第四章夹具设计

1、第四章第四章 夹具设计夹具设计Clamping Apparatus Design第一节第一节 概述概述 General Consideration一、夹具的定义一、夹具的定义 在机械生产中，用来安装工件使之固定在正确位置上在机械生产中，用来安装工件使之固定在正确位置上所使用的工艺装备统称为夹具。所使用的工艺装备统称为夹具。 二、夹具的分类二、夹具的分类 在机械加工中，为了迅速、准确地确定工件在机床上在机械加工中，为了迅速、准确地确定工件在机床上的位置，保证工件与机床、刀具的正确相对位置关系，并的位置，保证工件与机床、刀具的正确相对位置关系，并在加工过程中始终保持这个正确位置所使用的工艺装备称在

2、加工过程中始终保持这个正确位置所使用的工艺装备称为夹具。为夹具。机机床床夹夹具具类类型型通用夹具通用夹具：指结构、尺寸已规格化，具有一定通用性的夹具。通用夹具指结构、尺寸已规格化，具有一定通用性的夹具。通用夹具 一般作为某种机床的附件。一般作为某种机床的附件。专用夹具专用夹具：针对某一零件的某道工序加工要求而专门设计和制造的夹具。针对某一零件的某道工序加工要求而专门设计和制造的夹具。 一般是在产品批量生产加工中使用。一般是在产品批量生产加工中使用。 可调夹具可调夹具：是根据待加工的零件结构相似、尺寸不同的特点，而专门设是根据待加工的零件结构相似、尺寸不同的特点，而专门设 计、制造的一种夹具。计

3、、制造的一种夹具。 组合夹具组合夹具：是一种用预先制造好的标准元件及合件组装成的专用夹具。是一种用预先制造好的标准元件及合件组装成的专用夹具。 自动线夹具自动线夹具：用于大批大量生产的自动生产线之中。一般分为两类：用于大批大量生产的自动生产线之中。一般分为两类： 一类为工位固定式夹具，又称随机夹具，它一般与专用机床夹具相似；一类为工位固定式夹具，又称随机夹具，它一般与专用机床夹具相似； 一类为随行夹具，它适用于工件形状复杂而又无良好定位基面或输一类为随行夹具，它适用于工件形状复杂而又无良好定位基面或输 送基面的情况下。送基面的情况下。 三、夹具的功用三、夹具的功用夹夹 具具 的的 功功 用用保

4、证加工保证加工精度稳定精度稳定产品质量产品质量提高生产提高生产效率降低效率降低加工成本加工成本 改善工人改善工人劳动条件劳动条件扩大机床扩大机床工艺范围工艺范围四、夹具的组成四、夹具的组成夹具夹具定位元件定位元件夹紧元件夹紧元件导向导向对刀对刀元件元件连接连接元件元件夹具体夹具体其它装置、元件其它装置、元件（1）定位元件）定位元件确定工件在夹具中的正确位置的元件。确定工件在夹具中的正确位置的元件。如定位销、定位块、支撑板等。如定位销、定位块、支撑板等。（2）夹紧元件）夹紧元件夹紧工件，确保工件在加工过程中不夹紧工件，确保工件在加工过程中不因外力作用而破坏其定位精度的元件。例如螺母、压板。因外力

5、作用而破坏其定位精度的元件。例如螺母、压板。（3）导向、对刀元件）导向、对刀元件引导刀具或确定刀具与被加工引导刀具或确定刀具与被加工工件加工表面间正确位置的元件。例如钻套、对刀块等。工件加工表面间正确位置的元件。例如钻套、对刀块等。（4）连接元件）连接元件确定并固定夹具本身在机床的工作台确定并固定夹具本身在机床的工作台或主轴上的位置的元件。例如铣床上的定位键等。或主轴上的位置的元件。例如铣床上的定位键等。（5）夹具体）夹具体连接或固定夹具上各元件使之成为一个连接或固定夹具上各元件使之成为一个整体的基础元件。整体的基础元件。 （6）其他装置和元件）其他装置和元件如分度装置、上下料装置、靠如分度装

6、置、上下料装置、靠模装置等。模装置等。第二节第二节 夹具的定位原理夹具的定位原理 Positioning Principle of the Fixtures一、工件的定位与夹紧一、工件的定位与夹紧安装安装定位：机械加工时，为使被加工表面获得要求的尺寸和位定位：机械加工时，为使被加工表面获得要求的尺寸和位 置，将工件在机床上或夹具中占有确定位置的过程。置，将工件在机床上或夹具中占有确定位置的过程。夹紧：为使工件在加工过程中各种力的作用下已经确定的夹紧：为使工件在加工过程中各种力的作用下已经确定的 位置不发生变化，需要将其固定，这就是夹紧。位置不发生变化，需要将其固定，这就是夹紧。安装：定位和夹紧

7、称之为安装。安装：定位和夹紧称之为安装。定位是通过定位基准与定位元件的紧密接触来实现定位是通过定位基准与定位元件的紧密接触来实现二、基准及其分类二、基准及其分类基准：用来确定生产对象（工件）上几何要素间相互位置基准：用来确定生产对象（工件）上几何要素间相互位置 关系所依据的那些点、线、面称之为基准。关系所依据的那些点、线、面称之为基准。基基准准类类型型设计设计基准基准工工艺艺基基准准定位基准定位基准测量基准测量基准装配基准装配基准工序基准工序基准设计基准设计基准在设计图样上采用的基准。在设计图样上采用的基准。工艺基准工艺基准在工艺过程中采用的基准。在工艺过程中采用的基准。定位基准定位基准在加工

8、中用作定位的基准。在加工中用作定位的基准。测量基准测量基准测量时所采用的基准。测量时所采用的基准。装配基准装配基准装配时用来确定零件或部件在产品中的相对装配时用来确定零件或部件在产品中的相对 位置所采用的基准。如箱体零件的底面。位置所采用的基准。如箱体零件的底面。工序基准工序基准在工序图上，用来确定本工序所加工表面加在工序图上，用来确定本工序所加工表面加 工后的尺寸、形状、位置所采用的基准。工后的尺寸、形状、位置所采用的基准。三、工件的定位方法三、工件的定位方法1.直接找正法直接找正法2.划线找正法划线找正法3.在夹具上定位在夹具上定位四、六点定位原则四、六点定位原则六点定位原则六点定位原则用

