机械装备复习资料第五章 机床夹具设计

机械制造装备设计(国家精品课程)目录第一章机械制造装备设计方法第二章金属切削机床设计第三章典型部件设计第七章机械加工生产线总体设计第五章机床夹具设计第一节机床夹具的功能和应满足的要求第二节机床夹具的类型和组成第三节机床夹具定位机构的设计第四节机床夹具夹紧机构的设计第五节机床夹具的其它装置第五章机床夹具设计视频：\机床夹具和工件定位.wmv第六节可调整夹具的设计第七节组合夹具设计第八节机床夹具设计步骤第九节典型机床夹具的设计要求第五章机床夹具设计（一）保证加工精度：

定位——获得正确的位置；夹紧——加工过程中保证工件在正确的位置上不变（二）提高生产率：减少辅助时间。（三）扩大机床的适用范围。如在车床床鞍上安放镗床模具（四）减轻工人的劳动强度，保证生产安全。5.1.1机床夹具的功能机床夹具的功能（一）保证加工精度

关键在于正确的定位、夹紧和导向方案、夹具制造的技术要求，定位误差的分析和验算（二）夹具的总体方案应与年生产纲领相适应大批量生产采取快速、高效的定位、夹紧和动力装置中小批量，夹具应有一定的可调性（三）安全、方便、减轻劳动强度

（四）排屑顺畅

切屑热量；切屑清理（五）有良好的强度、刚度和结构工艺性5.1.2机床夹具应满足的要求机床夹具应满足的要求5.2.1机床夹具的基本组成由该孔定位工件定位夹紧分度（一）定位元件及装置*——确定工件正确位置；（二）夹紧元件及装置*——固定工件于已获得的正确位置；（三）导向及对刀元件——确定工件与刀具之间的距离相互位置；（四）动力装置——减轻劳动强度，提高生产效率；（五）夹具体*——将各元件连为一体；与机床安装一体；（六）其它元件及装置——定向键等（铣、镗）。

定位、夹紧、夹具体三部分不可缺少5.2.2机床夹具的基本组成5.3.1工件的定位工件定位的基本概念几个基本概念工件定位——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——在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。夹具设计时，原则上应选择工艺基准为定位基准。5.3.1工件的定位工件定位中的几种情况通常，自由度限制大于3，小于、等于6。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：根据实际加工要求，并不需要限制工件全部自由度的定位。欠定位：定位点少于应消除的自由度、工件定位不足的定位。过定位：工件同一个自由度分别被几个支承点重复限制的定位过定位的不良后果：使接触点不稳定，增加了不同性；增加了夹紧变形；部分工件不能顺利与定位元件配合。5.3.1工件的定位过定位一般是不允许的，但在精加工时也可看到过定位允许特例工件刚度很差：可采用过定位提高工件局部刚度，减少变形；工件定位表面和定位元件的精度很高时：不会影响定位精度，有利提高刚度。

过定位及其改进/75.3.1工件的定位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；只有提出合理的附加条件，才允许采用过定位。定位方案确定综合考虑

（1）是否满足六点定位原理（2）本工序加工表面的位置精度要求5.3.1工件的定位分析研究定位方案时，仅仅考虑六点定位原理是不够的，还要认真仔细地分析本工序加工表面的位置精度要求第一定位基准第二定位基准第三定位基准（一）平面定位（1）钉支承和板支承（固定支承）圆头支承钉——粗基准定位平头钉——精基准定位花头钉——侧面粗定位板支承——大、中型零件精基准定位——要耐磨、磨平5.3.2典型定位方式、定位元件常用定位元件可按工件典型定位基准面分为：用于平面定位的用于外圆柱面定位的用于孔定位的5.3.2典型定位方式、定位元件(2)可调支承

多用于毛面定位，每批调整一次，以补偿各批毛坯误差.适用于毛坯（如铸件）分批制造，其形状和尺寸变化较大的粗基准定位。亦可用于同一夹具加工形状相同而尺寸不同的工件，或用于专用可调整夹具和成组夹具中。在一批工件加工前调整一次，调整后用锁紧螺母锁紧。5.3.2典型定位方式、定位元件(3)自位支承

