第五章 机床夹具设计

退出第五章机床夹具设计第五章机床夹具设计返回主页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上一页下一页退出第五章机床夹具设计第五章机床夹具设计返回主页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上一页下一页第五章机床夹具设计5.1机床夹具的功能和应满足的要求

一、机床夹具的功能

二、机床夹具应满足的要求上一页下一页退出返回主页返回本章第五章机床夹具设计退出返回本节返回主页下一页5.1.1机床夹具的功能（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。（四）减轻工人的劳动强度，保证生产安全。第五章机床夹具设计退出返回本节返回主页进入下一节5.1.2机床夹具应满足的要求（一）保证加工精度（最基本）（二）夹具的总体方案应与年生产纲领相适应（三）安全、方便、减轻劳动强度（四）排屑顺畅（五）有良好的强度、刚度和结构工艺性第五章机床夹具设计5.2机床夹具的类型和组成

一、机床夹具的类型

二、机床夹具的基本组成上一页下一页退出返回主页返回本章第五章机床夹具设计退出返回本节返回主页下一页5.2.1机床夹具的类型（一）通用夹具：通用性强——单件小批量生产；（二）专用夹具：用于特定工序——成批生产和大批量生产；（三）可调整夹具和成组夹具：有一定可调整性，可更换部分元件，调整部分装置；可调整夹具：同类产品，不同品种生产成组夹具：尺寸、结构、工艺相似件，适合多品种、中小批量生产；（四）组合夹具：由标准化元件构成——单件小批量生产中位置精度要求较高零件；（五）随行夹具：定位、夹紧、运载工具——自动线、柔性制造系统。第五章机床夹具设计退出返回本节返回主页进入下一节5.2.2机床夹具的基本组成（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图2第五章机床夹具设计5.3机床夹具定位机构的设计

一、工件的定位

二、典型的定位方式、定位元件及装置上一页下一页退出返回主页返回本章三、定位误差的分析与计算第五章机床夹具设计退出返回本节返回主页下一页5.3.1工件的定位夹具设计时，原则上应选择工艺基准为定位基准。（一）六点定位原理自由度——物体在三维空间中可能具有的运动。在OXYZ坐标系中，有沿X、Y、Z轴移动及绕X、Y、Z轴转动的六个独立运动。工件定位——采取适当约束措施，消除工件的六个自由度，实现工件定位。

长方体工件的定位、/3

圆盘工件的定位、/4

轴类工件的定位/5第五章机床夹具设计退出返回本节返回主页下一页5.3.1工件的定位（二）完全定位和不完全定位

完全定位——需要将工件的六个自由度全部限制不完全定位——需要限制的自由度少于六个第五章机床夹具设计退出返回本节返回主页未完待续……5.3.1工件的定位（三）定位的正常情况和非正常情况

定位的正常情况——根据加工表面的位置尺寸要求，需要限制的自由度均已被限制（可以是完全定位、不完全定位）定位的非正常情况

（1）欠定位——需要限制的自由度没有完全被限制（不能保证位置精度，绝对禁止）（2）过定位（重复定位、超定位）——某个自由度被两个或两个以上的约束重复限制（一般不允许）

第五章机床夹具设计退出返回本节返回主页未完待续……5.3.1工件的定位（三）定位的正常情况和非正常情况

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/7第五章机床夹具设计退出返回本节返回主页下一页5.3.1工件的定位（三）定位的正常情况和非正常情况

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

定位方案分析/8第五章机床夹具设计退出返回本节返回主页未完待续……5.3.2典型的定位方式、定位元件及装置（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

支承钉的尾柄与夹具体过盈配合H7/n6(m6)

