机床夹具设计

1、定位方式定位方式用六点定位原理进行定位分析时，以定位点来消除自由度，在实际应用中，不可能是点，而应该在实际应用中，不可能是点，而应该是各种定位元件是各种定位元件，工件的定位表面有各种形式：如平面，内孔，外圆，成型面，组合表面等，对这些表面应采用不同的方法来实现。（一）工件在夹具上的定位（一）工件在夹具上的定位3-4 机床夹具设计机床夹具设计常用定位方式与定位元件常用定位方式与定位元件工件常用定位表面工件常用定位表面 以平面定位以内孔定位以外圆表面定位以平面定位以平面定位 基本支承辅助支承固定支承可调支承自位支承 支承钉、支承板基本支承：基本支承：限制自由度，真正起定位作用辅助支承：辅助支承：不

2、限制自由度，起预定位、增加工件和夹具刚性等作用定位元件要满足以下几点要求：定位元件要满足以下几点要求： 一定的精度一定的精度 良好的耐磨性良好的耐磨性 足够的刚性足够的刚性 良好的工艺性良好的工艺性（1）固定支承(支承钉) 1.以平面定位以平面定位H7/n6或H7/r6（2）固定支承(支承板) 1.以平面定位以平面定位 用于较大已加工平面的定位，常出现在精用于较大已加工平面的定位，常出现在精基准定位中，一个支承板的作用，相当于基准定位中，一个支承板的作用，相当于两个支承钉，消除两个自由度。两个支承钉，消除两个自由度。A型型 平面型支承板：制造简单，常用于工件侧面和顶面的定位B型型 带斜槽型支承

3、板： 切有斜槽，易于清屑，常用于工件底面的定位平面定位的几种情况。ZXYZXYZXYZXY工件以平面定位ZXYZXY（2）固定支承(支承板)1.以平面定位以平面定位一.常用定位元件及定位分析对粗基准：对粗基准：使用三个支承銷（三点构成一个平面）作为定位使用三个支承銷（三点构成一个平面）作为定位元件，限制工件三个自由度元件，限制工件三个自由度对精基准：对精基准：可用一支承板代替三个支承銷定位，同样限制工可用一支承板代替三个支承銷定位，同样限制工件的三个自由度件的三个自由度 图:支承钉、支承板及其用法 （2）固定支承(支承板) 1.以平面定位以平面定位一.常用定位元件及定位分析平面的过定位分析平面

4、过定位分析。（2）固定支承(支承板)1.以平面定位以平面定位常用定位元件及定位分析支承板支承板支承板支承板支承钉支承钉支承钉支承钉支承钉支承钉钻套钻套平面过定位分析。（2）固定支承(支承板)1.以平面定位以平面定位常用定位元件及定位分析 可调支承：适用于毛坯分批制造，其形状和尺寸变化较大的粗基准定位并适用于同一夹具加工形状相同而尺寸不同的工件及专用可调夹具或组合夹具中。 方法：一批工件调整一次，调整后应锁紧。（3）可调支承1.以平面定位以平面定位（3）可调支承1.以平面定位以平面定位可调支承的应用例:常用定位元件及定位分析123(a)(b)(c)自 位 支 承 在定位时，其支承点的位置可随工件

5、定位基准面位置的变化而自动与之协调，虽然自位支承与工件有两三个接触点，但只起到一个支承点的作用。（4）自位支承1.以平面定位以平面定位常用定位元件及定位分析（4）自位支承1.以平面定位以平面定位工件工件自位支承自位支承例:常用定位元件及定位分析（5）辅助支承1.以平面定位以平面定位圆柱铣刀辅助支承 由于辅助支承是在工件定位后才参与支承，因此由于辅助支承是在工件定位后才参与支承，因此不起不起任何消除自由度作用任何消除自由度作用，只起减小工件变形和振动的作用。，只起减小工件变形和振动的作用。各种辅助支承在每次卸下工件后，必须松开，装上工件后各种辅助支承在每次卸下工件后，必须松开，装上工件后再进行调

