第三章 机床夹具设计

第三章机床夹具设计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顶五装用夹具的设计方法和步骤机床夹具设计概述：定义：机床夹具——用以装夹工件（和引导刀具）的装置。其中：装夹——定位和夹紧；引导刀具——导向和对刀。括号表示并不是每一个夹具都必须具有。重要性：例如，一台中型轴流式喷气发动机在成批生产中需要七 千套专用夹具。主要内容：研究机床专用夹具设计的原理和方法。目的：能自行设计各种专用夹具。夹具的功用与分类一、夹具的分类1．从专业化程度分

通用夹具

专用夹具

可调整夹具

组合夹具

随行夹具2.从使用机床的类型来分

车床类夹具

铣床类夹具

钻床类夹具3．从动力来源分

手动夹具

气动夹具

液压夹具

电动夹具4.从用途来分

机床夹具

装配夹具

检验夹具三、

夹具的组成（1）

定位件：用来确定工件在夹具中的位置。（2）

夹紧装置：用来固定工件在定位后的位置。（3）夹具体：用来配置、安装各夹具元件，使之组成一个整 体。（是一个件）（4）

其它元件及装置。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。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。

2．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

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

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。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2-22（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3）

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：2．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。2）

V形块的构造如图2-27，图2-28。3）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

3.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)/2三、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2．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。2）

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。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。1．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2-392.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，

3.

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4．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（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。

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。

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。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。

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。

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。2．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3-103．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。

简单夹紧机构一、

契块夹紧

如图3-11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↑二、

螺旋夹紧

如图3-13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。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。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。圆偏心轮的结构形式：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。2．气缸结构及工作特性。偏心轮楔块夹紧机构圆偏心夹紧机构1圆偏心夹紧机构2各类机床夹具及其设计特点钻床类夹具