《机械制造基础》 自考 课件 第14章 机床夹具设计

第14章机床夹具设计本章要点114.1机床夹具定位原理和定位设计14.2定位误差及其计算14.3夹具的夹紧装置及其它组成部件设计

14.4机床夹具的设计方法及常用夹具14.1机床夹具定位原理和定位设计机械制造基础第14章

机床夹具设计14.1.1机床夹具基本概念机械制造中广泛采用能迅速把工件固定在准确位置或同时能确定加工工具位置的一种辅助装置，这种装置统称为夹具。从广义上来说，为使工艺过程的任何工序保证质量、提高生产率、减轻工人劳动强度及工作安全等的一切附加装置都称为夹具。机床夹具是在机械加工中应用在金属切削机床上的夹具14.1机床夹具定位原理和定位设计机械制造基础第14章

机床夹具设计314.1.1机床夹具基本概念31）定位元件。用于确定工件在夹具中的位置。2）夹紧装置。用于夹紧工件，对于非手动夹具，夹紧动力源也是夹紧装置的一部分。3）对刀、引导元件或装置。用于确定刀具相对夹具定位元件的位置。4）连接元件。用于确定夹具本身在机床主轴或工作台上的位置。5）夹具体。用于将夹具上的各种元件和装置连接成一个有机的整体，是夹具的基础件。6）其它元件及装置。如用于分度的分度元件、用于自动上下料的上下料装置等。1.夹具的组成12364铣轴端槽夹具1—V型块2—支撑套3—手柄4—定向键5—夹具体6—对刀块14.1机床夹具定位原理和定位设计机械制造基础第14章

机床夹具设计414.1.1机床夹具基本概念1）按工艺过程的不同：机床夹具、检验夹具、装配夹具、焊接夹具等。2）按机床种类的不同：车床夹具、铣床夹具、钻床夹具（钻模）、镗床夹具（镗模）、磨床夹具、齿轮机床夹具等。3）按所采用的夹紧动力源的不同：手动夹具、气动夹具、液压夹具、电动夹具、电磁夹具和真空夹具等。4）按夹具结构与零部件的通用性程度来分类：通用夹具（机床附件类夹具）、可调夹具、随行夹具、组合夹具和专用夹具等。2.夹具的分类14.1机床夹具定位原理和定位设计机械制造基础第14章

机床夹具设计514.1.1机床夹具基本概念2.夹具的分类类型功能与特点应用场合通用夹具结构通用化程度高，可在各种不同机床上使用，使用时无需调整或稍加调整，适用于多种类型不同尺寸工件的装夹，但生产率低，装夹工件操作复杂。包括三爪卡盘、四爪卡盘、机用虎钳、万能分度头、电磁工作台等单件小批量生产成组夹具在成组工艺的基础上发展起来的，是根据成组工艺的要求，针对一组零件的某一工序而专门设计的可调夹具，即对某一组零件是专用的，而对组内的零件是通用的。使用时只需对夹具上的相关元件加以调整或更换即可装夹一组结构和工艺特征相似的工件多品种，中小批量生产随行夹具只适用于某一种工件，工件装上随行夹具后，可从生产线开始一直到生产线终端在各位置上进行各种不同工序的加工自动或半自动生产线上使用组合夹具由标准夹具零部件经过组装而成的专用夹具，是一种标准化、系列化、通用化程度高的工艺装备，元件和组件可反复使用，组装迅速，周期短，可用来组装成各种不同的夹具新产品的试制及多品种，中小批量生产专用夹具专为加工某一零件的某一工序而设计的夹具，结构和零部件都没有通用性。需专门设计、制造，夹具生产周期长。结构紧凑、操作方便、生产效率较高、加工精度容易保证定型产品的成批和大量生产夹具的类型及特点14.1机床夹具定位原理和定位设计机械制造基础第14章

机床夹具设计614.1.1机床夹具基本概念1）保证和提高产品质量（制件可以更好的进入准确位置）。2）提高劳动效率（减少人工摆好工件的时间）。3）扩大工具的操作范围（位置固定了，人员易于操作）。4）改善劳动条件，降低产品成本。3.夹具的作用14.1机床夹具定位原理和定位设计机械制造基础第14章

机床夹具设计714.1.2六点定位原理1.六点定位原理的概念用空间合理布置的六个支承点与工件接触，分别限制工件的相应六个自由度，从而使工件在空间得到唯一确定位置的方法，称为工件的六点定位原理。14.1机床夹具定位原理和定位设计机械制造基础第14章

机床夹具设计814.1.2六点定位原理2.工件在夹具中的定位方式（1）找正法定位直接找正法：把工件直接放在机床工作台上或装夹在四爪卡盘、机用虎钳等机床附件中，根据工件的一个或几个表面用划针或指示表（百分表、千分表）找正工件准确位置后再进行夹紧。在工件加工时，确定工件在机床上或夹具中占有准确加工位置的过程叫定位。将工件的定位表面靠在夹具的定位元件上，即实现了定位。14.1机床夹具定位原理和定位设计机械制造基础第14章

机床夹具设计914.1.2六点定位原理2.工件在夹具中的定位方式（1）找正法定位划线找正法：先按加工要求进行加工面位置的划线工序，然后再按划出的线痕进行找正实现装夹。定位精度低、生产效率低、要求工人技术等级高，但由于只需用通用性很好的机床附件和工具，能适用于加工各种不同零件的各种表面，因此在单件、小批量生产中广泛采用。（2）夹具定位按照被加工工件的加工工序专门设计的专用夹具、组合夹具、成组夹具、随行夹具等安装工件时，不需要进行找正，便能直接得到准确加工位置实现装夹，安装方便，定位准确，生产效率高。14.1机床夹具定位原理和定位设计机械制造基础第14章