6、整和锁紧，另外，辅助支承不应破坏原有定位。再进行调整和锁紧，另外，辅助支承不应破坏原有定位。 常用定位元件及定位分析螺旋式辅助支承 弹性辅助支承 推式辅助支承 小结:辅助支承与可调支承是否类同辅助支承与可调支承是否类同? ? （5）辅助支承1.以平面定位以平面定位小结:辅助支承与可调支承是否类同辅助支承与可调支承是否类同? ? （5）辅助支承1.以平面定位以平面定位常用定位元件及定位分析xyz 心轴结构形式很多，上图为几种常见的刚性心轴，其中a a为过盈配合心轴，为过盈配合心轴，b为间隙配合心轴，为间隙配合心轴，c为小锥度为小锥度心轴心轴。小锥度心轴的锥度为1:50001:1000。工件安装时

7、轻轻敲入或压入，通过孔和轴接触表面的弹性变形来夹紧工件。使用小锥度心轴定位可获得较高的定位精度。 （1）心轴xx，zz，xx，zz，xy，z,，xzz，xy,2.以圆柱孔定位以圆柱孔定位常用定位元件及定位分析（1）心轴，xz心轴工件 当接触线比较长，即：Lxyzd 当接触线比较短，即：, 1dL, 1dL约束4个自由度。约束2个自由度。2.以圆柱孔定位以圆柱孔定位常用定位元件及定位分析 图示为国家标准规定的圆柱定位销，其工作部分直径d通常根据加工要求和考虑便于装夹，按g5、g6、f6或f7制造。定位销与夹具体的连接可采用过盈配合(如图a、b、c所示)，也可以采用间隙配合(如图d)；圆柱定位销通

8、常限制工件的2个移动自由度。2.以圆柱孔定位以圆柱孔定位（2）定位销常用定位元件及定位分析菱形销圆锥销约束约束1个自由度。个自由度。约束约束3个自由度。个自由度。2.以圆柱孔定位以圆柱孔定位（3）菱形销与圆锥销常用定位元件及定位分析（1）定位套xyz长接触：工件被约束的自由度为： ，, xz, xz短接触：工件被约束的自由度为：, xz3.以外圆定位以外圆定位常用定位元件及定位分析xyz长接触：短接触：（2）V型块工件V型块分析同定位套。常用定位元件及定位分析 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

9、：平面与平面的组合，平面面的组合。常见的定位表面组合有：平面与平面的组合，平面与圆孔的组合，平面与外圆表面的组合、平面其它表面的组合，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。锥面与锥面的组合等。（1）前、后顶尖xyz, x, yz, xz4.组合定位组合定位常用定位元件及定位分析（2）一面一销定位xyz（3）两面一销定位4.组合定位组合定位（4）一面两销定位, x, yzxyz 一面两销定位时，若为两圆柱销，则会产生过定位现象。解决办法：一销缩小直径；菱形销4.组合定位组合定位对刀块工件支承块连接键连接键J活动V型块固定V型块（5）采用两 V 型块，左端固定

10、、右端活动。辅助支承支承块4.组合定位组合定位（二）（二）定位误差的分析与计算定位误差的分析与计算一、 定位误差的定义及产生的原因 用调整法加工一批工件一批工件时，工件在定位过程中会遇到如下情况： 工序基准与定位基准不重合 定位副制造不准确 导致工件的工序基准偏离理想位置而产生加工误差。定位误差定位误差：工件在夹具（或机床）上定位不准确工件在夹具（或机床）上定位不准确（工（工序基准偏离理想位）序基准偏离理想位）而引起的加工误差而引起的加工误差。定位误差值的大小定位误差值的大小：工序基准沿工序尺寸方向发生的 最大位移量。dH1H41. 基准不重合引起的定位误差BAO1CH3H2H1O2H4HH1

11、minH1max如图所示，用调整法加工C面。工序基准：B面。 工件的工序基准与定位基准不重合。 由于尺寸H1的误差会使工件顶面位置发生变化，从而使工序尺寸H4产生误差。jb一、 定位误差的定义及产生的原因 基准不重合误差：jb 工件外圆直径尺寸有大有小，会使外圆中心位置发生变化，从而导致工序尺寸H的变化基准发生位移导致工序尺寸H的加工误差。H 如图所示，用调整法加工键槽。工序基准：O点。一、 定位误差的定义及产生的原因 O2. 定位副制造不准确引起的定位误差基准位移误差：jyjyd综上所述：定位误差产生的原因为：即：一、 定位误差的定义及产生的原因 工序基准与定位基准不重合引起的基准不重合误差

