合工大机械制造基础第3章机床夹具原理与设计

第3章机床夹具原理与设计第1节机床夹具概述第2节工件在夹具中的定位第3节定位误差分析第4节工件在夹具中的夹紧第5节典型机床夹具第6节机床夹具设计方法第1节机床夹具概述一、工件的装夹方法装夹就是将工件固定在机床正确位置上。主要有找正法装夹和机床夹具装夹

二、机床夹具概念

机床夹具是机床上用以装夹工件（和引导刀具）的一种装置

作用：将工件定位，使工件获得相对于机床和刀具的正确位置，并把工件可靠地夹紧机床夹具原理与设计工件定位后用外力将其固定，使其在加工过程中保持定位位置不变的操作叫夹紧

确定工件在机床上或夹具中占有准确加工位置的过程叫定位

特点：①生产率高②劳动强度低③定位精度稳定④要求工人技术水平低

第1节机床夹具概述机床夹具原理与设计按通用程度分①通用夹具

三爪和四爪卡盘

，机床虎钳等附件。特点是结构定型，通用性广，广泛应用于单件小批量生产中。②专用夹具为某一个零件的某一工序而专用设计制造。结构紧凑，操作方便，生产效率较高，适用于定型产品的成批和大量生产

③成组可调夹具

通过调整和更换夹具上的个别元件，即可用于加工形状、尺寸和加工工艺相似的工件，用于多品种，中小批量生产三、机床夹具分类第1节机床夹具概述机床夹具原理与设计成组技术：对零件的结构形状、材料类型、尺寸大小、加工工艺共性问题进行分组加工，为一个零件组设计一个夹具——成组夹具，以扩大零件生产批量

同组零件夹具通用④组合夹具

由一套预先制造好的标准元件，根据工件加工要求组装而成标准元件——八大类：基础件，定位件、导向件、辅助件、支撑件、夹紧件、紧固件、组合件特点：具有专用夹具功能；夹具不报废:多次使用；刚性较差，结构尺寸较大

基础件-2定位件-4导向件-8辅助件-3、1支撑件-7夹紧件-6紧固件-5组合件-3机床夹具原理与设计第1节机床夹具概述⑤随行夹具

自动线上装夹并运输工件的夹具

自动线使用夹具固定夹具——在各个工作机床上装夹工件

随行夹具——自动线上装夹并运输工件的夹具按使用机床分：车、铣、镗、钻、磨等按夹紧力动力源分：气夹紧、液压夹紧、气-液夹紧、电动夹紧、真空夹紧、自夹紧、手动夹紧四、机床夹具的组成第1节机床夹具概述机床夹具原理与设计五、基准的概念五、基准的概念用来确定生产对象几何要素间几何关系所依据的那些点、线、面，称为基准虚基准——中心线、对称线基准按功能分为设计基准和工艺基准两大类1设计基准——设计图上标注尺寸所依据的基准第1节机床夹具概述机床夹具原理与设计

O-O是A、B面的设计基准

A面是C面的设计基准

D面是E、F面的设计基准第1节机床夹具概述机床夹具原理与设计工序基准：工序图中，确定加工面位置的基准定位基准：使工件在机床或夹具上占有正确位置所使用的基准测量基准：测量加工面使用的基准装配基准：确定零件在部件或机器中位置的基准2工艺基准——加工或装配中使用的基准。按用途分：工序基准:端面C、端面T、中心线定位基准：D和d的定位基准为中心线（E面体现）、端面C第1节机床夹具概述机床夹具原理与设计第2节工件在夹具中的定位一、六点定位原理第2节工件在夹具中的定位

