机械制造工艺学 第二章 机床夹具设计原理

第二章机床夹具设计原理机床夹具是一种能够使工件按一定的技术要求准确定位和牢固夹紧的工艺装备，它广泛地应用于机械加工工艺过程中。

正确地设计并合理地使用机床夹具，是保证加工质量和提高效率，从而降低成本的重要技术环节之一，同时也是扩大各种机床使用范围必不可少的手段，因此机床夹具设计是“机械制造工艺学”中研究的重要问题之〇本章涉及的内容有；机床夹具的作用和组成；机床夹具的分类，工件在夹具中的定位；工件在夹具中的夹紧；夹具的对定及其他组成；各类机床夹具。

学习要求：了解机床夹具的分类及组成；掌握工件的六点定位原理及其应用，典型定位方式和定位元件，定位误差的分析与计算，了解夹紧装置的作用，组成和基本要求；掌握典型夹紧机构的作用原理和特点；掌握夹具的定位方式，对刀装置和孔加工刀具的导向装置；掌握各类机床夹具的特点及设计要点。

本章的重点是：工件在夹具中的定位；定位误差的分析计算。

难点是定位误差的分析计算。

第二章机床夹具设计原理第二章机床夹具设计原理件5体卜窝SiP夹具 具 第一节机床夹具概述夹具一一机械制造过程中，凡用来固定加工对象，使之占有正确的位 置以接受加工或检验的装置。

例如：焊接夹具、热处理夹具、检验夹具、 装配夹具。

机床夹具——机加工时在金属切削机床上用的夹具。

1. 机床夹具及其组成看教材p 90的例子，并讲解。

通过本例，可看出夹具的基本组成部分有：，I I 定^^nr 难机构|其它机床夹具组成框图(1) 定位组件一一用来确定工件在夹具中位置的组件(2) 夹紧装置——用来把工件紧固在被定位组件所确定的位置上，防 止组件产生位移。

