機床夾具基礎

1、機床夾具設計基礎在機械制造中，用來固定加工對象，使這占有正確位置，以接受加工或檢測的裝置，統(tǒng)稱為夾具。它廣泛地應用于機械制造過程中，如焊接過程中用于拼焊的焊接夾具；零件檢驗過程中用的檢驗夾具；裝配過程中用的裝配夾具，機械加工過程中用的機床夾具等，都屬于這一范疇。在金屬切削機床上使用的夾具統(tǒng)稱為機床夾具。在現(xiàn)代生產(chǎn)中。機床夾具是一種不可缺少的工藝裝備，它直接影響著零件加工的精度、勞動生產(chǎn)率和產(chǎn)品的制造成本等。本章所講述的僅限于機床夾具，以后簡稱為夾具。1機床夾具概述1.1夾具的作用在機床上加工零件時，為了使該工序所要加工的表面能夠達到圖紙所規(guī)定的尺寸、幾何形狀及與其它表面間的相互位置精度等技術要

2、求，在加工前首先應將工件裝好、夾牢。把工件裝好，就是在機床上使工件相對于刀具及機床有正確的位上加工置。工件只有在這個位置上接受加工，才能保證被加工表面達到所要求的各項技術教育要求。把工件裝好這一過程稱為定位。把工件夾牢，就是指定位好的工件，在加工過程中不會受切削力、離心力、沖擊、振動等外力的影響而變動位置。把工件夾牢這一過程稱為夾緊。因此，夾具的作用就是在加工過程中，對工件進行定位和夾緊，從而保證在加工過程中工件相對于機床保持正確的位置，保證達到該工序所規(guī)定的技術要求。在機械加工過程中，工件的裝夾方法按其實現(xiàn)工件定位的方式分為兩種：一種是按找正方式定位的裝夾方法；另一種是用專用夾具裝夾工件的方

3、法。1按找正方式定位的裝夾方法這種裝夾方法，一般是先按圖樣要求在工件表面劃線，劃出加工表面的尺寸和位置，裝夾時用劃針或百分表找正后再夾緊。如在金工實習時鉆錘頭上用于裝錘柄的孔時，由于是單件，我們就采用先劃線，再找正這種方法加工。按找正方式裝夾工件的方法，能夠很好的適應工序或加工對象的變換，夾具結構簡單，使用簡便經(jīng)濟，選用于單件和小批生產(chǎn)。但這種方式生產(chǎn)效率低，勞動強度大，加工質量不高，往往需要增加劃線工序。當生產(chǎn)數(shù)量大、質量要求高時，需要專用夾具加工。2用專用夾具裝夾工件的方法圖1后蓋零件鉆徑向孔的工序圖 圖2后蓋零件鉆床夾具1-鉆套 2-鉆模板 3-夾具體 4-支承板 5-圓柱銷6-開口墊圈

4、 7-螺母 8-螺桿 9-菱形銷成批生產(chǎn)中，加工圖1所示零件，鉆后蓋上的10mm孔，保證距后端面距離為18±0.1mm, 10孔軸心線與30孔中心線垂直，10孔軸線與下面的5.8孔軸線在同一平面上。其鉆床夾具如圖62所示。10孔徑尺寸鉆頭保證，由鉆套1保證，距后端面距離18±0.1mm由支承板4保證，10孔軸線與30孔軸線垂直由鉆套和圓柱銷5共同保證。10孔軸線與下面的5.8孔軸線在同一平面上由菱形銷9保證。加工時擰緊螺母7，實現(xiàn)定位，松開螺母7，拿開開口墊圈6，實現(xiàn)快速更換工件。通過上面的例子，我們不難看出使用專用夾具裝夾工件的優(yōu)點：（1）保證工件加工精度用夾具裝夾工件時

5、，工件相對于刀具及機床的位置精度由夾具保證，不受工人技術水平的影響，使一批工件的加工精度趨于一致。（2） 提高勞動生產(chǎn)率使用夾具裝夾工件方便、快速，工件不需要劃線找正，可顯著地減少輔助工時，提高勞動生產(chǎn)率；工件在夾具中裝夾后提高了工件的剛性，因此可加大切削用量，提高勞動生產(chǎn)率；可使用多件、多工位裝夾工件的夾具，并可采用高效夾緊機構，進一步提高勞動生產(chǎn)率。（3）擴大機床的使用范圍在通用機床上采用專用夾具可以擴大機床的工藝范圍，充分發(fā)揮機床的潛力，達到一機多用的目的。例如，使用專用夾具可以在普通車床上很方便地加工小型殼體類工件。甚至在車床上拉出油槽，減少了昂貴的專用機床，降低了成本。這對中小型工廠

6、尤其重要。（4） 改善了操作者的勞動條件由于氣動、液壓、電磁等動力源在夾具中的應用，一方面減輕了工人的勞動強度；另一方面也保證了夾緊工件的可靠性，并能實現(xiàn)機床的互鎖，避免事故，保證了操作者和機床設備的安全。（5） 降低了成本在批量生產(chǎn)中使用夾具后，由于勞動生產(chǎn)率的提高、使用技術等級較低的工人以及廢品率下降等原因，明顯地降低了生產(chǎn)成本。夾具制造成本分攤在一批工件上，每個工件增加的成本是極少的。工件批量愈大，使用夾具所取得的經(jīng)濟效益就愈顯著。但專用夾具也有其弊端，如設計制造周期長；因工件直接裝在夾具體中，不需要找正工序，因此對毛坯質量要求較高；所以專用夾具主要適用于生產(chǎn)批量較大，產(chǎn)品品種相對穩(wěn)定的

7、場合。1.2機床夾具的分類1. 按夾具的通用特性分類根據(jù)夾具在不同生產(chǎn)類型中的通用特性，機床夾具可分為通用夾具、專用夾具、可調夾具、組合夾具和自動線夾具等五大類。（1）通用夾具 通用夾具是指結構、尺寸已規(guī)格化、標準化，而且具有一定通用性的夾具，如三爪自動定心卡盤、四爪單動卡盤、平口鉗、萬能分度頭、頂尖、中心架和電子吸盤等。這類夾具通用性強，可用來裝夾一定形狀和尺寸范圍內的各種工件。這類夾具已標準化，由專門廠家生產(chǎn)，作為機床附件供應給用戶。（2）專用夾具 這類夾具是指專為零件的某一道工序的加工專門設計制造的。在產(chǎn)品相對穩(wěn)定、批量較大的生產(chǎn)中，常用各種專用夾具，可獲得較高的生產(chǎn)率和加工精度。專用夾

