第六章 机床夹具设计
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第六节 机床夹具设计步骤和方法
②钻套与衬套的最大配合间隙:0.033；配合尺寸
③钻套内孔与外圆的同轴度误差假定为：0.012mm；
26
F7 m6
④采用钻套引导刀具时，刀具引偏量可按式(6-22)计算
max H 48 0.028 e ( h R) ( 12 18) 0.0315 2 H 2 30
该值稍小于 2/3 的零件相应公差 (0.05/18) ，即为 (0.033/18) ， 夹具勉强可用。
△o＝(0.052＋0.022＋0.0332＋0.0122＋0.03152)1/2≈0.072 [＞(2/3)T=0.067]
举例：对图2-84e所示夹具精度进行验算 B两孔平行度要求0.05
1)定位误差： △不＝0，只有△基，即工件定位孔轴线对夹具心轴轴线的最 大偏转角 1 max 0.045 定( ) 基( ) H1 36
举例：对图2-84e所示夹具精度进行验算 A工件上两孔中心距120±0.05mm
0.025 H 7( 0 ) 36 0.009 g 6( 0.025 )
1)定位误差： △不＝0 △定＝△定＋△基＝△基＝ △1max＝ 0.05mm 2)夹具制造与安装误差 ①钻模板衬套轴线与定位心轴轴线距离误差：土0.01mm
比例尽量取1∶1，主视图应取操作者实际工作位置 1)用双点划线画出工件轮廓(将工件视为透明体)，并画出被加 工面、定位基准面、夹紧力方向与作用位置；
2)画出定位元件及刀具引导元件；
3)按夹紧状态画出夹紧元件及夹紧机构；
4)绘制夹具体和其它元件，将夹具各部分连成一体； 5)标注必要的尺寸、配合，技术条件； 6)对零件进行编号，填写零件明细表和标题栏。
三、夹具设计中的几个重要问题 ㈢夹具结构工艺性分析
第六章 机床夹具设计
自由度：支承平面限制x、y转动自由度和z移 动自由度 圆柱销限制x、y移动自由度 菱形销限制z转动自由度。
第六章 机床夹具设计
两销的设计：（P223）
已知条件为工件上两圆柱孔的尺寸及中心距 （D1、D2、Lg及 其公差 ）
（1）确定夹具上两定位销的中心距Lx （2）确定圆柱销直径d1及其公差 （3） 确定菱形销的直径d２、宽度b（表6－2）及公差
第六章 机床夹具设计
1、平面定位基准
（1）粗基准定位：以未经机 械加工的平面定位
一般选三个圆头支撑钉， 呈三角分布（图6-11）
将以支撑钉做成可调整的 结构（图6-12）
自动调节支承 ：有时定位 表面为断续表面、阶梯表 面或有某些缺陷时，可将 支承钉做成图6-13所示的 浮动支承，自动调节支承 的采用，不增加点的定位 副数
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
第六章 机床夹具设计
机床夹具应满足的要求
（1）保证加工精度 这是必须做到的最基本要求。其关键是正确的定位、夹紧
⑵平面和长孔的组合基准的定位设计 1) 平面作第一定位基准时
较大的支承板与平面基准接触， 限制三个自由度
短圆柱销或浮动圆锥销限制两 个自由度。
采用长定位销将会发生过定位 现象
（图a） 2)圆柱销作第一定位基准时
平面支承采用球面浮动结构 （图b）
平面支承面的接触面尽可能减 小 (图c)
成组夹具
磁力夹具、真空夹具等
第六章 机床夹具设计
两销的设计：（P223）
已知条件为工件上两圆柱孔的尺寸及中心距 （D1、D2、Lg及 其公差 ）
（1）确定夹具上两定位销的中心距Lx （2）确定圆柱销直径d1及其公差 （3） 确定菱形销的直径d２、宽度b（表6－2）及公差
第六章 机床夹具设计
1、平面定位基准
（1）粗基准定位：以未经机 械加工的平面定位
一般选三个圆头支撑钉， 呈三角分布（图6-11）
将以支撑钉做成可调整的 结构（图6-12）
自动调节支承 ：有时定位 表面为断续表面、阶梯表 面或有某些缺陷时，可将 支承钉做成图6-13所示的 浮动支承，自动调节支承 的采用，不增加点的定位 副数
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
第六章 机床夹具设计
机床夹具应满足的要求
（1）保证加工精度 这是必须做到的最基本要求。其关键是正确的定位、夹紧
⑵平面和长孔的组合基准的定位设计 1) 平面作第一定位基准时
较大的支承板与平面基准接触， 限制三个自由度
短圆柱销或浮动圆锥销限制两 个自由度。
采用长定位销将会发生过定位 现象
（图a） 2)圆柱销作第一定位基准时
平面支承采用球面浮动结构 （图b）
平面支承面的接触面尽可能减 小 (图c)
成组夹具
磁力夹具、真空夹具等
机械制造工艺学第六章机床夹具设计
优点：转角定位误差小 b——菱形销宽度
b D22min Tlk Tlx1min
菱形销的设计步骤（尺寸标准化，表6－1）
（1）确定两销中心距尺寸及其公差（Tlk为已知） （2）按孔的最小尺寸确定圆柱销基本尺寸，其
公差一般取g6或f7。
（3）确定菱形销：
按公式6-2计算， 按表6-1选取b，其公差一
其201它9/9/1分5 类方式：按机床分类，按动力源分类等。
