第六章机床夹具设计

1、第六章 机床夹具设计 第一节机床夹具概述第一节机床夹具概述 第二节工件的定位和夹具的定位设计第二节工件的定位和夹具的定位设计 第三节第三节 工件的夹紧及夹具的夹紧设计工件的夹紧及夹具的夹紧设计 第四节机床夹具的其它装置第四节机床夹具的其它装置 第五节机床专用夹具的设计方法第五节机床专用夹具的设计方法 习题与思考题习题与思考题 第六章机床夹具设计第六章机床夹具设计 第六章 机床夹具设计 l组成组成 l定位元件及定位装置 l夹紧元件及夹紧装置 l导向元件 l对刀元件及定向元件 l夹具体 l其它元件及装置 l类型类型 l按通用特性划分按通用特性划分: l通用夹具 l专用夹具 l可调夹具 第一节：机床

2、夹具概述第一节：机床夹具概述 第六章 机床夹具设计 l成组夹具 l组合夹具 l随行夹具 l按所使用的机床划分按所使用的机床划分 l其他其他 第六章 机床夹具设计 一、工件的定位一、工件的定位 二、常用定位元件及其所能二、常用定位元件及其所能 限制的自由度数限制的自由度数 三、定位基准及定位元件的三、定位基准及定位元件的 合理选择合理选择 四、定位设计四、定位设计 五、定位误差的分析和计算五、定位误差的分析和计算 第二节：工件的定位和夹具的定位设计第二节：工件的定位和夹具的定位设计 第六章 机床夹具设计 一、工件的定位一、工件的定位 l工件的定位原理： l六点定位原理 l完全定位： l限制工件的

3、六个自由度 l不完全定位： l需要限制的自由度少于六个 l欠定位 l绝对不允许 l过定位（重复定位） l加工中一般不允许；特殊场合下，对加工有利。 第六章 机床夹具设计 l支承钉支承钉 l支承板支承板 l定位销定位销 l锥面定位销锥面定位销 lV形块形块 二、常用定位元件及其限制的自由度数二、常用定位元件及其限制的自由度数 第六章 机床夹具设计 （1）、支撑钉（）、支撑钉（图示图示） l一个支撑钉：点定位副 l两个组合：直线定位副 l 三个组合：平面定位副 多用于粗 基准定位 支 撑 钉 的 种 类 和 形 状 第六章 机床夹具设计 （2）支撑板（）支撑板（图示图示） l 一组支撑板：平面定位

4、副， 限制三个自由度 l 一块长支撑板：直线定位副， 限制两个自由度 支承板 的 种 类 和 形 状 第六章 机床夹具设计 （3）定位销）定位销 l短销短销(图图6-5)：L(0.8 1.2)d l限制x、y移动和转动四自由 度 第六章 机床夹具设计 l削边圆柱销（削边销图削边圆柱销（削边销图6- 7） l补偿工件的定位基准与 夹具定位元件之间的实 际尺寸误差，消除过定 位 l削边短销限制一个自由 度 l削边长销限制两个自由 度 第六章 机床夹具设计 （4）、锥面定位销（）、锥面定位销（图图6-8） l 限制x、y、z三个移动自由 度 l 常采用削边锥面定位销用于 粗基准孔的定位设计中，一 般

5、取90锥顶角 第六章 机床夹具设计 （5）、）、V形块形块：用于粗基准或 精基准 l短短V形块（形块（图图a） lV形块和工件定位面接触长 度小于工件定位直径 l 限制y、z两移动自由度 l长长V形块（形块（图图b） l 接触长度大于1.52倍工件 定位直径 l 限制y、z移动和转动四自由 度 lV形角有 6090、 120三种， 90的应用最 广 第六章 机床夹具设计 三、定位基准及定位元件的合理选择三、定位基准及定位元件的合理选择 l（一）平面定位基准（一）平面定位基准 l（二）圆孔定位基准（二）圆孔定位基准 l（三）外圆柱面定位基准（三）外圆柱面定位基准 l（四）其它成形面定位基准（四）

6、其它成形面定位基准 第六章 机床夹具设计 （一）、平面定位基准（一）、平面定位基准 l粗基准定位：粗基准定位：以未经机械加 工的平面定位 l一般选三个圆头支撑钉，呈 三角分布（图图6-11） l将以支撑钉做成可调整的结 构（图图6-12） l自动调节支承 ：有时定位 表面为断续表面、阶梯表面 或有某些缺陷时，可将支承 钉做成图图6-13所示的浮动支 承，自动调节支承的采用， 不增加点的定位副数 l采用辅助支撑增加刚性 第六章 机床夹具设计 l精基准定位精基准定位：以精基准平面定位 l选用一组支撑板作定位元件 l保证足够的支撑刚性而无过大的接触面积，且不产生夹紧变形。 第六章 机床夹具设计 （二