8、具的設計周期較長、投資較大。除大批大量生產(chǎn)之外，中小批量生產(chǎn)中也需要采用一些專用夾具。但在結構設計時要進行具體的技術經(jīng)濟分析。（3）可調夾具 可調夾具是針對通用夾具和專用夾具的缺陷而發(fā)展起來的一類新型夾具。對不同類型和尺寸的工件，只需調整或更換原來夾具上的個別定位元件和夾緊元件便可使用。它一般又可分為通用可調夾具和成組夾具兩種。前者的通用范圍比通用夾具更大；后者則是一種專用可調夾具，它按成組原理設計并能加工一族相似的工件，故在多品種，中、小批量生產(chǎn)中使用有較好的經(jīng)濟效果。（4）組合夾具 組合夾具是一種模塊化的夾具。標準的模塊元件具有較高精度和耐磨性，可組裝成各種夾具。夾具用畢可拆卸，清洗后留待

9、組裝新的夾具。由于組合夾具具有組裝迅速，周期短，能反復使用等優(yōu)點，因此組合夾具在單件，小批量生產(chǎn)和新產(chǎn)品試制中，得到廣泛應用。組合夾具也已標準化。（5）自動線夾具 自動線夾具一般分為兩大類，一是固定式夾具，它與專用夾具相似；另一種為隨行夾具，使用中夾具隨工件一起運動，并將工件沿自動線從一個工位移至下一個工位。2. 按使用的機床分類夾具按使用機床可分為車床夾具、銑床夾具、鉆床夾具、鏜床夾具、磨床夾具以及其它機床夾具等。3. 按夾緊的動力源分類夾具按夾緊的動力源可分為手動夾具、氣動夾具、液壓夾具、氣液增力夾具、電動夾具、電磁夾具、真空夾具、離心力夾具等。1.3機床夾具的組成機床夾具的和結構雖然繁多

10、，但它們的組成均可概括為以下幾個部分。1. 定位元件夾具的首要任務是定位，因此無論任何夾具，都有定位元件。當工件定位基準面的形狀確定后，定位元件的結構也就基本確定了。圖2中圓柱銷5、菱形銷9和支承板4都是定位元件，通過它們使工件在夾具中占據(jù)正確的位置。2. 夾緊裝置工件在夾具中定位后，在加工前必須將工件夾緊，以確保工件在加工過程中不因受外力作用而破壞其定位。圖2中的螺桿 8（與圓柱銷合成一個零件）、螺母 7 和開口墊圈 6 構成夾緊裝置。3. 夾具體夾具體是夾具的基體和骨架，通過它將夾具所有元件構成一個整體。如圖2中的件 3 。以上這三部分是夾具的基本組成部分，也是夾具設計的主要內容。4. 對

11、刀或導向裝置 對刀或導向裝置用于確定刀具相對于定位元件的正確位置。圖2中鉆套 1 和鉆模板2 組成導向裝置，確定了鉆頭軸線相對定位元件的正確位置。5. 連接元件 連接元件是確定夾具在機床上正確位置的元件。圖1中3的底面為安裝基面，保證了鉆套1 的軸線垂直于鉆床工作臺以及圓柱銷 5 的軸線平行于鉆床工作臺。因此，夾具體可兼作連接元件。車床夾具上的過渡盤、銑床夾具上的定位鍵都是連接元件。6.其它裝置或元件 根據(jù)加工需要，有些夾具分別采用分度裝置、靠模裝置、上下料裝置、頂出器和平衡塊等。這些元件或裝置也需要專門設計。圖3表示了工件與夾具各組成部分，及工件通過夾具組成部分部分與機床、刀具間相互聯(lián)系。圖

12、3 專用夾具的組成及各組成部分與機床工件刀具的相互關系2 工件定位方法及定位元件在設計零件的機械加工工藝規(guī)程時，工藝人員根據(jù)加工要求已經(jīng)選擇了各工序的定位基準和確定了各定位基準應當限制的自由度，并將它們標注在工序簡圖或其它工藝文件上。夾具設計的任務首先是選擇和設計相應的定位元件來實現(xiàn)上述定位方案。為了分析問題的方便，引入“定位基面“的概念。當工件以回轉表面（如孔、外圓等）定位時，稱它的軸線為定位基準，而回轉表面本身則稱為定位基面。與之相對應，定位元件上與定位基面相配合（或接觸）的表面稱為限位基面，它的理論軸線則稱為限位基準。如工件以圓孔在心軸上定位時，工件內孔稱為定位基面，其軸線稱為定位基準。

13、與之相對應，心軸外圓表面稱為限位基面，其軸線稱為限位基準。工件以平面定位時，其定位基面與定位基準，限位基面和限位基準則是完全一致的。工件在夾具上定位時，理論上定位基準與限位基準應該重合，定位基面與限位基面應該接觸。2.1工件以平面定位1. 主要支承主要支承用來限制工件的自由度，起定位作用。（1）固定支承固定支承有支承釘（GB/T222691）和支承板（GB/T223691）兩種型式。如圖4、6-5所示。在使用過程中，它們都是固定不動的。A 型支承釘是標準平面支承釘，常用于已經(jīng)加工后的表面定位；當圖4支承釘（GB/T 222691）定位基準面是粗糙不平的毛坯表面時，應采用 B 型球頭支承釘，使圖

14、5支承板（GB/T 223691）其與粗糙表面接觸良好；C 型所示齒紋型支承釘常用于側面定位，它能增大摩擦系數(shù)，防止工件受力后滑動。大中型工件以精基準面定位時，多采用支承板定位，可使接觸面增大，避免壓傷基準面，減少支承的磨損。A 型支承板，結構簡單，便于制造。但沉頭螺釘處的積屑難于清除，宜作側面或頂面支承；B型是帶斜槽的支承板，因易于清除切屑和容納切屑，宜作底面支承，常用于以推拉方式裝卸工件的夾具和自動線夾具。支承釘、支承板均已標準化，其公差配合、材料、熱處理等可查閱機床夾具零件及部件國家標準。工件以平面定位時，除采用上面介紹的標準支承釘和支承板之外，還可根據(jù)工件定位平面的具體形狀設計相應的支

