机床夹具设计基础课件

机床夹具设计基础第一节概述

一.工件的装夹及装夹方法(一)装夹的概念1.定位~为保证加工精度，在加工前，工件在机床的装夹面上或夹具中，必须相对刀具及其切削成形运动，占据一正确位置。这一过程就称为定位。2.夹紧~加工过程中，为避免在各种力的作用下，使工件偏离已经确定的正确位置，还必须把它压紧，夹牢。这一过程称为夹紧。3.装夹~工件从定位到加紧的全过程。称为装夹。（二）装夹方法1.直接装夹把工件的定位面，直接靠紧在机床的装夹面上，并密切贴合，然后夹紧工件。这种方法称为直接装夹。如工件在三爪卡盘或平面工作台上的装夹。如图1-1所示。2.找正装夹1）直接找正装夹用划针，百分表或目测直接找正工件在机床或夹具中的正确位置，然后再夹紧。这种方法称为直接找正装夹。如工件在四爪卡盘上装夹，通过采用测量工具找正工件在机床上的正确位置，然后再夹紧。如图1-2所示。图1-1图1-22）划线找正装夹按照工件上划好的线，找正工件在机床上的正确位置，然后再夹紧。这种方法称为划线找正装夹。如图1-3所示。3.

专用夹具装夹专用夹具是根据加工某一零件的某一工序的具体加工要求而设计的。其上有专用的定位夹紧装置，可迅速的装夹工件。多用于大批大量生产，如图1-4所示。图1-3图1-4二.机床夹具及其分类（一）机床夹具的概念（二）机床夹具分类1、按适用工件范围和特点分类1）通用夹具可装夹一定尺寸范围内的工件。如，三爪卡盘，四爪卡盘，平口虎钳等。2）专用夹具根据加工某一零件的某一工序的具体加工要求而设计的夹具。3）可调夹具通过更换或调整个别定位，夹紧或导向元件即可用于装夹多种工件。4）组合夹具由预先制造的不同尺寸，形状，规格的标准件及合件组装而成，以满足在不同的机床上装夹不同的工件。5）随行夹具加工自动线夹具，即能装夹工件，也起到输送工件的作用。2、按适用的机床不同分类1）车床夹具。2）铣床夹具。3）镗床夹具。---3、按夹紧的动力源不同分类可分为手动夹具，气动夹具，液压夹具，气-液夹具，电磁夹具，及真空夹具等。三.专用夹具装夹的优点及专用夹具组成

（一）专用夹具装夹的优点

1.能稳定可靠的保证加工精度。

用专用夹具装夹工件时，工件相对刀具及机床的位置精度由夹具保证，不受工人技术水平的影响，使一批工件的加工精度趋于一致。

2.能提高劳动生产率。专用夹具装夹工件时，装夹工件方便，快速；不需找正，可显著的减少辅助时间，提高了劳动生产率。3.扩大机床的使用范围。如设计一镗模夹具即可在车床上实现镗床镗孔的功能，因此专用夹具装夹工件，可扩大机床的使用范围。（二）专用夹具的组成1.定位装置作用使工件在夹具中占据正确的位置。2.夹紧装置作用是将工件压紧夹牢，保证工件在加工过程中，受到外力作用下，不偏离已经占据的正确位置。3.对刀或导向装置用于确定刀具相对定位元件及工件加工表面的正确位置。4.连接元件是夹具在机床上安装的连接元件。5.夹具体是机床夹具的基础件，通过夹具体将所有的元件连接组合成一个整体。6.其它装置及元件指因特殊需要而设置的装置或元件。如分度装置，吊装件，操作件等。如图1-5所示。图1-5图1-6第二节工件定位的基本原理一.六点定则一个尚未定位的工件，其空间位置是不确定的。可沿X、Y、Z轴移动和绕X、Y、Z轴转动。沿三坐标轴的移动记作：绕三坐标轴的转动记作：如图1-6所示：要想使工件在某一方向上有确定的位置，必须在某一方向上分布一个支承点，来限制该方向上的自由度。要想使工件在机床上有完全确定的位置，必须分布合适的六个支承点，分别限制工件的六个自由度，使工件有完全确定的位置。这一法则，称为六点定则。如图所示，在处在空间直角坐标系中的六方体的三个相互垂直的平面上，分布有六个定位支承点。现试分析各定位支承点，限制自由度的情况。如图1-7所示：在XOY平面有定位支承点1，2，3；限制了三个自由度；在XOZ平面有4，5两个定位支承点，限制了两个自由度；在YOZ平面有6一个定位支承点，限制了图1-7一个自由度。恰好六个定位支承点，分别限制了六个自由度，使六方体在空间直角坐标系中有完全确定的位置。二.几种定位情况1.完全定位工件六个自由度被分别完全限制的定位，称为完全定位。如图1-8所示，在长圆柱体工件上，钻一个与已加工的键槽对称且与端面的距离为a的小孔。夹具上的定位元件有：两个V形块，一个定位支承，一个定位销。图1-8两个V形块相当于四个定位支承点，限制了四个自由度，定位销相当于一个定位支承点，限制了一个自由度，定位支承相当于一个定位支承点，限制了一个自由度。这种用相当于六个定位支承点的定位元件完全限制工件六个自由度的定位，称为完全定位。2.不完全定位根据具体的加工方法，在满足加工要求的前提下，把限制工件少于六个自由度的定位，称为不完全定位。如图1-9（a）所示，为保证加工尺寸及上下平面的平行度，限制图1-9三个自由度即可。3.过定位几个定位支承点，同时限制同一个自由度的定位，称为过定位。如图1-10所示，加工连杆大头孔的定位。大平面相当于三个定位支承点，限制了三个自由度；长圆柱销相当于四个定位支承点，限制了四个自由度，定位销3相当于一个定位支承点，限制了一个自由度。很显然被重复限制了。图1-10如果连杆小头孔轴线与端面不垂直，夹紧后会造成连杆体的弯曲或定位长销被拉弯，引起较大的加工误差，因此，过定位一般情况下是不允许的，只有因过定位引起的加工误差比不采用过定位引起的加工误差小时，过定位才是允许的。如加工细长轴时，径向切削力会引起轴的弯曲变形，一般采用加中心架或跟刀架的方法来减小因径向切削力引起的轴的弯曲变形，加中心架或跟刀架属于过定位，但产生的加工误差小，因此，是允许的。4.欠定位当定位支承点的数目，少于应限制的自由度数目，工件不能正确定位，不能满足加工要求。这种定位方式，称为欠定位。如图1-11所示，为一欠定位的实例。在长V形块上定位，加工轴上距一端为尺寸a的槽。为保证尺寸a，需限制

但，没有被限制，属于欠定位。欠定位，工件在夹具中不能正确定位，不能满足加工要求。因此，是绝对不允许的。图1-11三.常用定位元件限制的自由度四.限制工件自由度与加工要求的关系影响加工要求的自由度，必须限制；不影响加工要求的自由度可限制，可不限制。如图1-12所示，在一工件上铣通槽。为保证尺寸图1-12图1-13及与底面的平行度两项要求，必须限制为保证尺寸30±0·1mm及槽侧面与B面的平行度，必须限制两个自由度，至于则可限制可不限制。五.正确处理过定位1.改变定位元件的结构避免过定位如图1-13所示，把长圆柱销改成短圆柱销，即可避免了过定位。如图1-14所示，定位支承销3重复限制了把定位支承销3撤消，增加一个辅助支承，即消除了过定位，也增加了工件的装夹刚度。3、提高定位基面的位置精度，消除过定位如图1-15所示，只要提高齿轮内孔与端面的垂直度，即可避免在夹紧时，拉弯心轴，消除了过定位的影响。图1-15图1-142.

