机械制造工(上)机床夹具-贺占蜀课件

1、机械制造工艺学（上）第3章 机床夹具设计 贺占蜀郑州大学机械工程学院目录 3.1机床夹具概述 3.2工件在夹具上的定位 3.3工件的夹紧 3.4各类机床夹具 3.6机床夹具设计步骤和方法第3章 机床夹具设计 第3章 机床夹具设计 3.1机床夹具概述机床夹具 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。机床夹具及其组成1）定位元件及装置 用于确定工件在夹具中的正确位置。如V型块、定位销、定位支承等。2）刀具导向元件或装置 用于引导刀具或调整刀具相对于夹具定位元件的位置，如对刀块、钻套、镗套。3）夹紧元件及装置 用于

2、夹紧工件。4）联接元件 用以确定夹具在机床上的位置并与机床相连接。 5）夹具体 用于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。如底座。 6）其它元件及装置夹具的组成机床夹具及其组成1）保证加工质量2）提高生产效率，降低生产成本3）扩大机床工艺范围4）减轻工人劳动强度，保证安全生产夹具功能机床夹具功能1）通用夹具2）专用夹具3）可调整夹具及成组夹具4）组合夹具5）随行夹具 按夹具使用范围划分机床夹具分类 4 3D L机床夹具分类2）专用夹具：为某一工件特定工序专门设计的夹具。特点：结构紧凑、使用方便、生产效率高，但需要专门设计制造，周期长、成本高，产品变更时便报废。适合于成批，大量

3、生产。3）可调整夹具及成组夹具：以成组技术为基础，对所有的零件按相似性进行分类，对每一类设计制造出一种夹具。 特点：夹具的部分元件可以更换，部分装置可以调整。43DLLD43D43LDL34DL43DL34KH1KH2KH3KH4机床夹具分类机床夹具分类4）组合夹具：由一套预先制造好的标准元件组合而成。特点：大大缩短了设计制造周期，但结构刚性差。第3章 机床夹具设计 3.2工件在夹具上的定位机械制造工艺学定位方法与定位元件足够的精度。足够的硬度和耐磨性。足够的刚度和强度。工艺性要好。便于清除切屑。定位元件的基本要求 固定支承支承钉支承板A 型B 型C 型A 型B 型固定支承支承钉支承板定位方法

4、与定位元件 可调支承支承点的位置可以在一定高度范围内调整的支承。当工件定位表面不规整或工件批与批之间毛坯尺寸变化较大时，常用可调支承。注意：每一批工件都要对可调支承进行调整，且调整完后一定要锁紧，即将该位置固定。定位方法与定位元件定位方法与定位元件 自位支承又称浮动支承。在定位过程中，支承点可以自动调整其位置以适应工件定位表面的变化。只限制一个自由度，可提高工件的安装刚性和稳定性。 辅助支承在工件完成定位后才参与支承，它不起定位作用，而只起支承作用，常用于在加工过程中加强被加工部位的刚度，提高切削稳定性。 注意：对一批工件的每一个工件都要进行调整(与可调支承相比)。定位方法与定位元件图4.18

5、各种辅助支承平面定位元件的选用面积较小的基准平面选用支承钉面积较大、平面度精度较高的基准平面定位选用支承板毛坯面、阶梯平面和环形平面作基准平面定位时，选用自位支承毛坯面作基准平面，调节时可按定位面质量和面积大小分别选用可调支承当工件定位基准面需提高定位刚度、稳定性和可靠性时，可选用辅助支承定位方法与定位元件工件以圆柱孔定位 心轴在车、铣、磨、齿轮加工等机床上加工套筒类和盘类零件。心轴刚性心轴弹性心轴自动定心心轴液塑心轴过盈配合间隙配合小锥度心轴定位方法与定位元件心轴：A、刚性心轴间隙配合，定心精度低过盈配合，定心精度高，但装卸有点难B、锥度心轴： 常用锥度：1:10001:5000, 心轴和工

6、件配合紧密，定心精度高，不用夹紧。工件以圆柱孔定位 定位销：工件上定位内孔较小时，常选定位销定位销圆柱定位销圆锥定位销菱形定位销圆柱定位销定位方法与定位元件工件以圆柱孔定位 定位销菱形销锥形销定位方法与定位元件工件以外圆柱面定位工件以外圆柱面定位两种形式：定心定位和支承定位。工件以外圆柱面定心定位的情况与工件以圆孔定位的情况相仿（用套筒和卡盘代替心轴或柱销）。yxzyxzyxzyxzyxz工件以外圆柱面定位工件的定位工件以外圆柱面支承定位的元件常采用V型块.工件以外圆柱面定位 套筒（定心定位）套筒定位当工件对称度要求较高时，选用V形块当工件定位圆柱面精度较高时，可选用套筒。定位方法与定位元件对

7、于有些大型工件，不便从轴向安装，此时可利用半圆套定位。如下图上半圆夹紧，下半圆定位。 半圆套定位方法与定位元件V形块的结构类型 两斜面夹角：60、90 、120。其中90 使用最多。对中性好，还可用于非完整外圆表面的定位。工件以外圆柱面定位 V 形块（支承定位）定位方法与定位元件工件以外圆柱面定位 V 形块（支承定位）当90时，有： 定位方法与定位元件除平面、圆孔、外圆柱面外，工件有时还可能以其它表面（如圆锥面、渐开线齿面、曲面等）定位。下图为工件以锥孔定位的例子，锥度心轴限制了除绕工件自身轴线转动外的 5个自由度。工件以其他表面定位图2-26 工件以锥孔定位限制5个自由度定位方法与定位元件工

8、件以其他表面定位 工件以齿面定位定位方法与定位元件 实际生产中经常遇到的不是单一表面定位，而是几个定位表面的组合。常见的定位表面组合有：平面与平面的组合，平面与圆孔的组合，平面与外圆表面的组合、平面其它表面的组合，锥面与锥面的组合等。前、后顶尖定位表面的组合定位方法与定位元件一面两孔定位式中 b 菱形销宽度； D1，D2 与圆柱销和菱形销配合孔最小直径； d1，d2 圆柱销和菱形销的最大直径； 1min ，2min 孔1与销1、孔2与销2的最小间隙； TLK ，TLX 两孔和两销中心距的公差。 定位方法与定位元件一面两孔定位菱形销宽度尺寸计算BbD2d2O2O2ACL1/2TLKL1/2TLX

