第五章 夹具设计

第5章夹具设计第一节概述第二节工件在夹具中的定位第三节工具在夹具中的夹紧第四节专用夹具的设计方法第五节典型夹具设计一、夹具的功用夹具虽是机床的一种附加工艺装置，但是它在生产中发挥的作用很大。采用夹具装夹工件，有助于保证工件的加工件质量；缩短辅助时间；提高生产效率；减轻工人劳动强度和降低对工人的技术水平要求；扩大机床工艺范围和改变机床用途。

第一节概述二、机床夹具的分类1、分类方法：1)按夹具的应用范围：通用夹具、专用夹具、可调夹具、组合夹具、随行夹具；2)按加工类型：车床夹具、钻床夹具、镗床夹具、磨床夹具、数控机床夹具等；3)按夹紧力来源：手动夹具、气动夹具、液压夹具、电磁夹具、真空夹具。机床夹具通常按夹具的应用范围进行。(1)通用夹具：指已标准化，通用化好，可用于加工同一类型，不同尺寸工件加工的夹具。

如：三爪长盘、四爪长盘、平口钳、回转工作台、万能分度头、磁铁吸盘。

适用场合：广泛用于单件，小批量生产中。

(2)专用夹具：指的是专为某一工件的某道工序而设计制造夹具，这种夹具“刚性”大，即当产品变换或工序内容变更后，往住无法使用。因此适用于产品固定、工艺相对稳定、批量大的加工过程。(3)可调夹具：是指经调整或更换个别元件，即可加工多种工件的夹具。这种夹具主要用了加工形状相似，尺寸相近的工件的加工。(4)组合夹具（拼装夹具）：这种夹具是在夹具零部件完全标准化的基础上，根据积木化原理，针对不同的工件对象和加工要求，拼装组合则成夹具。构成夹具的各零部件，在工件加工完后，可拆散成各种元件，组合成适用其它产品加工要求的夹具。（图示见下页）

当今生产发展趋势：多品种、小批量。由此导致对生产装备的要求是高效、快捷的柔性系统。(5)随行夹具：切削加工中隨帶安裝好的工件在各工位間被自動運送轉移的機床夾具。隨行夾具主要是在自動生產線﹑加工中心中、柔性生产线。

三、机床夹具的组成1、机床夹具

机床夹具是在机床上用以装夹工件的一种装置，其作用是使工件相对于机床或刀具有个正确的位置，并在加工过程中保持这个位置不变。2、机床夹具的组成

(1).定位元件：确定工件在夹具中位置的元件。

(2).导向元件：用以引导刀具或调整刀具相对于夹具的位置。如：钻套、对刀块。

(3).夹紧元件：确定夹具与机床或夹具与刀具的元件。

(4).连接元件：用以确定夹具在机床上的位置并与机床相连接。

(5).夹具件：基础件，用于安装其它元件，形成整体

(4).其它辅件：夹紧用的扳手，操作手柄，分度机构等。如下图所示：

定位方式

用六点定位原理进行定位分析时，以定位点来消除自由度，在实际应用中，不可能是点，而应该是各种定位元件,工件的定位表面有各种形式：如平面，内孔，外圆，成型面，组合表面等，对这些表面应采用不同的方法来实现。

第二节工件在夹具中的定位

定位设计时应做的工作及步骤：

A）根据加工零件的工序要求合理布置支承点

B）正确考虑定位方法

C）选用恰当的定位元件

一、常用定位方式与定位元件工件常用定位表面以平面定位以内孔定位以外圆表面定位以平面定位基本支承辅助支承固定支承可调支承自位支承支承钉、支承板基本支承：限制自由度，真正起定位作用辅助支承：不限制自由度，起预定位、增加工件和夹具刚性等作用

