工艺装备学课件

1、制造装 备 学 工艺装备及自动化系 系主任 汤漾平 教授 机械制造装备设计、制造与控制刀 具模 具 夹 具 量 具 第四章 工 艺 装 备4.1刀 具4.3夹 具华普305车身前机舱焊接夹具 机床设计零件在工艺规程制定之后，就要按工艺规程顺序进行加工。 加工中除了需要机床、刀具、量具之外，成批生产时还要用机床夹具。 它们是机床和工件之间的联结装置，使工件相对于机床或刀具获得正确位置。 机床夹具的好坏将直接影响工件加工表面的位置精度，所以机床夹具设计是装备设计中一项重要的工作，是加工过程中最活跃的因素之一。 夹 具一、夹具的功能和应满足的要求 机床夹具的功能机床夹具应满足的要求机床夹具应满足的要

2、求机床夹具应满足的基本要求包括下面几方面：( l ）保证加工精度 这是必须做到的最基本要求，其关键是正确的定位、夹紧和导向方案，夹具制造的技术要求，定位误差的分析和验算。( 2 ）夹具的总体方案应与年生产纲领相适应 在大批量生产时，尽量采用决速、高效的定位、夹紧机构和动力装置，提高自动化程度符合生产节拍要求。在中、小批量生产时，夹具应有一定的可调性，以适应多品种工件的加工。( 3 ）安全、方便、减轻劳动强度 机床夹具要有工作安全性考虑，必要时加保护装置。要符合工人的操作位置和习惯，要有合适的工件装卸位置和空间使工人操作方便。大批量生产和工件笨重时，尽可能减轻工人劳动强度。( 4 ）排屑顺畅 机

3、床夹具中积集切屑会影响到工件的定位精度，切屑的热量使工件和夹具产生热变形，影响加工精度。清理切屑将增加辅助时间，降低生产率，因此夹具设计中要给予排屑问题充分的重视。( 5 ）机床夹具应有良好的强度、刚度和结构工艺性 机床夹具设计时，要方便制造、检测、调整和装配，有利于提高夹具的制造精度。二、夹具的类型和组成 机床夹具的类型机床夹具的基本组成1、机床夹具的类型机床夹具有多种分类方法，如按夹具的使用范围 来分，有下面五种类型( ? ) 通用夹具 专用夹具 可调整夹具和成组夹具 组合夹具 随行夹具 ( 1 ）通用夹具 (?) 例如车床上的卡盘，铣床上的平口钳、分度头，平面磨床上的电磁吸盘等 这些夹具

4、 通用性强，一般不需调整就可适应多种工件的安装加工，在单件小批生产中广泛应用。1、机床夹具的类型( 2 ）专用夹具 因为它是用于某一特定工件特定工序的夹具，称为专用夹具。 专用夹具广泛用于成批生产和大批量生产中。本章重点( 3 ）可调整夹具和成组夹具 这一类夹具的特点是具有一定的可调性，或称“柔性”。夹具中部分元件可更换，部分装置可调整，以适应不同工件的加工。 可调整夹具一般适用于同类产品不同品种的生产，略作更换或调整就可用来安装不同品种的工件。 成组夹具适用于组尺寸相似、结构相似、工艺相似工件的安装和加工，在多品种、中小批量生产中有广泛的应用前景1、机床夹具的类型( 4 ）组合夹具 它是由一

5、系列的标准化元件组装而成，标准元件有不同的形状，尺寸和功能，其配合部分有良好的互换性和耐磨胜。 使用时，可根据被加工工件的结构和工序要求，选用适当元件进行组合连接，形成一专用夹具。 用完后可将元件拆卸、清洗、涂油、人库，以备后用。 它特别适合单件小批生产中位置精度要求较高的工件的加工。1、机床夹具的类型( 5 ）随行夹具 这是一类在自动线和柔性制造系统中使用的夹具。(?) 它既要完成工件的定位和夹紧，又要作为运载工具将工件在机床间进行输送，输送到下一道工序的机床后，随行夹具应在机床上准确地定位和可靠地夹紧。 一条生产线上有许多随行夹具，每个随行夹具随着工件经历工艺的全过程，然后卸下已加工的工件

6、，装上新的待加工工件，循环使用。(?)2、机床夹具的基本组成 图52 为装夹上述工件进行钻、铰孔工序的钻床夹具。 工件的定位是22H7 孔，它与定位销2 的小圆柱面配合，工件端面A 与定位销轴2 的大端面靠紧，工件的右侧面靠紧挡销3 。 工件的夹紧是拧动螺母10 ，通过开口垫圈将工件夹紧在定位销轴2 上。 件12 是钻模套，钻头由它引导对工件加工，以保证加工孔到端面11的距离、孔中心与A 面的平行度、以及孔中心与 22H7 孔中心的对称度。2、机床夹具的基本组成 三个8H8 孔的分度是由固定在定位销轴2 的转盘11来实现的。 当分度定位销5 分别插人转盘的三个分度定位套4 、4和4时，工件获得

7、二个位置，来保证三孔均布20士10的精度。 分度时，拧动手柄7 ，可松开转盘11 ，拔出分度定位销5 ，由转盘11带动工件一起转过20后，将定位销5 插人另一分度定位套中，然后顺时针拧动手柄7 ，将工件和转盘夹紧，便可加工。2、机床夹具的基本组成( 5 )夹具体 用于将各种元件、装置联接在一体，并通过它将整个夹具安装在机床上，如图的13( 6 )其它元件及装置 根据加工需要来设置的元件或装置，如转盘11 ，分度定位套4 、分度定位销5 又如铣床夹具中机床与夹具的对定，往往在夹具体底面安装两个定向键等等 以上所述，是机床夹具的基本组成对于一个具体的夹具，可能略少或略多一些，但定位、夹紧和夹具体三

