第三章 机床夹具设计1

第三章机床夹具设计在机械加工过程中，为了保证工件的加工精度，使之相对于机床、刀具占有确定的位置，并能迅速、可靠地夹紧工件，以接受加工或检测的工艺装备称为机床夹具，简称夹具。2023/2/11一概述二工件在夹具中的定位三工件的夹紧四各类机床夹具设计要点五专用夹具的设计方法和步骤2023/2/12机床夹具的主要功能在机床上确定工件相对于刀具的正确位置，这一过程称为定位

在机床上加工时必须用夹具装夹牢工件对工件施加作用力，使之在已经定好的位置上将工件可靠地夹紧，这一过程称为夹紧

从定位到夹紧的全过程，称为装夹

机床夹具的主要功能就是完成工件的装夹工作

2023/2/13工件的安装方法找正安装法以工件的有关表面或专门划出的线痕作为找正依据，用划针或指示表进行找正，将工件正确定位后将工件夹紧，进行加工

2023/2/14专用夹具安装法靠夹具将工件定位、夹紧，以保证工件相对于刀具、机床的正确位置

液压铣床夹具2023/2/15铣连杆零件两面的双位置专用夹具钻轴套零件上径向孔的专用夹具2023/2/16夹具装夹工件的特点工件在夹具中的正确定位，是通过工件上的定位基准面与夹具上的定位元件相接触而实现的夹具预先在机床上已调整好位置，工件通过夹具对于机床也就占有了正确的位置通过夹具上的对刀装置，保证了工件加工表面相对于刀具的正确位置2023/2/17装夹基本上不受工人技术水平的影响，能比较容易和稳定地保证加工质量装夹迅速、方便，能减轻劳动强度，显著地减少辅助时间，提高劳动生产率能扩大机床的使用范围用夹具可在车床上加工机体阶梯孔2023/2/18机床夹具的分类按夹具的通用特性分类通用夹具结构、尺寸已标准化、系列化，且具有一定通用性的机床附件专用夹具针对某一种工件的某一工序的加工要求而专门设计和制造的夹具2023/2/19成组夹具采用成组加工工艺，将工件按形状、尺寸和工艺的共性分组，再为每组工件设计组内通用的专用夹具可调夹具对不同类型和尺寸的工件，只需调整或更换原来夹具上的个别定位元件和夹紧元件便可使用的夹具

组合夹具一种模块化的夹具，由一套预先制造好的标准元件组装成的专用夹具2023/2/110自动线夹具一为固定式夹具，与专用夹具相似另为随行夹具，使用中随着工件一起运动，并将工件沿着自动线从一个工位移至下一个工位进行加工按夹具使用的机床分类车床夹具铣床夹具磨床夹具镗床夹具钻床夹具齿轮机床夹具数控机床夹具2023/2/111按夹具的动力源分类机动夹具分为气动、液压、气液增压、电动、电磁、真空、离心力、自夹紧夹具等手动夹具应有扩力机构与自锁性能，以减轻劳动强度与确保安全生产2023/2/1122023/2/1132023/2/114机床夹具的组成夹紧元件将工件压紧夹牢，并保证工件在加工过程中位置不变定位支承元件用于确定工件在夹具中的位置并支承工件连接定向元件用于确定夹具对机床主轴、工作台或导轨的相对位置2023/2/115其他装置或元件定向键、操作件、分度装置、靠模装置、上下料装置、平衡块等，以及标准化了的其它联接元件对刀或导向元件用于保证工件加工表面与刀具之间的位置夹具体夹具的基座和骨架，用来配置、安装各夹具元件及装置2023/2/116机床夹具的现状及发展方向当今时代对夹具的新要求能迅速而方便地装备新产品，以缩短生产准备周期，降低生产成本能装夹一组具有相似性特征的工件适用于精密加工的高精度机床夹具适用于现代化制造技术的新型机床夹具采用液压动力源的高效夹紧装置提高机床夹具的标准化程度2023/2/117现代机床夹具的发展方向精密化如精密分度、高精度自定心高效化缩短加工的基本时间和辅助时间，以提高劳动生产率，减轻工人的劳动强度2023/2/118柔性化通过调整、组合等方式，以适应工艺可变因素高效化按夹具零件及部件的国家标准以及各类通用夹具、组合夹具标准制造，有利于夹具的商品化生产，有利于缩短生产准备周期，降低生产总成本2023/2/119二、工件的定位

