《铁路运输设备》-07

项目七机床夹具基础知识任务一初步认识夹具及定位原理任务二认识工件在夹具中的定位任务三认识工件在夹具中的夹紧任务四估算工件在夹具中的加工误差及

夹具误差任务五设计机床夹具机床夹具是机械加工工艺系统的一个重要组成部分。机械加工中，在机床上确定工件相对于刀具正确加工位置的过程称为定位；为防止在加工时工件因受外力作用（如切削力、惯性力、离心力和重力等）而破坏定位，在已定好的位置上，将工件可靠夹住的过程称为夹紧。定位和夹紧两个过程合称为装夹，实现工件装夹的工艺设备称为机床夹具，如车床上的三爪自定心卡盘和铣床上的台虎钳等。一、夹具的功用工件的装夹方法有两种：①直接装夹在机床上；②用夹具装夹在机床上。工件直接装夹在机床上时，一般要先按图样要求在工件表面划线，装夹时用划针或百分表找正后夹紧。这种方法生产率低，且对工人的技术水平要求较高，一般用于单件和小批生产。成批及大量生产时一般采用夹具装夹工件。夹具的功用主要体现在以下几个方面。保证加工精度：采用夹具装夹时，工件相对于机床和刀具的位置由夹具来保证，基本不受工人技术水平的影响，因而能较容易、较稳定地保证工件的加工精度。提高生产率：采用夹具装夹时，工件不需划线找正，定位和夹紧方便、迅速，显著减少辅助时间，提高生产率。扩大机床的工艺范围：使用专用夹具可以改变机床的用途、扩大机床的使用范围，实现一机多能。例如，在车床或摇臂钻床上安装镗模夹具后，就可以对箱体孔系进行镗削加工。减轻劳动强度：使用专用夹具，特别是自动化程度较高的专用夹具，可以减轻工人的劳动强度，改善劳动条件，保证安全。一、夹具的功用二、夹具的组成机床夹具的种类虽然繁多，但它们都是由定位元件、夹紧装置、夹具体和其他装置及元件组成的。1．定位元件定位元件用来确定工件在夹具中的正确位置。例如，钻削下页图a所示后盖零件上10mm孔时，应选用下页图b所示的后盖钻夹具。该夹具上的圆柱销、菱形销和支承板都是定位元件，通过它们使工件在夹具中占据正确的位置。2．夹紧装置夹紧装置用来固定工件定位后的位置，保证在加工过程中，工件不会因外力作用而离开正确位置。如下页图b所示的螺杆（与圆柱销合成一个零件）、螺母和开口垫圈组成了夹紧装置。二、夹具的组成（a）后盖零件简图（b）后盖钻夹具二、夹具的组成3．夹具体夹具体是机床夹具的基础件，用于支承和连接夹具的各种元件和装置，使之成为一个整体，如上页图b所示的夹具体。夹具体主要有铸造夹具体、型材夹具体、焊接夹具体和锻造夹具体4种，其中，生产中应用较多的是铸造夹具体和型材夹具体。4．其他装置或元件除上述基本组成部分外，有些夹具根据需要还设置了一些其他装置或元件，如分度装置、对刀或引导装置和安全保护装置等。如上页图b所示的钻套和钻模板就是为了引导钻头而设置的引导装置。三、夹具的分类1．按使用特点分按使用特点，夹具可分为通用夹具、专用夹具、成组夹具、组合夹具和拼装夹具等。（1）通用夹具通用夹具是指已标准化、可用于加工一定范围内不同工件的夹具，如三爪自定心卡盘、分度头和平口钳等。这类夹具通常作为机床附件由专门工厂生产，其特点是使用范围广，但操作费时，生产率低，因此适用于单件、小批量生产。（2）专用夹具专用夹具是指为某一工件的某一工序专门设计的夹具。这类夹具结构紧凑，操作简便，生产率高，但设计周期长且产品更换后就无法再次使用，因此适用于大批量生产。三、夹具的分类（3）成组夹具成组夹具是指根据成组工艺的要求，针对一组形状、尺寸及工艺相似的工件所设计的夹具。这类夹具主要用于多品种、成批生产中，尤其适用于成组生产。（4）组合夹具组合夹具是指由预先制造好的通用标准部件经组装而成的夹具。夹具用完即可拆卸，留待组装新的夹具，因此适用于新产品试制、单件、小批量或大批量生产。（5）拼装夹具拼装夹具是指在成组工艺基础上，用标准化、系列化的夹具零部件拼装而成的夹具。它有组合夹具的优点，比组合夹具有更好的精度和刚性、更小的体积和更高的效率，主要用作数控机床夹具。三、夹具的分类2．按适用的机床分3．按夹紧动力源分按夹紧动力源，夹具可分为手动夹具、液压夹具、气动夹具、电动夹具和磁力夹具等。按适用的机床，夹具可分为车床夹具、铣床夹具、磨床夹具、镗床夹具和齿轮加工机床夹具等。四、定位原理1．六点定位原理一个自由的物体对3个互相垂直的坐标系来说有6种活动的可能性，它可朝3个方向移动，也可绕3个方向转动。习惯上把这6种活动的可能性称为自由度。如下页图a所示，一个在空间处于自由状态的物体共有6个自由度，即沿X，Y，Z3个坐标轴移动的自由度，，，以及绕X，Y，Z3个坐标轴转动的自由度，，。要确定工件在夹具中的位置，就必须限制其6个自由度。通常，一个支承点限制工件的一个自由度，因此，如果用空间合理布置的6个支承点限制工件的6个自由度，则工件在夹具中的位置将会完全确定，这一原理称为六点定位原理。如下页图b所示，在底面XOY内的3个支承点限制了，和3个自由度；在侧面YOZ内的两个支承点限制了和两个自由度；在端面XOZ内的一个支承点限制了一个自由度。四、定位原理（a）空间物体的6个自由度（b）工件的六点定位四、定位原理在应用六点定位原理对工件进行定位时，应注意以下几点：①定位支承点是由定位元件抽象而来的。在夹具中，定位支承点是通过定位元件来体现的，即支承点常用线或面来代替。②定位支承点与工件定位基面必须始终保持紧密贴合，不得脱离，否则就失去了定位的作用。③定位和夹紧是两个不同的概念。分析定位支承点的定位作用时，除了工件自身的重力外，不考虑其他外力作用；而夹紧则是指使工件在外力作用下仍能保持正确位置。对于一般夹具，先定位，再夹紧；对于自定心夹具，定位和夹紧同时进行。④支承点的位置必须合理分布，否则不能有效地限制6个自由度。四、定位原理2．