定位原理與機床夾具設(shè)計

定位原理與機床夾具設(shè)計第一頁，共一百一十二頁，2022年，8月28日機床夾具概述6.1機床夾具概述

機床夾具通過使工件在機床上相對刀具占有正確的位置的過程—定位，以及克服切削過程中工件受外力的作用保持工件的準(zhǔn)確位置的過程—夾緊，來實現(xiàn)工件裝夾。定位和夾緊兩個過程的綜合稱為裝夾,完成工件裝夾的工藝裝備稱為機床夾具。6.1.1機床夾具的分類

機床夾具按通用化程度可分為兩大類。

第一類通用夾具

此類夾具具有通用性，只需調(diào)整或更換少量零件就可用于裝夾不同的工件。如三爪、四爪卡盤、頂尖、平口鉗等。通用夾具的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，適用用于大批量生產(chǎn)，也適用于單件小批生產(chǎn)，是使用最廣泛的一類夾具。第二頁，共一百一十二頁，2022年，8月28日機床夾具的分類及作用

第二類專用夾具專用夾具是專門為某工件的某工序設(shè)計和制造的專用夾具,其結(jié)構(gòu)簡單、緊湊、操作迅速方便，因設(shè)計和制造的周期較長，批量少，所以成本較高。當(dāng)產(chǎn)品變更時，因無法使用而報廢，因此專用夾具適用于產(chǎn)品固定的成批或大量生產(chǎn)中。 6.1.2夾具的作用和組成下面以鉆床夾具和銑床夾具為例進行分析。

6.1.2.1夾具的作用

(1)可以縮短輔助時間，提高勞動生產(chǎn)率

(2)易于保證加工精度的穩(wěn)定

(3)可擴大機床的使用范圍

(4)可以減輕勞動強度，保證安全生產(chǎn)第三頁，共一百一十二頁，2022年，8月28日夾具的組成6.1.2.2夾具的組成

(1)定位元件：與工件的定位基準(zhǔn)相接觸，確定工件在夾具中的正確位置。

(2)夾緊裝置：這是用于夾緊工件的裝置，在切削時使工件在夾具中保持既定位置。

(3)對刀元件：這種元件用于確定夾具與刀具的相對位置。

(4)夾具體：這是用于聯(lián)接夾具各元件及裝置，使其成為一個整體的基礎(chǔ)件。它與機床相結(jié)合，使夾具相對機床具有確定的位置。

(5)其它元件及裝置：有些夾具根據(jù)工件的加工要求，要有分度機構(gòu)，銑床夾具還要有定位鍵等。任何夾具都必須有定位元件和夾緊裝置，它們是保證工件加工精度的關(guān)鍵，目的是使工件“定準(zhǔn)、夾牢”。第四頁，共一百一十二頁，2022年，8月28日工件的定位6.2工件的定位

定位的目的是使工件在夾具中相對于機床、刀具都有一個確定的正確位置。工件上用來定位的表面稱為定位基準(zhǔn)面。6.2.1六點定位原理

一個自由的物體相對于三個相互垂直的空間坐標(biāo)系，有六種活動的可能性(三種是移動，三種是轉(zhuǎn)動)。習(xí)慣把這種活動的可能性稱為自由度，自由物體在空間的不同位置，就是這六種活動的綜合結(jié)果。因此空間任一自由物體共有六個自由度。

如圖6.3所示，這六個自由度為沿x、y、z軸移動的三個自由度；繞x、y、z軸轉(zhuǎn)動的三個自由度。若使物體在某方向有確定的位置，就必須限制在該方向的自由度，所以要使工件在空間處于相對固定不變的位置，就必須對六個自由度加以限制。第五頁，共一百一十二頁，2022年，8月28日六點定位原理6.2.1六點定位原理

一個自由的物體，它對三個相互垂直的坐標(biāo)系來說，有六種活動的可能性，其中三種是移動，三種是轉(zhuǎn)動。自由物體在空間的不同位置，就是這六種活動的綜合結(jié)果。習(xí)慣上把這種活動的可能性稱為自由度，因此空間任一自由物體共有六個自由度。

如圖6.3所示，這六個自由度為沿x、y、z軸移動的三個自由度；繞x、y、z軸轉(zhuǎn)動的三個自由度。若使物體在某方向有確定的位置，就必須限制在該方向的自由度，所以要使工件在空間處于相對固定不變的位置，就必須對六個自由度加以限制。第六頁，共一百一十二頁，2022年，8月28日六點定位原理

用相當(dāng)于六個支承點的定位元件與工件的定位基準(zhǔn)面接觸，如圖6.4所示。在底面xoy內(nèi)，三個支承點限制了x和y方向旋轉(zhuǎn)自由度、z方向移動自由度；在側(cè)面yoz內(nèi)，兩個支承點限制了x方向移動自由度、z方向旋轉(zhuǎn)自由度；在端面xoz內(nèi)，一個支承點限制了y方向移動自由度。

用正確分布的六個支承點來限制工件的六個自由度，使工件在夾具中得到正確位置的規(guī)律稱為六點定位原理。工件在加工中對六個自由度的限制，要根據(jù)被加工工件的加工要求來確定。如圖6.5所示。第七頁，共一百一十二頁，2022年，8月28日六點定位原理

圖6.5(a)是在工件上加工不通槽。糟寬由刀具直徑保證，但是要保證尺寸A、尺寸B、尺寸C，就需要限制x、y、z方向的移動和x、y、z的旋轉(zhuǎn)六個自由度。這種定位方法，稱為完全定位。圖6.5(b)是在工件上加工通槽，不需要保證C，所以也不必限制y方向的移動自由度，只需要限制其它五個自由度就可以了。圖6.5(c)是在工件上加工平面，不需要保證尺寸B、C，所以也不必限制x方向的移動、z方向的旋轉(zhuǎn)自由度，只需要限制其它三個自由度就可以了。