（一）工件以平面定位

1．基本支承

(1)固定支承：安装到夹具上后，不可拆卸或调节。分为支承板和支承钉。①支承钉：用于小平面未加工或已加工表面的定位。

a.分类：平头：用于经过精加工的表面，面接触。

球头：点接触，可保证接触位置相对稳定，但易磨损，夹紧时使加工表面产生压陷，产生较大安装误差，不易使几个支承钉保持在同一平面内，用于精加工中。

网纹顶面：与定位面摩擦力较大，可住阻碍工件移动，加强定位稳定性，易积屑，多用在粗糙表面的侧面定位。b.支承钉尾部与基体孔的配合：

过盈配合：H7/r6或H7/n6

加中间套(可换)：套与夹具体上孔为过盈配合，套与支承钉尾部可选过渡配合H7/js6c.支承钉布置原则：

三点：组成的平面面积尽可能大

二点：距离尽可能长

一点：应与切削力方向对应

②支承板用于较大已加工平面的定位，所以常出现在精基准定位中，一个支承板的作用，相当于两个支承钉，消除两个自由度。

a.结构形式及应用场合：

A型制造简单，常用于底面定位

B型切有斜槽，易于清屑，常用于侧面定位b.应用场合：用于难以用支承钉布置成合适的、稳定的定位中。①工件刚度不足，定位面又小,并且切削力不能恰好作用在支承上。图(a)②薄板上钻孔，支随钉使工件变形。图(b)③承受较大力的场合，保护精加工表面。

④方便安装：如侧面支承板取代两支承钉，可避免长死。c.材料：①D≤12的支承钉和小型支承板，用较好的T7A钢，淬硬HRC60-64②对D＞12的支承钉和大型支承板，一般用20#钢渗碳淬火，渗碳深度为0.8～1.2mm,硬度至HRC60～64d.注意：①为保持几块支承板在同一平面上，在装配后应将顶部进行统磨。②有精度要求或使支承板装配牢固，需加定位销。(2)可调支承

可调支承:适用于毛坯分批制造，其形状和尺寸变化较大的粗基准定位并适用于同一夹具加工形状相同而尺寸不同的工件及专用可调夹具或组合夹具中。

方法：一批工件调整一次，调整后应锁紧。(3)自位支承（浮力支承）

特点：有定位元件有多个工作点与工件接触，定位元件在定位过程中所处的位置，随工件定位基准面位置的变化而自动与之适应，其作用相当于一个固定支承，因此，只限制一个自由度。由于增加了与工件定位基准面接触的点数，故可提高工件的安装刚性，适用于以粗基准定位，刚性不足或不连续表面的定位。

注意：设计自位支承时，应考虑可动部分有足够的摆动余动。2、辅助支承a.特点：根据六点定位原理，工件定位原理，工件定位夹紧后，若工件刚性很差，在切削力和夹紧力的影响下，会发生变形和振动。为此，需增加辅助支承，减小变形，以提高刚性和稳定性。

b.作用：由于辅助支承是在工件定位后才参与支承，因此不起任何消除自由度作用，只起减小工件变形和振动的作用。各种辅助支承在每次卸下工件后，必须松开，装上工件后再进行调整和锁紧，另外，辅助支承不应破坏原有定位。c.应用场合：

①起预定位作用

②提高夹具工件的稳定性

③提高工件的刚性d.结构形式：①螺旋式：结构简单，易顶起工件，用限力板手，逐个调整、效率低、常用于单件小批生产中②自位式：效率高，弹簧力不可太大，tgа＜f，保证自锁③推引式：适用于工件较重，切削负荷大的场合（二）工件以外圆定位

工件以外圆定位时，常用的有V形块、定位套筒及剖分套筒、自动定心机构（三爪长盘、弹簧夹头、锥孔、自动定心夹头）1.V形块V形块的定位情况：a.V形块结构：(已标准化）①а常取90°或120°②工艺槽：降低应力集中，便于v形工作面加工。③支承面和底面精度要求较高④安装时，需采用定位销孔(有定位销孔和安装孔)

b.特点：①对中性好（水平方向）

②所定位的水平轴中心位置（垂直方向），随V形块夹角及工件直径的误差而发生变化

③V形块装在夹具体C时，除用螺钉紧固外，还要加装定位销c.材料：20钢,热处理：渗碳深度0.8-1.2mm,淬硬HRC60-64，大型V形块，可用铸铁在支承面C镶以碎硬耐磨的钢板d.主要结构参数：

V形块已标准化，绘制V形块工作图时，可不绘制图形，但应注明尺寸C、H、h尺寸h：h≤0.5D用于大直径定位

h≤1.2D用于小直径定位

H：用于检验Ｖ形块精度2.定位套筒及剖分套筒

定位套筒特点：①元件结构简单，定心精度不变；②当工件外圆与定位圆孔配合较松时，易使工件倾斜，可考虑利用套筒内孔及端面一起定位；③当端面大时，定位孔应短些，以避免产生过定位。

