第4章机床夹具设计原理

第4章机床夹具设计原理4.1夹具概述4.2工件在夹具中的定位4.3定位误差的分析与计算4.4夹紧装置4.5夹具的其他装置4.6组合夹具4.7夹具的设计方法本章的基本要求⑴了解夹具的组成和功用；⑵掌握工件在夹具中的定位；⑶了解典型夹紧机构，掌握夹紧机构的设计计算方法，了解夹具的引导、对刀和连接装置；⑷了解专用机床夹具的设计步骤和方法，了解现代机床夹具发展方向。4.1机床夹具概述在机械制造业中广泛采用能迅速将工件固定在准确位置上，完成其切削加工、检验、装配、焊接等工作所使用的工艺装备称为夹具。如机床夹具、检验夹具、装配夹具、焊接夹具等。机床夹具：在机械加工过程中，使工件在机床上相对刀具占具正确加工位置并夹紧，使其在整个加工过程中始终保持原定位置不变的工艺装备。在各种金属切削机床上所使用的夹具称为机床夹具。机床夹具在机械加工中起着重要的作用，尤其是在大批大量生产中。发动机分解装配专用夹具汽车焊接夹具摩托车检具4.1.1工件的安装方法1）直接找正法是指用测量工具在机床或通用夹具上直接找正工件，使其加工表面相对于刀具获得正确位置的安装方法。如在普通车床上加工阶梯轴，若待加工的圆柱面要求与已加工的圆柱面同轴，就可在卡盘中用划针找正己加工圆柱面与机床主轴回转轴线同轴后进行加工。找正误差与工人的技术水平和细心程度有关。找正安装花费的时间长，生产率低，因此，仅在单件、小批量生产中使用。2.划线找正定位法对形状复杂，加工面多的零件，直接找正较为困难，如对孔系的加工，常在毛坯上按零件图要求先划线，然后，按其划线找正工件在机床上的正确位置。这种方法称为划线找正安装法。划线找正的误差较大，因为线宽约有0.2～0.5mm，且划线时也会有误差。划线时虽能兼顾各表面的加工余量、壁厚和装配要求等因素，但由此也增加了划线时间，又需技术水平高的划线工。这种安装法也仅在单件、小批量生产中使用。3.机床夹具定位法是先将机床夹具以正确位置安装于机床上，工件按定位原理在夹具上定位并夹紧。当工件以精基准在夹具上定位时，工件的重复定位误差可以小至0.01~0.02mm。用夹具安装的重复定位误差稳定且小，装卸方便，节省辅助时间，操作技术要求低，但夹具设计、制造周期长，费用高，只有在大批、大量生产中才得以广泛使用。4.1.2机床夹具的作用1）能可靠和稳定地保证加工精度2）能提高劳动生产率，降低加工成本3）能改善工人的劳动强度4）能扩大机床的使用范围4.1.3机床夹具的分类与组成

1）按夹具的使用范围可分为：

通用夹具、专用夹具、可调夹具、组合夹具等。

2）按所用的机床不同夹具可分为：

钻床夹具、镗床夹具、车床夹具、磨床夹具、拉床夹具等。

3）按夹具上所采用的夹紧动力装置不同可分为：

手动夹具、气动夹具、液压夹具、磁力夹具等。1.机床夹具的分类1-90°圆形基础板;2-直角槽方支承;3、11-螺钉;4、6、9、10-长、圆形支承;5-简式方支承;7、12-螺母;8-V形支承;13-连接板图4-4组合夹具2.机床夹具的组成由于机床种类不同以及被加工工件结构和加工表面不同，而有各种不同的结构形式，但就机床夹具的结构而言，从不同结构的夹具中可概括出一般机床夹具所共有的彼此之间相互独立而又相互联系的如下几个组成部分。

1）定位元件

确定工件在机床夹具中正确位置的元件。如支承钉、支承板、Ｖ形块、圆柱销等。

2）夹紧装置

将工件压紧夹牢，以确保工件在加工过程中不因受外力作用而破坏其定位后的既定位置的装置。它包括有夹紧元件、夹紧机构和动力装置。如压板、斜楔机构、气缸等。3）对刀装置

确定或引导刀具与工件被加工表面之间位置的元件。如：对刀块、钻套、镗套等。4）连接元件

确定夹具在机床上占有正确位置的元件。如定位键、定向键、过渡盘等。5）夹具体

将夹具所有元件和装置连接成为一个整体的基础件。如底座、本体等。

6）其它装置

根据工件的某些特殊加工要求而设置的装置。如分度装置、靠模装置、上下料装置等。盖板简图钻床夹具1-铰链压板;2-V形块;3-夹具体;4-支架;5-螺钉;6-可调V形块;7-螺杆图4-2加工杠杆零件的车床夹具套筒零件钻孔夹具

