第六章机床夹具设计

第一节机床夹具概述第二节工件的定位和夹具的定位设计第三节工件的夹紧及夹具的夹紧设计第四节机床夹具的其它装置第五节机床专用夹具的设计方法习题与思考题

第六章机床夹具设计组成定位元件及定位装置夹紧元件及夹紧装置导向元件对刀元件及定向元件夹具体其它元件及装置类型按通用特性划分:通用夹具专用夹具可调夹具第一节：机床夹具概述成组夹具组合夹具随行夹具按所使用的机床划分其他一、工件的定位二、常用定位元件及其所能限制的自由度数三、定位基准及定位元件的合理选择四、定位设计五、定位误差的分析和计算第二节：工件的定位和夹具的定位设计一、工件的定位工件的定位原理：六点定位原理完全定位：限制工件的六个自由度不完全定位：需要限制的自由度少于六个欠定位绝对不允许过定位（重复定位）加工中一般不允许；特殊场合下，对加工有利。⑴支承钉⑵支承板⑶定位销⑷锥面定位销⑸V形块二、常用定位元件及其限制的自由度数（1）、支撑钉（图示）一个支撑钉：点定位副两个组合：直线定位副三个组合：平面定位副

多用于粗基准定位支撑钉的种类和形状（2）支撑板（图示）一组支撑板：平面定位副，限制三个自由度一块长支撑板：直线定位副，限制两个自由度支承板的种类和形状

（3）定位销短销(图6-5)：L<(0.5～0.8)d限制x、y两移动自由度长定位销（图6-6）：L>(0.8～1.2)d限制x、y移动和转动四自由度削边圆柱销（削边销图6-7）补偿工件的定位基准与夹具定位元件之间的实际尺寸误差，消除过定位削边短销限制一个自由度削边长销限制两个自由度（4）、锥面定位销（图6-8）限制x、y、z三个移动自由度常采用削边锥面定位销用于粗基准孔的定位设计中，一般取90°锥顶角（5）、V形块：用于粗基准或精基准短V形块（图a）V形块和工件定位面接触长度小于工件定位直径限制y、z两移动自由度长V形块（图b）

接触长度大于1.5～2倍工件定位直径限制y、z移动和转动四自由度V形角有60°90°、120°三种，90°的应用最广三、定位基准及定位元件的合理选择（一）平面定位基准（二）圆孔定位基准（三）外圆柱面定位基准（四）其它成形面定位基准（一）、平面定位基准粗基准定位：以未经机械加工的平面定位一般选三个圆头支撑钉，呈三角分布（图6-11）将以支撑钉做成可调整的结构（图6-12）自动调节支承：有时定位表面为断续表面、阶梯表面或有某些缺陷时，可将支承钉做成图6-13所示的浮动支承，自动调节支承的采用，不增加点的定位副数采用辅助支撑增加刚性精基准定位：以精基准平面定位选用一组支撑板作定位元件保证足够的支撑刚性而无过大的接触面积，且不产生夹紧变形。（二）、圆孔定位基准粗基准定位：多采用三点式定心可胀心轴（图a）（一组可胀滑销相当于一个短定位销）精基准定位：均可采用定位销作定位元件长销（心轴）：包括间隙定位心轴和无间隙定位心轴多用于较大的孔的定位短销间隙定位销分为固定式、伸缩式两种伸缩式和固定式各有优缺点（三）、外圆柱面定位基准粗基准定位:常用三爪卡盘，双V形块定心定位元件精基准定位:可以采用三爪卡盘、双V形块、间隙定位套、无间隙弹性薄壁套或内锥面定位元件实现定心定位。（四）、其它成形面定位基准常采用双V形块或V形块和其它元件组合的定位元件定（图6-15）用V形块实现工件的对中定位。可移动的V形块只限制一个自由度。锥孔：如回转体工件的中心孔四、定位设计

通常工件是由一组定位基准在夹具中定位的，夹具设计的首要任务就是要选择一组合适的定位元件常见工件的组合基准：一组平面组合基准平面和曲面的组合基准平面和孔的组合基准一组孔的组合基准例：（一）、一组平面及平面、曲面组合基准的定位设计(1)两个平面基准的定位设计（图6-16）在长方形工件上加工一个宽度为b的矩形通槽保持尺寸H-δH及B分析：底面M第一定位基准，N面第二定位基准夹具定位设计：一组支承板和M面接触形成三个点定位副限制x、y转动自由度和z移动自由度一块支承板和N面接触，形成线接触，限制y移动自由度和z转动自由度图6-16两个平面基准定位设计简图(2)、平面和曲面组合基准的定位设计例（图6-17）：在盘形工件钻Φd孔时分析：工件底平面为第一定位基准，圆柱面为第二定位基准。

夹具定位设计

一组支承板与工件底平面接触形成面定位副，限制x、y转动自由度和z移动自由度圆柱面定位限制x、y移动自由度图6-17定位设计简图⑶、曲面和平面组合基准的定位设计例（图a）分析：圆柱面为第一定位基准，端面为第二定位基准定位设计：一个长V形块，限制四个自由一个端面支承钉，限制一个自由度例（图b）圆柱体上铣一个平面定位设计与图a一样，但端面的支承钉已无定位的意义，只是为了平衡切削力（二）、平面和孔组合基准的定位设计1、一面一孔组合基准的定位设计（1）大平面和短孔组合基准的定位设计例：平面—圆锥销定位（图6-20）大平面为第一定位基准孔为第二定位基准弹簧浮动式圆锥销图6-20平面—圆锥销定位⑵、平面和长孔的组合基准的定位设计1)平面作第一定位基准时

