第9章 机床夹具设计原理

定位和夹紧的全过程，称为工件的装夹。 定位和夹紧的全过程，称为工件的装夹。 在机床上用于装夹工件的装置，称为机床夹具。 在机床上用于装夹工件的装置，称为机床夹具。
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工件的安装
定位 工件安装 的内容 夹紧
使工件相对于机床及刀具处于正确的 位置 工件定位后，将工件紧固， 工件定位后，将工件紧固，使工件在 加工过程中不发生位置变化
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二、机床夹具的分类
机床夹具种类繁多，可按不同的方式进行分 类，常用的分类方法有以下几种。
1. 按用途分类
通 用 夹 具
通 用 可 调 夹 具
专 用 夹 具
组 合 夹 具
成 组 夹 具
拼 拆 式 夹 具
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(1)通用夹具 可在一定范围内用于加工不同工件的夹具。如车床使用的三 爪卡盘、四爪卡盘，铣床使用的平口虎钳、万能分度头等。 这类夹具已经标准化，作为机床附件由专业厂生产。其通用 性强，不需调整或稍加调整就可以用于不同工件的加工；生 产率低，夹紧工件操作复杂。这类夹具主要用于单件小批量 生产。
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2. 按使用机床分类
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
其 它 机 床 夹 具
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a）基础件 ）
b）支承件
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定位件
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19Leabharlann Baidu
a）导向件
b）压紧件 ）
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紧固件
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其它件
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合件
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BIUCO孔系组合夹具组装示意图
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三爪自定心卡盘的构造
四爪单动卡盘
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平口钳
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(2)专用夹具 专用夹具
指专为某一工件的某一道工序设计和制造的夹具。其特 点是结构紧凑、操作迅速、方便；可以保证较高加工精 度和生产率；设计和制造周期长，制造费用高；在产品 变更后，无法利用而导致报废。因此这类夹具主要用于 产品固定的大批大量生产中；对于形状和结构复杂工件 (如薄壁件)，为保证加工质量有时也采用专用夹具。
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2. 定位的不同情况举例
并非所有的情况下，工件的六个自由度都要限制。 工件定位时，影响加工要求的自由度必须加以限制，不 影响加工要求的自由度，有时可以不限制，视具体情况 而定，如考虑定位的稳定性、夹具结构简单、夹紧方便、 安全等因素。
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铣图9 铣图9-4所示工件上的通槽
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(4)组合夹具 组合夹具
由预先制造好的通用标准零部 件经组装而成的专用夹具，是 一种标准化、系列化、通用化 程度高的工艺装备。其特点是 组装迅速、周期短；通用性强， 元件和组件可反复使用；产品 变更时，夹具可拆卸、清洗、 重复再用；一次性投资大，夹 具标准元件存放费用高；与专 用夹具比，其刚性差，外形尺 寸大。这类夹具主要用于新产 品试制以及多品种、中小批量 生产中。
1.定位元件或装置：用以确定工件在夹具中的位置。 定位元件或装置：用以确定工件在夹具中的位置。 定位元件或装置 2.刀具导向元件或装置：用以引导刀具或用以调整刀 刀具导向元件或装置： 刀具导向元件或装置 具相对于夹具的位置。 具相对于夹具的位置。 3.夹紧元件或装置：用以夹紧工件。 夹紧元件或装置： 夹紧元件或装置 用以夹紧工件。 4.连接元件：用以确定夹具在机床上的位置并与机床 连接元件： 连接元件 相连接。 相连接。 5.夹具体：用以连接夹具各元件及装置，使之成为一 夹具体： 夹具体 用以连接夹具各元件及装置， 个整体，并通过它将夹具安装在机床上。 个整体，并通过它将夹具安装在机床上。 6.其它元件或装置：除上述各部分以外的元件或装置， 其它元件或装置： 其它元件或装置 除上述各部分以外的元件或装置， 如某些夹具上的分度装置。防错装置， 如某些夹具上的分度装置。防错装置，安全保护 装置等。 装置等。
