机床夹具原理与设计1课件

1、2022/9/31第4章 机床夹具原理与设计4.1 机床夹具概述4.2 工件在夹具中的定位4.3 定位误差分析4.4 工件在夹具中的夹紧4.5 常用夹具4.6 机床夹具的设计方法第一节 机床夹具概述一. 机床夹具的基本概念二.机床夹具的作用及需要满足的要求三.机床夹具的分类四.机床夹具的组成2022/9/323 工件在机床上加工时，为保证加工精度和提高生产率，必须使工件在机床上相对刀具占有正确的位置，这个过程称为定位。 在切削过程中，为了克服工件受外力(惯性力、切削力、重力等)的作用而破坏定位，还必须对工件施加夹紧力，这个过程称为夹紧。一.机床夹具的基本概念装夹 = 定位 + 夹紧5 机床夹具

2、作用:使工件相对于机床或刀具有个正确的位置，并在加工过程中保持这个位置不变。62.工件装夹的方法 工件在机床上的装夹方式，取决于生产批量、工件大小及复杂程度、加工精度要求及定位的特点。找正法装夹1) 直接找正法装夹2) 划线找正法装夹专用夹具装夹71）直接找正装夹 将工件装在机床上，然后按工件的某个（或某些）表面，用划针或用百分表等量具进行找正，以获得工件在机床上的正确位置。优点：夹具结构简单，可避免因夹具本身的制造误差而产生的定位误差，因此，定位精度高。缺点：安装时费时，效率低，需凭经验操作，对工人技术要求高。适用场合：单件小批生产中（如工具修理车间）。8图4.1 在四爪卡盘上用百分表找正装

3、夹工件102）划线找正装夹 按图纸要求在工件表面上事先划出位置线、加工线和找正线，装夹工件时，先按找正线找正工件的位置，然后夹紧工件。划线找正装夹不需要专用设备，通用性好，但效率低，精度也不高，通常划线找正精度只能达到0.10.5mm。适用于单件小批量中形状复杂的铸件粗加工工序。123）使用专用夹具装夹 专用夹具:使加工对象迅速而正确地定位和夹紧，便于接受加工、检测的装置。工件相对夹具的位置是一定的，而夹具与机床的位置关系预先调整好，这样，在切削一批零件时，不必再逐个找正定位。装夹方式操作简单、效率高、定位精度好而可靠，容易保证加工精度，还可以减轻工人的劳动强度和降低对工人技术水平的要求，因而

4、广泛应用于各种生产类型。14工件在夹具上装夹（滚齿夹具）精度和效率均高，广泛采用。154.1 机床夹具概述二.机床夹具的作用及需要满足的要求 1.机床夹具的作用 1)定位和夹紧 保证稳定可靠地达到加工精度； 2)减少辅助时间 提高生产率，降低生产成本； 3)设计专用夹具 扩大机床工艺范围； 4)减轻劳动强度 保证生产安全。164.1 机床夹具概述二.机床夹具的作用及需要满足的要求 2.机床夹具需要满足的要求 1)保证加工精度； 2)夹具的总体方案与年生产纲领相适应； 3)安全方便，减轻劳动强度； 4)排屑顺畅； 5)良好的强度、刚度和结构工艺性。174.1 机床夹具概述二.机床夹具的作用及需要

5、满足的要求 3.实现机床夹具的作用必须满足三个条件1)夹具在机床上的准确装夹；2)工件在夹具中占有正确的加工位置；3)刀具相对夹具具有准确位置。18三.机床夹具的分类1.按专门化程度分类 1）通用夹具 2）专用夹具3）成组夹具4）组合夹具 5）随行夹具 20通用夹具三爪卡盘四爪卡盘万向平口钳回转工作台分度头212）专用夹具专用夹具：针对某一工件某一工序的加工要求专门设计和制造的夹具。特点：结构紧凑，操作迅速、方便、省力，可以保证较高的加工精度和生产效率，但设计制造周期较长、制造费用也较高。 当产品变更时，夹具将由于无法再使用而报废。只适用于产品固定且批量较大的生产中。 23 专用夹具24264

