机械制造工艺学(上)——第六章

1、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。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机床和刀具其作用是将工件定位，以使工件获得相对于机床和刀具的正确位置，并把工件可靠地夹紧的正确位置，并把工件可靠地夹紧。1 1）定位元件及装置）定位元件及装置 用于确定工件在夹具中的正确位置。用于确定工件在夹具中的正确位置。如如V型块、定位销、定位支承等。型块、定位销、定位支承等。2 2）刀具导向元件或装置）刀具导向元件或装置 用于引导刀具或调整刀具相对于夹具定位元件的位置，如对刀块、钻套、镗套。用于引导刀具或调整刀具相对于夹具定位元件的位置，如对刀

2、块、钻套、镗套。3 3）夹紧元件及装置）夹紧元件及装置 用于夹紧工件。用于夹紧工件。4 4）联接元件）联接元件 用以确定夹具在机床上的位置并与机床相连接。用以确定夹具在机床上的位置并与机床相连接。 5 5）夹具体）夹具体 用于连接或固定夹具上各元件及装置，使其成为一个整体的基础件。如底座。用于连接或固定夹具上各元件及装置，使其成为一个整体的基础件。如底座。 6）其它元件及装置其它元件及装置连杆铣槽夹具连杆铣槽夹具1菱形销菱形销2对刀块对刀块3定位键定位键4夹具底板夹具底板5圆柱销圆柱销6工件工件7弹簧弹簧8螺栓螺栓9螺母螺母10压板压板11止动销止动销正面正面反面反面三爪卡盘万向平口钳分度头已

3、经标准化的、在一定范围内可用于加工不同工件的夹具。如特点：通用性强、应用广泛，适于工件简单、单件小批量生产中。 4 3D L特点特点43DLLD43D43LDL34DL43DL34KH1KH2KH3KH4特点可分为钻床夹具、铣床夹具、车床夹具、磨床夹具等。可分为手动夹具、气动夹具、液压夹具、真空夹具、电磁夹具等。气动虎钳液压夹具 足够的精度。足够的精度。 足够的硬度和耐磨性。足够的硬度和耐磨性。 足够的刚度和强度。足够的刚度和强度。 工艺性要好。工艺性要好。 便于清除切屑。便于清除切屑。zyxzyxzyxzyx工件以平面定位平面定位的主要形式是支承定位。常用的定位元件有支承钉、支承板、夹具支承

4、件和夹具体的凸台及平面等。zyxzyx支承钉支承板A 型B 型C 型A 型B 型固定支承支承钉支承板注意注意：每一批工件都要对可调支承进行调整，且调整：每一批工件都要对可调支承进行调整，且调整完后一定要锁紧，即将该位置固定。完后一定要锁紧，即将该位置固定。 注意：对一批工件的每一个工件都要进行调整注意：对一批工件的每一个工件都要进行调整(与可调支承相比与可调支承相比)。图图4.18各种辅助支承各种辅助支承l面积较小的基准平面选用支承钉面积较小的基准平面选用支承钉l面积较大、平面度精度较高的基准平面定位选用支承板面积较大、平面度精度较高的基准平面定位选用支承板l毛坯面、阶梯平面和环形平面作基准平

5、面定位时，选用自毛坯面、阶梯平面和环形平面作基准平面定位时，选用自位支承位支承l毛坯面作基准平面，调节时可按定位面质量和面积大小分毛坯面作基准平面，调节时可按定位面质量和面积大小分别选用可调支承别选用可调支承l当工件定位基准面需提高定位刚度、稳定性和可靠性时，当工件定位基准面需提高定位刚度、稳定性和可靠性时，可选用辅助支承可选用辅助支承工件以圆孔定位工件以圆孔定位多属于定心定位（定位基准为圆柱孔轴线）。常用定位元件是定位销和心轴。yxzyxzyxzyxzyxzyxz在车、铣、在车、铣、磨、齿轮加工等机床磨、齿轮加工等机床上加工套筒类和盘类上加工套筒类和盘类零件。零件。心轴刚性心轴弹性心轴自动定

6、心心轴液塑心轴过盈配合间隙配合小锥度心轴心轴心轴：A、刚性心轴、刚性心轴间隙配合，定心精度低间隙配合，定心精度低过盈配合，定心精度高，但装卸有点难过盈配合，定心精度高，但装卸有点难B、锥度心轴：、锥度心轴： 常用锥度：常用锥度：1:10001:10001:5000, 1:5000, 心轴和工件配合紧密心轴和工件配合紧密，定心精度高，不用夹紧。，定心精度高，不用夹紧。C、弹性心轴、弹性心轴:定心精度高，装卸方便。工件上定位工件上定位内孔较小时，常选定位内孔较小时，常选定位销销定位销圆柱定位销圆锥定位销菱形定位销圆柱定位销菱形销锥形销工件以外圆柱面定位工件以外圆柱面定位两种形式：定心定位和支承定位

7、。工件以外圆柱面定心定位的情况与工件以圆孔定位的情况相仿（用套筒和卡盘代替心轴或柱销）。yxzyxzyxzyxzyxz工件以外圆柱面支承定位的元件常采用V型块.套筒定位l当工件对称度要求较高时，选用当工件对称度要求较高时，选用V形块形块l当工件定位圆柱面精度较高时，可选用套筒。当工件定位圆柱面精度较高时，可选用套筒。对于有些大型工件，不便从轴向安装，此时可利用半对于有些大型工件，不便从轴向安装，此时可利用半圆套定位。如下图上半圆夹紧，下半圆定位。圆套定位。如下图上半圆夹紧，下半圆定位。V V形块的结构类型形块的结构类型两斜面夹角：两斜面夹角：6060 、9090 、120120 。其中。其中9

8、090 使用最多。使用最多。对中性好，还可用于非完整外圆表面的定位。对中性好，还可用于非完整外圆表面的定位。)2/tan()2/sin(21NDHTNDHT5 . 0707. 0 除平面、圆孔、外圆柱面外，工件有时还可能以其它表面（如圆锥面、渐开线齿面、曲面等）定位。下图为工件以锥孔定位的例子，锥度心轴限制了除绕工件自身轴线转动外的 5个自由度。图图2-26 工件以锥孔定位工件以锥孔定位限制限制5个自由度个自由度 工件以齿面定位 实际生产中经常遇到的不是单一表面定位，而是几实际生产中经常遇到的不是单一表面定位，而是几个定位表面的组合。常见的定位表面组合有：平面与个定位表面的组合。常见的定位表面

