機(jī)床夾具設(shè)計(jì)原理

1、第九章 機(jī)床夾具設(shè)計(jì)原理1學(xué)習(xí)目的與要求 (1) 了解夾具設(shè)計(jì)的要求與方法； (2) 了解典型夾具設(shè)計(jì)。2課程內(nèi)容 (1) 工件定位原理；(2) 典型定位元件；(3) 定位誤差分析；(4) 夾緊裝置；(5) 典型夾具設(shè)計(jì)；(6) 夾具設(shè)計(jì)原則。第一節(jié) 機(jī)床夾具概述8.1.1 機(jī)床夾具的作用機(jī)械加工中，采用機(jī)床夾具安裝工件，具有如下作用：1）工件易于正確定位，保證加工精度工件裝入夾具時(shí)，依靠定位基準(zhǔn)與夾具的定位元件相接觸而占有正確的位置。工件上加工表面與不加工表面之間的相互位置關(guān)系完全由夾具來保證，不需找正即可夾緊。只要正確確定夾具在機(jī)床上的安裝位置，就可保證工件相對于刀具和機(jī)床切削成形運(yùn)動之間

2、具有正確的位置。這樣，在加工一批工件時(shí)可使它們占據(jù)同一正確位置，從而穩(wěn)定地獲得較高的加工精度。2)縮短安裝時(shí)間，提高勞動生產(chǎn)率工件在夾具中的定位可以通過其定位元件快速實(shí)現(xiàn)。而夾緊工件時(shí)可用聯(lián)動夾緊裝置、快速夾緊裝置或機(jī)動夾緊裝置等，使用這些裝置能明顯地縮短輔助時(shí)間，提高勞動生產(chǎn)率。3)擴(kuò)大機(jī)床工藝范圍，實(shí)現(xiàn)一機(jī)多能采用夾具后，可以使機(jī)床的工藝范圍擴(kuò)大。對于中小工廠，由于機(jī)床的品種、規(guī)格和數(shù)量有限，為了挖掘現(xiàn)有設(shè)備的潛力，往往可通過設(shè)計(jì)不同的夾具進(jìn)一步擴(kuò)大機(jī)床的工藝范圍，達(dá)到一機(jī)多用的目的。例如，在車床的溜板上或搖臂鉆床工作臺上裝上鏜模，就可以代替鏜床實(shí)現(xiàn)箱體的鏜孔加工。4)操作方便、安全、可降

3、低對工人的技術(shù)要求，還可減輕工人的勞動強(qiáng)度使用夾具，不但操作方便、安全，而且工件的加工質(zhì)量基本一致，不取決于工人的技術(shù)水平，可以降低對工人的技術(shù)要求，同時(shí)可以減輕工人的勞動強(qiáng)度。8.1.2 機(jī)床夾具的分類在機(jī)械制造中，夾具的應(yīng)用十分廣泛。夾具的種類和形式繁多，有不同的分類方法，按夾具的使用范圍可以分為通用夾具、專用夾具、通用和專業(yè)化可調(diào)整夾具、組合夾具和隨行夾具等(見圖81)。1)通用夾具2)專用夾具專用夾具是專為某一工件的某道工序的加工而設(shè)計(jì)制造的夾具。專用夾具不必考慮通用性，故可以設(shè)計(jì)得結(jié)構(gòu)緊湊、操作簡單、使用方便。但它的設(shè)計(jì)制造周期較長，成本也較高，產(chǎn)品變更時(shí)無法使用，因而適用于成批及大

4、量生產(chǎn)中。本章主要介紹專用夾具的設(shè)計(jì)原理。3)通用可調(diào)整夾具和專業(yè)化可調(diào)整夾具這兩種夾具有相似的結(jié)構(gòu)，其共同特點(diǎn)是夾具經(jīng)過調(diào)整或更換個(gè)別元件，便可適用于加工形狀相似、尺寸相近、加工工藝相似的多種工件。通用可調(diào)整夾具的調(diào)整范圍大，適用面較寬。專業(yè)化可調(diào)整夾具是專為某一組工件設(shè)計(jì)的，裝夾對象和使用范圍明確，可使結(jié)構(gòu)更為緊湊。由于這兩種夾具兼有專用性與通用性，因此，適用于加工多品種工件及中小批量生產(chǎn)類型，是工藝裝備發(fā)展的一個(gè)方向。4)組合夾具組合夾具是按某一工件的某道工序的加工要求，由一套預(yù)先制造好的標(biāo)準(zhǔn)元件組裝成的“專用夾具”。標(biāo)準(zhǔn)元件具有不同的形狀、規(guī)格和功能，使用時(shí)可按工件的加工要求，選用適當(dāng)

5、的元件，以組裝成各種“專用夾具”。組合夾具在使用上具有專用夾具的優(yōu)點(diǎn)，用畢后可將元件拆卸、清洗、入庫，留待組裝新的夾具。因此，組合夾具具有組裝迅速，生產(chǎn)準(zhǔn)備周期短，元件能反復(fù)使用等優(yōu)點(diǎn)，適用于加工多品種工件、單件小批量生產(chǎn)和新產(chǎn)品試制的場合。5)隨行夾具隨行夾具是自動線夾具的一種。自動線夾具按與機(jī)床的關(guān)系可分為兩類：一類為固定夾具，它是固定安裝在自動線的各機(jī)床以及一些裝置(如檢測裝置)上，用以完成對工件(或隨行夾具)的定位與夾緊，它與一般專用夾具相似；另一類為隨行夾具，它不僅要完成工件在其上的定位和夾緊，而且?guī)еぜ刂詣泳€從一個(gè)工位移到下一個(gè)工位承擔(dān)沿自動線輸送工件的任務(wù)，故稱隨行夾具。以