三、机床夹具的功用 （1）保证加工质量（精度） （2）缩短辅助时间，一般有T基+T辅>75%T
单 （3）扩大机床使用范围 （4）改善劳动条件
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第二节工件在夹具的定位
一、常用定位方法与定位元件
1.工件以平面定位
（1）固定支承（图6－2）支承钉、支承板 （2）可调支承（图6－3）——在一批零件的加
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0101 2D m a1 2d xm i1 n 23
1——孔公差TD/2 3——销公差Td/2 2——最小配合间隙，△min/2 （按极值法计算）
2019/9/1销水平安 放）
（销水平放置时，工件自重使销的上母线与孔 的上母线单边接触。）
(常用标准螺距的螺栓)
Ts——作用力矩 (N·cm)
kt 3~5(cm 1)
螺旋夹紧机构特点: 简单、可靠(自锁性好)增力比大,一般为手
动，费时、费力。 三角螺纹一般有:α=2～4°
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螺栓与压板组合（图c）形成设计要点 (1)支点位置 (2)压板应水平,工件高度不同时,应能适当调整. (3)压板应设计复位装置.(图6-29)中弹簧.. (4)螺栓应止动(图6-29)中止动螺母,止动螺钉 (5)勾形压板受力分析(图2-29.d)
机械制造工艺学(王先逵)-第六章-夹具设计习题及答案
机械制造工艺学（王先逵）习题及答案第六章机床夹具设计1、什么是机床夹具?举例说明夹具在机械加工中的作用。
答：机床夹具是在机床上用以装夹工件的一种装置，其作用是使工件相对于机床或刀具有个正确的位置,并在加工过程中保持这个位置不变。
机床夹具的功用：①稳定保证工件的加工精度；②减少辅助工时，提高劳动生产率；③扩大机床的使用范围，实现一机多能。
举例：用V形块，用三爪卡盘，顶尖可很好的保证工件的定位精度，以及工件相对于刀具和机床的位置精度.如图a.b2、机床夹具通常由哪几部分组成?答：机床夹具的组成部分：1．定位元件, 2．夹紧装置 3．对刀引导元件 4．连接元件5．夹具体， 6．其它元件或装置3、常见的定位方式、定位元件有哪些?答:⑴工件以平面定位：圆柱支承、可调支承、自位支承、辅助支承⑵工件以外圆定位：V形块、定位套、半园套、圆锥套⑶工件以圆孔定位：定位销、圆锥销、定位心轴⑷工件以组合表面定位:一面两销4、辅助支承与自位支承有何不同？答：辅助支承用来提高支承件零件刚度,不是用作定位支承点，不起消除自由度作用；自位支承是支承本身在定位过程中所处的位置，是随工件定位基准位置的变化而自动与之适应，但一个自位支承只起一个定位支承点的作用.5、什么是定位误差?试述产生定位误差的原因。
答：定位误差：是由于工件定位造成的加工面相对工序基准的位置误差,由于对同一批工件说，刀具调整后位置是不动的，即被加工表面的位置相对于定位基准是不变的,因此定位误差就是工序基准在加工尺寸方向上的最大变动量.造成定位误差的原因：⑴定位基准和工序基准不一致所引起的基准不重合误差Δjb⑵由于定位副制造误差及配合间隙所引起的定位误差,即基准位移误差Δjw7、工件在夹具中夹紧时对夹紧力有何要求？答：⑴方向：①夹紧力的作用方向不破坏工件定位的准确性和可靠性②夹紧力方向应使工件变形尽可能小③夹紧力方向应使所需夹紧力尽可能小；⑵夹紧力作用点：①夹紧力作用点应靠近支承元件的几何中心或几个支承元件所形成的支撑面内②夹紧力作用点应落在工件刚度较好的部位上③夹紧力作用点应尽可能靠近被加工表面；⑶夹紧力的大小：夹紧力的大小主要确定方法有经验类比和分析计算法。
《机床夹具设计》课件(6)
2024/8/25
夹具设计教学课件
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2）钻套的尺寸、公差及材料
A、钻套导向孔的基本尺寸一般取刀具的最大极限尺寸， 采用基轴制间隙配合。
B、钻套的导向高度H＝1～2.5d（其中，d为钻套孔径）。 加工精度高或被加工孔径小时取较大值，反之取较小值。
C、排屑空间h越大，排屑越方便，但刀具的刚度和孔的加 工精度都会降低，一般根据工件的材料和精度来确定。
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2、铣床夹具的设计要点
（1）定位元件和夹紧装置的设计要点
定位元件：除遵循一般的设计原则外，布置时应尽量 使主要支承面积大些。工件加工部位呈悬臂状态时， 应采用辅助支承。
夹紧装置：应保证足够的夹紧力，并具有良好的自锁性 能，以防止夹紧机构因振动而松夹。施力的方向和作用 点要恰当，并尽量靠近加工表面，必要时设置辅助夹紧 机构，以提高夹紧刚度。
2024/8/25
夹具设计教学课件
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固定式镗套
2024/8/25
夹具设计教学课件
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2） 回转式镗套
