夹紧机构与专用机床夹具

1、夹紧机构与专用机床夹具一、工件的夹紧将工件定位后的位置固定下来称为夹紧， 夹紧的目的是保持工件在定位中所 获得的正确位置，使其在外力(夹紧力、切削力、离心力等外力)作用下，不发 生移动和振动。一、夹紧装置的组成及基本要求图9-33液压夹紧的铣床夹具1 压板 2 铰链臂 3 活塞杆 4 液压缸 5 活塞1 .夹紧装置的组成夹紧装置由两个基本部分组成。(1 )动力装置夹紧力的来源于人力或者某种动力装置。用人力对工件进行夹紧称为手动夹 紧。用各种动力装置产生夹紧作用力进行夹紧称为机动夹紧。常用的动力装置有: 液压、气动、电磁、电动和真空装置等。(2 )夹紧机构一般把夹紧元件和中间传递机构和成为夹紧机

2、构。1 )中间传递机构 它是在动力装置与夹紧元件之间，传递夹紧力的机构。其主 要作用有：改变作用力的方向和大小；夹紧工件后的自锁性能，保证夹紧可靠， 尤其在手动夹具中。2 )夹紧元件是执行元件，它直接与工件接触，最终完成夹紧任务图9-33所示是液压夹紧的铣床夹具。其中，液压缸4、活塞5、活塞 杆3组成了液压动力装置，铰链臂 2和压板1等组成了铰链压板夹紧机构， 压板1是夹紧元件。2 .对夹紧装置的基本要求（1 ）能保证工件定位后占据的正确位置。（2 ）夹紧力的大小要适当、稳定。既要保证工件在整个加工过程中的位置稳 定不变，振动小，又要使工件不产生过大的夹紧变形。 夹紧力稳定可减少夹紧误 差。（

3、3 ）夹紧装置的复杂程度与生产类型相适应。工件的生产批量越大，允许设 计越复杂、效率越高的夹紧装置。（4 ）工艺性好，使用性好。其结构应尽量简单，便于制造和维修；尽可能使 用标准夹具零部件；操作方便、安全、省力。二、夹紧力的确定设计夹具的夹紧机构时，所需夹紧力的确定包括夹紧力的作用点、 方向、大小三 要素。1 .夹紧力的方向（1 ）夹紧力的方向应有助于定位，不应破坏定位。图9-34夹紧力的方向朝向主要定位面只有一个夹紧力时，夹紧力应垂直于主要定位支承或使各定位支承同时受夹 紧力作用。图9-34所示为夹紧力朝向主要定位面的示 例。图a中，工件以左端面与定位元件的 面接触，限制工件的三个自由度；底

4、面与J面接触，限制工件的二个自由度；夹紧力朝向主要定位面 ，有利于保证 孔与左端面的垂直度要求。图b中，夹紧力朝向V形块的V形面，使工件装夹稳定可靠图9-35分别加力和一力两用勺If_儿匕上图9-36夹紧力与切削力、重力的关系图9-35所示是一力两用和使各定位基面同时受夹紧力作用的情况。图 a 对第一定位基面施加 °,对第二定位基面施加 "1 ;图b、c所示施加二 代替使两定位基面同时受到夹紧力的作用 。用几个夹紧力分别作用时，主要夹紧力应朝向主要定位支承面， 并注意夹紧力的 动作顺序。如三平面组合定位， "1是主要夹紧力， 朝向主要定位支承面，应最后作用；应先作

5、用。(2 )夹紧力的方向应方便装夹和有利于减小夹紧力，最好与切削力、重力方向一致。图9-36所 示为夹紧力与切削力、重力的关系： 图a夹紧力二与重力 、切削力方向一致，可以不夹紧或用很小的夹紧图b夹紧力与切削力-垂直，夹紧力较小;图c夹紧力二与切削力：成夹角二，夹紧力较大：抨 _ 5*（cos a - / sin or） - C（sin a+/cos a） =7图d夹紧力二与切削力：、重力 垂直，夹紧力最大：心（F + GV图e夹紧力二与切削力：、重力反向，夹紧力较大："由上述分析可知图a、b应优先选用，图c、e次之，图d最差，应尽量避免使用。上面公式中的为工件与支承间的摩擦系数。3

6、 .夹紧力的大小夹紧力的大小必须适当。过小，工件在加工过程中发生移动，破坏定位；过 大，使工件和夹具产生夹紧变形，影响加工质量。理论上，夹紧力应与工件受到切削力、 离心力、惯性力及重力等力的作用平 衡；实际上，夹紧力的大小还与工艺系统的刚性、夹紧机构的传递效率等有关。 切削力在加工过程中是变化的，因此夹紧力只能进行粗略的估算。估算夹紧力时，应找出对夹紧最不利的瞬时状态， 略去次要因素，考虑主要因素 在力系中的影响。通常将夹具和工件看成一个刚性系统，建立切削力、夹紧力''（大型工件）重力、（高速运动工件）惯性力、（高速旋转工件）离心力、支承力以及摩擦力静力平衡条件，计算出理论夹紧

7、力0则实际夹紧力为匚 I （ 9-17 ）式中-安全系数，与加工性质（粗、精加工）、切削特点（连续、断续切削）、夹紧力来源（手动、机动夹紧）、刀具情况有关。一般取】-;粗加工时， K = 253 ；精加工时，K = l-52.5。生产中还经常用类比法（或试验）确定夹紧力。三、典型夹紧机构常用的典型夹紧机构有斜楔夹紧机构、螺旋夹紧机构、偏心夹紧机构及铰链 夹紧机构等。1.斜楔夹紧机构斜楔夹紧机构是最基本夹紧机构，螺旋夹紧机构、偏心夹紧机构等均是斜楔 机构的变型。图9-40为几种典型的斜楔夹紧机构 ，图a是在工件上钻互相垂 直的:工丄、丁:一丄一两组孔，工件装入后，锤击 斜楔大头，夹紧工件；加工完