1—快换钻套

2—衬套

3—钻模板

4—开口垫圈

5—螺母

6—定位心轴

7—夹具体夹具的组成及夹具与机床、刀具相互关系3、机床夹具的现状及发展方向对机床夹具提出了如下新的要求：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柔性化：通过调整、组合等方式，以适应工艺可变因素标准化：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4.2工件在夹具中的定位加工前确定工件在机床或夹具中相对刀具占据的加工位置称为定位。1）工件的定位必须要有相应的定位元件来限制。2）工件的定位应有相应的精度要求。3）工件的定位精度是指一批工件的限定位置的分布范围。4.2工件在夹具中的定位4.2.1工件定位的概念1.工件的自由度与定位要确定其空间位置，就需要限制其6个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2.定位副、定位表面、定位元件工作表面和定位基准定位副—工件上的定位表面和与之相接触或配合的定位元件上的定位工作表面所组成的一对表面。定位表面（定位面）—工件上用于定位的表面。定位工作表面（限位基面）—定位元件上用于定位的表面。定位基准（或限位基准）—代表工件上用于定位表面（或定位元件上定位工作表面）几何特征的几何要素。O（b）外圆柱面与V型块定位副HBαOA定位元件限位基准定位基准工件定位基面限位基面(a)外圆柱面与V型块定位副图4.3定位副、定位表面和定位工作表面3.六点定则：用六个合理分布的定位支承点限制工件的六个自由度，即可实现工件在空间位置的完全确定。l

应用六点定位原理时的注意事项：1）定位就是限制自由度；2）

定位应理解为定位元件的定位工作表面与工件上的定位表面保持相互接触的状态；3）

定位不考虑外力的作用；4）

在空间坐标系中，一个自由度均有两个可能的运动方向，定位后这两个可能的运动方向均被限制；5）定位支承点是由支承定位工作表面抽象而来的，对于具体的定位元件能否抽象为支撑点，要结合定位元件上的定位工作表面和工件上的定位表面大小、特点等具体情况而定。4.

工件定位基本原理

（1）工件在夹具中的定位，可转化为在空间直角坐标系中，用相应的定位支承点来限制工件自由度的方式进行分析。（2）工件定位时应限制的自由度的数目，是根据工件在本工序的加工要求以及考虑提高工件定位稳定性和加工刚性等方面来确定的。（3）一个定位支承点只能限制工件的一个自由度。为保证工件定位的稳定性，在一个完整的定位方案中定位支承点的数目不得少于三个。（4）工件上的某一个自由度原则上只能被一个定位支承点所限制，不得出现重复限的现象。在一个完整的定位方案中定位支承点的数目不得多于六个。

图(a)：过球心打一孔。图(b)：加工齿轮坯两端面，要求保证尺寸A及两端面与内孔的垂直度。图(c)：在小轴上铣槽，保证尺寸H和L。

图(d)：过轴心打通孔，保证尺寸L。

图(e)：在支座零件上加工两通孔，保证尺寸A和H。5.工件的定位形式在分析工件定位的问题时，定位基准的选择是关键问题。工件定位基准一旦被选定，则其定位方案也基本被确定了。定位基准一般在工艺规程中选定，设计夹具时可直接引用。当工艺规程选定的定位基准不合理时，夹具设计者应与工艺设计人员共同协商进行改选，以使所设计出的夹具结构更合理。必须指出，与定位支承点相接触的工件表面称为定位基面。工件的定位是通过工件定位基面与定位支承点相接触来实现的。（1）完全定位工件定位时其六个自由度全部被限制的定位方式称为完全定位。工件采用这种定位方式使其在空间占有一个完全确定的位置。（2）不完全定位工件根据该工序加工要求只需限制其部分自由度，既六个自由度没有全部被限制的定位称为不完全定位。工件定位时应采用完全定位还是不完全定位，主要由该工序的加工要求和定位稳定性来决定。第4章机床夹具设计原理完全定位与不完全定位ZYXa）ZYXb）ZYXc）ZYXd）图4.7工件应限制的自由度第4章机床夹具设计原理欠定位工件加工时必须限制的自由度未被完全限制，称为欠定位。欠定位不能保证工件的正确安装，因而是不允许的。图欠定位示例XZYa）b）BBB3）欠定位（4）过定位（超定位）工件定位时，如果出现两个或两个以上的定位支承点重复限制工件上的同一个自由度则称为过定位。过定位会导致重复限制同一个自由度的定位支承点之间产生干涉现象，从而导致定位不稳定、破坏定位精度、造成工件或定位元件受力变形、甚至出现部分工件无法安装的局面。因此，在确定工件定位方案时，应避免出现造成不良后果的过定位。第4章机床夹具设计原理

过定位分析（桌子与三角架）第4章机床夹具设计原理第4章机床夹具设计原理第4章机床夹具设计原理第4章机床夹具设计原理在实际生产中，有时为减少工件变形或提高加工刚性而采用过定位方式。但要用其利而避其害，使采用过定位带来的好处大于其害处。防止出现造成不良后果的过定位的方法有：改变定位元件结构，去掉多余的定位支承点。提高工件定位基面之间和定位元件工作表面之间的位置精度。第4章机床夹具设计原理

过定位讨论如图示，齿轮坯以内孔和一小端面定位，车削外圆和大端面。加工后检测发现大端面与内孔垂直度超差。试分析原因，提出改进意见。4A0.02A间隙配合刚性心轴图过定位示例图过定位引起夹紧变形消除过定位及其干涉的途径：

1.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；2.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，减少或消除过定位引起的干涉，精加工时可增加刚度和定位稳定性。1.工件在夹具中安装时，绝对不允许采用：A、完全定位