机床夹具设计1014.1.2六点定位原理3.定位基准的概念（1）设计基准在零件图上，用以确定某一轮廓要素（点、线、面）位置所依据的那些轮廓要素。设计基准是标注尺寸的起点。（2）工艺基准在机械加工、测量和装配过程中所使用的基准。工艺基准按用途不同又可分为以下几类：1）定位基准。是在加工中使工件在机床或夹具上占有正确位置所采用的一些点、线、面。2）测量基准。是在检验时使用的基准。如，在检验车床主轴时，用支承轴颈表面作测量基准。3）装配基准。是在装配时用来确定零件或部件在产品中位置所采用的基准。4）调刀基准。是在加工中用以调整加工刀具位置时所采用的基准。基准：零件上用来确定点、线、面位置时，作为参考的其他的点、线、面。14.1机床夹具定位原理和定位设计机械制造基础第14章

机床夹具设计1114.1.2六点定位原理4.定位的类别（1）完全定位工件的6个自由度完全被限制而在夹具中占有完全确定的唯一位置的定位，称为完全定位。工件在夹具中并非都需要完全定位，究竟应限制哪几个自由度，需根据具体加工要求确定。（2）不完全定位允许自由度限制少于6个的定位称为“不完全定位”或“部分定位”。生产中，工件被限制的自由度数一般不少于3个。显然，不完全定位是合理的定位方式。14.1机床夹具定位原理和定位设计机械制造基础第14章

机床夹具设计1214.1.2六点定位原理4.定位的类别ZYXa）ZYXb）ZYXc）ZYXd）e）ZYXf）ZYX14.1机床夹具定位原理和定位设计机械制造基础第14章

机床夹具设计1314.1.2六点定位原理5.定位中存在问题（1）欠定位按工序的加工要求，工件必须被限制的自由度而未予限制的定位。在确定工件定位方案时，欠定位是绝对不允许的。欠定位示例XZYa）b）BBB14.1机床夹具定位原理和定位设计机械制造基础第14章

机床夹具设计1414.1.2六点定位原理5.定位中存在问题（2）过定位工件的同一自由度被两个或两个以上的支承点重复限制的定位。通常情况下，应尽量避免出现过定位，但在工程上，有时却要利用过定位，以提高定位精度、增强定位稳定性。a）ZYXY14.1机床夹具定位原理和定位设计机械制造基础第14章

机床夹具设计1514.1.2六点定位原理5.定位中存在问题（2）过定位工件的同一自由度被两个或两个以上的支承点重复限制的定位。通常情况下，应尽量避免出现过定位，但在工程上，有时却要利用过定位，以提高定位精度、增强定位稳定性。c）ZYXYb）ZYYX14.1机床夹具定位原理和定位设计机械制造基础第14章

机床夹具设计1614.1.2六点定位原理5.定位中存在问题（2）过定位刀柄主轴拉杆涨套HSK刀柄与传统刀柄结构HSK刀柄传统刀柄1:107:24间隙主轴拉杆刀柄定位端面配合锥面14.1机床夹具定位原理和定位设计机械制造基础第14章

机床夹具设计1714.1.2六点定位原理5.定位中存在问题（2）过定位4A0.02A间隙配合刚性心轴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。a过定位引起夹紧变形14.1机床夹具定位原理和定位设计机械制造基础第14章

机床夹具设计1814.1.2六点定位原理5.定位中存在问题（2）过定位橡胶垫b过定位处理分析14.1机床夹具定位原理和定位设计机械制造基础第14章

机床夹具设计1914.1.2六点定位原理5.定位中存在问题（2）过定位分析图示定位方案：①各方案限制的自由度②有无欠定位或过定位③对不合理的定位方案提出改进意见。b）XZYXc）XZYXa）YXZ14.1机床夹具定位原理和定位设计机械制造基础第14章

机床夹具设计2014.1.2六点定位原理5.定位中存在问题（2）过定位a）YXZa1）YXZa2）YXZa3）YXZ14.1机床夹具定位原理和定位设计机械制造基础第14章

机床夹具设计2114.1.2六点定位原理5.定位中存在问题（2）过定位b）XZYXb1）XZYXXZb2）YXXZb3）YX14.1机床夹具定位原理和定位设计机械制造基础第14章

机床夹具设计2214.1.2六点定位原理5.定位中存在问题（2）过定位c）XZYXc’）XZYXc1）YXXZ14.1机床夹具定位原理和定位设计机械制造基础第14章

机床夹具设计2314.1.2六点定位原理6.定位元件的合理布置布置要求定位元件的布置应有利于提高定位精度和定位的稳定性。布置原则1）一个平面上布置的三个定位支承钉应相互远离，且不能共线；2）窄长面上布置的两个定位支承钉应相互远离，且连线不能垂直三个定位支承钉所在平面；3）防转支承钉应远离回转中心布置；4）承受切削力的定位支承钉应布置在正对切削力方向的平面上；5）工件重心应落在定位元件形成的稳定区或内。14.1机床夹具定位原理和定位设计机械制造基础第14章

机床夹具设计2414.1.2六点定位原理6.定位元件的合理布置根据工件加工要求、分析理论上应该限制哪几个自由度？14.1机床夹具定位原理和定位设计机械制造基础第14章

机床夹具设计2514.1.2六点定位原理14.1机床夹具定位原理和定位设计机械制造基础第14章

机床夹具设计2614.1.3定位元件1.定位元件的基本要求定位元件需要有足够的精度；足够的强度和刚度；较高的耐磨性；好的工艺性等特征。尺寸精度常为IT6~IT8级；表面粗糙度一般为0.8~0.2μm。材料一般采用T7A、T8A、T10A直接淬火；大元件采用20或20Cr渗碳淬火，淬火硬度要求为HRC58~64。14.1机床夹具定位原理和定位设计机械制造基础第14章

机床夹具设计272.用于定位平面的定位元件工件定位基面定位元件特点及适用范围平面支承钉圆头支承钉多用于粗基准的定位；平头支承钉常用于精基准面的定位；齿纹头支承钉用于侧面定位14.1机床夹具定位原理和定位设计机械制造基础第14章