15、承板，工件批量不大時，也可直接以夾具體作為限位平面。（2）可調節(jié)支承（GB/T222791GB/T223090）在工件定位過程中，支承釘?shù)母叨刃枰{整時，采用圖12所示的可調支承。圖6可調節(jié)支承 圖7（a）中工件為砂型鑄件，加工過程中，一般先銑B面，再以 B 面為基準鏜雙孔。圖7 可調節(jié)支承的應用為了保證鏜孔工序有足夠和均勻的余量，最好先以毛坯孔為粗基準，但裝夾不太方便。此時可將 A 面置于調節(jié)支承上，通過調整調節(jié)支承的高度來保證 B 面與兩毛坯中心的距離尺寸 H1、H2 ，對于毛坯尺寸比較準確的小型工件，有時每批僅調整一次，這樣對于一批工件來說，調節(jié)支承即相當于固定支承。在同一夾具上加工形狀

16、相似而尺寸不等的工件時，也常采用調節(jié)支承。如圖7（b)所示，在軸上鉆徑向孔。對于孔至端面的距離不等的幾種工件，只要調整支承釘?shù)纳斐鲩L度，該夾具便都可適用。（3）浮動支承（自位支承） 在工件定位過程中，能自動調整位置的支承稱為浮動支承。浮動支承的結構如圖 6-8所示，它們與工件的接觸點數(shù)雖然是二點或三點或更多點，但仍只限制工件的一個自由度。浮動支承點的位置隨工件定位基準面的變化而自動調節(jié)，當基面有誤差時，壓下其中一點，其余各點即上升，直到全部接觸為止。由于增加了接觸點數(shù)，可提高工件的安裝剛性和定位的穩(wěn)定性，但夾具結構較復雜。浮動支承適用于工件以毛坯定位或剛性不足的場合。 圖8浮動支承圖9輔助支承

17、1活塞桿2斜面頂銷3滑柱支承2. 輔助支承生產(chǎn)中，由于工件形狀以及夾緊力、切削力、工件重力等原因可能使工件在定位后還產(chǎn)生變形或定位不穩(wěn)定。常需要設置輔助支承。輔助支承是用來提高工件的支承剛度和穩(wěn)定性的，起輔助作用，決不允許破壞主要支承的主要定位作用。圖9為幾種常用的輔助結構。各種輔助支承在每次卸下工件后，必須松開，裝上工件后再調整和鎖緊。由于采用輔助支承會使夾具結構復雜，操作時間增加，因此當定位基準面精度較高，允許重復定位時，往往用增加固定支承的方法增加支承剛度。2.2 工件以內孔表面定位在生產(chǎn)中常常遇到套筒、盤蓋類零件，加工時是以內孔為定位基準的。工件以內孔定位是一種中心定位。定位面為圓柱孔

18、，定位基準為中心軸線，通常要求內孔基準面有較高的精度。工件中心定位的方法是用定位銷或心軸等與孔的配合實現(xiàn)的。有時采用自動定心定位。粗基準很少采用內孔定位。1圓柱銷（定位銷）定位銷可分為固定式和可換式兩種。圖10（a）（b）（c）為固定式定位銷，固定式定位銷是直接用過盈配合裝在夾具體上。圖10（d）為可換式定位銷。當定位銷直徑 D 為310mm時，為增加剛性避免使用中折斷或熱處理時圖10定位銷淬裂，通常把部倒成圓角 R。夾具體上應設有沉孔，使定位銷的圓角部分沉入孔內而不影響定位。在大量生產(chǎn)時，工件更換頻繁，定位銷易于磨損喪失定位精度，需要定期更換，可采用圖10 （d）所示的快換式定位銷，襯套外徑

19、與夾具體為過渡配合，襯套內徑與圓柱銷為間隙配合，此兩者存在的定位間隙會影響定位精度。但這種方式可就地更換定位銷，快速方便。為便于工件裝入，定位銷的頭部有150倒角。定位銷的有關參數(shù)可查閱有關國家標準。2 定位心軸圖17為常用定位心軸的結構形式。圖11 （a）為間隙配合心軸。心軸的基本尺寸取工件孔的最小極限尺寸，公差一般按 h6、g6 或 f7 制造，這種心軸裝卸工件方便，但定心精度不高。加工中為能帶動工件旋轉，工件常以孔和端面聯(lián)合定位，因而要求工件定位孔與定位端面之間、心軸限位圓柱面與限位端面之間都有較高的垂直度，最好能在一次裝夾中加工出來。圖11常用定位心軸結構圖11（b)為過盈配合心軸，由

20、引導部分、工作部分、傳動部分組成。引導部分 3 的作用是使工件迅速而準確地套入心軸，其直徑 D3 的基本尺寸取孔徑的最小值，公差按 e8 制造，其長度約為工件定位孔長度的一半。工作部分 2 的直徑的基本尺寸取孔徑的最大值，公差按 r6 制造。當工件定位孔的長度與直徑之比 L/D1 時，心軸的工作部分應稍帶錐度，直徑 D2 取基準孔直徑的最小值，公差按 h6 確定；D1 取基準孔直徑的最大值，公差按 r6確定。這種心軸制造簡單，定心精度高，不用另設夾緊裝置，但裝卸工件不方便，易損傷定位孔。多用于定心精度要求高的精加工。圖11 （c)是花鍵心軸，用于加工以花鍵孔定位的工件。當工件的定位孔長度 L/

21、D1時，工作部分可稍帶錐度。設計花鍵心軸時，應根據(jù)工件的不同定心方式來確定心軸的結構，其配合可參考上述兩種心軸圖11 （d)為錐度心軸（小錐度心軸），工件在小錐度心軸上定位，并靠工件定位圓孔與心軸限位圓錐面的彈性變形夾緊工件。這種定位方式的定心精度較高，同軸度可達 0.010.02mm，但工件的軸向位移較大，不適于軸向定距加工，廣泛適用于短小工件高精度定心的精車和磨削加工中。3 圓錐銷如圖12所示為工件的孔緣在圓錐銷上定位的方式，限制工件的、三個自由度。圖12 （a）用于粗基準，圖12 （b）用于精基準。 工件以單個圓錐銷定位時容易傾斜，為此，圓錐銷一般與其它定位元件組合使用，如圖13所示。圖

