第5章夹具设计1

1、p 保证加工精度保证加工精度工件通过机床夹具进行安装，包含了两层含义：工件通过机床夹具进行安装，包含了两层含义：一是工件通过夹具上的定位元件获得正确的位置，称为定位；二是通过一是工件通过夹具上的定位元件获得正确的位置，称为定位；二是通过夹紧机构使工件的既定位置在加工过程中保持不变，称为夹紧。这样，夹紧机构使工件的既定位置在加工过程中保持不变，称为夹紧。这样，就可以保证工件加工表面的位置精度，且精度稳定。就可以保证工件加工表面的位置精度，且精度稳定。p 提高生产率提高生产率使用夹具来安装工件，可以减少划线，找正、对刀使用夹具来安装工件，可以减少划线，找正、对刀等辅助时间，采用多件、多工位夹具，以

2、及气动、液压动力夹紧装置，等辅助时间，采用多件、多工位夹具，以及气动、液压动力夹紧装置，可以进一步减少辅助时间，提高生产率。可以进一步减少辅助时间，提高生产率。p 扩大机床的使用范围扩大机床的使用范围有些机床夹具实质上是对机床进行了部分有些机床夹具实质上是对机床进行了部分改造，扩大了原机床的功能和使用范围。改造，扩大了原机床的功能和使用范围。p 减轻工人的劳动强度，保证生产安全减轻工人的劳动强度，保证生产安全p 保证加工精度保证加工精度 p 夹具的总体方案应与年生产纲领相适应夹具的总体方案应与年生产纲领相适应 p 安全、方便、减轻劳动强度安全、方便、减轻劳动强度 p 排屑顺畅排屑顺畅 p 机床

3、夹具应有良好的强度、刚度和结构工艺性机床夹具应有良好的强度、刚度和结构工艺性 按夹具的使用范围来分，有下面五种类型：按夹具的使用范围来分，有下面五种类型：p 通用夹具通用夹具如车床上的卡盘，铣床上的平口钳、分度头，平磨上的如车床上的卡盘，铣床上的平口钳、分度头，平磨上的电磁吸盘等，这些夹具通用性强，一般不需调整就可适应多种工件安装电磁吸盘等，这些夹具通用性强，一般不需调整就可适应多种工件安装加工，在单件小批生产中广泛应用。加工，在单件小批生产中广泛应用。p 专用夹具专用夹具是用于某一特定工件特定工序的夹具，称为专用夹具。是用于某一特定工件特定工序的夹具，称为专用夹具。专用夹具广泛用于成批生产和

4、大批量生产中。专用夹具广泛用于成批生产和大批量生产中。p 可调整夹具和成组夹具可调整夹具和成组夹具这一类夹具的特点是具有一定的可调性，这一类夹具的特点是具有一定的可调性，或称或称“柔性柔性”。夹具中部分元件可更换，部分装置可调整，以适应不同。夹具中部分元件可更换，部分装置可调整，以适应不同工件的加工。可调整夹具一般适用于同类产品不同品种的生产，略作更工件的加工。可调整夹具一般适用于同类产品不同品种的生产，略作更换或调整就可用来安装不同品种的工件。成组夹具适用于一组尺寸相似、换或调整就可用来安装不同品种的工件。成组夹具适用于一组尺寸相似、结构相似、工艺相似工件的安装和加工，在多品种、中小批量生产

5、中有结构相似、工艺相似工件的安装和加工，在多品种、中小批量生产中有广泛的应用前景。广泛的应用前景。组合夹具组合夹具它是由一系列的标准化元件组装而成，标准元件有不同它是由一系列的标准化元件组装而成，标准元件有不同的形状，尺寸和功能，其配合部分有良好互换性和耐磨性。使用时，可的形状，尺寸和功能，其配合部分有良好互换性和耐磨性。使用时，可根据被加工工件的结构和工序要求，选用适当元件进行组合联接，形成根据被加工工件的结构和工序要求，选用适当元件进行组合联接，形成一专用夹具。用完后可将元件拆卸、清洗、涂油、人库，以备后用。它一专用夹具。用完后可将元件拆卸、清洗、涂油、人库，以备后用。它特别适合单件小批生