较大的支承板与平面基准接触，限制三个自由度短圆柱销或浮动圆锥销限制两个自由度。采用长定位销将会发生过定位现象（图a）

2)圆柱销作第一定位基准时

平面支承采用球面浮动结构（图b）平面支承面的接触面尽可能减小(图c)

2．一面两孔组合基准的定位设计

分析：平面为第一定位基准，一个工艺孔为第二定位基准，另一个为第三定位基准一组支承板与工件的平面基准接触，限制三个自由度两个短圆柱销与两个工艺孔接触定位限制了七个自由度，过定位

（图a）解决：将一个定位销沿x方向上对称削边，使之成为菱形销(图b)自由度：支承平面限制x、y转动自由度和z移动自由度圆柱销限制x、y移动自由度菱形销限制z转动自由度。两销的设计：

右图：已知条件为工件上两圆柱孔的尺寸及中心距（D1、D2、Lg及其公差）（1）确定夹具上两定位销的中心距Lx（2）确定圆柱销直径d1及其公差（3）确定菱形销的直径d２、宽度b及公差（三）孔及孔系组合基准的定位设计1．一个孔为基准的定位设计1)用小锥度心轴的定位设计

例：图示（图6-26）靠工件与心轴接触处Lk的弹性变形而获得定位和夹紧的限制工件的四个自由度2)用过盈心轴的定位设计

图6—27工件被限制了五个自由度。用压力机将心轴压入工件孔内2．两个同轴孔组合基准的定位设计

1)、两个同轴的粗基准孔组合定位

采用两端三点式可胀心轴。

2)、两个同轴的精基准孔组合定位

采用图6-28所示3)、两个中心孔定位

采用两个顶尖，工件加工与左端面有尺寸要求时

，采用浮动结构。图6-29所示

3．孔系组合基准的定位设计

一般以两个同轴孔以及与同轴孔较远的另一个孔作定位基准

如图6-30所示

A、B以两组三点式可胀心轴形成一个长圆柱销，限制四个自由度孔C中用一个两点式可胀心轴限制一个转动自由度。图6-30孔系的组合基准定位五、定位误差的分析和计算（一）定位误差的概念（二）定位误差的求法（三）常见定位方式的定位误差分析和计算（一）定位误差的概念1．定位误差的产生图6-32所示，工件以下母线定位不存在定位而引起的误差。图6-33所示，工件以孔作为定位基准造成基准不重合误差ΔB和基准位移误差ΔY（二）、定位误差的求法(1)、基准不重合误差ΔB的求法

实质是加工尺寸设计基准相对于定位基准在加工尺寸方向上可能产生的最大位移量消除这个误差，必须使定位基准与加工尺寸设计基准重合(2)、基准位移误差ΔY的求法由于定位基准表面与定位元件工作表面有制造误差和装配间隙存在，以致使定位基准在夹具中相对于定位元件工作表面的位置产生位移定位基准在夹具中相对于定位元件工作表面的位置，在指定方向上所能产生的最大位移量(3)定位误差ΔD的求法

分别求出ΔB和ΔY后，再求出它们对加工尺寸的综合影响（采用逐件试切法进行加工，则根本不存在定位误差）（三）、常见定位方式的定位误差分析和计算(1)工件以平面定位

主要是由基准不重合引起

当定位尺寸是由多环尺寸组成时，定位误差实际上等于尺寸链中所有组成环节的公差之和

(2)工件以圆孔定位工件以圆孔在不同定位元件上定位时，所产生的定位误差是不同的1)工件以圆孔在过盈配合圆柱心轴上定位

径向基准位移误差（ΔYY＝0、ΔYZ=0）利用压力机的压下行程加以控制，轴线方向上的轴向定位误差：ΔDX=0此种定位的定心精度是相当高的2)工件以圆孔在锥度心轴上定位

径向基准位移误差：ΔYY＝0、ΔYZ=0工件沿心轴轴向发生位移，造成轴向定位误差对一批工件而言轴向定位误差∆YX。如图6—35所示对于一批工件而言的转角定位误差为：∆Θ=α

3)工件以圆孔在间隙配合圆柱心轴（或定位销）上定位

①心轴水平放置时

存在径向间隙，径向基准位移误差仅在Z轴方向

图6-36

∆YZ式中ε——定位副间的最小配合间隙；TD——工件圆孔直径公差Td——心轴外圆直径公差②心轴垂直放置

径向定位误差在水平面内任意方向上都有可能发生图6-37最大值比心轴水平放置时大一倍，如公式

(3)工件以外圆定位（常用在V形块中定位）只要V形块工作表面对称就可以保证定位基准在水平方向上的位移为零在垂直方向上定位基准相对于在夹具中的理想位置产生位移∆Y如图：6—38公式∆Y：随着α增大，ΔY减小，当α过大时，将会引起工件在水平方向上定位的不稳定，α角一般常采用90°，有时也用120°。工件在V形块中定位时，定位误差的大小与加工尺寸的标注方法有关：如图6—39图a：加工尺寸从外圆柱面的轴线注起，保证尺寸A0。ΔB＝0图b：加工尺寸从外圆柱面的下母线注起，保证加工尺寸A1。有基准不重合误差存在，其值：ΔB=Td/2。∆D=∆Y-∆B图c：加工尺寸从外圆柱面的上母线注起，保证加工尺寸A2。∆D=∆Y+∆B经分析：以下母线为设计基准时，定位误差最小。故轴套类零件上键槽的尺寸，一般多以下母线为设计基准