工件定位情况分析工件在空间有6个自由度，但并不是每次加工都要限制6个自由度，而是应根据加工要求来选择。对影响加工要求的自由度必须限制；不影响加工要求的自由度，则可以限制，也可以不限制，视具体情况而定。根据工件的加工要求，工件在夹具中的定位情况主要有完全定位、不完全定位、欠定位和过定位4种。（1）完全定位完全定位是指工件的六个自由度都被限制的定位。如P17页图a所示，在工件上铣削键槽时，其3个坐标轴的移动和转动方向上均有尺寸及相互位置的要求，因此，必须采用完全定位，限制其全部的6个自由度。（2）不完全定位（3）欠定位欠定位是指根据工件的加工要求，应该限制的自由度没有被完全限制的定位。欠定位不能保证加工要求，因而是不允许的。四、定位原理不完全定位是指工件被限制的自由度数少于6个，但仍能保证加工要求的定位。如下页图b所示，在工件上铣台阶面时，工件沿Y轴的移动自由度对工件的加工要求无影响，可以不限制，所以，此处可以采用不完全定位，只限制五个自由度。如下页图c所示，加工上表面时，工件只有厚度和平行度的要求，所以，只需限制，和3个自由度即可。四、定位原理（a）（b）（c）（4）过定位过定位又称为重复定位，是指工件的一个或几个自由度被定位元件重复限制的定位。四、定位原理过定位是否允许，视情况而定。如果工件定位面的形状、尺寸和位置精度均较高，过定位是允许的，此时，过定位还可以提高工件装夹的刚度和稳定性；反之，如果工件的定位面是毛坯面或加工精度不高，过定位是不允许的，因为它可能会造成定位不准确、不稳定或发生定位干涉等情况。如下页图a所示，加工连杆大孔的定位方案中，长圆柱销限制了，，和4个自由度，支承板限制了，和3个自由度。显然，和被2个定位元件重复限制，出现了过定位。四、定位原理如果工件孔与端面垂直度很好，此过定位是允许的。但如果工件孔与端面垂直度误差较大，且孔与销间隙又很小，则会出现以下两种情况。①如果长圆柱销刚度好，定位后工件歪斜，端面只有一点接触，如左图b所示。②如果长圆柱销刚度不足，夹紧后长圆柱销将歪斜，工件也可能变形，如左图c所示。四、定位原理这两种情况都会引起加工大孔的方向误差和位置误差，使连杆两孔的轴线不平行。最简单的解决办法是将长圆柱销改成短圆柱销。由于短圆柱销仅限制和两个自由度，和的重复定位就被避免了。五、基准和定位副1．基准基准是指用来确定工件或零件上某些点、线、面的位置所依据的点、线、面。按其功用不同，基准可分为设计基准和工艺基准。（1）设计基准设计基准是指在零件图上所采用的基准。例如，在右图所示工件上铣缺口，加工尺寸为A和B。其中，尺寸A的设计基准为F面，尺寸B的设计基准为C面。（2）工艺基准工艺基准是指在工艺过程中所采用的基准。工艺基准可分为定位基准、工序基准、测量基准和装配基准。1）定位基准定位基准是指在加工中用作定位的基准，它是工件上与夹具定位元件直接接触的点、线、面。定位基准又可分为粗基准、精基准和附加基准等。粗基准：是指使用未经机械加工的表面作为定位基准。在机械加工的第一道工序中，使用工件毛坯表面作为定位基准，由于毛坯表面未经过机械加工，故此时的定位基准为粗基准。精基准：是指使用经过机械加工的表面作为定位基准。在机械加工中，除了第一道工序外，其余各工序都以经过加工的表面作为定位基准，这些定位基准均为精基准。附加基准：是指零件上根据机械加工工艺需要而专门设计的定位基准。例如，下页图所示中，为保证工件加工面的装夹稳定而专门设置的工艺凸台即为附加基准。五、基准和定位副2）工序基准工序基准是指在工序图上用来确定本工序加工表面位置的基准。例如，在P21页图所示工件的加工中，若以C面和E面为定位基准，尺寸A的工序基准为F面，尺寸B的工序基准为D面。3）测量基准测量基准是指在加工中或加工后进行测量时所使用的基准。例如，P22页图所示工件，若以C面和E面为定位基准进行加工时，尺寸A的测量基准为F面，尺寸B的测量基准为D面；而加工后，尺寸A的测量基准为F面，尺寸B的测量基准为C面。五、基准和定位副4）装配基准装配基准是指在装配时用来确定零件在产品中相对位置所采用的基准。装配基准通常与设计基准是一致的。2．定位基准和定位副（1）定位基准和定位基面工件的定位基准有各种形式，如外圆柱面、内圆柱面、圆锥面、球面和平面等。当工件以回转面（如圆柱面、圆锥面和球面等）定位时，工件上的回转面称为定位基面，其轴线称为定位基准，如下页图a所示。当工件以平面定位时，工件的实际表面为定位基面，其理想状态（平面度误差为零）为定位基准，如下页图b所示。当平面度误差很小时，可以认为定位基面为定位基准。五、基准和定位副五、基准和定位副（a）（b）五、基准和定位副（2）限位基准和限位基面限位基准是指定位元件上与工件定位基准相对应的点、线、面。当定位元件以回转面限位时，定位元件上与定位基面相接触的工作表面称为限位基面，其轴线称为限位基准。如上页图a所示，定位元件为圆柱芯轴，芯轴的轴线为限位基准，芯轴的圆柱面为限位基面。当定位元件以平面限位时，定位元件的这个平面为限位基面，其理想状态为限位基准。当平面度误差很小时，也可以认为限位基面为限位基准。（3）定位副工件上的定位基面和与之相接触（或配合）的定位元件的限位基面合称为定位副。如上页图a所示，工件的内孔表面与定位元件芯轴的圆柱表面就可合称为一对定位副。课堂讨论——辨认定位元件和夹紧装置在学习了夹具的基本组成及定位原理后，请同学们分组讨论下图所示夹具的组成，分别指出其中的定位元件和夹紧装置。（a）四爪自定心卡盘（b）组合夹具课堂讨论——切屑的形状及其控制点拨：上页图a四爪自定心卡盘的四爪是联动的，并能自动定心，因此其定位元件和夹紧装置都是卡爪。上页图b组合夹具中，中间的推块为定位元件，螺栓和螺母为夹紧装置。任务一

