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机械毕业设计134夹具设计.ppt

机械毕业设计134夹具设计

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资源描述：: 机械毕业设计134夹具设计,毕业设计

内容简介：: 第 3 章机床夹具原理与设计 3.1 机床夹具概述 3.2 工件夹具中的定位 3.3 定位方式与定位元件 3.4 定位误差分析 3.5 工件在夹具中的夹紧 3.6 现代机床不夹具简介 nts第 3 章机床夹具原理与设计 3.1.1 装夹是指工件加工前，在机床或夹具中占据某一正确加1. (1) 以工件已有表面找正装夹工件，如图 3-1所示在四爪3.1 机床夹具概述 nts第 3 章机床夹具原理与设计图 3-1 四爪装夹工件 nts第 3 章机床夹具原理与设计 (2) 以工件上事先划好的线痕迹找正装夹工件，如图 3-2找正法装夹工件主要过程：预夹紧找正、调整完全找正法装夹工件，工件正确位置的获得是通过找正达到的，夹具只起到夹紧工件的作用。这种方法方便、简单、生产率低、劳动强度大，适用于单件、小批生产。 nts第 3 章机床夹具原理与设计图 3-2 虎钳装夹工件 nts第 3 章机床夹具原理与设计 2. 1) 如图 3-3所示，在钻床夹具上加工套类零件上的径向小孔，工件以内孔及端面与夹具上定位销 6及其端面接触定位，通过开口垫圈 4、螺母 5压紧工件。把夹具放在钻床工作台面上，移动夹具让钻套 1 nts第 3 章机床夹具原理与设计图 3-3 钻床夹具 nts第 3 章机床夹具原理与设计 2) 如图 3-4所示，在铣床夹具上加工套类零件上的通槽，工件以内孔及端面与夹具上心轴 1及其端面接触定位，通过开口垫圈 5、螺母 4压紧工件。在铣床上，夹具通过底面和定位键 2与铣床工作台面和 T形槽面接触确定在铣床工作台上的位置，用螺栓压板压紧夹具，然后移动工作台，通过对刀块 3工作面确定刀具与工件的相对位置加工工件。因为对刀块工作面到定位销轴线的位置尺寸是根据工件加工要求确定的，nts第 3 章机床夹具原理与设计图 3-4 铣床夹具 nts第 3 章机床夹具原理与设计 (1) (2) 工件通过预先在机床上调整好位置的夹具，相对机(3) 工件通过对刀、导引元件，相对刀具占有正确位置；(4) nts第 3 章机床夹具原理与设计 3. (1) (2) 一般先定位、后夹紧，特殊情况下定位、夹紧同时实现，如三爪自动卡盘装夹工件。 nts第 3 章机床夹具原理与设计 3.1.2 1. 如图 3-3和图 3-4所示，机床夹具主要由以下几部分组成。(1) (2) (3) 对刀、导引元件：确定刀具相对夹具定位元件的位(4) (5) 连接元件和连接表面：用于确定夹具本身在机床主(6) 夹具体：用于将夹具上的各种元件和装置连接成一nts第 3 章机床夹具原理与设计 2. (1) 保证加工精度。用机床夹具装夹工件，能准确确定工件与刀具、机床之(2) 提高生产效率、降低成本。机床夹具能快速地将工件定位和夹紧，可以减少辅助时间，提高生产效率，降低成本。 nts第 3 章机床夹具原理与设计 (3) 减轻工人劳动强度。机床夹具采用机械、气动、液动夹紧装置，可以大大减(4) 扩大机床的使用范围。利用机床夹具，能扩大机床的加工范围，例如在车床或钻床上使用镗模可以代替镗床镗孔，使车床、钻床具有镗床nts第 3 章机床夹具原理与设计 3.1.3 1. (1) 通用夹具：指结构、尺寸已标准化，且有较大适用范围的夹具。如车床用的三爪自动定心卡盘、四爪单动卡盘，(2) 专用夹具：针对某一工件某一工序的加工要求专门设计和制造的夹具。专用夹具适于在产品相对稳定、产量较nts第 3 章机床夹具原理与设计 (3) 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，是针对通用夹具和专(4) 组合夹具：是由一套预先制定好的各种不同形状、不同尺寸规格、具有互换性的标准元件或组件，按照一定的装配约束关系组合而成的。组合夹具常用在单件，中、小批(5) nts第 3 章机床夹具原理与设计 2. 按使用的机床不同，夹具可分为车床、铣床、刨床、钻3. 按夹紧动力源不同，夹具可分为手动、气动、液动、电nts第 3 章机床夹具原理与设计 3.2.1 基准是零件上用来确定其他点、线、面位置所依据的那些点、线、面。按其功用不同，基准可分为设计基准和工艺1. 设计基准是在零件图上所采用的基准。它是标注设计尺寸的起点。如图 3-5(a)所示的零件，平面 2、 3的设计基准是平面 1，平面 5、 6的设计基准是平面 4，孔 7的设计基准是平面 1和平面 4，而孔 8的设计基准是孔 7的中心和平面 4。 3.2 工件夹具中的定位 nts第 3 章机床夹具原理与设计在零件图上不仅标注的尺寸具有设计基准，而且标注的位置精度同样具有设计基准。