镗套随镗杆一起转动，与镗杆之间 只有相对移动而无相对转动。这种镗套 大大减少了磨损，也不会因摩擦发热而 “卡死”。因此，它适合于高速镗孔。
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夹具设计教学课件
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回转式镗套
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（2）镗杆直径和轴向尺寸
镗杆直径d及长度L主要是根据所镗孔的直径D 及刀具截面尺寸B×B来确定。镗杆直径d应尽 可能大，其双导引部分的L/d≤10为宜；而悬伸 部分的L/d≤4～5，以使其有足够的刚度来保证 加工精度。
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机床夹具设计与制造第六章 机床夹具
中心距20.250，与定位端面A 的距离为16±0.1mm；
2）锁紧孔轴线与φ31H7 孔轴线的垂直度0.10mm。
图6-6转向摇臂工序简图
（2）定位元件及导向元件设计 按工序图及对零件的结构进行
分析，此工件只能用A面及φ31H7、φ20H7 两孔定位，即夹具用
一面双销限位以限制工件的六个自由度，实现完全定位。又因锁紧 孔与φ31H7孔有尺寸及位置精度要求，故在φ31H7孔内设置圆柱销
φ31F7，而在小端锥孔内设置削边销。
由于工件两孔孔心距150±0.5mm公差较大，考虑到尽可能减 少转角误差，同时为保证工件的顺利装卸，故将削边销设计成能 在孔心距方向作适当调整的结构，还可满足工件孔心距尺寸不同 的工件加工。所设计的定位导向元件的结构见图6-7
（3）夹紧元件的设计 根据工件的结构及规定的夹紧方向，可有 以下两种夹紧方案：
图6-11拔叉零件图
（1）工件的加工工艺分析 该工件的结构形状比较不规则，臂部刚 性较差，待加工的两孔直径精度高和表面粗糙度细，故工艺规程中分 钻、扩、粗铰、精铰四个工步进行加工。并要依靠所设计的钻模来保 证两孔的位置精度如下：
1）待加工孔φ12H7和已加工孔φ10H8的距离尺寸为100±0.5mm； 23））两孔待φ2加5H工7孔与心端距面为A的1垂95直00.度5 m为m 0。.1/100。 4）待加工两孔轴线平行度为0.16mm。 5）孔壁表面粗糙度须均匀且达到图示要求。
Ａ，对工序尺寸16±0.1mm的影响很小，故ΔA=0。
③夹具上定位端面A到钻套座孔之间的尺寸公差，按工件相应公
差的１／５选取，即16±0.02mm。
④钻套内外表面的同轴度误差小于0.005mm。
⑤钻头的引偏误差ΔＴ（见图6-10）
2）锁紧孔轴线与φ31H7 孔轴线的垂直度0.10mm。
图6-6转向摇臂工序简图
（2）定位元件及导向元件设计 按工序图及对零件的结构进行
分析，此工件只能用A面及φ31H7、φ20H7 两孔定位，即夹具用
一面双销限位以限制工件的六个自由度，实现完全定位。又因锁紧 孔与φ31H7孔有尺寸及位置精度要求，故在φ31H7孔内设置圆柱销
φ31F7，而在小端锥孔内设置削边销。
由于工件两孔孔心距150±0.5mm公差较大，考虑到尽可能减 少转角误差，同时为保证工件的顺利装卸，故将削边销设计成能 在孔心距方向作适当调整的结构，还可满足工件孔心距尺寸不同 的工件加工。所设计的定位导向元件的结构见图6-7
（3）夹紧元件的设计 根据工件的结构及规定的夹紧方向，可有 以下两种夹紧方案：
图6-11拔叉零件图
（1）工件的加工工艺分析 该工件的结构形状比较不规则，臂部刚 性较差，待加工的两孔直径精度高和表面粗糙度细，故工艺规程中分 钻、扩、粗铰、精铰四个工步进行加工。并要依靠所设计的钻模来保 证两孔的位置精度如下：
1）待加工孔φ12H7和已加工孔φ10H8的距离尺寸为100±0.5mm； 23））两孔待φ2加5H工7孔与心端距面为A的1垂95直00.度5 m为m 0。.1/100。 4）待加工两孔轴线平行度为0.16mm。 5）孔壁表面粗糙度须均匀且达到图示要求。
Ａ，对工序尺寸16±0.1mm的影响很小，故ΔA=0。
③夹具上定位端面A到钻套座孔之间的尺寸公差，按工件相应公
差的１／５选取，即16±0.02mm。
④钻套内外表面的同轴度误差小于0.005mm。
⑤钻头的引偏误差ΔＴ（见图6-10）
六章机床夹具设计-
90
0 －
0.1
1、如图钻直径为12孔，试分析工序尺寸90的定位误差。
2、如图铣平面保证h，已知两圆的同轴度 0.1，其它已知条件见图，试分析工序尺寸
h的定位误差。
3、图示钻孔，已知条件和加工要求见图示， 试分析a)、b)、c）三种定位方案中，工 序尺寸L的定位误差
4H 0 7/g640 0 0 .02 /－ － 50 0 ..0 00 29 5
（二）夹紧力的作用点（选择原则）
1、所选作用点，应保证定位稳定，不破坏定 位
2、应尽量减小夹紧变形 措施：增大受力面积，合理布置作用点
3、作用点尽量靠近切削部位，也可设辅助支承
三、夹紧机构设计
常用夹紧机构：斜楔、螺旋、圆偏心、定心对 中、联动夹紧机构。
（一）斜楔夹紧机构 1、作用原理
2、结构特点 （1）自锁性：外力消失后，机构在摩擦力
确定菱形销宽度直径及其公差