初步认识夹具及定位原理任务二

认识工件在夹具中的定位任务三认识工件在夹具中的夹紧任务四估算工件在夹具中的加工误差及

夹具误差任务五设计机床夹具一、常见定位方式常见定位方式有以平面定位、以圆孔定位和以外圆柱面定位3种，其所能限制工件自由度的情况如P31-P34表所示。工件定位基面定位元件定位简图定位元件特点限制的自由度

支承钉

1，2，3－

，

，

4，5－

，

6－

支承板

1，2－

，

，

3－

，

平面一、常见定位方式定位销（芯轴）短销（短芯轴）

，长销（长芯轴）

，

，

菱形销短菱形销长菱形销

，锥销

，，1－固定锥销2－活动锥销

，，

，

圆孔续表一、常见定位方式续表工件定位基面定位元件定位简图定位元件特点限制的自由度支承板或

支承钉短支承板或

支承钉长支承板或

两个支承钉

，V形块窄V形块

，宽V形块

，

，

外圆柱面一、常见定位方式续表定位套短套，长套，

，

半圆套短半圆套，长半圆套，

，

锥套

，，1－固定锥销2－活动锥销，，

，

外圆柱面二、常见的定位元件

1．对定位元件的基本要求（1）足够的精度（2）较好的耐磨性定位元件的限位基面应有足够的精度，以保证工件的定位精度。（3）足够的强度和刚度由于定位元件的限位基面经常与工件接触和摩擦，容易磨损，因此要求其耐磨性要好，以提高夹具的使用寿命和定位精度。在加工过程中，定位元件要承受工件重力、夹紧力和切削力等，因此应有足够的强度和刚度，以免使用中变形或损坏，影响工件的定位精度。二、常见的定位元件

2．常见定位元件（4）良好的工艺性定位元件的结构应力求简单、合理，便于制造、装配和维修。按工件定位基面形状的不同，常见定位元件可分为以下几种。

用于平面定位的定位元件：包括主要支承和辅助支承。用于孔定位的定位元件：包括定位销（圆柱定位销和圆锥定位销）、芯轴（圆柱芯轴和小锥度芯轴）等。用于外圆柱面定位的定位元件：包括V形块、定位套和半圆定位座等。二、常见的定位元件（1）用于平面定位的定位元件主要支承是用来限制工件的自由度，起定位作用的。常用的主要支承有固定支承、自位支承和可调支承3种。①固定支承固定支承有支承钉和支承板2种形式，其结构和尺寸均已标准化。在使用过程中，它们都是固定不动的。1）主要支承二、常见的定位元件