6、）组合夹具 组合夹具：一种模块化的专用夹具。标准的模块元件有较高的精度和耐磨性，根据积木化原理，针对不同的工件对象和加工要求可组装成各种夹具；夹具用完毕后可进行拆卸，留待组装新的夹具。特点：灵活多变，万能性强，制造周期短、元件能反复使用，特别适用于新产品的试制和单件小批生产。是一种较经济的夹具。组合夹具也已商品化，由专业厂家制造。 2006-227285）随行夹具 随行夹具：一种在自动线上使用的夹具。特点：既要起到装夹工件的作用，又要与工件成为一体沿着自动线从一个工位移到下一个工位，担负沿自动线输送工件的任务。主要是在自动生产线柔性生产线。301）钻床夹具 钻床夹具简称钻模，主要用于加工孔及螺

7、纹。它主要由钻套、钻模板、定位及夹紧装置夹具体组成。 311）钻床夹具 钻床夹具简称钻模，主要用于加工孔及螺纹。它主要由钻套、钻模板、定位及夹紧装置夹具体组成。 32332）镗床夹具 镗床夹具又称为镗模，主要用于加工箱体或支座类零件上的精密孔和孔系。主要由镗模底座、支架、镗套、镗杆及必要的定位和夹紧装置组成。 343.按夹紧动力源分类 根据夹具所采用的夹紧动力源不同，可分为：手动夹具、气动夹具、液压夹具、气液夹具、电动夹具、磁力夹具、真空夹具等。 气动虎钳 液压夹具机床夹具的组成定位元件夹紧装置或元件对刀、引导元件其它装置或元件夹具体连接元件四.机床夹具的组成机床夹具的组成定位元件夹紧装置或元

8、件对刀、引导元件其它装置或元件夹具体连接元件四.机床夹具的组成详细详细详细详细详细详细371) 定位元件 与工件的定位基准相接触，确定工件在夹具中的正确位置，保证加工时工件相对于刀具和机床加工运动间的相对正确位置。2) 夹紧装置或元件 夹紧工件，在切削时使工件在夹具中保持不变位置。3) 对刀、引导元件或装置 作用:保证工件与刀具之间的正确位置。对刀元件:确定刀具在加工前正确位置的元件，如对刀块。引导元件:用于确定刀具位置并导引刀具进行加工的元件,2022/9/338 铣床夹具一般设置对刀装置。对刀装置的结构形式取决于工件加工表面的形状。 对刀时，在刀具与对刀块之间加一塞尺，避免刀具与对刀块直接

9、接触而损坏刀刃或造成对刀块磨损。 塞尺:平塞尺和圆柱形塞尺两种，平塞尺厚度一般为1mm、2mm、3mm，圆柱形塞尺直径常用3mm或5 mm。 对刀块与塞尺均已标准化。对刀装置应设置在便于对刀的位置，一般在工件的切入端。 铣床夹具的对刀装置 对刀块4) 连接元件 使夹具与机床相连接的元件，保证机床与夹具之间的相互位置关系。 对于铣床、刨床、镗床等机床，夹具一般用两个定位键定位，用一组螺栓夹紧在工作台上。 a圆形定位键 b矩形定位键 上部与夹具体底面上的槽配合，通过螺钉连接在夹具体上，其下部与机床工作台上的T形槽配合。 夹具在工作台上的夹紧是在夹具体上设计开口耳座，用T形槽螺栓和螺母进行夹紧。40

10、5)夹具体 连接或固定夹具上各元件及装置，使其成为一个整体的基础件。定位元件、夹紧装置、连接元件、对刀装置、导向元件、分度装置等都要装在它上面，夹具体还要实现和机床的连接。 与机床有关部件进行连接，使夹具相对机床具有确定的位置。2022/9/341夹具体设计时要考虑因素：（1）刚度：夹具体要有足够的刚度，以承受工件安装时的夹紧力和加工时的切削力，夹具体可选铸件、焊接件或机加件。（2）工艺性：夹具体一般比较复杂，所以要考虑结构工艺性，使加工和装配合理、方便。（3）结构尺寸：夹具体的结构尺寸应小巧、紧凑，有时为考虑夹具的稳定性，夹具体底面可适当大些。（4）使用方便:便于排屑和切屑清扫。42 6)

