第五章機(jī)床夾具設(shè)計(jì)原理課件

1、普通高等教育普通高等教育“九五九五”國家級(jí)國家級(jí)重點(diǎn)教材重點(diǎn)教材機(jī)械制造技術(shù)夾夾 具具夾具 機(jī)床夾具概述 定位基準(zhǔn) 工件在夾具中的定位 工件的加緊 組合夾具和隨行夾具5.1 機(jī)床夾具概述【本章目的】【本章目的】（）理解機(jī)床夾具基本知識(shí)； 【本章要目】【本章要目】 （）機(jī)床夾具的組成（）機(jī)床夾具的分類（）機(jī)床夾具的功用5.1.1.1 機(jī)床夾具的概念機(jī)床夾具的概念 為了加工出符合規(guī)定技術(shù)要求的表面，必須在加工前將工件裝夾在機(jī)床上或夾具中。工件的裝夾包括定位和夾緊兩個(gè)過程。機(jī)床夾具機(jī)床夾具：機(jī)床上用以裝夾工件（和引導(dǎo)刀具）的一種裝置。其作用是將工件定位，以使工件獲得相對(duì)于機(jī)床和刀具的正確位置，并把工

2、件可靠地夾緊。 機(jī)床夾具的組成機(jī)床夾具的組成定位元件定位元件夾緊裝置夾緊裝置對(duì)刀、引導(dǎo)元件對(duì)刀、引導(dǎo)元件其它裝置或元件其它裝置或元件夾具體夾具體連接元件連接元件5.1.1.2 機(jī)床夾具的組成機(jī)床夾具的組成機(jī)床夾具的組成機(jī)床夾具的組成 (1)定位元件定位元件: 定位裝置的作用是使工件在夾具中占據(jù)正定位裝置的作用是使工件在夾具中占據(jù)正確的位置。確的位置。 (2)夾緊裝置夾緊裝置 : 夾緊裝置的作用是將工件壓緊夾牢，保夾緊裝置的作用是將工件壓緊夾牢，保證工件在加工過程中受到外力作用時(shí)不離開證工件在加工過程中受到外力作用時(shí)不離開已經(jīng)占據(jù)的正確位置。已經(jīng)占據(jù)的正確位置。 (3)夾具體夾具體 : 夾具上的

3、所有組成部分，需要通過一個(gè)基夾具上的所有組成部分，需要通過一個(gè)基礎(chǔ)件使其聯(lián)接成為一個(gè)整體，這個(gè)基礎(chǔ)件稱礎(chǔ)件使其聯(lián)接成為一個(gè)整體，這個(gè)基礎(chǔ)件稱為夾具體。為夾具體。 (4)對(duì)刀、導(dǎo)向元件對(duì)刀、導(dǎo)向元件 為了調(diào)整刀具的位置，在夾具上設(shè)有確定為了調(diào)整刀具的位置，在夾具上設(shè)有確定刀具（如銑刀等）位置或引導(dǎo)刀具（孔加工用刀具（如銑刀等）位置或引導(dǎo)刀具（孔加工用刀具）方向的元件。刀具）方向的元件。 (5)其它元件及裝置其它元件及裝置 如分度裝置等。如分度裝置等。機(jī)床夾具的分類機(jī)床夾具的分類1根據(jù)所使用的機(jī)床可將夾具分為： 車床夾具 銑床夾具 鉆床夾具（鉆模） 鏜床夾具（鏜模） 磨床夾具 齒輪機(jī)床夾具等，機(jī)床