6、上各類夾具是按其使用范圍來區(qū)分的。此外，尚可按使用夾具的各類機(jī)床將夾具分為車床夾具、銑床夾具、鉆床夾具、鏜床夾具、磨床夾具及其他機(jī)床夾具。按夾緊動力源不同，還可分為手動夾具、氣動夾具、液壓夾具、電動夾具、電磁夾具、真空夾具以及其他夾緊夾具等。8.1.3 機(jī)床夾具的組成機(jī)床夾具種類繁多，結(jié)構(gòu)各異，但它們的工作原理基本相同。在具體研究夾具設(shè)計(jì)問題時(shí)，對各類夾具可以按照組成件的作用將其劃分成既相對獨(dú)立而又彼此聯(lián)系的組成部分。1)定位元件及定位裝置定位元件及定位裝置(由零件構(gòu)成的裝置)的作用是確定工件在夾具中的位置。通過工件定位基準(zhǔn)(或定位基面)與其保持接觸，使工件加工時(shí)相對于刀具和切削成形運(yùn)動具有正

7、確的位置。2)夾緊裝置夾緊裝置的作用是保持工件在夾具中的既定位置，使其在加工過程中不因受外力而產(chǎn)生位移和振動。3)對刀導(dǎo)向元件在采用調(diào)整法加工時(shí)，為了預(yù)先調(diào)正夾具相對于刀具的位置，在夾具上設(shè)有確定刀具(銑刀、刨刀等)位置或?qū)б毒?孔加工用刀具)運(yùn)動方向的對刀導(dǎo)向元件。4）連接元件為了確定夾具在機(jī)床上的位置，一般夾具設(shè)有供夾具本身在機(jī)床上定位和夾緊用的連接元件，如銑床夾具的定向鍵。5)其他裝置夾具為滿足加工或使用上的一些特殊需要而設(shè)置的裝置，如分度裝置。6)夾具體將夾具的各種元件、裝置聯(lián)結(jié)起來，使之成為一個(gè)整體的基礎(chǔ)件。圖82表示夾具各組成部分與工件、機(jī)床、刀具的相互聯(lián)系，同時(shí)也反映了工件通過

8、夾具的組成部分與機(jī)床和刀具建立的相互聯(lián)系。第二節(jié) 工件在夾具中的定位8.2.1 定位的概念使用夾具安裝工件時(shí)，工件在夾具中的位置是由定位元件確定的。工件的有關(guān)表面需緊靠在定位元件上，從而被確定在一個(gè)既定的位置上，實(shí)現(xiàn)工件的定位。工件定位的作用在于使工件準(zhǔn)備占據(jù)定位元件所規(guī)定的位置，并且使一批逐次加工的工件在夾具中占據(jù)同一正確的位置。通常夾具是用來安裝加工成批工件的，所以工件的定位需要保證一批工件加工位置的一致性。定位是工件安裝過程的一部分，已經(jīng)定位的工件尚需通過夾緊使其固定下來。有些定位過程(如三爪卡盤安裝)雖然同時(shí)能將工件固定，但定位的概念并不是使工件固定，而是使工件占據(jù)規(guī)定的位置。使該既定

9、位置固定下來是通過夾緊實(shí)現(xiàn)的，兩者的概念要區(qū)分開。8.2.2 工件定位的基本原理一個(gè)空間剛體具有六個(gè)自由度* 六點(diǎn)定位原理： 假定工件為空間剛體，正確分布六各支承點(diǎn)與工件的基準(zhǔn)面相接觸，限制其空間六個(gè)自由度，確定工件的空間位置。* 應(yīng)用六點(diǎn)定位原理時(shí)的注意事項(xiàng)：1 ） 定位支承點(diǎn)與工件的定位基準(zhǔn)面必須始終保持緊貼；2 ） 一個(gè)定位支承點(diǎn)只能限制工件一個(gè)自由度，同時(shí)一個(gè)自由度 原則上不得有多個(gè)支承點(diǎn) 重復(fù)限制，（支承點(diǎn)數(shù)不應(yīng)超過六 個(gè)）；3 ） 工件應(yīng)限制幾個(gè)自由度，由工件加工技術(shù)條件來確定；4 ） 工件的定位不是由夾緊力作用獲得的。定位現(xiàn)象分析：完全定位：限制工件的全部六個(gè)自由度。不完全定位（

10、部分定位）：限制工件自由度少于六個(gè)，但仍能滿足加工技術(shù)要求。欠定位：限制自由度數(shù)少于加工技術(shù)要求限制的最少只有度數(shù)。過定位/重復(fù)定位：工件的某一個(gè)或幾個(gè)自由度被多個(gè)定位元件限制。典型定位：8.2.3 常見定位方式及定位元件*工件以平面定位（ 1 ）固定支承：支承釘（限 1 個(gè)）、支承板（限 2 個(gè)）（ 2 ）可調(diào)支承（ 3 ）自位支承（浮動支承）（ 4 ）輔助支承（不限制自由度）* 工件以內(nèi)圓定（ 1 ）心軸：短的限兩個(gè)自由度，長的限四個(gè)自由度，錐度多限一個(gè)（ 2 ）定位銷短銷定位銷組合 菱形銷（削扁銷）* 工件以圓錐孔定（ 1 ）錐心（ 2 ）頂尖*工件以外圓定（ 1 ）定心定位： 定位套

11、V 形塊（ 2 ）支承定位： 支承平V形塊組合定位彈性定位套*定位分析方法與步驟：1）找與工件表面接觸的元件2）根據(jù)零件表面形狀和零件的加工要求分出定位元件和夾緊元件（一般夾緊元件拿走后，零件定位狀態(tài)保持不變，且夾緊元件上有施力機(jī)構(gòu)或作用力符號）3）根據(jù)典型表面、元件類型分析各定位元件限制的自由度4）根據(jù)加工表面技術(shù)要求和實(shí)際限制自由度，分析定位屬哪種定定位實(shí)例分析定位實(shí)例分析（ 2 ）定位實(shí)例分析（ 3 ） 8.2.4 定位的誤差分析和計(jì)算1）工件以平面定*工件以平面定位時(shí)產(chǎn)生的定位誤差主要是基準(zhǔn)不重合誤差， 基準(zhǔn)不重合誤差的計(jì)算可根據(jù)其定義，即工序基準(zhǔn)相對定位基準(zhǔn)在工序尺寸方向上的最大位置