如图 3-5(b)所示的钻套零件，轴心线 O O是各外圆和内孔的设计基准，也是两项跳动误差的设计基准；端面 A是端面 B、 C的设计基准。 nts第 3 章机床夹具原理与设计图 3-5 (a) 支承块； (b) 钻套 nts第 3 章机床夹具原理与设计 2. 工艺基准是在加工、测量和装配时所使用的，必须是实在的。然而作为基准的点、线、面有时并不一定具体存在(如孔和外圆的中心线，两平面的对称中心面等 )，往往通过具体的表面来体现。用以体现基准的表面称为基面。例如图3-5(b)所示钻套的中心线是通过内孔表面来体现的，内孔表工艺基准是在工艺过程中所使用的基准。工艺过程是一个复杂的过程，按用途不同，工艺基准又可分为定位基准、nts第 3 章机床夹具原理与设计 1) 定位基准在加工中用做定位的基准，称为定位基准。它是工件上与夹具定位元件直接接触的点、线或面。如图 3-5(a)所示零件，加工平面 3和 6是通过平面 1和 4放在夹具上定位的，所以，平面 1和 4是加工平面 3和 6的定位基准；如图 3-5(b)所示的钻40h6外圆表面时，内孔表面是定位基面，孔的中心线就是定位基准。定位基准又分为粗基准和精基准。用做定位的表面，如果是没有经过加工的毛坯表面，称为粗基准；若是已加工过nts第 3 章机床夹具原理与设计 2) 工序基准在工序图上，用来标定本工序被加工面尺寸和位置所采用的基准，称为工序基准。它是某一工序所要达到加工尺寸(即工序尺寸 )的起点。如图 3-5(a)所示零件，加工平面 3时按尺寸 H2进行加工，则平面 1即为工序基准，加工尺寸 H2叫工序基准应当尽量与设计基准相重合；当考虑定位或试nts第 3 章机床夹具原理与设计 3) 测量基准零件测量时所采用的基准，称为测量基准。如图 3-5(b)所示，钻套以内孔套在心轴上测量外圆的径向圆跳动，则内孔表面是测量基面，孔的中心线就是外圆的测量基准；用卡尺测量尺寸 l和 L，表面 A是表面 B、 C 4) 装配基准装配时用以确定零件在机器中位置的基准，称为装配基准。如图 3-5(b)所示的钻套， 40h6外圆及端面 B即为装配基准。 nts第 3 章机床夹具原理与设计 3.2.2 一个尚未定位的工件，其空间位置是不确定的，有六个自由度，如图 3-6所示。沿空间坐标轴 X、 Y、 Z三个方向的、、和、 X Y ZXY Znts第 3 章机床夹具原理与设计图 3-6 工件的六个自由度 nts第 3 章机床夹具原理与设计图 3-7 长方体形工件的定位 nts第 3 章机床夹具原理与设计定位，就是限制自由度。如图 3-7所示的长方体工件，欲使其完全定位，可以设置六个固定点，工件的三个面分别与这些点保持接触。在其底面设置三个不共线的点 1、 2、 3(构成一个面 ) 两个点 4、 5(成一条线 )，限制了、两个自由度；端面设置一个点 6被限制了。这些用来限制工件自由度的固定点，称为定位支承点，简称支承点。用合理分布的六个支承点限制工件六个Z X YY ZXnts第 3 章机床夹具原理与设计在应用 “ 六点定位原理 ” 分析工件的定位时，应注意以(1) 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准面始终保持接触。若二者脱离，则意味着(2) 一个定位支承点仅限制一个自由度，一个工件仅有六个自由度，所设置的定位支承点数目原则上不应超过六个。nts第 3 章机床夹具原理与设计 (3) 分析定位支承点的定位作用时，不考虑力的影响。工件的某一自由度被限制，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，也并非是说工件的所有自由度都被限制了。所以，定位nts第 3 章机床夹具原理与设计 3.2.3 (1) 完全定位：工件的六个自由度全部被限制的定位。(2) (3) 欠定位：工件定位时，应该限制的自由度没有被全(4) 过定位 (重复定位 )：工件定位时，几个定位元件重复限制工件同一自由度的定位。 nts第 3 章机床夹具原理与设计 3.3.1 在机械加工中，利用工件上的一个或几个平面作为定位基准来定位工件的方式，称为平面定位。如箱体、支架类零件等，常以平面为定位基准。平面定位常用的定位元件有固3.3 定位方式与定位元件 nts第 3 章机床夹具原理与设计 1. 固定支承是指高度尺寸固定，不能调整的支承，包括固定支承钉和固定支承板两类。常用支承钉的结构形式如图 3-8所示。当工件以粗糙不平的毛坯面定位时，采用球头支承钉(B型 )，使其与毛坯良好接触。齿纹头支承钉 (C型 )用在工件的侧面，能增大摩擦系数，防止工件滑动。当工件以加工过的平面定位时，可采用平头支承钉 (A型 ) nts第 3 章机床夹具原理与设计图 3-8 常用支承钉的结构形式 nts第 3 章机床夹具原理与设计工件以精基准面定位时，除采用上述平头支承钉外，还常用图 3-9所示的支承板作定位元件。 