4、夾具的分類機(jī)床夾具的分類2 根據(jù)產(chǎn)生加緊力的動(dòng)力源可將夾具分為： 手動(dòng)夾具 氣動(dòng)夾具 液壓夾具 電動(dòng)夾具 電磁夾具 真空夾具等。5.1.2 機(jī)床夾具的分類機(jī)床夾具的分類3機(jī)床夾具可根據(jù)其使用范圍分為: 通用夾具 專用夾具 成組夾具 組合夾具 隨行夾具等類型。通用夾具通用夾具 能夠較好地適應(yīng)加工工序和加工對(duì)象變換的夾具。 標(biāo)準(zhǔn)化結(jié)構(gòu) 三爪卡盤、四爪卡盤、平口鉗、萬能分度頭 適用范圍：單件小批生產(chǎn)專用夾具專用夾具 為某一工件的某一道工序?qū)ｉT設(shè)計(jì)和制造的夾具。 適用范圍：使用范圍窄，大批生產(chǎn)尾座套筒銑鍵槽夾具尾座套筒銑鍵槽夾具1 V形塊；形塊；2壓板；壓板；3拉桿；拉桿；4限位螺釘；限位螺釘； 6手

5、柄；手柄；7軸；軸；8杠桿；杠桿；9偏心輪；偏心輪；10定向鍵；定向鍵； 11夾具體夾具體車床專用夾具組合夾具 組合夾具組合夾具是由一套預(yù)先制造好的標(biāo)準(zhǔn)元件和合件組裝而成的專用夾具。 適用范圍：新產(chǎn)品試制，特殊零件的單件小批生產(chǎn)隨行夾具 隨行夾具隨行夾具是大批量生產(chǎn)中在自動(dòng)線上使用的一種移動(dòng)式夾具。5.1.3 機(jī)床夾具的功用機(jī)床夾具的功用夾具的基本作用：定位和夾緊1保證加工質(zhì)量 2提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，降低成本 3擴(kuò)大機(jī)床工藝范圍 4降低了對(duì)工人技術(shù)水平的要求，減輕了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度。 工件安裝方式與工件精度的獲得工件安裝方式與工件精度的獲得 工件的安裝方式 尺寸精度的獲得（1）裝夾的目的）裝夾的目的

6、實(shí)現(xiàn)工件的定位與夾緊實(shí)現(xiàn)工件的定位與夾緊5.2.1.1 工件的裝夾工件的裝夾定位：定位：使工件在機(jī)床或夾具中占有使工件在機(jī)床或夾具中占有正確位置正確位置的過程。的過程。 夾緊：夾緊：工件定位后將其固定，使其在加工過程中工件定位后將其固定，使其在加工過程中保持定保持定位位置不變位位置不變的操作。的操作。 1）直接找正裝夾）直接找正裝夾 效率低，找正精度較高；適用單件小批量中形狀簡單的工件。 裝夾的方法裝夾的方法(位置精度位置精度)3） 夾夾 具具 裝裝 夾夾2）劃線找正裝夾）劃線找正裝夾通用性好，但效率低，精度不高；適用于單件小批量中形狀復(fù)雜的鑄件。 操作簡單，效率高，容易保證加工精度，適用于各

7、種生產(chǎn)類型 。 5.2.1.2 獲得尺寸精度的方法 試切法 定尺寸刀具法 調(diào)整法 自動(dòng)獲得尺寸法夾具 定位基準(zhǔn) 工件在夾具中的定位5.2 工件在夾具中的定位【本章目的】【本章目的】（1）掌握工件在夾具中的定位；（2）掌握工件定位的基本原理； 【本章要目】【本章要目】 （）工件的定位； （）工件定位的基本原理5.2.2 工件定位的基本原理 六點(diǎn)定位原理 支承點(diǎn)與定位元件 完全定位與不完全定位 欠定位與過定位定位基準(zhǔn) 基準(zhǔn)：基準(zhǔn)：是用以確定生產(chǎn)對(duì)象上幾何要素間的幾何關(guān)系所依據(jù)的點(diǎn)，線，面。 定位基準(zhǔn)：定位基準(zhǔn)：在加工中用以定位的基準(zhǔn)。 基面基面：作為基準(zhǔn)的點(diǎn)、線、面在工件上不一定具體存在（例如孔的

