数控加工工艺与编程 教学课件 第二章 机床夹具的基础知识

第二章机床夹具的基础知识第二章机床夹具的基础知识1第二章机床夹具的基础知识第一节夹具的作用、分类及组成

第二节工件的装夹

第三节工件定位方法和定位元件

第四节定位误差的分析计算

第五节工件的夹紧第二章机床夹具的基础知识第一节夹具的作用、分类及组成

第2第一节夹具的作用、分类及组成一、夹具的作用

在机械制造过程中，夹具的作用主要有以下几个方面。

(1)稳定地保证工件的加工精度用夹具装夹工件时，工件相对刀具、机床的位置由夹具保证，不受划线质量及工人技术水平的影响，因而精度高，稳定可靠。

(2)缩短辅助时间，提高劳动生产率采用夹具后，能使工件迅速地定位和夹紧，缩短了辅助时间和基本时间，提高了劳动生产率。

(3)改善劳动条件，降低生产成本用夹具装夹工件方便、省力、安全。

(4)扩大机床工艺范围在车床的溜板上或在摇臂钻床工作台上装上镗模就可以进行箱体的镗孔加工。第一节夹具的作用、分类及组成一、夹具的作用

在机械制造过程3第一节夹具的作用、分类及组成二、夹具的分类

夹具按应用范围可分为以下五种基本类型。

(1)通用夹具通用夹具是指结构、尺寸已规格化，且具有一定的通用性，可以用来装夹一定形状和一定尺寸范围内的各种工件，而不需进行特殊调整的夹具。

(2)专用夹具为满足某一工件的某道工序加工而专门设计的夹具。

(3)可调夹具可调夹具是指加工完一种工件后，通过调整或更换原夹具上个别元件就可加工形状相似，尺寸相近工件的夹具。

(4)组合夹具组合夹具是指按某种工序的加工要求，将一套专门设计、制造的标准元件组装而构成的夹具。

(5)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。第一节夹具的作用、分类及组成二、夹具的分类

夹具按4第一节夹具的作用、分类及组成三、夹具的组成

各类机床夹具的结构不同，但一般由定位元件、夹紧装置、夹具体和其他装置或元件组成。

(1)定位元件定位元件的作用是确定工件在夹具中的正确位置。图1-2-1后盖零件图及后盖钻夹具

a)后盖零件图b)后盖钻夹具

1—菱形销2—螺杆3—螺母4—开口垫圈5—圆柱销

6—支承板7—夹具体8—钻模板9—钻套第一节夹具的作用、分类及组成三、夹具的组成

各类机床夹具的5第一节夹具的作用、分类及组成(2)夹紧装置夹紧装置的作用是保证工件在夹具中已定位好的正确位置在加工过程中不因外力的影响而变化，使加工顺利进行。

(3)夹具体夹具体是夹具的基础件，如图1-2-1所示的件7，它将夹具的所有部分连接成一个整体。

(4)其他装置或元件夹具除上述三部分外，还有一些根据需要设置的其他装置或元件，如分度装置、导向元件以及夹具与机床之间的连接元件等。第一节夹具的作用、分类及组成(2)夹紧装置夹紧装置的作6第二节工件的装夹一、工件的装夹方式

定位和夹紧的整个过程称为装夹，工件的装夹方式有三种。

(1)直接找正法此法是用百分表、划针或目测在机床上直接找正工件，使其获得正确位置的一种装夹方法。图1-2-2工件装夹法

a)磨孔时工件的找正b)刨削时工件的找正c)划线找正装夹法d)夹具装夹法第二节工件的装夹一、工件的装夹方式

定位和夹紧的整7第二节工件的装夹(2)划线找正法划线找正法是先在毛坯上按照零件图划出中心线、对称线和各待加工表面的加工线，然后将工件装在机床上，按照划好的线找正工件在机床上的装夹位置，如图1-2-2c所示。

(3)夹具装夹法此法是用夹具上的定位元件使工件获得正确位置的一种方法，如图1-2-2d所示，此时工件与定位元件相接触的面即为定位基准。

二、六点定位原理图1-2-3工件的六个自由度第二节工件的装夹(2)划线找正法划线找正法是先在毛坯上按8第二节工件的装夹图1-2-4六点定位原理三、完全定位与不完全定位第二节工件的装夹图1-2-4六点定位原理三、完全定位与不9第二节工件的装夹1.完全定位

2.不完全定位

四、欠定位与过定位

1.欠定位

2.过定位图1-2-5连杆定位分析

a)完全定位b)过定位c)过定位的不良后果

1—短圆柱销1′—长圆柱销2—平面支承3—挡销第二节工件的装夹1.完全定位

2.不完全定位

四、欠定位与10第三节工件定位方法和定位元件一、工件以平面定位

1.固定支承

(1)支承钉图1-2-6支承钉第三节工件定位方法和定位元件一、工件以平面定位

1.固定支11第三节工件定位方法和定位元件(2)支承板图1-2-7所示是标准支承板结构(JB/T8029.1—1999)，用于定位精基准平面。图1-2-7支承板第三节工件定位方法和定位元件(2)支承板图1-2-7所示12第三节工件定位方法和定位元件2.可调支承图1-2-8常用的可调支承3.自位支承第三节工件定位方法和定位元件2.可调支承图1-2-8常用13第三节工件定位方法和定位元件图1-2-9可调支承的应用第三节工件定位方法和定位元件图1-2-9可调支承的应用14第三节工件定位方法和定位元件图1-2-10两点式自位支承4.辅助支承第三节工件定位方法和定位元件图1-2-10两点式自位支承15第三节工件定位方法和定位元件(1)辅助支承的作用辅助支承不起定位作用，但能预定位；能够提高工件的装夹稳定性和刚性。