B、不完全定位

C、过定位

D、欠定位

2．下面对工件在加工中定位论述不正确的是A、根据加工要求，可以采用不完全定位B、为保证定位的准确，一定要采用完全定位C、过定位在加工中是可以使用的D、在加工中严格禁止使用欠定位3.如果某工件限制了6个自由度：A、一定是完全定位B、一定是不完全定位C、一定是过定位D、一定是欠定位E、可能是完全定位F、可能既是过定位，又是欠定位。4．分析下图所示在轴上铣槽保证尺寸H和L时所必须限制的自由度4.2.2定位方式和定位元件定位元件的主要技术要求和常用材料主要技术要求①较高的精度，尺寸精度不低于IT6-IT8，表面粗糙度值为Ra0.2-0.8；足够的刚度，避免受力后引起变形；较好的耐磨性，以便长期的保持精度，一般采用淬火处理，硬度为HRC55～62工艺性好，定位元件的结构应力求简单、合理，便于加工、装配和更换。常用的材料：①低碳钢如20钢或20Cr钢，工件表面经渗碳淬火，深度0.8～1.2mm左右，硬度HRC55～62。②高碳钢如T7、T8、T10等，淬硬至HRC55～62。此外也有用中碳钢如45钢，淬硬至HRC43～48。4.2.2常见的定位方式及其定位元件

1.工件以平面定位

1）固定支承支承钉（平头、球头、锯齿头）支承板（无槽、有槽）2）可调支承（平头、球头、锯齿头）3）自位支承（也称为浮动支承）工作面形式有：两点式、三点式和多点式。浮动方式有：球面浮动式、杠杆浮动式、滑柱浮动式。1.工件以平面定位(1)固定支承（支承钉、支承板）图4.9支承钉支承板图4.10支承板(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图4.11可调支承1-调节支钉2-锁紧螺母图辅助支承起预定位作用可调支承应用实例图辅助支承提高工件的刚性可调支承应用实例可调支承应用实例以A面（毛坯面）定位加工B面，再以B面定位镗孔，采用可调支承可根据一批毛坯的实际偏差情况，调节支承点的位置。B可调支承A采用可调支承可使夹具适应不同尺寸工件加工的定位要求可调支承应用实例(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。图4.12自位支承工作原理根据工件定位面的变化自动调整支承点与定位面的接触位置作用

增加支承接触点数

增大支承接触面积

避免过定位的产生使用于毛坯表面、断续表面或阶梯面有基准角度误差的平面自位支承的工作原理及定位情况几种自位支承的实例球面三点式二点浮动式杠杆二点式辅助支承作提高工件的定位刚度和稳定性，减用小工件的装夹受力变形及加工振动工作

工件定位完成后再使辅助支承与工件原理

表面接触；辅助支承必须逐件调整。提高定位稳定性提高工件刚度辅助支承的应用辅助支承不起定位作用工件的定位基准——孔的轴线（定心定位）夹具的定位元件：间隙心轴长4短2

刚性心轴过盈心轴长4短2心轴小锥度心轴2点定位

定心夹紧心轴长4圆柱销长4短2定位销

菱形销1点定位圆锥销3点定位2.工件以圆柱孔定位1）定位心轴可分为刚性心轴和弹性心轴。刚性心轴可分为圆柱心轴和小锥度心轴。刚性圆柱心轴可分为间隙配合、过盈配合和花键轴。长圆柱心轴（可限制4个自由度）短圆柱心轴（可限制2个自由度）2.工件以圆柱孔定位(1)心轴

主要用于盘套类零件的定位图刚性心轴2.工件以圆柱孔定位1）定位销

可分为圆柱销、圆锥销、菱形销与组合销结构形式有：固定式、伸缩式长圆柱销（可限制4个自由度）短圆柱销（可限制2个自由度）短固定圆锥销（可限制3个自由度）(2)定位销

分固定式和可换式，圆柱销和菱形销1）圆柱销图4.18圆柱销2）圆锥销

常用于工件孔端的定位，可限制三个自由度

图4.19圆锥销3、工件以外圆表面定位V形块特点

对中性好;可用于非完整外圆表面定位V形块的常用形式活动V形块按接触线长短分析圆柱体在V形块上的定位定位套圆柱套筒圆锥套筒4.工件以其它表面定位实际工件的定位是几个定位表面的组合。常见的定位表面组合有：

平面+平面组合平面+孔的组合平面+外圆组合平面+其它表面组合锥面+锥面的组合定位面的主次之分：

第一定位面(支承面)—定位点数最多的定位表面第二定位面(导向面)—定位点数次多的定位表面第三定位面(止动面)—定位点数为1的定位表面（1）端面与孔组合定位图端面与孔定位（2）端面与外圆柱面组合定位图端面与外圆柱面定位（3）双中心孔组合定位图双中心孔组合定位（4）双圆柱孔或双圆锥孔组合定位图双圆锥堵头组合定位（5）一个平面和与其垂直的两个孔组合图一面两孔的定位组合这种定位属于过定位图一面两孔定位时的干涉现象解决办法是：将销2做成削边销

图削边销组合定位时重复定位现象的消除方法使定位元件沿某一坐标轴可移动，来消除其限制沿该坐标轴移动方向自由度的作用。采用自位支承结构，消除定位元件限制绕某个（或两个）坐标轴转动方向自由度的作用。改变元件的结构形式。4.2.3典型定位方式及其表示1.机械加工定位、夹紧符号表4.2定位支承符号表4.3辅助支承符号表4.4夹紧符号定位符号的表示方法2固定式1活动式Q气动夹紧1212Q2.工件的实际定位或或4.3定位误差分析计算4.3.1定位误差的概念例如在轴上铣键槽，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。不考虑加工过程误差，仅由于轴心位置变化而使工序尺寸H也发生变化。此变化量（即加工误差）是由于工件的定位而引起的，故称为定位误差。图定位误差HOAO1O2ΔDW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。1.基准不重合误差ΔJB—由于工件的工序基准（或设计基准）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ΔJB

