机械制造技术 课件 第4章 机床夹具

机床夹具设计方法和步骤现代机床夹具定位误差分析工件在夹具中的定位第4章机床夹具原理机床夹具概述工件在夹具中的夹紧2024/1/32第4章机床夹具原理本章提要机床夹具是机械加工工艺系统的重要组成部分，是机械制造过程中重要的工艺装备。工件在机床上进行加工时，为保证加工精度和提高生产率，必须使工件在机床上相对刀具占有并保持正确的位置，完成这一功能的辅助装置称为机床夹具，简称夹具。因此，夹具设计和制造是工艺准备工作的重要内容，它直接影响机械加工的产品质量、工人劳动强度、生产率和生产成本。2024/1/33第4章机床夹具原理4.1

机床夹具概述1.工件装夹方法定位—是使工件在机床或夹具中占有正确位置的过程。夹紧—工件定位后将其固定，使其在加工过程中保持定位位置不变的操作。安装—是定位和夹紧过程的总和。直接找正定位安装—是把工件直接放在机床工作台上或虎钳、机床卡盘等机床附件中，用划针、百分表等直接在机床上找正工件的位置后进行夹紧。找正安装2024/1/34第4章机床夹具原理4.1

机床夹具概述1.工件装夹方法按划线找正定位安装—是按照零件图在毛坯上先划出中心线、对称线及各待加工表面的加工线，并检查它们与各不加工表面的尺寸和位置关系，然后按照已划好的线找正工件在机床上的位置。用夹具定位安装—是夹具以一定的位置安装在机床上，工件按照六点定位原则在夹具中定位并夹紧，不需要进行找正。1-削扁销；2-圆柱销；3-过渡盘；4-夹具体；5-定位基面；6-导向套；7-平衡块；8-压板；9-工件2024/1/35第4章机床夹具原理4.1

机床夹具概述2.夹具的作用与分类（1）夹具的作用◆保证工件的加工精度◆提高机床生产率◆扩大机床工艺范围◆减轻工人的劳动强度（2）夹具的分类通用夹具—是指已经标准化、无须调整或稍加调整就可以用来装夹不同工件的夹具，如三爪卡盘、四爪卡盘、平口虎钳和万能分度头等。2024/1/36第4章机床夹具原理4.1

机床夹具概述专用夹具—是指专为某一工件的某一工序而设计制造的夹具。组合夹具—是由一套预先制造好的标准元件和零件组装而成的专用夹具。通用可调夹具—不对应特定的加工对象，适用范围宽，通过适当的调整或更换夹具上的个别元件，即可用于加工形状、尺寸和加工工艺相似的多种工件。成组夹具—专为某一组零件的成组加工而设计，加工对象明确，针对性强。通过调整可适应不同形状和尺寸的工件加工需要。随行夹具—是自动或半自动生产线上使用的夹具。虽然它只适用于某一种工件，但毛坯装上随行夹具后，从生产线开始一直到生产线终端可在各位置上进行各种不同工序的加工。2024/1/37第4章机床夹具原理4.1

机床夹具概述2.夹具的作用与分类（3）夹具的组成定位元件—是用来确定工件在夹具上位置的元件或装置。夹紧装置—是将工件紧固在夹具上，以保证在加工中不会因切削力、惯性力等的影响而发生位置的变化。对刀及导向装置—用来确定刀具相对于夹具位置的元件或装置。连接元件—用来确定夹具相对于机床工作台、主轴等位置的元件。其他元件及装置—如分度装置和为便于卸下工件而设置的顶出器等。夹具体—用来安装定位元件、夹紧装置、导向装置、对刀装置和连接元件等的零件。2024/1/38第4章机床夹具原理4.1