按表6－1选取菱形销的宽度；按式6－ 2计算最小间隙；计算菱形销直径的基本 尺寸，公差取h6或h7
第三节 工件的夹紧
一、夹紧装置的设计要求 1、夹紧力不应破坏定位； 2、足以抵抗加工中的各种力和振动； 3、工件不应发生过度变形； 4、有足够的夹紧行程； 5、具有自锁性； 6、结构简单、易于操作。
二、夹紧力的确定： 大小、方向、作用点
（一）夹紧力的方向
1、夹紧力的方向应有助于工件定位，不能破 坏定位，一般要求夹紧力垂直于主要定位面
主要定位基准面面积大、精度高、限制自 由度数目多，二者垂直，有利于准确定位。
多向施力与一力多用：
２、夹紧力的方向应尽量与工件刚度大的 方向一致
３、夹紧力的方向应尽量与切削力、工件重力 方向一致，以减小夹紧力
第6章 机床夹具
与夹具体的配合为：H7/r6，H7/n6。
第六章 机床夹具设计 支承板：多用于工件上已加工平面的定位，一般用2个～3个M6～M12 的螺钉紧固在夹具体上。在受力较大或支承板有移动趋势时，应增加圆锥 销或将支承板嵌入夹具槽内。 支承板的结构有三种，见图。(a)型结 构简单、制造方便，故常适用于侧面和顶 面定位。(c)型结构易于保证上表面清洁， 可用于底面定位。 当工件定位基准面较大时（如箱体类 零），夹具上常设置多个支承板，用它们 的工作面组合成大的定位支承面，为确保 各支承板工作面的等高性，工艺上是用装 配后再统一“终磨”一次保证的。
第六章 机床夹具设计 平头支承钉常用于定位面较平整的工件。圆头支承钉与定位平面为点接触， 可保证接触点位置的相对稳定、但它易磨损，且使定位面产生压陷，给工件夹 紧后带来较大的安装误差，装配时也不易使几个支承处于所需的同一平面上， 故园头支承仅适用于未经加工的平面定位。网纹头支承钉与定位面间的摩擦 力较大，阻碍工件移动，加强定位的稳定性，但槽内易积切屑，常用在粗糙表 面的侧面定位。
用合理分布的六个支承点，即 可限制工件的六个自由度，使工件 的空间位置完全确定下来，这一原 理称为六点定位原理。
注意：在加工过程中并不一定 要求要将工件的六个自由度全部限 制，这要根据加工要求而定。
第六章 机床夹具设计
完全定位
如图a所示，为满足加工要求，工件的六个自由度都必须被限制。像这种 工件的六个自由度都被限制的情况，称为完全定位。
第六章 机床夹具设计
第六章 机床夹具设计 ③锥度心轴：为了消除工件与心轴的配合间隙，提高定心定位精度，在 夹具设计中还可选用如图所示的小锥度心轴。为防止工件在心轴上定位 时的倾斜，此类心轴的锥度通常取K=1/1000～1/5000，心轴的长度则根 据被定位工件圆孔的长度、孔径尺寸公差和心轴锥度等参数确定。 定位时，工件楔紧在心轴锥面上，楔紧后由于孔的局部弹性变形， 使它与心轴在一定长度上产生过盈配合，从而保证工件定位后不致倾斜。 此外，加工时也靠此楔紧所产生的过盈部分带动工件，而不需另外再夹 紧工件。
第六章 机床夹具设计1
夹具的分类
◆按夹具使用范围划分 1）通用夹具：已标准化的通用性夹具，专业厂生产，作 为机床附件提供。 2）专用夹具：为某一工件特定工序专门设计的夹具，多 用于批量生产中。 3）通用可调整夹具及成组夹具：夹具的部分元件可以更 换，部分装置可以调整，以适应不同零件的加工。 4）组合夹具：由一套预先制造好的标准元件组合而成。 根据工件的工艺要求组装成的各种专用夹具。特别适用于 新产品试制和单件小批生产。 5）随行夹具：在自动线或柔性制造系统中使用的夹具。
由于直径公差，基准位移误差 jw 2 sin 为: T (d ) 1
§6.1 机床夹具概述
组合夹具举例
组合夹具实例
§6.1 机床夹具概述
夹具的分类
◆按使用机床划分 可分为钻床夹具、铣床夹具、车床夹具、磨床夹具等。 ◆按夹紧力源划分 可分为手动夹具、气动夹具、液压夹具、真空夹具、电 动夹具等。
气动虎钳
液压夹具
§6.2 工件在夹具上的定位
常用的定位元件
工件以平面定位
辅助支承 工件完成定位后，辅助支承再起支承作用，不得破坏原有的 定位，只起增加支承刚度作用。
§6.2 工件在夹具上的定位
工件以圆柱孔定位
多属于定心定位（定位基准为圆柱孔轴线)。
定位销 定位元件 心轴 圆柱销 圆锥销 菱形销 刚性心轴 弹性心轴
过盈心轴 间隙心轴 小锥度心轴
§6.2 工件在夹具上的定位
【例 1】
1 ） 工 序 基 准 不 重 合 误 差 jb ： 由于定位基准与工序基准不重合造成的， 工序基准相对于定位基准在加工尺寸方 向上的最大变动量。
jb等于定位基准与工序基准联系
尺寸的公差值 消除方法：
在基准选择和夹具 设计过程中，尽量 使定位基准与工序 基准重合。 工件的定位一
◆按夹具使用范围划分 1）通用夹具：已标准化的通用性夹具，专业厂生产，作 为机床附件提供。 2）专用夹具：为某一工件特定工序专门设计的夹具，多 用于批量生产中。 3）通用可调整夹具及成组夹具：夹具的部分元件可以更 换，部分装置可以调整，以适应不同零件的加工。 4）组合夹具：由一套预先制造好的标准元件组合而成。 根据工件的工艺要求组装成的各种专用夹具。特别适用于 新产品试制和单件小批生产。 5）随行夹具：在自动线或柔性制造系统中使用的夹具。
由于直径公差，基准位移误差 jw 2 sin 为: T (d ) 1