8、部分一般是不可缺少的。一、夹具的功能和应满足的要求二、夹具的类型和组成三、定位机构的设计四、夹紧机构的设计五、工装夹具的其他装置六、可调整夹具七、典型设计实例工件的定位定位加工前，使工件在机床上或夹具中占有某一正确的位置夹紧使工件保持正确位置，不受力的作用而位移，要将工件压紧夹牢装夹=定位+夹紧1.工件定位的方式（？3种）（1）直接找正定位生产率低，精度工人技术单件小批或位置要求高定位基准所找正的表面（2）划线找正定位精度低单件小批，复杂件，毛坯精度低定位基准所划的线（3）夹具定位生产率高，定位精度高，成批及大量生产2工件的定位原理（1）六点定则 用空间合理布置的六个 支承点限制工件的六个自由

9、度问题 ？ 工件被夹紧，就定位了并没有保证一批工件的一致位置。 工件定位后，反方向可移动定位面与定位点应保持接触1、工件的定位 工艺规程，已经初步考虑了加工中工艺基准问题，有时还绘制了工序简图。 设计夹具时原则上应选该工艺基准为定位基准。 无论是工艺基准还是定位基准，均应符合六点定位原理 。（1）六点定位原理 一个物体在三维空间中可能具有的运动，称之为自由度在OXYZ 坐标系中，物体可以有沿X 、Y 、Z 轴的移动及绕X 、Y 、Z 轴的转动，共有六个独立的运动，即有六个自由度。 所谓工件的定位，就是采取适当的约束措施，来消除工件的六个自由度，以实现工件的定位。图53 是长方体工件的定位，图5

10、4 是圆盘工件的定位，图55 是轴类工件的定位。1、工件的定位轴类工件的定位。 六点定位原理是采用六个按一定规则布置的约束点，限制工件的六个自由度，使工件实现完全定位。 图53 、图54 和图55 所示都是完全定位的实例。 在夹具设计中，小的支承钉我们可以直接作为一个约束。但由于工件千变万化，代替约束的定位元件是多种多样的。1、工件的定位1、工件的定位常见定位元件的定位分析1、工件的定位（2）完全定位和不完全定位（3）定位的正常情况与非正常情况 根据加工表面的位置尺寸要求，需要限制的自由度均已被限制，这就称为定位的正常情况，它可以是完全定位，也可以是不完全定位。 根据加工表面的位置尺寸要求，需

11、要限制的自由度没有完全被限制，或某自由度被两个或两个以上的约束重复限制，称之为非正常情况， 前者又称为欠定位，它不能保证位置精度，是绝对不允许的。 后者称为过定位（或重复定位、超定位），加工中一般是不允许的，它不能保证正确的位置精度， 特殊场合，过定位是允许的。（？） 根据工件加工表面的位置要求，有时需要将工件的六个自由度全部限制称为完全定位 有时需要限制的自由度少于六个，称为不完全定位 如在平面磨床上磨长方体工件的上表面，工件上表面只要求保证上下面的厚度尺寸和平行度以及上表面的粗糙度，那么此工序的定位只需限制三个白由度就可以了，这是不完全定位。 在加工中，有时为了使定位元件帮助承受切削力、夹

12、紧力为了保证一批工件进给长度一致，减少机床的调整和操作，常常会对无位置尺寸要求的自由度也加以限制，只要这种定位方案符合六点定位原理，是允许的，有时也是必要的。1、工件的定位 限制工件自由度与加工要求的关系完全定位六个自由度全部限制不完全定位限制的自由度6欠定位该限的自由度没有限绝不允许过定位重复限制一自由度一般不允许 正确处理：危害定位不稳，安装困难，工件或夹具变形 措施去除过定位，修改结构 特殊可用过定位提高定位稳定性和结构刚度， 简化夹具 前提提高工件定位面、夹具定位面的相互位置精度注意：理论上要限制的自由度按加工要求确定不欠定位实际上所限制的自由度多于理论要求的不过定位为承受切削力、简化

13、夹具结构1、工件的定位（3）定位的正常情况与非正常情况1 ）工件刚度很差，在夹紧力、切削力作用下会产生很大变形，此时过定位只是提高工件某些部位的刚度，减小变形。2 ）工件的定位表面和定位元件在尺寸、形状、位置精度已很高时，过定位不仅对定位精度影响不大，而且有利于提高刚度。 例如CA614O 车床主轴端部和卡盘间的定位，它是短锥大平面、在轴向是过定位。在精密模具加工中，也可以见到平面和两圆柱销的过定位情形。 图56 所示的定位，若工件定位平面粗糙，支承钉或支承板又不能保证在同一平面，则这样情况是不允许的。 若工件定位平面经过较好的加工，保证平整，支承钉或支承板又在安装后统一磨削过，保证了它的在同

14、一平面上， 这里 过定位是允许的。1、机床夹具的基本组成另一些过定位问题以及采取的改进措施1、机床夹具的基本组成 在分析研究定位方案是否合理时，仅仅考虑满足六点定位原理是不够的，要认真仔细地分析本工序加工表面的位置精度要求。 图58 所示为在工件上铣槽的两种定位方案，图58 a方案产生了过定位，是不合理的。 图58b 方案中将定位销加工成菱形销，似乎符合六点定位原理。但分析此方案能否保证槽对A 面的平行度要求时。可知该方案不完全合理。 本工序应选工件底面为第一定位基准（装置基准）; A 面为第二定位基准（导向基准），才能保证平行度要求因此A 面应按图58 方案用两个支承钉；孔第三定位基准（定程