(4)工件以“一面两孔”定位

例：采用一圆柱销和一菱形销为定位元件图6-40

圆柱销相当于垂直放置的心轴，销、孔的直径误差及其配合间隙造成了定位的基准位移误差∆yx和∆yy圆柱销与菱形销配合限制着工件绕Z轴转动自由度，销、孔的直径误差及其配合间隙造成了工件的转角误差sinα。一、夹紧的目的及夹紧要求二、夹紧点的选择及夹紧力的确定三、常用夹紧机构的设计第三节工件的夹紧及夹具的夹紧设计一、夹紧的目的及夹紧要求目的：使工件在加工过程中保持已获得的定位不被破坏夹紧机构设计时一般应满足以下主要原则：1）夹紧时不能破坏工件在定位元件上所获得的位置2）夹紧力应保证工件位置在整个加工过程中不变或产生不允许的振动3）使工件不产生过大的变形和表面损伤4）夹紧机构必须可靠5）夹紧机构操作必须安全、省力、方便、符合工人操作习惯。6）夹紧机构的复杂程度、自动化程度必须与生产纲领和工厂的条件相适应。二、夹紧点的选择及夹紧力的确定（一）夹紧点的选择（二）夹紧力的确定（三）夹紧力裕度系数K的确定(四)摩擦系数μ的确定（一）夹紧点的选择1．夹紧点选择的一般原则1)尽可能使夹紧点和支承点对应，使夹紧力作用在支承上，这样会减少夹紧变形

2)夹紧点选择应尽量靠近加工表面，且选择在不致引起过大夹紧变形的位置。2．减少夹紧变形的措施

例：图6-41高支座在镗床上镗孔措施：(1)增加辅助支承和辅助夹紧点。采用图6-42

方法(2)分散着力点和增加压紧件接触面积。采用图6-43方法（二）夹紧力的确定计算夹紧力时，按静力平衡计算的夹紧力再乘以裕度系数

常见的几种情况：⑴定位支承承受全部切削力

例：图6-45所示，工件就勿需夹紧⑵定位支承受部分切削力例：图6-46所示镗孔对夹紧最不利的切削状态。主切削力Fz方向向上使工件离开支承，径向切削力Fy与支承面平行，计算Fy和WK——夹紧力裕度系数；μ1、μ2——接触面的摩擦系数

⑶由定位副的摩擦力平衡切削力1)各种可胀心轴定位的车、磨夹具夹紧力：2)过盈心轴和小锥度心轴过盈量则取决于切削力的大小

一般设计时并不需要计算，将心轴按公差带分段做成一组心轴，每根过盈量的大小一般按r6选取3)间隙心轴例：图6-47所示靠两端面的摩擦力平衡切削力，需较大的夹紧力：⑷定位支承完全不受切削力多用于翻转钻模夹具或自动线上统一基准定位的钻床夹具例：如图6-48所示，夹紧力和切削力方向相反夹紧力裕度系数K要取大些夹紧力：（三）夹紧力裕度系数K的确定确定夹紧力裕度系数时，要考虑以下几种因素：1）K0基本安全系数：

由于加工过程中的随机因素引起的切削力的波动，考虑切削力波动的影响系数2）K1动力源波动系数：

手动夹紧机构的夹紧力，由于操作者的疲劳程度的影响会产生较大的波动，手动夹紧力波动系数3）K2复合加工系数：由于多刀多向加工时，更不易准确计算切削力的方向及大小，应乘以考虑计算准确性的影响系数K24）K3切削状况及刀具钝化系数：由于断续切削加工及刀具的钝化使切削力产生较大的波动，虑切削状况及刀具状况的影响系数

5）K4加工性质系数：由于粗精加工的差异很大，粗加工余量的变化也较大，考虑粗精加工差异的影响系数夹紧力裕度系数：(四)、摩擦系数μ的确定μ主要决定于工件和支承件或压紧件之间接触面的粗糙度一般μ可按下列数据选取：1）工件和支承表面均为光滑表面时，μ＝0.16~0.25。2）支承表面有与切削力方向一致的沟槽（如图a）时，μ＝0.3。3）支承表面有与切削力方向垂直的沟槽（如图b）时，μ＝0.4。4）支承表面有交叉网纹沟槽（如图c）时，μ＝0.7~0.8。（一）对夹紧机构的设计要求（二）夹紧机构中常用施力机构的设计计算（三）其它夹紧机构三、常用夹紧机构的设计三、常用夹紧机构的设计（一）对夹紧机构的设计要求⑴可浮动根据需要，一般要求夹紧机构中的压板和支承件要有浮动自位的能力⑵可联动为了实现几个方向的夹紧力同时或顺序作用，并使操作简便，设计中可应用联动机构。⑶可增力常用的增力机构：杠杆、斜面、螺旋、铰链及其组合

⑷可自锁当去掉动力源的作用后，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。（二）夹紧机构中常用施力机构的设计计算⑴、螺栓螺母施力机构

此施力机构在夹具中的应用最广，其优点是结构简单、制造方便、施力范围大、自锁性能好。参考课本表6-3，表6-2。给出了螺栓与螺母施力机构所能施于夹紧机构的力的大小。⑵、斜面施力机构

最适用于夹紧力大而行程小，以气动或液压为动力源的夹具分为自锁斜面和不自锁斜面1)、斜面施加机构夹紧力的计算

例：图6-52所示

图a：Q为动力源作用于斜块的大端，F1和F2为接触面间的摩擦力，R为支承反力，φ1和φ2为摩擦角图b：力三角形ΔABC

计算出W当φ1、φ2、α均很小，且φ1=φ2=φ时，W：

2)、斜面施力机构的自锁条件

当Q=0，图6-52c所示

合力W‘与R’应大小相等方向相反，并位于一条直线上自锁条件：（设φ1=φ2=φ）一般钢铁的摩擦系数：摩擦角：常取：α=6～8°（3）、偏心施力机构主要特点结构简单、动作迅速，夹紧行程受偏心距的限制，夹紧力较小。一般适用于工件被夹压表面的尺寸公差较小和切削过程中振动不大的场合，多用于小型工件的夹具中