9、D1d1O1一面两孔定位设计计算 1）确定两销中心距尺寸及公差：取工件两孔中心距基本尺寸为两销中心距基本尺寸，其公差取工件孔中心距公差的1/51/32）确定圆柱销直径及其公差：取相应孔的最小直径作为圆柱销直径的基本尺寸，其公差一般取g6或f7。定位方法与定位元件一面两孔定位菱形销宽度尺寸计算BbD2d2O2O2ACL1/2TLKL1/2TLXD1d1O1定位方法与定位元件3）确定菱形销宽度、直径及其公差：按有关标准（见下表）选取菱形销的宽度b；然后按前式计算菱形销与其配合孔的最小间隙2min ；再计算菱形销直径的基本(最大极限)尺寸：d2D22min ；最后按h6或h7确定菱形销直径公差。 菱

10、形销结构尺寸d36688202025253232404050Bd0.5d1d2d3d4d5d6b11233345b2345568（单位：mm）d工作部分直径 b 削边销计算宽度 b1 修圆后留下的圆柱部分宽度 定位误差的概念定位误差是由于工件在夹具上（或机床上）定位不准确而引起的加工误差。定位误差本质：一批工件在夹具上定位时其工序基准在加工要求方向上最大的变动量。 在轴上铣键槽，要求保证槽底至轴心的距离H。若采用V 型块定位，键槽铣刀按规定尺寸H调整好位置。实际加工时，由于工件直径存在公差，会使轴心位置发生变化。此变化量就是工件定位而引起的加工误差，即定位误差。图2-28 定位误差HOAO2O

11、1DW定位误差定位误差计算计算依据！两道计算题！工件以底面定位铣台阶面，要求保证尺寸a ，即工序基准为工件顶面。如刀具已调整好位置，则由于尺寸 b 的误差会使工件顶面位置发生变化，从而使工序尺寸 a 产生误差。定位误差的来源：定位基准位置发生变化或定位基准与工序基准不重合，导致工序基准沿加工方向上产生了变动。ba图2-29 由于基准不重合引起的定位误差定位基准工序基准DW基准不重合误差 1）由于工件定位表面或夹具定位元件制作不准确引起的定位误差，称为基准位置误差JW。 2）由于工件的工序基准与定位基准不重合而引起的定位误差，称为基准不重合误差JB。定位误差计算定位基准：平面； 定位元件工作面：

12、平面 平整平面=基准位置误差 JW =0 毛坯面 =基准位置误差JW0 1. 只有用“调整法”加工一批工件时，才存在定位误差，用“试切法”加工工件时不存在定位误差，或者说讨论定位误差没有意义； 2. 定位误差是一批工件因定位而可能出现的最大的加工误差。对于一批工件中的某一个来说，其定位误差有可能没有计算出的数值大，也可能恰好为零；定位误差计算强调！1）合成法 定位误差的来源主要有两方面：一是基准位置误差，二是基准不重合误差。因此，可分别计算出基准不重合误差和基准位置误差，然后在加工要求方向上进行合成。式中 DW 定位误差； JB 基准不重合误差； JW 基准位置误差； 基准不重合误差与加工方向

13、的夹角； 基准位置误差与加工方向的夹角。 注意式中“号”的选取：当某种同一因素引起的、变动趋势相同时，取“+”号；当、变动方向相反时，取“-”号。DWJBcosJW cos 定位误差的计算方法定位误差计算对于加工要求方向是某一固定的方向，如尺寸要求、对称度要求的情况，可将工序基准的最大变动量向该方向投影；对于加工要求方向是任意的方向，如同轴度的情况，工序基准最大的变动量就是定位误差，不必进行投影。此外，当有多个独立的因素影响工序基准变动时，可使用“各个击破”的方法，即固定其它因素只分析其中的一个因素对工序基准造成的变动量，然后将各个独立因素所造成的工序基准的变动量简单相加即可。定位误差计算注意

14、！ 2）定义法(几何方法) 定义法是根据定位误差的本质来计算的一种方法。采用定义法时，要明确加工要求的方向，找出工序基准，画出工件的定位简图，并在图中夸张地画出工序基准变动的极限位置，求出工序基准的最大变动量，然后向加工要求方向上进行投影，即为定位误差。 利用定义法计算DW步骤： 明确工序要求（加工要求方向） 找出工序基准 计算工序基准在加工方向上最大变动量 定位误差计算复杂的定位误差 简单的初等几何3）微分法以工序基准为端点，与加工尺寸方向上夹具上的某点相连，然后得到一线段，用几何的方法得出该线段的表达式，然后对该表达式进行微分，再将各尺寸误差视为微小增量，取绝对值后代替微分，最后以公差代替

15、尺寸误差，就可以得到定位误差的表达式。 定位误差计算工件以平面定位【例1】 一批工件用“调整法”铣缺口，定位有a）、b）两种方案。试计算两种情况下工序尺寸20的定位误差。【解】（1）合成法a） DW|20 = JB +JW = T40 + 0 = 0.28 + 0=0.28 (mm)b）DW|20 =BC +JW = 0 + 0 = 0合成法公式：DWJBcosJW cos基准位置误差：定位基准加工方向上的最大变动量基准不重合误差：工序基准相对定位基准在加工方向上的最大变动量（2）定义法/几何方法 1、加工方向：竖直 2、工序基准：A面 a） DW|20 =T40 = 0.28 (mm) b)

16、 DW|20 = 0 工件以平面定位DW计算工序基准在加工方向上的最大变动量。（3）微分法 a）工序基准 A 到定位表面 B 的距离刚好就是工件的高度尺寸 HTH = 400.14 对其进行微分： DW|20d(H)H= TH 0.28（mm） b) 工序基准到定位表面的距离是一个 固定的常值，常值的微分是0。 DW|20=0 工件以平面定位 三种方法计算的结果是相同的。 先建立工序基准与加工尺寸方向上夹具上某点距离的关系式，然后对其进行微分。 当工件孔径为最大，定位销的直径为最小时，孔处在左右两个极限位置。 【例2】图2-30所示为孔与销间隙配合的情况，销垂直放置，若工件的工序基准为孔心，试