A型支承板结构简单，便于制造，但不利于清除切屑，故适用于顶面和侧面定位；B型支承板则易保证工作表面清洁，故适用于底面定位。夹具装配时，为使几个支承钉或支承板严格共面，装配后需nts第 3 章机床夹具原理与设计图 3-9 常用支承板的结构形式 nts第 3 章机床夹具原理与设计 2. 可调支承是指顶端位置可在一定高度范围内调整的支承。常用的可调支承结构如图 3-10 所示。可调支承多用于支承工件的粗基准面，支承高度可根据需要进行调整，调整到位后nts第 3 章机床夹具原理与设计图 3-10 常用可调支承的结构形式 nts第 3 章机床夹具原理与设计 3. 自位支承是指支承本身的位置在定位过程中能自动适应工件定位基准面位置变化的一类支承。自位支承能增加与工作定位面的接触点数目，使单位面积压力减小，故多用于刚度不足的毛坯表面或不连续平面的定位。图 3-11为几种自位支承的结构形式，无论图 (a)、 (b)还是图 (c)都只相当于一个定nts第 3 章机床夹具原理与设计图 3-11 自位支承的结构形式 nts第 3 章机床夹具原理与设计此外，在生产中有时为了提高工件的刚度和定位稳定性，常采用辅助支承。图 3-12在靠近铣刀处增设辅助支承，可避免铣削时的振动，提高定位及加工的稳定性。值得注意的是：无论采用哪种形式的辅助支承，它都不起定位作用，因此不限制工件的自由度。 nts第 3 章机床夹具原理与设计图 3-12 辅助支承的应用实例 nts第 3 章机床夹具原理与设计 3.3.2 有些工件，如套筒、法兰盘等类工件常以孔作为定位基准，此时采用的定位元件有定位销、圆锥销、定位心轴等。1. 定位销图 3-13为几种常用的圆柱定位销，其工作部分直径 d通常根据加工要求和考虑便于装夹，按 g5、 g6、 f6或 f7制造。图3-13(a)、 (b)、 (c)所示定位销为固定式定位销，其与夹具体的连接采用过盈配合；图 3-13(d)为带衬套的可换式圆柱销结构，这种定位销与衬套的配合采用间隙配合，故其位置精度较固nts第 3 章机床夹具原理与设计图 3-13 几种常用的圆柱定位销 nts第 3 章机床夹具原理与设计为便于工件顺利装入，定位销的头部应有 15 短圆柱销限制工件的两个自由度，长圆柱销限制工件的2. 圆锥销在加工套筒、空心轴等类工件时，也经常用到圆锥销，如图 3-14所示。图 3-14(a)用于粗基准，图 3-14(b)用于精基准。、 X Y Znts第 3 章机床夹具原理与设计图 3-14 圆锥销 nts第 3 章机床夹具原理与设计工件在单个圆锥销上定位容易倾斜，所以圆锥销一般与其他定位元件组合定位。如图 3 15所示，工件以底面作为、两个移动X Ynts第 3 章机床夹具原理与设计图 3-15 圆锥销组合定位 nts第 3 章机床夹具原理与设计 3. 定位心轴主要用于套筒类和空心盘类工件的车、铣、磨1) 圆柱心轴图 3-16(a)为间隙配合圆柱心轴，其定位精度不高，但装卸工件较方便；图 3 16(b)为过盈配合圆柱心轴，常用于对定心精度要求高的场合；图 3-16(c)为花键心轴，用于以花键孔作为定位基准的场合。当工件孔的长径比 L/D1时，工作nts第 3 章机床夹具原理与设计图 3-16 几种常见的圆柱心轴 nts第 3 章机床夹具原理与设计短圆柱心轴限制工件的两个自由度，长圆柱心轴限制工2) 圆锥心轴图 3-17是以工件上的圆锥孔在圆锥心轴上定位的情形。这类定位方式是圆锥面与圆锥面接触，要求锥孔和圆锥心轴的锥度相同，接触良好，因此定心精度与角向定位精度均较高，而轴向定位精度取决于工件孔和心轴的尺寸精度。圆锥心轴限制工件的五个自由度，即除绕轴线转动的自由度没限制外均已限制。 nts第 3 章机床夹具原理与设计图 3-17 圆锥心轴 nts第 3 章机床夹具原理与设计 3.3.3 工件以外圆柱面作为定位基准时，根据外圆柱面的完整程度、加工要求和安装方式，可以在 V形块、定位套、半圆套及圆锥套中定位。其中最常用的是在 V 1. V形块 V形块有固定式和活动式之分。图 3-18为常用固定式 V形块。其中，图 3-18(a)用于较短的精基准定位；图 3-18(b)用于较长的粗基准 (或阶梯轴 )定位；图 3-18(c)用于两段精基准面相距较远的场合；图 3-18(d)中的 V形块是在铸铁底座上镶淬nts第 3 章机床夹具原理与设计图 3-18 固定式 V形块 nts第 3 章机床夹具原理与设计图 3-19 活动式 V形块应用实例 nts第 3 章机床夹具原理与设计图 3-19中的活动式 V形块限制工件在 Y方向上的移动自由根据工件与 V形块的接触母线长度，固定式 V形块可以分为短 V形块和长 V形块，前者限制工件两个自由度，后者V形块定位的优点是：对中性好，即能使工件的定位基准轴线对中在 V形块两斜面的对称平面上，在左右方向上不会发生偏移，且安装方便；应用范围较广。