第二章 機(jī)床夾具設(shè)計(jì)白底

主要內(nèi)容：§2-1機(jī)床夾具概述

§2-2工件在夾具上的定位

§2-3工件在夾具上的夾緊§2-4各類機(jī)床夾具§2-5機(jī)床夾具設(shè)計(jì)步驟與方法第二章機(jī)床夾具設(shè)計(jì)原理§2-1概述一、機(jī)床夾具的基本概念

機(jī)床夾具是將工件進(jìn)行定位、夾緊，將刀具進(jìn)行導(dǎo)向或?qū)Φ?，以保證工件和刀具間的相對(duì)位置關(guān)系的附加裝置，簡(jiǎn)稱夾具。用夾具定位涉及到三層關(guān)系：①工件在夾具上的定位；②夾具相對(duì)于機(jī)床的定位；③工件相對(duì)于機(jī)床的定位二、機(jī)床夾具的作用

1、穩(wěn)定保證工件的加工精度2、減少輔助工時(shí)，提高勞動(dòng)生產(chǎn)率3、擴(kuò)大機(jī)床使用范圍，實(shí)現(xiàn)一機(jī)多能4、能降低工人技術(shù)要求和減輕工人勞動(dòng)強(qiáng)度。三、機(jī)床夾具分類1、按夾具使用范圍來(lái)分①通用夾具②專用夾具③可調(diào)或成組夾具④組合夾具⑤隨行夾具夾具的分類通用夾具三爪卡盤(pán)四爪卡盤(pán)萬(wàn)向平口鉗回轉(zhuǎn)工作臺(tái)分度頭2、按使用的機(jī)床類型分車床夾具、磨床夾具、鉆床夾具、銑床夾具、鏜床夾具。3、按用途分：機(jī)床夾具、裝配夾具、檢驗(yàn)夾具等。4、按夾緊的動(dòng)力源不同分類手動(dòng)夾具，氣動(dòng)夾具，液壓夾具，氣液夾具，電動(dòng)夾具、電磁夾具及真空夾具、自來(lái)緊夾具等。四、機(jī)床夾具的組成1、定位元件2、夾緊元件3、導(dǎo)向元件和對(duì)刀裝置4、連接元件5、夾具體6、其它輔件一、工件的定位直接找正裝夾用劃針，百分表或目測(cè)直接找正工件在機(jī)床或夾具中的正確位置，然后再夾緊。這種方法稱為直接找正裝夾。1.工件的裝夾裝夾又稱安裝。定位

—使工件在機(jī)床或夾具上占有正確位置。夾緊

—對(duì)工件施加一定的外力，使其已確定的位置在加工過(guò)程中保持不變。2裝夾方法§2-2工件在夾具上的定位

圖直接找正安裝毛坯孔加工線找正線圖劃線找正安裝精度高，效率低，對(duì)工人技術(shù)水平高。劃線找正裝夾精度不高，效率低，多用于形狀復(fù)雜的鑄件。圖工件在夾具上裝夾（滾齒夾具）夾具裝夾精度和效率均高，廣泛采用。3工件定位的基本原理（1）六點(diǎn)定位原理六點(diǎn)定位原理圖XZY

六點(diǎn)定位原理將6個(gè)支承抽象為6個(gè)“點(diǎn)”，6個(gè)點(diǎn)限制了工件的6個(gè)自由度，這就是六點(diǎn)定位原理。Z移動(dòng)，X、Y軸旋轉(zhuǎn)自由度X移動(dòng)，Z軸轉(zhuǎn)動(dòng)自由度Y移動(dòng)自由度注意以下幾點(diǎn)：1設(shè)置3個(gè)定位支承點(diǎn)的平面限制一個(gè)移動(dòng)自由度和兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)自由度，稱為主要定位面。2設(shè)置2個(gè)定位支承點(diǎn)的平面限制兩個(gè)自由度，稱為導(dǎo)向定位面。3設(shè)置1個(gè)定位支承點(diǎn)的平面限制一個(gè)自由度，稱為止推定位面或防轉(zhuǎn)定位面。