支承钉：有平头、球头和齿纹头3种。其中，平头支承钉适用于面积较小且已经过加工的平面定位，如图a所示；球头支承钉适用于粗糙不平的毛坯面定位，如图b所示；齿纹头支承钉适用于工件的侧面定位，如图c所示。（a）（b）（c）二、常见的定位元件支承板：用于面积较大、平面度较高的精基准面定位，有不带斜槽和带斜槽两种。其中，不带斜槽的支承板适用于侧面定位，如图a所示；带斜槽的支承板便于清除切屑，适用于底面定位，如图b所示。（a）（b）二、常见的定位元件②自位支承自位支承又称为浮动支承，在定位过程中能自动调整位置，适用于工件以毛坯定位或工件刚性较差的场合。如图所示，自位支承有2或3支承点，但由于其自位和浮动作用，只限制了工件一个方向的自由度，起一个支承点的作用。（a）两点式自位支承（b）三点式自位支承二、常见的定位元件③可调支承可调支承用于在工件定位过程中支承钉的高度需要调整的场合。如图所示，可根据需要调整支承钉，调整后用螺母锁紧。（a）（b）（c）二、常见的定位元件工件定位后，往往会由于刚性差，在其自身重力、切削力或夹紧力等作用下发生变形，从而影响加工质量，此时就需要增设起辅助定位作用的辅助支承。辅助支承不起限制工件自由度的作用，在工件定位夹紧后才参与工作，故每次加工均需调整支承点高度。常见的辅助支承有螺旋式辅助支承、推引式辅助支承和自动调节支承等。其中，下页图a所示为螺旋式辅助支承，其结构与可调支承相近，但操作过程不同，螺旋式辅助支承不起定位作用，且不用螺母锁紧，可调支承起定位作用，需用螺母锁紧；下页图b所示为推引式辅助支承，工件定位后推动手轮，使滑柱与工件接触，然后转动手轮，使斜楔开槽部分涨开而锁紧；下页图c所示为自动调节支承，弹簧推动滑柱与工件接触，转动手柄，通过滑块锁紧滑柱，使其承受外力。2）辅助支承二、常见的定位元件（a）（b）（c）（2）工件以内孔定位的定位元件定位销有圆柱定位销和圆锥定位销两种。1）定位销二、常见的定位元件①圆柱定位销圆柱定位销（圆柱销）的结构和尺寸已标准化，不同直径的圆柱销有其相应的结构形式，可根据工件定位内孔的直径选用，但是为了便于装入工件，所有圆柱销的头部均有15°倒角。圆柱销可分为固定式和可换式两种，其中，固定式圆柱销可通过过盈配合直接装在夹具体上，如图a～c所示；可换式圆柱销如图d所示。3<D<1010<D<18D>18（a）（b）（c）（d）二、常见的定位元件在实际应用中，还会用到菱形销。菱形销又称为削边销，是由圆柱销削边所得到的，如图e～g所示。例如，需要一面两孔定位（一个平面及与该平面垂直的两孔为定位基准）时，为了避免两孔都用圆柱销产生的过定位现象，常将其中一个圆柱销改为菱形销。因此，生产中，一面两孔的定位元件一般为一平面、一短圆柱销及一短菱形销，如下右图所示。3<D<1010<D<18D>18（e）（f）（g）二、常见的定位元件②圆锥定位销在加工套筒、空心轴等工件时，经常用到圆锥定位销（圆锥销），如下图所示。其中，图a所示形式的圆锥销主要用于粗基准；图b所示形式的圆锥销主要用于精基准。工件在单个圆锥销上定位时容易倾倒，因此圆锥销一般与其他元件组合定位。（a）（b）二、常见的定位元件芯轴主要用于套类、盘类零件的车削、磨削和齿轮加工中。为了便于夹紧和减小因配合间隙造成的工件倾斜，常以孔和端面联合定位，因此，工件的定位内孔和基准端面应有较高的垂直度。常见的芯轴有圆柱芯轴、小锥度芯轴和花键芯轴等，其各自的特点如下。圆柱芯轴：常采用孔和端面联合定位，要求定位内孔和基准端面的垂直度较高，其装卸方便，但定位精度不高，如图a所示。小锥度芯轴：采用过盈配合，制造简单，定位精度高，不用另设夹紧装置，但装卸不便，适用于工件定位精度不低于IT7的精车和磨削加工，不能用于端面加工，如图b所示。花键芯轴：适用于以花键孔定位的工件，如图c所示。2）芯轴二、常见的定位元件（c）（b）（a）二、常见的定位元件（3）工件以外圆柱面定位的定位元件V形块是由两个斜面组成的槽形定位元件，具有良好的对中性，能使工件的定位基准（轴线）处在V形块的对称平面上。V形块两斜面间的夹角常取60°，90°和120°三种，其中，90°V形块应用最多。90°V形块的典型结构和尺寸已标准化，使用时可根据定位圆柱面的长度和直径进行选择。V形块的结构有多种形式，下页图a所示V形块适用于较长的、经过加工的圆柱面定位；下页图b所示V形块适用于较长的、未经加工的圆柱面定位；下页图c所示V形块适用于尺寸较大的重型工件的圆柱面定位，其底座采用铸件，V形面支承面板采用淬火钢件，以减少磨损。1）V形块二、常见的定位元件除了上述固定V形块外，生产中还经常采用活动V形块。活动V形块除具有定位作用外，还具有夹紧作用。（a）（b）（c）二、常见的定位元件当工件定位圆柱面精度较高（一般不低于IT8）时常选用定位套或半圆定位座定位，如图7所示。其中，定位套常与端面联合定位，以限制工件的轴向移动自由度；半圆形定位座主要适用于大型轴类和曲轴等不宜以整个圆孔定位的工件。2）定位套和半圆定位座（a）定位套（b）半圆定位座课堂讨论——讨论常见定位元件实际加工中所用到的夹具非常多，它们的类型也多种多样，但所有夹具定位元件的工作原理是基本一致的，现在请同学们分组讨论常用定位元件的类型及其特点。课堂讨论——观察积屑瘤点拨：常见定位元件可分为用于平面定位的定位元件（包括主要支承和辅助支承）、用于孔定位的定位元件（包括定位销、芯轴）、用于外圆柱面定位的定位元件（包括V形块、定位套和半圆定位座）。任务一