§6.1 机床夹具概述
组合夹具举例
组合夹具实例
§6.1 机床夹具概述
夹具的分类
◆按使用机床划分 可分为钻床夹具、铣床夹具、车床夹具、磨床夹具等。 ◆按夹紧力源划分 可分为手动夹具、气动夹具、液压夹具、真空夹具、电 动夹具等。
气动虎钳
液压夹具
§6.2 工件在夹具上的定位
常用的定位元件
工件以平面定位
辅助支承 工件完成定位后，辅助支承再起支承作用，不得破坏原有的 定位，只起增加支承刚度作用。
§6.2 工件在夹具上的定位
工件以圆柱孔定位
多属于定心定位（定位基准为圆柱孔轴线)。
定位销 定位元件 心轴 圆柱销 圆锥销 菱形销 刚性心轴 弹性心轴
过盈心轴 间隙心轴 小锥度心轴
§6.2 工件在夹具上的定位
【例 1】
1 ） 工 序 基 准 不 重 合 误 差 jb ： 由于定位基准与工序基准不重合造成的， 工序基准相对于定位基准在加工尺寸方 向上的最大变动量。
jb等于定位基准与工序基准联系
尺寸的公差值 消除方法：
在基准选择和夹具 设计过程中，尽量 使定位基准与工序 基准重合。 工件的定位一
第6章 机床夹具设计(三)
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分度式钻模
加工同一圆周上的平行孔系、同一截面内的径向孔 系或同一直线上的等距孔系时，钻模上应设置分 度装置。 分度式钻模：带有分度装置的钻模。 一、分度装置 工件一次装夹后，能按一定规律依次改变工件加 工位置的装置，称为分度装置。 分度装置分为两类：直线及回转分度装置。 回转分度装置又根据回转轴相对于夹具体安装基面 的位置分为立式分度、卧式分度及斜式分度三种。 1、组成 2、分度对定机构 3、锁紧机构 分度误差： 分度装置分度时，最大分度值与最小分 度值之差为分度误差。
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铣四方头
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机械制造工艺学
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第2章 机床夹具设计
Design of Machine Tool Fixture
浙江师范大学交通学院
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机械制造工艺学
第2章 机床夹具设计
Design of Machine Tool Fixture
2.4 各类机床夹具 All Kinds of Machine Tools Fixture
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普通钻模
结构上除设置钻套相钻模板之外，没有其它独特特点的钻模、称 为普通钻模。 一、非固定式普通钻模 在立式钻床上加工直径小于10mm的小孔或孔系、钻模重量小 于15kg时，由于钻削扭矩较小，加工时人力可以扶得住它，因 此钻模不需要固定在钻床上。这类可以自由移动的钻模，称非 固定式钻模。 二、固定式普通钻模 在立式钻床上加工直径大于10mm的单孔或在摇臂钻床上加 工较大的平行孔系，或钻模重量超过15kg时，因钻削扭矩较大 及入力移动费力，故站模需固定在钻床上。这种加工一批工件 时位置固定不动的钻模，称为固定式钻模。 若在结构上无独特的持点，则称为固定式普通钻模。
分度式钻模
加工同一圆周上的平行孔系、同一截面内的径向孔 系或同一直线上的等距孔系时，钻模上应设置分 度装置。 分度式钻模：带有分度装置的钻模。 一、分度装置 工件一次装夹后，能按一定规律依次改变工件加 工位置的装置，称为分度装置。 分度装置分为两类：直线及回转分度装置。 回转分度装置又根据回转轴相对于夹具体安装基面 的位置分为立式分度、卧式分度及斜式分度三种。 1、组成 2、分度对定机构 3、锁紧机构 分度误差： 分度装置分度时，最大分度值与最小分 度值之差为分度误差。
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机械制造工艺学
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第2章 机床夹具设计
Design of Machine Tool Fixture
浙江师范大学交通学院
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第2章 机床夹具设计
Design of Machine Tool Fixture
2.4 各类机床夹具 All Kinds of Machine Tools Fixture
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普通钻模