第五章机床夹具设计退出返回本节返回主页未完待续……5.3.2典型的定位方式、定位元件及装置（一）平面定位

（2）可调支承和自位支承可调支承：有一个可调整范围，调整后用螺母锁紧。当毛坯尺寸、形状有变化时（批次间），可采用。一般只对一批毛坯调整一次。

可调支承示例/11

自位支承：具有浮动或联动结构，具备自位功能。用于定位基面不连续或台阶面、有角度误差等场合。

（3）辅助支承：增加工件刚度，减少切削变形。

第五章机床夹具设计退出返回本节返回主页下一页5.3.2典型的定位方式、定位元件及装置（一）平面定位

可调支承与辅助支承异同点：相近点：结构相似

不同点：功能：

可调支承——起定位作用；辅助支承——无定位作用。操作：可调支承——调整－定位－夹紧；辅助支承——定位－夹紧－调整。第五章机床夹具设计退出返回本节返回主页下一页5.3.2典型的定位方式、定位元件及装置（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。

锥度心轴/15、刚性心轴/16

（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

第五章机床夹具设计退出返回本节返回主页下一页5.3.2典型的定位方式、定位元件及装置（三）外圆定位

（1）定心定位（采用各种卡头、套筒、锥套）

（2）V型块定位：

60°90°120°

精度低精度高稳定性好稳定性低长V铁——四个自由度短V铁——两个自由度对中性好，可用于非完整外圆柱表面。

定心卡盘和卡头/20、

第五章机床夹具设计退出返回本节返回主页未完待续……5.3.2典型的定位方式、定位元件及装置（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。第五章机床夹具设计退出返回本节返回主页未完待续……5.3.2典型的定位方式、定位元件及装置（四）定位表面的组合一面两销定位设计过程（一面两销定位/22）已知：D1、D2及其偏差；两销孔中心距Lg及偏差

±δLg

求：圆销d1、削边销d2、削边销b、两销偏差、两销中心距Lx及偏差±δLx

（1)确定定位销中心距及偏差：一般取Lx=Lg,δLx=(1/5~1/3)δLg（δLg取对称分布）（2）确定圆柱销直径d1及其偏差：一般d1与D1公称尺寸一致；配合按H/g或H/f选取；销精度比孔高1－2级，如H7/g6。第五章机床夹具设计退出返回本节返回主页下一页5.3.2典型的定位方式、定位元件及装置（四）定位表面的组合一面两销定位设计过程（3）确定削边销公称尺寸d2、宽度b及偏差：按D2可查出b、B（参见表5－2）计算（间隙）

削边销公称尺寸：d2=D2-Δ2；偏差选g，精度等级比孔高1－2级。第五章机床夹具设计退出返回本节返回主页下一页5.3.3定位误差的分析与计算（一）定位误差定位误差：工序基准在加工方向上的最大位置变动量所引起的加工误差。产生因素：（1）定位、夹紧误差——取(1/3~1/5)总偏差（2）对定误差——夹具相对于机床主轴（或刀具）或运动轨道位置误差（3）加工过程中的误差——机床、热变形、振动等第五章机床夹具设计退出返回本节返回主页未完待续……5.3.3定位误差的分析与计算（二）定位误差产生的原因：