初步认识夹具及定位原理任务二认识工件在夹具中的定位任务三

认识工件在夹具中的夹紧任务四估算工件在夹具中的加工误差及

夹具误差任务五设计机床夹具在工件定位之后、切削加工之前，必须用夹紧装置将工件夹紧，使工件加工时在切削力、重力和惯性力等作用下不会产生位移或振动，从而保证加工质量。本任务将主要对夹紧装置的组成、夹紧力三要素的确定、定位和夹紧符号、常用夹紧装置进行介绍。一、夹紧装置的组成和基本要求1．夹紧装置的组成夹紧元件是指夹紧装置的最终执行元件，它直接与工件接触，把工件夹紧。如下页图所示的压板就是夹紧元件。夹紧装置主要由夹紧元件、力源装置和中间传力机构组成。（1）夹紧元件力源装置是指提供原始夹紧力的装置。常用的力源装置有液压装置、气压装置、电磁装置、电动装置、气液联动装置和真空装置等。如下页图所示的活塞杆、液压缸和活塞组成了液压力源装置。当然有些夹紧装置没有专门的力源装置而是以人力为力源，这种夹紧称为手动夹紧。（2）力源装置一、夹紧装置的组成和基本要求中间传力机构是指将力源装置产生的力传递给夹紧元件的机构。中间传力机构在传递力的过程中起着自锁和改变力的大小、方向、作用点的作用。如图所示的铰链臂就是中间传力机构。（3）中间传力机构2．对夹紧装置的基本要求①夹紧过程中不应改变工件定位后所占据的正确位置。②夹紧力的大小要适当，既要保证在加工过程中工件的位置稳定不变、振动小，又不能使工件产生过大的夹紧变形。③结构紧凑、简单，制造和维修简便。④操作应方便、安全、省力。一、夹紧装置的组成和基本要求二、夹紧力三要素的确定夹紧力的确定就是确定夹紧力的方向、作用点和大小3个要素。确定夹紧力的三要素应根据工件的结构特点、加工要求和加工中的受力状况，并结合定位元件的结构和布置方式等综合考虑。1．夹紧力的方向（1）夹紧力应垂直于主要定位基面如下页图a所示，在直角支座上镗孔，要求孔与A面垂直，所以应以A面为主要定位基面，夹紧力方向与之垂直，以保证孔与A面的垂直度。如果夹紧力朝向B面，如下页图b所示，当A，B两面有垂直度误差时，就会影响孔与A面的垂直度，不能保证加工要求。二、夹紧力三要素的确定（2）夹紧力应尽可能与切削力和工件自身重力同向（a）（b）夹紧力与切削力和工件自身重力同向，既可减小夹紧力，又可缩小夹紧装置的结构。如下页图a所示，夹紧力和、钻削轴向切削力和工件重力G都垂直于定位基面，三者方向相同。钻削时的扭矩由这些力作用在限位基面上所产生的摩擦力矩平衡，此时所需的夹紧力最小。如下页图b所示，夹紧力，与轴向切削力和工件重力G的方向相反时，夹紧力除了要平衡，G外，还要产生摩擦力矩平衡钻削扭矩，因此需要很大的夹紧力。二、夹紧力三要素的确定（3）夹紧力的方向应朝向工件刚性较好的方向由于工件在不同方向上的刚性是不等的，不同的受力表面也因其所受压强不同而会产生不同的变形，因此，夹紧力的方向应指向工件刚性较好的方向，尤其是夹压薄壁零件时，更要注意。如下页图a所示薄壁套筒，径向夹紧时，易引起工件变形；若改为沿轴向夹紧，如下页图b所示，因其轴向刚度比径向好，则工件不易变形。（a）（b）二、夹紧力三要素的确定2．夹紧力的作用点夹紧力作用点是指夹紧元件与工件接触的位置。夹紧力作用点的选择，应包括正确确定作用点的数目和位置。选择夹紧力作用点时应注意以下3个问题。（a）（b）二、夹紧力三要素的确定（1）夹紧力作用点应落在定位元件的支承区域内如图所示，夹紧力的作用点落在了定位元件的支承范围之外，夹紧时将会使工件倾斜或移动，破坏工件的定位，因而是错误的。（a）（b）二、夹紧力三要素的确定（2）尽量避免或减小工件的夹紧变形夹紧力的作用点应位于工件刚性较大处，而且作用点应有足够的数目，以减小工件的变形，尤其是薄壁零件。如图所示薄壁箱体，夹紧力不应作用在箱体的顶面，而应作用在刚性较好地凸缘上。当箱体没有凸缘时，可在顶部采用多点夹紧，以分散夹紧力，减小夹紧变形。（a）（b）二、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夹紧力的作用点靠近加工表面可以防止工件产生振动和变形，提高定位的稳定性和可靠性。当由于工件结构形状使加工面与夹紧力作用点相距较远时，可以增加辅助支承并附加夹紧力，以增加工件刚度，如图所示。二、夹紧力三要素的确定3．夹紧力的大小夹紧力的大小应适当，过大会引起工件变形，过小则会难以夹紧工件，两种情况都会影响加工精度。进行夹紧力计算时，为简化计算，通常将夹具和工件看作一刚性系统。根据工件在切削力和夹紧力（重型工件还要考虑重力，高速运动时还要考虑惯性力等）作用下处于平衡的力学条件，计算出理论夹紧力，再乘以安全系数K，作为所需的实际夹紧力。其中，粗加工或者夹紧力与切削力方向相反时K取2.5～3，精加工时K取1.5～2。实际生产设计工作中，常根据同类夹具用类比法估计夹紧力的大小。对于一些关键性的重要夹具，还可通过试验来确定所需要的夹紧力。三、定位和夹紧符号制订零件机械加工工艺规程时，在选定定位基准及确定了夹紧力之后，应在工序图上标注定位符号和夹紧符号，以便选用合适的夹具。常用的定位、夹紧符号（JB/T5061—2006）如表所示。

标注位置

分类独

立联

动标注在视图轮廓线上标注在视图正面*标注在视图轮廓线上标注在视图正面*主要定位点固定式活动式辅助定位点三、定位和夹紧符号机械夹紧液压夹紧气动夹紧电磁夹紧注：*视图正面是指观察者面对的投影面。续表标注定位和夹紧符号时，应注意以下两点。①当在工件的一个定位面上布置一个定位点时，可直接用定位和夹紧符号表示；②当在工件的一个定位面上布置两个以上的定位点，且对每个点的位置无特殊要求时，允许用定位符号右边加数字的方法进行表示，不必将每个定位点的符号都画出。几种工件的定位、夹紧符号标注示例如图所示。三、定位和夹紧符号（a）长方体上铣不通槽（b）盘类零件上加工两个直径为d的孔（c）轴类零件上铣小端键槽四、常用夹紧装置1．斜楔夹紧装置夹紧装置的种类很多，常用的有斜楔夹紧装置、螺旋夹紧装置、偏心夹紧装置和定心夹紧装置。斜楔夹紧装置是指利用楔块上的斜面直接或间接将工件夹紧的装置。下页图所示为几种斜楔夹紧装置。其中，下页图a所示为通过手动锤击斜楔大头使工件夹紧；下页图b所示为通过转动螺栓推动斜楔，从而使杠杆夹爪夹紧工件；下页图c所示为通过汽缸活塞推动斜楔，从而移动钩形压板压紧工件。设计斜楔夹紧装置时，主要是考虑夹紧力的大小、自锁条件、增力比和行程比等问题。四、常用夹紧装置（1）夹紧力的计算四、常用夹紧装置上页图a所示斜楔夹紧装置夹紧时的受力分析如P74页图a所示。由受力平衡条件可知，斜楔上表面摩擦力和下表面摩擦力之和等于原始作用力，即而或式中：——斜楔对工件的夹紧力，N；

