夹具设计的基本原理

1、第5章 夹具设计的基本原理第一节第一节 概述概述第二节第二节 工件在夹具中的定位工件在夹具中的定位第三节第三节 工具在夹具中的夹紧工具在夹具中的夹紧第四节第四节 专用夹具的设计方法专用夹具的设计方法第五节第五节 计算机辅助夹具设计计算机辅助夹具设计一、机床的功用一、机床的功用稳定保证工件的加工精度稳定保证工件的加工精度减少辅助工时，提高劳动生产率减少辅助工时，提高劳动生产率扩大机床的使用范围，实现一机多能扩大机床的使用范围，实现一机多能第一节第一节 概述概述二、机床夹具的分类二、机床夹具的分类1、按专门化程度分类、按专门化程度分类通用夹具专用夹具可调夹具组合夹具 随行夹具 2、按使用的机床分类

2、、按使用的机床分类车床夹具钻床夹具镗床夹具磨床夹具数控机床夹具 3、按夹紧动力源分类、按夹紧动力源分类 手动夹具气动夹具液压夹具电磁夹具真空夹具三、机床夹具的组成三、机床夹具的组成 (1).定位元件：定位元件：确定工件在夹具中位置的元件。 (2).导向元件：导向元件：用以引导刀具或调整刀具相对于夹具的位置。 如：钻套、对刀块。 (3).对刀与导引元件：对刀与导引元件：确定夹具与机床或夹具与刀具的元件。 (4) .夹具体：夹具体：基础件，用于安装其它元件，形成整体图5-1(5).其它辅件：其它辅件：夹紧用的扳手，操作手柄，分度机构等。 如下图所示：一、常用定位方式与定位元件一、常用定位方式与定位

3、元件工件常用定位表面工件常用定位表面 以平面定位以内孔定位以外圆表面定位以平面定位以平面定位 基本支承辅助支承固定支承可调支承自位支承 支承钉、支承板基本支承：基本支承：限制自由度，真正起定位作用辅助支承：辅助支承：不限制自由度，起预定位、增加工件和夹具刚性等作用第二节第二节 工件在夹具中的定位工件在夹具中的定位（一）工件以平面定位（一）工件以平面定位 1固定支承 (1) 支承钉：支承钉：用于小平面未加工或已加工表面的定位。如图5-2。 支 承 钉图5-2 平头：用于经过精加工的表面，面接触。球头：点接触，可保证接触位置相对稳定，但易磨损，夹紧时使加工表面产生压陷，产生较大安装误差，不易使几个

4、支承钉保持在同一平面内，用于精加工中网纹顶面：与定位面摩擦力较大，可住阻碍工件移动，加强定位稳定性，精中易积屑，多用在粗糙表面的侧面定位。 分类 (2)支承板支承板 用于较大已加工平面的定位，所以常出现在精基准定位中，一个支承板的作用，相当于两个支承钉，消除两个自由度。结构形式及应用场合：a型型 制造简单，但不易清除落入沉头螺孔中的切屑，常用于侧面定位b型型 切有斜槽，易于 清屑，常用于底面定位图5-32.可调支承可调支承 可调支承可调支承:适用于未加工过的平面定位，以调节补偿各批毛坯尺寸误差。如图5-4所示为几种常用的可调支承典型结构。图5-43.自位支承自位支承 （浮力支承）（浮力支承）1

5、23(a)(b)(c)自 位 支 承图5-5 自位支承自位支承:适用于毛坯表面、断续表面、阶梯表面定位。如图5-5所示为几种常用的自位支承典型结构。4、辅助支承、辅助支承 辅助支承是在工件定位后才参与支承，因此不起任何消除自由度作用，只起减小工件变形和振动的作用。如图5-6所示，a）、b)为螺旋式辅助支承，用于小批量生产；c)为推力辅助支承，用于大批量生产。图5-6辅助支承应用实例a)用于提高工件稳定性和刚度；b)的辅助支撑起预定位作用。图5-7（二）工件以外圆定位（二）工件以外圆定位1. v形块形块v形块的定位分为固定式和活动式。图5-8为固定式v形块，a)用于较短的精基准定位；b)用于较长

6、的粗基准（或阶梯轴）定位；c)用于两段精基准面相距较远的场合；d)用于定位基准直径与长度较大的场合图5-8活动式活动式v形块作用：形块作用： 限制工件x移动自由度功能 夹紧图5-92.定位套定位套一般用于精基准定位。如图5-10所示，a)为短定位套定位，限制工件2个自由度b)为长定位套定位，限制工件4个自由度图5-103.半圆套半圆套图5-11 如图5-10所示，下半圆起定位作用，上半圆起夹紧作用。a)为可卸式， b)为铰链式。 短定位套定位，限制工件2个自由度。长定位套定位，限制工件4个自由度。4.圆锥套圆锥套图5-12工件以圆锥套定位时，常与后顶尖配合使用，如图5-10所示。（三）工件以内