工件在夹具上定位：就是指工件在夹具上的位置按照一定的要求确定下来，将必须限制的自由度一一予以限制。

工件的夹紧：为保证在加工过程中工件不受切削、惯性等外力的影响而始终保持定位时获得的正确位置，需要对工件施加一定的夹紧力，称为工件的夹紧。2023/2/120工件定位的基本原理自由度的概念所谓自由度，即空间位置的不确定性一个位于空间自由状态的物体，对于空间直角坐标系来说，具有六个自由度：三个位移自由度和三个旋转自由度工件的六个自由度2023/2/121六点定位原则实质就是限制自由度工件的六个自由度如果都加以限制了，工件在空间的位置就完全被确定下来了定位的实质六点定位原则通常，一个支承点限制工件的一个自由度使用合理设置的六个支承点，与工件的定位基准相接触，以限制工件的六个自由度，使工件在夹具中的位置完全被确定的方法，称为六点定位法则2023/2/122矩形工件定位圆形工件定位2023/2/123说明定位支承点是由定位元件抽象而来的定位支承点与工件定位基准面始终保持接触，才能起到限制自由度的作用分析定位支承点的作用时，不考虑力的影响2023/2/124定位中的几种情况完全定位不重复地限制了工件的六个自由度的定位不完全定位根据工件的加工要求，有时并不需要限制工件的全部自由度的定位方式根据工件的加工要求，应该限制的自由度没有完全被限制的定位过定位夹具上两个或两个以上的定位元件重复限制同一个自由度的现象欠定位2023/2/125不完全定位示例过定位及消除方法示例2023/2/126工件定位中的过定位问题通常，自由度限制大于3，小于、等于6过定位的不良后果使接触点不稳定，增加了不同一性增加了夹紧变形部分工件不能顺利与定位元件配合2023/2/127消除或减少过定位干涉的方法改变定位元件结构，使定位元件重复限制自由度的部分不起定位作用提高工件定位基准之间以及定位元件工作表面之间的位置精度只有提出合理的附加条件，才允许采用过定位2023/2/128定位基准的基本概念工件定位按照加工工艺要求，将工件置于夹具中，使工件在夹紧前相对于机床和刀具就占有一个预定的位置，或者是使同一批工件逐次放置到夹具中时都能占据同一位置定位基准机械加工中用作定位的基准定位基面工件定位时，作为定位基准的点和线，往往由某些具体表面体现出来，这种表面称为定位基面2023/2/129工件的定位基准2023/2/130主要定位基准面设置三个支承点，限制了工件的三个自由度的定位表面。要求：支承面积大；三个支承点要对称配置定位基准按自由度分类2023/2/131导向定位基准面设置二个支承点，限制了工件的二个自由度的定位表面。要求：应选狭长表面；支承点布置应尽可能远2023/2/132双导向定位基准面限制四个自由度的圆柱定位面双支承定位基准面限制二个移动自由度的圆柱定位面2023/2/133止推定位基准面限制一个移动自由度的定位基准面。要求：应选窄小且与切削力相对的表面；支承方向平行于导向方向防转定位基准面限制一个旋转自由度的定位表面。要求：支承点布置应离回转线尽可能远2023/2/134常用定位元件及选用对定位元件的基本要求限位基面应有足够的精度限位基面应有较好的耐磨性支承零件应有足够的强度和刚度定位零件应有较好的工艺性定位元件应便于清除切屑2023/2/135常用定位元件所能限制的自由度常用定位元件可按工件典型定位基准面分类用于平面定位的用于外圆柱面定位的用于孔定位的常用定位元件所能限制的自由度见表2-12023/2/136常用定位元件的选用工件以平面定位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时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2023/2/137支承钉支承板2023/2/138可调支承辅助支承提高工件的刚度和稳定性2023/2/139自位支承可调支承2023/2/140辅助支承起预定位作用辅助支承类型2023/2/141工件以外圆柱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，可选用定位套或半圆形定位座V形块半圆定位座2023/2/142工件以内孔定位工件上定位内孔较小时，常选定位销圆锥定位销2023/2/143圆柱心轴在套类、盘类零件的车削、磨削和齿轮加工中，大都选用心轴2023/2/144定位误差分析452023/2/1六点定位原则解决了消除工件自由度的问题，即解决了工件在夹具中位置“定与不定”的问题由于一批工件逐个在夹具中定位时，各个工件所占据的位置不完全一致，即存在工件位置定得“准与不准”的问题

只与工件定位有关的误差称为定位误差，用ΔD表示

一般限定定位误差不超过工件加工公差T的1/5~1/3，即ΔD≤(1/5~1/3)T

2023/2/146产生定位误差的原因基准位移误差定位基准发生位移产生定位误差由于定位副的制造误差或定位副配合间隙所导致的定位基准在加工尺寸方向上最大位置变动量，称为基准位移误差，用ΔY表示基准位移误差的方向是任意的。减小定位配合间隙，即可减小基准位移误差ΔY值，以提高定位精度

2023/2/147基准位移产生的定位误差2023/2/148基准不重合误差定位基准与工序基准不重合产生定位误差由于工序基准与定位基准不重合所导致的工序基准在加工尺寸方向上的最大位置变动量，称为基准不重合误差，用ΔB表示基准不重合产生定位误差492023/2/1定位误差的计算尺寸定位误差ΔD=ΔY+ΔB计算定位误差时，可以分别求出基准位移误差和基准不重合误差，再求出它们在加工尺寸方向上的矢量和；也可以按最不利情况,确定工序基准的两个极限位置，根据几何关系求出这两个位置的距离，将其投影到加工方向上，求出定位误差502023/2/1V形块定位时的定位误差如图2-30需要计算每一个工序尺寸的定位误差

2023/2/151例8-1：用单角度铣刀铣削斜面，求加工尺寸为39±0.04mm的定位误差ΔB=0、ΔY≠0时，产生定位误差的原因是基准位移误差，故只要计算出ΔY即可

求得：ΔD=ΔY=0.028mm2023/2/152例8-2：如图，以B面定位，铣工件上台阶面C，求保证尺寸20±0.15mm的定位误差。ΔB≠0、ΔY=0时，产生定位误差的原因是基准不重合误差ΔB，故只要计算出ΔB即可

求得：方案a：

ΔD=ΔB=0.28mm方案b：

ΔD=02023/2/153例8-3：如图，ΔB≠0，ΔY≠0时的定位误差。

ΔD=ΔB+ΔYΔB≠0、ΔY≠0时，造成定位误差的原因是相互独立的因素时，应将两项误差相加

2023/2/154常见的组合方式有组合表面定位及其误差分析一个孔及其端面一根轴及其端面一个平面及其上的两个圆孔2023/2/155“一面两孔”定位的特点生产中最常见的“一面两孔”定位容易实现基准统一位置精度高存在过定位现象（支承平面限制三个自由度，每根短销限制两个自由度）2023/2/156两圆柱销一支承板定位方式2023/2/157两圆柱销定位时工件顺利装卸的条件销、孔安装时，必须有一定的间隙，此时dmax=Dmin–Xmin2023/2/158第二定位销装入的条件当孔径、销径为：D1min、D2min、d1max、d2max