12、 定位副制造不准确引起的基准位移误差jyjbd 因此，要提高定位精度，应使工序基准与定位基准重合；提高定位副（工件的定位基面、定位元件）的制造精度，减小配合间隙。H21.工件以平面定位0jyjbd二、 定位误差的分析与计算H3)(1min1max1HTHHjbH1解：（1）工序尺寸为H2 铣削台肩面，定位方式如图，高度尺寸 H1的公差为T(H1)，试分析铣台肩面的工序尺寸分别为H2和H3的定位误差。0jy0jb（2）工序尺寸为H30jy)(1)(3HTjyjbHd2.工件以内孔定位两种情况：（1）任意边接触 如果工件的工序基准为孔心，则其定位误差与孔销的配合间隙有关。过盈配合时，不产生基准位移

13、误差；间隙配合时，将产生基准位移误差。o1oo2jy)(21minmaxdDjyminmaxdDjyjyjbd0jbminmaxdDd二、 定位误差的分析与计算 铣键槽，安装方式如图。已知定位心轴与工件孔的配合为： 分析铣键槽的定位误差。037. 0)967.29021.30(5 . 0)(Hd（2）单边接触二、 定位误差的分析与计算H,6730fH解：020. 0033. 030630f021. 0030730H单边接触0jb)(21minmaxdDjy3.工件以外圆定位二、 定位误差的分析与计算H1O（1）工序尺寸H1 此时，定位基准与工序基准重合0jbo1o2o21oojyppopooo

14、2121)2sin2/(max1dpo)2sin2/(min2dpo)2/sin(2minmax)(ddHd)2/sin(2)()(dTHd即：dTd二、 定位误差的分析与计算H2O（2）工序尺寸H2 此时，定位基准与工序基准不重合o1o2omin22)2/1 (dcop) 1)2/sin(1(2)()(dTHd)(21)2/sin(2)()(dTdTHd即：1c2c11222121)(cocoooccHdmax11)2/1 (dco)(Hd二、 定位误差的分析与计算H3O（3）工序尺寸H3此时，定位基准与工序基准不重合o1o2o112112gooogop) 1)2/sin(1(2)()(dT

15、Hd)(21)2/sin(2)()(dTdTHd即：1g2g2212)(gogoHd)(Hd 定位方案的选择 V型块的对中性 V型块夹角的影响三、 加工误差不等式 在机械加工中，产生加工误差的因素很多，其主在机械加工中，产生加工误差的因素很多，其主要原因有：要原因有：1.1.定位误差定位误差2.2.对刀误差对刀误差3.3.安装误差安装误差4.4.其他误差其他误差ddd,acTcaddd,313131 因此，在夹具设计时，其定位方案的确定需依据因此，在夹具设计时，其定位方案的确定需依据定位误差的计算，若：定位误差的计算，若：Td31，则定位方案可行。，则定位方案可行。定位误差的分析计算题定位误差

16、的分析计算题1. 在下图所示在下图所示阶梯轴上铣一平面，其工序尺寸为阶梯轴上铣一平面，其工序尺寸为练习题练习题，mm028. 030有图有图a、b、c、d所示四种定位方案。试计算：所示四种定位方案。试计算：（1）如果不考虑）如果不考虑阶梯轴两外圆柱同轴度误差，阶梯轴两外圆柱同轴度误差，四种定位方案四种定位方案的定位误差。的定位误差。（2）如果考虑）如果考虑阶梯轴两外圆柱同轴度公差阶梯轴两外圆柱同轴度公差 ，四种四种方案的定位误差。并指出哪几种方案能可靠保证加工要求。方案的定位误差。并指出哪几种方案能可靠保证加工要求。mm03. 0a)b)c)d)解：解：（1）不考虑阶梯轴两外圆柱同轴度误差）不

17、考虑阶梯轴两外圆柱同轴度误差图图a）由于大圆的制造误差引由于大圆的制造误差引起的中心高度变化（基准起的中心高度变化（基准位移误差）为：位移误差）为：10.10.0522djyT 由于小圆的制造误差由于小圆的制造误差引起的基准不重合误差为：引起的基准不重合误差为：20.160.0822djbT 在工序尺寸方向上，定在工序尺寸方向上，定位误差为：位误差为：13. 008. 005. 0d图图b），同图），同图a）13. 008. 005. 0d05. 0451d016. 0235d图图c）0.160.082jb 由于大圆的制造误差引起的中心由于大圆的制造误差引起的中心高度变化（基准位移误差）为：高

