第四章 機(jī)床夾具設(shè)計(jì)

機(jī)械制造裝備設(shè)計(jì)第四章機(jī)床夾具設(shè)計(jì)

第一節(jié)概述

一、機(jī)床夾具的分類

1、按機(jī)床夾具的使用范圍分類⑴通用夾具：通用性強(qiáng)—單件小批量生產(chǎn)；⑵專用夾具：用于特定工序—成批生產(chǎn)和大批量生產(chǎn)；⑶可調(diào)整夾具和成組夾具：有一定可調(diào)整性，可更換部分元件，調(diào)整部分裝置；可調(diào)整夾具：同類產(chǎn)品，不同品種生產(chǎn)；成組夾具：尺寸、結(jié)構(gòu)、工藝相似件，適合多品種、中小批量生產(chǎn)；⑷組合夾具：由標(biāo)準(zhǔn)化元件構(gòu)成—單件小批量生產(chǎn)中位置精度要求較高零件；⑸隨行夾具：定位、夾緊、運(yùn)載工具—自動線、柔性制造系統(tǒng)。第一節(jié)概述

2、按使用機(jī)床分類可分為車床夾具、銑床夾具、鉆床夾具、鏜床夾具、磨床夾具、齒輪機(jī)床夾具、自動機(jī)床夾具、數(shù)控機(jī)床夾具、自動線隨行夾具以及其他機(jī)床夾具等。3、按夾緊的動力源分類可分為氣動夾具、手動夾具、液壓夾具、氣-液增力夾具、電磁夾具及真空夾具等。二、機(jī)床夾具的作用及組成

1、機(jī)床夾具的作用⑴保證加工精度：

定位——獲得正確的位置；夾緊——加工過程中保證工件在正確的位置上不變。第一節(jié)概述

⑵提高生產(chǎn)率：減少輔助時間。⑶擴(kuò)大機(jī)床的適用范圍。⑷減輕工人的勞動強(qiáng)度，保證生產(chǎn)安全。

2、機(jī)床夾具的組成

⑴定位元件及裝置——確定工件正確位置；⑵夾緊元件及裝置——固定工件于已獲得的正確位置；⑶導(dǎo)向及對刀元件——確定工件與刀具之間的距⑷動力裝置——減輕勞動強(qiáng)度，提高生產(chǎn)效率；⑸夾具體——將各元件連為一體；與機(jī)床安裝一體；⑹其它元件及裝置——定向鍵等（銑、鏜）。

定位、夾緊、夾具體三部分不可缺少第一節(jié)概述

第一節(jié)概述

3、工件在夾具中加工時的加工誤差工件在夾具中加工時的加工誤差是由工藝系統(tǒng)各環(huán)節(jié)的動、靜態(tài)誤差共同影響的結(jié)果。合理的夾具可以減小或排除機(jī)床、刀具等對工件加工精度的影響。⑴安裝誤差指工件在夾具中安裝有關(guān)的加工誤差，用ΔAZ表示。包括工件在夾具中定位不準(zhǔn)確時造成的加工誤差（定位誤差ΔD

）和工件在夾具中夾緊時工件和夾具變形造成的加工誤差（夾緊誤差ΔJ）。⑵對定誤差指夾具相對刀具及切削成形運(yùn)動的位置有關(guān)的加工誤差，用ΔDD表示。包括刀具的導(dǎo)向或?qū)Φ墩`差，即夾具與刀具的相對位置誤差（夾具對刀誤差ΔD

A）和夾具在機(jī)床上的定位和夾緊誤差，即夾具的相對位置誤差（夾具位置誤差ΔW）。第一節(jié)概述

⑶加工過程誤差指工件在加工過程中與一些因素有關(guān)的加工誤差，用ΔGC表示。包括加工方法的原理誤差、工藝系統(tǒng)的受力變形、工藝系統(tǒng)的受熱變形、工藝系統(tǒng)各組成部分（如機(jī)床、刀具、量具等）的靜精度和磨損等組成的加工誤差。

為了得到合格的產(chǎn)品，必須使各項(xiàng)加工誤差之和小于或等于規(guī)定的工件的相應(yīng)誤差，即：

ΔAZ+ΔDD+ΔGC≤δ第二節(jié)工件的定位和夾具的定位設(shè)計(jì)

一、工件的定位

1、工件定位原理夾具設(shè)計(jì)時原則上選擇工藝基準(zhǔn)為定位基準(zhǔn)，符合六點(diǎn)定位原理。第二節(jié)工件的定位和夾具的定位設(shè)計(jì)

六點(diǎn)定位原則是采用六個按一定規(guī)則布置的約束點(diǎn)，限制工作的六個自由度，使工件在夾具中的位置完全確定。每個點(diǎn)都必須起到限制一個自由度的作用，絕不能用一個以上的點(diǎn)來限制同一個自由度，六個點(diǎn)不能隨意布置。

2、完全定位和不完全定位將工件的六個自由度完全限制，成為完全定位。需要限制的自由度少于六個時，成為不完全定位。

3、欠定位和過定位需要限制的自由度沒有完全被限制，稱為欠定位。需要限制的自由度被兩個或者兩個以上的約束重復(fù)限制，稱為過定位。欠定位不能保證位置精度，絕不允許。過定位有時是允許的，如以平面定位加工等。第二節(jié)工件的定位和夾具的定位設(shè)計(jì)

二、典型表面的定位方式及定位元件定位元件包括平面、圓柱面、圓錐面及各種成形面等定位元件。

1、平面定位元件在機(jī)械加工中，利用工件上一個或幾個平面作為定位基面來定位工件的定位方式稱為平面定位。以平面作定位基準(zhǔn)所用定位元件主要是基本支承，包括固定支承（支承釘、支承板）、可調(diào)支承和自位支承及輔助支承。