17、确定其定位误差。（注意：加工一批工件时，随意抽取定位销且不更换）式中 DW 定位误差； Dmax工件定位孔最大直径; dmin夹具定位销最小直径。图2-30 孔与销间隙配合时的定位误差DmaxdminO定位误差均为：O2DWO1 工件以内孔定位此时，定位误差属于基准位置误差。当工件孔与夹具定位销保持水平放置（固定边接触）时，定位误差为孔径公差的一半。 DW = （Dmax Dmin） = TD1212此时，定位误差是由于定位基准与工序基准不重合所造成的，属于基准不重合误差，与定位销直径无关。O1孔与销间隙配合固定边接触时定位误差ODWO2定位误差为： 工件以内孔定位DminDmax【例3】有一

18、批工件轴尺寸为d,在夹角为的V型块上定位用“调整法”铣键槽，保证： 1）键槽对工件外圆中心的对称度。 2）槽深。槽深工序尺寸分别是H1、H2、H3时求各自的定位误差。 工件以外圆定位图2-32 外圆表面在V型 块上的定位误差BOA 若忽略工件的圆度误差和V型块角度偏差，可以认为工序基准（工件外圆中心）在水平方向上的位置变动量为零，即定位误差为 0。工件以外圆定位 1）键槽对工件外圆中心的对称度。 （1）合成法 （b） （c） 变动趋势相同取“+” （d） 变动趋势相反取“-” 工件以外圆定位 2）槽深。若槽深工序尺寸分别是H1、H2、H3时，求各自的定位误差。 （2）定义法： (b) (c)

19、(d) 工件以外圆定位（3）微分法图2-32 外圆表面在V型块上的定位误差H1BOAOA =Sin(/ 2)OB =2Sin(/ 2)d对上式求全微分，得到：d(OA) =2Sin(/ 2)1 d(d) 4Sin2(/ 2)dcos(/2) d() H1，划出工序基准O点至加工尺寸方向上夹具上某一固定点（如V型块两斜面交点A）的距离：工件以外圆定位 以微小增量代替微分，并将尺寸误差视为微小增量，且考虑到尺寸误差可正可负，各项误差均取绝对值，得到工序尺寸H的定位误差： 式中 Td 工件外圆直径公差； T V型块两斜面夹角角度公差。 若忽略V型块两斜面夹角的角度公差，可以得到用V型块对外圆表面的定

20、位误差为： 工件以外圆定位 若工件工序基准为外圆上母线时，c）H2BdOAC若忽略V型块两斜面夹角的角度公差，可以得到定位误差为：工件以外圆定位 若忽略V型块两斜面夹角的角度公差，可以得到用V型块对外圆表面的定位误差为： 工件工序基准为外圆下母线时b）H3BOAC工件以外圆定位 三种情况计算的结果是相同的。 当使用不同的工序基准时，定位误差的大小是不一样的。（本题中，以工件下母线作为槽深的工序基准，定位误差最小。）三种计算方法各有特点和利弊，都能在不同的侧面反映定位误差的本质及其产生的原因。定义法/几何方法通过两个极限位置求解定位误差，既直观又简洁；合成法则避免了用极限位置求解定位误差时复杂的

21、位移计算，还有助于正确理解定位误差产生的原因；微分法在解决较复杂的定位误差分析计算问题时有明显的优势，但有时不易建立工序基准与夹具上固定点的关系式，无法进行计算。无论采用哪种计算方法最终得出的结果应是相同的、唯一的。对于较为复杂的定位情况，最好采用两种以上的方法进行计算，以确保计算结果正确、可靠。定位误差计算三维绘图计算定位误差：如在SolidWorks装配体环境下，可利用其中的测量工具快速得到定位误差的具体数值，其核心思想仍然是“定义法”，具体方法是：（1）将定位元件和工件装配成定位方案的3D模型；（2）建立或显示工件上作为工序基准的点、轴线或平面。若工序基准是内孔或外圆的中心线，可充分利用

22、SolidWorks中的“临时轴”命令，快速显示中心线。（3）明确影响工序基准在加工方向上变动的因素，并分别以该因素的最小或最大尺寸对工件重建模型，从而得到工序基准的两个极限位置。（4）利用SolidWorks尺寸测量工具，分别测量在两种极限位置下工序基准沿加工要求 方向至夹具体上某一固定参考位置的距离，两次测量值之差的绝对值即是定位误差。 三维绘图计算(a) (b)图2-1 轴类零件及定位方案例一批轴类工件如图2-1（a），尺寸为 、BTB/2=400.05。现采用“调整法”钻一通孔，定位方案如图2-1（b）所示（=45），保证工序尺寸 、lTl/2=700.03。若定位误差不得大于相应公差

23、的三分之一，问此种定位方案是否满足要求。当有多个独立的因素影响工序基准变动时，可使用“各个击破”的方法，即固定其它因素只分析其中的一个因素对工序基准造成的变动量，然后将各个独立因素所造成的工序基准的变动量简单相加即可。往年考题！ (1)利用3D软件(如SolidWorks)建立定位元件和工件的3D模型。 (2)）分别以外径 、400.05最大和最小极限尺寸驱动3D模型，得到轴的下素线的两个极限位置。 (3)利用SolidWorks的尺寸测量工具，分别测量轴的下母线至夹具底面的竖直距离，两次测量值之差的绝对值即是定位误差。 该定位方案不能满足要求。【习题3】 1、工件尺寸及定位如图所示，外圆已加