這種沒有完全限制六個自由度而仍然保證有關(guān)工序尺寸的定位方法，稱為不完全定位。第八頁，共一百一十二頁，2022年，8月28日六點定位原理

如果兩種定位元件均能限制工件的同一個方向自由度時，稱為過定位。對于過定位的工件，施加夾緊力后，可能產(chǎn)生工件變形或定位元件被損壞、定位精度降低等不良后果。

圖6.6(a)是軸承蓋的定位簡圖。圖中長V形塊與兩個支撐釘A、B的組合均限制了z方向移動自由度，屬于過定位。避免產(chǎn)生這種不良后果的方法有：

①消除過定位現(xiàn)象改變過定位件的結(jié)構(gòu)，使它失去過定位的能力。如兩個支承釘去掉一個，只剩一個支承釘用來限制；或把兩個支承釘聯(lián)起來并可移動如圖6.6(b)

，消除限制z方向移動自由度。

②當(dāng)確定定位元件尺寸時，應(yīng)使過定位元件(支承釘)與工件定位基準(zhǔn)之間有足夠間隙，以保證在任何情況下，工件總與v形塊兩側(cè)面接觸，以限制z方向移動自由度。第九頁，共一百一十二頁，2022年，8月28日六點定位原理

各種定位若定位支承點少于所應(yīng)消除的自由度數(shù)，則工件定位不足，稱為欠定位。這種定位方法不能滿足加工要求，因此是不允許的。元件所限制的自由度數(shù)，與定位元件的形式、數(shù)量及其布置情況有關(guān)。

表6.1列舉了各種定位元件所能限制的自由度數(shù)。

6.2.2定位元件

夾具定位元件的結(jié)構(gòu)和尺寸，主要取決于工件上已被選定的定位基準(zhǔn)面的結(jié)構(gòu)形狀、大小及工件的重量等。定位元件在夾具中的布置，既要符合六點定位原理，又要能保證工件定位的穩(wěn)定性。第十頁，共一百一十二頁，2022年，8月28日

定位元件6.2.2.1定位元件的主要技術(shù)要求和常用材料

要求一定的：定位精度、粗糙度值、耐磨性、硬度和剛度。

常用的材料：

①低碳鋼如20鋼或20Cr鋼，工件表面經(jīng)滲碳淬火，深度0.8～1.2mm左右，硬度HRC55～65。

②高碳鋼如T7、T8、T10等，淬硬至HRC55～65。

此外也有用中碳鋼如45鋼，淬硬至HRC43～48。6.2.2.2固定式定位元件

①支承釘

多用于以平面作定位基準(zhǔn)時的定位元件。如圖6.8，(a)平頂支承釘，適用于己加工表面的定位；(b)圓頂支承釘，適用于毛坯面定位，以減小裝夾誤差，但支撐釘容易磨損和壓傷工件基準(zhǔn)面；(c)花紋頂面支撐釘，用于工件的側(cè)面定位，增大摩擦系數(shù)，但清除切屑不方便，不易用在水平面定位；(d)帶襯套支撐釘，批量大、磨損快時使用，便于拆卸。支撐釘與夾具體的配合可用H7/r6或H7/n6。第十一頁，共一百一十二頁，2022年，8月28日

定位元件②支承板

一般用作精基準(zhǔn)面較大時的定位元件。

如圖6.9。(a)平板式支承板，結(jié)構(gòu)簡單、緊湊，但不易清除落入沉頭螺釘孔內(nèi)的碎屑；(b)臺階式支承板，裝夾螺釘?shù)钠矫娴陀谥С忻?～5mm，克服了不易清屑的缺點，但結(jié)構(gòu)不緊湊；(c)斜糟式支承板，在支承面上開兩個斜糟為固定螺釘用，使清屑容易又結(jié)構(gòu)緊湊。

不論采用支承釘或支承板作為定位元件，裝人夾具體后，為使各支承面在一個水平面內(nèi)，應(yīng)再修磨一次。第十二頁，共一百一十二頁，2022年，8月28日

定位元件

③定位銷

對于既用平面又用與平面相垂直的圓柱孔定位的工件，通常用定位銷作定位元件。

圖6.10是幾種常用的圓柱型定位銷。圖(a)、(c)固定式定位銷，結(jié)構(gòu)簡單，采用H7/r6與夾具體直接配合；圖(b)、(d)帶村套的可換式定位銷，用于大批量生產(chǎn)，因工件裝卸次數(shù)頻繁，定位銷易磨損，采用此結(jié)構(gòu)便于更換，襯套外徑與夾具體配合采用H7/n6，而內(nèi)徑與定位銷的配合采用H7/h6或H7/g6；圖(e)可換的支承墊圈銷，用于凸肩端面易磨損的場合，可以在銷子未裝入之前，將墊圈支承面與其它支承面磨成同一平面。

所有定位銷的定位端頭部均做成15°的長倒角，以便于工件套人，定位銷與定位孔的配合采用K7/g6或H7/f7。在加工套筒類工件時，也常用錐形定位銷，如圖6.11所示，(a)用于粗基準(zhǔn)，(b)用于精基準(zhǔn)。第十三頁，共一百一十二頁，2022年，8月28日

定位元件

在加工箱體工件時，往往采用一平面及與該平面垂直的兩孔為定位基準(zhǔn)。定位元件則為一平面、一短圓柱銷及一短的削角銷，如圖6.12。削角銷的截面形狀，見圖6.13。④定位心軸