11、其它元件及装置 有些夹具根据工件的加工要求，要有分度机构。 以上这些组成部分，并不是对每种机床夹具都是缺一不可的，但是任何夹具都必须有定位元件和夹紧装置，它们是保证工件加工精度的关键，目的是使工件定准、夹牢。 43 钻轴套工件上6H7孔的钻床夹具，工件以内孔及端面为定位基准，在夹具的定位销7及其端面上定位，即确定了工件在夹具中的正确位置。拧紧螺母5，通过开口垫圈4可将工件夹紧，然后由装在钻模板3上的快换钻套1引导钻头进行钻孔。 2006-244钻轴套工件上 6H7孔的钻床夹具，工件以内孔及端面为定位基准，在夹具的定位销7及其端面上定位，即确定了工件在夹具中的正确位置。拧紧螺母5，通过开口垫圈4

12、可将工件夹紧，然后由装在钻模板3上的快换钻套1引导钻头进行钻孔。 45定位元件定位销7夹紧装置或元件螺母5和开口垫圈4导引元件快换钻套1夹具体夹具体846铣轴端槽夹具1 V型块 2 支撑套 3 手柄 4 定向键 5 夹具体 6 对刀块1）定位元件123646）其他装置或元件5）夹具体4）连接元件3）对刀、引导元件2）夹紧装置第二节 工件在夹具中的定位一. 基准的基本概念二.六点定位原理三.典型定位方式及定位元件四.工件定位的类别五.定位中存在的问题及讨论六.组合定位47 用来确定生产对象几何要素间几何关系所依据的那些点、线、面，称为基准。基准可分为设计基准和工艺基准两大类；工艺基准又可分为工序

13、基准、定位基准、测量基准和装配基准等。1. 设计基准 在零件图上，用以确定某一轮廓要素（点、线、面）位置所依据的那些轮廓要素，称为设计基准。 设计基准是标注尺寸的起点。一. 基准的基本概念2 .工艺基准 在生产过程中直接改变生产对象的尺寸、形状、物理化学性能以及相对位置关系的过程，统称为工艺过程。 工艺过程又可分为铸造、锻造、冲压、焊接、机械加工、热处理、装配等工艺过程。 工艺过程中所使用的基准，称为工艺基准。按其用途之不同，可分为工序基准、定位基准、测量基准和装配基准。2 .工艺基准 1）工序基准 在工序图上用来确定本工序所加工表面的尺寸、形状和位置所依据的基准，称为工序基准(又称原始基准)

14、。 2）定位基准 工件在机床或夹具中加工时用作定位的基准，称为定位基准。即与夹具定位元件接触的工件上的点、线、面。 当接触的工件上的点、线、面为回转面、对称面时，称回转面、对称面为定位基面，其回转面、对称面的中心线称定位基准。工序图上表示为 。 3）测量基准 工件在加工中或加工后，测量尺寸和形位误差所依据的基准，称为测量基准。 4）装配基准 在机器装配时用来确定零件或部件在产品中相对位置所依据的基准称为装配基准。2022/9/354例1.基准辨认如下图1、2铣平面，3、5铣槽，4车端面、镗孔，6钻孔，试指出工序、定位基准。设计合理的定位方法与 定位装置；有足够的定位精度。 六点定位原理定位的任

15、务定位的原理二、六点定位原理56 任何刚体在空间都有六个自由度，它们分别是沿空间直角坐标系X、Y、Z轴方向的移动自由度（X、Y Z）和绕三轴的转动自由度（X、Y、Z）。 1、刚体的六个自由度57 使工件在机床上(或夹具中)占有正确的位置，也就是使它相对于刀具刀刃有正确的相对位置。 2 、工件定位目的 根据加工要求限制工件的全部或部分自由度。3 、工件定位实质六点定位原理XZY4 、六点定位原理 要确定其空间位置，就需要限制其 6 个自由度。 将 6 个支撑抽象为6个“点”，6个点限制了工件的6 个自由度，从而使工件在空间得到确定定位的方法。这就是六点定位原理。Z移动，X、Y轴旋转自由度X移动，