8、中心線和對(duì)稱中心平面等），其作用是由某些具體表面（如內(nèi)孔圓柱面）體現(xiàn)的，體現(xiàn)基準(zhǔn)作用的表面稱為基面。二、基準(zhǔn)及其分類二、基準(zhǔn)及其分類基準(zhǔn)定位基準(zhǔn)定位基準(zhǔn)工序基準(zhǔn)工序基準(zhǔn)裝配基準(zhǔn)裝配基準(zhǔn)測量基準(zhǔn)測量基準(zhǔn)設(shè)計(jì)基準(zhǔn)設(shè)計(jì)基準(zhǔn)工藝基準(zhǔn)用于確定零件上用于確定零件上其它點(diǎn)、線、面其它點(diǎn)、線、面位置所依據(jù)的那位置所依據(jù)的那些點(diǎn)、線、面。些點(diǎn)、線、面。設(shè)計(jì)圖樣上所采設(shè)計(jì)圖樣上所采用的基準(zhǔn)就是設(shè)用的基準(zhǔn)就是設(shè)計(jì)基準(zhǔn)。計(jì)基準(zhǔn)。在加工時(shí)用于工件在加工時(shí)用于工件定位的基準(zhǔn)，稱為定位的基準(zhǔn)，稱為定位基準(zhǔn)。定位基準(zhǔn)。1、粗基準(zhǔn)、粗基準(zhǔn)2、精基準(zhǔn)、精基準(zhǔn)3、輔助基準(zhǔn)、輔助基準(zhǔn)4、主要基準(zhǔn)、主要基準(zhǔn)5、附加基準(zhǔn)、附加基準(zhǔn)在加工

9、中或加工在加工中或加工后用來測量工件后用來測量工件時(shí)采用的基準(zhǔn)時(shí)采用的基準(zhǔn)在裝配時(shí)用來確定零在裝配時(shí)用來確定零件或部件在產(chǎn)品中相件或部件在產(chǎn)品中相對(duì)位置所采用的基準(zhǔn)對(duì)位置所采用的基準(zhǔn)在工序圖上使用的基準(zhǔn)。在工序圖上使用的基準(zhǔn)。加工、測量、加工、測量、裝配過程中使裝配過程中使用的基準(zhǔn)。用的基準(zhǔn)。鉆套的設(shè)計(jì)基準(zhǔn)鉆套的設(shè)計(jì)基準(zhǔn)齒輪的裝配基準(zhǔn)齒輪的裝配基準(zhǔn)工件在夾具中的定位 六點(diǎn)定位原理 支承點(diǎn)與定位元件 完全定位與不完全定位 欠定位與過定位 六點(diǎn)定位原理 任何一個(gè)自由剛體，在空間均有六個(gè)自由度，即沿空間坐標(biāo)軸X、Y、Z三個(gè)方向的移動(dòng)和繞此三坐標(biāo)軸的轉(zhuǎn)動(dòng)。 工件定位的實(shí)質(zhì)就是限制工件的自由度。 工件安

10、裝時(shí)主要緊靠機(jī)床工作臺(tái)或夾具上的這六個(gè)支承點(diǎn)，它的六個(gè)自由度即全部被限制，工件便獲得一個(gè)完全確定的位置。 工件定位時(shí)，用合理分布的六個(gè)支承點(diǎn)與工件的定位基準(zhǔn)相接觸來限制工件的六個(gè)自由度，使工件的位置完全確定，稱為“六點(diǎn)定位”。剛體自由度數(shù)目工件在空間的自由度與工件六點(diǎn)定位工件在空間的自由度與工件六點(diǎn)定位 工件的底面在xOy坐標(biāo)平面內(nèi)，三個(gè)支承點(diǎn)限制三個(gè)自由度此面稱主定位面。主定位面。 工件的左側(cè)面處在yoz坐標(biāo)平面內(nèi)，二個(gè)支承點(diǎn)起限制二個(gè)自由度，此面稱為導(dǎo)向面導(dǎo)向面。 工件的后面處在xOz坐標(biāo)平面內(nèi)，二個(gè)支承點(diǎn)限制一個(gè)自由度，此面稱為為止推面止推面 從上述分析可知：要使工件在夾具中完全定位，可