7、孔定位（三）工件以内孔定位 工件以内孔定位时，常用的有：定位销、定位心轴、自动定心机构。 1.定位销定位销特点：通常结合端面定位一般用于大批量生产中定位销头部应有15度倒角 图5-132.圆锥销圆锥销用于内孔的定心夹紧机构，其作用原理与外圆定位时是一样的。区别仅在于孔定位时，支承等速远离中心移动，与工件孔表面接触。 图5-14图5-153.定位心轴定位心轴根据工件的形状和用途的不同，定位心轴的结论形式很多，常用的有下列几种形式：（1）圆柱心轴圆柱心轴 如图5-16 a）为间隙配合圆柱心轴，定位精度不高，但装卸工件方便。 b）为过盈配合圆柱心轴，常用语对定心精度要求高的场合。c)为花键心轴，用于

8、以花键孔为定位基准的场合。图5-16图5-17（2）圆）圆锥心轴锥心轴限5个自由度，定心精度高，可达0.0050.01mm，但轴向位移大，传递扭矩小，使用于精加工中。（四）工件以组合表面定位（四）工件以组合表面定位 常见工件组合 平面与平面组合平面与孔组合平面与外圆柱面组合平面与其他表面组合锥面与锥面组合一面两孔组合定位一面两孔组合定位 定位方式：将第二个销子采用削边销结构，如图5-18d所示，削边销只限制z一个自由度。 在生产中普遍用于箱体类大、中型零件的加工中，如机床主轴箱、发动机机体。 图5-18?d2bb2d3668820 2025 2532 32404050b2345568bd 0.

9、52d 12d 22d 32d 42d 522表表5-1 削削 边边 销销 的的 尺尺 寸寸二、定位误差及其分析计算二、定位误差及其分析计算（一）定位误差及其产生原因 定位误差定位误差是指由于工件定位造成的加工面相对工序基是指由于工件定位造成的加工面相对工序基准的位置误差。准的位置误差。产生误差原因产生误差原因 a.基准不重合误差 b.基准位移误差(二二)常见定位方式的定位误差分析与计算常见定位方式的定位误差分析与计算 定位误差是由于基准不重合误差和基准位移误差共同作用的结果。故：当 和 变动方向相同时，取“+”号；反之，取“-”号夹紧装置的组成夹紧装置的组成第三节第三节 工件在夹具中的夹紧工

10、件在夹具中的夹紧一、夹紧装置的组成和设计要求一、夹紧装置的组成和设计要求 动力源装置动力源装置中间传力机构中间传力机构夹紧元件夹紧元件图5-25夹紧装置的设计要求夹紧装置的设计要求 工程在夹紧过程中，不能破坏工件在定位时所获工程在夹紧过程中，不能破坏工件在定位时所获得的正确位置；得的正确位置；夹紧力的大小应可靠、适当。夹紧力的大小应可靠、适当。应保证工件在整个应保证工件在整个加工过程中的位置稳定不变，不允许产生振动、变形加工过程中的位置稳定不变，不允许产生振动、变形和表面损伤；和表面损伤；夹紧动作要准确迅速，以便提高生产效率；夹紧动作要准确迅速，以便提高生产效率；操作方便、省力、安全，以改善工

11、人的劳动条件操作方便、省力、安全，以改善工人的劳动条件，减轻劳动强度；，减轻劳动强度；结构简单，易于制造。结构简单，易于制造。夹紧力三要素夹紧力三要素1.夹紧力方向夹紧力方向 不破坏定位的准确性和可靠性，如图5-26所示； 夹紧力方向应使工件变形尽可能小，如图5-27所示； 夹紧力方面应使所需夹紧力尽可能小，如图5-28所示。图5-26图5-27图5-282.夹紧力作用点 夹紧力应落在支承元件的几何中心或几个支承元件所形成的平面内 夹紧力应落在工件刚性较好的部件上 夹紧力应尽可能靠近被加工面图5-29确定夹紧力大小的方法有两种：经验类比法分析计算法k的取值范围一般为1.53，粗加工时取2.53

12、，精加工时取1.52。3.夹紧力大小二、基本夹紧机构二、基本夹紧机构 常见的有斜楔、偏心、螺旋等，都是利用机械摩擦的斜楔自锁原理。 （一）（一）斜楔夹紧斜楔夹紧斜楔夹紧机构主要用于增大夹紧力或改变夹紧力方向。图5-301.夹紧力的计算如图5-31所示，当斜楔处于平衡状态时，根据精力平衡，可得斜楔对工件所产生的夹紧力q为：)tan(tan12apq图5-312.自锁条件当工件夹紧并撤除源动力p后，夹紧机构依靠摩擦力的作用，仍然保持对工作的夹紧状态的现象称为自锁。斜楔的自锁条件是：3.扩力比扩力比也称扩力系数，是指在夹紧源动力p作用下，夹紧机构所能产生的夹紧力q与p的比值。4.行程比把斜楔的移动行