(2)辅助支承的工作特点待工件定位夹紧以后，再调整支承钉的高度，使其分别与工件的有关表面接触并锁紧。

(3)辅助支承的典型结构常用的辅助支承如图1-2-11所示。图1-2-11辅助支承

a)螺旋式b)自位式c)推引式

1—支承2—顶柱3—手柄4—弹簧5—滑销6—斜楔7—手轮第三节工件定位方法和定位元件(1)辅助支承的作用辅助支承16第三节工件定位方法和定位元件二、工件以圆孔定位

工件以圆孔表面作为定位基面时，常用以下元件定位。

1.圆柱定位销图1-2-12常用圆柱定位销结构第三节工件定位方法和定位元件二、工件以圆孔定位

工件以圆孔17第三节工件定位方法和定位元件2.圆柱定位心轴图1-2-13常用圆柱心轴的结构形式

1—安装部分2—工作部分3—导向部分第三节工件定位方法和定位元件2.圆柱定位心轴图1-2-1318第三节工件定位方法和定位元件3.小锥度心轴图1-2-14小锥度心轴第三节工件定位方法和定位元件3.小锥度心轴图1-2-1419第三节工件定位方法和定位元件图1-2-15圆锥销定位4.圆锥销定位第三节工件定位方法和定位元件图1-2-15圆锥销定位4.20第三节工件定位方法和定位元件三、工件以外圆柱面定位

工件以外圆柱面定位时，常用的定位元件有V形块、半圆套、定位套等。

1.V形块

(1)V形块的典型结构图1-2-16所示为常用V形块的典型结构。图1-2-16常用V形块的典型结构第三节工件定位方法和定位元件三、工件以外圆柱面定位

工件以21第三节工件定位方法和定位元件图1-2-17V形块的结构参数(2)V形块的结构参数标准V形块(JB/T8018.1—1999)的结构参数第三节工件定位方法和定位元件图1-2-17V形块的结构参22第三节工件定位方法和定位元件如图1-2-17所示。

(3)V形块的定位特性

1)V形块定位的最大优点是对中性好，它可使一批工件的定位基准轴线始终对中在V形块两斜面的对称面上，而不受定位基准直径误差的影响。

2)V形块定位的另一个特点是无论定位基准是否经过加工，是完整的圆柱面还是局部的圆弧面，都可以采用V形块定位。

3)V形块以两斜面与工件的外圆接触起定位作用。

(4)活动V形块与固定V形块V形块还有固定式和活动式之分。第三节工件定位方法和定位元件如图1-2-17所示。

(3)23第三节工件定位方法和定位元件图1-2-18定位套

a)短定位套b)长定位套2.定位套第三节工件定位方法和定位元件图1-2-18定位套

a)24第三节工件定位方法和定位元件3.半圆套图1-2-19半圆套定位装置

1—上半圆套2—下半圆套第三节工件定位方法和定位元件3.半圆套图1-2-19半圆25第三节工件定位方法和定位元件表1-2-1常见定位元件及其组合所能限制的自由度第三节工件定位方法和定位元件表1-2-1常见定位元件及其26第三节工件定位方法和定位元件表1-2-1常见定位元件及其组合所能限制的自由度第三节工件定位方法和定位元件表1-2-1常见定位元件及其27第三节工件定位方法和定位元件表1-2-1常见定位元件及其组合所能限制的自由度第三节工件定位方法和定位元件表1-2-1常见定位元件及其28第四节定位误差的分析计算一、产生定位误差的原因

产生定位误差的原因是定位基准与工序基准不重合，以及定位基准的位移误差两个方面。

1.基准不重合误差图1-2-20基准不重合误差第四节定位误差的分析计算一、产生定位误差的原因

产生定位误29第四节定位误差的分析计算2.基准位移误差ΔY图1-2-21对工件位置公差的影响第四节定位误差的分析计算2.基准位移误差ΔY图1-2-2130第四节定位误差的分析计算(1)用圆柱定位销、圆柱心轴中心定位当圆柱定位销、圆柱心轴与被定位的工件内孔为过盈配合时，不存在间隙，定位基准(内孔轴线)相对定位元件没有位置变化，则ΔY=0。

(2)以平面定位由于工件定位面与定位元件工作面以平面接触时，二者的位置不会发生相对变化，因此认为其基准位移误差为零。图1-2-22工件以外圆在V形块上定位第四节定位误差的分析计算(1)用圆柱定位销、圆柱心轴中心定31第四节定位误差的分析计算(3)工件以外圆柱定位用定位套定位外圆的定位误差，其分析计算与用圆柱心轴定位圆孔的定位误差计算完全相同。