孔间距最小、销间距最大：(L–LD)、(L+Ld)第一销孔中心到第二孔径的最大距离为：L–LD+D2min/2=L+Ld+d2max/2+X2min/2

即：d2max=D2min–2(LD+Ld+X2min/2)2023/2/159当孔径、销径为：D1min、D2min、d1max、d2max

孔间距最大、销间距最小：(L+LD)、(L–Ld)第一销孔中心到第二孔径的最小距离为：L+

LD–

D2min/2=L–

Ld–

d2max/2–

X2min/2

即：d2max=D2min–2(LD+Ld+X2min/2)由此可知，只要将定位销的直径缩小到

d2max=D2min–2(LD+Ld+X2min/2)即可2023/2/160实际定位时上述两种极限情况的机会是很少的，因此通常第二定位销孔不预留间隙，即X2min=0此外，第一定位销、孔的最小配合间隙起补偿中心距偏差的作用于是得到：

d2max=D2min–2(LD+Ld

–X1min/2)

或：X2min=2(LD+Ld

–X1min/2)2023/2/161一圆柱销一削边销及一支承板的定位方式削边销的形成2023/2/162为了保证销的强度，通常使用菱形销图a用于直径很小时图b用于直径为3~50mm时图c用于大于50mm时2023/2/163削边销的尺寸的确定削边销已标准化（参见表3-3）2023/2/164定位误差分析基准位移误差：为第一定位销、孔的最大配合间隙Y=D1+d1+X1min转角误差：或2023/2/165实例：设计步骤参见教材2023/2/166一、工件以平面定位1．平面定位的定位方法定位面也应是一个平面，但平面的构造与定位基准的质量有关。（1）工件以未经机械加工的平面定位一般采用三点，图2-13。但也有时不适合采用三点支撑，图2-14。（2）

工件以已经机械加工的平面定位用平面定位，图2-15。

2023/2/1672023/2/1682．平面定位的定位件设计（1）固定支承图2-16

（2）支承板图2-17

（3）可调支承图2-18

（4）自位支承图2-19

2023/2/1692023/2/170工件以台阶面定位及辅助支承件的作用适合H/L很小时采用。图2-20

常见的辅助支承。图2-21

2023/2/171平面定位的定位误差定位误差：定位基准对其规定位置的最大可能位移量称作定位误差。工件以平面作定位基准时，一般认为定位误差等于零。影响定位误差的因素：（1）定位基准和定位表面的表面尺寸精度和以几个基准定位时 其相互位置的精度。（2）定位方法及定位件的构造形式。（3）定位件和夹具本体连接的性质及定位表面在夹具体上对规 定位置的精度。2023/2/172二、工件以外圆柱面定位常用的定位方法有：圆柱孔定位V形块定位半孔定位自动定心装置

1．用圆柱孔定位（1）定位方法与定位件构造图2-222023/2/173（2）定位误差分析如图2-23所示。工件定位基准尺寸：D-a

定位件的尺寸：D定+a定为了保证整批工件都能顺利地放入定位衬套。则：D定>D

令：D定–D=

定位误差定位：定位=（D定位+a定）–（D–a）∴

δ定位=a+Δ+a定2023/2/1743）

定位孔极限尺寸的确定按基轴制选择G7或F8小间隙配合。例：某定位基准尺寸为试确定定位孔的极限尺寸？解：把基准尺寸转换成标准形式（基轴制要求轴是h形式，即上偏差为0）。

按G7选得定位孔尺寸为：

转换成入体公差形式为：2023/2/1752．用V形块定位（1）

定位方法适用情况：

水平精度要求高，垂直精度要求低

用外圆柱面作定位基准，但不适合用孔定位的情况

用一段圆弧做定位基准，用V形块作角向定位。图2-25，图2-29。2023/2/1762023/2/1772）

V形块的构造如图2-27，图2-28。2023/2/1783）V形块定位时的定位误差如图2-30需要计算每一个工序尺寸的定位误差

2023/2/1793.用半圆孔定位（1）定位方法及定位件构造图2-31（2）定位误差分析如图2-33δ定位=(a+a定)/22023/2/180三、工件以孔定位定位方法有：外圆柱面外圆锥面自动定心装置

1．用外圆柱面定位（1）

定位方法和定位件构造定位件有定位心轴和定位销，定位销的结构如图2-34。（2）

定位误差的计算和定位销极限尺寸的确定按基孔制g6或f7来确定。定位误差δ定位=a+Δ+a定2023/2/1812．用外圆锥面定位定位误差δ定位=0

（1）

小锥度定位法锥度在1/1000——1/5000，一般工件不需要另外夹紧。定位件需要较长L=l+lk+s，其中：轴向移动量l=a/k=a/2tgθ，接触长度lk=紧度/K，紧度一般为0.007—0.02mm，

s工件宽度，K锥度，θ半锥角。要求工作的孔一般为IT6

—IT7精度。2023/2/1822）

大锥度定位法一般同时还需要另一表面来防止基准倾斜。如图2-38。2023/2/183组合定位组合定位是指工件以一组基准定位。选择的一组定位基准有一面两孔，一孔一面，一孔一外圆等，由于两孔一面组合定位最为典型，以此为例，分析组合定位的原则。一、定位件为两个圆柱销假设：两基准孔的直径及公差为D1+a1，D2+a2，两孔间的距离L±l。需要确定两圆柱销的直径D定1-a定1，D定2-a定2，两销之间的距离为L±l定。条件是考虑工件的装卸容易和满足定位精度的要求。2023/2/1841．先假定2l及2l定为零此时相当选择单一孔作定位基准的情况。因此，圆柱销的尺寸可根据g6或f7选择。假设最小间隙和公差分别为Δ1，Δ2，a定1，a定2，则：

D定1=D1-Δ1,D定2=D2-Δ2，如图2-392023/2/1852.假定定位销与基准孔之间不需要保证间隙Δ1，Δ2，

1）并且2l定=0

由于工件存在距离尺寸公差2l，为了保证全批工件自由装卸，定位销的直径应减小，假设通过减小第二定位销的办法来补偿。则：定位销最大直径为：

D定1=D1，D定2=D2-2l2）假设2l=0,2l定≠0，则：D定1=D1，D定2=D2-2l定，

2023/2/1863.

