《机械制造工艺》第四章0326

第四章机床夹具基础4.1概

述4.2工件的定位4.3工件的夹紧4.1概

述1．机床夹具的概念机床夹具，简称夹具，是在机械制造过程中，用来确定加工对象在机床的正确加工位置，并使之固定的装置。

在机床上加工工件时，必须用夹具将工件装好、夹牢。将工件装好，就是在机床上确定工件相对于刀具的正确位置，这一过程称为定位。将工件夹牢，就是对工件施加作用力，使之在确定好的位置上可靠地夹紧，这一过程称为夹紧。从定位到夹紧的全过程，称为装夹。机床夹具的主要功能就是完成工件的装夹工作。工件装夹情况的好坏，将直接影响工件的加工精度。4.1.1机床夹具的概念及组成1—夹具体2—定位板3—短轴销4—开口垫圈、夹紧螺母5—钻套6—钻模板图4-1钻床夹具（a）钻孔工序图（b）钻模结构图2．机床夹具的组成1）定位支承元件定位支承元件是用于确定工件在夹具中的正确位置并支承工件的元件，它是夹具的主要功能元件之一。图4-1中的定为支承件为定位板2和短轴销3。2）夹紧装置夹紧装置的作用是将工件牢固夹紧，并保证在加工过程中工件的正确加工位置不变。图4-1中夹紧螺母4就是夹紧装置。按各结构和元件的作用不同，可将夹具的组成分为定位支承元件、夹紧装置、对刀元件或导向元件、连接定向元件、夹具体和其他装置或元件等部分。现以图4-1为例进行介绍。3）对刀元件或导向元件对刀元件或导向元件主要用于确定刀具与工件加工表面之间的正确位置。不同机床夹具，其对刀元件或导向元件是不同的。图4-1中的钻套5就是用于确定钻头钻孔的位置并引导钻头进行加工的元件。4）连接元件连接元件用于将夹具与机床连接并确定夹具对机床主轴、工作台或导轨的相互位置。5）夹具体夹具体是夹具的基体骨架，用以确定其他各组成部分的相对位置，使之组成一个整体。常用的夹具体有铸件结构、锻造结构、焊接结构和装配结构，形状有回转体形和底座形等形状。6）其他装置或元件根据加工需要，有些夹具上还要设置其他装置或元件，如分度装置、靠模装置、上下料装置、工件顶出机构、电动扳手和平衡块等，以及标准化的其他联接元件。在夹具的组成中，定位元件、夹紧装置、夹具体是夹具的基本组成部分。4.1概

述1．按夹具的通用特性分类

1）通用夹具2）专用夹具3）可调夹具

4）组合夹具通用夹具是指结构、尺寸已标准化、系列化，由专门厂家生产，具有一定通用性的夹具专用夹具是指仅为某一工件的一道或数道工序的加工而专门设计和制造的夹具。可调夹具是指针对不同类型和尺寸的工件，只需调整或更换原夹具上的个别定位元件和夹紧元件便可使用的夹具。组合夹具是由一些简单的标准模块元件组合而成的。5）自动线夹具自动线夹具一般分两种：一种为固定式夹具，它与专用夹具相似；另一种为随行夹具。4.1.2机床夹具的分类2．按夹具使用的机床及工序内容分类按夹具使用的机床及工序内容不同，可将夹具分为钻床夹具、铣床夹具、车床夹具、磨床夹具、镗床夹具等。按夹具使用的机床及工序内容分类钻床夹具铣床夹具车床夹具磨床夹具镗床夹具3．按夹具的夹紧动力分类按夹具的夹紧动力不同，可将夹具分为手动夹具、机动夹具、气动夹具、液动夹具、电动夹具、电液动夹具等。夹紧动力的选择应以工件的加工批量来确定。手动夹具机动夹具气动夹具液动夹具电动夹具电液动夹具按夹具的夹紧动力分类4.1概

述4.1.3机床夹具的作用用机床夹具装夹工件，能准确确定工件与刀具、机床之间的相对位置关系，可以保证加工精度。使用夹具后，工件的定位迅速、夹紧快捷，因此能够缩短辅助时间，提高劳动生产率。2