22、12圓錐銷圖13圓錐銷組合定位2.3工件以外圓表面定位以圓柱表面定位的工件有：軸類、套類、盤類、連桿類以及小殼體類等。常用的定位元件有：V形塊、定位套、半圓套、圓錐套等。1 V形塊（GB/T220891）不論定位基準是否經(jīng)過加工、是完整的圓柱面還是圓弧面，都可以采用V形塊定位。其優(yōu)點是對中性好，即能使工件的定位基準軸線的對中在 V 形塊兩斜面的對稱面上，而不受定位基面直徑誤差的影響，并且安裝方便。常用V形塊結構如圖14所示。圖14 常用V形塊的結構圖14（a）用于精基準定位，且基準面較短； （b）適用于粗基準或階梯形圓柱面的定位；（c）適用于長的精基準表面或兩段相距較遠的軸定位；（d)適用于直

23、徑和長度較大的重型工件，其 V 形塊采用鑄鐵底座鑲淬硬的支承板或硬質合金的結構，以減少磨損，提高壽命和節(jié)省鋼材。V 形塊兩斜面間的夾角，一般選用600、900、1200，以900V 形塊應用最廣。其結構和尺寸均已標準化。圖615活動V形塊的應用V 形塊有固定式和活動式兩種。圖15為加工連桿孔時用活動V形塊定位，活動V形塊限制工件一個轉動自由度，其沿 V 形塊對稱面方向的移動可以補償工件因毛坯尺寸變化而對定位的影響，同時還兼有夾緊的作用。2 定位套圖16為常用的幾種定位套。其內孔軸線是限位基準，內孔面是限位基面。為了限制工件沿軸向的自由度，常與端面聯(lián)合定位。用端面作為主要限位面時，應控制套的長度

24、，以免夾緊時工件產(chǎn)生不允許的變形。圖16常用定位套定位套結構簡單、容易制造，但定心精度不高，故只適用于精定位基面。3 半圓套圖17半圓套定位裝置圖17為外圓柱面用半圓套定位的結構。下面的半圓套是定位元件，上面的半圓套起夾緊作用。其最小直徑應取工件定位外圓的最大直徑。這種定位方式主要用于大型軸類零件及不便于軸向裝夾的零件。定位基面的精度不低于IT8IT9。其定位的優(yōu)點是夾緊力均勻，裝卸工件方便。2.4 工件以組合表面定位前面介紹了一些常見的典型定位方式.我們從中可以看出,它們都是以一些簡單的幾何表面(如平面、內外圓柱面、圓錐面等)作為定位基準的。因為盡管機器零件的結構形狀千變萬化，但是它們只是由

25、一些簡單的幾何表面作各種不同的組合而構成的。因此，只要掌握住簡單幾何表面的典型定位方式后，也就可以根據(jù)各種復雜零件的表面組成情況，把它們的定位問題簡化為一些簡單幾何表面的典型定位方式的各種不同組合。從前面所列舉的一些定位實例中，也可看到，一般機器零件很少以單一幾何表面作為定位基準來定位的，通常都是以兩個以上的幾何表面作為定位基準而采取組合定位。采用組合定位時，如果各定位基準之間彼此無緊密尺寸聯(lián)系（即沒有尺寸精度要求）時，那么，這些定位基準的組合定位，就只能是把各種單一幾何表面的典型定位方式直接予以組合而不能彼此發(fā)生重復限制自由度的過定位情況。但是在實際生產(chǎn)中，有時是采用兩個以上彼此有一定緊密尺

26、寸聯(lián)系（即有一定尺寸精度要求）的定位基準作組合定位，以提高多次重復定位時的定位精度。這時，也常會發(fā)生相互重復限制自由度的過定位現(xiàn)象。由于這些定位基準相互之間有一定尺寸精度聯(lián)系，因此只要設法協(xié)調定位元件與定位基準的相互尺寸聯(lián)系，就可克服上述過定位現(xiàn)象，以達到多次重復定位時，提高定位精度的目的。下面就以生產(chǎn)中最常見的“一面兩孔”定位為例來進行分析。1“一面兩孔”定位時要解決的主要問題在成批生產(chǎn)和大量生產(chǎn)中，加工箱體、杠桿、蓋板等類零件時，常常以一平面和兩定位孔作為定位基準實現(xiàn)組合定位。這種組合定位方式，一般便簡稱為：一面兩孔定位。這時，工件上的兩個定位孔，可以是工件結構上原有的，也可以專為工藝上定

27、位需要而特地加工出來的?！耙幻鎯煽住倍ㄎ粫r所用的定位元件是：平面采用支承板定位，兩孔采用定位銷定位，如圖18所示?！耙幻鎯煽住倍ㄎ恢?，支承板限制了3個自由度，短圓柱定位銷1限制了2自由度，還剩下一個繞垂直圖面軸線的轉動自由度需要限制。短圓柱定位銷2也要限制2個自由度，它除了限制這個轉動自由度外，還要限制一個沿X軸的移動自由度。但這個移動自由度已被短圓信定位銷1所限制，于是兩個定位銷1重復限制沿X軸的移動自由度X而發(fā)生的矛盾。最嚴重時，便如圖19所示。我們先不考慮兩定位銷中心距的誤差，假設銷心距為L；一批工件中每個工件上的兩定位孔的孔心距是在一定的公差范圍內變化的，其中最大是L+，最小是L-，即

28、在2范圍內變化。當這樣一批工件以兩孔定位裝入夾具的定位銷中時，就會出現(xiàn)象圖19所示那樣的工件根本無法裝入的嚴重情況這就是因為定位銷1和定位銷2重復限制了X自由度所引起的。由于兩定位銷中心距和兩定位孔中心距，都在規(guī)定的公差范圍內變化，因而只要設法改變定位銷2的尺寸偏差或定位銷2的結構，來補償在這個范圍內的中心距變動量，便可消除因重復限制X自由度所引起的矛盾。這就是采用“一面兩孔”定位時所要解決的主要問題。圖18 “一面兩孔”的組合定位 圖19 兩定位銷重復限制移動自由度2解決兩孔定位問題的兩種方法（1）采用兩個圓柱定位銷作為兩孔定位時所用的定位元件當選用兩個圓柱定位銷作為兩孔定位所用的定位元件時

