《铣工技术》第3章铣床夹具解析课件

1、铣工技术第三章 铣床夹具第1页，共49页。8/4/2022目 录3.1 铣床夹具的组成和作用 3.2 工件在铣床夹具中的定位 3.3 工件夹紧 3.4 定位与夹紧的关系3.5 铣床夹具介绍3.6 组合夹具8/4/2022铣工技术第2页，共49页。理解工件定位基本原理掌握基本定位体的定位作用掌握相关的定位知识掌握夹紧装置的基本要求和夹紧力三要素的确定掌握组合夹具的特点及应用掌握组合夹具的基本元件掌握夹具的组成和作用教学目的和要求8/4/2022铣工技术第3页，共49页。夹具的组成和作用工件在夹具中的定位铣床夹具介绍工件夹紧教学内容摘要组合夹具简介8/4/2022铣工技术第4页，共49页。夹具的组

2、成和作用，工件定位基本原理，夹紧装置的基本要和夹紧力三要素的确定教学重点难点讲授、现场教学、课件教学方法和教具6学时教学时数8/4/2022铣工技术第5页，共49页。 在铣床上加工工件时，为了在工件上加工出符合工艺规程和技术要求的表面，工件在加工前需要在铣床上占有一个正确的位置，即定位。在加工过程中，工件受到切削力、重力、振动、离心力、惯性力等作用，所以还需采用一定的机构，让工件在加工过程中一直保持在最先确定的位置上，即夹紧。在铣床上使工件占有正确的加工位置并使其在加工过程中始终保持不变的工艺装备称为铣床夹具。3.1 铣床夹具的组成和作用 8/4/2022铣工技术第6页，共49页。 3.1.1

3、 铣床夹具的组成 铣床夹具通常由定位元件、夹紧装置、安装连接元件、导向元件、对刀元件和夹具体等几部分组成。 1.定位元件 定位元件用于确定工件在夹具中的位置，使工件因相对于刀具及运动轨迹有一个正确的位置。定位元件是夹具的主要功能元件之一，其定位精度将直接影响工件的加工精度。 2.夹紧装置 夹紧装置用于保持工件在夹具中的既定位置，使工件不致在加工时受到切削力、重力、离心力等外力而改变原有的位置。夹紧装置也是夹具的主要功能元件之一，它通常由夹紧元件、增力装置和动力源等部分组成。如图3-1所示，螺母螺杆副是夹紧元件，同时也是增力装置及快卸垫圈、定位销上构成了夹紧装置。此钻模夹具中动力源为手动夹紧。图

4、3-1 铣床上钻模的组成8/4/2022铣工技术第7页，共49页。 3.安装连接元件 安装连接元件用于确定夹具在铣床上的位置，以保证工件与铣床之间的正确加工位置。 4.导向元件和对刀元件 1）导向元件 是用于确定刀具位置并引导刀具进行加工的元件。在图3-1中，钻套就是引导钻头用的导向元件。 2）对刀元件 是用于确定刀具在加工前处于正确位置的元件，如对刀块 5.夹具体 是夹具的基础部件，用来连接夹具上各个元件或装置，使之成为一个整体。图3-1 铣床上钻模的组成8/4/2022铣工技术第8页，共49页。3.1.2 铣床夹具的作用 1.保证加工质量 铣床夹具的首要任务是保证加工精度，特别是保证被加工

5、工件的加工面与定位面之间，以及被加工表面相互之间的位置精度。使用夹具后，这种精度主要靠夹具和铣床来保证，不再依赖于工人的技术水平。 2.提高劳动生产率，降低成本 生产率的高低可以用单位时间内生产出工件数量的多少来衡量。采用夹具安装工件，不仅省去划线找正等辅助时间，简化了工件的安装，而且当采用快速夹紧装置时，还可以进一步加快夹紧速度，所以提高了劳动生产率。劳动生产率的提高、产品质量的稳定和对操作工人技术要求的降低，均有利于降低加工成本。8/4/2022铣工技术第9页，共49页。 3.扩大铣床工艺范围 在单件小批量生产的情况下，工件的种类、规格多，而铣床的数量品种有限，为解决这种矛盾，可设计专用夹