(1)偏心施力原理和施力特性1)偏心施力原理：图6-53a圆偏心轮直径D，偏心距e，基圆的直径（D-2e）圆偏心轮实际上相当于套在“基圆”（图中的虚线圆）上的弧形楔所构成2)偏心施力特性与平面斜面相比，主要特性是其工作表面上各夹紧点的升角不是一个常数，它随偏心转角φ的改变而变化图6-53b曲线斜面：以基圆圆周长的一半为横坐标，相应的升程为纵坐标，将弧形楔展开，αx为任意施力点X处的升角：分析：0°≤φx≤180°当φx＝0°，m点的升角最小αm＝0°随着转角φx的增大，升角αx也增大当φx＝90°，升角αT为最大值当φx继续增大时，αx随着φx的增大而减小当φx＝180°，n点处，升角αn＝0°

以上特性与工作段的选择，自锁性能，施力的计算以及主要结构尺寸的确定关系极大(2)偏心轮工作段的选择

防止松夹和咬死，常取P点左右圆周上的1/6~1/4圆弧，相当于偏心轮转角为60°~90°的范围所对应的圆弧为工作段图6-54a：OC处于水平位置，施力点位于圆弧mn的中点P当(2e/D)很小，近视图6-54b：以P点为依据选取P点左右对称的AB弧为工作段，该段近似为直线，工作段上任意点的升角变化不大，几乎近于常数，可以获得比较稳定的自锁性能。在实际工作中多按这种情况来设计偏心轮。(3)偏心轮施力的自锁条件要保证偏心轮施力时的自锁性能，偏心轮工作段的最大升角应满足条件：αmax≤φ1＋φ2φ1——偏心轮与夹紧件之间的摩擦角φ2——偏心轮转轴处的摩擦角不考虑转轴处的摩擦已知：tanφ1≤μ1

则：(2D/e)≤μ1

称(D/e)为偏心率或偏心特性,设计偏心轮时，应按已知的摩擦系数和需要的工作行程定出偏心量e及偏心轮的直径D

(4)偏心轮施力的计算对图6-54b把偏心轮的工作情况看成是一个塞在转轴和压紧件之间的升角为αp的假想斜面。图6-55

作用于手柄的原始力矩QL由转轴将力传至施力点P变成力矩偏心轮施于夹紧件的力为代入之值得：

或

如取转轴中心至施力点P的回转半径：力臂：则得此条件下的施力：，

一般若手动作用于力臂上的力为150N可得表6-5的数值。在其它任意点施力时，所需的力均较P点施力时大，勿需精确计算。(5)偏心轮施力机构的设计程序1)确定偏心轮工作段的行程如图6-56所示，设偏心轮工作段为AB，当手柄顺时针转动时，工作段的行程为：式中

hB——在B点夹紧时工件的最小极限尺寸；hA——在A点夹紧时工件的最大极限尺寸。理论上工作段AB的最小夹紧行程等于压紧件受压表面的位置变化量δ。但实际上还要考虑以下因素：S1——夹紧机构的弹性变形量，一般取0.05~0.15mm。S2——工作行程的储备量，一般取0.1~0.3mm。实际上偏心轮的工作段行程：而：得：式中

e——偏心量；βA——OO1与O1A的夹角；βB——OO2与O1B的夹角；R——圆偏心轮的半径。2)确定偏心轮的结构尺寸为保证所设计的偏心轮能产生所需的行程，可按上面各式计算偏心量，即实际应用中e值一般在1.7~7mm之间取值，偏心轮的直径根据自锁条件的偏心特性确定（三）其它夹紧机构1．定心夹紧机构定心夹紧机构的设计一般按照以下两种原理来进行：1)定位—夹紧元件按等速位移原理来均分工件定位面的尺寸误差，实现定心或对中。常见的三爪卡盘属于此类。2)定位—夹紧元件的均匀弹性变形原理来实现定心夹紧。图6-57a是以工件外圆柱面定位实现定心夹紧的夹具，称弹簧夹头。图6-57b是以工件孔定位实现定心夹紧的夹具，称弹簧心轴。这两种夹具都有一个弹性元件，叫做弹簧套筒图6-57a中的件1和图6-57b中的件1，具体结构见图6-58。它的结构尺寸、材料及热处理、加工精度等对使用性能影响很大，它是该类夹具的关键零件。一般情况下，由夹头部分A、弹性部分B及导向部分C组成。夹头部分的锥角有正锥和倒锥两种，如图6-59所示。2．联动夹紧机构

在夹紧机构设计中，常常遇到工件需要多点同时夹紧，或多个工件同时夹紧，有时需要使工件先可靠定位再夹紧，或者先锁定辅助支承再夹紧等等，这时为了操作方便、迅速、提高生产率，减轻劳动强度，可采用联动夹紧机构。设计联动夹紧机构时应注意如下几点：

1)由于联动机构动作和受力情况比较复杂，应仔细进行运动分析和受力分析，以确保设计意图能够实现。2)在联动机构中要充分注意在哪些地方设置浮动环节如铰链、球面垫等，要注意浮动的方向和浮动大小，要注意设置必要的调整环节，保证各夹紧均衡，运动不发生干涉。3)各压板都能很好地松夹，以便装卸工件。4)要注意整个机构和传动受力环节的强度和刚度。5)联动机构不要设计得太复杂，注意提高可靠性、降低制造成本。第四节机床夹具的其它装置机床夹具的其它装置一、孔加工刀具的导向装置二、对刀装置三、分度装置四、对定装置五、动力装置