三项误差同时存在则最大直径：D定1=D1-Δ1，

D定2=D2-Δ2-2l-2l定。最小直径：D定1-a定1，

D定2-a定2。

l定一般取l的1/3—1/5，这样定位件的尺寸就被确定下来了2023/2/1874．定位误差的计算（1）

在基准中心连线方向上（X方向上）的误差第一基准的定位误差δ定位1x=a1+Δ1+a定1

第二基准的定位误差δ定位2x=δ定位1x+2l（2）

与两孔连线垂直方向（y方向）上的定位误差

δ定位1y=a1+Δ1+a定1δ定位2y=a2+Δ2+a定2+2l+2l定2023/2/188（3）

角向误差

tgα=(δ定位1y+δ定位2y)/2L

注意：工件倾斜后，工件上各点的定位误差是不同的，计算时应根据原始尺寸的情况具体分析，可以通过改变定位方法，来提高定位精度。

2023/2/189工件的夹紧2023/2/190夹紧装置的组成及其设计原则工件定位后将其固定，使其在加工过程中保持定位位置不变的装置，称为夹紧装置2023/2/191夹紧装置的组成动力源装置产生夹紧作用力的装置传力机构传递力的机构，作用：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直接与工件接触完成夹紧作用的元件2023/2/192夹紧装置的组成设计夹具应考虑的问题夹紧力传力方式夹紧机构大小、方向、作用点手动、液力、电力等增力、快速、机动等2023/2/193夹紧装置的设计原则工件不移动原则夹紧过程中，应不改变定位后所占据的正确位置工件不变形原则夹紧力的大小要适当，既要保证夹紧可靠，又应使工件产生加工精度不允许的变形2023/2/194工件不振动原则对刚性差的工件，或进行断续切削，提高支承零件和夹紧零件的刚性，避免工件和夹紧系统的振动安全可靠原则夹紧传力机构夹紧行程应足够，操作方便、安全，劳动强度低，生产效率高经济实用原则夹紧装置的自动化和复杂程度与生产纲领相适应，有良好的工艺性和经济性2023/2/195确定夹紧力的基本原则

夹紧力方向的确定应指向各定位元件，尽可能垂直于主定位基准，在工件刚度最大方向上将工件夹紧有助于定位，不破坏其准确性和可靠性应考虑接触面积的影响，使工件变形尽可能小应使夹紧力尽可能小，减轻劳动强度、提高生产效率2023/2/196夹紧力应指向主要定位基面夹紧力方向与夹紧力大小的关系2023/2/197

夹紧力作用点的选择夹紧力作用点是指夹紧元件与工件接触的一小块面积应落在支承元件上或几个支承元件所形成的支承面内应选在工件刚性较好的部位应尽可能靠近被加工表面，以减少切削力翻转力矩的影响，减少振动2023/2/198夹紧力作用点应在支承面内夹紧力作用点应在刚性较好部位2023/2/199夹紧力作用点应靠近加工表面2023/2/1100

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机动夹紧时应计算夹紧力的大小，以理论夹紧力乘以安全系数K

粗加工取K＝2.5~3

精加工取K＝1.5~2夹紧力三要素的确定，是一个综合性问题，必须考虑工件的结构特点、加工工艺方法、定位元件的结构和布置等多种因素2023/2/1101

增加辅助支承和辅助夹紧点高支座镗孔辅助夹紧

减小夹紧变形的措施2023/2/1102分散着力点分散着力点薄壁套的夹紧变形及改善利用对称变形增加压紧件接触面积2023/2/1103采用浮动压块和垫环减少工件夹紧变形对于极薄特形工件，可采用冻结式夹具：将工件定位于一随行的型腔里，然后浇灌低熔点金属，待其固结后一起加工；加工完成后，再加热熔解取出工件（低熔点金属的浇灌及熔解分离，都是在生产线上进行的）其他措施2023/2/1104常用夹紧机构及其选用斜楔夹紧机构工作原理利用楔块的斜面将楔块的推力转变为夹紧力，从而夹紧工件夹紧力的大小2023/2/1105夹持原则楔块夹紧工件后应能自锁，α≤φ1+φ2为自锁条件一般钢铁的摩擦系数为0.1~0.15，取φ1=φ2=5~7°，故α≤10~14°为了安全可靠，取α=5~7°2023/2/1106斜楔夹紧机构2023/2/1107夹持特点结构简单，有增力作用。一般扩力比Q/F≈3楔块夹紧行程小，增大行程会使自锁性能变差操作不便，夹紧和松开均需敲击楔块材料：通常用20钢渗碳，淬硬58~62HRC偏心轮、凸轮、螺钉为楔块的变种2023/2/1108螺旋夹紧机构工作原理类似楔块夹紧力的大小类似楔块夹持特点结构简单，增力大夹紧可靠，能保证自锁夹紧动作慢，适合手动夹紧2023/2/1109螺旋夹紧的构造螺钉、压块、手柄等简单螺旋夹紧机构2023/2/1110快速螺旋夹紧机构2023/2/1111