机床夹具概述2.夹具的作用与分类（3）夹具的组成2024/1/39第4章机床夹具原理4.2工件在夹具中的定位1.基准的概念基准—是产品或零件上用来确定其他点、线、面位置的那些点、线、面。设计基准—零件设计图上，用来确定其他点、线、面位置的那些点、线、面。设计基准2024/1/310第4章机床夹具原理4.2工件在夹具中的定位1.基准的概念工艺基准—在加工和装配过程中所使用的基准。按其用途不同，可分为工序基准、定位基准、测量基准和装配基准。工序基准—工件的加工工序图或其他工艺文件上用来确定被加工表面位置所使用的点、线、面。工序基准2024/1/311第4章机床夹具原理4.2工件在夹具中的定位1.基准的概念定位基准—是加工时用来确定工件正确位置的基准。测量基准—是用以测量已加工表面位置的某些点、线、面或其组合。装配基准—用来确定零件在部件或机器中正确位置的基准的那些点、线、面。定位基准2024/1/312第4章机床夹具原理4.2工件在夹具中的定位1.基准的概念定位基准—是加工时用来确定工件正确位置的基准。测量基准—是用以测量已加工表面位置的某些点、线、面或其组合。装配基准—用来确定零件在部件或机器中正确位置的基准的那些点、线、面。测量基准2024/1/313第4章机床夹具原理4.2工件在夹具中的定位分析基准时的注意事项：◆作为基准的点、线、面在工件上不一定存在，如孔的中心线、外圆的轴线及对称面等，但在实际应用中常由某些具体的表面来体现，这些表面就可称为基面。因此，选择定位基准就是选择恰当的定位基面。◆作为基准，可以是没有面积的点、线或很小的面，但是代表基准的点和线在工件上具体的表面总有一定面积。◆上面所分析的都是尺寸关系的基准问题，当分析表面的平行度、垂直度、同轴度等位置精度的关系时也是一样。2024/1/314第4章机床夹具原理4.2工件在夹具中的定位2.工件定位的基本原理六点定位原理—将六个支承抽象为六个“点”，合理分布六个点来限制工件的六个自由度，使工件占有确定位置。工件在空间中的自由度2024/1/315第4章机床夹具原理4.2工件在夹具中的定位“六点定位原理”可归纳为以下几点：◆定位就是限制工件的自由度，它通过合理布置定位支承点的方法来实现。定位支承点是由定位元件抽象而来的，在夹具中，定位支承点总是通过具体的定位元件体现出来。◆定位支承点限制工件自由度的作用，应理解为定位支承点与工件定位基面始终保持紧密接触，若二者脱离，则意味着失去定位作用。◆一个定位支承点仅限制一个自由度，一个工件有六个自由度，所设置的定位支承点数目，原则上不应超过六个，且不得重复和矛盾。实际应用中应设置几个定位支承点，完全由工件的加工技术要求所确定。◆分析定位支承点的定位作用时，不考虑力的影响。工件的某一个自由度被限制，是指工件在这一方向上有确定的位置，并非指工件在受到使其脱离定位支承点的外力时，不能运动。欲使其在外力作用下不能运动，是夹紧的任务；反之，工件在外力作用下不能运动，即被夹紧，也并不是说工件的所有自由度都被限制了。2024/1/316第4章机床夹具原理4.2工件在夹具中的定位分析定位时应注意的问题：◆完全定位与不完全定位完全定位—工件的六个自由度全部被限制而在空间占有完全确定的唯一位置的定位方式。不完全定位—限制的工件自由度数不足六个，但可以满足工件加工要求的定位方式。工件应限制自由度的确定2024/1/317第4章机床夹具原理4.2工件在夹具中的定位分析定位时应注意的问题：◆过定位与欠定位欠定位—实际定位所限制的自由度数少于工件加工精度要求必须限制的自由度数目的定位方式。过定位—几个定位支承点同时重复限制工件的某一个自由度的现象。过定位可能引起的两种情况消除过定位及其干涉的途径：

