第五章机床夹具设计原理

1、普通高等教育普通高等教育“九五九五”国家级国家级 重点教材重点教材 机械制造技术 夹夹 具具 夹具 机床夹具概述 定位基准 工件在夹具中的定位 工件的加紧 组合夹具和随行夹具 5.1 机床夹具概述 【本章目的【本章目的】 （）理解机床夹具基本知识； 【本章要目【本章要目】 （）机床夹具的组成 （）机床夹具的分类 （）机床夹具的功用 5.1.1.1 机床夹具的概念机床夹具的概念 为了加工出符合规定技术要求的表面，必 须在加工前将工件装夹在机床上或夹具中。工 件的装夹包括定位和夹紧两个过程。 机床夹具机床夹具： 机床上用以装夹工件（和引导刀具）的一种 装置。其作用是将工件定位，以使工件获得相 对于

2、机床和刀具的正确位置，并把工件可靠地 夹紧。 机床夹具的组成机床夹具的组成 定位元件定位元件 夹紧装置夹紧装置 对刀、引导元件对刀、引导元件 其它装置或元件其它装置或元件 夹具体夹具体 连接元件连接元件 5.1.1.2 机床夹具的组成机床夹具的组成 机床夹具的组成机床夹具的组成 (1)定位元件定位元件: 定位装置的作用是使工件在夹具中占据正定位装置的作用是使工件在夹具中占据正 确的位置。确的位置。 (2)夹紧装置夹紧装置 : 夹紧装置的作用是将工件压紧夹牢，保夹紧装置的作用是将工件压紧夹牢，保 证工件在加工过程中受到外力作用时不离开证工件在加工过程中受到外力作用时不离开 已经占据的正确位置。已

3、经占据的正确位置。 (3)夹具体夹具体 : 夹具上的所有组成部分，需要通过一个基夹具上的所有组成部分，需要通过一个基 础件使其联接成为一个整体，这个基础件称础件使其联接成为一个整体，这个基础件称 为夹具体。为夹具体。 (4)对刀、导向元件对刀、导向元件 为了调整刀具的位置，在夹具上设有确定为了调整刀具的位置，在夹具上设有确定 刀具（如铣刀等）位置或引导刀具（孔加工用刀具（如铣刀等）位置或引导刀具（孔加工用 刀具）方向的元件。刀具）方向的元件。 (5)其它元件及装置其它元件及装置 如分度装置等。如分度装置等。 机床夹具的分类机床夹具的分类1 根据所使用的机床可将夹具分为： 车床夹具 铣床夹具 钻

4、床夹具（钻模） 镗床夹具（镗模） 磨床夹具 齿轮机床夹具等， 机床夹具的分类机床夹具的分类2 根据产生加紧力的动力源可将夹具分为： 手动夹具 气动夹具 液压夹具 电动夹具 电磁夹具 真空夹具等。 5.1.2 机床夹具的分类机床夹具的分类3 机床夹具可根据其使用范围分为: 通用夹具 专用夹具 成组夹具 组合夹具 随行夹具等类型。 通用夹具通用夹具 能够较好地适应加工工序和加工对象变 换的夹具。 标准化结构 三爪卡盘、四爪卡盘、平口钳、万能分 度头 适用范围：单件小批生产 专用夹具专用夹具 为某一工件的某一道工序专门设计和制 造的夹具。 适用范围：使用范围窄，大批生产 尾座套筒铣键槽夹具尾座套筒铣

5、键槽夹具 1 V形块；形块；2压板；压板；3拉杆； 拉杆；4限位螺钉；限位螺钉； 6手柄；手柄； 7轴；轴；8杠杆；杠杆；9偏心轮；偏心轮；10定向键；定向键； 11夹具体 夹具体 车床专用夹具 组合夹具 组合夹具组合夹具 是由一套预先制造好的标准元件和 合件组装而成的专用夹具。 适用范围：新产品试制，特殊零件的单 件小批生产 随行夹具 随行夹具随行夹具 是大批量生产中在自动线上使用的 一种移动式夹具。 5.1.3 机床夹具的功用机床夹具的功用 夹具的基本作用：定位和夹紧 1保证加工质量 2提高劳动生产率，降低成本 3扩大机床工艺范围 4降低了对工人技术水平的要求，减轻 了工人的劳动强度。 工