螺旋压板夹紧机构2023/2/1112偏心夹紧机构工作原理利用转动中心与几何中心偏移的圆盘或轴作为夹紧元件自锁条件D/e≥14~20夹持特点结构简单，制造方便夹紧迅速，操作灵活行程小，增力小，自锁能力差适合夹紧力小、振动小的场合2023/2/1113偏心压板夹紧机构设计计算偏心距取2e>δ+Δ（δ：工件尺寸公差；Δ：装卸工件预留间隙）偏心轮直径取D=14e~20e手柄长取L=(2~2.5)D最小夹紧行程Smin=δ+Δ偏心轮材料：20钢或20Cr；表面渗碳淬火55~60HRC，磨光、发蓝2023/2/1114单臂、双臂单作用、双臂双作用铰链夹紧机构铰链夹紧机构属增力夹紧机构，机构简单，增力倍数大2023/2/1115定心夹紧机构在工件定位时，常将工件的定心定位和夹紧结合在一起，这种机构称为定心夹紧机构定心夹紧机构的特点定位和夹紧是同一元件元件间有精确的联系能同时等距离地移向或退离工件能将工件定位基准的误差对称地分布2023/2/1116螺旋式、偏心式、斜面（锥面）定心夹紧机构斜面作用定心夹紧机构2023/2/1117弹簧夹头的结构2023/2/1118自动定心卡盘齿轮齿条定心夹紧机构杠杆作用定心夹紧机构2023/2/1119鼓膜夹具液性塑料定心夹具弹性定心夹紧机构2023/2/1120联动夹紧机构有时需要同时有几个点对工件进行夹紧有时需要同时夹紧几个工件有时除夹紧动作外，还需要松开或固紧辅助支承为了提高效率，减少装夹时间，可采用联动机构多点夹紧浮动压头2023/2/1121浮动夹紧机构（四点双向浮动、平行式多点夹紧、多点浮动）2023/2/1122

多件多位（联动）夹紧机构2023/2/1123夹紧与移动压板联动夹紧与锁紧辅助支承联动

夹紧与其他动作联动2023/2/1124先定位后夹紧联动机构2023/2/1125浮动机构2023/2/1126设计多位夹紧机构应注意的问题夹紧元件必须为浮动、可调节的联动零件，以保证同时均匀夹紧和同时松开夹紧力方向应与定位方式和加工方法相适应应保证每一工件都有足够的夹紧力夹紧元件和传力零件应有足够的刚性，保证传力均匀2023/2/1127多位夹紧机构的合理设计用液性塑料自动调节夹紧力2023/2/1128夹紧机构的设计要求夹紧机构是指能实现以一定的夹紧力夹紧工件选定夹紧点的功能的完整结构主要包括与工件接触的压板、支承件和施力机构2023/2/1129

对夹紧机构通常有如下要求可浮动可用球面垫圈、球面支承及间隙联接销实现2023/2/1130双件联动机构实现相互垂直作用力的联动机构可联动可实现几个方向的夹紧力同时作用或顺序作用2023/2/1131顺序作用的联动机构2023/2/1132杠杆机构的常见情况几种斜面增力机构可增力常用的有螺旋、杠杆、斜面、铰链及其组合2023/2/1133铰链杠杆增力机构可自锁当去掉动力源的作用之后，仍能保持对工件的夹紧状态，称为夹紧机构的自锁常用的自锁机构有螺旋、斜面及偏心机构等2023/2/1134夹紧动力源装置夹具的动力源有手动、气压、液压、电动、电磁、弹力、离心力、真空吸力等选择动力源时通常应遵循两条原则经济合理与夹紧机构相适应2023/2/1135手动动力源选用手动动力源的夹紧系统一定要具有可靠的自锁性能以及较小的原始作用力多用于螺栓螺母施力机构和偏心施力机构的夹紧系统设计时应选用较大的裕度系数2023/2/1136气压夹紧装置传动的组成气动动力源包括三个部分：第一部分为气源，第二部分为控制部分，第三部分为执行部分2023/2/1137液压动力源液压夹紧是利用液压油为工作介质来传力的一种装置液压夹紧的传动系统与普通气压系统类似它与气动夹紧比较，具有夹紧力稳定、吸收振动能力强等优点，但结构比较复杂、制造成本高，因此适用于大量生产2023/2/1138气液组合动力源气-液组合夹紧的动力源为压缩空气，但要使用特殊的增压器，比气动夹紧装置复杂其工作原理如图所示气-液组合夹紧工作原理2023/2/1139电动电磁动力源电动扳手和电磁吸盘都属于硬特性动力源在流水作业线采用电动扳手代替手动，可提高生产效率、减轻劳动强度电磁吸盘主要用于要求夹紧力稳定的精加工夹具中2023/2/1140工件的夹紧及夹紧装置夹尽装置的组成和要求一、夹紧装置的组成工件在夹具上的安装包括定位和夹紧两个过程。夹紧的目的：是在加工过程中当受到切削力、惯性力和工件重力等力的作用时，仍保证工件具有定位的稳定性和生产的安全性。

2023/2/1141夹紧装置的组成：如图3-2。（1）

产生力源的部分（2）

中间传力部分作用：

改变夹紧力的方向；

改变夹紧力的大小；保证夹紧的可靠性、自锁性。（3）

夹紧元件部分是直接与工件接触的元件，完成夹紧作用。2023/2/1142二、夹紧装置的要求

1．保证精度方面：确保工件已获得的正确位置，保证工件不变形。

2．从使用要求看：夹紧应安全可靠（一般要有自锁），操作方便省力。

3．保证设计合理性要求：合理的结构，良好的工艺性，低成本，短的设计和制造周期。

2023/2/1143三、夹紧力的确定一个力包括三要素：大小、方向和作用点。

1．夹紧力方向的选择（1）

应朝向主要定位基准保证不破坏工件定位的准确性和可靠性。（2）

应作用在工件刚性较大的方向保证工件的变形最小。如图3-3（3）

应使所需夹紧力最小主要考虑夹紧力与切削力和重力的方向关系。如图3-4，图3-5。

2023/2/11442023/2/1145对于各种要求应辨证分析，恰当处理。例如：如图夹具夹紧力的方向为最不理想的情况，但由于工件小，重量轻，钻小孔时的切削力也小，因此，此种结构仍然很实用。2023/2/11462．夹紧力作用点的选择（1）