(3) 夹具体——将各组件和装置装于其上，称为整体的基础件。

(4) 对刀或导向组件——用于确定夹具相对于刀具的位置。

(5) 连接元件一一确定夹具在机床上的位置并与机床相连接。

(6) 其它机构和组件除上述各部分以外的机构和组件。

如分度装置——在一次装夹中，使工件变更加工位置的分度、对定和锁紧装置。

固定夹具的定位和夹紧装置，汽缸，油缸等。

(1) ，（2), (3)，（4)必须有（5)，（6)可有可无，视具体需要定。

2.夹具的分类按通用程度1) 通用夹具——如三爪，四爪卡盘，平口虎钳，回转工作台。

特点：通用性强，适用性宽（单，小常用，成批和大量也有用）一般已标准化，有专门的专业工厂生产，常作为机床的标准附件提供给用户。

2) 专用夹具——针对某一工件，某一工序专门设计制造的。

特点：用途专一，结构紧凑，功能齐全，操作方便；费用高，精度高, 适用于大批量生产。

3) 通用可调夹具和成组夹具。

可调夹具——部分组件可调整和更换，加工对象不明确，适用范围更广。

成组夹具——用于相似零件的成组加工，针对性强，结构紧凑，更方便。

4) 组合夹具——（积木式夹具）用一套完全标准化的组件，根据加工要求拼装而成。

特点：灵活多变，万能性强，制造周期短，组件可重复，一套零件成本很高。

（精度，耐磨性，表面质量要求很高）一般不自备，，而到组合夹具站租用。

第二章机床夹具设计原理按使用特点分类夹具分类表铁床夹具气动夹具真空夹具S它机料机床夹具齿轮加H5) 随行夹具一种在自动线或柔性制造系统中使用的夹具。

按工种可分为：车床，铣床，钻床夹具等。

按动力来源分：手动，气动，液压，电动，磁力，真空等。

3.夹具的功用1) 保证加工质量。

这时夹具的首要任务，主要保证位置精度。

使用夹具后这种精度主要靠夹具机床保证，不再依赖技术水平。

2) 提高生产率，降低成本，节省划线，找正等辅助时间。

可实现多件，多任务位加工，采用自动夹紧装置，可大大提高生产率，降低成本。

3) 扩大机床工艺范围。

如可用机，钻床代替镗床。

用靠模夹具在车床铣床进行仿形加工。

4) 减轻工人劳动强度，保证生产安全。

夹具费用分摊到产品成本中，所以在单件小批生产中，一般不使用专用夹具，在大批量生产中，广泛采用专用夹具。

第二节工件在夹具中的定位工件在夹具中的定位，就是使同一工序中的所有工件都能在夹具中占据正确的位置。

什么是正确位置？就是能不能满足加工要求。

能，正确；不能，错误。

当然，正确不是绝对一致，而是控制在一定允许的范围。

一.常用定位方法和定位元件基本要求（定位元件）f足够的精度，过低不能保证要求，过高增加成本，耐磨性好，足够的强度与精度，工艺性好（便于制造，装配和维修）便于清除切削，I基本上都已标准化，规格化，设计时可从手册中查到。

(一）工件的平面定位是最常用的定位方式之一，根据能否起消除自由度作用分为1)基本支承（消除，起定位作用）；2)辅助支承（不消除，不起定位作用)第二章机床夹具设计原理基本支承根据能否调整分为：(1) 固定支承（不能调整，不能浮动），有支承钉支承板，f平头支承钉、球头Y毛表面，不易清除切削，用于侧面、齿纹形J一般和夹具体为过盈配合。

如需更换，加衬套，并做成通孔。

衬套与夹具体一般为过盈配合H7/r6, H7/n6 衬套内径与支承钉一般为过渡配合H7/js6 支承板j•开槽1不开槽一一不易清除切削，用于侧面安装支承板时，可在装配后终磨，否则，对等高性要求要严格规定。

(2) 可调支承，于在同一夹具加工形状相同，尺寸不同的工件，在加工一批工件前调整，锁紧后相当于固定支承。

(3) 自位支承（浮动支承）如球面三点式，摆动杠杆两点式，滑动杠杆两点式，虽自位支承各支承点可变，但各点连线或连线的中心位置不变，实际仍起一个支承点的作用。

由于结构复杂，稳定性差，多与固定支承联合使用。

常用于毛坯表面，断续表面，阶梯表面的定位及有角度误差的平面定位。

2)辅助支承，不起定位作用，严格说并不是定位元件主要是为增加工艺系统的刚度，辅助支承不起定位作用，每次卸下工件后必须松开装上工件后再调整和锁紧。

第二章机床夹具设计原理(二）工件的圆孔定位-心轴定位元件j定位销I锥销等1) 心轴，用于盘、套、齿轮等零件，保证与孔的位置精度f刚性^液性塑料\ 在夹紧机构中讲、弹性丄「过盈配合心轴刚性心轴j间隙配合心轴L小锥度心轴K = 1:1000〜1:5000心轴为四点定位，（通常限制了工件除绕自身轴线转动和沿自身轴线移动以外的四个自由度）。

2) 定位销其结构与尺寸有关参看教材p94\95图讲解。

一般现在2个移动自由度。

如只需限制1个自由度，采用削边销；圆锥销限制3个自由度(三）工件的外圆定位 -定心定位两种形式<、支承定位可用套筒（圆孔)、半圆孔、支承钉、支承板等定位，也常用三爪卡盘，弹簧夹头等装夹。

但广泛采用V形块做定位组件,特点：a.对中性好b .既可用于完整圆柱，也用于非完整圆柱。

9 0度V 形块的典型结构和尺寸均已标准化，可选用，若需设计，应 确定主要参数N ，H ，T 。

H ——高度，N ——宽度，T ——对直径为D 的标准心轴的定位高度（可按T +D /2测量V 形槽的 定位精度）。

如图：有长短之分： 长一- 四点定位短-两点定位（毛表面只用短的） 固定活动之分：固定活动一——单点定位，只消除一个自由度。

夹角有6 0度， 9 0度，1 2 0 度。

T-H = OE-CE 第二章机床夹具设计原理 9O E = D 2 sin ^ C E =_ … if D N 、2^2sin a/2 2tga/2 )A =90 度时 T -H =0.0707D -0.5NN 决定槽的大小，影响工件在V 形块上的高度。

