机械加工：第十二章机床夹具结构

1、1 第十二章 机床夹具结构12.1 机床夹具概述一、机床夹具及其组成1菱形销2对刀块3定位键4夹具底 板5圆柱销6工件 7弹簧 8螺栓9螺母 10压板11止动 销2 第十二章 机床夹具结构12.1 机床夹具概述一、机床夹具及其组成3 一、机床夹具及其组成 机床夹具的基本组成和功用： 1)定位元件或装置 用以确定工件在夹具中的位置，如图中夹具底板4、圆柱销5和菱形销1。 2)刀具导向元件或装置 用以引导刀具或用以调整刀具相对于夹具的位置，如图中的对刀块2。 3)夹紧元件或装置 用以夹紧工件，如图中的压板10，螺母9，螺栓8等。 4)连接元件 用以确定夹具在机床上的位置并与机床相连接，如图中的定位

2、键3，夹具底板4等。 5)夹具体 用以连接夹具备元件及装置，使之成为一个整体，并通过它将夹具安装在机床上，如图中的夹具底板4。 6）其它元件或装置 除上述各部分以外的元件或装置，如某些夹具上的分度装置，防错装置，安全保护装置等。图中的止动销11也属此类元件。4铣轴端槽夹具1 V型块 2 支撑套 3 手柄 4 定向键 5 夹具体 6 对刀块一、机床夹具及其组成1）定位元件及装置123646）其他元件及装置（防护、防错、分度）5）夹具体4）连接元件3）对刀及导向元件2）夹紧元件及装置5一、机床夹具及其组成 钻孔夹具1钻模套 2销轴 3开口垫圈 4螺母 5工件 6夹具体6 二、机床夹具的分类 机床夹

3、具(按其使用范围分)： 1)通用夹具如车床上常用的三爪卡盘、铣床上的平口虎钳、手工通用分度台等。这类夹具具有一定的通用性。通用夹具已标准化，常作为机床的标准附件提供给用户。 2)专用夹具针对某一种工件的某一个工序而专门设计的夹具。图示的连杆铣槽夹具就是专用夹具。 3)通用可调整夹具和成组夹具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。7 二、机床夹具的分类 4)组合夹具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。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。适合于新产品试制和单件小批生产。 5)随行夹具是一种在自动线或柔性制造系统中使用的夹

4、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。 机床夹具还可以按加工类型和在什么机床上使用来分，可分为车床夹具、铣床夹具、钻床夹具、镗床夹具、磨床夹具、自动机床夹具、数控机床夹具等。 按其夹紧装置的动力源来分，可分为手动夹具、气动夹具、液动夹具、电磁夹具、真空夹具等。8二、机床夹具的分类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9 专用夹具 4 3D L零件工序简图二、机床夹具的分类钻模夹具钻套作用： 1) 确定定尺寸刀具的轴线位置，并导引刀具； 2) 保证孔系中各孔之间的位置精度。钻套实物专用可调夹具15零件工序简图

5、43DLLD43D43LDL34DL43DL34 成组夹具KH1KH2KH3KH4二、机床夹具的分类16组合夹具1234567891011121314151617181加筋角铁（2） 2槽用螺栓（6） 3平键（10） 4方形支承 5定位支承 6方形支承 7平垫圈 8六角螺母（8） 9 槽用螺栓 10钻套螺钉 11快换钻套 12钻模板 13圆形定位销 14工件 15方形支承 16角铁 17压紧螺钉 18基础板二、机床夹具的分类17二、机床夹具的分类组合夹具实例18 铣拨叉槽组合夹具1方形基础板 2小长方支承 3，14，20六角螺母 440圆形定位盘 5大长方支承 6螺钉 7右支承角铁 8，10厚

6、六角螺母 9垫圈 11槽用螺栓 12侧中孔定位支承 13小长方支承 15回转压板 16双头螺栓 1724圆形定位销 18圆螺母 19工件19二、机床夹具的分类组合夹具实例组合夹具实物照片随行夹具23可分为钻床夹具、铣床夹具、车床夹具、磨床夹具等。按使用机床划分可分为手动夹具、气动夹具、液压夹具、真空夹具、电动夹具等。按夹紧力源划分二、机床夹具的分类气动虎钳 液压夹具24 三、机床夹具的功用（1）保证加工质量 夹具的最大功用是保证加工表面的位置精度。（2）提高生产率，降低生产成本 快速将工件定位夹紧，免除了找正、对刀等，缩短辅助时间，提高了成品率，降低了成本。（3）扩大机床的加工范围 如在车床上

