第2章夹具设计基础

1、第2章 夹具设计基础2.1基准l要素:零件上反映零件几何特征的点、线、面。l基准：零件上用于确定其他要素位置时所依据的那些要素。一、设计基准设计图上所采用的基准。可以是轮廓要素，也可以是中心要素。基准关系是可逆的。2.1基准二、工艺基准在加工和装配过程中所采用的基准。.工序基准在工序图上用来确定本工序被加工表面加工后的尺寸、位置的基准。可以是轮廓要素，也可以是中心要素。l工序尺寸：联系被加工表面与工序基准的尺寸，是这道工序应直接得到的尺寸。2.1基准2.1基准.定位基准加工时使工件在机床或夹具上占有正确位置时所采用的基准。l精基准：已加工过的表面作为定位基准。l粗基准：未经加工过的表面作为定位

2、基准。2.1基准.测量基准：检验时用来确定被测零件在测量工具上位置的基准。2.1基准v.装配基准：用来确定零件或部件在产品中位置时所依据的基准。2.1基准2.1基准注意：v.在产品设计中，尽量把装配基准作为零件图样上的设计基准，以保证装配精度。v.在零件加工时，应使工序基准与设计基准重合，以保证加工精度。v.工序基准与定位基准重合，可避免产生基准不重合误差。2.工件的安装l定位：确定工件在机床上或夹具中占有正确位置的过程。l夹紧：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。l装夹：将工件在机床上或夹具中定位、夹紧的过程。为什么要研究工件的装夹问题？答：影响工件的加工质量、生产率

3、、制造成本和操作安全。2.工件的安装一.工件的安装方式.直接找正法工件直接装上机床后，用千分表或划针盘上的划真校正工件位置，一边校验，一边找正。缺点：安装费时太多，生产率低；且凭经验操作，对工人技术要求高。适用于单件、小批量生产。2.工件的安装.划线找正法缺点：定位精度不高，适用于批量较小，毛坯精度较低，以及大型工件等不宜使用夹具的粗加工中。.夹具安装2.夹具概述一.夹具的作用.提高劳动生产率，降低加工成本。.易于保证加工精度，加工精度稳定。.扩大机床工艺范围。.降低对工人的技术要求，减轻劳动强度。二.夹具的分类.通用夹具：已标准化的、可用于加工同一类型的不同尺寸工件的夹具。2.夹具概述.专用

4、夹具：专为某一工件的某道工序而设计制造的夹具。.成组夹具：当加工完一种工件后，经过调整或变换个别元件，即可用于加工另外一种工件的夹具。.组合夹具：在夹具零件、部件完全标准化的基础上，利用积木化原理，针对不同的加工对象和加工要求，拼装组合而成的专用夹具。2.夹具概述2.夹具概述三.夹具的组成1.定位元件确定工件在夹具中位置的元件。2.夹紧元件用来夹紧工件的元件。3.引导元件确定夹具相对于机床或刀具位置的元件。4.夹具体夹具的基础件，它将夹具的其他各元件连成一体。5.其他元件如分度盘、机械传动装置等。2.夹具概述2.夹具概述四、工件在夹具中加工精度的保证（1）夹具定位元件相对于夹具在机床上的安装基

5、准应具有正确的位置。（2）夹具在机床上的安装基准相对于机床应具有正确的位置。（3）刀具切削刃相对于夹具定位元件应具有正确的位置。2.4定位原理一.六点定位原则 用适当分布的六个支撑点来约束工件的六个自由度，每个支承点相应地消除工件的一个自由度。2.4定位原理v第一类自由度:对加工精度有影响必须加以限制的自由度。v第二类自由度：对加工精度没有影响不必须加以限制的自由度。过定位：工件的某个或几个自由度被重复约束了两次或更多次。欠定位:工件的某个自由度没有被限制。2.4定位原理v例一 铣平面1，工序尺寸 ，用调整法加工,问应限制哪些自由度？AA02.4定位原理v例二 用圆柱铣刀在卧式铣床上加工F面,