24、工好。现采用“调整法”加工键槽b，保证对称度公差0.03和尺寸54，求定位误差。（12分）DW|对称 =TD/2 =0.05 （mm）DW|54 =0 组合定位误差 【例4】一面两孔定位误差分析计算。图2-34 一面两孔的定位误差不考！直线定位误差图2-35 两销定位的直线定位误差O1O2O11O21O12O22 极端情况为：工件内孔1的直径尺寸最大、定位销1直径尺寸最小 ，极端位置为最左、最右两种情况。O1O1 = Dmax dmin式中 O1 定位误差； D1max工件定位孔最大直径； d1min夹具定位销最小直径。组合定位误差转角定位误差：两孔中心连线相对两销中心连线偏转时的转角误差图2

25、-36 两销定位的转角定位误差O1O2O11O21O12O22 极端情况为：工件内孔1、2的直径均为尺寸最大、 定位销1、2直径均为最小 ，极端偏摆为上、下最大转角两种情况。dw-dwO12O22O22O2(O12)O1L组合定位误差角定位误差O12O22（O12）O22O2O1L组合定位误差第3章 机床夹具设计 3.3 工件的夹紧机械制造工艺学对工件夹紧装置要求 在夹紧过程中应能保持工件定位时所获得的正确位置 夹紧力大小适当 夹紧机构一般应有自锁作用 夹紧装置应操作方便、省力、安全 夹紧装置的复杂程度和自动化程度应与生产批量和生产方式相适应。 三爪自定心卡盘的工作原理：用扳手转动小锥齿轮时，

26、大锥齿轮便转动，它背面的平面螺纹就使三个卡爪同时向中心靠近或退出。 夹紧装置的组成动力源装置：它是产生夹紧作用力的装置传力机构：传递力的机构，其作用是：改变作用力的方向；改变作用力的大小；具有一定的自锁性能，以保证夹紧可靠。夹紧元件：它是直接与工件接触完成夹紧作用的元件对工件夹紧装置要求 设计夹具时应考虑的问题夹紧力（三要素：大小、方向、作用点）传力方式（手动、气动、液力、电力等）夹紧机构（增力、快速等）对工件夹紧装置要求 夹紧力的确定 夹紧力方向选择1、夹紧力作用方向应有利于工件的准确定位，而不能破坏定位。为此一般要求主要夹紧力垂直指向主要定位面图 夹紧力作用方向不垂直于主要定位基准面2）夹

27、紧力作用方向应尽量与切削力、工件重力方向一致，以减小所需夹紧力 夹紧力方向选择（2）夹紧力的确定 夹紧力方向选择夹紧力的确定 夹紧力方向选择3、夹紧力作用方向应尽量与工件刚度大的方向相一致，以减小工件夹紧变形 Fj变形大FjFj变形小 (a) (b) 图2-38 薄壁套筒的夹紧夹紧力的确定 夹紧力作用点选择1、夹紧力作用点应正对支承元件或位于支承元件所形成的支承面内，以保证工件已获得的定位不变，不致引起工件产生位移或偏转。 (a) (b) FjFj图2-39 加紧力作用点对稳定性的影响 a） b）夹紧力作用点的选择（1）夹紧力的确定 夹紧力作用点选择2、夹紧力作用点应处于工件刚性较好的部位，以

28、减小工件夹紧变形 夹紧力的确定 夹紧力作用点选择 夹紧力作用点应尽量靠近加工表面，以减小切削力对工件造成的翻转力矩。必要时应在工件刚度差的部位增加辅助支承并施加夹紧力，以减小切削过程中的振动和变形 。 ？夹紧力的确定 夹紧力大小估算 估算夹紧力一般方法将工件视为分离体，并分析作用在工件上的各种力，再根据力系平衡条件，确定保持工件平衡所需最小夹紧力，最后将最小夹紧力乘以一适当的安全系数 【例】估算图示车削夹紧力由上式可求出最小夹紧力，再乘以安全系数k，得到所需的夹紧力： 【解】只考虑主切削力Fc所产生的力矩与卡爪夹紧力Fj所产生的力矩相平衡，有： 车削时夹紧力的估算d0dFcFj夹紧力的确定 【

29、例】估算图示铣削夹紧力由上式可求出最小夹紧力，再乘以安全系数k，得到所需的夹紧力： 铣削时夹紧力的估算【解】开始铣削时的受力情况最为不利。此时在力矩FaL的作用下有使工件绕O点转动的趋势，与之相平衡的是作用在A、B点上的夹紧力反力所构成的摩擦力矩。根据力矩平衡条件有： Fj/2Fj/2FaFcFCN夹紧力的确定 夹紧力大小估算 安全系数通常取1.52.5。精加工和连续切削时取小值，粗加工或断续切削时取大值。当夹紧力与切削力方向相反时，可取2.53 。 摩擦因数主要取决于工件与夹具支承件或夹紧件之间的接触形式，具体数值可参考下表。 不同表面的摩擦因数接触表面特征摩擦因数光滑表面直沟槽，方向与切削

30、方向一致直沟槽，方向与切削方向垂直交错网状沟槽0.150.250.250.350.40.50.60.8夹紧力大小的确定要足够防止加工时松动使工件受压变形小，刚性差的工件应均匀加压夹紧力的确定 在实际的加工中，对于小件，往往不需要计算夹紧力，可根据经验进行加工。 大批量生产或者是新产品上马时，可查阅夹具设计手册，利用给定的现成公式来估算夹紧力的大小。 若需要准确确定夹紧力，通常需要采用实验方法。常用夹紧机构 斜楔夹紧机构利用楔块的斜面将楔块的推力转变为夹紧力，从而夹紧工件。 斜楔夹紧机构 夹紧力取斜楔为分离体，分析其所受作用力，并根据力平衡条件，可得到直接采用斜楔夹紧时的夹紧力为： 式中 Fj

31、可获得的夹紧力（N） Fx 作用在斜楔上的原始力（N） 1 斜楔与工件间摩擦角（） 2 斜楔与夹具体间摩擦角（） 斜楔的楔角（）工作原理：利用楔块的斜面将楔块的推力转变为夹紧力，从而夹紧工件常用夹紧机构 斜楔夹紧机构 自锁条件当工件夹紧并撤除原始力Fx后，夹紧机构依靠摩擦力的作用，仍能保持对工件的夹紧状态的现象称为自锁。 12 常用夹紧机构 夹紧力FQ去除，斜楔受到F1、FRX作用，要能自锁，必须满足下式 F1 FRX F1 = FJ tan1 FRX = FJ tan(2) tan1 tan(2) 即 1 ( 2) 或 1 2 i= Fj / Fx =1/(tan1tan (+2)若取126