6、产中位置精度要求较高的工件的加工。特别适合单件小批生产中位置精度要求较高的工件的加工。 p 随行夹具随行夹具这是一类在自动线和柔性制造系统中使用的夹具。它既这是一类在自动线和柔性制造系统中使用的夹具。它既要完成工件的定位和夹紧，又要作为运载工具将工件在机床间进行传送。要完成工件的定位和夹紧，又要作为运载工具将工件在机床间进行传送。随行夹具应能在机床上准确地定位和可靠地夹紧。随行夹具应能在机床上准确地定位和可靠地夹紧。 见一个实例。零件见右图，加工内容是见一个实例。零件见右图，加工内容是3 3个个8H88H8孔，加工方法为在钻床上钻、铰。孔，加工方法为在钻床上钻、铰。夹具见下图。夹具见下图。 1

7、 1 工件工件2 2 定位销轴定位销轴3 3 挡销挡销4 4 定位套定位套5 5 分度定位销分度定位销6 6 手钮手钮7 7 手柄手柄8 8 衬套衬套9 9 开口垫圈开口垫圈10 10 螺母螺母11 11 转盘转盘12 12 钻模套钻模套13 13 夹具体夹具体 夹具的组成归纳为几部分：夹具的组成归纳为几部分： p 定位元件及定位装置定位元件及定位装置确定工件正确位置的元件或装置。确定工件正确位置的元件或装置。p 夹紧元件及夹紧装置夹紧元件及夹紧装置固定工件已获得的正确位置的元件或装置。固定工件已获得的正确位置的元件或装置。p 导向及对刀元件导向及对刀元件确定工件与刀具相互位置的元件。铣床夹具

8、中常确定工件与刀具相互位置的元件。铣床夹具中常用对刀块来确定刀具与工件的位置。用对刀块来确定刀具与工件的位置。p 动力装置动力装置在成批生产中，为了减轻工人劳动强度，提高生产率，在成批生产中，为了减轻工人劳动强度，提高生产率，常采用气动、液动等动力装置。常采用气动、液动等动力装置。p 夹具体夹具体将各种元件、装置联接在一体，并通过它将整个夹具安装将各种元件、装置联接在一体，并通过它将整个夹具安装在机床上。在机床上。p 其它元件及装置其它元件及装置 根据加工需要来设置的元件或装置。根据加工需要来设置的元件或装置。1 1 工件工件2 2 定位销轴定位销轴3 3 挡销挡销4 4 定位套定位套5 5

9、分度定位销分度定位销6 6 手钮手钮7 7 手柄手柄8 8 衬套衬套9 9 开口垫圈开口垫圈10 10 螺母螺母11 11 转盘转盘12 12 钻模套钻模套13 13 夹具体夹具体 一个物体在三维空间中可能具有的运动，称之为自由度。在一个物体在三维空间中可能具有的运动，称之为自由度。在OXYZOXYZ坐标坐标系中，物体可以有沿系中，物体可以有沿X X 、Y Y 、Z Z 轴的移动及绕轴的移动及绕X X 、Y Y 、Z Z 轴的转动六个轴的转动六个独立的运动，即六个自由度。所谓工件的定位，就是采取适当的约束措施，独立的运动，即六个自由度。所谓工件的定位，就是采取适当的约束措施，来消除工件的六个自

10、由度。来消除工件的六个自由度。p 六点定位原理是：采用六个按一定规则布置的约束点，就可以限制工六点定位原理是：采用六个按一定规则布置的约束点，就可以限制工件的六个自由度，使工件实现完全定位。件的六个自由度，使工件实现完全定位。p 约束点约束点限制约束点所在工件表面的法向运动，即相当点形的高副。限制约束点所在工件表面的法向运动，即相当点形的高副。按一定规则指：一个方向运动不能超过三个点，一个方向的三个点不能共按一定规则指：一个方向运动不能超过三个点，一个方向的三个点不能共线，不能有不被限制的运动方向等。看几个例子。线，不能有不被限制的运动方向等。看几个例子。 在夹具设计中，小的支承钉我们可以直接