4一個(gè)定位支承點(diǎn)只能限制一個(gè)自由度。5定位支承點(diǎn)必須與工件的定位基準(zhǔn)始終貼緊接觸。6工件在定位時(shí)需要限制的自由度數(shù)目以及究竟是哪幾個(gè)自由度，完全由工件的加工要求所決定。7定位支承點(diǎn)所限制的自由度，原則上不允許重復(fù)或互相矛盾。

2）根據(jù)加工精度要求，確定限制工件自由度數(shù)目

e）

f）由于工件的形狀特點(diǎn)，沒(méi)有必要也無(wú)法限制工件某些方面的自由度。由于加工特點(diǎn)，工件某些方面自由度的存在并不影響加工精度。（3）定位元件限制工件自由度工件在機(jī)床或夾具中定位時(shí)，其第一類自由度是通過(guò)工件的定位基準(zhǔn)（或基面）與機(jī)床或夾具定位元件接觸或配合而被限制的。1）工件以平面定位平面定位的主要形式是支承定位。常用的定位元件有支承釘、支承板、夾具支承件和夾具體的凸臺(tái)及平面等。①支承釘2）工件以圓孔定位工件以圓孔定位多屬于定心定位（定位基準(zhǔn)為圓柱孔軸線）。常用定位元件是定位銷和心軸。定位銷有圓柱銷、圓錐銷、菱形銷等形式；心軸有剛性心軸（又有過(guò)盈配合、間隙配合和小錐度心軸等）、彈性心軸之分。①圓柱銷A結(jié)構(gòu)圖圓柱銷的結(jié)構(gòu)

圖圓柱銷的定位

②菱形銷圖圓錐銷的結(jié)構(gòu)

圖定位心軸的結(jié)構(gòu)

圖定位心軸的定位

3）工件以圓錐孔定位工件以圓錐孔定位時(shí)，所用定位元件為圓錐心軸或圓錐銷。圓錐心軸限制工件5個(gè)自由度，圓錐銷限工件三個(gè)自由度圖圓錐心軸定位

圖工件以圓錐孔定位情況

4）工件以外圓柱面定位工件以外圓柱面定位兩種形式：定心定位和支承定位。支承定位時(shí)用支承板、支承釘。①圓定位套圖工件外圓以套筒和錐套定位

圖工件外圓以套筒定位情況

②V形塊B定位分析

③支承板支承板對(duì)外圓柱面的定位就是平面與外圓母線的接觸，長(zhǎng)支承板或兩個(gè)支承釘與外圓面接觸，限制工件兩個(gè)自由度，短支承板或支承釘與外圓柱面接觸，限制一個(gè)自由度（4）工件定位時(shí)的幾種情況1）完全定位工件六個(gè)自由度被分別完全限制的定位，稱為完全定位。2）不完全定位根據(jù)具體的加工方法，在滿足加工要求的前提下，把限制工件少于六個(gè)自由度的定位，稱為不完全定位。3）欠定位當(dāng)定位支承點(diǎn)的數(shù)目，少于應(yīng)限制的自由度數(shù)目，工件不能正確定位，不能滿足加工要求。這種定位方式，稱為欠定位。4）過(guò)定位幾個(gè)定位支承點(diǎn)，同時(shí)限制同一個(gè)自由度的定位，稱為過(guò)定位。

過(guò)定位分析（桌子與三角架）完全定位與不完全定位圖工件應(yīng)限制的自由度ZYXa）限制3個(gè)自由度ZYXb）限制5個(gè)自由度ZYXc）限制6個(gè)自由度ZYXd）限制2個(gè)自由度e）ZYX限制4個(gè)自由度f(wàn)）ZYX限制5個(gè)自由度

過(guò)定位討論如圖示，齒輪坯以內(nèi)孔和一小端面定位，車削外圓和大端面。加工后檢測(cè)發(fā)現(xiàn)大端面與內(nèi)孔垂直度超差。試分析原因，提出改進(jìn)意見(jiàn)。4A0.02A間隙配合剛性心軸圖過(guò)定位示例圖過(guò)定位引起夾緊變形橡膠墊圖過(guò)定位處理分析插齒時(shí)常用的夾具，如圖所示，工件3以內(nèi)孔在心軸上定位，限制工件的四個(gè)自由度，又以端面在支承凸臺(tái)2上定位，限制工件三個(gè)自由度。重復(fù)限制:X轉(zhuǎn)動(dòng)Y轉(zhuǎn)動(dòng)二、對(duì)定位元件的基本要求1.足夠的精度2.足夠的強(qiáng)度和剛度3.耐磨性好4.工藝性好