16、Z轴转动自由度Y移动自由度 任何一个物体在空间直角坐标系中都有 6 个自由度用 表示。a） 定位支承点与工件的定位基准面必须始终保持紧贴；b）一个定位支承点只能限制工件一个自由度，同时一个自由度原则上不得有多个支承点重复限制，（支承点数不应超过六个）；c）工件应限制几个自由度，由工件加工技术条件确定；d）工件的定位不是由夹紧力作用获得的。e） 区分定位与夹紧。f） 六点定位原则中“点”的含义是限制自由度，不要机械地理解成接触点。5、应用六点定位原理时的注意事项60定位：工件在夹具中获得正确的位置；夹紧：保证定好的位置不因外力的作用而发生改变。例如，板状工件安放在平面磨床的磁性工作台上，扳动磁性

17、开关后，工件即被夹紧，其位置就被固定。但工件放在工作台什么位置上并不确定。 61f 、六点定位原则中“点”的含义是限制自由度，不要机械地理解成接触点。例如，下图所示板状工件安放工作台上限制了3个自由度，是三点定位。实际上，工件与工作台面接触点可能有多个。 2022/9/3626.定位设计的一般原则（1）选最大尺寸的表面为安装面，限制工件的3个自由度；选最大距离的表面为导向面，限制工件的2个自由度；选最小尺寸的表面为支承面，限制工件的1个自由度。（2）首先考虑保证空间位置精度，再考虑保证尺寸精度。（3）尽量选择零件的主要表面为定位基准。（4）定位基准便于实现对工件的夹紧，在加工过程中稳定可靠。6

18、3三.典型定位方式及定位元件1.定位元件的基本要求1)定位工作面精度要求高。2)要有一定的强度与刚性。 3)要求定位工作面耐磨，需合理选用材料和热处理工序。 4)应能起防屑、防尘作用。5)能让开工件定位面边缘的加工毛刺，不影响正确定位。定位元件尺寸精度常为IT6-IT8级；表面粗糙度一般为0.8-0.2m。材料采用T7A、T8A、T10A直接淬火；大元件采用20或20Cr渗碳淬火，淬火硬度要求为HRC5864。2022/9/3642.典型定位元件及定位分析1 ).工件以平面定位（1）支承钉 （2）支承板（3）可调支承 （4）自位支承（5）辅助支承2).工件以圆孔定位（1）圆柱定位销 （2）锥头

19、销（3）圆柱定位心轴 3).工件以外圆面定位（1）V形块 （2）定位套（3）半圆孔定位座（4）支承板4) .工件以圆锥孔定位65（1）支承钉限制工件的1个自由度(支承钉轴线方向移动)。 1 ).工件以平面定位A型A型：平头支承钉，用于精基准定位；B型：球头支承钉，用于毛坯面的定位；C型：齿纹式支承钉，用于毛坯面的定位，其齿纹可增加摩擦力使定位稳定，为了便于清理切屑，定位时一般用在侧面。D型：可换式支承钉，支承钉通过衬套和夹具体相连，衬套外径与夹具体孔的配合为过盈配合，内径与支承钉的配合为过渡配合。B型C型D型2022/9/366（2）支承板精基准定位，可限制工件的2个自由度 A型支承板 结构简

20、单，但切屑易落入沉头螺钉头部与沉头孔配合处，不易清理，一般作侧面定位或顶面定位。1 ).工件以平面定位2022/9/367（2）支承板精基准定位，可限制工件的2个自由度B型支承板 工作平面上开有斜槽，紧固螺钉沉头孔位于斜槽内。支承板定位工作平面高于紧固螺钉沉头孔，工件沿其平面推入定位时，切屑排入斜槽内，不影响定位精度。一般用作底面定位。 采用两个以上支承板同时定位一平面时，装配后应磨平工作表面，以保证等高性。1 ).工件以平面定位2022/9/3682022/9/369（3）可调支承限制工件的1个自由度。 采用螺旋调节，当调节到所要求的高度后，必须用螺母锁紧以防止位置发生变化.1 ).工件以平