去掉多余的定位支承，消除过定位图1-16六.定位实例分析例1.在车床上加工轴上外圆的定位方案如图1-16所示，试分析定位元件限制的自由度，属于那种定位情况，是否合理，如需改进，应如何改进。解：1.分析加工要求需要限制的自由度。要想加工出准确的圆柱面来，必须限制2.分析定位元件所能限制的自由度三爪卡盘夹持较长，相当于四个定位支承点，限制后浮动顶尖相当于两个定位支承点，限制3.结论属于过定位。应改进为三爪卡盘夹持较短。例2：如图1-17所示，为采用大平面、固定V块、活动V块定位，加工连杆的大小头孔。试分析定位元件限制的自由度，属于那种定位情况，是否合理，如需改进，应如何改进。解：1.分析加工要求需要限制的自由度。需完全定位。2.分析定位元件所能限制的自由度1）大平面限制图1-172）固定V块限制3）滑动V块限制3.结论属于完全定位。定位方案合理，不需改进。例4：如图1-18所示，为采用大平面、固定V块、活动V块定位，加工圆盘轴心孔。试分析定位元件限制的自由属于那种定位情况，是否合理，如需改进，应如何改进。解：1.分析加工要求需要限制的自由度。根据加工要求应限制2.分析定位元件所能限制的自由度1）大平面限制图1-18度2）固定V块限制

3）滑动V块限制（如存在圆度误差）3.结论属于过定位。如不存在圆度误差，则滑动V块不限制属于不完全定位。第三节定位副及定位元件一.定位副（一）定位副概念1.定位基准、定位基面1）工件以回转体定位时如图1-19所示：回转体表面为定位基面；回转体的轴线为定位基准。2）工件以平面定位时实际存在的那个表面为定位基面；定位平面的理想状态为定位基准。如图1-20所示：2.限位基准、限位基面1）工件以回转体定位时图1-19图1-20定位元件的回转体表面为限位基面，定位元件的回转轴线为限位基准。2）工件以平面定位时定位元件上实际存在的那个表面为限位基面；其定位平面的理想状态称为限位基准。当平面的精度较高时，限位基面与限位基准重合。3.定位副定位基面与限位基面合称为定位副。当工件上有几个定位基面时，限制自由度最多的那个定位基面，称为主要的定位基面。二.定位符号定位、夹紧符号已有部颁标准（JB/T5061—91），可参看下列图1-21示例。图1-21三.对定位元件的基本要求1.足够的精度工件的定位是通过定位副间的接触或配合实现的，定位元件上的限位基面的精度，将直接影响定位精度。2.足够的强度和刚度定位元件不仅限制工件自由度，还在加工过程中，承受夹紧力、切削力等，为保证夹具不在各种力的作用下，产生变形或破坏，因此定位元件要有足够的强度和刚度。3.耐磨性好在大批大量生产中，频繁地装卸工件，定位元件的限位基面因磨损而精度下降。为延长定位元件的使用或更换周期，定位元件应具有良好的耐磨性。4.工艺性好定位元件的结构，应力求简单、合理、便于加工、装配和更换。四.常用定位元件（一）工件以平面定位时的定位元件1.主要支承1）固定支承支承钉，如图1-22所示：支承板，如图1-23所示：图1-22图1-232）可调支承支承的高度可以根据需要进行调整。如图1-24（a）、（b）所示图1-24（a）图1-24（b）3）自位支承在工件的定位过程中，能自动调整位置的支承。如图1-25所示：图1-252.辅助支承辅助支承用来提高工件的装夹刚度，不起定位作用。如图1-26所示：图1-26（二）工件以圆柱孔定位时的定位元件1.圆柱销2.圆柱心轴图1-283.圆锥销4.圆锥心轴图1-29图1-30图1-29圆锥销（三）工件以外圆定位时的定位元件1.V形块图1-312.定位套3.半圆套图1-32图1-334.圆锥套图1-34第四节定位误差的分析与计算一.造成定位误差的原因1.定位误差概念一批工件逐个在夹具上定位时，由于工件及定位元件存在制造公差，使各个工件所占据的位置不完全一致，加工后形成的加工尺寸大小不一，产生加工误差。这种仅与定位有关的加工误差，称为定位误差，用ΔD表示。造成造成定位误差的原因，主要有两个，一是定位基准与工序基准不重合；二是定位基准与限位基准不重合。1.基准不重合误差ΔB由于定位基准与工序基准不重合，所产生的加工误差，称为基准不重合误差。如图1-35所示，是在工件上铣缺口的工序简图。加工尺寸为A和B。工件以底面和E面定位，C为对刀尺寸，在一批零件的加工过程中，C的大小是不变的。加工尺寸A的工序基准是F面，定位基准是E面，两者不重合。图1-35当在一批零件逐个在夹具上定位时，受尺寸S±δs/2的影响，工序基准是F的位置是变动的。F的变动直接影响加工尺寸A的大小，造成A的尺寸误差，这个误差就是基准不重合误差。其数值：

ΔΒ=Amax-Amin=Smax-Smin=δs

S—是定位基准与工序基准间的距离尺寸，称为定位尺寸。

δs---为定位尺寸公差。当工序基准的变动方向与加工尺寸的变动方向成α角时，则：ΔΒ=δs×COSα2.基准位移误差一批工件在夹具上定位时，由于定位副存在制造公差及最小间隙的影响，会造成定位基准与限位基准不重合。这种由于定位基准与限位基准不重合，所产生的加工误差，称为基准位移误差，用ΔY表示。下图1-36为在小套零件的外圆柱面上加工键槽的工序简图。加工尺寸A和B，工件以内孔D在圆柱心轴（直径为do）上定位，O是心轴轴心，即限位基准，C是对刀尺寸。尺寸A的工序基准是内孔轴线，定位基准也是内孔轴线，两者重合，ΔΒ=0。但是，由于定位副有制造公差和配合间隙，使得定位基准与限位基准不重合，在夹紧力FJ的影响下定位基准相对于限位基准下移一段距离。定位基准的位置变动影响到尺寸A的大小，造成了A的误差，这个误差就是基准位移误差。图1-36由图可知，当工件孔的直径为最大（Dmax），定位销的直径为最小（dmin）时，定位基准的位移量i为最大（imax=OO1），加工尺寸A也为最大（Amax）；当工件孔的直径为最小（Dmin），定位销的直径为最大（dmax），定位基准的位移量i为最小（imin=002），加工尺寸A也为最小（Amin）。因此：ΔY=Amax-Amin=imax-imin=δi----一批工件定位基准的变动范围。当定位基准的变动方向与加工尺寸的变动方向成α角时，则：ΔY=δiconα二.定位误差的计算方法（一）合成法由于造成定位误差的原因是，基准不重合与基准位移，因此，定位误差应为这两种误差的组合。δi1.ΔΒ=0ΔY≠0ΔD=ΔY2.ΔΒ≠

0ΔY=0ΔD=ΔΒ3.ΔΒ≠

0ΔY≠0

工序基准不在定位基面上

ΔD=ΔΒ+ΔY

工序基准在定位基面上

ΔD=ΔΒ±ΔY

①当定位基面直径由大变小（或由小变大）时，分析定位基准的变动方向；②当定位基面直径作同样变化时，假定定位基准不动，分析工序基准的变动方向，③两者变动方向相同取“+”号，变动方向相反取“-”号。（二）极限位置法由几何关系求出，因定位引起的加工尺寸的最大变动范围。解：如图1-37所示，为在半V块上定位铣轴上平面。试按极限位置法求工序尺寸A的定位误差。图1-37三.定位误差计算实例例1：如图1-38所示，求加工尺寸A的定位误差。解：1）计算ΔΒ定位基准为底面，工序基准为圆孔中心线，定位基准与工序基准不重合。ΔΒ=δs=±0·1=0·2mm工序基准的位移方向与加工尺寸的方向间夹角为45º，则：