11、作为一个约束。但由于工件在夹具设计中，小的支承钉我们可以直接作为一个约束。但由于工件千变万化，代替约束的定位元件是多种多样的。各种定位元件可以代替哪千变万化，代替约束的定位元件是多种多样的。各种定位元件可以代替哪几种约束，限制工件的哪些自由度，以及它们的组合可以限制的自由度情几种约束，限制工件的哪些自由度，以及它们的组合可以限制的自由度情况，见下表。况，见下表。 根据工件加工表面的位置要求，有时需要根据工件加工表面的位置要求，有时需要将工件的六个自由度全部限将工件的六个自由度全部限制，称为完全定位制，称为完全定位。有时需要。有时需要限制的自由度少于六个，称为不完全定位限制的自由度少于六个，称为

12、不完全定位。如在平面磨床上磨长方体工件的上表面，工件上表面只要求保证上下面的如在平面磨床上磨长方体工件的上表面，工件上表面只要求保证上下面的厚度尺寸和平行度，以及上表面的表面粗糙度，那么此工序的定位只需限厚度尺寸和平行度，以及上表面的表面粗糙度，那么此工序的定位只需限制三个自由度就可以了，这是不完全定位。制三个自由度就可以了，这是不完全定位。 在加工中，有时为了使定位元件帮助承受切削力、夹紧力，为了保证在加工中，有时为了使定位元件帮助承受切削力、夹紧力，为了保证一批工件进给长度一致，减少机床的调整和操作，常常会对无位置尺寸要一批工件进给长度一致，减少机床的调整和操作，常常会对无位置尺寸要求的自

13、由度也加以限制，只要这种定位方案符合六点定位原理，是允许的，求的自由度也加以限制，只要这种定位方案符合六点定位原理，是允许的，有时也是必要的。有时也是必要的。 根据加工表面的位置尺寸要求，根据加工表面的位置尺寸要求，需要限制的自由度均已被限制，这就需要限制的自由度均已被限制，这就称为定位的正常情况称为定位的正常情况，它可以是完全定位，也可以是不完全定位。，它可以是完全定位，也可以是不完全定位。 需要限制的自由度没有完全被限制，或某自由度被两个或两个以上的需要限制的自由度没有完全被限制，或某自由度被两个或两个以上的约束重复限制，称之为非正常情况约束重复限制，称之为非正常情况。前者又称为。前者又称

14、为欠定位欠定位，它不能保证位置，它不能保证位置精度，是绝对不允许的；后者称为精度，是绝对不允许的；后者称为过定位过定位，一般是不允许的，它不能保证，一般是不允许的，它不能保证正确的位置精度。在以下两种特殊场合，是允许的。正确的位置精度。在以下两种特殊场合，是允许的。p 工件刚度很差，过定位只是提高工件某些部位的刚度，减小变形。工件刚度很差，过定位只是提高工件某些部位的刚度，减小变形。p 工件的定位表面和定位元件在尺寸、形状、位置精度已很高时。工件的定位表面和定位元件在尺寸、形状、位置精度已很高时。 若工件定位平面粗糙、支承钉或若工件定位平面粗糙、支承钉或支承板又不能保证在同一平面，则这支承板又

15、不能保证在同一平面，则这样情况是不允许的，如右图示。若工样情况是不允许的，如右图示。若工件定位平面经过较好的加工，保证平件定位平面经过较好的加工，保证平整，支承钉或支承板又在安装后统一整，支承钉或支承板又在安装后统一磨削过，保证了在同一平面上，则此磨削过，保证了在同一平面上，则此过定位是允许的。过定位是允许的。 右图示，为右图示，为两种过定位情况两种过定位情况和改进措施。和改进措施。 在分析研究定位方案是否合理时，仅仅考虑满足六点定位原理是不够在分析研究定位方案是否合理时，仅仅考虑满足六点定位原理是不够的，还要分析本工序加工表面的位置精度要求。图示为在工件上铣槽的两的，还要分析本工序加工表面的

16、位置精度要求。图示为在工件上铣槽的两种定位方案，种定位方案，a a方案产生了过定位，是不合理的。方案产生了过定位，是不合理的。b b方案中将定位销加工方案中将定位销加工成短圆柱销，似乎符合六点定位原理。但分析此方案能否保证槽对成短圆柱销，似乎符合六点定位原理。但分析此方案能否保证槽对A A 面面的平行度要求时，可知该方案不完全合理。本工序应选工件底面为第一定的平行度要求时，可知该方案不完全合理。本工序应选工件底面为第一定位基准（装置基准）；位基准（装置基准）； A A面为第二定位基准（导向基准），才能保证平面为第二定位基准（导向基准），才能保证平行度要求，行度要求，因此因此A A面应按图面应按