9、组合有：平面与平面的组合，平面与圆孔的组合，平面与外圆表面的平面的组合，平面与圆孔的组合，平面与外圆表面的组合、平面其它表面的组合，锥面与锥面的组合等。组合、平面其它表面的组合，锥面与锥面的组合等。前、后顶尖前、后顶尖xyz, x, yz, xzmin1min22LXLKTTDb式中 b 菱形销宽度； D1，D2 与圆柱销和菱形销配合孔最小直径； d1，d2 圆柱销和菱形销的最大直径； 1min ，2min 孔1与销1、孔2与销2的最小间隙； TLK ，TLX 两孔和两销中心距的公差。 一面两孔定位菱形销宽度尺寸计算BbD2d2O2O2ACL1/2TLKL1/2TLXD1d1O1 1）确定）确

10、定两销中心距两销中心距尺寸及公差尺寸及公差：取工件两孔中心距基本尺寸为两销中心距基本尺寸，其公差取工件孔中心距公差的1/51/32）确定）确定圆柱销圆柱销直径及其公差：直径及其公差：取相应孔的最小直径作为圆柱销直径的基本尺寸，其公差一般取g6或f7。3）确定）确定菱形销菱形销宽度、直径及其公差：宽度、直径及其公差：按有关标准（见下表）选取菱形销的宽度b；然后按前式计算菱形销与其配合孔的最小间隙2min ；再计算菱形销直径的基本(最大极限)尺寸：d2D22min ；最后按h6或h7确定菱形销直径公差。 菱形销结构尺寸d36688202025253232404050Bd0.5d1d2d3d4d5d

11、6b11233345b2345568（单位：mm）d工作部分直径工作部分直径 b 削边销计算宽度削边销计算宽度 b1 修圆后留下的圆柱部分宽度修圆后留下的圆柱部分宽度定位误差本质：一批工件在夹具上定位时其工序基准在加工要求方向上最大的变动量。图图2-28 定位误差定位误差HOAO2O1DW定位误差定位误差计算依据！计算依据！定位基准定位基准位置发生变化位置发生变化或定位基准与工序基准或定位基准与工序基准不重合不重合，导致工序基准沿加工方向上产生了变动。导致工序基准沿加工方向上产生了变动。ba图图2-29 由于基准不重合引起由于基准不重合引起的定位误差的定位误差定位基准定位基准工序基准工序基准D

12、W基准不重合误差基准不重合误差 1）由于工件定位表面或夹具定位元件制作不准确引起的定位误差，称为基准位置误差JW。 2）由于工件的工序基准与定位基准不重合而引起的定位误差，称为基准不重合误差JB。定位基准：平面；定位基准：平面； 定位元件工作面：平面定位元件工作面：平面 平整平面平整平面=基准位置误差基准位置误差 JW =0 毛坯面毛坯面 =基准位置误差基准位置误差JW 0 1. 只有用只有用“调整法调整法”加工一批工件时，才存在定位误差，加工一批工件时，才存在定位误差，用用“试切法试切法”加工工件时不存在定位误差，或者说讨论定加工工件时不存在定位误差，或者说讨论定位误差没有意义；位误差没有意

13、义； 2. 定位误差是定位误差是一批工件一批工件因定位而可能出现的因定位而可能出现的最大的最大的加工加工误差。对于一批工件中的某一个来说，其定位误差有可能误差。对于一批工件中的某一个来说，其定位误差有可能没有计算出的数值大，也可能恰好为零；没有计算出的数值大，也可能恰好为零；强调！强调！1）合成法）合成法 定位误差的来源主要有两方面：一是基准位置误差，二是基准不重合误定位误差的来源主要有两方面：一是基准位置误差，二是基准不重合误差。因此，可分别计算出基准不重合误差和基准位置误差，然后在加工要求差。因此，可分别计算出基准不重合误差和基准位置误差，然后在加工要求方向上进行合成。方向上进行合成。式中

14、式中 DW 定位误差；定位误差； JB 基准不重合误差；基准不重合误差； JW 基准位置误差；基准位置误差； 基准不重合误差与加工方向的夹角；基准不重合误差与加工方向的夹角； 基准位置误差与加工方向的夹角。基准位置误差与加工方向的夹角。 注意式中注意式中“号号”的选取：当某种的选取：当某种同一因素同一因素引起的、变动趋势相同时，引起的、变动趋势相同时，取取“+”号；当、变动方向相反时，取号；当、变动方向相反时，取“-”号。号。DWJBcosJW cos 2）定义法）定义法() 定义法是根据定位误差的定义法是根据定位误差的本质本质来计算的一种方法。采用定义法时，要明来计算的一种方法。采用定义法时

15、，要明确加工要求的方向，找出工序基准，画出工件的定位简图，并在图中夸张地画确加工要求的方向，找出工序基准，画出工件的定位简图，并在图中夸张地画出工序基准变动的极限位置，求出工序基准的最大变动量，然后向加工要求方出工序基准变动的极限位置，求出工序基准的最大变动量，然后向加工要求方向上进行投影，即为定位误差。向上进行投影，即为定位误差。 利用定义法计算利用定义法计算DW步骤：步骤： 明确工序要求（加工要求方向）明确工序要求（加工要求方向） 找出工序基准找出工序基准 计算工序基准在加工方向上最大变动量计算工序基准在加工方向上最大变动量 复杂的定位误差复杂的定位误差 简单的初等几何简单的初等几何对于加