夹紧力的合力作用于支支承面的几何中心。如图3-7（2）

夹紧力作用点应尽可能靠近被加工表面。如图3-8（3）

夹紧力均匀。如图3-6，图3-9，图3-102023/2/11472023/2/11483．夹紧力大小的确定夹紧力大小的确定也很重要，夹紧力过大，会使工件变形，过小会使夹紧不可靠。手动夹紧时：一般不计算，只是类比参考确定。机动夹紧时：先建立夹紧力、切削力和重力组成的平衡力系， 求出夹紧力，然后给出2—3倍的安全系数，以此来 设计夹紧机构的尺寸。

2023/2/1149简单夹紧机构一、

契块夹紧

如图3-112023/2/1150契块夹紧的特点：（1）

有自锁性自锁条件是α≤ψ1+ψ2，

ψ1，ψ2楔块上下表面与夹具的摩擦角。（2）

扩力系数不大一般是2—2.5倍（3）

楔角的选择

α↑，自锁性↓，行程↓

α↓，自锁性↑，行程↑2023/2/1151二、

螺旋夹紧

如图3-132023/2/1152螺旋夹紧的特点：（1）自锁性能好（2）

扩力系数大ip=75（3）

标准化程度高（4）

夹紧速度慢一般采用快卸机构如图3-14，图3-15，图3-16，图3-17，图3-18，图3-19。2023/2/11532023/2/11542023/2/11552023/2/1156三、偏心夹紧