不论定位基准是否经过加工，不论是完整的圆柱面还是局部圆弧面，都可采用 V nts第 3 章机床夹具原理与设计图 3 19 活动 V形块应用实例 nts第 3 章机床夹具原理与设计根据工件与 V形块的接触母线长度，固定式 V形块可以分为短 V形块和长 V形块，前者限制工件两个自由度，后者V形块定位的优点是：对中性好，即能使工件的定位基准轴线对中在 V形块两斜面的对称平面上，在左右方向上不会发生偏移，且安装方便；应用范围较广。不论定位基准是否经过加工，不论是完整的圆柱面还是局部圆弧面，都可采用 V V形块上两斜面间的夹角一般选用60 、 90 和 120 ，其中以 90 应用最多。其典型结构和尺寸均已标准化，设计时可查国家标准手册。 V形块的材料一般用 20钢，渗碳深 0.8 1.2 mm，淬火硬度为 60 64 HRC。nts第 3 章机床夹具原理与设计图 3-20 工件在定位套内定位 nts第 3 章机床夹具原理与设计 3. 半圆套图 3-21为半圆套结构简图，下半圆起定位作用，上半圆起夹紧作用。图 3-21(a)为可卸式，图 3-21(b)为铰链式，后者装卸工件方便些。短半圆套限制工件两个自由度，长半圆套nts第 3 章机床夹具原理与设计图 3 21 半圆套结构简图 nts第 3 章机床夹具原理与设计 4. 圆锥套工件以圆锥面为定位基准面在圆锥孔中定位时，常与后顶尖（反顶尖）配合使用。如图 3-22所示，夹具体锥柄 1插入机床主轴孔中，通过传动螺钉 2对定位圆锥套 3传递扭矩，工件圆柱左端部在定位圆锥套 3中通过齿纹锥面进行定位，限制工件的三个移动自由度；工件圆柱右端锥孔在后顶尖 5(当外径小于 6 mm时，用反顶尖 )上定位，限制工件的nts第 3 章机床夹具原理与设计图 3-22 工件在圆锥套中定位 nts第 3 章机床夹具原理与设计 3.3.4 在实际加工过程中，工件往往不是采用单一表面定位，而是以组合表面定位。常见的有平面与平面组合、平面与孔组合、平面与外圆柱面组合、平面与其他表面组合、锥面与nts第 3 章机床夹具原理与设计例如，在加工箱体零件时，往往采用一面两孔组合定位，即以一个平面及与该平面垂直的两孔为定位基准，如图 3-23所示。 nts第 3 章机床夹具原理与设计图 3-23 一面两孔组合定位情况 nts第 3 章机床夹具原理与设计 (1) 减小第二个销子的直径。此种方法由于销子直径减小，(2) 使第二个销子可沿 X (3) 第二个销子采用削边销结构，即采取在过定位方向上，将第二个圆柱销削边，如图 3-23(b) 、、三个自由度，短圆柱销限制、两个自由度，短的削边销（菱形销）限制 nts第 3 章机床夹具原理与设计图 3-23(c)所示削边销的截面形状为菱形，又称菱形销，用于直径小于 50 mm的孔；图 3-23(d)所示削边销的截面形状常用于直径大于 50 mm 常用定位元件能限制的工件自由度如表 3-1 nts第 3 章机床夹具原理与设计表 3 1 常用定位元件能限制的工件自由度 nts第 3 章机床夹具原理与设计 nts第 3 章机床夹具原理与设计 nts第 3 章机床夹具原理与设计 nts第 3 章机床夹具原理与设计 3.4.1 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得不准确，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精度达不到要求。设计基准在工序尺寸方向的最大位置变动量，称为定位误差，以 dw表3.4 定位误差分析 nts第 3 章机床夹具原理与设计 1. 图 3-24所示零件，底面 3和侧面 4已加工好，现需加工台阶面 1和顶面 2。工序一：加工顶面 2，以底面和侧面定位，此时定位基准和设计基准都是底面 3，即基准重合。加工时，使刀具调整尺寸与工序尺寸一致，即 C=H H(对于一批工件来说，可视为常量 )，则定位误差 dw=0。 nts第 3 章机床夹具原理与设计图 3-24 基准不重合产生的定位误差 nts第 3 章机床夹具原理与设计工序二：加工台阶面 1，定位同工序一，此时定位基准为底面 3，而设计基准为顶面 2，即基准不重合。即使本工序刀具以底面为基准调整得绝对准确，且无其他加工误差，仍会由于上一工序加工后顶面 2在 H H范围内变动，导致加工尺寸 A A变为 A A H，其误差为 2H，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 jb表示，即 jb=2H。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nts第 3 章机床夹具原理与设计图 3-24中，工序改进方案使基准重合了 (jb=0)。