用于以內(nèi)孔表面為定位基準(zhǔn)的工件，如套筒、盤類等。

心軸的結(jié)構(gòu)如圖6.14，其中(a)是圓柱心軸，(b)是花鍵心軸，與孔的配合常采用H7/h8或H7/g6；(c)為錐心軸，其錐度一般為1/1500～1/2000，使用時將工件輕輕壓人，依靠錐面使工件對中和漲緊，此種心軸用于磨削或精車。⑤v形塊用于以外圓表面為定位基準(zhǔn)的工件。其結(jié)構(gòu)如圖6.15。v形塊用銷子及螺釘緊固在夾具體上，工件外圓中心對中于兩斜面的對稱軸線上。兩斜面的夾角α一般選用60°,90°,120°。當(dāng)基準(zhǔn)面較大時可選用圖6.16的結(jié)構(gòu)，其中(b)用于粗基準(zhǔn)；(a)(c)用于精基準(zhǔn)。第十四頁，共一百一十二頁，2022年，8月28日

定位元件6.2.2.3可調(diào)式定位元件

主要用于粗基準(zhǔn)定位。當(dāng)毛坯的尺寸及形狀變化較大時，為了適應(yīng)各批毛坯表面位置的變化，需采用可調(diào)支承進行定位。如圖6.17。6.2.2.4輔助式支承元件工件在裝夾加工時，為了增加工件的剛性和穩(wěn)定性，但又要避免過定位，此時經(jīng)常采用輔助支承，圖6.18為常見的幾種輔助支承。(a)、(b)為旋出式輔助支承，(a)結(jié)構(gòu)簡單，但會損傷工件定位面，帶動工件轉(zhuǎn)動而破壞定位；(b)支承只做上下運動，避免了上述缺點。(c)是彈力式輔助支承，靠彈簧的彈力使支承與工件表面接觸，并可鎖緊；(d)是推力式輔助支承，推動楔塊頂起支承，通過漲緊進行鎖緊。

一般輔助支承是在工件定位后才參與工作，故不起定位作用。第十五頁，共一百一十二頁，2022年，8月28日緒論

定位元件6.2.2.5浮動式定位支承由于工件定位表面有幾何形狀誤差，或當(dāng)定位表面是斷續(xù)表面、階梯表面時，采用浮動式支承可以增加與工件的接觸點，提高剛度，又可避免過定位。這種支承在結(jié)構(gòu)上是活動的，能夠隨工件定位基準(zhǔn)面位置的變化而自動與之相適應(yīng)，如圖6.19。(a)是兩點浮動式支承；(b)、(c)是三點浮動支承；(d)是杠桿式浮動支承；(e)是斜面式浮動支承。

上述各種浮動支承，只限制工件一個方向自由度，起一個支承點的作用。第十六頁，共一百一十二頁，2022年，8月28日定位誤差6.2.3定位誤差六點定位原理，可以保證工件在夾具中的正確位置，但是能否滿足加工精度的要求，還需要進一步討論定位的準(zhǔn)確性，即定位誤差有多大。為了保證加工質(zhì)量，應(yīng)滿足如下關(guān)系：

e總≤T(6.1)式中e總—各種因素產(chǎn)生誤差的總和；

T—工件被加工尺寸的公差。上式又可寫成：

e定＋ω≤T(6.2)式中e定—定位誤差；

ω—除定位誤差以外，其它因素所引起的誤差總和(如機床、刀具誤差，工藝系統(tǒng)變形等)，可按加工經(jīng)濟精度查表確定。第十七頁，共一百一十二頁，2022年，8月28日定位誤差6.2.3.1定位誤差的組成

所謂定位誤差，是指由于工件定位造成的加工面相對工序基準(zhǔn)的位置誤差。因為對一批工件來說，刀具經(jīng)調(diào)整后位置是不動的，即被加工表面的位置相對于定位基準(zhǔn)是不變的，所以定位誤差就是工序基準(zhǔn)在加工尺寸方向上的最大變動量。定位誤差的組成及產(chǎn)生原因有以下兩個方面：

①定位基準(zhǔn)與工序基準(zhǔn)不一致所引起的定位誤差，稱基準(zhǔn)不重合誤差，即工序基準(zhǔn)相對定位基準(zhǔn)在加工尺寸方向上的最大變動量，以e不表示。

②

定位基準(zhǔn)面和定位元件本身的制造誤差所引起的定位誤差，稱基準(zhǔn)位置誤差，即定位基準(zhǔn)的相對位置在加工尺寸方向上的最大變動量，以e基表示。故有

e定=e不+e基

(6.3)

此公式是在加工尺寸方向上的代數(shù)和。第十八頁，共一百一十二頁，2022年，8月28日緒論定位誤差(1)工件以平面定位時的定位誤差圖6.20為在鏜床上加工箱體的A、B兩通孔時的定位情況(因是通孔，所以不需要止動定位基準(zhǔn))，要保證尺寸A1、A2和B1、B2。加工時刀具位置經(jīng)調(diào)整好不再改變，因此對加工一批工件來說，被加工的A、B二孔表面相對夾具的位置不變。加工孔A時，尺寸A1的工序基準(zhǔn)和定位基準(zhǔn)均是D面，基準(zhǔn)重合，所以

e不(A1)＝O(6.4)

定位基準(zhǔn)面D有角度制造誤差±Tβ/2，根據(jù)基準(zhǔn)位置誤差的定義有：

e基(A1)=2H.tanTβ(6.5)所以

e定(A1)=e不(A1)+e基(A1)=2H.tanTβ(6.6)第十九頁，共一百一十二頁，2022年，8月28日緒論定位誤差

尺寸A2的工序基準(zhǔn)是E面，定位基準(zhǔn)是C面，基準(zhǔn)不重合，根據(jù)基準(zhǔn)不重合誤差的定義有：

e不(A2)

＝TL2(6.7)

假定定位基準(zhǔn)C面制造得平整光滑，則同批工件的定位基準(zhǔn)位置不變，此時就有：

e基(A2)＝0(6.8)所以

e定(A2)=e不(A2)+e基(A2)=TL2(6.9)

加工孔B1時，尺寸B1的工序基準(zhǔn)是F面，定位基準(zhǔn)是D面，基準(zhǔn)不重合，根據(jù)定義有：

e不(B1)