机床夹具设计28工件定位基面定位元件特点及适用范围平面支承钉圆头支承钉多用于粗基准的定位；平头支承钉常用于精基准面的定位；齿纹头支承钉用于侧面定位可调支承的支承面在高度方向上可以调节，当调节到所要求的高度后，必须用螺母锁紧以防止位置发生变化。主要用途：适应不同批毛坯尺寸的较大变化，以满足后续工序的加工余量；在可调夹具中用作调节元件，以适应相似零件系列尺寸的变化。可调支承在一批工件加工前仅调节一次，其作用和支承钉相同。2.用于定位平面的定位元件14.1机床夹具定位原理和定位设计机械制造基础第14章

机床夹具设计29工件定位基面定位元件特点及适用范围平面支承板主要用于定位平面为精基准的定位2.用于定位平面的定位元件14.1机床夹具定位原理和定位设计机械制造基础第14章

机床夹具设计30工件定位基面定位元件特点及适用范围平面固定支承与自位支承可使工件支承稳固，避免过定位；用于粗基准定位及工件刚度不足的场合2.用于定位平面的定位元件14.1机床夹具定位原理和定位设计机械制造基础第14章

机床夹具设计31工件定位基面定位元件特点及适用范围平面固定支承与辅助支承辅助支承不起定位作用；可提高工件的支承刚度14.1机床夹具定位原理和定位设计机械制造基础第14章

机床夹具设计323.用于定位圆柱孔的定位元件工件定位基面定位元件特点及适用范围圆孔短定位销（短心轴）结构简单，装卸工件方便；定位精度取决于孔与销的配合精度菱形销长定位销（长心轴）间隙配合心轴装卸方便，但定位精度不高；过盈配合心轴的定位精度高，但装卸不便14.1机床夹具定位原理和定位设计机械制造基础第14章

机床夹具设计33工件定位基面定位元件特点及适用范围圆孔锥销对中性好，安装方便；基准孔的尺寸误差将使轴向定位尺寸产生误差；定位时工件容易倾斜，故应和其他元件组合起来应用固定锥销与浮动锥销组合

3.用于定位圆柱孔的定位元件14.1机床夹具定位原理和定位设计机械制造基础第14章

机床夹具设计344.用于定位外圆的定位元件工件定位基面定位元件特点及适用范围外圆柱面支承钉或支承板结构简单，定位方便14.1机床夹具定位原理和定位设计机械制造基础第14章

机床夹具设计35工件定位基面定位元件特点及适用范围外圆柱面V形块对中性好，不受工件基准直径误差的影响；常用于加工表面与外圆轴线有对称度要求的工件定位4.用于定位外圆的定位元件14.1机床夹具定位原理和定位设计机械制造基础第14章

机床夹具设计364.用于定位外圆的定位元件工件定位基面定位元件特点及适用范围外圆柱面定位套结构简单，定位方便；定位有间隙，定心精度不高14.1机床夹具定位原理和定位设计机械制造基础第14章

机床夹具设计374.用于定位外圆的定位元件工件定位基面定位元件特点及适用范围外圆柱面半圆孔对中性好，夹紧力在基准表面上分布均匀；工件基准面精度不应低于IT8~IT9级锥套对中性好，装卸方便；定位时容易倾斜，故应与其他元件组合起来14.1机床夹具定位原理和定位设计机械制造基础第14章

机床夹具设计385.用于定位圆锥孔的定位元件工件定位基面定位元件特点及适用范围锥孔顶尖结构简单，对中性好，易于保证工件各加工外圆表面的同轴度及与端面的垂直度锥心轴定心精度高；工件孔尺寸误差会引起其轴向位置的较大变化14.1机床夹具定位原理和定位设计机械制造基础第14章

机床夹具设计3914.1.4组合定位的分析方法1.组合定位分析几个定位元件组合起来定位时，该组合定位能限制工件的自由度总数，等于各个定位元件单独定位时的数目之和，不会发生数量上的变化，但它们限制了哪些自由度却会随不同组合情况而改变，如定位元件在单独定位某定位面时原起限制工件移动自由度的作用可能会转化成起限制工件转动自由度的作用。[例]分析图示的定位方案。各定位元件限制了几个自由度？按图示坐标系限制了哪几个方向的自由度？有无过定位现象？14.1机床夹具定位原理和定位设计机械制造基础第14章

机床夹具设计4014.1.4组合定位的分析方法2.组合定位时过定位现象的消除方法1）使定位元件沿某一坐标轴可移动，以消除其限制沿该坐标轴移动方向自由度的作用。2）采用自位支承结构，消除定位元件限制转动方向自由度。3）改变定位元件的结构形式。如短圆柱销改为削边圆柱定位销。[例]分析图示的在车床上用前后顶尖定位轴类工件的定位方案。14.1机床夹具定位原理和定位设计机械制造基础第14章

机床夹具设计4114.1.4组合定位的分析方法2.组合定位时过定位现象的消除方法1）使定位元件沿某一坐标轴可移动，以消除其限制沿该坐标轴移动方向自由度的作用。2）采用自位支承结构，消除定位元件限制转动方向自由度。3）改变定位元件的结构形式。如短圆柱销改为削边圆柱定位销。

14.1机床夹具定位原理和定位设计机械制造基础第14章

机床夹具设计4214.1.5定位设计的一般原则1）选最大尺寸的表面为安装面，限制工件的3个自由度；选最大距离的表面为导向面，限制工件的2个自由度；选最小尺寸的表面为支承面，限制工件的1个自由度。2）首先考虑保证空间位置精度，再考虑保证尺寸精度。因为在加工中保证空间位置精度有时要比尺寸精度困难得多。3）尽量选择零件的主要表面为定位基准。4）定位基准应便于实现对工件的夹紧，在加工过程中稳定可靠。机械制造基础第14章

机床夹具设计43例题机械制造基础第14章

机床夹具设计44例题机械制造基础第14章

机床夹具设计45例题14.2定位误差及其计算机械制造基础第14章

机床夹具设计46设计基准和定位基准都是体现在工件上的。当夹具在机床上的定位精度已达到要求时，如果工件在夹具中定位的不准确，将会使设计基准在加工尺寸方向上产生偏移，往往导致加工后工件达不到要求。设计基准在工序尺寸方向上的最大位置变动量，称为定位误差。一般地认为在对定位方案进行分析时，定位误差Δd占工件公差T的1/3。则有：夹具定位误差验算公式Δd≤T/314.2定位误差及其计算机械制造基础第14章

