铣刨等加工用的机床夹具课件

1、单元三 机床夹具基本知识3.1 夹具基础知识3.1.1 机床夹具的分类及作用一、机床夹具的分类1按夹具的通用特性分类2按夹具使用的机床分类一、夹具概述机床夹具是机械加工工艺系统的一个重要组成部分。为保证工件某工序的加工要求，必须使工件在机床上相对刀具的切削或成形运动处于准确的相对位置。当用夹具装夹加工一批工件时，是通过夹具来实现这一要求的。而要实现这一要求，又必须满足三个条件： 一批工件在夹具中占有正确的加工位置； 夹具装夹在机床上的准确位置； 单元三 机床夹具基本知识3.1 夹具基础知识刀具相对夹具的准确位置。这里涉及了三层关系：零件相 对夹具，夹具相对于机床，零件相对于机床。工件的最终精度

2、是由零件相对于机床获得的。 所以“定位”也涉及到三层关系：工件在夹具上的定位，夹具相对于机床的定位，而工件相对于机床的定位是间接通 过夹具来保证的。工件定位以后必须通过一定的装置产生夹紧力把工件固定，使工件保持在准确定位的位置上，否则，在加工过程中因受切削力，惯性力等力的作用而发生位置变化或引起振动，破坏了原来的准 确定位，无法保证加工要求。这种产生夹紧力的装置便是夹紧装置。机床夹具的概念 机床夹具是机床上用以装夹工件（和引导刀具）的一种装置。其作用是将工件定位，以使工件获得相对于机床和刀具的正确位置，并把工件可靠地夹紧。机床夹具的分类 机床夹具可根据其使用范围，分为通用夹具、专用夹具、组合夹

3、具、通用可调夹具和成组夹具等类型。机床夹具还可按其所使用的机床和产生加紧力的动力源等进行分类。根据所使用的机床可将夹具分为车床夹具、铣床夹具、钻床夹具（钻模）、镗床夹具（镗模）、磨床夹具和齿轮机床夹具等，根据产生加紧力的动力源可将夹具分为手动夹具、气动夹具、液压夹具、电动夹具、电磁夹具和真空夹具等。按夹具的使用范围，夹具可分为五种基本类型： （1）通用夹具：特点：具有很大的通用性。如三爪卡盘。（2）专用夹具：针对某一产品的某一特定工序而专门设计。特点：用途专一。（3）可调夹具：按一组零件而设计一套可调整的夹具。特点：夹具的部分元件可以更换，部分装置可以调整。（4）组合夹具：用标准化元件组装成的

4、夹具。特点：灵活多变，万能性强，制造周期短，零件可以重复使用。（5）随行夹具：在自动线上使用的一种夹具。特点：夹具随工件在各工序中的机床上被定为和夹紧。3.机床夹具的组成（1）定位元件：确定工件在夹具中位置的元件。作用：是确定工件在夹具中的位置。（2）夹紧装置：用以夹紧工件的装置。作用：是保持工件在夹具中的既定位置。（3）对刀和引导装置：引导刀具或调整刀具相对于夹具位置的装置。作用：确定刀具相对于夹具的位置。（4）夹具体：联接夹具上各个元件或装置，使之成为一个整体的零件。作用：保证各元件或装置之间的位置关系。（5）联接元件：使夹具与机床相联接的元件。作用：保证夹具与机床之间的相互位置关系。 （

5、6）其它元件及装置：如传动装置、分度装置等。二、定位基准 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。在加工中用以定位的基准称为定位基准。有时，作为基准的点、线、面在工件上不一定具体存在（例如孔的中心线和对称中心平面等），其作用是由某些具体表面（如内孔圆柱面）体现的，体现基准作用的表面称为基面。三、工件在夹具中的定位(一)六点定位原理 任何未定位的工件在空间直角坐标系中都具有六个自由度。工件定位的任务就是根据加工要求限制工件的全部或部分自由度。工件的六点定位原理是指用六个支撑点来分别限制工件的六个自由度，从而使工件在空间得到确定定位的方法。(二)支承点与定位元件(三)完全定

