第6章 机床夹具设计

1、第第6章章 机床夹具设计机床夹具设计6.1夹具概述夹具概述6.2常用定位方法及定位误差计算方法常用定位方法及定位误差计算方法6.3工件的夹紧工件的夹紧2021-12-1416.1 机床夹具概述机床夹具概述 6.1.1 机床夹具及其组成机床夹具及其组成1机床夹具的作用机床夹具的作用 在在机床上用以机床上用以装夹工件装夹工件的一种装置。作用：使工件相对于机床或刀具有一个正的一种装置。作用：使工件相对于机床或刀具有一个正确的加工位置且在加工中始终保持其正确的位置确的加工位置且在加工中始终保持其正确的位置不变。不变。图图1 铣轴端槽夹具铣轴端槽夹具1V型块型块 2支撑套支撑套 3手柄手柄 4定向键定向

2、键 5夹具体夹具体 6对刀块对刀块 2. 夹具的组成夹具的组成定位定位基准：外基准：外圆和圆和端面端面定位元件：固定定位元件：固定V形块形块1和支承套和支承套2夹紧机构：夹紧机构：转动手柄转动手柄3，偏心轮推动活动，偏心轮推动活动V形形块。块。对对刀块刀块6：确定：确定铣刀铣刀相对工件的相对工件的位置位置。定向键定向键4：确定确定夹具在机床上的正确夹具在机床上的正确位置。位置。2021-12-142铣床夹具的定向健铣床夹具的定向健2021-12-143 安装夹具时只要将两个定向键放入铣床工作台的安装夹具时只要将两个定向键放入铣床工作台的T型槽型槽中并靠向一侧，则不需再进行找正，便可通过中并靠向

3、一侧，则不需再进行找正，便可通过T型槽螺栓将型槽螺栓将夹具固定在机床工作台上。夹具固定在机床工作台上。 由图由图1可以看出机床夹具的基本组成部分，主要有：可以看出机床夹具的基本组成部分，主要有：（1）定位定位元件或装置元件或装置 确定工件在夹具上的位置。确定工件在夹具上的位置。（2）夹紧夹紧元件或装置元件或装置 夹紧工件。夹紧工件。（3）刀具刀具导向元件或装置导向元件或装置 引导刀具或调整刀具相对于夹具定位元件的位置。引导刀具或调整刀具相对于夹具定位元件的位置。（4）连接连接元件元件 确定夹具在机床上的位置并与机床相联接。确定夹具在机床上的位置并与机床相联接。（5）夹具体夹具体 联接夹具各元件

4、或装置，使之成为一个整体并通过它将夹具安装在机联接夹具各元件或装置，使之成为一个整体并通过它将夹具安装在机床上。床上。（6）其它其它元件或装置元件或装置 如某些夹具上的分度装置、安全保护装置等。如某些夹具上的分度装置、安全保护装置等。 2021-12-1446.1.2 夹具的功能夹具的功能 （1）保证加工质量）保证加工质量 使用夹具后，零件使用夹具后，零件加工精度加工精度主要靠夹具和机床来保证，不再依主要靠夹具和机床来保证，不再依赖工人的技术水平。赖工人的技术水平。（2）提高）提高生产率生产率，降低，降低成本成本，减轻，减轻劳动强度劳动强度 使用夹具后可减少划线、找正等辅助使用夹具后可减少划线

5、、找正等辅助时间，易实现多件、多工位加工。可广泛采用气动、液动等机动夹紧装置，使时间，易实现多件、多工位加工。可广泛采用气动、液动等机动夹紧装置，使辅助时间进一步减少。辅助时间进一步减少。（3）扩大机床）扩大机床工艺范围工艺范围 如在车床或钻床上使用镗模，可代替镗床镗孔；使用靠模如在车床或钻床上使用镗模，可代替镗床镗孔；使用靠模夹具，可在车床或铣床上进行仿形加工夹具，可在车床或铣床上进行仿形加工。（4）减轻工人劳动强度，保证安全生产。）减轻工人劳动强度，保证安全生产。2021-12-1456.1.3 机床夹具的分类机床夹具的分类 1按使用范围分类按使用范围分类 （1）通用通用夹具夹具 应用广，

6、能较好的适应加工工序及加工对象变换，结构已定型，尺寸已应用广，能较好的适应加工工序及加工对象变换，结构已定型，尺寸已系列化，大多数成为机床的一种标准附件。如机用虎钳，三爪卡盘，四爪卡盘，花盘系列化，大多数成为机床的一种标准附件。如机用虎钳，三爪卡盘，四爪卡盘，花盘等。等。（2）专用专用夹具夹具 为某种产品零件在某道工序上的装夹需要而专门设计制造的为某种产品零件在某道工序上的装夹需要而专门设计制造的。（3）组合组合夹具、夹具、拼装拼装专用夹具专用夹具 由一套完全标准化的元件拼装而成由一套完全标准化的元件拼装而成。（4）成组成组夹具夹具和和可调整可调整夹具夹具 部分元件更换、部分装置可调。成组夹具

7、用于相似零件的部分元件更换、部分装置可调。成组夹具用于相似零件的加工加工，可调整夹具，可调整夹具的加工对象不很明确，适应范围更广一些。的加工对象不很明确，适应范围更广一些。（5）随行随行夹具夹具 在自动线或柔性制造系统中使用。在自动线或柔性制造系统中使用。2. 按使用的机床分类按使用的机床分类 可分为车床夹具、铣床夹具等。可分为车床夹具、铣床夹具等。3. 按夹具所采用的夹紧动力源分类按夹具所采用的夹紧动力源分类 可分为手动夹具，气动夹具，液压夹具，气液夹具，电动夹具等。可分为手动夹具，气动夹具，液压夹具，气液夹具，电动夹具等。2021-12-1466.2 工件在夹具上的定位工件在夹具上的定位

8、6.2.1 常用定位方法与定位元件常用定位方法与定位元件 1工件以平面定位工件以平面定位平面定位的主要形式是平面定位的主要形式是支承定位支承定位。夹具上常用的。夹具上常用的支承元件支承元件有以下几种：有以下几种：图图2 支承钉支承钉 a) b) 图图3 支承板支承板（1）固定支承固定支承 定位元件高度方向上的尺寸固定不变，有支承钉和支承扳两种形式定位元件高度方向上的尺寸固定不变，有支承钉和支承扳两种形式。图图2中：中：A型多用于精基准面定位，型多用于精基准面定位，B型型 多用于粗基准面定位，多用于粗基准面定位，C型多用于工件侧面定位型多用于工件侧面定位。图图3中：中：B型用的较多，型用的较多，