改变工件的定位方式或采用不同类型的夹具，可以扩大机床的原有加工工艺范围。3在批量生产中用夹具装夹工件，方便、省力、安全。4保证加工精度，并使加工质量稳定缩短辅助时间，提高劳动生产率减轻工人劳动强度，改善工人劳动条件在批量生产中使用夹具，由于劳动生产率的提高和允许使用技术等级较低的工人操作，故可明显降低生产成本。但在单件生产中，使用夹具的生产成本仍较高。5降低生产成本1扩大机床工艺范围4.2工件的定位1．直接找正法直接找正法的具体方式为：将工件直接装在机床上后，用划针、千分表、划线盘等量具或量仪，以目测法矫正工件的正确位置，一边校验一边找正，直到符合要求位置。如图4-2所示套筒零件的内孔加工，为保证磨削内孔时余量均匀，装夹时先将工件在四爪单动卡盘上预紧，然后用千分表找正内孔表面，使内孔的轴线与车床主轴轴线同轴，夹紧工件。4.2.1工件的定位方法图4-2工件的直接找正2．划线找正法划线找正法的具体方式为：先按要求在工件的表面上划出找正线，再将工件装到机床上，按找正线找正工件的正确位置。图4-3所示为一待镗孔的长方体工件，孔的中心不在其几何中心上，该工件在车床上用四爪单动卡盘装夹。3．夹具定位法夹具定位法就是用夹具定位、夹紧，不再需要划线与找正，直接由夹具来保证工件在机床上的正确加工位置并夹紧。图4-3工件的划线找正4.2工件的定位1．自由度的概念任何工件在机床或夹具中未定位前，都可认为它是空间直角坐标系中的自由物体，可以有6个独立的运动，我们将这种可能出现的独立运动称为自由度，如图4-4所示。4.2.2六点定位原理图4-4工件的六个自由度2．六点定位原理如果要使自由工件在空间上有一个确定的位置，就必须限制其相应的六个自由度，我们把这种限制称为约束。如果对工件的六个自由度都加以限制，工件在空间的位置也就完全被确定下来了。因此，定位实质上就是限制工件的自由度。分析工件定位时，通常是用一个支承点限制工件的一个自由度。合理的设置6个支承点限制工件的6个自由度，使工件在夹具中的位置完全被确定，就是六点定位原理。如图4-5所示，工件的6个自由度全部被限制了，实现六点定位。在实际应用中，支承点是由定位元件来体现的。轴类工件的六点定位，如图4-6所示。圆盘类工件的六点定位，如图4-7所示。图4-5工件6个自由度的限制图4-6轴类零件的六点定位图4-7轴类零件的六点定位4.2工件的定位4.2.3限制自由度与加工要求的关系1．完全定位不重复地限制工件的6个自由度的定位称为完全定位。当工件在x，y，z三个坐标方向均有尺寸要求或位置精度要求时，一般采用这种定位方式，如图4-8（a）所示。2．不完全定位

根据工件的加工要求，不需要限制工件的全部自由度就能满足加工要求的定位方式称为不完全定位，如图4-8（b）、（c）所示。图4-8工件应限制自由度的确定（a）（c）（b）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完全被限制的定位。4．重复定位重复定位是指夹具上的两个或两个以上的定位元件重复限制同一个自由度的现象，如图4-9所示。图4-9工件的重复定位重复定位分为可用重复定位和不可用重复定位。1）可用重复定位可用重复定位不但不会对加工产生影响，反而会增大工件装夹的刚度，如图4-10所示。图4-10工件的可用重复定位图4-11工件的不可用重复定位2）不可用重复定位不可用重复定位会造成定位质量不稳定，降低定位精度，使工件装夹困难，引起夹紧变形和虚假接触。

如图4-11所示为工件用底面及两销孔定位，定位元件是1个平面和2个短圆柱销，平面限制3个自由度

，短圆柱销1限制2个自由度

，短圆柱销2与短圆柱销1组合限制1个自由度

，同时短圆柱销2限制也两个自由度

，产生重复定位。如果两定位孔的孔间距误差较大或两定位销中心距误差较大，会使工件上的两定位孔无法与夹具上的两销配合，造成定位干涉，给正常装夹带来困难。又如图4-12（a）所示的插齿加工，齿坯定位是利用心轴1和平面支承2组合定位，心轴1限制了