7、）、圆孔定位基准（二）、圆孔定位基准 l粗基准定位：粗基准定位：多采用三点式定心可胀心轴（图图a） （一组可胀滑销相当于一个短定位销） 第六章 机床夹具设计 l精基准定位精基准定位：均可采用定位销作定位元件 l长销（心轴）长销（心轴）：包括间隙定位心轴和无间隙定位心轴 l多用于较大的孔的定位 l短销短销 l间隙定位销分为固定式、伸缩式两种间隙定位销分为固定式、伸缩式两种 伸缩式和固定式各有优缺点 （三）、外圆柱面定位基准（三）、外圆柱面定位基准 l粗基准定位粗基准定位:常用三爪卡盘，双V形块定心定位元件 l 精基准定位精基准定位:可以采用三爪卡盘、双V形块、间隙定位套、无间隙 弹性薄壁套或内锥

8、面定位元件实现定心定位。 第六章 机床夹具设计 （四）、其它成形面定位基准（四）、其它成形面定位基准 l常采用双V形块或V形块和其它元件组合的定位元件定（图6-15） l用V形块实现工件的对中定位。可移动的V形块只限制一个自由度。 l 锥孔：如回转体工件的中心孔 第六章 机床夹具设计 四、定位设计四、定位设计 l 通常工件是由一组定位基准在夹具中定位的， 夹具设计的首要任务就是要选择一组合适的 定位元件 l常见工件的组合基准常见工件的组合基准 ： l一组平面组合基准一组平面组合基准 l平面和曲面的组合基准平面和曲面的组合基准 l平面和孔的组合基准平面和孔的组合基准 l一组孔的组合基准一组孔的组

9、合基准 第六章 机床夹具设计 l例： （一）、一组平面及平面、曲面（一）、一组平面及平面、曲面 组合基准的定位设计组合基准的定位设计 (1) 两个平面基准的定位设计两个平面基准的定位设计 （图图6-16） l在长方形工件上加工一个宽度为b的 矩形通槽保持尺寸H-H及B l分析：分析：底面M第一定位基准，N面第 二定位基准 l夹具定位设计夹具定位设计 ： l 一组支承板和M面接触形成三个点 定位副限制x、y转动自由度和z移动 自由度 l 一块支承板和N面接触，形成线接 触，限制y移动自由度和z转动自由 度 图6-16两个平面基准定位设计简图 第六章 机床夹具设计 (2)、平面和曲面组合基准的定位

10、设、平面和曲面组合基准的定位设 计计 l例（图图6-17）：在盘形工件钻d 孔时 l分析：分析：工件底平面为第一定位基准， 圆柱面为第二定位基准。 l夹具定位设计夹具定位设计 l 一组支承板与工件底平面接触形 成面定位副 ，限制x、y转动自由 度和z移动自由度 l圆柱面定位限制x、y移动自由度 图6-17定位设计简图 第六章 机床夹具设计 、曲面和平面组合基准的定位设、曲面和平面组合基准的定位设 计计 例（例（图图a） l分析分析：圆柱面为第一定位基准， 端面为第二定位基准 l定位设计定位设计： l一个长V形块，限制四个自由 l一个端面支承钉，限制一个自由 度 第六章 机床夹具设计 例（例（图

11、图b） l圆柱体上铣一个平面 l定位设计与图a一样，但端面的支承 钉已无定位的意义，只是为了平衡切 削力 第六章 机床夹具设计 （二）、平面和孔组合基准的（二）、平面和孔组合基准的 定位设计定位设计 1、一面一孔组合基准的定位设计一面一孔组合基准的定位设计 l（1） 大平面和短孔组合基准的大平面和短孔组合基准的 定位设计定位设计 例：例：平面圆锥销定位 （图图6-20） l大平面为第一定位基准 孔为第二定位基准 l弹簧浮动式圆锥销 图6-20平面圆锥销定位 第六章 机床夹具设计 、平面和长孔的组合基准的定、平面和长孔的组合基准的定 位设计位设计 1) 平面作第一定位基准时平面作第一定位基准时

12、l较大的支承板与平面基准接触， 限制三个自由度 l短圆柱销或浮动圆锥销限制两个 自由度。 l采用长定位销将会发生过定位现 象 （图（图a） 2)圆柱销作第一定位基准时圆柱销作第一定位基准时 l平面支承采用球面浮动结构 （图（图b） l平面支承面的接触面尽可能减小 (图图c) 第六章 机床夹具设计 2一面两孔组合基准的定位设计一面两孔组合基准的定位设计 分析：分析：平面为第一定位基准，一个工艺孔 为第二定位基准，另一个为第三定位 基准 l一组支承板与工件的平面基准接触， 限制三个自由度 两个短圆柱销与两个工艺孔接触定位限 制了七个自由度，过定位 （图图a） 解决：解决：将一个定位销沿x方向上对称

