机床夹具设计讲稿

1、机床夹具设计1 机床夹具概述1.1工件的装夹与机床夹具1.2 夹具的分类与作用1.3 机床夹具设计研究的内容2 工件在夹具中的定位 3 工件在夹具中的夹紧 4 夹具在机床上的定位、对刀和分度 5 各类机床夹具的结构特点 6 可调夹具及组合夹具设计7 机床夹具的设计方法及步骤1 机床夹具概述1.1工件的装夹与机床夹具1.1.1工件装夹的概念在金属切削机床上进行加工时，为了保证工件加工表面的尺寸、几何形状和相互位置精度等要求，在加工方法确定以后，需要解决的主要问题之一是，使工件相对于刀具和机床占有正确的加工位置 工件的定位，并把工件压紧夹牢，以保持这个确定了的位置在加工过程中稳定不变 工件的夹紧，

2、这就是工件在机床上的正确装夹。装夹 = 定位 + 夹紧。定位与夹紧的区别：定位是使工件占有一个正确的位置，夹紧是使工件保持这个正确位置。在机床上装夹工件所用的工艺装备称为机床夹具，简称夹具。1.1.2 工件装夹的方法在机床上对工件进行加工时，根据工件的加工精度要求和生产纲领的不同，可采用如下两种装夹方法：（1）找正装夹法直接在机床工作台或花盘上装夹工件，如图1-1所示。这种方法一般需要逐个按工件的某一表面或按画线找正工件相对于机床的位置，然后把工件夹紧。这种方法一般精度不高，生产率低，多用于单件、小批生产（一些大件的生产加工）。（2）夹具装夹法使用各种通用的或专用的工艺装备装夹工件，这些装夹工

3、件的装备称为机床夹具，简称夹具。其功用是使工件相对于机床有正确的位置。但是，使用夹具装夹工件，也有找正和不找正之分。如在四爪卡盘、机器平口钳中装夹工件时，需要先找正工件的位置，然后夹紧。使用专门设计制造的夹具时，一般能够直接装夹工件而无需找正。但不论采用哪一类夹具，都能不同程度地提高生产效率。在机械加工中，还使用各种刀具、量具及装夹刀具用的辅助工具等，这些统称为工艺装备，简称工装。夹具在工艺装备中占有重要地地位，因此夹具设计得恰当与否，在很大程度上影响着加工质量，生产率，劳动条件和加工成本。因此，夹具设计是机械加工中一项重要得工作。1.1.3 用夹具装夹时保证工件加工精度的条件要保证工件加工尺

4、寸精度和相互位置精度，必须保证工艺系统各环节之间具有正确的几何关系。为此必须满足以下三个条件：（1）工件在夹具中有正确的定位。通过工件定位基准面和夹具定位表面得接触或配合，使同一批得各个工件装上夹具之后在夹具上占有确定的位置。（2）夹具对机床具有正确的相互位置关系。夹具的定位表面和夹具在机床上的装夹基面之间要有一定的相互位置要求，通过夹具装夹基面和机床的有关表面（称装夹面）的连接，使夹具的定位面相对于机床工作台和导轨或主轴轴线具有正确的相互关系。（3）夹具对刀具的正确调整。由于夹具上导向元件或对刀装置的工作面和夹具的定位表面之间有尺寸联系，故通过夹具对刀具相互位置的调整，使夹具定位表面相对于刀

5、具获得正确的位置尺寸。上述分述是把工艺系统作为刚性连结，这是一种静态的几何关系分析，实际上各环节的连接是有误差的，在加工过程中，由于种种原因，工艺系统会偏离其理想状态，而导致加工尺寸产生误差（称为加工误差）。因此，在设计夹具时还要考虑这种几何关系的准确程度和动态因素对加工精度的影响，但是加工前工艺系统的静态几何要求，仍然是必须予以保证的。1.1.4 机床夹具的组成机床夹具虽然分成不同的类型，但它们的工作原理基本上是相同的。如将各种类型中作用相同的元件或机构加以概括，则可以得出夹具一般共有得如下几个组成部分，这些组成部分即互相独立有互相联系。（1）定位元件及定位装置图1-2 夹具的组成部分1钻套

6、 2销轴 3开口垫圈4螺母 5工件 6夹具体这种装置包括定位元件或元件得组合。它的作用是确定工件在夹具中的位置。如图1-2中的2销轴。它们使一批工件在夹具中占有同一位置，只要将工件的定位基面与夹具上的定位元件相接触或相配合，就可以使工件定位。有些夹具还采用由一些零件组成的定位装置对工件进行定位。（2）夹紧装置这种装置包括夹紧元件或其组合和动力源。其作用是将工件压紧夹牢，保证工件在定位时所占据的位置在加工过程中不因受外力而产生位移，同时防止或减少振动。（3）对刀及导引元件这类元件的共同作用是保证工件与刀具之间的正确加工位置。根据应用情况又可分为两类：1）用于确定刀具位置并引导刀具进行加工的元件，

