第三章 机床夹具原理与设计

1、第第1节节 工件的装夹工件的装夹工件中心是定位基准，而夹具上对刀块的位置尺寸是以定位心轴工件中心是定位基准，而夹具上对刀块的位置尺寸是以定位心轴中心为基准的，心轴中心是调刀基准。中心为基准的，心轴中心是调刀基准。自由度示意图自由度示意图盘类零件盘类零件轴类零件轴类零件l应用六点定位原理时的注意事项：应用六点定位原理时的注意事项：1） 定位支承点与工件的定位基准面必须始终保持紧定位支承点与工件的定位基准面必须始终保持紧贴；贴；2） 一个定位支承点只能限制工件一个自由度，同时一个定位支承点只能限制工件一个自由度，同时一个自由度原则上不得有多个支承点重复限制，（支一个自由度原则上不得有多个支承点重复

2、限制，（支承点数不应超过六个）；承点数不应超过六个）；3） 工件应限制几个自由度，由工件加工技术条件来工件应限制几个自由度，由工件加工技术条件来确定；确定；4） 工件的定位不是由夹紧力作用获得的。工件的定位不是由夹紧力作用获得的。5 5）工件的六个自由度被完全限制的定位称）工件的六个自由度被完全限制的定位称完全定位。完全定位。 限制自由度数少于加工技术要求限制的最少自由度数。限制自由度数少于加工技术要求限制的最少自由度数。在实际生产中是绝对不允许的。在实际生产中是绝对不允许的。 过定位造成的后果：过定位造成的后果：（1 1）使工件或夹具元件变形，引起加工误差；）使工件或夹具元件变形，引起加工误

3、差；（2 2）使部分工件不能安装，产生定位干涉（如一面两销）使部分工件不能安装，产生定位干涉（如一面两销） 过定位一般是不允许的，但在精加工时也可看到。过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：消除过定位及其干涉的途径： 1. 1. 改变定位元件结构，消除对自由度的重复改变定位元件结构，消除对自由度的重复 限制，如长销改成短销；限制，如长销改成短销；2. 2. 提高工件定位基面之间的位置精度，提高夹具定位元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，减少或消除过定位引起的干涉，精加件之间的位置精度，减少或消除过定位引起的干涉，精加工时可增加刚度和

4、定位稳定性。工时可增加刚度和定位稳定性。 在在保证加工要求保证加工要求的条件下，限制自由度的数目应的条件下，限制自由度的数目应尽量少，使夹具结构简单。尽量少，使夹具结构简单。 在实际加工中，对工件限制的自由度数目一般在实际加工中，对工件限制的自由度数目一般不不少于三个少于三个。 欠定位欠定位是不允许的。是不允许的。 应尽量应尽量避免重复定位避免重复定位，但在有利于减小加工误差但在有利于减小加工误差时可采用重复定位方式定位的。时可采用重复定位方式定位的。 定位方案限定自由度的选择原则：定位方案限定自由度的选择原则：第第2 2节节 机床夹具概述机床夹具概述 在机床上用于装夹工件或引在机床上用于装夹

5、工件或引导刀具，具有使工件在机床上相导刀具，具有使工件在机床上相对刀具占有正确的位置功能的工对刀具占有正确的位置功能的工艺装备。艺装备。1. 1. 夹具的组成夹具的组成（1 1）定位元件）定位元件（2 2）夹紧元件）夹紧元件（3 3）对刀、导向元件）对刀、导向元件（5 5）夹具体）夹具体 （4 4）连接元件）连接元件（6 6）其它装置（分度装置、安）其它装置（分度装置、安全保护、吊装等）全保护、吊装等）2.2.机床夹具的分类机床夹具的分类按使用特点分：按使用特点分：（1 1）通用夹具）通用夹具（2 2）专用夹具）专用夹具（3 3）成组夹具）成组夹具（4 4）组合夹具）组合夹具 （5 5）随行夹

6、具）随行夹具按使用机床分：按使用机床分：车床夹具、铣床夹具、车床夹具、铣床夹具、钻床夹具、镗床夹具钻床夹具、镗床夹具按动力源分：按动力源分：手动夹具、气动夹具、液压夹具、手动夹具、气动夹具、液压夹具、电动夹具、磁力夹具、真空夹具等电动夹具、磁力夹具、真空夹具等3.3.机床夹具的功用机床夹具的功用（1）保证加工精度）保证加工精度 零件加工精度包括尺寸精度、几何形状和表面相互零件加工精度包括尺寸精度、几何形状和表面相互 位置精度。夹具的最大功用是保证加工表面的位置精度。夹具的最大功用是保证加工表面的位置精度。位置精度。（2）提高生产率，降低生产成本）提高生产率，降低生产成本 快速将工件定位夹紧，免