9、A型由于不利于清屑，多用于工件侧面定位。型由于不利于清屑，多用于工件侧面定位。 2021-12-1471工件以平面定位工件以平面定位2021-12-148图图4 可调支承可调支承1调节支钉调节支钉 2锁紧螺母锁紧螺母（2）可调支承可调支承 支承点的位置是可以调节的。图支承点的位置是可以调节的。图4为几种常见的可调支承。当为几种常见的可调支承。当工件定位表面不规整或不同批量的毛坯尺寸差别较大时，常使用可调支承。工件定位表面不规整或不同批量的毛坯尺寸差别较大时，常使用可调支承。也可也可用作成组夹具的用作成组夹具的调整元件。调整元件。 a) 图图5 可可调支承的应用调支承的应用 左图中左图中，工件为

10、砂型铸件，先以，工件为砂型铸件，先以 A 面定位面定位铣铣 B 面，再以面，再以 B 面定位镗双孔。铣面定位镗双孔。铣 B 面时若用面时若用固定支承，由于固定支承，由于定位基面定位基面 A 的尺寸和形状误差较的尺寸和形状误差较大大，铣完后的，铣完后的 B 面与两毛坯面与两毛坯孔（图孔（图5a中的点划中的点划线）的距离尺寸线）的距离尺寸 H1、H2 变化也大，致使镗孔时变化也大，致使镗孔时余量很不均匀，甚至可能使余量不够。余量很不均匀，甚至可能使余量不够。 采用采用可调支承，定位时适当调整支承钉的可调支承，定位时适当调整支承钉的高度。高度。 对于对于中小型零件，一般每批调整一次中小型零件，一般每

11、批调整一次，调整，调整好后，用锁紧螺母拧紧好后，用锁紧螺母拧紧固定。固定。 工件工件较大且毛坯精度较低时较大且毛坯精度较低时，可每件调整，可每件调整。 2021-12-149可调支承的应用可调支承的应用b)图图5 可调支承的应用可调支承的应用2021-12-1410可调支承的应用可调支承的应用 在在同一夹具上加工同一夹具上加工形状相同但尺寸不同形状相同但尺寸不同的工件时，可用可调支承的工件时，可用可调支承，如上图，如上图所所示，在轴上钻径向孔，对于孔至端面的距离不等的工件，只要调整支承钉的示，在轴上钻径向孔，对于孔至端面的距离不等的工件，只要调整支承钉的伸出长度，便可进行加工。伸出长度，便可进

12、行加工。（3）自位支承（浮动支承）自位支承（浮动支承） 支承点支承点可以自动调整其位置以适应工件定可以自动调整其位置以适应工件定位表面的变化。位表面的变化。 图图6 自自位支承位支承 自自位位支承只支承只限制一个自由度限制一个自由度，即实现一点定位。常用于毛坯表面、即实现一点定位。常用于毛坯表面、断续表面、阶梯表面以及有角度误断续表面、阶梯表面以及有角度误差的平面定位。差的平面定位。 2021-12-1411自位支承（浮动支承）自位支承（浮动支承） （4）辅助支承辅助支承 在工件定位后才参与支承，它在工件定位后才参与支承，它不起定位作用不起定位作用，只起，只起支承支承作用，作用，常用于在加工过

13、程中常用于在加工过程中加强被加工部位的刚度加强被加工部位的刚度。图图7 辅助辅助支承支承1支承支承 2螺母螺母 3弹簧弹簧 4手柄手柄2021-12-1412辅助支承辅助支承辅助支承的应用辅助支承的应用2021-12-1413图图8 辅助支承的应用辅助支承的应用 工件工件以内孔及端面定位以内孔及端面定位钻右端小孔钻右端小孔。若右端不设支承，工件装夹后，右臂。若右端不设支承，工件装夹后，右臂为一悬臂，刚性差为一悬臂，刚性差。A 点若设置点若设置固定支承则属过固定支承则属过定位。宜定位。宜在在右端设置辅助支承右端设置辅助支承。工件定位时，辅助支承是浮动的（或可调的），待工件夹紧后再把辅助支承固定工

14、件定位时，辅助支承是浮动的（或可调的），待工件夹紧后再把辅助支承固定下来，以承受切削力。下来，以承受切削力。2. 工件以圆柱孔定位工件以圆柱孔定位 工件工件以圆柱孔定位通常属于以圆柱孔定位通常属于定心定位定心定位（定位基准为孔的轴线），夹具上相应的（定位基准为孔的轴线），夹具上相应的定位元件是心轴和定位销。定位元件是心轴和定位销。 a) b) c) 图图9 刚性心轴刚性心轴 （1）心轴心轴 左图为常见左图为常见的刚性心的刚性心轴轴。图。图a为为过盈过盈配合心轴，图配合心轴，图b为为间隙间隙配合心轴，图配合心轴，图c为为小锥度小锥度心轴（锥度为心轴（锥度为1:5000 -1：1000）。 除了除

15、了刚性心轴外，生产中还经常采用弹性心轴、液塑心轴、自动定心心轴刚性心轴外，生产中还经常采用弹性心轴、液塑心轴、自动定心心轴等，定位同时将工件夹紧，使用方便等，定位同时将工件夹紧，使用方便。 心心轴上轴上定位定位限制限制4个自由度个自由度（绕（绕工件自身工件自身轴线转动轴线转动和沿工件自身轴线移动和沿工件自身轴线移动的的2个个自由度未限制）。是自由度未限制）。是4点定位。点定位。2021-12-1414 （2）定位销定位销 上图为圆柱上图为圆柱定位销，其工作部分直径定位销，其工作部分直径d通常根据加工要求和考虑便通常根据加工要求和考虑便于装夹，按于装夹，按g5、g6、f6或或f7制造。定位销与夹