6、具，使铣床一机多用。 4.改善工人劳动条件，保障生产安全 夹具中可采用扩力机构来减小操作的原始力，还可以采用各种机动夹紧装置，减轻劳动强度。由于专用夹具是针对具体工件的具体加工要求而专门设计的，可以保证工件的定位精度，其再与夹紧装置相配合，便可以充分保证生产安全。8/4/2022铣工技术第10页，共49页。 尚未定位的工件在空间的位置是任意的且不确定的。工件位置的这种不确定性可用三维直角坐标系加以描述。如图3-2所示，工件在直角坐标系中，可以沿着x轴、y轴、z轴的方向，分别处于各轴线上任意的位置，一般称为沿x轴移动、沿y轴移动、沿z轴移动，用 来表示；同时，也可以分别绕着每一坐标轴线的角度方位

7、转动，用 来表示。完全确定一个物体在空间位置所需要的独立坐标的数目，叫做这个物体的自由度。因此，工件的自由度共有六个。 3.2.1 六点定位原理3.2 工件在铣床夹具中的定位8/4/2022铣工技术第11页，共49页。 定位的任务就是要设法限制工件的自由度。若工件的某一自由度被限制，工件在这个方向或方位上的位置就被确定了；若工件的六个自由度均被限制，工件在空间中就将占有唯一确定的固定位置。在夹具中，用分布适当的、与工件接触的六个支承点来限制工件六个自由度的原理，称为六点定位原理。8/4/2022铣工技术第12页，共49页。 图3-2 工件的自由度8/4/2022铣工技术第13页，共49页。3.

8、2.2 常用定位方式及定位元件1.工件以平面定位 定位元件主要有支承钉、支承板、可调支承和辅助支承四种。1）支承钉 8/4/2022铣工技术第14页，共49页。例：如图3-4所示，三点确定一个平面，工件在XY平面上定位，支承钉1、2、3限制了工件的三个自由度分别是 ；在XZ平面上定位，支承钉4和5限制了工件的两个自由度分别是 ；在YZ平面上定位，支承钉6限制了工件一个自由度是 。 图3-4 箱体类工件的六点定位8/4/2022铣工技术第15页，共49页。2）支承板 支承板适用于精加工过的平面定位，如图3-5所示。 A型支承板沉头螺钉凹坑处积屑不易清除，会影响定位，所以仅适用于侧平面的定位。 B

9、型支承板由于有斜槽，易清除切屑，且支承板与工件接触较少，定位较准确，因此可用于已加工水平面的定位。图3-5 支承板8/4/2022铣工技术第16页，共49页。3）可调支承 可调支承的顶端位置能在一定范围内调整，调整后用螺母旋紧，多用于毛坯表面的定位，如图3-6所示。可调支承分为圆头式、尖头式和摆动式。4）辅助支承 如图3-7所示，当工件由于结构上的特点使定位不稳定或工件局部刚度地易变形时，可在工件的适当部位设置辅助支承，但它并不能限制自由度。 图3-6 可调支承图3-7 辅助支承8/4/2022铣工技术第17页，共49页。 2.工件以外圆定位 工件以外圆定位时，最常见的定位元件有V形架、半圆弧

10、定位等装置。 1）V形架 工件在V形架上的定位情况要视V形架的长短具体分析。短V形架限制两个自由度，分别是:图3-9 半圆形工件的定位长V形架限制四个自由度，分别是: 图3-8 回转体在V形架上的定位 图3-8 回转体在V形架上的定位 8/4/2022铣工技术第18页，共49页。 2）半圆弧定位装置 其下半圆弧固定在夹具体上，起定位作用，上半圆弧是活动的，起夹紧作用。由于工件在半圆弧上定位时与夹具的接触面较大，表面不易夹毛，因此适用于外圆已精加工过的工件。为了保证定心精度，半圆弧的下部应适当挖空。图3-10 工件在半圆弧上定位 8/4/2022铣工技术第19页，共49页。 3.工件以圆柱孔定位

11、 工件以圆柱孔为定位基面时，常用圆柱体和圆锥体作为定位元件。 1）圆柱销 从长度上看，圆柱销（又称为定位销）可分为短圆柱销和长圆柱销两种。短圆柱销可限制两个自由度，而长圆柱销可限制四个自由度。从结构上看，圆柱销一般可分为固定式和可换式两种。如图3-11所示为固定式圆柱销的几种典型结构，固定式圆柱销是直接用过盈配合装在夹具体上使用的。 图3-11 固定式圆柱销8/4/2022铣工技术第20页，共49页。 2）圆柱心轴 圆柱心轴是以外圆柱面为定心，以端面压紧来装夹工件的。如图3-12所示，圆柱心轴和工件孔一般采用间隙配合，所以工件能很方便地套在心轴上。但是，由于配合间隙太大，一般只能保证同轴度0.

