第三章 機(jī)床夾具設(shè)計

第三章機(jī)床夾具設(shè)計一概述二工件在夾具中的定位三工件的夾緊四各類機(jī)床夾具設(shè)計要頂五裝用夾具的設(shè)計方法和步驟機(jī)床夾具設(shè)計概述：定義：機(jī)床夾具——用以裝夾工件（和引導(dǎo)刀具）的裝置。其中：裝夾——定位和夾緊；引導(dǎo)刀具——導(dǎo)向和對刀。括號表示并不是每一個夾具都必須具有。重要性：例如，一臺中型軸流式噴氣發(fā)動機(jī)在成批生產(chǎn)中需要七 千套專用夾具。主要內(nèi)容：研究機(jī)床專用夾具設(shè)計的原理和方法。目的：能自行設(shè)計各種專用夾具。夾具的功用與分類一、夾具的分類

1．從專業(yè)化程度分

通用夾具

專用夾具

可調(diào)整夾具

組合夾具

隨行夾具2.從使用機(jī)床的類型來分

車床類夾具

銑床類夾具

鉆床類夾具3．從動力來源分

手動夾具

氣動夾具

液壓夾具

電動夾具4.從用途來分

機(jī)床夾具

裝配夾具

檢驗(yàn)夾具三、

夾具的組成（1）

定位件：用來確定工件在夾具中的位置。（2）

夾緊裝置：用來固定工件在定位后的位置。（3）夾具體：用來配置、安裝各夾具元件，使之組成一個整 體。（是一個件）（4）

其它元件及裝置。二、工件的定位工件在夾具上定位：就是指工件在夾具上的位置按照一定的要 求確定下來，將必須限制的自由度一一予以限制。工件的夾緊：為保證在加工過程中工件不受切削、慣性等外力 的影響而始終保持定位時獲得的正確位置，需要對工 件施加一定的夾緊力，稱為工件的夾緊。一、工件以平面定位1．平面定位的定位方法定位面也應(yīng)是一個平面，但平面的構(gòu)造與定位基準(zhǔn)的質(zhì)量有關(guān)。（1）工件以未經(jīng)機(jī)械加工的平面定位一般采用三點(diǎn)，圖2-13。但也有時不適合采用三點(diǎn)支撐，圖2-14。（2）

工件以已經(jīng)機(jī)械加工的平面定位用平面定位，圖2-15。

2．平面定位的定位件設(shè)計（1）固定支承圖2-16

（2）支承板圖2-17

（3）可調(diào)支承圖2-18

（4）自位支承圖2-19

工件以臺階面定位及輔助支承件的作用適合H/L很小時采用。圖2-20

常見的輔助支承。圖2-21

平面定位的定位誤差定位誤差：定位基準(zhǔn)對其規(guī)定位置的最大可能位移量稱作定位誤差。工件以平面作定位基準(zhǔn)時，一般認(rèn)為定位誤差等于零。影響定位誤差的因素：（1）定位基準(zhǔn)和定位表面的表面尺寸精度和以幾個基準(zhǔn)定位時 其相互位置的精度。（2）定位方法及定位件的構(gòu)造形式。（3）定位件和夾具本體連接的性質(zhì)及定位表面在夾具體上對規(guī) 定位置的精度。二、工件以外圓柱面定位常用的定位方法有：圓柱孔定位V形塊定位半孔定位自動定心裝置

1．用圓柱孔定位（1）定位方法與定位件構(gòu)造圖2-22（2）定位誤差分析如圖2-23所示。工件定位基準(zhǔn)尺寸：

D-a

定位件的尺寸：D定+a定為了保證整批工件都能順利地放入定位襯套。則：D定>D

令：D定–D=

定位誤差定位：定位=（D定位+a定）–（D–a）∴

δ定位=a+Δ+a定3）

定位孔極限尺寸的確定按基軸制選擇G7或F8小間隙配合。例：某定位基準(zhǔn)尺寸為試確定定位孔的極限尺寸？解：把基準(zhǔn)尺寸轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)形式（基軸制要求軸是h形式，即上偏差為0）。