＝TL1(6.10)e基(B1)=2H.tanTβ(6.11)所以

e定(B1)=e不(B1)+e基(B1)=TL1+2H.tanTβ(6.12)第二十頁，共一百一十二頁，2022年，8月28日緒論定位誤差

尺寸B2的工序基準(zhǔn)和定位基準(zhǔn)均是C面，基準(zhǔn)重合，此時有：

e不(B2)

＝0(6.13)e基(B2)

＝0(6.14)所以

e定(B2)=e不(B2)+e基(B2)=0(6.15)

工件以平面定位時，在大多數(shù)情況下，不考慮定位基準(zhǔn)面和定位元件的制造誤差。(2)工件以外圓柱定位的定位誤差外圓面在v形塊上定位時的定位誤差。如圖6.21，在圓柱面上加工一平面。設(shè)V形塊的夾角a無制造誤差，外圓定位面的直徑公差為Td。

(a)中加工尺寸A，工序基準(zhǔn)為o1中心線。一批工件從最小尺寸d－Td變到最大尺寸d，工序基準(zhǔn)從o1變到o2

，工序基準(zhǔn)o1在加工尺寸方向的最大變動量，根據(jù)定義為：第二十一頁，共一百一十二頁，2022年，8月28日緒論定位誤差

從結(jié)果看出，e定與v形塊夾角α有關(guān)，α越大，e定越小，但α太大時，v形塊對中性差，故常取a=90°。依此方法可對其它兩種情況進行分析，可得：工序基準(zhǔn)為外圓表面上側(cè)母線時定位誤差為(6.20)；工序基準(zhǔn)為外圓表面下側(cè)母線時定位誤差為(6.21)。

顯然e定(h)<e定(A)<e定(B)，圖6.21(c)的尺寸標(biāo)注方法最好。(3)工件以內(nèi)孔表面定位時的定位誤差工件孔與定位心軸(或銷)采用間隙配合，以孔中心線為工序基準(zhǔn)時的定位誤差計算。第二十二頁，共一百一十二頁，2022年，8月28日緒論定位誤差

當(dāng)工件裝夾到心軸上時，工序基準(zhǔn)、定位基準(zhǔn)都是中心線，基準(zhǔn)重合；工件孔和心軸是間隙配合，有制造誤差，則：

e不=0e定=e不+e基=e基。設(shè)孔尺寸為D+TD，心軸尺寸為d-Td，最小配合間隙為Cmin，工件裝夾時心軸放置的位置不同，定位誤差分兩種情況：

①心軸垂直放置，如圖6.22(a)

，按最大孔和最小軸求得孔中心線位置的變動量為

②心軸水平放置，如圖6.22(b)所示，由于自重，工件始終靠往心軸一邊下垂，此時孔中心線的變動是鉛垂方向，其最大值為：第二十三頁，共一百一十二頁，2022年，8月28日(4)工件以“一面兩孔”定位時的定位誤差當(dāng)采用一平面、兩短圓柱銷的定位元件時，此時平面限制三個自由度，第一個銷和第二個銷各限制兩個自由度，因此過定位，在兩銷連心線方向過定位。由于兩孔、兩銷的直徑，兩孔中心距和兩銷中心距都存在制造誤差，故有可能使工件兩孔無法套在兩定位銷上，如圖6.23所示設(shè)兩孔直徑分別、孔心距，兩銷直徑、銷心距分別為：

緒論定位誤差

針對第二個銷子解決的方法有：①減小直徑；②采用削角銷；③使其沿x方向移動。第三種方法結(jié)構(gòu)復(fù)雜，一般采用前兩種方法消除過定位。第二十四頁，共一百一十二頁，2022年，8月28日緒論定位誤差

①減小第二個銷子直徑。見圖6.24，銷子的大小應(yīng)在AB范圍內(nèi)，由圖得：

此種方法由于銷子直徑減小，配合間隙加大，故使工件繞銷子1的轉(zhuǎn)角誤差加大。②第二個銷采用削角銷。工件轉(zhuǎn)角誤差要求較嚴(yán)格時，采用這種方法。不減小第二個銷子直徑，而轉(zhuǎn)角誤差較小。

a.削角銷寬度b的確定。如圖6.25，令A(yù)F等于圓柱形定位銷應(yīng)減小的部分DE，則可通過削角而不減小銷的直徑消除過定位，且工件轉(zhuǎn)角誤差小。由圖可得：第二十五頁，共一百一十二頁，2022年，8月28日b.定位誤差的確定：“1”孔中心線在x、y方向的最大位移為：緒論定位誤差

“2”孔中心線在x、y方向的最大位移分別為：

兩孔中心連線對兩銷中心連線的最大轉(zhuǎn)角誤差，可由圖6.26得出：

以上定位誤差都屬于基準(zhǔn)位置誤差，因為e不＝0。

第二十六頁，共一百一十二頁，2022年，8月28日

定位銷的直徑公差一般按g6、f7配合選取，兩定位銷之間的尺寸公差取兩孔中心距公差的1/5～1/3。削角銷的結(jié)構(gòu)尺寸可參考表6.2。削角銷的截面形狀見圖6.26。表6.2削角銷的結(jié)構(gòu)尺寸

銷子直徑d2(mm)4~66~1010~1818~3030~5050b(mm)23581214B(mm)d2－1d2－2d2－4d2－6d2－10d2－12緒論定位誤差第二十七頁，共一百一十二頁，2022年，8月28日緒論定位誤差實例6.2.4定位誤差計算實例【例題6.1】在套筒零件上銑槽，如圖6.27(a)所示，要求保持尺寸10－0.08、8－0.12，其它尺寸已在前工序完成。若采用圖6.27(b)的定位方案，孔與銷子配合按H7/g6，問能否保持加工精度要求？否則應(yīng)如何改進？解：按H7/g6的配合精度,則銷子直徑應(yīng)為，因銷子為水平放置，故由式(6.25)有：在銑床上加工，其平均經(jīng)濟精度為10級，查表得ω＝0.05，所以