四个自由度，支承2限制了

三个自由度，共重复限制

两个自由度。如果提高齿轮分度圆与齿坯内孔的同轴度，齿坯内孔与心轴的配合间隙就会很小，这样，当齿坯端面对内孔轴线的垂直度产生较大误差时，齿坯在夹具上的装夹就会产生干涉，如图4-12（b）所示。如果强行夹紧，则齿坯或心轴必然有一个要变形而使齿轮的加工产生误差。图4-12工件的不可用重复定位（a）（b）防止不可用重复定位有以下2种方法：①修改夹具重复定位结构，使定位系统不再发生重复定位。如图4-11所示的定位，可以把圆柱销2在中心距的方向上改成削边销，使定位不会因中心距的变化产生干涉，如图4-13所示。②提高工件定位基准之间与定位元件之间的位置精度。图4-13一面两销定位结构的改善1．工件以平面定位在飞机零件的机械加工中，有大量的零件以平面作为定位基准实现定位，定位元件可分为支承钉与支承板、可调支承、自位支承、辅助支承等。1）支承钉与支承板支承钉有三种形式，如图4-14所示。当工件以较大的、平面度精度较高的基准平面定位时，为使工件安装稳固、可靠，夹具上的定位元件多选用支承板来定位。定位板有两种形式，如图4-15所示。4.2工件的定位4.2.4常用的定位元件及选用图4-14支承钉（a）A型（b）B型（c）C型图4-15支承板（a）A型（b）B型2）可调支承可调支承是指高度可以调节的支承，用以调整定位面的位置。几种常用的可调支承结构如图4-16所示。可调支承的调整都具备支承、调整、锁紧三个基本功能。3）自位支承自位支承又称浮动支承，是在工件定位过程中能自动调整位置的支承。它既能限制工件的自由度，又能增加工件的刚度，如图4-17所示。图4-16可调支承图4-17自位支承4）辅助支承辅助支承是指不起定位作用，用以提高工件的装夹刚度和稳定性的支承，如图4-18所示。图4-19所示为常用的辅助支承结构。辅助支承与可调支承在结构上和操作上有较大的差别，具体为：辅助支承要求一工件一调整，其支承高度一件一变；可调支承多为快速调整或自动调整，不参与定位，不属于定位元件，为了不破坏工件的定位，其支承动作的操作在每次工件定位、夹紧后再进行。图4-18辅助支承的应用图4-19常用的辅助支承的结构（a）普通辅助支承（b）弹力式辅助支承（c）液压推力式辅助支承图4-20V型块2．工件以外圆表面定位工件以外圆表面定位的常用定位元件有V型块、定位套和半圆套。1）V型块

V型块是工件以外圆表面定位时最常用的定位元件，其主要技术参数如下α——V型块的V面夹角。h——V型块的高度。D——V型块设计心轴直径，其值为工件定位基准直径的平均尺寸。H——V型块定位高度（底面到心轴中心的距离）

。C——V型块的开口尺寸。如果将V型块按其V面夹角分类，应分为60°，90°，120°三种，其中应用最多的是90°V形块。如图4-20所示，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形块结构有多种形式，图4-21（a）所示的V形块适用于较短的精基准圆柱面定位；图4-21（b）所示的V形块适于较长的、粗糙的圆柱面定位；图4-21（c）所示V形块适用于尺寸较大的圆柱面定位，这种V形块底座采用铸件，V形面采用淬火钢件，V形块由二者镶合而成。图4-21V型块结构形式（a）单V形块结构（b）双V形块结构（c）镶块结构

V形有两大特点：一是对中性好，工件上定位用的外圆柱面轴线始终处在V形块两斜面的对称面上，不管工件上的定位基准直径误差如何，其轴线位置均在V形块的对称面上变动；二是不论定位基准是否经过加工，是完整的圆柱面还是圆弧面，都可采用V形块定位。V形块的应用如图4-22所示。图4-22V型块的应用工件以外圆柱面定位时，也常用定位套定位。定位套结构简单、制造容易，但定位精度不高，多用于一般的精基准定位。图4-23所示为常用的两种定位套结构。2）定位套图4-23常用定位套图4-24半圆套定位半圆套由两个半圆构成，下半圆套起定位作用，如图4-24所示。上半圆套起夹紧作用，半圆套适用于大型轴类零件和曲轴等轴向装夹不方便的零件。3）半圆套名称尺寸范围名称尺寸范围小定位销1～3mm可换式定位销3～50mm固定式定位销3～50mm定位插销3～50mm3．工件以内孔表面定位当工件以圆孔内表面作为定位表面时，其定位基准为实际内圆柱面或内圆锥面的轴线。这个轴线往往是工件的设计基准。常用的内孔表面定位元件有定位销、定位心轴、小锥度心轴、圆锥销等。1）定位销定位销按其结构分为圆柱销和削边销；按其安装连接方式又分为固定式和可换式。圆柱销的尺寸及结构需要根据工件的定位要求具体确定，而对于常用尺寸范围（

