机械制造技术基础第30讲(2015)

1、第六章第六章 机床夹具设计机床夹具设计一、夹紧装置的组成和要求一、夹紧装置的组成和要求1. 夹紧装置的组成夹紧装置的组成 （1）动力装置）动力装置产生夹紧力的动力装置。产生夹紧力的动力装置。 （2）夹紧元件）夹紧元件直接用于夹紧工件的元件。直接用于夹紧工件的元件。（3）中间传力机构）中间传力机构将原动力以一定的大小将原动力以一定的大小和方向传递给夹紧元件的机构。和方向传递给夹紧元件的机构。第三节第三节 工件在夹具中的夹紧工件在夹具中的夹紧第六章第六章 机床夹具设计机床夹具设计常将夹紧元件和中间传力机构统称为夹紧机构。常将夹紧元件和中间传力机构统称为夹紧机构。夹紧元件夹紧元件中间传力机构中间传力

2、机构动力装置动力装置第六章第六章 机床夹具设计机床夹具设计2对夹紧装置的要求对夹紧装置的要求1）夹紧过程不得破坏工件在夹具中占有的正确）夹紧过程不得破坏工件在夹具中占有的正确定位位置。定位位置。2）夹紧力大小要适当，既要保证工件定位的稳）夹紧力大小要适当，既要保证工件定位的稳定性，又要防止工件表面损伤或使工件产生较大定性，又要防止工件表面损伤或使工件产生较大的夹紧变形。的夹紧变形。3）操作安全、省力和方便。）操作安全、省力和方便。4）尽量做到结构简单，便于制造和维修。）尽量做到结构简单，便于制造和维修。第六章第六章 机床夹具设计机床夹具设计二、夹紧力的确定二、夹紧力的确定1夹紧力作用点的选择夹

3、紧力作用点的选择1）夹紧力的作用点应正对定位元件或位于定位）夹紧力的作用点应正对定位元件或位于定位元件所形成的支承面内。元件所形成的支承面内。图图6-12 夹紧力作用点的选择夹紧力作用点的选择第六章第六章 机床夹具设计机床夹具设计2）夹紧力的作用点应位于工件刚性较好的部位）夹紧力的作用点应位于工件刚性较好的部位上。上。图图6-13 夹紧力的作用点应位于工件刚性较好的部位夹紧力的作用点应位于工件刚性较好的部位第六章第六章 机床夹具设计机床夹具设计3）夹紧力作用点应尽量靠近加工表面，使夹紧）夹紧力作用点应尽量靠近加工表面，使夹紧稳固可靠。稳固可靠。图图6-14 夹紧力的作用点应靠近加工表面夹紧力的

4、作用点应靠近加工表面第六章第六章 机床夹具设计机床夹具设计2夹紧力作用方向的选择夹紧力作用方向的选择1）夹紧力的方向应垂直于工件的主要定位基面。）夹紧力的方向应垂直于工件的主要定位基面。图图6-15 夹紧力应垂直于主要定位基面夹紧力应垂直于主要定位基面第六章第六章 机床夹具设计机床夹具设计2）夹紧力的方向应与工件刚度最大的方向一致）夹紧力的方向应与工件刚度最大的方向一致,以减小工件的夹紧变形。以减小工件的夹紧变形。图图6-16 夹紧力应与工件刚度最大方向一致夹紧力应与工件刚度最大方向一致第六章第六章 机床夹具设计机床夹具设计3）夹紧力的方向应尽量与切削力、重力等力的）夹紧力的方向应尽量与切削力

5、、重力等力的作用方向一致，以有利于减小夹紧力。作用方向一致，以有利于减小夹紧力。附图附图 夹紧力方向与切削力、重力方向的关系夹紧力方向与切削力、重力方向的关系第六章第六章 机床夹具设计机床夹具设计3夹紧力的估算夹紧力的估算在确定夹紧力时，可将夹具和工件看成一个整体，在确定夹紧力时，可将夹具和工件看成一个整体，将作用在工件上的切削力、夹紧力、重力和惯性将作用在工件上的切削力、夹紧力、重力和惯性力等，根据静力平衡原理列出静力平衡方程式，力等，根据静力平衡原理列出静力平衡方程式，从而求出理论夹紧力。从而求出理论夹紧力。为使夹紧可靠，应再乘一安全系数为使夹紧可靠，应再乘一安全系数k，粗加工时，粗加工时