11、用合理分布的六個(gè)支承點(diǎn)限制工件的六個(gè)自由度，使工件在夾具中占有惟一正確的位置。Y 六點(diǎn)定位是工件定位的基本法則，用于實(shí)際生產(chǎn)時(shí)，起支承作用的是一定形狀的幾何體，這些用來限制工件自由度的幾何體就是定位元件。任何未定位的工件在空間直角坐標(biāo)系中都具有六個(gè)自由度。 工件定位的任務(wù)工件定位的任務(wù)就是根據(jù)加工要求限制工件的全部或部分自由度。 工件的六點(diǎn)定位原理六點(diǎn)定位原理是指用六個(gè)支撐點(diǎn)來分別限制工件的六個(gè)自由度，從而使工件在空間得到確定定位的方法。支承點(diǎn)與定位元件支承點(diǎn)與定位元件 在具體的夾具中，與工件為點(diǎn)接觸的支承點(diǎn)是由在具體的夾具中，與工件為點(diǎn)接觸的支承點(diǎn)是由對(duì)工件起定位作用的定位元件如支承釘、支承

12、板、圓對(duì)工件起定位作用的定位元件如支承釘、支承板、圓柱銷等來體現(xiàn)的。一個(gè)定位元件可以體現(xiàn)一個(gè)或多個(gè)柱銷等來體現(xiàn)的。一個(gè)定位元件可以體現(xiàn)一個(gè)或多個(gè)支承點(diǎn)。某一定位元件相當(dāng)支承點(diǎn)的數(shù)目，由該定位支承點(diǎn)。某一定位元件相當(dāng)支承點(diǎn)的數(shù)目，由該定位元件限制的工件自由度數(shù)來判斷。元件限制的工件自由度數(shù)來判斷。 圖圖2107 完全定位與不完全定位完全定位與不完全定位完全定位完全定位 工件的六個(gè)自由度完全被限制的定位稱為完全定位完全定位。不完全定位不完全定位 按加工要求，允許有一個(gè)或幾個(gè)自由度不被限制的定位稱為不完全定位不完全定位。欠定位與過定位欠定位與過定位 按工序的加工要求，工件應(yīng)該限制的自由度而未予限制的

13、定位，稱為欠定位欠定位。在確定工件定位方案時(shí)，欠定位時(shí)絕對(duì)不允許的。 工件的同一自由度背二個(gè)或二個(gè)以上的支撐點(diǎn)重復(fù)限制的定位，稱為過定位過定位。在通常情況下，應(yīng)盡量避免出現(xiàn)過定位。 過定位過定位消除過定位的途徑消除過定位及其干涉一般有兩個(gè)途徑： 其一是改變定位元件的結(jié)構(gòu)，以消除被重復(fù)限制的自由度； 其二是提高工件定位基面之間及夾具定位元件工作表面之間的位置精度，以減少或消除過定位引起的干涉。圖圖2108 常見的幾種過定位實(shí)例常見的幾種過定位實(shí)例圖圖 改善過定位的措施改善過定位的措施應(yīng)該限制五個(gè)自由度：應(yīng)該限制五個(gè)自由度： 六點(diǎn)定位原理應(yīng)用舉例六點(diǎn)定位原理應(yīng)用舉例1）、在長方體工件上銑通槽2）、

14、在長方體工件上銑不通槽OXYZ應(yīng)該限制六個(gè)自由度應(yīng)該限制六個(gè)自由度：;Y;Z;X;Y;Z不完全定位不完全定位;ZYXZYX完全定位完全定位應(yīng)該限制一個(gè)自由度應(yīng)該限制一個(gè)自由度：3）、在球面上銑平面4）、在車床上車外圓OXYZ應(yīng)該限制四個(gè)自由度：應(yīng)該限制四個(gè)自由度：Z不完全定位不完全定位;ZYZY不完全定位不完全定位分析下列定位方案中各定位元件限制了那些自由度？分析下列定位方案中各定位元件限制了那些自由度？1）車光軸外圓 2）車套筒外圓 起傳動(dòng)作用，不起定位作用 起夾緊作用，不起定位作用ZYX;ZY;XZYZY;分析下列定位方案中各定位元件限制了那些自由度？分析下列定位方案中各定位元件限制了那些