）的圆柱销，由于应用广泛，均已标准化，如表4-1所示。表4-1定位销类型、尺寸及适用范围(a)(b)(c)图4-25固定式圆柱销图4-25所示为固定式圆柱销。其中，图4-25（a）所示的圆柱销的工作直径为3～10mm，为增加其刚度，避免销钉因碰撞而折断或在热处理时开裂，应在其根部倒出圆角。图4-25（b）、（c）所示为常用圆柱销结构。圆柱销的结构和尺寸均已标准化，不同直径的定位销有其相应的结构形式，可根据工件定位内孔的直径选用。为方便工件顺利定位安装，定位销的头部应倒出15°的倒角。为保证每批相同的工件都能顺利装卸，且确保加工精度，定位销的最大极限尺寸要小于定位基准孔的最小极限尺寸，且保持一个最小间隙。图4-26可换式定位销图4-27削边销图4-26所示为可换定位销结构。可换定位销结构,在大批量生产中，为了便于更换定位销，多采用可换式定位销。为了保护底板，定位销与底板之间应设置衬套，衬套与衬套孔常用H7/h6，H7/f6间隙配合，再用螺纹锁紧。可换定位销的工作部结构也分圆柱销、削边销两大类。图4-27所示为固定式削边销，又称菱形销。这种结构是为了解决销定位时的重复定位及干涉而设置的，且当尺寸

时，销体多做成菱形结构。2）定位心轴在套类、盘类零件的车削、磨削和齿轮加工中，大多选用心轴定位，以保证加工面与内孔的同轴度公差。其中圆柱心轴与圆锥心轴应用比较广泛。

（1）圆柱心轴图4-28所示为圆柱心轴。圆柱心轴常用的定位有两种：间隙配合心轴和过盈配合心轴。间隙配合心轴：如图4-28（a）所示过盈配合心轴：如图4-28（b）所示图4-28圆柱心轴（a）间隙配合心轴

（b）过盈配合心轴圆柱心轴在机床上的安装有两顶、一夹一顶和莫氏锥3种方式，如图4-29所示。图4-29圆柱心轴在机床上的安装方式（a）两顶安装

（b）一夹一顶安装

（c）莫氏锥安装

（2）小锥度心轴（圆锥心轴）当工件内孔精度很高，而加工时工件力矩很小时，可选用小锥度心轴定位。如图4-30所示，其锥度c有1∶1500，1∶3000，1∶5000三种。工件在圆锥心轴上安装时，要求具有一定的楔紧力，使其产生弹性变形，保持两者在一定轴向深度内相互挤压配合来保证同轴度要求。锥度c值越小，两者接配长度越长，定心精度越高。图4-30小锥度心轴图4-31圆锥销（a）

（b）

3）圆锥销在加工套筒类工件时也常用圆锥销定位，如图4-31所示。当工件圆孔端边缘形状精度较差或为粗基准时，选用图4-31（a）所示的圆锥销定位；当工件圆孔端边缘形状精度较高或为精基准时，选用图4-31（b）所示的圆锥销定位。表4-2所示为各种定位元件所能限制的自由度数：工件定位基准面定位元件定位简图定位元件特点限制的自由度平面定位支承钉6个支承钉①1，2，3三点限制

②4，5两点限制

③6一点限制

支承板每个支承板可用2个或2个以上的支承钉替代①1，2两条板限制

②3一条板限制

固定支承与浮动支承1，3为固定支承；2为浮动支承①1，2两条板限制

②3一条板限制

1，2，3，4为固定支承5为浮动支承①1，2，3三点限制

②4一条板限制

③

5一点不能限制自由度，只能增强刚性表4-2各种定位元件所能限制的自由度数工件定位基准面定位元件定位简图定位元件特点限制的自由度圆孔定位销或定位心轴短销或短心轴限制