15、基准），为避免Y 方向过定位，圆销1 应改为在Y 方向削扁的菱形销。 三、定位机构的设计 工件的定位典型的定位方式、定位元件及装置定位误差的分析与计算2、典型的定位方式、定位元件及装置（1）平面定位 箱体、床身、机座、支架类零件，最常用的定位方式是以平面为基准。粗基准定位，采用支承钉； 精基准定位，采用支承板。 平面定位方式所需的定位元件及定位装置，均已标准化了。下面作一简单介绍。2、典型的定位方式、定位元件及装置（1）平面定位1） 钉支承和板支承 钉支承和板支承也称为固定支承。钉支承有平头、圆头和花头之分，参见图510a 、b、c 。 圆头支承钉容易保证它与工件定位基准面间的点接触，位置相对

16、稳定，但易磨损，多用于粗基准定位。 平头钉则可以减少磨损，避免定位表面压坏常用于精基准定位。 花头钉磨擦力大，但由于其容易存屑，常用于侧面粗定位。钉支承的尾柄与夹具体上的基体孔配合为过盈，多选为H7 / n6 或H7/m6 。 板支承如图5 一10d 、e 所示，常用于大、中型零件的精基准定位。图510e与图510d 相比，其优点是容易清理切屑。 以上两种固定支承一般要求耐磨，均采用较好的材料。 对于直径D12mm 的钉支承和小型板支承，可用T7A 钢，淬火处理，硬度为6064HRC ；对于D 12mm 和较大的板支承，一般采用20钢，渗碳淬火，硬度为6064HRC 。 由于要保证固定支承在同

17、一个平面上，装配后需经精磨，渗碳深度大一些，一般为0。81。2mm 。2、典型的定位方式、定位元件及装置（1）平面定位2）可调支承和自位支承 可调支承与固定支承的区别是，它的顶端有一个调整范围，调整好后用螺母锁紧。当工件的定位基面形状复杂，各批毛坯尺寸、形状有变化时，多采用这类支承。可调支承一般只对一批毛坯调整一次。这类支承结构如图511 所示。 当工件的定位基面不连续、或为台阶面、或基面有角度误差时，或为了使两个或多个支承的组合只限制一个自由度，避免过定位，常把支承设计为浮动或联动结构，使之自位，称其为自位支承。图512 所示为三种自位支承。 2、典型的定位方式、定位元件及装置（1）平面定位

18、3）辅助支承 辅助支承的主要作用是用于增加工件的刚度，减小切削变形。图513 所示为辅助支承的典型结构型式。图514 为辅助支承的应用实例。 辅助支承有些结构与可调支承很相近，应分清它们的 区 别。?从功能上讲，可调支承起定位作用，而辅助支承不起定位作用。 从操作上讲，可调支承是先调整，尔后定位，最后夹紧工件，辅助支承则是先定位，夹紧工件最后调整辅助支承。2、典型的定位方式、定位元件及装置（2）孔定位 当工件上的孔为定位基准时，就采用这种定位方式，其基本特点是 定位孔和定位元件之间处于配合状态。 常用定位元件是各种心轴和定位销。1）心轴定位 定位心轴广泛用于车床、磨床、齿轮机床等机床上，常见的

19、心轴有以下几种。 锥度心轴 这类心轴外圆表面有1 : 1000 1 : 5000 锥度，定心精度高达0。0050。01mm，当然工件的定位孔也应有较高的精度。? 工件的安装是将工件轻轻压人，通过孔和心轴表面的接触变形夹紧工作。 刚性心轴 在成批生产时，为了克服锥度心轴轴向定位不准确的缺点，可采用刚性心轴。区别? b 、c 为过盈配合，配合采用基孔制r 、s 、u ，定心精度高。 a 为间隙配合，采用基孔制h 、g 、f ，定心精度不高，但装卸方便。 除上述外，心轴定位还有 弹性心轴，液塑心轴、定心心轴等， 它们在完成定位的同时完成工件的夹紧，使用很方便，结构却比较复杂。2、典型的定位方式、定位

20、元件及装置（2）定位销 圆柱定位销 上端部有较长的倒角，便于工件装卸，直径d 与定位孔配合，是按基孔制g5 或g6 、此或f7 制造的。其尾柄部分一般与夹具体孔过盈配合。 长圆柱定位销可限制四个自由度，短圆柱定位销只能限制端面上二个自由度。有时为了避免过定位，可将圆柱销在过定位方向上削扁成所谓的菱形销，如图518a 所示。有时，工件还需限制轴向自由度。可采用圆锥销，如图518b 所示2、典型的定位方式、定位元件及装置 现举一个以孔定位方式为主的夹具例子，图519 是铣蜗杆支架侧面槽的夹具。 工件上 42H7 孔为第一定位基准，用涨套3 实现定位和夹紧，限制四个自由度； 心轴1 轴肩左端面限制一

21、个自由度； 工件上18H7 孔用菱形销限制一个自由度，实现完全定位。考虑到工件的装卸方便，菱形销设计成手动伸缩结构。 为了增加切削部位工件的刚度，采用了辅助支承4 。2、典型的定位方式、定位元件及装置（3）外圆定位 工件以外圆柱表面定位有两种形式，一种是定心定位，另一种是支承定位。 l ）定心定位与工件以圆柱孔定心类似，用各种卡头或弹簧筒夹代替心轴或柱销，来定位和夹紧工件的外圆，如图5 20 所示。 有时也可以采用套筒和锥套来定位，如图521 所示。2、典型的定位方式、定位元件及装置（3）外 圆 定 位 2 ) V 型块定位 ? 工件外圆以V 型块定位是最常见的定位方式之一，两斜面夹角有60、