ΔΒ=δs×cos45º=0·2×cos45º=0·1414mm。2）计算ΔY定位基准与限位基准重合。ΔY=03）ΔD=ΔΒ=0.1414mm。图1-38例2：钻铰凸轮上的两个小孔（2-Φ16）的定位方式如图1-39所示，定位销的直径为定位孔的直径为求加工尺寸100±0.1mm的定位误差。解：1.定位基准与工序基准重合，ΔΒ=02.定位基准相对于限位基准单向移动，定位基准移动方向与加工尺寸间的夹角为30º±15'ΔY=图1-39ΔY=3.ΔD=ΔY=0.02mm例3：在金刚镗床上镗活塞销孔的示意图1-40。活塞销孔轴线对活塞裙部内孔轴线的对称度为0.2mm。以裙部内孔及端面定位，内孔与定位销的配合为解：查表：1、对称度的工序基准是内孔轴线，定位基准图1-40也是内孔轴线，两者重合，ΔΒ=02、定位基准相对限位基准可任意方向移动，其最大位移范围即为基准位移误差。

ΔY=±例4、铣轴零件外圆上的键槽，如图1-41所示,以圆柱面在α=90º的V形块上定位，求加工尺寸解：1、加工尺寸A1的定位误差1）A1的工序基准是圆柱轴线，定位基准也是圆柱轴线。两者重合，ΔΒ=02）定位基准与限位基准不重合，两者的相对位移量为：图-412、加工尺寸A2的定位误差1）A2的工序基准是圆柱下母线，定位基准是圆柱轴线。两者不重合。定位尺寸故ΔΒ=δs=2）定位基准与限位基准不重合。3）工序基准在定位基面上当定位基面直径由大变小时，定位基准朝下变动；当定位基面直径由大变小时，假定定位基准不动，工序基准朝上变动，两者变动方向相反，取“-”号。3、加工尺寸A3的定位误差1）的工序基准是圆柱上母线，定位基准是圆柱轴线。两者不重合。ΔΒ=2）定位基准与限位基准不重合，3）工序基准在定位基面上当定位基面直径由大变小时，定位基准朝下变动；当定位基面直径由大变小时，假定定位基准不动，工序基准朝下变动，两者变动方向相同，取“+”号。例5、叶轮加工的定位方式如图1-42所示，工件以Φ80±0.05mm的外圆柱面，在定位元件的加工均匀分布的四槽。求槽的对称度的定位误差。解：1、对称度的工序基准是Φ12H8的轴线，定位基准是工件Φ80±0.05mm的轴线，两者不重合，ΔΒ=0.02mm；2、定位基准相对限位基准可任意方向移动，其最大位移范围即为基准位移误差。图1-42ΔY==+0.10-(-0.05)=0.15mm3、工序基准不在定位基面上故，定位误差太大，难以保证槽的对称度要求。如改用Φ12H8孔定位，使ΔΒ=0，选定位心轴为ΔD=ΔΥ=0.044mm<δk/3，可满足加工精度要求。第五节一面两孔定位一面两孔定位即一平面两个圆柱孔的定位方式。这种定位方式，在箱体、支架、杠杆和盖板类零件加工中应用广泛。如图1-43所示为连杆盖上的四个定位销孔的加工，就是采用一面两孔定位的。工件的定位平面，一般是加工过的精基面，两个定位孔，可能是工件上原有的，也可能是专为定位的需要而设置的定位孔。一、定位元件除了相应的支承板外，用于两个圆孔的定位元件有两种。图1-43

（一）两个圆柱销采用两个圆柱销与两个定位孔配合，为过定位。重复限制了两孔连线方向的自由度。

当工件的孔间距与夹具的销间距的公差之和大于工件定位孔（D1、D2）与夹具两定位销（d1、d2）之间的配合间隙之和时，将妨碍部分工件的装入。使同一工序一批工件都能顺利装入的条件：1、当工件两定位孔径都为最小（D1min、D2min）、夹具两定位销径都为最大（d1max、d2max），2、孔间距为最大为满足上述条件，第二销与第二孔则不能采用标准配合，第二销的直径缩小了，连心线之间的间隙增大了。如图1-44所示，缩小后的第二销的最大直径为：图1-44要满足工件顺利装入的条件，直径缩小后的第二销与第二孔的最小配合间隙应达到：图1-45如图1-45所示，第二销采用削边的方法来增大连心线方向的间隙。削边量越大连心线方向的间隙越大，当间隙达到：便满足了工件顺利装入的条件。缩小第二销的直径，虽然保证了同一工序一批工件都能顺利装入，但增大了工件的转角误差，只有在加工精度要求不高时使用。（二）一圆柱销与一削边销由图可知：二、定位误差（一）直线位移误差1、圆柱销定位基准可任意方向移动，ΔY1=X1max。2、棱形销在两孔连线方向，由于削边不限制该方向上的自由度，ΔY2=ΔY1=X1max。通过棱形销轴心垂直于两孔连线方向上，ΔY2=X2max。（二）角位移误差如图1-46所示：当工件作同时向上移动时，由于棱形销与第二孔的配合间隙大于圆柱销与第一孔的配合间隙，会产生转角误差：图1-46工件一端向上，另一端向下作反向转动时，其转角误差为：两定位孔任意方向移动，尺寸A7的位移误差：（三）复合误差当加工尺寸垂直于两定位孔连线或其外延长线时，则存在直线位移误差和角位移误差。复合误差=直线位移误差+角位移误差。如图1-47所示，工件作同向转动时，对于单向移动，尺寸A7的位移误差：图1-47两定位孔作反向转动时，加工尺寸A6的位移误差。工件作单向移动时，位移误差为：工件作任意方向移动时，位移误差为：同理，也可推出加工尺寸A5的位移误差为：工件作单向移动时，位移误差为：工件作任意方向移动时，位移误差为：三：定位误差计算示例工件采用一面两孔定位，如图1-48所示，两定位销垂直放置。现在工件上钻两孔O3，O4，保证两孔的位置尺寸为若定位误差只占工件公差的1/2。试计算上述定位，能否满足O3，O4两孔的位置精度要求，如不能保证，应采取何种措施？解（一）孔O3的位置尺寸的定位误差1：工序尺寸的定位误差图1-481）尺寸的工序基准是孔O1的轴线，定位基准也是孔O1的轴线，两者重合。ΔΒ=02）由于孔D1与销d1有配合间隙，工件定位孔可任意方向移动。3）ΔD=＜0.5×1/22：尺寸的定位误差1）尺寸的的工序基准是孔O1O2的连线，定位基准也是孔O1O2的连线，两者重合。ΔΒ=0。2）尺寸的垂足在两孔连线之间，基准位移误差以任意转动的同向移动为最大。0.0745<0.3×1/2，满足加工精度要求。（二）孔O4位置尺寸的定位误差1：尺寸的定位误差1）尺寸工序基准是孔D2的轴心线，定位基准是孔O1的轴线，两者不重合。ΔΒ=δs=±0.08=0.16mm2）尺寸在两孔连线方向，由于削边不限制该方向上的自由度，ΔY2=ΔY1=X1max=0.057mm。3）工序基准不在定位基面上，则：ΔD=ΔΒ+ΔY=0.057+0.16=0.217>0.2×½。孔O3的平行于在两孔连线方向的尺寸，应以定位孔D1的中心线为工序基准标注，即可消除ΔΒ，以满足加工精度要求。2：尺寸的定位误差1）尺寸的的工序基准是孔O1O2的连线，定位基准也是孔O1O2的连线，两者重合。ΔΒ=0。