§2-2工件在夾具上的定位三、常用的定位方法及定位元件1.工件以平面定位（1） 固定支承①支承釘②支承板(2)可調(diào)支承支承的高度可以根據(jù)需要進(jìn)行調(diào)整。(3）自位支承在工件的定位過(guò)程中，能自動(dòng)調(diào)整位置的支承。(4)輔助支承輔助支承用來(lái)提高工件的裝夾剛度，不起定位作用。2、工件以圓柱孔定位時(shí)的定位元件（1）心軸圓錐心軸（2）圓柱銷（3）圓錐銷3工件以外圓定位時(shí)的定位元件（1）V形塊（2）定位套4．工件以其它表面定位5.工件以組合表面定位6.工件以一面兩孔定位箱體類零件加工時(shí)，往往以加工好的一個(gè)面及其上的兩個(gè)工藝孔作為定位基準(zhǔn)。通稱一面二銷定位。（1）兩個(gè)圓柱銷

要滿足工件順利裝入的條件，直徑縮小后的第二銷與第二孔的最小配合間隙為（2）一圓柱銷與一削邊銷在一面兩孔定位中，通常根據(jù)工序圖選擇尺寸大、精度高的主要基準(zhǔn)孔用短圓柱銷，次要的基準(zhǔn)孔用削邊銷。如果兩個(gè)基準(zhǔn)孔主次難分，且精度不高，一般大孔用圓柱銷小孔用菱形銷。為了保證銷的強(qiáng)度，通常使用菱形銷。圖a用于直徑很小時(shí)圖b用于直徑為3~50mm時(shí)圖c用于大于50mm時(shí)菱形銷寬度計(jì)算圖即整理有：1.定位誤差概念①夾具的有關(guān)制造誤差

a確定刀具位置的元件和引導(dǎo)刀具的元件與定位元件間的位置誤差；b定位元件與夾具安裝到機(jī)床上的安裝基面間的位置誤差。

四、定位誤差的分析與計(jì)算②夾具安裝誤差

③加工誤差

指工件在切削過(guò)程中所產(chǎn)生的誤差。2.造成定位誤差的原因①由于定位基準(zhǔn)與工序基準(zhǔn)不一致所引起的定位誤差，稱為基準(zhǔn)不重合誤差。②由于定位副制造誤差及其配合間隙所引起的定位誤差，稱為基準(zhǔn)位移誤差。工件定位誤差的實(shí)質(zhì)是工件上被加工表面的工序基準(zhǔn)相對(duì)于定位元件工作表面在加工尺寸方向上的最大變動(dòng)量（1）用幾何方法計(jì)算定位誤差圖示為孔銷配合情況，若工件的工序基準(zhǔn)為孔心。試確定孔銷間隙配合時(shí)的定位誤差。解：a）圖為工件孔與定位銷垂直放置，定位銷與工件內(nèi)孔則可能任意邊接觸。無(wú)論工序尺寸方向如何，孔銷間隙配合的定位誤差均為b)圖工件孔與定位銷水平放置。孔中心線在垂直方向的最大變動(dòng)量為若工件的工序基準(zhǔn)仍為孔心，且工序尺寸方向與固定點(diǎn)和銷子中心連線方向相同，則

例：工件在使用心軸、銷、定位時(shí)，常會(huì)考慮留有間隙而需要進(jìn)行定位誤差計(jì)算。左端：孔徑，公差為T(mén)D1；銷徑，公差為T(mén)d1；最小間隙為Δ1。右端：孔徑公差為T(mén)D2；銷徑公差為T(mén)d2；最小間隙為Δ2。2、用微分方法計(jì)算定位誤差例、工件用V形塊定位加工鍵槽時(shí)的定位誤差計(jì)算。加工鍵槽時(shí)，一般有兩項(xiàng)工序要求：1）尺寸H；2）鍵槽對(duì)工件外圓中心的對(duì)稱度。標(biāo)注鍵槽設(shè)計(jì)尺寸H時(shí)，有三種不同的標(biāo)注方法：(a)要求保證上母線到加工面尺寸H1；(b)要求保證下母線到加工面尺寸H2；(c)要求保證上母線到加工面尺寸H3。解：首先：寫(xiě)出O點(diǎn)至加工尺寸方向上某固定點(diǎn)的距離再對(duì)上式求全微分

