机械制造技术基础-第四章 机床夹具设计原理mppt课件

1、第四章第四章 机床夹具设计原理机床夹具设计原理学习目的与要求学习目的与要求（1了解机床夹具的组成、作用及其对零件加工的重要性了解机床夹具的组成、作用及其对零件加工的重要性（2掌握对工件定位的概念、原理、要求及定位误差的概念掌握对工件定位的概念、原理、要求及定位误差的概念（3掌握各种不同定位方式定位误差的计算掌握各种不同定位方式定位误差的计算（4熟悉对工件夹紧的目的、要求和夹紧机构熟悉对工件夹紧的目的、要求和夹紧机构（5熟悉各种机床上使用的夹具特点熟悉各种机床上使用的夹具特点（6初步掌握夹具设计的方法、要点和步骤初步掌握夹具设计的方法、要点和步骤主要内容主要内容第第4 4章章 机床夹具设计原理机

2、床夹具设计原理4.1 4.1 机床夹具的概述机床夹具的概述4.2 4.2 工件的定位工件的定位4.3 4.3 典型的定位方式、定位元件及定位装置典型的定位方式、定位元件及定位装置4.4 4.4 定位误差定位误差4.5 4.5 工件的夹紧工件的夹紧4.6 4.6 夹紧机构夹紧机构4.7 4.7 夹具的动力装置夹具的动力装置4.8 4.8 夹具的其它装置夹具的其它装置4.9 4.9 夹具设计的方法及步骤夹具设计的方法及步骤思考与练习：思考与练习：一、机床夹具的定义一、机床夹具的定义 工艺装备工艺装备:刀具、夹具、量具、辅具刀具、夹具、量具、辅具 机床夹具：机床与工件间的一种连接装置，其功机床夹具：

3、机床与工件间的一种连接装置，其功用是用是 使工件能安装到机床的正确位置上。使工件能安装到机床的正确位置上。二、工件的安装二、工件的安装 定义定义 内容：内容： 方式：方式：4-1 夹具的基本概念夹具的基本概念安装安装定位定位夹紧夹紧划线安装划线安装夹具安装夹具安装三、夹具的组成三、夹具的组成三、夹具的组成三、夹具的组成1、夹具的组成、夹具的组成 定位元件及定位装置定位元件及定位装置 夹紧元件及夹紧装置夹紧元件及夹紧装置 导向元件或对刀装置导向元件或对刀装置 动力装置动力装置 夹具体夹具体 其它元件与装置其它元件与装置2、夹具的工作原理要点、夹具的工作原理要点 使工件在夹具中占有正确的加工位置；

4、使工件在夹具中占有正确的加工位置； 夹具对于机床应保证有准确的相对位置；夹具对于机床应保证有准确的相对位置； 使刀具相对于定位元件的工作面调整到准确位置。使刀具相对于定位元件的工作面调整到准确位置。机床夹具和机床、刀具、工件之间关系图机床夹具和机床、刀具、工件之间关系图四、夹具的作用四、夹具的作用（1保证加工精度保证加工精度 （2提高生产率提高生产率（3减轻工人劳动强度减轻工人劳动强度 （4扩大机床使用范围扩大机床使用范围（5降低生产成本降低生产成本 （6可由较低技术等级的工人加工可由较低技术等级的工人加工 五、夹具分类五、夹具分类 1、按夹具的使用范围、按夹具的使用范围 通用夹具通用夹具 专

5、用夹具专用夹具 成组夹具成组夹具 组合夹具组合夹具 随行夹具随行夹具 2、按机床种类、按机床种类 车床夹具车床夹具 磨床夹具磨床夹具 钻床夹具钻床夹具(钻模钻模) 镗床夹具镗床夹具(镗模镗模) 铣床夹具铣床夹具 3、按动力源、按动力源 手动、气动、液压、气液、电动、电磁、真空手动、气动、液压、气液、电动、电磁、真空4-2工件的定位工件的定位一、定位与基准一、定位与基准 定位：工件在机床或夹具中占有正确的位置过程定位：工件在机床或夹具中占有正确的位置过程 夹紧：将工件在夹具中的正确位置固定下来的操夹紧：将工件在夹具中的正确位置固定下来的操作作 定位基准：确定工件安装时所用的基准定位基准：确定工件