16、工要求方向是某一对于加工要求方向是某一固定固定的方向，如尺寸要求、对称度要求的情况，的方向，如尺寸要求、对称度要求的情况，可将工序基准的最大变动量向该方向投影；可将工序基准的最大变动量向该方向投影；对于加工要求方向是对于加工要求方向是任意任意的方向，如同轴度的情况，工序基准最大的变的方向，如同轴度的情况，工序基准最大的变动量就是定位误差，不必进行投影。动量就是定位误差，不必进行投影。此外，当有此外，当有多个独立的因素多个独立的因素影响工序基准变动时，可使用影响工序基准变动时，可使用“各个击破各个击破”的方法，即固定其它因素只分析其中的一个因素对工序基准造成的变的方法，即固定其它因素只分析其中的

17、一个因素对工序基准造成的变动量，然后将各个独立因素所造成的工序基准的变动量动量，然后将各个独立因素所造成的工序基准的变动量简单相加简单相加即可。即可。注意！注意！3）微分法）微分法以工序基准为端点，与以工序基准为端点，与加工尺寸方向上加工尺寸方向上夹具上夹具上的某点相的某点相连，然后得到一线段，用几何的方法得出该线段的表达式，然后对该连，然后得到一线段，用几何的方法得出该线段的表达式，然后对该表达式进行微分，再将各尺寸误差视为微小增量，表达式进行微分，再将各尺寸误差视为微小增量，取绝对值后取绝对值后代替微代替微分，最后以公差代替尺寸误差，就可以得到定位误差的表达式。分，最后以公差代替尺寸误差，

18、就可以得到定位误差的表达式。 【例例1】 一批工件用一批工件用“调整法调整法”铣缺口，定位有铣缺口，定位有a）、）、b）两）两种方案。种方案。试计算两种情况下工序尺寸试计算两种情况下工序尺寸20的定位误差。的定位误差。【解解】（1）合成法）合成法a） DW|20 = JB +JW = T40 + 0 = 0.28 + 0 = 0.28 (mm) T20/3 = 0.3/3 = 0.1 (mm)故不能够采用此种定位方案。故不能够采用此种定位方案。b） DW|20 =BC +JW = 0 + 0 = 0故可以采用此种定位方案。故可以采用此种定位方案。合成法公式：合成法公式：DWJBcosJW co

19、s（2）定义法/几何方法 1、加工方向：竖直 2、工序基准：A面 a） DW|20 =T40 = 0.28 (mm) b) DW|20 = 0 DW计算工序基准在加工方向上的最大变动量。计算工序基准在加工方向上的最大变动量。（3）微分法 a）工序基准 A 到定位表面 B 的距离刚好就是工件的高度尺寸 HTH = 400.14 对其进行微分： DW|20d(H)H= TH 0.28（mm） b) 工序基准到定位表面的距离是一个 固定的常值，常值的微分是0。 DW|20=0 三种方法计算的结果是相同的。三种方法计算的结果是相同的。 先建立工序基准到先建立工序基准到夹具上夹具上某点距离的关系式，然后

20、对其进行微分。某点距离的关系式，然后对其进行微分。 当工件孔径为最大，定位销的直径当工件孔径为最大，定位销的直径为最小时，孔处在左右两个极限位置。为最小时，孔处在左右两个极限位置。【解解】 【例例2】图图2-30所示为孔与销间隙配合的情况，销垂直放置，若工件所示为孔与销间隙配合的情况，销垂直放置，若工件的工序基准为孔心，试确定其定位误差。的工序基准为孔心，试确定其定位误差。minmaxdDDW式中式中 DW 定位误差；定位误差； Dmax工件定位孔最大直径工件定位孔最大直径; dmin夹具定位销最小直径。夹具定位销最小直径。图图2-30 孔与销间隙孔与销间隙配合时的定位误差配合时的定位误差Dm

21、axdminO定位误差均为：定位误差均为：O2DWO1 DW = （Dmax Dmin） = TD1212O1孔与销间隙配合固定边孔与销间隙配合固定边接触时定位误差接触时定位误差ODWO2DminDmax【例例3】有一批工件轴尺寸为有一批工件轴尺寸为d,在夹角为在夹角为 的的V型块上定位用型块上定位用“调整法调整法”铣键槽，保证：铣键槽，保证： 1）键槽对工件外圆中心的对称度）键槽对工件外圆中心的对称度。2）槽深。槽深工序尺寸分别是槽深。槽深工序尺寸分别是H1、H2、H3时时求各自的定位误差。求各自的定位误差。 图图2-32 外圆表面在外圆表面在V型型 块上的定位误差块上的定位误差BOA 1）

22、键槽对工件外圆中心的对称度。）键槽对工件外圆中心的对称度。（1）合成法（b）（c）变动趋势相同取“+”（d）变动趋势相反取“-”2sin21dJWHDW) 1(|22sin12sin222dddJWJBHDWJBJWJBJW 2）槽深。若槽深工序尺寸分别是）槽深。若槽深工序尺寸分别是H1、H2、H3时，求各自的定位误差。时，求各自的定位误差。 ) 1(|22sin12sin223dddJWJBHDW（2）定义法：(b)(c)(d)2sin2211dHDWOO) 12sin1(22sin2222121212ddddHDWooAAAAAA) 12sin1(222sin222112213ddddHD

23、WOOBBBBBB图图2-32 外圆表面在外圆表面在V型块上的定位型块上的定位误差误差H1BOAOA =Sin(/ 2)OB =Sin(/ 2)d对上式求全微分，得到：对上式求全微分，得到：d(OA) =2Sin(/ 2)1 d(d) 4Sin2(/ 2)dcos(/2) d() H1，划，划 以微小增量代替微分，并将尺寸误差视为微小增量，且考虑到尺以微小增量代替微分，并将尺寸误差视为微小增量，且考虑到尺寸误差可正可负，各项误差均取绝对值，得到工序尺寸寸误差可正可负，各项误差均取绝对值，得到工序尺寸H的定位误差：的定位误差： 2cos22sin4sin22dDWdTT式中式中 Td 工件外圆直

24、径公差；工件外圆直径公差； T V型块两斜面夹角角度公差。型块两斜面夹角角度公差。 若忽略若忽略V型块两斜面夹角的角度公差，可以得到用型块两斜面夹角的角度公差，可以得到用V型块对外圆表型块对外圆表面的定位误差为：面的定位误差为： 2sin21dHDWT 12sin122dHDWT 若工件工序基准为外圆若工件工序基准为外圆上母线上母线时，时，c）H2BdOAC T)/(sin)/cos(d)/sin(T)(d)/(sin)/cos(d)d(d)/sin()AC(dd)/sin(dOB)/sin(OBOCOAACd242121224221221222222若忽略若忽略V型块两斜面夹角的角度公差，可