定位套与夹具体配合：①小：H7/r6或H7/s6较紧

②大：N7/R6或H7/js6较松，装入后再用螺钉拧紧剖分套筒主要用于大型轴类零件的精密轴经定位，以便于安装。结构:下半孔起定位作用上半孔起夹紧作用

剖分套筒3.外圆定心夹紧机构（三）工件以内孔定位

工件以内孔定位时，常用的有：定位销、定位心轴、自动定心机构（如三爪卡盘、弹簧心轴等〕。1.定位销：通常结合端面定位

结构形式：a.d＜10d太小，不宜开退刀槽，轴肩下埋；

b.d＞10

带有台肩，端面定位可避免夹具体磨损；

c.d＞16

凸肩与退刀槽合二为一；

d.可换式：用于大量生产中，易于更换，更换时为避免破坏夹具体加上衬套，定位销与衬套配合H7/js6、H7/n7

另外还有一种定位销：圆锥销特点：定心好，轴向定位精度不高，常用于浮动定位中

2.刚性心轴

根据工件的形状和用途的不同，定位心轴的结论形式很多，常用的有下列几种形式：

a.带小锥度的心轴（1/5000～1/1000）：限5个自由度，定心精度高，可达0.005～0.01mm，但轴向位移大，传递扭矩小，使用于精加工中。b.圆柱形心轴：工件与心轴定位部分为过盈配合采用r6、s6配合，轴向位置较固定（通过限位套）前编加有导向部分，与工件为间隙配合的保证工件用手能自由套入。c.心轴：工件与心轴为间隙配合，心轴采用h6、g6、f7制造，同心度不高，装卸方便，端部夹紧。d.花键心轴

3.内圆定心夹紧机构

用于内孔的定心夹紧机构，其作用原理与外圆定位时是一样的。区别仅在于孔定位时，支承等速远离中心移动，与工件孔表面接触。孔用涨紧套（四）工件以组合表面定位

以上所述的定位方法，全指工件以单一表面定位。实际上，零件往往是以几个表面同时定位的，例如:用两个平行孔、两个平行阶梯表面、阶梯轴的两个外圆等等，这都称为“工件以组合表面定位”。

工件以组合表面定位时，几个定位表面间的相互位置，总是具有一定的误差，若将所有的支承元件都做成固定的，工件将不能正确定位甚至无法定位。因而，在组合表面定位时，必须将其中的一个（或几个）支承做成浮动的，或虽是固定的，但能补偿其定位面间的误差。1.以轴心线平行的两孔定位（一面两孔）

工件以两孔定位的方式，在生产中普遍用于箱体类大、中型零件的加工中，如机床主轴箱、发动机机体。

以一面两孔定位用箱体的两孔及平面定位的分析

若以两个圆柱销作定位件时，常会产生过定位现象，造成后果：工件可能无法安装。解决办法：(1)右孔与右销间给予较大的配合间隙，足以补偿工件两孔和两销中心距的误差，但这样定位误差较大有时也会造成工件位置的偏斜。(2)将右边定位销在两销连心线的垂直方面削去两边，做成削边销，这样在此连心线方向上获得间隙补偿；能使工件两孔与两销顺利安装且使定位较准确。比较：方法1简单，但增大转角误差。

方法2更为科学。

削边销的宽度计算，应考虑在图纸规定公差范围内的任一工件，都能保证装到夹具的两定位销上，这要分析可能出定位削边销的宽度计算

干涉的极限情况。图中为工件装在夹具上的一种极限位置，这时为：（O1为孔1及销1的中心；O2为销2的中心，O2’为销2的中心）干涉最容易发生在：工件两孔的直径最小：D1min,D2min夹具两销的直径最大：d1max,d2max且销距与孔距偏差向相反方向。如：工件两孔的孔距最大：L+