6、安装时所用的基准 二、定位原理二、定位原理 自由度：一个物体在空间中可能具有的运动自由度：一个物体在空间中可能具有的运动 刚体有六个自由度：刚体有六个自由度： 定位本质：采取各种约束措施来消除六个自由度定位本质：采取各种约束措施来消除六个自由度 六点定位原理：六点定位原理： x yzxyz 、 、 、 、平面平面 1、2、3：圆柱面圆柱面 5、6 ： 槽槽 4 ：zxy、 、xy、z圆盘类零件圆盘类零件轴类零件轴类零件圆柱面圆柱面 1、3、4、5：槽槽 2： 端端 6： y z y z 、xx定位销定位：定位销定位：六点六点定位原理定位原理 采用六个按一定规则布置的约束点，限采用六个按一定规则

7、布置的约束点，限制工件的六个自由度，实现完全定位制工件的六个自由度，实现完全定位常见定位元件分析常见定位元件分析V型铁定位：型铁定位：锥销定位：锥销定位：顶尖定位：顶尖定位：三、定位的正常情况与非正常情况三、定位的正常情况与非正常情况需限制需限制5个自由度个自由度需限制需限制6个自由度个自由度正常定位正常定位完全定位完全定位不完全定位不完全定位非正常定位非正常定位欠定位欠定位超定位超定位超定位的几个例子超定位的几个例子平面定位：平面定位：四个支撑钉四个支撑钉三个三个平面长销平面长销 平面平面33个；长销个；长销44个个改进措施改进措施长销与小端面长销与小端面短销与大端面短销与大端面长销与浮动端

8、面垫长销与浮动端面垫一面两销一面两销 两个短销均限制了两个短销均限制了 将其中一销改为削边销将其中一销改为削边销Y 过定位益处过定位益处 增加稳定性增加稳定性 增加刚性增加刚性具体情况具体分析：具体情况具体分析： 该限制的没有限制该限制的没有限制欠定位，不允许；限制自由度小欠定位，不允许；限制自由度小于六时，是欠定位或不完全定位于六时，是欠定位或不完全定位 一个自由度被多个定位元件限制一个自由度被多个定位元件限制超定位，一般不允超定位，一般不允许许 工件定位面精度、夹具定位元件精度较高工件定位面精度、夹具定位元件精度较高允许过定允许过定位位提高刚度提高刚度 工件刚度低，过定位工件刚度低，过定位

9、提高刚度提高刚度 根据加工要求确定定位，不必完全定位。根据加工要求确定定位，不必完全定位。 4-3 典型的定位方式、定位元件及定位装置典型的定位方式、定位元件及定位装置 一、定位元件的要求一、定位元件的要求 有与工件相应的精度；有与工件相应的精度； 有足够的刚度；有足够的刚度； 有足够的耐磨性。有足够的耐磨性。二、常见的定位方式及定位元件二、常见的定位方式及定位元件平面定位、外圆定位、内孔定位、组合定位平面定位、外圆定位、内孔定位、组合定位1、平面定位、平面定位 应用场合：箱体、床身、机座、支架等应用场合：箱体、床身、机座、支架等 定位元件：固定支承、可调支承、自位支承、定位元件：固定支承、可

10、调支承、自位支承、 辅助支承辅助支承 固定支承固定支承 精基准：精基准： 平头支承钉或支承板平头支承钉或支承板 粗基准：粗基准： 球头或网纹支承钉球头或网纹支承钉可调支承可调支承 自位支承自位支承 提高工件刚性提高工件刚性 避免超定位避免超定位辅助支承辅助支承 提高工件刚性提高工件刚性 不限制自由度不限制自由度辅助支承辅助支承2 2、圆孔定位、圆孔定位 定位销：主用于中心孔定位，一般定位销：主用于中心孔定位，一般d50mmd50mm 锥销锥销圆柱形定位销：限制圆柱形定位销：限制2 2个自由度个自由度 菱形销菱形销( (削边销削边销) )：限制：限制1 1个自由度个自由度固定：限制固定：限制3