32、，10带入上式i=2.6.可见，斜楔的增力比不是很大。由于原始力Fx不可能很大，要增大夹紧力可以减少斜楔的楔角 。但楔角太小会使斜楔夹紧的工作行程加大，从而增大夹具的结构。 増力比是指在夹紧原始力Fx作用下，夹紧机构所能产生的夹紧力Fj和Fx的比值。常用夹紧机构 楔角越小，则产生的夹紧力Fj就越大，而要保证必要的夹紧行程S，必须加大斜楔的移动行程L，致使夹紧速度变慢。所以在选择楔角时，必须同时兼顾增力比和行程比，不可顾此失彼。现场中可以采用“双楔角”的斜楔 行程比一般把斜楔的移动行程L与工作需要的夹紧行程S的比值，称为行程比，它一定程度上反映了对某一工件夹紧的夹紧机构的尺寸大小。L/S1/ta

33、n常用夹紧机构 双升角斜楔滑块夹紧机构1夹具体 2斜楔 3工件双升角斜楔机构：大升角迅速趋近工件 小升角夹紧工件、自锁常用夹紧机构 夹紧特点：结构简单，有增力作用。 一般增力比Q/F3。具有自锁特性：自锁条件1+ 2楔块夹紧行程小，夹紧力小，夹紧和松开均需敲击，直接应用不方便，常与机械、汽动、液压机构联动。斜楔夹紧机构常用夹紧机构 螺旋夹紧机构常用夹紧机构 螺旋夹紧机构常用夹紧机构 螺旋自动定心夹紧机构双向螺杆3一端为左螺纹,一端为右螺纹,拧螺杆时两个V形块同时夹紧工件。 螺旋夹紧机构 夹紧力螺旋可视为绕在圆柱体上的斜楔，因此可从斜楔公式直接导出螺旋夹紧力计算公式：式中 Fj 沿螺旋轴向作用的

34、夹紧力（N） Fx 作用在扳手上的力（N） L 作用力的力臂（mm） d0 螺纹中径（mm） 螺纹升角（） 1 螺纹副的当量摩擦角（） 2 螺杆（或螺母）端部与工件（或压板）之间的当量摩擦角（） r 螺杆（或螺母）端部与工件（或压板）之间的当量摩擦半径（mm） 1-螺母 2-螺杆 3-工件常用夹紧机构 M=M1+M2?2r2RR压块形状当量摩擦半径计算公式矩形螺纹梯形螺纹三角螺纹螺纹形状当量摩擦角计算公式6030压紧螺钉端部的当量摩擦半径r的值与螺杆头部（或压块）的结构有关 常用夹紧机构 计算准确性由于1 与2数值在很大范围内变化，要获得准确结果很困难。目前许多手册给出的数据大多以摩擦系数0.

35、1为依据的，这与实际情况出入较大。当需要准确确定螺旋夹紧力时，需要采用实验方法。 力矩与夹紧力的关系实验（8mm系列组合夹具） Fj kt Ts 常用夹紧机构 自锁条件螺旋夹紧机构的自锁条件和斜楔夹紧机构相同，即也可写为 1 2螺旋夹紧机构的螺旋升角很小（一般为24），故自锁性能好。 増力比因为螺旋升角小于斜楔的楔角，螺旋夹紧机构的扩力作用远大于斜楔夹紧机构。常用夹紧机构 螺旋夹紧特点结构简单，易于制造，增力比大，自锁性能好，在手动夹紧中应用广泛。缺点是动作较慢，为提高作效率，可采用一些快撤装置。 两种快撤机构（螺旋夹紧）常用夹紧机构 开口垫片 偏心夹紧机构 几种偏心夹紧机构 偏心夹紧机构示例

36、常用夹紧机构 1）圆偏心夹紧原理及其几何特性 偏心夹紧实质是一种斜楔夹紧，但各点升角不等， M、 N处升角为为0， P处升角最大。偏心轮及其展开图（2）偏心夹紧机构常用夹紧机构 圆偏心轮展开 楔角计算可将偏心轮视为一楔角变化的斜楔，圆偏心轮展开如图示 式中 偏心轮的楔角（） e 偏心轮的偏心量（mm） R 偏心轮的半径（mm） 偏心轮作用点（X点）与起始点（O点）之间圆弧所对应的圆心角（） h =MX=O1X-O1M=R- e cos =arctan(O2M/MX)常用夹紧机构 夹紧力式中 Fj 夹紧力（N） FS 作用在手柄上的原始力（N） L 作用力的力臂（mm） 偏心转动中心到作用点之间

37、的距离（mm） 偏心轮楔角，参考式6-16（） 1 轮周作用点处摩擦角（） 2 转轴处摩擦角（） 自锁条件根据斜楔自锁条件： 12，忽略转轴处的摩擦，并考虑最不利的情况，可得到： 特点结构简单，操作方便，动作迅速；缺点是自锁性能较差，增力比较小。一般常用于切削平稳且切削力不大的场合。 常用夹紧机构 铰链夹紧机构常用夹紧机构 增力机构，常与气缸、油缸联动以扩大夹紧力，动作迅速，容易改变力的传递方向,压板张开量大；但自锁性能差。 铰链夹紧机构铰链夹紧机构示例 几种铰链夹紧机构 常用夹紧机构 定心夹紧机构 特点同时实现对工件定心定位和夹紧，即在夹紧过程中，能使工件相对于某一轴线或某一对称面保持对称性

38、 以等速移动原理工作的定心夹紧机构 自动定心心轴1螺母 2弹簧 3活块123AB常用夹紧机构 螺旋自动定心夹紧机构双向螺杆3一端为左螺纹,一端为右螺纹,拧螺杆时两个V形块同时夹紧工件。 以等速移动原理工作的定心夹紧机构 常用夹紧机构 以均匀弹性变形原理工作的定心夹紧机构 弹簧夹头1夹具体 2螺母 3弹簧套筒 4工件 常用夹紧机构 联动夹紧机构 特点从一处施力，可同时在几处对一个或几个工件进行夹紧 1压板 2螺母 3工件常用夹紧机构 双向联动夹紧机构平行联动夹紧机构 多件联动夹紧机构多件联动夹紧机构正误对比常用夹紧机构 常用夹紧机构 第3章 机床夹具设计 3.4 各类机床夹具机械制造工艺学车床与