如图3-20偏心夹紧的特点：（1）

当e≤Rtgψ时有自锁；（2）

扩力系数10左右；（3）

夹紧迅速；（4）有效夹紧行程小。2023/2/1157圆偏心轮工作位置的确定：

2e>+

D≥14e

（根据自锁条件如果tgψ=0.15）

C=D/2+-e其中：：工件被夹紧表面的尺寸公差：便于装卸工件所留间隙，（0.5毫米左右）C：偏心轮安装参数。2023/2/1158圆偏心轮的结构形式：2023/2/1159一、气动夹紧装置1．气动传动系统如图3-37，气压为4—6个工程大气压。2023/2/11602．气缸结构及工作特性。2023/2/11612023/2/11622023/2/1163偏心轮楔块夹紧机构2023/2/1164圆偏心夹紧机构12023/2/1165圆偏心夹紧机构22023/2/1166各类机床夹具2023/2/1167车床夹具的基本类型安装在车床主轴上的夹具安装在滑板或床身上的夹具各种卡盘、顶尖、心轴或其它专用夹具夹具随机床主轴一起旋转，刀具作进给运动用于某些形状不规则和尺寸较大的工件，刀具安装在主轴上作旋转运动，夹具作进给运动车床夹具2023/2/1168车床常用通用夹具的结构三爪自定心卡盘四爪单动卡盘2023/2/1169拨动顶尖端面拨动顶尖2023/2/1170车床专用夹具的典型结构心轴类车床夹具锥柄式心轴2023/2/1171角块式车床夹具常用于加工壳体、支座、接头等零件的圆柱面及端面2023/2/1172车气门杆的角铁式夹具2023/2/1173圆盘式车床夹具适用于形状复杂的大型工件花盘式车床夹具需要平衡配重通过过渡盘与主轴头端连接2023/2/1174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、重量尽可能靠近回转轴线，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2023/2/1175与机床的联接视具体情况而定，通常是夹具的定位基准，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使夹具使用安全，应尽可能避免带有尖角或凸出部分，必要时要加防护罩2023/2/1176铣床类夹具的特点工件安装在夹具上随同机床工作台一起作送进运动铣床类夹具特点铣削为断续切削，冲击、振动大，夹紧力要求较大铣削加工效率高，工件安装应迅速，要有快速对刀元件夹具要有足够的刚度和强度，本体应牢固地固定在机床工作台上2023/2/1177适用于铣床、平面磨床用途铣床夹具的分类按使用范围分按工件运动特点分还可按自动化程度、夹紧动力源、装夹工件数量分通用铣夹具、专用铣夹具、组合铣夹具直线进给夹具、圆周进给夹具、沿曲线进给夹具2023/2/1178铣床通用夹具的结构主要有平口台虎钳，主要用于装夹长方形工件，也可用于装夹圆柱形工件2023/2/1179典型铣床专用夹具的结构铣削键槽用的简易专用夹具主要由夹具体、定位板、夹紧机构、对刀块、定向键等组成2023/2/1180加工壳体的铣床夹具2023/2/1181铣床夹具的设计特点铣床夹具的安装主要依靠定向键和百分表校正来提高安装精度定位键的结构尺寸已标准化，应按铣床工作台的T形槽尺寸选定，它和夹具底座以及工作台T形槽的配合为H7/h6、H8/h8两定位键的距离应力求最大2023/2/1182定位键及其连接铣床耳座2023/2/1183对刀装置铣床夹具的对刀装置由对刀块、（平、圆）塞尺等组成2023/2/1184标准对刀塞尺铣床夹具的夹具体应有足够强度和刚度，应尽可能降低夹具的重心，工件待加工表面应尽可能靠近工作台，夹具体高宽比以H/B≤1~1.25为宜2023/2/1185钻床夹具钻床夹具的种类繁多，根据被加工孔的分布情况和钻模板的特点，一般分为固定式、回转式、移动式、翻转式、复盖式和滑柱式等几种类型钻镗夹具钻床夹具的分类2023/2/1186固定式2023/2/1187回转式2023/2/1188移动式2023/2/1189翻转式2023/2/1190盖板式2023/2/1191滑柱式2023/2/1192钻床夹具的设计主要考虑钻套的设计钻床夹具的设计特点钻套是用来引导钻头、扩孔钻、铰刀等孔加工刀具，加强刀具刚度，并保证所加工的孔和工件其它表面有准确的相对位置钻套按结构和使用特点可分为以下四类固定钻套可换钻套快换钻套特殊钻套2023/2/1193标准钻套固定可换快换2023/2/1194特殊钻套2023/2/1195镗床夹具镗床夹具通常称为镗模，属精密夹具镗模依靠专门的引导元件——镗套来引导镗杆，从而保证所镗孔具有很高的位置精度主要用于加工箱体类零件上的精密孔系镗模由定位元件、夹紧装置、引导元件、夹具体四部分组成镗孔的精度可不受机床精度的影响2023/2/1196加工磨床尾座的镗套2023/2/1197镗套：其结构对于孔的几何形状、尺寸精度及表面粗糙度影响很大，其结构决定了镗套位置的准确度和稳定性分为固定式镗套（和钻套类似）和回转式镗套（随镗杆转动）2023/2/1198典型数控机床夹具数控机床夹具的特点应有较高的精度应有利于实现加工工序的集中夹紧应牢固可靠、操作方便设计数控机床夹具时，应按坐标图上规定的定位和夹紧表面以及机床坐标的起始点，确定夹具坐标原点的位置高效化、柔性化和高精度2023/2/1199液压三爪自定心卡盘防止刀具与夹具元件相碰2023/2/1200数控铣床夹具对数控铣床夹具的基本要求夹具应能保证在机床上实现定向安装，还要求能协调零件定位面与机床之间保持一定的坐标尺寸联系夹紧机构元件与加工面之间应保持一定的安全距离，同时要求夹紧机构元件能低则低，从防止夹具与铣床主轴套筒或刀套、刀具在加工过程中发生碰撞夹具的刚性与稳定性要好2023/2/1201数控铣床常用夹具专用铣削夹具组合夹具气动或液压夹具多工位夹具真空夹具真空夹具2023/2/1202数控钻床夹具设计数控钻床夹具应注意的问题优先选用组合夹具单件加工应尽量减少装卸夹压时间；中小型零件可考虑在工作台面上同时装夹几个零件进行加工避免干涉尽量减少夹压变形，合理选择定位点及夹紧点可在夹具上设置对刀点2023/2/1203加工中心机床夹具根据加工中心机床特点和加工需要，目前常用的夹具结构类型有专用夹具、组合夹具、可调整夹具和成组夹具在加工中心上，夹具的任务不仅是夹紧工件，而且还要以各个方向的定位面为参考基准，确定工件编程的零点2023/2/1204现代机床夹具2023/2/1205组合夹具组合夹具是一种标准化、系列化程度很高的柔性化夹具。它由一套预先制造好的具有不同几何形状、不同尺寸的高精度元件与合件组成，使用时按照工件的加工要求，采用组合的方式组装成所需的夹具。T形槽系组合夹具系列其组成元件按其功用可分为八类：基础件支承件定位件导向件夹紧件紧固件其它件合件2023/2/1206T形槽系组合夹具的元件2023/2/1207盘形零件钻径向分度孔的T形槽系组合夹具2023/2/1208KD型孔系组合夹具孔系组合夹具系列孔系组合夹具元件的连接用两个圆柱销定位，一个螺钉紧固2023/2/1209模块化夹具模块化夹具是一种柔性化的夹具，通常由基础件和其它模块元件组成模块化是指将同一功能的单元，设计成具有不同用途或性能的、且可以相互交换使用的模块，以满足加工需要的一种方法模块化夹具与组合夹具之间有许多共同点。它们都具有方形、矩形和圆形基础件。但组合夹具的万能性好，标准化程度高；而模块化夹具则为非标准的，一般是为本企业产品工件的加工需要而设计的2023/2/1210模块化夹具的基础件模块化钻模2023/2/1211自动线夹具常见的自动线夹具有：随行夹具和固定自动线夹具两种随行夹具常用于形状复杂且无良好输送基面，或虽有良好的输送基面，但材质较软的工件。使用随行夹具时，工件随夹具一起由输送带依次送到各工位2023/2/1212随行夹具2023/2/1213各类机床夹具及其设计特点钻床类夹具钻床类夹具：是用于各种钻床、镗床和组合机床上加工 孔时的夹具，有时也叫钻模。工作特点：它的主要作用是控制刀具的位置和导引其送 进方向。一、钻床夹具的构造和种类1.固定模板式钻模：钻模板固定在夹具体上。钻模板固定在夹具体上，排除了活动联结造成的误差，所以被加工孔的位置精度较好。2023/2/1214在壳体上钻孔用的固定模板式钻模：2023/2/1215具有分度装置的固定模板式钻模：2023/2/12162．复、盖式钻模复式钻模：定位件和钻套一同装在钻模板上，没有夹具体，复在或放在工件上。2023/2/1217加工整流仓端面接合孔用的复式钻模（也叫镜面钻模）：2023/2/1218盖式钻模：钻模板是个活动的盖板，它与钻具本体的组合和联接，可以使用定位销，也可以采用铰链结构。是钻模板可卸的盖式钻模：2023/2/1219铰链式的盖式钻模：2023/2/12203.翻转式钻模：整个夹具可以和工件一起翻转，用以加工不同方位的孔。可分为箱式、半箱式和支柱式。箱式钻模：2023/2/1221半箱式钻模：2023/2/1222支柱式钻模：