机床夹具设计47在加工时，如果采用调整法来获得加工尺寸时，经常会产生定位基准与设计基准不重合的问题，因此就会引入定位基准与设计基准不重合误差，简称基准不重合误差。1.基准不重合误差基准不重合产生的定位误差b图——加工顶面1工序，以底面3定位。定位基准和设计基准都是底面3，即基准重合。调整法加工时，铣刀相对于定位面3的距离是一定的，用对刀块调整后便不再变动，直到换刀时再重新调整，由于刀具调整尺寸与工序尺寸一致，定位误差Δd=0。c图——加工台阶面2工序，以底面3定位。定位基准为底面3，而设计基准为顶面1，即定位基准与设计基准不重合。由于上一工序加工后顶面1在H±ΔH范围内变动，导致加工尺寸A±ΔA变为A±ΔA±ΔH，其误差为2±ΔH，显然该误差完全是由于定位基准与设计基准不重合引起的，称为“基准不重合误差”，以Δb表示，即Δb=2ΔH。如果将定位基准到设计基准间的尺寸称为联系尺寸，则基准不重合误差就等于联系尺寸的公差。d图——定位基准与设计基准重合，提高了定位精度，但夹具结构复杂，工件安装不便，并使加工稳定性和可靠性变差，因而有可能产生更大的加工误差。14.2定位误差及其计算机械制造基础第14章

机床夹具设计48造成定位基准位移误差的原因有：1）零件定位基准不准确（用长销或短销定位，因为零件上的孔径总是有偏差的，因此每个零件的定位情况就有所不同）；2）夹具定位元件制造不准确（如车床上三爪卡盘的偏心等）。2.定位基准位移误差

14.2定位误差及其计算机械制造基础第14章

机床夹具设计493.定位基准位移误差

即此定位误差为内孔公差ΔD与心轴公差Δd之和的一半，且与最小配合间隙为Δ无关。若将工件定位基准与夹具定位元件合称为“定位副”。由于定位副制造不准确，使得定位基准相对于夹具的调刀基准发生位移而产生的定位误差，称为“基准位移误差”，若心轴垂直放置，则工件孔与心轴可能在任意边随机接触，此时定位误差（即孔轴配合的最大间隙）为Δw=ΔD+Δd+Δ14.3夹具的夹紧装置及其它组成部件设计机械制造基础第14章

机床夹具设计5014.3.1夹紧装置1）夹紧元件。夹紧元件是执行夹紧任务的最终元件，直接和工件接触，夹紧元件可以是一个，也可以是一组。2）中间传力机构。中间传力机构是把动力源装置产生的力传给夹紧元件的中间机构，其主要作用是：改变夹紧力的大小；改变夹紧力的方向；使夹紧力实现自锁。3）动力源装置。动力源装置是产生夹紧力的动力来源，一般有电动、气动、液压、电磁等。若动力来源是人进行手动夹紧，则认为此夹具无动力源装置。1.夹紧装置的组成中间传力机构和夹紧元件统称为夹紧机构，夹紧装置由动力源装置和夹紧机构两大部分组成。14.3夹具的夹紧装置及其它组成部件设计机械制造基础第14章

机床夹具设计5114.3.1夹紧装置1）夹紧必须保证定位准确可靠。不应因夹紧破坏工件定位的可靠性。2）夹紧力大小要可靠和适当。工件和夹具的夹紧变形必须在允许的范围内。3）夹紧机械必须可靠。手动夹紧机械必须保证自锁，机动夹紧应有联锁保护装置，夹紧行程必须足够。4）操作安全、方便、省力，具有良好的结构工艺性，便于制造，方便使用和维修。5）夹紧机械的复杂程度、自动化程度必须与生产纲领和工厂生产条件相适应。2.夹紧装置的基本要求14.3夹具的夹紧装置及其它组成部件设计机械制造基础第14章

机床夹具设计5214.3.1夹紧装置（1）气动夹紧装置是一种以压缩空气为动力的夹紧形式，使用操作方便，夹紧动作快，效率高，使用广泛，但工作后的压缩空气排放时会造成噪声污染。3.夹紧动力源装置14.3夹具的夹紧装置及其它组成部件设计机械制造基础第14章

机床夹具设计5314.3.1夹紧装置（1）气动夹紧装置（2）液压夹紧装置操作简单省力，辅助时间少，工作平稳，夹紧可靠，噪音小，劳动条件好。适合于强力切削和加工大型工件时的多处夹紧，在组合机床和自动线上使用比较广泛。（3）气液组合夹紧装置能量来源是压缩空气，它是利用压缩空气推动增压器活塞动作，并通过油缸推动活塞杆，从而夹紧工件。3.夹紧动力源装置（4）电动夹紧一般由电动机、减速装置和螺旋副等传动装置组成。噪声小，基本无环境污染，电力传输方便，因此在夹具中应用也较为广泛。（5）电磁夹紧一般作为机床附件的通用夹具，如平面磨床上的磁力吸盘等。由于电磁夹紧力不大，只适宜一些切削力较小的切削加工。（6）自夹紧装置直接利用机床的运动或切削力来进行夹紧，不需要另设夹紧动力源的装置称为自夹紧装置，如钻孔时刀具实现了工件的夹紧动作。（7）真空夹紧利用封闭腔内真空的吸力来夹紧工件，实质上是利用大气压力来夹紧工件，该机构特别适合于夹紧薄壁易变形的零件。14.3夹具的夹紧装置及其它组成部件设计机械制造基础第14章