机床夹具在某些情况下还需要其它一些装置才能符合该夹具的使用要求。这些装置有导向装置、分度装置、对定装置及动力装置等。一、孔加工刀具的导向装置

（一）钻孔的导向装置钻床夹具中钻头的导向采用钻套，钻套有固定钻套、可换钻套、快换钻套和特殊钻套等四种，如图6-60、图6-61所示。

图6-60特殊钻套a)两孔距离较小b)孔离钻模板较远c)斜面上钻孔

上述钻套均已标准化了，设计时可以查夹具设计手册选用。但对于一些特殊场合，可以根据加工条件的特殊性设计专用钻套，如图6-61所示为几种特殊钻套。图6-61a用于两孔间距较小的场合；图6-61b为使钻套更贴近工件孔，改善导向效果；图6-61c为加工斜面上的孔用钻套。钻套设计时，要注意钻套的高度H和钻套底端与工件间的距离h。钻套高度是指钻套与钻头接触部分的长度。太短不能起到导向作用，降低了位置精度，太长则增加了摩擦和钻套的磨损。一般H＝（1~2）d，孔径d大时取小值，d小时取大值，对于d<5mm的孔，H≥2.5d。h的大小决定了排屑空间的大小，对于铸铁类脆性材料工件，h＝（0.6~0.7）d；对于钢类韧性材料工件，h＝（0.7~1.5）d。h不要取得太大，否则会容易产生钻头偏斜。对于在斜面、弧面上钻孔，h可取再小些。（二）镗孔的导向箱体类零件上的孔系加工，若采用精密座标镗床，加工中心或具有高精度的刚性主轴的组合机床加工时，一般不需要导向，孔系位置精度由机床本身精度和精密坐标系统来保证。对于普通镗床或如车床改造的镗床，或一般组合机床，为了保证孔系的位置精度，需要采用镗模来引导镗刀，孔系的位置由镗模上镗套的位置来决定。镗套有两种：一种是固定镗套，其结构如图6-62所示图6-62固定式镗套一种是回转式镗套如图6-63所示。二、对刀装置在铣床或刨床夹具中，刀具相对工件的位置需要调整，因此常设置对刀装置。对刀时一般不允许铣刀与对刀装置的工作表面接触，而是通过塞尺来校准它们之间的相对位置，这样就避免了对刀时损坏刀具和加工时刀具经过对刀块而产生摩擦。具体在铣床上对刀时可以这样做：移动机床工作台，使刀具靠近对刀块，在刀齿刀刃与对刀块间塞进一规定尺寸的塞尺，让刀刃轻轻靠紧塞尺，抽动塞尺感觉到有一定的摩擦力存在，这样确定刀具的最终位置，抽走塞尺，就可以开动机床进行加工。图6-64所示为几种常见的铣床对刀情况对刀块也有标准化的可以选用，特殊形式的对刀块可以自行设计。对刀装置通常制成单独元件，用销钉和螺钉紧固在夹具体上，其位置应便于使用塞尺对刀和不妨碍工件的装卸。对刀块对刀表面的位置应以定位元件的定位表面来标注，以减小基准转换误差，该位置尺寸加上塞尺厚度就应该等于工件的加工表面与定位基准面间的尺寸，该位置尺寸的公差应为工件该尺寸公差的l/3~1/5。在批量加工中，为了简化夹具结构，采用标准工件对刀或试切法对刀，第一件对刀后，后续工件就不再对刀，此时，可以不设置对刀装置。三、分度装置机械加工中，经常遇到在工件的一次定位夹紧后完成数个工位的加工。当使用通用机床加工时往往是在夹具上设置分度装置来实现这种加工要求。（一）分度装置分类及组成常见的分度装置有两类：1．回转分度装置回转分度装置是指不必松开工件而通过回转一定角度，来完成多工位加工的分度装置。它主要用于加工有一定回转角度要求的孔系、槽或多面体等。2．直线移动分度装置

直线移动分度装置是指不必松开工件而能沿直线移动一定距离，从而完成多工位加工的分度装置。它主要用于加工有一定距离要求的平行孔系和槽等。回转分度装置应用最多，所示我们只讨论回转分度装置的有关问题。图6-65所示为一立轴式通用转台。

图6-65立轴式通用转台1－转台体2－转盘3－转轴4－衬套5－定位销6－分度衬套7－齿轮套8－弹簧9－手柄10－锁紧圈11、12－调整螺钉13－锥形圈通用的回转工作台一般由以下几部分组成：⑴固定部分固定部分主要是转台体，它是整个回转分度装置的基体，通过它使分度装置与机床工作台相连接，分度装置的各组成部分也都装在它上面。为了保证回转分度装置的精度持久不变，要求转台体刚性好，尺寸稳定和耐磨损。⑵转动部分转动部分主要为转盘和转动套或转动轴，工作夹具就是装在它的上面。⑶分度对定机构分度对定机构的作用是确保实现工件的分度要求，并在分度之后使其转动部分相对于固定部分的位置得到准确的定位。⑷抬起与锁紧机构为了保证回转工作台工作时的刚性，防止振动，以提高分度对定的精度，在分度对定之后应将转动部分锁紧在转台上，使之与固定部分成为一体。这一点对铣削加工尤为重要。（二）分度对定机构的设计分度对定机构主要由分度盘和对定机构两部分组成。根据分度对定方式，这类机构有：齿盘式、滚珠式和插销式等类型。