11、3个自由度个自由度浮动：限制浮动：限制2 2个自由度个自由度心轴：心轴： A A、刚性心轴、刚性心轴间隙配合，基孔制间隙配合，基孔制(h,g,f)，定心精度低，定心精度低过盈配合，基孔制过盈配合，基孔制(r,s,u)，定心精度高，定心精度高B、锥度心轴、锥度心轴 常用锥度：常用锥度：1:10001:5000 定心精度高，不用夹紧，但要求工件孔的精度高定心精度高，不用夹紧，但要求工件孔的精度高C、弹性心轴：、弹性心轴： 定心精度高，装卸方便定心精度高，装卸方便液性塑料心轴，定心精度高，但要求工件孔的精度高液性塑料心轴，定心精度高，但要求工件孔的精度高D、定心心轴：用于粗基准或孔径大时、定心心轴：

12、用于粗基准或孔径大时 孔定位孔定位3 3、外圆定位、外圆定位 套筒套筒 自动定心定位：卡盘及卡头自动定心定位：卡盘及卡头气动三爪卡盘气动三爪卡盘鼓膜式定心卡头鼓膜式定心卡头液性塑料筒夹液性塑料筒夹筒夹卡盘筒夹卡盘自动定心定位自动定心定位支承支承V型铁定位型铁定位 分类：分类： 特点：对中性好特点：对中性好 运用：外圆柱面定位；任意曲线柱面的定位；与其他运用：外圆柱面定位；任意曲线柱面的定位；与其他定位元件组合使用；超定位时，可做成浮动形式定位元件组合使用；超定位时，可做成浮动形式平支承平支承两个平支承两个平支承半圆支承半圆支承长长V V型铁：限制型铁：限制4 4个自由度个自由度短短V V型铁：

13、限制型铁：限制2 2个自由度个自由度V V型铁型铁盖板式钻模盖板式钻模固定式钻模固定式钻模4 4、圆锥孔定位、圆锥孔定位 用圆锥销定位，特例是顶尖死顶尖和浮动顶尖组合用圆锥销定位，特例是顶尖死顶尖和浮动顶尖组合限制限制5 5个自由度）个自由度）5 5、组合定位、组合定位几个定位元件组合起来同时定位工件的几个定位元件组合起来同时定位工件的 几个定位面。几个定位面。（1 1一个平面和两个与其垂直的孔一个平面和两个与其垂直的孔 A A 、采用一个平面和两个圆柱销的情况、采用一个平面和两个圆柱销的情况设孔设孔1和销和销1准确定位，两者最小间隙准确定位，两者最小间隙1，要将孔，要将孔2套入套入定位销定位

14、销2，而两个中心距又有误差，则只能将定位销，而两个中心距又有误差，则只能将定位销2减减小。从图中可以看出，当两孔中心距最大两销中心距最小。从图中可以看出，当两孔中心距最大两销中心距最小或反之小或反之 L-LxL+Lg知知:孔孔:销销:孔心距孔心距: LLg销心距销心距: LLx求求: dmax00-Td1-Td2d1,d2D1D2+T+T00D1,D2这种靠减小这种靠减小d2d2直径的方法来直径的方法来解决两孔装不进定位销的矛解决两孔装不进定位销的矛盾，将会造成较大的工件转盾，将会造成较大的工件转角误差。角误差。 2max222xgdDLLLL2max22()gxdDLL2max212()gx

15、dDLLL-LxL+Lg B、用削边销来补偿两孔中心距和两销中心距的误差、用削边销来补偿两孔中心距和两销中心距的误差 削边销的出现削边销的出现 设两孔中心距最大，两销中心距最小设两孔中心距最大，两销中心距最小11min1maxDd 22min2maxDd 如把定位销如把定位销2削成宽为削成宽为b的扁销，即可补偿两个中心距的扁销，即可补偿两个中心距误差使工件顺利装入。根据几何关系得两三角形）误差使工件顺利装入。根据几何关系得两三角形）略去高阶小量略去高阶小量当两孔中心距最小，两销中心距最大时，结果相同。当两孔中心距最小，两销中心距最大时，结果相同。222()2()2()xgxgDbLLLL2BD

