第六章 机床夹具设计

1、第六章第六章 机床夹具设计机床夹具设计 本章要点本章要点p机床夹具组成、分类机床夹具组成、分类p工件在夹具中的定位工件在夹具中的定位p工件在夹具中的夹紧工件在夹具中的夹紧p各类机床夹具各类机床夹具p组合夹具组合夹具p夹具设计步骤与方法夹具设计步骤与方法 6.1.1 6.1.1 机床夹具及其组成机床夹具及其组成l夹具的组成夹具的组成 1 1）定位元件及装置）定位元件及装置 2 2）夹紧元件及装置）夹紧元件及装置 3 3）对刀及导向元件）对刀及导向元件 4 4）连接元件）连接元件 5 5）夹具体）夹具体 6 6）其他元件及装）其他元件及装 置（防护、防置（防护、防 错、分度）错、分度）6.1.1

2、6.1.1 机床夹具及其组成机床夹具及其组成l夹具的组成夹具的组成 1 1）定位元件及装置）定位元件及装置 2 2）夹紧元件及装置）夹紧元件及装置 3 3）对刀及导向元件）对刀及导向元件 4 4）连接元件）连接元件 5 5）夹具体）夹具体 6 6）其他元件及装）其他元件及装 置（防护、防置（防护、防 错、分度）错、分度）6.1.2 6.1.2 机床夹具功能机床夹具功能l夹具功能夹具功能 1 1）保证加工质量）保证加工质量 2 2）提高生产效率，降）提高生产效率，降 低生产成本低生产成本 3 3）扩大机床工艺范围）扩大机床工艺范围 4 4）减轻工人劳动强度，）减轻工人劳动强度， 保证安全生产保证

3、安全生产6.1.3 6.1.3 机床夹具分类机床夹具分类u按夹具使用范围划分按夹具使用范围划分 1 1）通用夹具：通用夹具：三爪、四爪卡盘，平口钳等，一般由专业厂生产，三爪、四爪卡盘，平口钳等，一般由专业厂生产，常作为机床附件提供给用户。常作为机床附件提供给用户。 2 2）专用夹具：专用夹具：为某一工件特定工序专门设计的夹具，多用于批为某一工件特定工序专门设计的夹具，多用于批量生产中。量生产中。 3 3）通用可调整夹具及成组夹具：通用可调整夹具及成组夹具：夹具的部分元件可以更换，部夹具的部分元件可以更换，部分装置可以调整，以适应不同零件的加工。分装置可以调整，以适应不同零件的加工。 4 4）组

4、合夹具：组合夹具：由一套预先制造好的标准元件组合而成。根据工由一套预先制造好的标准元件组合而成。根据工件的工艺要求，将不同的组合夹具元件像搭积木一样，组装成件的工艺要求，将不同的组合夹具元件像搭积木一样，组装成各种专用夹具。组合夹具特别适用于新产品试制和单件小批生各种专用夹具。组合夹具特别适用于新产品试制和单件小批生产。产。 5 5）随行夹具：随行夹具：在自动线或柔性制造系统中使用的夹具。在自动线或柔性制造系统中使用的夹具。6.1.3 6.1.3 机床夹具分类机床夹具分类u按使用机床划分按使用机床划分 可分为钻床夹具、铣床夹具、车床夹具、磨床夹具等。可分为钻床夹具、铣床夹具、车床夹具、磨床夹具

5、等。u按夹紧力源划分按夹紧力源划分 可分为手动夹具、气动夹具、液压夹具、真空夹具、电动夹具可分为手动夹具、气动夹具、液压夹具、真空夹具、电动夹具等。等。6.2.1 6.2.1 常用定位方法与定位元件常用定位方法与定位元件1. 1.工件以平面定位工件以平面定位(1)(1)固定支承固定支承 6.2.1 6.2.1 常用定位方法与定位元件常用定位方法与定位元件（2 2）可调支承）可调支承（3 3）自位支承）自位支承6.2.1 6.2.1 常用定位方法与定位元件常用定位方法与定位元件（3 3）自位支承）自位支承6.2.1 6.2.1 常用定位方法与定位元件常用定位方法与定位元件辅助支承辅助支承在工件完