29、，我們采用縮小定位銷2的直徑的方法來解決上述兩孔裝不進定位銷的矛盾，如圖20所示。（2）采用一個圓柱定位銷和一個削邊（又稱：菱形）定位銷作為兩孔定位時所用的定位元件如圖21所示，假定定位孔1和定位銷1的中心完全重合，則兩定位孔間的中心距差和兩定位銷間的中心距誤差，全部由定位銷2來補償。 圖20 減小圓柱銷直徑 圖21 使用削邊銷常用的削邊定位銷結構開關有圖22所示的三種。圖中6-22（a）型用于定位孔直徑很小時，為了不使定位銷削邊后的頭部強度過分減弱，所以不削成菱形。6-22（c）型是用于孔徑大于50毫米時，這時銷釘本身強度已足夠，主要是為了求得制造更為簡便。直徑為350毫米的標準削邊銷都是做

30、成菱形的。(a) (b) (c)圖22 削邊削的形式2.5定位誤差計算一批工件逐個在夾具上定位時，各個工件在夾具上占據(jù)的位置不可能完全一致，以致使加工后各工件的加工尺寸存在誤差，這種因工件定位而產(chǎn)生的工序基準在工序尺寸上的最大變動量，稱為定位誤差，用D表示。主要包括基準不重合誤差和基準位移誤差。定位誤差研究的主要對象是工件的工序基準和定位基準。工序基準的變動量將影響工件的尺寸精度和位置精度。圖23銑削加工定位簡圖1.基準不重合誤差 由于定位基準和工序基準不重合而造成的定位誤差，稱為基準不重合誤差，用b表示。其大小為定位基準到工序基準之間的尺寸變化的最大范圍。如圖23所示，由于基準不重合而產(chǎn)生的

31、基準不符誤差b2e 2.基準位移誤差由于定位基準和限位基準的制造誤差引起的，定位基準在工序尺寸上的最大變動范圍，稱為基準位移誤差，用y表示。不同的定位方式，其基準位移誤差的計算方法也不同。（1）平面定位工件以精基面在平面支承中定位時，其基準位移誤差可忽略不計。（2）用圓柱銷定位當銷垂直放置時，基準位移誤差的方向是任意的，故其位移誤差可按下式計算：式中：定位最大配合間隙，單位為 mm；工件定位基準孔的直徑公差，單位為 mm；圓柱定位銷或圓柱心軸的直徑公差，單位為 mm；定位所需最小間隙，由設計時確定，單位為 mm。當銷是水平放置時，基準位移誤差的方向是固定的，屬于固定單邊接觸，其位移誤差為其中因

32、為方向固定，所以1/2 Xmin可以通過適當?shù)恼{整，可以消除。如圖24所示，利用對刀裝置消除最小間隙的影響。其中H為對刀工作表面至心軸中心距離的基本尺寸：圖624利用對刀裝置削除最小間隙的影響（3）用 V 形塊定位圖25V形塊定心定位的位移誤差如圖25所示，若不計V形塊的誤差而僅有工件基準面的圓度誤差時，其工件的定位中心會發(fā)生偏移，產(chǎn)生基準位移誤差。由此產(chǎn)生的基準位移誤差為：式中： d工件定位基準的直徑公差，單位為mm；/2V形塊的半角。一般情況下60°、90°、120°V 形塊的對中性好，即沿x向的位移誤差為零。下面以一個例子說明以平面定位時，定位誤差的計算方法

33、。(a) (b)圖26 銑臺階面兩種定位方法按圖26（a）所示定位方案銑床工件的臺階面，要求保證尺寸20±0.15。試分析和計算這時的定位誤差。并判斷這一方案是否可用。由于這時工件是以B面為定位基準，而欲保持的加工尺寸20±0.15的設計基準為A面，因此必然出現(xiàn)基準不重合定位誤差。定位誤差的大小由定位尺寸公差確定。定位尺寸40±0.14，其公差值為0.28mm，此值即為定位誤差b。本工序要求保持的尺寸20±0.15，其允差為:k=0.03mm，k-b=0.03-0.28=0.02(mm)從以上計算中可以看出，b在加工誤差中所占的比重太大，以至留給其它加工

34、誤差的允差僅有0.02mm，此值太小，在實際加工中難以保證，極易超差和產(chǎn)生廢品。因此，對此定位方案不宜采用。最好改用基準重合的定位方案，如圖26（b）所示，此時b=0。當然，改用這種方案后，工件由上向下裝夾，夾緊方式 不理想，而且結構也變得復雜了。3 定位裝置設計示例前面各節(jié)闡述了工件在夾具中定位的基本原理和基本方法?，F(xiàn)以定位方案設計實例來說明定位原理和方法的運用。圖27撥叉工序圖圖27為在拔叉上鉆8.4mm孔的工序簡圖。加工要求是：8.4mm孔為自由尺寸，可一次鉆削保證。該孔在軸線方向的設計基準是槽14.2mm的對稱中心線，要求距離為3.1±0.1mm；相對于15.81 F8 孔中

35、心線的對稱度要求為 0.2mm。本工序所用設備為 Z525立式鉆床。試設計其定位方案。1.確定所需限制的自由度數(shù)、選擇定位基準并確定各基準面上支承點的分布。為保證所鉆8.4mm孔與15.81 F8 中心線對稱并垂直，需限制工件的、三個自由度；為保證所鉆8.4mm孔在對稱面（YZ面）內，還需限制自由度；為保證尺寸3.1±0.1mm，還需限制自由度。綜上所述，應限制工件的、五個自由度。定位基準的選擇應盡可能遵循基準重合原則，并盡量選用精基準定位。故以15.81 F8 孔作為主要定位基準，設置四支承點限制工件的、四個自由度，以保證所鉆孔與基準孔的對稱度和垂直度要求；以51+00.1槽面作定