第九章 机床夹具设计原理
第一讲 机床夹具的基本概念
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主要内容
机床夹具概述
机床夹具的概念 机床夹具的分类 机床夹具的作用 机床夹具的组成
Jig, Fixture and Fastening Components
工件定位的基本原理
六点定位原理 六点定位原理的应用
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四、机床夹具的组成
机床夹具虽然可以分成各种不同的类型，但它们都由 下列共同的基本部分组成。 组成
定位元件、夹紧装置、联接元件、对刀或 定位元件、夹紧装置、联接元件、 导向元件、其它装置、夹具体。 导向元件、其它装置、夹具体。
机床夹具的基本组成部分，根据其功用一般分为： 机床夹具的基本组成部分，根据其功用一般分为：
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完全定位示例分析
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0.1 A B
6 .3 6.3
Y
0 .1 B
6 0 - 0 .2
0
6.3
2 0 ± 0 .0 5
A
3 0 ± 0 .1
X
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3. 六点定位原理
总之，工件在夹具中的定位，就是工件在未夹紧之前，为了 达到工序规定的加工要求，适当地限制某些对加工要求产生 影响的自由度，使同一批工件在夹具中占有一个确定的正确 加工位置。 由上述分析可以得出如下结论：
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3. 减轻工人的劳动强度，保证安全生产 有些工件，特别是比较大的工件，调整和夹紧很费力气， 而且注意力要高度集中，很容易疲劳；如果使用夹具，采 用气动或液压等自动化夹紧装置，既可减轻工人的劳动强 度，又能保证安全生产。
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4. 扩大机床的使用范围 实现一机多用，一机多能。如在铣床上安装一个回转台或 分度装置，可以加工有等分要求的零件；在车床上安装镗 模，可以加工箱体零件上的同轴孔系。
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3. 按动力源分类
手 动 夹 具
气 动 夹 具
液 压 夹 具
气 液 增 压 夹 具
电 动 夹 具
磁 力 夹 具
真 空 夹 具
离 心 力 夹 具
其 它
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三、机床夹具在机械加工中的作用
作用
作用：保证加工精度，提高生产率，扩大 作用：保证加工精度，提高生产率， 机床工艺范围，减轻工人劳动强度。 机床工艺范围，减轻工人劳动强度。
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一、工件的定位夹紧与机床夹具 工件的定位夹紧与机床夹具
在机床上加工工件时， 在机床上加工工件时，为了保证加工精度和提高生产效 必须使工件在机床上相对于刀具占有正确的位置， 率，必须使工件在机床上相对于刀具占有正确的位置， 这个过程称为定位。 这个过程称为定位。 为了使工件已经获取的正确位置在切削过程中因切削力、 为了使工件已经获取的正确位置在切削过程中因切削力、 惯性力、重力等外力作用不被破坏， 惯性力、重力等外力作用不被破坏，必须对工件施加夹 紧力，该过程称为夹紧。 紧力，该过程称为夹紧。
为保证槽底面与A面的平行度和尺寸两项加工要求，必须 三个自由度； 限制 、 、 为保证槽侧面与B面的平行度和尺寸30±0.1mm两项加工 要求，必须限制 、 两个自由度； 至于 ，从加工要求的角度看，可以不限制。
因此，在此情况下，限制工件的五个自由度就可以保证 工序的加工要求。
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(3)成组可调夹具 成组夹具 成组可调夹具(成组夹具 成组可调夹具 成组夹具)
指在成组工艺的基础上，针对某一组零件的某一工序而专门 设计的夹具。 在多品种小批量生产中，通用夹具的生产率低，加工精度不 高，采用专用夹具不经济。这时，可采用成组可调整的“专 用夹具”。其特点是在专用夹具的基础上少量调整或更换部 分元件即可用于装夹一组结构和工艺特征相似的工件，如滑 柱式钻模和带可调换钳口的平口钳等夹具。这类夹具主要用 于成组加工中，用于多品种、中小批量生产。
找正安装 安装的 方法 专用夹具安装
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用夹具装夹工件