改变定位元件的结构，以减少转化支承点的数目，消除被重复限制的自由度；

提高工件定位基面之间及夹具定位元件工作表面之间的位置精度，以消除过定位引起的干涉。2024/1/318第4章机床夹具原理4.2工件在夹具中的定位◆定位支承点的配置主定位面—工件上与分布在同一平面内的三个定位支承点相接触的定位基面。工件上作为主要定位面的表面，应该力求其面积尽可能大，而三个定位支承点的分布，也应尽量彼此远离和分散。导向定位面—分布在同一平面上的两个定位支承点，只能限制一个移动自由度和一个转动自由度。工件上与这种分布在同一平面内的两个定位支承相接触的定位基准。作为导向定位面的表面应尽可能长，两个支承点的距离尽可能远。止推或防转定位面—工件上只与一个定位支承点相接触的定位基面。2024/1/319第4章机床夹具原理4.2工件在夹具中的定位3.典型定位方式及定位元件◆工件以平面定位各种固定支承钉固定支承板2024/1/320第4章机床夹具原理4.2工件在夹具中的定位3.典型定位方式及定位元件◆工件以平面定位可调支承自位支承2024/1/321第4章机床夹具原理4.2工件在夹具中的定位3.典型定位方式及定位元件◆工件以平面定位辅助支承2024/1/322第4章机床夹具原理4.2工件在夹具中的定位3.典型定位方式及定位元件◆工件以圆孔定位定位销2024/1/323第4章机床夹具原理4.2工件在夹具中的定位3.典型定位方式及定位元件◆工件以圆孔定位圆柱销定位圆锥销定位2024/1/324第4章机床夹具原理4.2工件在夹具中的定位3.典型定位方式及定位元件◆工件以圆锥孔定位圆锥孔在圆锥体上的定位分析2024/1/325第4章机床夹具原理4.2工件在夹具中的定位3.典型定位方式及定位元件◆工件以外圆柱面定位圆柱体在V形块上定位2024/1/326第4章机床夹具原理4.2工件在夹具中的定位3.典型定位方式及定位元件◆工件以外圆柱面定位定位套筒2024/1/327第4章机床夹具原理4.2工件在夹具中的定位3.典型定位方式及定位元件◆工件以外圆柱面定位定位套筒2024/1/328第4章机床夹具原理4.2工件在夹具中的定位3.典型定位方式及定位元件◆工件以组合表面定位（1）工件以两短锥孔定位2024/1/329第4章机床夹具原理4.2工件在夹具中的定位3.典型定位方式及定位元件◆工件以组合表面定位（2）工件以短外圆和短锥孔定位2024/1/330第4章机床夹具原理4.2工件在夹具中的定位3.典型定位方式及定位元件◆工件以组合表面定位（3）一个平面和两个与其垂直的外圆柱面的组合2024/1/331第4章机床夹具原理4.2工件在夹具中的定位3.典型定位方式及定位元件◆工件以组合表面定位“一面两孔”的组合定位一面两孔定位时的相互干涉现象（4）一个平面和两个与其垂直孔的组合2024/1/332第4章机床夹具原理4.2工件在夹具中的定位3.典型定位方式及定位元件◆工件以组合表面定位工件以一个孔和一个平面定位（5）一个孔和一个平行于孔中心线的平面的组合2024/1/333第4章机床夹具原理

1.

定位误差产生的原因

六点定位原理解决了工件在夹具中位置“定与不定”的问题。由于一批工件逐个在夹具上定位时，各工件实际所占据的位置不完全一致。加工后，各工件的加工尺寸必然大小不一，形成误差。这种与工件定位有关的误差，称为定位误差，用表示。工件位置“准”与“不准”，更确切地说是加工尺寸的所依赖设计基准位置是否一致。影响各工件设计基准位置不一致的原因有二：一是定位基准与设计基准不重合；二是定位基准与限位基准不重合。4.3定位误差分析2024/1/334第4章机床夹具原理

1.

定位误差产生的原因4.3定位误差分析定位误差定位基准与设计基准不重合所引起的基准不重合误差△B

定位副制造不准确所引起的基准位移误差△Y

相关概念在零件图上用来确定某一表面尺寸、位置所依据的基准称为设计基准。

在工序图上用来确定本工序被加工表面加工后的尺寸、位置所依据的基准称为工序基准。工件在机床上进行加工时，必须选择工件上若干几何要素作为加工（或测量）时的定位基准。

2024/1/335第4章机床夹具原理

基准不重合误差分析示例如图(a)所示零件，设e面已加工好，今在铣床上用调整法加工f面和g面当加工f面时，若选e面为定位基准，则f面的设计基准和定位基准都是e面，基准重合，没有基准不重合误差，尺寸A允许的制造误差即为设计公差TA，如图(b)所示。

2基准不重合误差2024/1/336第4章机床夹具原理

当加工g面时，定位基准有两种不同的选择方案方案Ⅰ是选用f面作为定位基准加工g面，如图(c)所示，此时定位基准与设计基准重合，没有基准不重合误差。但这种定位方式的夹具结构复杂，夹紧力的作用方向与铣削力方向相反，不够合理，操作也不方便。

2基准不重合误差2024/1/337第4章机床夹具原理

方案Ⅱ是选用e面作为定位基准来加工g面，如图(d)所示。此时铣刀端面至定位基准e面之间的尺寸在加工一批工件中是不变的，因此直接得到的工序尺寸是C，而尺寸B将由尺寸A、C间接保证。根据图(d)，可推导出尺寸B为：可见，尺寸B的误差由本工序误差TC和前一工序误差TA构成，其中TA即为基准不重合误差。

2基准不重合误差2024/1/338第4章机床夹具原理

由于定位基准e与设计基准f不重合，给g面加工带来的基准不重合误差。基准不重合误差△B等于设计基准f面相对于定位基准e面在尺寸B方向上的最大变动量TA。

注意：定位基准与设计基准不重合时所产生的基准不重合误差，只有在采用调整法加工时才会产生，在试切法加工中不会产生。为了保证尺寸B的设计允许误差TB，工序公差TC必须满足：当时，TC=0或为负值，这在工艺上是不可能的，此时必须提高前道工序的加工精度，即压缩前道工序的制造误差；