机床夹具设计5414.3.2夹紧力三要素的确定由于在加工过程中，切削力的作用点、方向和大小可能都在变化，应按最不利的情况考虑。在实际的夹具设计中，夹紧力大小并非在所有情况下都需要计算。如对手动夹紧机构，常根据经验或类比法确定所需的夹紧力。对于关键工序所用的夹具，当需准确计算夹紧力时，常通过工艺试验来实测切削力的大小，然后计算夹紧力。将夹具和工件看成刚性系统，找出加工过程中对夹紧最不利的瞬时状态，按静力平衡条件进行分析计算。计算时，为使夹紧可靠，应将计算出的理论夹紧力Fl乘以安全系数K，作为实际夹紧力Fr，通常，K=1.5~3，粗加工时K=4.5-3，精加工时K=1.5-2。1.确定夹紧力大小图中，设切削力FPy=800N，FPz=200N，工件自重G=100N。静力平衡条件为考虑最不利情况，取y=l/5。将已知条件代入上式，得理论夹紧力为Fl=380N。取安全系数K=3，得实际夹紧力Fr=900N。FPyl-[Fl/10+Gl+F(2l-l/10)+FPzy]=014.3夹具的夹紧装置及其它组成部件设计机械制造基础第14章

机床夹具设计5514.3.2夹紧力三要素的确定1）应使定位基面与定位元件接触良好。当工件由几个表面组合定位时，主要夹紧力的方向应朝向主要定位基面。2）应与工件刚度最大的方向一致，以减小工件变形。2.确定夹紧力方向工件以A、B面定位镗孔K，要求保证孔的轴线与A面垂直。显然A面是主要定位基面，主要夹紧力应朝向该面。如果使夹紧力指向B面，则由于A面与B面间存在垂直度误差，α≠90°，将不能满足加工要求。加工薄壁套筒的两种夹紧方式，由于工件的径向刚度较差，用a的径向夹紧方式将产生过大的夹紧变形而无法保证加工精度。b的轴向夹紧方式，由于工件轴向刚度大，夹紧力产生的变形很小，加工精度容易保证。14.3夹具的夹紧装置及其它组成部件设计机械制造基础第14章

机床夹具设计5614.3.2夹紧力三要素的确定1）应使定位基面与定位元件接触良好。当工件由几个表面组合定位时，主要夹紧力的方向应朝向主要定位基面。2）应与工件刚度最大的方向一致，以减小工件变形。3）夹紧力的方向应尽量与工件受到的切削力、重力等的方向一致，以减小夹紧力。2.确定夹紧力方向14.3夹具的夹紧装置及其它组成部件设计机械制造基础第14章

机床夹具设计5714.3.2夹紧力三要素的确定1）夹紧力的作用点应正对支承元件或位于支承元件所形成的支承面内。2）夹紧力作用点应位于工件刚性较好的部位。3.确定夹紧力作用点薄壁件，如果必须在工件刚性较差的部位夹紧时，采用多点夹紧或使夹紧力均匀分布，以减小工件的夹紧变形。A处的夹紧力作用点位于支承元件之外，所产生的转动力矩可使工件发生翻转，破坏了工件的定位。图中B处的夹紧力作用点就处于正确位置。薄壁工件，必须在刚性差的部位夹紧，加一厚度较大的锥面垫圈，使夹紧力均匀地分布在薄壁上，就不会产生工件局部压陷。14.3夹具的夹紧装置及其它组成部件设计机械制造基础第14章

机床夹具设计5814.3.2夹紧力三要素的确定3）夹紧力的作用点应尽量靠近加工表面。3.确定夹紧力作用点夹紧力的作用点应尽量靠近加工表面，以减小切削力对夹紧点的力矩，防止或减小工件的加工振动或弯曲变形。对于有些由于结构限制而使夹紧力的作用点远离加工表面且刚性较差的工件，应在加工表面附近增加辅助支承及对应的附加夹紧力。FQ2就是这样的附加夹紧力。14.3夹具的夹紧装置及其它组成部件设计机械制造基础第14章

机床夹具设计5914.3.2夹紧力三要素的确定注意：（1）定位的夹紧力先动作，夹紧的夹紧力后动作。（2）夹紧元件只有在夹紧方向上移动，夹紧过程中才不致破坏定位。

14.3夹具的夹紧装置及其它组成部件设计机械制造基础第14章

机床夹具设计6014.3.2夹紧力三要素的确定问题：夹紧原理和结构改造14.3夹具的夹紧装置及其它组成部件设计机械制造基础第14章

机床夹具设计6114.3.2夹紧力三要素的确定问题：夹紧原理和结构改造斜楔直接夹紧斜楔杠杆夹紧14.3夹具的夹紧装置及其它组成部件设计机械制造基础第14章

机床夹具设计6214.3.3典型夹紧机构1.斜楔夹紧机构夹紧机构在夹紧时外力作用在楔块的大端，使楔块楔入夹具与工件之间，斜面移动，产生压力，工件夹紧。特点：1）自锁，在外力消除后，仍能保持工件处于夹紧状态而不松开；2）具有增力作用；3）夹紧行程小；4）可改变作用力的方向。由于斜楔夹紧机构夹紧力小，操作费时，生产中很少单独使用。14.3夹具的夹紧装置及其它组成部件设计机械制造基础第14章

机床夹具设计632.螺旋夹紧机构螺旋夹紧机构的夹紧过程是通过转动螺旋，使螺母在高度上发生变化，实现对工件的夹紧。其特点是结构简单，增力大，自锁性好，但夹紧动作较慢。单螺旋夹紧机构14.3.3典型夹紧机构14.3夹具的夹紧装置及其它组成部件设计机械制造基础第14章

机床夹具设计6414.3.3典型夹紧机构2.螺旋夹紧机构螺旋压板夹紧机构螺纹斜楔夹紧装置14.3夹具的夹紧装置及其它组成部件设计机械制造基础第14章

机床夹具设计6514.3.3典型夹紧机构2.螺旋夹紧机构螺旋快速夹紧装置快速撤离机构

带有开口垫圈的螺母夹紧

带开口压板的夹紧机构

快卸螺母14.3夹具的夹紧装置及其它组成部件设计机械制造基础第14章

机床夹具设计6614.3.3典型夹紧机构3.偏心夹紧机构用偏心件直接或间接夹紧工件的机构，称为偏心夹紧机构。常用的偏心件是圆偏心轮和偏心轴。操作方便、夹紧迅速，但夹紧力和行程较小。一般用于切削力不大、振动小、夹压面公差小的情况。与压板组成的偏心夹紧机构应用较为广泛。圆偏心夹紧机构，a、b用的是圆偏心轮，c用的是偏心轴，d用的是偏心叉14.3夹具的夹紧装置及其它组成部件设计机械制造基础第14章