。图示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。bΔDWa图由于基准不重合引起的定位误差工序基准

定位基准2.基准位置误差ΔJW—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ΔJW。图基准位移引起的基准位置误差定位误差分析定位误差：因工件定位而产生的工序（设计）基准相对于夹具限位基准在工序尺寸方向上的最大变动量△DW定位误差的组成基准不重合误差△JB基准位置误差△JW定位基准与工序（设计）基准不重合引起的误差定位副制造不准确引起的误差大小等于工序（设计）基准与定位基准之间的尺寸公差定位基准相对于夹具限位基准在加工尺寸方向上的最大变动量。

使用夹具加工时，影响被加工零件位置精度的误差因素主要有：定位误差，夹具制造与装夹误差，加工过程误差。

3.评价定位方案合理性的定位误差在采用调整法加工时，工件的定位误差实质上就是工序（设计）基准相对于限位基准在加工尺寸方向上的最大变动量。因此计算定位误差，首先要找出工序尺寸的工序（设计）基准，然后求其相对于限位基准在工序尺寸方向上的最大变动量即可。用几何方法计算定位误差通常要画出工件的定位简图，并在图中夸张地画出工件变动的极限位置；然后运用三角几何知识，求出工序基准相对于限位基准在加工尺寸方向上的最大变动量，即为定位误差。用几何方法计算定位误差1.分析计算定位误差时应注意的问题：

（1）分析计算定位误差的前提是用夹具装夹加工一批工件，用调整法保证加工要求。（2）某工序的定位方案对本工序的多个不同加工精度参数产生不同的定位误差，应分别逐一计算。（3）定位误差是指工件某工序中某加工精度参数的定位误差。它是该加工精度参数（尺寸、位置）的加工误差的一部分。（4）计算出的定位误差数值是指加工一批工件时某加工精度参数可能产生的最大误差范围。它是个界限范围，而不是某一个工件定位误差的具体值。4.3.2定位误差的分析计算（1）工件以平面定位时的定位误差分析计算

【例】以A面定位加工φ20H8孔，求加工尺寸40±0.1mm的定位误差。

解：设计基准B与定位基准A不重合，因此将产生基准不重合误差：基准位移误差：ΔJW=0mm（定位基面为平面）ΔDW=0.15mm2.定位误差分析计算平面度误差很小，定位副制造不准确误差可忽略，所以定位误差主要由基准不重合引起。

工件定位孔与定位心轴或销过盈配合孔与心轴始终同心，故基准位置误差ΔJW=0，但由于工件装夹困难，一般很少采用。（2）工件以圆柱孔在圆柱销（或心轴）上定位图定位孔与定位心轴或销过盈配合时的定位误差当工件孔径为最大，定位销的直径为最小时，孔心在任意方向上的最大变动量等于孔与销配合的最大间隙量，即无论工序尺寸方向如何，只要工序尺寸方向垂直于孔心轴线，其定位误差均为：

ΔDW

=Dmax－dmin式中ΔDW

——定位误差

Dmax——工件定位孔最大直径

dmin——夹具定位销最小直径【解】【例】图示为孔与销间隙配合，任意边接触时的情况，若工件的工序基准为孔心，试确定其定位误差。图孔与销间隙配合任意边接触时的定位误差DmaxdminOΔDWO1O2工件定位孔与定位心轴或销间隙配合

ΔDW.Z

=（TD+

Td）12对于一批各种不同直径的圆孔和各种不同直径的圆柱销相配而言，最小配合间隙Δ是个常量，可以在调整刀具尺寸时预先予以补偿，而消除Δ的影响。【例】图示为孔与销固定单边接触时，间隙配合的情况，若工件的工序基准为孔心，试确定其定位误差。【解】

ΔDW.Z

=（Dmax－dmin）=（TD+

Td+Δ）1212图孔与销间隙配合固定边接触时定位误差DmaxO1DminOΔDWO2XYZ

ΔDW.X=0X轴方向的定位误差ΔDW.X以一面两销定位时的定位误差计算1）位移误差：为第一定位销、孔的最大配合间隙

孔O1中心偏移在直径为△dw1圆内，△dw1=D1max

-d1min2）转角误差△θ=±arctan(D1max-d1min

+D2max

-d2min)/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）中心距工件以外圆柱面在V形块上定位④定位误差分析：a)定位误差Δd随毛坯误差Td的增大而增大；b)定位误差Δd随V形块夹角α

增大而减小，但稳定性变差；c)定位误差Δd

与工序尺寸标注方式有关，Δd2＞Δd1＞

Δd3③工序尺寸以H3标注，其定位误差为：Δd3=B1B2=O2B2+O1O2-O1B1

==sinα21Td2d-Td2d2+－sinα21Td2－1②工序尺寸以H2标注，其定位误差为：Δd2=A1A2=A1O1+O1O2-A2O2

==d2+Td2sinα21－d-Td2sinα21Td2+

1①工序尺寸以H1标注，其定位误差为：Δd1=O1O2=O1C-O2C==d2sinα21－d-Td2sinα21sinα21Td2图V形块定位误差计算【例】如下图所示，用角度铣刀铣削斜面，求加工距离尺寸为39±0.04mm的定位误差。解：ΔJB=0mm（定位基准与设计基准重合）