6、取取k = 2.53，精加工时取，精加工时取k = 1.52。第六章第六章 机床夹具设计机床夹具设计在加工过程中如果切削力的作用点、方向和大小在加工过程中如果切削力的作用点、方向和大小都在变化，则估算夹紧力时应按最不利的情况考都在变化，则估算夹紧力时应按最不利的情况考虑。虑。夹具设计中，夹紧力大小并非在所有情况下都需夹具设计中，夹紧力大小并非在所有情况下都需要计算。在手动夹紧装置中，常根据经验或类比要计算。在手动夹紧装置中，常根据经验或类比法确定所需的夹紧力。对于关键工序中若需要准法确定所需的夹紧力。对于关键工序中若需要准确计算夹紧力时，可通过工艺试验来实测切削力确计算夹紧力时，可通过工艺试验

7、来实测切削力的大小，然后再进行夹紧力的计算。的大小，然后再进行夹紧力的计算。第六章第六章 机床夹具设计机床夹具设计三、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附图附图 斜楔夹紧斜楔夹紧斜楔是夹紧机构斜楔是夹紧机构中最为基本的一中最为基本的一种形式，它是利种形式，它是利用斜面移动时所用斜面移动时所产生的力来夹紧产生的力来夹紧工件的。工件的。第六章第六章 机床夹具设计机床夹具设计对于夹紧机构，尤其对于手动夹紧机构，一般都对于夹紧机构，尤其对于手动夹紧机构，一般都要求自锁，即在去除外力后，夹紧机构仍能保持要求自锁，即在去除外力后，夹紧机构仍能保持对工件的夹紧。对工件的夹紧。斜楔夹紧

8、机构的缺点是夹紧行程小，手动操作不斜楔夹紧机构的缺点是夹紧行程小，手动操作不方便，故常用于气动和液压夹紧装置中，此时斜方便，故常用于气动和液压夹紧装置中，此时斜楔夹紧机构不需要自锁。楔夹紧机构不需要自锁。第六章第六章 机床夹具设计机床夹具设计附图附图 气动滚子斜楔夹紧机构气动滚子斜楔夹紧机构1-活塞杆活塞杆 2-斜楔斜楔 3-滚子滚子 4-滑柱滑柱 5-双头支承双头支承 6-压板压板第六章第六章 机床夹具设计机床夹具设计2. 螺旋夹紧机构螺旋夹紧机构采用螺旋装置直接夹紧或与其他元件组合实现夹采用螺旋装置直接夹紧或与其他元件组合实现夹紧的机构，统称螺旋夹紧机构。紧的机构，统称螺旋夹紧机构。螺旋夹

9、紧机构结构简单，容易制造。由于螺纹升螺旋夹紧机构结构简单，容易制造。由于螺纹升角小，螺旋夹紧机构的自锁性能好，夹紧力和夹角小，螺旋夹紧机构的自锁性能好，夹紧力和夹紧行程都较大，在手动夹具上应用较多。紧行程都较大，在手动夹具上应用较多。第六章第六章 机床夹具设计机床夹具设计图图6-19 单螺旋夹紧机构单螺旋夹紧机构1-活动压块活动压块 2-衬套衬套 3-螺杆螺杆第六章第六章 机床夹具设计机床夹具设计图图6-20 螺旋压板夹紧机构螺旋压板夹紧机构1-螺母螺母 2-球面垫圈球面垫圈 3-锥面垫圈锥面垫圈 4-压板压板第六章第六章 机床夹具设计机床夹具设计3. 偏心夹紧机构偏心夹紧机构偏心夹紧机构是通