7、除了找正、对刀等，缩短快速将工件定位夹紧，免除了找正、对刀等，缩短 辅助时间，提高了成品率，降低了成本。辅助时间，提高了成品率，降低了成本。（3）扩大机床的加工范围）扩大机床的加工范围 如在车床上加镗夹具，可完成镗孔加工。如在车床上加镗夹具，可完成镗孔加工。（4）减轻工人劳动强度）减轻工人劳动强度 1 1）固定支承：支承钉（限）固定支承：支承钉（限1 1个）、支承板（限个）、支承板（限2 2个）个）在工件定位后才参与支承的元件，不限制自由在工件定位后才参与支承的元件，不限制自由度，度， 主要用于提高工件的刚度和定位稳定性。主要用于提高工件的刚度和定位稳定性。多用于毛面定位，每批调整一次，以补偿

8、各多用于毛面定位，每批调整一次，以补偿各批批 毛坯误差毛坯误差支承本身可随工件定位基准面的支承本身可随工件定位基准面的变化而自动适应，一般只限制一个自由度，即一点定位。变化而自动适应，一般只限制一个自由度，即一点定位。 分固定式和可换式，圆柱销、菱形销和分固定式和可换式，圆柱销、菱形销和圆锥销（圆锥销（ 常用于工件孔端的定位）常用于工件孔端的定位） 3 3 工件以外圆表面定位工件以外圆表面定位 1 1）定位套筒）定位套筒 2 2）V V形块定位形块定位 结构尺寸已标准化，斜面夹角有结构尺寸已标准化，斜面夹角有60609090120120 3) 支承平面支承平面4 4）半圆定位座）半圆定位座 常

9、用于大型轴类工件的定位常用于大型轴类工件的定位5 5）外圆定心夹紧）外圆定心夹紧 三爪卡盘、双三爪卡盘、双V V形铁定心夹紧、弹簧夹头形铁定心夹紧、弹簧夹头过定位的解决办过定位的解决办法是：法是：将销将销2 2做成削边销做成削边销 2 2）一平面和与其垂直的两外圆柱面组合）一平面和与其垂直的两外圆柱面组合3 3）一孔和一平行于孔中心线的平面组合）一孔和一平行于孔中心线的平面组合夹紧力保证加工精度实现的条件保证加工精度实现的条件 若规定工件的加工允差为若规定工件的加工允差为工件工件，以，以夹具夹具表示与采用表示与采用夹具有关的误差，以夹具有关的误差，以加工加工表示除夹具外与工艺系统其它表示除夹具

10、外与工艺系统其它因素（如机床误差、刀具误差、受力受热变形等）有关因素（如机床误差、刀具误差、受力受热变形等）有关的加工误差，为保证工件的加工精度要求，必须满足误的加工误差，为保证工件的加工精度要求，必须满足误差计算不等式差计算不等式 ： 工件工件夹具夹具加工加工 制订夹具公差时，应保证夹具的定位、制造和调整误差制订夹具公差时，应保证夹具的定位、制造和调整误差 的总和不超过零件公差的的总和不超过零件公差的三分之一三分之一。. j w（1）工件圆孔与刚性心轴或销过盈配合工件圆孔与刚性心轴或销过盈配合 孔与心轴始终同心，故孔与心轴始终同心，故 但由于工件装夹困难，一但由于工件装夹困难，一般很少采用。

11、般很少采用。0.wj（2）工件圆孔与刚性心轴或销间隙配合工件圆孔与刚性心轴或销间隙配合 心轴水平放置心轴水平放置（重力作用下孔与心轴固定上母线接触重力作用下孔与心轴固定上母线接触）工件孔尺寸工件孔尺寸 ，心轴尺寸，心轴尺寸 工件孔中心最大变动量即为基准位移误差：工件孔中心最大变动量即为基准位移误差：0DTD0dTd孔孔 Dmax=D+TD Dmin=D 轴轴 dmax=d dmin=d- Td1221oooooooo轴最大孔最小时极限位置轴最小孔最大时极限位置为孔的中心的变动量.1221()()22222j wdDDdOOOOOOdTDTDdTT 孔与心轴可以在任意方向接触，孔的中心最大变动量