ΔDW=0.024mm【例】有一批如图所示的工件，外圆直径，内孔直径和两端面均已加工合格，并保证外圆对内孔的同轴度误差在范围内。今按图示的定位方案，用心轴定位，在立式铣床上用顶尖顶住心轴铣槽。除槽宽要求外，还应保证下列要求：（1）槽的轴向位置尺寸；（2）槽底位置尺寸；（3）槽两侧面对mm外圆轴线的对称度公差。试分析计算定位误差，判断定位方案的合理性。图用心轴定位内孔铣槽工序的定位误差分析计算

4.4夹紧装置4.4.1夹紧装置的组成及基本要求组成（1）力源装置（2）中间传力机构（3）夹紧元件中间传力装置作用1）改变作用力的方向；2）改变作用力的大小；3）使夹紧实现自锁。1）夹紧时不破坏工件定位后的正确位置；

稳2）夹紧力大小要适当；牢3）夹紧动作要迅速、可靠；

快4）结构紧凑，易于制造与维修。基本要求图夹紧装置示意图4.4.2确定夹紧力必须合理确定夹紧力的三要素：大小、方向和作用点图夹紧力作用方向的选择1、夹紧力方向的确定（1）主要夹紧力方向应垂直于主要定位面

（2）夹紧力的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。图薄壁套筒夹紧（3）夹紧力的作用方向应尽量与切削力、工件重力方向一致，以减小所需夹紧力图夹紧力方向与切削力方向2.夹紧力作用点的确定

（1）夹紧力作用点应正对支承元件或位于支承元件形成的支承面内图夹紧力作用点的位置

（2）夹紧力应作用在刚度较好部位图夹紧力作用点与工件变形（3）夹紧力作用点应尽可能靠近加工表面３.夹紧力大小的估算

夹紧力不足，使工件在切削过程中产生位移并容易引起振动；夹紧力过大，会造成工件或夹具不应有的变形或表面损伤。估算方法：夹紧力的大小根据切削力、工件重力的大小、方向和相互位置关系具体计算，并乘以安全系数K，一般精加工K=1.5～2，粗加工K=2.5～3。4.4.3常用夹紧机构1.斜楔夹紧机构图斜楔夹紧原理及受力分析夹紧力的大小：斜楔的自锁：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°图斜楔夹紧机构斜楔夹紧的特点：

1）有增力作用，增力比i=FQ

/FP

，约等于3；α越小，增力作用越大。2）夹紧行程小,h/s=tanα，故h远小于s；3）结构简单，但操作不方便。主要用于机动夹紧，且毛坯质量较高的场合。2.螺旋夹紧机构螺旋夹紧特点：

1）结构简单，自锁性好，夹紧可靠；

2）增力比约为80,远比斜楔夹紧力大；3）夹紧行程不受限制；4）夹紧动作慢，辅助时间长，效率低图螺旋夹紧机构图快撤螺旋夹紧装置螺旋压板夹紧机构图螺旋压板夹紧机构3.偏心夹紧机构常见的偏心轮—压板夹紧机构图（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0，P处升角最大。图偏心夹紧工作原理

（2）圆偏心夹紧的自锁条件

P点夹紧时能自锁，则可保证其余各点均可自锁自锁条件αp≤

Φ1＋Φ2

tanαp=2e/D，D/e≥14～20自锁,D/e叫偏心轮的偏心特性。圆偏心轮夹紧力小，行程小，自锁性不太好，用于切削力小，无振动，工件尺寸公差不大的场合。（3）圆偏心夹紧的适用范围三种夹紧机构比较4.其他夹紧机构（1）定心夹紧机构定心夹紧机构的特点：

①“定位—夹紧”元件合二为一；

②始终有Δjw=0；

③主要用在要求定心和对中的场合。是指能保证工件的对称点（或对称线、面）在夹紧过程中始终处于固定准确位置的夹紧机构。ZYXb）ZYXd）图锥度胀胎心轴1-胀套；2-螺母；3-压板

可涨式心轴均匀弹性变形原理的定心夹紧装置图液性塑料夹紧心轴1-夹具体；2-塞子；3-加压螺钉；4-柱塞；5-薄壁套筒；6-液性塑料；7-螺塞等速移动原理的定心夹紧装置（2）联动夹紧机构多件联动夹紧机构图多件联动夹紧机构4.5夹具的其他装置4.5.1钻床夹具1.钻床夹具的类型及结构特点在钻床上进行孔的钻、扩、铰、锪、攻螺纹加工时所用的夹具称为钻床夹具。钻床夹具上均设置钻模套筒（简称钻套），以保证被加工孔的位置精度。钻模套筒安装在钻模板上，因此习惯上把钻床夹具称为钻模。根据工件的大小、形状及被加工孔的分布的不同要求，其结构形式可分为：固定式、回转式、翻转式、盖板式、滑柱式等。钻床夹具1）固定式钻模在加工工件的过程中，钻模和工件在机床上的位置固定不动。一般用于在立式钻床上加工较大的单孔或在摇臂钻床上加工平行孔系。2）回转式钻模

回转式钻模主要用于加工同一圆周上的轴向平行孔系或径向孔。其基本形式有立轴、卧轴、斜轴三种。本节仅介绍夹具本身带有回转机构的钻模。3）翻转式钻模

这是一种无固定回转轴和分度装置的钻模，外形象一个六面体，可以根据工件上被加工孔的位置作不同方位的翻转。主要用于加工小型工件分布在不同表面上的孔。此夹具的结构比较简单，但每次钻孔时都需找正钻套对于钻头的位置，所以辅助时间较长，而且翻转费力。因此夹具和工件一起总重量不能太重，一般以不超过10kg为宜。加工批量也不宜过大。4）盖板式钻模这类钻模没有夹具体。工件直接夹紧在机床工作台上。在一般情况下，钻模板上除了钻套外，还装有定位元件及夹紧装置，加工时只要将它覆盖在工件上即可。盖板式钻模的优点是结构简单，一般多用于加工笨重机件上的小孔，但生产率不高，不适用于大批量生产。因夹具在使用时要经常搬动，故钻模重量一般不超过10kg。为了减轻重量可在盖板上合理设置加强筋而减小其厚度。5）滑柱式钻模

