第4章 夹具设计

1、机械制造装备设计机械制造装备设计第第4 4章章 夹具设计夹具设计24.14.24.34.4 机床夹具基本概念机床夹具基本概念定位方式与定位元件定位方式与定位元件 工件的夹紧工件的夹紧 典型机床的夹具典型机床的夹具 本章分四个小节：本章分四个小节：3 4.1 机床夹具基本概念机床夹具基本概念 机床上用于装夹工件的装置，称为机床夹具。 机床夹具的功用机床夹具的功用 （1）保证加工质量 工件各加工面间的位置度是由夹具保证，不受工人技术水平的影响，使一批工件的加工精度趋于一致。 （2）减少辅助工时，提高劳动生产率 使工件装夹迅速方便，可显著地减少辅助工时；工件在夹具中装夹后提高了工件的刚性，可加大切削

2、用量；可使用多件、多工位装夹工件的夹具。 （3）扩大机床的使用范围，实现一机多能根据加工机床的成形运动，附议不同类型的夹具，即可扩大机床原有的工艺范围。数据管理4 2.2 金属切削机床总体设计金属切削机床总体设计 机床夹具的分类机床夹具的分类v 按夹具的使用特点分类（1 1）通用夹具）通用夹具 通用夹具是指已经标准化的，在一定范围内加工不同工件的夹具。（2 2）专用夹具）专用夹具 专为某工件的某工序设计和制造的夹具。（3 3）通用可调夹具和成组夹具）通用可调夹具和成组夹具 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（4 4）组合夹具）组合夹具 由预先制造好的通用标准零部件经

3、组装而成的夹具。（5 5）随行夹具）随行夹具 随行夹具是一种在自动线上使用的夹具。5 2.2 金属切削机床总体设计金属切削机床总体设计 机床夹具的分类机床夹具的分类v 按使用的机床分类 按所使用的机床不同，夹具又可分为：车床夹具、铣床夹具、钻床夹具、镗床夹具、磨床夹具、齿轮机床夹具和其他机床夹具等。 v 按夹紧动力源分类 根据夹具所采用的夹紧动力源不同，可分为：手动夹具、气动夹具、液压夹具、气液夹具、电动夹具、磁力夹具、真空夹具等。6 4.1 机床夹具基本概念机床夹具基本概念机床夹具的组成机床夹具的组成（1）定位元件及定位装置 （2）夹紧装置 （3）对刀与导向元件 （4）夹具体 （5）其他元件

4、数据管理1夹具体；2定向键；3定位支撑板；4偏心轮；5V形块；6对刀块7 4.2 定位方式与定位元件定位方式与定位元件 定位通常是使工件在夹具中占据正确的位置 夹紧是在工件定位后将其固定，使其在加工过程中保持定位位置不变的操作。定位基准是指在加工中用以定位的基准，基准是用以确定生产对象上几何要素间的几何关系所依据的点、线、面。数据管理8 六点定位原理六点定位原理v 在机械加工中，要完全确定工件在夹具中的正确位置，必须用六个相应的支承点来限制工件的六个自由度，称为“六点定位原理”。 4.2 定位方式与定位元件定位方式与定位元件 9 工件正确定位与自由度的关系工件正确定位与自由度的关系v 完全定位

5、 根据工件被加工表面的加工精度要求，有时需要将工件的六个自由度全部限制，这种定位方法称为完全定位。 4.2 定位方式与定位元件定位方式与定位元件 10v 不完全定位 根据工件被加工表面的加工精度要求，有时需要限制的自由度少于六个，这种定位方法称为不完全定位。 4.2 定位方式与定位元件定位方式与定位元件 11v 不完全定位 根据工件被加工表面的加工精度要求，需要限制的自动度没有得到完全限制，这种定位方法称为欠定位。欠定位不能保证工件的加工精度要求，在确定工件定位方案时，欠定位时绝对不允许的。 v 过定位 工件的同一自由度背二个或二个以上的支撑点重复限制的定位，称为过定位。在通常情况下，应尽量避

6、免出现过定位。 4.2 定位方式与定位元件定位方式与定位元件 12 定位方式及其定位元件定位方式及其定位元件v 工件以平面定位及其定位元件。 平面定位是工件定位中应用最广的定位形式 。平面定位基准根据其限制自由度的数目，分为主要支承面、导向支承面和止推支承面 。 限制工件的两个自由度的定位平面，称为导向支承面。 限制一个自由度的平面，称为止推支承面 。 4.2 定位方式与定位元件定位方式与定位元件 13 （1）支承钉 4.2 定位方式与定位元件定位方式与定位元件 （2）支承板14 （3）可调支承 4.2 定位方式与定位元件定位方式与定位元件 （4）自由支承15 （5）辅助支承 4.2 定位方式