按G7選得定位孔尺寸為：

轉(zhuǎn)換成入體公差形式為：2．用V形塊定位（1）

定位方法適用情況：

水平精度要求高，垂直精度要求低

用外圓柱面作定位基準(zhǔn)，但不適合用孔定位的情況

用一段圓弧做定位基準(zhǔn)，用V形塊作角向定位。圖2-25，圖2-29。2）

V形塊的構(gòu)造如圖2-27，圖2-28。3）V形塊定位時的定位誤差如圖2-30需要計算每一個工序尺寸的定位誤差

3.用半圓孔定位（1）定位方法及定位件構(gòu)造圖2-31（2）定位誤差分析如圖2-33δ定位=(a+a定)/2三、工件以孔定位定位方法有：外圓柱面外圓錐面自動定心裝置

1．用外圓柱面定位（1）

定位方法和定位件構(gòu)造定位件有定位心軸和定位銷，定位銷的結(jié)構(gòu)如圖2-34。（2）

定位誤差的計算和定位銷極限尺寸的確定按基孔制g6或f7來確定。定位誤差δ定位=a+Δ+a定2．用外圓錐面定位定位誤差δ定位=0

（1）

小錐度定位法錐度在1/1000——1/5000，一般工件不需要另外夾緊。定位件需要較長L=l+lk+s，其中：軸向移動量l=a/k=a/2tgθ，接觸長度lk=緊度/K，緊度一般為0.007—0.02mm，

s工件寬度，K錐度，θ半錐角。要求工作的孔一般為IT6

—IT7精度。2）

大錐度定位法一般同時還需要另一表面來防止基準(zhǔn)傾斜。如圖2-38。組合定位組合定位是指工件以一組基準(zhǔn)定位。選擇的一組定位基準(zhǔn)有一面兩孔，一孔一面，一孔一外圓等，由于兩孔一面組合定位最為典型，以此為例，分析組合定位的原則。一、定位件為兩個圓柱銷假設(shè)：兩基準(zhǔn)孔的直徑及公差為D1+a1，D2+a2，兩孔間的距離L±l。需要確定兩圓柱銷的直徑D定1-a定1，D定2-a定2，兩銷之間的距離為L±l定。條件是考慮工件的裝卸容易和滿足定位精度的要求。1．先假定2l及2l定為零此時相當(dāng)選擇單一孔作定位基準(zhǔn)的情況。因此，圓柱銷的尺寸可根據(jù)g6或f7選擇。假設(shè)最小間隙和公差分別為Δ1，Δ2，a定1，a定2，則：

D定1=D1-Δ1,D定2=D2-Δ2，如圖2-392.假定定位銷與基準(zhǔn)孔之間不需要保證間隙Δ1，Δ2，

1）并且2l定=0

由于工件存在距離尺寸公差2l，為了保證全批工件自由裝卸，定位銷的直徑應(yīng)減小，假設(shè)通過減小第二定位銷的辦法來補(bǔ)償。則：定位銷最大直徑為：

D定1=D1，D定2=D2-2l2）假設(shè)2l=0,2l定≠0，則：D定1=D1，D定2=D2-2l定，

3.