6、位与不完全定位工件的六个自由度完全被限制的定位称为完全定位。按加工要求，允许有一个或几个自由度不被限制的定位称为不完全定位。(四)欠定位与过定位按工序的加工要求，工件应该限制的自由度而未予限制的定位，称为欠定位。在确定工件定位方案时，欠定位时绝对不允许的。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，应尽量避免出现过定位。消除过定位及其干涉一般有两个途径：其一是改变定位元件的结构，以消除被重复限制的自由度；其二是提高工件定位基面之间及夹具定位元件工作表面之间的位置精度，以减少或消除过定位引起的干涉。四、组合夹具和随行夹具(一)组合夹具 组合夹具是由一套预先制

7、造好的标准元件和合件组装而成的专用夹具。(二)随行夹具随行夹具是大批量生产中在自动线上使用的一种移动式夹具。3.2 工件的定位方式与定位元件 在机械加工中，虽然被加工工件的种类繁多，形状各异，但从它们的基本结构来看，不外乎是由平面、圆柱面、圆锥面及各种成形面所组成。工件在夹具中定位时，可根据各自结构特点和工序加工精度要求，选取相应的平面、圆面、曲面或者组合表面作为定位基准。定位元件的工作表面的结构形状，必须与工件的定位基准面形状特点相适应，常用定位元件的结构和尺寸已经制定了国家标准 一、对定位元件的要求1 足够的精度由于工件的定位是通过定位副的接触（或配合）实现的。定位元件工作表面的精度直接影

8、响工件的定位精度，因此定位元件工作表面应有足够的精度，以保证加工精度要求。 2 足够的强度和刚度定位元件不仅限制工件的自由度，还有支承工件、承受夹紧力和切削力的作用。因此还应有足够的强度和刚度，以免使用中变形和损坏。 3 有较高的耐磨性工件的装卸会磨损定位元件工件表面，导致定位元件工件表面精度下降，引起定位精度的下降。当定位精度下降至不能保证加工精度时则应更换定位元件。为延长定位元件更换周期，提高夹具使用寿命，定位元件工作表面应有较高的耐磨性。4. 良好的工艺性定位元件的结构应力求简单、合理、便于加工、装配和更换。 对于工件不同的定位基面的形式，定位元件的结构、形状、尺寸和布置方式也不同。下面

9、按不同的定位基准分别介绍所用的定位元件的结构形式。二、工件以平面定位时的定位元件 工件以平面作为定位基准时常用的定位元件如下述： （一）主要支承主要支承用来限制工件自由度，起定位作用。 1 固定支承 固定支承由支承钉和支承板两种型式，如图 所示，在使用过程中它们都是固定不动的。 当工件以粗糙不平的毛坯面定位时，采用球头支承钉图 3-41b ；齿纹头支承钉，如图 3 -41c ，用在工件侧面，以增大磨擦系数，防止工件滑动；当工件以加工过的平面定位时，可采用平头支承钉（如图 3 -41a ）或支承板。图 3-41d 所示支承板结构简单，制造方便，但孔边切屑不易清除干净，故适用于侧面和顶面定位；图

10、3-41e 所示支承板便于清除切屑，适用于底面定位。 需要经常更换的支承钉应加衬套，如图 3-42 所示。支承钉、支承板均已标准化，其公差配合、材料、热处理等可查国家标准机床夹具零件及部件。 当要求几个支承钉或支承板装配后等高时，可采用装配后一次磨削法，以保证它们的工作面在同一平面内。 工件以平面定位时，除了采用上面介绍的标准支承钉和支承板，也可根据工件定位平面的不同形状设计相应的支承板。 2 可调支承 在工件定位过程中，支承钉的高度需调整时，应采用图所示可调支承 在图 3 -44a 中，工件为砂型铸件，先以 A 面定位铣 B 面，再以 B 面定位镗双孔。铣 B 面时若用固定支承，由于定位基面

