机床夹具基本概念

第一节机床夹具的基本概念

一、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 . 按夹具的使用特点分类

（ 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。

（ 2 ）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。

（ 3 ）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。

（ 4 ）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。

（ 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。

2 . 按使用机床分类

分为车床夹具、铣床夹具、钻床夹具、镗床夹具、拉床夹具、磨床夹具、齿轮加工机床夹具等。

3 . 按夹紧的动力源分类

分为手动夹具、气动夹具、液压夹具、气液夹具、电磁夹具、真空夹具等。

三、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。

1 ．定位装置

a) b)

图 9-1 简易钻模夹具示例

1—钻套 2—钻模板 3—夹具体 4—支承板 5—圆柱销 6—开口垫圈 7—螺母 8—螺杆 9—菱形销

用于确定工件在夹具中的正确位置，它由各种定位元件构成。如图 9-1 后盖钻径向孔夹具中的圆柱销 5 、菱形销 9 和支承板 4 都是定位元件，它们使工件在夹具中占据正确位置。

2 ．夹紧装置

夹紧装置用于保持工件在夹具中的正确位置，保证工件在加工过程中受到外力（如切削力、重力、惯性力）作用时，已经占据的正确位置不被破坏。如图 9-1 所示钻床夹具中的开口垫圈 6 是夹紧元件，与螺杆 8、螺母 7 一起组成夹紧装置。

3 ．对刀、导向元件

用于确定刀具相对于夹具的正确位置和引导刀具进行加工。其中，对刀元件是在夹具中起对刀作用的零部件，如铣床夹具上的对刀块、塞尺等。导向元件是在夹具中起对刀和引导刀具作用的零部件。如图 9-1 所示的钻床夹具中的钻套 1 是导向元件。

4 ．夹具体

用于连接夹具上各个元件或装置，使之成为一个整体，并与机床的有关部位相连接，是机床夹具的基础件。如图 9-1 所示钻床夹具的夹具体 3 将夹具的所有元件连接成一个整体。

5 ．连接元件确定夹具在机床上正确位置的元件。如定位键、定位销及紧固螺栓等。

6 ．其他元件和装置根据夹具上特殊需要而设置的装置和元件，如：

（ 1 ）分度装置加工按一定规律分布的多个表面；

（ 2 ）上下料装置为方便输送工件，如输送垫铁等；

（ 3 ）吊装元件对于大型夹具，应设置吊装元件，如吊环螺钉等；

（ 4 ）工件的顶出装置（或让刀装置）加工箱体类零件多层壁上的孔。

第二节工件定位的基本原理

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。

图 9-2 未定位工件的六个自由度

一、六点定位原理

动画9-1 工件在空间的六个自由度

在加工之前，工件必须在机床上相对于刀具占有正确的加工位置。使工件在加工后达到工序所规定的加工要求，获得合格的工件。六点定位原理就是讨论工件在加工之前其位置“定与不定”问题。

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：工件沿、、轴方向的位置不确定性称为沿、、轴的位移

自由度，用、、表示；绕、、轴的角位置不确定性称为绕、、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。

显然，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。

图 9-3 长方形工件的六点定位

但是，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。

例如，铣图 9-4 所示工件上的通槽，为保证槽底面与 A 面的平行度和尺寸两项加工要求，必须限制、、三个自由度；为保证槽侧面与 B 面的平行度和尺寸

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。

图 9-4 按照加工要求确定必须限制的自由度

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：