8、毕后，锤击 斜楔小头，松开工件。可见，斜楔是利用其斜面移动时所产生的 压力来夹紧工件，即利用斜面的楔紧作用夹紧工件。图b是将斜楔与滑柱合成 一种夹紧机构，一般用气压或液压驱动。图c是由端面 斜楔与压板组合而成的夹紧机构。（1 ）斜楔的夹紧力图9-41a为斜楔在外力作用下的受力情况，建立静平衡方程式：， 其中耳二妣g0i F船=网g0+如 整理后得：W =亘（ 9-18 ）式中 斜楔对工件的夹紧力，单位为-'-斜楔升角，单位为（）;二加在斜楔上的原始作用力，单位为 ；<斜楔与工件间的摩擦角（：）；'I 斜楔与夹具体间的摩擦角（:）图9-41斜楔的受力分析设山二-二r,当 一

9、时，可用下式作近似计算: w =也:W- ( 9-19 )（2 ）斜楔的自锁条件当加在斜楔上的原始作用力 ：撤除后，斜楔在摩擦力作用下仍然不会松开 工件的现象称为自锁。此时摩擦力的方向与斜楔企图松开和退出的方向相反，如 图9-41 b所示。从图中可见，要自锁，必须满足下式：其中匚_ m_仃匚：” r：'整理后C(9-20 ) 斜楔的自锁条件是斜楔的升角小于或等于斜楔与工件、斜楔与夹具体间的摩擦角 之和。若;二,二-,M，贝U11。为保证自锁可靠，手动夹紧机构一般取“ .1 _:;用液压或气压驱动的斜楔，可取。3 )斜楔的扩力比与夹紧行程夹紧力 与原始作用力 1之比称为扩力比或增力系数，

10、用表示，即W15 =一 I ；1( 9-21 )若则I 。可见，斜楔具有扩力作用，二越小, I越大。图9-41C所示，是斜楔夹紧行程，訂是斜楔 夹紧工件过程中移动的距离， 则二(9-22 )图9-42螺旋夹紧机构由于-受到斜楔长度的限制，要增大 夹紧行程，就得增大斜角 二，这样会 降低自锁性能。当要求机构既能自锁，又要有较大夹紧行程，可采用双斜面斜楔, 如 图9-40 b所示，大斜角 段使滑柱 迅速上升，小斜角 > 段确保自锁。2 .螺旋夹紧机构（i）单个螺旋夹紧机构直接用螺钉或螺母夹紧工件的机构，称为单个螺旋夹 紧机构，如图9-42所示。图a中螺钉头直接与工件表面接触，螺钉转动时， 可

11、能损伤工件表面或带动工件旋转。为克服这一缺点，可在螺钉头部装上摆动压块 （JI-】. 1）。图9-43 a 、b所示，A型的端面光滑，用于 夹紧已加工表面；B型的端面有齿纹，用于夹紧毛坯面。当要求螺钉只移动不 转动时，可米用图c所示结构（ f 一）。单个螺旋夹紧机构夹紧动作慢，装卸工件费时，为克服这一缺点，可采用各种快 速螺旋夹紧机构。（2 ）螺旋压板夹紧机构（b）图2-140螺旋压板夹紧机构图9-44螺旋压板夹紧机构常见的螺旋压板夹紧机构如图9-44所示，图a、b为移动压板；图c、d为 回转压板。图9-45是螺旋钩形压板夹紧机构，其特点是结构紧凑，使用方便。 当钩形压板妨碍工件装卸时，自动回

12、转钩形压板避免了手转动钩形压板的麻烦。图9-45自动回转钩形压板图螺旋夹紧机构具有结构简单、制造容易、自锁性能好、夹紧可靠，是手动夹紧中 常用的一种夹紧机构。3 .偏心夹紧机构图9-46圆偏心夹紧机构用偏心件直接或间接夹紧工件的机构， 称为偏心夹紧机构。常用的偏心件是 圆偏心轮和偏心轴。 图9-46是常 见的圆偏心夹紧机构，图a、b用的是圆 偏心轮；图c用的是偏心轴；图d用的是偏心叉。偏心夹紧机构操作方便、夹紧迅速，但夹紧力和行程较小，一般用于切削力 不大、振动小、夹压面公差小的情况。4 .铰链夹紧机构图9-47所示是常用的铰链夹紧机构的三种基本结构，图a为单臂铰链夹紧机构；图b为双臂单作用铰

13、链夹紧机构；图c为双臂双作用铰链夹紧机构。 由气缸带动铰链臂及压板转动夹紧或松开工件。图9-47铰链夹紧机构铰链夹紧机构是一种增力机构，其结构简单，增力比大，摩擦损失小，但一 般不具备自锁性能，常与具有自锁性能的机构组成复合夹紧机构。 所以铰链夹紧 机构适用于多点、多件夹紧，在气动、液压夹具中获得广泛应用。5 定心、对中夹紧机构定心、对中夹紧机构是一种特殊夹紧机构， 其定位和夹紧是同时实现的，夹 具上与工件定位基准相接触的元件， 既是定位元件，又是夹紧元件。定心、对中 夹紧机构一般按照以下两种原理设计：（1 ）定位一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 心和对中。图9-48

14、所示为锥面定心夹紧心轴，图 9-49所示为螺旋定心夹紧机 构。图9-48锥面定心夹紧心轴图9-49螺旋定心夹紧机构（2 ）定位一夹紧元件按均匀弹性变形原理实现定心夹紧。如各种弹黄心轴、弹簧夹头、液性塑料夹头等。图9-50为弹簧夹头的结构。图9-50弹簧夹头6 联动夹紧机构需同时多点夹紧工件或几个工件时，为提高生产效率，可采用联动夹紧机构ffl 2 - 142联动夹紧机构1压板2螺母3工件>)4G图9-51浮动压头和四点双向浮动夹紧机构1 浮动元件14图9-52对向式多件夹紧机构1压板，2 夹具体，3 滑柱，4 偏心轮，5 导轨，6 螺杆，7 顶杆，8 连杆如图9-51所示，多点夹紧机构中