6、成定位后才参与支承，它不起定位作在工件完成定位后才参与支承，它不起定位作用，而只起支承作用，常用于在加工过程中加强被加工部位用，而只起支承作用，常用于在加工过程中加强被加工部位的刚度。的刚度。6.2.1 6.2.1 常用定位方法与定位元件常用定位方法与定位元件2. 2.工件以圆柱孔定位工件以圆柱孔定位（1 1）心轴）心轴6.2.1 6.2.1 常用定位方法与定位元件常用定位方法与定位元件2. 2.工件以圆柱孔定位工件以圆柱孔定位（1 1）心轴）心轴6.2.1 6.2.1 常用定位方法与定位元件常用定位方法与定位元件2. 2.工件以圆柱孔定位工件以圆柱孔定位（1 1）心轴）心轴6.2.1 6.2

7、.1 常用定位方法与定位元件常用定位方法与定位元件2. 2.工件以圆柱孔定位工件以圆柱孔定位（2 2）定位销）定位销 6.2.1 6.2.1 常用定位方法与定位元件常用定位方法与定位元件2. 2.工件以圆柱孔定位工件以圆柱孔定位（2 2）定位销）定位销 总结：工件以圆孔定位时的定位分析总结：工件以圆孔定位时的定位分析属于定心定位（定位基准为圆柱孔轴线）。常用定位元件是定位销和心轴。定位销有圆柱销、圆锥销、菱形销等形式；心轴有刚性心轴（又有过盈配合、间隙配合和小锥度心轴等），弹性心轴之分。6.2.1 6.2.1 常用定位方法与定位元件常用定位方法与定位元件3. 3.工件以外圆表面定位工件以外圆表

8、面定位（1 1）套筒（定心定位）套筒（定心定位）6.2.1 6.2.1 常用定位方法与定位元件常用定位方法与定位元件3. 3.工件以外圆表面定位工件以外圆表面定位（2 2）V V型块（支承定位）型块（支承定位） 1）外圆柱面在支撑板上定位 3）外圆柱面在内锥套上定位 2）外圆柱面在支撑钉上定位）总结：工件以外圆柱面定位时的定位分析总结：工件以外圆柱面定位时的定位分析1）定心定位（用定位短套、长套、锥套） 2）支撑定位（用短V形块、长V形块、半圆套、支撑板、支撑钉）6.2.1 6.2.1 常用定位方法与定位元件常用定位方法与定位元件4. 4.工件以其它表面定位工件以其它表面定位4、工件以其他表面

9、定位、工件以其他表面定位a）工件以长圆锥孔定位 b）工件以顶尖孔定位6.2.1 6.2.1 常用定位方法与定位元件常用定位方法与定位元件5. 5. 定位表面的组合定位表面的组合实际生产中经常遇到几个定位表面组合定位，此时在实际生产中经常遇到几个定位表面组合定位，此时在分析各定位元件限制工件自由度时应注意：分析各定位元件限制工件自由度时应注意：应以工件上的单个定位基准面为单元，并且先分析限制应以工件上的单个定位基准面为单元，并且先分析限制自由度数多的基准面，后分析限制自由度数少的基准面。自由度数多的基准面，后分析限制自由度数少的基准面。后分析的定位元件实际所限制的自由度方向要与先分析的后分析的定