16、具体的联接可采用制造。定位销与夹具体的联接可采用过盈过盈配合（图配合（图a，图图b，图，图c），也可采用），也可采用间隙间隙配合（图配合（图d）。通常。通常限制工件的限制工件的2个个移动自由度。移动自由度。 图图10 圆柱定位销圆柱定位销2021-12-1415定位销定位销2021-12-1416图图11 菱形销与圆锥销菱形销与圆锥销 当当要求孔销配合只在要求孔销配合只在一个方向一个方向上限制工件自由度时，可使用上限制工件自由度时，可使用菱形销菱形销。工。工件也可以用件也可以用圆锥销圆锥销定位，限制工件的定位，限制工件的3个个移动自由度（见图移动自由度（见图11）。 定位销定位销3. 工件以外

17、圆表面定位工件以外圆表面定位两种两种形式：定心定位和支承定位。形式：定心定位和支承定位。 a) b)图图12 工件外圆以套筒和锥套定位工件外圆以套筒和锥套定位（1）定心定位定心定位 类似以圆柱孔定位，只是类似以圆柱孔定位，只是以套筒或卡盘代替了心轴或圆柱销（图以套筒或卡盘代替了心轴或圆柱销（图a）,以锥套代替了锥销（图以锥套代替了锥销（图b）。）。（2） 支承定位支承定位 常用常用V形块形块定位。定位。V形块两斜面夹角形块两斜面夹角通常取通常取60、90和和120，其中其中90用的最多。用的最多。90V形块的结构已形块的结构已标准化。标准化。2021-12-1417 V形块形块定位定位优点优点

18、： 既适于既适于完整完整的圆柱面定位，又适于的圆柱面定位，又适于非完整非完整的圆柱面定位；的圆柱面定位； 对对中性好中性好，且不受外圆尺寸误差的影响，所以常用于加工表面与，且不受外圆尺寸误差的影响，所以常用于加工表面与轴线有对称度要求的工件轴线有对称度要求的工件。 V形块有长短之分，形块有长短之分，长长V形块（或形块（或两个短两个短V形块）限制形块）限制4个个自由自由度，度，短短V形块限制形块限制 2 个个自由度。自由度。V形块又有固定与活动之分，活动形块又有固定与活动之分，活动V形块形块在可在可移动方向上对工件不起定位作用。移动方向上对工件不起定位作用。 2021-12-1418支承定位支承

19、定位4. 工件以其它表面定位工件以其它表面定位图图14 工件在锥度心轴上定位工件在锥度心轴上定位 (1) 如图如图14，工件以，工件以锥孔定位锥孔定位，锥度心轴，锥度心轴限制限制了了5个自由度。个自由度。图图15 工件以渐开线齿面定位工件以渐开线齿面定位1夹具体夹具体 2弹性薄膜盘弹性薄膜盘 3卡爪卡爪 4保持架保持架 5工件（齿轮）工件（齿轮）6定心圆柱定心圆柱 7弹簧弹簧 8螺钉螺钉 9推杆推杆 （2）如图）如图15为工件以为工件以渐开线渐开线齿面定位齿面定位的例子，的例子，3个定位个定位圆柱均布插入齿间，实现了圆柱均布插入齿间，实现了分度圆定位。分度圆定位。2021-12-14195.

20、定位表面的组合定位表面的组合 常见常见的定位表面的组合有：的定位表面的组合有：平面与平面、平面与孔、平面与外圆表面、平平面与平面、平面与孔、平面与外圆表面、平面与其它表面面与其它表面的组合等。的组合等。 组合定位组合定位时，注意分清主次定位面。一般称定位点数最多的定位面为第一时，注意分清主次定位面。一般称定位点数最多的定位面为第一定位基准面或定位基准面或支承面支承面；称定位点数次多的定位面为第二定位基准面或；称定位点数次多的定位面为第二定位基准面或导向面导向面；定；定位点数为位点数为1的定位面称为第三定位基准面或的定位面称为第三定位基准面或止动面止动面。（1）试分析箱体类零件采用）试分析箱体类

21、零件采用一面两孔定位一面两孔定位时的第一、二、三定位基准面。时的第一、二、三定位基准面。（2）试分析工件在）试分析工件在两顶尖两顶尖上定位时的主次定位面（见图上定位时的主次定位面（见图16）。）。图图16 工件在两顶尖上定位工件在两顶尖上定位2021-12-14206. 一面两孔定位一面两孔定位 加工加工箱体类零件时常采用一面两孔组合定位，为避免过定位，两孔箱体类零件时常采用一面两孔组合定位，为避免过定位，两孔应采用应采用圆柱销菱形销圆柱销菱形销定位。菱形销的宽度可以通过几何关系求出。定位。菱形销的宽度可以通过几何关系求出。 在实际生产中，由于菱形销的尺寸已标准化，因而常按下列步骤进行两在实际

22、生产中，由于菱形销的尺寸已标准化，因而常按下列步骤进行两销设计：销设计：（1）确定）确定两销中心距两销中心距尺寸及其公差：尺寸及其公差： 两定位销中心距基本尺寸工件上两孔中心距基本尺寸两定位销中心距基本尺寸工件上两孔中心距基本尺寸 两定位销中心距公差（两定位销中心距公差（1/51/3）工件上两孔中心距公差）工件上两孔中心距公差（2）确定）确定圆柱销圆柱销直径及其公差：直径及其公差： 圆柱销直径基本尺寸相应孔的最小直径圆柱销直径基本尺寸相应孔的最小直径 圆柱销直径公差取圆柱销直径公差取 g6 或或 f72021-12-1421表表1 菱形销结构尺寸菱形销结构尺寸 （单位：（单位：mm） 2021

23、-12-1422（3）确定）确定菱形销菱形销宽度、直径及其公差：宽度、直径及其公差： 菱形销菱形销宽度宽度尺寸尺寸 b：查有关标准（参考表：查有关标准（参考表1） 菱形销菱形销直径直径d2的确定的确定 ：计算菱形销与其配合孔的最：计算菱形销与其配合孔的最小间隙小间隙2min； d2 D22min；菱形销；菱形销直径公差直径公差：取：取 h6 或或 h7。 6. 一面两孔定位一面两孔定位6.2.2 定位误差计算定位误差计算 1定位误差的概念定位误差的概念 定位定位误差是由于工件在夹具上（或机床上）误差是由于工件在夹具上（或机床上）定位不准确定位不准确而引起的加工误而引起的加工误差，常用差，常用d