这种钻模在生产中得到广泛应用，是一种标准化、通用可调夹具。按其夹紧动力可分为手动和气动两种。(二)钻模设计要点钻套作用：

a)确定定尺寸刀具的轴线位置，并导引刀具；

b)保证孔系中各孔之间的位置精度。特殊钻套实物照片钻套导孔尺寸和公差带的选择a)钻套导引刀具非刃部时：见下图所示，取H7/g6、H6/g5、H7/f7带导柱铰刀1－切削部分2－钻套3－导柱b)钻套导引刀具刃部时H=(1～2.5)dh=(0.3～1.2)d①固定式钻模板2.钻模板：安装钻套的板实物照片②铰链式钻模板③可卸式钻模板④悬挂式钻模板（常用于滑柱式钻模）4.5.2镗床夹具

镗床夹具又称镗模，主要用于加工箱体，支座等零件的孔或孔系。1.镗床夹具的类型及结构特点

镗床夹具多由镗套引导镗孔刀具或镗杆进行镗孔，与钻模特点相似，工件上的孔或孔系的位置精度主要由镗模来保证，可以减少镗床主轴及进给系统误差的影响。由于箱体孔及孔系的精度要求较高，所以，镗模的制造精度应比钻模高。在大批量生产中，多用于组合机床。在中、小批量生产中，多用于卧式或立式镗床。在无镗床时，也可在车床、钻床和铣床上进行镗孔加工（扩大该类机床的工艺范围）。镗床夹具的结构类型主要取决于导向支承的布置形式，分为以下几种形式：

镗套设置在刀具的前方，刀具与主轴刚性连接。主要用于加工孔径D>60mm，加工长度L<D的通孔。一般镗杆的导向部分直径d<D，在多工步加工时，可不更换镗套，也便于加工中观察和测量。但在立镗时，切屑易落入镗套中，应设防尘措施。（1）单支承前导向镗模（2）单支承后导向镗模

镗套设置在刀具的后方，刀具与主轴刚性连接。主要用于镗削D<60mm的通孔或盲孔。当L／D<1时，镗杆引导部分的直径d可大于孔径D。此时镗杆刚度好，加工精度较高。装卸工件和更换刀具方便，多工步加工时可不更换镗杆。当加工孔较长L／D>1～1.25时，应使镗杆引导部分直径d小于孔径D，并且制成等直径镗杆，以便镗杆引导部分可进入加工孔，从而缩短镗套与工件之间的距离h及镗杆的悬伸长度。（3）双支承前后导向镗模

两个导向支承套分别布置在刀具的前后方，镗杆与机床主轴采用浮动连接。（目的是消除镗床主轴误差的影响）该类镗模适用于加工孔径较大，孔长与孔径比L／D>1.5以上的通孔，或一组同轴线的孔，而且孔本身或孔间距、孔同轴度要求很高的场合。（4）双支承后导向镗模

两个镗套设置在刀具的后方。可适应不能使用前后双支承的情况。由于镗杆为悬臂梁，为保证其刚性，镗杆的悬伸量L1<5d，为保证导向精度，两支承间的距离L>(1.5~5)l。镗杆与机床也采用浮动连接方式。可在箱体的一个壁上镗孔或镗不通孔。这种支承方式除具有前后单支承镗模的优点外，还便于装卸工件、刀具，刀具径向尺寸调整也便于观察和测量。2.镗床夹具的设计要求

设计镗模时，除合理地确定其类型并处理好工件的定位及夹紧外，还必须解决镗套、镗刀杆、支架与底座的结构设计问题。1)镗套的选择和设计

镗套的结构和精度直接影响到被加工孔的加工精度和表面粗糙度。镗套的结构形式，根据运动形式不同，一般分为固定式和回转式两种。回转式又有滑动和滚动之分。设计时可按工件的不同加工要求和加工条件等合理选用。外滚式镗套外滚式镗套内滚式镗套4.5.3铣床夹具

铣床夹具主要用于加工零件上的平面、键槽、缺口、花键、齿轮及直线成型面和立体成型面等。1.铣床夹具的类型及结构特点

铣削过程中多数情况是铣床夹具和工作台一起作送进运动，并承受较大的切削力，易引起振动现象。铣床夹具的整体结构在很大程度上取决于铣削加工的送进方式，故将铣床夹具分为直线送进式、圆周送进式和靠模夹具三种类型。1)直线进给式铣床夹具

在铣床夹具中，这种夹具用得最多，加工中工作台是按直线进给方式运动的。按照在夹具上安装工件的数目，可分为单件夹具和多件夹具。

多件装夹的铣床夹具

（2）多工步装夹的铣床夹具2)圆周进给式铣夹具

多用在有回转工作台的铣床上或夹具本身具有自动转装置，送进运动是连续不断的，能在不停车的情况下装卸工件，是一种生产效率很高的加工方法，适用于较大批量的生产。3)铣削靠模夹具