15、有一个重要的浮动机构或浮动元件1 ，在夹紧工件的过程中，若有一个夹紧点接触，该元件就能摆动（图a ）或移动（图b ），使两个或多个夹紧点都接触，直至最后均衡夹紧。图c为四点双向 浮动夹紧机构，夹紧力分别作用在两个互相垂直的方向上，每个方向各有两个夹 紧点，通过浮动元件1实现对工件的夹紧，调节杠杆 1、"的长度可以改变 两个方向夹紧力的比例。图9-52所示是常见的对向式多件夹紧机构，通过浮动夹紧机构产生两个方 向相反、大小相等的夹紧力，并同时将工件夹紧。图2-143多件夹紧机构156漏心夹紧的主要优点是操作迅速.结构简单，其缺点是工作行程小，自锁性不如幌联二 紧好，它不适用于振动大的工

16、序。由于偏心轮带手柄.所以在旋转的夹具上不允许用偏二 紧机构。（四）多位夹紧机构在夹紧机构设计中.有时需要同时有儿个点对某个工件夹紧，有时需要同时夹紧几人二 件。为了滅少工件装夹时间，提高生产率.往往设计多位夹紧机构，即联动机构多位壬十 机构是操作一个手柄或用一个动力装置在儿个夹紧位置上同时夹紧一个工件（单件多亡二 紧）或夹紧几个工件（多件多位夹紧的夹紧机构。按夹紧过程多位夹紧机构可分为平行、- 后与平行先后多位夹紧三种结构形式。1.单件多位夹紧机构如图4-90所示为单件多位夹紧机构它是利用一种联动机构能同时从各方向上均匀夹丘 工件，而各部位夹紧力可以互相协调一致，可以大大提高生产率.图4-9

17、0单件多位（联动）夹紧机构2.多件多位夹紧机构由于工序设计提岀要求，要在一个工序上同时加工许多工件，使用的夹具必须能同七- 许多工件夹紧。图4-91a和c表 示平行多位夹紧机构，图b为先 后依次多件多位夹紧机构。不论是平行多位还是先后 多位都必须保证每个工件的夹 紧力g要满足实际的要求而且 要稳定可靠，因此工件的数址要 适当，夹紧方向、定位误差方向 以及工序尺寸方向要合理配置， 以避免夹紧时定位的累积谋差 对工宇尺寸造成影响。图b的情 况只适用于被加工表面与夹紧 方向平行。如各工件铳中间开口 槽，开槽的方向与夹紧方向要平 行一致，这样工件定位时在夹紧158典型的气压传动系统如图496所示。图中

18、所用的雾化器2、滅压阀3、止回阀4.分配阀5、调速阀6、压力表7、气缸8各组成元件的结构尺寸，都已标准化。设计时可査阅有关資 料和设计手册。图4-95机动夹緊装置的组成图4-96典型气压传动系统气压传动装置一般分为气缸式和薄膜气盒式两种.2.气缸结构及工作特性常用气缸分为单向作用式和双向作用式两种如图4-97所示。图a为单向作用气缸，矣 紧靠气压推动活塞'松开由弹簧推回，用在夹紧行程较短情况下。其在活塞杆上产生的传左式中D活塞直径（m）;p压缩空气的单位压力（Pa）；7气缸的机械效率.取0.850.9；q弹簧的阻力（N）.图b为双向作用气缸。活塞的双向移动均由压缩空气驱动.它用在行程较

19、大或往复均霜 动力推动的情况，作用力不随行程而变化，两个方向都可以依次工作。令活塞杆直径为f （m）则在无活塞杆一边的传动力F为有杆一边的活塞作用力F为图4-97气缸工作示意图图卜98回转式气缸及应用1 一夹具2 过我盘3主轴 4 一拉杆5过渡盘6T缸 7-活康 8仔U接头159J、使用特点来说，气缸又可分为回转式和不动式气缸。在加工时，工件与夹具一起转动 三、磨用气动夹具)则采用回转式气缸。为保证高效和安全，气缸要密封可靠，回转轻便。 T汀迢为回转式气缸的典型结构及其在车床上应用的悄况。主高速回转时不宜采用回转式气缸，而采用不动式气缸。如图4-99所示，只有拉杆3随 三乏一起转动。在加工长棒

20、料时可卸去螺塞6,将棒料穿入主轴。4气盒的结构及工作特性自于活塞式气缸一般体积较大，活塞与缸壁间难免会漏气，制造维护又较复杂.故生产 -用薄膜式气盒(图4-100)。它也有单向和双向作用两种，利用空气压力使薄膜变形而图499不动式气缸1壮缸 2活汞3-拉杆4 一导 气管揍头5号气管接头6螺塞图4-100薄膜式气盒薄膜式气盒的优点是密封性好，不易漏气；结构紧凑，重凰轻，成本低；尺寸已标准化. 汗花市场选购；摩擦部位少，薄膜使用寿命长，可工作到数万次以上。其缺点是推仟的行程受薄膜变形的限制，一般行程仅在3040mm之内；推力校小，并 ：戈夹關行程增大而下降。(二)液压夹紧装置液压夹紧装置是用高压油

21、产生动力，工作原理及结构与气动夹紧相似。其共同的优点是： 逵作简单省力、动作迅速，使辅助时间大为减少.而液压夹紧另有其优点：(1) 油压可达50X 10565X10$Pa,传动力大.可采用直接夹紧方式.结构尺寸也较(2) 油液不可压缩，比气动夹紧刚性大，工作平稳，夹紧可靠。(3) 无噪声，劳动条件好。液压夹紧装置特别适用于大型工件的加工及切削时有较大冲击的场合。当机床没有液压 W统时，采用液压夹具就需要设呂液压站，而导致液压夹具成本的提高。如果工厂有压缩空 迁站集中供气，则可采用气一液压组合夹紧，以避免设置液压系统而仍能发挥液压夹紧的优三)气一液压夹紧装置102常用的气缸结构有两种基本形式.即