1)用夹具装夹加工一批工件时，一批工件某加工精度参数(尺寸、位置)的工序基准在加工尺寸方向上的最大变化范围称为该加工精度参数的定位误差。

2)引起一批工件加工精度参数产生定位误差的原因有：由于定位基准与工序基准不重合，引起的一批工件的工序基准相对定位基准产生的位置变化，即产生基准不重合误差；由于工件定位面和定位元件的定位工作面的制造误差，引起一批工件的定位基准相对定位元件发生的位置变化，即产生基准位移误差。

3)分析计算定位误差时注意的问题有：第四节定位误差的分析计算(3)工件以外圆柱定位用定位套定32第四节定位误差的分析计算①某工序的定位方案可以对本工序的几个不同加工精度参数产生不同定位误差，因此，应该对这几个加工精度参数逐个分析计算其定位误差。

②分析计算定位误差的前提是采用夹具装夹加工一批工件，并采用调整法保证加工要求，而不是用试切法保证加工要求。

③分析计算得出的定位误差值是指加工一批工件时可能产生的最大定位误差范围，它是一个界限值，而不是指某一个工件的定位误差的具体数值。

二、定位误差的计算

定位误差由基准不重合误差ΔB和基准位移误差ΔY组成。

1)当ΔB=0，ΔY≠0时，产生定位误差的原因是基准位移，故

2)当ΔB≠0，ΔY=0时，产生定位误差的原因是基准不重合，故第四节定位误差的分析计算①某工序的定位方案可以对本工序的33第四节定位误差的分析计算3)当ΔB≠0，ΔY≠0时，如果工序基准不在定位基面上，故

例1-2-1如图1-2-23所示三种定位方案，本工序需钻ϕ1孔，试计算被加工孔的位置尺寸L1、L2、L3的定位误差。图1-2-23心轴定位误差的分析计算1)在图1-2-23a中，尺寸L1的工序基准为孔轴线，第四节定位误差的分析计算3)当ΔB≠0，ΔY≠0时，如果34第四节定位误差的分析计算定位基准也为孔轴线，二者重合，则ΔB=0。

2)在图1-2-23b中，尺寸L2的工序基准为外圆左母线，定位基准为孔轴线，二者不重合，以5/2mm尺寸相联系。

3)在图1-2-23c中，同理可得基准位移误差ΔY=0.041mm。

1)在图1-2-23b方案中，尺寸L2的定位误差占工序公差的比例为0.066/0.1=66%，其所占比例过大，不能保证加工要求，需改进定位方案，可采用图1-2-24所示方案实现钻孔加工。图1-2-24钻孔定位误差计算第四节定位误差的分析计算定位基准也为孔轴线，二者重合，则Δ35第四节定位误差的分析计算2)分析计算定位误差，就会遇到定位误差占工序公差的合适比例问题。

三、组合面定位

实际生产中，常用几个定位元件组合起来同时定位工件的几个定位面，以达到定位要求，这就是组合面定位。图1-2-25两圆柱销定位方法

1、2—圆柱销第四节定位误差的分析计算2)分析计算定位误差，就会遇到定36第四节定位误差的分析计算1.以两个圆柱销及平面支承

2.以一圆柱销和一削边销及平面支承定位图1-2-26菱形销结构第四节定位误差的分析计算1.以两个圆柱销及平面支承

2.以37第五节工件的夹紧一、夹紧装置的组成

如图1⁃2⁃27所示，夹紧装置主要由以下三个部分组成。图1-2-27夹紧装置组成

1—工件2—夹紧元件

3—中间传动机构4—力源装置第五节工件的夹紧一、夹紧装置的组成

如图1⁃2⁃27所示，38第五节工件的夹紧1.力源装置

2.中间传动机构

(1)改变作用力的方向如图1-2-27所示的气缸内作用力的方向通过铰链杠杆机构后改变为垂直方向的夹紧力。

(2)改变作用力的大小为了把工件牢固地夹住，有时需要较大的夹紧力，这时可利用中间传动机构(如斜楔、杠杆等)改变作用力的大小，以满足夹紧工件的需要。

(3)自锁作用在力源消失之后，工件仍能得到可靠的夹紧。

3.夹紧元件

二、夹紧装置的基本要求

1)夹紧过程中，不能改变工件定位后所占据的正确位置。第五节工件的夹紧1.力源装置

2.中间传动机构

(1)39第五节工件的夹紧2)夹紧力的大小要适当，既要保证工件在整个加工过程中位置稳定不变，又要保证工件不产生明显的变形或损伤工件表面。

3)工艺性要好，夹紧装置的结构力求简单，便于制造、调整和维修。

4)夹紧装置的操作应当方便，夹紧迅速，安全省力。

三、夹紧力的确定

设计夹紧装置的基本问题主要是合理确定夹紧力，确定夹紧力就要确定夹紧力的方向、作用点和大小。

1.夹紧力方向的确定第五节工件的夹紧2)夹紧力的大小要适当，既要保证工件在整40第五节工件的夹紧图1-2-28夹紧力方向的选择1)夹紧力的方向应垂直于主要定位基准面。第五节工件的夹紧图1-2-28夹紧力方向的选择1)夹紧力41第五节工件的夹紧图1-2-29夹紧力与切削力方向2)夹紧力的方向应尽量与切削力、工件重力方向相同，这样可以减小所需夹紧力。第五节工件的夹紧图1-2-29夹紧力与切削力方向2)夹紧42第五节工件的夹紧3)夹紧力的方向应尽量与工件刚度最大的方向相一致，以减小工件变形。