靠模夹具是用来加工各种直线曲面或空间曲面，靠模夹具的作用是使主送进运动和由靠模获得的辅助运动形成加工所需要的仿形运动。因此按照送进运动的方式，把用于加工直线曲面的仿形夹具分为直线送进和圆周送进两种。采用靠模夹具可在一般万能铣、刨床上加工出所需要的成形面以代替价格昂贵的机床，对于中小企业来说，通过采用夹具来扩大机床工艺用途，以解决缺少特殊设备问题，具有较大的技术经济意义。2.铣床夹具的设计要求

铣削加工一般切削用量和切削力较大，多刀多刃连续切削，切削力的方向和大小不断变化，加工时极易产生振动。因此铣夹具的设计应着重解决以下几个方面问题。(1)注意工件定位的稳定性(2)注意夹具的可靠性(3)注意减少夹紧工件的辅助时间(4)注意合理选择夹紧工件的数量1)铣床夹具的结构特点

2)定向键和对刀装置

定向键和对刀装置是铣床夹具的特殊元件。铣床夹具通过定向键在机床上定位，通过对刀装置决定铣刀相对于夹具定位元件限位基面的位置。定向键安装在夹具底面的纵向槽中，一般用两个，并将其距离布置得尽可能远些，小型的夹具可使用一个断面为矩形的长键。通过定向键与铣床工作台丁形槽配合，使夹具上定位元件的工件表面对于工作台的送进方向具有正确的相互位置。定向键可承受部分切削力矩，以减轻夹具体与工作台连接螺栓的负荷，增强夹具在铣削加工中的稳定性。(1)定向键(2)对刀装置

对刀装置由对刀块和塞尺组成，用以确定夹具和刀具的相对位置。常用标准对刀块的结构形式与加工表面的形状有关。有圆形对刀块，用于加工平面时的对刀；方形对刀块，在调整组合铣刀位置时对刀用；直角对刀块，用于加工两个相互垂直面或铣槽时的对刀；侧装对刀块，也用于加工两个互相垂直面或铣槽时对刀。

使用对刀块对刀时，铣刀不能与对刀块表面直接接触，而是通过塞尺来校准它们之间的相对位置，主要防止对刀块碰坏刀具和磨损刀具。操作者全凭抽动塞尺的松紧感觉来判断其位置准确程度。对刀块通常制成单独元件，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。对刀块的工作表面与定位元件之间应有严格的尺寸精度要求和位置尺寸要求。对刀装置4.5.4车床夹具

车床夹具多数安装在车床主轴上，少数安装在床身或拖板上。本节只介绍安装在车床主轴上的这类夹具。1.车床夹具的主要类型

安装在车床主轴上的车床专用夹具，加工时随机床主轴一起旋转，切削刀具作送进运动。根据其结构的不同可分为以下几种。1）心轴式车床夹具

心轴式车床夹具多用于工件以内孔为定位基准，加工外圆柱面的情况。(1)偏心式定心夹具

利用斜楔夹紧原理夹紧工件。加工时，在切削力的作用下，工件与滚柱间的摩擦力将滚柱挤向一侧，从而进一步夹紧工件，切削力越大，夹紧力也越大。这种机构的优点是装卸工件迅速，定心夹紧可靠，适用于定位孔经过粗加工和孔径尺寸较大工件车削加工工序。(2)弹簧心轴夹具(3)波纹套弹性心轴夹具(4)碟形弹簧片定心夹具2）弯板式车床夹具

在车床上加工壳体、支座、杠杆、接头等零件上的圆柱面及端面时，由于此类零件的结构形状较复杂，难以装夹在通用卡盘上，因而需设计专用夹具。由于这类车床夹具一般具有类似弯板形状的夹具体，故称其为弯板式车床夹具。3）卡盘式车床夹具

卡盘式车床夹具的零件大都是回转体或对称零件，因而这类夹具的结构基本上是对称的回转时的不平衡影响较小。

(1)虎钳式卡盘(2)自动定心卡盘

(3)四爪定心卡盘4）花盘式车夹具2.车床夹具的设计要求

对于各类车床上用的夹具，尽管工件加工表面的形状和尺寸及技术要求可能相差很大，但在工件加工过程中，工件和主轴都需要一起作旋转运动，因此夹具结构形式上有很大的相似性。车床夹具设计应注意以下几方面问题：1）正确选择夹具结构形式

设计夹具时究竟采用何种结构形式，影响的因素很多。但起决定因素的是工序的要求和零件的形状。对形状简单的工件，当定位基准和加工表面同轴时，则宜采用悬伸式心轴类自动定心夹紧装置的车床夹具；对于形状较复杂且定位基准和加工表面轴线相互垂直或成一定角度时，则宜采用花盘式车床夹具或弯板式车床夹具。

2）定位装置的设计特点

在车床上加工回转表面时，夹具上定位装置的结构和布置必须保证工件加工表面的轴线与车床主轴的旋转轴线重合。对于壳体、接头或支座等工件，被加工的回转表面与工序基准之间有尺寸联系或相互位置精度要求时，则应以夹具轴线为基准来确定定位元件限位基面的位置。3）夹紧装置的设计要求

由于车削时工件和夹具一起随主轴作旋转运动，故在加工过程中，工件除受切削扭矩的作用外，整个夹具还受到离心力的作用，转速越高离心力越大，会降低夹紧机构产生的夹紧力此外，工件定位基准的位置相对于切削力和重力的方向来说是变化的。因此，夹紧机构所产生的夹紧力必须足够，自销性能要好，以防止工件在加工过程中脱离定位元件的限位基面。