12、變動范圍。對較復(fù)雜的兩基準(zhǔn)面間定位尺寸不是一個(gè)獨(dú)立尺寸時(shí)， 可用尺寸鏈來計(jì)算定位尺寸（定位基準(zhǔn)與工序基準(zhǔn)間尺寸）及其公差，公差就是基準(zhǔn)不重合誤差* 基準(zhǔn)位移誤差 分兩種情況1) 工件以粗基準(zhǔn)定位其中 H 是基面形狀誤差造成的基面最大變動范圍。2）工件以精基準(zhǔn)定位2. 工件以圓孔定位時(shí)的定位誤差（ 1 ） 工件圓孔與剛性心軸或銷過盈配合孔與心軸始終同心（ 2 ） 工件圓孔與剛性心軸或銷間隙配*心軸水放置 （ 重力作用下孔與心軸固定上母線接觸 ）工件孔尺 ，心軸尺寸工件孔中心最大變動量即為基準(zhǔn)位移誤： （ 4 ）工件圓孔與錐心軸定位*孔直徑方向配合無間隙，徑向基準(zhǔn)位移誤差* 軸向最大位移即軸向基準(zhǔn)

13、位移誤差其中 為錐心軸的半錐角，TD 為孔的直徑公差。* 工件軸線可能發(fā)生偏轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)角定位誤差為： = 3. 工件以外圓定位時(shí)的定位誤差主要分析工件外圓在 V 形塊上定位情況：由于工件設(shè)計(jì)基準(zhǔn)不同，可能出現(xiàn)以下三種情況，即 設(shè)計(jì)基準(zhǔn)分別為 A 、 B 、 C 。（ 1 ）設(shè)計(jì)基準(zhǔn)為 A 時(shí)的定位誤差*V 形塊是對中定心元件，制造無誤差時(shí)，理論上外圓 中心與 V 形塊中心位置重合，無基準(zhǔn)不重合誤差* 工件外圓直徑有偏差時(shí)，工件軸線在 V 形塊中心線上下偏移。 （ 2 ）設(shè)計(jì)基準(zhǔn)為 B 時(shí)的定位誤差* 由于定位基準(zhǔn)是 A ，而設(shè)計(jì)基準(zhǔn)是 B ，故基準(zhǔn)位移誤差即工件直徑誤差造成的 A 上下最大變化量工

14、件尺寸變化時(shí)，定位基準(zhǔn)的移動方向與工序基準(zhǔn)相 對定位基準(zhǔn)的移動方向相同。故（ 3 ）設(shè)計(jì)基準(zhǔn)為 C 點(diǎn)時(shí)的定位誤差* 由于定位基準(zhǔn)是 A ，而設(shè)計(jì)基準(zhǔn)是 C ，故* 基準(zhǔn)位移誤差即工件直徑誤差造成的 A 上下最大變化量工件尺寸變化時(shí)，定位基準(zhǔn)的移動方向與工序基準(zhǔn)相對 定位基準(zhǔn)的移動方向相反。故例： 有一批直徑為 d ± d /2 的軸類零件，欲加工端面孔，分 析下列方案加工孔與外圓得同軸度誤差。第三節(jié) 工件的夾緊8.3.1 對夾緊裝置的基本要求 夾緊過程中，不改變工件定位后所占據(jù)的正確位置。 夾緊力的大小適當(dāng)，既要保證工件在職個(gè)加工過程中的位置穩(wěn)定不變、無振動，又要使工件不產(chǎn)生過大的

15、變形。 工藝性好，夾緊裝置的復(fù)雜程度要與生產(chǎn)綱領(lǐng)相適應(yīng)，在保證生產(chǎn)效率的前提下，其結(jié)構(gòu)力求簡單、便于制造和維修。 使用性好，夾緊裝置的操作應(yīng)當(dāng)安全、方便、省力。8.3.2 夾緊力的確定1)夾緊力的方向夾緊力應(yīng)朝著主要限位面。主要限位面限制的自由度最多，支承面積較大，夾緊力朝著主要限位面可使工件穩(wěn)定，夾緊可靠。當(dāng)有幾個(gè)夾緊力時(shí)，應(yīng)使主要夾緊力朝著主要限位面。夾緊力方向應(yīng)有助于定位。如圖852(a)所示，夾緊力施加后易使工件向右面滑動而脫離左面的支承。采用圖852(b)所示方式夾緊時(shí)，能保證定位的可靠性。夾緊力的方向應(yīng)有利于減小夾緊力。如圖853所示的幾種鉆孔位置，當(dāng)夾緊力與切削力、重力(對大型工

16、件而言)的方向都相同時(shí)(見圖853(a)，所需要的夾緊力最小，夾具結(jié)構(gòu)也比較簡單。夾緊力與鉆孔軸向力和工件重力都垂直時(shí)(見圖853(b)，夾緊力要乘以摩擦系數(shù)(一般 )后克服這兩個(gè)力。圖853(c)中的加工方式，所需的夾緊力比圖853(a)的夾緊力要增大2倍的鉆削軸向力和工件重力，夾具結(jié)構(gòu)也比較復(fù)雜。2）夾緊力作用點(diǎn)的確定 夾緊力要有著力點(diǎn)。即夾緊力要落在支承面積之內(nèi)，否則夾緊時(shí)將破壞工件的定位，如圖854所示夾緊力要落在工件剛性好的部位。對于剛性較差的工件，要特別注意減少夾緊力造成的變形。圖855(a)所示為箱體零件的夾緊方案，夾緊力不應(yīng)作用在箱體的頂面，而應(yīng)作用在剛性好的凸邊上，如果不能在