——斜楔与工件间的摩擦角，（°）；

——斜楔与夹具体间的摩擦角，（°）；

——斜楔升角，（°）。（2）自锁条件四、常用夹紧装置当，和均很小，且时，上式可近似为P73页图b所示受力分析为当原始作用力去掉后斜楔的受力情况，此时夹紧装置仍能保持夹紧以达到自锁的目的。由图中可以看出，自锁条件为即当角度较小时，有即四、常用夹紧装置因此，斜楔的自锁条件是斜楔升角小于斜楔与工件、斜楔与夹具体之间的摩擦角之和。一般手动夹紧装置取，需要自锁的机动夹紧装置取，不需要自锁的机动夹紧装置取。（a）（b）（c）（3）增力比四、常用夹紧装置斜楔的增力比i一般为2～5。增力比i是指夹紧力与原始作用力之比，其计算公式为（4）行程比行程比是指工件所要求的夹紧行程h与斜楔相应移动的距离S之比，如上页图c所示。行程比的计算公式为四、常用夹紧装置（5）适用范围手动斜楔夹紧装置在夹紧工件时，费时、费力，效率较低，且行程较小，因此实际生产中已很少采用。目前，大多采用斜楔与其他元件或装置组合使用。当时，。由此可见，手动斜楔夹紧的夹紧行程较小，因此对工件的夹紧尺寸要求较严，否则可能会发生夹不紧或无法夹紧的情况。2．螺旋夹紧装置螺旋夹紧装置是指采用螺旋直接夹紧或采用螺旋与其他元件组合实现夹紧的装置。螺旋相当于把平面斜楔绕在圆柱体表面，故其作用原理与斜楔一样。螺旋夹紧装置结构简单，制造容易，且螺旋线长、升角小，所以，螺旋夹紧装置的自锁性好，增力比大（可达65～140），夹紧力和夹紧行程大，是应用最广泛的一种夹紧装置。但其操作费时，夹紧动作慢，生产率低，所以螺旋夹紧装置主要用于手动夹紧，机动夹紧装置中应用较少。四、常用夹紧装置（1）简单螺旋夹紧装置图所示为最简单的螺旋夹紧装置。如图a所示，螺钉头部直接与工件表面接触，螺钉转动时，可能会损伤工件表面或带动工件转动。克服这一缺点的方法是在螺钉上装图b所示摆动压块。摆动压块的结构已经标准化，可根据夹紧表面进行选择。四、常用夹紧装置（a）（b）为了克服简单螺旋夹紧装置夹紧动作慢，操作费时的缺点，可以使用快速螺旋夹紧装置，如图所示。图a所示的夹紧装置使用了开口垫圈，且所用螺母的外径小于工件的内径，当松夹时，螺母拧松几扣，抽出开口垫圈，工件即可卸掉；图b所示的夹紧装置采用了快卸螺母，拆卸工件时，将螺母旋松并向右摆动即可卸掉螺母，实现快速拆卸。四、常用夹紧装置（a）（b）（2）螺旋与压板组合的夹紧装置夹紧装置中，螺旋与压板组合的夹紧装置结构形式变化最多，应用最广泛，如下页图所示的螺旋压板夹紧装置和下图所示的螺旋钩形压板夹紧装置。其中，下页图a和下页图b所示为螺旋与移动压板组合成的夹紧装置；下页图c所示为螺旋与回转压板组合成的夹紧装置；下页图d所示为螺旋与铰链压板组合成的夹紧装置；下图所示为螺旋与钩形压板组合的夹紧装置。四、常用夹紧装置四、常用夹紧装置（a）（b）（c）（d）3．偏心夹紧装置偏心夹紧装置是指用偏心件直接或与其他元件组合间接夹紧工件的装置。常用的偏心件是偏心轮和偏心轴，如下页图所示为偏心夹紧装置的应用实例。其中，下页图a和b所示中用的偏心件是偏心轮；下页图c所示中用的偏心件是偏心轴；下页图d所示中用的偏心件是偏心叉。偏心夹紧装置的特点是结构简单、操作方便、夹紧迅速；缺点是夹紧力和夹紧行程小。因此，偏心夹紧装置一般用于切削力不大、振动小、没有离心力影响的加工场合中。四、常用夹紧装置四、常用夹紧装置（a）（b）（c）（d）4．定心夹紧装置定心夹紧装置能够在实现定心作用的同时将工件夹紧，从而保证工件的准确定心或对中。定心夹紧装置中定位元件与夹紧元件合二为一。在切削加工中，若工件以轴线或中心平面为工序基准，采用定心夹紧机构，可使定位基准和工序基准重合，减少定位误差。四、常用夹紧装置（a）（b）定心夹紧机构按其工作原理分为两种类型，一种是按定位－夹紧元件等速移动原理来实现定心夹紧的，如上页图a所示的斜楔定心夹紧装置，当拉杆左移时，三个滑块同时向外张开，对圆孔起到定心夹紧作用；另一种是按定位－夹紧元件均匀弹性变形原理来实现定心夹紧的机构，如上页图b所示的蝶形簧片式定心夹紧装置，旋转螺钉时，弹簧片由于受力变形，外径增大，从而将工件夹紧，左、右蝶形弹簧片的数目越多，夹紧力越大。四、常用夹紧装置课堂讨论——讨论夹紧装置的变形原因小青在车间发现了一些因为变形而无法使用的夹紧装置，她想知道这些变形是怎样形成的？请同学们根据所学知识讨论，告诉小青夹紧装置的变形原因吧。点拨：夹紧装置变形是由于夹紧力不合适而引起的，因此要避免夹紧装置的变形就需要选择合适的夹紧力。夹紧力的确定就是确定夹紧力的方向、作用点和大小三个要素。这三个要素确定不适当就会引起相应的变形。课堂讨论——讨论夹紧装置的变形原因任务一