9、六个定位点，分别限制工件的六个自由度，用六个定位点，分别限制工件的六个自由度，从而使工件在空间得到确定位置的方法。从而使工件在空间得到确定位置的方法。定位基面：指与定位点相接触的工件上的表面。定位基面：指与定位点相接触的工件上的表面。 定位定位基面基面第一定位基面：限制三个自由度的定位基面第一定位基面：限制三个自由度的定位基面 第二定位基面：限制两个自由度的定位面第二定位基面：限制两个自由度的定位面 第三定位基面：限制一个自由度的定位面第三定位基面：限制一个自由度的定位面 强调说明强调说明（1）“几点定位几点定位”是指数个定位点的综合作用，而非各是指数个定位点的综合作用，而非各定位点与被限制自

10、由度之间成一一对应关系。定位点与被限制自由度之间成一一对应关系。（2）由于定位是通过定位点与工件的定位基面相接触来）由于定位是通过定位点与工件的定位基面相接触来实现的，所以，二者一旦脱离，定位作用自然就消失了，实现的，所以，二者一旦脱离，定位作用自然就消失了，因此，也就不存在自由度相反方向的定位问题。因此，也就不存在自由度相反方向的定位问题。 （3）限制工件自由度数与加工要求的关系。）限制工件自由度数与加工要求的关系。 五、完全定位与不完全定位五、完全定位与不完全定位完全定位：工件六个自由度都被限制的定位称为完全定位。完全定位：工件六个自由度都被限制的定位称为完全定位。 不完全定位：加工时，工

11、件的六个自由度不需要都被限制不完全定位：加工时，工件的六个自由度不需要都被限制 就可以满足加工精度的定位，称为不完全定位。就可以满足加工精度的定位，称为不完全定位。 定位的稳定性定位的稳定性 第一定位基面的面积应力求大些，与之相接触的三个第一定位基面的面积应力求大些，与之相接触的三个定位点的间距应尽可能远些；导向面上的两个定位点的间定位点的间距应尽可能远些；导向面上的两个定位点的间距越大，其导向的稳定性就越好；第三定位点的作用是止距越大，其导向的稳定性就越好；第三定位点的作用是止推还是限转，取决于它限制的自由度是位移还是转动。而推还是限转，取决于它限制的自由度是位移还是转动。而防转定位点的设置

12、，以远离转动中心越远，稳定性越好。防转定位点的设置，以远离转动中心越远，稳定性越好。六、欠定位与过定位六、欠定位与过定位欠定位欠定位：按工序的加工要求，应该被限制的自由度而没有按工序的加工要求，应该被限制的自由度而没有 被限制的定位，称为欠定位。欠定位是不允许的。被限制的定位，称为欠定位。欠定位是不允许的。过定位：在夹具中，若某一自由度被定位元件重复限制，过定位：在夹具中，若某一自由度被定位元件重复限制， 这种定位称为过定位。这种定位称为过定位。消除过定位的两种措施消除过定位的两种措施（2）改变定位元件的结构，以消除被重复定位的自由度。）改变定位元件的结构，以消除被重复定位的自由度。（1）提高

13、定位基面之间以及定位元件定位表面之间的位）提高定位基面之间以及定位元件定位表面之间的位置精度，以减少或消除过定位引起的干涉。置精度，以减少或消除过定位引起的干涉。第三节第三节 工件的定位方法及定位元件工件的定位方法及定位元件 Positioning Methods of the Workpiece and Positioning Elements一、工件以平面定位一、工件以平面定位1.支承钉和支承板支承钉和支承板 支承钉和支承板统称为固定支承。其结构和尺寸都已支承钉和支承板统称为固定支承。其结构和尺寸都已标准化。如标准化。如GB2226-80、GB2236-80。支支承承 钉钉 平头：接触面积

14、大、压强小，避免压坏定位表面，用于半精基准定位。平头：接触面积大、压强小，避免压坏定位表面，用于半精基准定位。球头：用于粗基准定位，易保证接触点位置相对稳定，但易磨损。球头：用于粗基准定位，易保证接触点位置相对稳定，但易磨损。齿纹：增大接触区摩擦力，但易积屑，用于摩擦力要求较大的侧面定位。齿纹：增大接触区摩擦力，但易积屑，用于摩擦力要求较大的侧面定位。支支承承板板A型：结构简单，加工容易，但切屑在沉头孔中不易清除，用于侧面、型：结构简单，加工容易，但切屑在沉头孔中不易清除，用于侧面、 顶面定位。顶面定位。 B型：带有下凹的斜槽，克服型：带有下凹的斜槽，克服A型的缺点。型的缺点。2.可调支承可调

15、支承 当支承的高度要求在一定范围内调整时，应采用可调当支承的高度要求在一定范围内调整时，应采用可调支承。可调支承一般用于粗基准定位支承。可调支承一般用于粗基准定位.注意：可调支承在一批工件加工前调整一次，调整注意：可调支承在一批工件加工前调整一次，调整好后，其作用相当于固定支承。好后，其作用相当于固定支承。 应应用用各批毛坯形状和尺寸变化较大而又以粗基准定位的场合各批毛坯形状和尺寸变化较大而又以粗基准定位的场合 同一夹具加工形状相同而尺寸不同的工件同一夹具加工形状相同而尺寸不同的工件 通用可调夹具及成组夹具中通用可调夹具及成组夹具中 3.浮动支承（自位支承）浮动支承（自位支承）浮动支承（自位支

16、承）：在工件定位过程中，能自动调整浮动支承（自位支承）：在工件定位过程中，能自动调整 位置的支承。位置的支承。4.辅助支承辅助支承 为了克服工件由于形状以及夹紧力、切削力、工件重为了克服工件由于形状以及夹紧力、切削力、工件重力等原因使得工件定位后还产生变形或定位不稳定，提高力等原因使得工件定位后还产生变形或定位不稳定，提高安装刚性和稳定性，常需设置辅助支承。安装刚性和稳定性，常需设置辅助支承。 辅助支承不起定辅助支承不起定位作用位作用二、工件以孔定位二、工件以孔定位1.圆柱销圆柱销2.圆锥销圆锥销圆锥销限制三个圆锥销限制三个移动自由度。但移动自由度。但易使工件倾斜，易使工件倾斜，故圆锥销定位一