12、02 mm左右。图3-12 工件以圆柱心轴上定位8/4/2022铣工技术第21页，共49页。3）圆锥销 圆锥销一般只能限制三个自由度。如图3-13所示为工件以圆锥销定位的示意图，图（a）用于粗定位基面，图（b）用于精定位基面。工件在单个圆锥销上容易倾斜，为此，圆锥销一般与其他定位元件组合使用。4）圆锥心轴 当工件带有圆锥孔时，一般可用与工件孔锥度相同的圆锥心轴定位，当圆锥半角小于自锁角时，为了便于工件拆卸，可在圆锥心轴大端配上一个可旋出工件的螺母，如图3-14所示。 图3-13 工件以圆锥销定位 图3-14 工件以圆锥心轴定位8/4/2022铣工技术第22页，共49页。 1.完全定位 加工时，

13、工件的六个自由度被完全限制了的定位称为完全定位。但生产中并不是任何工序都需要采用完全定位的，限制自由度的数目和种类应由工件的加工要求决定。在图3-4中，箱体类工件的六点定位都是完全定位。完全定位时，整批工件相对于加工铣床及刀具有一个统一的完全确定的唯一位置。一般情况下，当工件的工序内容在这三个坐标轴方向上均有尺寸或形位精度要求时，需要在加工工位上对工件施行完全定位。 2.不完全定位 工件定位时，并非所有情况下都必须完全定位。在满足加工要求的前提下，少于六个支承点的定位，称为不完全定位或部分定位。例如，在长轴上铣一个键槽，加工要求除了键槽本身的宽度、深度和长度外，还需保证槽距轴端的尺寸及槽对外圆

14、轴线的对称度。此时，绕工件轴线转动的自由度就不必限制，而只要限制五个自由度就可以了。这就是工件的不完全定位。3.2.3工件定位的几种现象8/4/2022铣工技术第23页，共49页。图 3-15 欠定位3.欠定位 按照加工要求应该限制的自由度没有被限制的定位称为欠定位。在生产中，欠定位是不允许出现的，因为欠定位保证不了加工要求。如图3-15所示铣削零件上的通槽，应该限制 这三个自由度，以保证槽底与A面的平行度及尺寸 mm两项加工要求；应该限制 两个自由度以保证槽侧面与B面的平行度及尺寸300.10 mm两项加工要求；而 自由度不影响通槽加工，可以不被限制。如果 没有被限制，那么 mm就无法保证；

15、如果 没有被限制，槽底与A面的平行度就不能保证。8/4/2022铣工技术第24页，共49页。 4.重复定位 工件的一个或几个自由度被不同的定位元件重复限制的定位称为重复定位或过定位。它会造成定位干涉、定位不稳或增大误差，使工件或定位元件受力产生变形，甚至出现部分工件装不进夹具的局面，因此应该尽量避免。但在精密加工和装配中，重复定位有时也是有必要的。 如图3-16（a）所示为加工连杆小头孔的定位方式。一个端面与支承板3接触，限制了 这三个自由度；大头孔内设一个短圆柱销1，限制了 两个自由度；杆身靠在挡销2上，限制自由度。若将孔中的短圆柱销改成长圆销，而且配合间隙较小，则长圆柱销实际上可限制连杆的

16、 这四个自由度。此时，孔中心线的方向由长圆柱销决定，而不由支承板的平面决定。 图3-16 连杆的定位分析1短圆柱销；2挡销；3支承板8/4/2022铣工技术第25页，共49页。 工件在加工前除了定位外，还需要夹紧，夹紧是工件装夹过程中的一个重要组成部分。它必须在工件定位后利用一种机构产生的夹紧力把工件压紧在定位元件上，让工件保持原有的准确确定位置，不会因为切削力、工件重力、离心力或惯性力等作用而产生变化和振动，从而确保加工精度和安全操作。能够产生夹紧力的这种机构就称为夹紧装置。3.3 工件夹紧8/4/2022铣工技术第26页，共49页。1夹紧装置结构性要好，其结构应简单、紧凑，便于制造和维修。