15、自由度？3）車光軸外圓的三種安裝方式。a)b)c) ZYZY;ZY;ZY;ZY;ZY;X定位誤差定位誤差 一批工件逐個(gè)在夾具上定位時(shí)，各個(gè)工件在夾具上所占據(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(zhǔn)在工序尺寸上的最大變動(dòng)量，稱為定位誤差定位誤差，用D表示。 定位誤差的組成定位誤差的組成1基準(zhǔn)不重合誤差2. 基準(zhǔn)位移誤差 基準(zhǔn)不重合誤差 當(dāng)定位基準(zhǔn)與設(shè)計(jì)基準(zhǔn)不重合時(shí)便產(chǎn)生基準(zhǔn)不重合誤差。因此選擇定位基準(zhǔn)時(shí)應(yīng)盡量與設(shè)計(jì)基準(zhǔn)相重合。當(dāng)被加工工件的工藝過程確定以后，各工序的工序尺寸也就隨之而定，此時(shí)在工藝文件上，設(shè)計(jì)基準(zhǔn)便轉(zhuǎn)化為工序基準(zhǔn)。 設(shè)計(jì)夾具時(shí)，應(yīng)

16、當(dāng)使定位基準(zhǔn)與工序基準(zhǔn)重合。當(dāng)定位基準(zhǔn)與工序基準(zhǔn)不重合時(shí)，也將產(chǎn)生基準(zhǔn)不重合誤差，其大小對(duì)于定位基準(zhǔn)與工序基準(zhǔn)之間尺寸的公差，用B表示。工序基準(zhǔn)與定位基準(zhǔn)之間的尺寸就稱為定位尺寸。 定位基面 為了分析問題的方便，引入“定位基面”的概念。當(dāng)工件以回轉(zhuǎn)表面（如孔、外圓等）定位時(shí)，稱它的軸線為定位基準(zhǔn)，而回轉(zhuǎn)表面本身則稱為定位基面。 工件在夾具上定位時(shí)，理論上定位基面與定位元件上的起主要定位作用的表面應(yīng)該接觸。 基準(zhǔn)位移誤差 工件在夾具中定位時(shí)，由于工件定位基面與夾具上定位元件限位基面的制造公差和最小配合間隙的影響，從而使各個(gè)工件的位置不一致，給加工尺寸造成誤差，這個(gè)誤差稱為基準(zhǔn)位移誤差，用Y表示。

17、 基準(zhǔn)位移誤差的大小對(duì)應(yīng)于因工件內(nèi)孔軸線與心軸軸線不重合所造成的工序尺寸最大變動(dòng)量。基準(zhǔn)位移誤差 當(dāng)定位基準(zhǔn)的變動(dòng)方向與工序尺寸的方向相同時(shí)，基準(zhǔn)位移誤差等于定位基準(zhǔn)的變動(dòng)范圍，即Y = i當(dāng)定位基準(zhǔn)的變動(dòng)方向與工序尺寸的方向不同時(shí)，基準(zhǔn)位移誤差等于定位基準(zhǔn)的變動(dòng)范圍在加工尺寸方向上的投影，即Y = icos a定位誤差的計(jì)算方法定位誤差的計(jì)算方法 定位誤差由基準(zhǔn)不重合誤差與基準(zhǔn)位移誤差兩項(xiàng)組合而成。計(jì)算時(shí)，先分別算出B和Y，然后將兩者組合而成D。 誤差計(jì)算不等式kGTZD)(5.3.2.1 工件以平面定位工件以平面定位 固定支承。 固定支承有支承釘和支承板兩種型式。 可調(diào)支承 自位支承(浮動(dòng)