17、凸邊上夾緊，則應(yīng)將單點(diǎn)夾緊力改為三點(diǎn)浮動夾緊(圖855(b)，以減少箱體頂面的變形。 夾緊力作用點(diǎn)應(yīng)靠近工件加工面。夾緊力作用點(diǎn)離工件加工表面愈遠(yuǎn)，加工時(shí)愈容易振動，必要時(shí)需在加工表面旁邊增設(shè)輔助支承和夾緊點(diǎn)。3) 夾緊力的大小在加工過程中，工件受到切削力、慣性力及重力的作用，夾緊力要克服上述力的作用，保證工件的工作位置不變。如果工件在這些力的作用下產(chǎn)生瞬間的少量位移，即為夾緊失效。因此，要以對夾緊最不利的瞬間狀態(tài)來估算所需的夾緊力。同時(shí)，對于受力狀態(tài)復(fù)雜的工件，通常只考慮主要因素的影響，略去次要因素，再考慮安全系數(shù)，以使計(jì)算過程簡化。圖856(a)為某閥體加工的雙頭、雙工位組合機(jī)床夾具的實(shí)例

18、。工件以一面雙孔定位，在I工位由鏜車動力頭l上的多刀對法蘭的外圓和端面進(jìn)行加工；到工位由八支5mm的鉆頭鉆孔，兩面同時(shí)加工。 I工位情況分析。刀具以鏜車方式切削，切削力的大小和方向在加工過程中都在變化。工件夾緊失效的可能性是 轉(zhuǎn)動和 傾覆，對 轉(zhuǎn)動，兩面同時(shí)加工，瞬間狀態(tài)無法預(yù)計(jì)，切削力不能算抵消，只能算疊加。由于定位銷有配合間隙，若靠定位銷阻止轉(zhuǎn)動，則在刀具切入的瞬間工件可能有一定的轉(zhuǎn)動而失效，所以計(jì)算時(shí)只能考慮由摩擦力阻止轉(zhuǎn)動。 傾覆的可能性相對較小。 工位情況分析。夾緊失效的可能性是工件 傾覆，兩面同時(shí)加工，但不可能使鉆頭在同一瞬間切入，所以按單面切削計(jì)算。由于鉆孔的軸向力相當(dāng)大，工位的

19、傾覆力比I工位的大得多，所以I工位的 傾覆可忽略。 I工位夾緊力估算。如圖856(b)所示，將各把刀具的切削力算出，并根據(jù)實(shí)際加工狀況折算成一個(gè)合力 夾緊力 按下式計(jì)算： 工位夾緊力估算。將八支鉆頭的切削力算成合力 及其作用線平均高度H，如圖856(c)所示，所需夾緊力 按下式計(jì)算： 上述計(jì)算結(jié)果， 約為 約為 安全系數(shù)K一般按下式計(jì)算各種因素的安全系數(shù)見表85。8.3.3 基本夾緊機(jī)構(gòu)夾具用手動夾緊時(shí)，必須采用具有增力和自鎖特性的夾緊機(jī)構(gòu)?；緤A緊機(jī)構(gòu)的形式有斜楔、螺旋和偏心三種。1) 斜楔夾緊機(jī)構(gòu)圖857為幾種用斜楔夾緊機(jī)構(gòu)夾緊工件的實(shí)例。圖857(a)是在工件上鉆互相垂直的 mm、 mm

20、兩個(gè)孔，工件裝入后，用錘擊楔塊大頭、夾緊工件。加工完畢后，錘擊斜楔小頭，松開工件。用斜楔直接夾緊工件的夾緊力不大，操作不方便，生產(chǎn)中較多采用斜楔和其他機(jī)構(gòu)的聯(lián)合機(jī)構(gòu)。圖857(b)是將斜楔與滑柱合成一種夾緊機(jī)構(gòu)，可以手動，也可以氣壓驅(qū)動。圖857(c)是由端面斜楔與壓板組合而成的夾緊機(jī)構(gòu)。斜楔的楔角是斜楔夾緊機(jī)構(gòu)的主要參數(shù)，它對斜楔的增力比、自鎖性、夾緊行程及操作性能都起決定性的作用。(1) 斜楔的夾緊力與增力比斜楔夾緊機(jī)構(gòu)的驅(qū)動力與夾緊力按下式計(jì)算(推導(dǎo)從略)：夾緊力與作用力之比稱為增力比從上式可知：楔角 愈小，增力比愈大；摩擦角(摩擦系數(shù))愈大，增力比愈小。(2) 斜楔自鎖條件根據(jù)力學(xué)定義

21、，自鎖條件是壓力角(此處是斜楔升角)小于摩擦角，即：對于金屬材料為保證自鎖的可靠性，手動夾緊機(jī)構(gòu)一般取 。用氣壓或液壓裝置驅(qū)動的斜楔不需自鎖，可取 斜楔的夾緊行程斜楔向工件夾緊的行程h與推動斜楔前進(jìn)的距離s(見圖858)有如下關(guān)系： ，說明楔角愈小，對工件夾緊的行程也愈小，操作時(shí)動作愈慢。綜上分析，楔角取大，增力小，自鎖性差；楔角取小，增力大，自鎖性好，但夾緊行程小，動作慢。圖857(b)中采用的雙重斜角能較好地解決這一矛盾。2) 螺旋夾緊機(jī)構(gòu)由螺釘、螺母、墊圈、壓板等元件組成的夾緊機(jī)構(gòu)，稱為螺旋夾緊機(jī)構(gòu)。螺釘似一個(gè)斜楔繞在一個(gè)圓柱體上，所以它的實(shí)質(zhì)也是斜楔。其特點(diǎn)是楔角很小，因此螺旋夾緊機(jī)構(gòu)

22、的增力比很大，自鎖性很好。由于斜楔繞在圓柱體上，它的夾緊行程幾乎不受限制，但最大的問題是夾緊的動作慢，需要與其他元件結(jié)合使用來解決這個(gè)問題。圖859是直接用單個(gè)螺釘夾緊工件的機(jī)構(gòu)。但這兩種結(jié)構(gòu)在使用時(shí)都存在問題：圖859(a)中的螺釘直接在工件表面上轉(zhuǎn)動。會損傷工件表面。解決這一問題的辦法是采用圖859(b)所示的壓塊。圖859(c)所示的夾緊機(jī)構(gòu)在裝卸工件時(shí)，要將螺母全部擰出，操作很費(fèi)時(shí)。圖860所示的快速螺旋夾緊機(jī)構(gòu)為改進(jìn)上述結(jié)構(gòu)的部分實(shí)例。圖860(a)是使用開口墊圈和小螺母結(jié)構(gòu)，工件的孔徑必須大于螺母的最大直徑。將螺母松開，即可將開口墊圈抽出，再卸下工件。圖860(b)是快卸螺母，旋松