6、问应限制哪些自由度?2.4定位原理v例三 在立式钻床上钻一个与外径为 同轴线的 通孔, 问应限制哪些自由度? dD2.4定位原理二、常见定位元件及其所限制的自由度见表-（）v 作业 2.12.5定位方式一.工件以平面定位1.支撑钉 平头支撑钉 球头支撑钉 齿纹平面支撑钉精基准定位 粗基准定位 粗糙表面的侧面定位2.5定位方式 过渡配合 1.用三个支承钉支承大平面时，三钉间距应尽可能拉开。.用两个支承钉支承狭长的平面时，两钉间距应尽可能长。.几个支承钉在夹具安装好以后，应对支承钉定位面统一进行一次磨削，以保证它们在同一平面。2.5定位方式注意:1.支撑钉支撑较大平面时,通常每个支撑钉可视为一个点

7、，能限制一个自由度。2.根据支撑钉位置的不同而产生不同的作用。2.5定位方式2.支撑板A型支撑板结构简单,但埋头螺钉处理切屑比较困难,适用于侧面和顶面定位。B型支撑板在螺钉处带有斜凹槽，易于清除切屑，适用于底面定位。支撑板多用于精基准。2.5定位方式3.可调支撑一种可以调节的定位元件，主要用于工件毛坯尺寸及形状变化较大的场合。2.5定位方式4.自位支撑 又称浮动支撑，主要用于粗基准及阶梯面的定位。优点：不会产生过定位。缺点：稳定性较差，必要时应预紧。2.5定位方式5.辅助支撑不是定位元件，但可以在定位 过程中增加工件定位的刚性及稳定性。辅助支撑在使用时不应破坏工件的正确定位。2.5 定位方式推

8、式辅助支撑弹性辅助支撑2.5定位方式二.工件以内孔定位 1.刚性心轴锥形心轴 过盈配合圆柱心轴 间隙配合心轴定心精度高， 定心精度高， 安装方便，轴向定位精度低。 传递一定扭矩，但安装费时 定心精度较差。2.5定位方式2.定位销固定式定位销可换式定位销过盈配合间隙配合2.5定位方式三.工件以外圆定位 1.V形块外圆定位中用得最多的定位元件。安装工件方便，工件定位后对中性好。对完整或不完整的外圆柱面都能适用。V形块的结构和基本尺寸均已标准化。2.5定位方式2.5定位方式2.定位套筒工件外圆与套筒内孔配合为间隙配合。定位元件结构简单，安装工件方便，但定心精度不高。2.5定位方式四.工件以组合表面定

9、位1.一面一孔定位2.5定位方式2.一面两孔定位v 作业 2.22.6定位误差一.定位误差1.定义:由于定位所引起的工件的工序基准沿工序尺寸上的最大偏移量。2.产生原因: a)定位基准和工序基准不重合 b)定位基准相对于定位元件不确定3.定位误差的组成a)基准不重合误差b)基准位移误差jbjy2.6定位误差二、定位误差的计算jyjbd2.6定位误差二.定位误差的计算（1）工件以平面定位时的定位误差例1铣削凹槽，用调整法加工，要求保证尺寸b、H和B。求定位误差？2.6 定位误差（2）工件以圆孔定位时的定位误差例2 工件以内孔中心O为定位基准，套在心轴中心O1上，加工上平面，保证 。工件孔径为 ，

10、心轴直径为 孔和轴的最小间隙配合为X 。求（1）定位心轴水平放置时的定位误差？（2）定位心轴垂直放置 时的定位误差？ AA0ddDD02.6 定位误差(3)工件以外圆定位时的定位误差例3 在一圆柱体上钻一直径8mm的小孔,要求保证孔的位置尺寸 ，工件的外径为用V形块定位。求定位误差？2/AADD02.6 定位误差例4 在圆柱体铣槽。求该工序的定位误差？2.6 定位误差（4）工件以组合表面定位时的定位误差2.6 定位误差三、保证满足工件加工精度的条件1.工件在夹具中加工时加工误差的组成（1）定位误差（2）对定误差（3）其他加工误差2.加工误差不等式考虑单项误差时qtddd)2131(d 作业 2

11、.3 2.5 2.62.7 工件的夹紧一、对夹紧装置的基本要求1.夹紧装置（1）动力装置：产生夹紧力的动力源。（2）夹紧机构：将原始作用力转化为夹紧力，实现 夹紧动作和夹紧效果。2.对夹紧装置的要求（1）夹得稳（2）夹得好（3）夹得快2.7 工件的夹紧二、夹紧力三要素的确定 夹紧点、夹紧力的方向、夹紧力的大小1.夹紧力的作用点（1）夹紧力的作用点应落在支承元件上或几个支承元件所形成的表面内。2.7 工件的夹紧（2）夹紧力的作用点应落在工件刚性较好的部位。2.7 工件的夹紧（3）夹紧力的作用应尽量靠近加工面，以增加夹紧的可靠性，防止和减小工件的振动。2.7 工件的夹紧2.夹紧力的方向（1）夹紧力

