轻工人劳动强度，保 证安全生产。
4.2
在实际夹具中，工件的定位是通过工件上的定位基面和夹具上定位 元件的定位表面相接触或配合来实现的。
4.2
工件定位的基本原理
4.2.2 六点定位原理的应用 在实际生产中，应用六点定位原理对工件进行定位分析时，常有以 下几种情况。 1．完全定位 工件的6个自由 度全部被限制而在夹 具中占有完全确定的 唯一位置，称为完全 定位。
4.2
工件的定位就是采取 一定的约束措施来限制自 由度，通常可用如图 4．2(b)所示的6个支承约 束的方法来描述。图中工 件以平面A、B、C为定位 基准，其中：
绕Ｙ轴转动3个自由度；
工件定位的基本原理
4.2.1 六点定位原理
图4．2 工件六点定位原理
* 工件的底面B放置在三个不共线的支承上，消除了工件沿Ｚ轴移动、绕Ｘ轴转动和 * 侧面Ａ靠在两个支承上，消除了工件沿Ｙ轴的移动和绕Ｚ轴的转动两个自由度； * 端面Ｃ与一个支承接触，消除了沿Ｘ轴移动一个自由度。
4.1
机床夹具概述
返回(固定式钻模) 返回(固定式钻模板)
4.1.3 机床夹具的组成
如图4.1(a)为某轴套工件， 其要求加工φ6Ｈ7孔并保证轴 向尺寸φ37.5±0.02。图4.1(b) 为其钻床夹具，工件以内孔及 端面为定位基准，通过夹具上 的定位销６及其端面即可确定 了工件在夹具中的正确位置。 拧紧螺母５，通过开口垫圈４ 可将工件夹紧，然后由装在钻 模板３上的快换钻套１导引钻 头进行钻孔。
4.3
定位方式与定位元件
4.3.1 工件以平面定位
工件以平面作为定位基准时，通常根 据其限制自由度的数目，分为主要支承面、 导向支承面和止推支承面，如图4.6所示。
* 限制工件三个自由度的定位平面称为主
4.2
4．过定位
工件定位的基本原理
4.2.2 六点定位原理的应用
工件的一个或几个自由度被不同的定位元件重复限制的定位称为 过定位。过定位分两种情况 。
(1) 当工件的一个或几个自由度被重复限制，并对加工产生有害影 响的重复定位，称为不可用过定位 。 (2) 当工件的一个或几个自由度被重复限制，但仍能满足加工要求， 不但不会产生有害影响，反而可增加工件装夹刚度和稳定性的定位，称 为可用过定位 。
（3）通用可调夹具和成组夹具 （4）组合夹具 （5）随行夹具
4.1
机床夹具概述
4.1.2 机床夹具的分类 2）按使用的机床分类 按所使用的机床不同，夹具可分为车床夹具、铣床夹具、钻床夹 具、镗床夹具、磨床夹具、齿轮机床夹具和其他机床夹具等。 3）按夹紧动力源分类 根据夹具所采用的夹紧动力源不同，夹具可分为手动夹具、气动 夹具、液压夹具、气液夹具、电动夹具、磁力夹具、真空夹具等。
（4）夹具体
（5）连接元件
（6）其它装置
图4.1
钻床夹具
以上这些组成部分，并不是对每种机床夹具都是缺一不可的，但是，定位元 件、夹紧装置和夹具体作为夹具的基本组成部分，一般来说是不可缺少的。
4.1
机床夹具概述
4.1.4 机床夹具的功能 （1）保证工件的加工精度，稳定产品质量。机床夹具的首要任务是 保证加工精度，特别是保证被加工工件的加工面与定位面之间以及被加工 表面相互之间的尺寸精度和位置精度。使用夹具后，这种精度主要靠夹具 和机床来保证，不再依赖于工人的技术水平。 （2）提高劳动生产率、降低成本。使用夹具后可减少划线、找正等 辅助时间，而且易于实现多件、多工位加工。在现代夹具中，广泛采用气 动、液压等机动夹紧等装置，还可使辅助时间进一步减小。因而可以提高 劳动生产率、降低生产成本。
4.2
4．过定位
工件定位的基本原理
4.2.2 六点定位原理的应用