25、以得到定位误差为：型块两斜面夹角的角度公差，可以得到定位误差为： 若忽略若忽略V型块两斜面夹角的角度公差，可以得到用型块两斜面夹角的角度公差，可以得到用V型块对外圆表面型块对外圆表面的定位误差为：的定位误差为： 12sin123dHDWT 工件工序基准为工件工序基准为外圆下母线外圆下母线时时b）H3BOAC T)/(sin)/cos(d)/sin(T)(d)/(sin)/cos(d)d(d)/sin()AC(dd)/sin(dOB)/sin(OBOCOAACd242121224221221222222 三种情况计算的结果是相同的。三种情况计算的结果是相同的。 当使用不同的工序基准时，定位误差的

26、大小是不一样的。当使用不同的工序基准时，定位误差的大小是不一样的。（本题中，以工（本题中，以工件下母线作为槽深的工序基准，定位误差最小。）件下母线作为槽深的工序基准，定位误差最小。） 【例例4】一面两孔定位误差分析计算。一面两孔定位误差分析计算。图图2-34 一面两孔的定位误差一面两孔的定位误差直线定位误差直线定位误差图图2-35 两销定位的直线定位误差两销定位的直线定位误差O1O2O11O21O12O22 极端情况为：工件内孔极端情况为：工件内孔1的直径尺寸最大、定位销的直径尺寸最大、定位销1直径尺寸最小直径尺寸最小 ，极端位置为最左、最右两种情况。极端位置为最左、最右两种情况。O1O1 =

27、 Dmax dmin式中式中 O1 定位误差；定位误差； D1max工件定位孔最大直径；工件定位孔最大直径； d1min夹具定位销最小直径。夹具定位销最小直径。图图2-36 两销定位的转角定位误差两销定位的转角定位误差O1O2O11O21O12O22 极端情况为：工件内孔极端情况为：工件内孔1、2的直径均为尺寸最大、的直径均为尺寸最大、 定位销定位销1、2直径直径均为最小均为最小 ，极端偏摆为上、下最大转角两种情况。，极端偏摆为上、下最大转角两种情况。dw-dwO12O22O12O22O2O1L1max2max1min2min11222222222222222221122max1max2min

28、1min1max1min2max2min22222222()2dwDDddO OO OO OO OO OO OO ODDddDdDdarctgL ；O12O22O12O22O2O1L三种计算方法各有特点和利弊，都能在不同的侧面反映定位误差的三种计算方法各有特点和利弊，都能在不同的侧面反映定位误差的本质及其产生的原因。本质及其产生的原因。定义法定义法/几何方法几何方法通过两个极限位置求解定位误差，既直观又简洁；通过两个极限位置求解定位误差，既直观又简洁；合成法合成法则避免了用极限位置求解定位误差时复杂的位移计算，还有则避免了用极限位置求解定位误差时复杂的位移计算，还有助于正确理解定位误差产生的原

29、因；助于正确理解定位误差产生的原因；微分法微分法在解决较复杂的定位误差分析计算问题时有明显的优势，但在解决较复杂的定位误差分析计算问题时有明显的优势，但有时不易建立工序基准与夹具上固定点的关系式，无法进行计算。有时不易建立工序基准与夹具上固定点的关系式，无法进行计算。无论采用哪种计算方法最终得出的结果应是无论采用哪种计算方法最终得出的结果应是相同的、唯一的相同的、唯一的。对于较为复杂的定位情况，最好采用对于较为复杂的定位情况，最好采用两种以上的方法两种以上的方法进行计算，以进行计算，以确保计算结果正确、可靠。确保计算结果正确、可靠。【习题3】1、工件尺寸及定位如图所示，外圆已加工好。现采用“调

30、整法”加工键槽b，保证对称度公差0.03和尺寸54，求定位误差。（12分）DW|对称对称 =TD/2 =0.05 （mm）DW|54 =0 上述三种定位误差的计算方法均是在二维平面上进行分析，得到相关表达式后带入上述三种定位误差的计算方法均是在二维平面上进行分析，得到相关表达式后带入相关数据得出计算结果，过程繁琐。随着三维相关数据得出计算结果，过程繁琐。随着三维CAD软件的出现，为定位误差的计算提软件的出现，为定位误差的计算提供了新的思路和途径，如在供了新的思路和途径，如在SolidWorks装配体环境下，可利用其中的测量工具快速得装配体环境下，可利用其中的测量工具快速得到定位误差的具体数值，

31、到定位误差的具体数值，其核心思想仍然是其核心思想仍然是“定义法定义法”，具体方法是：具体方法是： （1）将定位元件和工件装配成定位方案的）将定位元件和工件装配成定位方案的3D模型；模型； （2）建立或显示工件上作为工序基准的点、轴线或平面。若工序基准是内孔或外圆的）建立或显示工件上作为工序基准的点、轴线或平面。若工序基准是内孔或外圆的中心线，可充分利用中心线，可充分利用SolidWorks中的中的“临时轴临时轴”命令，快速显示中心线。命令，快速显示中心线。 （3）明确影响工序基准在加工方向上变动的因素，并分别以该因素的最小或最大尺寸）明确影响工序基准在加工方向上变动的因素，并分别以该因素的最小

32、或最大尺寸对工件重建模型，从而得到工序基准的两个极限位置。在影响工序基准变动的多个独对工件重建模型，从而得到工序基准的两个极限位置。在影响工序基准变动的多个独立因素中，尺寸因素可直接用于重建模型，同轴度等位置因素引起的工序基准变动量立因素中，尺寸因素可直接用于重建模型，同轴度等位置因素引起的工序基准变动量可简单相加。可简单相加。 （4）利用利用SolidWorks尺寸测量工具，分别测量在两种极限位置下工序基准沿加工要求尺寸测量工具，分别测量在两种极限位置下工序基准沿加工要求 方向至夹具体上某一固定参考位置的距离，两次测量值之差的绝对值即是定位误差。方向至夹具体上某一固定参考位置的距离，两次测量