概念： 概念： 将工件直接安装在夹具的定位元件上的方法 特点： 特点： 工件在夹具中的正确定位， ①工件在夹具中的正确定位，是通过工件上的定位基准 面与夹具上的定位元件相接触而实现的。因此， 面与夹具上的定位元件相接触而实现的。因此，不再需 要找正便可将工件夹紧。 要找正便可将工件夹紧。 由于夹具预先在机床上已调整好位置，因此， ②由于夹具预先在机床上已调整好位置，因此，工件通 过夹具相对于机床也就占有了正确的位置。 过夹具相对于机床也就占有了正确的位置。 通过夹具上的对刀装置， ③通过夹具上的对刀装置，保证了工件加工表面相对于 刀具的正确位置。 刀具的正确位置。
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自由度的概念
一个尚未定位的工件是一个自由物体，其空间位置是不确 定的。一个自由物体的空间位置不确定性，称为自由度。 在空间直角坐标系中描述工件的 位置不确定性，如图9-2所示：一 个自由工件具有六个自由度。
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6个自由度的表达
工件沿X、Y、Z轴方向的位置不确 定性，称为沿X、Y、Z轴的位移自 由度，用 、 、 表示； 绕X、Y、Z轴的角位置不确定性， 称为绕X、Y、Z轴的旋转自由度， 用 、 、 表示。 而一个自由工件在空间的不同位置，就是这六个自由度不同 状态的综合结果。
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机动夹具的组成
1-夹具体 2-液压缸 3-压板 4-对刀块 5-V形架 6-圆柱销 7-定向键
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五、工件定位的基本原理
1. 定位的目的与实现
工件在夹具中定位的目的是使同一工序的一批工件都能在夹 具中占据正确的位置。工件位置正确与否，用加工要求来衡 量，一批工件逐个在夹具上定位时，各个工件在夹具中占据 的位置不可能绝对一致，但各个工件的位置变动量必须控制 在加工要求所允许的范围内。 工件的定位应解决两方面的问题： 一是工件位置的“定与不定”问题，使工件在宏观上得到定 位； 二是工件位置的“准与不准”问题，即定位精度问题。 六点定位原理讨论工件在加工之前其位置“定与不定”问题。
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定位支承点
要使工件在空间占据完全确定的位置，就必须限制工件的 六个自由度。 如果按图9-3所示设置六个支承点，工件的三个面分别与这 些点接触，工件的六个自由度便都被限制了。 这些用来限制工件自由度的固定点，称为定位支承点。 通常把工件的某个表面限制的自由度数抽象为相应的定位 支承点数。 52
(1)一个工件在空间可以有六个独立的运动，即在空间有六个自由度， (1)一个工件在空间可以有六个独立的运动，即在空间有六个自由度， 一个工件在空间可以有六个独立的运动 即 、 、 和 、 、 。 (2)采用 个按一定规则布置的不重复作用的约束点，可以限制工件的6个自由度。 采用6 不重复作用的约束点 (2)采用6个按一定规则布置的不重复作用的约束点，可以限制工件的6个自由度。 (3)工件定位时 需要限制的自由度的数目， 工件定位时， (3)工件定位时，需要限制的自由度的数目，是由工件在该工序的加工要求所确 定的。独立定位支承点总数，应不少于工件加工时必须限制的自由度数目。 定的。独立定位支承点总数，应不少于工件加工时必须限制的自由度数目。
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新型数控夹具与组合夹具
孔系组合夹具
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夹具体元件
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新型数控夹具体
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槽系组合夹具
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(5)自动化生产用夹具 主要有随行夹具(自动线夹具)。在自动线上，随被装夹 的工件一起由一个工位移到另一个工位的夹具，称为随 行夹具。它是一种移动式夹具，担负装夹工件和输送工 件两方面的任务。
机床夹具是机械加工必不可少的工艺装备。
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1. 稳定保证加工质量 采用夹具后，工件各加工表面间的相互位置精度是由夹具 保证的，而不是依靠工人的技术水平与熟练程度，所以产 品质量容易保证。
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2. 提高劳动生产率 使用夹具使工件装夹迅 速、方便，从而大大缩 短了辅助时间，提高了 生产率。特别是对于加 工时间短、辅助时间长 的中、小零件，效果更 为显著。