22、活塞式和薄膜戒。1.活塞式气缸活塞式气缸按气缸在工作过程中的运行情况可分为固定式咒缸、回转式气缸筹；按气 缸进气悄况.可分为单向作用气缸和双向作用气缸；按活塞数量乂町分为单活塞气缸和多活 塞气缸。其中应用最广的足单活塞双作用固定式气缸。图3-52所示是单向作用、双向作用单活塞气缸°由图3-52a可知单向作用气缸只咼由 单面进气完成夹紧动作，当气缸左腔与大气接通时，活塞便在弹簧力作用下退回原位。图3 52b为固定式双向作用气缸，通常固定在夹具体丄.。活瘙在压缩空气的推动下来回往复运动， 实现夹紧和松开'a)b)图3-52 单活塞气缸a)单向ft：用气机b双向作MKar图3-53

23、所示为单活塞回转式气缸，主要用于需要连续或周期性转动的车燔夹具及分度夹 具。使用时将代缸3、夹具8分别通过过渡盘4、7安装在机床主轴6上。当压力空气进入气 缸右腔时.活塞向左移动并通过拉杆5拉动三个钩形压板9将工件10夹紧。x图3-53回转式气缸】一导气接头 2活專3气514. 7 过浚比5拉杆 6主轴 8夹具9一知形压板一工件导气接头是回转式气缸的特有部件.图3-54是其中的-种结构形式，轴1弔無母紧固在 气缸盖上，随气缸一起在轴承内转动。阀体2固定不动压缩空气可由接头；邑适道a进入 气缸左腔.或由接头3经通逍"进入气缸右腔。阀体与轴间间隙应为0.007-：.在保103汪充分润滑的

24、同时保持密封性。由于回转式气缸工作时转动且气缸转动惯址大.容易损坏机床主轴站审：主犬.近年 来回转式气缸在夹具中逐渐被不动式气缸所代替.图3-55为车床用的一种不动式 弋缸二由图可以看岀.气缸固定不动， 舌塞只作移动而不转动.装于活塞中 部的拉杆可随机床主轴转动并传递活 窒的推力。由于拉杆是在滾动轴承内 砖动故可避免回转式气缸的缺点.2.薄膜式气缸图3-56所示为单向薄膜式气缸。 三没有活塞.而是使用橡胶薄膜5传 逸压力°压缩空气从接头1输入气缸 三作用在薄膜上，经托盘4、推杆6传 至夹紧机构，回程时依靠弹簧2、3的 七莹震位。薄膜式气缸也可以做成旋转式和 N向作用式°薄膜

25、式气缸结构简单、零件较少. 至可以宜接采用标准配件.因此成本 迂较低e但由于受薄膜变形址的限制. 二作行程较短推力也较小并随若推 耳的位置而变化选用时必须注（二）气动-液压夹紧系统为了综合应用气压夹紧和液压夹 宣的优点.可以采用气液联合的增压 芸鬣。由于该种装番只利用气源即可 卒得高压油，因此成本低.维护，方图3-54导气接头1 一轴 2阀体 3、4-損头图3-55车床用的不动式气缸气液增压装置分为直接作用式和低、高压先后作用式两种，图3-57是宜接作用式气-液 君压虎钳示意图。工作时.先通过丝杠2将钳LI 1调至接近工件的位置。然后操纵换向阀.使 玉缩空气进入气缸的A腔，推动活塞5右移，B腔

26、中的废气经换气阀排出，此时活塞杆4对 油腔C （增压缸）加压并使高压油经油路a进入油腔F （工作液压缸）.推动活塞3左移.即 可夹紧工件。由于工作液压缸F的活塞面积比气缸活塞杆4的横截面积大得多.故液压缸活塞3获得 很大的作用力其增力倍数可如下计算，活塞杆4作用于油液的单位压力为/，=岛X晋/>=（引P103证充分润滑的同时保持密対性.由于回转式气缸工作时转动.且气缸转动惯扯大.容易损坏机床主轴轴承。因此.近年 来冋转式气缸在夹具中逐渐被不动式气紅所代替。图3-55为车床用的一种不动式 气缸.由图可以看出.气缸固定不动 活塞只作移动而不转动.装于活塞中 部的拉杆可随机床主轴转动并传递活

27、寒的推力。由于拉杆是在滚动轴承内 转动故可避免回转式气证的缺点.2.薄膜式气缸图3-56所示为单向薄膜式代缸. 它没有活寒.而是使用橡胶薄膜5传 递压力.压缩空气从接头1输入气缸 并作用在薄朕上.经托掀4、推杆6传 至夹紧机构.冋程时依靠弹赞2、3的 力址复位.薄膜式代缸也可以做成旋转式和 衣向作用式.薄膜式气缸结构简单、零件较少. Z可以比接采用标准配件.惋此成本 工絞低.但由T受薄膜变形底的限制. 二作行程校短推力也较小，并随苕堆 c的位迸而变化.选用时必须注 （三）气动液压夹紧系统图2-54特气按头1-W氣4-後头3-55车床用的不动式气缸为了综合应用气压夹紧和液压夹 笛的优点.可以采用

28、气液联合的增压 寓2£由于该种装置只利用气源耳可 壹得髙压油.因此成本低.维护方103103气-液增压装置分为片:接作用式和低、髙压先后作用式匪种.图357是直接作用式气液103卑玉虎钳示意图。工作时.先通过丝杠2将钳口 1调至接近工件的位2L然后操纵换向阀.使 三洱空气进入气缸的人腔.推动活塞5右移.B腔中的废气经换气阀排岀.此时活塞杆4对 鏡C （增压缸）加压.并使高压油经油路"进入油腔F （工作液压缸）推动活塞3左移.即 厂夬紧工件。由于工作液压缸F的活塞面积比气缸活塞杆4的横截面积大得多故液压缸活塞3获得 岌弋的作用力.其增力倍数可如下计算活塞杆4作用于油液的单位压