这种方案虽然提高了定位精度，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。因此，从多方面考虑，在满足加工要求的前提下，nts第 3 章机床夹具原理与设计 2. 如图 3-25(a)所示，工件以内孔中心 O为定位基准，套在心轴 O1上，铣上平面，工序尺寸为 H+H 0。从定位角度看，孔心线与轴心线重合，即设计基准与定位基准重合， jb=0。但实际上，定位心轴和工件内孔都有制造误差，而且为了便于工件套在心轴上，还应留有间隙，故安装后孔和轴的中心必然不重合 (如图 3-25(b)所示 )，使得两个基准发生位置nts第 3 章机床夹具原理与设计图 3-25 基准位移产生的定位误差 nts第 3 章机床夹具原理与设计设孔径为，轴径为 =D-d。当心轴如图 3-25(b)水平放置时，工件与心轴始终在上母线 A单边接触。则设计基准 O与 O1间的最大和最小距离DD 00dd 2222m a x11m a x1dDOOddDDAOOAOOnts第 3 章机床夹具原理与设计 )(21222222m in1m a x1jwdDdDdDddDDOOOO nts第 3 章机床夹具原理与设计因此定位误差为内孔公差 D与心轴公差 d之和的一半，且与最小配合若将工件定位基准与夹具定位元件合称为 “ 定位副 ” ，则由于定位副制造误差，也直接影响定位精度。这种由于定位副制造不准确，使得设计基准位置发生变动而产生的定位误差，称为 “ 基准位移误差 ” ，用 jw 上例中，若心轴垂直放置，则工件孔与心轴可能在任意jw=D+d+ nts第 3 章机床夹具原理与设计 3.4.2 通常，定位误差可按两种方法进行分析计算：一是先分别求出基准位移误差和基准不重合误差，再求出其在加工尺寸方向上的矢量和，即 dw=jb+jw；二是按最不利情况，确定一批工件设计基准的两个极限位置，再根据几何关系求出此两位置的距离，并将其投影到加工尺寸方向上，便可求出下面举例说明工件用 V 如图 3-26所示，直径为的轴在 V形块上定位铣平面，0dd nts第 3 章机床夹具原理与设计图 3-26 用 V形块定位的误差 nts第 3 章机床夹具原理与设计 (1) 要求保证上母线到加工面的尺寸 H1，即设计基准为 B，见图 3-26(a)； (2) 要求保证下母线到加工面的尺寸 H2，即设计基准为 C，见图 3-26(b)； (3) 要求保证轴心线到加工面的尺寸 H3，即设计基准为 O，见图 3-26(c)。三种尺寸标注的工件均以外圆上的半圆面为定位基准，在 V形块上定位。若工件尺寸有大有小，则接触点 E、 F的位置将会变化，所以，加工前以不变点 A (V形块两工作表面的交点 )作为调整刀具位置尺寸 C的依据。因此，对于尺寸 H1、H2、 H3 都有因基准不重合和定位基准本身制造误差而造成的定位误差。 nts第 3 章机床夹具原理与设计 21BB(1) 尺寸 H1的定位误差。这时设计基准的最大位置变动量为 2s i n21122s i n21212s i n22)(211122212211dddddBOAOBOAOABABBBDWnts第 3 章机床夹具原理与设计 (2) 尺寸 H2的定位误差。这时设计基准的最大位置变动量为 21CC2s i n2112)()(11122212212dCOAOCOQOACACCCDWnts第 3 章机床夹具原理与设计 (3) 尺寸 H3的定位误差。这时设计基准的最大位置变动量为，即定位误差： 21OO2s i n122s i n22s i n2121221d w 3dddAOAOOOnts第 3 章机床夹具原理与设计 (1) dw d (2) dw与 V形块夹角有关，随增大而减小，但定位稳定性变差，故一般取 =90 (3) 与 dw工序尺寸标注方式有关，本例中 dw1dw3dw2 nts第 3 章机床夹具原理与设计 3.4.3 机械加工过程中，产生加工误差的因素很多。若规定工件的加工误差为工件，并以夹具表示与采用夹具有关的误差，以加工表示除夹具外，与工艺系统其他一切因素 (诸如机床误差、刀具误差、受力变形、热变形等 )有关的加工误差，工件夹具 +加工此不等式即为保证加工精度的条件，称为采用夹具加工nts第 3 章机床夹具原理与设计上式中的夹具包括了有关夹具设计与制造的各种误差，如工件在夹具中定位、夹紧时的定位夹紧误差，夹具在机床上安装时的安装误差，确定刀具位置的元件和引导刀具的元件与定位元件之间的位置误差等。因此，在夹具的设计与制造中，要尽可能设法减少这些与夹具有关的误差。这部分误差所占比例越大，留给补偿其他加工误差的比例就越小，其结果不是降低了零件的加工精度，就是增加了加工难度，导nts第 3 章机床夹具原理与设计 3.5 工件在定位元件上定位后，必须采用一定的装置将工件压紧夹牢，使其在加工过程中不会因受切削力、惯性力或离心力等作用力而发生振动或位移，从而保证加工质量和生产安全，这种装置称为夹紧装置。