17、图a a方案用两个支承方案用两个支承钉；孔为第三定钉；孔为第三定位基准（定程基位基准（定程基准），为避免准），为避免Y Y 方向过定位，圆方向过定位，圆销销1 1 应改为在应改为在Y Y方向削扁的菱形方向削扁的菱形销。销。 支承钉和支承板也称为固定支承。支承钉有平头、圆头和花头，见图支承钉和支承板也称为固定支承。支承钉有平头、圆头和花头，见图示。圆头支承钉容易保证它与工件定位基准面间的点接触，位置相对稳定，示。圆头支承钉容易保证它与工件定位基准面间的点接触，位置相对稳定，易磨损，多用于粗基准易磨损，多用于粗基准定位。平头钉则可以减少磨定位。平头钉则可以减少磨损，避免定位表面压坏，常损，避免定位

18、表面压坏，常用于精基准定位。花头钉摩用于精基准定位。花头钉摩擦力大，但由于其容易存屑，擦力大，但由于其容易存屑，常用于侧面粗定位。支承钉常用于侧面粗定位。支承钉的尾柄与夹具体上的孔配合的尾柄与夹具体上的孔配合为过盈，为为过盈，为H7 / n6 H7 / n6 或或H7 / H7 / m6 m6 。 图示为平面定位方式简图，图示为平面定位方式简图，a a为粗基准为粗基准定位，采用支承钉；定位，采用支承钉；b b为精基准定位，采用为精基准定位，采用支承板。平面定位方式所需的定位元件及支承板。平面定位方式所需的定位元件及定位装置，均已标准化。定位装置，均已标准化。支承板如图示，常用于大、中型零件的精

19、基准定位。支承板如图示，常用于大、中型零件的精基准定位。e e与与d d相比，其优点是相比，其优点是容易清理切屑。容易清理切屑。 支承钉和支承板要求耐磨，均采用较好的材料。对于直径小于支承钉和支承板要求耐磨，均采用较好的材料。对于直径小于12mm12mm的的支承钉和小型支承板，可用支承钉和小型支承板，可用T7AT7A钢，淬火处理，硬度为钢，淬火处理，硬度为60-64HRC60-64HRC；直径大；直径大于于12 mm 12 mm 和较大的支承板，一般采用和较大的支承板，一般采用20 20 钢，渗碳淬火，硬度为钢，渗碳淬火，硬度为60-60-64HRC 64HRC 。由于固定支承装配后需经精磨，

20、渗碳深度大一些，一般为。由于固定支承装配后需经精磨，渗碳深度大一些，一般为0.80.81.2mm1.2mm。 可调支承与固定支承的区别是，它的顶端有一个调整范围，调整好后可调支承与固定支承的区别是，它的顶端有一个调整范围，调整好后用螺母锁紧。当工件的定位基面形状复杂，各批毛坯尺寸、形状有变化时，用螺母锁紧。当工件的定位基面形状复杂，各批毛坯尺寸、形状有变化时，多采用这类支承。可调支承一般只对一批毛坯调整一次。这类支承结构如多采用这类支承。可调支承一般只对一批毛坯调整一次。这类支承结构如示。示。 当工件的定位基面不连续，或为台阶面，或基面有角度误差时，或为当工件的定位基面不连续，或为台阶面，或基

21、面有角度误差时，或为了使两个或多个支承的组合只限制一个自由度，避免过定位，常把支承了使两个或多个支承的组合只限制一个自由度，避免过定位，常把支承设计为浮动或联动结构，自动找到一个多支承都与工件相接触的状况，设计为浮动或联动结构，自动找到一个多支承都与工件相接触的状况，称其为自位支承。图示为三种自位支承。称其为自位支承。图示为三种自位支承。 辅助支承有些结辅助支承有些结构与可调支承很相构与可调支承很相近，应分清它们的近，应分清它们的区别。从功能上讲，区别。从功能上讲，可调支承起定位作可调支承起定位作用，而辅助支承不用，而辅助支承不起定位作用。从操起定位作用。从操作上讲，可调支承作上讲，可调支承是

