第五章 機床夾具設計

退出第五章機床夾具設計第五章機床夾具設計返回主頁第一節(jié)機床夾具的功能和應滿足的要求第二節(jié)機床夾具的類型和組成第三節(jié)機床夾具定位機構(gòu)的設計第四節(jié)機床夾具夾緊機構(gòu)的設計第五節(jié)機床夾具的其它裝置上一頁下一頁退出第五章機床夾具設計第五章機床夾具設計返回主頁第六節(jié)可調(diào)整夾具的設計第七節(jié)組合夾具設計第八節(jié)機床夾具設計步驟第九節(jié)典型機床夾具的設計要求上一頁下一頁第五章機床夾具設計5.1機床夾具的功能和應滿足的要求

一、機床夾具的功能

二、機床夾具應滿足的要求上一頁下一頁退出返回主頁返回本章第五章機床夾具設計退出返回本節(jié)返回主頁下一頁5.1.1機床夾具的功能（一）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。（二）提高生產(chǎn)率：減少輔助時間。（三）擴大機床的適用范圍。（四）減輕工人的勞動強度，保證生產(chǎn)安全。第五章機床夾具設計退出返回本節(jié)返回主頁進入下一節(jié)5.1.2機床夾具應滿足的要求（一）保證加工精度（最基本）（二）夾具的總體方案應與年生產(chǎn)綱領相適應（三）安全、方便、減輕勞動強度（四）排屑順暢（五）有良好的強度、剛度和結(jié)構(gòu)工藝性第五章機床夾具設計5.2機床夾具的類型和組成

一、機床夾具的類型

二、機床夾具的基本組成上一頁下一頁退出返回主頁返回本章第五章機床夾具設計退出返回本節(jié)返回主頁下一頁5.2.1機床夾具的類型（一）通用夾具：通用性強——單件小批量生產(chǎn)；（二）專用夾具：用于特定工序——成批生產(chǎn)和大批量生產(chǎn)；（三）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)；（四）組合夾具：由標準化元件構(gòu)成——單件小批量生產(chǎn)中位置精度要求較高零件；（五）隨行夾具：定位、夾緊、運載工具——自動線、柔性制造系統(tǒng)。第五章機床夾具設計退出返回本節(jié)返回主頁進入下一節(jié)5.2.2機床夾具的基本組成（一）定位元件及裝置*——確定工件正確位置；（二）夾緊元件及裝置*——固定工件于已獲得的正確位置；（三）導向及對刀元件——確定工件與刀具之間的距離相互位置；（四）動力裝置——減輕勞動強度，提高生產(chǎn)效率；（五）夾具體*——將各元件連為一體；與機床安裝一體；（六）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圖2第五章機床夾具設計5.3機床夾具定位機構(gòu)的設計

一、工件的定位

二、典型的定位方式、定位元件及裝置上一頁下一頁退出返回主頁返回本章三、定位誤差的分析與計算第五章機床夾具設計退出返回本節(jié)返回主頁下一頁5.3.1工件的定位夾具設計時，原則上應選擇工藝基準為定位基準。（一）六點定位原理自由度——物體在三維空間中可能具有的運動。在OXYZ坐標系中，有沿X、Y、Z軸移動及繞X、Y、Z軸轉(zhuǎn)動的六個獨立運動。工件定位——采取適當約束措施，消除工件的六個自由度，實現(xiàn)工件定位。

長方體工件的定位、/3

圓盤工件的定位、/4

軸類工件的定位/5第五章機床夾具設計退出返回本節(jié)返回主頁下一頁5.3.1工件的定位（二）完全定位和不完全定位

完全定位——需要將工件的六個自由度全部限制不完全定位——需要限制的自由度少于六個第五章機床夾具設計退出返回本節(jié)返回主頁未完待續(xù)……5.3.1工件的定位（三）定位的正常情況和非正常情況

定位的正常情況——根據(jù)加工表面的位置尺寸要求，需要限制的自由度均已被限制（可以是完全定位、不完全定位）定位的非正常情況

（1）欠定位——需要限制的自由度沒有完全被限制（不能保證位置精度，絕對禁止）（2）過定位（重復定位、超定位）——某個自由度被兩個或兩個以上的約束重復限制（一般不允許）

