第四章 机床夹具原理及设计

1、1.1.夹具概述夹具概述 2.2.工件在夹具中的定位工件在夹具中的定位3.3.定位误差分析定位误差分析4.4.工件在夹具中的夹紧工件在夹具中的夹紧5.5.各类机床夹具各类机床夹具6.6.现代机床夹具现代机床夹具7.7.夹具设计的基本步骤夹具设计的基本步骤机床夹具是机械加工工艺系机床夹具是机械加工工艺系统的重要组成部分，是机械制造统的重要组成部分，是机械制造中的一项重要工艺装备。中的一项重要工艺装备。 它在加工中是装夹工件的辅它在加工中是装夹工件的辅助装置。助装置。工作原理工作原理 连接工件、机床、刀具，使连接工件、机床、刀具，使工件的加工表面相对于机床的成工件的加工表面相对于机床的成形运动和刀

2、具有一个正确的位置。形运动和刀具有一个正确的位置。保证加工精度稳定；保证加工精度稳定；缩短辅助时间，提高劳动生产率；缩短辅助时间，提高劳动生产率；降低生产成本；降低生产成本；减轻劳动强度；减轻劳动强度；降低工人技术等级；降低工人技术等级；扩大机床使用范围。扩大机床使用范围。1 1、夹具分类、夹具分类 (P101) (P101)定位元件定位元件夹紧装置夹紧装置对刀元件对刀元件引导元件引导元件其它元件及装置其它元件及装置连接元件及连接表面连接元件及连接表面夹具体夹具体一、六点定位原理一、六点定位原理 用合理分布的六个支承点与用合理分布的六个支承点与工件工件接触接触，每个固定点限制工件，每个固定点限

3、制工件的一个自由度，这样将工件完全的一个自由度，这样将工件完全定位的方法。定位的方法。小平面小平面 1 1点；点； 大平面大平面 3 3点点长圆柱长圆柱 4 4点；点； 短圆柱短圆柱 2 2点点长圆锥长圆锥 5 5点；点； 短圆锥短圆锥 3 3点点长长V V形块形块 4 4点；点； 短短V V形块形块 2 2点点 活动的表面消除的自由度数在此基活动的表面消除的自由度数在此基础上减去本身的活动度数。础上减去本身的活动度数。欠定位：应该要限欠定位：应该要限制的自由度没有被制的自由度没有被限制。限制。过定位过定位 ：工件上：工件上某个自由度被限制某个自由度被限制两次以上，两次以上， 出现出现重复定位

4、的现象。重复定位的现象。定位元件要求：定位元件要求： 精度、光滑、耐磨、硬度、刚度精度、光滑、耐磨、硬度、刚度常用材料：常用材料： 低碳钢低碳钢 2020钢钢 表面渗碳淬火表面渗碳淬火 高碳钢高碳钢 T7T7钢钢 淬火淬火（1 1）固定支承）固定支承 支承钉支承钉 支承板支承板 用于工件上用于工件上未经机械加工的未经机械加工的定位面。定位面。 当工件毛坯当工件毛坯尺寸有较大变化尺寸有较大变化时，每更换一批时，每更换一批毛坯，就要调节毛坯，就要调节一次。一次。 增加支承增加支承点数点数 ，避，避免过定位。免过定位。 提高支提高支承刚度承刚度 ， 不起定位不起定位作用作用 （1 1）定位销）定位销

5、（1 1）V V形块形块（1 1）组合定位分析要点）组合定位分析要点1 1）几个定位元件在组合定位时消除的自由）几个定位元件在组合定位时消除的自由 度数等于各个定位元件消除自由度数总和。度数等于各个定位元件消除自由度数总和。2 2）定位元件在组合定位时可从限制移动自）定位元件在组合定位时可从限制移动自由度转化为限制转动自由度。由度转化为限制转动自由度。3 3）单个表面的定位是组合定位分析的基础。）单个表面的定位是组合定位分析的基础。1 1）用可移动定位元件）用可移动定位元件削边销削边销：将定位销在两销联心线的垂直方向削去：将定位销在两销联心线的垂直方向削去两边，只限制一个自由度，避免过定位。两

6、边，只限制一个自由度，避免过定位。 1 1）一面两销（两孔）定位：）一面两销（两孔）定位：1 1）一面两销（两孔）：）一面两销（两孔）：一、基准的概念一、基准的概念 基准就是零件上用来确定其他点、线、基准就是零件上用来确定其他点、线、面所依据的那些点、线、面。面所依据的那些点、线、面。 根据用途分为设计基准和工艺基准两大根据用途分为设计基准和工艺基准两大类。类。零件图标注尺寸或相互位置关系时所零件图标注尺寸或相互位置关系时所依据的那些点、线、面。依据的那些点、线、面。 一般来说，基准关系是可逆的。一般来说，基准关系是可逆的。 注：注： (1) (1) 基准无大小之分；基准无大小之分； (2)