10、偏心夹紧机构是通过偏心轮直接夹紧过偏心轮直接夹紧工件或与其它元件工件或与其它元件组合夹紧工件的。组合夹紧工件的。常用的偏心轮有圆常用的偏心轮有圆偏心和曲线偏心两偏心和曲线偏心两种。种。图图6-21 偏心夹紧机构偏心夹紧机构第六章第六章 机床夹具设计机床夹具设计优点：结构简单，夹紧优点：结构简单，夹紧迅速；但它的夹紧行程迅速；但它的夹紧行程小，增力倍数小，自锁小，增力倍数小，自锁性能差，故一般只在被性能差，故一般只在被夹紧表面尺寸变动不大夹紧表面尺寸变动不大和切削过程振动较小的和切削过程振动较小的场合应用。场合应用。铣床夹具一般不宜采用偏心夹紧机构。铣床夹具一般不宜采用偏心夹紧机构。图图6-21

11、 偏心夹紧机构偏心夹紧机构第六章第六章 机床夹具设计机床夹具设计4. 定心夹紧机构定心夹紧机构定心夹紧机构是指能够在实现工件定心作用的同定心夹紧机构是指能够在实现工件定心作用的同时，又起着将工件夹紧的作用的夹紧机构。时，又起着将工件夹紧的作用的夹紧机构。定心作用是指具有对称轴线或对称中心平面的工定心作用是指具有对称轴线或对称中心平面的工件，通过定心夹紧机构可使其定位基准重合于机件，通过定心夹紧机构可使其定位基准重合于机床夹具定位元件工作表面的对称轴线或对称中心床夹具定位元件工作表面的对称轴线或对称中心平面。平面。第六章第六章 机床夹具设计机床夹具设计图图6-22 机械定心夹紧机构机械定心夹紧机

12、构1-手柄手柄 2-偏心轮偏心轮 3、4、5-卡爪卡爪 6-锥体锥体 这两套这两套定心夹紧定心夹紧机构是利机构是利用定位夹用定位夹紧元件的紧元件的等速移动等速移动来实现工来实现工件定心或件定心或对中作用对中作用的。的。第六章第六章 机床夹具设计机床夹具设计图图6-23 弹性定心夹紧机构弹性定心夹紧机构1-夹具体夹具体 2、6-弹性筒夹弹性筒夹 3、7-锥套锥套 4、8-螺母螺母 5-心轴本体心轴本体定心夹紧机构中与工件定位基准（面）相接触的定心夹紧机构中与工件定位基准（面）相接触的元件，可称为定心夹紧元件。元件，可称为定心夹紧元件。 这两套定心夹紧机构是利用定位夹紧元件的均匀这两套定心夹紧机构

13、是利用定位夹紧元件的均匀弹性变形方式，来实现工件定心或对中作用的。弹性变形方式，来实现工件定心或对中作用的。第六章第六章 机床夹具设计机床夹具设计5. 铰链夹紧机构铰链夹紧机构铰链夹紧机构是铰链夹紧机构是一种增力装置，一种增力装置，它具有增力倍数它具有增力倍数较大，摩擦损失较大，摩擦损失较小的优点，广较小的优点，广泛应用于气动夹泛应用于气动夹具中。具中。图图6-24 铰链夹紧机构铰链夹紧机构1-气缸气缸 2-铰链扩力机构铰链扩力机构 3、4-压板压板第六章第六章 机床夹具设计机床夹具设计6. 联动夹紧机构联动夹紧机构联动夹紧机构是一种高效夹紧机构，它可通过一联动夹紧机构是一种高效夹紧机构，它可

14、通过一 个操作手柄或一个个操作手柄或一个动力装置，对一个动力装置，对一个工件的多个夹紧点工件的多个夹紧点实施夹紧，或同时实施夹紧，或同时夹紧若干个工件。夹紧若干个工件。图图6-25 多件联动夹紧机构多件联动夹紧机构第六章第六章 机床夹具设计机床夹具设计图图6-26a 联动夹紧机构联动夹紧机构第六章第六章 机床夹具设计机床夹具设计图图6-26b 联动夹紧机构联动夹紧机构第六章第六章 机床夹具设计机床夹具设计四、夹紧的动力装置四、夹紧的动力装置在大批大量生产中，为提高生产率和降低劳动在大批大量生产中，为提高生产率和降低劳动强度，大多数夹具都采用机动夹紧装置，常见强度，大多数夹具都采用机动夹紧装置，