第五章機床夾具設計退出返回本節(jié)返回主頁未完待續(xù)……5.3.1工件的定位（三）定位的正常情況和非正常情況

過定位允許特例工件剛度很差：可采用過定位提高工件局部剛度，減少變形；工件定位表面和定位元件的精度很高時：不會影響定位精度，有利提高剛度。

過定位及其改進/7第五章機床夾具設計退出返回本節(jié)返回主頁下一頁5.3.1工件的定位（三）定位的正常情況和非正常情況

定位方案確定綜合考慮（1）是否滿足六點定位原理（2）本工序加工表面的位置精度要求

定位方案分析/8第五章機床夾具設計退出返回本節(jié)返回主頁未完待續(xù)……5.3.2典型的定位方式、定位元件及裝置（一）平面定位

（1）釘支承和板支承（固定支承）圓頭支承釘——粗基準定位平頭釘——精基準定位花頭釘——側(cè)面粗定位板支承——大、中型零件精基準定位——要耐磨、磨平

支承釘?shù)奈脖c夾具體過盈配合H7/n6(m6)

第五章機床夾具設計退出返回本節(jié)返回主頁未完待續(xù)……5.3.2典型的定位方式、定位元件及裝置（一）平面定位

（2）可調(diào)支承和自位支承可調(diào)支承：有一個可調(diào)整范圍，調(diào)整后用螺母鎖緊。當毛坯尺寸、形狀有變化時（批次間），可采用。一般只對一批毛坯調(diào)整一次。

可調(diào)支承示例/11

自位支承：具有浮動或聯(lián)動結(jié)構(gòu)，具備自位功能。用于定位基面不連續(xù)或臺階面、有角度誤差等場合。

（3）輔助支承：增加工件剛度，減少切削變形。

第五章機床夾具設計退出返回本節(jié)返回主頁下一頁5.3.2典型的定位方式、定位元件及裝置（一）平面定位

可調(diào)支承與輔助支承異同點：相近點：結(jié)構(gòu)相似

不同點：功能：

可調(diào)支承——起定位作用；輔助支承——無定位作用。操作：可調(diào)支承——調(diào)整－定位－夾緊；輔助支承——定位－夾緊－調(diào)整。第五章機床夾具設計退出返回本節(jié)返回主頁下一頁5.3.2典型的定位方式、定位元件及裝置（二）孔定位（1）心軸定位：錐度心軸：定心精度高，軸向定位精度較低；剛性心軸：間隙配合——裝卸容易，精度較低；過盈配合——裝卸困難，精度較高。彈性心軸、液塑心軸、定心心軸等。

錐度心軸/15、剛性心軸/16

（2）定位銷：長銷（圓柱）——四個自由度短銷（圓柱）——兩個自由度短銷（菱形）——一個自由度

第五章機床夾具設計退出返回本節(jié)返回主頁下一頁5.3.2典型的定位方式、定位元件及裝置（三）外圓定位

（1）定心定位（采用各種卡頭、套筒、錐套）

（2）V型塊定位：

60°90°120°

精度低精度高穩(wěn)定性好穩(wěn)定性低長V鐵——四個自由度短V鐵——兩個自由度對中性好，可用于非完整外圓柱表面。

定心卡盤和卡頭/20、

第五章機床夾具設計退出返回本節(jié)返回主頁未完待續(xù)……5.3.2典型的定位方式、定位元件及裝置（四）定位表面的組合第一定位基準面（主基準面）：限制自由度數(shù)最多的定位面；第二定位基準面（導向基準）：次之，限制自由度數(shù)較多的定位面；第三定位基準面（定程基準）：限制一個自由度。

箱體類零件——一面兩銷定位：頂平面——限三個自由度；圓柱銷——限兩個自由度；菱形銷——限一個自由度。第五章機床夾具設計退出返回本節(jié)返回主頁未完待續(xù)……5.3.2典型的定位方式、定位元件及裝置（四）定位表面的組合一面兩銷定位設計過程（一面兩銷定位/22）已知：D1、D2及其偏差；兩銷孔中心距Lg及偏差