可滿足尺寸8－0.12的要求。

①對于尺寸8－0.12，第二十八頁，共一百一十二頁，2022年，8月28日②對于尺寸10－0.08，又因緒論定位誤差定位誤差實例不能滿足尺寸10－0.08的求。③

采用圖6.27(c)的改進方案，以端面A和右端孔為定位基準(zhǔn)，銷子與孔的配合仍然按H7/g8，則銷子直徑為。

可滿足尺寸8－0.12的要求。又e定(10)＝0ω+e定(10)＝0.05<T(10)=0.08可滿足尺寸10－0.08的要求。

第二十九頁，共一百一十二頁，2022年，8月28日【例題6.2】如圖6.28所示零件，在銑槽工序中，要保證45°±50′(其它尺寸已在前工序完成)。要求設(shè)計該工序的定位方案，并檢查能否滿足精度要求。解：采用“一面兩孔”的完全定位方案。選取

短圓銷、短削角銷。查表削角銷b＝3,B＝8。夾具的制造公差工件公差的1/3左右，兩銷心距公差TLd=0.08,夾具上45°角公差取Tα＝30＇(是定位誤差的一部分)。銑床平均加工經(jīng)濟精度10級，查表得ω＝4＇。由式(6.34)得Tα,45°角的定位誤差為：緒論定位誤差定位誤差實例這種定位方案可滿足加工精度要求。若不能滿足加工精度要求時，可采用下述方法解決：①減小銷子與孔的配合間隙，銷子直徑選g5或h6，同時適當(dāng)減小削角銷寬度b。②采用活動錐形定位銷，使孔與銷無間隙配合，如圖6.29。

第三十頁，共一百一十二頁，2022年，8月28日緒論定位誤差工件的夾緊6.3工件的夾緊

工件在定位元件上定位后，必須采用一定的裝置將工件壓緊夾牢，使其在加工過程中不會因受切削力、慣性力或離心力等作用而發(fā)生振動或位移，從而保證加工質(zhì)量和生產(chǎn)安全，這種裝置稱為夾緊裝置。機械加工中所使用的夾具一般都必須有夾緊裝置，在大型工件上鉆小孔時，可不單獨設(shè)計夾緊裝置。

設(shè)計夾緊裝置的要求：夾緊動作要準(zhǔn)確迅速；操作方便省力；夾緊安全可靠；結(jié)構(gòu)簡單，易于制造。

夾緊裝置設(shè)計和選擇的核心問題是夾緊力的大小、方向和作用點。第三十一頁，共一百一十二頁，2022年，8月28日工件的夾緊6.3.1夾緊力三要素設(shè)計原則6.3.1.1夾緊力的方向夾緊力的方向選取考慮以下三方面：①工件用幾個表面作為定位基準(zhǔn)。大型工件為保持工件的正確位置，朝向各定位元件都要有夾緊力；小型工件尺寸，則只要垂直朝向主定位面有夾緊力，保證主要定位面與定位元件有較大的接觸面積，就可以使工件裝夾穩(wěn)定可靠。②夾緊力的方向應(yīng)方便裝夾和有利于減小夾緊力。為夾緊力Q、重力G、切削力F三者之間的方向組合關(guān)系見圖6.30、圖6.31、圖6.32。

③夾緊力的方向應(yīng)使工件夾緊后的變形小。由于工件在不同方向上剛性不同，因此對工件在不同方向施加夾緊力時所產(chǎn)生的變形也不同。見圖6.33。第三十二頁，共一百一十二頁，2022年，8月28日工件的夾緊6.3.1.2夾緊力的作用點夾緊力方向確定后，夾緊力的作用點的位置和數(shù)目的選擇將直接影響工件定位后的可靠性和夾緊力的變形。對作用點位置的選擇和數(shù)目的確定應(yīng)注意以下幾個方面：①力的作用點的位置應(yīng)能保持工件的正確定位而不發(fā)生位移或偏轉(zhuǎn)。為此，作用點的位置應(yīng)靠近支承面的幾何中心，使夾緊力均勻分布在接觸面上。見圖6.34(a)、(b)

。②夾緊力的作用點應(yīng)位于工件剛性較大處。且作用點應(yīng)有足夠的數(shù)目，這樣可使工件的變形量最小。如圖6.34(c)、(d)。③夾緊力的作用點應(yīng)盡量靠近工件被加工表面。這樣可使切削力對該作用點的力矩減小，同時減小工件的振動。若加工面遠(yuǎn)離夾緊作用點，可增加輔助支承并附加夾緊力以防止工件在加工中產(chǎn)生位置變動、變形或振動。如圖6.35。第三十三頁，共一百一十二頁，2022年，8月28日工件的夾緊6.3.1.3夾緊力的大小

對工件所施加的夾緊力，要適當(dāng)。夾緊力過大，會引起工件變形；夾緊力過小，易破壞定位。

進行夾緊力計算時，通常將夾具和工件看作一剛性系統(tǒng)，以簡化計算。根據(jù)工件在切削力、夾緊力(重型工件要考慮重力，高速時要考慮慣性力)作用下處于靜力平衡，列出靜力平衡方程式，即可算出理論夾緊力。為安全起見，計算出的夾緊力應(yīng)乘以安全系數(shù)K，故實際夾緊力一般比理論計算值大2～3倍。第三十四頁，共一百一十二頁，2022年，8月28日常用的夾緊裝置6.3.2常用的夾緊裝置

夾具中常用的夾緊裝置有楔塊、螺旋、偏心輪等，它們都是根據(jù)斜面夾緊原理夾緊工件。下面分別介紹各種夾緊裝置的結(jié)構(gòu)、夾緊力的計算和它們的特性。6.3.2.1楔塊夾緊裝置