15、常见驱动方式有气动、液动、气液联合驱动，电驱动方式有气动、液动、气液联合驱动，电（磁）驱动，真空吸附等多种形式。（磁）驱动，真空吸附等多种形式。 1. 气动夹紧装置气动夹紧装置气动夹紧装置装置以压缩空气（气动夹紧装置装置以压缩空气（0.4 0.6MPa）作为动力源推动夹紧机构夹紧工件。作为动力源推动夹紧机构夹紧工件。第六章第六章 机床夹具设计机床夹具设计常用的气缸结构有活塞式和薄膜式两种。活塞式常用的气缸结构有活塞式和薄膜式两种。活塞式气缸有固定式、摆动式和回转式三种气缸有固定式、摆动式和回转式三种图图6-27 双作用固定式活塞气双作用固定式活塞气缸缸1-前盖前盖 2-气缸体气缸体 3-活塞杆

16、活塞杆 4-活塞活塞 5-密封圈密封圈 6-后盖后盖第六章第六章 机床夹具设计机床夹具设计图图6-28 回转式气缸及其应用回转式气缸及其应用1-导气接头导气接头 2-活塞活塞 3-气缸气缸 4、7-过渡盘过渡盘 5-活塞杆活塞杆 6-主轴主轴 8-夹具体夹具体第六章第六章 机床夹具设计机床夹具设计图图6-30 薄膜式气缸薄膜式气缸1-导气接头导气接头 2-薄膜薄膜 3-左气缸壁左气缸壁 4-右气缸壁右气缸壁 5-推杆推杆 6-弹簧弹簧第六章第六章 机床夹具设计机床夹具设计2. 液压夹紧装置液压夹紧装置 液压夹紧装置的结构和工作原理基本与气动夹紧液压夹紧装置的结构和工作原理基本与气动夹紧装置相同

17、，所用的工作介质则是压力油（工作压装置相同，所用的工作介质则是压力油（工作压力可达力可达5 6.5MPa） 。与气压夹紧装置相比，液压夹紧的优点是：传动与气压夹紧装置相比，液压夹紧的优点是：传动力大，夹具结构相对较小；油液不可压缩，夹紧力大，夹具结构相对较小；油液不可压缩，夹紧可靠，工作平稳；噪声小。其不足之处是需设置可靠，工作平稳；噪声小。其不足之处是需设置专门的液压系统，应用范围受限制。专门的液压系统，应用范围受限制。第六章第六章 机床夹具设计机床夹具设计一、钻床夹具一、钻床夹具钻床夹具的明显特点是夹具上设有引导钻头、扩钻床夹具的明显特点是夹具上设有引导钻头、扩孔钻、铰刀等孔加工刀具的导向

18、元件孔钻、铰刀等孔加工刀具的导向元件钻套和钻套和安装钻套的钻模板，因此习惯上将钻床夹具称为安装钻套的钻模板，因此习惯上将钻床夹具称为“钻模钻模”。第四节第四节 典型机床夹具典型机床夹具第六章第六章 机床夹具设计机床夹具设计（一）钻模的主要类型及其结构特点（一）钻模的主要类型及其结构特点 根据工件上被加工孔的分布情况和工件的生产类根据工件上被加工孔的分布情况和工件的生产类型，钻模在结构上有固定式、回转式、翻转式、型，钻模在结构上有固定式、回转式、翻转式、摆动式和滑柱式等多种形式。摆动式和滑柱式等多种形式。1固定式固定式钻模钻模固定式钻模是指加工中钻模板相对于工件和机床固定式钻模是指加工中钻模板相

19、对于工件和机床的位置保持不变的钻模。的位置保持不变的钻模。第六章第六章 机床夹具设计机床夹具设计图图6-31 固定式钻床夹具固定式钻床夹具1-圆支承板圆支承板 2-长长V型块型块 3-钻模板钻模板 4-钻套钻套 5-V型压头型压头 6-螺钉螺钉 7-转轴转轴 8-手柄手柄第六章第六章 机床夹具设计机床夹具设计2. 回转式钻模回转式钻模回转式钻模用于加工分布在同一圆周上的平行孔回转式钻模用于加工分布在同一圆周上的平行孔系或径向孔系。系或径向孔系。图图6-32 回转式钻模回转式钻模1-分度插销分度插销 2-等分锥套等分锥套 3-圆支承板圆支承板 4-开口垫圈开口垫圈 5-夹紧螺母夹紧螺母 6-短定