12、即为孔与心轴可以在任意方向接触，孔的中心最大变动量即为基准位移误差：基准位移误差：.12min()()j wDdDdOODdDTdTTTX0.wj其中其中 Xmin=(Dmin-dmax) 为孔与为孔与轴的最小配合间隙轴的最小配合间隙 主要分析工件外圆在主要分析工件外圆在V形块上定位情况：形块上定位情况： 由于工件设计基准不同，可能出现以下三种情况，由于工件设计基准不同，可能出现以下三种情况，即设计基准分别为即设计基准分别为B、C 、O 。11221222111()()HB BABABAOO BAOO B2211()()222sin2sin22dddd1(1)2sin2d12B B1）尺寸）尺

13、寸H1的定位误差的定位误差 设计基准为设计基准为B，定位基准为，定位基准为E,F。其。其最大的位置变动量为最大的位置变动量为即定位误差：即定位误差：=21221222111()()HC CACACAOO CAOOC12CC1(1)2sin2d3）尺寸）尺寸H3的定位误差的定位误差 设计基准设计基准为为O，定位基准为，定位基准为A，其最大的，其最大的位置变动量为位置变动量为12OO31221HOOAOAO212sin2sin22dd2sin2d0.03030组成（1）动力装置动力装置（2）中间传力机构中间传力机构（3）夹紧元件夹紧元件作用1 1）改变作用力的方向；）改变作用力的方向；2 2）改变

14、作用力的大小；）改变作用力的大小；3 3）使夹紧实现自锁。）使夹紧实现自锁。1 1）夹紧时不破坏工件定位后的正确位置；）夹紧时不破坏工件定位后的正确位置； 稳稳2 2）夹紧力大小要适当；）夹紧力大小要适当； 牢牢3 3）夹紧动作要迅速、可靠；）夹紧动作要迅速、可靠； 快快4 4）结构紧凑，易于制造与维修。）结构紧凑，易于制造与维修。 易易基基本本要要求求必须合理确定夹紧力的三要素：必须合理确定夹紧力的三要素：大小、方向和作用点大小、方向和作用点 保证定位准确、保证定位准确、可靠；可靠； 尽量与切削力、尽量与切削力、重力方向一致重力方向一致/10(2/10)0cPF lFlGlFllF z（1）

15、斜楔夹紧机构）斜楔夹紧机构以斜楔为研究对象，夹紧时以斜楔为研究对象，夹紧时根据静力平衡原理，有根据静力平衡原理，有 FQ = F1+ FRX F1 = FJ tan1 FRX = FJ tan(2)FJ = FQ / tan1tan(2)设设1 =2 =，当当10，可用下式近似计算可用下式近似计算FJ = FQ /(tan2)夹紧力夹紧力FQ去除，斜楔受到去除，斜楔受到F1、FRX作用，要能自锁，必须满作用，要能自锁，必须满足下式足下式 F1 FRX F1 = FJ tan1 FRX = FJ tan(2) tan1 tan(2) 即即 1 ( 2) 或或 1 2自锁条件：自锁条件：压力角压力

16、角(斜楔升角斜楔升角 )小于摩擦角小于摩擦角一般一般1 =2 = =57，故当故当1014时自锁，时自锁，一般取一般取=68 斜楔夹紧的特点：斜楔夹紧的特点： 1 1）有增力作用，扩力比）有增力作用，扩力比 i = FJ / FQ ，约等于约等于3 3； 2 2）夹紧行程小）夹紧行程小, ,h/s =tan，故，故 h 远小于远小于 s ； 3 3）结构简单，但操作不方便。）结构简单，但操作不方便。主要用于机动夹紧，且毛坯质量较高的场合。主要用于机动夹紧，且毛坯质量较高的场合。（2）螺旋夹紧机构）螺旋夹紧机构螺旋夹紧特点：螺旋夹紧特点： 1 1）结构简单，自锁性好，夹紧可靠；）结构简单，自锁性

17、好，夹紧可靠； 2 2）扩力比约为扩力比约为80,80,远比斜楔夹紧力大；远比斜楔夹紧力大； 3 3）夹紧行程不受限制；）夹紧行程不受限制； 4 4）夹紧动作慢，辅助时间长，效率低）夹紧动作慢，辅助时间长，效率低（3）其它夹紧机构）其它夹紧机构1）螺旋压板夹紧机构）螺旋压板夹紧机构2）螺旋定心夹紧机构）螺旋定心夹紧机构3）联动夹紧机构）联动夹紧机构4）多件夹紧机构）多件夹紧机构（4）偏心夹紧机构）偏心夹紧机构常见的偏心轮常见的偏心轮压板夹紧机构压板夹紧机构偏心夹紧机构自锁条件：偏心夹紧机构自锁条件：偏心夹紧斜楔角偏心夹紧斜楔角x x ：偏心轮的工作转角一般小于偏心轮的工作转角一般小于90o，常