2）尺寸的垂足在两孔连线之间，基准位移误差以任意转动的同向移动为最大。3）ΔD=能够满足定位精度要求。四、一面两孔定位设计示例钻连杆盖四个定位销孔的定位方式如图1-49所示，其设计步骤如下：图1-491、确定两定位销中心间距两定位销中心间距的基本尺寸应等于工件两定位孔中心间距的平均尺寸，其公差一般为：因孔间距LD=59±0.1mm，故取销间距Ld=59±0.02mm。2、确定圆柱销直径圆柱销直径的基本尺寸应等于与之配合的工件孔的最小极限尺寸，其公差带一般取g6或h7。因连杆盖定位孔的直径为：，故取圆柱销的直径为3、确定菱形销的直径菱形销的公差等级一般取IT6或IT7，因IT6=0.011mm所以4、计算定位误差如图1-50所示，钻连杆盖四个定位孔的位置尺寸。尺寸63±0.1mm,20±01mm,没有定位误差，而尺寸31.5±0.20mm和10±0.15mm，均受定位影响，有定位误差。1）加工尺寸31.5±0.20mm的定位误差由于定位基准与工序基准不重合，定位尺寸S=29.5±0.1mm所以：ΔΒ=δs=0.2mm。由于加工尺寸31.5±0.20mm的方向与两定位孔连心线平行图1-50由于工序基准不在定位基面上，所以2）加工尺寸10±0.15mm的定位误差由于定位基准与工序基准重合，ΔΒ=0由于定位基准与限位基准不重合，定位基准O1O2可任意方向移动，加工位置在两定位孔外侧。左边两定位销孔的基准位移误差为：右边两定位销孔的基准位移误差为：定位误差应取较大值，故ΔD=ΔY=0.124mm五、例题如图1-51所示零件，其端面和两孔均已加工，现采用一面两孔定位方案设计钻模加工孔。要求此孔的轴线通过孔的中心，其对称度不得大于0.12mm。并且轴线要与两定位孔的连心线成75º±50'的夹角。试确定：1、两定位销间距尺寸2、两定位销直径尺寸3、若钻模的钻套轴心线与两定位销连心线的制造装配误差为75º±10'。问此定位方案能否保证75º±50'的加工精度（规定夹具误差只能占加工误差的三分之一，不考虑钻套的制造误差）？图1-51解：1、确定两销间距尺寸工件两定位孔尺寸：LD=50+0.1=50.05±0.05mmLd=50.05±(1/3×0.05)=50.05±0.017mm。2、确定圆柱销直径按对称度不大于0.06mm，则：取圆柱销的配合公差带为ƒ7，3、确定菱形销的尺寸查表：b=4mm，取菱形销的公差等级为IT6，IT6=0.009最后取菱形销的尺寸为：4：验算孔轴线与两定位孔连心线夹角能否满足75º±50'的要求。第六节工件在夹具中的夹紧

一、夹紧装置组成及基本要求

（一）夹紧装置的组成1、动力装置┄产生原始作用力的部分。1）手动夹紧┄人力。

2）机动夹紧┄液、气、电、气~液联动。2、夹紧机构

中间的递力机构。起力的传递作用的机构。3、夹紧元件夹紧的最终执部分。机床夹具的夹紧装置如图1-52所示：±7'+(±10')=±17'，稍微大于±16'，还是能够满足孔轴线与两定位孔连心线夹角为75º±50'的要求的。图1-52(二)对夹紧装置的基本要求1.

在夹紧过程中不能破坏原来的正确定位，2.夹紧力大小要适当，以免夹紧后夹紧装置变形或损坏，影响夹紧的可靠性，3.工艺性要好，以便于夹紧装置本身的制造，4.使用性要好。操作应灵活方便，安全省力。二、夹紧力的确定正确确定夹紧力，主要是正确确定夹紧力的方向，作用点和大小。

(一)夹紧力方向的确定1、应垂直于工件上的主要的

定位基面。如图1-53所示，2、如需向多个夹紧点，施加夹紧力时，应采用一定的装置，使一力多用。如图1-54所示，但主要的夹紧力应朝向主要的定位基面。图1-53图1-54图1-55图1-563、夹紧力的方向应有利于减小夹紧力。如图1-55所示。

（二）夹紧力的作用点应落在定位元件支承的范围内。如图1-56所示。2、应落在工件刚性较好的方向和部位。如图1-57所示。3、应靠近工件的加工表面。如图1-58所示。图1-57图1-58(三)夹紧力大小的确定加工过程中，工件受到切削力，离心力，传动力和重力的影响。理论上，夹紧力应于上述力(距)的作用平衡。实际上，夹紧力的大小还与工艺系统刚度，夹紧机构的传递效率有关。而且，切削力的大小在加工过程中是变化的，因此，夹紧力的计算是一个很复杂的问题，只能进行粗略的估算。如图1-59所示。图1-59估算夹紧力的方法:在静力平衡条件下，求出理论夹紧力，再乘以安全系数K。如FJ实=K×FJ理通常情况下，K=1.5~2.5，当夹紧力与切削力方向相反时，取K=2.5~3。三、基本夹紧机构夹紧机构的种类虽然很多，但其结构大都以斜楔夹紧机构，螺旋夹紧机构和偏心夹紧机构为基础，这三种夹紧机构合称为基本夹紧机构。(一)斜楔夹紧机构1、几种典型的斜楔夹紧机构如图1-60所示。图1-602、斜楔的夹紧力如下图1-61所示:FQ┄加在斜楔上的外作用力。α┄斜楔的升角。FJ┄斜楔对工件的夹紧力。Φ1┄斜楔与工件间的摩擦角。Φ2┄斜楔与夹具体之间的摩擦角。

图1-61在外作用力FQ存在时的斜楔受力情况，根据静力平衡条件。F1+FRX=FQF1=FJtgΦ1FRX=FJtg(α+Φ2)

设Φ1=Φ2=Φ当α很小时(α≤100)，可用下式作近似计算:

3、斜楔自锁条件如图所示，外作用力FQ去掉以后的斜楔受力情况。从图中看出，要自锁，必须：

F1>FRX因F1=FJtgΦ1FRX=FJtg(α-Φ2)代入上式，FJtgΦ1>FJtg(α-Φ2)tgΦ1>tg(α-Φ2)由于Φ1、Φ2、α都很小，tgΦ1≈Φ1，tg(α-Φ2)≈α-Φ2；上式可简化成:Φ1>α-Φ2

或α<Φ1+Φ2为了保证自锁可靠，手动夹紧机构一般取α=60~80。气动或液动装置驱动的斜楔则不需自锁，可取α=150~300。4、扩力比与夹紧行程1)扩力比夹紧力FJ与外作用力FQ之比称为斜楔的扩力比i。如取Φ1=Φ2=60,α=100代入上式得:i=2.6。可见在FQ不很大的情况下，斜楔的夹紧力是不大的。2)夹紧行程

h=stgαS┄斜楔在夹紧工件过程中移动的距离。α=6º,h=stg6º=0.1S.由于S受到斜楔长度的限制，一般S较小，h也较小。要想增大夹紧行程h，只能增大斜角α。而α太大，便不能自锁。因此，在要求自锁，又要求有较大行程时，可采用双斜面斜楔。一段斜楔α较大，以增大夹紧行程，另一段则α较小以实现自锁。5、能改变外作用力的方向。(二)螺旋夹紧机构1.几种常见的螺旋夹紧机构由螺钉、螺母、垫圈、压板等元件组成的夹紧机构，称为螺旋夹紧机构。如图1-62所示：图1-62螺旋夹紧机构中的螺旋，实际上是把斜楔绕在圆柱面上，旋转螺杆时，斜面上升，从而对工件进行夹紧。2．夹紧力计算单螺杆夹紧时的受力分析如图1-63所示。根据静力距平衡条件:图1-63