20、位销短定位销 7-键键 8-钻套钻套 9-分度盘分度盘 10-衬套衬套 11-锁紧手柄锁紧手柄 12-手柄手柄 13-夹具体夹具体 第六章第六章 机床夹具设计机床夹具设计3翻转式钻模翻转式钻模翻转式钻模主要用于加工小型工件上几个不同方翻转式钻模主要用于加工小型工件上几个不同方向的孔向的孔 图图6-33 翻转式钻模翻转式钻模1-钻套钻套 2-倒锥螺栓倒锥螺栓 3-弹簧涨套弹簧涨套 4-圆支承板圆支承板 5-螺母螺母第六章第六章 机床夹具设计机床夹具设计4滑柱式钻模滑柱式钻模滑柱式钻模的钻模板可上下升降，其结构已通用滑柱式钻模的钻模板可上下升降，其结构已通用化。化。除手动外，滑柱式钻模还可以采用其

21、它动力装置，除手动外，滑柱式钻模还可以采用其它动力装置，如气动、液压等。如气动、液压等。滑柱式钻模具有结构简单、操作迅速方便、自锁滑柱式钻模具有结构简单、操作迅速方便、自锁可靠等优点，它被广泛用于成批生产和大量生产可靠等优点，它被广泛用于成批生产和大量生产中。中。图图6-34 滑柱式钻模滑柱式钻模1-齿轮轴齿轮轴 2-斜齿条滑柱斜齿条滑柱 3、12钻模板钻模板 4-螺母螺母 5-手柄手柄 6-导向柱导向柱 7-锥套环锥套环 8-定位支承定位支承 9-可调支承可调支承 10-挡销挡销 11-自位压柱自位压柱 13-螺钉螺钉 14-钻套钻套 15-定位元件定位元件 第六章第六章 机床夹具设计机床夹

22、具设计5盖板式钻模（可卸钻模板式钻模）盖板式钻模（可卸钻模板式钻模） 图图6-35所示是钻主轴箱侧面上所示是钻主轴箱侧面上7个孔所用的盖板个孔所用的盖板式钻模。式钻模。因装卸钻模板费力费时，该钻模仅适于在中小批因装卸钻模板费力费时，该钻模仅适于在中小批量生产中使用。量生产中使用。图图6-35 盖板式钻模盖板式钻模1-支承钉支承钉 2-圆柱销圆柱销 3-手柄手柄 4-菱形销菱形销 5-钻模钻模板板 6-钢球钢球 7-定心销定心销第六章第六章 机床夹具设计机床夹具设计（二）钻床夹具设计要点（二）钻床夹具设计要点1钻套钻套 钻套的作用是确定钻头、铰刀等孔加工刀具的轴钻套的作用是确定钻头、铰刀等孔加工

23、刀具的轴线位置，提高刀具的刚性，防止刀具在加工中发线位置，提高刀具的刚性，防止刀具在加工中发生偏斜。生偏斜。根据使用特点，钻套可分为固定式、可换式、快根据使用特点，钻套可分为固定式、可换式、快换式等多种结构形式。换式等多种结构形式。第六章第六章 机床夹具设计机床夹具设计图图6-36 固定钻套的结构固定钻套的结构（1）固定钻套）固定钻套固定钻套直接被压装在钻模板上，其位置精度较固定钻套直接被压装在钻模板上，其位置精度较高，但磨损后不易更换。高，但磨损后不易更换。第六章第六章 机床夹具设计机床夹具设计钻套导向部分高度尺寸钻套导向部分高度尺寸H 越大，越大，刀具的导向性越好，但刀具与刀具的导向性越好

24、，但刀具与钻套的摩擦越大，一般取钻套的摩擦越大，一般取 H =（12.5）D，孔径小、精度要，孔径小、精度要求较高时，求较高时，H 取较大值。取较大值。为便于排屑，钻套下端与被加工工件间应留有适为便于排屑，钻套下端与被加工工件间应留有适当距离当距离h；但是，；但是，h值太大会降低钻套对钻头的导值太大会降低钻套对钻头的导向作用，影响加工精度。向作用，影响加工精度。第六章第六章 机床夹具设计机床夹具设计加工钢件时，加工钢件时，取取h =（0.7l.5）D ；加工铸铁时，加工铸铁时，取取h =（0.30.4）D；大孔取较小的系数，大孔取较小的系数， 小孔取较大的系数。小孔取较大的系数。第六章第六章