18、用工作段，常用工作段x：45o135o：升角大，夹紧力较小，但夹紧行程大升角大，夹紧力较小，但夹紧行程大 90o180o：升角由大到小，夹紧力增大，但夹紧行程小。升角由大到小，夹紧力增大，但夹紧行程小。 )180sin(2/sin0 xxDe 1）偏心夹紧机构：）偏心夹紧机构：偏心夹紧的实质还是斜楔的作用。偏心夹紧的实质还是斜楔的作用。 2 2）圆偏心夹紧的夹紧力）圆偏心夹紧的夹紧力 用于切削力小，无振动，工件尺寸公差不大的用于切削力小，无振动，工件尺寸公差不大的场合。场合。（5）夹紧动力装置）夹紧动力装置气动、液压、电磁、真空等气动、液压、电磁、真空等气气液压组合夹紧液压组合夹紧 用于工件的

19、一次装夹中，顺序进行钻孔、扩孔、铰孔或用于工件的一次装夹中，顺序进行钻孔、扩孔、铰孔或攻螺纹等多个工步加工时，使用不同孔径的钻套来引导刀具。攻螺纹等多个工步加工时，使用不同孔径的钻套来引导刀具。 切削力较大，断续切削，易振动，夹紧力要大和较好的切削力较大，断续切削，易振动，夹紧力要大和较好的自锁性，受力元件要有足够的强度和刚性。自锁性，受力元件要有足够的强度和刚性。 便于调整刀具，要设置便于调整刀具，要设置对刀装置对刀装置。对刀块和刀具之间要。对刀块和刀具之间要放对刀塞尺，以避免刀具与对刀块直接接触，而碰伤刀放对刀塞尺，以避免刀具与对刀块直接接触，而碰伤刀刃或对刀块。刃或对刀块。 采用导向键与

20、机床工作台采用导向键与机床工作台T形槽相配合来实现夹具在机床形槽相配合来实现夹具在机床上的定位，要使夹具上定位元件工作面与铣削运动方向上的定位，要使夹具上定位元件工作面与铣削运动方向有一准确位置。有一准确位置。1）设计要点）设计要点2）对刀装置）对刀装置确定夹具相对于刀具的位置，由对刀块和塞尺构成。3）夹具体）夹具体 足够的强度和刚度、稳定性，夹具体通过定向键与工作足够的强度和刚度、稳定性，夹具体通过定向键与工作台台T形槽配合确定夹具在机床上的位置。形槽配合确定夹具在机床上的位置。4）铣夹具类型）铣夹具类型 （ 1）单支承前引导）单支承前引导 （2）单支承后引导）单支承后引导 （3）前后双支承

21、引导）前后双支承引导 （4）双支承后引导）双支承后引导分为固定式镗套和回转式镗套两类。分为固定式镗套和回转式镗套两类。 （1）固定式：）固定式： 外形尺寸较小，且位置精度较高。缺点是易于磨损，多外形尺寸较小，且位置精度较高。缺点是易于磨损，多用于速度较低的场合。用于速度较低的场合。（2）回转式镗套）回转式镗套a a）内滚式镗套）内滚式镗套 镗套精度较好，但尺寸较大，因此多用于后导向。镗套精度较好，但尺寸较大，因此多用于后导向。b b）外滚式镗套）外滚式镗套 镗套尺寸较小，应用较多。镗速高。镗套尺寸较小，应用较多。镗速高。各种镗套特点类固定镗套滑动镗套滚动镗套适应转速低低高承载能力较大大低润滑要

22、求较高高低径向尺寸小较小大加工精度较高高低应用低速、一般镗孔低速、孔距小高速、孔距大3）镗杆）镗杆导引部分结构导引部分结构镗杆常用浮动接头连接镗杆常用浮动接头连接4）镗模支架）镗模支架 镗模支架和底座多为铸铁件，常分开制造，安装镗套并镗模支架和底座多为铸铁件，常分开制造，安装镗套并承受切削力，设计中不允许在支架上设置夹紧机构或承受承受切削力，设计中不允许在支架上设置夹紧机构或承受夹紧反力。镗模支架与底座连接。一般采用螺钉和销对定夹紧反力。镗模支架与底座连接。一般采用螺钉和销对定紧固。紧固。 5、镗模底座 底座侧面加工出窄长的找正基面，找正基面与镗套中心线平行底座侧面加工出窄长的找正基面，找正基