17、故圆锥销定位一般与其它定位元般与其它定位元件构成组合定位件构成组合定位3.圆柱心轴圆柱心轴 圆柱心轴定位常见于车、铣、磨、齿轮加工中，心轴圆柱心轴定位常见于车、铣、磨、齿轮加工中，心轴与孔的配合有间隙和过盈两种，此外，还有花键心轴定位与孔的配合有间隙和过盈两种，此外，还有花键心轴定位方式。方式。4.圆锥心轴（小锥度心轴）圆锥心轴（小锥度心轴） 圆锥心轴定位方式定心精度高，但工件的轴向位移误圆锥心轴定位方式定心精度高，但工件的轴向位移误差较大，适宜工件定位孔精度不低于差较大，适宜工件定位孔精度不低于IT7的精车和磨削加的精车和磨削加工，不能加工端面。锥度通常为工，不能加工端面。锥度通常为1/50

18、001/1000。三、工件以外圆柱面定位三、工件以外圆柱面定位1.在在V形块中定位形块中定位特点特点 对中性好，既能使工件的定位基面轴线对中在对中性好，既能使工件的定位基面轴线对中在V形块两斜面的对称平面上，而不受定位基面直径形块两斜面的对称平面上，而不受定位基面直径误差的影响，并且安装方便。误差的影响，并且安装方便。 V形块两斜面夹角一般为形块两斜面夹角一般为60、90、120，其中，其中90V形形块的典型结构和尺寸已标准化，设计时可参考有关手册。块的典型结构和尺寸已标准化，设计时可参考有关手册。2.在定位套中定位在定位套中定位 定位套其内孔轴线是限位基准，内孔面是限位基面。定位套其内孔轴线

19、是限位基准，内孔面是限位基面。为了限制工件轴向自由度，常与端面联合定位。定位套结为了限制工件轴向自由度，常与端面联合定位。定位套结构简单，容易制造，但定心精度不高，只适用于精基面。构简单，容易制造，但定心精度不高，只适用于精基面。 半圆套下半圆套为定位元件，上半圆套起夹紧作用。半圆套下半圆套为定位元件，上半圆套起夹紧作用。主要用于大型轴类零件及不便于轴向装卸的零件。定位基主要用于大型轴类零件及不便于轴向装卸的零件。定位基面的精度不低于面的精度不低于IT8-IT9，半圆套的最小直径应取工件定，半圆套的最小直径应取工件定位基面的最大直径。位基面的最大直径。3.工件在圆锥套中定位工件在圆锥套中定位

20、工件以圆柱面的端部在圆锥套的锥孔中定位，锥孔中工件以圆柱面的端部在圆锥套的锥孔中定位，锥孔中有齿纹，以便带动工件旋转。有齿纹，以便带动工件旋转。4.各种定位元件所能限制的自由度各种定位元件所能限制的自由度四、工件以成形面定位四、工件以成形面定位1.以齿形表面定位以齿形表面定位2.工件以燕尾面定位工件以燕尾面定位 以燕尾面定位时，一般有两种定位装置：一是用固定以燕尾面定位时，一般有两种定位装置：一是用固定的短圆柱销的短圆柱销-V形座，限制工件的四个自由度，另一边用可形座，限制工件的四个自由度，另一边用可动的燕尾钳口，限制工件的一个自由度并夹紧；另一种是动的燕尾钳口，限制工件的一个自由度并夹紧；另

21、一种是一边用固定燕尾面定位，另一边用可动燕尾定位并夹紧。一边用固定燕尾面定位，另一边用可动燕尾定位并夹紧。五、工件以组合表面定位五、工件以组合表面定位注意两个注意两个主要问题主要问题 1.正确处理过定位；正确处理过定位；2.控制各定位元件对定位误差的综合影响。控制各定位元件对定位误差的综合影响。 1.工件以外圆和端面定位工件以外圆和端面定位 2.工件以孔和端面定位工件以孔和端面定位 3.工件以一面两孔定位工件以一面两孔定位 问题：在两销连心线方向上限制的自由度过定位。问题：在两销连心线方向上限制的自由度过定位。 解决方法解决方法1.减小第二个定位销的直径减小第二个定位销的直径2.削边销削边销

22、六、满足加工要求所需限制自由度分析六、满足加工要求所需限制自由度分析 第四节第四节 定位误差分析及计算定位误差分析及计算 Analysis and Calculation of the Positioning Error一、工件获得加工精度的方法一、工件获得加工精度的方法方法方法 1.试切法试切法2.定尺寸刀具法定尺寸刀具法 3.调整法调整法 4.自动控制法自动控制法 1.试切法试切法试切试切测量测量进给进给再试切再试切测量测量2.定尺寸刀具法定尺寸刀具法 用具有一定尺寸精度的刀具（如钻头、铰刀等），来用具有一定尺寸精度的刀具（如钻头、铰刀等），来保证工件被加工部位的精度。保证工件被加工部位的

23、精度。3.调整法调整法 利用机床上的定程装置、对刀装置或预先调整好的刀利用机床上的定程装置、对刀装置或预先调整好的刀架，使刀具相对于机床或夹具达到一定的位置精度，然后架，使刀具相对于机床或夹具达到一定的位置精度，然后加工一批工件。加工一批工件。 调刀基准的确定调刀基准的确定（1）限位表面为平面时，则以此平面表示；）限位表面为平面时，则以此平面表示；（2）限位表面为圆柱面时，则以此中心线表示；）限位表面为圆柱面时，则以此中心线表示；（3）限位表面为）限位表面为V形面时，则以放在形面时，则以放在V形面上的标准心轴形面上的标准心轴的轴线表示。的轴线表示。 4.自动控制法自动控制法 使用一定的装置，在