三項(xiàng)誤差同時存在則最大直徑：D定1=D1-Δ1，

D定2=D2-Δ2-2l-2l定。最小直徑：D定1-a定1，

D定2-a定2。

l定一般取l的1/3—1/5，這樣定位件的尺寸就被確定下來了4．定位誤差的計算（1）

在基準(zhǔn)中心連線方向上（X方向上）的誤差第一基準(zhǔn)的定位誤差δ定位1x=a1+Δ1+a定1

第二基準(zhǔn)的定位誤差δ定位2x=δ定位1x+2l（2）

與兩孔連線垂直方向（y方向）上的定位誤差

δ定位1y=a1+Δ1+a定1δ定位2y=a2+Δ2+a定2+2l+2l定（3）

角向誤差

tgα=(δ定位1y+δ定位2y)/2L

注意：工件傾斜后，工件上各點(diǎn)的定位誤差是不同的，計算時應(yīng)根據(jù)原始尺寸的情況具體分析，可以通過改變定位方法，來提高定位精度。

工件的夾緊及夾緊裝置夾盡裝置的組成和要求一、夾緊裝置的組成工件在夾具上的安裝包括定位和夾緊兩個過程。夾緊的目的：是在加工過程中當(dāng)受到切削力、慣性力和工件重力等力的作用時，仍保證工件具有定位的穩(wěn)定性和生產(chǎn)的安全性。

夾緊裝置的組成：如圖3-2。（1）

產(chǎn)生力源的部分（2）

中間傳力部分作用：

改變夾緊力的方向；

改變夾緊力的大??；保證夾緊的可靠性、自鎖性。（3）

夾緊元件部分是直接與工件接觸的元件，完成夾緊作用。二、夾緊裝置的要求

1．保證精度方面：確保工件已獲得的正確位置，保證工件不變形。

2．從使用要求看：夾緊應(yīng)安全可靠（一般要有自鎖），操作方便省力。

3．保證設(shè)計合理性要求：合理的結(jié)構(gòu)，良好的工藝性，低成本，短的設(shè)計和制造周期。

三、夾緊力的確定一個力包括三要素：大小、方向和作用點(diǎn)。

1．夾緊力方向的選擇（1）

應(yīng)朝向主要定位基準(zhǔn)保證不破壞工件定位的準(zhǔn)確性和可靠性。（2）

應(yīng)作用在工件剛性較大的方向保證工件的變形最小。如圖3-3（3）

應(yīng)使所需夾緊力最小主要考慮夾緊力與切削力和重力的方向關(guān)系。如圖3-4，圖3-5。

對于各種要求應(yīng)辨證分析，恰當(dāng)處理。例如：如圖夾具夾緊力的方向?yàn)樽畈焕硐氲那闆r，但由于工件小，重量輕，鉆小孔時的切削力也小，因此，此種結(jié)構(gòu)仍然很實(shí)用。2．夾緊力作用點(diǎn)的選擇（1）

夾緊力的合力作用于支支承面的幾何中心。如圖3-7（2）

夾緊力作用點(diǎn)應(yīng)盡可能靠近被加工表面。如圖3-8（3）

夾緊力均勻。如圖3-6，圖3-9，圖3-103．夾緊力大小的確定夾緊力大小的確定也很重要，夾緊力過大，會使工件變形，過小會使夾緊不可靠。手動夾緊時：一般不計算，只是類比參考確定。機(jī)動夾緊時：先建立夾緊力、切削力和重力組成的平衡力系， 求出夾緊力，然后給出2—3倍的安全系數(shù)，以此來 設(shè)計夾緊機(jī)構(gòu)的尺寸。