—般取 T -H = (0.14〜0.16) D ，D 已知，可计算出T -H ，由此可计算出NH 决定工件在夹具中的高度，也影响V 形块的强刚度，一般取H =(0.5〜1.2) DH ，D ，N 算出后，可求出T ，当a =90度时，T =0.707D 〜0.5N +H 。

(四） 工件以其它表面定位参看教材p 96〜97中的例子注意：小锥度心轴和锥度心轴是有区别的，一个限制四个自由度，一 个限制五个自由度。

(五） 定位表面的组合实际生产中经常遇到的不是单一表面定位，而是几个定位表面的组合。

常见的定位表面组合。

有平面与平面的组合，平面与圆孔的组合，平面与 外圆表面的组合，平面与其它表面的合，锥面与锥面的组合等。

在多个表面同时参与定位的情况下，各面在定位中所起的作用有主次 之分。

一般称定位点数最多的定位表面为第一定位基准面或主要定位面或 支承面，对于定位点数次多的定位表面称为第二定位基准面或导向面，对于定位点数为1的定位表面称为第三定位基准面或止动面。

在分析多个表面定位情况下各表面所限制的自由度时，分清主次定位面是很有必要的。

如双顶尖定位的轴类零件在机床前后顶尖上定位的情况，应首先确定前顶尖所限制的自由度，它们是无、？和芝，然后再分析后顶尖所限制的自由度。

，孤立地看，由于后顶尖在Z方向可移动，因此只限制X 和？两个自由度。

但若与前顶尖一起考虑，则后顶尖实际限制的是工件无和f两个自由度。

在加工箱体类零件时经常采用一面两孔组合(一个大平面及与该平面相垂直的两个圆孔组合)定位，夹具上相应的定位元件是一面两销。

一面两孔定位是组合表面定位中最广泛应用的一种。

组合表面定位，要特别注意正确处理过定位的问题，以一面两孔为例，定位面为一面两孔，定位组件常用的是支承板和两个销。

由于工件两孔与夹具两销的距离都有误差，虽孔和销属于间隙配合，有一定的间隙Xi，X2但当T lk+T lx> △lmax+ A2max时，在极限状态下就会妨碍部分工件的安装。

解决的方法有两种：(1) 仍用两个圆柱销，必须减小另一个销的直径，d’max取多大，经计算：d 2max—D2min_Tlk_Tlx+ 么lmin缩小一个定位销的直径虽能实现工件的顺利装卸，但增加了工件的转角误差，只能在加工要求不高时使用.用什么方法能实现顺利装卸，又不增加转角误差呢？最后得:(2)—圆柱销与一菱形销（销边销)菱形销的宽度可以通过简单的几何关系计算导出，参看教材p97〜98的内容。

孔的最小直径；A2min—菱形销与配合孔的最小间隙；T,k——工件上两孔中心距公差；T lx—夹具上两销中心距公差；A lmin——圆柱销与配合孔的最小间隙。

定位组件的设计步骤（以例子讲解）1) 确定两销中心距及公差（取孔心距1/5—1/3)销心距57±0.02mm2) 确定圆柱销的尺寸及公差3) 确定削边销的宽度、直径及公差削边销还可用两面一孔等定位。

教材上有几处错误：1) b应取4mm;2) 确定削边销的宽度、直径及公差中的h6和h7，应为IT6和IT7。

第二章机床夹具设计原理二.定位误差的计算1. 定位误差是由于工件在夹具上定位不准确所引起的加工误差）在采用调整法加工时产生的）。

产生加工误差的原因很多。

其中有一部分与夹具的设计，制造，安装和使用等有关，一般可用：^ 尸 A dw+ A jj+ A w+ ^ dy+ ^ jmAj与夹具有关的误差。