24、w 表示表示。2. 定位误差产生的定位误差产生的原因：基准位置误差原因：基准位置误差jw 、基准不重合误差、基准不重合误差jb 3.定位误差的计算方法：合成法、几何方法、微分方法。定位误差的计算方法：合成法、几何方法、微分方法。 图图17 基准基准位置误差位置误差 （1）基准位置误差基准位置误差jw 由于工件的定位表面或由于工件的定位表面或夹具上的定位元件制作不准确引起的（见图夹具上的定位元件制作不准确引起的（见图17）。）。 2021-12-1423 图图18 基准基准不重合误差不重合误差 （2）基准不重合误差基准不重合误差jb 由于工件的工序基准与由于工件的工序基准与定位基准不重合引起的（

25、见图定位基准不重合引起的（见图18）。）。 jb=定位基准到工序基准间的尺寸公差定位基准到工序基准间的尺寸公差 采用采用调整法调整法加工时，工件的定位误差实质上就是加工时，工件的定位误差实质上就是工序基准工序基准在在加工尺寸方向加工尺寸方向上上的的最大变动最大变动量量。 4. 定位误差的定位误差的计算计算 用用几何方法几何方法计算定位误差的步骤：计算定位误差的步骤： （1）找工序基准、定位基准；）找工序基准、定位基准； （2）分析是否有基准位置误差）分析是否有基准位置误差jw和基准不重合误差和基准不重合误差jb； （3）计算）计算jw和和jb在工序尺寸方向上的分量；在工序尺寸方向上的分量； （

26、4）计算两分量的代数和即为定位误差）计算两分量的代数和即为定位误差dw。2021-12-1424 例例1: 图图19所示为孔销间隙配合的情况。若工件的工序基准为孔心所示为孔销间隙配合的情况。若工件的工序基准为孔心，试分，试分析析并计算定位误差。并计算定位误差。 a) b)图图19 孔孔销间隙配合时的定位销间隙配合时的定位误差误差 解（解（1）分析是否存在）分析是否存在基准不重合误差基准不重合误差jb 因心轴（或圆柱销）定位的定位基准为工件因心轴（或圆柱销）定位的定位基准为工件孔心，因此孔心，因此jb=0（2）分析是否存在）分析是否存在基准位置误差基准位置误差jw 定位基准孔与心轴在定位基准孔与

27、心轴在任意点接触任意点接触时时 （见图（见图a），孔心在任意方向上的最大变动量均为孔与销的最大间隙，即无论工序尺），孔心在任意方向上的最大变动量均为孔与销的最大间隙，即无论工序尺寸方向如何（只要工序尺寸方向垂直于孔的轴线），孔销间隙配合的基准位置误寸方向如何（只要工序尺寸方向垂直于孔的轴线），孔销间隙配合的基准位置误差为：差为： jwDmaxdmin 定位基准孔与心轴定位基准孔与心轴固定边保持接触固定边保持接触时（见图时（见图b），可求出由于孔径变化造成孔心），可求出由于孔径变化造成孔心在接触点与销子中心连线方向上的最大变动量为：在接触点与销子中心连线方向上的最大变动量为：jw1/2（Dmax

28、Dmin)1/2 TD （3）计算）计算定位误差定位误差dw： dw jw2021-12-1425 例例2 图图20所示为工件以外圆在所示为工件以外圆在V形块上定位的情况，试计算基准位置误差形块上定位的情况，试计算基准位置误差图图20 V形块定位误差计算形块定位误差计算2sin22sin)(212sin212sin02sin0002121ddddNMjw解：工件以外圆在解：工件以外圆在V形块上定位，若不考虑形块上定位，若不考虑V形块的制形块的制造误差，则工件定位基准在造误差，则工件定位基准在V形块的对称面上，因形块的对称面上，因此工件中心线在此工件中心线在水平方向水平方向上的位移为上的位移为0

29、。但在。但在垂直垂直方向方向上，因工件外圆有制造误差，而产生基准位移上，因工件外圆有制造误差，而产生基准位移（见图（见图20），其值为：），其值为：2021-12-1426解：（解：（1）a所示所示为工序基准与定位基准为工序基准与定位基准重合，故重合，故jb=0，此时，此时 dw jw = 例例3 图图21a、b、c所示为同一加工的三种不同工序尺寸标注情况，工件直径尺所示为同一加工的三种不同工序尺寸标注情况，工件直径尺寸为寸为 ,试计算其定位误差。试计算其定位误差。（2）b所示所示工序基准为：工件上母线工序基准为：工件上母线A处，故工序基准与定位基准不重合处，故工序基准与定位基准不重合 jb

30、= d /2 基准位置误差基准位置误差jw同上。同上。 当工件直径减小时，工件定位基准将下移；当工件定位基准位置不变时当工件直径减小时，工件定位基准将下移；当工件定位基准位置不变时，若工，若工件直径件直径减小，则工序基准减小，则工序基准A下移，两者变化下移，两者变化方向相同方向相同，故：，故：dw jw + jb = + d /20dda) b) 图图21 工件在工件在V形块上定位时定位误差分析形块上定位时定位误差分析2sin2d2sin2d2021-12-1427（3）c所示所示工序基准为：工件下母线工序基准为：工件下母线B处。当工件直径减小时，工件定位基处。当工件直径减小时，工件定位基 准

31、将下移，但工序基准准将下移，但工序基准B将上移，故将上移，故：dw jw - jb = - d /22sin2d2021-12-1428c)图图21 工件在工件在V形块上定位时定位误差分析形块上定位时定位误差分析 例例3 图图21a、b、c所示为同一加工的三种不同工序尺寸标注情况，工件直径尺所示为同一加工的三种不同工序尺寸标注情况，工件直径尺寸为寸为 ,试计算其定位误差。试计算其定位误差。0dd6.3 工件的夹紧工件的夹紧 6.3.1 对工件夹紧装置的要求对工件夹紧装置的要求 设计夹紧装置时，应注意满足以下要求设计夹紧装置时，应注意满足以下要求：（1) 在夹紧过程中应能保持工件定位时所获得的在