7、(2) 作为设计基准的点、线、面，在作为设计基准的点、线、面，在工件上不一定存在。工件上不一定存在。工序基准工序基准工序图上标注加工表面尺寸关系的点、线、面；工序图上标注加工表面尺寸关系的点、线、面；定位基难定位基难加工时使工件在机床或夹具上占有正确位置所用的基准；加工时使工件在机床或夹具上占有正确位置所用的基准；调刀基准调刀基准在加工中用以调整加工刀具位置所采用的基准；在加工中用以调整加工刀具位置所采用的基准； 测量基准测量基准检验时用来确定被测量零件在度量工具上位置的基准；检验时用来确定被测量零件在度量工具上位置的基准；装配基准装配基准装配时用来确定零件或部件在机器上位置的基准。装配时用来

8、确定零件或部件在机器上位置的基准。调刀基准往往选在夹具定位元件的某个调刀基准往往选在夹具定位元件的某个定位工作面，尽可能不受夹具定位元件的制定位工作面，尽可能不受夹具定位元件的制造误差影响。造误差影响。心轴水平放置心轴水平放置（上下方向（上下方向基准位移误差）基准位移误差）孔径孔径 ；轴径；轴径 ；最小间隙最小间隙=(D+EI)-(d+es)=(D+EI)-(d+es)00001max1max= =00001min1min= =jwjw=(T=(TD D+T+Td d)/2 )/2 （公式（公式1 1）心轴水平放置心轴水平放置（左右方向（左右方向基准位移误差）基准位移误差）jwjw=0=0 （

9、公式（公式2 2）心轴垂直放置心轴垂直放置（任意方向（任意方向基准位移误差）基准位移误差）孔径孔径 ；轴径；轴径 ；公称尺寸相等：公称尺寸相等：D-d=0D-d=0最小间隙最小间隙minmin=(D+EI)-(d+es)=EI-es=(D+EI)-(d+es)=EI-es最大间隙最大间隙manman=(D+ES)-(d+ei)=ES-ei=(D+ES)-(d+ei)=ES-ei =ES-EI+es-ei+EI-es=T =ES-EI+es-ei+EI-es=TD D+T+Td d+minminjwjw=T=TD D+T+Td d+minmin= ES-ei = ES-ei （公式（公式3 3）

10、1 1、先分别计算出基准不重合误差和基准位、先分别计算出基准不重合误差和基准位 移误差，在计算其在加工尺寸方向上的移误差，在计算其在加工尺寸方向上的 代数和，即代数和，即 dwdw= =jbjb+ +jwjw2 2、按最不利的情况，画出被加工零件定位、按最不利的情况，画出被加工零件定位 时设计基准的两个极限尺位置；从图形时设计基准的两个极限尺位置；从图形 中的几何关系，找出零件图上被加工尺中的几何关系，找出零件图上被加工尺 寸方向上之设计基准的最大变动量寸方向上之设计基准的最大变动量( (最大最大 值与最小值之差值与最小值之差) )。直径为直径为d d的轴，在的轴，在v v形块上定位铣平面形块

11、上定位铣平面, , 设计尺寸有三种不同的标注方法：设计尺寸有三种不同的标注方法： (a)(a)要求保证上母线到加工面尺寸要求保证上母线到加工面尺寸HlHl，即设计基准为，即设计基准为B B； (b)(b)要求保证下母线到加工面尺寸要求保证下母线到加工面尺寸H2H2，即设计基准为，即设计基准为C C； 求各定位误差？求各定位误差？ (c)(c)要求保证轴心线到加工面尺寸要求保证轴心线到加工面尺寸H3H3，即设计基准为，即设计基准为O O。dw1dw1= B= B1 1B B2 2=B=B2 2A-BA-B1 1A=(BA=(B2 2O O2 2+O+O2 2A)-(BA)-(B1 1O O1 1

12、+O+O1 1A)A) = - = - = = ( (公式公式4 4） dw2dw2= C= C2 2C C1 1=C=C2 2A-CA-C1 1A=(OA=(O2 2A-OA-O2 2C C2 2)-(O)-(O1 1A-OA-O1 1C C1 1) ) = = ( (公式公式5 5）dw2dw2= O= O2 2O O1 1=O=O2 2A-OA-O1 1A= A= ( (公式公式6 6） 已知：已知：50h6( )50h6( )外圆，外圆，30H7( )30H7( )内孔及两端内孔及两端面已加工合格，内外圆同轴度误差在面已加工合格，内外圆同轴度误差在0.0150.015范围内，范围内，现

13、铣键槽宽现铣键槽宽1212，要求保证：，要求保证：(1)(1)轴向尺寸轴向尺寸L=25h12( )L=25h12( )；(2)(2)槽底位置尺寸槽底位置尺寸H=42( )H=42( )； (3)(3)槽两侧面对槽两侧面对5050外圆轴线的对称度公差外圆轴线的对称度公差T(C)=0.06T(C)=0.06； 用用30g6( )30g6( )的心轴定位，的心轴定位，求各定位误差？求各定位误差？ (1)(1)轴向尺寸轴向尺寸L=25h12L=25h12dw1dw1= = jb1jb1+ + jw1jw1 = 0+0 = 0+0 =0 =0(2)(2)槽底位置尺寸槽底位置尺寸H=42( )H=42(