7、称为导向元件。如：钻套、镗套等。2）用于确定刀具在加工前正确位置的元件，称为对刀元件。如：铣床、镗床上的对刀块等。（4）夹具体夹具的基座和骨架。定位装置、夹紧机构及其它装置或元件都安装在夹具体上，使之成为一个夹具整体。夹具体除用于连接夹具上的各种元件和装置外，还用于夹具与机床装夹面连接，以确定夹具对机床工作台、导轨或主轴的相互位置。（5）其它装置或元件分度装置；为了便于卸下工件而设置的顶出器；以及标准化了的连接元件等等。当然，上述的各组成部分不是每个夹具都必须完全具备的。但一般来说，定位装置、夹紧机构、夹具体则是夹具的基本组成部分。 1.2 夹具的分类与作用人们分析问题的方法之一就是分类，这样

8、可以把类似的事物联系起来，分析研究。夹具的分类方法比较多，一般可分为通用夹具和专用夹具。近年来为适应现代机械制造产品改型快、新品种多、小批量生产的特点，除使用专用夹具外，还发展了通用可调夹具、成组夹具、组合夹具和随行夹具等类型。1.2.1 按夹具的其应用范围分类 （1）通用夹具一般是指通用机床上所附有的一些使用较广泛的夹具，如车床、磨床上用的三爪和四爪卡盘、顶尖和鸡心夹头，铣床、刨床上用的平口钳、回转工作台、万能分度头，平面磨床上用的磁力工作台等。它们在使用上有很大的通用性，往往无需调整或稍加调整（包括配换个别零件）就可以装夹不同的关键。这类夹具一般已标准化，由专业工厂生产作为机床附件供用户使

9、用。 通用夹具主要用于单件和中小批生产，装夹形状比较简单和加工精度要求不太高的工件。在大批、大量生产中，对形状复杂或加工精度要求较高的工件，往往由于操作麻烦和装夹效率低而很少采用这类夹具。 （2）专用夹具专用夹具是指专为某一工件的某道工序的加工而设计制造的夹具，是本课程主要的内容。此类夹具一般不考虑通用性，以便使夹具设计得结构简单、紧凑、操作迅速和维修方便。专用夹具通常由使用厂根据工件的加工要求自行设计和制造，生产准备周期较长。当生产的产品或零件工艺过程变更时，往往无法继续使用，故此类夹具只适用于产品固定和工艺过程稳定的大批大量生产中使用。 （3）成组夹具和通用可调夹具在生产中，有时由于加工批

10、量较小，为每种零件分别设计专用夹具很不经济，而使用通用夹具又往往不能满足加工精度和生产率的要求，故而采用成组加工工艺，并根据成组工艺设计成组夹具。用于相似零件的成组加工所用的夹具。称为成组夹具。这类夹具的特点是夹具的部分元件可以更换，部分装置可以调整，以适应不同零件的加工。通用可调整夹具与成组夹具相比，加工对象不很明确，适应范围更广一些。成组夹具是在成组技术的发展中而发展起来的。通用可调整夹具是单独发展的。它们是用于成组加工的两种结构相似的夹具，其共同点是：可调整、可加工多个零件。（4）组合夹具这类夹具是由一套完全标准化的元件，根据零件的加工要求拼装而成的夹具。就好像搭积木一样，不同元件的不同

11、组合和连接，可构成不同结构和用途的夹具。这类夹具的特点是灵活多变，万能性强，制造周期短，元件可以重复使用。因此特别适合于新产品试制和单件小批生产。（5）随行夹具 这是一种在自动线或柔性制造系统中使用的夹具。工件装夹在随行夹具上，除完成对工件的定位和夹紧外，还载着工件由运输装置送往各机床，并在各机床上被定位和夹紧。1.2.2 按夹具上的动力源分类 （1）手动夹具此类夹具是以操作工人手臂之力作为动力源，通过夹紧机构夹紧工件。为了尽量减轻工人的劳动强度和保证夹紧工件的可靠性，此类夹具的夹紧机构应该有增力和自锁作用。手动夹具一般采用结构简单的螺旋或偏心压板机构，制造方便，但使用时的工作效率较低。（2）

