机械制造装备设计第三章

1、第三章 机床夹具第一节第一节 夹具概述夹具概述第二节第二节 工件在夹具上的定位工件在夹具上的定位第三节第三节 几种夹紧机构介绍几种夹紧机构介绍第四节第四节 夹具上的其它装置夹具上的其它装置第五节第五节 夹具合理设计依据夹具合理设计依据第三章 机床夹具设计3.1 夹具概述3.1.1 夹具的功用夹具的功用保证加工精度保证加工精度夹稳夹稳提高劳动生产率，降低加工成本提高劳动生产率，降低加工成本减少辅助时间减少辅助时间改善工人劳动条件改善工人劳动条件降低劳动强度降低劳动强度扩大机床的工艺范围扩大机床的工艺范围一定范围内改变机床用途或工艺范围一定范围内改变机床用途或工艺范围第三章 机床夹具设计3.1 夹

2、具概述3.1.2 夹具的分类夹具的分类通用夹具通用夹具适应不同工件的装夹，通常用于通用机床。适应不同工件的装夹，通常用于通用机床。专用夹具专用夹具用于特定工件的装夹用于特定工件的装夹成组和可调夹具成组和可调夹具具有一定的可调性或者柔性，部分元件可调整更换具有一定的可调性或者柔性，部分元件可调整更换组合夹具组合夹具由预先制造的标准化元件组装成由预先制造的标准化元件组装成随行夹具随行夹具跟着工件走跟着工件走第三章 机床夹具设计4通用夹具通用夹具5组合夹具组合夹具3.1 夹具概述3.1.3 夹具的组成夹具的组成定位元件定位元件确定工件位置夹紧装置夹紧装置使工件在加工中保持位置不变导向和对刀元件导向和

3、对刀元件确定刀具与工件相对位置夹具体夹具体基础部件动力装置动力装置提供夹紧力的动力源其他元件其他元件辅助功能或特殊需要第三章 机床夹具设计73.1 夹具概述3.1.4 夹具应该满足的基本要求夹具应该满足的基本要求保证加工精度保证加工精度与生产纲领相适应与生产纲领相适应易用性好易用性好经济性好经济性好第三章 机床夹具设计83.2 工件在夹具上的定位3.2.1定位原理第三章 机床夹具设计采用适当的约束措施限制工件的自由度，使其保证加工需要的位姿完全定位不完全定位过定位欠定位93.2 工件在夹具上的定位3.2.2 平面定位元件平面定位元件固定支撑（钉支承和板支承）固定支撑（钉支承和板支承）同一定位平

4、面上的支承钉或支同一定位平面上的支承钉或支承板之间的距离应尽可能远，承板之间的距离应尽可能远，以提高定位稳定性和定位精以提高定位稳定性和定位精度。度。支承的工作表面要求耐磨，以支承的工作表面要求耐磨，以保持夹具的定位精度。支承钉保持夹具的定位精度。支承钉和支承板均采用较好的材料，和支承板均采用较好的材料，并经适当的热处理。并经适当的热处理。第三章 机床夹具设计3.2 工件在夹具上的定位3.2.2 平面定位元件平面定位元件可调支承可调支承可调支承是支承点位置可以调整的支承。可调支承是支承点位置可以调整的支承。可调支承主要用于工件的毛坯制造精度不高，而又以粗基准面定位的工可调支承主要用于工件的毛坯

5、制造精度不高，而又以粗基准面定位的工序中。序中。图所示的几种可调支承采用螺钉螺母形式实现支承点位置的调整。可调图所示的几种可调支承采用螺钉螺母形式实现支承点位置的调整。可调支承在使用时的作用与固定支承相同。支承在使用时的作用与固定支承相同。第三章 机床夹具设计113.2 工件在夹具上的定位第三章 机床夹具设计3.2.2 平面定位元件平面定位元件自位支承自位支承在定位过程中，能随工件定位基准面的变化而自动调整的叫自位支承。在定位过程中，能随工件定位基准面的变化而自动调整的叫自位支承。这类支承在结构上均设计成活动或浮动的。这类支承在结构上均设计成活动或浮动的。常用于毛坯表面、断续表面、阶梯表面以及