11、 A 的尺寸和形状误差较大，铣完后的 B 面与两毛坯孔（ 3-44 中的点划线）的距离尺寸 H 1 、 H 2 变化也大，致使镗孔时余量很不均匀，甚至可能使余量不够。因此图 3-44 中可采用可调支承，定位时适当调整支承钉的高度，便可避免出现上述情况。对于中小型零件，一般每批调整一次，调整好后，用锁紧螺母拧紧固定，此时其作用与固定支承完全相同。若工件较大且毛坯精度较低时，也可能每件都要调整。 在同一夹具上加工形状相同但尺寸不同的工件时，可用可调支承，如图 3-44b 所示，在轴上钻径向孔，对于孔至端面的距离不等的工件，只要调整支承钉的伸出长度，便可进行加工。 3 自位支承（浮动支承） 在工件定

12、位过程中，能自动调整位置的支承称为自位支承，或称浮动支承 这类支承的工作特点是：支承点的位置能随着工件定位基面位置的变动而自动调整，定位基面压下其中一点，其余点便上升，直至各点均与工件接触。接触点数的增加，提高了工件装夹刚度和稳定性，但其作用相当于一个固定支承，只限制了工件的一个自由度。 自位支承适用于工件以毛坯面定位或定位刚性较差的场合。 （二）辅助支承 辅助支承用来提高装夹刚度和稳定性，不起定位作用。 如图 3-47 所示，工件以内孔及端面定位钻右端小孔。若右端不设支承，工件装夹后，右臂为一悬臂，刚性差。若在 A 点设置固定支承则属过定位，有可能破坏左端定位。在这种情况下，宜在右端设置辅助

13、支承。工件定位时，辅助支承是浮动的（或可调的），待工件夹紧后再把辅助支承固定下来，以承受切削力。 三、工件以圆孔定位时的定位元件 工件以内孔表面作为定位基面时常用的定位元件如下： （一）圆柱销（定位销） 图 3-49 为常用定位销结构。当定位销直径 D 小于 3 10mm 时，为避免使用中折断或热处理时淬裂，通常将根部制成圆角 R 。夹具体上应有沉孔，使定位销的圆角部分沉入孔内而不影响定位。大批大量生产时，为了便于定位销的更换，可采用图 3-49d 所示的带有衬套的结构型式。 （二）圆柱心轴图 3 -50a 为间隙配合心轴。装卸工件方便，但定心精度不高。为 减少因配合间隙而造成的工件倾斜，工件

14、常以孔和端面联合定位，因而要求工件定位孔与定位端面之间、心轴定位圆柱面与定位平面之间都有较高的垂直度要求，最好能在一次装夹中加工出来。图 3-50b 为过盈配合心轴，由引导部分、工作部分、传动部分组成。这种心轴结构简单、制造方便且定心误差等于零，但装卸工件需在压床上进行，故批量生产时需备很多根心轴。图 3 -50c 是花键心轴，用于加工以花键孔定位的工件。当工件定位孔的长径比 L/d 1 时，工作部分可稍带锥度。 （四）圆锥销 工件圆孔与锥销定位，圆孔与锥销的接触线是一个圆，限制工件 、 、 三个位移自由度，图 a 用于粗基准，图 b 用于精基准。工件以圆孔与锥销定位能实现无间隙配合，但是单个

15、圆锥销定位时容易倾斜，因此，圆锥销一般不单独使用。如图 9-14 所示，图 a 为圆锥与圆柱组合芯轴定位；图 b 为用活动锥销与平面组合定位；图 c 为双圆锥销组合定位。 四、工件以外圆柱面定位时的定位元件 （ 1 ） V 形块工件外圆以 V 形块定位是常见的定位方式之一，两斜面夹角有60、 90 、120 ，其中 90 V 形块使用最广泛 长 V 形块相当于四个定位支承点，限制工件的两个位移自由度和两个旋转自由度；短 V 形块相当于两个定位支承点，限制工件的两个位移自由度。 根据需要 V 形块可以设计非标准结构，如图 9-19 所示，图 a 用于精基准；图 b 用于粗基准，接触面长度约 25