结构上除设置钻套相钻模板之外，没有其它独特特点的钻模、称 为普通钻模。 一、非固定式普通钻模 在立式钻床上加工直径小于10mm的小孔或孔系、钻模重量小 于15kg时，由于钻削扭矩较小，加工时人力可以扶得住它，因 此钻模不需要固定在钻床上。这类可以自由移动的钻模，称非 固定式钻模。 二、固定式普通钻模 在立式钻床上加工直径大于10mm的单孔或在摇臂钻床上加 工较大的平行孔系，或钻模重量超过15kg时，因钻削扭矩较大 及入力移动费力，故站模需固定在钻床上。这种加工一批工件 时位置固定不动的钻模，称为固定式钻模。 若在结构上无独特的持点，则称为固定式普通钻模。
夹具设计
jy
（2）单边接触
dw
1 ( Dmax Dmin ) 2
2.微分方法
（1）工序尺寸H1 此时，定位基准 与工序基准重合
o1 o o2
jy o1o2
o1o2 o1 p o2 p
o1 p d max /(2 sin o2 p d min /(2 sin
O
d Td
式中 Fj—工件获得的夹紧力（N）； Fs—施加在斜楔上的原始作用力（N）； α —斜楔的斜角（°）； φ 1—工件与斜楔之间的摩擦角，摩擦系数f1=tgφ 1； φ 2—夹具体与斜楔之间的摩擦角，摩擦系数f2=tgφ 2。
φ1 FJ
F1
代入上式，得：
F2
α
α -φ 2 FJ’
tg1 tg ( 2 )
2.夹紧力作用点的选择原则
①夹紧力作用点应正对支承元件 或位支承元件所形成的支承面内， 以保证工件已获得的定位保持不 变。
工件
②夹紧力作用点应处于工件刚性好的部位。 ③夹紧力作用点应尽量靠近加工表面。
②夹紧力作用点应处于工件刚性好的部位。
③夹紧力作用点应尽量靠近加工表面。
6.3.3 常用夹紧机构 1.斜楔夹紧机构
1.钻模的类型
(1)固定式钻模 (2)回转式钻模 (3)盖板式钻模 (4)滑柱式钻模
(5)翻转式钻模
组成：钻模板、钻套、定位元件、夹紧装置、夹具体
§6.4 各类机床夹具举例
6.4.1钻床夹具
1.钻模的类型
(1)固定式钻模 (2)回转式钻模 (3)盖板式钻模 (4)滑柱式钻模
(5)翻转式钻模
(1)固定式钻模 相对于工件位置保持 不变的钻模。
工件
工件
6_4(机床夹具设计)
ε= Xmax = (27 + 17)= 44μm
对刀误差ΔT：
对刀误差等于塞尺厚度的公差,
即ΔT=0.014mm
铣床夹具设计实例指导
工件加工精度分析
安装误差ΔA:
因加工尺寸在两定位键之间，
所以： ΔA＝Xmax=(0.027+0.027)=0.054mm
夹具误差ΔJ：
影响键槽对称度的误差有：定位销与孔配合的
钻床夹具设计实例指导
钻床夹具设计要点
钻套类型与设计
钻套又称为导套，他的作用是确定刀具的位置 和方向，即引导刀具进入正确的加工位置，并 防止刀具在加工过程中发生偏斜，提高刀具的 刚性，防止加工过程中的振动，从而保证工件 的加工质量。由此可见，钻套的选用和设计正 确与否，直接影响工件的加工质量。
钻床夹具设计实例指导
钻床夹具设计要点
钻套的种类
钻套按其结构和使用情况可分为： 固定钻套
固定钻套分为无肩钻套和带肩钻套两种形式。这种钻 套的外圆用H7/r6或H7/n6的过盈配合压入钻模板或夹 具体的底孔内。
可换钻套
可换钻套用H7/g5或H7/g6的间隙配合压入衬套孔内， 衬套外圆与钻模板底孔的配合采用H7/n6或H7/r6的过 盈配合。为了防止钻套随刀具转动或被切削顶出，常 用螺钉固紧。 可换钻套用于大批量生产中，由于钻套外圆与衬套内 孔采用间隙配合的关系，其加工精度不如固定式钻套。
公差0.044mm；对刀块水平位置尺寸 10±0.015mm; 所以ΔJ＝(0.044+0.03)=0.074mm
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钻床夹具设计 指导
第一部分 钻床夹具简介
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尺寸大、精度高的主要基准孔用短圆柱销，次 要的基准孔用削边销。如果两个基准孔主次难 分，且精度不高，一般大孔用圆柱销小孔用菱 形销。
为了保证销的 强度，通常使 用菱形销。
图a用于直径 很小时
图b用于直径 为3~50mm时
图c用于大于 50mm时
菱形销宽度计算图
AO2 B
即 整理有：
三、定位误差的分析与计算
一般由夹紧机构和动力源组成。
2. 对夹紧装置的基本要求
①夹得稳 ②夹得牢 ③夹得快
二、夹紧力的确定
1. 夹紧力方向的确定
（1）夹紧力的作用方向应不破坏工件定位的准确性和 可靠性。
（2） 夹紧力的作用方向应与工件刚度大的方向一致，以 减小工件夹紧变形。
（3）夹紧力的方向应有利于减小夹紧力。
图 夹紧力、切削力和重力之间关系
用夹具定位涉及到三层关系：① 工件在夹具上 的定位；② 夹具相对于机床的定位；③ 工件 相对于机床的定位
二、机床夹具的作用
1、稳定保证工件的加工精度 2、减少辅助工时，提高劳动生产率 3、扩大机床使用范围，实现一机多能 4、 能降低工人技术要求和减轻工人劳动强度。
三、机床夹具分类
1、按夹具使用范围来分 ① 通用夹具 ② 专用夹具 ③ 可调或成组夹具 ④ 组合夹具 ⑤随行夹具
1. 定位误差概念
① 夹具的有关制造误差 a 确定刀具位置的元件和引导刀具的元件与定位元
件间的位置误差；b 定位元件与夹具安装到机床上的安 装基面间的位置误差。
② 夹具安装误差
③ 加工误差 指工件在切削过程中所产生的误差。
2.造成定位误差的原因