17、2夹紧过程一定要可靠，保证工件定位所占据的正确位置不变。3夹紧力的大小应适当，由此保证工件在加工过程中的位置稳定、振动小，使工件不产生过大的夹紧变形。4操作方便、快捷、省力、安全。 3.3.1夹紧装置应具备的基本要求 在保证工件的定位精度和加工质量的前提下，应该尽可能使夹紧装置具备以下基本要求：8/4/2022铣工技术第27页，共49页。 3.3.2夹紧力三要素的合理确定 力的三要素是力的大小、方向和作用点，在确定夹紧装置后，正确选择夹紧力的三要素成为首先要解决的问题。 1.夹紧力方向的合理确定 1）应指向主要定位基准面 如图3-17（a）所示，被加工孔的轴线与A面有垂直度要求，所以在加工这个

18、工件时要以A面为主要定位基准面，夹紧力Fi的方向应指向A面。如图3-17 （b）所示，若夹紧力Fi的方向改指向B面，则工件侧面A与底面B的夹角误差就会影响工件夹紧时的定位位置，从而无法保证孔与A面的垂直度要求。 2）应与切削力或重力的方向一致 夹紧力的方向应和切削力或重力的方向一致，这样，切削力和重力可以承担部分夹紧力作用，这时所需的夹紧力最小，对夹紧机构的要求也最低。 图3-17 夹紧力的方向示意图8/4/2022铣工技术第28页，共49页。 2.夹紧力作用点的合理确定 夹紧力的作用点应尽量落在定位元件的支承范围内并靠近支承元件的几何中心。如图3-18所示，如果夹紧力的作用点在支承件的几何中

19、心以外，则会导致工件的倾斜和移动，从而无法保证工件的定位。图3-18中所示为正确的夹紧力作用点位置。 夹紧力的作用点要靠近工件加工表面，从而提高工件加工部位的刚度，提高抗振性。如图3-19所示拨叉装夹时，主要夹紧力F1垂直作用定位基面，辅助支承点设在靠近加工面处，再施加适当的辅助夹紧力F2，从而提高工件的安装刚度。图3-18 夹紧力的作用点示意图1 夹具；2 工件图3-19 夹紧力的作用点靠近加工表面8/4/2022铣工技术第29页，共49页。 3.夹紧力大小的合理确定 夹紧力的大小对工件安装的可靠性、工件和夹具的变形、夹紧机构的复杂程度等有很大关系。如果夹紧力太小，工件的位置得不到稳固，在加

20、工过程中工件会产生振动或移动；如果夹紧力过大，则会引起工件和夹具变形，还可能损伤工件表面，影响加工质量。夹紧力的大小关系到夹紧机构主要元件的规格尺寸，并影响到夹紧传动装置的结构尺寸和整个夹具 的外形轮廓尺寸的大小。 实际生产中可以采用类比法或计算法得到合理的夹紧力。根据工件具体加工要求，参照现有生产中类似切削条件的夹紧装置的情况确定夹紧力的方法称为类比法。计算法的计算公式为 （3-1） 式中，Fi为实际所需夹紧力；F为一定条件下，按静力平衡计算出的夹紧力；k为安全系数，考虑切削力的变化和工艺系统变形等因素，一般取k=1.53。 8/4/2022铣工技术第30页，共49页。 3.3.3 常用的夹

21、紧机构 铣床夹具中使用最普遍的机械夹紧机构是利用机械摩擦的原理来实现夹紧工件的。 1.斜楔夹紧机构 斜楔夹紧机构是夹紧机构中的最基本形式。 如图（a）所示为在工件上钻四个均布孔的钻模。工件装入夹具中后，用锤子击打斜楔的大头，楔紧的斜面使工件夹紧，保证工件不会因切削力的作用和振动而退出。这种夹紧机构结构简单，增力比大，自锁性能好，但操作费力，所以实际生产中应用不多，多数情况下是将斜楔与其他机构联合起来使用。 如图（b）所示为圆柱形工件用两个短V形块及支承钉定位，工件夹紧则是由活塞带动斜楔发通过滚子拉动滑柱经压板实现的。图 3-20 斜械夹紧机构8/4/2022铣工技术第31页，共49页。 2.螺