29、力为“1034=而X典型机床夹具一、车床夹具在车床上用来加工工件的内外回转面及端面的夹具称为车床夹具。车床夹具多数安装在车床主轴上；少数安装在车床的床鞍或床身上。1 车床夹具的种类安装在车床主轴上的夹具，根据被加工工件定位基准和夹具的结构特点，分为以 下四类：(1 )卡盘和夹头式车床夹具，以工件外圆为定位基面，如三爪自定心卡盘及 各种定心夹紧卡头等。(2 )心轴式的车床夹具，以工件内孔为定位基面，如各种定位心轴(刚性心 轴)、弹簧心轴等。图9-54所示为一车床上常用的带锥柄的圆柱心轴。 加工时，工件以内孔及 端面为定位基准，在心轴上定位，用螺母通过开口垫圈将工件夹紧。 该心轴以锥 柄与车床主轴

30、连接。 设计心轴时，应注意正确选择工件孔与心轴配合。图9-54锥柄圆柱心轴图9-55车气门顶杆端面的角铁式车床夹具(3 )以工件顶尖孔定位的车床夹具，如顶尖、拨盘等。(4 )角铁和花盘式夹具，以工件的不同组合表面定位。图9-55所示为车气门顶杆端面的角铁式车床 夹具。由于该工件是以细小 的外圆柱面定位，因此很难采用自动定心装置，于是采用半圆套定位元件，夹具 体必然设计成角铁状。为了使夹具平衡，该夹具采用了在一侧钻平衡孔的办法。当工件定位基面为单一圆柱表面或与被加工表面轴线垂直的平面时，可采用各种通用车床夹具，如三爪自定心卡盘、四爪卡盘、顶尖、花盘等；当工件定位 基面较复杂时，需要设计专用车床夹

31、具。亍fC71r1-测量尺寸42.63±0,05图2-154 弯板式车床夹具I 平衡快2防护罩孑一钩形压板2 .车床夹具设计要点车床夹具工作时，和工件随机床主轴或花盘一起高速旋转， 具有离心力和不 平衡惯量。因此设计夹具时，除了保证工件达到工序精度要求外， 还应着重考虑 以下问题：（1 ）车床夹具的总体结构夹具结构应力求紧凑、轮廓尺寸小、重量轻。车床夹具的轮廓尺寸，如图9-56所 示，可参考以下数据：当夹具采用锥柄与机床主轴锥孔连接时，夹具上最大轮廓直径或亠二为锥柄大端的直径。当夹具采用过渡盘与机床主轴相连接时，在丄I二二时，丄i,二一二;丄 二. 八.二二 时，丄二一 U;丄 _二

32、二 时，丄i丄二。当为单支承的悬臂心轴时，其悬伸长度应小于直径的 5倍。当为前后顶尖支承的心轴时，其长度应小于直径的12倍。当心轴直径大于时，可采用中空结构，以减轻重量。（2 ）定位装置和夹紧装置的设计车床夹具主要用来加工回转体表面，定位装置的作用必须使工件加工表面的 轴线与车床主轴的回转轴线重合。 对于盘套类或其它回转体工件，要求工件的定 位基面、加工表面和车床主轴三者轴线重合， 常采用心轴或定心夹紧夹具；对于 壳体、支架、托架等形状复杂的工件，被加工表面与工序基准之间有位置尺寸和 平行度、垂直度等相互位置要求，定位装置主要是保证定位基准与车床主轴回转 轴线具有正确的尺寸和位置关系。加工这类

33、工件多采用花盘式、角铁式车床夹具。由于车床夹具高速旋转，在加工过程中除受切削力作用外， 还承受离心力和 工件重力的作用。因此，要求车床夹具的夹紧机构必须安全可靠， 夹紧力必须克 服切削力、离心力等外力的作用，且自锁可靠。若采用螺旋夹紧机构，一般要加 弹簧垫圈或使用锁紧螺母。（3 ）夹具的平衡问题车床夹具高速回转，若不平衡，就会产生离心力。不仅增加了主轴和轴承的 磨损，还会产生振动，影响加工质量，降低刀具寿命。因此，设计车床夹具时， 特别是角铁式、花盘式等结构不对称的车床夹具， 必须米取平衡措施，以减少由 离心力产生的振动和主轴、轴承的磨损。生产中常用加平衡块或加工减重孔的办 法，通过平衡试验，

34、来达到平衡夹具的目的。（4 ）夹具与机床的连接方式主要取决于夹具的结构和机床主轴前端的结构形式。图9-57所示是车床夹 具与机床主轴常用的连接方式：图a所示以锥柄与主轴锥孔连接，夹具 2以莫氏锥柄与机床主轴配合定 心，由通过主轴孔的拉杆1拉紧。图9-57车床夹具与机床常用的连接方式图b所示以主轴前端外圆柱面与夹具过渡盘连接(或直接与夹具连接)，夹 具3通过过渡盘2的内锥孔与主轴1的前端定心轴颈配合定心，并用螺钉紧固在 一起。图c所示以主轴前端短圆锥面与夹具过渡盘连接， 夹具3通过过渡盘2的内 锥孔与主轴1前端的短锥面相配合定心，并用螺钉紧固在主轴上。图d所示是以主轴前端长圆锥面与夹具过渡盘连接

35、，夹具 4通过过渡盘3 的内锥孔与主轴1前端的长锥面相配合定心，并用锁紧螺母 2紧固。在锥面配 合处用键5连接传递扭矩。二、钻床夹具在各种钻床上用来钻、扩、铰孔的机床夹具称为钻床夹具， 这类夹具的特点 是装有钻套和安装钻套用的钻模板，故习惯上简称为钻模。1 钻床夹具的种类钻床夹具的种类很多，根据钻模板的工作方式分为以下五类：(1 )固定式钻模这类钻模在加工过程中固定不动。夹具体上设有安放紧固螺钉或便于夹压的 部位。这类钻模主要用于立式钻床加工单孔，或在摇臂钻床上加工平行孔系。图9-58所示是在阶梯轴的大端钻孔的固定式钻模。工序图已确定了定位基 准，钻模上采用V形块2及其端面 和手动拔销5定位，