6、有角度误差表面的定位。自常用于毛坯表面、断续表面、阶梯表面以及有角度误差表面的定位。自位支承定位作用仍相当于一个固定支承，只限制工件的一个自由度。位支承定位作用仍相当于一个固定支承，只限制工件的一个自由度。123.2 工件在夹具上的定位3.2.2 平面定位元件平面定位元件辅助支承辅助支承辅助支承是在每个工件定位后才经调整而参与支承的元件。它不起定位作用，辅助支承是在每个工件定位后才经调整而参与支承的元件。它不起定位作用，而用来提高工件的装夹刚度和稳定性，承受工件重力、夹紧力或切削力。而用来提高工件的装夹刚度和稳定性，承受工件重力、夹紧力或切削力。第三章 机床夹具设计133.2 工件在夹具上的定

7、位3.2.2 平面定位元件平面定位元件辅助支承辅助支承辅助支承是在每个工件定位后才经调整而参与支承的元件。它不起定位作用，辅助支承是在每个工件定位后才经调整而参与支承的元件。它不起定位作用，而用来提高工件的装夹刚度和稳定性，承受工件重力、夹紧力或切削力。而用来提高工件的装夹刚度和稳定性，承受工件重力、夹紧力或切削力。第三章 机床夹具设计3.2 工件在夹具上的定位3.2.3 圆柱面定位元件（芯轴）圆柱面定位元件（芯轴）a)为间隙配合心轴，工件装卸方便，定心精度不高。b)为过盈配合心轴，定心精度高，但装卸工件不便，易损伤工件定位孔。c)为小锥度心轴，工件安装时轻轻敲人或压人，通过孔和心轴接触表面的

8、弹性变形来夹紧工件，可获得较高的定心精度。除了刚性心轴外，生产中还有弹性心轴、液塑心轴及自动定心心轴等，它们在定位的同时将工件夹紧，使用很方便，但结构复杂。第三章 机床夹具设计15163.2 工件在夹具上的定位3.2.3 圆柱面定位元件（圆柱定位销）圆柱面定位元件（圆柱定位销）图所示为标准化的圆柱定位销。上端部有较长的倒角，便于工件装入。图a、b、c的定位销以尾柄与夹具体采用过盈配合联接。图d前定位销通过衬套与夹具体联接，尾柄与衬套采用间隙配合，此结构便于更换。 第三章 机床夹具设计173.2 工件在夹具上的定位3.2.3 圆柱面定位元件（圆锥定位销）圆柱面定位元件（圆锥定位销）图a所示为菱形

9、销，定位时只在该接触方向限制工件的一个自由度，在需要避免过定位时使用。图b所示圆锥销用于毛坯孔定位，图c所示圆锥销用于已加工孔定位。第三章 机床夹具设计183.2 工件在夹具上的定位3.2.3 圆锥面定位元件（锥度芯轴和中心顶尖）圆锥面定位元件（锥度芯轴和中心顶尖）第三章 机床夹具设计3.2 工件在夹具上的定位3.2.5 外圆表面定位元件外圆表面定位元件支承定位支承定位V块定位块定位第三章 机床夹具设计V形块分为固定式和活动式两种。活动V形块只限制工件左右方向的移动自由度，同时还兼有夹紧作用。限制了工件绕左侧圆柱定位销轴线转动的自由度。使用V形块定位的特点是对中性好，能使工件的定位基准轴线对中