36、位基準，設置一點，限制自由度，由于它離15.81 F8 距離較遠，故定位準確且穩(wěn)定可靠；以槽面 B、C 或端面 D 作為止推定位基準，設置一點，限制自由度。在 B、C、D 面上定位元件的布置有三種方案：一是以 D 面定位；二是以槽面 B、C 中的一個面定位；三是以槽面 B、C 的對稱平面定位。若以 D 面定位，因工序基準為14.2mm槽的對稱面（對稱面至B面距離尺寸為7.1+00.05mm）。故其基準不符，誤差為：B10.05+0.105´20.26mm，已超過尺寸 3.1±0.1mm 的加工公差0.02的要求，故此方案不能采用。若以 B、C 面的一個側面定位，則基準不符誤

37、差為：B20.05mm若以 B、C 面的對稱平面定位，則 B30在上述三個方案中，第一方案不能保證加工精度；第二方案具有結構簡單，加工精度可以保證的優(yōu)點；第三種方案定位誤差為零，但結構比前兩方案復雜。但從大批量生產(chǎn)的條件考慮，第三方案的定位元件使用偏心輪，雖然結構復雜，但能完成夾緊任務，因此第三方案較恰當。2. 選擇定位元件結構圖28 防轉定位方案分析15.81 F8 孔采用長圓柱銷定位，其配合選為 15.81F8/h7。以51+00.1 mm槽面的定位可采用兩種方案，如圖28所示。一種方案是在其中一個槽面上布置一個防轉銷；另一方案是利用槽兩側面布置一個大削邊銷，與長銷構成兩銷定位。從定位穩(wěn)定

38、性及有利于夾緊等考慮，后一方案較好。工件沿Y軸的位置可采用如圖29所示的圓弧偏心輪定心夾緊裝置，實現(xiàn) B、C 的對稱面定位。如以 B 或 C 面定位，為了裝卸工件，應采用可伸縮的定位銷。這將會增加夾具結構的復雜性。為了引導鉆頭，鉆套在夾具中的布置如圖29所示。圖29定位夾緊元件的布置以上步驟是設計定位裝置的一般過程。在實際工作中，其先后順序可有差異。又由于生產(chǎn)條件等不同，其具體結構也將各異，但分析問題的基本原理和方法是一致的。4夾緊機構原理4.1對夾緊裝置的基本要求機械加工過程中，為保持工件定位時所確定的正確加工位置，防止工件在切削力、慣性力、離心力及重力等作用下發(fā)生位移和振動，機床夾具應設有

39、夾緊裝置，將工件壓緊夾牢。夾緊裝置是否合理、可靠及安全，對工件加工的精度、生產(chǎn)率和工人的勞動條件有著重大的影響，因此，夾緊機構應滿足下面要求：1. 夾緊過程中，必須保證定位準確可靠，而不破壞原有的定位。2. 夾緊力的大小要可靠、適應，既要保證工件在整個加工過程中位置穩(wěn)定不變、振動小，又要使工件不產(chǎn)生過大的夾緊變形。3. 夾緊裝置的自動化和復雜程度應與生產(chǎn)類型相適應，在保證生產(chǎn)效率的前提下，其結構要力求簡單，工藝性好，便于制造和維修。4. 夾緊裝置應具有良好的自鎖性能，以保證在源動力波動或消失后，仍能保持夾緊狀態(tài)。5. 夾緊裝置的操作應當方便、安全、省力。4.2夾緊裝置的組成1. 力源裝置 產(chǎn)生

40、夾緊作用力的裝置稱為力源裝置。常用的力源有人力和動力。力源來自人力的稱為手動夾緊裝置；力源來自氣壓、液壓、電力等動力的稱為動力傳動裝置。如圖30所示為氣壓傳動裝置。圖30 氣動銑床夾具1配氣閥2管道3氣缸4活塞5活塞桿6單鉸鏈連桿7壓板2. 夾緊部分接受和傳遞原始作用力使之變?yōu)閵A緊力并執(zhí)行夾緊任務的部分。一般由下列元件或機構組成。（1）夾緊元件是實現(xiàn)夾緊作用的最終執(zhí)行元件。如各種螺釘、壓板等。（2）中間遞力機構通過它將力源產(chǎn)生的夾緊力傳給夾緊元件，然后由夾緊元件最終完成對工件的夾緊。一般中間遞力機構可以在傳遞夾緊力的過程中，改變夾緊力的方向和大小，保證夾緊機構的工作安全可靠，并具有一定的自鎖性

41、能。如圖30中的單鉸鏈連桿 6 作為中間遞力機構，當利用螺釘直接夾緊工件時，就沒有中間遞力元件。（3）夾緊機構 是指手動夾緊時所使用的，由中間遞力機構和夾緊裝置組成，如手柄、螺母、壓板等。以上各部分之間的關系，可用框圖表示，如圖31所示。圖31 夾緊裝置組成框圖4.3夾緊力的確定原則確定夾緊力必須從力的三要素考慮，即力的大小、方向和作用點。它是一個綜合性問題，必須結合工件的形狀、尺寸、重量和加工要求，定位元件的結構及其分布方式，切削條件及切削力的大小等具體情況來確定。1. 夾緊力方向的確定原則夾緊力的作用方向不僅影響加工精度，而且還影響夾緊的實際效果。具體應考慮如下幾點：（1）夾緊力的作用方向

42、應保證定位準確可靠，而不破壞工件的原有定位精度圖32夾緊力垂直指向主要定位支承表面示例。工件在夾緊力作用下，應確保其定位基面貼在定位元件的工作表面上。為此要求主夾緊力的方向應指向主要定位基準面，其余夾緊力方向應指向工件的定位支承。如圖32所示，在角鐵形工件上鏜孔。加工要求孔中心線垂直 A 面，因此應以 A 面為主要定位基面，并使夾緊力垂直于A 面，如圖32（a）所示。但若使夾緊力指向 B 面，如圖32 （b）所示，則由于 A 與 B 面間存在垂直度誤差，就無法滿足加工要求。當夾緊力垂直指向 A 面有困難而必須指向 B 面時，則必須提高 A 與 B 面間的垂直度精度。（2）夾緊力的作用方向應使工