机械加工中所使用的夹具一般都必须有夹紧装置，在大型工件上钻小孔时，可不单独nts第 3 章机床夹具原理与设计 3.5.1 图 3-27为夹紧装置组成示意图。它主要由以下三部分组成。 1. 力源装置是产生夹紧作用力的装置，所产生的力称为原始力，其动力可用气动、液动、电动等。图 3-27中的力源装nts第 3 章机床夹具原理与设计图 3-27 夹紧装置组成示意图 nts第 3 章机床夹具原理与设计 2. 中间传力机构是介于力源和夹紧元件之间传递力的机构，如图 3-27中的杠杆。在传递力的过程中，它能起到如下作用：(1) (2) (3) 使夹紧实现自锁，保证力源提供的原始力消失后，nts第 3 章机床夹具原理与设计 3. 夹紧元件是最终执行元件，与工件直接接触完成夹紧作用，如图 3-27中的压板。夹紧装置的具体组成并非一成不变，须根据工件的加工要求、安装方法和生产规模等条件来确定。(1) nts第 3 章机床夹具原理与设计 (2) 夹紧力大小要合适，既要保证工件在加工过程中不移动、不转动、不振动，又不能使工件产生变形或损伤工件(3) 夹紧动作要迅速、可靠，且操作要方便、省力、安(4) 结构紧凑，易于制造与维修。其自动化程度及复杂程度应与工件的生产纲领相适应。 nts第 3 章机床夹具原理与设计 3.5.2 设计夹紧机构，首先必须合理确定夹紧力的三要素：大1. 确定夹紧力作用方向时，应与工件定位基准的配置及所(1) 夹紧力的作用方向应垂直于主要定位基准面。图 3-28所示工件是以 A、 B面作为定位基准来镗孔 C，要求保证孔 C轴线垂直于 A面。为此应选择 A面为主要定位基准，夹紧力FQ作用方向应垂直于 A面。这样，无论 A面与 B面有多大的垂直度误差，都能保证孔 C轴线与 A面垂直。否则，夹紧力 FQ方向垂直于 B面，则因 A、 BC轴线不垂直于 A面，产生垂直度误差，如图 3-28 nts第 3 章机床夹具原理与设计图 3-28 夹紧力作用方向不垂直于主要定位基准面 nts第 3 章机床夹具原理与设计 (2) 夹紧力作用方向应使所需夹紧力最小。这样可使机构轻便、紧凑，工件变形小，对手动夹紧可减轻工人劳动强度。图 3-29表示了夹紧力 FQ与切削力 FP、工件重力 W之间三种不同方向的关系，其中图 3-29(a)所需夹紧力最小，较为理想；图 3-29(b)所需夹紧力 FQFP+W，要比图 3-29(a)大得多；图 3-29(c)完全靠摩擦力克服切削力和重力，故所需夹紧力FQ(FP+W) (为工件与定位元件间的摩擦系数 )最大。所以，最理想的夹紧力的作用方向是与重力、切削力方向一致。 nts第 3 章机床夹具原理与设计图 3-29 夹紧力方向与夹紧力大小的关系 nts第 3 章机床夹具原理与设计（ 3) 夹紧力作用方向应使工件变形尽可能小。由于工件不同方向上的刚度不一致，因此不同的受力面也会因其受力面积不同而变形各异，夹紧薄壁工件时，尤应注意这种情况。如图 30所示套筒的夹紧，用三爪自定心卡盘夹紧外圆显然nts第 3 章机床夹具原理与设计图 3-30 (a) 径向夹紧； (b) 轴向夹紧 nts第 3 章机床夹具原理与设计 2. 夹紧力作用点的确定对工件的可靠定位、夹紧后的稳定(1) 夹紧力的作用点应落在支承元件或几个支承元件形成的稳定受力区域内。图 3-31(a)中夹紧力作用在支承面范围之外，工件发生倾斜，因而不合理；而图 3-31(b)则是合理的。nts第 3 章机床夹具原理与设计图 3-31 (a) 不合理； (b) 合理 nts第 3 章机床夹具原理与设计 (2) 夹紧力作用点应落在工件刚性好的部位。如图 3-32所示，将作用在壳体中部的单点改为在工件外缘处的两点夹紧，工件的变形大大改善，夹紧也更可靠。此项原则对刚性差的(3) 夹紧力作用点应尽可能靠近加工面。这可减小切削力对夹紧点的力矩，从而减轻工件振动。图 3-32(a)中，若压板直径过小，则对滚齿时的防振不利。图 3-32(b)中工件形状特殊，加工面距夹紧力 FQ1作用点甚远，这时应增设辅助支承，并附加夹紧力 FQ2 nts第 3 章机床夹具原理与设计图 3-32 夹紧力应靠近加工表面 nts第 3 章机床夹具原理与设计 3. 相互位置关系具体计算。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。进行夹紧力计算时，通常将夹具和工件看做一刚性系统，以简化计算。根据工件在切削力、夹紧力 (重型工件要考虑重力，高速时要考虑惯性力 )作用下处于静力平衡，列出静力平nts第 3 章机床夹具原理与设计一般来说，手动夹紧时不必算出夹紧力的确切值，只有机动夹紧时，才进行夹紧力计算，以便确定动力部件 (如气缸、液压缸直径等 ) 3.5.3 夹紧机构是夹紧装置的重要组成部分，因为无论采用何种动力源装置，都必须通过夹紧机构将原始力转化为夹紧力。