12、的方向应朝向工件的主要定位基准，以保证工件与定位元件可靠地接触。2.7 工件的夹紧（2）夹紧力的方向应有利于减小所需要夹紧力的大小。PKQ)/(21ffKPQ2.7 工件的夹紧3.夹紧力的大小三、常用典型夹紧机构1.斜楔夹紧机构 利用斜面楔紧作用的原理来夹紧工件的。直接利用有斜面的斜块来夹紧工件。螺钉、偏心轮都是斜块的变形。2.7 工件的夹紧（1）增力比的确定tan)/tan(21 PQ2.7 工件的夹紧PQiQtan)tan(121Qi夹紧机构的增力比：夹紧机构所能产生的夹紧力Q与原始作用力P之比。对于斜楔夹紧机构（2）自锁条件02.7 工件的夹紧机构在自锁情况下受力平衡，即 和 的大小相等

13、，方向相反，并位于一条直线上。设一般，钢和铁的摩擦系数f=0.10.15，于是， 摩擦角QR2102120038345)15. 01 . 0arctan(171102.7 工件的夹紧3tan)tan(121Qi即机构自锁条件为增力比斜楔夹紧机构结构简单，增力比较小，夹紧行程小。增大升角可增大行程，但自锁性能差。手动夹紧和松开时要敲击，用于夹紧力不大的场合。17112.7 工件的夹紧2.螺旋夹紧机构 方牙螺纹tan)tan()2/(210rdPLQtan)tan()2/(210rdLiQ140Qi螺旋夹紧机构，结构简单，增力比大，自锁性能好，夹紧可靠，但夹紧操作时间较长。2.7 工件的夹紧3.偏

14、心夹紧机构 斜楔夹紧机构的一种变形，利用偏心轮的偏心距来夹紧机构。2014eD自锁条件：行程条件：4 . 1/ )(4321sssse2.7 工件的夹紧夹紧力:增力比: 偏心夹紧机构机构简单,夹紧迅速、方便，但增力比较小，夹紧行程较小，自锁性能差，常用于加工工程中切削力及振动不大的场合。tan)tan(/21pPLQtan)tan(/21pQLi1312Qi2.7 工件的夹紧4.铰链夹紧机构2.7 工件的夹紧5 . 2/05LNCiQ铰链夹紧机构简单，特别适用于气、液压夹具，易于实现自动化，在生产中应用广泛。但机构本身自锁性能较差，在气液回路中应有保压措施，以保证夹紧稳定可靠。2.7 工件的夹

15、紧5.多件夹紧机构（1）平行式夹紧机构（2）顺序式夹紧机构2.7 工件的夹紧五、夹具的动力装置1.气动夹紧 动力源为压缩空气，动力装置为气缸。优点：成本低，夹紧动作迅速，操作简单。缺点：夹紧力不够大。夹紧刚性较差，工作不够平稳，噪声较大。2.7 工件的夹紧2.液压夹紧 动力源为高压油，动力装置为油缸。优点：刚性好,工作稳定,夹紧可靠。 夹具体积减小，结构简单、紧凑。 噪音小，操作简单，工作迅速。缺点：与气压夹紧相比，成本较高。 有压力油泄露现象。3.气-液联合夹紧 动力源为压缩空气，动力装置为油缸。2.7 工件的夹紧优点：工作油缸体积很小，安装在夹具中灵活方便，成本低于液压夹紧，又不需要专门的

16、高压供油系统。2.8 典型机床夹具一、钻床夹具1.钻床夹具的主要类型 钻床夹具称为钻模，它是使用钻头、扩孔钻和绞刀等工具进行孔加工的机床夹具。 钻床夹具的特点：通过钻套引导刀具进行加工。 根据使用上的不同要求,钻床夹具可分为: 固定式、回转式、翻转式和滑柱式（1）固定失钻模 钻模板与夹具体固定连接，加工过程中钻模的位置固定不动。 一般用于立式钻床加工单孔或摇臂钻床上加工平行孔系。2.8 典型机床夹具 在立式钻床安装钻模时，一般应将装在主轴上的钻头（精度要求高时用心轴）钻套中，以确定钻模的位置，然后将其紧固在机床工作台上。这样即可减小钻模的磨损，又可保证钻孔有较高的尺寸精度。2.8 典型机床夹具