23、螺母并傾斜一角度，可順光孔卸下螺母。圖860(c)是螺旋鉤形壓板，松開后可將壓板轉(zhuǎn)開，便于工件的裝卸。這種壓板所占空間較小，但夾緊力不大。圖861為幾種螺旋壓板機(jī)構(gòu)。設(shè)計(jì)夾具時(shí)，可參閱夾具設(shè)計(jì)手冊，盡量在標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)中選擇合適的夾緊裝置。螺旋夾緊機(jī)構(gòu)的夾緊力大小可直接按螺釘?shù)脑O(shè)計(jì)規(guī)范，根據(jù)螺釘?shù)闹睆酱_定。偏心夾緊機(jī)構(gòu)偏心夾緊機(jī)構(gòu)的工作原理如圖862所示。圓偏心輪的回轉(zhuǎn)中心02與幾何中心Ol間有一個(gè)偏心距 ，手柄下壓，偏心輪將工作夾緊。若以02為圓心，以r為半徑畫圓(虛線圈)，便把偏心輪分成了三個(gè)部分，其中虛線圓部分是個(gè)“基圓盤”，另兩部分是兩個(gè)相同的弧形楔。當(dāng)偏心輪繞02順時(shí)針轉(zhuǎn)動時(shí)，相當(dāng)于一個(gè)弧

24、形楔逐漸楔人“基圓盤”與工件之間，夾緊工件。所以，偏心夾緊的實(shí)質(zhì)還是斜楔的作用。(1)園偏心輪的夾緊行程及工作段如圖863所示，將圓偏心輪基圓從 的半周拉直，得到弧形楔的展開圖(圖863(b)，可見弧形楔各點(diǎn)的楔角 是變化的，并且當(dāng)偏心輪從 轉(zhuǎn)到 時(shí)，其夾緊行程為2 。設(shè)輪周上任意點(diǎn)x的回轉(zhuǎn)角為 (見圖863(a)， 和 在圖863(b)中是分別垂直于偏心盤輪廓面和基圓的，顯然這兩線的夾角 為該點(diǎn)的楔角。根據(jù)正弦定理： 圓偏心輪的工作轉(zhuǎn)角一般小于 。因?yàn)檗D(zhuǎn)角太大，不僅操作費(fèi)時(shí)，也不安全。工作轉(zhuǎn)角范圍內(nèi)的那段輪周稱為圓偏心輪的工作段。常用的工作段是 或 。在 范圍內(nèi)，升< 。在 范圍內(nèi)，升

25、角由大到小，夾緊力增大；但夾緊行程較小 )(2) 圓偏心輪的自鎖條件圓偏心輪的自鎖條件應(yīng)與斜楔的自鎖條件相同，即：由于回轉(zhuǎn)銷的直徑較小，忽略 上式可改寫為圓偏心輪的夾緊力由于圓偏心輪工作段各點(diǎn)的楔角不同，因此各點(diǎn)的增力比也是不等的。近中間段的楔角大，增力比小。需要估算夾緊力時(shí)，可查閱機(jī)床夾具設(shè)計(jì)手冊。采用偏心夾緊機(jī)構(gòu)時(shí)，很少用偏心輪直接夾緊工件，常和其他元件聯(lián)合使用。圖864是幾種利用偏心原理的夾緊機(jī)構(gòu)。圖865是標(biāo)準(zhǔn)偏心輪結(jié)構(gòu)。8.3.4 聯(lián)動夾緊機(jī)構(gòu)在機(jī)械加工中，根據(jù)工件的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和生產(chǎn)率要求，常需要對一個(gè)工件施加幾個(gè)夾緊力，或者在一個(gè)夾具中同時(shí)裝幾個(gè)工件，此時(shí)采用聯(lián)動夾緊機(jī)構(gòu)，只需操作一

26、個(gè)手柄就能完成夾緊動作。1) 件聯(lián)動夾緊機(jī)構(gòu)圖866(a)是在互相垂直的兩面同時(shí)對工件夾緊的夾具。螺母對壓板1向下夾緊的同時(shí)，拉壓板2順時(shí)針轉(zhuǎn)動壓緊工件。松開時(shí)，壓板還能快速退離工件。圖866(b)為兩力同向的單件聯(lián)動夾緊機(jī)構(gòu)。左壓板下壓時(shí)，螺栓將杠桿4左部上拉，使右壓板也同時(shí)夾緊工件。圖867為四力聯(lián)動的單件聯(lián)動夾緊機(jī)構(gòu)，其夾緊力是互相交叉的。夾緊過程是：在夾具上開有如圖867(b)所示的圓孔空腔，腔內(nèi)注滿液性塑料，夾緊時(shí)轉(zhuǎn)動手柄1使偏心輪2推動柱塞10，由液性塑料把壓力傳到四個(gè)滑柱6，滑柱向外推動兩對壓板4和5，使之同時(shí)夾緊工件。加工完畢后，反轉(zhuǎn)手柄松開偏心輪，拉簧8將壓板自動松開，壓回四

27、個(gè)滑柱6，就可卸下工件。2）多件聯(lián)動夾緊機(jī)構(gòu)多件聯(lián)動夾緊機(jī)構(gòu)多用于夾緊中、小型工件，它在銑床夾具中用得較為廣泛，是提高生產(chǎn)率的有效措施。根據(jù)夾緊的方向不同。多件聯(lián)動夾緊機(jī)構(gòu)主要有以下兩種形式：(1) 平形式多件夾緊如圖868所示，夾緊力方向與工件排列方向垂直，各個(gè)夾緊力互相平行，理論上分配到各個(gè)工件的夾緊力>應(yīng)相等，即：但是，若采用剛性壓板(見圖868(a)，由于工件尺寸有誤差，理論上只有兩個(gè)工件被壓緊，其余工件夾不住。為了能均勻地夾住工件，夾緊元件必須做成浮動的。如圖88(b)所示，采用擺動壓塊，且兩個(gè)擺塊之間也要浮動。連續(xù)式多件夾緊如圖869所示，夾緊力的作用方向與工件排列方向相同，