支承本身可随工件定位基准面的变化而自动适应，一般只限制一个自由度，即一点定位。与工件作两点接触与工件作三点接触(4)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。5.3.2典型定位方式、定位元件（二）孔定位（1）心轴定位：锥度心轴：定心精度高，轴向定位精度较低；刚性心轴：间隙配合——装卸容易，精度较低；过盈配合——装卸困难，精度较高。弹性心轴、液塑心轴、定心心轴等。

5.3.2典型定位方式、定位元件（二）孔定位（1）心轴定位：图b为过盈配合心轴，引导部分直径D3按e8制造，其基本尺寸为基准孔的最小极限尺寸，其长度约为基准孔长度的一半。心轴上的凹槽供车削工件端面时退刀用。这种心轴制造简便，定心准确，但装卸工件不便，且易损伤工件定位孔。多用于定心精度要求较高的场合。5.3.2典型定位方式、定位元件退出（二）孔定位（2）定位销：长销（圆柱）——四个自由度短销（圆柱）——两个自由度短销（菱形）——一个自由度

5.3.2典型定位方式、定位元件（二）孔定位

圆锥销常用于工件孔端的定位，可限制三个自由度工件在单个圆锥销上容易倾斜，为此，圆锥销一般与其它定位元件组合适用。5.3.2典型定位方式、定位元件（三）外圆定位

工件以外圆柱面定位在生产中是常见的，如轴套类零件等。常用的定位元件有V形块、定位套、半圆定位座。1）定位套筒套筒定位结构简单，主要用于精基准定位。套筒有长、短之分，其定位孔常与端面构成组合限位面，共同约束工件自由度。5.3.2典型定位方式、定位元件（三）外圆定位

2）半圆定位座

常用于大型轴类工件的定位将同一圆周面的孔分成两半圆，下半圆部分装在夹具体上，起定位作用，上半圆部分装在可卸式或铰链式盖上，起夹紧作用，半圆孔定位座适用于大型轴类工件的定位。5.3.2典型定位方式、定位元件（三）外圆定位

3）V形块定位

结构尺寸已标准化，斜面夹角有60°90°120°以900用的最多，因为它在保证定位稳定性和减少夹具的外形尺寸方面比1200和600的都好。5.3.2典型定位方式、定位元件H定B（三）外圆定位

d—标准心轴直径，即工件定位用外圆直径(mm);H—V形块高度(mm);N—V形块的开口尺寸(mm);H定—对标准心轴而言，V形块的标准高度，α—V形块两工作平面间的夹角。5.3.2典型定位方式、定位元件（三）外圆定位

4）外圆定心夹紧

三爪卡盘、双V形铁定心夹紧、弹簧夹头5.3.2典型定位方式、定位元件定位元件选用规则

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，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5.3.2典型定位方式、定位元件定位元件选用规则

工件以内孔定位工件上定位内孔较小时，常选定位销在套类、盘类零件的车削、磨削和齿轮加工中，大都选用心轴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5.3.2典型定位方式、定位元件（四）定位表面的组合1）一个平面和与其垂直的两个孔组合5.3.2典型定位方式、定位元件（四）定位表面的组合2）一平面和与其垂直的两外圆柱面组合5.3.2典型定位方式、定位元件（四）定位表面的组合3）一孔和一平行于孔中心线的平面组合5.3.2典型定位方式、定位元件（四）定位表面的组合

第一定位基准面（主基准面）：限制自由度数最多的定位面；

第二定位基准面（导向基准）：次之，限制自由度数较多的定位面；

第三定位基准面（定程基准）：限制一个自由度。箱体类零件——一面两销定位：顶平面——限三个自由度；圆柱销——限两个自由度；菱形销——限一个自由度。5.3.2典型定位方式、定位元件“一面两销”的两圆柱销重复限制了沿x方向的移动自由度，属于过定位。由于工件上两孔的孔心距和夹具上两销的销心距均会有误差，因而会出现上图所示的相互干涉现象。一面两销5.3.2典型定位方式、定位元件解决“一面两孔”的定位干涉问题的途径：(1)减小一个销的直径；(2)将一个销做成削边销。