10、位元件实际所限制的自由度方向要与先分析的组合起来考虑。组合起来考虑。 工件被限制的自由度总和等于各定位元件所限制的自由工件被限制的自由度总和等于各定位元件所限制的自由度之和。度之和。 工件决不允许出现欠定位。（通过增加定位元件解决）工件决不允许出现欠定位。（通过增加定位元件解决） 一般情况下不允许过定位。（解决措施如下）一般情况下不允许过定位。（解决措施如下）6.2.1 6.2.1 常用定位方法与定位元件常用定位方法与定位元件5. 5. 定位表面的组合定位表面的组合过定位解决措施：过定位解决措施：（1）使定位元件改为沿某一坐标轴可移动，以消除其对）使定位元件改为沿某一坐标轴可移动，以消除其对沿

11、该坐标轴方向移动自由度的限制。沿该坐标轴方向移动自由度的限制。6.2.1 6.2.1 常用定位方法与定位元件常用定位方法与定位元件5. 5. 定位表面的组合定位表面的组合过定位解决措施：过定位解决措施：（2）采用自位支承，以消除定位元件对绕某个（或两个）采用自位支承，以消除定位元件对绕某个（或两个）坐标轴方向转动自由度的限制。坐标轴方向转动自由度的限制。6.2.1 6.2.1 常用定位方法与定位元件常用定位方法与定位元件5. 5. 定位表面的组合定位表面的组合过定位解决措施：过定位解决措施：（3 3）改变定位元件的结构，以消除某个方向的过定位。改变定位元件的结构，以消除某个方向的过定位。6.2

12、.2 6.2.2 定位误差计算定位误差计算1. 1.定位误差的概念定位误差的概念定位误差是由于工件在夹具上定位误差是由于工件在夹具上（或机床上）定位不准确而引（或机床上）定位不准确而引起的加工误差。起的加工误差。一般下，某项加工要求的定位一般下，某项加工要求的定位误差不应大于其公差的误差不应大于其公差的1/31/3。否。否则定位方案不可取。则定位方案不可取。6.2.2 6.2.2 定位误差计算定位误差计算2. 2.定位误差的来源定位误差的来源 1 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）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，称为位误差，称为基准位置误差基准位置误

13、差。如图所示。如图所示。6.2.2 6.2.2 定位误差计算定位误差计算2. 2.定位误差的来源定位误差的来源2 2）由于工件的定位基准与工序基准不重合而引起的定位误差，）由于工件的定位基准与工序基准不重合而引起的定位误差，称为称为基准不重合误差基准不重合误差。6.2.2 6.2.2 定位误差计算定位误差计算3. 3.定位误差的分析计算方法定位误差的分析计算方法 采用调整法加工时，工件的定位误差实质上就是工序基准采用调整法加工时，工件的定位误差实质上就是工序基准在加工尺寸方向上的最大变动量。在加工尺寸方向上的最大变动量。例：例：6.3.1 6.3.1 对工件夹紧装置要求对工件夹紧装置要求在夹紧

14、过程中应能保持工件定位时所获得的正确位置在夹紧过程中应能保持工件定位时所获得的正确位置夹紧力大小适当夹紧力大小适当夹紧机构应能保证在加工过程中工件不夹紧机构应能保证在加工过程中工件不产生松动或振动，同时又要避免工件产生不适当的变形和表产生松动或振动，同时又要避免工件产生不适当的变形和表面损伤面损伤夹紧机构一般应有自锁作用夹紧机构一般应有自锁作用夹紧装置应操作方便、省力、安全夹紧装置应操作方便、省力、安全夹紧装置的复杂程度和自动化程度应与生产批量和生产方式夹紧装置的复杂程度和自动化程度应与生产批量和生产方式相适应。结构设计应力求简单、紧凑，并尽量采用标准化元相适应。结构设计应力求简单、紧凑，并尽

15、量采用标准化元件件6.3.2 6.3.2 夹紧力的确定夹紧力的确定1. 夹紧力方向的选择夹紧力方向的选择1） 夹紧力作用方向应有夹紧力作用方向应有利于工件的准确定位，而利于工件的准确定位，而不能破坏定位。为此一般不能破坏定位。为此一般要求主要夹紧力垂直指向要求主要夹紧力垂直指向主要定位面。主要定位面。2） 夹紧力作用方向应尽夹紧力作用方向应尽量与切削力、工件重力方量与切削力、工件重力方向一致，以减小所需夹紧向一致，以减小所需夹紧力。力。6.3.2 6.3.2 夹紧力的确定夹紧力的确定1. 夹紧力方向的选择夹紧力方向的选择3） 夹紧力作用方向应尽量与工件刚度大的方向相一致，夹紧力作用方向应尽量与