7、与定位元件定位方式与定位元件 16v 工件以圆柱孔定位及其定位元件。 （1）定位方法 齿轮、气缸套、杠杆类工件，常以孔的中心线作为定位基准。常用的定位方法有：在圆柱体上定位、在圆锥体上定位、在定心夹紧机构中定位等。 根据定位基准孔定位元件的配合长度L与直径D的比值L/D大小分为两种情形： 1）L/D11.5，为长销定位，相当于四个定位支承点，限制工件的四个自由度，能够确定孔的中心线位置。 2）L/D1，为短销定位，相当于两个定位支承点限制工件的两个自由度，只能确定孔的中心点的位置 4.2 定位方式与定位元件定位方式与定位元件 17（1）定位元件 1）定位销 标准定位销 4.2 定位方式与定位元

8、件定位方式与定位元件 18 1）定位销 非标准定位销 4.2 定位方式与定位元件定位方式与定位元件 图4.15 圆锥定位销图 4.16 圆锥销组合定位19 2）定位心轴（刚性心轴） 圆柱心轴 4.2 定位方式与定位元件定位方式与定位元件 1导向部分；2工作部分；3转动部分20 2）定位心轴（刚性心轴） 锥度心轴 工件在锥度心轴上定位，并靠工件定位圆孔与心轴柱面的弹性变形夹紧工件。 4.2 定位方式与定位元件定位方式与定位元件 21v 工件以外圆柱面定位及其定位元件。 （1）定位方式 定心定位 外圆柱面是定位基面，外圆柱面的中心线是定位基准。采用各种形式的定心夹紧卡盘、弹簧夹头、以及其他形式的定

9、位夹紧机构，实现定位和夹紧同时完成。 支承定位 常以支承或者支承板作为定位元件。定位基准为与支承接触的圆柱面的一条母线，其消除的自由度数目取决于母线的相对接触长度。 4.2 定位方式与定位元件定位方式与定位元件 22v 工件以外圆柱面定位及其定位元件。 （2）定位元件 1）V形架 V形块已标准化，两斜面角有60、90、120，其中90V形块使用最广泛。 4.2 定位方式与定位元件定位方式与定位元件 23 1）V形架 4.2 定位方式与定位元件定位方式与定位元件 图4.21 活动V块的应用图4.22 非标准V形块的结构24 2）定位套 4.2 定位方式与定位元件定位方式与定位元件 3）支承板 工

10、件以外圆柱表面侧母线作定位基准时，定位元件常采用支承板或平头支承钉，属于支承定位。25v 工件以组合表面定位 通常工件多是两个或者多个表面组合起来作为定位基准使用，称为组合表面定位。 （1）一个孔和一端面组合 4.2 定位方式与定位元件定位方式与定位元件 图4.24 孔与平面的定位组合26（1）一个孔和一端面组合 4.2 定位方式与定位元件定位方式与定位元件 图4.25 端面第一定位基准 图4.26 孔的中心线为第一定位基准27（2）一个平面和两个与平面垂直的孔组合 4.2 定位方式与定位元件定位方式与定位元件 图4.27 一面两孔定位组合定位1圆柱销；2中心孔；3削边销；4定位平面28 定位

11、误差的分析与计算定位误差的分析与计算v 定位误差 工件的加工误差，是指工件加工后在尺寸、形状和位置三个方面偏离理想工件的大小。它是由三部分因素产生的： （1）工件在夹具中的定位、夹紧误差。 （2）夹具带着工件安装在机床上，相对机床主轴或运动导轨的位置误差，也称对定误差。 （3）加工过程中误差。 定位误差是指工序基准在加工方向上的最大位置变动量所引起的加工误差。 4.2 定位方式与定位元件定位方式与定位元件 29v 产生定位误差的原因 （1）基准不重合带来的定位误差 夹具定位基准与工序基准不重合，两基准之间的位置误差会反映到被加工表面的位置上去，所产生定位误差称之为基准转换误差。 （2）间隙引起

12、的定位误差 在使用心轴、销、定位套定位时，定位面与定位元件间的间隙可使工件定心不准产生定位误差。 （3）与夹具有关的因素产生的定位误差 4.2 定位方式与定位元件定位方式与定位元件 30 4.3 工件的夹紧工件的夹紧 将工件定位后的位置固定下来称为夹紧。夹紧的目的是保持工件在定位中所获得的正确位置，使其在外力（夹紧力、切削力、离心力等外力）作用下，不发生移动和振动。 夹紧装置的组成及基本要求夹紧装置的组成及基本要求 （1）夹紧装置的组成 动力装置 夹紧机构数据管理1压板；2铰链臂；3活塞杆；4液压缸；5活塞31 4.3 工件的夹紧工件的夹紧 （2）对夹紧装置的要求 1）能保证工件定位后占据的正

13、确位置。 2）夹紧力的大小要适当、稳定。既要保证工件在整个加工过程中的位置稳定不变，振动小，又要使工件不产生过大的夹紧变形。 3）夹紧装置的复杂程度与生产类型相适应。 4）工艺性好，使用性好。其结构应尽量简单，便于制造和维修；尽可能使用标准夹具零部件；操作方便、安全、省力。数据管理32 4.3 工件的夹紧工件的夹紧夹紧力的确定夹紧力的确定 设计夹具的夹紧机构时，所需要夹紧力的确定包括夹紧力的作用点、方向、大小三要素。v 夹紧力的方向 （1）夹紧力的方向应有助于定位，不应破坏定位。数据管理33 4.3 工件的夹紧工件的夹紧 （1）夹紧力的方向应有助于定位，不应破坏定位。数据管理34 4.3 工件