7、加镗夹具，可完成镗孔加工。 （4）减轻工人劳动强度25ZXYZXYZXYZXY 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、夹具支承件和夹具体的凸台及平面等。ZXYZXY12.2 工件在夹具上的定位一、工件以平面定位26 一、工件以平面定位1.固定支承 (固定支承有支承钉和支承板两种形式) 国家标准规定的三种支承钉： A型多用于精基准面的定位； B型多用于粗基准面的定位； C型多用于工件侧面的定位。 国家标准规定的两种支承板， B型用的较多。A型由于不利于清除切屑，常用于侧面定位。27 一、工件以平面定位2可调支承 支承点位置可以调整的支承称为可调支承。 1调节

8、支钉 2锁紧螺母 当工件定位表面不规整以及工件批与批之间毛坯尺寸变化较大时，常使用可调支承。28 一、工件以平面定位3自位支承 支承本身可以随工件定位基准面的变化而自动调整并与之相适应。 自位支承一般只起一个自由度的定位作用，即点定位，常用于毛坯表面、断续表面、阶梯表面的定位。29 一、工件以平面定位4. 辅助支承 辅助支承是在工件定位后才参与支承的元件，它不起定位作用。 1支承 2螺母 3弹簧 4手柄 辅助支承主要用来在加工过程中加强被加工部位的刚度。 31 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。定位销有圆柱销、圆锥销、菱形销等形式

9、；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。工件以圆孔定位所限制的自由度见图 。XYZXYZXYZXYZXYZXYZ二、工件以圆柱孔定位孔32二、工件以圆柱孔定位孔 1.心轴 a)间隙配合 b)过盈配合 c)小锥度心轴 小锥度心轴的锥度为 1500011000。使用小锥度心轴定位可获得较高的定位精度。圆柱心轴 可涨心轴 工件在心轴上的定位限制了工件除绕自身轴线转动和沿自身轴线移动以外的四个自由度，是四点定位。 33二、工件以圆柱孔定位孔 2.定位销 工作部分直径D根据加工要求和便于装夹，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、

10、c所示)，也可以采用间隙配合(如图d)。圆柱定位销通常限制工件二个移动自由度。 当要求只在个方向上限制工件自由度时，可使用菱形销。3.圆锥销：常用于工件孔端的定位，可限制三个自由度 a)精基准定位用； b)粗基准定位用； 4.菱形销36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。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）。工件以外圆柱面支承定位的元件常采用V型块，短V型块限制2个自由度，长V型块（或两个短V型块组合）限制4个自由度。XYZXYZXYZXYZXYZ三、工件以外圆表面定位37三、工件以外圆表面定位支承定位 38三、工

11、件以外圆表面定位 工件以外圆表面支承定位常用的定位元件是V形块。 V形块在夹具中的安装尺寸T是V形块的主要设计参数，该尺寸常用作V形块检验和调整的依据。39三、工件以外圆表面定位 TH + 式中D为工件或检验心轴直径的平均尺寸。 当为90时有 TH + 0.707D - 0.5N V形块两斜面间的夹角一般取60，90和120，其中以90为最多。 使用V形块定位的特点： 对中性好， 可用于非完整外圆表面的定位。 a) 较长精基准； b) 较长粗基准； c) 阶梯轴定位用； d) 较长、较重工件。定位套筒 半圆定位座 无对中性，常用于大型轴类工件的定位。 定位基准均为外圆中心线。外圆定心夹紧 三爪

12、卡盘、双V形铁定心夹紧、弹簧夹头。44 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。工件以锥孔定位四、工件以其它表面定位 工件以锥孔定位 工件以渐开线齿面定位46 五、定位表面的组合 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； 平面与其它表面的组合； 锥面与锥面的组合等。 定位支撑数最多的定位表面为主要定位基准，定位支撑数次多的定位表面称为导向定位基准，定位支撑数为1的定位表面称为止推定位基准。加工连杆的夹具中： 端面三点定位，是工件的主要定位基准；连

13、杆大头孔起两点定位作用，是工件的导向基准；连杆的小头孔只起一点定位作用，是工件的止推定位基准。47五、定位表面的组合XZY工件在两顶尖上定位在分析多个表面定位情况下各表面限制的自由度时，分清主次定位面很重要。如下图所示工件在两顶尖上的定位，应首先确定前顶尖限制的自由度，他们是 。然后再分析后顶尖限制的自由度。此时，应与前顶尖一起综合考虑，可以确定其限制的自由度是 。一个平面和与其垂直的两个孔组合两圆销定位属于过定位（干涉） 在极端情况下 两孔中心距最大； 两销中心距最小； 两孔直径均为最小； 两销直径均为最大。 发生干涉，工件装不进去。 要想装进去只有缩小圆柱销2的直径，但会造成间隙过大，引起