一般的回转分度装置多采用插销式。

这种机构的主要元件：分度盘对定销按照这两种元件的相互位置关系，可分为：轴向分度径向分度轴向分度的对定销有如下几种结构形式，如图6-66所示。图中1为分度盘，2为对定销。图a为圆柱形对定销图b为圆锥形对定销图c为带斜面的圆柱形对定销图d为球形对定销图e为菱形对定销径向分度的对定销主要有如图6-67所示的几种结构形式。四、对定装置夹具在机床上的定位有两种基本形式：一种是安装在机床工作台上，如铣床、刨床和镗床夹具。一种是安装在机床主轴上，如车床夹具。铣床类夹具夹具体底面是夹具的主要基准面，要求底面经过比较精密的加工，夹具的各定位元件相对于此底平面应有较高的位置精度要求。为了保证夹具具有相对切削运动的准确的方向，夹具体底平面的对称中心线上开有定向键槽，安装上两个定向键，定向键的结构和使用如图6-68所示。图6-68定向键车床类夹具一般安装在主轴上，关键是要了解所选用车床主轴端部的结构。当切削力较小时，可选用莫氏锥柄式夹具形式，夹具安装在主轴的莫氏锥孔内，如图6-69a所示。图6-69b所示为车床夹具靠圆柱面D和端面A定位，由螺纹M连接和压板防松。图6-69c所示为车床夹具靠短锥面K和端面T定位，由螺钉固定。五、动力装置（一）气动夹紧装置（二）液压夹紧装置（三）气—液联合夹紧装置（四）其它动力装置在大批大量生产中往往采用机动夹紧，如气动、液动、电磁和真空夹紧。

（一）气动夹紧装置采用压缩空气作为夹紧装置的动力源。优点:压缩空气粘度小，不污染，输送分配方便缺点:夹紧力比液压夹紧小，一般压缩空气工作压力为0.4~0.6MPa，结构尺寸较大，有排气噪声。典型的气动传动系统如图6-70所示。（二）液压夹紧装置它与气动夹紧装置相比有下列优点：

1)压力油工作压力高，因此油缸尺寸小，不需增力机构，夹紧装置紧凑。2)压力油具有不可压缩性，因此夹紧装置刚度大、工作平稳可靠。3)液压夹紧装置噪声小。缺点：需要有一套供油装置，成本要相对高一些。（三）气—液联合夹紧装置所谓气—液联合夹紧装置是利用压缩空气为动力，油液为传动介质，兼有气动和液压夹紧装置的优点。图6-71所示的是气液增压器气液增压器的工作原理：当三位五通阀由手柄打到预夹紧位置时，压缩空气进入左气室B，活塞1右移。将b油室的油压经a室至夹紧油缸下端，推动活塞3来预夹紧工件。由于D和D1相差不大，因此压力油的压力p1仅稍大于压缩空气压力p0。但由于D1比D0大，因此左气缸会将b室的油大量压入夹紧油缸，实现快速预夹紧。将手柄打到高压夹紧位置，压缩空气进入右气缸C室，推动活塞2左移，a、b两室隔断。由于D远大于D2，使a室中压力增大许多，推动活塞3加大夹紧力，实现高压夹紧。当把手柄打到放松位置时，压缩空气进入左气缸的A室和右气缸的E室，活塞1左移而活塞2右移，a、b两室联通，a室油压降低，放松工件。（四）其它动力装置1、真空夹紧

真空夹紧是利用工件上基准面与夹具上定位面间的封闭空腔抽取真空后来吸紧工件，也就是利用工件外表面上受到的大气压力来压紧工件的。图6-72所示为真空夹紧的工作2、电磁夹紧

如平面磨床上的电磁吸盘，当线圈中通上直流电后，其铁心就会产生磁场，在磁场力的作用下将导磁性工件夹紧在吸盘上。3、其它方式夹紧

它们通过重力、惯性力、弹性力等将工件夹紧，这里就不一一赘述了。一、钻床夹具二、车床夹具三、铣床夹具四、镗床夹具五、机床夹具总体设计第五节机床专用夹具的设计方法一、钻床夹具（一）钻床夹具的特点和主要类型（二）钻套和钻模板设计（三）钻床夹具结构的选择（四）钻床夹具设计示例（五）钻孔精度分析（一）钻床夹具的特点和主要类型钻床夹具的主要特点

在钻床夹具上，一般都装有距定位元件一定距离的钻套，通过它引导刀具就可以保证被加工孔的坐标位置，并防止钻头在切入后的偏斜。

钻床夹具从结构上可分为：⑴固定式钻床夹具加工中这种钻床夹具相对于工件的位置保持不变。常用于立式钻床上加工较大的单孔，或在摇臂钻床、多轴钻床上加工平行孔系。⑵回转式钻床夹具

这类钻床夹具有分度、回转装置，能够绕一固定轴线（水平、垂直或倾斜）回转，主要用于加工以某轴线为中心分布的轴向或径向孔系。⑶翻转式钻床夹具

它象一个多面体那样可以作不同方位的翻转，翻转时连同工件一起手工操作。如工件尺寸较小，批量也不大，工件上有不同方位上的孔要在一个工序内完成，采用翻转钻床夹具比较方便⑷盖板式钻床夹具

用于加工工件上的小孔。⑸滑柱式钻床夹具

这是一种标准化，通用可调整夹具，其定位元件、夹紧元件和钻套可根据工件的不同来更换，而钻模板、滑柱、夹具体及传动、锁紧等可以继承不变。

（二）钻套和钻模板设计钻套的作用：确定被加工工件上孔的位置，引导钻头、扩孔钻或铰刀并防止在加工过程中发生偏斜。钻模板与夹具体的联结是保证钻床夹具精度的重要零件。按钻模板在夹具体上的联接方式可分为以下几种：（1）固定式钻模板（2）铰链式钻模板（3）可卸式钻模板