36、用偏心压板夹紧，夹 具体周围留有供夹紧用的凸缘或 U形槽。（2 ）回转式钻模回转式钻模用于加工工件上同一圆周上平行孔系或加工分布在同一圆周上 的径向孔系。回转式钻模的基本形式有立轴、卧轴和倾斜轴三种。工件一次装夹 中，靠钻模依次回转加工各孔，因此这类钻模必须有分度装置。回转式钻模使用 方便、结构紧凑，在成批生产中广泛使用。一般为缩短夹具设计和制造周期， 提 高工艺装备的利用率，夹具的回转分度部分多采用标准回转工作台。图9-58固定式钻模1 夹具体2 V形块3 偏心压板4 钻套5 手动拔销图2-152冋转式钻模1 一定位销2 定位套孑一开口垫圈4 一鳄母5 定位销6工件7钻套 呂一分度盘9手柄1

37、0W套11 一捏手12夹具体13挡销(3 )翻转式钻模翻转式钻模是一种没有固定回转轴的回转钻模。在使用过程中，需要用手进行翻转，因此夹具连同工件的重量不能太重， 一般限于。主要适用于加工小型工件上分布几个方向的孔， 这样可减少工件的装夹次数，提高工件上各 孔之间的位置精度。IS 2F E)1til 2 母t 夬冀体 5 fkftMid 、山力张hi ” t 1 T ft(4 )盖板式钻模盖板式钻模没有夹具体，只有一块钻模板，在钻模板上除了装钻套外，还有 定位元件和夹紧装置。加工时，钻模板盖在工件上定位、夹紧即可。盖板式钻模 的特点是定位元件、夹紧装置及钻套均设在钻模板上，钻模板在工件上装夹，因

38、 此结构简单、制造方便、成本低廉、加工孔的位置精度较高。常用于床身、箱体 等大型工件上的小孔加工，对于中小批量生产，凡需钻、扩、铰后立即进行倒角、 锪平面、攻丝等工步时，使用盖板式钻模也非常方便。加工小孔的盖板式钻模， 因切削力矩小，可不设夹紧装置。(5 )滑柱式钻模滑柱式钻模是带有升降台的通用可调夹具， 在生产中应用较广。滑柱式钻模 的平台上可根据需要安装定位装置，钻模板上可设置钻套、夹紧元件及定位元件 等。滑柱式钻模已标准化，其结构尺寸可查阅“夹具设计手册”。2 钻床夹具的设计要点设计钻模时，应根据工件的形状、尺寸、工序的加工要求、使用的设备及生 产类型，经济合理地选用钻模的结构形式，并注

39、意解决以下问题：(1 )钻套钻套是钻模上特有的元件，用来引导刀具以保证被加工孔的位置精度和提高 刀具的刚度，并防止加工过程中刀具偏斜。通常钻套分为以下四种类型：1) 固定钻套图9-59 a、b所示为固定钻套(GB/T2262-91 )的结构，图a为A型 固定钻套；图b为B型固定钻套。钻套安装在钻模板或夹具体中，其配合为 耳川：或工。固定钻套结构简单，钻孔精度高，但钻套磨损后，不易更换。 适于小批生产或小孔距及孔距精度高的孔加工。2) 可换钻套图9-59 c 所示为可换钻套(GB/T2264-91 )的结构。为了克服固定钻套 磨损后不易更换的缺点，在大批量生产中，可选用可换钻套。钻套与衬套(GB

40、/T2263-91 )的配合为厂或-'.- :，衬套与钻模板的配合为二'-或-I' .''.，并用钻套螺钉(GB/T2268-91 )固定，以防止加工时钻套转动及退刀 时脱出。钻套磨损后，卸下钻套螺钉，便可更换新的可换钻套。3 )快换钻套图9-60特殊钻套图9-59标准钻套图9-59 d 所示为快换钻套(GB/T2265-91 )的结构。适用于工件在一次 装夹中，需要依次进行钻、扩、铰孔的工序。为了快速更换不同孔径的钻套，应F_ FJ_选用快换钻套。快换钻套与衬套的配合为或 L，衬套与钻模板的配合为-或。快换钻套除在其凸缘上有供钻套螺钉压紧的肩台外，还有

41、一个削边平面。更换钻套时，不需拧下钻套螺钉，只要将快换钻套转过一定角度， 使其 削边平面正对钻套螺钉头部处，即可取出钻套。削边方向应考虑刀具的旋向，以 免钻套自动脱出。4 ）特殊钻套因工件形状或被加工孔的位置需要而不能使用标准钻套时，则需要设计特殊结构的钻套。常用的特殊钻套结构如图 9-60所示，图a ）是加长钻套，加工 凹面上的孔，而钻模板又无法接近工件的加工平面时使用；图b ）是斜面钻套，用于斜面或圆弧面上钻孔，排屑空间的高度：I,可增加钻头刚度，避 免钻头引偏或折断；图c ）是小孔距钻套，用定位销确定钻套方向。图 d ）是 带内锥定位、夹紧钻套，钻套与衬套之间一段为圆柱间隙配合，一段为螺

42、纹连接， 钻套下端为内锥面，具有对工件定位、夹紧和引导刀具三种功能。设计钻套时，应注意以下问题:1. 钻套导向孔的基本尺寸取刀具的最大极限尺寸，以防止卡住和咬死；2. 对于标准的定尺寸刀具，如麻花钻、扩孔钻、铰刀，钻套导向孔与刀具的 配合应按基轴制选取；钻套导向孔与刀具之间，应保证一定的配合间隙。一般根据所用刀具和工件的加 工精度要求来选取钻套导向孔的公差与配合。当钻孔和扩孔时，选丄或；I ;粗铰孔时，选-;精铰孔时，选； 当采用标准铰刀铰 一或） 孔时，导向孔的基本尺寸取被加工孔的基本尺寸,Ji)h>口图9-61钻套与工件距离的选取若刀具不是用切削部分导向，而是用刀具的导柱部分导向，此