Lg，而夹具两销的销距最小：L－

Lx工件两孔顺利装到销上的条件：工件两孔与顺利装到夹具两销上的最小间隙为：

△1=D1min

－d1max

△2=D2min

－d2max

若假定工件安装时，左边的孔、销两中心O1重合；右边孔中心的偏移量这时为：

由于这一偏移，使销2与孔2产生了新月形的干涉区（图中的阴影部分）。如果将销2的削边后宽度b≤

，便不再发生干涉。而b的大小，即可按几何关系进行计算：（1）代入（1）式，得：约去高阶微量，得削边销宽度为：

生产中，削边销宽度b常按工件孔的基本尺寸D2选定。此时，由上式可得最小间隙△2：削边销的尺寸再根据

，d2max＝D2min－△2可算出削边销的尺寸及偏差。

例：已知某工件用两个Ф孔定位，孔间距要求110±0.03。试设计一个圆柱销、一个削边销的各有关定位尺寸。解：（1）确定两定位销的中心距尺寸及偏差销距的基本尺寸（Lx）与孔距的基本尺寸（Lg）相同，其偏差为：±△Lx＝±△Lg。取：L±△Lx＝110±（×0.03）△Lg＝110±0.01注意：若工件孔间距上、下偏差在零件图上非对称分布时，应将其转化为对称形式。（2）确定圆柱销直径尺寸（d1）及偏差通常以该工件孔的最小尺寸（D1min）作为圆柱销的基本尺寸（d1），其配合的偏差一般以g6（或f7）选取。故选：d1＝Ф8.035g6＝Ф＝Ф（3）选定削边销基本尺寸（d2）及偏差首先，查表得削边销宽度（b）及其它结构尺寸当D2＝8时，得b＝3，B＝D2－1＝8－1＝7。d2max＝D2min－△2＝D2min－＝8.035－＝8.005一般以d2max作为削边销的基本尺寸，与该孔的配合可选取为h6。所以取：d2＝Ф8.005h6=Ф＝

若工件在垂直平面定位后，再将工件左端外圆、用圆孔或V形定位时，则工件右端外所用的V形块，一定要做成浮动结构，这时只起限制一个自由度的作用，否则就会过定位。2.以轴心线平行的两个圆表面定位

两个零件（a）、(b)，均需以大孔及底面定位，加工两个小孔。可以有两种定位方案，视其加工尺寸要求而定。根据其准重合原则，如图（a）零件应选用图(c)方案：即平面用支承板定位，3.以一个孔和一个平行于孔中心线的平面定位孔用削边销定位，且削边方向应平行于定位平面，以补偿孔中心线与底面间距离的尺寸误差公差。再如图（b）零件则宜采用图（d）的方案，即孔用圆销定位，而平面下方则加入梯形块可使定位平面升降，以补偿工件孔与平面间的尺寸误差。二、定位误差及其分析计算

1、定位误差把工件上被加工表面的设计基准相对于定位元件工作表面在加工尺寸方向上的最大变动量，称为“定位误差”。定位误差的产生

分析：右图齿轮轮齿加工中定位对下两项技术坐标的影响节圆中心与内孔中心的同轴度轮齿周节误差2、定位误差产生原因a.一批工件彼此在尺寸、形状及相互位置上均存在差异，而夹具定位元件也有制造误差。b.工件的定位基准与设计基准不重合，或工件的定位基准与定位元件的工作表面之间存在间隙。c.工件用夹具定位加工时，只按定程法（即调整法）加工一批工件，如果按逐件试切法加工，则根本不存在定位误差。（仅有加工误差等）误差来源a.基准不重合误差

b.定位元件制造误差

c.基准位移误差

工序二：加工平面1时，图纸要求的设计尺寸为A±ΔA，而加工时刀具调整尺寸C≠A±ΔA

。因此，即使不考虑本工序的加工误差，这种定位方法也将可能使加工尺寸A发生变化（在工序一留下的误差

范围±ΔH内波动），因而也就产生了定位误差（εA）。1、基准不重合误差工序一：加工平面2时，定位基准与设计基准重合，其图纸的设计尺寸

与加工时刀具调整控制尺寸

（对一批工件说，可看作为常量不变）两者一致，则定位误差εA=0。

图中零件，底面3与侧面4已加工好，需加工平面1、2，均用底面及侧面定位。定位误差大小计算（1）画出被加工零件定位时的两个极限尺寸的位置（2）从图形中的几何关系，找出零件图上被加工尺寸方向上之设计基准的最大变动量（最大值与最小值之差）。因此，工序二尺寸A的定位误差εA为：

εA=(H+ΔH)－(H-ΔH)=2ΔH上述的误差完全是由于定位基准和设计基准不重合引起的，可称这类定位误差为“基准不符误差”。

为提高定位精度，设计夹具时尽量使定位基准与加工表面之设计基准重合。但定位精度虽然提高了，有时使得夹具结构复杂，工件安装不便,稳定性和可靠性变差。生产中只要在满足工艺的要求前提下，如果能降低工序成本，基准不重合的定位方案，也允许选用。