24、工件达到要求的尺寸时，自动停使用一定的装置，在工件达到要求的尺寸时，自动停止加工。止加工。二、定位误差的基本概念二、定位误差的基本概念定位误差定位误差D：工件在加工过程中，由定位造成的工件误：工件在加工过程中，由定位造成的工件误 差称为定位误差。差称为定位误差。 产生定位产生定位误差原因误差原因（1）基准不重合误差）基准不重合误差B（2）基准位移误差）基准位移误差Y 1.基准不重合误差基准不重合误差B 由于定位基准和工序基准不重合而引起同批工件的工由于定位基准和工序基准不重合而引起同批工件的工序基准相对于定位基准在工序尺寸方向上的最大位置变动序基准相对于定位基准在工序尺寸方向上的最大位置变动范

25、围。范围。 工序基准与定位基准之间的联系尺寸称为定工序基准与定位基准之间的联系尺寸称为定位尺寸。定位尺寸的公差在工序尺寸方向上的投位尺寸。定位尺寸的公差在工序尺寸方向上的投影分量即为基准不重合误差。影分量即为基准不重合误差。2.基准移位误差基准移位误差Y 由于定位副的制造公差和最小配合间隙的影响，使得由于定位副的制造公差和最小配合间隙的影响，使得定位基准和限位基准不重合，导致各个工件不一致，从而定位基准和限位基准不重合，导致各个工件不一致，从而给加工尺寸造成误差，这个误差称为基准位移误差。给加工尺寸造成误差，这个误差称为基准位移误差。3.定位误差的计算方法定位误差的计算方法 在计算定位误差时，

26、要注意误差的方向和工序在计算定位误差时，要注意误差的方向和工序尺寸的方向。当基准位移误差和基准不重合误差与尺寸的方向。当基准位移误差和基准不重合误差与工序尺寸的方向相同或平行时，则定位误差为两项工序尺寸的方向相同或平行时，则定位误差为两项误差的代数和；若方向不同，则应将各误差向工序误差的代数和；若方向不同，则应将各误差向工序尺寸方向投影，然后求其代数和。尺寸方向投影，然后求其代数和。 B在工序图上确定，在工序图上确定，Y由定位副间接触状态获得。由定位副间接触状态获得。二者的合成方法为：二者的合成方法为： 如果工序基准不在定位基面上，则：如果工序基准不在定位基面上，则：D=B+Y 如果工序基准在

27、定位基面上，则：如果工序基准在定位基面上，则：D=BY 式中式中“+”、“-”号的确定方法如下：号的确定方法如下：（1）定位基面与限位基面接触，分析定位基面直径变化）定位基面与限位基面接触，分析定位基面直径变化时，定位基准的变动方向；时，定位基准的变动方向；（2）定位基准的位置不动，当定位基面直径同样变化时，）定位基准的位置不动，当定位基面直径同样变化时，分析工序基准的变动方向；分析工序基准的变动方向；（3）两者的变动方向相同时，取）两者的变动方向相同时，取“+”，反之取，反之取“-”。D=B+Y 在机械加工中，造成工件加工误差的因素，除定位误在机械加工中，造成工件加工误差的因素，除定位误差外

28、，还有夹具在机床上的安装误差差外，还有夹具在机床上的安装误差Z和刀具的对刀或和刀具的对刀或导向误差导向误差T，以及由于机床运动精度和工艺系统变形等，以及由于机床运动精度和工艺系统变形等因素引起的加工方法误差因素引起的加工方法误差G等，为了保证工件加工的技等，为了保证工件加工的技术要求，上述误差的合成值不应超出工件工序公差术要求，上述误差的合成值不应超出工件工序公差k。 误差计算不等式误差计算不等式D+（Z+T）+Gk 在确定工件定位的初步方案时，在确定工件定位的初步方案时，D、(Z+T）、）、G之值可各取工序公差的三分之一。之值可各取工序公差的三分之一。 Dk/3三、几种定位方式的定位误差分析

29、和计算实例三、几种定位方式的定位误差分析和计算实例1.工件以平面定位工件以平面定位 定位基准为平面时，其定位误差主要由基准不重合误定位基准为平面时，其定位误差主要由基准不重合误差引起。分析和计算基准不重合误差的要点，在于找出联差引起。分析和计算基准不重合误差的要点，在于找出联系设计基准和定位基准间的定位尺寸位置变动的最大值，系设计基准和定位基准间的定位尺寸位置变动的最大值，它即为基准不重合误差。它即为基准不重合误差。 至于基准位移误差，一般不予计算。这是因为当基准至于基准位移误差，一般不予计算。这是因为当基准为粗基准时，工件是处在粗加工阶段，工序的加工余量大，为粗基准时，工件是处在粗加工阶段，

30、工序的加工余量大，该余量足以补偿或纠正前序的缺陷；若为精基准，其基准该余量足以补偿或纠正前序的缺陷；若为精基准，其基准位移误差主要是由平面的平面度误差引起的，但因该误差位移误差主要是由平面的平面度误差引起的，但因该误差很小，所以基准位移误差可以忽略不计。很小，所以基准位移误差可以忽略不计。2.工件以孔在心轴或定位销上定位工件以孔在心轴或定位销上定位 （1）定位孔与心轴固定单边接触）定位孔与心轴固定单边接触 1）基准位移误差）基准位移误差)(212121dDYOOOOOO 基准不重合误差的计算要看设计基准的选择情况基准不重合误差的计算要看设计基准的选择情况加工尺寸为加工面至心轴加工尺寸为加工面至

31、心轴 加工尺寸为加工面至工件下母线加工尺寸为加工面至工件下母线 加工尺寸为加工面至工件定位孔下母线加工尺寸为加工面至工件定位孔下母线 2）基准不重合误差）基准不重合误差加工尺寸为加工面至工件定位孔上母线加工尺寸为加工面至工件定位孔上母线 （2）定位孔与心轴任意边接触）定位孔与心轴任意边接触解解 工件以孔为定位基准，与设计基准重合，无基准不重工件以孔为定位基准，与设计基准重合，无基准不重合误差。且定位孔与心轴任意边接触。合误差。且定位孔与心轴任意边接触。3.工件以外圆在工件以外圆在V形块上定位形块上定位结论：若不考虑结论：若不考虑V形块的制造误差，则定位基准在形块的制造误差，则定位基准在V形块对