32、夹紧过程中应能保持工件定位时所获得的正确位置正确位置。（2) 夹紧应夹紧应可靠和适当可靠和适当。夹紧机构一般要有自锁作用，夹紧工件时，不允许工。夹紧机构一般要有自锁作用，夹紧工件时，不允许工件产生不适当的变形和表面损伤。件产生不适当的变形和表面损伤。（3) 夹紧装置应操作夹紧装置应操作方便、省力、安全方便、省力、安全。（4) 夹紧装置的夹紧装置的复杂程度和自动化程度复杂程度和自动化程度应与生产批量和生产方式相适应。结构应与生产批量和生产方式相适应。结构设计应力求简单、紧凑设计应力求简单、紧凑,并尽可能采用标准化元件。并尽可能采用标准化元件。2021-12-14296.3.2 夹紧力的确定夹紧力

33、的确定 夹紧力包括夹紧力包括大小、方向和作用点大小、方向和作用点三个要素，下面分别予以讨论。三个要素，下面分别予以讨论。1夹紧力夹紧力方向方向的选择的选择（1）夹紧力的作用方向应有利于工件的准确定位，为此一般要求主要夹紧力应）夹紧力的作用方向应有利于工件的准确定位，为此一般要求主要夹紧力应垂直垂直指向指向主要定位面。主要定位面。图图25 夹紧力作用方向夹紧力作用方向的选择的选择 如如图图25，在直角支座零件，在直角支座零件上镗孔：上镗孔：要求要求保证孔与端面的垂直保证孔与端面的垂直度：度：应应以以A面为主要定位面为主要定位面，此时夹紧力的作用方向如图中面，此时夹紧力的作用方向如图中Fj1所示所

34、示；要求要求保证孔轴线与支座底面保证孔轴线与支座底面平行：平行：应应以以B面为主要面为主要定位面，此时夹紧力的作用方向如图中定位面，此时夹紧力的作用方向如图中Fj2所示。所示。2021-12-1430a) b)图图26 薄壁套筒夹紧薄壁套筒夹紧 如如图图26，薄壁，薄壁套筒的套筒的轴向刚度轴向刚度比径向刚度比径向刚度大：大：图图a：工件：工件会产生很大变形会产生很大变形；图图b：用：用螺母轴向夹紧工件螺母轴向夹紧工件，不易，不易产生变形。产生变形。（3）夹紧力的作用方向应尽可能与）夹紧力的作用方向应尽可能与切削力、工件重力方向切削力、工件重力方向一致，以减小所需夹紧力。一致，以减小所需夹紧力。

35、 a) b)图图27 夹紧力与切削力方向夹紧力与切削力方向图图27a，夹紧力与主切削力方向，夹紧力与主切削力方向一致，所一致，所需夹紧力较小需夹紧力较小；图图27b，夹紧力，夹紧力至少要大于切削力。至少要大于切削力。 （2）夹紧力的作用方向应尽量与）夹紧力的作用方向应尽量与工件刚度最大的方向工件刚度最大的方向相一致，以减小工件夹紧变形。相一致，以减小工件夹紧变形。2021-12-14311夹紧力方向的选择夹紧力方向的选择2.夹紧力作用点的选择夹紧力作用点的选择 在在夹紧力作用方向已确定的情况下，确定夹紧元件与工件夹紧力作用方向已确定的情况下，确定夹紧元件与工件接触点的位置和接触点的位置和接触点

36、的数目接触点的数目。应。应注意以下几点注意以下几点 ：（1) 夹紧力作用点应夹紧力作用点应正对正对支承元件或位于支承元件所形成的支承元件或位于支承元件所形成的支承面内支承面内，以保证工，以保证工件已获得的件已获得的定位不变定位不变。 图图28 夹紧力夹紧力作用点的选择作用点的选择1定位元件定位元件 2工件工件 如如图图28所示，夹紧力作用点位于定所示，夹紧力作用点位于定位元件位元件1之外，使工件之外，使工件2发生翻转，破坏发生翻转，破坏了工件的定位位置。图中了工件的定位位置。图中实线箭头实线箭头给出给出了夹紧力作用点的正确位置。了夹紧力作用点的正确位置。2021-12-14322.夹紧力作用点

37、的选择夹紧力作用点的选择 2021-12-1433（2) 夹紧力作用点应处在夹紧力作用点应处在工件刚性较好工件刚性较好的部位，以减小工件的的部位，以减小工件的夹紧变形夹紧变形。 图图29 夹紧力作用点应位于夹紧力作用点应位于工件刚性较好的部位工件刚性较好的部位 如图如图29中中实线箭头实线箭头所示夹紧力作用所示夹紧力作用点位置工件刚性较大，工件变形小；虚点位置工件刚性较大，工件变形小；虚线箭头所示夹紧力作用点位置工件刚性线箭头所示夹紧力作用点位置工件刚性小，工件变形大。小，工件变形大。夹紧力作用点与工件变形夹紧力作用点与工件变形 （3）夹紧力）夹紧力作用点尽可能靠近被加工面，以便减小切削力对工

38、件造成的作用点尽可能靠近被加工面，以便减小切削力对工件造成的翻转翻转力力矩。必要时应在工件矩。必要时应在工件刚度差的部位刚度差的部位增加辅助支承并施加夹紧力，以减小切削过程中增加辅助支承并施加夹紧力，以减小切削过程中的振动和变形。的振动和变形。图图30 夹紧力作用点应靠近加工表面夹紧力作用点应靠近加工表面1压盖压盖 2基座基座 如如图图30所示两种滚齿加工工件装夹所示两种滚齿加工工件装夹方案中，方案中，a夹紧力作用点离工件加工面夹紧力作用点离工件加工面远，不正确；应改为远，不正确；应改为b。 3. 夹紧力大小的估算夹紧力大小的估算 估算估算夹紧力的一般方法：将工件视为夹紧力的一般方法：将工件视