33、值之差的绝对值即是定位误差。 此种方法的计算精度可在此种方法的计算精度可在SolidWorks文档属性的单位选项中自行设定。随着三维文档属性的单位选项中自行设定。随着三维CAD软件的普及，可以直接利用已有的夹具软件的普及，可以直接利用已有的夹具3D模型，省去定位方案的建模过程，快速模型，省去定位方案的建模过程，快速得到定位误差。得到定位误差。 三爪自定心卡盘的工作原理：用扳手转动小锥三爪自定心卡盘的工作原理：用扳手转动小锥齿轮时，大锥齿轮便转动，它背面的平面螺纹就使齿轮时，大锥齿轮便转动，它背面的平面螺纹就使三个卡爪同时向中心靠近或退出。三个卡爪同时向中心靠近或退出。 动力源装置：动力源装置：

34、它是产生夹紧作用力的装置它是产生夹紧作用力的装置 传力机构：传力机构：传递力的机构，其作用是：改变作用力的方传递力的机构，其作用是：改变作用力的方向；改变作用力的大小；具有一定的自锁性能，以保证向；改变作用力的大小；具有一定的自锁性能，以保证夹紧可靠。夹紧可靠。 夹紧元件：夹紧元件：它是直接与工件接触完成夹紧作用的元件它是直接与工件接触完成夹紧作用的元件l夹紧力（三要素：大小、方向、作用点）夹紧力（三要素：大小、方向、作用点）l传力方式（手动、气动、液力、电力等）传力方式（手动、气动、液力、电力等）l夹紧机构（增力、快速等）夹紧机构（增力、快速等）夹紧力方向选择（1）夹紧力方向选择（2）Fj变

35、形大变形大FjFj变形小变形小 (a) (b) 图图2-38 薄壁套筒的夹紧薄壁套筒的夹紧 (a) (b) FjFj图图2-39 加紧力作用点对稳定性的影响加紧力作用点对稳定性的影响 a） b）夹紧力作用点的选择（1） 。【例】估算图示车削夹紧力2320mindFdFjc由上式可求出最小夹紧力，再乘以安全系数k，得到所需的夹紧力： 03ddFkFcj【解】只考虑主切削力Fc所产生的力矩与卡爪夹紧力Fj所产生的力矩相平衡，有： 车削时夹紧力的估算d0dFcFj【例】估算图示铣削夹紧力由上式可求出最小夹紧力，再乘以安全系数k，得到所需的夹紧力： LFLLFaj)(2121min)(221LLLFk

36、Faj铣削时夹紧力的估算【解】开始铣削时的受力情况最为不利。此时在力矩FaL的作用下有使工件绕O点转动的趋势，与之相平衡的是作用在A、B点上的夹紧力反力所构成的摩擦力矩。根据力矩平衡条件有： Fj/2Fj/2FaFcFCN不同表面的摩擦因数接触表面特征摩擦因数光滑表面直沟槽，方向与切削方向一致直沟槽，方向与切削方向垂直交错网状沟槽0.150.250.250.350.40.50.60.8要足够防止加工时松动要足够防止加工时松动使工件受压变形小，刚性差的工件应均匀加压使工件受压变形小，刚性差的工件应均匀加压l 在实际的加工中，对于小件，往往不需要计算夹紧力，在实际的加工中，对于小件，往往不需要计算

37、夹紧力，可根据可根据经验经验进行加工。进行加工。l 大批量生产或者是新产品上马时，可大批量生产或者是新产品上马时，可查阅夹具设计手查阅夹具设计手册册，利用给定的现成公式来估算夹紧力的大小。，利用给定的现成公式来估算夹紧力的大小。l 若需要准确确定夹紧力，通常需要采用若需要准确确定夹紧力，通常需要采用实验实验方法。方法。利用楔块的斜面将楔块的推力转变为夹紧力，从而夹紧工件。利用楔块的斜面将楔块的推力转变为夹紧力，从而夹紧工件。 斜楔夹紧的翻转式钻模 )tan(tan21xjFF式中 Fj 可获得的夹紧力（N） Fx 作用在斜楔上的原始力（N） ?1 斜楔与工件间摩擦角（） ?2 斜楔与夹具体间摩

38、擦角（） 斜楔的楔角（）：利用楔块的斜面将楔块的推力转变为夹紧力，利用楔块的斜面将楔块的推力转变为夹紧力，从而夹紧工件从而夹紧工件 Fx 当工件夹紧并撤除原始力当工件夹紧并撤除原始力Fx后，夹紧机后，夹紧机构依靠摩擦力的作用，仍能保持对工件的夹紧状态的现构依靠摩擦力的作用，仍能保持对工件的夹紧状态的现象称为自锁。象称为自锁。 ?1?2 Fj/Fx=1/(tan1tan(+2)若取若取126，10带入上式带入上式i=2.6.可见，斜楔的增力比不是很大。可见，斜楔的增力比不是很大。 由于原始力由于原始力Fx不可能很大，要增大夹紧力可以减少不可能很大，要增大夹紧力可以减少斜楔的楔角斜楔的楔角 。 但

39、楔角但楔角太小会使斜楔夹紧的工作行程加大，从而增太小会使斜楔夹紧的工作行程加大，从而增大夹具的结构。大夹具的结构。是指在夹紧原始力是指在夹紧原始力Fx作用下，夹紧机构所作用下，夹紧机构所能产生的夹紧力能产生的夹紧力Fj和和Fx的比值。的比值。楔角楔角越小，则产生的夹紧力越小，则产生的夹紧力Fj就越大，而要保证必要的就越大，而要保证必要的夹紧行程夹紧行程S，必须加大斜楔的移动行程，必须加大斜楔的移动行程L，致使夹紧速度变慢。，致使夹紧速度变慢。所以在选择楔角所以在选择楔角时，必须同时兼顾增力比和行程比，不可时，必须同时兼顾增力比和行程比，不可顾此失彼。现场中可以采用顾此失彼。现场中可以采用“双楔