13、程l与工件需要的夹紧行程s的比值，称为行程比。5.应用场合斜楔夹紧机构结构简单、工作可靠，但机械效率较低，常用在工件尺寸公差较小的机动夹紧机构中。（二）螺旋夹紧机构（二）螺旋夹紧机构螺旋夹紧结构简单，增力比大，自锁性好，夹紧可靠，所以在夹具中得到最广泛的应用。螺杆螺杆1在2中转动而起夹紧作用。螺母螺母2采用可换式，其目的是为了内螺纹磨损后可及时更换。螺钉螺钉3用以防止2的松动。压块压块4是防止在夹紧时带动工件转动；并避免1的头部直接与工件接触而造成压痕，同时也可增大夹紧力作用面积，使夹紧更为可靠。图图5-32式中： p原始作用力； l手柄长度； 螺杆下端（或压块）与工件接触处的当量摩 擦半径；

14、 螺旋作用中径之半；（作用中径为d平均）；螺旋升角； 螺旋配合面的摩擦角（常取830）。 螺杆下端（或压块）与工件接触处的摩擦角；1 2 螺旋夹紧力的计算公式螺旋夹紧力的计算公式)tan(tan121arrplqzzr1r在实际应用中，单螺旋夹紧机构常与杠杆压板构成螺旋压板组合夹紧机构，如图5-34图5-34（三）偏心夹紧机构 偏心夹紧机构是靠偏心轮回转时其半径逐渐增大而产生夹紧力来夹紧工件的，常与压板联合使用，如图5-35。常用的有圆偏心和曲线偏心两种，可做成平面凸轮的形状。因圆偏心机构简单，制造方便，较曲线偏心应用广泛。图5-35偏心夹紧机构的夹紧原理与斜楔夹紧机构相似，区别：斜楔夹紧的楔

15、角不变，偏心夹紧的楔角是变化的。图5-36偏心夹紧力的计算公式偏心夹紧力的计算公式)tan(tan12aplq式中： p原始作用力； l手柄长度； 偏心轮回转轴中心到夹紧点p的距离，单位为mm； 分别为偏心轮转轴处与作用点处的摩擦角。1 2 图5-37自锁条件自锁条件若 =0.10.5，则偏心夹紧的自锁条件可写为：优点优点：操作方便、加紧迅速、结构紧凑：操作方便、加紧迅速、结构紧凑缺点缺点：夹紧行程小、夹紧力小、自锁性能差：夹紧行程小、夹紧力小、自锁性能差应用应用：常用于切削力不大、夹紧行程较小、振动较小的：常用于切削力不大、夹紧行程较小、振动较小的场合。场合。三、其他典型夹紧机构三、其他典型

16、夹紧机构1.铰链夹紧机构优点：动作迅速，增力比大，易于改变力的作用方向缺点：自锁性能差应用：常用于气动、液动加紧中。图5-382.定心夹紧机构按工作原理可分为两类：（1）按等速移动原理工作的定心夹紧机构，如图5-39（2）以均匀弹性变形原理工作的定心夹紧机构，如图5-40图5-39图5-403.联动夹紧机构优点：减少工件装夹时间，简化结构图5-41第四节第四节 专用夹具的设计方法专用夹具的设计方法稳定地保证工件的稳定地保证工件的加工精度加工精度；提高提高生产率并降低成本生产率并降低成本；具有良好的使用性；具有良好的使用性；具有良好的结构工艺性。具有良好的结构工艺性。 一、专用夹具的基本要求和设

17、计步骤一、专用夹具的基本要求和设计步骤基本要求基本要求设计步骤设计步骤1.研究原始资料，明确设计任务研究原始资料，明确设计任务2.考虑和确定夹具结构方案，绘制结构草图考虑和确定夹具结构方案，绘制结构草图(1) (1) 确定工件的定位方案，包括定位原理、方法、原件或装置；确定工件的定位方案，包括定位原理、方法、原件或装置；(2) (2) 确定工件的夹紧方案和设计夹紧机构；确定工件的夹紧方案和设计夹紧机构； (3) (3) 确定夹具其他组成部分（如对刀装置、分度装置等）的结构确定夹具其他组成部分（如对刀装置、分度装置等）的结构方案；方案；(4) (4) 考虑各机构、元件的布局，确定夹具体和总体结构

18、。考虑各机构、元件的布局，确定夹具体和总体结构。3.绘制夹具总图绘制夹具总图4.绘制夹具零件图绘制夹具零件图二、夹具总图尺寸标注及技术要求的制定1.夹具总图尺寸标注夹具的外形轮廓尺寸影响定位精度的尺寸影响对刀精度的尺寸夹具与机床的联接尺寸其他重要配合尺寸，如图5-42图5-422.夹具总图技术要求的制订(1) (1) 定位元件的定位表面之间的相互位置精度；定位元件的定位表面之间的相互位置精度；(2) (2) 定位元件的定位表面与夹具安装之间的相互位置精定位元件的定位表面与夹具安装之间的相互位置精度；度； (3) (3) 定位表面与引导元件工作表面之间的相互位置精度定位表面与引导元件工作表面之间的相互位置精度；(4) (4) 各引导元件工作表面之间的相互位置精度；各引导元件工作表面之间的相互位置精度；(5)(5)定位表面或引导元件的工作表面对夹具找正基准面定位表面或引