14、的夹紧工件的夹紧 （2）夹紧力的方向应方便装夹和有利于减小夹紧力，最好与切削力、重力方向一致 数据管理35v 夹紧力的作用点 （1）夹紧力的作用点应能保持工件定位稳定，不引起工件发生位移或偏转。 （2）夹紧力的作用点应有利于减小夹紧变形。 （3）夹紧力的作用点应尽量靠近工件加工表面，以提高定位稳定性和夹紧可靠性，减少加工中的振动。 4.3 工件的夹紧工件的夹紧36v 夹紧力的大小 夹紧力的大小必须适当。过小，工件在加工过程中发生移动，破坏定位；过大，使工件和夹具产生夹紧变形，影响加工质量。 理论夹紧力W应与工件受到切削力、离心力、惯性力及重力等力的作用平衡；实际上，夹紧力的大小还与工艺系统的刚

15、性、夹紧机构的传递效率等有关。 W=KW式中K安全系数，与加工性质、切削特点、夹紧力来源、刀具情况有关。 一般取K=1.53； 粗加工时，K=2.53； 精加工时，K=1.52.5。 4.3 工件的夹紧工件的夹紧37 4.3 工件的夹紧工件的夹紧典型夹紧机构典型夹紧机构 常用的典型夹紧机构有斜楔夹紧机构、螺旋夹紧机构、偏心夹紧机构及铰链夹紧机构等。v 斜楔夹紧机构 斜楔夹紧机构是最基本夹紧机构，螺旋夹紧机构、偏心夹紧机构等均是斜楔机构的变型。 数据管理38 4.3 工件的夹紧工件的夹紧v螺旋夹紧机构 常见螺旋夹紧机构。由螺钉、螺母、垫圈、压板等元件组成。数据管理39 4.3 工件的夹紧工件的夹

16、紧v螺旋夹紧机构 （1）单个螺旋夹紧机构 直接用螺钉或螺母夹紧工件的机构，称为单个螺旋夹紧机构。 数据管理40 4.3 工件的夹紧工件的夹紧v螺旋夹紧机构 （2）螺旋压板夹紧机构数据管理自动回转钩形压板图螺旋压板夹紧机构41 4.3 工件的夹紧工件的夹紧v 偏心夹紧机构 用偏心件直接或间接夹紧工件的机构，称为偏心夹紧机构。常用的偏心件是圆偏心轮和偏心轴。 42 4.3 工件的夹紧工件的夹紧v 铰链夹紧机构 （1）单臂铰链夹紧机构 （2）双臂单作用铰链夹紧机构 （3）双臂双作用铰链夹紧机构 数据管理43 4.3 工件的夹紧工件的夹紧v 定心、对中夹紧机构 定心、对中夹紧机构是一种特殊夹紧机构，其

17、定位和夹紧时同时实现的，夹具上与工件定位基准相接触的元件，既是定位元件，又是夹紧元件。 （1）定位 数据管理44 4.3 工件的夹紧工件的夹紧 （1）定位 数据管理 （2）夹紧 45 4.3 工件的夹紧工件的夹紧v 联动夹紧机构 需同时多点夹紧工件或几个工件时，为提高生产效率，可采用联动夹紧机构。数据管理 浮动压头和四点双向浮动夹紧机构对向式多件夹紧机构46 车床夹具车床夹具 在车床上用来加工工件的内外回转面及端面的夹具称为车床夹具。v 车床夹具的种类 （1）卡盘和夹头式车床夹具，以工件外圆为定位基面，如三爪自定心卡盘及各种定心夹紧卡头等 （2）心轴式的车床夹具，以工件内孔为定位基面，如各种定

18、位心轴，弹簧心轴。 4.4 典型典型 机床的夹具机床的夹具 47v 车床夹具的种类 （3）以工件顶尖孔定位的车床夹具，如顶尖、拨盘等。 （4）角铁和花盘式夹具，以工件的不同组合表面定位。 4.4 典型典型 机床的夹具机床的夹具 48v 车床夹具设计要点 （1）车床夹具的总体结构。 （2）定位装置和夹紧装置的设计。 （3）夹具的平衡问题。 （4）夹具与机床的链接方式。 4.4 典型典型 机床的夹具机床的夹具 49 钻床夹具钻床夹具 在各种钻床上用来钻、扩、铰孔的机床夹具称为钻床夹具，这类夹具的特点是装有钻套和安装钻套用的钻模板，故习惯上称为钻模。v 钻床夹具的种类 （1）固定式钻模 （2）回转式钻模 （3）翻转式钻模 （4）盖板式钻模 （5）滑柱式钻模 4.4 典型典型 机床的夹具机床的夹具 50 镗床夹具镗床夹具 镗床夹具又称镗模。它是用来加工箱体、支架等类工件上的精密孔或孔系的机床夹具。v 镗模的种类 （1）双支撑镗模 前后双支撑镗模、后双支撑镗模 4.4 典型典型 机床的夹具机床的夹具 51v 镗模的