39、磨床夹具 车床夹具典型结构以工件外圆表面定位的车床夹具，如各类夹盘和夹头以工件内圆表面定位的车床夹具，如各种心轴以工件顶尖孔定位的车床夹具，如顶尖、拨盘等加工非回转体的车床夹具，如各种弯板式、花盘式车床夹具 弯板式车床夹具 1平衡块 2防护罩 3钩形压板 车床夹具的设计特点工件均为回转体，夹具随机床主轴一起旋转，因此要求夹具结构紧凑、轮廓尺寸尽可能小、 重心应尽量靠近主轴端 ，以减少惯性力和回转力矩转速高，必须考虑平衡、夹紧力大小、元件刚度和强度、操作安全等问题，注意消除不平衡引起的振动现象与机床的联接视具体情况而定，通常有较准确的圆柱孔或圆锥孔夹具带动工件旋转，不允许工件相对主轴位移为保证使

40、用安全，尽可能避免带有尖角或凸出部分，必要时要加防护罩。车床与磨床夹具 车床夹具设计要点 夹具与机床联接长锥柄安装在主轴内定位精度高、刚性差，多用于小型车床。端面A和圆孔D定位制造容易，定位精度不高。端面T和短锥面K定位定心精度高，刚性好，但过定位，制造精度要求高。A0.01 AA0.01 KTADM夹具在车床主轴上的安装 车床与磨床夹具 磨床夹具 磨床夹具同车床夹具相类似，车床夹具的设计要点同样适合于外圆磨床和内圆磨床夹具 1夹具体2弹性薄膜盘 3卡爪4保持架5工件6定心圆柱7弹簧8螺钉9推杆车床与磨床夹具 薄膜卡盘齿面定位磨内孔钻床夹具典型结构固定式钻模回转式钻模翻转式钻模盖板式钻模滑柱式

41、钻模钻床夹具 钻床夹具习惯上称为钻模，是在钻床上用于钻孔、扩孔、铰孔及攻螺纹的机床夹具。钻模一般都设有安装钻套的钻模板，以确定刀具的位置并引导刀具进行切削，保证孔的加工要求，大幅度提高生产率。 工件钻床与镗床夹具 固定式钻模固定式钻模 在机床上的位置一般固定不动，主要用于在立式钻床上加工直径较大的单孔及同轴线上的孔，或在摇臂钻床上加工轴线平行的孔系。为了提高加工精度，在立式钻床上安装钻模时，要先将装在主轴上的钻头伸入钻套中，以确定钻模的位置后再将夹具夹紧。特点：加工精度高，应用广泛，操作效率低。钻床与镗床夹具 应用较多，主要用于加工平面上成圆周分布、轴线互相平行的孔系，或分布在圆柱面上的径向孔

42、系 。回转式钻模回转式钻模扇形零件钻床与镗床夹具 斜楔夹紧的翻转式钻模 翻转式钻模特点：适合于小件多面孔的加工。 也是一种转动夹具，只是没有转轴和分度装置。主要用于加工小型工件同一表面或不同表面上的孔，结构上比回转式钻模简单，适合于中小批量工件的加工。加工时，整个钻模（含工件）一般用于进行翻转；对于稍大工件，必须设计专门的托架以便翻转夹具。钻床与镗床夹具 盖板式钻模特点：常用于大型工件上加工小的孔系。生产率低。 盖板式钻模没有夹具体，其定位元件和夹紧装置直接安装在钻模板上，加工时只要将它覆盖在工件上即可。钻模板在工件上定位，夹具结构简单轻便，切屑易于清除，常用于床身、箱体等大型工件上的小孔加工

43、，也可以用于中小批量生产的中小工件孔加工。加工小孔时，可以不设夹紧装置。钻床与镗床夹具 钻床与镗床夹具 盖板式钻模 1圆柱销 2钻模套 3菱形销 4支承钉 滑柱式钻模特点：夹具可调，操作方便，夹紧迅速；钻孔的垂直度和孔距精度不太高，适用于中等精度的孔和孔系加工。 滑柱式钻模带有升降模板，属通用可调钻夹具，一般由夹具体、滑柱、升降模板和锁紧结构组成。常见的钻模板上下移动方式有手动和气动两种。 滑柱式钻模钻床与镗床夹具 钻床夹具设计要点 钻套钻套的作用：保证孔的位置精度引导刀具防止偏斜提高刀具的刚度防止加工中产生振动结构形式：钻套可分为标准钻套和特殊钻套两大类钻床与镗床夹具 钻套结构形式标准钻套标

44、准钻套又分为固定钻套、可换钻套和快换钻套。结构、材料已经标准化，设计时可查手册。固定钻套钻套以过盈配合，直接压入钻模板或夹具体的孔中。注意使用时为防止切屑等杂物进入钻套，钻套应高于钻模板，至少与之等齐,最好用带肩结构。特点：导向精度高，但磨损后不易更换，在中小批生产中使用。钻床与镗床夹具 固定钻套 可换钻套 钻套1间隙配合安装在衬套2中，衬套以过盈配合压入钻模板3中。螺钉4用以防止钻套在衬套中转动，还可以防止退刀时，钻头将钻套带出。可换钻套磨损后，须将螺钉拧下以更换新的钻套。特点：更换容易，适合于大批量生产。快换钻套快换钻套适用于在同一道工序中，需要依次对同一孔进行钻、扩、铰时，能快速更换不同