F2=FJtgΦ2FRX=FJtg(α+Φ1)代入上式整理得:式中:d0┄螺纹中径；α┄螺纹升角；Φ1┄螺纹处摩擦角；Φ2┄螺杆端部与工件之间的摩擦角；rˊ┄螺杆端部与工件间的当量摩擦半径；如图1-64所示：图1-64图1-65Φ1---为方牙螺纹副的磨擦角。对于梯形螺纹副对于三角形螺纹副3．螺旋钩形压板所产生的加紧力如图1-65所示：式中:H~钩形压板的高度；L~压板轴线至夹紧点的距离；

f~摩擦系数，一般取f=0.1-0.154、例:夹紧装置，如图1-66所示，若FQ=150N，L=150mm，螺杆为M12×1.75，D=40mm，d1=10mm，l=l1=100mm,α=300，各处摩擦系数f=0.1,试计算夹紧力FJ。

解:式中:FJ1┄斜楔对压板的作用力；P1┄螺旋对斜楔的推力；Φ1,Φ2┄分别为斜楔与夹具体、与压板的摩擦角。Φ1=Φ2=tg-1f=tg-10.1=5042ˊ式中：d0┄螺纹中径；Φ1'┄螺母与螺钉的当量摩擦角；rˊ┄螺杆轴肩端部直径D处与夹具支架的当量摩擦半径。d0=10.863mmΦ1ˊ=tg-1(1.15f)=tg-1(1.15×0.1)=6034'。螺纹升角α=2056ˊ

那么:

将P1值代入FJI式，可得：

那么:l=l1=100则：FJ=FJ1=23353.78(N)5、螺旋夹紧的特点1）自锁性好，2）力比大，一般为65~140倍，3）夹紧行程不受限制，4）夹紧行程大时，操作费时，效率低，劳动强度大。（三）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。几种常见的偏心夹紧机构，如图1-67所示。图1-671：圆偏心轮的夹紧原理图1-68中，O1是圆偏心轮的几何中心，R是它的几何半径。O2是偏心轮的的回转中心，O1O2是偏心距。若以O2为圆心，r为半径画圆，便把偏心轮分成了三个部分。其中，虚线部分是一个“基圆盘”，半径r=R-e；另两部分是两个相同的弧形楔。当偏心轮绕回转中心O2顺时针方向转动时，相当于一个弧形楔逐渐楔入“基圆盘”与工件之间，从而夹紧工件。2：圆偏心轮的夹紧行程及工作段如图所示，当圆偏心轮绕回转中心O2转动时，设轮周上任意点x的回转角为Φx，即工件夹压表面法线与O1O2连线图1-68间的夹角，回转半径为rx。用Φx，rx为坐标轴，建立直角坐标系，再将轮周上各点的回转角与回转半径一一对应地记入此坐标系中，便得到了圆偏心轮上弧形楔的展开图。如图1-69所示：图1-69上图表明，当圆偏心轮从0º回转到180º时，其夹紧行程为2e。轮周上各点的升角α是不相等的，P点的升角最大，为αmax。过P点分别作O1P，O2P的垂线，便可得到P点的升角。

αmax=∠O1PO2sinαmax=sin∠O1PO2=圆偏心轮的工作转角一般小于90º，因转角太大，不仅操作费时，也不安全。工作转角范围内的那段轮周称为圆偏心轮的工作段。常用工作段：1：Φx=45º–135º，升角大，夹紧力小，夹紧行程大（h≈1.4e）。

2：

Φx=90º–180º，升角由大到小，夹紧力逐渐加大，但，夹紧行程较小（h=e）。3：圆偏心轮的自锁条件由于圆偏心轮夹紧工件，实质上是弧形楔夹紧工件。圆偏心轮的自锁条件，应与斜楔的自锁条件相同。即：

αmax≤Φ1+Φ2式中：Φ1--圆偏心轮与工件间的摩擦角。Φ2--圆偏心轮与回转销间的摩擦角。由于摩擦力不大可忽略不计。上式可简化为：αmax≤Φ1tgαmax≤tgΦ1因αmax很小，tgαmax

≈sinαmax，tgΦ1=ƒ代入上式，sinαmax≤ƒ而sinαmax=所以，圆偏心轮的自锁条件是≤ƒ当ƒ=0.1时，4：圆偏心轮的夹紧力由于圆偏心轮各点的升角不同，各点的夹紧力也不相等。下图1-70为任意点x夹紧工件时圆偏心轮的受力情况。根据静力距平衡原理：FQL=F1r+Fjesinθ+F2(R-ecosθ)F1=FNƒ1≈FJƒ1,F2=FJƒ2,可得：FQL=FJƒ1r+FJesinθ+FJƒ2(R-ecosθ)设ƒ1=ƒ2≥20；当ƒ=0.15时，≥14。图1-70FQL=FJ[ƒ(R+r)+e(sinθ-ƒcosθ)]式中：FJ----夹紧力，FQ----外作用力，

FN---回转销对偏心轮的反作用力，

F1---回转销对偏心轮的摩擦力，F2---工件对偏心轮的摩擦力，

θ---夹紧点x与偏心轮的几何中心O1及回转中心O2连线间的夹角。ƒ1---回转轴与偏心轮的之间的摩擦系数，ƒ2---工件与偏心轮的之间的摩擦系数。圆偏心轮夹紧工件时，可把圆偏心轮看成是作用在工件与转轴之间的弧形楔。如图1-71所示：可将力距FQL转化为力距FQ`rx，FQL=FQ`rx所以弧形楔上的作用力：因此，与斜楔夹紧力公式相似，夹紧力：图1-71一般情况下，回转角θP=90º时，αP=αmax,FJ最小，只要计算出此时的夹紧力，如能满足要求，则偏心轮上其它各点的夹紧力都能满足要求。5：圆偏心轮的设计1）确定夹紧行程，圆偏心轮直接夹紧工件时：

h=δ+S1+S2+S3式中：δ---工件夹压表面至定位面的尺寸公差；S1---装卸工件所需的间隙，一般取S1≥0.3mmS2---夹紧装置的压移量，一般取S2=0.3---0.5mm，S3---夹紧行程储备量，一般取S3=0.1--0.3mm。偏心轮不直接夹紧工件时：h=K（δ+S1+S2+S3）

K---夹紧行程系数，与夹紧机构的结构有关。2）计算偏心距Φx=45º–135º，工作段时，e=0.7h；Φx=90º–180º为工作段时，e=h。3）按自锁条件计算Dƒ=0.1时，D=20e；ƒ=0.15时，D=14e。6：圆偏心夹紧的特点1）夹紧动作迅速，操作简便，因此应用广泛。2）夹紧行程小，对工件的相应尺寸精度要求高，3）自锁性差，当D/e<14时，自锁性就不好，一般多用于振动不大的场合。4）具有增力作用，增力比一般为12–14。（四）铰链杠杆夹紧机构图1-721：夹紧原理如图1-72所示，为几种典型的铰链杠杆夹紧机构。以（a）图为例，气缸活塞的推力，经铰链a传到推杆A，再传到铰链b，然后，由杠杆B把力放大（或减小）并改变方向施加在工件的压紧点上。2：夹紧力计算如图1-73所示，对一单臂铰链杠杆夹紧机构进行受力分析。分析销轴2的受力情况，销轴所受的外力有：拉杆1的作用力Q，滚子的作用力F，和铰链臂的作用力N。当上述三力处于静力平衡时，有：图1-73