两个自由度长销或长心轴：可以用两个短销替代长销；用两段短心轴替代长心轴①限制

两个自由度②限制

两个自由度圆锥销单圆锥销限制

三个自由度1，2两个固定圆锥销限制

，

五个自由度重复限制

两个自由度1为固定圆锥销2为浮动圆锥销限制

，

五个自由度续表

工件定位基准面定位元件定位简图定位元件特点限制的自由度圆柱面支承钉或支承板短支承钉或支承板限制

一个自由度一条支承板或两个支承钉限制

两个自由度V型块窄V型块限制

两个自由度垂直运动的活动V型块限制

一个自由度长V型块或两个窄V型块限制

四个自由度续表

工件定位基准面定位元件定位简图定位元件特点限制的自由度圆柱面定位套短定位套限制

两个自由度长定位套或2个短定位套限制

四个自由度半圆套短半圆套限制

两个自由度长半圆套限制

四个自由度锥套单锥套限制

三个自由度一个固定锥套，一个活动锥套限制

，

五个自由度续表

4．一面两孔定位在加工箱体工件时，往往采用一平面及与该平面垂直的两孔为定位基准。定位元件为一平面、一短圆柱销及一短削边销，如图4-32所示。削边销已标准化，有两种结构形式，如图4-33所示。削边销的尺寸如表4-3所示。图4-32一面两孔定位（a）

（b）图4-33削边销的两种结构dBb2345566表4-3削边销的尺寸单位：mm如图4-34所示，在一面两孔定位中，常按以下步骤进行两销设计。图4-34一面两孔定位设计

①确定两销中心距尺寸及公差。取工件上两孔中心距的公称尺寸为两销中心距的公称尺寸，其公差取工件孔中心距公差的1/5～1/3，即令②确定圆柱销直径及其公差。取相应孔的最小直径作为圆柱销直径的公称尺寸，其公差一般取g6或f7。③确定削边销的宽度、直径及其公差。首先按有关标准（表4-3）选取削边销的宽度b；然后根据

计算削边销与其配合孔的最小间隙

；再计算削边销直径的公称尺寸

；最后按h6或h7确定削边销的直径公差。4.2工件的定位六点定位原理解决了消除工件自由度的问题，而能否保证工件的加工精度，则取决于刀具与工件之间的相互位置关系。由于一批工件逐个在夹具中定位时，各个工件所占据的位置不完全一致，即出现工件位置定得“准与不准”的问题。如果工件在夹具中所占据的位置不准确，加工后各工件的加工尺寸必然大小不一、形成误差。这种只与工件定位有关的误差称为定位误差，用

表示。影响定位误差的因素很多，其中最主要的影响因素有2个：12定位基准与工序基准不重合引起的误差基准位置移动变化引起的误差影响定位误差的两个主要因素：4.2.5定位误差的分析与计算1．基准不重合误差ΔB工件在夹具中定位时，由于定位基准与工序基准不重合而造成的定位误差，称为基准不重合误差，用

ΔB表示。如图4-35所示，加工缺口B的工序基准为顶面C，而如果用底面A定位加工B面，则会因基准不重合而产生误差。图4-35基准不重合误差示例（a）

（b）图4-36基准位移误差2．基准位移误差ΔY由于定位副的制造误差或定位副配合间隙所导致的定位基准在加工尺寸方向上最大位置变动量，称为基准位移误差，用

ΔY

表示。不同的定位方式，基准位移误差的计算方式也不同。例如，在工件外圆柱上铣键槽，如图4-36（a）所示，工序基准为内孔轴线，要求保证槽宽尺寸B和槽深尺寸A。如果工件内孔直径与心轴外圆直径完全一致，作无间隙配合，即孔的中心线与轴的中心线位置重合，则不存在因定位引起的误差。但实际上，如图4-36（b）所示，心轴和工件内孔都有制造误差。于是工件套在心轴上必然会有间隙，孔的中心线与轴的中心线位置不重合，导致这批工件的加工尺寸A中附加了工件定位基准变动误差，其变动量即为最大配合间隙的一半。其计算公式为3．定位误差的计算由于定位误差主要由基准不重合误差和基准位移误差两大类组成。考虑到这两类误差均为矢量，所以，定位误差矢量的合成式为【例1】