25、机床夹具设计机床夹具设计（2）可换钻套）可换钻套 在成批、大量生在成批、大量生产中可采用可换产中可采用可换钻套。钻套。图图6-37a 可换钻套的结构可换钻套的结构第六章第六章 机床夹具设计机床夹具设计（3）快换钻套）快换钻套在工件一次装夹中，若在工件一次装夹中，若顺序进行钻孔、扩孔、顺序进行钻孔、扩孔、铰孔或攻丝等多个工步铰孔或攻丝等多个工步加工，需使用不同孔径加工，需使用不同孔径的钻套来引导刀具，此的钻套来引导刀具，此时应使用快换钻套。时应使用快换钻套。图图6-37b 快换钻套的结构快换钻套的结构第六章第六章 机床夹具设计机床夹具设计图图6-38 专用钻套专用钻套上述三种钻套的结构和尺寸均已

26、标准化，设计时上述三种钻套的结构和尺寸均已标准化，设计时可参阅有关国家标准。可参阅有关国家标准。 （4）专用钻套）专用钻套 在一些特殊场合，可根据具体在一些特殊场合，可根据具体要求自行设计钻套。要求自行设计钻套。第六章第六章 机床夹具设计机床夹具设计2钻模板钻模板 常见的钻模板有固定式、铰链式、可卸式和悬挂常见的钻模板有固定式、铰链式、可卸式和悬挂式等四种结构形式。式等四种结构形式。（1）固定式钻模板）固定式钻模板固定式钻模板与夹具体是固定联接的，可以与夹固定式钻模板与夹具体是固定联接的，可以与夹具体做成一体，也可以用螺钉将它与夹具体相联具体做成一体，也可以用螺钉将它与夹具体相联接。接。图图6

27、-31 固定式钻床夹具固定式钻床夹具第六章第六章 机床夹具设计机床夹具设计图图6-39 铰链式钻模板铰链式钻模板（2）铰链式钻模板）铰链式钻模板铰链式钻模板与夹铰链式钻模板与夹具体通过铰链连接。具体通过铰链连接。它主要用在生产规它主要用在生产规模不大、钻孔精度模不大、钻孔精度要求不高的场合。要求不高的场合。第六章第六章 机床夹具设计机床夹具设计（3）悬挂式钻模板）悬挂式钻模板 悬挂式钻模板是与机床主轴箱相连接的。悬挂式钻模板是与机床主轴箱相连接的。它通常在用多轴传动头加工平行孔系时采用，它通常在用多轴传动头加工平行孔系时采用，生产效率高，适于在大批大量生产中应用。生产效率高，适于在大批大量生产

28、中应用。图图6-40 悬挂式钻模板悬挂式钻模板第六章第六章 机床夹具设计机床夹具设计3. 钻套位置尺寸和公差的确定钻套位置尺寸和公差的确定钻套在夹具上的位置以定位元件的定位表面或定钻套在夹具上的位置以定位元件的定位表面或定位元件轴线为基准进行标注。钻套位置尺寸以工位元件轴线为基准进行标注。钻套位置尺寸以工件相应尺寸的平均尺寸为基本尺寸，公差取为工件相应尺寸的平均尺寸为基本尺寸，公差取为工件相应尺寸公差的件相应尺寸公差的1/5 1/2，偏差对称标注。，偏差对称标注。第六章第六章 机床夹具设计机床夹具设计二、铣床夹具二、铣床夹具铣削加工属断续切削，易产生振动，铣床夹具的铣削加工属断续切削，易产生振动，铣床夹具的受力部件要有足够的强度和刚度，夹紧机构所提受力部件要有足够的强度和刚度，夹紧机构所提供的夹紧力应足够大，且要求有较好的自锁性能。供的夹紧力应足够大，且要求有较好的自锁性能。对刀块和定位键是铣床夹具的特有元件。对刀块和定位键是铣床夹具的特有元