±δLg

求：圓銷d1、削邊銷d2、削邊銷b、兩銷偏差、兩銷中心距Lx及偏差±δLx

（1)確定定位銷中心距及偏差：一般取Lx=Lg,δLx=(1/5~1/3)δLg（δLg取對稱分布）（2）確定圓柱銷直徑d1及其偏差：一般d1與D1公稱尺寸一致；配合按H/g或H/f選?。讳N精度比孔高1－2級，如H7/g6。第五章機床夾具設計退出返回本節(jié)返回主頁下一頁5.3.2典型的定位方式、定位元件及裝置（四）定位表面的組合一面兩銷定位設計過程（3）確定削邊銷公稱尺寸d2、寬度b及偏差：按D2可查出b、B（參見表5－2）計算（間隙）

削邊銷公稱尺寸：d2=D2-Δ2；偏差選g，精度等級比孔高1－2級。第五章機床夾具設計退出返回本節(jié)返回主頁下一頁5.3.3定位誤差的分析與計算（一）定位誤差定位誤差：工序基準在加工方向上的最大位置變動量所引起的加工誤差。產(chǎn)生因素：（1）定位、夾緊誤差——取(1/3~1/5)總偏差（2）對定誤差——夾具相對于機床主軸（或刀具）或運動軌道位置誤差（3）加工過程中的誤差——機床、熱變形、振動等第五章機床夾具設計退出返回本節(jié)返回主頁未完待續(xù)……5.3.3定位誤差的分析與計算（二）定位誤差產(chǎn)生的原因：

（1）基準不重合帶來的定位誤差（夾具定位基準與工序基準不重合）

平面定位情形（圖23）△N=△A1+△A2△A1——基準轉(zhuǎn)換帶來的加工誤差；△A2——本工序的加工誤差。

第五章機床夾具設計退出返回本節(jié)返回主頁未完待續(xù)……5.3.3定位誤差的分析與計算（二）定位誤差產(chǎn)生的原因：

V型塊定位（圖24、25）由圖可知：定位誤差為

并且式中：第五章機床夾具設計退出返回本節(jié)返回主頁未完待續(xù)……5.3.3定位誤差的分析與計算（二）定位誤差產(chǎn)生的原因：

V型塊定位（圖24、25）

定位誤差為

代入可得：同理可得：第五章機床夾具設計退出返回本節(jié)返回主頁未完待續(xù)……5.3.3定位誤差的分析與計算（二）定位誤差產(chǎn)生的原因：

（2）因間隙引起的定位誤差

單圓柱銷與孔的定位情況，圖26

最大間隙即為定位誤差：

δ==Δ++

式中：

——定位孔最大直徑；

——定位銷最小直徑；

Δ——銷與孔的最小間隙；

——銷的公差；

——孔的公差。第五章機床夾具設計退出返回本節(jié)返回主頁進入下一節(jié)5.3.3定位誤差的分析與計算（二）定位誤差產(chǎn)生的原因：

（3）與夾具有關(guān)的因素產(chǎn)生的定位誤差定位基準面與定位元件表面的形狀誤差；導向、對刀元件與定位元件間的位置誤差及其本身的形狀誤差；夾具安裝誤差（與機床之間）；夾緊變形（工件、夾具）；定位元件之間的位置誤差；其它：定位、導向、對刀、定向元件的磨損等。

各種因素產(chǎn)生的誤差可按概率法求出總的定位誤差：試切法加工時，不需計算定位誤差。第五章機床夾具設計5.4機床夾具夾緊機構(gòu)的設計

一、夾緊機構(gòu)設計應滿足的要求二、夾緊力的確定三、常用夾緊機構(gòu)上一頁下一頁退出返回主頁四、其它夾緊機構(gòu)返回本章五、夾緊機構(gòu)的動力裝置第五章機床夾具設計退出返回本節(jié)返回主頁下一頁5.4.1夾緊機構(gòu)設計應滿足的要求夾緊機構(gòu)的設計原則：