12、气动夹具此类夹具是用压缩空气作为动力源，通过管道、气阀、气缸等元件，产生夹紧工件的夹紧力，当需要较大的夹紧力时，常在气缸和夹紧元件之间增设斜楔式、铰链式或杠杆式等扩力机构。因气动夹具的夹紧动作迅速、夹紧力稳定、操作方便，故在机械加工中得到广泛的应用。（3）液压夹具此类夹具是用压力油作为动力源，通过管道、液压阀、液压缸等元件，产生夹紧工件的夹紧力。液压夹具具有气动夹具的各种优点，而夹紧动作则更为平稳。采用较高油压的液压夹具，一般不用增力机构即可直接夹紧工件，因而结构简单，体积较小。（4）电动夹具此类夹具是以电动机的扭力作为动力源，通过减速器产生夹紧工件的夹紧力。此种夹具的传动部分常采用齿轮减速装

13、置，显得结构比较复杂，夹紧动作比气动和液压夹紧缓慢。（5）磁力夹具此类夹具是以电磁铁或永久磁铁产生的磁力作为动力源直接夹紧工件，一般多用于切削力较小的精加工，如车床和外圆、内圆磨床上的电磁夹具、平面磨床上的磁力工作台等。近年来已设计制造出强力磁盘，将逐步推广应用于切削力较大的加工中去。（6）真空夹具此类夹具是利用真空泵或以压缩空气为动力源的抽气唧筒，使夹具的内腔产生真空，依靠四周大气的压力将工件压紧。这类夹具的夹紧力较小，故一般仅适用于精加工本身刚度很低的工件，如磨削加工不导磁的薄性工件等。（7）切削力、离心力夹具切削力、离心力夹具是一种不用专门动力装置的机动夹紧夹具。这类夹具，通常是利用机床

14、的压锭过程或切削加工过程中产生的离心力或切削力夹紧工件。以上各类夹具，是按它们的应用范围，使用特点和根据驱动夹具工作的力源不同来区分的。由于使用夹具的各种机床，其工作特点和结构形式的不同，对夹具的结构相应地提出了不同的要求。因此也可按所适用的机床把夹具分为车床夹具、铣床夹具、钻床夹具、镗床夹具和其它机床夹具等类型。我们在学习中一般多按夹具的使用特点和使用机床进行分类，这种分类方法可用图 1-4 表示。图1-4 机床夹具的分类1.2.3 机床夹具的功用夹具是机械加工中的一种工艺装备，它在生产中起的作用很大，所以在机械加工中的应用十分广泛。归纳起来有以下几方面的作用：（1）易于保证加工精度，并使一

15、批工件的加工精度稳定。由于工件在夹具中的定位，以及夹具在机床上的定位都有专门的元件保证，夹具相对刀具的位置又可以通过对刀及导引元件调整，因此可以较容易地保证工件在该工序的加工精度。此外，采用夹具装夹加工工件，工件的定位不再受划线、找正等主、客观因素的影响，故对一批工件的加工精度也比较稳定。（2）缩短辅助时间，提高劳动生产率，降低生产成本。工件在夹具中的装夹和工件转位、夹具在机床上的安装等，都可以通过专门的元件或装置迅速完成。此外，在夹具中还可以不同程度地采用高效率的多件、多位、快速、联动等夹紧方式，因而可以缩短辅助时间、提高劳动生产率、降低生产成本。 （3）减轻工人劳动强度、改善工人劳动条件，

16、保证生产安全，降低对工人的技术要求。因为在工件加工中采用了夹具，取消了复杂的划线、找正工件，在夹具中又可采用增力、机动等夹紧机构，装夹工件方便省力，故可降低工人操作的劳动强度及对工人技术等级的要求。（4）扩大机床的工艺范围，实现一机多用。根据加工机床的成形运动，附以不同类型的夹具，即可扩大机床原有的工艺范围，例如在车床的溜板上或在摇臂钻床工作台上装上镗床夹具就可以进行箱体的镗孔加工。（5）减少生产准备时间，缩短新产品试制周期。对多品种小批量生产，在加工中大量应用通用、可调、成组和组合夹具，可以不再花费大量的专用夹具设计和制造时间，从而减少了生产准备时间。同理，对新产品试制，也同样可以显著缩短试

17、制的周期。1.3 机床夹具设计研究的内容为了在不同生产类型的条件下，根据被加工工件的工序要求，设计出确保加工质量、效率高、操作方便和经济实用的夹具，必须深入研究如下主要内容：1）工件在夹具中的定位；2）工件在夹具中的夹紧；3）夹具在机床上的定位、对刀及分度；4）各类机床夹具的结构特点；5）可调夹具及组合夹具设计；6）机床夹具的设计方法和步骤。习 题 1、机床夹具的作用是什么？ 2、机床夹具由哪几部分组成？各部分的作用是什么？ 3、试述机床夹具的分类。2 工件在夹具中的定位工件定位，是指保证同一批工件在夹具中占有一致的正确的加工位置。包括工件在夹具中的定位、夹具在机床上的安装以及夹具对刀具和整个