⑴

固定支承

在夾具體上，支承點(diǎn)的位置固定不變的定位元件稱為固定支承?？蛇x擇支承釘和支撐板。（P155，圖4-7）

支承釘有：平頭、球頭、網(wǎng)紋頭。平頭支承釘可以減少摩擦，避免定位表面壓壞，用于精基準(zhǔn)定位。

第二節(jié)工件的定位和夾具的定位設(shè)計(jì)第二節(jié)工件的定位和夾具的定位設(shè)計(jì)第二節(jié)工件的定位和夾具的定位設(shè)計(jì)

球頭支承釘容易保證它與工件定位基準(zhǔn)面間的點(diǎn)接觸，其位置相對穩(wěn)定，但易磨損，多用于粗基準(zhǔn)定位。網(wǎng)紋頭支承釘能產(chǎn)生較大的摩擦力，但網(wǎng)紋槽中的切削不易清除，常用在工件以粗基準(zhǔn)定位且要求產(chǎn)生較大摩擦力的側(cè)面定位場合。一個支承釘相當(dāng)于一個支承釘，限制一個自由度；在同一個平面內(nèi)，兩個自由度限制兩個自由度；不在同一直線上的三個支承釘限制三個自由度。支承板常用于大、中型零件的精基準(zhǔn)定位。平面型支承板結(jié)構(gòu)簡單，但沉頭螺釘處清理切削比較困難，適合作側(cè)面和頂面定位。帶斜槽型支承板，在帶有螺釘孔的斜槽中允許容納少許切削，適合作底面定位。當(dāng)工件定位平面較大時，用幾塊支承板組合成一個平面。一塊支承板相當(dāng)于兩個支承釘。第二節(jié)工件的定位和夾具的定位設(shè)計(jì)

⑵可調(diào)支承在夾具體上，支承點(diǎn)的位置可以調(diào)節(jié)的定位元件稱為可調(diào)支承?？烧{(diào)支承多用于支承工件的粗基準(zhǔn)面，支承高度可以調(diào)整，但必須鎖緊。一個可調(diào)支承限制一個自由度。第二節(jié)工件的定位和夾具的定位設(shè)計(jì)

⑶自位支承支承點(diǎn)的位置在定位的過程中，能隨工件定位基準(zhǔn)面位置的變化而自動調(diào)整，與之相適應(yīng)的定位元件稱為自位支承。工件的定位基準(zhǔn)面不連續(xù)，或?yàn)榕_階面，或基面有角度誤差時，為了使兩個或多個支承的組合只限制一個自由度，為避免過定位常使用自位支承。第二節(jié)工件的定位和夾具的定位設(shè)計(jì)

⑷輔助支承在夾具中，只能起提高工件支承剛度或起輔助定位作用的定位元件稱為輔助支承。輔助支承是在工件定位后才參與支承，只提高工件剛度和穩(wěn)定性、承受切削力和輔助定位的作用。不能限制工件自由度。第二節(jié)工件的定位和夾具的定位設(shè)計(jì)

輔助支承的應(yīng)用

1、2—支承板；3—輔助支承第二節(jié)工件的定位和夾具的定位設(shè)計(jì)2、圓孔表面定位原件圓孔定位元件有定位銷和定位心軸。

⑴

定位銷

在夾具中，以圓孔表面定位的工件使用的定位銷一般分固定式和可換式兩種。第二節(jié)工件的定位和夾具的定位設(shè)計(jì)

有時為了避免過定位，可將圓柱銷在過定位的方向上削扁成菱形銷。第二節(jié)工件的定位和夾具的定位設(shè)計(jì)

工件需要限制軸向自由度時，采用圓錐銷。扁銷適用于粗基準(zhǔn)，圓錐面適用于精基準(zhǔn)，可限制三個自由度，組合定位限制兩個自由度。

第二節(jié)工件的定位和夾具的定位設(shè)計(jì)

⑵定位心軸定位心軸結(jié)構(gòu)形式很多。

①小錐度心軸限制5個自由度，用于精加工中。第二節(jié)工件的定位和夾具的定位設(shè)計(jì)

②剛性心軸間隙配合，采用基孔制，定心精度不高，但裝卸方便。過盈配合，定心精度高。還有彈性心軸、液塑心軸、定心心軸等，它們在完成定位的同時也完成工件的夾緊，使用很方便，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜。剛性心軸（a）間隙配合（b）（c）過盈配合第二節(jié)工件的定位和夾具的定位設(shè)計(jì)

3、外表面定位元件工件以外表面定位在生產(chǎn)中經(jīng)常用到。經(jīng)常使用的定位元件有V形塊和定位套等。

①V形塊不論定位基準(zhǔn)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(diǎn)是對中性好，能使工件的定位基準(zhǔn)軸線對中V形塊兩斜面的對稱面上，而且不受定位基面直徑誤差的影響，安裝方便。

第二節(jié)工件的定位和夾具的定位設(shè)計(jì)

第二節(jié)工件的定位和夾具的定位設(shè)計(jì)

除固定V形塊外，還有活動V形塊，可以用作定位夾緊元件，限制一個自由度。第二節(jié)工件的定位和夾具的定位設(shè)計(jì)

②定位套工件以外圓柱面在定位套筒中定位時，與心軸或定位銷上的定位相同，只是外圓與孔德作用相反。短套限制兩個自由度，長定位套限制四個自由度，錐面定位套限制3個自由度。半圓孔定位套與V形塊類似。第二節(jié)工件的定位和夾具的定位設(shè)計(jì)

4、組合表面定位元件在實(shí)際生產(chǎn)中，經(jīng)常遇到不是單一表面定位，而是幾個定位表面的組合，稱為組合表面定位。如平面與平面的組合、平面與圓孔的組合、平面與外圓表面的組合、平面與其他表面的組合、錐面與錐面的組合等。定位點(diǎn)數(shù)最多、起主要定位作用的定位表面為第一定位基準(zhǔn)面或主要定位面或支承面；定位點(diǎn)數(shù)次多的定位表面稱為第二定位基準(zhǔn)面或?qū)蛎?；定位點(diǎn)數(shù)為1的定位表面稱為第三定位基準(zhǔn)面或止動面。在加工箱體類零件時經(jīng)常采用一面兩孔組合（一個大平面及與該平面相垂直的兩個圓孔組合）定位，夾具上相應(yīng)的定位元件是一面兩銷。為了避免過定位，其中一銷做成扁銷，并限制一個自由度。第二節(jié)工件的定位和夾具的定位設(shè)計(jì)