当时，显然，本工序的制造精度被提高了，这样不可避免增加制造难度和制造成本。因此，加工过程中尽量选择设计基准作为定位基准。

讨论2024/1/339第4章机床夹具原理

基准位移误差

当工件定位面与夹具定位元件共同构成定位副时，由于定位副制造不准确和定位副之间的配合间隙而引起的工件最大位置变动量，称为定位基准位移误差，用表示。

实例：如图4-36(a)所示零件，在圆柱面上铣槽，加工尺寸为A和B，工件以内孔D在圆柱心轴上定位，O是心轴轴线，O1、O2是工件孔轴心。

3定位基准位移误差2024/1/340第4章机床夹具原理

基准位移误差

图4-36

基准位移误差

3定位基准位移误差2024/1/341第4章机床夹具原理

一般情况下，基准不重合误差的方向和基准位移误差的方向可能不相同，为此定位误差取为基准不重合误差和基准位移误差的矢量和。尺寸A的设计基准是孔的轴心线，定位基准也是内孔轴心线，两者重合，但是由于定位副有制造公差和配合间隙，定位基准（工件的内孔轴线）相对于限位基准（心轴轴线）有了一个变动范围O1O2。给A尺寸造成了误差，这个误差就是基准位移误差。

2024/1/342第4章机床夹具原理

(1)工件用V形块定位时定位误差的计算要求保证上母线到加工面的尺寸H1，即设计基准为B，如图(a)所示；要求保证下母线到加工面的尺寸H2，即设计基准为C，如图(b)所示；要求保证轴心线到加工面的尺寸H3，即设计基准为O，如图(c)所示。用V形块定位的误差

4定位误差的分析计算实例

2024/1/343第4章机床夹具原理

解：工件均以外圆在V形块上定位，定位基准为圆轴轴心线。由于工件尺寸误差，接触点E、F的位置将会变化，造成轴心线O产生垂直位方向移误差；而加工前调整机床时以不变点A作为调整刀具位置尺寸C的依据。因此，对于加工尺寸H1、H2会产生基准不重合误差。现分别计算如下：（1）尺寸H1的定位误差

①误差判断设计基准为圆轴上母线，定位基准为圆轴轴心线O，两者不重合，；但由于工件尺寸变化，使定位基准与限位基准不重合造成基准位移误差，故②误差计算

定位基准相对于设计基准在工序尺寸方向上的最大变动量

定位基准相对于限位基准在工序尺寸方向上的最大变动量O1O22024/1/344第4章机床夹具原理

③误差综合

由于两种误差处在同一尺寸方向上，因此符号的确定：假设定位基准O不动，当定位圆柱面直径由大变小时，则设计基准向下运动，基准不重合误差方向向下；另一方面，定位圆柱面直径由大变小时，引起定位基准O向下移动，使基准位移误差方向也向下，因此两者变动方向相同，故有（2）尺寸H2的定位误差同理，可推知

2024/1/345第4章机床夹具原理

（3）尺寸H3的定位误差

①误差判断设计基准为圆轴中心O，定位基准为圆轴轴心线O，两者重合，故ΔB=0；但由于工件尺寸变化，使定位基准与限位基准不重合造成基准位移误差，故②误差计算

定位基准相对于限位基准在工序尺寸方向上的最大变动量O1O2③误差综合

2024/1/346第4章机床夹具原理

1.

夹紧装置的组成及其设计要求1）

夹紧装置的组成典型的夹紧装置一般由力源装置、中间传力机构、夹紧元件等组成。4.4工件在夹具中的夹紧

1-气缸；2-斜楔；3-滚子；4-压板；5-工件2024/1/347第4章机床夹具原理

2）夹紧装置的要求◆

夹紧不应破坏定位；◆

夹紧力的大小应能保证加工过程中工件不发生移动和振动，并能在一定范围内调节；◆

工件在夹紧后的变形最小，受压表面的损伤不应超出允许的范围；◆

应有足够的夹紧行程，手动时要有自锁作用；◆

具有足够的强度和刚度，结构紧凑；◆

动作灵活，制造、维护方便，操作省力、安全。

4.4工件在夹具中的夹紧

2024/1/3482.

夹紧力的确定1）夹紧力的方向◆

夹紧力应垂直于主要定位基面

4.4工件在夹具中的夹紧

第4章机床夹具原理

2024/1/3492.