21、面定位 多用于毛面定位，每批调整一次，以补偿各批毛坯误差.70（4）自位支承一般只限制1个自由度 在工件定位过程中，支承本身可随工件定位基准面的变化而自动适应。自位支承接触点数目增多，提高了工件的定位稳定性，而其作用和支承钉相同，仅限制工件的1个自由度。三点球面式自位支承1 ).工件以平面定位2022/9/371 两点式自位支承1 ).工件以平面定位（4）自位支承一般只限制1个自由度2022/9/372（5）辅助支承 在工件定位后才参与支承的元件，不限制自由度，主要用于提高工件的刚度和定位稳定性。1 ).工件以平面定位2022/9/373（5）辅助支承 工件已由平面和两孔在平面支承和两定位销上

22、达到完全定位，但加工凸座面时向左的切削力会使工件产生严重的变形和振动，无法进行加工。此时在左方设置辅助支承，以提高工件刚性，保证加工质量。1 ).工件以平面定位2022/9/374（5）辅助支承 辅助支承在装夹工件之前首先要调节到最低位置，等工件装夹后再向上调节直至与工件接触为止，加工完毕后，又必须把辅助支承重新调节到较低位置，以免影响第两个工件的定位。待第两个工件装夹完毕后，再把辅助支承向上调节直至与工件接触为止。1 ).工件以平面定位2022/9/375（5）辅助支承 自位式辅助支承，支承受弱弹簧顶力的作用始终向上占最高位置。当装夹工件时，支承受工件重力被压下但始终与工件保持接触，当工件装

23、夹后，加外力于顶销，通过顶销与支承的斜面接触将支承锁紧，起辅助支承作用。当加工完毕后应先松开锁紧顶销，再装夹下一个工件。1 ).工件以平面定位2022/9/376ZXYZXYZXYZXY 工件以平面定位ZXYZXY平面定位的几种情况2022/9/377（1） 圆柱定位销 2).工件以圆孔定位分固定式和可换式，圆柱销和菱形销 圆柱定位销与圆柱定位孔采用间隙配合，长定位销限制4个自由度，短定位销限制2个自由度。2022/9/378（2） 锥头销工件孔端的定位，可限制3个自由度. 2).工件以圆柱孔定位 锥头销与圆柱孔沿孔口接触，孔口的形状直接影响接触情况从而影响定位精度。 图（b）的结构，只保留1

24、20均布的3小段圆锥面，保证锥头销与定位圆柱孔接触点的分布均匀。2022/9/3792).工件以圆孔定位（3） 圆柱定位心轴长4个自由度；短限制2个自由度用于套筒类和盘类零件圆柱孔的定位。2022/9/3802).工件以圆孔定位（3） 圆柱定位心轴a:有凸肩实现轴向定位，工件装卸方便，一般采用开口垫圈来快速装卸工件。b:工作部分直径以定位孔最大极限尺寸为基本尺寸，定位精度高，但装卸费时，有时损伤工件孔，多用于定位精度高的情况。c:小锥度心轴，定位时工件楔紧在心轴上，定位精度高，多用于车或磨同轴度要求高的盘类零件。工件以圆孔定位分析工件以圆孔定位分析（1）V形块定位 结构尺寸已标准化，斜面夹角有

25、60901203) 工件以外圆表面定位2022/9/384 V形块:一个对中定心的定位元件，它定位外圆时具有下列特性：（1）对中作用，根据几何关系可知，不管定位外圆直径如何变化，被定位外圆的轴线一定通过V形块二斜面的对称平面；（2）定心作用，V形块以二斜面与工件的外圆接触起定位作用，工件的定位面是外圆柱面，但其定位基准是外圆轴线，即V形块起了定心作用。2022/9/385 （a） （b） (c) (d)（a）:标准V形块，用于较短的精基准外圆定位；（b）：用于外圆面较长、两段精基准外圆面相距较远的精基准外圆定位；（c）：用于粗基准外圆面定位或阶梯轴定位，目的是减短V形块的工作面宽度有利于定位稳