楔塊夾緊裝置見圖6.36，主要用于增大夾緊力或改變夾緊力方向。楔塊夾緊常與杠桿、壓板、螺旋等組合使用。特點：

(1)有增力作用；

(2)夾緊行程?。?/p>

(3)結(jié)構(gòu)簡單，但操作不方便。第三十五頁，共一百一十二頁，2022年，8月28日楔塊夾緊裝置(1)楔塊夾緊受力的計算楔塊夾緊的受力分析見圖6.37。楔塊在原始力P、工件給楔塊的作用力Q、夾具體給楔塊的作用力R作用下，處于平衡狀態(tài)。當(dāng)工件被夾緊時，P、Q、R三力合成，計算出楔塊對工件所產(chǎn)生的夾緊力Q為：式中α—楔塊升角，通常取6°～10°。因工件、夾具體與楔塊的摩擦系數(shù)一般取f＝0.1～0.15,故相應(yīng)的摩擦角為φ1和φ2為5°45’～8°30’。第三十六頁，共一百一十二頁，2022年，8月28日楔塊夾緊裝置(2)楔塊的自鎖條件當(dāng)原始力P撤除后，楔塊在摩擦力的作用下仍然不會松開工件的現(xiàn)象稱為自鎖。楔塊在力Q、R作用下平衡，此時摩擦力的方向與楔塊松開的趨勢相反，如圖6.37(c)所示自鎖的條件應(yīng)該是：

若φ1＝φ2＝φ

，f＝0.1～0.15，則α≤11.5°～17°。為安全起見一般取10°～15°或更小些。(3)傳力系數(shù)夾緊力與原始力之比稱傳力系數(shù)，以iP表示則有：第三十七頁，共一百一十二頁，2022年，8月28日楔塊夾緊裝置

從公式可以看出，楔塊的升角α越小，iP就越大；當(dāng)原始力P一定時，α越小則夾緊力Q就越大，但同時楔面的工作長度加大致使結(jié)構(gòu)不緊湊，夾緊速度變慢。因此楔塊夾緊裝置常用在工件尺寸公差較小的機動夾緊裝置中。(4)楔塊的尺寸及材料升角α確定后，其工作長度應(yīng)滿足夾緊要求，其厚度應(yīng)保證熱處理時不變形，小頭厚度應(yīng)大于5mm為宜。楔塊材料一般用20鋼或20Cr，滲碳厚度0.8～1.2mm，熱處理硬度HRC56～62，工作表面粗糙度值Ra為1.6μm。第三十八頁，共一百一十二頁，2022年，8月28日螺旋夾緊裝置6.3.2.2螺旋夾緊裝置

螺旋夾緊裝置是從楔塊夾緊裝置轉(zhuǎn)化而來的，相當(dāng)于把楔塊繞在圓柱體上，轉(zhuǎn)動螺旋時即可夾緊工件。圖6.38為單螺旋夾緊機構(gòu)。圖6.39為兩種標(biāo)準(zhǔn)壓塊結(jié)構(gòu)。特點：

(1)夾緊結(jié)構(gòu)簡單，夾緊可靠，在加具中得到廣泛應(yīng)用；

(2)夾緊力比斜楔夾緊力大，螺旋夾緊行程不受限制，所以在手動夾緊中應(yīng)用極廣；

(3)螺旋夾緊動作慢，輔助時間長，效率低，在實際生產(chǎn)中，螺旋壓板組合夾緊比單螺旋夾緊應(yīng)用更為普遍。第三十九頁，共一百一十二頁，2022年，8月28日螺旋夾緊裝置(1)螺桿夾緊力計算如圖6.40所示，工件處于夾緊狀態(tài)時，根據(jù)力的平衡、力矩的平衡可算得夾緊力Q：式中α——螺旋升角，一般為α=2°～4°；

φ1——螺母與螺桿間的摩擦角；

φ2——工件與螺桿頭部(或壓塊)間的摩擦角；

r中——螺旋中徑的一半

r1——摩擦力矩計算半徑。其數(shù)值與螺桿頭部或壓塊的形狀有關(guān)，如圖6.41所示。第四十頁，共一百一十二頁，2022年，8月28日螺旋夾緊裝置(2)螺旋夾緊的自鎖性能和傳力系數(shù)

楔塊夾緊裝置的自鎖條件為α≤11.5°～17°，而螺旋夾緊裝置的螺旋升角(a＝2°～4°)很小，故自鎖性能好。

傳力系數(shù)為：

因為螺旋升角小于楔塊升角，而L大于r中和r1，所以螺旋夾緊裝置的傳力系數(shù)遠(yuǎn)比楔塊夾緊裝置的大。由于螺旋夾緊裝置結(jié)構(gòu)簡單，制造容易，夾緊行程大，傳力系數(shù)大，自鎖性能好，所以廣泛用于手動夾緊。但夾緊緩慢，效率低。第四十一頁，共一百一十二頁，2022年，8月28日

螺旋夾緊裝置(3)螺旋與壓板的組合夾緊裝置為了在工件最合適的位置和方向上進行夾緊，生產(chǎn)中經(jīng)常采用圖6.42的結(jié)構(gòu)。在圖6.42(a)、(b)、(c)三種裝置中，若要求對工件產(chǎn)生的夾緊力Q相同，那么所需要施加的原始力P的大小和方向是不同的。圖6.43(d)為鉤形螺旋壓板，它使夾具結(jié)構(gòu)緊湊，且已規(guī)格化，選用時可查《夾具設(shè)計手冊》。而為了減少夾壓的輔助時間和提高生產(chǎn)率，采用多位或多件夾緊裝置，如圖6.43。多件夾緊的共同特點是：用一個原始力對數(shù)個點或數(shù)個工件同時進行夾緊。為了避免工件因尺寸或形狀誤差而出現(xiàn)夾緊不牢或破壞夾緊機構(gòu)的現(xiàn)象，在壓塊兩邊各連接擺動壓板，可以擺動來補償各自夾壓的兩個工件的直徑尺寸公差。第四十二頁，共一百一十二頁，2022年，8月28日偏心夾緊裝置6.3.2.3偏心夾緊裝置