夹紧力的确定1）夹紧力的方向◆

夹紧力应有利于减小夹紧力

4.4工件在夹具中的夹紧

第4章机床夹具原理

2024/1/3502.

夹紧力的确定1）夹紧力的方向◆

夹紧力应使工件变形尽可能小

4.4工件在夹具中的夹紧

第4章机床夹具原理

2024/1/3512.

夹紧力的确定2）夹紧力的作用点◆

夹紧力的作用点应能保持工件定位稳定，而不致引起工件发生位移和偏转；◆

夹紧力的作用点，应作用在工件刚性好的部位，使被夹紧工件的夹紧变形尽可能小。4.4工件在夹具中的夹紧

第4章机床夹具原理

2024/1/3522.

夹紧力的确定2）夹紧力的作用点◆

夹紧力的作用点应尽可能靠近工件加工表面，以提高定位稳定性和夹紧可靠性

。4.4工件在夹具中的夹紧

第4章机床夹具原理

2024/1/3532.

夹紧力的确定3）夹紧力的大小◆

夹紧力的大小可根据切削力、工件重力的大小、方向和相互位置关系具体计算（平衡式）。◆

进行夹紧力计算时，通常将夹具和工件看作一刚性系统。◆

为安全起见计算出的夹紧力应乘以安全系数K，故实际夹紧力一般比理论计算值大2~3倍。粗加工时K取2.5~3；精加工时K取1.5~2。◆

一般来说，手动夹紧时不计算夹紧力的准确值，但机动夹紧时，则必须对夹紧力进行计算，以确定相应动力部件的参数。4.4工件在夹具中的夹紧

第4章机床夹具原理

2024/1/3543.

夹紧机构设计1）斜楔夹紧机构斜楔夹紧机构是最基本的夹紧装置形式之一，其他夹紧装置均是它的变形。主要用于增大夹紧力或改变夹紧力方向。

4.4工件在夹具中的夹紧

第4章机床夹具原理

1-夹具体；2-斜楔；3-工件2024/1/3553.

夹紧机构设计2）螺旋夹紧机构螺旋夹紧机构是从楔块夹紧装置转化而来的，相当于把楔块绕在圆柱体上，转动螺旋时即可夹紧工件。4.4工件在夹具中的夹紧

第4章机床夹具原理

2024/1/3562）螺旋夹紧机构

4.4工件在夹具中的夹紧

第4章机床夹具原理

2024/1/3573.

夹紧机构设计3）偏心夹紧机构偏心夹紧机构也是由楔块夹紧装的一种变形。4.4工件在夹具中的夹紧

第4章机床夹具原理

2024/1/3583.

夹紧机构设计4）定心夹紧机构

4.4工件在夹具中的夹紧

第4章机床夹具原理

2024/1/3593.

夹紧机构设计5）铰链夹紧机构

4.4工件在夹具中的夹紧

第4章机床夹具原理

2024/1/3603.

夹紧机构设计6）联动夹紧机构

4.4工件在夹具中的夹紧

第4章机床夹具原理

2024/1/3614.

夹紧动力源装置1）气动夹紧4.4工件在夹具中的夹紧

第4章机床夹具原理

1-雾化器；2-减压阀；3-止向阀；5-调速阀；6-气压表；7-气缸2024/1/3624.

夹紧动力源装置2）液动夹紧3）气－液组合夹紧

4.3工件在夹具中的夹紧

第4章机床夹具原理

2024/1/3631.

夹具的连接元件

1）夹具在工作台面上的连接定位4.5夹具中的其它元件与装置

第4章机床夹具原理

2024/1/3641.

夹具的连接元件

2）夹具在回转主轴上连接定位

4.5夹具中的其它元件与装置

第4章机床夹具原理

2024/1/3652.

夹具的分度装置

1）转角分度装置的基本形式

4.5夹具中的其它元件与装置

第4章机床夹具原理

2024/1/3662.

夹具的分度装置

2）分度定位器的操纵机构

4.5夹具中的其它元件与装置

第4章机床夹具原理

2024/1/3672.

夹具的分度装置

3）分度盘锁紧机构

4.5夹具中的其它元件与装置

第4章机床夹具原理

2024/1/3683.夹具的对刀引导元件

1）铣床夹具的对刀4.5夹具中的其它元件与装置

第4章机床夹具原理

2024/1/3693.夹具的对刀引导元件

2）钻床夹具中刀具的对准与引导

4.5夹具中的其它元件与装置

第4章机床夹具原理

2024/1/3703.夹具的对刀引导元件

2）钻床夹具中刀具的对准与引导

4.5夹具中的其它元件与装置

第4章