2、定位元件制造误差

由于夹具定位元件和工件定位基准本身有制造误差，也可能使工件被加工表面的设计基准，在加工尺寸方向上产生变动而形成定位误差。图（a）如果心轴水平放置，工件以内孔中心

O为定位基准，套在心轴中心O1上，要求加工上平面H±ΔH。在理想状态时，孔心线与轴心线重合，则设计基准与套到心轴上，还应留有最小间隙，故孔和轴中心线必然不重合图（b）也会使工件的定件基准位置产生变动而下移。所以通常称这另一类定位误差为“基准位移误差”。其大小分析如下：

当心轴如图（b）水平放置时：工件内孔始终与心轴上母线A单边接触。当内孔和心轴尺寸为Dmax

及dmin时，设计基准O在最下面（设计基准变动最大值）：OO1max＝OA－O1A＝Dmax/2－dmin/2=（D＋ΔsD）/2－（d－Δxd）/2=ΔsD/2＋Δsd/2

假定：孔径为销径为

同理，当内孔和心轴尺寸为

Dmin及dmax时，设计基准O在最上面（设计基准变动最小值）：OO1min＝＝Dmin/2－dmax/2=D/2－(d－Δsd)/2=Δsd/2所以，H的定位误差，即为设计基准0在H尺寸方向上的最大变动量，应为：εH=OO1max－OO1min＝（ΔsD/2+Δxd/2）－(Δxd/2)=ΔsD/2+(Δxd/2－Δsd/2)＝TD/2＋Td/2

结论：这时的基准位移造成的定位误差为内孔公差和心轴公差之和的一半，且与间隙

无关。

如果心轴垂直放置，就可能心轴与工件内孔任意边接触，则应考虑加工尺寸方向的二个极限位置及孔轴间隙

，故定位误差为：εH＝TD＋Td＋Δ

。

由此可见，工件定位基准和夹具定位元件本身的制造误差，也是直接影响定位精度的。在设计夹具时，除应尽量满足基准重合原则外，还应根据加工零件的精度要求，合理规定定位元件的制造精度和限制加工零件上与定位基准有关的公差值。定位误差的计算

工件定位误差的实质是工件上被加工表面的设计基准相对于定位元件工作表面在加工尺寸方向上的最大变动量，因此，计算定位误差时，首先要找出工序尺寸的工序基准；然后求其在工序尺寸方向上的最大变动量。1、定位误差计算的方法定位误差计算的方法几何法微分法2、用几何方法计算定位误差例：工件在使用心轴、销、定位时，常会考虑留有间隙而需要进行定位误差计算。(以两孔定位为例）左端：孔径，公差为TD1；销径，公差为Td1；最小间隙为Δ1。右端：孔径公差为TD2；销径公差为Td2；最小间隙为Δ2。

先单独分析左端圆销1的定位情况。销与孔之间的最大间隙为：ε1＝Δ1

＋TD1＋Td1

。

ε1将使一批工件安装时孔的中心偏离销的中心。其中偏心位移误差范围，是以

ε1为直径的圆，圆心即为销的中心O1（如图b中所示）。分析：

再分析削边销2定位情况：由于削边销不限制X

的移动自由度，而限制Z的转动自由度，所以孔2与削边销2的中心偏移范围为：

在X方向：

εx＝ε1＝Δ1

＋TD1＋Td1

在Y方向：

εy＝ε2＝Δ2

＋TD2＋Td2

。这时的误差范围近似为一个椭圆（见图b）。孔1、2的中心偏移误差组合起来，将引起工件的两种定位误差：综合误差(1)

纵向定位误差：即在两孔联心线方向的最大可能移动量（εx）。

εx＝ε1＝Δ1

＋TD1＋Td1

（相当于第一孔定位误差）(2)

角度定位误差：即工件绕O1和O2的最大偏转角θ。角度定位误差：由上式看出，欲减小，可以从两方面着手：

（i）提高孔与销的加工精度，减小配合间隙；

（ii）增大孔间距。故在选择定位基准时，应尽可能选距离较远的两孔；若工件上无合适的两孔而需另设工艺孔时，两工艺孔也应布置在具有最大距离的适当部位。若采用以上两种措施还不能满足要求，应采用单边靠。此时，角度误差为：分析：2、用微分方法计算定位误差例、工件用V形块定位加工键槽时的定位误差计算。