一面两销5.3.2典型定位方式、定位元件两孔中心距为：L±Tlk/2，两销中心距为：L±TlX/2

。两孔与两销的最小间隙分别是△1min，△2min。定位销的设计与选取：确定两定位销的尺寸：确定定位销中心距及公差：确定圆柱销尺寸及公差：确定菱销的宽度：查表取：b=4mm确定菱形销尺寸及公差：根据式：得：取菱形销的精度为：IT6，Td2=0.011d2min=d2max-Td2=11.947-0.011=11.9365.3.3定位误差的分析与计算定位误差概述工序基准在工序尺寸方向上的最大位置变动量所引起的加工误差，称为定位误差。加工误差的组成部分： a.工件在夹具中的定位、夹紧误差，取(1/3~1/5)总偏差 b.夹具相对机床主轴（或刀具）或运动导轨的位置误差 c.加工过程中的误差

定位误差不是加工误差的全部

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。例如在一根轴上铣键槽，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，如图所示。则实际加工时，由于工件外圆直径尺寸有大有小，会使外圆中心位置发生变化。若不考虑加工过程中产生的其它加工误差，仅由于工件圆心位置的变化而使工序尺寸H也发生变化

5.3.3定位误差的分析与计算1）工序基准在工序图上用来确定本工序所加工表面加工后的尺寸、形状、位置的基准，称为工序基准。2．工艺基准零件在加工、检测和装配中，用作依据的点、线、面称为工艺基准。工艺基准分为工序基准、定位基准、测量基准和装配基准。2）定位基准零件加工时，用以确定其在机床上相对刀具正确位置所依据的点、线、面称为定位基准。使用夹具安装时，定位基准为工件上与夹具定位元件相接触的表面。定位基准还可以进一步分为：粗基准、精基准、附加基准。5.3.3定位误差的分析与计算

定位误差包括基准不重合误差和基准位移误差1）基准不重合误差△不重(△B）

其大小等于设计基准与定位基准间联系尺寸在加工尺寸方向上的变动量（公差）。

一次安装加工两孔A和B，孔B在X方向定位基准C与设计基准A不重合，基准不重合误差为联系尺寸22的公差0.25.3.3定位误差的分析与计算基准不重合误差示例对于尺寸A3来说：对于尺寸A1来说：5.3.3定位误差的分析与计算5.3.3定位误差的分析与计算2）基准位移误差△位置

（△Y）

是指工件的定位基准在加工尺寸方向上的变动量。由工件定位面和夹具定位元件的制造误差以及两者之间的间隙所引起。5.3.3定位误差的分析与计算5.3.3定位误差的分析与计算一面两销定位时的定位误差计算1）在平面内任意方向的位移误差孔O1中心偏移在直径为△dw1圆内，△dw1=TD1

+Td1

+X1min

孔O2在X方向偏心与孔O1相同（不限位），为△dw1在Y方向偏心在直径为△dw2，△dw2=TD2

+Td2

+X2min2）转角误差

θ=arctan(TD1

+Td1

+X1min+TD2

+Td2

+X2min)/2L

要减小角度定位误差：①提高孔销精度，减小配合间隙；②增大孔（销）中心距

一、夹紧机构设计应满足的要求二、夹紧力的确定三、常用夹紧机构四、其它夹紧机构五、夹紧机构的动力装置5.4机床夹具夹紧机构的设计5.4机床夹具夹紧机构的设计1．对夹紧装置的基本要求(1)保证定位准确、可靠（不能破坏定位）；(2)工件与夹具的变形要在许可范围内；(3)夹紧机构必须可靠；(4)

操作安全、省力、方便，符合习惯；(5)

自动化程度与生产纲领适应。夹紧力的三要素是什么？方向大小作用点1．夹紧力的方向如何实现？夹紧力方向指向主要定位基准面镗一个与工件B面有垂直度要求的孔C1)保证定位准确、可靠（不能破坏定位）；5.4机床夹具夹紧机构的设计1．夹紧力的方向2)夹紧力的方向应与工件刚度最大的方向一致，以减小工件变形