6、件安装方式与工件精度的获得工件安装方式与工件精度的获得 工件的安装方式 尺寸精度的获得 （1）装夹的目的）装夹的目的实现工件的定位与夹紧实现工件的定位与夹紧 5.2.1.1 工件的装夹工件的装夹 定位：定位：使工件在机床或夹具中占有使工件在机床或夹具中占有正确位置正确位置的过程。的过程。 夹紧：夹紧：工件定位后将其固定，使其在加工过程中工件定位后将其固定，使其在加工过程中保持定保持定 位位置不变位位置不变的操作。的操作。 1）直接找正装夹）直接找正装夹 效率低，找正精度较高； 适用单件小批量中形状 简单的工件。 装夹的方法装夹的方法(位置精度位置精度) 3） 夹夹 具具 装装 夹夹 2）划线找

7、正装夹）划线找正装夹 通用性好，但效率 低，精度不高；适 用于单件小批量中 形状复杂的铸件。 操作简单，效率高， 容易保证加工精度， 适用于各种生产类型 。 5.2.1.2 获得尺寸精度的方法 试切法 定尺寸刀具法 调整法 自动获得尺寸法 夹具 定位基准 工件在夹具中的定位 5.2 工件在夹具中的定位 【本章目的【本章目的】 （1）掌握工件在夹具中的定位； （2）掌握工件定位的基本原理； 【本章要目【本章要目】 （）工件的定位； （）工件定位的基本原理 5.2.2 工件定位的基本原理 六点定位原理 支承点与定位元件 完全定位与不完全定位 欠定位与过定位 定位基准 基准：基准： 是用以确定生产对

8、象上几何要素间的几何 关系所依据的点，线，面。 定位基准：定位基准：在加工中用以定位的基准。 基面基面： 作为基准的点、线、面在工件上不一定具 体存在（例如孔的中心线和对称中心平面等）， 其作用是由某些具体表面（如内孔圆柱面）体 现的，体现基准作用的表面称为基面。 二、基准及其分类二、基准及其分类 基准 定位基准定位基准 工序基准工序基准 装配基准装配基准 测量基准测量基准 设计基准设计基准 工艺基准 用于确定零件上用于确定零件上 其它点、线、面其它点、线、面 位置所依据的那位置所依据的那 些点、线、面。些点、线、面。 设计图样上所采设计图样上所采 用的基准就是设用的基准就是设 计基准。计基准

9、。 在加工时用于工件在加工时用于工件 定位的基准，称为定位的基准，称为 定位基准。定位基准。 1、粗基准、粗基准 2、精基准、精基准 3、辅助基准、辅助基准 4、主要基准、主要基准 5、附加基准、附加基准 在加工中或加工在加工中或加工 后用来测量工件后用来测量工件 时采用的基准时采用的基准 在装配时用来确定零在装配时用来确定零 件或部件在产品中相件或部件在产品中相 对位置所采用的基准对位置所采用的基准 在工序图上使用的基准。在工序图上使用的基准。 加工、测量、加工、测量、 装配过程中使装配过程中使 用的基准。用的基准。 钻套的设计基准钻套的设计基准 齿轮的装配基准齿轮的装配基准 工件在夹具中的

10、定位 六点定位原理 支承点与定位元件 完全定位与不完全定位 欠定位与过定位 六点定位原理 任何一个自由刚体，在空间均有六个自由度，即 沿空间坐标轴X、Y、Z三个方向的移动和绕此三 坐标轴的转动。 工件定位的实质就是限制工件的自由度。 工件安装时主要紧靠机床工作台或夹具上的这六 个支承点，它的六个自由度即全部被限制，工件 便获得一个完全确定的位置。 工件定位时，用合理分布的六个支承点与工件的 定位基准相接触来限制工件的六个自由度，使工 件的位置完全确定，称为“六点定位”。 刚体自由度数目 工件在空间的自由度与工件六点定位工件在空间的自由度与工件六点定位 工件的底面在xOy坐标平面内，三个支承点限

11、 制三个自由度此面称主定位面。主定位面。 工件的左侧面处在yoz坐标平面内，二个支承 点起限制二个自由度，此面称为导向面导向面。 工件的后面处在xOz坐标平面内，二个支承 点限制一个自由度，此面称为为止推面止推面 从上述分析可知：要使工件在夹具中完全定 位，可用合理分布的六个支承点限制工件的六 个自由度，使工件在夹具中占有惟一正确的位 置。 Y 六点定位是工件定位的基本法则，用于实际生 产时，起支承作用的是一定形状的几何体，这 些用来限制工件自由度的几何体就是定位元件。 任何未定位的工件在空间直角坐标系中都具有 六个自由度。 工件定位的任务工件定位的任务就是根据加工要求限制工件的 全部或部分自