13、 削边，使之成为菱形销 (图图b) 自由度：支承平面限制x、y转动自 由度和z移动自由度 圆柱销限制x、y移动自由度 菱形销限制z转动自由度。 第六章 机床夹具设计 两销的设计：两销的设计： 右图右图： l已知条件为工件上两圆柱孔的 尺寸及中心距 （D1、D2、Lg及 其公差 ） l（1）确定夹具上两定位销的 中心距Lx l（2）确定圆柱销直径d1及其 公差 l（3） 确定菱形销的直径d、 宽度b及公差 第六章 机床夹具设计 （三）孔及孔系组合基准的定位设计（三）孔及孔系组合基准的定位设计 1一个孔为基准的定位设计 1) 用小锥度心轴的定位设计用小锥度心轴的定位设计 l例：图示（图图6-26）

14、 l靠工件与心轴接触处Lk的弹 性变 形而获得定位和夹紧的 l限制工件的四个自由度 2) 用过盈心轴的定位设计用过盈心轴的定位设计 l图图627 l工件被限制了五个自由度。 l用压力机将心轴压入工件孔内 第六章 机床夹具设计 2两个同轴孔组合基准的定位两个同轴孔组合基准的定位 设计设计 1)、 两个同轴的粗基准孔组合定位两个同轴的粗基准孔组合定位 l采用两端三点式可胀心轴。 2)、 两个同轴的精基准孔组合定位两个同轴的精基准孔组合定位 l采用图6-28所示 3) 、两个中心孔定位、两个中心孔定位 l采用两个顶尖 ，工件加工与左 端面有尺寸要求时 ，采用浮动结 构。 l图6-29所示 第六章 机

15、床夹具设计 3孔系组合基准的定位设计孔系组合基准的定位设计 l一般以两个同轴孔以及与同轴孔较远的另一个孔作定位基准 如图如图6-30所示所示 lA、B以两组三点式可胀心轴形成一个长圆柱销，限制四个自由度 l孔C中用一个两点式可胀心轴限制一个转动自由度。 C A B 图6-30孔系的组合基准定位 第六章 机床夹具设计 五、定位误差的分析和计算五、定位误差的分析和计算 l（一）定位误差的概念（一）定位误差的概念 l（二）定位误差的求法（二）定位误差的求法 l（三）常见定位方式的定位误（三）常见定位方式的定位误 差分析和计算差分析和计算 第六章 机床夹具设计 （一）定位误差的概念（一）定位误差的概念

16、 1定位误差的产生定位误差的产生 l图6-32所示，工件以下母线定 位 l不存在定位而引起的误差。 l图6-33所示，工件以孔作为定位 基准 l造成基准不重合误差B和基准位 移误差Y 第六章 机床夹具设计 （二）、定位误差的求法（二）、定位误差的求法 (1)、 基准不重合误差B的求法 l实质是加工尺寸设计基准相对于定位基准在加工尺寸方向上可能产生的最大 位移量 l消除这个误差，必须使定位基准与加工尺寸设计基准重合 (2)、 基准位移误差Y的求法 l由于定位基准表面与定位元件工作表面有制造误差和装配间隙存在，以致使 定位基准在夹具中相对于定位元件工作表面的位置产生位移 l定位基准在夹具中相对于定

17、位元件工作表面的位置，在指定方向上所能产生 的最大位移量 第六章 机床夹具设计 (3) 定位误差D的求法 l分别求出B和Y后，再求出它们对加工尺寸的综合影响（采用逐件试切法采用逐件试切法 进行加工，则根本不存在定位误差进行加工，则根本不存在定位误差 ） （三）、常见定位方式的定位误差分析和计算（三）、常见定位方式的定位误差分析和计算 (1)工件以平面定位工件以平面定位 l主要是由基准不重合引起 l当定位尺寸是由多环尺寸组成时，定位误差实际上等于尺寸链中所有组 成环节的公差之和 (2)工件以圆孔定位工件以圆孔定位 l工件以圆孔在不同定位元件上定位时，所产生的定位误差是不同的 第六章 机床夹具设计

18、 1) 工件以圆孔在过盈配合圆柱心轴上定位工件以圆孔在过盈配合圆柱心轴上定位 l径向基准位移误差（YY0、YZ=0） l利用压力机的压下行程加以控制，轴线方向上的轴向定位误差：DX=0 l此种定位的定心精度是相当高的 2) 工件以圆孔在锥度心轴上定位工件以圆孔在锥度心轴上定位 l径向基准位移误差 ：YY0、YZ=0 l工件沿心轴轴向发生位移，造成轴向定位误差 l对一批工件而言轴向定位误差 YX。如图635所示 l对于一批工件而言的转角定位误差为：= tg TD Yx 2 第六章 机床夹具设计 3) 工件以圆孔在间隙配合圆柱心轴（或定位销）上定位工件以圆孔在间隙配合圆柱心轴（或定位销）上定位 心