16、O2BDO222()xgDbLL 削边销结构削边销结构 扁销扁销 凸肚销凸肚销 菱形销菱形销刚性差刚性差 制造复杂制造复杂 已标准化已标准化 适用范围适用范围: D250 D23 3D2K2 K1留意留意4-5 工件的夹紧工件的夹紧一、夹紧机构的组成一、夹紧机构的组成 1、夹紧元件、夹紧元件 2、动力装置、动力装置 3、中间传力机构、中间传力机构二、夹紧机构的基本要求与设计原则二、夹紧机构的基本要求与设计原则 1、夹紧必须保证定位而不能破坏定位、夹紧必须保证定位而不能破坏定位主要夹紧力垂直于装置基面主要夹紧力垂直于装置基面 夹紧元件不应破坏工件定位夹紧元件不应破坏工件定位2、工件和夹具的夹紧变

17、形必须在允许范围内、工件和夹具的夹紧变形必须在允许范围内 夹紧力作用在工件刚性较好的方向上夹紧力作用在工件刚性较好的方向上夹紧力的着力点和支承点尽可能靠近切削力作用点夹紧力的着力点和支承点尽可能靠近切削力作用点 夹紧力的反作用力不应使夹具产生影响加工精度的夹紧力的反作用力不应使夹具产生影响加工精度的变形变形 夹紧力大小要适当夹紧力大小要适当3、夹紧机构必须可靠、夹紧机构必须可靠 夹紧元件本身有足够的刚度和强度夹紧元件本身有足够的刚度和强度 手动夹紧的自锁性能可靠手动夹紧的自锁性能可靠 夹紧机构有足够的夹紧行程夹紧机构有足够的夹紧行程4、夹紧机构的操作安全、省力、方便、迅速、夹紧机构的操作安全、

18、省力、方便、迅速5、夹紧机构的复杂程度和自动化程度与生产规模及工厂、夹紧机构的复杂程度和自动化程度与生产规模及工厂的财力、物力相适应的财力、物力相适应 三、夹紧力的确定三、夹紧力的确定 夹紧力大小、方向和作用点夹紧力大小、方向和作用点 1、夹紧力的方向、夹紧力的方向 保证定位准确可靠，一般垂直于主要定位基准面；保证定位准确可靠，一般垂直于主要定位基准面； 应使所需夹紧力尽可能小；应使所需夹紧力尽可能小； 应使工件变形小；应使工件变形小； 2、夹紧力的作用点、夹紧力的作用点 保持工件稳定定位，正对支承元件或落在几个定位保持工件稳定定位，正对支承元件或落在几个定位 元件形成的稳定受力区域内；元件形

19、成的稳定受力区域内； 使工件夹紧变形尽可能小；使工件夹紧变形尽可能小； 尽可能靠近工件被加工表面；尽可能靠近工件被加工表面；三要素三要素辅助支承辅助支承F1F1F23、夹紧力大小的选择、夹紧力大小的选择 夹紧力大小应适当夹紧力大小应适当 确定方法：确定方法： 类比法计算分析法类比法计算分析法 加工过程中，切削力变化加工过程中，切削力变化时，按最不利的情况考虑时，按最不利的情况考虑开场，绕开场，绕0点翻转，摩擦力矩点翻转，摩擦力矩12ABFf LFf L1/2ABFFW121/2 WfLLK P L122L K PWfLL4-6 夹紧机构夹紧机构 一、斜楔夹紧机构一、斜楔夹紧机构00 xyFF2

20、11sin()cos()QFRWR11FtgR22FW tg1cos()WR21()QW tgW tg21()QWtgtg1、夹紧力计算、夹紧力计算即即又又2、结构特点：、结构特点：斜楔具有自锁性斜楔具有自锁性21122212121120 sin() cos()()()xFFRRWFW tgW tgW tgtgtg普通普通 约约6， 手动可靠手动可靠 气动、液压时，气动、液压时，可大些，可大些，1530。12、612具有改变压力方向的特点具有改变压力方向的特点具有增力作用具有增力作用 增力系数增力系数 3左右左右夹紧行程小，行程夹紧行程小，行程h，移动，移动S 行程小行程小 自锁差自锁差3、适