根據(jù)給定的條件，已知工件上兩圓柱孔的直徑和中心距。設(shè)計(jì)定位夾具的步驟如下：

第二節(jié)工件的定位和夾具的定位設(shè)計(jì)

①確定夾具中兩定位銷的中心距L；把工件上兩孔中心距及公差化為對稱公差；②確定圓柱銷的直徑及其公差；根據(jù)孔的尺寸確定，公差按配合選擇；③確定扁銷的直徑、寬度和公差；按表查得直徑，選定寬度，再計(jì)算直徑和公差。見P162.三、定位誤差的分析與計(jì)算

1、定位誤差及其產(chǎn)生的原因指一批工件在夾具中定位時，工件的工序基準(zhǔn)在工序尺寸方向或加工要求方向上的最大變化量。原因：基準(zhǔn)不重合誤差、基準(zhǔn)位移誤差。

①基準(zhǔn)不重合誤差ΔB在定位方案中，若因工件的工序基準(zhǔn)與定位基準(zhǔn)不重合而造成的加工誤差稱為基準(zhǔn)不重合誤差。第二節(jié)工件的定位和夾具的定位設(shè)計(jì)在上圖中，銑削加工尺寸A和B，工件以底面和E面定位C是確定夾具和刀具相對位置的對刀尺寸，在一批工件的加工過程中，C是不變的，對尺寸A而言，工序基準(zhǔn)是F面，定位基準(zhǔn)是E面，兩者不重合。工序基準(zhǔn)F面是變化的，產(chǎn)生基準(zhǔn)不重合誤差。第二節(jié)工件的定位和夾具的定位設(shè)計(jì)

基準(zhǔn)不重合誤差的大小等于因定位基準(zhǔn)與工序基準(zhǔn)不重合而造成的加工尺寸的變動范圍。ΔB=Amax

-Amin=Smax-Smin=TS

當(dāng)工序基準(zhǔn)的變動方向與加工尺寸的方向相同時，基準(zhǔn)不重合誤差等于定位尺寸的公差。當(dāng)工序基準(zhǔn)的變動方向與加工尺寸成夾角時，基準(zhǔn)不重合誤差等于定位尺寸的公差在加工尺寸方向上的投影。

②

基準(zhǔn)位移誤差ΔY工件在夾具中定位時，由于定位副（工件的定位表面與定位元件的工作表面）的制造公差和最小配合間隙的影響，使定位基準(zhǔn)在加工尺寸方向上產(chǎn)生位移，導(dǎo)致各個工件的位置不一致，造成加工誤差，即基準(zhǔn)位移誤差。也稱定位副制造不準(zhǔn)確誤差。在下圖中，加工鍵槽，工序尺寸為A和B，工件以內(nèi)孔D在圓柱心軸上定位，O是心軸軸心，即調(diào)刀基準(zhǔn)，C是對刀尺寸。尺寸A的工序基準(zhǔn)是內(nèi)孔中心線，定位基準(zhǔn)也是內(nèi)孔中心線，第二節(jié)工件的定位和夾具的定位設(shè)計(jì)兩者重合，即基準(zhǔn)不重合誤差為0。由于工件內(nèi)孔面與心軸圓柱面有制造誤差和配合間隙，使得定位基準(zhǔn)與調(diào)刀基準(zhǔn)不重合，當(dāng)夾緊工件時，定位基準(zhǔn)相對于調(diào)刀基準(zhǔn)下降了一段距離，定位基準(zhǔn)的位置變動影響了尺寸A的大小，造成了A的誤差，這是基準(zhǔn)位移誤差產(chǎn)生的原因。第二節(jié)工件的定位和夾具的定位設(shè)計(jì)

基準(zhǔn)位移誤差的大小等于因定位基準(zhǔn)與調(diào)刀基準(zhǔn)不重合造成的工序尺寸的最大變動量。ΔY=Amax

-Amin=imax-imin=δi

基準(zhǔn)位移誤差是一批工件逐個在夾具上定位時，定位基準(zhǔn)相對于調(diào)刀基準(zhǔn)的最大變化范圍在加工尺寸方向上的投影。

例4-1在上圖中，設(shè)A=40±0.1mm，D=φ50+0.030mm,d0=φ50-0.01-0.04mm,求加工尺寸A的定位誤差？

解：因定位基準(zhǔn)與工序基準(zhǔn)重合，所以ΔB=0.在夾緊力的作用下，定位基準(zhǔn)相對調(diào)刀基準(zhǔn)作單向移動，方向與加工尺寸一致，即ΔY=Amax

-Amin=imax-imin=δiΔY=(δD+δd)/2ΔY=0.03mm第二節(jié)工件的定位和夾具的定位設(shè)計(jì)

2、定位誤差的計(jì)算方法定位誤差的計(jì)算方法有合成法和極限位置法兩種。

①合成法由于定位基準(zhǔn)與工序基準(zhǔn)不重合，以及定位基準(zhǔn)與調(diào)刀基準(zhǔn)不重合是造成定位誤差的主要原因，因此，定位誤差是基準(zhǔn)不重合誤差與基準(zhǔn)位移誤差的矢量合成。若工序基準(zhǔn)不在定位面上，則ΔD=ΔY+ΔB