10、在两工作面的对称平面上，而不受定位基准直径误差的影响。V形块适用于不论定位基准是否经过加工，是完整的圆柱面还是局部圆弧面，都可用它定位。20V形块定位是最常见的定位方式。其结构已标准化。V形块在夹具中的安装尺寸T是V形块的主要设计参数.两工作面间的夹角有60、903.2 工件在夹具上的定位3.2.5 外圆表面定位元件外圆表面定位元件V块定位块定位第三章 机床夹具设计213.2 工件在夹具上的定位第三章 机床夹具设计3.2.6组合表面定位方式组合表面定位方式孔与端面组合定位图518所示的轴套零件，采用内孔及一端面组合定位。图a所示是过定位，应尽量避免。图b所示，以轴肩支承工件端面，以短圆柱面对孔

11、定位，避免了过定位。图c、d所示，孔用长圆柱面定位，工件端面以小台肩面支承或用球面自位支承，以避免过定位。223.2 工件在夹具上的定位3.2.6组合表面定位方式组合表面定位方式第三章 机床夹具设计一面两孔组合定位 常用于加工箱体、杠杆、盖板等零件，易做到基准统一，保证工件的位置精度，又有利于夹具的设计与制造。工件的定位平面一般是加工过的精基面，两孔可以是工件结构上原有的，也可以是为定位需要而专门设置的工艺孔。一面两孔定位时相应的定位元件是一面两销，两定位销可以有以下两种：(1)两个圆柱销；(2)一个圆柱销和一个菱形销。过定位233.3 几种夹紧机构介绍3.3.1 对夹紧机构的要求对夹紧机构的

12、要求1)夹紧时不能破坏工件定位时获得的正确位置。2)夹紧应可靠和适当。既要保证加工过程中工件不发生松动或振动，又不允许工件产生不适当的变形和表面损伤。3)夹紧操作应方便、省力、安全。4)夹紧机构的自动化程度和复杂程度应与工件的生产批量及工件相适应。5)夹紧机构应有良好的结构工艺性，尽量使用标准件。第三章 机床夹具设计243.3 几种夹紧机构介绍第三章 机床夹具设计3.3.2 夹紧力方向的确定原则夹紧力方向的确定原则1）夹紧力的方向应有利于工件的定位，而不能破坏定位。为此一般要求主夹紧力应垂直指向第一定位基准面。253.3 几种夹紧机构介绍3.3.2 夹紧力方向的确定原则夹紧力方向的确定原则第三

13、章 机床夹具设计2）夹紧力的方向应尽量与工件刚度大的方向一致，以减小工件变形。263.3 几种夹紧机构介绍3.3.2 夹紧力方向的确定原则夹紧力方向的确定原则第三章 机床夹具设计3)夹紧力的方向应尽可能与切削力、工件重力方向一致，以减小所需的夹紧力。273.3 几种夹紧机构介绍3.3.3 夹紧力作用点的确定原则夹紧力作用点的确定原则第三章 机床夹具设计1)夹紧力作用点应正对支承元件或位于支承元件所形成的稳定受力区内，以保证工件已获得的定位不变。作用点不正对支承元件或落到了支承元件的支承范围之外，产生了使工件翻转的力矩，破坏了工件的定位。283.3 几种夹紧机构介绍3.3.3 夹紧力作用点的确定

14、原则夹紧力作用点的确定原则第三章 机床夹具设计2)夹紧力作用点应处在工件刚性较好的部位，以减小工件的夹紧变形。293.3 几种夹紧机构介绍3.3.3 夹紧力作用点的确定原则夹紧力作用点的确定原则第三章 机床夹具设计3)夹紧力作用点和支承点应尽量靠近切削部位，提高工件切削部位的刚度和抗振性。303.3 几种夹紧机构介绍第三章 机床夹具设计4）夹紧力作用点应尽量使各支承处的接触变形均匀，减小加工误差。3.3.3 夹紧力作用点的确定原则夹紧力作用点的确定原则313.3 几种夹紧机构介绍3.3.4 夹紧力的计算夹紧力的计算第三章 机床夹具设计1、几种计算夹紧力常见的情况（1）定位支承承受全部的切削力，