（1）基准不重合带来的定位误差（夹具定位基准与工序基准不重合）

平面定位情形（图23）△N=△A1+△A2△A1——基准转换带来的加工误差；△A2——本工序的加工误差。

第五章机床夹具设计退出返回本节返回主页未完待续……5.3.3定位误差的分析与计算（二）定位误差产生的原因：

V型块定位（图24、25）由图可知：定位误差为

并且式中：第五章机床夹具设计退出返回本节返回主页未完待续……5.3.3定位误差的分析与计算（二）定位误差产生的原因：

V型块定位（图24、25）

定位误差为

代入可得：同理可得：第五章机床夹具设计退出返回本节返回主页未完待续……5.3.3定位误差的分析与计算（二）定位误差产生的原因：

（2）因间隙引起的定位误差

单圆柱销与孔的定位情况，图26

最大间隙即为定位误差：

δ==Δ++

式中：

——定位孔最大直径；

——定位销最小直径；

Δ——销与孔的最小间隙；

——销的公差；

——孔的公差。第五章机床夹具设计退出返回本节返回主页进入下一节5.3.3定位误差的分析与计算（二）定位误差产生的原因：

（3）与夹具有关的因素产生的定位误差定位基准面与定位元件表面的形状误差；导向、对刀元件与定位元件间的位置误差及其本身的形状误差；夹具安装误差（与机床之间）；夹紧变形（工件、夹具）；定位元件之间的位置误差；其它：定位、导向、对刀、定向元件的磨损等。

各种因素产生的误差可按概率法求出总的定位误差：试切法加工时，不需计算定位误差。第五章机床夹具设计5.4机床夹具夹紧机构的设计

一、夹紧机构设计应满足的要求二、夹紧力的确定三、常用夹紧机构上一页下一页退出返回主页四、其它夹紧机构返回本章五、夹紧机构的动力装置第五章机床夹具设计退出返回本节返回主页下一页5.4.1夹紧机构设计应满足的要求夹紧机构的设计原则：

（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。第五章机床夹具设计退出返回本节返回主页下一页5.4.2夹紧力的确定夹紧力的确定——大小、方向、作用点（一）夹紧力方向的确定（1）应有利于工件定位，不能破坏定位（主夹紧力垂直第一定位基准）（2）与工件刚性高的方向一致（减少变形）（3）尽量与切削力、重力方向一致（减少夹紧力）图27、28、29、30（二）夹紧力作用点的选择（1）与支承点“点对点”对应（2）作用在工件刚度高的部位图31

（3）尽量靠近切削部位（抗振性)