22、先调整，尔后定是先调整，尔后定位，最后夹紧工件，位，最后夹紧工件，辅助支承则是先定辅助支承则是先定位，夹紧工件，最位，夹紧工件，最后调整辅助支承。后调整辅助支承。 辅助支承的主要作用是用于增加工件的刚度，减小切削变形。图示为辅助支承的主要作用是用于增加工件的刚度，减小切削变形。图示为辅助支承的典型结构形式和应用实例。辅助支承的典型结构形式和应用实例。 当工件上的孔为定位基准时，就采用这种定位方式，基本特点是定位当工件上的孔为定位基准时，就采用这种定位方式，基本特点是定位孔和定位元件之间处于配合状态。常用定位元件是各种心轴和定位销。孔和定位元件之间处于配合状态。常用定位元件是各种心轴和定位销。

23、心轴广泛用于车床、磨床、齿轮机床等机心轴广泛用于车床、磨床、齿轮机床等机床上，常见的有以下几种。床上，常见的有以下几种。p 锥度心轴锥度心轴这类心轴外圆表面有这类心轴外圆表面有1:1000-1:1000-50005000锥度，定心精度高达锥度，定心精度高达0.005-0.01mm 0.005-0.01mm 。工。工件的安装是将工件轻轻压入，通过孔和心轴表件的安装是将工件轻轻压入，通过孔和心轴表面的接触变形夹紧工件。面的接触变形夹紧工件。p 刚性心轴刚性心轴在成批生产时，为了克服锥度心轴轴向定位不准确的缺在成批生产时，为了克服锥度心轴轴向定位不准确的缺点，可采用刚性心轴。点，可采用刚性心轴。b

24、b和和c c为过盈配合，采用基孔制为过盈配合，采用基孔制r r、s s、u u，定心精度，定心精度高。高。a a为间隙配合，采用基孔制为间隙配合，采用基孔制h h、g g、f f，定心精度不高，但装卸方便。，定心精度不高，但装卸方便。p 还有弹性心轴、液塑心轴、定心心轴等，它们在完成定位时，有自动还有弹性心轴、液塑心轴、定心心轴等，它们在完成定位时，有自动定心作用，同时可完成工件的夹紧，使用方便，结构相对复杂。定心作用，同时可完成工件的夹紧，使用方便，结构相对复杂。 图示为标准化的圆柱定位销，上端部有较长的倒角，便于工件装卸，图示为标准化的圆柱定位销，上端部有较长的倒角，便于工件装卸，直径直径

25、d d与定位孔配合，是按基孔制与定位孔配合，是按基孔制g5 g5 或或g6 g6 、f6 f6 或或f7f7制造的。其尾柄部制造的。其尾柄部分一般与夹具体孔过盈配合。分一般与夹具体孔过盈配合。 长圆柱定位销可限制四个自由度，短圆柱定位销只能限制端面上两个长圆柱定位销可限制四个自由度，短圆柱定位销只能限制端面上两个移动自由度。有时为了避免过定位，可将圆柱销在过定位方向上削扁成所移动自由度。有时为了避免过定位，可将圆柱销在过定位方向上削扁成所谓的菱形销，如图示。谓的菱形销，如图示。 有时，工件还需限制轴向自由度，可采用圆锥销，如图示。有时，工件还需限制轴向自由度，可采用圆锥销，如图示。 图示为铣脱落图示为铣脱落蜗杆支架侧面槽的蜗杆支架侧面槽的夹具。工件上夹具。工件上42H7 42H7 孔为第一孔为第一定位基准，用胀套定位基准，用胀套3 3 实现定位和夹紧，实现定位和夹紧，限制四个自由度；限制四个自由度；心轴心轴1 1轴肩左端面轴肩左端面限制一个自由度；限制一个自由度；工件上工件上18H7 18H7 孔孔用菱形销限制一个用菱形销限制一个自由度，实现完全自由度，实现完全定位。考虑到工件定位。考虑到工件的装卸方便，菱形的装卸方便，菱形销设计成手动伸缩销设计成手动伸缩结构。为了增加切结构。为了增加切削部位工件的刚度，削部位工件的刚度，采用了辅助支承采用了辅助支承4 4 。 有两种形