2.夹紧力作用点的确定

1)夹紧力的作用点应落在定位元件的支承范围内，以保证工件已获得的定位位置不变。图1-2-30夹紧力作用点的位置

1—支承点2—工件3—夹具第五节工件的夹紧3)夹紧力的方向应尽量与工件刚度最大的方向43第五节工件的夹紧2)夹紧力的作用点应落在工件刚度最好的部位，以减小工件的夹紧变形。图1-2-31夹紧力的作用点应

落在工件刚性最好的部位第五节工件的夹紧2)夹紧力的作用点应落在工件刚度最好的部位44第五节工件的夹紧3)夹紧力作用点应尽量靠近被加工面，以减小对工件造成的翻转力矩。图1-2-32辅助支承与辅助夹紧第五节工件的夹紧3)夹紧力作用点应尽量靠近被加工面，以减小45第五节工件的夹紧3.夹紧力大小的估算图1-2-33工件铣削加

工时夹紧力的情况第五节工件的夹紧3.夹紧力大小的估算图1-2-33工件铣46第五节工件的夹紧例1-2-2图1-2-33所示为工件铣削加工时夹紧力的情况。当开始铣削时情况最为不利。此时在FL力矩作用下有使工件绕O点翻转的趋势，与之相平衡的是作用在A、B两支承点上的夹紧力的反力所构成的摩擦力矩。

四、基本夹紧机构

夹具中常用夹紧机构有斜楔夹紧机构、螺旋夹紧机构以及偏心夹紧机构等。

1.斜楔夹紧机构图1-2-34斜楔夹紧机构

1—夹具体2—工件3—斜楔第五节工件的夹紧例1-2-2图1-2-33所示为工件铣削47第五节工件的夹紧图1-2-35斜楔夹紧受力分析(1)斜楔夹紧力的计算斜楔受作用力FQ以后产生的夹紧力FJ，第五节工件的夹紧图1-2-35斜楔夹紧受力分析(1)斜48第五节工件的夹紧可按斜楔受力的平衡条件求出。

(2)斜楔夹紧机构的自锁条件

(3)斜楔夹紧机构的特点

1)夹紧力增大倍数等于夹紧行程的缩小倍数。

2)改变了原始作用力的方向。

(4)斜楔升角的选择根据自锁条件和对增力比与夹紧行程的综合考虑，手动夹紧机构α应选较小值，一般取α=6°～8°。

2.螺旋夹紧机构

(1)单个螺旋夹紧机构直接用螺钉、螺母夹紧工件的机构，称为单个螺旋夹紧机构,如图1-2-36所示。第五节工件的夹紧可按斜楔受力的平衡条件求出。

(2)斜楔49第五节工件的夹紧图1-2-36单个螺旋夹紧机构

1—螺钉、螺杆2—螺母套3—摆动压块4—工件第五节工件的夹紧图1-2-36单个螺旋夹紧机构

1—螺钉50第五节工件的夹紧(2)螺旋压板夹紧机构螺旋压板夹紧机构是结构形式变化最多的夹紧机构，也是应用最广的夹紧机构，图1-2-37所示为常用的五种螺旋压板夹紧机构。图1-2-37常用的五种螺旋压板夹紧机构

1—工件2—压板第五节工件的夹紧(2)螺旋压板夹紧机构螺旋压板夹紧机构是51第五节工件的夹紧(3)快速螺旋夹紧机构为迅速夹紧工件减少辅助时间，可采用各种快速的螺旋夹紧机构。图1-2-38快速螺旋夹紧机构(4)螺旋夹紧机构的设计螺旋夹紧机构绝大部分用于手动夹紧，第五节工件的夹紧(3)快速螺旋夹紧机构为迅速夹紧工件减少52第五节工件的夹紧无需作精确计算。

3.偏心夹紧机构

(1)圆偏心轮工作原理如图1-2-40a所示，O为偏心轮的回转中心，C是偏心轮的几何中心，其直径为D，偏心距为e，圆偏心轮的展开图，如图1-2-40b所示。图1-2-39圆偏心夹紧机构第五节工件的夹紧无需作精确计算。

3.偏心夹紧机构

(1)53第五节工件的夹紧图1-2-40圆偏心及展开图(2)圆偏心轮的自锁条件由于圆偏心轮夹紧工件的实质是弧形楔夹紧工件。第五节工件的夹紧图1-2-40圆偏心及展开图(2)圆偏心54第五节工件的夹紧(3)圆偏心轮夹紧机构的应用圆偏心轮夹紧机构结构简单，夹紧动作迅速，使用方便，但增力比和夹紧行程都较小，结构抗振性能差，自锁可靠性差。