（4）夹紧力反作用力不应使夹具产生影响加工精度的变形第五章机床夹具设计退出返回本节返回主页下一页5.4.2夹紧力的确定（三）夹紧力大小的确定

将夹具和工件看作刚性系统，以切削力的作用点、方向、大小处于最不利于夹紧时的状况为工件受力情况，计算理论夹紧力，乘以安全系数，作为实际所需夹紧力。

安全系数：

S＝2－3

或S=S1×S2×S3×S4

(S1－一般安全系数、材料性质1.5－2；

S2－加工性质：粗1.2，精1；

S3－刀具钝化：1.1－1.3；

S4－断续切削：连续1，断续1.2)第五章机床夹具设计退出返回本节返回主页下一页5.4.3常用夹紧机构（一）斜楔夹紧机构：图35

优点：有扩力作用，可使力方向改变90°；缺点：α较小，夹紧行程较长。

斜楔夹紧受力分析/36

W－夹紧力；Q－原动力；α－楔角（6－8°）

φ1,φ2－摩擦角（实际上，tgφ1=μ1,tgφ2=μ2）第五章机床夹具设计退出返回本节返回主页下一页5.4.3常用夹紧机构（二）螺旋夹紧机构图37

优点：扩力比可达80以上，自锁性能好，简单、方便；缺点：动作慢，操作强度大。

W－夹紧力；

Q－原动力；

L－作用力臂；

α－螺纹升角；

d0－螺纹中径；

φ1－螺母摩擦角；

φ2－端部摩擦角；

r’－端部当量摩擦半径。第五章机床夹具设计退出返回本节返回主页未完待续……5.4.3常用夹紧机构（三）偏心夹紧机构图39

优点：结构简单，操作方便，动作迅速；缺点：自锁性能差，加紧行程和增力比小；适用范围：工件尺寸变化小，切削力小而平稳的场合。

偏心夹紧机构受力分析/40

W－夹紧力；

Q－原动力；

L－动力力臂；

－夹紧楔角；

ρ－转动中心O2到作用点P间的距离；

1－轮周作用点的摩擦角；

φ2－转轴处的摩擦角。第五章机床夹具设计退出返回本节返回主页下一页5.4.3常用夹紧机构（三）偏心夹紧机构设计图39

自锁条件：一般推荐R/e=10

设计过程：

（1）偏心量e——取决于夹紧行程；（2）偏心轮半径R——取决于自锁条件（R/e=10）；（3）Q及L——由W推出；（4）工作弧度选择——P点前后30～45°

（升角变化小－夹紧力稳定；升程较大，夹紧行程大）。第五章机床夹具设计退出返回本节返回主页下一页5.4.4其它夹紧机构（一）铰链夹紧机构：（二）定心夹紧机构：

（1）定位——夹紧元件按等位移原理来均分工件定位的尺寸误差，实现定心或对中。

锥面定心夹紧心轴/42

（2）定位——夹紧元件按均匀弹性变形原理来实现定心夹紧。

弹性夹头/44第五章机床夹具设计退出返回本节返回主页下一页5.4.4其它夹紧机构（三）联动夹紧机构设计联动夹紧机构应注意如下几点：

（1）仔细进行运动分析和受力分析，确保设计图能够实现；（2）保证各处夹紧均衡，运动不干涉；（3）各压板能很好的松夹，以便装卸工作；（4）注意整个机构和传动受力环节的强度和刚度；（5）提高可靠性，降低制造成本。第五章机床夹具设计退出返回本节返回主页进入下一节5.4.5夹紧机构的动力装置(一)气动夹紧装置图49

优点：传输、分配方便，干净；缺点：尺寸较大，有排气噪音，夹紧力小。(二)液压夹紧装置优点：装置紧凑，工作平稳，无噪音；缺点：成本高。（三）气－液联合夹紧装置（气液增压器）

具有气动、液动的优点(四)其它动力夹紧装置

真空夹紧（非导磁材料）图52

电磁夹紧其它（重力、惯性力、弹性力等）第五章机床夹具设计5.5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、分度装置上一页下一页退出返回主页四、对定装置返回本章第五章机床夹具设计退出返回本节返回主页下一页5.5.1孔加工刀具的导向装置刀具的导向是为了保证孔的位置精度，增加钻头和镗杆的支承以提高其刚度，减少刀具的变形，确保孔加工的位置精度。（一）钻孔的导向装置——钻套固定钻套:中小批量,只钻一次可换钻套:中批以上快换钻套:钻－扩－铰特殊钻套：特殊场合

钻套/53、特殊钻套/54第五章机床夹具设计退出返回本节返回主页下一页5.5.1孔加工刀具的导向装置（二）镗孔的导向——镗套

固定镗套：v≤20m/min图55

回转式镗套：v>20m/min图56

（1）内滚式镗套：尺寸大，精度高，后导向（2）外滚式镗套：尺寸小，精度低，前导向镗杆的螺旋导向：

镗孔直径大于镗套内径时，若镗刀在镗模外侧安装，则需加引刀槽。镗杆进入镗套时，导向槽进入镗杆的键槽中，此时，镗刀与镗套的引刀槽对正。第五章机床夹具设计退出返回本节返回主页下一页5.5.2对刀装置

（铣床、刨床）

为调整刀具相对于工件的位置，可设置对刀装置。对刀块对刀面的位置应以定位元件的定位表面来标注，该位置尺寸加塞尺厚度等于工件加工面与定位基准面间的尺寸。试切法对刀时，不用对刀块

第五章机床夹具设计退出返回本节返回主页下一页5.5.3分度装置作用：工件上有按一定角度分布的相同表面，需要在一次定位夹紧后加工出来，此时，需要分度装置。

斜面分度装置/59第五章机床夹具设计退出返回本节返回主页进入下一节5.5.4对定装置对定装置的作用：保证夹具相对于机床主轴或刀具、机床运动轨道有准确的位置和方向。第五章机床夹具设计5.6可调整夹具的设计

一、可调整夹具的特点二、可调整夹具的调整方式三、可调整夹具的设计上一页下一页