32、称平面上，它在水平方向上的位移为零，形块对称平面上，它在水平方向上的位移为零，但在垂直方向上，因工件外圆柱面直径有制造误差，但在垂直方向上，因工件外圆柱面直径有制造误差，所以定位误差是由基准位移误差引起的。所以定位误差是由基准位移误差引起的。解解4.工件以一面两孔定位工件以一面两孔定位解解 当工件以一面两孔定位时，应在算得其基准位移误差的基础当工件以一面两孔定位时，应在算得其基准位移误差的基础上，根据加工尺寸的标注，通过几何关系转换为定位误差。上，根据加工尺寸的标注，通过几何关系转换为定位误差。 基准位移误差分为两类，即沿图示平面内任意方向移动的基准位移误差分为两类，即沿图示平面内任意方向移动

33、的基准位移误差基准位移误差Y和转动的基准位移误差和转动的基准位移误差（简称转角误差）。（简称转角误差）。第五节第五节 夹具的夹紧装置夹具的夹紧装置 Clamp Device of The Fixture一、夹紧装置的组成和基本要求一、夹紧装置的组成和基本要求1.组成组成动力装置动力装置 通常指夹紧装通常指夹紧装置中的动力源，置中的动力源，常用的有气动、常用的有气动、液动和电动等。液动和电动等。手动夹紧没有这手动夹紧没有这种装置。种装置。夹紧元件夹紧元件 指夹紧装置的最终执指夹紧装置的最终执行元件，它直接作用在行元件，它直接作用在工件上完成夹紧作用。工件上完成夹紧作用。中间传力机构中间传力机构将

34、动力装置的动将动力装置的动力传给夹紧元件力传给夹紧元件的机构。根据夹的机构。根据夹紧的需要，中间紧的需要，中间传力装置一般起传力装置一般起到改变夹紧力的到改变夹紧力的大小、方向及保大小、方向及保证自锁等作用。证自锁等作用。2.对夹紧装置的基本要求对夹紧装置的基本要求（1）夹紧后不能改变原有的定位位置。）夹紧后不能改变原有的定位位置。（2）夹紧力的大小应适当，既要有足够的夹紧力，又不）夹紧力的大小应适当，既要有足够的夹紧力，又不能因受到夹紧力的作用工件产生变形及加工过程中受到切能因受到夹紧力的作用工件产生变形及加工过程中受到切削力的作用而发生振动现象。削力的作用而发生振动现象。（3）工艺性好。在

35、保证生产效率、加工精度的前提下应）工艺性好。在保证生产效率、加工精度的前提下应使其结构简单，夹紧动作迅速，操作方便，安全省力，经使其结构简单，夹紧动作迅速，操作方便，安全省力，经济性好，成本低，便于制造和维修。济性好，成本低，便于制造和维修。（4）自锁性能可靠。）自锁性能可靠。二、确定夹紧力的基本原则和方法二、确定夹紧力的基本原则和方法基本原则基本原则方向方向作用点作用点（一）基本原则（一）基本原则1.夹紧力的方向夹紧力的方向（1）不应破坏工件的定位。）不应破坏工件的定位。（2）应使工件的夹紧变形尽量小。）应使工件的夹紧变形尽量小。（3）应使所需夹紧力尽可能小。）应使所需夹紧力尽可能小。2.夹

36、紧力的作用点夹紧力的作用点（1）必须作用在夹具定位元件主要限位支承平面内。）必须作用在夹具定位元件主要限位支承平面内。（2）应作用在工件刚性较好的部位上。）应作用在工件刚性较好的部位上。（3）尽量靠近工件的加工表面，以减少切削力对夹紧点）尽量靠近工件的加工表面，以减少切削力对夹紧点的作用力矩。的作用力矩。方法方法类比法类比法分析计算法分析计算法（二）基本方法（二）基本方法 类比法可以参照相关的参考资料来进行。类比法可以参照相关的参考资料来进行。 1.类比法类比法2.计算法计算法 根据工件在加工过程中所受的力，按静力平衡原理求根据工件在加工过程中所受的力，按静力平衡原理求出所需要的理论夹紧力出所

37、需要的理论夹紧力W，为保证夹紧可靠，再乘以安，为保证夹紧可靠，再乘以安全系数作为实际所需夹紧力，以确保安全。即：全系数作为实际所需夹紧力，以确保安全。即：WG=KW式中：式中：WG实际所需夹紧力实际所需夹紧力; K安全系数，一般粗加工安全系数，一般粗加工K=2.53； 精加工精加工 K=1.52; W理论夹紧力。理论夹紧力。三、典型夹紧机构三、典型夹紧机构1.斜楔夹紧机构斜楔夹紧机构利用斜面移动所产生的压力来夹紧工件。利用斜面移动所产生的压力来夹紧工件。是夹紧机构的最基本形式。但斜楔夹紧是夹紧机构的最基本形式。但斜楔夹紧以楔块形式直接夹紧工件的情况较少，以楔块形式直接夹紧工件的情况较少，这主要

38、是因为它产生的夹紧力有限，且这主要是因为它产生的夹紧力有限，且夹紧和松开工件费事。而利用斜面原理夹紧和松开工件费事。而利用斜面原理或楔块与其它机构组合使用的情况非常普遍。或楔块与其它机构组合使用的情况非常普遍。夹紧力的计算夹紧力的计算根据静力平衡原理，各力应有：根据静力平衡原理，各力应有： F1+RX=Q式中：式中：F1工件作用在斜楔上的摩擦力；工件作用在斜楔上的摩擦力； RX夹具体作用在斜楔上的反力夹具体作用在斜楔上的反力N与摩擦力与摩擦力F2的的 合成全反力合成全反力R2的水平分力；的水平分力；Q作用在斜楔上的原动力。作用在斜楔上的原动力。依此，可得斜楔的夹紧力计算公式：依此，可得斜楔的夹

39、紧力计算公式：斜楔斜楔自锁自锁条件条件自锁即在工件夹紧后，去掉斜楔上的原自锁即在工件夹紧后，去掉斜楔上的原动力，夹紧机构在纯摩擦力的作用下，动力，夹紧机构在纯摩擦力的作用下，仍能保持对工件的夹紧仍能保持对工件的夹紧保证斜楔不松退的条件：保证斜楔不松退的条件：F1RX斜楔升角必须小于两摩擦斜楔升角必须小于两摩擦角之和。角之和。)tan(tan21QW斜楔夹紧的增力比与行程比斜楔夹紧的增力比与行程比增力比增力比ip：夹紧力：夹紧力W与原动力与原动力Q 之比。之比。行程比行程比is：斜楔的移动行程：斜楔的移动行程L与夹紧行程与夹紧行程S之比。之比。)(121tgtgQWiptgSLis1 当原动力一