一般是四个柱而不是三个柱，以检查夹具安放是否歪斜2023/2/1223回转式钻模：回转式钻模用来加工沿圆周分布的许多轴向孔或径向孔。

2023/2/12245.滑柱式钻模：钻模板沿滑柱上下移动，不必使用单独的夹紧装置。2023/2/1225铣床类夹具铣床类夹具：包括用在各种铣床、刨床、平面磨床上的夹具。工作特点：工件安装在夹具上，且随同机床工作台一起作送运动。一、铣床夹具的构造及典型装置各种铣床夹具：2023/2/12262023/2/12272023/2/12282023/2/1229定向键：铣床夹具在机床工作台上的安装位置，直接影响工件被加工表面的位置精度。在设计时就必须考虑其安装方法，一般是在夹具底座下装两个定向键。两个定向键的距离尽可能大些，以利于提高安装精度。2023/2/1230对刀装置：铣床夹具在工作台上安装好了以后，还要调整刀具对夹具的相对位置尺寸，以便于进行定距加工。一般采用对刀装置。采用对刀块的主要原因是铣刀是多刃刀具，加工尺寸不便用试削法调刀。（但有时也采用试削法，用标准样件调刀）。调刀的简图：2023/2/1231塞尺的形状：对刀块的形状和安装：2023/2/1232二、铣床类夹具的设计特点

1．铣床夹具要有足够的强度、刚度和可靠地夹紧。铣削加工一般是断续切削，要减小振动。

2．要考虑如何快速地装卸工件。如设计多位，多件夹紧和连续加工的夹具，夹紧方法尽量采用气、液压或机械联动机构。原因是安装时间占加工时间的比例大。

3．一般要设计对刀装置和定向键，对于大型夹具还要设计吊环等。

4.应注意清除切屑和排液的方便。

2023/2/1233车床类夹具车床类夹具：包括用于各种车床、内外圆磨床等机床上安装工 件的夹具。工作特点：这类夹具都是安装在机床的主轴上，与主轴一起作 回转运动。用以保证工件被加工表面对其定位基准的 位置精度。一、各种车床夹具车床类夹具按其结构特征大致可分为心轴类、圆盘类、花盘类和角铁类几种。2023/2/12341．心轴式按照与机床主轴的连接方式，心轴可分为顶尖式心轴和锥柄式轴两类。

2023/2/12352．圆盘式对于各种轴类、盘类、套筒类和齿轮类等工件的车、磨工序，都可以应用圆盘式夹具。由于工件和夹具都是对称的，所以不需要考虑平衡问题。有时要设计校正环用来找正，减小安装误差。2023/2/1236过渡盘：2023/2/12373．花盘式对于复杂工件，加工一个或几个与其基准平面垂直的孔时，就可采用花盘式车床夹具。由于定位基准与加工表面不同轴，因此在设计花盘式车床夹具时，就要考虑平衡问题。

2023/2/12384．角铁式当工件的加工表面的轴线与定位基准面不垂直时，或不适合设计成对称式夹具时，就可以采用角铁式结构，但要妥善处理好平衡问题。2023/2/12392023/2/1240二、车床类夹具的设计特点

1．夹具上最大最重的元件是夹具体，所以夹具体最好做 成圆形，以适应旋转运动的要求。

2．注意夹具旋转过程中的平衡问题： 解决方法：增加重量，加配重块 减少重量，加减重孔

3．当定位表面不能作为找正面使用时，应在夹具体上专门 做出供找正用的圆柱面。

4．保证工作安全平衡是保证工作安全的措施之一；还应注意，所有元件不应突出夹具体边缘之外；不应有易脱落甩出的元件，有时加防护罩；此外压板以及其它辅助元件的位置应尽量低矮，使刀架有足够的活动空间而不易碰撞。

5.尽量减轻机床主轴的负荷，因此，夹具的悬伸长度应尽量缩短。2023/2/1241专用夹具的设计方法2023/2/1242专用夹具设计的基本要求一个优良的机床夹具应满足以下基本要求保证工件的加工精度能提高生产效率工艺性能好使用性能好经济性好2023/2/1243专用夹具设计的规范化程序夹具设计规范化的意义保证设计质量，提高设计效率设计方案与生产纲领相适应高位设计与定位副设置相容夹紧设计技术经济指标先进精度控制项目完备、数值规定合理结构设计工艺性好夹具制造成本经济有利于计算机辅助设计有利于初学者尽快掌握夹具设计的方法2023/2/1244夹具设计精度的设计原则对一般精度的夹具对精密夹具除遵循一般精度夹具的两项原则外，对某个关键零件，还应规定与偶件配作或配研应使主要组成零件具有相应终加工方法的平均经济精度应按获得精度的工艺方法所达到的平均经济精度，规定基础件具体加工孔的形位公差2023/2/1245夹具设计的规范化程序明确设计要求，认真调查研究，收集设计资料仔细研究工作图、毛坯图及其技术条件了解零件的生产纲领及生产组织信息了解工件的工艺规程和本工序的具体技术要求了解所使用机床的主要技术参数等及与夹具连接部分的联系尺寸了解本企业制造和使用夹具的生产条件和技术状况了解所使用量具、刀具和辅助工具等的型号、规格准备好设计夹具用的各种标准、工艺规定、典型夹具图册和有关夹具的设计指导资料等2023/2/1246确定夹具的结构方案工件的定位方案工件的夹紧方案变更工位的方案对刀或导引方案安装方式及夹具体的结构形式对结构方案进行精度分析和估算论证方案的可行性及科学性对薄弱环节进行修改2023/2/1247绘制夹具总图绘制夹具总图的步骤遵循国家制图标准，绘图比例取1:1先用双点划线将工件按加工状态绘好依次绘制定位元件、夹紧装置和夹紧元件、对刀装置或导引件、夹具本体及各个连接件等标注必要的尺寸、配合和技术要求2023/2/1248总体设计的基本要求定位件、夹紧件、导引件等元件设计时应尽可能标准化、通用化为操作方便和防止装反，应设置止动销、障碍销、防误装标志等运动部件必须运动灵活、可靠零部件结构工艺性要好，应易于制造、检测、装配和调整夹具结构应便于维修和更换零部件适当考虑提高夹具的通用性2023/2/1249夹具总图上的尺寸标注夹具的轮廓尺寸定位零件上定位表面的尺寸以及各定位表面之间的尺寸定位表面到对刀件或刀具导引件间的位置尺寸主要配合尺寸夹具与机床的联系尺寸