19、轴水平放置时心轴水平放置时 l存在径向间隙，径向基准位移误 差仅在Z轴方向 l图图6-36 lYZ式中 定位副间的最小配合间隙； TD工件圆孔直径公差 Td心轴外圆直径公差 第六章 机床夹具设计 心轴垂直放置心轴垂直放置 l径向定位误差在水平面内任意方 向上都有可能发生 l图图6-37 l最大值比心轴水平放置时大一倍， 如公式 第六章 机床夹具设计 (3) 工件以外圆定位工件以外圆定位（常用在（常用在V形块中定位）形块中定位） l只要V形块工作表面对称就可以保证定位基准在水平方向上的位移为零 l在垂直方向上定位基准相对于在夹具中的理想位置产生位移 Y l如图：638 l公式Y：随着增大，Y减小

20、，当过大时，将会引起工件在水平方向上定 位的不稳定 ，角一般常采用90，有时也用120。 第六章 机床夹具设计 工件在工件在V形块中定位时，定位误差的大小与加工尺寸的形块中定位时，定位误差的大小与加工尺寸的 标注方法有关标注方法有关 ： l如图图639 l图图a：加工尺寸从外圆柱面的轴线注起，保证尺寸A0。 B0 l图图b：加工尺寸从外圆柱面的下母线注起，保证加工尺寸A1。有基准不重合 误差存在，其值： B=Td/2。 D=Y-B l图图c：加工尺寸从外圆柱面的上母线注起，保证加工尺寸A2 。D=Y+B l经分析：以下母线为设计基准时，定位误差最小。故轴套类零件上键槽的尺寸， 一般多以下母线为

21、设计基准 第六章 机床夹具设计 (4)工件以工件以“一面两孔一面两孔”定位定位 l例：采用一圆柱销和一菱形销例：采用一圆柱销和一菱形销 为定位元件为定位元件图图6-40 l圆柱销相当于垂直放置的心轴， 销、孔的直径误差及其配合间隙 造成了定位的基准位移误差yx 和yy l圆柱销与菱形销配合限制着工件 绕Z轴转动自由度，销、孔的直 径误差及其配合间隙造成了工件 的转角误差 sin 。 第六章 机床夹具设计 一、夹紧的目的及夹紧要求一、夹紧的目的及夹紧要求 二、夹紧点的选择及夹紧力的确定二、夹紧点的选择及夹紧力的确定 三、常用夹紧机构的设计三、常用夹紧机构的设计 第三节第三节 工件的夹紧及夹具的夹

22、紧设计工件的夹紧及夹具的夹紧设计 第六章 机床夹具设计 一、夹紧的目的及夹紧要求一、夹紧的目的及夹紧要求 l目的：目的：使工件在加工过程中保持已获得的定位不被破坏 l夹紧机构设计时一般应满足以下主要原则： l1）夹紧时不能破坏工件在定位元件上所获得的位置 l2）夹紧力应保证工件位置在整个加工过程中不变或产生不允许的 振动 l3）使工件不产生过大的变形和表面损伤 l4）夹紧机构必须可靠 l5）夹紧机构操作必须安全、省力、方便、符合工人操作习惯。 l6）夹紧机构的复杂程度、自动化程度必须与生产纲领和工厂的条 件相适应。 第六章 机床夹具设计 二、夹紧点的选择及二、夹紧点的选择及 夹紧力的确定夹紧力

23、的确定 （一）夹紧点的选择（一）夹紧点的选择 （二）夹紧力的确定（二）夹紧力的确定 （三）夹紧力裕度系数（三）夹紧力裕度系数 K的确定的确定 (四四)摩擦系数摩擦系数的确定的确定 第六章 机床夹具设计 （一）夹紧点的选择（一）夹紧点的选择 1夹紧点选择的一般原则夹紧点选择的一般原则 l1) 尽可能使夹紧点和支承点对应， 使夹紧力作用在支承上，这样会减 少夹紧变形 l2) 夹紧点选择应尽量靠近加工表面， 且选择在不致引起过大夹紧变形的 位置。 2减少夹紧变形的措施减少夹紧变形的措施 l例：图6-41高支座在镗床上镗孔 措施措施 ： l(1) 增加辅助支承和辅助夹紧点。采 用图6-42 方法 l(