12、由度。 工件的六点定位原理六点定位原理是指用六个支撑点来分别 限制工件的六个自由度，从而使工件在空间得 到确定定位的方法。 支承点与定位元件支承点与定位元件 在具体的夹具中，与工件为点接触的支承点是由在具体的夹具中，与工件为点接触的支承点是由 对工件起定位作用的定位元件如支承钉、支承板、圆对工件起定位作用的定位元件如支承钉、支承板、圆 柱销等来体现的。一个定位元件可以体现一个或多个柱销等来体现的。一个定位元件可以体现一个或多个 支承点。某一定位元件相当支承点的数目，由该定位支承点。某一定位元件相当支承点的数目，由该定位 元件限制的工件自由度数来判断。元件限制的工件自由度数来判断。 图图2107

13、 完全定位与不完全定位完全定位与不完全定位 完全定位完全定位 工件的六个自由度完全被限制的定位称 为完全定位完全定位。 不完全定位不完全定位 按加工要求，允许有一个或几个自由度 不被限制的定位称为不完全定位不完全定位。 欠定位与过定位欠定位与过定位 按工序的加工要求，工件应该限制的自 由度而未予限制的定位，称为欠定位欠定位。 在确定工件定位方案时，欠定位时绝对 不允许的。 工件的同一自由度背二个或二个以上的 支撑点重复限制的定位，称为过定位过定位。 在通常情况下，应尽量避免出现过定位。 过定位过定位 消除过定位的途径 消除过定位及其干涉一般有两个途径： 其一是改变定位元件的结构，以消除被 重复

14、限制的自由度； 其二是提高工件定位基面之间及夹具定 位元件工作表面之间的位置精度，以减 少或消除过定位引起的干涉。 图图2108 常见的几种过定位实例常见的几种过定位实例 图图 改善过定位的措施改善过定位的措施 应该限制五个自由度：应该限制五个自由度： 六点定位原理应用举例六点定位原理应用举例 1）、在长方体工件上铣通槽 2）、在长方体工件上铣不通槽 O X Y Z 应该限制六个自由度应该限制六个自由度： ;Y ;Z ;X ;Y ;Z 不完全定位不完全定位 ;ZYXZYX 完全定位完全定位 应该限制一个自由度应该限制一个自由度： 3）、在球面上铣平面 4）、在车床上车外圆 O X Y Z 应该

15、限制四个自由度：应该限制四个自由度： Z 不完全定位不完全定位 ;ZYZY 不完全定位不完全定位 分析下列定位方案中各定位元件限制了那些自由度？分析下列定位方案中各定位元件限制了那些自由度？ 1）车光轴外圆 2）车套筒外圆 起传动作用，不起定位作用 起夹紧作用，不 起定位作用 ZYX ; ZY ; X ZYZY ; 分析下列定位方案中各定位元件限制了那些自由度？分析下列定位方案中各定位元件限制了那些自由度？ 3）车光轴外圆的三种安装方式。 a) b) c) ZYZY ; ZY ; ZY ; ZY ; ZY ; X 定位误差定位误差 一批工件逐个在夹具上定位时，各个工 件在夹具上所占据的位置不可

16、能完全一 致，以致使加工后各工件的加工尺寸存 在误差，这种因工件定位而产生的工序 基准在工序尺寸上的最大变动量，称为 定位误差定位误差，用D表示。 定位误差的组成定位误差的组成 1基准不重合误差 2. 基准位移误差 基准不重合误差 当定位基准与设计基准不重合时便产生基准不 重合误差。因此选择定位基准时应尽量与设计 基准相重合。当被加工工件的工艺过程确定以 后，各工序的工序尺寸也就随之而定，此时在 工艺文件上，设计基准便转化为工序基准。 设计夹具时，应当使定位基准与工序基准重合。 当定位基准与工序基准不重合时，也将产生基 准不重合误差，其大小对于定位基准与工序基 准之间尺寸的公差，用B表示。工序