（4）活动式钻模板（三）钻床夹具结构的选择在进行钻床夹具类型选择时，以下的注意点可供参考：1)被钻孔的直径大于10mm时（特别是钢制件），钻床夹具应固定在工作台上。2)翻转式钻床夹具适用于加工中小工件。否则应采用回转式钻床夹具。3)当加工几个不在同心圆周上的平行孔系时，如工件加夹具的总重比较大时应采用固定式夹具在摇臂钻床上加工。如生产批量较大，则可在立式钻床上采用多轴传动头进行加工。4)对于孔的垂直度、孔距精度要求不高的中小型工件，宜优先采用滑柱式钻床夹具，以缩短夹具的设计、制造周期。一般孔的垂直度要求小于0.1mm，孔距位置公差小于±0.15mm，如不采取特殊措施，即不宜采用滑柱式钻床夹具。5)钻模板和夹具体为焊接结构的钻床夹具，因焊接应力不能彻底消除，精度不能保证，故一般只在工件孔距公差大于±0.15mm时才采用。6)工件被加工孔对于定位基准面的距离公差或孔距公差小于0.05mm时，只有采用固定式钻模板和固定式钻套才能保证。（四）钻床夹具设计示例例需要设计在摇臂钻床上加工两个Φ12G7和Φ25G7孔的夹具，图6-73为一拨叉类零件，材料为铸铁，产量为中批生产图6-73拨叉零件图1．加工工艺分析保证孔本身的尺寸精度和表面粗糙度要求两孔轴线的平行度误差不得大于0.16mm孔与端面的垂直度误差不得大于0.1/100mm两孔中心距精度mm孔Φ25G7与已加工表面Φ10F8孔相距为100±0.5mm；孔壁应均匀相等

总结：本工序分三个工步即钻、扩、铰进行加工在进入本工序前，工件上的平面A、B、C和Φ10F8孔均已经过加工，为定位基准的选择提供了有利条件2．定位方案和定位元件的设计工件的定位有三个可能方案：第一方案：以平面C、Φ25G7外廓的半圆周、Φ12G7外廓的的一侧为定位基准，以限制工件的六个自由度，而从A、B面钻孔。第二方案：以平面A、B，工件外廓的一侧和销孔Φ10F8为基准实现定位。优点是工件安装稳定，定位基准与设计基准重合。第三方案：以平面A，销孔Φ10F8和Φ25G7外廓的半圆周进行定位，满足完全定位的要求，做到基准重合。方案分析：从保证加工要求（包括孔壁均匀性）和夹具结构的复杂性两方面来分析比较，第一方案可不予考虑；第二方案夹具结构可能较简单，但定位误差大，难以保证加工要求。对于中批生产来说，增加辅助支承所引起的成本增加，分摊到每个工件是很少的。

应按第三方案来设计定位装置第三种定位方案，所使用的定位元件又有下面两种可能性：图6-741）用夹具平面，短削边销，固定V形块给工件定位（图a）

此方案在纵长方向上的定位误差较大，不易保证尺寸100±0.5mm的要求，另外，安装工件较不方便。2）用夹具平面，短圆柱销，活动V形块给工件定位（图b）此方案在纵长方向上的定位误差决定于圆柱销和销孔的配合性质。使用活动V形块具有较好的对中性，可保证孔壁均匀，且装卸工件较方便。故应按此方案设计夹具。（图c）采用了辅助支承，以增加工件的安装刚度，防止工件受力后发生倾斜和变形。3．确定夹紧方式和设计夹紧装置经分析为使能产生较大的加紧力，故采用螺旋压板机构对工件进行夹紧。4．钻套、钻模板、夹具体及整体结构设计通过对各种夹具元件的结构和布置，基本上决定了夹具体及夹具整体的结构型式。图6-75所示，夹具为框式结构，装卸工件较方便、刚性也较好。

5．确定夹具总图的技术要求规定定位元件的精度限制夹具装配和在机床上的安装误差

对于上述双孔钻床夹具主要是确定：

钻套孔径与刀具、钻套外径与衬套孔的配合种类和精度等级；钻套与钻套之间、钻套与定位元件之间的尺寸关系和相互位置要求；钻套与夹具安装基面之间的位置精度（平行度或垂直度）；定位元件与工件定位基准的配合种类和精度等级。夹具总图上须标注夹具外形的最大轮廓尺寸，有时还标注定位元件与夹具体的配合或其他主要配合表面的配合性质等。根据经验选取工件相应尺寸公差的1/2~1/5（参考表6-6）

（五）钻孔精度分析为使精度分析具有普遍意义，将钻床夹具中的各种加工情况简化为图6-76所示的示意图。工件以设计基准定位，夹具采用固定钻模板，设工件上孔Ⅰ与导向孔定位基准的尺寸为；孔Ⅱ与孔Ⅰ的距离尺寸为；夹具上相应的尺寸为；孔Ⅰ至导向基准的尺寸精度，受下列误差因素的影响：1）第一个固定衬套的位置误差Δ1，其值等于夹具上相应的尺寸的公差；2）第一个可换钻套与衬套的配合间隙所引起的误差Δ2，其值等于衬套的最大孔径与可换钻套的最小外径之差；图6-76钻孔精度分析

3）第一个可换钻套内外圆表面的同轴度所引起的误差Δ3，其值等于两倍偏心距（2e）；在加工孔Ⅱ时，尺寸L2的精度除受上述误差因素的影响外，还须考虑下列各项误差因素的影响：

1）夹具上两固定衬套的轴线距离的公差；2）第二个可换钻套与衬套的最大配合间隙；3）第二个可换钻套内外圆的同轴度误差所引起的误差；4）刀具在第二个导套内的偏斜误差等。二、车床夹具（一）车床夹具的主要类型和工作特点（二）专用卡盘的设计要点（一）车床夹具的主要类型和工作特点工作特点：各种表面都是围绕机床主轴的旋转轴线而形成的