24、2) 分散着力点和增加压紧件接触面 积。采用图6-43 方法 第六章 机床夹具设计 （二）夹紧力的确定（二）夹紧力的确定 l计算夹紧力时，按静力平衡计算 的夹紧力再乘以裕度系数 l常见的几种情况：常见的几种情况： l定位支承承受全部切削力定位支承承受全部切削力 例：图6-45 所示，工件就勿需夹 紧 l定位支承受部分切削力定位支承受部分切削力 例：图6-46 所示镗孔对夹紧最不 利的切削状态 。主切削力Fz 方向向上使工件离开支承，径 向切削力Fy与支承面平行 ， 计算Fy和W K夹紧力裕度系数； 1、2接触面的摩擦系数 21 21 )( zy FF KW )( 21 zy FWF 第六章 机

25、床夹具设计 由定位副的摩擦力平衡切削力由定位副的摩擦力平衡切削力 1) 各种可胀心轴定位的车、磨夹具 l夹紧力 ： 2) 过盈心轴和小锥度心轴 l过盈量则取决于切削力的大小 l一般设计时并不需要计算，将心 轴按公差带分段做成一组心轴， 每根过盈量的大小一般按r6选取 3) 间隙心轴 l例：图6-47所示 靠两端面的摩擦力平衡切削力 ，需 较大的夹紧力 ： 定位支承完全不受切削力定位支承完全不受切削力 l多用于翻转钻模夹具或自动线上统 一基准定位的钻床夹具 l例：如图6-48所示，夹紧力和切削 力方向相反 l夹紧力裕度系数K要取大些 l夹紧力： P KW F K Fj 2 P K Fj )(GF

26、K z jF 第六章 机床夹具设计 （三）夹紧力裕度系数（三）夹紧力裕度系数K的确定的确定 确定夹紧力裕度系数时，要考虑以下几种因素 ： l1）K0基本安全系数：基本安全系数： l由于加工过程中的随机因素引起的切削力的波动，考虑切削力波动的影响 系数 l2） K1动力源波动系数：动力源波动系数： l手动夹紧机构的夹紧力，由于操作者的疲劳程度的影响会产生较大的波动， 手动夹紧力波动系数 l3）K2复合加工系数：复合加工系数： l由于多刀多向加工时，更不易准确计算切削力的方向及大小，应乘以考虑 计算准确性的影响系数K2 l4）K3切削状况及刀具钝化系数：切削状况及刀具钝化系数： l由于断续切削加工

27、及刀具的钝化使切削力产生较大的波动，虑切削状况及 刀具状况的影响系数 5 . 20 . 2 0 K 5 . 25 . 1 1 K 2 . 11 2 K 3 . 11 3 K 第六章 机床夹具设计 5）K4加工性质系数：加工性质系数： l由于粗精加工的差异很大，粗加工余量的变化也较大，考虑粗精加工差 异的影响系数 夹紧力裕度系数夹紧力裕度系数 ： (四四)、摩擦系数、摩擦系数的确定的确定 l主要决定于工件和支承件或压紧件之间接触面的粗糙度 l一般可按下列数据选取： l1）工件和支承表面均为光滑表面时，0.160.25。 l2）支承表面有与切削力方向一致的沟槽（如图a）时，0.3。 l3）支承表面

28、有与切削力方向垂直的沟槽（如图b）时，0.4。 l4）支承表面有交叉网纹沟槽（如图c）时，0.70.8。 2 . 11 4 K 43210 KKKKKK 方向 a) 切削力 b)c) 方向 切削力切削力 方向 第六章 机床夹具设计 （一）对夹紧机构的设计要求（一）对夹紧机构的设计要求 （二）夹紧机构中常用施力机构的设计计算（二）夹紧机构中常用施力机构的设计计算 （三）其它夹紧机构（三）其它夹紧机构 三、常用夹紧机构的设计三、常用夹紧机构的设计 第六章 机床夹具设计 三、常用夹紧机构的设计三、常用夹紧机构的设计 （一）对夹紧机构的设计要求（一）对夹紧机构的设计要求 l可浮动可浮动 l根据需要，一

29、般要求夹紧机构中的压板和支承件要有浮动自位 的能力 l可联动可联动 l为了实现几个方向的夹紧力同时或顺序作用，并使操作简便， 设计中可应用联动机构。 l可增力可增力 l常用的增力机构：杠杆、斜面、螺旋、铰链及其组合 l 可自锁可自锁 l当去掉动力源的作用后，仍能保持对工件的夹紧状态称为夹紧 机构的自锁 l常用的自锁机构有螺旋、斜面及偏心机构等 。 第六章 机床夹具设计 （二）夹紧机构中常用施力机构的设计计算（二）夹紧机构中常用施力机构的设计计算 l、螺栓螺母施力机构、螺栓螺母施力机构 l此施力机构在夹具中的应用最广，其优点是结构简单、制造方 便、施力范围大、自锁性能好 。 l参考课本表表6-3