40、定时，升角越小，夹紧力越大，自锁性能当原动力一定时，升角越小，夹紧力越大，自锁性能越好；当移动行程一定时，升角越小，夹紧行程也越小。越好；当移动行程一定时，升角越小，夹紧行程也越小。因此，在选择升角时，必须兼顾增力比和行程。因此，在选择升角时，必须兼顾增力比和行程。 升角一般不大于升角一般不大于12。2.螺旋夹紧机构螺旋夹紧机构 螺旋夹紧在生产中应用极为普遍。具有结构简单紧凑、螺旋夹紧在生产中应用极为普遍。具有结构简单紧凑、通用性好、增力比大、自锁性能好等优点。很适合于手动通用性好、增力比大、自锁性能好等优点。很适合于手动夹紧工件。它的主要缺点是夹紧松开动作慢，辅助工时较夹紧工件。它的主要缺点

41、是夹紧松开动作慢，辅助工时较多，因此在高效快速夹紧机构中很少使用。多，因此在高效快速夹紧机构中很少使用。类型类型单螺旋夹紧单螺旋夹紧螺旋、压板组合夹紧螺旋、压板组合夹紧单螺旋夹紧是指采用单螺旋夹紧是指采用单个螺栓或者用螺母单个螺栓或者用螺母垫圈机构直接夹紧工垫圈机构直接夹紧工件的方式。件的方式。螺旋压板夹紧螺旋压板夹紧机构是单螺旋机构是单螺旋与杠杆（压板）与杠杆（压板）的组合夹紧机的组合夹紧机构。它可以增构。它可以增大单螺旋的夹大单螺旋的夹紧力，或改变紧力，或改变夹紧力的作用夹紧力的作用方向，或增大方向，或增大夹紧行程。夹紧行程。 螺旋夹紧力计算与斜楔相似。螺旋可以看作是绕在圆螺旋夹紧力计算与

42、斜楔相似。螺旋可以看作是绕在圆柱体上的斜楔。柱体上的斜楔。 螺旋压板组合夹紧的力分析计算可在单螺旋夹紧力计螺旋压板组合夹紧的力分析计算可在单螺旋夹紧力计算的基础上，再通过杠杆计算求解。算的基础上，再通过杠杆计算求解。3.定心夹紧机构定心夹紧机构 许多以轴线、对称中心为工序基准的工件，在成批生许多以轴线、对称中心为工序基准的工件，在成批生产加工时，为了保证加工表面位置精度（如同轴度、对称产加工时，为了保证加工表面位置精度（如同轴度、对称度等），使其定位误差最小，必须使工件的定位基准和工度等），使其定位误差最小，必须使工件的定位基准和工序基准重合，这就必须采用定心夹紧机构，亦称自动定心序基准重合，

43、这就必须采用定心夹紧机构，亦称自动定心夹紧机构。夹紧机构。工作原理工作原理 通过定心夹紧机构，使其定通过定心夹紧机构，使其定位表面可以同时而等速地互位表面可以同时而等速地互相接近或分离相接近或分离（1）按等速移动原理实现定心夹紧）按等速移动原理实现定心夹紧螺旋式自动定心装置螺旋式自动定心装置楔式卡爪自动定心装置楔式卡爪自动定心装置（2）按均匀变形原理实现定心夹紧）按均匀变形原理实现定心夹紧弹簧卡头自动定心装置弹簧卡头自动定心装置弹性膜片夹盘自动定心装置弹性膜片夹盘自动定心装置4.其它夹紧机构其它夹紧机构 联动夹紧机构联动夹紧机构偏心夹紧机构偏心夹紧机构第六节第六节 几种典型机床夹具几种典型机床

44、夹具 Fixtures of Typical Machine Tool一、钻床夹具一、钻床夹具1.固定式钻模固定式钻模 在加工工件的过程中，钻模和工件在机床上的位置固在加工工件的过程中，钻模和工件在机床上的位置固定不动。定不动。 在钻床上进行孔加工时所使用的夹具称为钻床夹具，在钻床上进行孔加工时所使用的夹具称为钻床夹具，简称钻模。简称钻模。（一）钻床夹具类型（一）钻床夹具类型2.回转式钻模回转式钻模 用于加工同一圆周上的轴向平行孔系或径向孔。用于加工同一圆周上的轴向平行孔系或径向孔。3.翻转式钻模翻转式钻模 无固定回转轴和分度装置的钻模，主要用于加工小型无固定回转轴和分度装置的钻模，主要用于加

45、工小型工件分布在不同表面上的孔。工件分布在不同表面上的孔。4.盖板式钻模盖板式钻模 钻模没有夹具体，加工时只要将它覆盖在工件上即可。钻模没有夹具体，加工时只要将它覆盖在工件上即可。一般情况下，钻模板上除了钻套外，还有定位元件及夹紧一般情况下，钻模板上除了钻套外，还有定位元件及夹紧机构。机构。5.滑柱式钻模滑柱式钻模 钻模板固定在可以上下滑动的滑柱上，并通过滑柱钻模板固定在可以上下滑动的滑柱上，并通过滑柱与本体相联系。滑柱式钻模的结构已标准化和规格化与本体相联系。滑柱式钻模的结构已标准化和规格化（二）钻床夹具设计要点（二）钻床夹具设计要点1.钻模类型的选择钻模类型的选择（1）钻孔直径大于）钻孔直

46、径大于10毫米时（特别是钢件），因切削扭毫米时（特别是钢件），因切削扭矩较大，应将钻模固定在机床工作台上。矩较大，应将钻模固定在机床工作台上。（2）翻转式钻模适于加工中小零件，包括工件在内的重）翻转式钻模适于加工中小零件，包括工件在内的重量不宜超过量不宜超过10公斤。否则，应采用具有分度装置的钻模。公斤。否则，应采用具有分度装置的钻模。（3）当加工几个不在同心圆周上的平行孔系时，如工件）当加工几个不在同心圆周上的平行孔系时，如工件和夹具的总重量超过和夹具的总重量超过15公斤，宜采用固定式钻模在摇臂公斤，宜采用固定式钻模在摇臂钻床上加工。钻床上加工。（4）当孔距公差要求不高时，可采用钻模板和夹具