17、基准与定 位基准之间的尺寸就称为定位尺寸。 定位基面 为了分析问题的方便，引入“定位基面” 的概念。当工件以回转表面（如孔、外 圆等）定位时，称它的轴线为定位基准， 而回转表面本身则称为定位基面。 工件在夹具上定位时，理论上定位基面 与定位元件上的起主要定位作用的表面 应该接触。 基准位移误差 工件在夹具中定位时，由于工件定位基面与夹 具上定位元件限位基面的制造公差和最小配合 间隙的影响，从而使各个工件的位置不一致， 给加工尺寸造成误差，这个误差称为基准位移 误差，用Y表示。 基准位移误差的大小对应于因工件内孔轴线与 心轴轴线不重合所造成的工序尺寸最大变动量。 基准位移误差 当定位基准的变动方

18、向与工序尺寸的方 向相同时，基准位移误差等于定位基准 的变动范围，即Y = i 当定位基准的变动方向与工序尺寸的 方向不同时，基准位移误差等于定位基 准的变动范围在加工尺寸方向上的投影， 即 Y = icos a 定位误差的计算方法定位误差的计算方法 定位误差由基准不重合误差与基准位移误差两 项组合而成。计算时，先分别算出B和Y，然 后将两者组合而成D。 误差计算不等式 kGTZD )( 5.3.2.1 工件以平面定位工件以平面定位 固定支承。 固定支承有支承钉和支承板 两种型式。 可调支承 自位支承(浮动支承) 辅助支承 固定支承 固定支承有支承钉和支承板两种型式。 在使用过程中，它们都是固

19、定不动的。在定位 过程中，支承钉一般只限制工件的一个自由度， 而支承板相当于两个支承钉。 当工件以粗糙不平的毛坯面定位时，采用球头 支承钉。 齿纹头支承钉用在工件的侧面，它能增大摩擦 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 承钉或支承板。 固定支承 需要经常更换的支承钉应加衬套。 支承钉、支承板和衬套都已标准化，其公差 配合、材料、热处理等可查阅手册。 工件以平面定位时，除采用上面介绍的标准 支承钉和支承板之外，还可根据工件定位平 面的具体形状设计相应的支承板，工件批量 不大时也可直接以夹具体作为限位平面。 支承板 (a) 工作面上开斜槽(b) 工作面上没开槽 可调支承

20、 在工件定位过程中，支承钉的高度需要 调整时，可采用可调支承结构。 自位支承 自位支承(浮动支承) 在工件定位过程中，能自 动调整位置的支承称为自位支承，或称浮动支承。 辅助支承 辅助支承用来提高工件的装夹刚度和稳定性， 不起定位作用。 工件定位时，辅助支承是浮动的（或可调的）， 待工件夹紧后再固定下来，以承受切削力。 （1）手动式辅助支承 （2）弹簧式辅助支承 工件以平面定位的定位误差工件以平面定位的定位误差 5.3.2.2 工件以外圆柱面定位工件以外圆柱面定位 工件以外圆柱面作为定位基面时，最常 用的定位元件： 卡盘 V形块 定位套 半圆套 V形块 工件以外圆柱面在V形块上定位的突出优点是

21、 对中性好，即工件上定位用的外圆柱面轴线始 终处在V型块两斜面的对称面上，且不受定位 基准直径误差的影响。 用于较短的精基准定位，一般限制工件两个自 由度。 用于较长的未加工过的定位基准，一般限制工 件四个自由度。 如果定位元件直径于长度较大，则V型块可不 用整体钢件、而采用铸铁底座镶淬火钢片。 V形块 V形块有固定式也有活动式。活动V形块限制工 件一个转动自由度，其沿V形块对称面方向的 移动可以补偿工件因毛坯尺寸变化而对定位的 影响，同时兼有夹紧的作用。 活动V形块的结构尺寸已标准化。 工件以外圆柱面定位时，除V形块定位，还可 以采用定位套的形式，此时大多与端面定位相 结合。定位套的优点是简单方便，缺点是因为 定位间隙的影响而使定心精度不够高。 设计基准为中心线 设计基准为上母线 设计基准为下母线 举例 解 5.3.2.2 工件以圆孔定位工件以圆孔定位 工件以圆柱孔为定位基面时，常用圆柱 体和圆锥体作为定位元件。 圆柱销（定位销） 圆柱心轴 圆锥销 锥度心轴 定位销 短圆柱销可限制两个自由度，而长圆柱销可限 制四个自由度。从结构上看，定位销一般可分 为固定式和可换式两种。固定式定