30、，表表6-2。 给出了螺栓与螺母施力机构所能施于夹紧机构的力的大小。 第六章 机床夹具设计 、斜面施力机构、斜面施力机构 l最适用于夹紧力大而行程小，以气动或液压为动力源的夹具 l分为自锁斜面和不自锁斜面 l1) 、斜面施加机构夹紧力的计算、斜面施加机构夹紧力的计算 例：例：图图6-52所示所示 l图图a ：Q为动力源作用于斜块的大端 ，F1和F2为接触面间的摩擦力 ， R为支承反力，1和2为摩擦角 l图图b ：力三角形ABC l计算出W )tan(tan 12 Q W 第六章 机床夹具设计 l当1、2、均很小，且1 =2=时，W： 2) 、斜面施力机构的自锁条件、斜面施力机构的自锁条件 当Q

31、=0，图6-52c所示 l合力W与R应大小相等方向相反， 并位于一条直线上 l自锁条件： （设1 =2=） l一般钢铁的摩擦系数： l摩擦角： )2tan( Q W 2 210 15. 01 . 0 238345)15. 01 . 0arctan( 常取： =68 第六章 机床夹具设计 （3）、偏心施力机构）、偏心施力机构 l主要特点主要特点 l结构简单、动作迅速，夹紧行程受偏心距的限制，夹紧力 较小 。 l一般适用于工件被夹压表面的尺寸公差较小和切削过程中 振动不大的场合，多用于小型工件的夹具中 l(1) 偏心施力原理和施力特性偏心施力原理和施力特性 第六章 机床夹具设计 l1) 偏心施力原

32、理：偏心施力原理：图6-53a圆偏心轮 l直径D，偏心距e，基圆的直径（D-2e） l圆偏心轮实际上相当于套在“基圆”（图中的虚线圆）上的弧 形楔所构成 第六章 机床夹具设计 2) 偏心施力特性偏心施力特性 l与平面斜面相比，主要特性是其工作表面上各夹紧点的升角不是一个常 数，它随偏心转角的改变而变化 l图图6-53b曲线斜面曲线斜面 ：以基圆圆周长的一半为横坐标，相应的升程为纵坐 标，将弧形楔展开 ，x为任意施力点X处的升角： l分析：分析：0 x180 l当x0，m点的升角最小m0 l随着转角x的增大，升角x也增大 l当x90，升角T为最大值 l当x继续增大时，x随着x的增大而减小 l当x

33、180，n点处，升角n0 以上特性与工作段的选择，自锁性能，施力的计算以及主要结构尺以上特性与工作段的选择，自锁性能，施力的计算以及主要结构尺 寸的确定关系极大寸的确定关系极大 xx D e sin 2 sin D e T 2 arcsin max 第六章 机床夹具设计 (2) 偏心轮工作段的选择偏心轮工作段的选择 l防止松夹和咬死，常取P点左右圆周上的1/61/4圆弧，相当于偏心轮转角为 6090的范围所对应的圆弧为工作段 l图图6-54 a ： lOC处于水平位置，施力点位于圆弧mn的中点P 当 (2e/D) 很小，近视 l图图6-54b： l以P点为依据选取P点左右对称的AB弧为工作段，

34、该段近似为直线，工作段上任意 点的升角变化不大，几乎近于常数，可以获得比较稳定的自锁性能。在实际工作中 多按这种情况来设计偏心轮。 max TP 第六章 机床夹具设计 (3) 偏心轮施力的自锁条件偏心轮施力的自锁条件 l要保证偏心轮施力时的自锁性能，偏心轮工作段的最大升角应满足条件： max12 1偏心轮与夹紧件之间的摩擦角 2偏心轮转轴处的摩擦角 l不考虑转轴处的摩擦 已知已知：tan11 则：则：(2D/e) 1 称(D/e)为偏心率或偏心特性,设计偏心 轮时，应按已知的摩擦系数和需要的 工作行程定出偏心量e及偏心轮 的直径D max P D e P 2 tan 第六章 机床夹具设计 l(

35、4) 偏心轮施力的计算偏心轮施力的计算 l对图图6-54b把偏心轮的工作 情况看成是一个塞在转轴和 压紧件之间的升角为p的假 想斜面。 l图图6-55 l作用于手柄的原始力矩QL由 转轴将力传至施力点P变成 力矩 l偏心轮施于夹紧件的力为 QL Q )tan(tan 21 P Q W 第六章 机床夹具设计 l代入 之值得： 或 Q )tan(tan 21 P QL W )2tan( P QL W 如取转轴中心至施力点P的回转 半径： 力臂： 则得此条件下的施力： P R cos 21 15.0tan DL)5 . 22( ， 7 1 14 1 2 2 tan D e P QW)119( 第六章