16、工件刚度大的方向相一致，以减小工件夹紧变形。以减小工件夹紧变形。6.3.2 6.3.2 夹紧力的确定夹紧力的确定2. 夹紧力作用点的选择夹紧力作用点的选择1） 夹紧力作用点应正对支承元件或位于支承元件所形夹紧力作用点应正对支承元件或位于支承元件所形成的支承面内，以保证工件已获得的定位不变。成的支承面内，以保证工件已获得的定位不变。6.3.2 6.3.2 夹紧力的确定夹紧力的确定2. 夹紧力作用点的选择夹紧力作用点的选择2） 夹紧力作用点应处于工件刚性较好的部位，以减小工夹紧力作用点应处于工件刚性较好的部位，以减小工件夹紧变形。件夹紧变形。6.3.2 6.3.2 夹紧力的确定夹紧力的确定2. 夹

17、紧力作用点的选择夹紧力作用点的选择3） 夹紧力作用点应尽量靠近加工表面，以减小切削力对夹紧力作用点应尽量靠近加工表面，以减小切削力对工件造成的翻转力矩。必要时应在工件刚度差的部位增加工件造成的翻转力矩。必要时应在工件刚度差的部位增加辅助支承并施加夹紧力，以减小切削过程中的振动和变形辅助支承并施加夹紧力，以减小切削过程中的振动和变形6.3.2 6.3.2 夹紧力的确定夹紧力的确定6.3.2 6.3.2 夹紧力的确定夹紧力的确定安全系数安全系数通常取通常取1.52.5 。精加工和连续切削时取小值，。精加工和连续切削时取小值，粗加工后断续切削时取大值。当夹紧力与切削力方向相反粗加工后断续切削时取大值

18、。当夹紧力与切削力方向相反时，可取时，可取2.53摩擦系数摩擦系数主要取决于工件与夹具支承件或夹紧件之间主要取决于工件与夹具支承件或夹紧件之间的接触形式，具体数值可参考下表：的接触形式，具体数值可参考下表：6.3.3 6.3.3 常用夹紧机构常用夹紧机构6.3.3 6.3.3 常用夹紧机构常用夹紧机构螺旋夹紧特点螺旋夹紧特点结构简单，易于制造，增力比大，结构简单，易于制造，增力比大，自锁性能好，应用广泛。缺点是动作较慢，为提高动自锁性能好，应用广泛。缺点是动作较慢，为提高动作效率，可采用一些快撤装置。作效率，可采用一些快撤装置。6.3.3 6.3.3 常用夹紧机构常用夹紧机构l定心夹紧机构定心

19、夹紧机构特点特点同时实现对工件定心定位和夹紧，即在夹紧过程同时实现对工件定心定位和夹紧，即在夹紧过程中，能使工件相对于某一轴线或某一对称面保持对称性中，能使工件相对于某一轴线或某一对称面保持对称性以等速移动原理工作的定心夹紧机构以等速移动原理工作的定心夹紧机构6.3.3 6.3.3 常用夹紧机构常用夹紧机构以等速移动原理工作的定心夹紧机构以等速移动原理工作的定心夹紧机构6.3.3 6.3.3 常用夹紧机构常用夹紧机构以均匀弹性变形原理工作的定心夹紧机构以均匀弹性变形原理工作的定心夹紧机构6.3.3 6.3.3 常用夹紧机构常用夹紧机构l联动夹紧机构联动夹紧机构特点特点从一处施力，可同时在几处对