若工序基準(zhǔn)在定位基面上，則ΔD=ΔY

±ΔB式中符號確定方法：分析定位基面的直徑由小變大時，定位基準(zhǔn)的變動方向；再分析當(dāng)定位基面直徑作同樣變化時，設(shè)定位基準(zhǔn)的位置不變動，分析工序基準(zhǔn)的變動方向，若相同，為正，不同為負(fù)。例4-2上圖中求加工尺寸E的定位誤差？解：定位基準(zhǔn)與加工基準(zhǔn)不重合，存在基準(zhǔn)不重合誤差。第二節(jié)工件的定位和夾具的定位設(shè)計(jì)

ΔB=δd/2定位基準(zhǔn)與調(diào)刀基準(zhǔn)不重合，存在基準(zhǔn)位移誤差，在夾緊力的作用下，定位基準(zhǔn)相對調(diào)刀基準(zhǔn)作單向移動，方向與加工尺寸一致，即ΔY=Amax

-Amin=imax-imin=δiΔY=(δD+δd)/2ΔY=0.03mm因工序基準(zhǔn)不在定位基面上，所以ΔD=ΔY+ΔB例4-3圖中求加工尺寸H的定位誤差？

P166

例4-4P166第二節(jié)工件的定位和夾具的定位設(shè)計(jì)

②極限位置法采用極限位置法可直接計(jì)算出因定位而引起的加工尺寸的最大變動范圍。見P168例題。

第二節(jié)工件的定位和夾具的定位設(shè)計(jì)

四、工件定位方案分析與設(shè)計(jì)

設(shè)計(jì)圖示零件的銑削槽的夾具。第二節(jié)工件的定位和夾具的定位設(shè)計(jì)

第二節(jié)工件的定位和夾具的定位設(shè)計(jì)

方案a中，以工作面E作為主定位面，用支承板限制3個自由度，用短銷與孔配合限制2個自由度。由于本工序垂直度要求的工序基準(zhǔn)是軸孔中心線，工序基準(zhǔn)與定位基準(zhǔn)不重合，不利于保證垂直度。

方案b中，以孔位主要定位面，用長銷限制4個自由度，用支承釘限制一個自由度，有利于保證垂直度，但不利于工件的夾緊，首先對支承釘夾緊不方便。方案c中，用長銷限制4個自由度，用長條支承板限制2個自由度，一個旋轉(zhuǎn)自由度被重復(fù)限制。屬于過定位。一個旋轉(zhuǎn)自由度沒有限制。加擋銷限制。第二節(jié)工件的定位和夾具的定位設(shè)計(jì)

定位誤差分析計(jì)算

槽寬由銑刀保證，加工尺寸11.2±0.2mm的定位誤差為0。因?yàn)楣ば蚧鶞?zhǔn)與定位基準(zhǔn)重合。垂直度誤差計(jì)算工序基準(zhǔn)與定位基準(zhǔn)重合，沒有基準(zhǔn)不重合誤差，只存在基準(zhǔn)位移誤差。查表計(jì)算。比較結(jié)果：要求垂直度誤差計(jì)算結(jié)果小于給定的垂直度誤差的三分之一。第三節(jié)工件的夾緊及夾緊機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)一、夾緊的目的及夾緊裝置基本要求

目的：使工件在加工過程中保持已獲得的定位不被破壞。夾緊機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)時一般應(yīng)滿足以下主要原則：1）夾緊時不能破壞工件在定位元件上所獲得的位置；2）夾緊力應(yīng)保證工件位置在整個加工過程中不變或產(chǎn)生不允許的振動；3）使工件不產(chǎn)生過大的變形和表面損傷；4）夾緊機(jī)構(gòu)必須可靠；5）夾緊機(jī)構(gòu)操作必須安全、省力、方便、符合工人操作習(xí)慣；6）夾緊機(jī)構(gòu)的復(fù)雜程度、自動化程度必須與生產(chǎn)綱領(lǐng)和工廠的條件相適應(yīng)。

第三節(jié)工件的夾緊及夾緊機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)二、夾緊力的確定

夾緊力的確定就是確定夾緊力的方向、作用點(diǎn)和大小三個要素。在確定夾緊力時，必須結(jié)合定位裝置的結(jié)構(gòu)形式和布置方式，并分析工件的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、加工要求、切削力及其他作用于工件上的外力情況，在此基礎(chǔ)上確定夾緊力的三要素。

1、夾緊力方向的確定①夾緊力的方向應(yīng)有助于定位穩(wěn)定，且主要夾緊力應(yīng)垂直主要定位基面。加工要求保證孔與端面A垂直。

第三節(jié)工件的夾緊及夾緊機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)②夾緊力的方向應(yīng)與工件剛度高的方向一致，以利于減少工件的變形。圖a中為徑向夾緊力，容易變形；圖b中為軸向夾緊力，不容易變形。第三節(jié)工件的夾緊及夾緊機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)③夾緊力的方向盡可能與切削力、重力方向一致，有利于減小夾緊力。

圖a是合理的，圖b不合理。第三節(jié)工件的夾緊及夾緊機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)

2、夾緊力作用點(diǎn)的確定夾緊力的作用點(diǎn)是否得當(dāng)，對工件定位可靠程度、夾緊變形的大小、夾緊裝置的復(fù)雜程度及使用可靠性等有較大影響。確定夾緊力作用點(diǎn)時應(yīng)遵循以下原則：①夾緊力的作用點(diǎn)應(yīng)正對定位元件或位于定位元件所形成的支承面內(nèi)。第三節(jié)工件的夾緊及夾緊機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)②夾緊力的作用點(diǎn)應(yīng)位于工件剛度較高的部位。

如連桿夾緊時夾緊兩端，不能夾緊中間腹板的位置。③夾緊力作用點(diǎn)應(yīng)盡量靠近加工表面，使夾緊穩(wěn)定可靠。第三節(jié)工件的夾緊及夾緊機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)