22、90 、120 等，90V 型块使用最广泛，其定位精度和定位稳定性介于60、120的V 型块之间，精度比60的V 型块高稳定性比120的V 型块高。 使用V 型块定位的优点是对中性好，可用于非完整外圆柱表面定位。 V 型块有长短之分，长V 型块限制四个自由度，其宽度B 与圆柱直径D 之比B / D 1 ，短V 型块只能限制二个自由度，其宽度有时仅2mm 。 它们均已标准化。可以选用，特殊场合也可自行设计。2、典型的定位方式、定位元件及装置（4）定位表面的组合 在实际生产中，经常遇到的不是单一表面的定位，而是几个定位表面的组合。常见的有平面与平面组合，平面与孔组合，平面与外圆柱组合，平面与其它表

23、面组合，锥面与锥面的组合等。 在多个表面参与定位的情况下，按其限制自由度数的多少来区分限制自由度数最多的定位面称为第一定位基准面或主基准面，次之称第二定位基准面或导向基准，限制一个自由度的称为第三定位基准或定程基准。 在箱体类零件，如车床床头箱加工中，往往将上 顶面以及其上的两个工艺孔作为定位基准，通称一面两销定位顶平面限制了三个自由度，一个销是圆柱销，限制二个自由度，另一个是菱形销（或削边销），限制一个自由度，实现了完全定位。三、定位机构的设计 工件的定位典型的定位方式、定位元件及装置定位误差的分析与计算3、定位误差的分析与计算（1）定位误差 工件的加工误差是指工件加工后在尺寸，形状和位置三

24、个方面偏离理想工件的大小，它是由三部分因素产生的：1 ）工件在夹具中的定位、夹紧误差；2 ）夹具带着工件安装在机床上，相对机床主轴（或刀具）或运动导轨的位置误差，也称对定误差；3 ）加工过程中误差，如机床儿何精度，工艺系统的受力、受热变形、切削振动等原因引起的误差 其中定位误差是指工序基准在加工方向上的最大位置变动量所引起的加工误差。 可见定位误差只是工件加工误差的一部分。 设计夹具定位方案时要充分考虑此定位方案的定位误差的大小是否在允许的范围内，一般定位误差应控制在工件允差的1 / 3 1 / 5 之内。 3、定位误差的分析与计算（2）产生定位误差的原因 1)基准不重合带来的定位误差 夹具定

25、位基准与工序基准不重合，两基准之间的位置误差会反映到被加工表面的位置上去，所产生定位误差称之为基准转换误差。 如图523 所示的工件，加工面C 的设计基准是A 面，要求尺寸是N 。所设计夹具的定位基面是B 面，尺寸N 是通过控制A2来保证的，是间接获得的。因此N 是由A1、A2和N 组成的工艺尺寸链的封闭环，因此可见 N = Al + A2 式中A2 本工序的加工误差； Al 基准转换带来的加工误差3、定位误差的分析与计算2)间隙引起的定位误差 在使用心轴、销、定位套定位时，定位面与定位元件间的间隙可使工件定心不准产生定位误差。 3、定位误差的分析与计算3)与夹具有关的因素产生的定位误差这类因

26、素基本上属于夹具设计与制造中的误差，如： 定位基准面与定位元件表面的形状误差； 导向元件，对刀元件与定位元件间的位置误差，及其形状误差导致产生的导向误差和对刀误差； 夹具在机床上的安装误差，即对定误差导致工件相对刀具主轴或运动方向产生的位置误差； 夹紧力使工件或夹具产生变形，产生位置误差； 定位元件与定位元件间的位置误差，以及定位元件、对刀元件、导向元件、定向元件等元件的磨损。 一、夹具的功能和应满足的要求二、夹具的类型和组成三、定位机构的设计四、夹紧机构的设计五、工装夹具的其他装置六、可调整夹具七、典型设计实例四、夹紧机构的设计 夹紧机构在机床夹具设计中占有很重要的地位，一个夹具在性能上的优

27、劣，除了从定位性能上加以评定外，还必须从夹紧机构的性能上来考核，如夹紧机构的可靠性、操作方便性夹紧机构的复杂程度也基本上决定了夹具的复杂程度。从设计的难度上讲，夹紧机构往往花费设计人员较多的心（1）夹紧机构设计应满足的要求设计夹紧机构一般应遵循以下主要原则：1 ）夹紧必须保证定位准确可靠，而不能破坏定位。2 ）工件和夹具的变形必须在允许的范围内。3 ）夹紧机构必须可靠。夹紧机构各元件要有足够的强度和刚度，手动夹紧机构必须保证自锁，机动夹紧应有联锁保护装置，夹紧行程必须足够。4 ）夹紧机构操作必须安全、省力、方便、迅速、符合工人操作习惯。5 ）夹紧机构的复杂程度、自动化程度必须与生产纲领和工厂的

28、条件相适应。四、夹紧机构的设计（2）夹紧力的确定 夹紧力包括方向、作用点和大小三个要素，这是夹紧机构设计中首先要解决的问题。夹紧力的方向l ）夹紧力的方向 应有利于工件的准确定位，而不能破坏定位，一般要求主夹紧力应垂直于第一定位基准面。如图5 27 所示的夹具，用于对直角支座零件进行性孔，要求孔与端面A 垂直，因此应选A 面为第一定位基准，夹紧力Fj1应垂直压向A 面。 若采用夹紧力Fj2：，由于工件A 面与B 面的垂直度误差，则镗孔只能保证孔与B 面的平行度，而不能保证孔与A 面的垂直度。四、夹紧机构的设计夹紧力的方向2 ） 夹紧力的方向应与工件刚度高的方向一致，以利于减少工件的变形。 如图