各类机床夹具应用的夹紧机构多种多样，以下介绍几种利用nts第 3 章机床夹具原理与设计 1. 图 3-33(a)为斜楔夹紧的钻夹具，以原始作用力将斜楔推(1) 有增力作用。升角 (2) 夹紧行程小。设当斜楔水平移动距离为 s时，其垂直方向的夹紧行程为 h。则因 h/s=tan 及 tan 1 hs，且越小，其夹紧行程也越小。 nts第 3 章机床夹具原理与设计图 3-33 斜楔夹紧原理及受力分析 nts第 3 章机床夹具原理与设计 (3) 根据以上特点，斜楔夹紧很少用于手动操作的夹紧装置，而主要用于机动夹紧且毛坯质量较高的场合。有时，为解决增力和夹紧行程间的矛盾，可在动力源不间断的情况下，增大为 15 30 ；也可采用双升角形式，大升角用于夹紧nts第 3 章机床夹具原理与设计图 3-34 单螺旋夹紧 nts第 3 章机床夹具原理与设计 2. 由于螺旋夹紧结构简单，夹紧可靠，因此在夹具中得到广泛应用。图 3-34是最简单的单螺旋夹紧机构。夹具体上装有螺母，转动螺杆，通过压块将工件夹紧。螺母为可换式，以螺钉防止其转动。压块可避免螺杆头部与工件直接接触，夹紧时带动工件转动，并造成压痕。螺旋夹紧的扩力比 iP=FQ/FP=80，远比斜楔夹紧力大。同时螺旋夹紧行程不受限制，所以在手动夹紧中应用极广。但螺旋夹紧动作慢，辅助时间长，效率低，为此出现了许多快速螺旋夹紧机构。在实际生产中，螺旋 nts第 3 章机床夹具原理与设计 3. 其他元件组合实现对工件的夹紧。常用的偏心件有圆偏心和图 3-35是一种常见的偏心轮压板夹紧机构。当顺时针转动手柄使偏心轮绕轴转动时，偏心轮的圆柱面紧压在垫板上，由于垫板的反作用力，使偏心轮上移，同时抬起压板 nts第 3 章机床夹具原理与设计图 3-35 偏心轮压板夹紧机构 nts第 3 章机床夹具原理与设计由于圆偏心夹紧时的夹紧力小，自锁性能不是很好，且夹紧行程小，故多用于切削力小，无振动，工件尺寸公差不4. 联动夹紧机构联动夹紧机构是利用一个原始作用力实现单件或多件的nts第 3 章机床夹具原理与设计 1) (1) 单件同向联动夹紧机构。如图 3-36所示，在图 3-36(a)中，通过浮动柱 2的水平滑动协调浮动压头 1、 3实现对工件的夹紧 ; 在图 3-36(b)中，通过薄膜气缸 9的活塞杆 8带动浮动盘 7和三个钩形压板 5松、夹工件。 nts第 3 章机床夹具原理与设计图 3-36 单件同向联动夹紧机构 nts第 3 章机床夹具原理与设计这种夹紧机构的特点是在夹紧点之间，必须设计有浮动元件 2、 7 (2) 单件对向联动夹紧机构。如图 3-37所示，当液压缸中的活塞杆向下移动时，通过nts第 3 章机床夹具原理与设计图 3-37 单件对向联动夹紧机构 nts第 3 章机床夹具原理与设计 (3) 单件互垂力或斜交力联动夹紧机构。如图 3-38所示，在图 3-38(a)中，拧紧螺母 4，使之对铰链压板施压，从而使摇臂 2转动带动摆动压块 1、 3实现相互垂直两个方向四点联动夹紧工件；在图 3-38(b)中，通过摆动压块 1 nts第 3 章机床夹具原理与设计图 3-38 单件互垂力或斜交力联动夹紧机构 nts第 3 章机床夹具原理与设计 2) (1) 多件平行联动夹紧机构。如图 3-39所示，在图 3-39(a)中，由于球面垫圈 4和摆动压块 3的作用，拧紧螺母 5可实现同时平行夹紧四个工件；在图3-39(b)中，拧紧螺母 5，使铰链压板 2转动，在液性介质 8作用下，五个滑柱同时平行夹紧工件。这种夹紧机构的特点是nts第 3 章机床夹具原理与设计图 3-39 多件平行联动夹紧机构 nts第 3 章机床夹具原理与设计 (2) 多件连续夹紧机构。如图 3-40所示，拧紧螺钉对移动 V形块依次施压从而夹紧工件。这种夹紧机构的特点是定位夹紧元件合二为一；工件直径变化引起工件的移动，不会影响加工精度，故只能用nts第 3 章机床夹具原理与设计图 3-40 多件连续夹紧机构 nts第 3 章机床夹具原理与设计 (3) 对向式多件联动夹紧机构。如图 3-41所示，旋转偏心轮 6，迫使压板 1、 4同时对向夹(4) 复合式多件联动夹紧机构。它是将上述多件夹紧机构组合构成的夹紧机构。图 3-42 nts第 3 章机床夹具原理与设计图 3-41 对向式多件联动夹紧机构 nts第 3 章机床夹具原理与设计 3) (1) 先定位后夹紧联动机构。如图 3-43所示，活塞杆 9右移，螺钉 10与拨杆 1脱开，在弹簧 2的作用下，推杆 3上移，因其斜面作用使活塞 4右移推动工件与定位块 7接触定位。当活塞杆 9继续右移时，其上斜面作用通过滚子 11顶推杆 12而顶压板 5 nts第 3 章机床夹具原理与设计图 3 42复合式多件联动夹紧机构 nts第 3 章机床夹具原理与设计图 3-43 先定位后夹紧联动机构 nts第 3 章机床夹具原理与设计 (2) 夹紧与移动压板联动机构。