《机械制造工艺与夹具设计》机床夹具设计

1、 工件在夹具中的定位6章机床夹具概述5章 工件在夹具中的夹紧 7章授课学时26 机床夹具设计 典型机床夹具设计8章教学重点（1）工件定位原理（2）夹紧力的确定（3）典型夹紧机构设计教学难点（1）定位误差的计算（2）夹紧力的确定 机床夹具设计 第5章 机床夹具设计5.1 概述一、装夹的概念定位：使工件在机床（或夹具中）上占有正确的位置。装夹概念：工件从定位到夹紧的整个过程，统称为装夹。装夹目的：通过定位和夹紧而使工件在加工过程中始终保持其 正确的加工位置。夹紧：将工件固定的操作。4 作用： 划线找正加工方法 夹具定位加工方法机床夹具：是在机床上用以装夹工件的一种装置 二、装夹的方法 1. 直接装

2、夹法：是利用机床上的装夹面来对工件直接定位。 2. 找正装夹法：能较好地适应加工对象的变换， 但费时间，效率低，劳动强度大。 主要用于单件小批生产中。 3. 夹具装夹法：易于保证加工精度，装夹效率高，劳动强度低。 特别适合于成批大量生产中。2. 专用夹具：三、机床夹具的概念及分类（一）按通用化程度分1. 通用夹具：如三爪卡盘、虎钳等 应用最广；结构已经标准化， 并由专业工厂生产，常作为机床附件供给用户使用。 要用于单件小批生产中。 是为某一工件的某一特定工序而专门设计的。 结构紧凑，操作迅速方便；设计制造周期长，成本高； 当产品变更时常报废； 适用于成批大量生产中。7三爪卡盘四爪卡盘万向平口钳

3、回转工作台分度头通用夹具 4. 组合夹具： 是由一套预先制造好的各种标准元件拼装而成的一种专用夹具。 3. 成组夹具：适用于成组加工工艺（二）按机床类型分类 5. 随行夹具：自动线上或柔性制造系统中使用的夹具， 除了担负工件的装夹任务外，还担负沿自动线输送工件。 1. 钻床夹具； 2. 镗床夹具； 3. 铣床夹具 4. 车床夹具； 5. 磨床夹具等 9组合夹具实例10零件工序简图43DLLD43D43LDL34DL43DL34成组（部分元件可更换）夹具KH1KH2KH3KH4 1. 定位元件：确定工件在夹具中位置的元件。四、专用夹具的组成： 2. 夹紧装置：用来紧固工件的装置。 3. 对刀元件

4、：确定刀具位置的元件。 导向元件：确定刀具方向的元件。 4. 连接元件：确定夹具在机床上位置的元件。 5. 夹具体：用于连接夹具各元件及装置，使其成为一个整体的 基础零件。 6. 其它元件及机构：如分度机构、锁紧机构、衬套等。 （1）与工件在夹具中装夹有关的加工误差，称为工件的装夹误差。 分为定位误差与夹紧误差。 （2）与夹具相对刀具及其切削成形运动有关的加工误差，称为夹具的 对定误差。 分为对刀误差和夹具位置误差。 （3）与加工过程中一些因素有关的误差，称为过程误差。 包括工艺系统受力变形、热变形及磨损等因素所造成的加工误差。为了得到合格的零件，必须使： 此式称为加工误差不等式。五、夹具装夹

5、误差的组成： 6.1 工件定位原理工件定位的实质：就是消除这种不定度。第6章 工件的定位工件定位的任务就是通过各种定位元件限制工件的不定度，以满足工序的加工精度要求。（一）工件定位原理（六点定位原理）： 1. 工件在夹具中的位置有六个不定度； 2. 六个不定度需要用夹具上按一定要求布置的 六个支承点来消除； 3. 其中每一个支承点相应地消除一个不定度； 4. 工件应限制的不定度数由技术条件而定。(二)应用定位原理时应注意的问题1. 完全定位：合理限制工件六个不定度的定位。2. 部分定位：工件在夹具中定位，若六个不定度没有被全部限制。3. 欠定位：工件在夹具中定位，若应限制的不定度没有被全部限制