14、的转角误差太大，一般不可用！解决办法是： 将销2做成削边销。 圆柱销菱形销定位削边销结构 菱形销设计分析一平面和与其垂直的两外圆柱面组合一孔和一平行于孔中心线的平面组合一、夹紧装置的组成及基本要求组成 1）力源装置 2）中间传力机构 3）夹紧元件作用1）改变作用力的方向；2）改变作用力的大小；3）使夹紧实现自锁。1）夹紧时不破坏工件定位后的正确位置； 稳2）夹紧力大小要适当； 牢3）夹紧动作要迅速、可靠； 快4）结构紧凑，易于制造与维修。基本要求夹紧装置的组成1气缸 2斜楔 3滚子 4压板 5工件 12.3 工件在夹具中的夹紧二、夹紧力的确定 夹紧力的三要素夹紧力大小、方向和作用点。55 二、

15、夹紧力的确定(一) 夹紧力方向的选择 夹紧力方向的选择原则： 1)夹紧力的作用方向应有利于工件的准确定位。主要夹紧力应垂直指向主要定位基准面。 在直角支座零件上镗孔，若要求保证孔与端面的垂直度，则应以端面A为第一定位基准面，夹紧力作用方向应如图中 所示。 若要求保证被加工孔轴线与支座底面平行，应以底面B为第一定位基准面，此时夹紧力方向应如图中 所示。否则，由于A面与B面的垂直度误差，将会引起被加工孔轴线相对于A面(或B面)的位置误差。 56 (一) 夹紧力方向的选择 2)夹紧力的作用方向应与工件刚度最大的方向相一致，以减小工件变形。 薄壁套筒工件加工，它的轴向刚度比径向刚度大。若如图a），用三

16、爪自定心卡盘径向夹紧套筒，将使工件产生较大变形。若改成图 b），用螺母轴向夹紧工件，则不易产生变形。57 (一) 夹紧力方向的选择 3)夹紧力的作用方向要与切削力、工件重力方向致，以减小所需夹紧力。 图a）夹紧力F 与主切削力方向一致，切削力由夹具的固定支承承受，所需夹紧力较小。若如图b），则夹紧力至少要大于切削力。58 （二）夹紧力作用点的选择确定夹紧力作用点应注意以下几点： 1)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。 夹紧力作用点不正对支承元件，产生了使工件翻转的力矩，破坏了工件的定位。夹紧力作用点的正确位置应如图中双点划线所示。59 （二）

17、夹紧力作用点的选择 2)夹紧力作用点应处在工件刚性较好的部位，以减小工件的夹紧变形。 图a），夹紧力作用点在工件刚度较差的部位，易使工件发生变形。如改为图b），不但作用点处的工件刚度较好，而且夹紧力均匀分布在环形接触面上，可使工件整体及局部变形都最小。 图c），夹紧力通过一厚度较大的锥面垫圈作用在工件的薄壁上，使夹紧力均匀分布，防止了工件的局部压陷。61 （二）夹紧力作用点的选择 3)夹紧力作用点应尽可能靠近被加工表面，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辅助支承并施加夹紧力，减小切削过程中的振动和变形。 图示零件加工部位刚度较差，在靠近切削部位增加辅助支承并施加附

18、加夹紧力 可有效地防止切削过程中振动和变形。63 三、常用夹紧机构 () 楔形夹紧机构 斜楔夹紧具有结构简单，增力比大，自锁性能好等特点,因此获得广泛应用。64 三、常用夹紧机构 (二) 螺旋夹紧机构 螺旋夹紧机构结构简单，易于制作，增力比大，自锁性能好，是手动夹紧中应用最广泛的一种夹紧机构。螺旋夹紧机构的缺点是动作较慢。为提高其工作效率，常采用一些快撤装置。 螺旋的形成 左图是常用的几种摆动压块，光面用a)，毛面用b) 右图是实物照片常用的几种快撤装置实物照片 1实物照片 268 三、常用夹紧机构 (三) 偏心轮夹紧机构 偏心夹紧的优点是结构简单，操作方便，动作迅速；缺点是自锁性能较差，增力比较小。般用于切削平稳且切削力不大的场合。偏心轮1）圆偏心夹紧原理及其几何特性 偏心夹紧实质是一种斜楔夹紧，可将偏心轮视为一种楔角变化的斜率，如图各点升角不等， M、N 处升角为为0， P处升角最大。 P点夹紧时能自锁，则可保证其余各点均可自锁 自锁条件 p 12 tanp=2e/Dp