初步认识夹具及定位原理任务二认识工件在夹具中的定位任务三认识工件在夹具中的夹紧任务四

估算工件在夹具中的加工误差及

夹具误差任务五设计机床夹具工件在夹具中的加工误差即为工件的安装误差，它直接影响工件加工表面的方向和位置精度或尺寸精度。本任务将对工件在夹具中的加工误差（尤其是定位误差）及其估算进行详细介绍。一、工件在夹具中的加工误差工件在夹具中的加工误差一般由定位误差、夹紧误差和夹具装配与安装误差组成。1．定位误差定位误差是指由于工件在夹具上的定位不准确而引起的加工误差。为了保证加工精度，一般限定定位误差不超过工件加工公差的1/3。一般来说，用试切法加工工件时，不会引起定位误差，但是用调整法加工工件时，则会引起定位误差。（1）定位误差的产生原因工件在夹具中定位时，造成定位误差的原因有2个：基准不重合误差和基准位移误差。1）基准不重合误差一、工件在夹具中的加工误差基准不重合误差是指由于工件的工序基准和定位基准不重合而造成的加工误差，用表示。在下页图a所示工件上铣缺口，加工尺寸为A和B。下页图b所示为加工示意图，加工尺寸A的工序基准是F面，定位基准是E面，两者不重合。刀具相对于夹具的对刀尺寸C，在加工过程中是不变的。由于一批工件中尺寸S的公差使F面（工序基准）的位置在一定范围内变动，从而使加工尺寸A产生误差，这个误差就是基准不重合误差。由图7-4-1b可知，基准不重合误差为（a）（b）S是定位基准和工序基准间的距离尺寸，称为定位尺寸。当工序基准的变动方向与加工尺寸的方向相同时，基准不重合误差等于定位尺寸的公差，即当工序基准的变动方向与加工尺寸方向不同，其夹角为时，基准不重合误差为一、工件在夹具中的加工误差2）基准位移误差一、工件在夹具中的加工误差当工序基准与定位基准相同时，由于定位副的制造误差和最小间隙配合引起定位基准位置变动，从而造成的加工误差，称为基准位移误差，用表示。如下页图所示，工件以圆柱孔在芯轴上定位，在圆柱面上铣键槽，加工尺寸为A和B。加工尺寸A的定位基准和工序基准都是内孔轴线，两者重合，基准不重合误差。但由于工件内孔和芯轴有制造误差和最小配合间隙，如下页图b所示，使得工件内孔轴线和芯轴轴线不重合，导致加工尺寸A产生误差，这个误差就是基准位移误差。一、工件在夹具中的加工误差（a）（b）一、工件在夹具中的加工误差由上页图可知，基准位移误差为式中：i——定位基准的位移量；

——定位基准的变动范围。当定位基准的变动方向与加工尺寸方向相同时，基准位移误差等于定位基准的变动范围，即当定位基准的变动方向与加工尺寸方向不同，其夹角为时，基准位移误差为一、工件在夹具中的加工误差（2）定位误差的计算方法1）合成法根据上述定位误差产生原因，定位误差应由基准不重合误差和基准位移误差组合而成，即计算时，先分别计算出和，再将两项合成。合成方法如下。当，时，。当，时，。当，时，应按下面两种方法来计算定位误差。一、工件在夹具中的加工误差2）极限位置法极限位置法的具体计算方法是：按最不利情况，确定工件定位时工序基准变动的两个极限位置，再按几何关系求出这两个位置间的距离，并将其投影到加工尺寸的方向上，即可求出定位误差。当，时，应按下面两种方法来计算定位误差。工序基准不在定位基面上时，应将两项相加，。工序基准在定位基面上时，。当工件由一种可能极端位置变为另一种可能极端位置时，如果定位基准位置的变动方向与工序基准相对于理想定位基准位置的变动方向相同，取“+”号；如果两者变动方向相反，取“-”号。一、工件在夹具中的加工误差（3）常见定位方式所产生的定位误差常见定位方式所产生的定位误差如P98-101页表所示。定位方式定位简图定位误差定位基面限位基面平面平面圆孔面及平面圆柱面及平面（定位基准沿任意方向移动）一、工件在夹具中的加工误差圆孔面圆柱面（定位基准沿单方向移动）圆柱面两垂直平面续表一、工件在夹具中的加工误差续表定位方式定位简图定位误差定位基面限位基面圆柱面平面及V形面平面及V形面平面及V形面一、工件在夹具中的加工误差续表圆柱面V形面一、工件在夹具中的加工误差2．夹紧误差夹紧误差是指工件在夹紧变形时产生的误差，其大小是工件基准面至刀具调整面之间距离的最大与最小尺寸之差。它包括工件在夹紧力作用下的弹性变形、夹紧时工件发生的位移量或偏转量、工件定位面与夹具支承面之间的接触部分的变形等。当夹紧力方向、作用点和大小合理时，夹紧误差近似为零。3．夹具装配与安装误差夹具装配与安装误差包括以下几种误差。①夹具的制造和装配误差。②相对位置误差，即夹具相对机床的安装定位位置误差。③对刀误差，即夹具与刀具的相对位置误差。一、工件在夹具中的加工误差4．加工方法误差加工方法误差是指因机床、刀具的精度及工艺系统的受力、受热变形等因素造成的加工误差。二、夹具误差估算为满足加工要求，上述误差总和不应超过工件的工序尺寸公差，即考虑到各项误差的方向性和它们的最大值一般不会同时出现的实际情况，按概率论方法计算更符合实际，即课堂实训——计算定位误差如图所示的零件内、外圆均已加工合格，现在插床上用调整法加工键槽，要求保证尺寸h，定位方法如图所示，试求尺寸h的定位误差，并分析能否满足加工要求（忽略内、外圆同轴度误差）。其中，mm，mm，mm。实训解析：工件的定位基准为外圆d的轴线，定位基面为外圆柱面，工序基准为内圆D的最低面，它们是相互独立的。课堂实训——计算定位误差1．计算定位误差