3、夾緊力大小的估算

確定夾緊力的方向和作用點(diǎn)后，需確定夾緊力的大小。夾緊力過小，會引起加工過程中工件的位移；夾緊力過大，會使工件產(chǎn)生變形。在工作過程中，工件受到切削力、重力、離心力和慣性力的作用，夾緊力必須與上述作用力相平衡。在一般切削加工中、小工件時，起決定因素的是切削力矩；加工重大工件時，必須考慮重力的作用；高速切削時，不能忽視離心力和慣性力的作用。工件材質(zhì)、加工余量大小、刀具的磨損及切削時的沖擊等都是需要在設(shè)計(jì)夾緊力時必須考慮的因素。

F夾=KF計(jì)

F計(jì)為最不利的情況下由靜力平衡計(jì)算求出的夾緊力。第三節(jié)工件的夾緊及夾緊機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)例4-6圖示為平面銑削時工件的安裝和加工情況，計(jì)算所需的夾緊力Fj。解：1、首先假定工藝系統(tǒng)是剛性體，加工過程中切削力穩(wěn)定不變。

2、確定對工件最不利的瞬時狀態(tài)，銑削合力FA將使工件繞O點(diǎn)轉(zhuǎn)動，轉(zhuǎn)動力矩為FAL，此力矩的大小隨銑刀的切削位置的變化而變化，圖中位置為對工件夾緊最不利的瞬時狀態(tài)。

3、按靜力平衡原理列出平衡式，計(jì)算夾緊力Fj。第三節(jié)工件的夾緊及夾緊機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)由平衡條件可得：

F1L1+F2L2=FAL不考慮壓板與工件間的摩擦力，并不考慮工件的重力，設(shè)兩板夾緊力相等，得

F1=F2=F計(jì)f/2

故F計(jì)=2FAL/f(L1+L2)4、計(jì)算實(shí)際所需夾緊力F夾

Fj=KF計(jì)第三節(jié)工件的夾緊及夾緊機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)三、常用的夾緊機(jī)構(gòu)

夾緊機(jī)構(gòu)種類很多，基本夾緊機(jī)構(gòu)分為：斜楔夾緊機(jī)構(gòu)、螺旋夾緊機(jī)構(gòu)和偏心夾緊機(jī)構(gòu)。

1、斜楔夾緊機(jī)構(gòu)利用斜面直接或間接壓緊工件的機(jī)構(gòu)成為斜楔夾緊機(jī)構(gòu)。圖a中，夾緊力小，安裝費(fèi)時。圖b中，斜楔與滑柱組合使用。圖c中，端面斜楔與壓板組合使用。第三節(jié)工件的夾緊及夾緊機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)

①斜楔的夾緊力

受力情況如上a圖，建立平衡方程式：

F1+FRx=FQ

而F1=FJtanφ

1FRx=FJtan(α+φ

2)第三節(jié)工件的夾緊及夾緊機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)

所以FJ=FQ/[tanφ1

+tan(α+φ2)]設(shè)φ1=φ2=φ

，當(dāng)α較小時（α<100），可得

FJ=FQ/tan(α+2

φ

)②斜楔自鎖條件在圖b中，為作用力FQ撤去后的受力情況。若要自鎖，必須滿足

F1>FRx

因F1=FJtanφ1FRx=FJtan(α-φ2)由于α、φ1、φ2都很小，有tanφ1=φ1,tan(α-φ2)=α-φ2所以有

α<φ1+φ2

斜楔自鎖的條件為：斜楔的升角小于斜楔與工件、斜楔與夾具體之間的摩擦角之和。

一般鋼件接觸面的摩擦因數(shù)為0.10—0.15，摩擦角為8.5度以內(nèi)，當(dāng)α<10—14度時自鎖。第三節(jié)工件的夾緊及夾緊機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)

為保證夾緊自鎖可靠，手動夾緊機(jī)構(gòu)一般取α=6—8度。用氣壓或液壓裝置驅(qū)動的斜楔不需要自鎖，課取α=15—30度。③斜楔的擴(kuò)力比與夾緊行程夾緊力與作用力之比稱為擴(kuò)力比或增力系數(shù)。用i表示。i的大小表示夾緊機(jī)構(gòu)在傳遞力的過程中擴(kuò)大（或縮?。┳饔昧Φ谋稊?shù)。

i=1/[tanφ1+tan(α+φ2)]取φ1=φ2=6，α=10，可得i=2.6.

在作用力不大的情況下，夾緊力不大。在圖c中，h為斜楔的夾緊行程，s為斜楔夾緊工件過程中移動的距離，由于斜楔的長度的限制，要增大夾緊行程，就得增大斜角，而斜角過大，就不能自鎖。常采用雙斜角斜楔。斜楔機(jī)構(gòu)簡單，有自鎖性，能改變夾緊力的方向，且斜角越小，增力越大但夾緊行程小。用于機(jī)動夾緊中，不單獨(dú)用。第三節(jié)工件的夾緊及夾緊機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)

2、螺旋夾緊機(jī)構(gòu)由螺釘、螺母、墊圈、壓板等元件組成的夾緊機(jī)構(gòu)稱為螺旋夾緊機(jī)構(gòu)。結(jié)構(gòu)簡單，容易制造。螺旋升角小，自鎖性能好，夾緊力和夾緊行程均較大，在手動夾具中應(yīng)用較多。螺旋夾緊機(jī)構(gòu)實(shí)際上是一個可以展開的斜楔夾緊機(jī)構(gòu)。第三節(jié)工件的夾緊及夾緊機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)

3、偏心夾緊機(jī)構(gòu)用偏心件直接或間接夾緊工件的機(jī)構(gòu)成為偏心夾緊機(jī)構(gòu)。偏心夾緊機(jī)構(gòu)是斜楔夾緊機(jī)構(gòu)的一種變形。常用的偏心件：偏心輪和偏心軸。用于夾緊力不大，振動較小的場合。

第三節(jié)工件的夾緊及夾緊機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)