18、度变化（基准位移误差）为：100.10.072sin902djyT 由于小圆的制造误差引由于小圆的制造误差引起的基准不重合误差为：起的基准不重合误差为： 在工序尺寸方向上，定位误差为：在工序尺寸方向上，定位误差为：15. 008. 007. 0d图图d）0.160.082jb 由于大圆的制造误差，不由于大圆的制造误差，不会引起中心在工序尺寸方向上会引起中心在工序尺寸方向上的工序尺寸变化。的工序尺寸变化。 由于小圆的制造误差引由于小圆的制造误差引起的基准不重合误差为：起的基准不重合误差为： 在工序尺寸方向上，定位误差为：在工序尺寸方向上，定位误差为：08. 0d图图e）0.160.082jb 由

19、于双移动式由于双移动式V型块具有型块具有自动对中的能力，大圆的自动对中的能力，大圆的制造误差，不会引起中心制造误差，不会引起中心在工序尺寸方向上的工序在工序尺寸方向上的工序尺寸变化。尺寸变化。 由于小圆的制造误差引由于小圆的制造误差引起的基准不重合误差为：起的基准不重合误差为： 在工序尺寸方向上，定位误差为：在工序尺寸方向上，定位误差为：08. 0d（2）考虑阶梯轴两外圆柱同轴度误差）考虑阶梯轴两外圆柱同轴度误差图图a）0.050.080.030.16d 图图b）0.050.080.030.16d 图图c）0.150.030.18d 图图d）0.080.030.11d 因为：因为：0.16 3

20、0.480.28 0.18 30.540.28 0.11 30.330.28 所以，图所以，图a) 、图、图b) 、图、图c)、 图图d)、图、图e）皆不能）皆不能保证加工要求。保证加工要求。图图e）0.080.030.11d （三）机床专用夹具的组成及分类（三）机床专用夹具的组成及分类一、夹具的组成夹具的组成定位元件定位元件导向元件导向元件夹紧装置夹紧装置连接元件连接元件夹具体夹具体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连接元件连接元件夹具体夹具体其它件其它件 1) 工件通过工件通过定位元件定位元件在夹具上在夹具上占有一个正确的占有一个正确的位置位置 2) 工件通过工件通过

21、夹紧元件夹紧元件保证加工过程中保证加工过程中始终保持始终保持原有的正确位置原有的正确位置 3) 夹具夹具通过通过对刀元件对刀元件相对刀具相对刀具保持正确位置保持正确位置 4) 夹具夹具通过通过连接元件连接元件，相对于机床相对于机床保持一个正保持一个正确位置确位置 5) 夹具通过夹具通过其他装置其他装置，完成其他要求，完成其他要求 6) 夹具体夹具体把上述的几种元件把上述的几种元件组合成一个整体组合成一个整体。连接元件定位元件对刀、导引元件夹紧装置其它机构与装置机床工件刀具夹具体夹具专用机床夹具的组成及其与工件、机床、刀具间的关系专用机床夹具的组成及其与工件、机床、刀具间的关系二、专用机床夹具的

22、分类1. 专用夹具 这类夹具是针对某一种工件的某一个工序专门设计的，因用途专一而得名。上例钻孔夹具就是一个专用夹具。2. 组合夹具 这类夹具是由一套完全标准化的元件，根据零件的加工要求拼装而成的夹具。就好像搭积木一样，不同元件的不同组合和连接，可构成不同结构和用途的夹具。这类夹具的特点是灵活多变，万能性强，制造周期短，元件可以重复使用。 三爪卡盘四爪卡盘万向平口钳回转工作台分度头通用夹具专用夹具组合夹具实例镗孔组合夹具3. 成组夹具 指在多品种、中小批量生产中采用成组加工时，为每个工件组设计制造的机床专用夹具。 这类夹具的特点是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。4

23、. 随行夹具 这是一种在自动线或柔性制造系统中使用的夹具。工件安装在随行夹具上，除完成对工件的定位和夹紧外，还载着工件由运输装置送往各机床，并在各机床上被定位和夹紧。二、专用机床夹具的分类零件工序简图43DLLD43D43LDL34DL43DL34成组（部分元件可更换）夹具KH1KH2KH3KH4三、机床夹具的作用三、机床夹具的作用(1)保证加工精度，降低工人等级保证加工精度，降低工人等级 加工精度包括：尺寸精度、几何形状精度、表面相互位置精度。使用夹具最有利于保证表面相互位置精度。如：在摇臂钻加工孔系 夹具：可达0.100.20mm 划线找正：0.41.0mm(2) 提高劳动生产率，降低加工