设置六个支承点去分别限制工件的六个自由度，使工件在空间位置得到确定的方法A、B、C面——定位基准面（工件上）支承点1、2、3、4、5、6——夹具上

机床夹具原理与设计A面（底面）——主要定位基准面

支承点1，2，3要求：三点尽量分散，A面选工件上的大面限制自由度

B面（侧面）——导向面

支承点4，5要求：两点尽量分开，B面选工件上窄长面限制自由度

C面（止推面、防转面）

支承点6要求：应选工件刚性较大面限

第2节工件在夹具中的定位机床夹具原理与设计二、加工面与定位支承点

例1铣平面加工面加工要求工序基准限制自由度定位基准支承点

MHM//NN

N若应限制的自由度未限制，则产生加工误差，不能保证加工要求。如Y不限制3个机床夹具原理与设计第2节工件在夹具中的定位

例2在长方形的棱形体上铣一通槽加工面加工要求工序基准限自由度定位基准支承点CaB面

B面DhA

面

A面Eb刀具保证D//AA面C//BB面2个3个机床夹具原理与设计第2节工件在夹具中的定位加工面加工要求限制自由度定位基准φDLX移动

O1O1

O2O2⊥A

A面O2O2≡OO

B面

例3在杆状零件上钻孔

机床夹具原理与设计Z方向移动是否要限制？第2节工件在夹具中的定位注意事项1）定位支承点与工件定位基准面必须始终保持紧贴2）

一个定位支承点只能限制工件一个自由度（支承点数不应超过六个）3）

工件应限制几个自由度，由工件加工条件确定4）工件的六个自由度被完全限制的定位称完全定位定位和夹紧是两个不同的概念

定位——限制工件自由度，而不能限制工件运动

夹紧——限制工件运动，而不能限制工件的自由度机床夹具原理与设计第2节工件在夹具中的定位定位是使工件占有一个正确的位置，夹紧是使工件保持这个正确位置不变机床夹具原理与设计第2节工件在夹具中的定位思考题机床夹具原理与设计第2节工件在夹具中的定位三、定位注意问题1不完全定位——允许少于六点的定位称为不完全定位。如铣平面，铣槽

完全定位和不完全定位都是合理的定位方式三、定位注意问题2欠定位——限制自由度数少于加工要求限制的自由度数机床夹具原理与设计第2节工件在夹具中的定位3

过定位/重复定位工件的某个自由度被多个定位元件限制。如底平面四点支承即为过定位方桌的四条腿定位若能稳定，取决于：四腿齐平、地面平整过定位后果：（1）使工件或夹具元件变形，引起加工误差（2）使部分工件不能安装，产生定位干涉（如一面两销）机床夹具原理与设计第2节工件在夹具中的定位在实际生产中，常出现一些过定位的例子，在什么情况下可以应用，应作具体分析

①根据定位基准面的状况分析②根据过定位后果分析a)齿坯上——内孔和端面垂直度误差很小。心轴、凸台——制造误差很小，不会干涉，该方案可用

b)内孔和端面之间的垂直度误差很大时，夹紧时易导致工件变形或夹具变形，不可使用机床夹具原理与设计第2节工件在夹具中的定位解决过定位的措施：

①提高工件定位基准之间的位置精度，提高夹具定位元件之间的位置精度；

②改变定位元件的结构，消除重复限制的自由度或用自卫(浮动)支承平面

圆销

削边销心轴

浮动支承机床夹具原理与设计第2节工件在夹具中的定位思考：1凡是未超过六个定位支承点，就不会出现过定位？2凡是超过六个定位支承点一定是过定位？机床夹具原理与设计第2节工件在夹具中的定位1

工件以平面定位

1）固定支承：支承钉（限1个）、支承板（限2个）2）可调支承多用于毛面定位，每批调整一次，以补偿各批毛坯误差四、定位方式和定位元件要求定位元件：足够的刚度，耐磨性好机床夹具原理与设计第2节工件在夹具中的定位机床夹具原理与设计第2节工件在夹具中的定位3）自位支承（浮动支承）支承本身可随工件定位基准面的变化而自动适应，一般只限制一个自由度，即一点定位。机床夹具原理与设计第2节工件在夹具中的定位4）辅助支承在工件定位后才参与支承的元件，不限制自由度，主要用于提高工件的刚度和定位稳定性机床夹具原理与设计第2节工件在夹具中的定位典型定位元件的定位分析（1）心轴：短的限两个自由度，长的限四个自由度，锥度多限一个（2）定位销分固定式和可换式，圆柱销、菱形销和圆锥销（常用于工件孔端的定位）2工件以孔定位机床夹具原理与设计第2节工件在夹具中的定位机床夹具原理与设计第2节工件在夹具中的定位2）

工件以圆锥孔定位（a）锥心轴（b）顶尖1）工件以内圆定位机床夹具原理与设计第2节工件在夹具中的定位典型定位元件的定位分析机床夹具原理与设计第2节工件在夹具中的定位机床夹具原理与设计第2节工件在夹具中的定位

3工件以外圆表面定位

1）定位套筒

2）V形块定位

结构尺寸已标准化，斜面夹角有60°90°120°机床夹具原理与设计第2节工件在夹具中的定位机床夹具原理与设计4）外圆定心夹紧三爪卡盘、双V形铁定心夹紧、弹簧夹头第2节工件在夹具中的定位

4组合表面定位

一个平面和与其垂直的两个孔组合机床夹具原理与设计第2节工件在夹具中的定位机床夹具原理与设计第2节工件在夹具中的定位过定位解决办法：将销2做成削边销定位实例分析左顶尖：2移动端面：1移动右顶尖：2转动机床夹具原理与设计第2节工件在夹具中的定位定位实例分析