17、（2）回转式钻模 用于加工同一圆周上的平行孔系，或分布在同圆周上的径向孔系。2.8 典型机床夹具（3）滑柱式钻模 一种钻模板装在可升降的滑柱上的钻模。2.8 典型机床夹具2.钻套 引导孔加工刀具的元件。其作用是确定刀具相对夹具定位元件的相对位置，引导钻头等孔加工刀具，提高其刚性，防止在加工中发生偏斜。 按钻套的机构和使用情况，可分为固定式、可换式、快换式钻套和特殊钻套，前三种均已标准化。（1）钻套的构造2.8 典型机床夹具a、b是固定式钻套。钻套外径以H7/n6配合直接压入钻模板的孔中。多用于中、小批生产，使用过程不需要更换的场合。结构简单，可获得较高的精度。c可换式钻套d快换式钻套 用于一次

18、安装中顺次进行钻、扩、绞孔，需要使用不同内径的钻套引导刀具时。2.8 典型机床夹具用于加工深坑地 用于加工 用于加工孔面孔的加长钻套 曲面上的孔 间距很小的孔2.8 典型机床夹具（2）钻套内径尺寸及其偏差和其他有关尺寸v 钻套的高度Hv钻套高度H太小时，导向作v用差。太大时，增加摩擦。v对于加工精度要求较高的孔，v或加工孔径较小时，比值应v取较大值，反之取小值。5 . 21dH2.8 典型机床夹具v 钻套与工件间的排屑间隙Cv 加工铸铁等脆性材料，间隙C值取小值；加工钢件时，C值应取大值。v 钻套内径与刀具的配合v 采用间隙配合。钻套内径基本尺寸d应该为刀具最大极限尺寸，以防止加工时刀具与钻套

19、咬死。v 钻孔、扩孔钻套内径可按F7制造；铰孔钻套内径配合：粗铰孔时取G7配合；精铰孔时取G6配合。dC) 131(2.8 典型机床夹具3、钻模板 按钻模板与夹具体的连接方式有固定式、铰链式、悬挂式、升降式和可拆式等。2.8 典型机床夹具二、铣床夹具 1.铣床夹具的主要类型v单件加工的铣床夹具v 单件加工的、直线进给的v铣床夹具。v定位方式：一面两孔v定位元件：支承板、一个圆柱销v 一个菱形销v夹紧机构：螺旋压板机构v定位键5确定夹具与机床的相对位置。v对刀块4确定刀具与夹具的相对位置。2.8 典型机床夹具v 多件加工的铣床夹具v 直线进给的，多件v 加工的铣床夹具。v 定位元件：V形块v 支

20、承钉v 采用多件夹紧机构，v 辅助时间少，生产v 效率高，适用于成v 批大量生产。2.8 典型机床夹具v 双工位铣床夹具v 用于铣削后桥主动锥齿轮轴的两个端面。v 定位元件：v V形块、定位销v 夹紧机构：v 螺旋压板机构v 成批生产2.8 典型机床夹具2.定位键确定夹具相对于机床进给方向的正确定位。为了提高定向精度，定位键上部与夹具体地面的槽配合，下部与机床工作台的T形槽配合。两定位键，在夹具允许的范围内应尽量布置得远些，以提高夹具的安装精度。2.8 典型机床夹具（3）对刀元件 为迅速确定刀具相对于夹具的相对位置，铣床夹具常使用对刀元件，她由对刀块及塞尺组成。典型机床夹具（四）对铣床夹具的要求 由于铣削时切削力较大，且为不连续切削，易产生振动，因此铣床夹具应有足够的强度和刚度。应使工件的 加工表面尽可能地靠近工作台面，以降低夹具的重心。通常夹具体的高度与其宽度之比限制在HB1125范围内。根据实际情况还设置必要的加强筋，以提高夹具的刚性和抗振性。此外，铣削加工时切屑较多，夹具应有足够的排屑空间。清理切屑要安全方便，并注意切屑的方向。2.9 夹具设计的方法和步骤一、夹具设计的任务 为明确设计任务,首先应分析研究工件的结构特点、材料、生产类型及有关