14、)； dw2dw2= = jb2jb2+ + jw2jw2 =(0.016/2+0.015)+(0.021+0.02) =(0.016/2+0.015)+(0.021+0.02) =0.064 =0.064(3)(3)槽两侧面对槽两侧面对5050外圆轴线的对称度公差外圆轴线的对称度公差T(C)=0.06T(C)=0.06； dw3dw3= = jb3jb3+ + jw3jw3 =0.015+(0.021+0.02) =0.015+(0.021+0.02) =0.056 =0.056 (1)(1)轴向尺寸轴向尺寸L=25h12L=25h12dw1dw1= = jb1jb1+ + jw1jw1 =

15、 0+0 = 0+0 =0 =0(2)(2)槽底位置尺寸槽底位置尺寸H=42( )H=42( )； dw2dw2= = jw2jw2+ + jb2jb2 = =0.003 = =0.003(3)(3)槽两侧面对槽两侧面对5050外圆轴线的对称度公差外圆轴线的对称度公差T(C)=0.06T(C)=0.06； dw3dw3= = jb3jb3+ + jw3jw3 =0+0=0 =0+0=0 影响加工精度的误差因素除定位误差外，尚有：影响加工精度的误差因素除定位误差外，尚有： (1)(1)夹具的有关制造误差夹具的有关制造误差( (制造制造) ) (2) (2)夹具安装误差（夹具安装误差（安装安装）

16、(3)(3)加工过程误差（加工过程误差（加工加工） 为了保证工件的加工精度，总的加工误差必须为了保证工件的加工精度，总的加工误差必须控制在工件允许的公差控制在工件允许的公差(T(T工件工件) )范围之内，即：范围之内，即： = = 定位定位制造制造安装安装+ +加工加工 = = 夹具夹具+ +加工加工 T T工件工件 一般要求：一般要求：定位定位（1/21/21/3)T1/3)T工件工件工件夹紧的基本要求工件夹紧的基本要求 ： 稳稳 、牢、牢、 快快(1)(1)力源装置力源装置(2)(2)中间传力机构中间传力机构(3)(3)夹紧元件夹紧元件1 1、夹紧力方向的确定、夹紧力方向的确定(1)(1)

17、夹紧力作用方向应不破坏工件定位的准确性；夹紧力作用方向应不破坏工件定位的准确性； (2)(2)夹紧方向应使所需夹紧力尽可能小；夹紧方向应使所需夹紧力尽可能小； (3)(3)夹紧力方向应使工件变形尽可能小。夹紧力方向应使工件变形尽可能小。 (1)(1)夹紧力应落在支承元件上夹紧力应落在支承元件上 或几个支承元件所形成的支承面内。或几个支承元件所形成的支承面内。 (2)(2)夹紧力应落在工件刚度较好的部位上。夹紧力应落在工件刚度较好的部位上。 (3)(3)夹紧力应尽量靠近加工面。夹紧力应尽量靠近加工面。夹紧力大小估算夹紧力大小估算一般只有机动夹紧时需计算夹紧力，把加工系统一般只有机动夹紧时需计算夹

18、紧力，把加工系统看成刚体，根据工件在最不利情况下切削力的平看成刚体，根据工件在最不利情况下切削力的平衡状态求夹紧力，再乘以安全系数衡状态求夹紧力，再乘以安全系数K K。K K值在粗加工时取值在粗加工时取2.52.53 3、精加工时取、精加工时取1.51.52 2。 1 1斜楔夹紧斜楔夹紧 1 1）斜楔夹紧的自锁条件：）斜楔夹紧的自锁条件：10101414，取，取5 57 7；2 2）有增力作用，）有增力作用，i iP P=F=FQ Q/F/FP P33；3 3）夹紧行程小；）夹紧行程小；4 4）结构简单，但操作不方便。）结构简单，但操作不方便。 一般一般=2=22.52.5，增力比增力比i i

19、P P=80=80 120120。螺旋压板夹紧机构螺旋压板夹紧机构特点：特点：1 1）工作压力高，尺寸小。）工作压力高，尺寸小。2 2）油液不可压缩，夹紧刚性大、可靠。）油液不可压缩，夹紧刚性大、可靠。3 3）噪音小，劳动条件好。）噪音小，劳动条件好。如泄露会污染环境，需专用供油装置。如泄露会污染环境，需专用供油装置。离心力夹紧离心力夹紧真空夹紧真空夹紧 电磁夹紧电磁夹紧 电动机驱动夹紧电动机驱动夹紧一、车床夹具一、车床夹具（1 1）直线进给式）直线进给式铣床夹具铣床夹具（2 2）圆周进给式）圆周进给式铣床夹具铣床夹具（3 3）靠模铣床夹）靠模铣床夹具具一、车床夹具一、车床夹具（1 1）固定式钻模）固定式钻模（2 2）滑动式钻模）滑动式钻模（3 3）回转式钻模）回转式钻模（4 4）移动式钻模）移动式钻模（5 5）翻转式