4、定心夾緊機(jī)構(gòu)能同時實(shí)現(xiàn)對工件定心、定位和夾緊作用的夾緊機(jī)構(gòu)。能使工件的某一軸線或?qū)ΨQ面位于夾具中的指定位置，即實(shí)現(xiàn)定心夾緊作用。與工件定位基面相接觸的元件既是定位元件，又是夾緊元件，稱為定心—夾緊元件。第三節(jié)工件的夾緊及夾緊機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)

5、聯(lián)動夾緊機(jī)構(gòu)同時對工件上的幾個點(diǎn)或多個工件同時加緊，采用聯(lián)動夾緊機(jī)構(gòu)。第三節(jié)工件的夾緊及夾緊機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)四、夾緊機(jī)構(gòu)的動力裝置

夾緊機(jī)構(gòu)分：

1、氣動夾緊裝置氣動夾緊裝置所使用的壓縮空氣是由空壓站供給，壓力基本恒定。特點(diǎn)如下：

①夾緊力基本恒定；②夾緊動作迅速，省力；③由于壓縮空氣是可以壓縮的，故夾緊剛性差；

④壓縮空氣的工作壓力較小，氣動夾緊裝置的直徑大于液壓，夾緊裝置結(jié)構(gòu)龐大。典型結(jié)構(gòu)如下圖：1—分水濾油器2—調(diào)壓閥3—油霧器

4—單向閥5—方向控制閥6—?dú)飧?—?dú)鈮豪^電器第三節(jié)工件的夾緊及夾緊機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)

第三節(jié)工件的夾緊及夾緊機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)

2、液壓夾緊裝置利用壓力油作為動力，通過中間傳動機(jī)構(gòu)或直接使夾緊件來實(shí)現(xiàn)夾緊動作。與氣壓夾緊比具有如下優(yōu)點(diǎn)：

①壓力油工作壓力較高，因此液壓缸尺寸較小，不需增力機(jī)構(gòu)，夾緊裝置緊湊；

②壓力油具有不可壓縮性，夾緊裝置剛度大，工作平穩(wěn)，夾緊可靠；③夾緊裝置操作簡便，噪聲小，容易實(shí)現(xiàn)自動化夾緊。

3、氣--液聯(lián)合夾緊裝置

4、其他動力裝置

①真空夾緊②電磁夾緊③其他方式夾緊重力、慣性力、彈性力。第三節(jié)工件的夾緊及夾緊機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)

圖a為未夾緊狀態(tài)，圖b為夾緊狀態(tài)

1—封閉腔2—橡膠密封圈3—抽氣口第四節(jié)夾具的其他裝置包括導(dǎo)向裝置、對刀裝置、分度裝置、對定裝置。

一、孔加工刀具的導(dǎo)向裝置刀具的導(dǎo)向是為了保證孔的位置精度，增加鉆頭和鏜桿的支撐以提高其剛度，減少刀具磨損，確?？准庸さ奈恢镁取?/p>

1、鉆孔的導(dǎo)向鉆頭的導(dǎo)向采用鉆套，鉆套分固定鉆套、可換鉆套、快換鉆套和特殊鉆套等四種。

第四節(jié)夾具的其他裝置

鉆套的高度H和鉆套底端與工件的距離h。

H=（1-2）d，d小于5時，H大于2.5d。

h=(0.6—0.7)d鑄鐵；h=(0.7—1.5)d,鋼；第四節(jié)夾具的其他裝置二、鏜孔的導(dǎo)向鏜床夾具（又稱鏜模）與鉆床夾具相似，其引導(dǎo)刀具的導(dǎo)向元件稱為鏜套。分固定式鏜套和回轉(zhuǎn)式鏜套。

1、固定式鏜套在鏜孔過程中不隨鏜桿轉(zhuǎn)動的鏜套。鏜套與鏜桿有相對運(yùn)動和軸向移動，存在磨損，不利于長期保持精度，只適于低速情況下工作。第四節(jié)夾具的其他裝置

2、回轉(zhuǎn)式鏜套鏜套在鏜孔的過程中隨鏜桿一起轉(zhuǎn)動，與鏜桿有相對的軸向移動（進(jìn)給運(yùn)動），磨損小，適于高速情況下工作。第四節(jié)夾具的其他裝置二、對刀裝置在銑床或刨床夾具中，為保證加工面的位置精度，設(shè)置對刀裝置調(diào)整刀具相對工件的位置?；蛘卟捎迷嚽蟹▽Φ丁５谒墓?jié)夾具的其他裝置

3、分度裝置分度裝置分為：回轉(zhuǎn)分度裝置和直線分度裝置?；剞D(zhuǎn)分度裝置分為：立軸式、臥軸式和斜軸式。分度裝置的組成：轉(zhuǎn)動或移動部分、固定部分、對定機(jī)構(gòu)、鎖緊機(jī)構(gòu)。軸向分度和徑向分度。第四節(jié)夾具的其他裝置

第四節(jié)夾具的其他裝置四、對定裝置在進(jìn)行機(jī)床夾具總體設(shè)計(jì)時，要考慮夾具在機(jī)床上的定位、固定，才能保證夾具（含工件）相對于機(jī)床主軸（或刀具）、機(jī)床運(yùn)動導(dǎo)軌有準(zhǔn)確的位置和方向。夾具安裝在機(jī)床工作臺上（如銑床、刨床和鏜床夾具）或者安裝在機(jī)床主軸上（如車床夾具）。銑床夾具用兩個導(dǎo)向鍵定位。第四節(jié)夾具的其他裝置車床主軸夾具定位。第五節(jié)機(jī)床專用夾具的設(shè)計(jì)方法一、機(jī)床專用夾具設(shè)計(jì)步驟分四步：設(shè)計(jì)前德準(zhǔn)備、總體方案的確定、夾具裝配圖的繪制和夾具零件圖的繪制。