机床夹具原理与设计第2节工件在夹具中的定位注意要点回顾：1）定位就是限制自由度，用合理布置定位支承点的方法来限制工件的自由度2）定位支承点与定位基准面始终保持紧贴接触3）一个定位支承点仅限制一个自由度，一个工件所设置的定位支承点数目，原则上不应超过六个4）分析定位支承点的定位作用时，不考虑力的影响。定位和夹紧是两个概念5）定位支承点由定位元件抽象而来，在夹具中，定位支承点通过具体的定位元件体现机床夹具原理与设计第2节工件在夹具中的定位第3节定位误差分析

定位误差产生的原因

定位误差概念

一批工件在夹具中定位时，工件的设计基准（或工序基准）在加工尺寸方向上的最大变动量Δdw机床夹具原理与设计Δjb等于定位基准相对与设计基准在工序尺寸方向上的最大变动量（即等于定位尺寸公差）机床夹具原理与设计第3节定位误差分析

Δdw原因之一:

定位基准与设计基准不重合，称基准不重合误差Δjb机床夹具原理与设计第3节定位误差分析

Δdw原因之二:

定位副制造不准确，称基准不准确误差Δdb定位误差包括两项：Δdw＝Δjb＋Δdb一、平面定位机床夹具原理与设计第3节定位误差分析求法：①确定定位尺寸②求定位尺寸公差③Δjb＝定位尺寸公差解：①定位尺寸＝40②定位尺寸公差＝0.28③Δjb＝0.28二、工件以圆孔定位1工件圆孔与刚性心轴或销过盈配合(无误差)2工件圆孔与刚性心轴或销间隙配合

心轴水平放置（孔与心轴固定上母线接触）

工件孔中心最大变动量即为基准位移误差：最小间隙为0！机床夹具原理与设计第3节定位误差分析心轴垂直放置

孔与心轴可以在任意方向接触，孔的中心最大变动量即为基准位移误差：3工件圆孔与弹性（自动定心）心轴定位其中Xmin=(Dmin-dmax)为孔与轴的最小配合间隙机床夹具原理与设计第3节定位误差分析Δdw＝0三、工件以外圆定位工件外圆在V形块上定位：设计基准三种情况：分别为B点、A点、O点机床夹具原理与设计第3节定位误差分析三、工件以外圆定位工件外圆在V形块上定位，设计基准为O点:（1）工序尺寸为h1

工序基准与定位基准重合，基准不重合误差Δjb(h1)=0;基准不准确误差:

Δdb(h1)=O1O2=O1C－O2C=Td/2[1/sin(α/2)]

定位误差:

Δdw(h1)=Td/2[1/sin(α/2)]机床夹具原理与设计第3节定位误差分析三、工件以外圆定位工件外圆在V形块上定位，设计基准为B点:（2）工序尺寸为h2

基准不重合误差:Δjb(h2)=Td/2;基准不准确误差:Δdb(h2)=Δdb(h1)定位误差:

Δdw(h2)=Δdb(h2)－Δjb(h2)=[1/sin(α/2)－1]Td/2机床夹具原理与设计第3节定位误差分析三、工件以外圆定位工件外圆在V形块上定位，设计基准为A点:（3）工序尺寸为h3

定位误差:

Δdw(h3)=Δdb(h3)＋Δjb(h3)=[1/sin(α/2)＋1]Td/2

结论：Δdw(h2)＜Δdw(h1)＜Δdw(h3)机床夹具原理与设计第3节定位误差分析提高工件定位精度的措施消除或减少基准不重合误差消除或减少基准位移误差（1）选择精度高、位置误差小的表面为定位基准（2）提高定位元件间的位置精度（3）提高工件定位表面与定位元件的配合精度机床夹具原理与设计第3节定位误差分析保证加工精度实现的条件∵Δ夹具=Δ定位＋Δ制造＋Δ调整∴δ工件≥

Δ夹

Δdw≤δ/3

机床夹具原理与设计第3节定位误差分析Δdw

＝Δjb＝0.28＞δ/3

不能保证加工要求！解决办法？减小

上道工序尺寸公差基准重合第4节工件在夹具中的夹紧一、夹紧装置的组成及要求组成（1）动力装置（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1）夹紧时不破坏工件定位后的正确位置2）夹紧行程足够3）夹紧动作迅速、可靠4）结构紧凑，易于制造与维修基本要求第4节工件在夹具中的夹紧机床夹具原理与设计二、夹紧力的确定

确定夹紧力三要素：大小、方向和作用点

1夹紧力方向的确定

1）主要夹紧力方向应垂直于主要定位面

2）夹紧力方向尽量与切削力、重力方向一致机床夹具原理与设计第4节工件在夹具中的夹紧3）夹紧力的作用方向应使工件变形尽可能小机床夹具原理与设计第4节工件在夹具中的夹紧