39、为分离体分离体，并分析作用在工件上的各种力，并分析作用在工件上的各种力，再根据力系平衡条件，确定保持工件平衡所需的再根据力系平衡条件，确定保持工件平衡所需的最小夹紧力最小夹紧力，最后将此最小夹紧力，最后将此最小夹紧力乘以一适当的乘以一适当的安全系数安全系数K（粗加工时取（粗加工时取K=2.5-3，精加工时取，精加工时取 K=1.5-2），即可得），即可得到所需要的夹紧力。到所需要的夹紧力。 2021-12-1434 例：在图例：在图31所示所示刨平面刨平面工序中，工序中，G为工件自重，为工件自重，F为夹紧力，为夹紧力，Fc、Fp分别为主切削分别为主切削力和背向力。已知：力和背向力。已知：Fc

40、= 800N，FP = 200N，G = 100N。问需施加多大夹紧力才能。问需施加多大夹紧力才能保证此工序加工的正常进行保证此工序加工的正常进行? 图图31 夹紧力计算图例夹紧力计算图例0)10/2(10/zFllFGlFllFpc解：根据静力平衡原理，可列出作用在工件上所有解：根据静力平衡原理，可列出作用在工件上所有作用力的作用力的静力平衡方程式静力平衡方程式 从夹紧的可靠性考虑，在刀具切到终点时从夹紧的可靠性考虑，在刀具切到终点时(即当即当z=l/5时时)属属最不利情况最不利情况。将有关已知条件代人。将有关已知条件代人上式，即可求得夹紧力上式，即可求得夹紧力F=330N；取安全系数；取安

41、全系数K=3，最后求得需施加的夹紧力，最后求得需施加的夹紧力F= 990N。 夹具设计中，夹紧力大小并非在所有情况下都需要计算。在手动夹紧装置中，常根据夹具设计中，夹紧力大小并非在所有情况下都需要计算。在手动夹紧装置中，常根据经验或经验或类比法类比法确定所需的夹紧力。确定所需的夹紧力。2021-12-14353. 夹紧力大小的估算夹紧力大小的估算（1）图）图32为采用斜楔夹紧的为采用斜楔夹紧的翻转式钻模翻转式钻模。直接采用斜楔。直接采用斜楔夹紧时可获得的夹紧时可获得的夹紧力夹紧力为：为： （公式（公式3）式中式中 Fj可获得的夹紧力可获得的夹紧力(N)； Fx作用在斜楔上的原始力作用在斜楔上的

42、原始力(N)； 1斜楔与工件之间的摩擦角斜楔与工件之间的摩擦角()； 2斜楔与夹具体之间的摩擦角斜楔与夹具体之间的摩擦角 ()； 斜楔的楔角（斜楔的楔角（）。）。 6.3.3 常用夹紧机构常用夹紧机构 1斜楔斜楔夹紧机构夹紧机构图图32 斜楔夹紧的翻转式钻模斜楔夹紧的翻转式钻模1夹具体夹具体 2支角支角 3工件工件 4斜楔斜楔)tan(tan21xjFF（2）斜楔的）斜楔的自锁条件自锁条件为：为：1 十十2（3）斜楔夹紧机构的）斜楔夹紧机构的特点特点：结构：结构简单简单，增力增力比大，比大，自锁自锁性能好，应用广泛。性能好，应用广泛。2021-12-1436（1）图）图33为几种简单的螺旋夹紧

43、机构。螺旋为几种简单的螺旋夹紧机构。螺旋夹紧力夹紧力的计算公式的计算公式为：为： （公式公式4）式中式中 Fj沿螺旋轴线作用的夹紧力沿螺旋轴线作用的夹紧力(N)； Fx作用在扳手上的力作用在扳手上的力(N)； L 作用力的力臂作用力的力臂(mm)； d0 螺纹中径螺纹中径(mm)； 螺纹升角螺纹升角()； 1螺纹副的当量摩擦角螺纹副的当量摩擦角() 2螺杆螺杆(或螺母或螺母)端部与工件端部与工件(或压块或压块)之间的当量摩擦角之间的当量摩擦角()； r螺杆螺杆(或螺母或螺母)端部与工件端部与工件(或压块或压块) 之间的当量摩擦半之间的当量摩擦半径径(mm)2. 螺旋夹紧机构螺旋夹紧机构 a)

44、b) c) d)图图33 螺旋夹紧示例螺旋夹紧示例a螺钉夹紧螺钉夹紧 b螺母夹紧螺母夹紧 c螺旋杠杆夹紧螺旋杠杆夹紧 d勾形压板夹勾形压板夹紧210tan)tan(2rdLFFxj2021-12-1437 （2）因使用上式计算螺旋夹紧力时，由于）因使用上式计算螺旋夹紧力时，由于1和和2的数值是在一个很大的范围内的数值是在一个很大的范围内变化的，要想获得准确的结果很困难。当需准确地确定螺旋变化的，要想获得准确的结果很困难。当需准确地确定螺旋夹紧力夹紧力时时, 通常要求通常要求采用实验的方法采用实验的方法。（3）螺旋夹紧机构的）螺旋夹紧机构的特点特点 优点：结构优点：结构简单简单，易于制造，易于制

45、造，增力增力比大，比大，自锁自锁性能好。性能好。 缺点：动作较缺点：动作较慢慢。为提高其工作效率，常采用一些。为提高其工作效率，常采用一些快撤装置快撤装置（见图（见图34）。）。 应用：应用： 手动手动夹紧中应用最广泛的一种夹紧机构。夹紧中应用最广泛的一种夹紧机构。图图34 快撤螺旋夹紧快撤螺旋夹紧装置装置1螺杆螺杆 2螺钉螺钉2021-12-14382. 螺旋夹紧机构螺旋夹紧机构 偏心夹紧的特点：偏心夹紧的特点：优点优点：结构：结构简单简单，操作，操作方便方便，动作，动作迅速迅速。 缺点缺点：自锁性能较差自锁性能较差，增力比较小增力比较小.应用：常用于切削平稳且切削力不大的应用：常用于切削平

46、稳且切削力不大的场合。场合。 3. 偏心夹紧机构偏心夹紧机构 图图35 偏心夹紧机构偏心夹紧机构 图图35为一种为一种偏心压板偏心压板夹紧机构。偏心夹紧机构靠偏心轮回转时夹紧机构。偏心夹紧机构靠偏心轮回转时回回转半径变大转半径变大而产生夹紧作用，其原理和斜楔工作时斜面高度由小变大而产生夹紧作用，其原理和斜楔工作时斜面高度由小变大而产生的楔紧作用一样，因此可将偏心轮视为一楔角变化的斜楔。而产生的楔紧作用一样，因此可将偏心轮视为一楔角变化的斜楔。 2021-12-1439（2）铰链夹紧机构的）铰链夹紧机构的特点：特点：优点：优点：动作动作迅速迅速，增力增力比大，并易比大，并易于改变力的作用于改变力