4）夹具与机床的联接

夹具与机床连接的精度，决定着夹具的回转精度。因此，要求夹具的回转轴线与车床主轴轴线有尽可能高的同轴度。根据车床夹具径向尺寸的大小，其在机床主轴上的安装一般有两种方式：（1）对于径向尺寸D小于140mm，或D<(2-3)d的小型夹具，一般通过锥柄安装在车床主轴锥孔中，并用螺栓拉紧。这种联接定心方式定心精度较高，应用较为普遍。设计时应保证锥柄部分与主轴锥孔的配合精度技术指标要求。

（2）对于径向尺寸较大的夹具，一般通过过渡盘与车床主轴轴颈联接。专用夹具以其定位止口按H7/h6或H7/js6装配在过渡盘的凸缘上，然后用螺钉紧固。过渡盘与主轴配合的表面形状取决于主轴前端的结构，过渡盘常作为机床附件备用。因此设计机床夹具时，不用重新设计，而只需按过渡盘凸缘来确定专用夹具的止口尺寸。5）车床夹具的总体结构

（1）结构要紧凑，悬伸长度要短。车床夹具的悬伸长度过大，由于夹具和工件重量作用，根据材料力学中悬伸梁受力变形特点，会加剧主轴轴承的磨损，同时引起振动，影响加工质量，因此夹具的结构应尽量紧凑，悬伸长度要短。（2）夹具转动惯量应基本平衡。由于加工时，夹具随主轴旋转，如果夹具重心不在主轴轴线上就会产生离心力，这样不仅加剧机床主轴和轴承的磨损，而且会产生振动，影响加工质量和刀具寿命，且不安全。所以车床夹具设计时应注意转动惯量的平衡问题。平衡的方法有两种：设置配重块或加工减重孔。在确定配重块的质量或减重孔所去掉的质量时，可用隔离法近似地予以估算。即把工件及夹具上的各个元件，隔离成几个部分，互相平衡的各部分可略去不计，对不平衡的部分则按力矩平衡原理确定平衡块或减重孔所去掉的量。为弥补估算法的不准确，在夹具体上应开有径向槽或环形槽，以便装配夹具时进行平衡块位置的调整。（3）夹具体应制成圆形。车床夹具的夹具体应为圆形，夹具上（包括工件在内）的各个元件不应伸出夹具体的圆形轮廓之外，以保证安全。此外，还应注意切屑缠绕和冷却润滑液飞溅等问题，必要时应设置防护罩。

4.5.5夹具的分度装置1.分度装置

分度装置，就是能够实现角向或直线均分的装置。工件装夹到夹具中后，先加工好一个表面，在不松开工件的情况下，让夹具上的活动部分与工件一起转过一定的角度或移过一定的距离，再加工工件下一个表面。（1）轴向分度（2）径向分度（3）滚柱分度装置（1）手拉式对定器2.分度装置的对定装置图手拉式对定器1-对定销；2-导套；3-螺钉；4-弹簧；5-销；6-操纵手柄（2）枪栓式对定器图枪栓式对定器1-对定销；2-壳体；3-转轴；4-销；5-螺钉；6-弹簧；7-操纵手柄；8-限位螺钉3.分度装置的锁紧装置图分度装置的缩紧机构1-分度盘；2-底座；3-操纵手柄；4-偏心轴；5-拉杆；6-轴套；7-半圆块；8-卡箍圈；9-切向夹紧套；10压板；11转轴3.分度装置的锁紧装置图分度装置的缩紧机构1-分度盘；2-底座；3-操纵手柄；4-偏心轴；5-拉杆；6-轴套；7-半圆块；8-卡箍圈；9-切向夹紧套；10压板；11转轴

组合夹具是机床夹具中一种标准化、系列化、通用化程度很高的的柔性化夹具。它由一套预先制造好的各种不同几何形状、不同尺寸规格、有完全互换性和高耐磨性的标准元件及合件组成。

4.6组合夹具4.6.1组合夹具的特点与专用夹具相比具有如下特点：1）万能性好，适用范围广。2）组合夹具把专用夹具的设计制造、使用、报废的单项过程变为组装、拆卸、清洗、入库、再组装的循环过程，可大幅度缩短设计制造周期，节省工时和材料，降低生产成本。3）可以减少夹具库房面积，有利管理。（1）组合夹具的特点4）组合夹具元件具有很好的互换性和较高的精度和耐磨性，元件尺寸精度一般为IT6~IT7，元件工作表面和定位表面的平行度、垂直度按国家标准规定的4级制造。5）体积大，刚性差，一次投资多，成本高。1一导向件2一支承件3一定位件4一紧固件5一夹紧件6一基础件7一其它件8一合件孔系组合夹具组合夹具孔系组合夹具组合夹具孔系组合夹具实物照片4.6.2组合夹具元件第一类：基础件—主要用做夹具体基础件—主要用做夹具体支承件—主要用做不同高度的支承和各种定位支承平面

第二类：定位件—主要用做工件定位和组合夹具元件连接定位

第三类：导向件—主要用做钻套、钻模板。第四类：第五类：压紧件—主要用做夹紧工件

第六类：紧固件—主要用做连接紧固及被加工件紧固

第七类：其它件—主要起辅助作用

合件—不可拆卸，有定位合件、导向合件、分度合件、支承合件、夹紧合件等第八类：1234567891011121314151617181—加筋角铁（2）2—槽用螺栓（6）3—平键（10）4—方形支承5—定位支承6—方形支承7—平垫圈8—六角螺母（8）9—槽用螺栓10—钻套螺钉11—快换钻套