第三章 機床夾具設計

第三章機床夾具設計一概述二工件在夾具中的定位三工件的夾緊四各類機床夾具設計要頂五裝用夾具的設計方法和步驟機床夾具設計概述：定義：機床夾具——用以裝夾工件（和引導刀具）的裝置。其中：裝夾——定位和夾緊；引導刀具——導向和對刀。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)動機在成批生產中需要七 千套專用夾具。主要內容：研究機床專用夾具設計的原理和方法。目的：能自行設計各種專用夾具。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

可調整夾具

組合夾具

隨行夾具2.從使用機床的類型來分

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

機床夾具

裝配夾具

檢驗夾具三、

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是一個平面，但平面的構造與定位基準的質量有關。（1）工件以未經機械加工的平面定位一般采用三點，圖2-13。但也有時不適合采用三點支撐，圖2-14。（2）

工件以已經機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計（1）固定支承圖2-16（2）支承板圖2-17（3）可調支承圖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時，一般認為定位誤差等于零。影響定位誤差的因素：（1）定位基準和定位表面的表面尺寸精度和以幾個基準定位時 其相互位置的精度。（2）定位方法及定位件的構造形式。（3）定位件和夾具本體連接的性質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造圖2-22（2）定位誤差分析如圖2-23所示。工件定位基準尺寸：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：某定位基準尺寸為試確定定位孔的極限尺寸？解：把基準尺寸轉換成標準形式（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，但不適合用孔定位的情況

用一段圓弧做定位基準，用V形塊作角向定位。圖2-25，圖2-29。2）

V形塊的構造如圖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造定位件有定位心軸和定位銷，定位銷的結構如圖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傾斜。如圖2-38。組合定位組合定位是指工件以一組基準定位。選擇的一組定位基準有一面兩孔，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：兩基準孔的直徑及公差為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定為零此時相當選擇單一孔作定位基準的情況。因此，圓柱銷的尺寸可根據g6或f7選擇。假設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，定位銷的直徑應減小，假設通過減小第二定位銷的辦法來補償。則：定位銷最大直徑為：D定1=D1，D定2=D2-2l2）假設2l=0,2l定≠0，則：D定1=D1，D定2=D2-2l定，

3.

三項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）

在基準中心連線方向上（X方向上）的誤差第一基準的定位誤差δ定位1x=a1+Δ1+a定1第二基準的定位誤差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，工件上各點的定位誤差是不同的，計算時應根據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)定性和生產的安全性。

夾緊裝置的組成：如圖3-2。（1）

產生力源的部分（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：夾緊應安全可靠（一般要有自鎖），操作方便省力。3．保證設計合理性要求：合理的結構，良好的工藝性，低成本，短的設計和制造周期。

三、夾緊力的確定一個力包括三要素：大小、方向和作用點。1．夾緊力方向的選擇（1）

應朝向主要定位基準保證不破壞工件定位的準確性和可靠性。（2）

應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系。如圖3-4，圖3-5。

對于各種要求應辨證分析，恰當處理。例如：如圖夾具夾緊力的方向為最不理想的情況，但由于工件小，重量輕，鉆小孔時的切削力也小，因此，此種結構仍然很實用。2．夾緊力作用點的選擇（1）

夾緊力的合力作用于支支承面的幾何中心。如圖3-7（2）

夾緊力作用點應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 設計夾緊機構的尺寸。

簡單夾緊機構一、

契塊夾緊

如圖3-11契塊夾緊的特點：（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：（1）自鎖性能好（2）

擴力系數(shù)大ip=75（3）

標準化程度高（4）

夾緊速度慢一般采用快卸機構如圖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：（1）

當e≤Rtgψ時有自鎖；（2）

擴力系數(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)。圓偏心輪的結構形式：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．氣缸結構及工作特性。偏心輪楔塊夾緊機構圓偏心夾緊機構1圓偏心夾緊機構2各類機床夾具及其設計特點鉆床類夾具