47、的作用方向方向。缺点缺点：自锁性自锁性能差。能差。应用：多用于机动夹紧机构中。应用：多用于机动夹紧机构中。 （1）图）图37所示为铰链夹紧机构所示为铰链夹紧机构，4. 铰链夹紧机构铰链夹紧机构 图图37 铰链铰链夹紧夹紧机构机构2021-12-14405. 定心夹紧机构定心夹紧机构 同时同时实现对工件实现对工件定心定位和夹紧定心定位和夹紧的夹紧机构，即在夹紧过程中，能使工件相对的夹紧机构，即在夹紧过程中，能使工件相对于某一轴线或某一对称面积保持对称性于某一轴线或某一对称面积保持对称性。按工作。按工作原理分为原理分为两大类两大类：图图38 斜楔夹紧心轴斜楔夹紧心轴1螺母螺母 2弹簧弹簧 3活块活

48、块（1）以）以等速移动等速移动原理工作的定原理工作的定心夹紧机构心夹紧机构 ： 如如斜楔定斜楔定心心夹紧机构（见图夹紧机构（见图38），），螺旋螺旋定心夹紧机构，定心夹紧机构，杠杆杠杆定心夹定心夹紧机构等。紧机构等。2021-12-14415. 定心夹紧机构定心夹紧机构 2021-12-1442图图39 弹簧夹头弹簧夹头1夹具体夹具体 2螺母螺母 3弹簧套筒弹簧套筒 4工件工件A卡爪卡爪B弹性部分弹性部分C导向部导向部分分（2）以）以均匀弹性变形均匀弹性变形原理工作的定心夹紧机原理工作的定心夹紧机构构 如弹簧夹头（见图如弹簧夹头（见图39）、薄膜卡盘、）、薄膜卡盘、液塑定心夹紧机构、碟形弹簧定

49、心夹紧机液塑定心夹紧机构、碟形弹簧定心夹紧机构、折纹薄壁套定心夹紧机构等。构、折纹薄壁套定心夹紧机构等。 6. 联动夹紧机构联动夹紧机构 图图40 联动夹紧机构联动夹紧机构1压板压板 2螺母螺母 3工件工件a) b) 图图41 多件联动夹紧机构多件联动夹紧机构 在在一处施力，对一个工件上的一处施力，对一个工件上的几个点或对多个工件同时进行夹紧几个点或对多个工件同时进行夹紧的机构的机构。 图图40a为为双向双向联动夹紧机构联动夹紧机构； 图图40b为为平行平行联动夹紧机构联动夹紧机构； 图图41为为多件多件联动夹紧机构（其中联动夹紧机构（其中a为为连续连续式，式，b为为平行平行式）。式）。202

50、1-12-14432021-12-1444 a) b)图图42 多件联动夹紧正误对比多件联动夹紧正误对比 在在设计联动夹紧机构时，一般应设计设计联动夹紧机构时，一般应设计浮动环节浮动环节，以使各夹紧点，以使各夹紧点获得均匀一致的夹紧力，特别是在多件夹紧时尤为重要（见图获得均匀一致的夹紧力，特别是在多件夹紧时尤为重要（见图42）。）。6. 联动夹紧机构联动夹紧机构 第第6章章 机床夹具设计机床夹具设计6.5 车车铣夹具铣夹具2021-12-14456.4 各类机床夹具各类机床夹具(自学）自学） 6.4.1 车床与磨床夹具车床与磨床夹具 1车床夹具的类型与典型结构车床夹具的类型与典型结构图图43

51、CA6140普通卧式车床普通卧式车床 图图43为为CA6140普通卧式普通卧式车床的外形。根据工件的车床的外形。根据工件的定位基准和夹具本身的结定位基准和夹具本身的结构特点，车床夹具可分为构特点，车床夹具可分为以下以下4类：类：（1)以工件外圆表面定位的车以工件外圆表面定位的车床夹具，如各类夹盘和夹床夹具，如各类夹盘和夹头。头。（2)以工件内圆表面定位的车以工件内圆表面定位的车床夹具，如各种心轴。床夹具，如各种心轴。（3)以工件顶尖孔定位的车床夹具，如顶尖、拨盘等。以工件顶尖孔定位的车床夹具，如顶尖、拨盘等。（4)用于加工非回转体的车床夹具，如各种弯板式、花盘式车床夹具。用于加工非回转体的车床

52、夹具，如各种弯板式、花盘式车床夹具。2021-12-1446 当工件定位表面为单一圆柱表面或与被加工表面相垂直的平面时，可采用各种通当工件定位表面为单一圆柱表面或与被加工表面相垂直的平面时，可采用各种通用车床夹具，如三爪自定心卡盘、四爪单动卡盘、顶尖、花盘等（可参考用车床夹具，如三爪自定心卡盘、四爪单动卡盘、顶尖、花盘等（可参考机械机械加工技师综合手册加工技师综合手册）。当工件定位面较复杂或有其他特殊要求时，应设计专用）。当工件定位面较复杂或有其他特殊要求时，应设计专用车床夹具。车床夹具。图图44 弯板式车床夹具弯板式车床夹具1平衡块平衡块 2防护罩防护罩 3钩形压板钩形压板 图图44所示为一

53、弯板式车床夹具，用于加所示为一弯板式车床夹具，用于加工壳体零件的孔和端面。工件以底面和两工壳体零件的孔和端面。工件以底面和两孔定位，用两个钩形压板夹紧。加工孔轴孔定位，用两个钩形压板夹紧。加工孔轴心线与底面之间的心线与底面之间的8夹角由弯板的角度夹角由弯板的角度来保证。为了控制端面尺寸，夹具上设置来保证。为了控制端面尺寸，夹具上设置了测量基准了测量基准 (圆柱棒端面圆柱棒端面)，同时设置了一，同时设置了一个供检验和校正夹具用的工艺孔。个供检验和校正夹具用的工艺孔。 2021-12-14472车床夹具设计要点车床夹具设计要点 (1)总体结构总体结构 车床夹具大多安装在机床主轴上，并与主轴一起作回