由以上例子可以看出，过定位会产生下列不良后果： (1) 可能使定位变得不稳定而使定位精度下降 ； (2) 可能使工件或定位元件受力后产生变形； (3) 导致部分工件不能顺利地与定位件配合,即可能阻碍工件装入夹具中,造成干涉。 消除或减少过定位的方法主要有： (1) 提高工件定位基准之间及定位元件工作表面之间的位置精度，减少过定位对加 工精度的影响，使不可用过定位变为可用过定位； (2) 改变定位方案，避免过定位。改变定位元件的结构，如圆柱销改为菱形销、长 销改为短销等；或将其重复限制作用的某个支承改为辅助支承（或浮动支承）。 在某些情况下,过定位不仅是允许的,而且还会带来一定的好处,特别在精加工和装配 中,过定位有时是必要的。例如在加工长轴时,为了增强刚性、减少加工变形,也常常采 用过定位的定位法，即将长轴的一端用三爪卡盘定心夹紧，而另一端又用尾顶尖顶住。
图4．3 完全定位
如图４.３所示加工工件上的不通槽，为保证槽底面与工件底面的平 行度与尺寸A，必须限制工件上 、 3个自由度；为保证槽侧面与工 件侧面的平行度和尺寸B，必须限制 两个自由度；为保证槽的长度 尺寸C，必须限制 ，这样工件的６个自由度都被限制了。
4.2
2．不完全定位
工件定位的基本原理
4.2.2 六点定位原理的应用
图4.1 钻床夹具 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
4.1
4.1.3
机床夹具概述
从图中可以看出，夹具一般由以下几部分组成。 （1）定位元件及定位装置 （2）夹紧装置 （3）对刀与导引元件
用于将工件夹紧压牢，保 用于确定刀具在加工前正确 夹具体是用于联接或固定夹 它与工件的定位基面相 确定夹具在机床上 有些夹具根据工件的加 证工件在加工过程中，不致受 位置的元件称为对刀元件，如铣 具上各元件及装置，使其成为一 接触，用于确定工件在夹具 正确位置的元件。如定 工要求，还设有分度机构、 外力影响改变位置，同时能防 床夹具上的对刀块、塞尺等。用 个整体的基础件。它与机床有关 中的正确位置。如图 4.1中的 位键、定位销及紧固螺 靠模装置、上下料装置、安 止或减少振动。如图 4.１中的 部件进行联接、对定，使夹具相 机床夹具的组成 于确定刀具位置并导引刀具进行 定位销６，它使工件在夹具 栓等。 全防护装置等。 螺母５和开口垫圈４等。 加工的元件称为导引元件，如图 对机床具有确定的位置，如图 4. 中占据正确位置。 4. １中的快换钻套１。 １中的夹具体７。
第4章
4.1 4.2 4.3 4.4 4.5 4.6 4.7
机床夹具设计原理
机床夹具概述 工件定位的基本原理 定位方式与定位元件 定位误差的分析与计算 工件在夹具中的夹紧 典型机床夹具 机床夹具的设计步骤
4.1
机床夹具概述
4.1.1 工件装夹的基本概念 在机床上加工工件时，为使工件在该工序加工表面能达到规定 的尺寸与形位公差要求，在开动机床进行加工之前，必须首先使工 件在机床上占有正确的加工位置，这一过程称为工件的定位。 工件在定位之后还不一定能承受外力的作用。为了使工件在 加工过程中不致因外力（切削力、惯性力、重力）的作用而破坏其 正确位置，还必须对工件施加夹紧力，这一过程称为夹紧。 工件的装夹，就是在机床上对工件进行定位和夹紧。其目的就是 使工件在加工过程中始终保持其正确的加工位置，以保证达到加工要 求。机床上用来装夹工件的工艺装备，称为机床夹具，简称夹具。
图4．４ 不完全定位
从上面的分析可知，工件定位时，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，有时可以不限制，在实际生产中不完全定位普遍存在。
4.2
3．欠定位
根据工件的加工要求，应 该限制的自由度没有完全被限 制的定位称为欠定位。欠定位 无法保证加工要求，因此，在 确定工件在夹具中的定位方案 时，决不允许有欠定位的现象 产生。
4.1Biblioteka 机床夹具概述4.1.2 机床夹具的分类