同理：§2-3工件在夾具上的夾緊一、夾緊裝置的組成及基本要求1.夾緊裝置的組成一般由夾緊機(jī)構(gòu)和動(dòng)力源組成。2.對(duì)夾緊裝置的基本要求①夾得穩(wěn)②夾得牢③夾得快二、夾緊力的確定夾緊力力的大小力的方向力的作用點(diǎn)這三要素是夾緊裝置設(shè)計(jì)和選擇的核心問(wèn)題1.夾緊力方向的確定（1）夾緊力的作用方向應(yīng)不破壞工件定位的準(zhǔn)確性和可靠性。（2）夾緊力的作用方向應(yīng)與工件剛度大的方向一致，以減小工件夾緊變形。圖夾緊力、切削力和重力之間關(guān)系

（3）夾緊力的方向應(yīng)有利于減小夾緊力。2.夾緊力的作用點(diǎn)的選擇（1）力的作用點(diǎn)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)。（2）夾緊力的作用點(diǎn)應(yīng)位于工件剛性較大處，而且作用點(diǎn)應(yīng)有足夠的數(shù)目，這樣可使工件的變形量最小。（3）夾緊力的作用點(diǎn)應(yīng)盡量靠近工件被加工表面，這樣可使切削力對(duì)該作用點(diǎn)的力矩減小，工件的振動(dòng)也可以減小。實(shí)際夾緊力為說(shuō)明：一般k=1.5-3，粗加工k=2.5-3精加工k=1.5-23夾緊力大小斜楔夾緊機(jī)構(gòu)螺旋夾緊機(jī)構(gòu)偏心夾緊機(jī)構(gòu)三、基本夾緊機(jī)構(gòu)1.斜楔夾緊機(jī)構(gòu)（1）夾緊力的計(jì)算直接采用斜楔夾緊時(shí)可獲得的夾緊力為（2）自鎖條件（3）擴(kuò)力比擴(kuò)力比也稱為擴(kuò)力系數(shù)，是指在夾緊原動(dòng)力作用下，夾緊機(jī)構(gòu)所能產(chǎn)生的夾緊力與原始作用力的比值（4）行程比一般把斜楔的移動(dòng)行程與工件需要的夾緊行程的比值，稱為行程比。（5）應(yīng)用場(chǎng)合斜楔機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)單，有增力作用。一般擴(kuò)力比（約為3），楔角愈小增力作用愈大。夾緊和松開(kāi)要敲擊大、小端，操作不方便楔塊夾緊裝置2.螺旋夾緊機(jī)構(gòu)螺旋夾緊裝置是從斜塊夾緊裝置轉(zhuǎn)化而來(lái)的，相當(dāng)于把楔塊繞在圓柱體上，轉(zhuǎn)動(dòng)螺旋時(shí)即可夾緊工件。螺旋夾緊機(jī)構(gòu)中的螺旋，實(shí)際上是把斜楔繞在圓柱面上，旋轉(zhuǎn)螺桿時(shí)，斜面上升，從而對(duì)工件進(jìn)行夾緊。圖螺旋夾緊機(jī)構(gòu)示例簡(jiǎn)單的螺旋夾緊機(jī)構(gòu)（1）夾緊力的計(jì)算

螺旋夾緊力的計(jì)算公式為表當(dāng)量摩擦半徑計(jì)算公式（2）自鎖條件螺旋夾緊機(jī)構(gòu)的螺旋升角很小，故自鎖性能好。（3）擴(kuò)力比因?yàn)槁菪切∮谛毙ǖ男ń?，螺旋夾緊機(jī)構(gòu)的擴(kuò)力作用遠(yuǎn)大于斜楔夾緊機(jī)構(gòu)。（4）應(yīng)用場(chǎng)合螺旋夾緊機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造容易，夾緊行程大，擴(kuò)力比大，自鎖性能好，應(yīng)用廣泛，尤其適用于手動(dòng)夾緊機(jī)構(gòu)。但夾緊動(dòng)作緩慢，效率低，不宜使用在自動(dòng)化夾緊裝置上。

a）b）c）圖螺旋壓板組合夾緊機(jī)構(gòu)圖偏心夾緊機(jī)構(gòu)圖圓偏心輪夾緊原理3偏心夾緊裝置偏心夾緊裝置也是從斜塊夾緊裝置轉(zhuǎn)化而來(lái)的，它是將楔塊包在圓盤(pán)上，旋轉(zhuǎn)圓盤(pán)使工件得以?shī)A緊。