6、。 工件定位不足。绝对不许采用。 4. 过定位（重复定位）：工件在夹具中定位，若几个定位支承点重 复限制同一个或几个不定度。工件的六点定位(c)工件应限制的不定度数由技术条件而定 (a) (b) (c) (d)6.2 定位元件的选择与设计（一）平面定位元件（1）固定支承：在夹具中，定位支承点的位置固定不变的定位元件。1. 主要支承：工件定位时起主要的定位作用。2. 辅助支承（2）可调支承：在夹具中，定位支承点的位置可调节的定位元件。（3）自位支承：在工件定位过程中，定位支承点的位置，随工件 定位基准位置变化而自动与之适应的定位元件。支承钉和支承板在结构上需设计成活动或浮动的。只起提高工件支承刚

7、性或辅助定位作用的定位元件。（二）圆孔表面定位元件 固定式定位销：定位销与夹具体的连接采用过盈配合。 2. 刚性心轴过盈配合心轴：间隙配合心轴：相当于四个定位支承点长心轴：相当于四个定位支承点短心轴：相当于两个定位支承点 3. 小锥度心轴1. 定位销 可换式定位销：定位销与衬套连接采用间隙配合， 衬套与夹具体则采用过渡配合或过盈配合。（三）外圆表面定位元件1. 定位套短定位套：长定位套：锥面定位套：相当于两个定位支承点相当于三个定位支承点相当于四个定位支承点2.支承板接触较长：接触较短：相当于两个定位支承点相当于一个定位支承点3. V型块长V型块：短V型块：相当于四个定位支承点相当于两个定位支

8、承点（四）锥面定位元件（五）组合定位锥度心轴：接触较长： 接触较短：相当于五个定位支承点相当于三个定位支承点顶针：一个顶针相当于三个定位支承点（1）一面一孔定位（2）一面两孔定位（3）连杆加工图2-18 可调支承应用的示例6.3 定位误差的分析与计算（一）定位误差的概念及其计算方法1. 定位误差概念：由于工件定位不准而造成的加工误差。 对某一定位方案，若 ， 认为能满足工序加工精度要求。2. 产生原因：工件的制造误差；定位元件的制造误差； 两者之间的配合间隙；基准不重合等。 表现为工序尺寸的最大变化量。4. 定位误差的组成： 注意：但不是在任何情况下两部分都存在。工序基准相对定位基准理想位置的

9、最大变动量 定位基准在工序尺寸方向上的最大变动量（1）定位基准位置误差：（2）工序基准与定位基准不重合误差：（二）几种典型表面定位时的定位误差1、 工件以平面定位时的定位误差分析和计算 的要点，在于找出联系工序基准和定位基准之间的定位尺寸 。认为（2）当工件以已经加工过的平面定位时：（1） 当工件以未加工过的毛坯表面定位时：2、工件以圆孔表面定位时的定位误差（1）工件上圆孔与心轴（或定位销）过盈配合，定位元件水平 或垂直放置此时，一批工件的定位基准在定位时没有任何位置变动，即 （径向方向）（2）工件上圆孔与心轴（或定位销）间隙配合，定位元件水平放置（3）工件上圆孔与心轴（或定位销）间隙配合，定

10、位元件垂直放置解:1.工件上圆孔与心轴为过盈配合，定位元件水平放置或垂直放置例：2.工件上圆孔与定位销为间隙配合，定位元件水平放置解：例23.工件上圆孔与定位销为间隙配合，定位元件垂直放置解：例3例33、 工件以外圆表面定位时的定位误差如图所示，在一批轴类工件上铣一键槽，要求键槽与外圆中心线对称并保证工序尺寸 ，现分析采用V形块定位时各工序尺寸的定位误差。设工件外圆尺寸为 ，V形块的夹角为 。定位基准：工件外圆中心线按定义计算：由几何关系可知按公式计算：工件的两个极端位置分别为工件外圆尺寸最大值 和工件外圆尺寸最小值 7.1 夹紧装置的组成及其设计要求 （一）夹紧装置的组成 1. 动力源：产生