五、其他夹紧机构

1.联动夹紧机构

(1)单件联动夹紧机构单件联动夹紧机构多用于大型工件或具有特殊结构的工件。图1-2-41单件联动夹紧机构

1—工件2—浮动压板3—活塞杆4、6—摆动压块5—摇臂7—螺母第五节工件的夹紧(3)圆偏心轮夹紧机构的应用圆偏心轮夹紧55第五节工件的夹紧(2)多件联动夹紧机构多件联动夹紧机构多用于夹紧中、小型工件，它只需操作一个手柄，可同时夹紧若干个工件，是提高生产效率的有效措施。图1-2-42多件联动夹紧机构

a)对向式b)平行式c)复合式

1、4—压板2—键3—工件5—拉杆6—偏心轮7—摆动块第五节工件的夹紧(2)多件联动夹紧机构多件联动夹紧机构多56第五节工件的夹紧2.定心夹紧机构

(1)等速移动原理工作的定心夹紧机构图1-2-43a所示为齿条传动的虎钳式定心夹紧机构。图1-2-43以等速移动原理工作的定心夹紧机构

a)虎钳式b)斜楔式

1、2—齿条3—齿轮4—活塞杆5、6—V形块7—活块8—螺母第五节工件的夹紧2.定心夹紧机构

(1)等速移动原理工作的57第五节工件的夹紧(2)以均匀弹性变形原理工作的定心夹紧机构弹性筒夹定心夹紧机构。图1-2-44弹簧夹头和心轴

1—夹具体2—弹性筒夹3—锥套4—螺母5—心轴六、夹具的动力装置

现代高效夹具大多采用夹具动力装置，如气动装置、液压装置、电动装置、电磁装置、真空装置等。第五节工件的夹紧(2)以均匀弹性变形原理工作的定心夹紧机构58第五节工件的夹紧1.气压装置

(1)典型的气压传动系统气压装置主要包括三个部分：气缸、辅助装置和管路。

(2)气压装置的特点气压装置以压缩空气为力源，应用比较广泛，与液压装置比较有如下优点。

1)动作迅速，反应快。

2)工作压力低，传动结构简单，对装置所用材料及制造精度要求不高，制造成本低。

3)空气粘度小，在管路中的损失较少，便于集中供应和远距离输送，易于集中操纵或程序控制等。

4)空气可以就地取材，容易保持清洁，管路不容易堵塞，也不会污染环境，具有维护简单，使用安全、可靠、方便等特点。第五节工件的夹紧1.气压装置

(1)典型的气压传动系统气59第五节工件的夹紧图1-2-45典型的气压传动系统图

1—气源2—雾化器3—减压阀4—单向阀5—分配阀

6—调速阀7—压力表8—气缸第五节工件的夹紧图1-2-45典型的气压传动系统图

1—60第五节工件的夹紧2.液压装置

1)液压油油压高、传动力大，在产生同样原始作用力的情况下，液压缸的结构尺寸比气压的小许多。

2)油液的不可压缩性使夹紧刚度高，工作平稳、可靠。

3)液压传动噪声小，劳动条件比气压的好。

3.电动装置第五节工件的夹紧2.液压装置

1)液压油油压高、传动力大，61第二章机床夹具的基础知识第二章机床夹具的基础知识62第二章机床夹具的基础知识第一节夹具的作用、分类及组成

第二节工件的装夹

第三节工件定位方法和定位元件

第四节定位误差的分析计算

第五节工件的夹紧第二章机床夹具的基础知识第一节夹具的作用、分类及组成

第63第一节夹具的作用、分类及组成一、夹具的作用

在机械制造过程中，夹具的作用主要有以下几个方面。

(1)稳定地保证工件的加工精度用夹具装夹工件时，工件相对刀具、机床的位置由夹具保证，不受划线质量及工人技术水平的影响，因而精度高，稳定可靠。

(2)缩短辅助时间，提高劳动生产率采用夹具后，能使工件迅速地定位和夹紧，缩短了辅助时间和基本时间，提高了劳动生产率。

(3)改善劳动条件，降低生产成本用夹具装夹工件方便、省力、安全。

(4)扩大机床工艺范围在车床的溜板上或在摇臂钻床工作台上装上镗模就可以进行箱体的镗孔加工。第一节夹具的作用、分类及组成一、夹具的作用

在机械制造过程64第一节夹具的作用、分类及组成二、夹具的分类

夹具按应用范围可分为以下五种基本类型。

(1)通用夹具通用夹具是指结构、尺寸已规格化，且具有一定的通用性，可以用来装夹一定形状和一定尺寸范围内的各种工件，而不需进行特殊调整的夹具。

(2)专用夹具为满足某一工件的某道工序加工而专门设计的夹具。

(3)可调夹具可调夹具是指加工完一种工件后，通过调整或更换原夹具上个别元件就可加工形状相似，尺寸相近工件的夹具。

(4)组合夹具组合夹具是指按某种工序的加工要求，将一套专门设计、制造的标准元件组装而构成的夹具。

(5)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。第一节夹具的作用、分类及组成二、夹具的分类

夹具按65第一节夹具的作用、分类及组成三、夹具的组成

各类机床夹具的结构不同，但一般由定位元件、夹紧装置、夹具体和其他装置或元件组成。

(1)定位元件定位元件的作用是确定工件在夹具中的正确位置。图1-2-1后盖零件图及后盖钻夹具

a)后盖零件图b)后盖钻夹具

1—菱形销2—螺杆3—螺母4—开口垫圈5—圆柱销

6—支承板7—夹具体8—钻模板9—钻套第一节夹具的作用、分类及组成三、夹具的组成

各类机床夹具的66第一节夹具的作用、分类及组成(2)夹紧装置夹紧装置的作用是保证工件在夹具中已定位好的正确位置在加工过程中不因外力的影响而变化，使加工顺利进行。

(3)夹具体夹具体是夹具的基础件，如图1-2-1所示的件7，它将夹具的所有部分连接成一个整体。

(4)其他装置或元件夹具除上述三部分外，还有一些根据需要设置的其他装置或元件，如分度装置、导向元件以及夹具与机床之间的连接元件等。第一节夹具的作用、分类及组成(2)夹紧装置夹紧装置的作67第二节工件的装夹一、工件的装夹方式