（1）圓偏心輪的夾緊原理(2)夾緊力的計(jì)算(3)自鎖條件（4）擴(kuò)力比圓偏心夾緊的擴(kuò)力比遠(yuǎn)小于螺旋夾緊的擴(kuò)力比，但大于斜楔夾緊的擴(kuò)力比。（5）應(yīng)用場(chǎng)合圓偏心夾緊的優(yōu)點(diǎn)是操作簡(jiǎn)便、夾緊動(dòng)作迅速、結(jié)構(gòu)緊湊；缺點(diǎn)是夾緊行程小、夾緊力小、自鎖性能差，因此常用于切削力不大、夾緊行程小、振動(dòng)較小的場(chǎng)合。1鉸鏈夾緊機(jī)構(gòu)

圖鉸鏈夾緊原理圖鉸鏈夾緊機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、擴(kuò)力比大且摩擦損失小，故適用于多點(diǎn)或多件夾緊，在氣動(dòng)或液壓夾具中廣泛應(yīng)用。四、其它夾緊機(jī)構(gòu)

2.定心、對(duì)中夾緊機(jī)構(gòu)特點(diǎn)：定位、夾緊同時(shí)實(shí)現(xiàn)定位元件同時(shí)又是夾緊元件用于以中心線、對(duì)稱面為工序基準(zhǔn)的場(chǎng)合可分為兩種類型：1、按定位夾緊元件的等速移動(dòng)或轉(zhuǎn)動(dòng)原理實(shí)現(xiàn)定心、對(duì)中夾緊2、按定位、夾緊元件均勻彈性變形原理實(shí)現(xiàn)定心夾緊①按定位夾緊元件的等速移動(dòng)或轉(zhuǎn)動(dòng)原理實(shí)現(xiàn)定心、對(duì)中夾緊②按定位、夾緊元件均勻彈性變形原理實(shí)現(xiàn)定心夾緊3.聯(lián)動(dòng)夾緊機(jī)構(gòu)：用于同時(shí)有幾個(gè)點(diǎn)對(duì)進(jìn)行夾緊或同時(shí)夾緊幾個(gè)工件的場(chǎng)合(1)多點(diǎn)夾緊機(jī)構(gòu)浮動(dòng)夾緊機(jī)構(gòu)(2)多件夾緊機(jī)構(gòu)①平行式多件夾緊②對(duì)向式和復(fù)合式多件夾緊：例（3）依次連續(xù)式多件夾緊順次連續(xù)式多件夾緊

圖聯(lián)動(dòng)夾緊機(jī)構(gòu)機(jī)械制造工藝學(xué)§2-4各類機(jī)床夾具一、鉆床夾具的設(shè)計(jì)鉆床夾具的設(shè)計(jì)主要考慮鉆套的設(shè)計(jì)。鉆套是用來(lái)引導(dǎo)鉆頭、擴(kuò)孔鉆、鉸刀等孔加工刀具，加強(qiáng)刀具剛度，并保證所加工的孔和工件其它表面有準(zhǔn)確的相對(duì)位置。鉆套按結(jié)構(gòu)和使用特點(diǎn)可分為以下四類固定鉆套可換鉆套快換鉆套特殊鉆套鉆床類夾具一、鉆床類夾具1．鉆床類夾具的種類及其構(gòu)造這類夾具主要是用來(lái)保證被加工孔的位置精度還可用于某些鏜床、組合機(jī)床上鉆床夾具的種類繁多，根據(jù)被加工孔的分布情況和鉆模板的特點(diǎn)，一般分為固定式、回轉(zhuǎn)式、移動(dòng)式、翻轉(zhuǎn)式、復(fù)蓋式和滑柱式等幾種類型鉆床類夾具1.鉆模的類型1）固定式鉆模2）回轉(zhuǎn)式鉆模3）翻轉(zhuǎn)式鉆模圖翻轉(zhuǎn)式鉆模1-夾具體2-斜楔3-工件4）蓋板式鉆模5）滑柱式鉆模