47、体为）当孔距公差要求不高时，可采用钻模板和夹具体为焊接结构的钻模，原因是焊接应力不能彻底消除，精度不焊接结构的钻模，原因是焊接应力不能彻底消除，精度不能长期保持。能长期保持。（5）对于孔的垂直度和孔距精度要求不高的中小型工件，）对于孔的垂直度和孔距精度要求不高的中小型工件，宜优先采用滑柱钻模，以缩短夹具的设计周期。宜优先采用滑柱钻模，以缩短夹具的设计周期。（6）工件被加工孔与定位基准的距离公差或孔距公差小）工件被加工孔与定位基准的距离公差或孔距公差小于于0.05时，宜采用固定式钻模板和固定钻套进行加工。时，宜采用固定式钻模板和固定钻套进行加工。2.钻套类型选择钻套类型选择 钻套是钻模上的特有元

48、件。用来引导刀具以防止偏斜。钻套是钻模上的特有元件。用来引导刀具以防止偏斜。钻套装配在钻模板或夹具体上，钻模板则以不同方式与夹钻套装配在钻模板或夹具体上，钻模板则以不同方式与夹具体或支架连接。具体或支架连接。 固定钻套固定钻套可换钻套可换钻套快换钻套快换钻套特殊钻套特殊钻套钻套类型钻套类型3.钻模板的类型选择钻模板的类型选择（1）固定式钻模板）固定式钻模板 固定在夹具上的钻模板称为固定式钻模板。该种钻模固定在夹具上的钻模板称为固定式钻模板。该种钻模板钻孔精度高且结构简单，多用于加工孔的精度要求较高板钻孔精度高且结构简单，多用于加工孔的精度要求较高的场合。的场合。（2）铰链式钻模板）铰链式钻模板

49、 钻模板与夹具体的连接方式为铰链连接。钻模板与夹具体的连接方式为铰链连接。（3）可卸式钻模板（分离式钻模板）可卸式钻模板（分离式钻模板） 钻模板与夹具体各自成为独立部分，可拆卸。钻模板与夹具体各自成为独立部分，可拆卸。（4）悬挂式钻模板）悬挂式钻模板 在立式钻床采用多轴头或组合多轴钻床进行平行孔系在立式钻床采用多轴头或组合多轴钻床进行平行孔系加工时，连接在主轴箱或多轴箱上的钻模板，并随其往复加工时，连接在主轴箱或多轴箱上的钻模板，并随其往复移动。移动。4.钻模板的设计要求钻模板的设计要求（1）钻模板应保证加工孔的位置精度要求；）钻模板应保证加工孔的位置精度要求；（2）钻模板应有足够的刚度，以保

50、证钻套位置的准确性；）钻模板应有足够的刚度，以保证钻套位置的准确性；（3）保证钻模板在加工时具有足够的稳定性；）保证钻模板在加工时具有足够的稳定性；（4）尽量使切屑清除方便。）尽量使切屑清除方便。二、铣床夹具二、铣床夹具（一）铣床夹具的类型（一）铣床夹具的类型1.直线送进式直线送进式（5）钻模板原则上不应该承受切削力、夹紧力。）钻模板原则上不应该承受切削力、夹紧力。2.圆周送进式圆周送进式3.靠模夹具靠模夹具（二）铣床夹具设计要点（二）铣床夹具设计要点 （1）使加工表面尽可能靠近工作台面，以降低工件重心。）使加工表面尽可能靠近工作台面，以降低工件重心。1.工件定位的稳定性与夹紧的可靠性工件定位

51、的稳定性与夹紧的可靠性（2）使主要支承面大些；尽可能采用已加工面作为定位）使主要支承面大些；尽可能采用已加工面作为定位基面；定位元件要用支承板，且布置尽可能远些。基面；定位元件要用支承板，且布置尽可能远些。（3）夹紧装置应有足够的夹紧力和自锁性；夹紧力作用）夹紧装置应有足够的夹紧力和自锁性；夹紧力作用点要尽量靠近加工表面，并夹在工件刚性较好的部位。点要尽量靠近加工表面，并夹在工件刚性较好的部位。（4）为了减少辅助工时，改善工人的劳动强度，设计时）为了减少辅助工时，改善工人的劳动强度，设计时考虑采用快速夹紧、连动夹紧、气液压等夹紧装置。考虑采用快速夹紧、连动夹紧、气液压等夹紧装置。2.定向键与找

52、正基面定向键与找正基面（1）定向键）定向键（3）找正基面）找正基面 当夹具相对于机床的位置精度要求较高时或为重型当夹具相对于机床的位置精度要求较高时或为重型夹具，一般不用定向键，而多在夹具体上设置找正基面，夹具，一般不用定向键，而多在夹具体上设置找正基面，通过找正而实现定位。通过找正而实现定位。强调说明强调说明 在夹具的定向键与定位基面之间，虽无直接尺寸联系，在夹具的定向键与定位基面之间，虽无直接尺寸联系，但其间的相对位置关系（如平行度、垂直度等）却要求十但其间的相对位置关系（如平行度、垂直度等）却要求十分严格。在设计夹具时，应根据工件的加工精度要求，提分严格。在设计夹具时，应根据工件的加工精

53、度要求，提出夹具的技术要求。出夹具的技术要求。3.对刀装置对刀装置 用来确定刀具和夹具的相对位置，由对刀块和塞尺等用来确定刀具和夹具的相对位置，由对刀块和塞尺等组成。组成。（1）对刀块的结构已标准化，可结合具体要求选用。）对刀块的结构已标准化，可结合具体要求选用。（2）对刀块位置应设于刀具开始铣削的一端。）对刀块位置应设于刀具开始铣削的一端。（3）塞尺是用于防止损坏刀刃和对刀块的工作表面，有）塞尺是用于防止损坏刀刃和对刀块的工作表面，有平塞尺和圆柱塞尺两种。平塞尺和圆柱塞尺两种。三、镗床夹具三、镗床夹具 镗床夹具（通称镗模）是用来加工箱体、支架等工件镗床夹具（通称镗模）是用来加工箱体、支架等工