18、支承) 輔助支承 固定支承 固定支承有支承釘和支承板兩種型式。 在使用過程中，它們都是固定不動(dòng)的。在定位過程中，支承釘一般只限制工件的一個(gè)自由度，而支承板相當(dāng)于兩個(gè)支承釘。 當(dāng)工件以粗糙不平的毛坯面定位時(shí)，采用球頭支承釘。 齒紋頭支承釘用在工件的側(cè)面，它能增大摩擦系數(shù)，防止工件滑動(dòng)。 當(dāng)工件以加工過的平面定位時(shí)，可采用平頭支承釘或支承板。固定支承 需要經(jīng)常更換的支承釘應(yīng)加襯套。 支承釘、支承板和襯套都已標(biāo)準(zhǔn)化，其公差配合、材料、熱處理等可查閱手冊。 工件以平面定位時(shí)，除采用上面介紹的標(biāo)準(zhǔn)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(shè)計(jì)相應(yīng)的支承板，工件批量不大時(shí)也可直接以夾具體作為限位平

19、面。 支承板(a) 工作面上開斜槽(b) 工作面上沒開槽可調(diào)支承 在工件定位過程中，支承釘?shù)母叨刃枰{(diào)整時(shí)，可采用可調(diào)支承結(jié)構(gòu)。 自位支承 自位支承(浮動(dòng)支承) 在工件定位過程中，能自動(dòng)調(diào)整位置的支承稱為自位支承，或稱浮動(dòng)支承。 輔助支承 輔助支承用來提高工件的裝夾剛度和穩(wěn)定性，不起定位作用。 工件定位時(shí)，輔助支承是浮動(dòng)的（或可調(diào)的），待工件夾緊后再固定下來，以承受切削力。（1）手動(dòng)式輔助支承 （2）彈簧式輔助支承工件以平面定位的定位誤差工件以平面定位的定位誤差5.3.2.2 工件以外圓柱面定位工件以外圓柱面定位 工件以外圓柱面作為定位基面時(shí)，最常用的定位元件： 卡盤 V形塊 定位套 半圓套V

20、形塊 工件以外圓柱面在V形塊上定位的突出優(yōu)點(diǎn)是對(duì)中性好，即工件上定位用的外圓柱面軸線始終處在V型塊兩斜面的對(duì)稱面上，且不受定位基準(zhǔn)直徑誤差的影響。 用于較短的精基準(zhǔn)定位，一般限制工件兩個(gè)自由度。 用于較長的未加工過的定位基準(zhǔn)，一般限制工件四個(gè)自由度。 如果定位元件直徑于長度較大，則V型塊可不用整體鋼件、而采用鑄鐵底座鑲淬火鋼片。V形塊 V形塊有固定式也有活動(dòng)式。活動(dòng)V形塊限制工件一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)自由度，其沿V形塊對(duì)稱面方向的移動(dòng)可以補(bǔ)償工件因毛坯尺寸變化而對(duì)定位的影響，同時(shí)兼有夾緊的作用。 活動(dòng)V形塊的結(jié)構(gòu)尺寸已標(biāo)準(zhǔn)化。 工件以外圓柱面定位時(shí)，除V形塊定位，還可以采用定位套的形式，此時(shí)大多與端面定位相結(jié)合。定位套的優(yōu)點(diǎn)是簡單方便，缺點(diǎn)是因?yàn)槎ㄎ婚g隙的影響而使定心精度不夠高。設(shè)計(jì)基準(zhǔn)為中心線設(shè)計(jì)基準(zhǔn)為上母線設(shè)計(jì)基準(zhǔn)為下母線舉例解5.3.2.2 工件以圓孔定位工件以圓孔定位 工件以圓柱孔為定位基面時(shí)，常用圓柱體和圓錐體作為定位元件。 圓柱銷（定位銷） 圓柱心軸 圓錐銷 錐度心軸 定位銷 短圓柱銷可限制兩個(gè)自由度，而