簡單夾緊機(jī)構(gòu)一、

契塊夾緊

如圖3-11契塊夾緊的特點(diǎn)：（1）

有自鎖性自鎖條件是α≤ψ1+ψ2，

ψ1，ψ2楔塊上下表面與夾具的摩擦角。（2）

擴(kuò)力系數(shù)不大一般是2—2.5倍（3）

楔角的選擇

α↑，自鎖性↓，行程↓

α↓，自鎖性↑，行程↑二、

螺旋夾緊

如圖3-13螺旋夾緊的特點(diǎn)：（1）自鎖性能好（2）

擴(kuò)力系數(shù)大ip=75（3）

標(biāo)準(zhǔn)化程度高（4）

夾緊速度慢一般采用快卸機(jī)構(gòu)如圖3-14，圖3-15，圖3-16，圖3-17，圖3-18，圖3-19。三、偏心夾緊

如圖3-20偏心夾緊的特點(diǎn)：（1）

當(dāng)e≤Rtgψ時有自鎖；（2）

擴(kuò)力系數(shù)10左右；（3）

夾緊迅速；（4）有效夾緊行程小。圓偏心輪工作位置的確定：

2e>+

D≥14e

（根據(jù)自鎖條件如果tgψ=0.15）

C=D/2+-e其中：：工件被夾緊表面的尺寸公差：便于裝卸工件所留間隙，（0.5毫米左右）C：偏心輪安裝參數(shù)。圓偏心輪的結(jié)構(gòu)形式：一、氣動夾緊裝置1．氣動傳動系統(tǒng)如圖3-37，氣壓為4—6個工程大氣壓。2．氣缸結(jié)構(gòu)及工作特性。偏心輪楔塊夾緊機(jī)構(gòu)圓偏心夾緊機(jī)構(gòu)1圓偏心夾緊機(jī)構(gòu)2各類機(jī)床夾具及其設(shè)計特點(diǎn)鉆床類夾具鉆床類夾具：是用于各種鉆床、鏜床和組合機(jī)床上加工 孔時的夾具，有時也叫鉆模。工作特點(diǎn)：它的主要作用是控制刀具的位置和導(dǎo)引其送 進(jìn)方向。一、鉆床夾具的構(gòu)造和種類1.固定模板式鉆模：鉆模板固定在夾具體上。鉆模板固定在夾具體上，排除了活動聯(lián)結(jié)造成的誤差，所以被加工孔的位置精度較好。在殼體上鉆孔用的固定模板式鉆模：具有分度裝置的固定模板式鉆模：2．復(fù)、蓋式鉆模復(fù)式鉆模：定位件和鉆套一同裝在鉆模板上，沒有夾具體，復(fù)在或放在工件上。加工整流倉端面接合孔用的復(fù)式鉆模（也叫鏡面鉆模）：蓋式鉆模：鉆模板是個活動的蓋板，它與鉆具本體的組合和聯(lián)接，可以使用定位銷，也可以采用鉸鏈結(jié)構(gòu)。是鉆模板可卸的蓋式鉆模：鉸鏈?zhǔn)降纳w式鉆模：3.翻轉(zhuǎn)式鉆模：整個夾具可以和工件一起翻轉(zhuǎn)，用以加工不同方位的孔。可分為箱式、半箱式和支柱式。箱式鉆模：半箱式鉆模：支柱式鉆模：一般是四個柱而不是三個柱，以檢查夾具安放是否歪斜回轉(zhuǎn)式鉆模：回轉(zhuǎn)式鉆模用來加工沿圓周分布的許多軸向孔或徑向孔。

5.滑柱式鉆模：鉆模板沿滑柱上下移動，不必使用單獨(dú)的夾緊裝置。銑床類夾具銑床類夾具：包括用在各種銑床、刨床、平面磨床上的夾具。工作特點(diǎn)：工件安裝在夾具上，且隨同機(jī)床工作臺一起作送運(yùn)動。一、銑床夾具的構(gòu)造及典型裝置各種銑床夾具：定向鍵：銑床夾具在機(jī)床工作臺上的安裝位置，直接影響工件被加工表面的位置精度。在設(shè)計時就必須考慮其安裝方法，一般是在夾具底座下裝兩個定向鍵。兩個定向鍵的距離盡可能大些，以利于提高安裝精度。對刀裝置：銑床夾具在工作臺上安裝好了以后，還要調(diào)整刀具對夾具的相對位置尺寸，以便于進(jìn)行定距加工。一般采用對刀裝置。采用對刀塊的主要原因是銑刀是多刃刀具，加工尺寸不便用試削法調(diào)刀。（但有時也采用試削法，用標(biāo)準(zhǔn)樣件調(diào)刀）。調(diào)刀的簡圖：塞尺的形狀：對刀塊的形狀和安裝：二、銑床類夾具的設(shè)計特點(diǎn)