40、角双楔角”的斜楔的斜楔一般把斜楔的移动行程一般把斜楔的移动行程L L与工作需要的夹紧行与工作需要的夹紧行程程S S的比值，称为行程比，它一定程度上反映了对某一工件的比值，称为行程比，它一定程度上反映了对某一工件夹紧的夹紧机构的尺寸大小。夹紧的夹紧机构的尺寸大小。L/S1/tan双升角斜楔滑块夹紧机构双升角斜楔滑块夹紧机构321b )1 - 夹 具 体 2 - 斜 楔 3 - 工 件211 1夹具体夹具体 2 2斜楔斜楔 3 3工件工件：大升角迅速趋近工件：大升角迅速趋近工件 小升角夹紧工件、自锁小升角夹紧工件、自锁 夹紧特点：夹紧特点：l结构简单，有增力作用。结构简单，有增力作用。 一般增力比

41、一般增力比Q/ /F3。l具有自锁特性：自锁条件具有自锁特性：自锁条件 ?1 1+ + ? 2 2l楔块夹紧行程小，夹紧力小，楔块夹紧行程小，夹紧力小，l夹紧和松开均需敲击，夹紧和松开均需敲击，直接应用不方便，常直接应用不方便，常与机械、汽动、与机械、汽动、液压机构联动。液压机构联动。螺旋夹紧机构示例螺旋自动定心夹紧机构螺旋自动定心夹紧机构双向螺杆双向螺杆4 4一端为左螺纹一端为左螺纹, ,一端为右螺纹一端为右螺纹, ,拧螺杆时两个拧螺杆时两个V V形块同时夹紧工件。形块同时夹紧工件。 210tan)tan(2 rdLFFxj式中 Fj 沿螺旋轴向作用的夹紧力（N） Fx 作用在扳手上的力（N

42、） L 作用力的力臂（mm） d0 螺纹中径（mm） 螺纹升角（） ?1 螺纹副的当量摩擦角（） ?2 螺杆（或螺母）端部与工件（或压板）之间的当量摩擦角（） r 螺杆（或螺母）端部与工件（或压板）之间的当量摩擦半径（mm） 1-螺母螺母 2-螺杆螺杆 3-工件工件M=M1+M2r0 r)(3)(22233rRrRr)2/tan(1Rr2r2RR压块形状当量摩擦半径计算公式矩形螺纹梯形螺纹三角螺纹螺纹形状当量摩擦角计算公式1)tan15. 1 (tan111)tan03. 1 (tan111116030压紧螺钉端部的当量摩擦半径压紧螺钉端部的当量摩擦半径r1的值与螺杆头部（或压块）的结构有关的

43、值与螺杆头部（或压块）的结构有关 力矩与夹紧力的关系实验（8mm系列组合夹具） Fj kt Ts 螺旋夹紧机构的自锁条件和斜楔夹紧机螺旋夹紧机构的自锁条件和斜楔夹紧机构相同，即也可写为构相同，即也可写为 ?1 ? 2螺旋夹紧机构的螺旋升角螺旋夹紧机构的螺旋升角很小（一般为很小（一般为24），），故自锁性能好。故自锁性能好。因为螺旋升角小于斜楔的楔角，螺旋夹紧因为螺旋升角小于斜楔的楔角，螺旋夹紧机构的扩力作用远大于斜楔夹紧机构。机构的扩力作用远大于斜楔夹紧机构。 两种快撤机构（螺旋夹紧） 偏心夹紧机构示例圆偏心轮展开 式中 偏心轮的楔角（） e 偏心轮的偏心量（mm） R 偏心轮的半径（mm）

44、偏心轮作用点（X点）与起始点（O点）之间圆弧所对应的圆心角（） cossinarctaneReh=MX=O1X-O1M=R-ecos=arctan(O2M/MX)Rearctanmax12tan)tan(LFFSj式中 Fj 夹紧力（N） FS 作用在手柄上的原始力（N） L 作用力的力臂（mm） 偏心转动中心到作用点之间的距离（mm） 偏心轮楔角，参考式6-16（） ?1 轮周作用点处摩擦角（） ?2 转轴处摩擦角（） ?忽略转轴处的摩擦，并考虑最不利的情况，可得到：11tanRe结构简单，操作方便，动作迅速；缺点是自锁性能较差，增力比较小。一般常用于切削平稳且切削力不大的场合。 增力机构，

45、常与气缸、油缸联动以扩大夹紧力，动作迅增力机构，常与气缸、油缸联动以扩大夹紧力，动作迅速，容易改变力的传递方向压板张开量大；但自锁性能差。速，容易改变力的传递方向压板张开量大；但自锁性能差。铰链夹紧机构示例 铰链夹紧机构夹紧力分析1tan)tan(jSjFF式中 Fj ，Fx夹紧力，原始作用力 j j 夹紧时臂的倾斜角 臂两端铰链处当量摩擦角 1 滚子滚动当量摩擦角其中： 1tan2arctanlr11tanarctanlr式中 l 两铰链孔中心距 1铰链轴承和滚子轴承摩擦角 自动定心心轴1螺母 2弹簧 3活块123AB螺旋定心夹紧机构1、2V 形块 3左右旋螺杆 4、5、9、10紧定螺钉 6

46、、8螺钉 7叉形件 弹簧夹头1夹具体 2螺母 3弹簧套筒 4工件 液塑心轴1柱塞 2螺钉 3液体塑料 4薄壁套 1压板 2螺母 3工件双向联动夹紧机构平行联动夹紧机构多件联动夹紧机构多件联动夹紧机构正误对比以工件外圆表面定位的车床夹具，如各类夹盘和夹头以工件内圆表面定位的车床夹具，如各种心轴以工件顶尖孔定位的车床夹具，如顶尖、拨盘等加工非回转体的车床夹具，如各种弯板式、花盘式车床夹具 弯板式车夹具 1平衡铁 2防护罩 3勾形压板 车床夹具的设计特点车床夹具的设计特点弯板式车夹具 1平衡铁 2防护罩 3勾形压板长锥柄安装在主轴内长锥柄安装在主轴内定位精度高、刚性差，多用于小型车床。定位精度高、刚