21、用范围、适用范围 小型钻床、铣床；与其他装置组合使用小型钻床、铣床；与其他装置组合使用2111()pWiQtgtghtgShS tg二、螺旋夹紧机构二、螺旋夹紧机构 1、结构形式、结构形式三、偏心夹紧机构三、偏心夹紧机构 四、铰链夹紧机构四、铰链夹紧机构 增力机构，常与气缸、油缸联动以扩增力机构，常与气缸、油缸联动以扩大夹紧大夹紧 力，动作迅速，容易改变力的传递方力，动作迅速，容易改变力的传递方向压板张向压板张 开量大；但自锁性能差开量大；但自锁性能差特点特点五、定心夹紧机构五、定心夹紧机构 三爪卡盘、弹性夹头等三爪卡盘、弹性夹头等六、联动夹紧机构六、联动夹紧机构 1、常见的联动夹紧方式、常见

22、的联动夹紧方式 多点夹紧联动多点夹紧联动 多件夹紧联动多件夹紧联动 先定位后夹紧联动先定位后夹紧联动 夹紧与其他动作联动夹紧与其他动作联动2、设计联动夹紧机构时应注意的问题、设计联动夹紧机构时应注意的问题 仔细进行运动分析和受力分析，以确保实现设计仔细进行运动分析和受力分析，以确保实现设计意图；意图； 设计必要的浮动环节及浮动程度，以保证夹紧均设计必要的浮动环节及浮动程度，以保证夹紧均衡、运动不发生干涉；衡、运动不发生干涉； 保证所有压板都能松夹，以便装卸工件；保证所有压板都能松夹，以便装卸工件； 注意刚性，以免刚性不足而夹不紧；注意刚性，以免刚性不足而夹不紧； 避免过于复杂，否则会降低可靠性

23、，制造困难。避免过于复杂，否则会降低可靠性，制造困难。 4-7 夹具的动力装置夹具的动力装置一、动力装置的作用一、动力装置的作用 减轻工人劳动强度，提高生产率，保证安全生产减轻工人劳动强度，提高生产率，保证安全生产 常用动力装置：常用动力装置： 气压、液压、气液联合、电动、电磁、真空等气压、液压、气液联合、电动、电磁、真空等二、气压夹紧二、气压夹紧采用压缩空气采用压缩空气缺陷缺陷优点优点运用、操纵方便运用、操纵方便夹紧效率高夹紧效率高夹紧轻便夹紧轻便夹紧刚度不高夹紧刚度不高夹紧装置空间大夹紧装置空间大特点特点噪声污染噪声污染气动夹紧及其辅助装置系统图气动夹紧及其辅助装置系统图固定式气缸固定式气

24、缸回转式气缸回转式气缸三、液压夹紧三、液压夹紧 1、液压的压力较高，油缸小，布局方便，不需、液压的压力较高，油缸小，布局方便，不需增力机增力机 构，结构简单；构，结构简单； 2、夹紧刚度大，夹紧可靠，动作比较平稳；、夹紧刚度大，夹紧可靠，动作比较平稳； 3、在有液压系统的机床上实现比较方便，否则、在有液压系统的机床上实现比较方便，否则需增设油需增设油 泵站，提供高压油，因此成本高；泵站，提供高压油，因此成本高； 4、没有排气噪声，但油泵工作时的噪声也很大，、没有排气噪声，但油泵工作时的噪声也很大，另外漏另外漏 油不易处理，污染环境。油不易处理，污染环境。特点特点 (与气压比与气压比)四、气液联

25、合夹紧四、气液联合夹紧 利用气压来源方便和液压工作油缸体积小的利用气压来源方便和液压工作油缸体积小的特点，其能量来源是压缩空气，执行机构是油缸。特点，其能量来源是压缩空气，执行机构是油缸。02111)/(PdDP增压器增压器五、电动夹紧五、电动夹紧 多由电动机、减速装置和螺旋副传动等组成多由电动机、减速装置和螺旋副传动等组成六、电磁夹紧六、电磁夹紧 七、真空夹紧七、真空夹紧有色金属、合金等有色金属、合金等4-8 夹具的其它装置夹具的其它装置一、孔加工时的导向装置一、孔加工时的导向装置 1、钻孔导向、钻孔导向钻套钻套 （1钻套的类型钻套的类型(根据结构根据结构)： 固定钻套、可换钻套、快换钻套、