由于工件在不同方向上刚度是不等的，不同的受力表面也因其接触面积大小而变形各异。尤其在夹压薄壁零件时，更需注意。

如图所示的薄壁套筒工件，它的轴向刚度比径向刚度大，应沿轴向均匀施加夹紧力。3)夹紧力方向应使所需夹紧力尽可能小应使夹紧力的方向最好与切削力、工件的重力方向一致，这时所需要的夹紧力为最小。夹紧力的方向与夹紧力大小的关系5.4机床夹具夹紧机构的设计2．夹紧力作用点的选择1)与支承点点对点对应；或在支承点确定的区域内夹紧力作用点的位置夹紧力的作用点应落在定位元件上或支承元件所形成的支承平面内，否则夹紧力与支承反力会构成力矩，夹紧时工件将发生偏转。2)作用在工件刚度高的部位

夹紧力的作用点应落在工件刚性较好的方向和部位，这对刚度较差的工件尤其重要。5.4机床夹具夹紧机构的设计2．夹紧力作用点的选择3)尽量靠近切削部位（刚度，抗振性)

若在离加工位置较近的A点增添辅助支承，并附加夹紧力F1将悬臂夹紧，则夹紧点与加工部位间的悬臂梁长度大大缩短，从而使夹紧刚度得到很大的提高，减少了加工中的振动。4)夹紧力反作用力不应使夹具产生影响加工精度的变形5.4机床夹具夹紧机构的设计3．夹紧力大小确定在图示的定位夹紧方案中，六面体工件以底面、侧面和端面分别在支承板４，支承釘１、２、３上定位，在另一侧面上用螺旋压板夹紧。当在铣床上用圆柱铣刀铣上平面时，试分析计算所需夹紧力5.4机床夹具夹紧机构的设计5.4.5夹紧机构的动力装置1．气动夹紧装置气动夹紧是使用最广泛的一种机动夹紧方式，其动力来源是压缩空气。一般压缩空气由压缩空气站供应，经过管路损夹后，通到夹紧装置中的压缩空气为4～6个大气压。

气动夹紧一般具有作用力基本稳定、夹紧动作迅速和操作省力等优点。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。2．液压夹紧装置

液动夹紧所采用的油缸结构和工作原理基本与气缸相同，只不过所使用的工作介质是液压油。由于油压比气压高得多（一般可达6MPa以上）及液体的不可压缩性，因而产生同样大小的作用力，油缸尺寸比气缸尺寸小很多，液动夹紧刚度比气动夹紧刚度大得多，工作平稳，噪音小。

其缺点是需要一套供油装置，成本要相对高一些。适用于具有液压传动系统的机床和切削力较大的场合。5.4.5夹紧机构的动力装置3．气-液联合夹紧装置气一液联合夹紧的能量来源仍为压缩空气，传动介质为油液，综合了气动夹紧与液动夹紧的优点，又部分克服了它们的缺点，所以得到了发展和使用。5.4.5夹紧机构的动力装置4．其它动力装置1)真空夹紧2)电磁夹紧3)通过重力、惯性力、弹性力等将工件夹紧5.4.5夹紧机构的动力装置

一、孔加工刀具的导向装置二、对刀装置三、分度装置四、对定装置辅助材料\方宇论文四稿改.doc5.5机床夹具的其它装置5.5.1孔加工刀具的导向装置1．钻孔的导向装置

在钻床夹具中，通常用钻套作为刀具的导向元件。保证孔的位置精度，增加钻头和镗杆的支撑以提高其刚度，减少刀具的变形，确保孔加工的位置精度。②可换钻套①固定钻套③快换钻套④特殊钻套凡是尺寸或形状与标准钻套不同的都称为特殊钻套。特殊钻套只能结合具体情况自行设计。前三种钻套都已经标准化，可从夹具设计手册中查到。1．钻孔的导向装置固定钻套1-可换钻套；2-衬套；3-钻模版；4-