29、5 28 所示为薄壁套的夹紧，图5 28a 采用三爪卡盘夹紧，易引起工件的夹紧变形。 若镗孔，内孔加工后将有三棱圆型圆度误差。 图528b 为改进后的夹紧方式，采用端面夹紧，可避免上述圆度误差如果工件定心外圆和夹具定心孔之间有间隙，会产生定心误差。四、夹紧机构的设计夹紧力的方向3 ）夹紧力的方向尽可能与切削力、重力方向一致，有利于减小夹紧力，如图5 29a 所示情况是合理的，图5 29b 则不尽合理。四、夹紧机构的设计（2）夹紧力的确定 夹紧力作用点的选择1 ）夹紧力的作用点应与支承点“点对点”对应，或在支承点确定的区域内，以避免破坏定位或形成较大的夹紧变形如图530 所示两种情况均破坏了定位

30、。四、夹紧机构的设计夹紧力作用点的选择2 ）夹紧力的作用点应作用在工件刚度高的部位。如图5 31a 所示情况可造成工件薄壁底部较大的变形，改进后的结构如图5 31b 所示四、夹紧机构的设计夹紧力作用点的选择 3 ）夹紧力的作用点和支承点尽可能靠近切削部位，以提高工件切削部位的刚度和抗振性。 如图532 所示的夹具，在切削部位增加了辅助支承和辅助夹紧四、夹紧机构的设计夹紧力作用点的选择 4 ）夹紧力的反作用力不应使夹具产生影响加工精度的变形。 如图5 33a 所示，工件对夹紧螺杆3 的反作用力使导向支架2 变形，从而产生铿套4 的导向误差。 改进后的结构如图5 33b 所示，夹紧力的反作用力不再

31、作用在导向支架2 上。四、夹紧机构的设计夹紧力大小的确定 夹紧力大小需要准确的场合，一般可经过实验来确定。通常，由于切削力本身是估算的。工件与支承件间的摩擦因数也是近似的，因此夹紧力也是粗略估算。 在计算夹紧力时，将夹具和工件看作一个刚性系统，以切削力的作用点、方向和大小处于最不利于夹紧时的状况为工件受力状况，根据切削力、夹紧力（大工件还应考虑重力，运动速度较大时应考虑惯性力），以及夹紧机构具体尺寸，列出工件的静力平衡方程式，求出理论夹紧力，再乘以安全系数，作为实际所需夹紧力。安全系统一般可取S =23 ，或按下式计算 S = S1S2S3S4式中S1 一般安全系数，考虑工件材料性质及余量不均

32、匀等引起切削力变化，S 1=1 . 5 2 ; S2 加工性质系数，粗加工S2=1 . 2 ，精加工S2=1 ; S3 刀具钝化系数，53 =1 . 1 1 . 3 ; S4 断续切削系数，断续切削时S4=1 . 2 ，连续切削时S4=1 工件与支承元件之间的摩擦因数，以及工件与夹紧元件间的摩擦因数，可参见表53 。 四、夹紧机构的设计（3）常用夹紧机构1）斜楔夹紧机构 图535是一种简单的斜楔夹紧机构。向右推动斜楔1 ，使滑柱2 下降，滑柱上的摆动压板3 同时压紧两个工件4 。四、夹紧机构的设计（3）常用夹紧机构2）螺旋夹紧机构 螺旋夹紧机构是夹紧机构中应用最广泛的一种，图537 所示为螺旋

33、夹紧机构几个简单例子。 螺旋夹紧机构的优点是扩力比可达80 以上，自锁性好，结构简单，制造方便，适应性强。其缺点是动作慢，操作强度大。 螺旋夹紧机构夹紧力的计算与斜楔夹紧机构的计算相似，因为螺旋可以看作斜楔绕在圆柱体上而形成。图538 为螺杆受力图，该螺杆为矩形螺纹四、夹紧机构的设计（3）常用夹紧机构3）偏心夹紧机构偏心夹紧机构是靠偏心轮回转时其半径逐渐增大而产生夹紧力来夹紧工件，图5 39 所示为三种偏心夹紧机构。 偏心夹紧原理与斜楔夹紧机构依斜面高度增高而产生夹紧相似，只是斜楔夹紧的楔角不变，而偏心夹紧的楔角是变化的。如图5 40a 所示的偏心轮，展开后如图540b 所示。四、夹紧机构的设

34、计（4）其它夹紧机构1）铰链夹紧机构四、夹紧机构的设计（4）其它夹紧机构 3）定心夹紧机构四、夹紧机构的设计（4）其它夹紧机构 3）定心夹紧机构四、夹紧机构的设计（4）其它夹紧机构 3）定心夹紧机构定位一夹紧元件的均匀弹性变形原理来实现定心夹紧。如各种弹性心轴，液性塑料夹头等。图5 一44 所示为弹簧夹头的结构。四、夹紧机构的设计（4）其它夹紧机构 3）联动夹紧机构 在夹紧机构设计中，常常遇到工件需要多点同时夹紧，或多个工件同时夹紧，有时需要使工件先可靠定位再夹紧，或者先锁定辅助支承再夹紧等等，这时为了操作方便、迅速、提高生产率，减轻劳动强度，可采用联动夹紧机构。 图5 45 所示为多点联动夹

35、紧机构，图5 46 所示为多件联动夹紧机构，四、夹紧机构的设计（4）其它夹紧机构 3）联动夹紧机构设计联动夹紧机构时应注意如下几点：1 ）由于联动机构动作和受力情况比较复杂，应仔细进行运动分析和受力分析，以确保设计意图能够实现。2 ）在联动机构中要充分注意在哪些地方设置浮动环节如铰链、球面垫等，要注意浮动的方向和浮动大小，要注意设置必要的调整环节，保证各夹紧均衡，运动不发生干涉。3 ）各压板都能很好地松夹，以便装卸工件。4 ）要注意整个机构和传动受力环节的强度和刚度。5 ）联动机构不要设计得太复杂，注意提高可靠性、降低制造成本。图5 47 所示为夹紧与辅助支承联动夹紧机构，图5 48 所示为先