机床夹具设计6714.3.4对刀装置设计用调整法进行铣削加工时，为确定工件相对于刀具的位置，铣床夹具一般设置对刀装置。对刀装置的结构形式取决于工件加工表面的形状。使用对刀块对刀时，为免刀具与对刀块直接接触而损坏刀刃或造成对刀块过早磨损，一般需要在对刀块与刀具之间放置塞尺来校准它们之间的相对位置。对刀装置应设置在便于对刀的位置，一般在工件的切入端。a是圆形对刀块，用于加工水平面；b是方形对刀块，用于加工相互垂直的平面；c是直角对刀块，d是侧装的直角对刀块，用于加工台阶或键槽时对刀。平塞尺和圆柱形塞尺，塞尺的结构、尺寸已标准化，平塞尺厚度一般为1mm、2mm、3mm，圆柱形塞尺直径常用3mm或5mm14.4机床夹具的设计方法及常用夹具机械制造基础第14章

机床夹具设计6814.4.1机床夹具的设计方法1.明确任务，收集资料2.拟订夹具结构方案，绘制夹具草图分析研究被加工零件的零件图、工序图、工艺规程等文件，了解零件的生产类型，本工序的加工要求、加工余量、定位基准及所使用的工艺装备等。收集有关资料，如机床的技术参数，夹具零部件的国家标准、部颁标准、企业标准和厂订标准，典型夹具结构图册，夹具设计指导资料等。1）设计定位装置；2）设计夹紧装置；3）选择或设计导向元件或对刀元件；4）确定其他元件或装置的结构形式，如定位键、分度装置等；5）确定夹具的总体结构及夹具在机床上的安装方式。对夹具的定位方案、夹紧方案、总体结构最好能拟订出几个不同的方案，画出草图，经过分析比较，选择最佳方案。14.4机床夹具的设计方法及常用夹具机械制造基础第14章

机床夹具设计6914.4.1机床夹具的设计方法3.绘制夹具总图总图设计步骤主视图取操作者面对机床所看到的夹具位置。用双点划线将工件的外形轮廓画在各视图相应位置上，待加工面上的加工余量可用网纹线表示。工件要看作透明体，不遮挡夹具任何线条。依次绘制定位件、夹紧装置和夹紧件、刀具的对刀或导引件、夹市本体及各个连接件等。结构部分绘制好后，标注必要的尺寸、配合和技术要求。总图设计过程中的几点要求定位件、夹紧件、导引件等元件的设计，应先参照有关标准和图册，选用合适的标准元件或组件。如果没有合适的标准元件和机构，才使用专用件或参考标准元件做一些适当的修改。在夹具的某些机构设计中，为了操作方便和防止将工件装反，可按具体情况设置止动销、障碍销或其他防止误装的标志。执行某种运动职能的机构和部件，必须运动灵活，以保证机构能够起到预期的运动要求。夹具中各专用零部件的结构工艺性要好，应易于制造、检测、装配和调整。夹具的结构要便于维修和更换零部件。适当考虑提高夹具的通用性，某些元件可设计成可调整的或可更换的。14.4机床夹具的设计方法及常用夹具机械制造基础第14章

机床夹具设计7014.4.1机床夹具的设计方法3.绘制夹具总图总图设计步骤夹具总图上尺寸的标注应标注的5类尺寸：①夹具的轮廓尺寸。即夹具的长、宽、高尺寸。②定位元件上定位表面的尺寸以及各定位表面之间的尺寸。③定位表面到对刀件或刀具导引件间的位置尺寸，以及导引件(如钻、镗会)之间的位置尺寸。④主要配合尺寸。为了保证夹具上各主要元件装配后能够满足规定的使用要求，需要将其配合尺寸和配合性质在图上标注出来。⑤夹具与机床的联系尺寸。与夹具在机床上安装时有关的尺寸，用以确定夹具在机床上的正确位置。车床类夹具，主要指夹具与机床主轴端的连接尺寸；刨、铣夹具，是指夹具上的定向键与机床工作台T形槽之间的配合尺寸。升降式夹具要注明最高和最低尺寸；回转式夹具要注出间转半径或直径，以便于检查夹具与机床、刀具的相对位置有无干涉现象，以及夹具在机床上安装的可能性。夹具上主要角度公差般按工件相应角度公差的1/5~1/2选取，常取为±10'，要求严格的可取士±5'~±1'。夹具上主要元件间的位置尺寸公差和角度公差一般是按工件相应公差的1/5~1/2取值的，有时甚至还取得更严格些。夹具上主要元件之间的尺寸应取工件相应尺寸的平均值，其公差一般取±0.02~±0.05mm。当工件公差值较小时，宜取工件相应尺寸公差的1/3~1/2；当工件公差值较大时，宜取工件相应尺寸公差的1/5~1/3来做夹具上相应位置尺寸的公差。14.4机床夹具的设计方法及常用夹具机械制造基础第14章

机床夹具设计7114.4.1机床夹具的设计方法3.绘制夹具总图夹具总图上技术要求目的：在于限制定位件和导引件等在夹具体上的相互位置误差，以及夹具在机床上的安装误差。①定位件之间或定位件对夹具体底面之间的相互位置精度要求。②定位件与导引件之间的相互位置要求。例如，规定定位件与钻套或镗套轴线间的垂直度(或平行度)要求，是保证工件被加工孔位置精度所必须的。③对刀件与校正面间的相互位置要求。如铣床夹具上对刀块的工作表面要求是不大于100:0.03。④夹具在机床上安装时的位置精度要求。如车床类夹具的校正环与所用机床旋转轴线的同轴度要求(-般要求其跳动量不大于0.02mm);铣床类夹具安装时，校正面与机床工作台送进方向间的平行度要求等。位置公差的数值，通常是根据工件的精度要求，并参考类似的机床夹具来确定的。当它与工件加工的技术要求直接相关时，可以取工件相应位置公差的1/5~1/2，最常用的是取工件相应公差的1/3~1/2。当工件未注明要求时，夹具上的那些主要元件间的位置公差，可以按经验取为(100:0.02)~(100:0.05)mm，或对于工件的全长来说不大于0.03~0.05mm。14.4机床夹具的设计方法及常用夹具机械制造基础第14章