11、原始作用力的部分。分为手动夹紧和机动夹紧。 2. 中间递力机构：介于动力源和夹紧元件之间的传力环节。 3. 夹紧元件：直接用来夹紧工件的元件。第7章 工件的夹紧（二）夹紧装置的设计要求核心问题是正确地确定夹紧力7.2 夹紧力的确定（一）夹紧力的方向 1. 夹紧力应垂直于主要定位基准面。 2. 夹紧力的方向应有利于减小夹紧力，可简化夹紧装置的结构。（二）夹紧力的作用点 3. 应尽量靠近切削部位，防止加工时产生振动。 1. 应落在定位元件上或定位平面内， 保持工件定位稳定。 2. 应落在工件刚性最好的部位上； 将夹具和工件看成是一个刚性系统。然后根据工件受各种力 （如切削力、夹紧力、重力和离心力等

12、）作用后处于静力平衡条 件，计算出理论夹紧力 ，再乘以安全系数k，作为实际所需 的夹紧力 粗加工时 k=2.53， 精加工时 k=1.52 （三）夹紧力的大小2. 结构特点： （1）斜楔的自锁性（2）改变原始作用力的方向；3. 使用范围：主要用于机动夹紧装置中。7.3 典型夹紧机构的设计 （一）斜楔夹紧机构1. 作用原理及夹紧力 作用原理：主要是利用斜面移动时所产生的压力夹紧工件。 夹紧力：（3）斜楔具有增力作用，（4）斜楔的夹紧行程小，（5）斜楔夹紧效率低。（二）螺旋夹紧机构作用原理及典型结构 2. 结构特点： （1）扩力比大； （2）自锁性能好； （3）夹紧行程不受限制； （4）结构简单，

13、制造容易； （5）夹紧动作慢，效率低。3. 适用范围： 在手动夹紧装置中被广泛采用。 常用的螺旋压板夹紧机构夹紧力：作用原理：通过转动螺旋，使相当于绕在圆柱体上的 斜楔高度发生变化来夹紧工件的。 1. 夹紧原理：偏心圆回转时，相当于弧形楔向前楔紧在 偏心基圆与工件之间，从而将工件压紧。（三）圆偏心夹紧机构2. 圆偏心的几何特性：圆偏心夹紧实际上是斜楔夹紧的一种变形，与平面斜楔夹紧相比，主要区别是其工作表面上各夹紧点的升角 是一个变数。 偏心圆工作表面上任意夹紧点x的升角 是指工件受压表面与偏心圆上过与工件接触点x的回转半径r的法线之间的夹角 。3.偏心圆工作弧段的选择 为了保证夹紧可靠和操作方

14、便，一般仅取下半圆周的1/31/2圆弧为工作弧段。 6. 使用范围 一般用于振动小、要求夹紧力不大的场合。 5. 结构特点： （1）结构简单，动作迅速 （2）夹紧力小，自锁性能又不是很好 （3）夹紧行程也有一定的限制 4. 自锁条件： （五）定心、对中夹紧机构2、所谓定心夹紧机构：就是能以工件的轴线或对称中心定位并夹紧 工件的机构。1. 刚性定心机构： 按定位夹紧元件的等速移动或转动原理实现定心或对中夹紧2. 弹性定心机构： 按定位夹紧元件均匀弹性变形原理实现定心夹紧1、特点：是一种特殊的夹紧机构，其定位是在夹紧过程中同时实现的， 夹具上的定位元件，也是夹紧元件。如三爪卡盘等。 主要用于要求准

15、确定心和对中的场合。3、两种基本类型：夹紧力作用点对工件定位稳定性的影响1、刚性定心机构：1、刚性定心机构：1锥面套筒（弹簧套筒）； 2夹具体； 3工件2. 弹性定心机构：2. 弹性定心机构：1卡爪2工件3膜片第8章 典型机床夹具设计8.1 钻床夹具一、钻床夹具的主要类型（一）固定式钻模（二）回转式钻模钻床夹具又称钻模，其特征有钻套和钻模板（三）翻转式钻模（四）盖板式钻模（五）滑柱式钻模（一）固定式钻模：使用中，是固定在钻床工作台上的。（二）回转式钻模用于加工工件上，分布在同一轴线上的轴向或径向孔系。 如图所示，是在轴类工件的圆周上钻三个相隔90孔的卧轴式回转钻模。 工件以小圆柱面及端面在夹具