36、定位与后夹紧联动夹紧机构。图5 48 所示该联动机构动作原理是，当活塞杆1 右移时先脱离杠杆3 , 弹簧4 使斜楔杆5 升起，推动压块6 右移，使工件向右靠在V 型块8 上定垃，活塞杆l 继续右移，其上斜面推动杆2 ，通过压板7 夹紧工件。四、夹紧机构的设计 手动夹紧机构，在各种生产规模中都有广泛应用，但手动夹紧动作慢，劳动强度大，夹紧力变动大。 在大批大量生产中往往采用机动夹紧，如气动、液动、电磁和真空夹紧。机动夹紧可以克服手动夹紧的缺点，提高生产率，还有利于实现自动化，当然机动夹紧成本也会提高。（5）夹紧机构的动力装置 1）气动夹紧装置 采用压缩空气作为夹紧装置的动力源。压缩空气具有粘度小

37、，不污染，输送分配方便的优点。缺点是夹紧力比液压夹紧小，一般压缩空气工作压力为0 . 4 0 . 6MPa ，结构尺寸较大，有排气噪声。典型的气动传动系统如图5 49 所示。4、夹紧机构的设计固定式气缸和固定式油缸相类似。回转式气缸与气动卡盘如图5 50 所示，它是用于车床夹具的，由于气缸和卡盘随主轴回转，还需要一个导气接头。4、夹紧机构的设计2)液压夹紧装置液压夹紧装置的工作原理和结构基本上与气动夹紧装置相似，它与气动夹紧装置相比有下列优点：1 ）压力油工作压力可达6MPa ，因此油缸尺寸小2 ）压力油具有不可压缩性，因此夹紧装置刚度大、工作平稳可靠。3 ）液压夹紧装置噪声小.其缺点是需要有

38、一套供油装置，成本要相对高一些。因此适用于具有液压传动系统的机床和切削力较大的场合。3)气一液联合夹紧装置 所谓气一液联合夹紧装置是利用压缩空气为动力，油液为传动介质，兼有气动和液压夹紧装置的优点。图5 51 所示的气液增压器就是将压缩空气的动力转换成较高的液体压力，供应夹具的夹紧油缸。气液增压器的工作原理如下：当三位五通阀由手柄打到预夹紧位置时，压缩空气进入左气室B ，活塞1 右移。将b 油室的油压经a 室至夹紧油缸下端，推动活塞3 来预夹紧工件。由于D 和D1相差不大，因此压力油的压力p1 ，仅稍大于压缩空气压力p0。但由于D1比D0大，因此左气缸会将b 室的油大量压入夹紧油缸，实行快速预

39、夹紧。此后，将手柄打人高压夹紧位置，压缩空气进入右气缸C 室，推动活塞2 左移，a 、b 两室隔断。由于D 远大于D2 ，使a 室中压力增大许多，推动活塞3 加大夹紧力，实现高压夹紧。当把手柄打到放松位置时，压缩空气进入左气缸的A 室和右气缸的E 室，活塞1 左移而活塞2 右移，a 、b 两室联通，a 室油压降低，夹紧油缸的活塞3 在弹簧作用下下落复位，放松工件在可调整夹具的设计中，其动力装置一般采取如下处理方法：如果夹紧点位置变化较小时，动力装置不作变动，仅更换或调整压板即可；如果加紧点位置变化较大时，应预留一套（或几套）动力装置，工件更换时，将动力源换接到相应位置的动力装置即可。4、夹紧机

40、构的设计4)其它动力装置真空夹紧 真空夹紧是利用工件上基准面与夹具上定位面间的封闭空腔抽取真窑后来吸紧工件，也就是利用工件外表面上受到的大气压力来压紧工件的。真空夹紧特别适用于由铝，铜及其合金、塑料等非导磁材料制成的薄板形工件或薄壳形工件。图552 所示为真空夹紧的工作情况，图552a 是未夹紧状态，图552b 是夹紧状态。无动力真空吸盘吸吊封头凹面 真空吸盘4、夹紧机构的设计电磁夹紧 电磁吸盘，当线圈中通上直流电后，其铁心就会产生磁场，在磁场力的作用下将导磁性工件夹紧在吸盘上。( 3 ）其它方式夹紧它们通过重力、惯性力、弹性力等将工件夹紧，这里就不一一赘述了。如平面磨床上的一、夹具的功能和应

41、满足的要求二、夹具的类型和组成三、定位机构的设计四、夹紧机构的设计五、工装夹具的其他装置六、可调整夹具七、典型设计实例五、工装夹具的其他装置 机床夹具在某些情况下还需要其它一些装置才能符合该夹具的使用要求。这些装置有导向装置、分度装置和对定装置等。（1）孔加工刀具的导向装置刀具的导向是为了保证孔的位置精度，增加钻头和镬杆的支承以提高其刚度，减少刀具的变形，确保孔加工的位置精度。1 ）钻孔的导向装置钻床夹具中钻头的导向采用钻套，钻套有固定钻套、可换钻套、快换钻套和特殊钻套四种，如图553 所示。图553a 所示的固定钻套是直接压入钻模板或夹具体的孔中，过盈配合，位置精度高，结构简单，但磨损后不易

42、更换，适合于中、小批生产中只钻一次的孔。对于要连续加工的孔，如钻一扩一铰的孔加工，则要采用可换钻套，或快换钻套。图553b 所示的可换钻套是先把衬套用过盈配合H7 /n6 或H7 /r6 固定在钻模板或夹具体孔上，再采用间隙配合H6 / g5 或H7 / g6 将可换钻套装入衬套中，并用螺钉压住钻套。这种钻套更换方便，适用于中批以上生产。对于在一道工序内需要连续加工的孔，应采用快换钻套。图553c所示的快换钻套与可换钻套结构上基本相似，只是在钻套头部多开一个圆弧状或直线状缺口。换钻套时，只需将钻套逆时针转动，当缺口转到螺钉位置时即可取出，换套方便迅速。 五、工装夹具的其他装置（1）孔加工刀具的