机床夹具设计7214.4.1机床夹具的设计方法4.绘制零件图5.检查非标准零件都要绘制零件图，并按总图要求确定零件的尺寸、公差和技术条件。由于夹具上的专用零件的制造属于单件生产，精度要求又高，根据夹具精度要求和制造的特点，有些零件必须在装配中再进行相配加工，有的应在装配后再做组合加工，所以这样的零件在工作图上应该有明确注明。例如，在夹具体上用以固定钻模板、对刀块等类元件位置用的销钉孔，就应在装配时进行加工。根据具体工艺方法的不同，在夹具的有关零件图上可注明:“两孔和件x同钻铰”或“两销孔按件x配作"。再如，对于要严格保证间隙和配合性质的零件，应在零件图上注明:“与件x相配，保证总图要求”等。当结构方案拟订完成之后，就应对夹具的方案进行精度分析和估算了。在夹具总图设计完成后，还有必要根据夹具有关元件和总图上的配合性质及技术要求等再进行一次复算。1）干涉检查，工作时，夹具不能和刀具、机床运动部件有干涉。2）运动检查，夹具中运动零件的位置不应受阻，如夹紧位置、松开位置和运动过程都不能和和其它元件有干涉和碰撞。3）定位调整，为保证不同批次毛坯件的尺寸差异，应设计一些可调整结构。4）防止误定位，对外形对称的工件，可注意工件上的工艺标记，或在夹具结构上采取措施，防止误装。14.4机床夹具的设计方法及常用夹具机械制造基础第14章

机床夹具设计7314.4.2车床夹具设计在车床上用来加工工件的内外回转面及端面的夹具称为车床夹具。车床夹具有两大类：一类是安装在主轴上的夹具，另一类是安装在床身或大拖板上的夹具。安装在车床主轴上的夹具，分为4类。1）卡盘和夹头式车床夹具，以工件外圆为定位基面，如三爪自定心卡盘及各种定心夹紧卡头等。2）心轴式的车床夹具，以工件内孔为定位基面，如各种定位心轴（刚性心轴）、弹簧心轴等。3）以工件顶尖孔定位的车床夹具，如顶尖、拨盘等。4）角铁和花盘式夹具，以工件的不同组合表面定位。14.4机床夹具的设计方法及常用夹具机械制造基础第14章

机床夹具设计7414.4.2车床夹具设计要求工件加工面的轴线必须和车床主轴的旋转轴线重合。对于如支座、壳体等工件，工件的回转表面与工序基准之间有尺寸要求或相互位置精度时，应以夹具回转轴线为基准来确定定位元件工作表面的位置。1.定位装置车削时，工件除受切削扭矩的作用外，整个夹具还受离心力的作用，而且工件定位基准的位置相对于切削力和重力的方向是变化的。夹紧机构所产生的夹紧力必须足够，自锁性能要好，以防止工件在加工过程中松动。2.夹紧装置14.4机床夹具的设计方法及常用夹具机械制造基础第14章

机床夹具设计7514.4.2车床夹具设计夹具的回转轴线与车床的回转轴线必须有较高的同轴度。安装方式：1）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，这种连接方式定心精度较高。2）径向尺寸较大的夹具，一般通过过渡盘与车床主轴连接。3.车床夹具与机床的连接a）主轴前端锥孔b）主轴前端外圆柱面c）主轴前端短圆锥面

d）主轴前端长圆锥面1-主轴；2-过渡盘；3-夹具；4-拉杆；5-键；6-锁紧螺母；7-螺栓14.4机床夹具的设计方法及常用夹具机械制造基础第14章

机床夹具设计7614.4.2车床夹具设计1）结构紧凑、悬伸短。2）平衡。要保证夹具的重心和主轴的回转轴线同轴，就要对车床夹具进行平衡设计。平衡的方法有两种：设置配重块或加工减重孔。配重块上应开有弧形槽或径向孔，以便调整配重块的位置。3）安全。应设计成圆形结构，各个元件（包括工件）一般不允许突出在夹具体的圆形轮廓之外。防止切屑缠绕和冷却润滑液的飞溅等问题，必要时可设置防护罩。4.夹具总体结构要求配重块14.4机床夹具的设计方法及常用夹具机械制造基础第14章

机床夹具设计7714.4.3铣床夹具设计按铣削时的进给方式不同，可分为：1）直线进给式铣床夹具。安装在铣床工作台上，在加工中随工作台按直线进给方式运动。按照在夹具中同时安装工件的数目和工位多少分为：单件加工、多件加工和多工位加工夹具。2）圆周进给式铣床夹具。多用在回转工作台或回转鼓轮的铣床上，依靠回转台或鼓轮的旋转将工件顺序送入铣床的加工区域，实现连续切削。在切削的同时，可在装卸区域装卸工件，使辅助时间与机动时间重合，是一种高效率的铣床夹具。3）靠模进给式铣床夹具。带有靠模的夹具，适用于专用或通用铣床上加工各种非圆曲面。用于在卧式铣床上加工法兰盘上的两个平面，工件以端面和中心的孔为定位基准，在支承板和定位销上实现5点定位，采用气缸通过联动的铰链机构带动压爪夹紧工件。14.4机床夹具的设计方法及常用夹具机械制造基础第14章