偏心夾緊裝置是將楔塊包在圓盤上，旋轉(zhuǎn)圓盤使工件得以夾緊。偏心夾緊經(jīng)常與壓板聯(lián)合使用，如圖6.44。常用的偏心輪有圓偏心和曲線偏心。曲線偏心為阿基米德曲線或?qū)?shù)曲線，這兩種曲線的優(yōu)點是升角變化均勻或不變，可使工件夾緊穩(wěn)定可靠，但制造困難，故使用較少；圓偏心由于制造容易，因而使用較廣。下面介紹圓偏心夾緊裝置。

特點：

由于圓偏心夾緊時的夾緊力小，自鎖性能不是很好，且夾緊行程小，故多用于切削力小，無振動，工件尺寸公差不大的場合，但是圓偏心夾緊機構(gòu)是一種快速夾緊機構(gòu)。第四十三頁，共一百一十二頁，2022年，8月28日圓偏心夾緊裝置(1)圓偏心夾緊原理圓偏心夾緊原理見圖6.45，圓偏心輪直徑為D，幾何中心為Ol，回轉(zhuǎn)中心為O，偏心距為e，虛線圓為基圓，其直徑為D－2e，圓偏心就相當(dāng)于繞在基圓盤上的楔塊。偏心輪順時針轉(zhuǎn)動時，楔塊楔進基圓盤和工件中間，使工件得以夾緊。若將偏心輪的工作部分弧展開，就可得到一個具有曲線斜邊的楔塊。從圖中看出，斜面上各點的斜率(即升角)是變化的，而在P點(展開圖為90°的點)附近變化較小。為使偏心輪工作穩(wěn)定可靠，常取P點左右夾角為30°～45°度的一段圓弧為工作部分，也就是弧APB為60°～90°。第四十四頁，共一百一十二頁，2022年，8月28日，圓偏心夾緊裝置(2)圓偏心的自鎖條件圓偏心x點處升角αx為：在β=0°，即P點升角最大αp根據(jù)楔塊自鎖條件，為安全起見，可不考慮偏心輪孔與支承軸間的摩擦，于是可得到圓偏心的夾緊特性為：式中β是偏心距e從水平位置轉(zhuǎn)過的角度。(3)圓偏心夾緊行程圓偏心轉(zhuǎn)過角度β,其夾緊行程為：設(shè)計夾緊行程S時，考慮工件尺寸公差T，裝卸工件必要的間隙C間，夾緊機構(gòu)的變形、磨損等行程儲備量為C貯,則

第四十五頁，共一百一十二頁，2022年，8月28日

圓偏心夾緊裝置(4)圓偏心夾緊力計算圓偏心夾緊實際上是斜楔夾緊的一種變形，假設(shè)一升角為α的楔塊，根據(jù)楔塊夾緊力計算式(6.36)，有：(5)圓偏心夾緊的傳力系數(shù)

圓偏心最大升角αp＝8.13°,而螺旋升角為2°～4°,又因在一般情況下ρ＞r中，因此圓偏心夾緊的傳力系數(shù)遠(yuǎn)小于螺旋夾緊的傳力系數(shù)。偏心輪的材料，一般可選用20鋼或20Cr鋼，工作表面滲碳淬火至HRC55～60，表面粗糙度值Ra為0.8μm。第四十六頁，共一百一十二頁，2022年，8月28日定心夾緊裝置6.3.2.4定心夾緊裝置在切削加工中，若工件是以中心線或?qū)ΨQ面為工序基準(zhǔn)，為使C定＝0，可采用一種保證工件準(zhǔn)確定心或?qū)χ械难b置，使工件的定位和夾緊過程同時完成，而定位元件與夾緊元件合二為一。這種裝置稱為定心夾緊裝置。(1)定心夾緊裝置的原理在定心夾緊裝置中，利用等速移動或均勻的彈性變形，使定位夾緊元件或工件定位基準(zhǔn)的尺寸制造誤差均勻分布在工件定位面上，保證工件的中心或?qū)ΨQ位置不變。圖6.49

為圓柱面定位的情況。

圖(a)定位誤差C定＝O1O2＝TD＋Td＋Cmin，使圓柱面中心偏離圓孔中心。

圖(b)是圓柱面在三爪卡盤中定心和夾緊的情況。圓柱面的制造誤差Td在三個爪上的分布是相同的，各為Td/2，使中心O位置不動。

第四十七頁，共一百一十二頁，2022年，8月28日定心夾緊裝置(2)定心夾緊裝置的類型

定心夾緊裝置種類很多，按其工作原理可分為兩大類。

①定位夾緊元件等速移動的裝置。這類裝置中常見的幾種如圖6.50所示。

圖6.50(a)

左右螺旋定心夾緊裝置。圖6.50(b)

斜楔定心夾緊裝置。此類定心夾緊裝置，由于制造誤差和組成元件間的間隙較大，故定心精度不高，約為0.2～0.16mm，但夾緊力和夾緊行程較大，所以常用于粗加工和半精加工。

②定位夾緊元件均勻彈性變形的裝置當(dāng)定心精度要求較高時，一般都利用這類定心夾緊裝置，其中常見的裝置如圖6.51所示。

圖6.51(a)為用于裝夾工件以外圓柱面為定位基準(zhǔn)的彈簧夾頭。圖6.51(b)為蝶型簧片式定心夾緊裝置。圖6.51(c)為液性塑料定心夾緊裝置。這是一種以液性塑料為介質(zhì)傳遞作用力的高精度夾具。圖6.51(d)為鼓膜式定心夾緊裝置。第四十八頁，共一百一十二頁，2022年，8月28日機床夾具的基本要求和設(shè)計步驟6.4機床夾具的基本要求和設(shè)計步驟6.4.1對機床夾具的基本要求