15、不需要夹紧323.3 几种夹紧机构介绍3.3.4 夹紧力的计算夹紧力的计算第三章 机床夹具设计1、几种计算夹紧力常见的情况（2）定位支承承受部分夹紧力如镗孔装夹时，需要考虑对夹紧最不利的情况，并据此进行相应的设计计算（3）由定位副的摩擦力平衡切削力a.对于可胀芯轴有Fj=KF/ub.对于过盈芯轴，不需计算，而将芯轴按照公差带分段做成一组芯轴，过盈量按照r6取c.间隙芯轴靠断面摩擦力平衡切削力，所以需要夹紧力比较大，有：Fj=KF/(2u)（4）定位支承完全不受切削力影响，如翻转钻模此时考虑夹紧力需要克服切削力和重力，有：Fj=K（Fz+G）上述中，K为夹紧力裕度系数333.3 几种夹紧机构介绍

16、3.3.4 夹紧力的计算夹紧力的计算第三章 机床夹具设计2、夹紧力裕度系数K的确定K=K0K1K2K3K4其中K0为基本安全系数，用于抵消切削力波动，取2.0-2.5K1为动力源波动系数，防止工人疲劳，取1.5-2.5K2为复合加工系数，针对多刀多项加工是不易准确计算切削力方向及大小，取1-1.2K3切削状况和刀具钝化参数，取1-1.3K4加工性质参数，针对粗细加工的不同，取1-1.2K最终在3-12之间343.3 几种夹紧机构介绍3.3.4 夹紧力的计算夹紧力的计算33第三章 机床夹具设计3、摩擦系数u的确定（1）工件和支承面均为光滑表面取0.16-0.25（2）支撑表面有与切削力方向一致的

17、沟槽取0.3（3）支撑表面有与切削力方向垂直的沟槽取0.4（4）支撑表面有交叉网文，取0.7-0.8353.3 几种夹紧机构介绍3.3.5 斜楔夹紧机构斜楔夹紧机构特点特点自锁改变夹紧力方向增力作用夹紧方向上行程小效率低第三章 机床夹具设计利用斜楔直接或间接夹紧工件的机构称为斜楔夹紧机构。斜楔夹紧机构具有一定的扩力作用。3.3 几种夹紧机构介绍3.3.6 螺旋夹紧机构螺旋夹紧机构第三章 机床夹具设计由螺钉、螺母、螺栓或螺杆等带有螺旋结构的元件与垫圈、压板或压块等组成的夹紧机构称为螺旋夹紧机构。目前夹具上用得最多的一种螺旋升角很小，容易自锁，不需要进行自锁校核结构简单，制造方便，曾力比大，自锁性

18、好，行程不受限制效率低，通常配合开口或转动垫圈，快卸螺母，以及快撤结构373.3 几种夹紧机构介绍3.3.7 偏心夹紧机构偏心夹紧机构第三章 机床夹具设计a.用偏心件直接或间接夹紧工件的机构称为偏心夹紧机构。b.偏心夹紧原理与斜楔夹紧机构依斜面高度增高而产生夹紧相似，只是斜楔夹紧的楔角不变，而偏心夹紧的楔角是变化的。优点是结构简单，操作方便，动作迅速；缺点是自锁性能差，夹紧行程和增力比小。c.用于工件尺寸变化不大，切削力小而且平稳的场合，不适合在粗加工中应用。39403.3 几种夹紧机构介绍3.3.8 铰链夹紧机构铰链夹紧机构第三章 机床夹具设计铰链夹紧机构的特点是动作迅速，增力比大，易于改变