在套筒零件上铣槽，如图4-37（a）所示，要求保持尺寸

和

，其他尺寸已在前一工序完成。若采用图4-37（b）所示的定位方案，孔与销钉配合按H7/g6，请问能否保持加工精度要求？否则应如何改进？（a）

（b）（c）图4-37定位误差计算实例1【解】解

按H7/g6的配合精度，则销钉直径应为

，销钉为水平放置。①对尺寸

而言，工序基准为A面，定位基准为B面，基准不重合。因为采用大端面定位，所以

；基准不重合误差是由定位尺寸

和

决定的，所以有由于

工序尺寸的公差值

，因此不能满足要求。②对于尺寸

，工序基准为外圆柱母线，定位基准为内孔轴线，基准不重合。

基准位移误差为

孔与销钉配合按H7/g6，查孔与轴的极限偏差可知，孔的尺寸为

，心轴的尺寸为

。所以有基准不重合误差产生的原因为外圆直径的变动，外圆尺寸为

，影响尺寸

的变动在半径方向上，所以定位误差为

工序尺寸的公差值

，满足设计要求。

③对尺寸

定位方法的改进方法为：制造一短心轴，以f30的内孔和端面A定位，如图4-37（c）所示。内孔与心轴的配合为f30H7/g6

对尺寸

，工序基准和定位基准都为A面，基准重合

。

而

，所以

。

对于尺寸

，基准不重合误差不变，

，根据内孔与心轴的配合为

，由于公差不变，所以，

。因此，该定位能够满足设计要求。图4-38定位误差计算实例2【例2】如图4-38所示，在工件上加工孔，尺寸为mm，现采用f70H8与底面组合定位，定位销的尺寸为f70f7，要求保证尺寸