① 由于定位基准与工序基准不一致所引起的 定位误差，称为基准不重合误差。
3. 夹紧力的大小
实际夹紧力为
三、基本夹紧机构
斜楔夹紧机构 螺旋夹紧机构 偏心夹紧机构
1. 斜楔夹紧机构
图 螺旋夹紧机构示例
简单的螺旋夹紧机构
a）
b）
c）
图 螺旋压板组合夹紧机构
图 2-23 偏心夹紧机构
图2-24 圆偏心轮夹紧原理
四、其它夹紧机构
1 铰链夹紧机构
铰链夹紧机构的结 构简单、扩力比大且摩 擦损失小，故适用于多 点或多件夹紧，在气动 或液压夹具中广泛应用。
公差为TD1；销
径
，
(a)
o1
TD1
2
o2
公差为Td1；最小 间隙为Δ1。Leabharlann Td112
2
L
右端：
(b)
孔径公差为TD2； 销径公差为Td2；
e1
e2
最小间隙为Δ2。
θ e3
2、用微分方法计算定位误差 例、工件用V形块定位加工键槽时的定位误差计算。
加工键槽时，一般有两项工序要求： 1）尺寸H； 2）键槽对工件外圆中心的对称度。
夹具的分类 通用夹具
三爪卡盘
四爪卡盘
万向平口钳
回转工作台
分度头
2、按使用的机床类型分 车床夹具、磨床夹具、钻床夹具、铣床夹具、镗床
夹具。
3、按用途分： 机床夹具、装配夹具、检验夹具等。 4、按夹紧的动力源不同分类
手动夹具，气动夹具，液压夹具，气液夹具，电动 夹具、电磁夹具及真空夹具、自来紧夹具等。
② 由于定位副制造误差及其配合间隙所引起 的定位误差，称为基准位移误差。
工件定位误差的实质是工件上被加工表面的工序基准相 对于定位元件工作表面在加工尺寸方向上的最大变动量
（1）用几何方法计算定位误差 图示为孔销配合情况，若工件的工序基准为孔心。试确 定孔销间隙配合时的定位误差。
解：a）图为工件孔与定位销垂直放置，定位销与工件 内孔则可能任意边接触。
（2） 定位套
4．工件以其它表面定位 5. 工件以组合表面定位
6.工件以一面两孔定位
箱体类零件加工时，往往以加工好的一 个面及其上的两个工艺孔作为定位基准。通 称一面二销定位。
（1）两个圆柱销
要满足工件顺利装入的条件，直径缩小后的第二销与第 二孔的最小配合间隙为
（2）一圆柱销与一削边销 在一面两孔定位中，通常根据工序图选择
图2-26 铰链夹紧原理图
2. 定心、对中夹紧机构 特点：定位、夹紧同时实现
2.夹紧力的作用点的选择
（1）力的作用点的位置应能保持工件的正确定位而不发 生位移或偏转。
（2）夹紧力的作用点应位于工件刚性较大处， 而且作用点应有足够的数目，这样可使工件 的变形量最小。
（3）夹紧力的作用点应尽量靠近工件被加 工表面，这样可使切削力对该作用点的力 矩减小，工件的振动也可以减小。
(2) 可调支承 支承的高度可以根据需要进行调整。
(3）自位支承 在工件的定位过程中，能自动调整位置的支承。
(4) 辅助支承
辅助支承用来提高工件的装夹刚度，不起定位作用。
2、工件以圆柱孔定位时的定位元件 （1） 心轴
圆锥心轴
（2） 圆柱销
（3） 圆锥销
3 工件以外圆定位时的定位元件 （1） V形块
标注键槽设计尺寸H时，有三种不同的标注方法： (a)要求保证上母线到加工面尺寸H1； (b)要求保证下母线到加工面尺寸H2； (c)要求保证上母线到加工面尺寸H3。
解：首先：写出O点至加工尺寸方向上某固定点的距离 再对上式求全微分
同理：
§ 6-3 工件在夹具上的夹紧
一、 夹紧装置的组成及基本要求 1.夹紧装置的组成
四、机床夹具的组成 1、定位元件 2、夹紧元件 3、导向元件和对刀装置 4、连接元件 5、夹具体 6、 其它辅件
§6-2 工件在夹具上的定位
一、 对定位元件的基本要求
1. 足够的精度 2. 足够的强度和刚度 3. 耐磨性好 4 . 工艺性好
二、常用的定位方法及定位元件 1.工件以平面定位 （1）固定支承 ① 支承钉 ② 支承板
第六章 机床夹具设计
主要内容：
§6-1 机床夹具概述 §6-2 工件在夹具上的定位 §6-3 工件在夹具上的夹紧 §6-4 各类机床夹具 §6-5 机床夹具设计步骤与方法
§6-1 概 述
一、机床夹具的基本概念 机床夹具是将工件进行定位、夹紧，将刀 具进行导向或对刀，以保证工件和刀具间 的相对位置关系的附加装置，简称夹具。
无论工序尺寸方向如何，孔销 间隙配合的定位误差均为
b)图工件孔与定位销水平放置。孔中心线在垂直方向的 最大变动量为
若工件的工序基准仍为孔心，且工序尺寸方向与固定点 和销子中心连线方向相同，则
例：工件在使用心轴、销、定位时，常会考虑留有间 隙而需要进行定位误差计算。
左端：
D1min
d1max
孔径
，
为了保证销的 强度，通常使 用菱形销。
图a用于直径 很小时
图b用于直径 为3~50mm时
图c用于大于 50mm时
菱形销宽度计算图
AO2 B
即 整理有：
三、定位误差的分析与计算
一般由夹紧机构和动力源组成。
2. 对夹紧装置的基本要求
①夹得稳 ②夹得牢 ③夹得快
二、夹紧力的确定
1. 夹紧力方向的确定
（1）夹紧力的作用方向应不破坏工件定位的准确性和 可靠性。
（2） 夹紧力的作用方向应与工件刚度大的方向一致，以 减小工件夹紧变形。
（3）夹紧力的方向应有利于减小夹紧力。
图 夹紧力、切削力和重力之间关系
用夹具定位涉及到三层关系：① 工件在夹具上 的定位；② 夹具相对于机床的定位；③ 工件 相对于机床的定位