车床夹具的两种基本类型：安装在车床主轴上的夹具：各种类型的心轴及其带动装置、通用的和专用的卡盘安装在车床拖板上的夹具（二）专用卡盘的设计要点在设计专用卡盘时应注意以下几个基本问题：1、定位装置设计的要点定位装置的布置，主要是使设计基准安置在距离机床主轴轴线某一正确位置上。2、夹紧装置设计要点夹紧装置所产生的夹紧力必须足够，自锁性能要可靠。3、夹具体及其与机床的连接为保证工作安全，要求夹具体是圆柱形的。夹具体的形状应注意防止切屑和冷却液的飞溅，或连续切屑缠绕可能引起的不便等。夹具的结构应力求简单、悬臂尺寸要短，使重量轻而刚性好。车床夹具在机床主轴上的安装一般有两种方法：1）对于小卡盘，可通过锥柄安装在机床主轴锥孔中，用螺栓拉紧。2）对于径向尺寸较大的卡盘，可通过一个过渡盘或花盘与机床主轴联接。过渡盘与机床主轴的联接方式，则根据所使用机床主轴前端的结构而定。4．夹具的平衡在实际工作中用试配的方法来确定平衡块的重量。

三、铣床夹具（一）铣床夹具的特点和主要类型（二）铣床夹具设计时应注意的问题（一）铣床夹具的特点和主要类型铣削加工的特点：一般切削用量较大，多属断续切削，故切削力较大容易产生振动。铣床夹具的特点:夹紧装置要有足够的夹紧力，夹具本身也应具有足够的刚度和强度。由于铣削加工的万能性，常遇到结构形体不规则的工件，因此还要尽量考虑采用快速安装工件的装置，以节省辅助时间。重要特征：采用定向键和对刀装置来确定夹具与机床、刀具之间的相对位置。铣床夹具主要类型:直线进给式在铣床夹具中，这类夹具最常见，其中又可分为单工位和多工位两种。1）采用联动的夹紧机构；2）采用气压、液压等传动装置；3）使加工的机动时间和装卸工件的时间重合。圆周进给式圆周铣削法的进给运动是连续不断的，能够在不停车的情况下装卸工件，适用于较大批量的生产设计时应注意下列问题：1）沿圆周排列的工件应尽量紧凑，以减少铣刀的空程、夹具的尺寸和重量。2）尺寸很大的夹具，最好不要制成整体的。3）夹紧工件的手柄沿转台的四周分布，便于工人操作。4）工人的劳动强度要适当，不能过分紧张，因此应尽量采用机械化、自动化夹紧装置。机械仿形进给的靠模夹具（二）铣床夹具设计时应注意的问题1．定位装置设计的要点特别注意定位的稳定性2．夹紧装置设计要点

夹紧装置，应特别要求有较好的夹紧刚度，夹紧力要足够，力的作用点要尽量靠近加工表面和落在刚性较好的部位而且要有利于定位的稳定性。3．定向键和对刀装置的布置定向键与定位元件之间无尺寸联系；根据加工要求规定定位元件对定向键的位置精度要求；对刀装置的位置则根据定位元件的工作表面来确定；须规定对刀装置对定位元件的坐标尺寸及其公差，并提出位置精度要求。四、镗床夹具（一）镗床夹具的特点及主要类型（二）镗床夹具设计中的几个主要问题（一）镗床夹具的特点及主要类型特点：镗床夹具也称镗模，主要用于加工箱体、支架等类工件上的孔或孔系，具有引导刀具的导套称为镗套，及安装镗套的镗模架。加工精度要求更高镗套引导的不是刀具的切削部分而是安装镗刀的镗杆。工件的加工精度由镗模的精度来保证。机床的主轴和镗杆采用浮动联接，机床只是提供镗杆的转动动力。利用镗模也可以在钻床、铣床及车床上镗孔。结构：镗模的结构类型主要取决于导向的设置（1）单支承导向只有一个位于刀具前面或后面的镗套导向；只有一个位于刀具前面或后面的镗套导向。图6-77a所示为单支承前导向

镗套设置在刀具的前方，主要用于加工直径D>60mm，<1的通孔。图6-77b所示为单支承后导向。镗套设置在刀具的后方，这种形式主要用于加工直径D<60mm，的通孔或盲孔。

（2）双支承导向

双支承导向的设置有两种形式：

图6-78a为前后单支承导向。图6-78b所示为双支承后导向。

（二）镗床夹具设计中的几个主要问题

1．镗套与镗杆的配合镗套与镗杆以及衬套等配合必须选择适当，过紧容易研坏或咬死，过松则不能保证加工精度（参考表6-7）。2．镗模架的设计

镗模架应设计成单独体不要与夹具底座设计成一体，更不要与夹紧装置用支架相联接。结构设计时，要特别注意刚度设计。镗模架不宜用焊接结构，以避免内应力引起蠕变而失去精度。不允许镗模架承受夹紧反力。如图6-79所示。图a是错误的设计，施力后会使镗模架变形。可采用图b的结构。3．镗床夹具底座的设计对底座的刚度和稳定性的要求很高。

为了提高刚度，除了选取适当的壁厚外，应合理的布置加强筋。镗模底座的上平面应按所要安装的各种元件的位置做出相应的凸台面，高度约3~5mm，加工后经过刮研，使有关元件安装时接触良好。

4．镗杆

在设计镗模前应确定镗杆的尺寸。镗杆的主要尺寸是直径和长度。

镗杆的长度应尽量短些。镗杆的制造精度对其回转精度有很大影响，其导向部分的尺寸精度要求较高，粗镗时按g6