定位和夹紧的整个过程称为装夹，工件的装夹方式有三种。

(1)直接找正法此法是用百分表、划针或目测在机床上直接找正工件，使其获得正确位置的一种装夹方法。图1-2-2工件装夹法

a)磨孔时工件的找正b)刨削时工件的找正c)划线找正装夹法d)夹具装夹法第二节工件的装夹一、工件的装夹方式

定位和夹紧的整68第二节工件的装夹(2)划线找正法划线找正法是先在毛坯上按照零件图划出中心线、对称线和各待加工表面的加工线，然后将工件装在机床上，按照划好的线找正工件在机床上的装夹位置，如图1-2-2c所示。

(3)夹具装夹法此法是用夹具上的定位元件使工件获得正确位置的一种方法，如图1-2-2d所示，此时工件与定位元件相接触的面即为定位基准。

二、六点定位原理图1-2-3工件的六个自由度第二节工件的装夹(2)划线找正法划线找正法是先在毛坯上按69第二节工件的装夹图1-2-4六点定位原理三、完全定位与不完全定位第二节工件的装夹图1-2-4六点定位原理三、完全定位与不70第二节工件的装夹1.完全定位

2.不完全定位

四、欠定位与过定位

1.欠定位

2.过定位图1-2-5连杆定位分析

a)完全定位b)过定位c)过定位的不良后果

1—短圆柱销1′—长圆柱销2—平面支承3—挡销第二节工件的装夹1.完全定位

2.不完全定位

四、欠定位与71第三节工件定位方法和定位元件一、工件以平面定位

1.固定支承

(1)支承钉图1-2-6支承钉第三节工件定位方法和定位元件一、工件以平面定位

1.固定支72第三节工件定位方法和定位元件(2)支承板图1-2-7所示是标准支承板结构(JB/T8029.1—1999)，用于定位精基准平面。图1-2-7支承板第三节工件定位方法和定位元件(2)支承板图1-2-7所示73第三节工件定位方法和定位元件2.可调支承图1-2-8常用的可调支承3.自位支承第三节工件定位方法和定位元件2.可调支承图1-2-8常用74第三节工件定位方法和定位元件图1-2-9可调支承的应用第三节工件定位方法和定位元件图1-2-9可调支承的应用75第三节工件定位方法和定位元件图1-2-10两点式自位支承4.辅助支承第三节工件定位方法和定位元件图1-2-10两点式自位支承76第三节工件定位方法和定位元件(1)辅助支承的作用辅助支承不起定位作用，但能预定位；能够提高工件的装夹稳定性和刚性。

(2)辅助支承的工作特点待工件定位夹紧以后，再调整支承钉的高度，使其分别与工件的有关表面接触并锁紧。

(3)辅助支承的典型结构常用的辅助支承如图1-2-11所示。图1-2-11辅助支承

a)螺旋式b)自位式c)推引式

1—支承2—顶柱3—手柄4—弹簧5—滑销6—斜楔7—手轮第三节工件定位方法和定位元件(1)辅助支承的作用辅助支承77第三节工件定位方法和定位元件二、工件以圆孔定位

工件以圆孔表面作为定位基面时，常用以下元件定位。

1.圆柱定位销图1-2-12常用圆柱定位销结构第三节工件定位方法和定位元件二、工件以圆孔定位

工件以圆孔78第三节工件定位方法和定位元件2.圆柱定位心轴图1-2-13常用圆柱心轴的结构形式

1—安装部分2—工作部分3—导向部分第三节工件定位方法和定位元件2.圆柱定位心轴图1-2-1379第三节工件定位方法和定位元件3.小锥度心轴图1-2-14小锥度心轴第三节工件定位方法和定位元件3.小锥度心轴图1-2-1480第三节工件定位方法和定位元件图1-2-15圆锥销定位4.圆锥销定位第三节工件定位方法和定位元件图1-2-15圆锥销定位4.81第三节工件定位方法和定位元件三、工件以外圆柱面定位

工件以外圆柱面定位时，常用的定位元件有V形块、半圆套、定位套等。

1.V形块

(1)V形块的典型结构图1-2-16所示为常用V形块的典型结构。图1-2-16常用V形块的典型结构第三节工件定位方法和定位元件三、工件以外圆柱面定位

工件以82第三节工件定位方法和定位元件图1-2-17V形块的结构参数(2)V形块的结构参数标准V形块(JB/T8018.1—1999)的结构参数第三节工件定位方法和定位元件图1-2-17V形块的结构参83第三节工件定位方法和定位元件如图1-2-17所示。