用V形块定位加工键槽时的定位误差计算加工键槽时，一般有两项工序要求：1）尺寸H；2）键槽对工件外圆中心的对称度。标注键槽设计尺寸H时，有三种不同的标注方法：(a)要求保证上母线到加工面尺寸H1；(b)要求保证下母线到加工面尺寸H2；(c)要求保证上母线到加工面尺寸H3。若忽略工件的圆度误差和V形块角度误差，可认为工件外圆中心在水平方向上的位置变动量为零已知：工件外圆直径为d，公差为Td，V形块两斜面夹角为a，求各种标准方式下的定位误差？解：

首先：写出O点（工件基准点）至加工尺寸方向上某固定点（通常取点A）的距离再对上式求全微分

用微小增量代替微分，并将尺寸误差视为微小增量，且考虑到尺寸误差可正可负，各项误差应取绝对值，故定位误差为：若使用同一夹具进行加工，则Ta＝0所以同理：请用几何解法求解上题用几何解法求上题：

通过以上计算，可得出如下结论：（1），即定误差随毛坯误差增大而增大。

（2）

与V形块夹角α有关。即定位误差随α增大而增减小，但定位稳定性却差了，故一般选用α=90°。

（3）

与加工尺寸标注方法有关。分析：注意：

定位误差是对采用调整法加工的成批生产或小批生产中，在数控机床上加工时也在定位误差；对采用试切法加工的小批生产中不存在定位误差。保证规定加工精度实现的条件

工件利用夹具加工时，影响加工精度的误差因素除定位误差ε外，尚有：

1.夹具的有关制造误差（ε制造）

这个误差主要包括夹具制造时的两项误差：确定刀具位置的元件和引导刀具的元件与定位元件间的位置误差；定位元件与夹具安装到机床上的安装基面间的位置误差。

2.夹具安装误差（ε安装）

即是夹具在机床上的定位误差。

3.加工误差（ε加工）

指上件在切削过程中所产生的误差。如机床的工作精度，刀具的磨损和跳动，刀具相对工件加工位置的调整误差，以及工艺系统在加工过程中的弹性变形等。

为了保证工件的加工精度，必须使上述所有误差因素对工件加工的综合影响，控制在工件所允许的公差（T公差）范围之内，即：

ε＝ε制造＋ε安装＋ε加工≤T工件

上式即为保证规定加工精度实现的条件，也称为用夹具安装加工时的误差计算不等式。

为使T工件做到合理地分配给以上机械加工中产生误差的各个环节，通常在夹具设计时，夹具上定位元件之间，定位元件与引导元件之间，以及其他相关尺寸和相互位置的公差，一般取工件上相应公差的1/5～1/2，最常用的是1/3～1/2，因粗加工的T工件大，此时，夹具上相应公差取小的比例。动力装置是产生夹紧力的动力源，它产生原始动力。夹紧力来自气动、液压和电力等动力源的，称为机动夹紧；夹紧力来自人力的，则称为手动夹紧。中间传动机构是变原始作用力为夹紧力的中间传力环节，亦称为中间传力机构，如铰链杠杆等。夹紧元件是直接与工件接触的元件，如各种螺杆、压板等。有时把夹紧元件和中间传动机构统称夹紧机构。第三节工件在夹具中的夹紧一、夹紧装置的组成和设计要求

夹紧机构一般应满足以下要求：夹紧时不能破坏工件的定位；夹紧力应保证工件在整个加工过程中的位置稳定不变，不允许产生振动、变形和表面损伤；夹紧机构的复杂程度、工作效率与生产类型适应，尽量做到结构简单，操作安全省力、方便；具有良好的自锁性能。为满足以上要求，必须正确设计夹紧机构。基本要求