54、件上的孔或孔系而使用的精密机床夹具。镗模不仅可以用于上的孔或孔系而使用的精密机床夹具。镗模不仅可以用于镗床上，而且还可以用于普车、铣床和钻床上。镗套、镗镗床上，而且还可以用于普车、铣床和钻床上。镗套、镗杆及镗模支架是镗模的特有元件，并由此决定着镗模的结杆及镗模支架是镗模的特有元件，并由此决定着镗模的结构和设计要点。构和设计要点。（一）镗模的类型（一）镗模的类型类类型型按机床类型分按机床类型分按布置形式分按布置形式分立式镗模立式镗模卧式镗模卧式镗模单面导向单面导向双面导向双面导向（二）（二）镗床夹具设计要点镗床夹具设计要点1.镗套镗套（1）固定式镗套）固定式镗套 镗杆与镗套之间既有相对移动，又有

55、相对转动。即镗镗杆与镗套之间既有相对移动，又有相对转动。即镗套不随镗杆一起转动的镗套。套不随镗杆一起转动的镗套。（2）旋转式镗套）旋转式镗套 镗套随镗杆一起转动，镗杆与镗套之间只有轴向的相镗套随镗杆一起转动，镗杆与镗套之间只有轴向的相对移动。对移动。 旋转式镗套可以避免镗杆与镗套之间因相对运动摩擦旋转式镗套可以避免镗杆与镗套之间因相对运动摩擦过热而卡住，也可以避免切屑掉入镗杆与镗套之间，使磨过热而卡住，也可以避免切屑掉入镗杆与镗套之间，使磨损加剧。损加剧。（3）镗套类型选择）镗套类型选择选择依据选择依据镗削速度镗削速度空间位置空间位置加工精度加工精度 当镗杆直径较大、线速度超过当镗杆直径较大、

56、线速度超过20m/min时，一般采用时，一般采用回转镗套。回转镗套。2.镗杆镗杆整体式：有带油沟结构和开直槽与螺旋槽的镗杆，其直径整体式：有带油沟结构和开直槽与螺旋槽的镗杆，其直径 一般不大于一般不大于60毫米。毫米。（1）镗杆类型）镗杆类型装配式：在镗杆上镶导向块，导向块一般用铜、钢或硬质装配式：在镗杆上镶导向块，导向块一般用铜、钢或硬质 合金制造。一般镗杆直径不小于合金制造。一般镗杆直径不小于20毫米。毫米。（2）镗杆结构尺寸）镗杆结构尺寸镗杆直径确定：必须考虑镗杆的刚度及镗孔时应有的容屑镗杆直径确定：必须考虑镗杆的刚度及镗孔时应有的容屑 空间。镗孔直径空间。镗孔直径D、镗杆直径、镗杆直径

57、d、镗刀截面、镗刀截面BB三者三者 之间的关系为：之间的关系为：（D-d）/2=（11.5）B镗杆长度确定：根据镗孔系统图上的有关尺寸来确定。镗杆长度确定：根据镗孔系统图上的有关尺寸来确定。3.镗模支架镗模支架（1）镗模支架结构及尺寸）镗模支架结构及尺寸（2）布置）布置（3）设计要求）设计要求1）镗模支架上不允许安装夹紧结构或承受夹紧力，以免）镗模支架上不允许安装夹紧结构或承受夹紧力，以免支架变形；支架变形；2）支架与底座必须用销定位，并用螺钉紧固；）支架与底座必须用销定位，并用螺钉紧固；3）为使支架有足够的刚度，支架要有较大的安装基面，）为使支架有足够的刚度，支架要有较大的安装基面，并合理布

58、置加强筋，以防止振动和变形；并合理布置加强筋，以防止振动和变形；4）支架材质一般用铸铁制造，并需时效处理。）支架材质一般用铸铁制造，并需时效处理。2.设计方法和步骤设计方法和步骤（1）保证加工工序的技术要求；）保证加工工序的技术要求；（2）提高生产率、降低成本、提高经济性；）提高生产率、降低成本、提高经济性；（3）操作方便、省力和安全；）操作方便、省力和安全；（4）结构工艺性好、便于排屑。）结构工艺性好、便于排屑。第七节第七节 专用夹具的设计方法和步骤专用夹具的设计方法和步骤 Design Method and Step一、夹具设计的基本要求、方法和步骤一、夹具设计的基本要求、方法和步骤1.基

59、本要求基本要求明确设计任务，准备有关资料明确设计任务，准备有关资料夹具结构方案设计夹具结构方案设计绘制夹具总图绘制夹具总图绘制非标准件的零件图绘制非标准件的零件图方方法法及及步步骤骤根据设计任务根据设计任务书，明确本工书，明确本工序的加工技术序的加工技术要求和工序内要求和工序内容、熟悉工艺容、熟悉工艺规程、零件图、规程、零件图、毛坯图和有关毛坯图和有关的装配图，了的装配图，了解定位基准的解定位基准的情况、工件的情况、工件的结构特点、材结构特点、材料性能、加工料性能、加工余量、切削用余量、切削用量、生产规模、量、生产规模、期限要求以及期限要求以及前后的工序情前后的工序情况。况。收集所用机床、收集所用机床、刀具、辅助工刀具、辅助工具、检测量具具、检测量具的有关资料，的有关资料，了解它们主要了解它们主要的技术参数、的技术参数、性能特点以及性能特点以及与所设计夹具与所设计夹具有关的技术规有关的技术规格和性能资料。格和性能资料。了解工具车了解工具车间的技术水间的技术水平、工作条平、工作条件以及国内件以及国内外制造和使外制造和使用同类夹具用同类夹具的资料和经的资料和经验，并广泛验，并广泛征求有关人征求有关人员的意见和员的意见和建议。建议。准备夹具准备夹具零部件标零部件标准（国标、准（国标、部标、厂部标、厂标）、典标）、典型夹具结型夹具结构图册、构图册、夹具设计夹具设计指导资料指