，试计算定位误差。【解】①工序基准为f70H8的中心线，与定位基准重合，所以有

。②受定位副的制造误差与配合间隙的影响，产生基准位移误差为式中：Xmin——当孔径最小、定位销直径最大时的间隙；孔的尺寸为

，定位销的尺寸为

，有所以

因为

，所以该定位满足设计要求。图4-39定位误差计算实例3【例3】在圆柱体上铣削斜面，用V形块定位，如图4-39所示。求工序尺寸

的定位误差。【解】本工序的工序基准为圆柱体的轴线，采用V形块定位，定位基准与工序基准重合，所以

。由于采用V型块定位，当圆柱体尺寸变化时，会引起轴线位置的变动，即基准产生位移。轴线基准沿V型块对称面下方的位移量为

基准变动使刀具相对于工件在工序尺寸方向产生的变动量就是基准位移误差，即由于

，所以，

。4.3工件的夹紧夹紧装置一般有两部分组成，一是动力装置，即在夹紧装置中产生夹紧力的部分，常用的有人力、液压、气动、液-气联动、电动、电磁等；二是夹紧机构，是对工件实施压紧的部分。图4-40所示为气动夹紧装置。4.3.1对夹紧装置的基本要求图4-40气动夹紧装置1—压板2—连杆3—活塞杆4—气缸体5—活塞6—配气阀设计夹紧装置时应满足以下基本要求：③夹紧机构的操作要安全、方便、省力，即通用性好；②夹紧应可靠和稳定，夹紧力要适当①在夹紧过程中，应能保持工件定位时所获得的正确位置⑤夹紧机构的自动化、复杂化应与零件的生产批量相适应④夹紧机构的结构要便于安装、调整、使用和维修，尽可能使用标准件在设计夹紧机构时，对夹紧机构通常有以下要求：①一定的可浮动性。②联动性。由于工件上各夹紧点之间总是存在位置误差，一般要求夹紧机构和支承件等要有浮动自定位的功能。为了实现几个方向的夹紧力同时作用或顺序作用，并使操作简便，设计中广泛采用各种联动机构。③有适当的增力性。④有良好的自锁性能。为了减小动力源的作用力，在夹紧机构中常采用增力机构。最常用的增力机构有：螺旋、杠杆、斜面、铰链及其组合。当去掉动力源的作用力之后，仍能保持对工件的夹紧状态，称为夹紧机构的自锁。自锁是夹紧机构的一种十分重要且必要的特性。4.3工件的夹紧夹紧力包含力的大小、力的方向和力的作用点3个要素。这3个要素对夹紧机构的设计起着决定性的作用，是在夹紧装置设计中首先要解决的问题。4.3.2夹紧力的确定夹紧力的作用点夹紧力的大小夹紧力的方向图4-41夹紧力朝主要定位基准③夹紧力的方向应有利于减小夹紧力，以减小工件的变形、减轻劳动强度。当夹紧力、切削力、工件的重力三力同向时，所需夹紧力最小；当切削力和工件的重力同向、与夹紧力反向时，所需夹紧力最大。1．夹紧力方向的确定①夹紧力的方向应有助于定位稳定，且主夹紧力应朝向主要定位基面。如图4-41所示②夹紧力的方向应是工件刚性较好的方向，以尽可能减小工件变形。如图4-42所示图4-42夹紧力指向工件刚度好的方向2．夹紧力作用点的确定①夹紧力的作用点应落在定位元件的支承范围内。装夹工件时，应尽可能使夹紧点与支承点对应，使夹紧力作用在支承内，如图4-43所示。③夹紧力的作用点应尽量靠近加工表面，以防止工件产生振动和变形，并提高定位的稳定性和可靠性。②夹紧力的作用点应选在工件刚性较好的部位。如图4-44所示图4-41夹紧力朝主要定位基准图4-44夹紧力应作用在工件刚度较好的部位3．夹紧力大小的确定①切削力（FH）完全作用在支承面上，如图4-45（a）所示，只需要很小的夹紧力或不用夹紧力，如拉刀拉孔。②切削力（FH）沿着支承面方向，如图4-45（b）、（c）所示。平衡切削力依靠夹紧力在支承面上的摩擦力（Ff）或力矩。③切削力（FH）与支承面成一定的夹角，如图4-45（d）所示，靠夹紧力在支承面上的分力平衡切削力。④切削力（FH）与支承面方向反向，如图4-45（f）所示。切削力（FH）直接由夹紧力（FJ）来平衡，此时所需夹紧力最大。所以，当三力同向时，作用于支承面上时，夹紧工件所要的夹紧力最小；如果要减小夹紧力，可在夹具上设置止推块或止推销。图4-45夹紧方向与夹紧力大小的关系(a)(b)(c)(d)(e)(f)4.3工件的夹紧

1．斜楔夹紧机构斜楔是夹紧机构中最基本的增力和锁紧元件。斜楔夹紧机构是利用楔块上的斜面直接或间接（如用杠杆）将工件夹紧的机构，如图4-46所示。4.3.3基本夹紧机构图4-46斜楔夹紧机构1—斜楔块2—楔座3—压板4—弹簧5—柱塞6—螺钉图4-47斜楔夹紧受力分析(a)(b)1）夹紧力的计算现取斜楔作为研究对象进行受力分析，如图4-47（a）所示作R1，R2，FR三力的平衡图，夹紧力为由于斜楔、工件、夹具体通常都为金属件，它们之间的摩擦角基本接近。令

，且当

时，夹紧力可表示为

2）斜楔的自锁斜楔自锁是指撤出原始外力（FR）后，仍能保证工件处于夹紧状态。工件夹紧后，外力消失，如图4-47（b）所示为外力消失后的受力情况。为了保证自锁必须满足即

一般钢铁件间的摩擦系数，故摩擦角，相应地

。设计时为了可靠一般取

。图4-48斜楔夹紧机构的行程3）斜楔夹紧机构的增力特性当

时，

，夹紧机构增力。设

，

为斜楔夹紧机构的增力比。则有

越小，增力性能越好。若取

，，则

，即夹紧力比外力大三倍。因此，

愈小，

愈大，要获得较大的增力比，必须减小斜楔升角

。4）斜楔夹紧机构的夹紧行程斜楔的夹紧行程是指斜楔压紧工件的行程，如图4-48所示，可知由此可见，当增大，行程h增大，效率提高，但自锁性差，增力性降低。所以，对于斜楔夹紧的增力性与行程应综合考虑。5）斜楔夹紧机构的特点结构简单，有增力作用；行程易受限制；夹紧和松开均要敲击大、小端，操作不方便。因此，斜楔夹紧机构一般应用于批量不大、切削力不大、振动小的小型夹具。

1）螺旋夹紧机构的特点螺旋夹紧机构结构简单、容易制造、元件已标准化、增力比大、自锁性能好、夹紧可靠、适应性强、夹紧行程较大，是夹具中用得最多的一种夹紧机构。但操作费时，故常与其他机构组合使用。图4-49螺旋夹紧机构2．螺旋夹紧机构由螺钉、螺母、垫圈、压板等元件组成，采用螺旋直接夹紧或与其他元件组合实现夹紧工件的机构，统称为螺旋夹紧机构。