26、定；（d）：铸铁底座镶淬火钢垫块的结构，用于定位外圆直径较大时定位，这种结构制造经济性好 。2022/9/386（2）定位套筒 短定位套，限制工件2个自由度；长定位套，限制工件4个自由度；（3）半圆孔定位座 常用于大型轴类工件的定位。 下半圆套起定位作用，其直径的最小极限尺寸应等于工件定位外圆直径的最大极限尺寸，上半圆套起夹紧作用，它绕铰链轴打开便于工件装卸，半圆定位套限制工件2个自由度。2022/9/388 （3）半圆孔定位座工件以外圆表面定位分析2022/9/390（4）支承板 2022/9/3工件以顶尖定位4 ).工件以圆锥孔表面定位工件以锥心轴定位限制5个自由度限制3个自由度工件以圆锥

27、孔定位分析2022/9/393定位元件的合理布置要求：定位元件的布置应有利于提高定位精度和定位的稳定性。 布置原则一平面上布置的三个定位支承钉应相互远离，且不能共线；防转支承钉应远离回转中心布置；承受切削力的定位支承钉应布置在正对切削力方向的平面上； 工件重心应落在定位元件形成的稳定区或内。94四.工件定位的类别1.完全定位 工件的6个自由度完全被限制而在夹具中占有完全确定的唯一位置的定位。三个支承点1、2、3两个支承点4、5一个支承点6完全定位95四.工件定位的类别2.不完全定位 按加工要求，允许有一个或几个自由度不被限制的定位。实际生产中，工件被限制的自由度数一般不少于3个。 考虑定位方案

28、时，先分析必须消除哪些自由度，再以相应定位点去限制。96完全定位与不完全定位工件应限制的自由度ZYXa）限制3个自由度ZYXb）限制5个自由度ZYXc）限制6个自由度 d）ZYX限制4个自由度e）ZYX限制5个自由度完全定位和不完全定位都是合理的定位方式。97工件定位时，以下几种情况允许采用不完全定位 1、 加工通孔或通槽时，沿贯通轴的位置自由度可不限制。 2、毛坯（本工序加工前）是轴对称时，绕对称轴的转动自由度可不限制。 3、加工贯通的平面时，除可不限制沿贯通轴的位置自由度外，还可不限制绕垂直加工面的轴的角度自由度。 工件应限制的自由度未被限制的定位，为欠定位，在实际生产中是绝对不允许的。

29、工件一个自由度被两个或以上支承点重复限制的定位称为过定位或重复定位。一般来说也是不合理的。五.工件定位中存在的问题99欠定位欠定位示例XZYa）BB欠定位b）B正确定位五.工件定位中存在的问题及讨论100过定位 过定位是否允许，要视具体情况而定： 1）如果工件的定位面经过机械加工，且形状、尺寸、位置精度均较高，则过定位是允许的。有时还是必要的，合理的过定位不仅不会影响加工精度，还会起到加强工艺系统刚度和增加定位稳定性的作用。 2）如果工件的定位面是毛坯面，或虽经过机械加工，但加工精度不高，这时过定位一般是不允许的，因为它可能造成定位不准确，或定位不稳定，或发生定位干涉等情况。2006-2101 插齿时的夹具，就是过定位。 工件以内孔在心轴上定位，限制4个自由度；又以端面在定位限制工件3个自由度，x转动自由度及y转动自由度重复限制。 要求定位面的垂直精度高。例2：插齿夹具的过定位 过定位造成的后果：（1）使部分工件不能安装，产生定位干涉；（2）使工件或夹具元件变形，引起加工误差；过定位一般是不允许的，但在精加工时也可看到。例3：连杆夹具的过定位2. 改变定位元件结构，消除对自由度的重复 限制，如长销改成短销。1. 提高工件定位基面之间的位置精度，提高 夹具定位元件之间的位置精度，减少或消 除过定