28、忽略摩擦力的因素，每個(gè)工件所受到的夾緊力與施加的總夾緊力相等。由于夾緊時(shí)的工件順著夾緊的方向要有一定量的移動，定位元件也要能在此方向浮動。另外，因工件的尺寸和形狀有誤差，沿工件排列方向上有累積誤差。835 定心夾緊機(jī)構(gòu)當(dāng)工件的工序基準(zhǔn)是定位基面的對稱中心時(shí)，用定心夾緊機(jī)構(gòu)可避免因定位基面的尺寸誤差所引起的基準(zhǔn)位移誤差。如圖870所示的夾緊裝置，各夾緊元件作同步、等速移動，夾緊時(shí)能自動對中。定心夾緊機(jī)構(gòu)的定位元件也是夾緊元件，在夾緊的同時(shí)完成定位。實(shí)現(xiàn)定心夾緊的原理主要有以下兩種：1) 等速移動定心央緊機(jī)構(gòu)此類機(jī)構(gòu)是利用定心夾緊元件的等速移動來實(shí)現(xiàn)定心夾緊的，其工作原理如圖87l所示。圖871(

29、a)為左右螺旋機(jī)構(gòu)，圖871(b)為斜楔一一滑柱機(jī)構(gòu)，圖87l(c)為鉸鏈杠桿機(jī)構(gòu)。圖872(a)所示的定心夾具，用兩個(gè)V形架鉗口1定心夾緊工件。兩個(gè)V形架本身具有上下自動對中的功能，再通過等螺距的左、右螺旋帶動兩個(gè)滑座2等速移動，實(shí)現(xiàn)左、右方向的自動對中。理論上，不管工件直徑有多大誤差，定位基準(zhǔn)的位置是不變的。圖872(b)是一個(gè)斜楔滑柱定心夾緊機(jī)構(gòu)。拉桿3向左拉動時(shí)(氣壓或液壓傳動)，三個(gè)滑塊4沿斜楔5的斜槽漲開，使工件內(nèi)徑定心并被夾緊。2) 彈性定心夾緊機(jī)構(gòu)這類機(jī)構(gòu)的特點(diǎn)是利用薄壁彈性元件受力后的均勻彈性變形使工件定心并被夾緊。圖873(a)是一個(gè)彈簧心軸。工件以內(nèi)孔和端面在彈性筒夾4、

30、定位套3上定位。當(dāng)拉桿1帶動螺母5和彈性筒夾4向左移動時(shí)，夾具體2上的錐面使軸向開槽的彈性筒夾徑向漲大而從工件孔內(nèi)對工件定心夾緊。圖873(b)是液性介質(zhì)的彈性心軸。擰緊加壓螺釘7，使柱塞8對密封腔內(nèi)的液性塑料施加壓力，迫使薄壁套10產(chǎn)生均勻的徑向變形(漲開)。從而將工件定心并夾緊。8.4.1 鉆床夾具在鉆床上鉆孔，重要的工藝要求是孔的位置精度?？椎奈恢镁炔槐阌迷嚽蟹ǐ@得，用劃線法加工能獲得的位置精度和生產(chǎn)率都很低；用塊規(guī)、樣板等找正雖然精度高一些，但生產(chǎn)率更低。所以在成批生產(chǎn)時(shí)，常使用鉆床夾具。通過鉆床夾具上的鉆套引導(dǎo)刀具進(jìn)行加工，既保證位置精度，又可提高刀具的剛性，使加工質(zhì)量和生產(chǎn)率都得

31、到顯著提高。在機(jī)床夾具總量中。鉆床夾具占的比例最大。鉆床夾具因其使用鉆套的特征，習(xí)慣上稱為鉆模。1)鉆套鉆套鉆模上特有的元件，鉆頭、鉸刀等孔加工刀具通過鉆套再切人工件，一方面確定了加工孔的位置，一方面在緊靠加工面的地方給予刀具引導(dǎo)，提高刀具系統(tǒng)的剛性，并防止其在加工過程中偏斜。1)鉆套類型按鉆的結(jié)構(gòu)和使用情況，可分為固定鉆套、可換鉆套、快換鉆套和特殊鉆套四種類型，其中前三種鉆套都已標(biāo)準(zhǔn)化。 固定鉆套。如圖874(a)所示，固定鉆套有A、B型兩種，與夾具體采用H7n6或H7r6配合，其結(jié)構(gòu)簡單，鉆孔精度較高，適用于單一鉆孔工序的小批量生產(chǎn)。 可換鉆套。當(dāng)工件為單一鉆孔工序、大批量生產(chǎn)時(shí)，要考慮鉆

32、套磨損后的更換問題。如圖874(b)所示，在鉆套與鉆模板之間加襯套，襯套與鉆模板用過盈配合，襯套與鉆套用間隙配合，使鉆套的更換不會造成鉆模板的磨損。為防止鉆孔時(shí)鉆套轉(zhuǎn)動和滑出，一側(cè)要用螺釘壓緊。 快換鉆套。當(dāng)工件需鉆、擴(kuò)、鉸多工步加工時(shí)，在工步間需要更換不同孔徑的鉆套。為使鉆套的更換方便迅速，快換鉆套采用圖874(c)所示的結(jié)構(gòu)。更換時(shí)，將鉆套逆時(shí)針轉(zhuǎn)至缺口對螺釘即可取出。鉆孔時(shí)，摩擦力是順時(shí)針方向，鉆套不會脫出。螺釘與鉆套在軸向還留有一點(diǎn)間隙，不直接壓緊鉆套 特殊鉆套。當(dāng)標(biāo)準(zhǔn)鉆套不能適用時(shí)，要根據(jù)工件的具體要求設(shè)計(jì)特殊鉆套，如圖875所示。圖875(a)是加長鉆套，用于加工在凹面上的孔。由于