22、旋夹紧机构 采用螺旋直接夹紧或采用螺旋与其他元件组合实现夹紧的机构称为螺旋夹紧机构。螺旋夹紧具有结构简单紧凑、通用性和自锁性好，增力比大，夹紧力和夹紧行程大等特点，所以在手动夹紧装置中应用广泛。但由于夹紧、松开动作慢，在高效夹具中应用较少。螺旋夹紧机构包括单螺旋夹紧机构和螺旋压板夹紧机构两种。8/4/2022铣工技术第32页，共49页。 1）单螺旋夹紧机构 单螺旋夹紧有螺钉夹紧和螺母夹紧两种基本形式，如图3-21所示。其螺栓头部直接对工件表面施加夹紧力，损坏工件表面，产生夹紧变形；螺栓转动时，容易损伤工件表面或带动工件转动。为了解决这些问题，在螺栓头部套上一个摆动压块，来保证螺钉（螺母）与工件

23、表面的良好接触，避免造成压痕，如图3-22所示。摆动压块的结构已经标准化，可根据夹紧表面来选择。a）螺钉夹紧 （b）螺母夹紧 （a）螺钉夹紧机构 （b）常用压块 图3-21 螺钉与螺母夹紧 图3-22 装有摆动压块的螺钉夹紧8/4/2022铣工技术第33页，共49页。 为克服螺旋夹紧动作慢的缺点，提高夹紧效率，可采用各种快速夹紧措施。如图3-23（a）所示，使用开口垫圈。如图3-23（b）所示A型，采用快卸螺母。如图3-23（b）所示B型，夹紧轴1上的直槽连着螺旋槽，先推动手柄2，使摆动压块迅速靠近工件，继而转动手柄，夹紧工件并自锁。如图3-23（d）所示，手柄2推动螺杆沿直槽方向快速接近工件

24、4，然后使手柄3位于图示位置，再转动手柄2带动螺母5旋转。因手柄3的限制，螺母不能右移，致使螺杆带着摆动压块6向左移动，从而夹紧工件。反转手柄2，稍微松开后，即可推开手柄3，为手柄2的快速右移让出了空间。图3-23 快速螺旋夹紧机构1夹紧轴；2、3手柄；4工件；5螺母；6摆动压块8/4/2022铣工技术第34页，共49页。 2）螺旋压板夹紧机构 如图3-24（a）、（b）所示为移动式螺旋压板，压板上开有长圆孔，以便松开工件时压板可以后撤，便于装卸工件。图（a）所示为减力的螺旋压板，夹紧力Fw小于作用力FQ，主要用于夹紧行程较大的场合；图（b）所示机构可通过调整压板的杠杆比l/L，实现增力或增大

25、夹紧行程的作用；图（c）是铰链压板机构，主要用于增大夹紧力的场合；图（d）是回转压板，它并不起增力或扩大夹紧行程的作用，但压板可绕一端支点轴旋转，便于装卸工件。 图3-24 螺旋压板组合夹具8/4/2022铣工技术第35页，共49页。 3.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。常用的偏心件有圆偏心轮、偏心轴和偏心叉如图3-25所示。 偏心夹紧机构操作方便，夹紧迅速，缺点是夹紧力和夹紧行程都小。一般用于切削力不大、振动小、没有离心力影响的加工中。（a）圆偏心轮（b）凸轮偏心轮（c）偏心轴（d）偏心叉图3-25 偏心夹紧机构8/4/2022铣工技术第36页，共49页。4