16、上定位。转动手柄5，通过螺钉4将工件夹紧。（二）回转式钻模 这类钻模没有转轴和分度装置，在使用过程中需要用手进行翻转，所以钻模连同工件的总重量不能太重，以免操作者疲劳。（三）翻转式钻模 主要用于加工小型工件上分布几个方向的孔（四）盖板式钻模没有夹具体，钻模板上除了钻套以外，还有定位元件和夹紧装置。（五）滑柱式钻模是一种带有升降钻模板的通用可调夹具。二、钻床夹具的结构特点及其设计（一）钻模板1、固定式钻模板这种钻模板是直接固定在夹具上的。钻床夹具结构特点：是有钻套和钻模板是安装钻套用的，要求具有一定的强度和刚度。2、铰链式钻模板钻模板与夹具体为铰链连接。3、可卸式钻模板4、悬挂式钻模板 钻模板悬

17、挂在机床主轴上，由机床主轴带动上下升降。8.2 铣 床 夹 具一、铣床夹具的主要类型（一）直线进给式铣床夹具1、单件加工的直线进给式铣床夹具 2、多件加工的直线进给式铣床夹具二、铣床夹具的结构特点1. 铣床夹具结构比较粗壮低矮， 夹具体的高度H和宽度B之比取H/B11.25为宜； 2. 应合理布置加强筋、定向键和U型槽（耳槽）； 3. 要有对刀元件，可以准确而迅速地调整好夹具与刀具的相对位置； 4. 夹具上应有足够的排屑空间，因此，定位支承面应高出周围的平面。（二）圆周进给式铣床夹具（三）靠模进给式铣床夹具结构优点：定位可靠，采用联动夹紧装置，夹紧迅速牢固。叉形工件1. 结构比较粗壮低矮， 夹

18、具体的高度H和宽度B之比取H/B11.25为宜； A型 B型图 标准对刀块的结构8.3 车 床 夹 具一、车床夹具的主要类型及其设计车床夹具类型主要包括：（1）顶尖类；（2）心轴类；（3）拨盘类；（4）中心架、跟刀架类；（5）自动定心卡盘类（如三爪卡盘）；（6）卡盘类（非自动定心卡盘）；（7）角铁类（或称弯板类）。（一）卡盘式专用车床夹具1. 斜楔式气动三爪卡盘：是利用斜面的作用原理将轴向移动变为径向定心夹紧。（二）角铁式车床夹具（弯板类）（三）车床夹具的设计要点2. 定位装置的设计要求必须保证定位元件工作表面与回转轴线的位置精度。3. 夹紧装置的设计要求（1）所产生的夹紧力必须足够，自锁性能

19、要好，以防止工件在加工过程中脱离定位元件的工作表面而引起振动、松动或飞出。（2）设计角铁式车床夹具时，夹紧力的施力方向要防止引起夹具的变形。4. 车床夹具总体结构的设计要求（1）夹具结构力求紧凑，轮廓尺寸要小，悬伸要短，重量要轻；（2）夹具上应有平衡装置；（3）夹具的各元件或装置不允许在径向有凸出部分，也不允许有易松脱或活动的元件，必要时加防护罩。1. 这类夹具通常采用过渡盘和机床主轴轴颈连接（开T型槽，配置配重块。）（以免发生事故）8.4 镗 床 夹 具（简称镗模）一、镗床夹具的主要类型及其适用范围（一）单支承导向镗模1、单支承前导向（图a） 2、单支承后导向（图b、c）镗杆与机床主轴为刚性连接，机床主轴的回转精度将会影响镗孔精度。（二）双支承导向镗模1. 前后引导的双支承导向2. 后引导的双支承导向 镗杆与机床主轴均为浮动连接。 所镗孔的位置精度完全取决于镗模支架上镗套的位置精度，而与机床精度无关，故能使用低精度的机床加工出高精度的孔系。二、镗床夹具的结构特点及其设计结构特点：有镗套、镗杆和支架、