二、机床夹具的作用
1、稳定保证工件的加工精度 2、减少辅助工时，提高劳动生产率 3、扩大机床使用范围，实现一机多能 4、 能降低工人技术要求和减轻工人劳动强度。
三、机床夹具分类
1、按夹具使用范围来分 ① 通用夹具 ② 专用夹具 ③ 可调或成组夹具 ④ 组合夹具 ⑤随行夹具
1. 定位误差概念
① 夹具的有关制造误差 a 确定刀具位置的元件和引导刀具的元件与定位元
件间的位置误差；b 定位元件与夹具安装到机床上的安 装基面间的位置误差。
② 夹具安装误差
③ 加工误差 指工件在切削过程中所产生的误差。
2.造成定位误差的原因
① 由于定位基准与工序基准不一致所引起的 定位误差，称为基准不重合误差。
3. 夹紧力的大小
实际夹紧力为
三、基本夹紧机构
斜楔夹紧机构 螺旋夹紧机构 偏心夹紧机构
1. 斜楔夹紧机构
图 螺旋夹紧机构示例
简单的螺旋夹紧机构
a）
b）
c）
图 螺旋压板组合夹紧机构
图 2-23 偏心夹紧机构
图2-24 圆偏心轮夹紧原理
四、其它夹紧机构
1 铰链夹紧机构
铰链夹紧机构的结 构简单、扩力比大且摩 擦损失小，故适用于多 点或多件夹紧，在气动 或液压夹具中广泛应用。
公差为TD1；销
径
，
(a)
o1
TD1
2
o2
公差为Td1；最小 间隙为Δ1。Leabharlann Td112
2
L
右端：
(b)
孔径公差为TD2； 销径公差为Td2；
e1
e2
最小间隙为Δ2。
θ e3
2、用微分方法计算定位误差 例、工件用V形块定位加工键槽时的定位误差计算。
加工键槽时，一般有两项工序要求： 1）尺寸H； 2）键槽对工件外圆中心的对称度。
夹具的分类 通用夹具
三爪卡盘
四爪卡盘
万向平口钳
回转工作台
分度头
2、按使用的机床类型分 车床夹具、磨床夹具、钻床夹具、铣床夹具、镗床
夹具。
3、按用途分： 机床夹具、装配夹具、检验夹具等。 4、按夹紧的动力源不同分类
手动夹具，气动夹具，液压夹具，气液夹具，电动 夹具、电磁夹具及真空夹具、自来紧夹具等。
② 由于定位副制造误差及其配合间隙所引起 的定位误差，称为基准位移误差。
工件定位误差的实质是工件上被加工表面的工序基准相 对于定位元件工作表面在加工尺寸方向上的最大变动量
（1）用几何方法计算定位误差 图示为孔销配合情况，若工件的工序基准为孔心。试确 定孔销间隙配合时的定位误差。
解：a）图为工件孔与定位销垂直放置，定位销与工件 内孔则可能任意边接触。
（2） 定位套
4．工件以其它表面定位 5. 工件以组合表面定位
6.工件以一面两孔定位
箱体类零件加工时，往往以加工好的一 个面及其上的两个工艺孔作为定位基准。通 称一面二销定位。
（1）两个圆柱销
要满足工件顺利装入的条件，直径缩小后的第二销与第 二孔的最小配合间隙为
（2）一圆柱销与一削边销 在一面两孔定位中，通常根据工序图选择
图2-26 铰链夹紧原理图
2. 定心、对中夹紧机构 特点：定位、夹紧同时实现
2.夹紧力的作用点的选择
（1）力的作用点的位置应能保持工件的正确定位而不发 生位移或偏转。
（2）夹紧力的作用点应位于工件刚性较大处， 而且作用点应有足够的数目，这样可使工件 的变形量最小。
（3）夹紧力的作用点应尽量靠近工件被加 工表面，这样可使切削力对该作用点的力 矩减小，工件的振动也可以减小。
(2) 可调支承 支承的高度可以根据需要进行调整。
(3）自位支承 在工件的定位过程中，能自动调整位置的支承。
(4) 辅助支承
辅助支承用来提高工件的装夹刚度，不起定位作用。
2、工件以圆柱孔定位时的定位元件 （1） 心轴
圆锥心轴
（2） 圆柱销
（3） 圆锥销
3 工件以外圆定位时的定位元件 （1） V形块
标注键槽设计尺寸H时，有三种不同的标注方法： (a)要求保证上母线到加工面尺寸H1； (b)要求保证下母线到加工面尺寸H2； (c)要求保证上母线到加工面尺寸H3。
解：首先：写出O点至加工尺寸方向上某固定点的距离 再对上式求全微分
同理：
§ 6-3 工件在夹具上的夹紧
一、 夹紧装置的组成及基本要求 1.夹紧装置的组成
四、机床夹具的组成 1、定位元件 2、夹紧元件 3、导向元件和对刀装置 4、连接元件 5、夹具体 6、 其它辅件
§6-2 工件在夹具上的定位
一、 对定位元件的基本要求
1. 足够的精度 2. 足够的强度和刚度 3. 耐磨性好 4 . 工艺性好
二、常用的定位方法及定位元件 1.工件以平面定位 （1）固定支承 ① 支承钉 ② 支承板
第六章 机床夹具设计
主要内容：
§6-1 机床夹具概述 §6-2 工件在夹具上的定位 §6-3 工件在夹具上的夹紧 §6-4 各类机床夹具 §6-5 机床夹具设计步骤与方法
§6-1 概 述
一、机床夹具的基本概念 机床夹具是将工件进行定位、夹紧，将刀 具进行导向或对刀，以保证工件和刀具间 的相对位置关系的附加装置，简称夹具。
无论工序尺寸方向如何，孔销 间隙配合的定位误差均为
b)图工件孔与定位销水平放置。孔中心线在垂直方向的 最大变动量为
若工件的工序基准仍为孔心，且工序尺寸方向与固定点 和销子中心连线方向相同，则
例：工件在使用心轴、销、定位时，常会考虑留有间 隙而需要进行定位误差计算。
左端：
D1min
d1max
孔径
，