1．銑床夾具要有足夠的強(qiáng)度、剛度和可靠地夾緊。銑削加工一般是斷續(xù)切削，要減小振動。

2．要考慮如何快速地裝卸工件。如設(shè)計多位，多件夾緊和連續(xù)加工的夾具，夾緊方法盡量采用氣、液壓或機(jī)械聯(lián)動機(jī)構(gòu)。原因是安裝時間占加工時間的比例大。

3．一般要設(shè)計對刀裝置和定向鍵，對于大型夾具還要設(shè)計吊環(huán)等。

4.應(yīng)注意清除切屑和排液的方便。

車床類夾具車床類夾具：包括用于各種車床、內(nèi)外圓磨床等機(jī)床上安裝工 件的夾具。工作特點(diǎn)：這類夾具都是安裝在機(jī)床的主軸上，與主軸一起作 回轉(zhuǎn)運(yùn)動。用以保證工件被加工表面對其定位基準(zhǔn)的 位置精度。一、各種車床夾具車床類夾具按其結(jié)構(gòu)特征大致可分為心軸類、圓盤類、花盤類和角鐵類幾種。1．心軸式按照與機(jī)床主軸的連接方式，心軸可分為頂尖式心軸和錐柄式軸兩類。

2．圓盤式對于各種軸類、盤類、套筒類和齒輪類等工件的車、磨工序，都可以應(yīng)用圓盤式夾具。由于工件和夾具都是對稱的，所以不需要考慮平衡問題。有時要設(shè)計校正環(huán)用來找正，減小安裝誤差。過渡盤：3．花盤式對于復(fù)雜工件，加工一個或幾個與其基準(zhǔn)平面垂直的孔時，就可采用花盤式車床夾具。由于定位基準(zhǔn)與加工表面不同軸，因此在設(shè)計花盤式車床夾具時，就要考慮平衡問題。

4．角鐵式當(dāng)工件的加工表面的軸線與定位基準(zhǔn)面不垂直時，或不適合設(shè)計成對稱式夾具時，就可以采用角鐵式結(jié)構(gòu)，但要妥善處理好平衡問題。二、車床類夾具的設(shè)計特點(diǎn)

1．夾具上最大最重的元件是夾具體，所以夾具體最好做 成圓形，以適應(yīng)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動的要求。

2．注意夾具旋轉(zhuǎn)過程中的平衡問題： 解決方法：增加重量，加配重塊 減少重量，加減重孔

3．當(dāng)定位表面不能作為找正面使用時，應(yīng)在夾具體上專門 做出供找正用的圓柱面。

4．保證工作安全平衡是保證工作安全的措施之一；還應(yīng)注意，所有元件不應(yīng)突出夾具體邊緣之外；不應(yīng)有易脫落甩出的元件，有時加防護(hù)罩；此外壓板以及其它輔助元件的位置應(yīng)盡量低矮，使刀架有足夠的活動空間而不易碰撞。

5.盡量減輕機(jī)床主軸的負(fù)荷，因此，夾具的懸伸長度應(yīng)盡量縮短。專用夾具設(shè)計方法和步驟一、擬定夾具的結(jié)構(gòu)方案

1．設(shè)計依據(jù)前面已經(jīng)講過，略。例：如圖以小連桿的銑槽工序設(shè)計夾具。2．?dāng)M定夾具的結(jié)構(gòu)方案

1）確定定位方法和定位件；工藝設(shè)計雖然規(guī)定了定位基準(zhǔn)和夾緊位置，但仍然應(yīng)進(jìn)行分析研究。定位基準(zhǔn)：如在槽深方向，選擇原始基準(zhǔn)作定