如图 3-44所示，逆时针扳动手柄，先是拨销 1拨动压板 2上的螺钉 3，使压板左移到夹紧位置，继续逆时针扳动手柄，偏心轮 5顶起压板夹紧工件。松开时，顺时针扳动手柄，偏心轮 5的作用先松开工件，继而拨销 1拨动螺钉 4使压板右移。nts第 3 章机床夹具原理与设计图 3-44 夹紧与移动压板联动机构 nts第 3 章机床夹具原理与设计 (3) 夹紧与辅助支承联动机构。如图 3-45所示，转动螺母 3压压板 2，夹紧工件的同时通过锁销 4锁紧辅助支承 1。 5. 定心夹紧机构 1) 图 3-46(a)中工件以外圆定位加工内孔，保证同轴度。若在套筒中动配合定位，则 jb=0， db0， dw=db；若在三爪自动定心卡盘中定位，因三爪等速向中心的移动，使定位基准没有位移，则 db=0， dw=0 nts第 3 章机床夹具原理与设计图 3-45 夹紧与辅助支承联动机构 nts第 3 章机床夹具原理与设计如图 3-46(b)所示，在工件上加工槽，保证对工件中心面的对称度。若采用固定双支承平面定位，则 jb0， db =0，dw=jb；若左、右侧面采用等速内、外移动定位元件，使定位基准为中心面，则 jb=0， dw=0 定心夹紧机构是指定位和夹紧同时实现的夹紧机构。采用定心夹紧机构可减少 dw。它的工作原理是利用 “ 定位夹紧 ” 元件的等速移动或均匀弹性变形来实现定心或对中。 nts第 3 章机床夹具原理与设计 (1) “ 定位夹紧 ” (2) 始终有 db=0 (3) 2) (1) 螺旋式定心夹紧机构。如图 3-47所示，转动有左、右螺纹的双向螺杆 6， V形块钳口 2、 4可等速靠拢中心或等速远离中心而实现工件定心装夹。定心精度可借助调节杆 3 nts第 3 章机床夹具原理与设计图 3-47 螺旋式定心夹紧机构 nts第 3 章机床夹具原理与设计 (2) 楔式定心夹紧机构。如图 3-48所示，拉杆 4带动本体 2右移，因斜面的作用使夹爪 1向外张开而定心夹紧工件；反之，拉杆 4左移，在弹簧卡圈 3 (3) 杠杆式定心夹紧机构。如图 3-49所示，拉杆 1左移带动滑套 2移动而拨动钩形杠杆 3绕轴销 4顺时针转动使夹爪 5收拢而定心夹紧工件。夹爪的张开靠拉杆右移时装在滑套 2 nts第 3 章机床夹具原理与设计图 3-48 机动楔式夹爪自动定心机构 nts第 3 章机床夹具原理与设计图 3-49 杠杆作用的定心卡盘 nts第 3 章机床夹具原理与设计 (4) 弹簧筒夹式定心夹紧机构。如图 3-50所示，在图 3-50(a)中，旋转螺母 4迫使弹性筒夹2左右移动的同时，因弹性筒夹 2上外锥面和锥套 3上内锥面的作用，使弹性筒夹 2缩、胀而定心夹紧和松开工件；在图 3-50(b)中，旋转螺母 4迫使锥套 3左右移动的同时，因锥套 3上外锥体与弹性筒夹 2上内锥体的作用，使弹性筒夹 2胀、缩而nts第 3 章机床夹具原理与设计图 3-50 弹性夹头和弹性心轴 nts第 3 章机床夹具原理与设计 (5) 波纹套定心夹紧机构。如图 3-51所示，旋转螺母 1带动垫圈 3左右移动压紧和松开波纹套 2 (6) 液性塑料定心夹紧机构。如图 3-52所示，旋转螺钉 5使滑柱 4移动而在液性塑料 3内产生压力，迫使薄壁套筒 2弹性变形而定心夹紧工件；反之，nts第 3 章机床夹具原理与设计图 3-51 波纹套定心夹紧机构 nts第 3 章机床夹具原理与设计图 3-52 液性塑料定心夹紧机构 nts第 3 章机床夹具原理与设计 3.6.1 自动线夹具根据自动线的配置形式，主要有固定夹具和固定夹具用于工件直接输送的生产线，夹具是安装在每台机床上的。随行夹具是用于组合机床自动线上的一种移动式夹具，工件安装在随行夹具上。随行夹具除了完成对工件的定位、夹紧外，还带着工件随自动线移动到每台机床加工台面上，再由机床上的夹具对其整体定位和夹紧，工件在随行夹具上的定位和夹紧与在一般夹具上的定位和夹紧一样。图 3-53 3.6 现代机床夹具简介 nts第 3 章机床夹具原理与设计图 3-53 自动线夹具 nts第 3 章机床夹具原理与设计 3.6.2 组合夹具是在夹具元件高度标准化、通用化的基础上发展起来的一种夹具。它由一套预先制造好的，具有各种形状、功用、规格和系列尺寸的标准元件和组件组成。根据工厂的加工要求，利用这些标准元件和组件组装成各种不同夹具。图 3-54和图 3-55所示为常用的槽系列组合夹具元件和组件图。 nts第 3 章机床夹具原理与设计图 3-54(a)是基础件，用做夹具体底座的基础元件；图 3 54(b)是支承件，主要作为夹具体的支架或角架等；图 3-54(c)是定位件，用来定位工件和确定夹具元件之间的位置；图 3-54(d)是导向件，用于确定或引导切削刀具位置；图 3-5 5(a)是压紧件，用来压紧工件或夹具

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