43、件的夾緊變形盡量小圖33夾緊力的作用方向對工件變形的影響如圖33所示為加工薄壁套筒，由于工件的徑向剛度很差，用圖33（a）的徑向夾緊方式將產(chǎn)生過大的夾緊變形。若改用圖33（b）的軸向夾緊方式，則可減少夾緊變形，保證工件的加工精度。（3）夾緊力作用方向應使所需夾緊力盡可能小如圖34所示為夾緊力Fw、工件重力G和切削力F三者關系的幾種典型情況。為了安裝方便及減少夾緊力，應使主要定位支承表面處于水平朝上位置。如圖34（a）、6-34（b）所示工件安裝既方便又穩(wěn)定，特別是圖34 （a），其切削力F與工件重力G均朝向主要支承表面，與夾緊力Fw方向相同，因而所需夾緊力為最小。此時的夾緊力Fw只要防止工件加

44、工時的轉動及振動即可。圖34（c）、6-34（d）、6-34（e）、6-34（f)所示的情況就較差，特別是6-34（d)所示情況所需夾緊力為最大，一般應盡量避免。圖34夾緊力方向與夾緊力大小的關系2. 選擇夾緊力作用點的原則夾緊力作用點的位置、數(shù)目及布局同樣應遵循保證工件夾緊穩(wěn)定、可靠、不破壞工件原來的定位以及夾緊變形盡量小的原則，具體應考慮如下幾點：（1）夾緊力作用點應能保持工件定位穩(wěn)固而不至引起工件發(fā)生位移或偏轉。根據(jù)這一原則，夾緊力作用點必須作用在定位元件的支承表面上或作用在幾個定位元件所形成的穩(wěn)定受力區(qū)域內。如圖35（b）的作用點，會使原定位受到破壞。圖35作用點與定位支承的位置關系（

45、2） 夾緊力作用點應使夾緊變形盡量小夾緊力應作用在工件剛性好的部位上。對于壁薄易變形的工件，應采用多點夾緊或使夾緊力均勻分布，以減少工件的夾緊變形。如圖36（a）、(b)為合理方案。如采用圖36（c）、圖36（d）的夾緊方案，將使工件產(chǎn)生變形。a) b) c) d)圖36作用點應在工件剛度好的部位（3）夾緊力的作用點應保證定位穩(wěn)定、夾緊可靠。夾緊力的作用點應盡可能靠近被加工表面，以提高定位的穩(wěn)定性和夾緊的可靠性。如圖37所示。有的工件由于結構形狀所限，加工表面與夾緊力作用點較遠且剛性又較差時，應在加工表面附近增加輔助支承及對應的附加夾緊力。如圖37（c）所示，在加工表面附近增加了輔助支承，而F

46、w1為對應的附加夾緊力。(a) ( b) (c)圖37作用點應靠近工件加工部位3. 夾緊力大小的確定原則當夾緊力的方向和作用點確定后，就應計算所需夾緊力的大小。夾緊力的大小直接影響夾具使用的安全性、可靠性。夾緊力過小，則夾緊不穩(wěn)固，在加工過程中工件仍會發(fā)生位移而破壞定位。結果，輕則影響加工質量，重則千萬安全事故。夾緊力過大，無必要，反而增加夾緊變形，對加工質量不利，同時夾緊機構的尺寸也會相應加大。所以夾緊力的大小應適當。在實際設計工作中，夾緊力的大小可根據(jù)同類夾具的實際使用情況，用類比法進行經(jīng)驗估計，也可用分析計算方法近似估算。分析計算法，通常是將夾具和工件視為剛性系統(tǒng)，找出在加工過程中，對夾

47、緊最不利的瞬時狀態(tài)。根據(jù)該狀態(tài)下的工件所受的主要外力即切削力和理論夾緊力（大型工件要考慮工件的重力，調整運動下的工件要考慮離心力或慣性力），按靜力平衡條件解出所需理論夾緊力，再乘以安全系數(shù)作為實際所需夾緊力，以確保安全。即：FswK Fw式中Fsw 所需實際夾緊力，單位為 N；Fw 按靜力平衡條件解出的所需理論夾緊力，單位為 N；K 安全系數(shù)，根據(jù)經(jīng)驗一般粗加工時取2.53；精加工時取1.52。實際所需夾緊力的具體計算方法可參照機床夾具設計手冊等資料。5 基本夾緊機構不論采用何種力源（手動或機動）形式，一切外力都要轉化為夾緊力，這一轉化過程都不得是通過夾緊機構實現(xiàn)的。因此夾緊機構是夾緊裝置中的

48、一個重要組成部分。在各種夾緊機構中，起基本夾緊作用的，多為斜楔、螺旋、偏心、杠桿、薄壁彈性元件等夾具元件，而其中以斜楔、螺旋、偏心以及由它們組合而成的夾緊裝置應用最為普遍。5.1 斜楔夾緊機構1.作用原理圖38 手動斜楔夾緊機構1斜楔2工件3夾具體圖38為一種斜楔夾緊機構。需要在工件上鉆削互相垂直的8mm 與5mm 小孔，工件裝入夾具后，在夾具體上定位后，錘擊楔塊大頭，則楔塊對工件產(chǎn)生夾緊力和對夾具體產(chǎn)生正壓力，從而把工件楔緊。加工完畢后錘擊楔塊小頭即可松開工件。由此可見，斜楔主要是利用其斜面的移動和所產(chǎn)生的壓力來夾緊工件的，即楔緊作用。（a）夾緊受力圖（b）自鎖受力圖（c）夾緊行程圖39斜楔

49、的受力分析2. 夾緊力的計算斜楔夾緊時的受力情況如圖39 （a） 所示，斜楔受外力為，產(chǎn)生的夾緊力為 ，按斜楔受力的平衡條件，可推導出斜楔夾緊機構的夾緊力計算公式：當、均很小且時，上式可近似的簡化為式中：夾緊力，單位為N；作用力，單位為N；、分別為斜楔與支承面及與工件受壓面間的摩擦角，常取5080；斜楔的斜角，常取60100。3斜楔的自鎖條件圖39（b）所示，當作用力消失后，斜楔仍能夾緊工件而不會自行退出。根據(jù)力的平衡條件，可推導出自鎖條件： （6-1） （6-2） （6-3）將式（6-2）、（6-3）代入（6-1）式 ，得： (設)一般鋼鐵的摩擦系數(shù)0.10.15。摩擦角arctan(0.1