54、转运动。车床夹具大多安装在机床主轴上，并与主轴一起作回转运动。为保证夹具工作平稳，夹具结构应尽量紧凑，重心应尽量靠近主轴端；对于为保证夹具工作平稳，夹具结构应尽量紧凑，重心应尽量靠近主轴端；对于弯板式车床夹具和偏重的车床夹具，应很好地进行平衡。通常可采用加平衡弯板式车床夹具和偏重的车床夹具，应很好地进行平衡。通常可采用加平衡块块 (配重配重)的方法进行平衡的方法进行平衡 (如图如图44件件1)；为保证安全，夹具上所有元件或机；为保证安全，夹具上所有元件或机构不应超出夹具体的外廓，必要时应加防护罩构不应超出夹具体的外廓，必要时应加防护罩 (如图如图44件件2)；此外，要求车；此外，要求车床夹具的

55、夹紧机构要能提供足够的夹紧力，且有可靠的自锁性，以确保工件床夹具的夹紧机构要能提供足够的夹紧力，且有可靠的自锁性，以确保工件在切削过程中不会松动。在切削过程中不会松动。 (2)夹具与机床的联接夹具与机床的联接 车床夹具与机床主轴的联接方式取决于机床主轴轴端车床夹具与机床主轴的联接方式取决于机床主轴轴端的结构及夹具的体积和精度要求。图的结构及夹具的体积和精度要求。图45所示为几种常见的联接方式。所示为几种常见的联接方式。2021-12-1448图图b中，夹具以端面中，夹具以端面A和圆孔和圆孔D在主轴上定位，孔与主轴轴颈的配合一般取在主轴上定位，孔与主轴轴颈的配合一般取H7/h6。这种联。这种联接

56、方式制造容易，但定位精度不高。接方式制造容易，但定位精度不高。图图c中，夹具以端面中，夹具以端面T和短锥面和短锥面K定位，这种安装方式不但定心精度高，而且刚性好。需要定位，这种安装方式不但定心精度高，而且刚性好。需要注意的是，这种定位方式属于过定位。故要求制造精度很高，通常要对夹具体上的端面注意的是，这种定位方式属于过定位。故要求制造精度很高，通常要对夹具体上的端面和孔进行配磨加工。和孔进行配磨加工。车床夹具还经常使用过渡盘与机床主轴联接。过渡盘与机床的联接与上面介绍的夹具体与车床夹具还经常使用过渡盘与机床主轴联接。过渡盘与机床的联接与上面介绍的夹具体与主轴的联接方法相同；过渡盘与夹具的联接大

57、都采用止口主轴的联接方法相同；过渡盘与夹具的联接大都采用止口(一个大平面加一短圆柱面一个大平面加一短圆柱面)联联接方式。当车床上使用的夹具需要经常更换时，或同一套夹具需要在不同机床上使用时，接方式。当车床上使用的夹具需要经常更换时，或同一套夹具需要在不同机床上使用时，采用过渡盘联接是很方便的。为减小由于增加过渡盘而造成的夹具安装误差，可在安装采用过渡盘联接是很方便的。为减小由于增加过渡盘而造成的夹具安装误差，可在安装夹具时，对夹具定位面夹具时，对夹具定位面 (或在夹具上专门作出的找正环面或在夹具上专门作出的找正环面)进行找正。进行找正。图图45 夹具在车床主轴上的安装夹具在车床主轴上的安装 图

58、图a中，夹具体以长锥中，夹具体以长锥柄安装在主轴孔内，这种柄安装在主轴孔内，这种方式定位精度高，但刚性方式定位精度高，但刚性较差，多用于小型车床夹较差，多用于小型车床夹具与主轴的联接。具与主轴的联接。2021-12-14493磨床夹具磨床夹具 磨床夹具同车床夹具相类似，车床夹具的设计要点同样适合于外圆磨床和内圆磨床夹磨床夹具同车床夹具相类似，车床夹具的设计要点同样适合于外圆磨床和内圆磨床夹具。具。图图46 内圆磨床夹具内圆磨床夹具1夹具体夹具体 2弹性薄膜盘弹性薄膜盘 3卡爪卡爪 4保持架保持架 5工件（齿轮）工件（齿轮）6定心圆柱定心圆柱 7弹簧弹簧 8螺钉螺钉 9推杆推杆 图图46所示的薄

59、膜卡盘是一个在内圆磨床上所示的薄膜卡盘是一个在内圆磨床上使用的夹具。右移推杆使用的夹具。右移推杆9，使薄膜盘中部向，使薄膜盘中部向右凸起，卡爪张开，可安装工件。当推杆的右凸起，卡爪张开，可安装工件。当推杆的推力取消后，薄膜盘在弹性恢复力的作用下，推力取消后，薄膜盘在弹性恢复力的作用下，通过卡爪，将工件夹紧。该类卡盘定心精度通过卡爪，将工件夹紧。该类卡盘定心精度很高，但夹紧力有限。该夹具在内圆磨床上很高，但夹紧力有限。该夹具在内圆磨床上使用，以齿轮节圆定位，磨齿轮内孔，可保使用，以齿轮节圆定位，磨齿轮内孔，可保证被加工孔与齿面有较好的同轴度。证被加工孔与齿面有较好的同轴度。2021-12-145

60、06.4.2 铣床夹具铣床夹具 1铣床夹具的类型与典型结构铣床夹具的类型与典型结构图图59 普通卧式铣床普通卧式铣床 图图60 立式铣床立式铣床 图图59和图和图60分别为普通卧式铣床和立式铣床的外形。铣床夹具常按铣削进给分别为普通卧式铣床和立式铣床的外形。铣床夹具常按铣削进给方式分类，一般分为直线进给式、圆周进给式和仿形进给式三种。方式分类，一般分为直线进给式、圆周进给式和仿形进给式三种。2021-12-1451图图61 铣斜面夹具铣斜面夹具a)夹具结构图夹具结构图 b)工艺尺寸计算简图工艺尺寸计算简图1螺母螺母 2杠杆杠杆 直线进给式铣床夹具用的最多，根据夹具上同时安装工件的数量，又可分为