47、性差，多用于小型车床。端面端面A和圆孔和圆孔D定位定位制造容易，定位精度不高。制造容易，定位精度不高。端面端面T和短锥面和短锥面K定位定位定心精度高，刚性好，但过定位，制造精度要求高。定心精度高，刚性好，但过定位，制造精度要求高。A0.01 AA0.01 KTADM夹具在车床主轴上的安装 1夹具体2弹性薄膜盘 3卡爪4保持架5工件6定心圆柱7弹簧8螺钉9推杆薄膜卡盘齿面定位磨内孔固定式钻模回转式钻模翻转式钻模盖板式钻模滑柱式钻模 钻床夹具习惯上称为钻模，是在钻床上用于钻孔、扩钻床夹具习惯上称为钻模，是在钻床上用于钻孔、扩孔、铰孔及攻螺纹的机床夹具。钻模一般都设有安装钻套孔、铰孔及攻螺纹的机床夹

48、具。钻模一般都设有安装钻套的钻模板，以确定刀具的位置并引导刀具进行切削，保证的钻模板，以确定刀具的位置并引导刀具进行切削，保证孔的加工要求，大幅度提高生产率。孔的加工要求，大幅度提高生产率。 固定式钻模 在机床上的位置一般固在机床上的位置一般固定不动，主要用于在立式钻床定不动，主要用于在立式钻床上加工直径较大的单孔及同轴上加工直径较大的单孔及同轴线上的孔，或在摇臂钻床上加线上的孔，或在摇臂钻床上加工轴线平行的孔系。为了提高工轴线平行的孔系。为了提高加工精度，在立式钻床上安装加工精度，在立式钻床上安装钻模时，要先将装在主轴上的钻模时，要先将装在主轴上的钻头伸入钻套中，以确定钻模钻头伸入钻套中，以

49、确定钻模的位置后再将夹具夹紧。的位置后再将夹具夹紧。：加工精度高，应用广：加工精度高，应用广泛，操作效率低。泛，操作效率低。扇形零件扇形零件应用较多，主要用于加工平面上成圆周分布、轴线应用较多，主要用于加工平面上成圆周分布、轴线互相平行的孔系，或分布在圆柱面上的径向孔系互相平行的孔系，或分布在圆柱面上的径向孔系回转式钻模回转式钻模 斜楔夹紧的翻转式钻模 ：适合于小件多面孔的加工。：适合于小件多面孔的加工。 也是一种转动夹具，只是没有也是一种转动夹具，只是没有转轴和分度装置。主要用于加工转轴和分度装置。主要用于加工小型工件同一表面或不同表面上小型工件同一表面或不同表面上的孔，结构上比回转式钻模简

50、单，的孔，结构上比回转式钻模简单，适合于中小批量工件的加工。加适合于中小批量工件的加工。加工时，整个钻模（含工件）一般工时，整个钻模（含工件）一般用于进行翻转；对于稍大工件，用于进行翻转；对于稍大工件，必须设计专门的托架以便翻转夹必须设计专门的托架以便翻转夹具。具。：常用于大型工件上加工小的孔系。生产率低。：常用于大型工件上加工小的孔系。生产率低。 盖板式钻模没有夹具体，其定位元件和夹紧装置直接安盖板式钻模没有夹具体，其定位元件和夹紧装置直接安装在钻模板上，加工时只要将它覆盖在工件上即可。钻装在钻模板上，加工时只要将它覆盖在工件上即可。钻模板在工件上定位，夹具结构简单轻便，切屑易于清除，模板在

51、工件上定位，夹具结构简单轻便，切屑易于清除，常用于床身、箱体等大型工件上的小孔加工，也可以用常用于床身、箱体等大型工件上的小孔加工，也可以用于中小批量生产的中小工件孔加工。加工小孔时，可以于中小批量生产的中小工件孔加工。加工小孔时，可以不设夹紧装置。不设夹紧装置。盖板式钻模1钻模板 2圆柱销 3菱形销 4支承钉AAA-A1234M：夹具可调，操作方便，：夹具可调，操作方便，夹紧迅速；钻孔的垂直度和孔夹紧迅速；钻孔的垂直度和孔距精度不太高，适用于中等精距精度不太高，适用于中等精度的孔和孔系加工。度的孔和孔系加工。 滑柱式钻模带有升降模板，属滑柱式钻模带有升降模板，属通用可调钻夹具，一般由夹具通用

52、可调钻夹具，一般由夹具体、滑柱、升降模板和锁紧结体、滑柱、升降模板和锁紧结构组成。常见的钻模板上下移构组成。常见的钻模板上下移动方式有手动和气动两种。动方式有手动和气动两种。滑柱式钻模钻套的作用钻套的作用：保证孔的位置精度保证孔的位置精度引导刀具防止偏斜引导刀具防止偏斜提高刀具的刚度提高刀具的刚度防止加工中产生振动防止加工中产生振动结构形式：钻套可分为标准钻套和特殊钻套两大类结构形式：钻套可分为标准钻套和特殊钻套两大类l 标准钻套标准钻套标准钻套又分为标准钻套又分为固定钻套、可换钻套和快换钻套固定钻套、可换钻套和快换钻套。结构、。结构、材料已经标准化，设计时可查手册。材料已经标准化，设计时可查

53、手册。固定钻套固定钻套钻套以过盈配合，直接压入钻模钻套以过盈配合，直接压入钻模板或夹具体的孔中。注意使用时为板或夹具体的孔中。注意使用时为防止切屑等杂物进入钻套，钻套应防止切屑等杂物进入钻套，钻套应高于钻模板，至少与之等齐高于钻模板，至少与之等齐,最好用最好用带肩结构。带肩结构。特点特点：导向精度高，但磨损后不：导向精度高，但磨损后不易更换，在中小批生产中使用。易更换，在中小批生产中使用。固定钻套固定钻套可换钻套可换钻套 钻套钻套1间隙配合安装在衬套间隙配合安装在衬套2中，衬套以过盈配合压中，衬套以过盈配合压入钻模板入钻模板3中。螺钉中。螺钉4用以防止钻套在衬套中转动，还用以防止钻套在衬套中转