26、.铰链夹紧机构 铰链夹紧机构是一种铰链和杠杆组合的夹紧机构。如图3-26所示为铰链夹紧机构的五种基本类型。图（a）所示为单臂单作用铰链夹紧机构；图（b）所示为双臂单作用铰链夹紧机构；图（c）所示为双臂双作用铰链夹紧机构；图（d）所示为双臂单作用带移动柱塞的 铰链夹紧机构；图（e）所示为双臂双作用带移动柱塞的 铰链夹紧机构。铰链夹紧机构的主要特点是结构简单，摩擦损失小，增力比大，但自锁性差。它常在气动夹具中作为增力机构，以弥补汽缸原动力的不足。图3-26 铰链夹紧机构8/4/2022铣工技术第37页，共49页。 定位与夹紧在机械加工中缺一不可，两者的任务是不同的，不能互相取代。如果单一地认为工件

27、被夹紧后，就限制了它全部的自由度，工件的位置也就不能动了，那么这种理解是错误的。如图3-27所示为定位与夹紧的关系示意图。工件在支承平面和两个长圆柱销上定位，工件放在实线和虚线位置都可以夹紧，但是工件在方向的位置不能确定，钻出的孔的位置也不确定（出现尺寸A1和A2）。只有在方向设置一个挡销时，才能保证钻出的孔在方向获得确定的位置。另一方面，如果认为工件在挡销的反方向仍然有移动的可能性，因此位置不确定，这种理解也是错误的。定位时，必须使工件的定位基准紧贴在夹具的定位元件上，否则就不能称其为定位，而夹紧则使工件不离开定位元件。3.4 定位与夹紧的关系8/4/2022铣工技术第38页，共49页。图3

28、-27 定位与夹紧的关系 8/4/2022铣工技术第39页，共49页。3.5.1 铣床夹具特点 由于铣削加工的切削用量及切削力较大，又是多刃断续切削，加工时易产生振动，因此铣床夹具具有以下特点： （1）铣床夹具要有足够的夹紧力，并且具有反行程自锁功能和较高的抗振性。 （2）铣床夹具要有足够的强度和刚度，对于重型铣床夹具，夹具体两端要有吊装孔或吊环等以便搬运。 （3）铣床夹具的安装要准确可靠，即安装及加工时要正确使用定向键、对刀装置等。3.5 铣床夹具介绍8/4/2022铣工技术第40页，共49页。 3.5.2 铣床典型夹具 铣削加工时，夹具通常随工作台一起做进给运动。按进给方式的不同，铣床夹具

29、可分为直线进给式、圆周进给式和靠模进给式三种类型。其中，靠模进给式在实际中现在已经很少应用了，故本书中只详细介绍前两种铣床夹具。 1.直线进给式铣床夹具 如图3-28所示为轴上铣键槽的直线进给式铣床夹具。工件以外圆和端面在一组V形块2和支承钉8上实现5点定位；转动手柄7带动偏心凸轮3，从而推动浮动盘9、拉杆10下移，使两个压板4同时夹紧两个工件；用对刀块5和塞尺来调整铣刀相对于工件的正确位置；夹具通过定位键6在铣床上占有确定位置。这样的夹具可以实现工件的单件、多件平行联动夹紧方式加工，提高了生产效率。8/4/2022铣工技术第41页，共49页。 这类夹具在铣床应用最多，它安装在工作台上，加工中

30、随工作台按直线进给方式运动。图3-28直线进给式铣床夹具1夹具体；2V形块；3偏心凸轮；4压板；5对刀块；6定位键；7操纵手柄；8支承钉；9浮动盘；10拉杆8/4/2022铣工技术第42页，共49页。 2.圆周进给式铣床夹具 如图3-29所示为立式铣床上铣拨叉上下端面的圆周进给夹具。工件以圆孔、端面及侧面在定位销2和挡销4上定位；液压缸6驱动拉杆1通过开口垫圈3将工件夹紧，夹具上同时装夹12个工件。转台5由电动机带动回转，切削区是AB扇形区，装卸工件区是CD扇形区。圆周进给铣削在不停车的情况下装卸工件，一般是多工位加工，在有回转工作台的铣床上使用。这种夹具结构紧凑，操作方便，机动时间与辅助时间重叠，是高效的铣床夹具，适用于大批量生产。图3-29 圆周进给铣床夹具1拉杆；2定位销；3开口；4挡销；5转台；6液压缸8/4/2022铣工技术第43页，共49页。 夹具零部件组装成易于连接和拆卸的系列化程度很高的柔性化夹具称为组合夹具。它的使用寿命一般为1520年，选用适当，可以成为一种很经济的夹具。根据组合夹具组装连