33、鉆套的導(dǎo)向尺寸H和排屑空間的高度h要按一定規(guī)范設(shè)計(jì)，所以加長鉆套就設(shè)計(jì)成“縮節(jié)”形。圖875(b)為斜面鉆套。如果工件孔口端面與孔不垂直，只有采用這樣的鉆套才能夠鉆孔。為盡可能增加鉆頭剛度，避免鉆頭引偏或折斷，排屑空間的高度h要盡量小。圖875(c)為小孔距鉆套，用一個(gè)定位銷確定鉆套的周向位置。(2) 鉆套的尺寸和材料一般鉆套導(dǎo)向孔的基本尺寸取刀具的最大極限尺寸，公差帶用F7或F8。用于鉸孔的鉆套，粗餃用G7，精鉸用G6。鉆套的導(dǎo)問尺寸H一般取 (孔徑)。H大，導(dǎo)向性好，刀具剛度提高，加工精度高，但鉆套與刀具的摩擦也大，鉆套易磨損。排屑空間h是鉆套底部到工件表面的空間，增大h值可使切屑流出順暢

34、，但刀具鉆孔時(shí)的剛度和加工孔的精度都會降低。鉆削易排屑的鑄鐵時(shí)，取 ；鉆塑性材料時(shí)，取 。工件精度要求高時(shí)，可 ，使切屑全部從鉆套中排出鉆套材料一般用T10A淬火，或20鋼滲碳淬火。2）鉆模板鉆模板用于安裝鉆套，并確保鉆套在鉆模上的正確位置。常見的鉆模板有以下幾種(1) 固定式鉆模板 鉆模板用機(jī)械聯(lián)接的形式固定在夾具體上，如圖876所示。在裝配時(shí)可通過調(diào)整來保證鉆套的位置，減少了加工難度，因而使用較為廣泛。 (2) 鉸餃?zhǔn)姐@模板當(dāng)鉆模板妨礙工件裝卸或鉆孔后要攻螺紋，要求鉆模板讓位時(shí)，可采用如圖877所示的鉸鏈?zhǔn)姐@模板。 圖中鉆模板2的左端通過鉸鏈銷6與鉸鏈座4連接，鉆模板放下時(shí)，由支承釘3及鉸

35、鏈座兩側(cè)面定位。鉆孔時(shí)，由菱形螺母1將鉆模板鎖住。鉸鏈?zhǔn)姐@模板因存在配合間隙，使鉆套的位置精度比固定式鉆模板略低。為避免鉆模板的受力變形，一般不允許將夾緊裝置裝在鉆模板上，使鉆模板承受夾緊力的反作用力。 (3) 可卸式鉆模 可卸式鉆模板不與夾具體聯(lián)接。而是將鉆模板和工件一起夾緊，裝卸工件時(shí)先要卸下鉆模板，操作較麻煩，但精度比較高。3)鉆模的主要類型(1) 固定式鉆模固定式鉆模在加工一批工件的過程中，鉆模的位置固定不動。這種鉆模主要用于在立式鉆床上加工直徑較大的單孔，或在搖臂鉆床上加工平行孔系(2) 回轉(zhuǎn)式鉆回轉(zhuǎn)式鉆?？砂捶侄纫蠖@一固定軸線每次轉(zhuǎn)過一定的角度。當(dāng)加工分布在同一平面內(nèi)圍繞軸線的

36、平行孔系，或在圓柱面上成輻向分布的徑向孔系時(shí)，工件能在一次安裝中靠分度裝置帶動夾具體回轉(zhuǎn)，依次加工各孔，生產(chǎn)率高，精度也容易得到保證。(3) 翻轉(zhuǎn)式鉆模當(dāng)工件有幾個(gè)面上要鉆孔時(shí)，鉆模不在機(jī)床上固定，可用手翻轉(zhuǎn)至不同的方向進(jìn)行鉆孔。這種鉆模稱為翻轉(zhuǎn)式鉆模(見圖857(a)，一般用于在較小的工件上鉆孔。(4) 蓋板式鉆模大型工件的鉆孔可采用蓋板式鉆模，即將鉆模裝在工件上，在工件上定位和夾緊。蓋板式鉆模省去了夾具體，使鉆模結(jié)構(gòu)大為簡化。8.4.2 銑床夾具銑床夾具都固定安裝在銑床工作臺上。由于銑削加工一般切削用量較大，且為斷續(xù)切削，因此，設(shè)計(jì)銑床夾具時(shí)，要注意工件的裝夾剛性及夾具在機(jī)床上的安裝穩(wěn)定性

37、。銑床夾具結(jié)構(gòu)如圖867所示。以下討論銑床夾具的一些結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。 1) 定位鍵圖878所示的是定位鍵結(jié)構(gòu)及其安裝。一般在銑床夾具底部開縱向槽，定位鍵分置于槽的兩頭，并用埋頭螺釘固定。定位鍵分開愈遠(yuǎn)。定向精度就愈高定位鍵有矩形和圓形兩種。用圓形定位銷作定位鍵用(見圖878(d)，它制造方便；但容易磨損，因而較少使用。矩形定位鍵有A、B兩種型號，A型矩形鍵(見圖礦78(b)上、下尺寸相同，用于定向精度要求不高的場合。B型矩形鍵(見圖878(c)在鍵的一側(cè)開槽形成臺階，上、下部分分別與夾具體和銑床工作臺的丫形槽形成不同的配合 2) 對刀裝 銑床夾具多用對刀塊確定刀具與夾具的相對位置。對刀裝置一般安裝在