①夹得稳：不破坏稳定的正确定位，以作平衡，刚度足够；

②夹得牢：夹紧力要合适，过大工件变形或损伤，影响加工精度，过小工件加工中易移动或产生振动，同时，夹紧装置应保证自锁，即原始夹紧力去除后，工件能保持夹紧状态；

③夹得快：机构简单、紧凑、操作安全、省力、迅速方便。

确定夹紧方案一般应与定位问题同时考虑，为达到以上三个要求，正确设计夹紧机构，首先必须合理确定夹紧力的三要素：大小、方向和作用点。

夹紧力方向的确定1.夹紧力方向的确定

①不破坏定位的准确性，朝向是定位基准；

②夹紧力方向应使工件变形尽可能小；

③夹紧力方面应使所需夹紧力尽可能小。P：切削力、W：重力，Q：夹紧力P、W相同时，哪一情况Q可最小？

由此可见，夹紧力大小与夹紧力方向直接有关，在考虑夹紧方向时，只要满足夹紧条件，夹紧力越小越好。2.夹紧力作用点的选择

①夹紧力应落在支承元件上或几个支承元件所形成的平面内

②夹紧力应落在工件刚性较好的部件上③夹紧力应尽量靠近加工面夹紧力应落在工件刚性较好的部件上夹紧力应尽量靠近加工面

夹紧力要合适，过大工件变形或损伤，影响加工精度，过小工件加工中易移动或产生振动。3.夹紧力大小的估算估算夹紧力的方法：首先：将工件视为分离体，分析作用在工件上的各种力；再根据力系平衡条件，确定保持工件平衡所需的最小夹紧力；最后将乘以一合适的安全系数，以此作为所需的夹紧力。二、基本夹紧机构

常见的有斜楔、偏心、螺旋和铰链等夹紧机构，斜楔、偏心、螺旋是利用机械摩擦的斜楔自锁原理。

1.斜楔夹紧斜楔夹紧的特点：

(1)斜楔机构简单，有增力作用。一般扩力比（约为3）

，α愈小增力作用愈大。

(2)斜楔夹紧行程小，且受斜楔升角α影响。增大α可加大行程，但自锁性能变差。

为解决增力、行程之间矛盾，斜楔还可采用双升角形式，大升角用于夹紧前的快速行程，小升角则满足增力和自锁条件。与上表面的摩擦角与下表面的摩擦角(3)

夹紧和松开要敲击大、小端，操作不方便。

手动操作的简单斜楔夹紧很少应用，而在常见的夹紧装置中，改变夹紧力方向和作为增力机构时则应用较多。,如气—液压夹紧时，斜楔上作用的动力源是不间断的，所以不必自锁，α可增大到15～30°。材料：斜楔一般用20钢渗碳，淬硬HRC58～62。批量不大时也可用45钢，淬硬HRC42～46。2.螺旋夹紧螺旋夹紧结构简单，增力比大，自锁性好，夹紧可靠，所以在夹具中得到最广泛的应用。螺杆1在2中转动而起夹紧作用。螺母2采用可换式，其目的是为了内螺纹磨损后可及时更换。螺钉3用以防止2的松动。压块4是防止在夹紧时带动工件转动；并避免1的头部直接与工件接触而造成压痕，同时也可增大夹紧力作用面积，使夹紧更为可靠。简单的螺旋夹紧机构:式中：P—原始作用力；

L—手柄长度；

r′—螺杆下端（或压块）与工件接触处的当量摩擦半径；

r平均—螺旋作用中径之半；（作用中径为d平均）；

α—螺旋升角；

—螺杆下端（或压块）与工件接触处的摩擦角；

—螺旋配合面的摩擦角（常取8°30′）。螺旋夹紧力的计算公式实际生产中，采用螺旋—压板的组合夹紧，在手动操作时用得比单螺旋夹紧更为普遍。较典型有三种：图（a）的扩比力最低；图（c）的操作省力，但结构受工件形状限制，图（b）基本不变。故设计这类夹具时，要注意合理布置杠杆比例，寻求最省力、最方便的方案。例题．在图示螺钉-压板夹紧机构中，零件1、2、3、4的作用分别是（

）、（

）、（

）、（

）。答案：1、保护压板和避免螺栓弯曲2、直接压紧工件3、支承压板4、卸料工件时托住压板3.偏心夹紧螺旋夹紧的主要缺点安装、拆卸工件的辅助时间太长，而偏心夹紧是一种快速的夹紧机构。常用的有圆偏心和曲线偏心两种，可做成平面凸轮的形状。因圆偏心机构简单，制造方便，较曲线偏心应用广泛。在设计圆偏心时，应注意以下三个问题：a）自锁条件；b）保证足够的夹紧力；c）保证足够的夹紧距离（指偏心轮工作部分与工作间接触点的最大垂直位移）。偏心夹紧必须保证自锁条件