24、成本提高劳动生产率，降低加工成本无找正，对刀等时间，工件装卸迅速，从而大大减少了工件安装的辅助时间，同时易于实现多件加工，多工位加工，特别适用于加工时间短，辅助时间长的中、小工件的加工。(3) 扩大机床工艺范围扩大机床工艺范围 扩大机床的功能，实现一机多用。如在车床上利用镗夹具，进行镗孔。利用铣夹具，进行铣槽。 (4) 减轻工人劳动强度，保证安全生产。减轻工人劳动强度，保证安全生产。（四）工件的夹紧和夹紧装置（四）工件的夹紧和夹紧装置一、夹紧装置的组成夹紧装置的组成工件1.1.力源装置力源装置 产生夹紧力产生夹紧力的动力装置。的动力装置。2.2.夹紧元件夹紧元件 直接用于夹紧工件的元件。直接用

25、于夹紧工件的元件。3.3.中间传力机构中间传力机构 将原动力以一定的大小和方向传递给夹紧元件的机构。将原动力以一定的大小和方向传递给夹紧元件的机构。夹紧元件夹紧元件 + + 中间传力机构中间传力机构 = = 夹紧机构夹紧机构（四）工件的夹紧和夹紧装置二、对二、对夹紧的基本要求夹紧的基本要求1.1.夹紧时不破坏工件在定位时所处夹紧时不破坏工件在定位时所处 的正确位置。的正确位置。2.2.夹紧力大小要适当，应使工件在夹紧力大小要适当，应使工件在 加工中的位置稳定不变，不允许加工中的位置稳定不变，不允许 产生振动、变形和表面损伤。产生振动、变形和表面损伤。3.3.夹紧机构应尽量简单，操作夹紧机构应尽

26、量简单，操作 简便、安全，便于维护。简便、安全，便于维护。4.4.具有良好的自锁性能。具有良好的自锁性能。工件F F三、三、夹紧力的确定夹紧力的确定力的三要素力的三要素大小、方向、作用点。大小、方向、作用点。 工件在加工过程中会受到切削力、惯性力、重力工件在加工过程中会受到切削力、惯性力、重力等外力的作用，若不夹紧，工件在加工过程中就可能等外力的作用，若不夹紧，工件在加工过程中就可能发生移动。工件移动会破坏其在定位过程中获得的既发生移动。工件移动会破坏其在定位过程中获得的既定位置，会损坏刀具及机床，甚至导致人身事故。定位置，会损坏刀具及机床，甚至导致人身事故。1.1.夹紧力作用点的选择原则夹紧

27、力作用点的选择原则工件夹紧力作用点应正对支承元件或支承元件所形成的支承面内，以保证工件已获得的定位保持不变。 （四）工件的夹紧和夹紧装置夹紧力作用点应处于工件刚性较好的部位夹紧力作用点应处于工件刚性较好的部位或使夹紧或使夹紧力均匀分布，以减小工件的夹紧变形。力均匀分布，以减小工件的夹紧变形。 薄壁套筒的夹紧变形夹紧力作用点应尽量靠近加工表面，以减少切削力夹紧力作用点应尽量靠近加工表面，以减少切削力对夹紧点的力矩，防止和减少加工时的振动。对夹紧点的力矩，防止和减少加工时的振动。 2. 夹紧力方向的选择夹紧力方向的选择原则原则主要夹紧力的作用方向主要夹紧力的作用方向应指向工作主要定位基应指向工作主

28、要定位基准面准面，以保证工件的加工要求，以保证工件的加工要求 定位基准面定位基准面B面1.6150.04AA面90A夹紧力垂直于B面零件图夹紧力垂直于A面夹紧力的作用方向不应破坏工件的准确定位，应使工件定位正确稳定。 夹紧力的作用方向应尽量与工件刚度最大的方向相一致，以减小工件夹紧变形。 夹紧力的作用力方向应尽可能与切削力、工件重力方向一致，以减小所需夹紧力，以利于夹紧装置的体积的减小。 3.3.夹紧力大小的估算夹紧力大小的估算 估算估算夹紧力的一般方法是将工件看成整体，并分夹紧力的一般方法是将工件看成整体，并分析作用在工件上的各种力，再根据力系平衡条件，确析作用在工件上的各种力，再根据力系平衡条件，确定保持工件平衡所需最小夹紧力。定保持工件平衡所需最小夹紧力。 最小夹紧