（1）保證定位準確、可靠（不能破壞定位）；（2）工件與夾具的變形要在許可范圍內(nèi)；（3）夾緊機構(gòu)必須可靠；（4）操作安全、省力、方便，符合習慣；（5）自動化程度與生產(chǎn)綱領適應。第五章機床夾具設計退出返回本節(jié)返回主頁下一頁5.4.2夾緊力的確定夾緊力的確定——大小、方向、作用點（一）夾緊力方向的確定（1）應有利于工件定位，不能破壞定位（主夾緊力垂直第一定位基準）（2）與工件剛性高的方向一致（減少變形）（3）盡量與切削力、重力方向一致（減少夾緊力）圖27、28、29、30（二）夾緊力作用點的選擇（1）與支承點“點對點”對應（2）作用在工件剛度高的部位圖31

（3）盡量靠近切削部位（抗振性)

（4）夾緊力反作用力不應使夾具產(chǎn)生影響加工精度的變形第五章機床夾具設計退出返回本節(jié)返回主頁下一頁5.4.2夾緊力的確定（三）夾緊力大小的確定

將夾具和工件看作剛性系統(tǒng)，以切削力的作用點、方向、大小處于最不利于夾緊時的狀況為工件受力情況，計算理論夾緊力，乘以安全系數(shù)，作為實際所需夾緊力。

安全系數(shù)：

S＝2－3

或S=S1×S2×S3×S4

(S1－一般安全系數(shù)、材料性質(zhì)1.5－2；

S2－加工性質(zhì)：粗1.2，精1；

S3－刀具鈍化：1.1－1.3；

S4－斷續(xù)切削：連續(xù)1，斷續(xù)1.2)第五章機床夾具設計退出返回本節(jié)返回主頁下一頁5.4.3常用夾緊機構(gòu)（一）斜楔夾緊機構(gòu)：圖35

優(yōu)點：有擴力作用，可使力方向改變90°；缺點：α較小，夾緊行程較長。

斜楔夾緊受力分析/36

W－夾緊力；Q－原動力；α－楔角（6－8°）

φ1,φ2－摩擦角（實際上，tgφ1=μ1,tgφ2=μ2）第五章機床夾具設計退出返回本節(jié)返回主頁下一頁5.4.3常用夾緊機構(gòu)（二）螺旋夾緊機構(gòu)圖37

優(yōu)點：擴力比可達80以上，自鎖性能好，簡單、方便；缺點：動作慢，操作強度大。

W－夾緊力；

Q－原動力；

L－作用力臂；

α－螺紋升角；

d0－螺紋中徑；

φ1－螺母摩擦角；

φ2－端部摩擦角；

r’－端部當量摩擦半徑。第五章機床夾具設計退出返回本節(jié)返回主頁未完待續(xù)……5.4.3常用夾緊機構(gòu)（三）偏心夾緊機構(gòu)圖39

優(yōu)點：結(jié)構(gòu)簡單，操作方便，動作迅速；缺點：自鎖性能差，加緊行程和增力比小；適用范圍：工件尺寸變化小，切削力小而平穩(wěn)的場合。

偏心夾緊機構(gòu)受力分析/40

W－夾緊力；

Q－原動力；

L－動力力臂；

－夾緊楔角；

ρ－轉(zhuǎn)動中心O2到作用點P間的距離；

1－輪周作用點的摩擦角；

φ2－轉(zhuǎn)軸處的摩擦角。第五章機床夾具設計退出返回本節(jié)返回主頁下一頁5.4.3常用夾緊機構(gòu)（三）偏心夾緊機構(gòu)設計圖39

自鎖條件：一般推薦R/e=10

設計過程：

（1）偏心量e——取決于夾緊行程；（2）偏心輪半徑R——取決于自鎖條件（R/e=10）；（3）Q及L——由W推出；（4）工作弧度選擇——P點前后30～45°

（升角變化?。瓓A緊力穩(wěn)定；升程較大，夾緊行程大）。第五章機床夾具設計退出返回本節(jié)返回主頁下一頁5.4.4其它夾緊機構(gòu)（一）鉸鏈夾緊機構(gòu)：（二）定心夾緊機構(gòu)：