偏心夹紧必须保证自锁，否则就不能应用。D/e值反映了偏心轮的偏心特性，它可用来表示偏心轮工作的可靠性；此值大，自锁性能好，但结构尺寸也大。

满足偏心轮D/e≥14～20的条件时，机构即能自锁。

三、其他典型夹紧机构加工时采取多件夹紧，可以大大提高生产率，尤其在小件加工时应用更为广泛。按夹紧力的方向及作用情况，多件夹紧可分为两种：(1)连续式夹紧——由一个力的来源，以同样大小的夹紧力，依次连续朝同一方向由一个工件传递到其他工件。

使用连续式夹紧，沿夹紧方向，每个工件与定位——夹紧元件接触处的误差，必定要传到另一工件上。如此累积，使最后一个工件沿此方向的定位精度非常低。因此，连续式多件夹紧只适用于被加工表面与夹紧方向平行（即工件加工尺寸的方向与夹紧方向相垂直）的时候。因此时的定位误差，并不影响工件的加工精度。(2)平行式夹紧——总的原始力按几个平行的相同方向，分布在不同的多个夹紧位置上。

工件安装在V形块上，旋紧螺母1，通过一特殊压板2，使四个工件同时夹紧。图（c）是用液性塑料的平行式多件夹紧。第四节专用夹具的设计对机床夹具的基本要求可以总括为四个方面：稳定地保证工件的加工精度；提高机械加工的劳动生产率；结构简单，有良好的结构工艺性和劳动条件；应能降低工件的制造成本。专用夹具的基本要求设计夹具时必须使加工质量、生产率、劳动条件和经济性等几个方面进行权衡。其中保证加工质量是最基本的要求。为了提高生产率采用先进的结构，往往会增加夹具的制造成本，但当工件的批量增加到一定规模时，将因单件工时的下降所获得的经济效益而使增加的成本得到补偿，从而降低工件的制造成本。因此所设计的夹具其复杂程度和工作效率必须与生产规模相适应，才能获得良好的经济效果。设计夹具时，对加工质量、生产率、劳动条件和经济性几个方面有时要有所侧重。如:对位置精度要求很高的加工，往往着眼于保证加工精度；对于位置加工精度要求不高而加工批量较大的情况，则侧重考虑提高夹具的工作效率。在设计过程中必须深入生产实际进行调查研究，广泛征求操作者意见，注意吸取国内外的先进经验，在此基础上拟出初步设计方案，经过讨论，然后确定合理的方案，开展结构设计。夹具的设计步骤第一步，明确设计要求，收集有关资料熟悉加工零件图，毛坯图和工艺规程等文件；掌握本工序的加工技术要求。了解所用机床、刀具、辅助工具、检验量具的有关情况；了解生产批量。掌握有关零部件标准（国标、部标、厂标），典型夹具图册等。了解有关本企业制造、使用夹具情况，了解本厂制造夹具的能力与经验等。第二步，确定夹具结构方案，绘制结构草图进一步，可以依次细分为如下内容：(1)确定工件的定位方案，计算定位误差，确定定位装置；(2)确定工件的夹紧方案，计算夹紧力，确定加紧机构形式；(3)确定夹具其它组成部分（如对刀装置、分度装置等）的结构方案；(4)绘制草图。确定夹具结构方案的过程中，应注意夹具的精度和经济性。第三步，绘制夹具总装配图选择视图关系，绘制夹具总装配图。通常主视图尽可能选取与操作者对着的为置，以利于装配、检查。一般绘图比例采用1：1，有较好的直观性。用细双点划线绘制出被加工零件的轮廓及加工、定位、夹紧表面，用粗线或网文线绘制出加工余量；夹紧机构应处在加夹位置；把工件看成透明体，即工件对夹具的轮廓线，不要不遮挡。标注总装配图上的尺寸和技术要求。如外形轮廓尺寸、可动部分的极限位置尺寸、配合尺寸、相关尺寸、特性尺寸、联系尺寸等。相关尺寸是指在夹具上的对刀元件与定位元件之间的联系尺寸；对刀元件与对刀元件之间的联系尺寸；定位元件与定位元件之间的联系尺寸等特性尺寸是夹具设计中用来保证夹具的某项功能的尺寸