机床夹具设计7814.4.3铣床夹具设计双工位回转铣削的铣床夹具多件装夹的铣床夹具14.4机床夹具的设计方法及常用夹具机械制造基础第14章

机床夹具设计7914.4.3铣床夹具设计盖板式平面铣夹具料仓式铣床夹具14.4机床夹具的设计方法及常用夹具机械制造基础第14章

机床夹具设计8014.4.3铣床夹具设计设计要求：工件定位可靠，夹紧力足够大，手动夹紧时夹紧机构要有良好的自锁性能，夹具上各组成元件应具有较高的强度和刚度。有确定刀具位置和夹具方向的对刀装置和定位键。具体要求：1）定位方案确定，应注意定位的稳定性。尽量选加工过的平面为定位基面，定位元件要用支承板，且距离尽量远一些，以提高定位稳定性；用毛坯面定位时，定位元件要用球头支承钉，可采用自位支承或辅助支承提高定位稳定性，以避免加工时产生振动。2）夹紧机构刚性要好，有足够的夹紧力，力的作用点要尽量靠近加工表面，并夹紧在工件刚性较好的部位，以保证夹紧可靠、夹紧变形小。对于手动夹具，夹紧机构应具有良好的自锁性能。3）夹具的重心要尽可能低，夹具体与机床工作台的接触面积要大。夹具体的高度与宽度比一般为H/B≤1~1.25。4）切屑流出及清理方便。大型夹具应考虑排屑口、出屑槽；对不易清除切屑的部位和空间应加防护罩。加工时采用切削液时，夹具体设计要考虑切削液的流向和回收。为提高生产率，可安排工件多件加工，夹紧应采用快速夹紧、联动夹紧等高效夹紧装置。大型铣床夹具，在夹具体上还要设置悬吊装置，以便搬运。14.4机床夹具的设计方法及常用夹具机械制造基础第14章

机床夹具设计8114.4.4钻夹具设计钻床夹具简称钻模，它一般由钻套、钻模板、定位元件、夹紧装置和夹具体组成。根据夹具的总体结构和钻模板的特点，生产中使用的钻模有固定式、回转式、移动式、翻转式、盖板式、铰链式、滑柱式钻模等结构。1.钻套在钻、扩、铰加工时，钻套用来引导刀具以保证被加工孔的位置精度（1）标准钻套。有固定钻套、可换钻套和快换钻套等。固定钻套 可换钻套快换钻套 长型快换钻套

薄壁钻套14.4机床夹具的设计方法及常用夹具机械制造基础第14章

机床夹具设计8214.4.4钻夹具设计1.钻套（2）特殊钻套a）小孔距钻套

b）加长钻套

c）斜面钻套14.4机床夹具的设计方法及常用夹具机械制造基础第14章

机床夹具设计8314.4.4钻夹具设计2.钻模（1）固定式钻模特点：钻模用螺钉压板固定在机床上，用于在立式钻床上加工单孔或在摇臂钻床上加工位于同一方向上的平行孔系。由于它在机床上的位置固定，故所加工孔精度较高。1-夹具体；2-V形块；3-偏心压板；4-钻套；5-手动拔销14.4机床夹具的设计方法及常用夹具机械制造基础第14章

机床夹具设计8414.4.4钻夹具设计2.钻模（1）固定式钻模14.4机床夹具的设计方法及常用夹具机械制造基础第14章

机床夹具设计8514.4.4钻夹具设计2.钻模（2）回转式钻模用于加工工件上同一圆周上平行孔系或加工分布在同一圆周上的径向孔系。基本形式有立轴、卧轴和倾斜轴三种。工件一次装夹中，靠钻模依次回转加工各孔，因此这类钻模必须有分度装置。使用方便、结构紧凑，在成批生产中广泛使用。回转分度部分多采用标准回转工作台。1-工件；2-定位销轴；3-挡销；4-定位套；5-分度对定销；6-手钮；7-手柄；8-衬套；9-开口垫圈；10-螺母；11-分度盘；12-钻模套；13-夹具体14.4机床夹具的设计方法及常用夹具机械制造基础第14章

机床夹具设计8614.4.4钻夹具设计2.钻模（2）回转式钻模用于加工工件上同一圆周上平行孔系14.4机床夹具的设计方法及常用夹具机械制造基础第14章

机床夹具设计8714.4.4钻夹具设计2.钻模（3）盖板式钻模没有夹具体，只有一块钻模板，在钻模板上除了装钻套外，还有定位元件和夹紧装置。特点：定位元件、夹紧装置及钻套均设在钻模板上，结构简单、制造方便、成本低、加工孔的位置精度较高。加工小孔的钻模，因切削力矩小，可不设夹紧装置。每次需从工件上装卸，钻模的重量一般不超过10kg。用途：床身、箱体等大型工件上的小孔加工。中小批量生产，凡需钻、扩、铰后立即进行倒角、锪平面、攻螺纹等工步时。14.4机床夹具的设计方法及常用夹具机械制造基础第14章

机床夹具设计8814.4.4钻夹具设计2.钻模（4）滑柱式钻模带有升降台的通用可调夹具，多与组合机床或多轴箱联合使用，在生产中应用较广。平台上可根据需要安装定位装置，钻模板上可设置钻套、夹紧元件及定位元件等。钻模板5的位置由导向滑柱2来确定，并悬挂在滑柱上，通过弹簧1和横梁6与机床主轴或主轴箱连接14.4机床夹具的设计方法及常用夹具机械制造基础第14章

机床夹具设计8914.4.4钻夹具设计2.钻模（5）移动式钻模用在立式钻床上，先后钻削工件同一表面上的多个孔，属于小型夹具，被加工的孔径一般小于10mm。移动方式：自由移动，让钻套去对准钻头；定向移动，用专门设计的导轨和定程机构来控制移动的方向和距离。（6）翻转式钻模一般用手进行翻转。夹具和工件总重量不能太重，一般不超过10kg。主要用于加工小型工件分布在不同表面上的孔，可以减少安装次数，提高各被加工孔的位置精度，其加工批量不宜过大。14.4机床夹具的设计方法及常用夹具机械制造基础第14章

机床夹具设计9014.4.4钻夹具设计2.钻模（6）翻转式钻模14.4机床夹具的设计方法及常用夹具机械制造基础第14章

机床夹具设计9114.4.5组合夹具（1）槽系组合夹具按照尺寸系列，有小型、中型和大型三种。由基础件、支承件、定位件、导向件、夹紧件、紧固件、其他件、合件等8大类零件组成。连接基面为T形槽，元件由键和螺栓等元件定位紧固连接。（2）孔系组合夹具由8大类元件组成，元件与元件之间用两