Q-Nsin(α+Φ1)-FsinΦ2=0Ncos(α+Φ1)-cosΦ2=0解得：N=式中：Φ1–铰链臂两端铰链的当量摩擦角。Φ2–滚子滚动当量摩擦角，tgΦ–铰链臂两端销轴与轴承间的摩擦系数，α–夹紧时铰链臂的倾斜角度，ρ–铰链销轴处的摩擦圆半经，图1-73

r–铰链销轴半径；r1–滚子半径；L---铰链臂上两铰链孔中心距。力N又通过销轴5作用于压板4上，其垂直分力FJ'，使压板压紧工件，FJ'=Ncos(α+Φ1)

再乘以杠杆比，即为机构的夹紧力。当杠杆比为1：1时，夹紧力为：3：压板的夹紧总行程及气缸的工作行程由下图1-74可知：h=h1+h2=L(cosα2-cosα1)x=L(sinα1-sinα2)式中：h1---满足装卸工件所需的夹紧行程，一般大于3mm，h2---考虑到有关尺寸的公差T和系统变形（取0.05~0.15m）所需的行程。α1---未夹紧时铰链臂的倾斜角，α2----夹紧时铰链臂的倾斜角。h3–--最小行程储备，一般取h3=0.5mm，或α2=5º。4：铰链杠杆夹紧的特点1）具有增力作用，增力比一般为1.5~4。图1-742）改变外作用力的方向，3）夹紧行程受到限制，4）一般多与气动、液压装置连接使用，铰链夹紧机构简单，应用广泛。例题：夹紧装置如图1-75所示，已知：D=50mm，e=2.5mm,L=100m,l=75mm,各处摩擦系数ƒ=0.15，FQ=80N。试求：1）FQ与FJ之间的关系式2）计算FJ解：1）FQ与FJ之间的关系式图1-752）计算FJ的大小rx=D/2，θ=90º，则四：其它夹紧机构（一）定心夹紧机构具有定心、夹紧双重作用的机构，称为定心夹紧机构。常用的定心夹紧机构有以下几种：1：等速移动定心夹紧机构1）虎钳式如图1-75所示：图1-752）斜楔滑块式如图1-76所示：3）偏心式如图1-77所示：图1-77图1-762）波纹套弹性心轴，如图1-79所示：2：均匀变形式1）弹性夹头如图1-78所示：图1-79图1-784）液性介质弹性心轴如图1-81所示：3）碟形弹簧片弹性心轴，如图1-80所示：图1-80图1-81（二）联动夹紧机构能同时多点夹紧一个工件或同时夹紧多个工件的机构，称为联动夹紧机构。1：多点夹紧联动夹紧机构。如图1-82所示：2：多件联动夹紧机构1）平行多件夹紧如图1-83所示：图1-82图1-832）顺序多件夹紧3）对向夹紧4）平行、对向夹紧如图1-84所示：如图1-85所示：如图1-86所示图1-84图1-85图1-86五：工件装夹实例分析如图1-87所示，在拨叉上铣槽，最后一道工序的加工要求有：槽宽16H11，槽深8mm，槽侧面与Φ25H7孔轴线的垂直度0.08mm，槽侧面与E面的距离为11±0.2mm，槽底面与B面平行。试设计其定为装置及手动夹紧装置。图1-87（一）定位方案分析1：确定要限制的自由度、选择定位基面及定位元件1）确定要限制的自由度

分析工序加工要求需要限制的自由度，为保证尺寸11±0.2mm，须限制尺寸8mm‚须限制平衡铣削力，须限制为保证键槽侧面对Φ25H7的垂直度，须限制总体分析，需完全定位。2）定位方案分析根据加工要求需要限制的自由度，选择定位基面及定位元件，确定定位方案。方案I：以E面作为主要定位基面，内孔Φ25H7作为第二定位基面，以短圆柱销配合限位；为提高工件的装夹刚度，C面加一辅助支承。如图1-88a)所示。分析：支承板限制短圆柱销限制没有限制属于欠定位，不能满足工序加工要求，另外，键槽侧面垂直度的工序基准为Φ25H7孔轴线，而第一定位基准为E面，工序基准与定位基准不重合，不利于保证键槽侧面对Φ25H7孔轴线的垂直度要求。方案Ⅱ以Φ25H7孔轴线作为第一定位基准，限位采用长圆柱销，图1-88第二定位基准为E面，限位元件为支承钉，同样在C面加一辅助支承。如图1-88b)所示。分析：长圆柱销限制：支承钉限制：未被限制，欠定位。该方案符合基准重合原则，有利于保证键槽侧面对Φ25H7孔轴线的垂直度要求。但不便于夹紧。由于支承钉与E面的接触面积太小，夹紧时极易产生歪斜变形，夹紧也不可靠。方案Ⅲ：以Φ25H7孔轴线作为第一定位基准，限位采用长圆柱销；第二定位基准为E面，限位元件为支承板；第三定位基面为Φ55H12半圆孔面一侧，限位元件为一止转销。如图1-88c)所示。分析：长圆柱销限制：支承板限制:止转销限制：

被重复限制，过定位。工件夹紧后会产生变形。但，C面对Φ25H7孔轴线有较高的垂直度，定位基面间有较高的位置精度，工件夹紧后不会产生较大变形，能满足加工精度要求。工序基准与定位基准重合，有利于保证键槽侧面对Φ25H7孔轴线的垂直度要求。（二）计算定位误差槽宽尺寸16H11由铣刀保证，槽侧面与E面之间的距离尺寸11±0.2mm及槽侧面与Φ25H7孔轴线的垂直度要求0.08mm，其它要求为未注公差尺寸。1：尺寸11±0.2mm的定位误差1）尺寸11±0.2mm的工序基准是E面，定位基准也是E面，基准重合。ΔΒ=0。2）支承板与工件的E面重合,ΔΥ