50、0.15)5°438°32,故 11°17°。但考慮到斜楔的實際工作條件，為自鎖可靠起見，取6°8°。當6°時，tan0.1=,因此斜楔機構的斜度一般取1：10。4斜楔機構的結構特點（1）斜楔機構具有自鎖的特性當斜楔的斜角小于斜楔與工件以及斜楔與夾具體之間的摩擦角之和時，滿足斜楔的自鎖條件。（2）斜楔機構具有增力特性斜楔的夾緊力與原始作用力之比稱為增力比 （或稱為增力系數(shù)）。即：當不考慮摩擦影時，此時愈小，增力作用愈大。（3）斜楔機構的夾緊行程小工件所要求的夾緊行程 h 與斜楔相應移動的距離 s 之比稱為行程比 ：因,故斜楔

51、理想增力倍數(shù)等于夾緊行程的縮小倍數(shù)。因此，選擇升角時，必須同時考慮增力比和夾緊行程兩方面的問題。(4)斜楔機構可以改變夾緊力作用方向由圖39可知，當對斜楔機構外加一個水平方向的作用力時，將產(chǎn)生一個垂直方向的夾緊力。5適用范圍由于手動斜楔夾緊機構在夾緊工件時，費時費力，效率極低所以很少使用。因其夾緊行程較小，因此對工件的夾緊尺寸（工件承受夾緊力的定位基準至其受壓面間的尺寸）的偏差要求很高，否則將會產(chǎn)生夾不著或無法夾緊的狀況。因此，斜楔夾緊機構主要用于機動夾緊機構中，且毛坯的質量要求很高。5.2 螺旋夾緊機構螺旋夾緊機構螺釘、螺母、螺栓或螺桿等帶有螺旋的結構件與墊圈、壓板或壓塊等組成。他不僅結構簡

52、單、制造方便，而且由于纏繞在螺釘面上的螺旋線很長，升角小。所以螺旋夾緊機構的自鎖性能好，夾緊力和夾緊行程都較大，是目前應用較多的一種夾緊機構。1作用原理螺旋夾緊機構中所用的螺旋，實際上相當于把斜楔繞在圓面積柱體上，因此，其作用原理與斜楔是一樣的。只不過是這時通過轉動螺旋，使繞在圓柱體上的斜楔高度發(fā)生變化，而產(chǎn)生夾緊力來夾緊工件。2結構特點圖40 典型螺旋壓板機構螺旋夾緊機構的結構形式很多，但從夾緊方式來分，可分為單個螺栓夾緊機構和螺旋村板夾緊機構兩種。圖40（a）為壓板夾緊形式，圖40（b）為螺栓直接夾緊形式，在夾緊機構中，螺旋壓板的使用是很普遍的。圖41為最簡單的單個螺栓夾緊機構。圖41（a

53、）為直接用螺釘壓在工件表面，易損傷工件表面；圖41（b）為典型的螺栓夾緊機構，在螺栓頭部裝有擺動壓塊，可以防止螺釘轉動損傷工件表面或帶動工件旋轉。典型壓塊的如圖42所示。圖42（a）為光面壓塊，用于用于壓緊已加工過的表面；圖42（b）為槽面壓塊，用于未加工過的毛坯表面；圖42（c）為球面壓塊，可自動調心。壓緊螺釘及壓塊已標準化，可查閱相關手冊。（a） （b）圖41 單個螺旋夾緊機構 圖42 擺動壓塊螺旋夾緊機構中，螺旋升角4°，因此自鎖性能好，能耐振動。由于螺旋相當于長斜楔繞在圓柱體上，所以夾緊行程不受限制，可以任意加大，不會使機構增大。設計螺旋夾緊機構時應根據(jù)所需的夾緊力的大小選擇

54、合適的螺紋直徑。3適用范圍由于螺旋夾緊機構結構簡單、制造方便，增力比大，夾緊行程不受限制，所以在手動夾緊機構中應用廣泛。但其夾緊動作慢、輔助時間長，效率低。為了克服螺旋夾動作緊慢，效率缺點，出現(xiàn)了各種快速夾緊機構。如圖43所示。輸入法6-43（a）中，在螺母一方的增加開口墊圈，螺母的外徑小于工件內孔直徑，只要稍微放松螺母，即可抽出墊圈，工件便可螺母取出。圖43（b）為快卸螺母，螺母孔內鉆有光孔，其孔徑略大于螺紋的外徑，螺母斜向沿光孔套入螺桿，然后將螺母擺正，使螺母的螺紋與螺桿嚙合，再擰動螺母，便可夾緊工件。但螺母的螺紋部分被切去一部分，因此嚙合部分減小，夾緊力不能太大。圖43 快速螺旋夾緊機構

55、6.3偏心夾緊機構用偏心元件直接夾緊或與其它元件組合而實現(xiàn)對工件的夾緊機構稱為偏心夾緊機構，它是利用轉動中心與幾何中心偏移的圓盤或軸等為夾緊元件。圖40所示為常見的各種偏心夾緊機構，其中圖40（a）是偏心輪和螺栓壓板的組合夾緊機構；圖40（b)是利用偏心軸夾緊工件的。圖44偏心夾緊機構實例1偏心夾緊的工作特性圖45 圓偏心特性及工作段如圖45（a）所示的圓偏心輪，其直徑為 D，偏心距為 e，由于其幾何中心 C 和回轉中心 O 不重合，當順時針方向轉動手柄時，就相當于一個弧形楔卡緊在轉軸和工件受壓表面之間而產(chǎn)生夾緊作用。將弧形楔展開，則得如圖45（b)所示的曲線斜楔，曲線上任意一點的切線和水平線的夾角即為該點的升角。設x 為任意夾緊點 x 處的升角，其值可由 OxC中求得：式中轉角 的變化范圍為 001800，由上式可知，當00 時，m 點的升角最小，00，隨著轉角的增大，升角也增大，當900時（即 T 點），升角為最大值，此時：因很小，故取max2e/D。當 繼續(xù)增大時，將隨著 的增大而減小，1800，即 n 點處，此處的。偏心輪的這一特性很重要，因為它與工作段的選擇，自鎖