16、mm；图 c 是镶装支承钉或支承板的结构。它们都属于长 V 形块，限制工件的四个自由度。 使用 V 形块定位的优点是对中性好，能使工件的定位基准处在 V 形块两斜面的对称面内，可用于粗、精基准，可用于完整或局部圆柱面，活动 V 形块还可以兼作夹紧元件。如图活动 V 形块用于定位夹紧机构中，消除工件一个位移自由度，还兼夹紧工件的作用。 2 定位套 工件以外圆柱面作为定位基面在圆孔中定位，外圆柱面的轴线是定位基准，外圆柱面是定位基面。有圆定位套、半圆套和圆锥套三种结构形式。 图 所示为常用的几种定位套结构形式，为保证工件的轴向定位，常与端面组合定位，限制工件的五个自由度。图 a 为圆定位套结构，长

17、套相当于四个定位支承点；短套相当于两个定位支承点，与工件的配合是间隙配合。图 b 为圆锥套的结构，相当于三个定位支承点。图 c 为半圆套结构，主要用于大型轴类工件及不便于轴向装夹的工件，定位元件是下半圆套，固定在夹具上，起定位作用，长套相当于四个定位支承点；短套相当于两个定位支承点，与工件的配合是间隙配合，上半圆套是活动的，起夹紧作用。 3.3 夹紧装置3.3.1夹紧装置的组成及基本要求1夹紧装置的组成 图3.3-1夹紧装置组成示意图，它主要由以下三部分组成。 （1）力源装置：产生夹紧作用力的装置。所产生的力称为原始力，如气动、液动、电动等。图3.3-1中的力源装置是汽缸1。对于手动夹紧来说，

18、力源来自人力。图3.3-1 夹紧装置组成示意图1汽缸 2楔块 3滚轮 4压板 （2）中间传力机构：介于力源和夹紧元件之间传递力的机构，图3.3-1中的中间传力机构是楔块2和滚轮3。 （3）夹紧元件：夹紧装置的最终执行件，与工件直接接触完成夹紧作用，图3.3-1中的夹紧元件是压板4。2对夹紧力的要求 力有三个要素，确定夹紧力就要确定夹紧力作用点、大小和方向。 夹紧力作用点分布应合理，大小应适当，方向应正确。（1）夹紧力作用点的选择（2）夹紧力作用方向的选择（a）不合理 （b）合理图3.3-2 夹紧力作用点应在支撑面内 图3.3-3 避免或减少工件夹紧变形图3.3-4 夹紧力作用点应该靠近加工表面

19、图3.3-5 夹紧力应该指向主要定位基面图3.3-6 夹紧力方向与夹紧力大小的关系（a）最合理 （f）最差3夹紧力大小估算 为保证夹紧可靠，尚需再乘以安全系数，即为实际需要的夹紧力。FJ=KF计式中 F计最不利条件下由静力平衡计算求出夹紧力； FJ实际需要的夹紧力； K安全系数，一般取K=1.53，粗加工取大值，精加工取小值。3.3.2 常用夹紧机构 原始作用力转化为夹紧力是通过夹紧机构来实现的。 在众多的夹紧机构中以斜楔、螺旋、偏心以及由它们组合而成的夹紧机构应用最为普遍。1斜楔夹紧机构（1）斜楔的夹紧力。（2）斜楔自锁条件。（3）斜楔的扩力比与夹紧行程。（4）斜楔夹紧机构示例。图3.3-7