18、工艺系统的调整等工作过程。由于定位基准和定位元件存在制造误差，故同批工件在夹具中所占据的位置不可能是一致的，这种位置的变化将导致加工尺寸产生误差（泛指距离尺寸误差和形位误差等）。但是，只要工件在夹具中位置的变化所引起加工尺寸的差异，没有超出本工序所规定的允许范围，则仍认为工件在夹具中已被确定的位置是正确的。由此可知，定位方案是否合理，将直接影响加工质量，同时，它还是夹具上其它装置的设计依据。所以正确解决工件的定位问题是很重要的，它包括下列三项基本任务：（1）从理论上进行分析，如何使同一批工件在夹具中占据一致的正确的位置；（2）选择或设计合理的定位方法及相应的定位装置； （3）保证有足够的定位精

19、度。即工件在夹具中定位时虽有一定误差，但仍能保证工件的加工要求。2.1 工件定位原理2.1.1 六点定位原理一个物体在空间不受约束时，可以向任意方向移动和绕任意轴转动，我们可以把它的运动分解为沿三个坐标轴的移动和绕三个坐标轴的转动，我们称物体在空间具有六个自由度，如果完全限制了物体的这六个自由度，则物体在空间就有一个完全确定的位置。我们在XOY 平面布置三个支承点，约束物体的 Z、X、Y 在YOZ 平面布置两个支承点，约束物体的 X、Z 在ZOX 平面布置一个支承点，约束物体的 Y 用合理分布的六个支承点约束工件的六个自由度，使工件的位置完全确定，这称为六点定位原理。这里用的六个支承点必须与工

20、件始终保持接触，脱离接触时就要失掉约束。定位与夹紧的区别：定位是使工件占有一个正确的位置，夹紧是使工件保持这个正确位置。工件的定位是通过定位元件来实现的，而不是几何上的点，用定位元件代替约束点限制自由度，我们一般说，某个定位元件限制了工件的几个自由度相当于几个定位支承点。 根据工件在各工序的加工精度要求和选择定位元件的情况，工件的定位通常有如下几种情况。（2）完全定位用六个支承点，限制工件的六个自由度，使工件的位置完全确定，称为工件的完全定位。 （3）部分定位（不完全定位）根据工件的加工要求，不需要限制的自由度没有安排定位元件去限制，称为部分定位或不完全定位。 （4）欠定位 根据工件的加工要求

21、，需要限制的自由度没有安排定位元件去限制，称为欠定位。欠定位是不允许的。（5）过定位（重复定位）某一个自由度有两个或两个以上的定位元件对其限制，称为过定位。一般情况下，过定位也是不允许的。从上述关于定位问题的分析可以知道，在讨论工件定位的合理性问题时，主要应研究下面的三个问题：1）研究满足工件加工面位置度要求所必须限制的自由度；2）从承受切削力、设置夹紧机构以及提高生产率的角度分析在不完全定位中还应限制哪些自由度；3）在定位方案中，是否有欠定位和过定位现象，能否允许过定位的存在。过定位造成的后果：（a）使工件或夹具元件变形，引起加工误差；（b）使部分工件不能装夹，产生定位干涉（如一面两销），过

22、定位一般是不允许的，但在精加工时也可看到。消除过定位及其干涉的途径：（a）改变定位元件结构，消除对自由度的重复限制，如长销改成短销；（b）提高工件定位基面之间的位置精度，提高夹具定位元件之间的位置精度，减或消除过定位引起的干涉，精加工时可增加刚度和定位稳定性。2.2 定位元件的选择与设计3 工件在夹具中的夹紧4 夹具在机床上的定位、对刀和分度5 各类机床夹具的结构特点6 可调夹具及组合夹具设计7 机床夹具的设计方法及步骤机床夹具设计第一章 机床夹具概论第二章 工件的定位第三章 工件的夹第四章 定心夹紧机构第五章 工件的定位第六章 工件的夹紧第七章 定心夹紧机构第八章 工件的定位第九章 工件的夹

23、紧第一章 机床夹具概论§1.1工件的装夹与机床夹具在金属切削机床上进行加工时，为了保证工件加工表面的尺寸、几何形状和相互位置精度等要求，在加工方法确定以后，需要解决的主要问题之一是，使工件相对于刀具和机床占有正确的加工位置 工件的定位，并把工件压紧夹牢，以保持这个确定了的位置在加工过程中稳定不变 工件的夹紧，这就是工件在机床上的正确装夹。装夹 = 定位 + 夹紧在机床上装夹工件的方法：1. 直接在机床工作台或花盘上装夹工件这种方法一般需要逐个按工件的某一表面或按画线找正工件相对于机床的位置，然后把工件夹紧。这种方法一般精度不高，生产率低，多用于单件、小批生产。（一些大件的生产加工）2. 使用各种通用的或专用的装备装夹