23、面与镗套中心线平行度应在度应在300：0.01之内。之内。 （1）一般都安装在车床主轴上，加工时随机床主轴一起旋一般都安装在车床主轴上，加工时随机床主轴一起旋转，切削刀具作进给运动。转，切削刀具作进给运动。 （2）结构紧凑，尺寸小，重量轻，重心尽可能靠近回转轴线，）结构紧凑，尺寸小，重量轻，重心尽可能靠近回转轴线，一般要求夹具悬伸长度不大于夹具轮廓外径，减小惯性力。一般要求夹具悬伸长度不大于夹具轮廓外径，减小惯性力。 （2）应有平衡措施，消除回转不平衡引起的振动现象，一）应有平衡措施，消除回转不平衡引起的振动现象，一般设计平衡块的位置可调，便于调整。般设计平衡块的位置可调，便于调整。 （3）为

24、了操作安全，夹具尽可能避免尖角或突出部位，必）为了操作安全，夹具尽可能避免尖角或突出部位，必要时回转部分外面应加防护罩。要时回转部分外面应加防护罩。 （4）夹具与机床主轴定位面间必须有良好的配合和可靠的）夹具与机床主轴定位面间必须有良好的配合和可靠的联接。联接。 （5）夹紧机构自锁性要好，任何元件不得伸出夹具体外。）夹紧机构自锁性要好，任何元件不得伸出夹具体外。 与车床主轴的连接方式取决于机床主轴轴端的结构以及与车床主轴的连接方式取决于机床主轴轴端的结构以及夹具的体积和精度要求。夹具的体积和精度要求。 1基础件基础件 2支承件支承件 3定位件定位件 4导向件导向件 5夹紧件夹紧件 6紧固件紧固

25、件 7其它件其它件 8合件合件 5 组合夹具组合夹具图孔系组合夹具 组合夹具元件组合夹具元件第一类：基础件第一类：基础件主要用做夹具体，见图主要用做夹具体，见图 基础件第二类：支承件第二类：支承件主要用做不同高度的支承和各种定位支承平面主要用做不同高度的支承和各种定位支承平面支承件第三类：定位件第三类：定位件主要用做工件定位和组合夹具元件连接定位主要用做工件定位和组合夹具元件连接定位定位件第四类：导向件第四类：导向件主要用做钻套、钻模板，见图主要用做钻套、钻模板，见图7.6所示。所示。导向件第五类：压紧件第五类：压紧件主要用做夹紧工件主要用做夹紧工件压紧件第六类：紧固件第六类：紧固件主要用做连

26、接紧固及被加工件紧固主要用做连接紧固及被加工件紧固紧固件第七类：其它件第七类：其它件主要起辅助作用主要起辅助作用其它件第八类：合件第八类：合件不可拆卸，有定位合件、导向合件、分度不可拆卸，有定位合件、导向合件、分度合件、支承合件、夹紧合件等合件、支承合件、夹紧合件等 第八节第八节 机床夹具设计的基本步骤机床夹具设计的基本步骤第第7 7节节 机床夹具设计的基本步骤机床夹具设计的基本步骤1)1)有一定的精度和良好的结构工艺性；有一定的精度和良好的结构工艺性；2)2)足够的强度和刚度；足够的强度和刚度；3)3)在机床工作台上安装的夹具，应使其重心尽量低，夹具体在机床工作台上安装的夹具，应使其重心尽量低，夹具体的高度尺寸要小。的高度尺寸要小。4)4)夹具体的结构要简单、紧凑，尺寸要稳定，残余应力要小。夹具体的结构要简单、紧凑，尺寸要稳定，残余应力要小。 5) 5)要有适当的容屑空间和良好的排屑性能。要有适当的容屑空间和良好的排屑性能。 1)工件与定位元件间的联系尺寸，工件与定位元件间的联系尺寸，如工件基准孔与夹具定位销的配如工件基准孔与夹具定位销的配合尺寸。合尺寸。 2)夹具与刀具的联系尺寸，如夹具与刀具的联系尺寸，如对刀块与定位元件之间，钻套、对刀块与定位元件之间，钻套、镗套与定位元件之间的位置尺镗套与定位元件之间的位置尺寸及公差。寸及公差。 3)夹具与