⑴收集并研究與設(shè)計(jì)有關(guān)的各種原始資料；⑵確定夾具的類型和總體布局，繪出夾具結(jié)構(gòu)草圖；⑶繪制夾具總裝配圖；⑷繪制夾具元件的零件圖；⑸整理并修正機(jī)床夾具設(shè)計(jì)說明書。二、確定夾具的主要尺寸、公差和技術(shù)要求1、夾具總裝圖上應(yīng)標(biāo)注的幾類尺寸

①夾具外形上的最大尺寸；②影響定位精度的尺寸；③影響對刀精度的尺寸和公差；④影響夾具在機(jī)床上安裝精度的尺寸和公差；⑤影響夾具精度的尺寸和公差；⑥其他裝配尺寸和公差。

第五節(jié)機(jī)床專用夾具的設(shè)計(jì)方法

2、夾具的公差

①直接與工件的加工尺寸公差有關(guān)的夾具精度；②與工件加工尺寸公差無關(guān)的夾具精度。

3、夾具的技術(shù)要求

三、夾具精度的驗(yàn)算

1、定位誤差是影響工件加工精度的因素之一

2、在使用機(jī)床夾具加工工件時，機(jī)床夾具的安裝誤差、刀具的調(diào)整誤差及加工方法誤差等也會對工件的加工精度產(chǎn)生影響。各誤差應(yīng)滿足下列誤差不等式才能加工出合格的工件。ΔD+ΔA+ΔT+ΔG≤TG第五節(jié)機(jī)床專用夾具的設(shè)計(jì)方法

⑴

機(jī)床夾具的安裝誤差ΔA

夾具的安裝誤差一般由下列兩種情況造成：

①

因夾具的定位元件與夾具的安裝面之間位置不準(zhǔn)確所引起的誤差。

②

因夾具安裝面的制造誤差及與機(jī)床安裝面不準(zhǔn)確而引起的誤差。⑵刀具的調(diào)整誤差ΔT

刀具的調(diào)整誤差包括刀具引導(dǎo)及對定兩項(xiàng)誤差。前者是指刀具與導(dǎo)向元件或?qū)Φ对Y(jié)合不準(zhǔn)確所引起的引導(dǎo)誤差；后者是指刀具相對于夾具的定位元件位置不準(zhǔn)確所引起的對定誤差；

⑶加工方法誤差ΔG加工方法誤差是加工過程中有關(guān)因素產(chǎn)生的誤差。其影響因素如下：第五節(jié)機(jī)床專用夾具的設(shè)計(jì)方法

①與機(jī)床工作精度有關(guān)的誤差如主軸的徑向、軸向圓跳動；主軸回轉(zhuǎn)軸線與導(dǎo)軌的相互位置精度。如平行度、垂直度誤差等。

②與刀具有關(guān)的誤差如刀具的幾何形狀誤差；刀具結(jié)構(gòu)自身各幾何要素的相互位置誤差及因刀具磨損所造成的誤差。

③與調(diào)整有關(guān)的誤差如對刀調(diào)整時的人為誤差；加工過程中的測量誤差。

④與變形有關(guān)的誤差如由于切削力和切削熱的作用，而引起工藝系統(tǒng)的彈性變形和熱變形而產(chǎn)生的誤差。

⑷

當(dāng)誤差不等式不能滿足時，可根據(jù)機(jī)床精度、刀具精度、磨損和系統(tǒng)可能變形等因素來分別處理。其中常用的措施為：①減小工件在夾具中的定位誤差主要措施有：1）在不增加夾具結(jié)構(gòu)復(fù)雜程度的前提下，應(yīng)盡量采用基準(zhǔn)重合原則；2）若有可能，應(yīng)盡量用平面定位副代換其它定位副；第五節(jié)機(jī)床專用夾具的設(shè)計(jì)方法

3）酌情壓縮與定位誤差有關(guān)的幾何參數(shù)的工序公差（即提高工序精度）4）采用高精度自動定心結(jié)構(gòu)或采用劃線調(diào)整法使工件在夾具中接近理想位置。

②減小夾具在機(jī)床中的安裝誤差主要措施有：1）提高夾具安裝元件的精度及夾具安裝元件與機(jī)床結(jié)合面的結(jié)合精度；2）在夾具體上設(shè)置工藝基面，以便在機(jī)床上校正夾具的位置；3）適當(dāng)提高定位元件與安裝元件間的位置精度至可行、可度量的數(shù)值；4）直接利用定位元件找正夾具在機(jī)床上的位置，以減小安裝誤差；5）調(diào)整時，在使用夾具的機(jī)床上就地加工過渡連接件或定位元件的工作表面，借以降低或消除夾具的安裝誤差。第五節(jié)機(jī)床專用夾具的設(shè)計(jì)方法

③減小刀具的調(diào)整誤差主要措施有：1）提高引導(dǎo)副自身的配合精度；2）采用合理工藝性結(jié)構(gòu)，為提高引導(dǎo)元件（或?qū)Φ对Χㄎ辉g的高位置精度提供結(jié)構(gòu)保證；3）總裝時采用告精度設(shè)備，直接加工引導(dǎo)件（或?qū)Φ对┑陌惭b面（如鉆模板上安裝鉆套的底孔、銑床夾具上安裝對刀塊的結(jié)合面等），直接保證引導(dǎo)件（或?qū)Φ对Χㄎ辉母呶恢镁纫?。④減少加工方法誤差主要措施有：1）合理確定加工方法誤差在工序位置公差中的占用量；2）改用高精度、高剛度機(jī)床；3）減少夾具的組成環(huán)數(shù)、合理使用輔助夾緊裝置、提高系統(tǒng)剛度；4）盡量使夾緊力的指向與切削力同向并指向固定支承，降低夾具重心、忌用受壓失穩(wěn)元件并采用吸振結(jié)構(gòu)，以改善系統(tǒng)剛度。第五節(jié)機(jī)床專用夾具的設(shè)計(jì)方法