(3)V形块的定位特性

1)V形块定位的最大优点是对中性好，它可使一批工件的定位基准轴线始终对中在V形块两斜面的对称面上，而不受定位基准直径误差的影响。

2)V形块定位的另一个特点是无论定位基准是否经过加工，是完整的圆柱面还是局部的圆弧面，都可以采用V形块定位。

3)V形块以两斜面与工件的外圆接触起定位作用。

(4)活动V形块与固定V形块V形块还有固定式和活动式之分。第三节工件定位方法和定位元件如图1-2-17所示。

(3)84第三节工件定位方法和定位元件图1-2-18定位套

a)短定位套b)长定位套2.定位套第三节工件定位方法和定位元件图1-2-18定位套

a)85第三节工件定位方法和定位元件3.半圆套图1-2-19半圆套定位装置

1—上半圆套2—下半圆套第三节工件定位方法和定位元件3.半圆套图1-2-19半圆86第三节工件定位方法和定位元件表1-2-1常见定位元件及其组合所能限制的自由度第三节工件定位方法和定位元件表1-2-1常见定位元件及其87第三节工件定位方法和定位元件表1-2-1常见定位元件及其组合所能限制的自由度第三节工件定位方法和定位元件表1-2-1常见定位元件及其88第三节工件定位方法和定位元件表1-2-1常见定位元件及其组合所能限制的自由度第三节工件定位方法和定位元件表1-2-1常见定位元件及其89第四节定位误差的分析计算一、产生定位误差的原因

产生定位误差的原因是定位基准与工序基准不重合，以及定位基准的位移误差两个方面。

1.基准不重合误差图1-2-20基准不重合误差第四节定位误差的分析计算一、产生定位误差的原因

产生定位误90第四节定位误差的分析计算2.基准位移误差ΔY图1-2-21对工件位置公差的影响第四节定位误差的分析计算2.基准位移误差ΔY图1-2-2191第四节定位误差的分析计算(1)用圆柱定位销、圆柱心轴中心定位当圆柱定位销、圆柱心轴与被定位的工件内孔为过盈配合时，不存在间隙，定位基准(内孔轴线)相对定位元件没有位置变化，则ΔY=0。

(2)以平面定位由于工件定位面与定位元件工作面以平面接触时，二者的位置不会发生相对变化，因此认为其基准位移误差为零。图1-2-22工件以外圆在V形块上定位第四节定位误差的分析计算(1)用圆柱定位销、圆柱心轴中心定92第四节定位误差的分析计算(3)工件以外圆柱定位用定位套定位外圆的定位误差，其分析计算与用圆柱心轴定位圆孔的定位误差计算完全相同。

1)用夹具装夹加工一批工件时，一批工件某加工精度参数(尺寸、位置)的工序基准在加工尺寸方向上的最大变化范围称为该加工精度参数的定位误差。

2)引起一批工件加工精度参数产生定位误差的原因有：由于定位基准与工序基准不重合，引起的一批工件的工序基准相对定位基准产生的位置变化，即产生基准不重合误差；由于工件定位面和定位元件的定位工作面的制造误差，引起一批工件的定位基准相对定位元件发生的位置变化，即产生基准位移误差。

3)分析计算定位误差时注意的问题有：第四节定位误差的分析计算(3)工件以外圆柱定位用定位套定93第四节定位误差的分析计算①某工序的定位方案可以对本工序的几个不同加工精度参数产生不同定位误差，因此，应该对这几个加工精度参数逐个分析计算其定位误差。

②分析计算定位误差的前提是采用夹具装夹加工一批工件，并采用调整法保证加工要求，而不是用试切法保证加工要求。

③分析计算得出的定位误差值是指加工一批工件时可能产生的最大定位误差范围，它是一个界限值，而不是指某一个工件的定位误差的具体数值。

二、定位误差的计算

定位误差由基准不重合误差ΔB和基准位移误差ΔY组成。

1)当ΔB=0，ΔY≠0时，产生定位误差的原因是基准位移，故

2)当ΔB≠0，ΔY=0时，产生定位误差的原因是基准不重合，故第四节定位误差的分析计算①某工序的定位方案可以对本工序的94第四节定位误差的分析计算3)当ΔB≠0，ΔY≠0时，如果工序基准不在定位基面上，故

例1-2-1如图1-2-23所示三种定位方案，本工序需钻ϕ1孔，试计算被加工孔的位置尺寸L1、L2、L3的定位误差。图1-2-23心轴定位误差的分析计算1)在图1-2-23a中，尺寸L1的工序基准为孔轴线，第四节定位误差的分析计算3)当ΔB≠0，ΔY≠0时，如果95第四节定位误差的分析计算定位基准也为孔轴线，二者重合，则ΔB=0。

2)在图1-2-23b中，尺寸L2的工序基准为外圆左母线，定位基准为孔轴线，二者不重合，以5/2mm尺寸相联系。

3)在图1-2-23c中，同理可得基准位移误差ΔY=0.041mm。

1)在图1-2-23b方案中，尺寸L2的定位误差占工序公差的比例为0.066/0.1=66%，其所占比例过大，不能保证加工要求，需改进定位方案，可采用图1-2-24所示方案实现钻孔加工。图1-2-24钻孔定位误差计算第四节定位误差的分析计算定位基准也为孔轴线，二者重合，则Δ96第四节定位误差的分析计算2)分析计算定位误差，就会遇到定位误差占工序公差的合适比例问题。