54、动，还可以防止退刀时，钻头将钻套带出。可换钻套磨损后，可以防止退刀时，钻头将钻套带出。可换钻套磨损后，须将螺钉拧下以更换新的钻套。须将螺钉拧下以更换新的钻套。特点特点：更换容易，适合于大批量生产。：更换容易，适合于大批量生产。快换钻套快换钻套快换钻套适用于在同一道工序中，需要依次对同一快换钻套适用于在同一道工序中，需要依次对同一孔进行钻、扩、铰时，能快速更换不同孔径的钻套。孔进行钻、扩、铰时，能快速更换不同孔径的钻套。更换钻套时，不需松开螺钉，只要将快换钻套反时针更换钻套时，不需松开螺钉，只要将快换钻套反时针转过一定角度，使缺口正对螺钉头部即可取出更换。转过一定角度，使缺口正对螺钉头部即可取出

55、更换。特点特点：钻套更换迅速，适合于大批量生产中孔的多：钻套更换迅速，适合于大批量生产中孔的多工步加工。工步加工。可换钻套可换钻套 快换钻套快换钻套l特殊钻套特殊钻套 由于工件的形状特殊，或者被加工孔由于工件的形状特殊，或者被加工孔位置的特殊性，不适合采用标准钻套，就需要位置的特殊性，不适合采用标准钻套，就需要自行设计结构特殊的钻套。自行设计结构特殊的钻套。a)双孔钻套双孔钻套：将两孔做在同一个钻套时，：将两孔做在同一个钻套时，要用定位销确定钻套位置。要用定位销确定钻套位置。c)斜面钻套斜面钻套：用于在斜面上或圆弧面上钻：用于在斜面上或圆弧面上钻孔。排屑空间的高度孔。排屑空间的高度h0.5mm

56、，可避免钻头，可避免钻头引偏或折断。钻孔前最好先用锪刀将孔端面锪引偏或折断。钻孔前最好先用锪刀将孔端面锪平。平。 钻套高度与容屑空间钻模板用于安装钻套，并确保钻套钻模板用于安装钻套，并确保钻套在钻模上的位置。在钻模上的位置。l固定式钻模板固定式钻模板固定式钻模板与夹具体铸成一固定式钻模板与夹具体铸成一体，或用螺钉和销钉与夹具体体，或用螺钉和销钉与夹具体联接在一起，结构简单，制造联接在一起，结构简单，制造方便，定位精度高，但有时装方便，定位精度高，但有时装配工件不便。配工件不便。l铰链式钻模板铰链式钻模板 钻模板通过铰链与夹具体联接，装卸工件较方便，由于钻模板通过铰链与夹具体联接，装卸工件较方便

57、，由于铰链销、孔之间存在活动间隙，工件的加工精度不高。铰链销、孔之间存在活动间隙，工件的加工精度不高。分离式钻模板1钻模板 2钻套 3夹紧元件 4工件 l分离式钻模板分离式钻模板 分离式钻模板与夹具体做成可拆卸的，工件每装卸一次，分离式钻模板与夹具体做成可拆卸的，工件每装卸一次，钻模板也要装卸一次，费时、费力，故适用于中小批生产，钻模板也要装卸一次，费时、费力，故适用于中小批生产，其他类型钻模板不便装卸工件的情况。其他类型钻模板不便装卸工件的情况。悬挂式钻模板1横梁 2弹簧 3钻模板 4滑柱 5夹具体 l悬挂式钻模板悬挂式钻模板 钻模板悬挂在机床主钻模板悬挂在机床主轴上，并随主轴一起轴上，并随

58、主轴一起靠近或离开工件。靠近或离开工件。导向支架（镗模支架）导向支架（镗模支架）上。上。镗杆在镗模中只有一个镗套引导，镗杆与镗杆在镗模中只有一个镗套引导，镗杆与机床主轴刚性联接，即镗杆插入机床主轴的莫式锥孔中，机床主轴刚性联接，即镗杆插入机床主轴的莫式锥孔中，并保证镗套中心与主轴轴线重合，机床主轴的回转精度并保证镗套中心与主轴轴线重合，机床主轴的回转精度影响工件镗孔精度。影响工件镗孔精度。导向支架分别装在工件的两侧，镗杆与机导向支架分别装在工件的两侧，镗杆与机床主轴浮动联接。床主轴浮动联接。这种形式适用于这种形式适用于加工孔径较大，工件孔的长径比大于加工孔径较大，工件孔的长径比大于1.5的通孔

59、，或同轴的通孔，或同轴线的几个短孔、有较高同轴度和中心距要求的孔系。双线的几个短孔、有较高同轴度和中心距要求的孔系。双面导向结构镗杆长，刚性较差，刀具装卸不便。面导向结构镗杆长，刚性较差，刀具装卸不便。 镗杆镗杆1上拨动销上拨动销3插入接头插入接头体体2的槽中，镗杆与接头体的槽中，镗杆与接头体之间留有间隙以便浮动，接之间留有间隙以便浮动，接头体的锥柄安装在机床主轴头体的锥柄安装在机床主轴的锥孔中，能自动补偿镗杆的锥孔中，能自动补偿镗杆轴线和机床主轴轴线间的角轴线和机床主轴轴线间的角度偏差和平移偏差，主轴的度偏差和平移偏差，主轴的回转可通过接头体、拨动销回转可通过接头体、拨动销传给镗杆。传给镗杆

60、。1-镗杆镗杆 2-接头体接头体 3-拨动销拨动销GABCCBA2376765432198双面导向镗模1 可调支承可调支承2、3支承板 4挡块 5勾形压板 6镗套 7镗模支架 8螺钉 9起吊螺栓 l工件安装在夹具上随同机床工作台一起作进给运动工件安装在夹具上随同机床工作台一起作进给运动l铣削为断续切削，冲击、振动大，夹紧力要求较大，且铣削为断续切削，冲击、振动大，夹紧力要求较大，且自锁性能好。自锁性能好。l夹具要有足够的刚度和强度，夹具体应牢固地固定在机夹具要有足够的刚度和强度，夹具体应牢固地固定在机床工作台上床工作台上l为提高夹具加工效率，应尽量采用机动夹紧或联动夹紧为提高夹具加工效率，应尽