19、力的作用方向。缺点是自锁性能差。常用于气动、液压夹紧中。413.3 几种夹紧机构介绍3.3.9 定心夹紧机构定心夹紧机构第三章 机床夹具设计定心夹紧机构是一种同时实现对工件定心定位和夹紧的夹紧机构，即在夹紧过程中能使工件实现定心或对中。1)以等速移动原理来实现定心夹紧。如三爪卡盘利用三个卡爪的等速移动来实现定心夹紧。夹紧后工件外圆轴线总是与主轴轴线重合。2)以均匀弹性变形原理来实现定心夹紧。由于锥面的作用使簧瓣收缩，对工件进行定心夹紧。3)液性塑料定心夹具，工件以孔和端面定位。424344453.3 几种夹紧机构介绍3.3.10 联动夹紧机构联动夹紧机构第三章 机床夹具设计联动夹紧机构是指操纵

20、一个手柄或利用一个动力装置就能完成若干个动作(包括夹紧和其它动作)的机构.采用联动夹紧机构，可以减少工件装夹时间，简化夹具结构。463.3 几种夹紧机构介绍3.3.11 夹具动力源夹具动力源第三章 机床夹具设计夹具广泛采用的是手动夹紧，它结构简单，成本低。但手动夹紧动作慢，劳动强度大，夹紧力变动大。在大批大量生产中往往采用机动夹紧。如气动、液动、气液联合驱动、电磁、电动、真空夹紧等。机动夹紧可以克服手动夹紧的缺点，提高生产率，还有利于实现自动化，当然成本也会提高。此外还有利用切削力、离心力等夹紧工件的自夹紧装置，它节省了动力装置，操作迅速。513.4 夹具上的其它装置3.4.1 导向装置（钻套

21、）导向装置（钻套）第三章 机床夹具设计钻床夹具中钻头的导向采用钻套。钻套有固定钻套、可换钻套、快换钻套和特殊钻套四种。如图，四种钻套均已标准化。523.4 夹具上的其它装置3.4.1 导向装置（钻套）导向装置（钻套）第三章 机床夹具设计对于一些特殊的场合，可以根据加工条件的特殊性设计专用钻套。如图几种特殊钻套，分别用于钻多个小间距孔、在工件凹陷处钻孔、在斜面上钻孔。533.4 夹具上的其它装置3.4.1 导向装置（镗套）导向装置（镗套）第三章 机床夹具设计镗套有固定式镗套和回转式镗套两类。图中所示为固定式镗套，适用于镗杆速度低于20mmin时的镗孔。固定式镗套外形尺寸小，结构简单，已标准化。5

22、4当镗杆速度超过20mmin时，可采用回转式镗套。回转式镗套可分为内滚式和外滚式两种。图中所示为一根镗杆上采用两种回转式镗套的结构，其中左端为内滚式镗套，右端为外滚式镗套3.4 夹具上的其它装置3.4.1 导向装置（镗套）导向装置（镗套）第三章 机床夹具设计553.4 夹具上的其它装置3.4.1 对刀装置（对刀块和塞尺）对刀装置（对刀块和塞尺）第三章 机床夹具设计常用的对刀块和塞尺已标准化，可直接选用。特殊的可以自行设计。对刀时移动机床工作台，使刀具靠近对刀块。在刀具与对刀块之间塞进一规定尺寸的塞尺，让刀刃轻轻靠紧塞尺，抽动塞尺感觉到有一定的阻力时，即可确定刀具在该对刀方向上的位置。抽去塞尺，就可以开动机床进行加工。对刀装置应设置在工件的切人一端便于对刀的位置。在批量加工中，为简化夹具结构，采用标准工件对刀或试切法对刀。563.4 夹具上的其它装置3.4.2 对定装置（夹具和机床之间的定位和连接）对定装置（夹具和机床之间的定位和连接）第三章 机床夹具设计夹具体底面是主要安装基准面。该面应足够大；底面的对称中心线上开有定向键槽，两端各安装上一个定向键，通过定向键与机床工作台T形槽的配合来保证夹具在工作台上的正确方向。夹具体上还设有U形耳座，供T形槽螺栓穿过，将夹具紧固在工作