三、组合面定位

实际生产中，常用几个定位元件组合起来同时定位工件的几个定位面，以达到定位要求，这就是组合面定位。图1-2-25两圆柱销定位方法

1、2—圆柱销第四节定位误差的分析计算2)分析计算定位误差，就会遇到定97第四节定位误差的分析计算1.以两个圆柱销及平面支承

2.以一圆柱销和一削边销及平面支承定位图1-2-26菱形销结构第四节定位误差的分析计算1.以两个圆柱销及平面支承

2.以98第五节工件的夹紧一、夹紧装置的组成

如图1⁃2⁃27所示，夹紧装置主要由以下三个部分组成。图1-2-27夹紧装置组成

1—工件2—夹紧元件

3—中间传动机构4—力源装置第五节工件的夹紧一、夹紧装置的组成

如图1⁃2⁃27所示，99第五节工件的夹紧1.力源装置

2.中间传动机构

(1)改变作用力的方向如图1-2-27所示的气缸内作用力的方向通过铰链杠杆机构后改变为垂直方向的夹紧力。

(2)改变作用力的大小为了把工件牢固地夹住，有时需要较大的夹紧力，这时可利用中间传动机构(如斜楔、杠杆等)改变作用力的大小，以满足夹紧工件的需要。

(3)自锁作用在力源消失之后，工件仍能得到可靠的夹紧。

3.夹紧元件

二、夹紧装置的基本要求

1)夹紧过程中，不能改变工件定位后所占据的正确位置。第五节工件的夹紧1.力源装置

2.中间传动机构

(1)100第五节工件的夹紧2)夹紧力的大小要适当，既要保证工件在整个加工过程中位置稳定不变，又要保证工件不产生明显的变形或损伤工件表面。

3)工艺性要好，夹紧装置的结构力求简单，便于制造、调整和维修。

4)夹紧装置的操作应当方便，夹紧迅速，安全省力。

三、夹紧力的确定

设计夹紧装置的基本问题主要是合理确定夹紧力，确定夹紧力就要确定夹紧力的方向、作用点和大小。

1.夹紧力方向的确定第五节工件的夹紧2)夹紧力的大小要适当，既要保证工件在整101第五节工件的夹紧图1-2-28夹紧力方向的选择1)夹紧力的方向应垂直于主要定位基准面。第五节工件的夹紧图1-2-28夹紧力方向的选择1)夹紧力102第五节工件的夹紧图1-2-29夹紧力与切削力方向2)夹紧力的方向应尽量与切削力、工件重力方向相同，这样可以减小所需夹紧力。第五节工件的夹紧图1-2-29夹紧力与切削力方向2)夹紧103第五节工件的夹紧3)夹紧力的方向应尽量与工件刚度最大的方向相一致，以减小工件变形。

2.夹紧力作用点的确定

1)夹紧力的作用点应落在定位元件的支承范围内，以保证工件已获得的定位位置不变。图1-2-30夹紧力作用点的位置

1—支承点2—工件3—夹具第五节工件的夹紧3)夹紧力的方向应尽量与工件刚度最大的方向104第五节工件的夹紧2)夹紧力的作用点应落在工件刚度最好的部位，以减小工件的夹紧变形。图1-2-31夹紧力的作用点应

落在工件刚性最好的部位第五节工件的夹紧2)夹紧力的作用点应落在工件刚度最好的部位105第五节工件的夹紧3)夹紧力作用点应尽量靠近被加工面，以减小对工件造成的翻转力矩。图1-2-32辅助支承与辅助夹紧第五节工件的夹紧3)夹紧力作用点应尽量靠近被加工面，以减小106第五节工件的夹紧3.夹紧力大小的估算图1-2-33工件铣削加

工时夹紧力的情况第五节工件的夹紧3.夹紧力大小的估算图1-2-33工件铣107第五节工件的夹紧例1-2-2图1-2-33所示为工件铣削加工时夹紧力的情况。当开始铣削时情况最为不利。此时在FL力矩作用下有使工件绕O点翻转的趋势，与之相平衡的是作用在A、B两支承点上的夹紧力的反力所构成的摩擦力矩。

四、基本夹紧机构

夹具中常用夹紧机构有斜楔夹紧机构、螺旋夹紧机构以及偏心夹紧机构等。

1.斜楔夹紧机构图1-2-34斜楔夹紧机构

1—夹具体2—工件3—斜楔第五节工件的夹紧例1-2-2图1-2-33所示为工件铣削108第五节工件的夹紧图1-2-35斜楔夹紧受力分析(1)斜楔夹紧力的计算斜楔受作用力FQ以后产生的夹紧力FJ，第五节工件的夹紧图1-2-35斜楔夹紧受力分析(1)斜109第五节工件的夹紧可按斜楔受力的平衡条件求出。

(2)斜楔夹紧机构的自锁条件

(3)斜楔夹紧机构的特点

1)夹紧力增大倍数等于夹紧行程的缩小倍数。

2)改变了原始作用力的方向。

(4)斜楔升角的选择根据自锁条件和对增力比与夹紧行程的综合考虑，手动夹紧机构α应选较小值，一般取α=6°～8°。

2.螺旋夹紧机构

(1)单个螺旋夹紧机构直接用螺钉、螺母夹紧工件的机构，称为单个螺旋夹紧机构,如图1-2-36所示。第五节工件的夹紧可按斜楔受力的平衡条件求出。

(2)斜楔110第五节工件的夹紧图1-2-36单个螺旋夹紧机构

1—螺钉、螺杆2—螺母套3—摆动压块4—工件第五节工件的夹紧图1-2-3