43、导向装置2 ）镗孔的导向箱体类零件上的孔系加工，若采用精密座标镗床，加工中心或具有高精度的刚性主轴的组合机床加工时，一般不需要导向，孔系位置精度由机床本身精度和精密坐标系统来保证。对于普通镗床或如车床改造的镗床，或一般组合机床，为了保证孔系的位置精度，需要采用镗模来引导镗刀，孔系的位置由镗模上镗套的位置来决定。镗套有两种，一种是固定镗套，其结构如图5 一55 所示，它适用于镗杆速度低于20m / min 时的镗孔。而镗杆速度高于这个速度时，为了减小镗套磨损，一般采用回转式镗套，如图5 一56 所示。五、工装夹具的其他装置（1）孔加工刀具的导向装置2 ）镗孔的导向图556 中左端a 为内滚式镗套

44、，镗套2 固定不动，镗杆4 、轴承和导向滑动套3 在固定镗套2内可轴向移动，镗杆可转动。这种镗套两轴承支承距离远，尺寸长，导向精度高，多用于镗杆的后导向，即靠近机床主轴端。图556 中右端b 为外滚式镗套，镗套5 装在轴承内孔上，镗杆4 右端与镗套为间隙配合，通过键联结，可以一起回转，而且镗杆可在镗套内相对移动。外滚式镗套尺寸较小，导向精度稍低一些，一般多用于镗杆的前导向。在有些情况下，镗孔直径大于镗套内孔，如果镗刀是在镗模外安装调整好，则镗刀通过镗套时，镗套上必须有引刀槽，而且镗刀还必须对准引刀槽。为此镗杆头部和镗套采用了如图557 所示的定向结构。在回转式镗套上装有尖头定向键，如图557b

45、 所示，镗杆端部作成如图557a 所示的双螺旋面1 。当镗杆进人镗套时，尖头键沿螺旋面1 自动导人镗杆的键槽中，以保证镗刀与镗套的引刀槽3 对准。五、工装夹具的其他装置（2）对刀装置 在铣床或刨床夹具中，刀具相对工件的位置需要调整，因此常设置对刀装置。对刀时移动机床工作台，使刀具靠近对刀块，在刀齿刀刃与对刀块间塞进一规定尺寸的塞尺，让刀刃轻轻靠紧塞尺，抽动塞尺感觉到有一定的摩擦力存在，这样确定刀具的最终位置，抽走塞尺，就可以开动机床进行加工。图558 所示为几种常见的对刀装置。对刀块也有标准化的可以选用，特殊形式的对刀块可以自行设计。对刀块对刀表面的位置应以定位元件的定位表面来标注，以减小基准

46、转换误差，该位置尺寸加上塞尺厚度就应该等于工件的加工表面与定位基准面间的尺寸，该位置尺寸的公差应为工件该尺寸公差的1 / 3 1 / 5 。在批量加工中，为了简化夹具结构，采用标准工件对刀或试切法对刀，第一件对刀后，后续工件就不再对刀，此时，可以不设置对刀装置。五、工装夹具的其他装置（3）分度装置工件上如有一些按一定角度分布的相同表面，它们需在一次定位夹紧后加工出来，则该夹具需要分度装置。图559 所示为一斜面分度装置。工件上如有一些按一定角度分布的相同表面，它们需在一次定位夹紧后加工出来，则该夹具需要分度装置。图559 所示为一斜面分度装置。当手柄1 逆时针转动时，插销2 由于斜面作用从槽中

47、退出，并带动凸轮盘5 转动，凸轮斜面推出对定销4 。当插销2 到达下一个分度盘槽时，在弹簧作用下插销2 插入，此时手柄顺时针转动，由插销2 带动分度盘及心轴转动，凸轮上的斜面脱离对定销，在弹簧作用下，对定销4 插入分度盘的另一个槽中，分度完毕。为了简化分度夹具的设计、分度精度要低一些。五、工装夹具的其他装置（4）对定装置 在进行机床夹具总体设计时，还要考虑夹具在机床上的定位、固定，才能保证夹具（含工件）相对于机床主轴（或刀具）、 机床运动导轨有准确的位置和方向。夹具在机床上的定位有两种基本形式，一种是安装在机床工作台上，如铣床、刨床和镗床夹具，另一种是安装在机床主轴上，如车床夹具。 铣床类夹具

48、，夹具体底面是夹具的主要基准面，要求底面经过比较精密的加工，夹具的各定位元件相对于此底平面应有较高的位置精度要求。为了保证夹具具有相对切削运动的准确的方向，夹具体底平面的对称中心线上开有定向键槽，安装上两个定向键，夹具靠这两个定向键定位在工作台面中心线上的T 形槽内，采用良好的配合，一般选为H7 / h6 ，再用T 形槽螺钉固定夹具。由此可见，为了保证工件相对切削运动方向有准确的方向， 夹具上的第二定位基准（导向）的定位元件必须与两定向键保持较高的位置精度，如平行度或垂直度。定向键的结构和使用如图560 所示。五、工装夹具的其他装置 车床类夹具一般安装在主轴上，关键是要了解所选用车床主轴端部的