36、 机床夹具设计 l一般若手动作用于力臂上的力为150N可得表表6-5的数值。 l在其它任意点施力时，所需的力均较P点施力时大，勿需精确计算。 第六章 机床夹具设计 (5) 偏心轮施力机构的设计程序偏心轮施力机构的设计程序 l1) 确定偏心轮工作段的行程确定偏心轮工作段的行程 l如图6-56所示，设偏心轮工作段 为AB，当手柄顺时针转动时，工作段 的行程为： l式中 l hB在B点夹紧时工件的最小极限尺寸； lhA在A点夹紧时工件的最大极限尺寸。 l理论上工作段AB的最小夹紧行程等于压紧件受压表面的位置变化 量。但实际上还要考虑以下因素： lS1夹紧机构的弹性变形量，一般取0.050.15mm。

37、 lS2工作行程的储备量，一般取0.10.3mm。 l实际上偏心轮的工作段行程： 而 ： 得： 21 SShhh ABAB AA eRhcos BB ReRhcos)cos( 2 )cos(cos BAAB eh ABAB hhh 第六章 机床夹具设计 l式中式中 l e偏心量； lAOO1与O1A的夹角； lBOO2与O1B的夹角； l R圆偏心轮的半径。 l2) 确定偏心轮的结构尺寸确定偏心轮的结构尺寸 l为保证所设计的偏心轮能产生所需的行程，可按上面各式计算偏心量， 即 l实际应用中e值一般在1.77mm之间取值，偏心轮的直径根据自锁条 件的偏心特性确定 BA SS e coscos 2

38、1 eD)2014( 第六章 机床夹具设计 （三）其它夹紧机构（三）其它夹紧机构 l1定心夹紧机构定心夹紧机构 定心夹紧机构的设计一般按照以下两种原理来进行： l1) 定位夹紧元件按等速位移原理来均分工件定位面的尺寸误差，实现定心 或对中。常见的三爪卡盘属于此类。 l2) 定位夹紧元件的均匀弹性变形原理来实现定心夹紧。图图6-57a是以工件 外圆柱面定位实现定心夹紧的夹具，称弹簧夹头。图图6-57b是以工件孔定位 实现定心夹紧的夹具，称弹簧心轴。这两种夹具都有一个弹性元件，叫做弹 簧套筒 第六章 机床夹具设计 l图6-57a中的件1和图6-57b中的 件1，具体结构见图图6-58。 l它的结构

39、尺寸、材料及热处理、 加工精度等对使用性能影响很 大，它是该类夹具的关键零件。 一般情况下，由夹头部分A、弹 性部分B及导向部分C组成。 l夹头部分的锥角有正锥和倒锥 两种，如图图6-59所示。 第六章 机床夹具设计 l2联动夹紧机构联动夹紧机构 在夹紧机构设计中，常常遇到工件需要多点同时夹紧，或多个工件同时 夹紧，有时需要使工件先可靠定位再夹紧，或者先锁定辅助支承再夹紧 等等，这时为了操作方便、迅速、提高生产率，减轻劳动强度，可采用 联动夹紧机构。 l设计联动夹紧机构时应注意如下几点： l 1) 由于联动机构动作和受力情况比较复杂，应仔细进行运动分析和受力 分析，以确保设计意图能够实现。 l

40、2) 在联动机构中要充分注意在哪些地方设置浮动环节如铰链、球面垫等， 要注意浮动的方向和浮动大小，要注意设置必要的调整环节，保证各夹紧 均衡，运动不发生干涉。 l3) 各压板都能很好地松夹，以便装卸工件。 l4) 要注意整个机构和传动受力环节的强度和刚度。 l5) 联动机构不要设计得太复杂，注意提高可靠性、降低制造成本。 第六章 机床夹具设计 第四节机床夹具的其它装置第四节机床夹具的其它装置 机床夹具的其它装置机床夹具的其它装置 一、孔加工刀具的导向装置一、孔加工刀具的导向装置 二、对刀装置二、对刀装置 三、分度装置三、分度装置 四、对定装置四、对定装置 五、动力装置五、动力装置 第六章 机床

41、夹具设计 机床夹具在某些情况下还需要其它一些装置才能符合该夹具的使用要求。这 些装置有导向装置、分度装置、对定装置及动力装置等。 l一、孔加工刀具的导向装置一、孔加工刀具的导向装置 （一）钻孔的导向装置 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 套和特殊钻套等四种，如图图6-60、图、图6-61所示。 图6-60特殊钻套 a) 两孔距离较小b) 孔离钻模板较远c) 斜面上钻孔 a)b)c) 第六章 机床夹具设计 上述钻套均已标准化了，设计时可以查夹具设计手册选用。但对于一些 特殊场合，可以根据加工条件的特殊性设计专用钻套，如图6-61所示为 几种特殊钻套。 l图图6-61