2.鉆床夾具的設(shè)計(jì)要點(diǎn)1）鉆套的類型鉆套作用:a）確定刀具相對(duì)于夾具定位元件的位置，引導(dǎo)鉆頭等孔加工刀具，提高其剛性，防止在加工中發(fā)生偏斜；b)保證孔系中各孔之間的位置精度。A型B型(a)(b）①固定鉆套鉆套直接壓入鉆模板或夾具體的孔中，位置精度高，但磨損后不易更換。②可換鉆套當(dāng)工件為單一鉆孔工序的大批量生產(chǎn)時(shí)。③快換鉆套④特殊鉆套a）加長(zhǎng)鉆套b）斜面鉆套c）小孔距鉆套d）可定位、夾緊鉆套2）鉆套的尺寸和公差①導(dǎo)向孔徑d②鉆套高度H③鉆套與工件之間應(yīng)留有排屑間隙。3）鉆模板鉆模板是供安裝鉆套用的，應(yīng)有一定的強(qiáng)度和剛度，以防止變形而影響鉆套的位置和引導(dǎo)精度。按其與夾具體的連接方式有固定式、鉸鏈?zhǔn)?、懸掛式、升降式和可拆式。鉆模板a）固定式b)鉸鏈?zhǔn)絚)可卸式1鉆模板2夾具體3圓導(dǎo)柱4菱形導(dǎo)柱5墊片固定式鉆模板②鉸鏈?zhǔn)姐@模板③可拆式鉆模板圖2-38懸掛式鉆模板1－多軸傳動(dòng)頭2－彈簧3－導(dǎo)柱4－鉆模板5－螺釘6－導(dǎo)套二、鏜床夾具鏜床夾具通常稱為鏜模。鏜模和鉆模一樣，是依靠專門(mén)的導(dǎo)引元件——鏜套來(lái)導(dǎo)引鏜桿，從而保證所鏜的孔具有很高的位置精度。

一般鏜模由定位元件、夾緊裝置、導(dǎo)引元件（鏜套）、夾具體（鏜模支架和底座）四個(gè)部分組成。圖車床尾座孔鏜模1－支架2－導(dǎo)套3、4－定位元件5、8－壓板6－夾緊螺釘7－可調(diào)支承9－鏜模底座10－鏜桿11－浮動(dòng)接頭鏜模的種類鏜套布置形式應(yīng)用鏜桿與主軸連接形式單面前鏜套D>60mmL<D通孔h=(0.5～1)Dh≮20剛性連接單面后鏜套(a)用于D＜60mmL<D通孔、盲孔(b)用于D＜60mmL>D通孔、盲孔剛性連接鏜套布置形式應(yīng)用鏜桿與主軸連接形式雙面單鏜套L>1.5D的通孔或同軸孔系，當(dāng)S>10d時(shí)，應(yīng)設(shè)中間導(dǎo)引套浮動(dòng)連接單面雙鏜套L1＜5d浮動(dòng)連接3.鏜模的設(shè)計(jì)要點(diǎn)（1）鏜套的選擇和設(shè)計(jì)1）鏜套的類型①固定式鏜套圖2-40固定式鏜套（GB/T226-91）②回轉(zhuǎn)式鏜套a）滑動(dòng)鏜套：圖2-41a)滑動(dòng)鏜套；b)、c)外滾式滾動(dòng)鏜套b)滾動(dòng)鏜套內(nèi)滾式：圖2-42內(nèi)滾式滾動(dòng)鏜套1－導(dǎo)套2－固定支承套3－鏜桿2）鏜套的特點(diǎn)：

類固定鏜套滑動(dòng)鏜套滾動(dòng)鏜套適應(yīng)轉(zhuǎn)速低低高承載能力較大大低潤(rùn)滑要求較高高低徑向尺寸小較小大加工精度較高高低應(yīng)用低速、一般鏜孔低速、孔距小高速、孔距大鏜