43、时可按基孔制的相7£?6应配合、一或一选取。3. 钻套的高度H增大，则导向性能好，刀具刚度提高，但钻套与刀具的磨 损加剧。应根据孔距精度、工件材料、孔深、刀具耐用度、工件表面形状等因素 决定。通常取-，当加工精度较高或加工的孔径较小时，可以<-一：， 一：为被加工孔径。4. 钻套与工件间应留有适当的排屑空间1，如图9-61a所示。若'太小,如图9-61b所示，排屑困难，会加速导向表面的磨损；若 匚太大，排屑方便， 但导向性能降低，如图9-61C所示。因此设计时应根据钻头直径及工件材料确 定适当的间隙。通常按经验公式选取值：加工铸铁时、黄铜时：；加工钢件时：匸彩 工件材料

44、硬度越高，其系数应取小值，钻头直径越小（钻头刚性越差），其系数 应取大值，以免切屑堵塞而使钻头折断。下面几种特殊情况，需另行考虑：在斜面上钻孔（或钻斜孔）时，可取 - -'<，以免钻头引偏;孔的位置精度较高时，可取 1.，使切屑从钻头的螺旋槽中排出;钻深孔（孔的长径比 if）时，要求排屑畅快，取:人（2 ）钻模板钻模板用于安装钻套，并确保钻套在钻模上的正确位置。常见的钻模板有以下几 种：1 ）固定式钻模板固定式钻模板与夹具体的连接，一般采用 图9-62所示的三种结构：图a 为整体铸造结构；图b为焊接结构；图c为用螺钉和销钉连接的钻模板。 固 定式钻模板结构简单、制造容易。右I图9

45、-63铰链式钻模板孔的位置精度较高时，可取 1.，使切屑从钻头的螺旋槽中排出;孔的位置精度较高时，可取 1.，使切屑从钻头的螺旋槽中排出;图9-62固定式钻模板1 铰链销2 夹具体3 铰链座4 支承 钉5钻模板6-菱形螺母2 ）铰链式钻模板通过铰链与夹具体固定支架相连接的钻模板（图9-63所示）。当钻模板防 碍工件装卸或钻孔后需扩孔、攻螺纹时常采用这种结构。铰链销 1与钻模板5 的销孔配合为 J ' ?：，与铰链座3的销孔配合为' :。钻模板5与铰链座3之间的配合为-门；o钻套导向孔与夹具安装面的垂直度可通过调整两 个支承钉4的高度加以保证。加工时，钻模板 5由菱形螺母6锁紧。

46、使用铰 链式钻模板，装卸工件方便，但由于铰链销孔之间存在配合间隙，因此加工孔的位置精度比固定式钻模板低。3 ）可卸式钻模板 也叫分离式钻模板。钻模板与夹具体是分离的，成为一个独 立部分。当装卸工件必须将钻模板取下时， 则应采用可卸式钻模板。这类钻模板 钻孔精度比铰链式钻模板高，但每装卸一次工件就需装卸一次模板，装卸时间较 长，效率较低。4）悬挂式钻模板：悬挂在机床主轴上，由机床主轴带动而与工件靠近或离开的 钻模板称为悬挂式钻模板。图9-64悬挂式钻模板1 弹簧2 导向滑柱3 螺钉4 套5 钻模板6 横梁如图9-64所示，钻模板5的位置由导向滑柱2来确定，并悬挂在滑柱上, 通过弹簧1和横梁6与机

47、床主轴或主轴箱连接。这类钻模板多与组合机床或多 轴箱联合使用。三、镗床夹具镗床夹具又称镗模。它是用来加工加工箱体、支架等类工件上的精密孔或孔 系的机床夹具。1 镗模的种类根据镗套的布置形式不同，分为双支承镗模、单支承镗模和无支承镗模。1 ）双支承镗模 双支承镗模上有两个引导镗杆的支承， 镗杆与机床主轴采用 浮动连接，镗孔的位置精度由镗模保证，消除了机床主轴回转误差对镗孔精度的 影响。根据支承相对于刀具的位置分为以下两种。1 ）前后双支承镗模图9-65镗削车床尾座镗模1支架2 镗套3、4定位板5、8压板6 夹紧螺钉7 可调支承钉9镗杆10 浮动卡头图9-65为镗削车床尾座孔镗模，镗模的两个支承分

48、别设置在刀具的前方 和后方。镗杆9和主轴之间通过浮动卡头10连接。工件以底面、槽及侧面在 定位板3、4及可调支承钉7上定位，限制工件的六个自由度。采用联动夹 紧机构，拧紧夹紧螺钉6 ,压板5、8同时将工件夹紧。镗模支架1上装有滚动回转镗套2 ，用以支承和引导镗杆。镗模以底面 作为安装基面安装在机床工作台上，其侧面设置找正基面 J，因此可不设定位键。前后双支承镗模，一般用于镗削孔径较大，孔的长径比 亠二一的通孔或 孔系，其加工精度较高，但更换刀具不方便。2 ）后双支承镗模图9-66为后双支承导向镗孔示意图，两支承设置在刀具后方，镗杆与主轴 浮动连接。为保证镗杆刚性，镗杆悬伸量' :

49、9;为保证镗孔精度，两支承导向长度»丄二一。后双支承导向镗模可在箱体一个壁上镗孔，便于装 卸工件和刀具，也便于观察和测量。° 0么Lr* H图9-66后双支承导向镗孔图9-67前单支承导向镗孔（2 ）单支承镗模这类镗模只有一个导向支承，镗杆与主轴采用固定连接。根据支承相对于刀 具的位置分为以下两种。1 ）前单支承镗模图9-67为前单支承导向镗孔，镗模支承设置在刀具的前方，主要用于加工 孔径- -、加工长度的通孔。一般镗杆的导向部分直径 -。因导向部分直径不受加工孔径大小的影响，故在多工步加工时，可不更换镗套。这种布置便于在加工中观察和测量， 但在立镗时，切屑会落入镗套，应设