=0。3）ΔD=0。2：槽侧面与Φ25H7孔轴线的垂直度要求的定位误差1）垂直度的工序基准是Φ25H7孔轴线，定位基准也是Φ25H7孔轴线，基准重合。ΔΒ=0。2）Φ25H7孔与长圆柱销存在配合间隙，定位基准相对限位基准可以两个方向转动。如图1-89所示：图1-89（三）夹紧方案分析方案I：对E面施加夹紧力，由于支承板距加工表面较远，铣槽时的切削力较大，须再增加一个距切槽处较近的夹紧力。如图1-90（a）所示：工件该部位的刚性较差，夹紧变形大。方案Ⅱ：对E面和Φ25H7孔端面均施加夹紧力，夹紧力均施加在了工件刚性较好的部位，夹紧变形小，夹紧可靠。如图1-90（b）所示：综合以上分析，拨叉铣槽的装夹方案如图1-91所示，装夹时，先拧紧钩形压板，再调整好辅助支承，最后插上开口垫图1-90圈，拧紧螺母。图1-91第七节夹具体及夹具的对定一：夹具体（一）对夹具体的基本要求1：有适当的精度及尺寸稳定性夹具体上的重要表面，如安装定位元件、对刀、导向元件的表面及夹具体的安装基面等，应有适当的精度及尺寸稳定性，以保证夹具本身的精度。2：有足够的强度和刚度在加工过程中，夹具体承受较大的切削力、夹紧力，为保证夹具体不产生不允许的变形及振动，因此，夹具体应有足够的强度和刚度。3：结构工艺性好以便于夹具体的制造、装配和检验。4：便于排屑切屑多时，夹具体上应设置有排屑结构。5：在机床上安装稳定可靠当夹具在机床工作台上安装时，夹具的重心应低，夹具体的底面应凸出，使夹具体的安装基面与机床工作台面接触良好。当夹具在机床主轴上安装时，使夹具体的安装基面与机床主轴上相应表面应有较高的配合精度，并保证夹具体安装稳定可靠。（二）夹具体的毛坯类型1：铸造夹具体一般为灰口铸铁，强度高时用铸钢，重量轻时用铸铝。可铸出复杂的形状，具有较好的抗压强度、刚度及抗振性；但生产周期长，需进行时效处理，以消除内应力。图1-83设置排屑结构2：焊接夹具体由各种型材组焊而成。制造方便，生产周期短，成本低，重量轻。但焊接热应力大，易变形，需退火处理。3：锻造夹具体适用于形状简单，尺寸不大，强度、刚度要求大的场合。锻造后，也需退火处理。4：型材夹具体小型夹具体直接用板料、棒料、钢管等型材，加工装配而成。取材方便，生产周期短，成本低，重量轻。如心轴、钢套钻模，一般采用型材夹具体。5：装配夹具体由标准的毛坯件、零件及个别非标准件，通过螺钉、销钉组装而成。标准的毛坯件由专业厂生产。制造成本低，周期短，精度稳定等，有利于夹具标准化、系列化，也便于夹具的计算机辅助设计。图1-88装配夹具体图1-85铸造夹具体图1-86焊接夹具体图1-87锻造夹具体二：夹具的对定为保证工件的加工精度，除工件在夹具中定位外，那么，夹具相对刀具及其切削成形运动还需占据一正确位置，这一过程，称为夹具的对定。夹具的对定包括夹具的定位安装、夹具的对刀、导向，及夹具的分度和转位。（一）夹具的定位、安装夹具在机床上安装时，其安装、定位基面，还需相对刀具及其切削成形运动，占据一正确位置。根据机床的工作特点，夹具在机床上安装的基本形式有两种。1：夹具安装在工作台上对与铣、刨、磨、镗床等夹具，一般需安装在工作台上，为保证夹具底平面与工作台面有良好的贴合，夹具体的定位面，应在一次安装中磨出或刮研出。图1-92为保证夹具在机床工作台上的正确位置、方向，承受部分切削扭矩，一般采用定向键与工作台上的“T”型槽相配合。如图1-92所示：A形定向键，与夹具体槽和工作台“T”型槽的配合尺寸均为B，极限偏差选h6或h8；夹具体上的槽宽极限偏差选H7或Js6。B形定向键与T”型槽的配合尺寸为B1，留0.5mm磨余量，可按机床工作台上的“T”型槽实际宽度配作，极限偏差取H7或Js6。另外，还有圆形定向键，制造简单，但容易磨损，定位稳定性不如矩形定向键好。定向精度要求高的场合，可不使用定向键，而在夹具体的侧面，加工出一窄长平面作为，夹具安装时的找正基面。通过找正可获得较高的定向精度。2：夹具安装在主轴上夹具在回转主轴上安装，取决于机床主轴端部结构，常见的有图1-93以下几种形式：（二）夹具的对刀与导向图1-93确定刀具相对工件加工表面的正确位置的方法，通常有如图1-94所示，三种。1：单件试切法2：调整法利用对刀块、标准样件来调整刀具相对工件加工表面的正确位置。几种铣刀的对刀装置如图所示：利用对刀块对刀时，工件加工表面的尺寸精度，一般不超过IT级，尺寸精度要求高时，需采用试切法。3：导向套法图1-94在钻夹具中，一般采用导向套来确定刀具相对工件加工表面的正确位置。几种常用的钻套如图1-95所示：（三）夹具的分度与转位在生产中，当遇到工件上有一组成一定角度或一定间距均匀分布的加工表面时，为了使工件能在一次装夹中完成加工，以提高生产率，就需要分度和转位夹具。图1-95钻法兰上4-Φ20（均布）孔的回转分度钻模如下图1-96所示：图1-96图1-96回转分度式钻模分度装置分度装置有两种：一是直线分度装置；另一种是回转分度装置。1：分度装置组成1）转动或移动部分，它实现工件的转位或移位。如上图1-96，回转分度钻模的回转台。2）固定部分，它是分度装置的基体，常与夹具体制成一体。如上图1-96，的夹具体。3）对定机构，它保证工件正确地分度位置，并完成插销、拔销动作。如如上图1-96回转分度钻模的对定爪、分度盘、弹簧销及手柄等。4）锁紧机构，它将移动或转动部分与固定部分紧固在一起，起减小加工时的振动和保护对定机构的作用。如回转钻模中的锁紧螺钉、滑柱及锁紧块。2：分度对定机构分度的对定机构的结构型式很多，如图1-97所示，常见的有以下几种：钢球对定机构，结构简单，操作方便，但分度精度不高对定也不可靠，常用于精度不高的场合或作预定位。齿轮齿条圆锥销对定机构，对定时可消除配合间隙，提高分度对定精度，但应有防尘措施。杠杆单斜面对定机构，它用直边对定，直边插入时，可推除污物，斜面处污物不影响对定精度，因而对防尘要求不高。而分度精度较高，使用较多。手拉式菱形销对定机构，结构简单，制造容易，操作方便。也不需严格防尘措施，在中等分度精度场合使用。图1-973：锁紧机构对定机构对定后，尚需锁紧，常用的几种锁紧机构如图1-98所示：偏心轮锁紧机构斜楔式锁紧机构切向锁紧机构图1-984：分度误差分度装置分度时，最大分度值与最小分度值之差，称为分度误差。下面以圆柱销对定机构为例，分析计算分度误差。1）直线分度误差从下图可知，影响分度误差的主要因素有：