20、斜楔夹紧机构1夹具体 2斜楔 3工件（a） （b） （c）图3.3-8 斜楔受力分析 2螺旋夹紧机构（1）简单螺旋夹紧机构。（2）快速螺旋夹紧机构。（3）螺旋压板夹紧机构。图3.3-10 简单螺旋夹紧机构图3.3-11 摆动压块图3.3-12 快速螺旋夹紧机构1夹紧轴2、4、5手柄3摆动压块图3.3-13 螺旋压板夹紧机构3偏心夹紧机构 图3.3-14所示为常见的偏心夹紧机构，即用偏心件直接或间接夹紧工件的机构，称为偏心夹紧机构。 偏心件有两种形式，即圆偏心和曲线偏心，其中，圆偏心机构因结构简单、制造容易而得到广泛应用。图3.3-14 偏心夹紧机构图3.3-15 偏心夹紧原理图3.3-16 h

21、值的变化4联动夹紧机构 利用一个原始作用力实现单件或多件的多点、多向同时夹紧的机构，称为联动夹紧机构。3.4 夹具的其他装置一、导向及对刀装置 主要用于确定（引导）切削工具与工件的相对位置，图3.4-1所示为钻套和铣削的对刀装置。图3.4-1 导向及对刀元件二、夹具体 夹具体是夹具的基础元件，用它来连接并固定定位元件、夹紧元件和导向元件等，使之成为一个整体。 夹具体的形状与尺寸取决于夹具上各种装置的布置及夹具与机床的连接。 图3.4-2所示为夹具体的几种结构形式。（a）开式结构 （b）半开式结构 （c）框架式结构图3.4-2 夹具体的结构形式 对夹具体的要求如下：1有足够的强度和刚度2尺寸稳定

22、3结构工艺性好4设置起吊装置5排屑方便三、夹具的连接元件 机床夹具的连接元件由下述三部分组成：1定位健2带U型槽的耳座3夹具的找正基面（a） （b） （c）图3.4-3 标准定位键的结构 图3.4-4 圆柱定位销图3.4-5 常用带U形槽耳座的结构形式 图3.4-6 铣床夹具的找正基面3.5 机床夹具设计步骤1明确设计任务和收集设计资料 夹具设计的第一步是在已知生产纲领的前提下，研究被加工零件的零件图、工序图、工艺规程和设计任务书，对工件进行工艺分析。 其内容主要是了解工件的结构特点、材料，确定本工序的加工表面、加工要求、加工余量、定位、基准和夹紧表面及所用的机床、刀具、量具等。 其次是根据设

23、计任务收集有关资料，如机床的技术参数、夹具零部件的国家标准、部颁标准和厂订标准、各类夹具图册、夹具设计手册等，还可收集一些同类夹具的设计图样，并了解工厂的工装制造水平，以供参考。2拟定夹具结构方案与绘制夹具草图 确定工件的定位方案，设计定位装置。 确定工件的夹紧方案，设计夹紧装置。 确定对刀或导向方案，设计对刀或导向装置。 确定夹具与机床的连接方式，设计连接元件及安装基面。 确定和设计其他装置及元件的结构形式，如分度装置、预定位装置及吊装元件等。 确定夹具的结构形式及夹具在机床上的安装方式。 绘制夹具草图，并标注尺寸、公差及技术要求。3审查方案与改进设计4绘制夹具装配总图5绘制夹具零件图3.6

24、 组合夹具 组合夹具是一种标准化、系列化、通用化程度很高的工艺装备。 它是由一套预先制造好的各种不同形状、不同规格、不同尺寸的标准元件及合件，根据不同零件的加工要求组合而成的。 图3.6-1所示为钻孔组合夹具。1、8、10、15槽用方头螺栓 2、4、12、17方形支撑 3长方形基础板 5圆形定位盘 6圆形定位销 7工件 9a孔 11、16钻模板 13b孔 14、18可调辅助支撑 19伸长板图3.6-1 双臂曲柄工件钻2-10孔组合夹具 3.6.1 组合夹具的使用范围及优缺点 1组合夹具的使用范围 从使用的设备和工艺方法看，组合夹具元件可以组装成车、钻、镗、铣、刨等加工用的机床夹具，也可组装成检验、装配和焊接等用的夹具。 组合夹具可达到的加