机床夹具种类繁多，分类的方法也有多种，一般可按其应用的范围、使 用的机床和夹紧动力源进行分类。 组合夹具是指按零件的加工要求， 其特点是夹具的部分元件可以更 随行夹具是一种在自动线上或柔性 专用夹具是指专为某一工件的某一工序 通用夹具是指已经标准化的，在一定范 由预先制造好的通用标准元件和部件组 换，部分装置可以调整，以适应不同 制造系统中使用的夹具，工件安装在随 而专门设计的夹具，因其用途专一而得名， 1）按夹具的应用范围分类 围内可用于加工不同工件的夹具。例如，车 装而成的专用夹具，是一种标准化、系 零件的加工。用于相似零件成组加工 行夹具上，除完成对工件的定位和夹紧 其特点是结构紧凑，操作迅速、方便、省力， 床上常用的三爪自定心卡盘、四爪单动卡盘 列化、通用化程度高的工艺装备。其特 的夹具，通常称为成组夹具，通用可 外，还载着工件随输送装置送往各机床， 可以保证较高的加工精度和生产效率，但设 （1）通用夹具 和顶尖，铣床上的平口虎钳、万能分度头和 点是灵活多变、通用性强、制造周期短、 调夹具与成组夹具相比，加工对象不 并在各机床上被定位和夹紧，完成不同 计制造周期较长、制造费用也较高。主要适 回转工作台，平面磨床上的电磁吸盘等均属 元件和部件可反复使用。 很明确，适用范围更广。 工序的加工。 用于产品固定且批量较大的生产中。 （2）专用夹具 此类夹具。
4.2
工件定位的基本原理
4.2.2 六点定位原理的应用
4．过定位
图4．5 连杆大头孔加工时工件在夹具中的定位
如图4．5所示的连杆定位方案，长销限制了 、 4个自由度，支承板 限制了 、 3个自由度，其中 被两个定位元件重复限制，这就产生了过定 位。当连杆小头孔与端面有较大的垂直度误差时，夹紧力F将使长销弯曲或使连杆 变形，见图4.5(ｂ)、(ｃ)，造成连杆加工误差，这时为不可用过定位。若采用图4.5 （ｄ）所示方案，将长销改为短销，就不会产生过定位。
* 工件每次都放置在与6个支承相接触的位置，从而使每个工件得到确定的位置，一
批工件也就获得了同一位置。在分析工件定位时，由于每个支承与工件接触的面积很 小，可以抽象为一个点，因此，可用一个支承点限制工件的一个自由度。
4.2
工件定位的基本原理
4.2.1 六点定位原理
图4．2 工件六点定位原理
从以上分析可知，用合理分布的6个支承点限制工件的6个自由度， 其中每个支承相应地限制一个自由度，使工件在夹具中的位置完全确定， 这个原理称为“六点定位原理”，简称“六点定则”
任何一个工件在 夹具中未定位之前， 都可以看成是空间直 角坐标系中的自由物 体，即其空间位置是 不确定的，可以有６ 个独立的运动。
工件定位的基本原理
4.2.1 六点定位原理
图4．2 工件六点定位原理
以图4.2(a)所示的长方体为例，它在直角坐标系OXYZ中可以有3个 平移运动和3个转动。即沿 Ｘ，Ｙ，Ｚ3个坐标轴的平移运动，记 为 ；绕Ｘ，Ｙ，Ｚ3个坐标轴的转动，记为 。通常把上述6 个独立运动称为6个自由度。要使工件在某个方向上有确定的位置，就 必须限制工件在该方向上的自由度，当６个自由度完全被限制后，工件 在空间的位置就被确定了。
工件定位的基本原理
4.2.2 六点定位原理的应用
图4．４ 不完全定位
如铣削图4．4所示零件上的通槽时，应该限制 3个自由度以保证槽底 面与A面的平行度及尺寸 两项加工要求；应该限制 两个自由度以保 证槽侧面与B面的平行度及尺寸30±0.1ｍｍ两项加工要求； 自由度不影响通槽加 工，可以不限制。如果 没有限制， 就无法保证；如果 或 没有限 制，槽底与A面的平行度就不能保证 。 由于欠定位不能保证工件的加工精度要求，所以，在确定工件加工中是决不允许的。
在有些情况下，根据加工工艺的要求，有些自由度可以不予限制。例如，车削 外圆时只需限制4个自由度，沿轴向的移动和绕轴线的转动两个自由度可以不限制； 磨平面时则只需限制3个自由度。我们把这种工件被限制的自由度少于6个，但能够 保证加工要求的定位称为不完全定位 。
如铣削图4．4所示工 件上的通槽时，沿Y轴的移 动自由度 无需限制。因 为，加工一批工件时，即 使各个工件沿Y轴的位置不 同，也不会影响加工精度。