20、一个或几个工件进从一处施力，可同时在几处对一个或几个工件进行夹紧行夹紧6.4.1 车床与磨床夹具车床与磨床夹具（一）车床夹具的类型与典型结构（一）车床夹具的类型与典型结构 1）以工件外圆表面定位的车床夹具，如各类卡盘和夹头以工件外圆表面定位的车床夹具，如各类卡盘和夹头 2）以工件内圆表面定位的车床夹具，如各种心轴）以工件内圆表面定位的车床夹具，如各种心轴 3）以工件顶尖孔定位的车床夹具，如顶尖、拨盘等）以工件顶尖孔定位的车床夹具，如顶尖、拨盘等 4）加工非回转体的车床夹具，如各种弯板式、花盘式车床夹具）加工非回转体的车床夹具，如各种弯板式、花盘式车床夹具6.4.1 6.4.1 车床与磨床夹具车

21、床与磨床夹具（二）车床夹具设计要点（二）车床夹具设计要点1.总体结构总体结构夹具结构应尽量紧凑，重心应尽量靠近主轴端夹具结构应尽量紧凑，重心应尽量靠近主轴端对于弯板式和偏重的车床夹具，应很好地进行平衡对于弯板式和偏重的车床夹具，应很好地进行平衡提供足够夹紧力，且有可靠提供足够夹紧力，且有可靠 的自锁性的自锁性6.4.1 6.4.1 车床与磨床夹具车床与磨床夹具（二）车床夹具设计要点（二）车床夹具设计要点2.夹具与机床的联接夹具与机床的联接 与所用车床的主轴的前端结构有关与所用车床的主轴的前端结构有关6.4.2 6.4.2 钻床夹具钻床夹具（一）钻模的类型与典型结构（一）钻模的类型与典型结构1.

22、 1.固定式钻模固定式钻模2. 2.回转式钻模回转式钻模3. 3.翻转式钻模翻转式钻模4. 4.盖板式钻模盖板式钻模5. 5.滑柱式钻模滑柱式钻模6.4.2 6.4.2 钻床夹具和镗床夹具钻床夹具和镗床夹具（二）（二）钻模设计要点钻模设计要点 1. 1.钻套钻套钻套的结构形式钻套的结构形式 6.4.3 6.4.3 铣床夹具铣床夹具（一）铣床夹具的类型（一）铣床夹具的类型按铣削的进给方式分为：按铣削的进给方式分为： 直线进给式直线进给式 圆周进给式圆周进给式 仿形进给式仿形进给式直线进给式铣床夹具直线进给式铣床夹具6.4.3 6.4.3 铣床夹具铣床夹具（二）铣床夹具设计要点（二）铣床夹具设计要

23、点夹具总体结构夹具总体结构断续切削，振动大，要求受力元件有足断续切削，振动大，要求受力元件有足够强度和刚度。夹紧力应足够大，且自锁性能好。可采用够强度和刚度。夹紧力应足够大，且自锁性能好。可采用多件夹紧和多件加工。多件夹紧和多件加工。对刀装置对刀装置由对刀块和塞尺构成。由对刀块和塞尺构成。6.4.3 铣床夹具铣床夹具夹具体夹具体 1）要有足够强度、刚度和稳定性。通常在夹具体上适当布置）要有足够强度、刚度和稳定性。通常在夹具体上适当布置筋板，夹具体的安装面要足够大，且尽可能采用周边接触形式。筋板，夹具体的安装面要足够大，且尽可能采用周边接触形式。 2）定向键与夹具体配合）定向键与夹具体配合 多采用多采用H7/h6，定向键下部，定向键下部 或留余量配作，或安装时使或留余量配作，或安装时使 定向键一侧与工作台定向键一侧与工作台T形槽靠形槽靠 紧，以消除配合间隙影响。紧，以消除配合间隙影响。 3）通常设置耳座，通过）通常设置耳座，通过T形形 槽螺栓将夹具紧固在工作台上。槽螺栓将夹具紧固在工作