42、a用于两孔间距较小的场合； l图图6-61b为使钻套更贴近工件孔，改善导向效果； l图图6-61c为加工斜面上的孔用钻套。 第六章 机床夹具设计 l钻套设计时，要注意钻套的高度H和钻套底端与工件间的距 离h。钻套高度是指钻套与钻头接触部分的长度。太短不能 起到导向作用，降低了位置精度，太长则增加了摩擦和钻套 的磨损。一般H（12）d，孔径d大时取小值，d小时取大 值，对于d60mm，1的通孔。 l图6-77b所示为单支承后导向。镗套设置在刀具的后方，这种形式主要 用于加工直径D60mm，的通孔或盲孔。 第六章 机床夹具设计 l（2）双支承导向 双支承导向的设置有两种形式： l图6-78a为前后

43、单支承导向。 l图6-78b所示为双支承后导向。 第六章 机床夹具设计 （二）镗床夹具设计中的几个主要问题（二）镗床夹具设计中的几个主要问题 l 1镗套与镗杆的配合镗套与镗杆的配合 l镗套与镗杆以及衬套等配合必须选择适当，过紧容易研坏或咬死，过松则 不能保证加工精度（参考表表6-7） 。 第六章 机床夹具设计 l2 2镗模架的设计镗模架的设计 l镗模架应设计成单独体不要与夹具底座设计成一体，更不要与 夹紧装置用支架相联接。 l结构设计时，要特别注意刚度设计。 l镗模架不宜用焊接结构，以避免内应力引起蠕变而失去精度。 l不允许镗模架承受夹紧反力 。 l如图6-79所示。 第六章 机床夹具设计 l

44、图a是错误的设 计，施力后会 使镗模架变形。 l可采用图b的结 构。 第六章 机床夹具设计 l3镗床夹具底座的设计镗床夹具底座的设计 l对底座的刚度和稳定性的要求很高。 l为了提高刚度，除了选取适当的壁厚外，应合理的布置加强筋。 l镗模底座的上平面应按所要安装的各种元件的位置做出相应的凸台面， 高度约35mm，加工后经过刮研，使有关元件安装时接触良好。 l4镗杆镗杆 l在设计镗模前应确定镗杆的尺寸 。 l镗杆的主要尺寸是直径和长度。 l镗杆的长度应尽量短些。镗杆的制造精度对其回转精度有很大影响， 其导向部分的尺寸精度要求较高，粗镗时按g6，精镗时按g5制造， 表面粗糙度Ra0.40.2m，圆度

45、和圆柱度公差不应超过直径公差的一 半，在500mm长度内的直线度为0.01mm。 l一般要求镗杆表面硬度高于镗套，而内部则要有好的韧性。因此多选 用45钢或40Cr钢制造，也可选用热处理变形小的20Cr钢渗氮淬火处理。 第六章 机床夹具设计 五、机床夹具总体设计五、机床夹具总体设计 （一）机床专用夹具的设计步骤（一）机床专用夹具的设计步骤 （二）机床夹具的精度分析（二）机床夹具的精度分析 （三）机床夹具技术要求的制订（三）机床夹具技术要求的制订 第六章 机床夹具设计 （一）机床专用夹具的设计步骤（一）机床专用夹具的设计步骤 l收集并研究与设计有关的各种原始资料 l合理地确定夹具的类型及其总体布

46、局，绘出夹具结构草图 l 绘制夹具总装配图 l绘制夹具元件的零件图 l整理并修正机床夹具设计说明书 （二）机床夹具的精度分析（二）机床夹具的精度分析 l定位误差是影响工件加工精度的因素之一 l在使用机床夹具加工工件时，机床夹具的安装误差、刀具的 调整误差及加工方法误差等也会对工件的加工精度产生影响。 l各误差应满足下列误差不等式才能加工出合格的工件。 DATGTG 第六章 机床夹具设计 l1机床夹具的安装误差机床夹具的安装误差A 夹具的安装误差一般由下列两种情况造成： l1）因夹具的定位元件与夹具的安装面之间位置不准确所引起的误差。 l2）因夹具安装面的制造误差及与机床安装面不准确而引起的误差。 l2刀具的调整误差刀具的调整误差T 刀具的调整误差包括刀具引导及对定两项误差。 l前者是指刀具与导向元件或对刀元件结合不准确所引起的引导误差 l后者是指刀具相对于夹具的定位元件位置不准确所引起的对定误差 l3加工方法误差加工方法误差G 加工方法误差是加工过程中有关因素产生的误差