49、结构。当切削力较小时，可选用莫氏锥柄式夹具形式，夹具安装在主轴的莫氏锥孔内，如图561a 所示。 图561b 所示为车床夹具靠圆柱面D 和端面A 定位，由螺纹M 连接和压板防松。这种方式制造方便，但定位精度低。 图561c所示为车床夹具靠短锥面K 和端面T 定位，由螺钉固定。这种方式不但定心精度高，而且刚度也高，但是这种方式是过定位，夹具体上的锥孔和端面制造精度也要高，一般要经过与主轴端部的配磨加工。一、夹具的功能和应满足的要求二、夹具的类型和组成三、定位机构的设计四、夹紧机构的设计五、工装夹具的其他装置六、可调整夹具七、典型设计实例六、可调整夹具 随着我国进人市场经济，企业的产品不仅要保证质

50、量，还要满足用户的不同要求，在生产周期上也要大大缩短，因此企业一般都改变了单一品种的生产，而成为多品种、小批量生产。为了加快生产准备，可调整机床夹具逐步成为夹具设计中的一个发展趋势。 专用夹具是针对某一零件的某一工序的加工而设计的。可调整夹具则是为几个零件的相同工序设计的，这几个零件可能是不同品种的产品零件，它们具有尺寸、结构和工艺相似的特点。 把它们归为一组来加工，从而扩大批量，提高生产率，缩短生产周期。 成组夹具是专门为成组工艺中的一组零件而设计的，调整范围仅限于本组内的零件，因而也称为专用可调整夹具。 可调整夹具与之相比，加工对象不很确定，使用范围要大一些。六、可调整夹具（1）可调整夹具

51、的特点可调整夹具在结构上可分为基础部分和可调整部分两大部分，基础部分是指使用中固定不变的、通用的，如夹具体、夹紧机构和操作机构等；可调整部分是指不同零件加工时需要调整或更换的元件，如定位元件、导向元件和夹紧元件等。可调整夹具中可调整，可更换元件精度要求高，位置要准确，安装、调整和检验要方便。可调整夹具设计中要仔细分析组内零件的尺寸和数量，确定调整范围和更换元件的数量。当组内零件尺寸变化太大时，可适当将尺寸分段，由一套可调整夹具来完成，以减少调整和更换元件的时间，有利于简化夹具结构，提高夹具的刚度。图5 一62 所示为加工法兰类零件的均布螺钉孔的可调整夹具，其钻套可换，径向尺寸和高度尺寸可调，因

52、此通用性较好六、可调整夹具（2）可调整夹具的调整方式可调整夹具的调整方式可分为四类：1 调节式如图562 所示的可调整夹具，在高度方向和半径方向上，夹具体上增加了T 型槽或燕尾槽导向装置和刻度尺以及紧定手柄。高度方向经过粗调整即可，半径方向粗调后，还需经检测后进行细调。该方式的优点是可调整范围大，通用性高，缺点是活动件和调整机构会降低夹具的精度和刚度，因此可用于位置精度要求不太高的场合。六、可调整夹具（2）可调整夹具的调整方式2 更换式 采用预先制造好的具有一定精度和耐用度的元件或组件，按不同零件的加工予以更换，如图562 中的钻套。更换式元件精度高，工作可靠，一般用于精度要求较高的定位元件、

53、导向元件等。更换式可分为单个元件更换和整体组件更换，当工件上的定位点或夹紧点比较集中时，整体组件更换可保证定位精度，简化夹具结构，减少调整时间。图5 - 63 所示为组件更换的例子，图563a 、b 、c是三个可更换组件，以适应不同工件的加工。3 综合式上述两种方式兼而有之，取二者之长，可获较好的效果。4 组合式 图564 所示为组合式可调整夹具，用于三种杆形零件的花键孔的拉削加工，由于零件花键槽有不同的角度位置要求，所以在夹具体的不同方位上设置了两个菱形销和一个挡销共三个角度定位元件，分别对应于三种零件的拉孔。组合式可调整夹具的优点是避免了元件的更换和调整，节省了准备结束时间，有利于保证夹具

54、的精度和精度稳定性。但由于结构和布局上的限制，这种方式多用于工件品种少且批量又较大的场合。六、可调整夹具（3）可调整夹具的设计可调整夹具的设计与专用夹具的设计相近，但应注意其特殊性：1 ）在对零件结构、工艺、尺寸、精度分析时，按相似性原则归组，归为一组的几种零件还应在定位基准面、夹紧方式等方面基本相同，加工表面也能归为同一类加工方法来实现。这是采用可调整夹具的基础。2 ）在设计夹具装配总图时，应以组内最大和最小尺寸的零件为依据，分别画出相应的定位、夹紧元件，确定调整的范围和选定调整的方式，然后确定夹紧机构，夹具体和其它装置的布局。3 ）总体布局完成后，应先进行夹具精度计算，而且要满足组内精度最

55、高零件的要求，再进行正式总图设计。否则应重新选择结构方案，精度验算，直至达到要求。若反复更换仍不能满足，则应从组内删除该零件。4 ）夹具的设计应充分考虑其适用零件的不同所需要的操作空间。与专用夹具相比，可调整夹具使用的寿命和产量要高，而且要适应不同的切削用量，夹具体的强度、刚度、耐磨性要良好得多，因此一般应采用高强度铸铁、球墨铸铁、4OCr ，并进行热处理。5 ）要精心设计可调整、可更换元件以及调整、更换的方式，要注意元件的精度和调整方便。6 ）编制调整卡，产品零件的名称、代号（图号），与所对应的可换元件的名称、图号，以及调整元件的名称、图号及其调整参数（具体尺寸）一一列出，并就更换、调整方法作必要说明。六、可调整夹具（4）成组夹具 成组夹具是在成组技术指导下，为实现成组工艺而设计的夹具。它具有一定的柔性，经过一定的调整，它可以实现同一组工件在同一生产单元内完成同一工序的加工。 成组夹具属于可调整夹具，其结构特点和调整