（1）定位——夾緊元件按等位移原理來均分工件定位的尺寸誤差，實現(xiàn)定心或?qū)χ小?/p>

錐面定心夾緊心軸/42

（2）定位——夾緊元件按均勻彈性變形原理來實現(xiàn)定心夾緊。

彈性夾頭/44第五章機床夾具設計退出返回本節(jié)返回主頁下一頁5.4.4其它夾緊機構(gòu)（三）聯(lián)動夾緊機構(gòu)設計聯(lián)動夾緊機構(gòu)應注意如下幾點：

（1）仔細進行運動分析和受力分析，確保設計圖能夠?qū)崿F(xiàn)；（2）保證各處夾緊均衡，運動不干涉；（3）各壓板能很好的松夾，以便裝卸工作；（4）注意整個機構(gòu)和傳動受力環(huán)節(jié)的強度和剛度；（5）提高可靠性，降低制造成本。第五章機床夾具設計退出返回本節(jié)返回主頁進入下一節(jié)5.4.5夾緊機構(gòu)的動力裝置(一)氣動夾緊裝置圖49

優(yōu)點：傳輸、分配方便，干凈；缺點：尺寸較大，有排氣噪音，夾緊力小。(二)液壓夾緊裝置優(yōu)點：裝置緊湊，工作平穩(wěn)，無噪音；缺點：成本高。（三）氣－液聯(lián)合夾緊裝置（氣液增壓器）

具有氣動、液動的優(yōu)點(四)其它動力夾緊裝置

真空夾緊（非導磁材料）圖52

電磁夾緊其它（重力、慣性力、彈性力等）第五章機床夾具設計5.5機床夾具的其它裝置

一、孔加工刀具的導向裝置二、對刀裝置三、分度裝置上一頁下一頁退出返回主頁四、對定裝置返回本章第五章機床夾具設計退出返回本節(jié)返回主頁下一頁5.5.1孔加工刀具的導向裝置刀具的導向是為了保證孔的位置精度，增加鉆頭和鏜桿的支承以提高其剛度，減少刀具的變形，確?？准庸さ奈恢镁?。（一）鉆孔的導向裝置——鉆套固定鉆套:中小批量,只鉆一次可換鉆套:中批以上快換鉆套:鉆－擴－鉸特殊鉆套：特殊場合

鉆套/53、特殊鉆套/54第五章機床夾具設計退出返回本節(jié)返回主頁下一頁5.5.1孔加工刀具的導向裝置（二）鏜孔的導向——鏜套

固定鏜套：v≤20m/min圖55

回轉(zhuǎn)式鏜套：v>20m/min圖56

（1）內(nèi)滾式鏜套：尺寸大，精度高，后導向（2）外滾式鏜套：尺寸小，精度低，前導向鏜桿的螺旋導向：

鏜孔直徑大于鏜套內(nèi)徑時，若鏜刀在鏜模外側(cè)安裝，則需加引刀槽。鏜桿進入鏜套時，導向槽進入鏜桿的鍵槽中，此時，鏜刀與鏜套的引刀槽對正。第五章機床夾具設計退出返回本節(jié)返回主頁下一頁5.5.2對刀裝置

（銑床、刨床）

為調(diào)整刀具相對于工件的位置，可設置對刀裝置。對刀塊對刀面的位置應以定位元件的定位表面來標注，該位置尺寸加塞尺厚度等于工件加工面與定位基準面間的尺寸。試切法對刀時，不用對刀塊

第五章機床夾具設計退出返回本節(jié)返回主頁下一頁5.5.3分度裝置作用：工件上有按一定角度分布的相同表面，需要在一次定位夾緊后加工出來，此時，需要分度裝置。

斜面分度裝置/59第五章機床夾具設計退出返回本節(jié)返回主頁進入下一節(jié)5.5.4對定裝置對定裝置的作用：保證夾具相對于機床主軸或刀具、機床運動軌道有準確的位置和方向。第五章機床夾具設計5.6可調(diào)整夾具的設計

一、可調(diào)整夾具的特點二、可調(diào)整夾具的調(diào)整方式三、可調(diào)整夾具的設計上一頁下一頁