38、夾具體上，在銑刀進(jìn)給所經(jīng)過的部位。根據(jù)工件加工表面的形狀，應(yīng)選擇相應(yīng)的對刀塊結(jié)構(gòu)形式。圖879所示為幾種對刀裝置。圖879(a)為只對一個(gè)高度位置，用于銑平面；圖879(b)為對上下、左右兩個(gè)位置，適用于銑直角或槽；圖879(c)為用一個(gè)V形面對刀，主要用于圓弧形加工面對刀；圖879(d)為一種特殊形式的對刀塊，適用于特定的對稱成形面。 為方便對刀，避免對刀塊直接與刀具接觸，對刀時(shí)，要在對刀塊與刀具之間加一塞尺，將塞尺輕輕插入刀具與對刀塊之間，調(diào)整刀具相對于夾具的位置。到與塞尺稍有摩擦即到位。所以設(shè)計(jì)對刀塊時(shí)，其對刀面應(yīng)比加工位置低一個(gè)塞尺厚度，從對刀面到相應(yīng)的定位元件的尺寸為對刀塊的位置尺寸

39、，在設(shè)計(jì)和裝配時(shí)須嚴(yán)格把握。塞尺的形狀有平塞尺和圓柱形塞尺等，其厚度或直徑一般為355mm。對刀塊和塞尺均已標(biāo)準(zhǔn)化，設(shè)計(jì)時(shí)可查閱夾具設(shè)計(jì)手冊。3) 銑床夾具的夾具體銑床夾具的夾具體不僅要有足夠的剛度。還要求穩(wěn)定性好。設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)限制其高、寬之比 (見圖880(a)，以降低夾具的重心。此外，為方便夾具在銑床工作臺上的固定，夾具體上應(yīng)設(shè)置耳座。凸臺式耳座(見圖880(b)適用于鑄造夾具體，它的平面加工比較方便。夾具體用鋼塊制成時(shí)，則采用內(nèi)凹式耳座(見圖880(c)。耳座的具體結(jié)構(gòu)尺寸要根據(jù)銑床工作臺規(guī)格，參考夾具手冊進(jìn)行設(shè)計(jì)。小型夾具體一般兩端各設(shè)一個(gè)耳座。夾具體較寬時(shí)，可在兩端各設(shè)置兩個(gè)耳座，兩耳

40、座的距離應(yīng)與工作臺上兩T形槽的間隔距離一致。當(dāng)夾具較重，需要行車吊運(yùn)時(shí)，夾具體兩端還應(yīng)設(shè)置吊裝孔或吊環(huán)等。8.4.3 車床夾具 車床夾具與其他夾具最大的不同是，夾具裝在車床主軸上并與工件一起旋轉(zhuǎn)，要保證工件的回轉(zhuǎn)軸線位置，以及平衡和安全性等。1) 車床夾具的類型車床上可選用的通用夾具較多，遇工件形狀比較復(fù)雜或生產(chǎn)率要求很高，通用夾具不適用時(shí)，才需設(shè)計(jì)專用車床夾具。根據(jù)工件形狀、結(jié)構(gòu)和加工要求的不同，車床夾具有多種形式，圖881為幾種車床夾具類型的示意圖。圖881(a)所示為加工盤類工件的夾具，且主要定位面與回轉(zhuǎn)軸線垂直。這類車床夾具懸伸長度短；類似于花盤，結(jié)構(gòu)比較簡單緊湊。圖88l(b)所示為

41、加工較長工件的夾具，其形式類似于兩頂尖裝夾。圖881(c)是加工非回轉(zhuǎn)體零件的夾具，其主要定位面與回轉(zhuǎn)軸線平行。為了工件的定位，夾具體需設(shè)計(jì)成角鐵狀，稱角鐵式車床夾具，這也是結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜的車床夾具。圖88l(d)是用于加工以回轉(zhuǎn)面作為主要定位面工件的夾具，主要采用定心夾緊機(jī)構(gòu)。2) 夾縣與車床主軸的聯(lián)接車床夾具與車床主軸的聯(lián)接精度對夾具的回轉(zhuǎn)精度有決定性的影響。因此，要求夾具的回轉(zhuǎn)軸線與車床主軸軸線的同軸度誤差盡量小根據(jù)車床夾具徑向尺寸的大小，它在車床主軸上的安裝主要有以下幾種方式： 對于徑向尺寸D小于140mm，或 的小型夾具，一般通過錐柄安裝在車床主軸錐孔中，并用螺栓拉 緊。這種連接方式定

42、心精度較高(見圖88l(b)。 對于徑向尺寸較大的夾具，一般通過過渡盤與車床主軸連接。兩者配合處的形狀取決于主軸前端的結(jié)構(gòu)。圖881(a)所示過渡盤3的定位孔與車床主軸軸頸按H7h6或H7js6配合，用螺紋緊固，軸向端部靠緊。為防止停車和倒車時(shí)因慣性作用使兩者松開，可用壓板5將過渡盤壓在主軸上。過渡盤與夾具體之間用端面、止口配合，并用螺釘固定。這種安裝方式的安裝精度受兩個(gè)圓柱面配合精度的影響。圖881(c)所示的夾具體與機(jī)床主軸以圓錐面定位，這種安裝方式的精度和剛性都較好，但制造要求也高； 3) 對夾縣總體結(jié)構(gòu)的要求 (1) 尺寸 由于加工時(shí)夾具隨主軸旋轉(zhuǎn)，其結(jié)構(gòu)應(yīng)力求緊湊，盡可能減小回轉(zhuǎn)半徑和懸伸長度。對于角鐵式夾具(見圖88l(c)，應(yīng)控制其懸伸長度L與輪廓直徑D之比 平衡因夾具要隨主軸旋轉(zhuǎn)，如果夾具的重心對軸線偏離將產(chǎn)生離心力，對加工和安全都有很大影響，因此要考慮平衡問題。通常是設(shè)置質(zhì)量或位置可調(diào)整的配重塊(見圖88l(c)中件7)。(3) 夾具體應(yīng)制成圓形圓形的夾具體符合車床夾具回轉(zhuǎn)的特性。夾具上各元件及工件一般都不允許突出夾具體圓形輪廓之外，以利安全。此外，設(shè)計(jì)車床夾具時(shí)較其他夾具要更多地考慮安全問題。如夾緊機(jī)構(gòu)本身受離心力影響可能使有效的夾緊力減??；為保證自鎖的可靠性，多使用螺旋夾緊或采用