50、置防护 罩。2 ）后单支承镗模图9-68所示为后单支承导向镗孔，镗套设置在刀具的后方。用于立镗时,切屑不会影响镗套。当镗削的通孔或盲孔时，如图a所示,可使镗杆导向部分的尺寸，.二，这种形式的镗杆刚度好，加工精度高，装卸工件和更换刀具方便，多工步加工时可不更换镗杆；当加工孔长度亠-时，如图b所示，应使镗杆导向部分直径"，一，以便镗杆导向部分可伸入加工孔，从而缩短镗套与工件之间的距离及镗杆的悬伸长度。为便于刀具及工件的装卸和测量，单支承镗模的镗套与工件之间的距离一般在_ I 一二丄一之间，常取：。（3 ）无支承镗模图9-68后单支承导向镗孔工件在刚性好、精度高的金刚镗床、坐标镗床或数控机

51、床、加工中心上镗孔 时，夹具上不设置镗模支承，加工孔的尺寸和位置精度均由镗床保证。 这类夹具 只需设计定位装置、夹紧装置和夹具体。图9-69为镗削曲轴轴承孔的金刚镗床夹具。 在卧式双头金刚镗床上，同时 加工两个工件。工件以两主轴颈及其一端面在两个 V形块1、3上定位。安 装工件时，将前一个曲轴颈放在转动叉形块 7 上,在弹簧4的作用下，转动叉 形块7使工件的定位端面紧靠在 V形块1的侧面上。当液压缸活塞5向下运 动时，带动活塞杆6和浮动压板8、9向下运动，使四个浮动压块2分别从 主轴颈上方压紧工件。当活塞上升松开工件时，活塞杆6带动浮动压板8转动 -'，以便装卸工件。2 镗模的设计要点

52、设计镗模时，除了定位、夹紧装置外，主要考虑与镗刀密切相关的刀具导向装置 的合理选用（镗套、镗杆）。（1 ）镗套用于引导镗杆。镗套的结构形式和精度直接影响被加工孔的精度常用的镗套有以下两类成用客:片沖图9-70固定式镗套1）固定式镗套 在镗孔过程中不随镗杆转动的镗套。图9-70是标准结构的固定式镗套（二匸?1），与快换钻套结构相似。型不带油杯和油槽，镗杆上开油槽；J型则带油杯和油槽，使镗杆和镗套之间能充分润滑。这类镗套结构紧凑，外形尺寸小；制造简单；位置精度高；但镗套易于磨损。因 此固定式镗套适用于低速镗孔，一般线速度 二一，固定式镗套的导向长2 ）回转式镗套 在镗孔过程中随镗杆一起转动，镗杆与

53、镗套之间只有相对移动 而无相对转动，减少镗套磨损，不会因摩擦发热出现“卡死”现象。 这类镗套适 用于高速镗孔。根据回转部分的工作方式不同，分为内滚式回转镗套和外滚式回转镗套。内滚式回转镗套是把回转部分安装在镗杆上，并且成为镗杆的一部分；外滚式回转镗套是把回转部分安装在导向支架上。图9-71是 常见的几种外滚式回转镗套的典型结构：图9-71外滚 式回转镗套1、6 镗套2 轴承3 镗模支架4 调整垫5 轴承 图9-72回转镗套的引导槽及尖头键 端盖图a为滑动轴承外滚式回转镗套，镗套1可在滑动轴承2内回转，镗模支架3 上设置油杯，经油孔将润滑油送到回转副，使其充分润滑。镗套中间开有键槽， 镗杆上的键

54、通过键槽带动镗套回转。 这种镗套的径向尺寸较小，适用于孔中心距 较小的孔系加工，且回转精度高，减振性好，承载能力大，但需要充分润滑。常 用于精加工，摩擦面线速度 二；图b为滚动轴承外滚式回转镗套，镗套6支承在两个滚动轴承上，轴承安 装在镗模支架3的轴承孔中，轴承孔的两端用轴承端盖5封住。这种镗套采用 标准滚动轴承，所以设计、制造和维修方便，镗杆转速高，一般摩擦面线速度 -一山。但径向尺寸较大，回转精度受轴承精度影响。可采用滚针轴承以减 小径向尺寸，采用高精度轴承提高回转精度。图c立式镗孔用的回转镗套，为避免切屑和切削液落入镗套，需要设置防 护罩。为承受轴向力，一般采用圆锥滚子轴承。回转镗套一般

55、用于镗削孔距较大的孔系， 当被加工孔径大于镗套孔径时，需 在镗套上开引刀槽，使装好刀的镗杆能顺利进入。为确保进入引刀槽，镗套上设 置尖头键或钩头键， 如图9-72所示。回转镗套的导向长度'-'-o(2 )镗杆图9-73用于固定镗套的镗杆导向部分结构图9-73为用于固定镗套的镗杆导向 部分结构。当导向直径-时, 常采用整体式结构。图a为开油槽的镗杆，镗杆与镗套的接触面积大，磨损大, 若切屑从油槽内进入镗套，则易出现“卡死”现象，但镗杆的刚度和强度较好； 图b、c为深直槽和螺旋槽的镗杆，这种结构可减少镗杆与镗套的接触面积， 沟槽有存屑能力，可减少“卡死”现象，但镗杆刚度较低；图d为镶条式结构。 镶条采用摩镲系数小和耐磨的材料，如铜或钢。镶条磨损后，可在底部加垫片， 重新修磨。这种结构摩擦面积小，容屑量大，不易“卡死”。图9-74用于回转镗套镗套的镗杆导向部