45、孔径的钻套。更换钻套时，不需松开螺钉，只要将快换钻套反时针转过一定角度，使缺口正对螺钉头部即可取出更换。特点：钻套更换迅速，适合于大批量生产中孔的多工步加工。钻床与镗床夹具 可换钻套 快换钻套 特殊钻套 由于工件的形状特殊，或者被加工孔位置的特殊性，不适合采用标准钻套，就需要自行设计结构特殊的钻套。a)双孔钻套：将两孔做在同一个钻套时，要用定位销确定钻套位置。c)斜面钻套：用于在斜面上或圆弧面上钻孔。排屑空间的高度h0.5mm，可避免钻头引偏或折断。钻孔前最好先用锪刀将孔端面锪平。 钻床与镗床夹具 钻套高度影响钻套的导向性能和刀具与钻套间的摩擦情况，通常取：H（12.5）d对于精度要求较高的孔

46、、直径较小的孔和刀具刚性较差时应取较大值。容屑空间钻套与工件之间一般应留有排屑间隙，此间隙不宜过大，以免影响导向作用。一般可取：h（0.31.2）d加工铸铁、黄铜等脆性材料时可取小值；加工钢等韧性材料时应取较大值。钻床与镗床夹具 钻套导向孔孔径及其偏差为减少钻孔时钻头与钻套之间的摩擦，二者的配合应为间隙配合。基本尺寸取刀具的最大极限尺寸。 钻模板结构形式固定式铰链式分离式悬挂式钻模板用于安装钻套，并确保钻套在钻模上的位置。 固定式钻模板固定式钻模板与夹具体铸成一体，或用螺钉和销钉与夹具体联接在一起，结构简单，制造方便，定位精度高，但有时装配工件不便。 钻床与镗床夹具 铰链式钻模板 钻模板通过铰

47、链与夹具体联接，装卸工件较方便，由于铰链销、孔之间存在活动间隙，工件的加工精度不高。钻床与镗床夹具 分离式钻模板1钻模板 2钻套 3夹紧元件 4工件 分离式钻模板 分离式钻模板与夹具体做成可拆卸的，工件每装卸一次，钻模板也要装卸一次，费时、费力，故适用于中小批生产，其他类型钻模板不便装卸工件的情况。钻床与镗床夹具 悬挂式钻模板1横梁 2弹簧 3钻模板 4滑柱 5夹具体 悬挂式钻模板钻床与镗床夹具 钻模板悬挂在机床主轴上，并随主轴一起靠近或离开工件。 夹具体 钻模的夹具体一般不设定位或导向装置，夹具通过夹具体底面安放在钻床工作台上，可直接用钻套找正并用压板夹紧（或在夹具体上设置耳座用螺栓夹紧）。

48、 为减少夹具底面与机床工作台的接触面积，使夹具体放置平稳，对于翻转式钻模，通常要求在相当于钻头送进方向设置支脚。支脚可以直接在夹具体上做出，也可以做成装配式。支脚一般应有4个，以检查夹具安放是否歪斜。支脚的宽度（或直径）一般应大于机床工作台T形槽的宽度，以免陷入槽中。钻床与镗床夹具 镗床夹具镗床夹具又称镗模。镗模与钻模非常相似，也采用了引导刀具的导套（镗套）。镗套也是按照工件被加工的孔系设置在一个或几个专门的零件导向支架（镗模支架）上。 镗模主要用于加工箱体、支座等零件上的孔或孔系。主要功用是保证箱体类工件孔及孔系的加工精度。钻床与镗床夹具 镗床夹具镗模支架布置形式单面导向和双面导向。单面导向

49、镗杆在镗模中只有一个镗套引导，镗杆与机床主轴刚性联接，保证镗套中心与主轴轴线重合，机床主轴的回转精度影响工件镗孔精度。 钻床与镗床夹具 镗床夹具双面导向导向支架分别装在工件的两侧，镗杆与机床主轴浮动联接。此时，镗杆的回转精度取决于两镗套的精度，而与机床主轴回转精度无关。双面导向结构镗杆长，刚性较差，刀具装卸不便。 钻床与镗床夹具 镗杆1上拨动销3插入接头体2的槽中，镗杆与接头体之间留有间隙以便浮动，接头体的锥柄安装在机床主轴的锥孔中，能自动补偿镗杆轴线和机床主轴轴线间的角度偏差和平移偏差，主轴的回转可通过接头体、拨动销传给镗杆。1-镗杆 2-接头体 3-拨动销浮动接头钻床与镗床夹具 铣床夹具工

50、件安装在夹具上随同机床工作台一起作进给运动铣削为断续切削，冲击、振动大，夹紧力要求较大，且自锁性能好。夹具要有足够的刚度和强度，夹具体应牢固地固定在机床工作台上为提高夹具加工效率，应尽量采用机动夹紧或联动夹紧机构，尽量采用多件夹紧和多件加工。铣床夹具 铣床夹具 铣床夹具类型（按进给方式分）直线进给圆周进给仿形进给铣床夹具铣斜面夹具 1螺母 2杠杆1-夹具体2-定向键3-定位支承板4-偏心轮5-工件6-V型块 7-对刀块1）直线进给式单件铣床夹具铣床夹具的典型结构铣床夹具2）直线进给式多件铣床夹具 轴端铣方头夹具1-夹具体 2-定位键3-手柄 4-回转座5-楔块 6-螺母7-压板 8-V型块铣床

51、夹具的典型结构铣床夹具 对刀装置以便迅速准确地确定铣刀与夹具的相对位置，由对刀块和塞尺构成。塞尺用于检查刀具与对刀块之间的间隙，以免刀具与对刀块直接接触而造成刀具或对刀块的损伤。铣床夹具高度对刀块 直角对刀块 成形对刀块 夹具体1）要有足够强度、刚度和稳定性。通常在夹具体上适当布置筋板，夹具体的安装面要足够大，且尽可能采用周边接触形式。定向键2）铣床夹具底面应设置两个定向键，通过定向键与铣床工作台T形槽的配合，使夹具上定位元件的工作表面相对于铣床工作台的进给方向具有正确的位置关系。两个定向键相距越远，定向精度越高。除定向外，定向键还能承受部分切削扭矩，减轻夹具固定螺栓的负荷，增加夹具的稳定性。