2）简单螺旋夹紧机构

如图4-49所示为一种较简单的螺旋夹紧机构，该机构实际上是斜楔的一种转换形式。螺旋可以视为绕在圆柱体上的斜楔，螺杆压紧工件，相当于螺母相对上升。外作用力（FQ）转化为力矩（MQ）。因此，可以从斜楔夹紧力计算公式直接导出螺旋夹紧力的计算公式，即这种装置的螺杆直接与工件接触，容易损害或移动工件，为减轻螺钉头部对工件的损伤，增大螺钉与工件的接触面，常采用活动压头，如图4-50所示。图4-50活动压头的类型

3）螺旋压板夹紧机构在夹紧机构中，结构形式变化最多的、应用最广泛的就是螺旋压板机构。常用的螺旋压板夹紧机构如图4-51所示。选用时，可根据夹紧力的大小要求、工作高度尺寸的变化范围、夹具上夹紧机构允许占有的部位和面积进行选择。在图4-51（a）、（b）、（c）所示的三种装置中，如果要求对工件的夹紧力Q相同，那么所需要施加的原始力P的大小和方向是不同的。其中，图4-51（a）所示装置减力，增加夹紧行程；图4-51（b）所示装置不增加力，但可改变夹紧力的方向；图4-51（c）所示装置采用了铰链压板增力，但减少了夹紧行程，使用上受工件尺寸形状的限制。图4-51（d）所示装置为钩形压板，其结构紧凑，特别适用于夹具上安装夹紧机构位置受到限制的场合。图4-51螺旋压板夹紧机构（a）

（b）

（c）

（d）3．偏心夹紧机构偏心夹紧机构是由偏心元件直接夹紧或与其他元件组合而实现对工件夹紧的机构，如图4-52所示。偏心夹紧机构也是从斜楔夹紧装置转化而来的，它近似于把一个斜楔弯成圆盘形，偏心元件一般有圆偏心和曲线偏心两种类型，圆偏心夹紧因结构简单、容易制造而得到广泛应用。图4-52偏心夹紧机构1—手柄2—偏心轮3—销轴4—垫板5—压板

1）偏心夹紧机构的工作原理偏心圆的几何中心O1、回转中心O2如图4-53所示。图4-53偏心夹紧的工作原理弧楔的升角

随转动角度

而变化，在m，n点升角最小，在m，n点之间的某一点升角最大，其值为偏心夹紧机构的夹紧力计算公式为由斜楔分析可知：楔升角

越大，自锁性能越差，有效夹紧力越小。故偏心轮升角的变化特性与自锁条件、工作段的选择及结构设计等关系极大。

2）偏心夹紧的自锁条件

与斜楔夹紧的自锁条件

相同，偏心夹紧的自锁条件为有自锁条件：，即圆偏心轮的自锁与其直径有关。故

其中，f一般取0.1～0.15，则

。

的值称为偏心率或偏心特性，其值越大，自锁性越好，但轮廓尺寸也越大。

3）偏心夹紧行程及工作段

偏心轮由O1O2中心连线分为两个半圆，其中一个半圆工作，工作段为0°～180°的弧长，但在实际中一般工作段小于90°才便于操作和安全。①在0°～90°内升角（

）上升（0至最大值），夹紧行程，自锁性极差；②在45°～135°内升角（

）大，但变化小，夹紧行程

，行程大，夹紧力稳定；③在90°～180°内升角（

）由大到小，夹紧行程

，夹紧力增大快。4.3工件的夹紧

1．联动夹紧机构在一次操作中，能同时多点夹紧一个或几个工件的机构称为联动夹紧机构。装夹工件过程中，为了提高生产率，减少工件装夹时间，往往需要夹具同时有几个点对工件进行夹紧，或有时则需要同时夹紧几个工件，而有些夹具除了夹紧动作外，还需要松开或紧固辅助支承等，这时可以采用各种联动机构。联动夹紧机构主要用于铣床夹具与钻床夹具。联动夹紧的优点是缩短夹紧的辅助时间，提高劳动生产率；使各作用点受力均匀；补偿工件各受力处的尺寸差别。下面介绍一些常见的联动夹紧机构。4