對機床夾具的基本要求可總括為四個方面：

①穩(wěn)定地保證工件的加工精度；②提高機械加工的勞動生產(chǎn)率；③結(jié)構(gòu)簡單，有良好的結(jié)構(gòu)工藝性和勞動條件；④應(yīng)能降低工件的制造成本?？紤]上述四方面要求時，應(yīng)在滿足加工要求的前提下，根據(jù)具體情況處理好生產(chǎn)率與勞動條件、生產(chǎn)率與經(jīng)濟性的關(guān)系，解決主要矛盾。應(yīng)在設(shè)計過程中深入生產(chǎn)實際進行調(diào)查研究，廣泛征求操作者的意見，吸收國內(nèi)外有關(guān)的先進經(jīng)驗，在此基礎(chǔ)上擬出初步設(shè)計方案，經(jīng)過討論，然后定出合理的方案進行具體設(shè)計。第四十九頁，共一百一十二頁，2022年，8月28日機床夾具的基本要求和設(shè)計步驟6.4.2夾具設(shè)計的工作步驟6.4.2.1研究原始資料，明確設(shè)計任務(wù)為明確設(shè)計任務(wù)，首先應(yīng)分析研究工件的結(jié)構(gòu)特點、材料、生產(chǎn)規(guī)模和本工序加工的技術(shù)要求以及前后工序的聯(lián)系；然后了解加工所用設(shè)備、輔助工具中與設(shè)計夾具有關(guān)的技術(shù)性能和規(guī)格；了解工具車間的技術(shù)水平等。必要時還要了解同類工件的加工方法和所使用夾具的情況，作為設(shè)計的參考。6.4.2.2考慮和確定夾具的結(jié)構(gòu)方案，繪制結(jié)構(gòu)草圖確定夾具的結(jié)構(gòu)方案時，主要解決如下問題：根據(jù)六點定位原理確定工件的定位方式，并設(shè)計相應(yīng)的定位裝置；確定刀具的引導(dǎo)方法，并設(shè)計引導(dǎo)元件或?qū)Φ堆b置；第五十頁，共一百一十二頁，2022年，8月28日機床夾具的基本要求和設(shè)計步驟

確定工件的夾緊方式和設(shè)計夾緊裝置；確定其它元件或裝置的結(jié)構(gòu)型式，如定向鍵，分度裝置等；考慮各種裝置、元件的布局，確定夾具體和總體結(jié)構(gòu)。對夾具的總體結(jié)構(gòu)，最好考慮幾個方案，畫出草圖，經(jīng)過分析比較，從中選取較合理的方案。繪制夾具總圖夾具總圖應(yīng)遵循國家標(biāo)準(zhǔn)繪制，圖形大小的比例盡量取1:1，使所繪的夾具總圖有良好的直觀性，如工件過大時可用1:2或1:5的比例，過小時可用2:1的比例?？倛D中的視圖應(yīng)盡量少，但必須能夠清楚地表示出夾具的工作原理和構(gòu)造，表示各種裝置或元件之間的位置關(guān)系等。主視圖應(yīng)取操作者實際工作時的位置，以作為裝配夾具的依據(jù)并供使用時參考。第五十一頁，共一百一十二頁，2022年，8月28日機床夾具的基本要求和設(shè)計步驟

繪制總圖的順序是：先用雙點劃線繪出工件的輪廓外形，并顯示出加工余量；然后把工件視為透明體，按照工件的形狀及位置依次繪出定位、導(dǎo)向、夾緊及其它元件或裝置的具體結(jié)構(gòu)；最后繪制夾具體，形成一個夾具整體。確定并標(biāo)注有關(guān)尺寸和夾具技術(shù)要求在夾具總圖上應(yīng)標(biāo)注輪廓尺寸，必要的裝配、檢驗尺寸及其公差，制定主要元件、裝置間的相互位置精度要求等。當(dāng)加工的技術(shù)要求較高時，應(yīng)進行工序精度分析。繪制夾具零件圖夾具中的非標(biāo)準(zhǔn)零件都必須繪制零件圖。在確定這些零件的尺寸、公差或技術(shù)條件時，應(yīng)注意使其滿足夾具總圖的要求。第五十二頁，共一百一十二頁，2022年，8月28日機床夾具的基本要求和設(shè)計步驟

在夾具設(shè)計圖紙全部繪制完畢后，設(shè)計工作并不就此結(jié)束。因為所設(shè)計的夾具還有待于實踐的驗證，在試用后有時可能要對原設(shè)計作必要的修改。因此設(shè)計人員應(yīng)關(guān)心夾具的制造和裝配過程，參與鑒定工作，并了解使用過程，以便發(fā)現(xiàn)問題及時加以改進，使之達到正確設(shè)計的要求。只有夾具制造出來了，使用合格后才能算完成設(shè)計任務(wù)。在實際工作中，上述設(shè)計程序并非一成不變，但設(shè)計程序在一定程度上反映了設(shè)計夾具所要考慮的問題和設(shè)計經(jīng)驗，因此對于缺乏設(shè)計經(jīng)驗的人員來說，遵循一定的方法、步驟進行設(shè)計是有益的。第五十三頁，共一百一十二頁，2022年，8月28日機床夾具的基本要求和設(shè)計步驟本章小結(jié)

機床夾具是由定位元件、加緊裝置、對刀元件、夾具體等部分組成，其中定位與夾緊兩個環(huán)節(jié)是夾具設(shè)計的重點。定位就是確定工件在夾具中的正確位置，是通過定位元件實現(xiàn)。工件有完全定位和不完全定位，過定位和欠定位。欠定位是不允許的，過定位有條件地采用。

由于基準(zhǔn)不重合、定位副制造不準(zhǔn)確等原因，定位過程中會產(chǎn)生誤差，定位誤差的計算要根據(jù)具體情況分析計算。夾緊是為了克服切削力等外力干擾而使工件在空間中保持正確的定位位置的一種手段。夾緊一般在定位步驟之后，