四、夾具設(shè)計(jì)實(shí)例如圖4—1所示，加工連桿零件上的8個槽的尺寸。

1、工件的加工工藝分析

2、確定夾具的結(jié)構(gòu)方案⑴確定定位方案，設(shè)計(jì)定位元件①確定工件需要限制的自由度，選擇定位基準(zhǔn)；

②選擇定位元件的結(jié)構(gòu)尺寸，確定其在夾具中的位置；

③定位誤差的分析計(jì)算。⑵確定對刀裝置⑶夾緊方案選擇和夾緊機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)⑷夾具體及總體方案設(shè)計(jì)

3、繪制夾具總裝配圖，標(biāo)注夾具的主要尺寸、公差和計(jì)算要求。

4、繪制夾具零件圖第六節(jié)典型機(jī)床夾具的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)鉆床夾具一、鉆床夾具的特點(diǎn)和主要類型鉆床夾具的主要特點(diǎn)：

在鉆床夾具上，一般都裝有距定位元件一定距離的鉆套，通過它引導(dǎo)刀具就可以保證被加工孔的坐標(biāo)位置，并防止鉆頭在切入后的偏斜。鉆床夾具從結(jié)構(gòu)上可分為：⑴固定式鉆床夾具加工中這種鉆床夾具相對于工件的位置保持不變。常用于立式鉆床上加工較大的單孔，或在搖臂鉆床、多軸鉆床上加工平行孔系。⑵回轉(zhuǎn)式鉆床夾具這類鉆床夾具有分度、回轉(zhuǎn)裝置，能夠繞一固定軸線（水平、垂直或傾斜）回轉(zhuǎn)，主要用于加工以某軸線為中心分布的軸向或徑向孔系。第六節(jié)典型機(jī)床夾具的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)⑶翻轉(zhuǎn)式鉆床夾具它象一個多面體那樣可以作不同方位的翻轉(zhuǎn)，翻轉(zhuǎn)時連同工件一起手工操作。如工件尺寸較小，批量也不大，工件上有不同方位上的孔要在一個工序內(nèi)完成，采用翻轉(zhuǎn)鉆床夾具比較方便。⑷蓋板式鉆床夾用于加工工件上的小孔。⑸滑柱式鉆床夾具這是一種標(biāo)準(zhǔn)化，通用可調(diào)整夾具，其定位元件、夾緊元件和鉆套可根據(jù)工件的不同來更換，而鉆模板、滑柱、夾具體及傳動、鎖緊等可以繼承不變。二、鉆套和鉆模板設(shè)計(jì)鉆套的作用：確定被加工工件上孔的位置，引導(dǎo)鉆頭、擴(kuò)孔鉆或鉸刀并防止在加工過程中發(fā)生偏斜。

第六節(jié)典型機(jī)床夾具的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)鉆模板與夾具體的聯(lián)結(jié)是保證鉆床夾具精度的重要零件。按鉆模板在夾具體上的聯(lián)接方式可分為以下幾種：（1）固定式鉆模板（2）鉸鏈?zhǔn)姐@模板（3）可卸式鉆模板（4）懸掛式鉆模板

三、鉆床夾具結(jié)構(gòu)的選擇在進(jìn)行鉆床夾具類型選擇時，以下的注意點(diǎn)可供參考：被鉆孔的直徑大于10mm時（特別是鋼制件），鉆床夾具應(yīng)固定在工作臺上.翻轉(zhuǎn)式鉆床夾具適用于加工中小工件。否則應(yīng)采用回轉(zhuǎn)式鉆床夾具。當(dāng)加工幾個不在同心圓周上的平行孔系時，如工件加夾具的總重比較大時應(yīng)采用固定式夾具在搖臂鉆床上加工。如生產(chǎn)批量較大，則可在立式鉆床上采用多軸傳動頭進(jìn)行加工。第六節(jié)典型機(jī)床夾具的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)4)對于孔的垂直度、孔距精度要求不高的中小型工件，宜優(yōu)先采用滑柱式鉆床夾具，以縮短夾具的設(shè)計(jì)、制造周期。一般孔的垂直度要求小于0.1mm，孔距位置公差小于±0.15mm，如不采取特殊措施，即不宜采用滑柱式鉆床夾具。5)鉆模板和夾具體為焊接結(jié)構(gòu)的鉆床夾具，因焊接應(yīng)力不能徹底消除，精度不能保證，故一般只在工件孔距公差大于±0.15mm時才采用。6)工件被加工孔對于定位基準(zhǔn)面的距離公差或孔距公差小于0.05mm時，只有采用固定式鉆模板和固定式鉆套才能保證。

車床夾具一、車床夾具的主要類型和工作特點(diǎn)工作特點(diǎn)各種表面是圍繞機(jī)床主軸的旋轉(zhuǎn)軸線形成的；車床夾具的兩種基本類型①

安裝在車床主軸上的夾具：

第六節(jié)典型機(jī)床夾具的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)各種類型的心軸及其帶動裝置、通用的和專用的卡盤②安裝在車床拖板上的夾具二、專用卡盤的設(shè)計(jì)要點(diǎn)在設(shè)計(jì)專用卡盤時應(yīng)注意以下幾個基本問題。1、定位裝置設(shè)計(jì)的要點(diǎn)定位裝置的布置，主要是使設(shè)計(jì)基準(zhǔn)安置在距離機(jī)床主軸軸線某一正確位置上。2、夾緊裝置設(shè)計(jì)要點(diǎn)夾緊裝置所產(chǎn)生的夾緊力必須足夠，自鎖性能要可靠。3、夾具體及其與機(jī)床的連接

為保證工作安全，要求夾具體是圓柱形的。夾具體的形狀應(yīng)注意防止切屑和冷卻液的飛濺，或連續(xù)切屑纏繞可能引起的不便等。夾具的結(jié)構(gòu)應(yīng)力求簡單、懸臂尺寸要短，使重量輕而剛性好。第六節(jié)典型機(jī)床夾具的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)車床夾具在機(jī)床主軸上的安裝一般有兩種方法：1）對于小卡盤，可通過錐柄安