52、铣床夹具 铣床夹具的设计要点同样适合于刨床夹具，其中主要方面也适用于平面磨床夹具 3）通常设置耳座，通过T形槽螺栓将夹具紧固在工作台上。 铣床夹具第3章 机床夹具设计 3.6机床夹具设计步骤和方法机械制造工艺学保证工件加工精度关键是正确地确定定位方案、夹紧方案、刀具导向方式及合理确定夹具的技术要求。夹具结构方案（复杂程度）应与生产纲领相适应 操作方便、安全、省力如采用气动、液压等夹紧装置，以减轻工人劳动强度，并可较好地控制夹紧力。便于排屑 有良好的结构工艺性便于制造、检验、装配、调整、维修等专用夹具设计基本要求 研究原始资料，明确设计要求 拟定夹具结构方案，绘制夹具结构草图确定工件的定位方法并

53、选择相应的定位元件；确定刀具引导方式，并设计引导装置或对刀装置；确定工件的夹紧方法，并设计夹紧机构；确定其他元件或装置的结构形式；考虑各种元件或装置的布局，确定夹具的总体结构。(需拟定几种结构方案，进行比较，从中择优。）绘制夹具总图，标注有关尺寸及技术要求按国家标准绘制，比例尽量取1：1，视图应尽可能少，主视图应取操作者实际工作位置绘制零件图 专用夹具设计一般步骤 专用夹具设计一般步骤 夹具设计过程示例 1、精度批量分析定位方案导向装置夹紧机构其它装置2、绘制夹具草图3、绘制零件图对于零件加工中的某一个工序，是否使用夹具，使用什么类型的夹具（通用夹具、专用夹具、可调整夹具、组合夹具等）；在确定

54、使用专用夹具或可调整夹具的情况下，设计什么档次的夹具。除了从保证加工质量的角度考虑外，还应作经济性分析，以确保所设计的夹具在经济上合理。夹具设计中几个重要问题 夹具设计经济性分析根据夹具名称、类别、所用机床、服务对象、结构形式、尺寸规格、精度等级等对夹具及夹具零部件进行分类编码，并将设计图纸及有关资料分类存放。当设计新夹具时，首先对已有的夹具进行检索，找出编码相同或相近的夹具，或对其进行小的修改，或取其部分结构，或供设计时参考。在设计夹具零部件时，亦可采用相同的方法，或直接将已有的夹具零部件拿来使用，或在原有图纸的基础上进行小的改动。在夹具设计中采用成组技术原理，有利于夹具设计的标准化和通用化

55、。夹具设计中几个重要问题 成组设计思想采用3）可调整夹具及成组夹具：以成组技术为基础，对所有的零件按相似性进行分类，对每一类设计制造出一种夹具。 特点：夹具的部分元件可以更换，部分装置可以调整。43DLLD43D43LDL34DL43DL34KH1KH2KH3KH4机床夹具分类标注目的便于拆零件图、便于夹具装配和检验标注内容：夹具设计中几个重要问题 夹具总图上尺寸及技术条件的标注 夹具外形轮廓尺寸；与夹具定位元件、导向元件及夹具安装基准面有关的配合尺寸、位置尺寸及公差；夹具定位元件与工件的配合尺寸；夹具导向元件与刀具的配合尺寸；夹具与机床的联接尺寸及配合；其他重要配合尺寸。 夹具公差确定夹具设

56、计中几个重要问题 夹具上有关尺寸公差和形位公差通常取工件上相应公差的1/51/2。当生产批量较大时，考虑夹具磨损，应取较小值；当工件本身精度较高，为使夹具制造不十分困难，可取较大值。当工件上相应的公差为自由公差时，夹具有关尺寸公差常取0.1mm或0.05mm，角度公差（包括位置公差）常取10或5。确定夹具公差带时，还应注意保证夹具的平均尺寸与工件上相应的平均尺寸一致，即保证夹具上有关尺寸的公差带刚好落在工件上相应尺寸公差带的中间。 夹具总图技术条件夹具设计中几个重要问题 定位元件与定位元件定位表面之间的相互位置精度要求定位元件的定位表面与夹具安装面之间的相互位置精度要求定位元件的定位表面与引导

57、元件工作表面之间的相互位置精度要求引导元件与引导元件工作表面之间的相互位置精度要求定位元件的定位表面或引导元件的工作表面对夹具找正基准面的位置精度要求与保证夹具装配精度有关的或与检验方法有关的特殊技术要求 夹具总图技术要求标注夹具设计中几个重要问题 ZABZABALDBACLNDABLUV1B面对L面的平行度公差2A对D面的平行度公差3U、V轴线对L面的垂直度公差1A面对L面的平行度公差2B面对止口面N的同轴度公差3B面对C面的同轴度公差4B面对A面的垂直度公差1检验棒A对L面的平行度公差2检验棒A对D面的平行度公差1A面对Z轴线（锥面或顶尖孔连线）的垂直度公差2B面对Z轴线（锥面或顶尖孔连线

58、）的同轴度公差技术要求夹具简图技术要求夹具简图夹具技术要求举例 1A面对L面的平行度公差2G面对A面的平行度公差3G面对D面的平行度公差4B面对D面的同垂直公差1A面对L面的平行度公差2B面对D面的平行度公差3D面对L面的垂直度公差1B面对L面的平行度公差2G轴线对L面的垂直度公差3B面对A面的垂直度公差4G轴线对B轴线的最大偏移量1B面对L面的垂直度公差2K面（找正孔）对N面的同轴度公差3N面对L面的垂直度公差技术要求夹具简图技术要求夹具简图夹具技术要求举例（续）BKLNGLABBALDABLDG 夹具总图技术要求标注夹具设计中几个重要问题 夹具零件结构工艺性尽量选用标准件和通用件，充分考虑加工的工艺性和经济性夹具最终精度保证方法大都采用调整、修配、装配后加工以及在机床上就地加工等工艺方法来达到最终精度要求夹具的测量与检验直接测量法、间接测量法和辅助测量法 夹具设计中几个重要问题 夹具结构工艺性分析夹具装配精度的保证1、2镗模支架 3支承板 4夹具底板 夹具设计中几个重要问题 【例】辅助测量计算示例代入有关数值，