X1---对定销与分度套的最大间隙；

X2---对定销与固定套的最大间隙；

e–分度套内外圆的同轴度；2δ–分度盘相邻孔距的公差值。如图1-99所示，固定套中心C，在对定过程中位置不变，当圆柱对定销1与固定套2右边接触，与A孔分度套3左边接触时，分度盘A孔中心向右偏移到A'；其最大偏移量为（X1+X2+e）/2。同理，当圆柱对定销1与固定套2左边接触，与A孔分度套3右边接触时，分度盘A孔中心向左偏移到A"；其最大偏移量为：（X1+X2+e）/2。因此A孔对定时，最大偏移量为A'A"=X1+X2+e。同理，其相邻B孔对定时，最大偏移量为：B'B"=X1+X2+e。分度盘两孔间还存在孔距公差2δ。由图可知：A、B两孔的最小分度距离为：Smin=S-(δ+X1+X2+e)，其最大分度距离为：Smax=S+(δ+X1+X2+e)，因此，直线分度误差为：图1-99由于影响分度误差的各项因素都是独立随机变量，故可按概率法叠加：2）回转分度误差如图1-100所示：下列符号的含义Δα—回转分度误差；αmax—相邻两孔最大分度角；αmin—相邻两孔最小分度角；ΔF—菱形销在分度套中的对定误差；2δα—分度盘相邻两孔的角度公差；2δ—2δα在分度套中心处所对应的弧长，X3—分度盘回转轴与轴承之间的最大间隙；R—回转中心到分度套中心的距离。在回转分度中，对定销在分度盘相邻两个分度套中对定的情况与直线分度相似，其分度误差受的影响，此处还受分度盘回转轴与轴孔之间最大间隙X3的影响。回转分度误差Δα可根据右图的几何关系求出：图1-1005：端齿盘分度装置如图1-101所示为简易的端齿盘分度装置，上齿盘与下齿盘啮合时，相当于端齿盘上全部齿都参加对定，虽然各齿距间也存在一定的制造误差，但在啮合时，互相受到牵制，正、负误差相互抵消，使误差均化，从而实现高精度分度。分度时，转动偏心轴4，可通过心轴3将上齿盘1抬起，使上、下齿盘脱开，即可转动上齿盘实现分度。图1-101第八节夹紧动力装置设计工件装夹中所使用的高效率夹具，大多数采用机动夹紧方式，如气动、液动、电动等。其中以气动和液动夹紧动力装置应用最为普遍。一：气动夹紧气动夹紧是使用最广泛的一种机动夹紧方式，其动力来源是压缩空气，压缩空气则由压缩空气站提供，经管路损失后，通到夹紧装置中的压缩空气,为方便用一般为4—6个大气压。1：气压管路系统如图1-102所示，气源部分：1--空气压缩机2---冷却器3---储气罐4---过滤器。图1-102控制部分：5---分水滤气器6---减压阀7---压力表8---油雾器9---单向阀10---配气阀。执行部分：11---压板12---气缸13---调速器14---薄膜式气缸。2：气缸结构及夹紧作用力1）气缸结构类型（1）活塞式：按其工作过程中的运动情况可分为：固定式、摆动式、差动式和回转式；按进气情况可分为：单作用式、双作用式。在夹具中最常用的是固定式气缸。如图1-103所示为活塞式双作用气缸。特点：其工作行程可根据需要自行设计，且作用力不随行程长短而变化，但气缸结构庞大，制造成本高，且滑动副间易漏气。（2）薄膜式气缸如图1-104所示，与活塞式相比，优点是结构简单，容易制造，不需密封装置，成本较低。缺点是受薄膜变形量限制，工作行程短，一般不超过30---40mm；推力也小，并随着夹紧行程的增大而减小。图1-103图1-1042）推力计算单作用气缸：式中：FQ---活塞推力；A---活塞作用面积；d—活塞直径；po—压缩空气的工作压力；η—传动效率；由运动部件的磨擦损失和漏气损失决定。一般取η=0.85；P—活塞压缩弹簧时的阻力。双作用气缸：二：液动夹紧液动夹紧所采用的油缸结构和工作原理基本与气缸相同，只不过所使用的工作介质为液压油。由于油压比气压高的多（一般为6MPa以上）及液体的不可压缩性，因此产生同样大小的作用力，油缸尺寸要比气缸尺寸小得多。液压夹紧的刚度比气压夹紧的刚度大得多；工作平稳，噪音低。但需要专门的液压泵站，成本高，因此，多用于本身具有液压装置的机床上。第九节专用夹具设计方法一：设计步骤（一）收集研究有关资料1：生产纲领生产批量的大小对夹具结构的复杂程度及经济性有着很大的影响。大批大量生产多采用气动、液动或其它机动夹具，其自动化程度高，同时夹紧的工件数量多，因而，结构比较复杂。中、小批量生产，则宜采用结构简单，成本低廉的手动夹具，以及万能通用夹具或组合夹具。2：零件图及工序图零件图给出了零件具体结构、尺寸、位置精度等方面的总要求；工序图则给出了本工序的加工表面、工序尺寸、工序基准、定位基准、工序加工精度等，是设计夹具主要结构方案的依据。3：零件工艺规程零件工艺规程给出了该工序所用的机床、刀具、加工余量、切削用量、工序安排、工时定额及同时加工的工件数量等。这些都是确定夹具结构尺寸、形式、夹紧装置及与机床连接部分的结构尺寸的主要依据。4：夹具典型结构及有关标准收集夹具典型结构图册和有关夹具零部件标准等资料，并了解本厂制造使用夹具的情况以及国内外同类夹具的资料，以便设计时参考，在吸收先进经验的同时，应尽量采用国家标准。（二）确定夹具的结构方案1：根据工序加工要求、工件的定位原理，确定工件的定位方式、选择定位元件，拟定定位装置；2：根据对夹紧的基本要求，确定工件的夹紧方式，选择或拟定合适的夹紧装置；3：确定刀具的对准及导引方式，选取刀具的对准及导引元件；4：确定其它元件及装置的结构形式，如定向元件、分度转位装置等；5：协调各元件、装置的布局，确定夹具体的结构尺寸和夹具的总体结构。6：绘制夹具的结构草图，并标注尺寸、公差及技术要求。（三）进行必要的分析计算工件的加工精度高时，应进行工件在夹具中的加工精度分析，夹紧力计算；有多个方案时，可进行经济分析，在满足加工精度的前提下，选用经济性好的方案。（四）审查方案与改进设计夹具草图绘出后，应征求有关人员意见并送有关部门审查，然后根据他们的意见对夹具方案作进一步的改进。（五）绘制夹具总图1：绘制夹具总图时，图样应符合国家有关标准。一般绘图比例为1：1，也可按1：2、1：5的比例绘制。2：被加工工件可看成透明体，加工部位用网状线绘出，必要时，可绘出工件的三视图。3：先绘出定位元件，然后，依次绘出夹紧，对刀、导向、分度转位、定向等元件或装置，最后绘出夹具体及与机床的连接部分。（六）标注有关尺寸、配合及技术条件1：应标注的尺寸、配合1）最大轮廓尺寸一般是指夹具的最大外形轮廓尺寸。2）影响定位精度的尺寸主要是指工件与定位元件及定位元件之间的尺寸、公差。如图1-105所示，标注的定位基面与限位基面的配合尺寸，定位元件之间的距离尺寸L±δL3）影响对刀精度的尺寸指刀具与对刀、导向元件之间的尺寸、公差。如刀具外径与导向套内孔的配合尺寸、公差；塞尺的尺寸公差等。图1-1054）影响夹具在机床上安装精度的尺寸、公差主要指夹具安装基面与机床相应配合表面间的尺寸、公差，如夹具上锥柄与机床主轴锥孔的配合尺寸、公差。5）影响夹具精度的尺寸、公差主要指夹具定位元件、对刀元件、安装基面三者之间的位置尺寸、公差。6）其它重要的尺寸、公差一般机械设计中应标注的配合尺寸、公差。公差值的确定：夹具上定位元件、定位元件之间、对刀、导向、安装基面之间的尺寸公差，直接对工件上相应的加工尺寸发生影响，因此可根据工件的加工尺寸公差确定，一般可取工件的加工尺寸公差的一般的配合尺寸、公差，应根据其功用和装配要求，按一般公差与配合原则确定。2：应标注的技术条件1）定位元件之间或定位元件与夹具体底面间位置要求，以保证工件加工面与定位基面间的位置精度。2）定位元件与连接元件（或找正基面）间的位置精度要求。3）对刀与连接元件（或找正基面）间的位置精度要求。4）定位元件与导向元件间的位置精度要求。以上要求，其数值应取工件相应技术要求所规定数值的另外，还应提出使用多个支承钉（板）定位时，安装后统一磨削以达到等高；滑动副、操作系统应灵活等。二：夹具设计举例钢套工件如图1-106所示，其它表面均已加工，现本工序在钢套上钻Φ5mm孔，工序加工要求：Φ5mm孔轴线到端面B的距离为：20±0.1mm，Φ5mm孔对Φ20H7孔的对称度为0.1mm。工件材料Q235A钢，产量N=500件。试设计钻Φ5mm孔钻模。图1-106确定定位方案根据工序加工要求，保证尺寸20±0.1须限制保证对称度要求须限制：平衡钻削力须限制总共需限制五个自由度。相应的定位方案有：

方案I

长圆柱销、端面小台肩。限制符合工序限制自由度要求，但不利于夹紧。

方案II

短圆柱销、端面大台肩。限制符合工序限制自由度要求，但降低了工件加工时的刚度。

方案III