（1）基准不重合误差基准不重合误差ΔB是指由于工件的工序基准和定位基准不重合而造成的加工误差。本题中工序基准的变动方向与加工尺寸的方向相同，基准不重合误差可根据式计算：课堂实训——计算定位误差

（2）基准位移误差基准位移误差ΔY是指由于定位副的制造误差和最小间隙配合引起定位基准位置变动，从而造成的加工误差。根据P98-101页表所示可知，基准位移误差为

（3）合成计算当ΔB≠0，ΔY≠0，且工序基准不在定位基面上时，。因此，尺寸h的定位误差为课堂实训——计算定位误差2．分析能否满足加工要求为了保证加工精度，一般限定定位误差不超过工件加工误差的1/3。本题中，h的加工误差要求为0.2mm，而计算所得的定位误差0.084mm﹥0.2/3＝0.067mm，因此该定位方案不能保证加工精度。可采用P98-101页表所示平面及V形面作限位基面的定位方法来保证加工精度。任务一

初步认识夹具及定位原理任务二认识工件在夹具中的定位任务三认识工件在夹具中的夹紧任务四估算工件在夹具中的加工误差及

夹具误差任务五

设计机床夹具1．保证加工工件的各项技术要求要求正确确定定位方案、夹紧方案和刀具的引导方式等，合理制定夹具的技术要求，必要时要进行误差分析与计算。一、基本要求2．具有较高的生产率和较低的制造成本为提高生产率，应尽量采用多件夹紧和联动夹紧等高效夹具，但结构应尽量简单，造价要低廉。3．尽量选用标准化零部件尽量选用标准夹具元件，这样可以缩短夹具的设计制造周期，提高夹具设计质量，降低夹具制造成本。4．操作方便、省力为便于操作，操作手柄一般应放在右边或前面；为便于夹紧工件，操纵夹紧件的手柄或扳手在操作范围内应有足够的活动空间；为减轻工人劳动强度，在条件允许的情况下，应尽量采用气动和液压等机械化夹紧装置。一、基本要求5．具有良好的结构工艺性夹具应具有良好的结构工艺性，以便于制造、检验、装配、调整和维修。1．研究原始资料，明确设计任务在接到夹具设计任务书后，首先应分析、研究工件的结构特点、材料、生产规模和本工序加工的技术要求以及前后工序的联系，然后了解加工所用设备、辅助工具中与设计夹具有关的技术性能和规格，必要时还要了解同类工件的加工方法和所使用夹具的情况，作为设计的参考。二、设计步骤2．确定夹具的结构方案，绘制结构草图确定夹具的结构方案时，主要解决如下问题。①确定工件的定位方式，设计定位元件。②确定对刀或引导方式，选择或设计对刀装置或引导元件。③确定工件的夹紧方案，设计夹紧装置。④确定其他元件或装置的结构形式，如分度装置和定向键等。⑤确定夹具体的形式和夹具的总体结构。3．绘制夹具装配图夹具装配图应遵循国家标准绘制，绘制比例一般应尽量取1∶1，使所绘制的夹具装配图具有良好的直观性，当工件过大时可用1∶2或1∶5的比例，过小时可用2∶1的比例。装配图上的主视图，应尽量选取与操作者正对的位置。绘制夹具装配图可按如下顺序进行：用双点画线画出被加工工件的外形轮廓、定位面和加工面；然后，把被加工工件视为透明体，依次画出定位元件、引导元件、夹紧装置及其他元件或装置；最后画出夹具体，形成完整的夹具装配图。二、设计步骤4．确定并标注有关尺寸和夹具技术要求夹具装配图上应标注轮廓尺寸，必要的装配尺寸、检验尺寸及其公差，主要元件或装置之间的相互位置精度要求等。当加工的技术要求较高时，应进行工序精度分析。二、设计步骤5．绘制夹具零件图夹具中的非标准零件都必须绘制零件图。在确定这些零件的尺寸、公差和技术要求时，应注意使其满足夹具装配图的要求。1．夹具装配图上应标注的尺寸与公差①夹具的外形轮廓尺寸。②与夹具定位元件、引导元件及夹具安装基面有关的配合尺寸、位置尺寸及公差。③工件与定位元件间的联系尺寸，包括工件与定位元件的配合尺寸和定位元件之间的位置尺寸。④夹具引导元件与刀具的配合尺寸。⑤夹具与机床的联系尺寸及配合尺寸。⑥其他主要配合尺寸。三、夹具装配图技术要求的制订2．夹具装配图上应标注的位置精度①定位元件之间的相互位置精度要求。②定位元件与连接元件（连接夹具与机床的元件）或找正基面间的相互位置精度要求。③引导元件与连接元件或找正基面间的相互位置精度要求。④定位元件与引导元件间的相互位置精度要求。⑤引导元件之间的相互位置精度要求。三、夹具装配图技术要求的制订3．夹具装配图上技术条件的确定三、夹具装配图技术要求的制订确定夹具尺寸精度的总原则是：在满足加工的前提下，应尽量降低对夹具的加工精度要求。夹具的有关尺寸公差和几何公差通常取工件相应工序公差的1/5～1/2。当工序尺寸未标注尺寸公差时，夹具的尺寸公差取，角度公差取，要求严格的取。在具体选用时，要结合生产类型和工件的加工精度等因素综合考虑：在生产批量较大，夹具结构较复杂，且加工精度要求较高时，夹具的尺寸公差取小值；反之，取大值。为保证工件的加工精度，在确定夹具的尺寸偏差时，一般应采用双向对称分布，基本尺寸应为工件相应尺寸的平均值。三、夹具装配图技术要求的制订与工件的加工精度要求无直接联系的夹具公差可参照表选择。工作形式精度要求示

例一般精度较高精度定位元件与工件定位基准间H7/h6，H7/g6，H7/f7H6/h5，H6/g5，H6/f5定位销与工件基准孔有引导作用并有相对运动的元件间H7/h6，H7/g6，H7/f7H6/h5，