26、特殊钻固定钻套、可换钻套、快换钻套、特殊钻套套固定式固定式 ( (有肩和无肩有肩和无肩) ) 配合：配合： 特点：位置精度高，结构简单，但磨损后不易换，不特点：位置精度高，结构简单，但磨损后不易换，不 能钻能钻扩扩铰铰 运用：运用： 用于单件、小批及孔距小的地方。用于单件、小批及孔距小的地方。可换钻套可换钻套 配合：钻套与衬套间配合：钻套与衬套间 ，衬套与孔间，衬套与孔间 特点：操作方便，螺钉可防止钻套松动和被顶出特点：操作方便，螺钉可防止钻套松动和被顶出 运用：大批量生产，但不宜用于连续更换刀具的场合运用：大批量生产，但不宜用于连续更换刀具的场合76Hn67rH67gH56gH76Hn67r

27、H快换钻套快换钻套 用于钻用于钻扩扩铰铰( (攻丝攻丝) )特殊钻套特殊钻套（2钻套的尺寸和公差钻套的尺寸和公差 内径内径D 其基本尺寸一般等于刀具的最大极限尺寸，其基本尺寸一般等于刀具的最大极限尺寸， 按基轴制选用的间隙配合按基轴制选用的间隙配合F7或或G6 钻套高钻套高H 对于一般孔距精度对于一般孔距精度 H=(1.52)d 对于孔距平行度要求高的对于孔距平行度要求高的 H=(2.53.5)d 钻套与工件距离钻套与工件距离h 留有空间留有空间排屑；排屑； 加工铸铁加工铸铁 h=(0.30.7)d； 加工钢加工钢 h=(0.71.5)d； 孔的位置高，可取孔的位置高，可取h=0 断屑好断屑好

28、 h，不好，不好 h运用：运用： 杆杆套紧；套紧； 套套衬用衬用57hH67gH（3钻模举例钻模举例 固定式与移动式钻模固定式与移动式钻模 翻转式或回转式钻模翻转式或回转式钻模 当工件上有几个方向不同孔时，可用一个钻模在一次当工件上有几个方向不同孔时，可用一个钻模在一次安装中进行加工。这种钻模能获得所需的几个方向加安装中进行加工。这种钻模能获得所需的几个方向加工位置。工位置。 翻转式钻模：整个夹具可以和工件一起翻转翻转式钻模：整个夹具可以和工件一起翻转 回转式钻模回转式钻模分度机构分度机构2 2、镗孔的导向、镗孔的导向镗套镗套 （1 1镗套结构类型镗套结构类型 固定式镗套固定式镗套不与镗杆一起

29、转动不与镗杆一起转动 外形尺寸小，外形尺寸小，结构简单，中结构简单，中心位置准确，心位置准确，转速高时出现转速高时出现“咬死咬死”，不超，不超过过20米米/分分 回转式镗套回转式镗套 外滚式回转镗套：将回转部分装在夹具上，镗杆和导套之外滚式回转镗套：将回转部分装在夹具上，镗杆和导套之间只有相对移动，而无转动。间只有相对移动，而无转动。 内滚式回转镗套：将回转部分装在镗杆上内滚式回转镗套：将回转部分装在镗杆上,精度高。精度高。 （2镗刀通过问题镗刀通过问题 很多情况镗孔直径大于镗套内径很多情况镗孔直径大于镗套内径内装内装经过经过引刀槽引刀槽双螺旋面导向双螺旋面导向（3 3镗套的尺寸和公差镗套的尺

30、寸和公差 镗套的基本尺寸由镗杆的导向部分的外径来决镗套的基本尺寸由镗杆的导向部分的外径来决定。配合用定。配合用 、 ，后者用于精加工。，后者用于精加工。内滚式，滑动套内滚式，滑动套 h6 h6、h5h566hH65hH二、对刀装置二、对刀装置 铣床对刀装置铣床对刀装置三、分度装置三、分度装置 斜面分度装置斜面分度装置四、夹具在机床上的定位四、夹具在机床上的定位 安装在工作台面上安装在工作台面上与机床回转主轴相连接与机床回转主轴相连接 为保证夹具相对于切削运动有准确方向，在夹具体底为保证夹具相对于切削运动有准确方向，在夹具体底面往往安装两个定向键或销面往往安装两个定向键或销 夹具在回转主轴上的安装，取决于所使用的机床主轴夹具在回转主轴上的安装，取决于所使用的机床主轴的端部结构的端部结构4-9 夹具设计的方法及步骤夹具设计的方法及步骤一、设计前的准备一