《机械制造技术基础》-第5章

5.1概述

5.1.1机床夹具的功能1.保证工件加工精度稳定工件通过机床夹具进行安装时，工件相对于机床、刀具之间的位置精度由夹具保证，不受工人技术水平的影响，工件加工精度稳定。2.减少辅助工时，提高生产效率使用夹具来安装工件，可以免去工件逐个划线、找正对刀等辅助工作所需的时间，工件装夹方便。如采用多件、多工位夹具，以及气动、液动夹紧装置，可以进一步减少辅助时间，提高生产率。3.扩大机床的使用范围有些机床上配备专用夹具，实质上是对机床进行了部分改造，扩大了原机下一页返回5.1概述

床的功能和使用范围。如在车床床鞍上或在摇臂钻床工作台上安装镗模夹具，就可以进行箱体零件的孔系加工，使车床、钻床具有镗床的功能。4.保证生产安全可降低对工人技术水平的要求和减轻工人的劳动强度，保证生产安全。5.1.2机床夹具的分类1.按夹具应用范围分类１）通用夹具通用夹具已经标准化，在一定范围内可加工不同工件，例如车床上的三爪卡盘，铣床上的平口钳、分度头，平面磨床上的电磁吸盘等。这些夹具通上一页下一页返回5.1概述

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。２）专用夹具因为它是用于某一特定工件的特定工序的夹具，故称为专用夹具。专用夹具广泛用于成批生产和大批量生产中。本章内容主要是针对专用夹具的设计展开的。３）通用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上一页下一页返回5.1概述

于同类产品不同品种的生产，略做更换或调整就可用来安装不同品种的工件。成组夹具适用于尺寸相似、结构相似、工艺相似工件的安装和加工，在多品种、小批量生产中有广泛的应用前景。４）组合夹具组合夹具是由一系列的标准化元件组装而成的，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性。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，形成专用夹具；用完后可将元件拆卸、清洗、涂油、入库，以备以后使用，它特别适合单件小批生产中位置精度要求较高的工件的定位和夹紧。上一页下一页返回5.1概述

５）随行夹具随行夹具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。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装上新的待加工工件，循环使用。2.按夹紧动力源分类按夹紧动力源可将夹具分为手动夹具、气动夹具、液压夹具、电动夹具、电磁夹具和真空夹具等。3.按所使用机床分类按所使用机床可将夹具分为车床夹具、铣床夹具、钻床夹具（钻模）、镗上一页下一页返回5.1概述

床夹具（镗模）、磨床夹具和齿轮机床夹具等。5.1.3机床夹具的基本组成机床夹具的种类和结构虽然繁多，但它们的组成基本可以概括为以下五个部分，如图5-1所示。1.定位元件定位元件用于使工件在夹具中占据正确的位置。在装夹工件时，通过定位元件的工作表面与工件上的定位表面相接触或配合，从而保证工件在夹具中占据正确的位置。如图5-1中的定位芯轴7和活动V形块4。2.夹紧装置夹紧装置用于压紧工件，保证工件在加工过程中受到外力作用时不离开已上一页下一页返回5.1概述

经占据的正确位置。如图5-1中的开口垫圈6和活动V形块4。3.对刀与引导元件对刀与引导元件用于确定或引导刀具，保证刀具与工件之间的正确位置。在铣床夹具中常用对刀块确定铣刀位置，在钻床夹具或镗床夹具中常用钻套或镗套引导钻头或镗刀的移动，如图5-1中的钻套5。4.夹具体夹具体用于连接固定夹具上的各种元件和装置，使之成为一个整体。它与机床进行连接，通过连接元件使夹具相对机床具有正确的位置，如图5-1中夹具体1。上一页下一页返回5.1概述

5.其他装置或元件按照工件的加工要求，有些夹具上还设有其他装置，如分度装置、连接元件等。以上所述的组成部分是机床夹具的基本组成，并不是对每种机床夹具都是缺一不可的，对于一套具体的夹具，可能略少或略多一些，但定位元件、夹紧装置和夹具体三部分一般是不可缺少的。上一页返回5.2工件的定位

5.2.1六点定位原理任何一个物体，如果对其不加任何限制，那么，它在空间中的位置是不确定的，可以向任何方向移动或转动。物体所具有的这种运动的可能性，即一个物体在三维空间中可能具有的运动，称为自由度。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若干个自由度，以实现工件的定位。如图5-2所示，工件沿三个坐标轴的移动自由度分别表示为、、，工件绕三个坐标轴的转动自由度分别表示为若下一页返回5.2工件的定位

工件下表面和三个支撑点1、2、3接触，则工件的三个自由度将被限制，若工件侧表面与两个支撑点4、5接触，则工件的两个自由度将被限制，若工件后表面与一个支撑点6接触，则工件的一个自由度将被限制，这样工件的六个自由度将被完全限制。六点定位原理即合理分布六个支撑点，限制工件的六个自由度，使工件实现完全定位。工件在夹具中定位时常见的几种情况如下：1.完全定位与不完全定位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，上一页下一页返回5.2工件的定位

即用六个合理布置的定位支撑点来限制工件的六个自由度，这种使工件位置完全确定的定位形式称为完全定位。有时需要限制的自由度少于六个，但又能满足加工技术要求，这种定位形式称为不完全定位。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自由度就可以了，这是不完全定位。在工件加工中，有时为了使定位元件帮助承受切削力、夹紧力，或者为了保证一批工件进给长度一致、减少机床的调整和操作等，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。上一页下一页返回5.2工件的定位

2.过定位与欠定位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，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，需要限制的自由度没有完全被限制，称为欠定位，只要有一个自由度被两个或两个以上的约束重复限制，就称为过定位。欠定位不能保证位置精度，是绝对不允许的；过定位也不易保证位置精度，一般是不允许的，但在加工刚性很差的工件时，为了减小工件变形，可以合理应用。如图5-3所示，芯轴限制４个自由度、、，支撑板限制3个自由度、、，其中、两个自由度被重复限制，容易导致芯轴变形而使定位误差增大。上一页下一页返回5.2工件的定位

5.2.2典型定位方式及其定位元件1.平面定位对于箱体、床身、机座、支架类零件的加工，最常用的定位方式是以平面为基准，工件的定位基准平面与定位元件表面接触实现定位，常见的支撑元件有以下几种。１）固定支撑支撑的高度尺寸是固定的，使用时不能调整高度。（１）支撑钉。如图5-4所示为用于平面定位的几种常用支撑钉，它们利用顶面对工件进上一页下一页返回5.2工件的定位

行定位。其中，图5-4（a）所示为平顶支撑钉，常用于精基准面的定位；图5-4（b）所示为圆顶支撑钉，常用于粗基准面的定位；图5-4（c）所示为网纹顶支撑钉，常用于要求较大摩擦力的侧面定位。支撑钉限制一个自由度。（２）支撑板。支撑板有较大面积，工件定位稳定，常用于大、中型零件的精基准定位。图5-5所示为常见支撑板，图5-5（a）为平板式支撑板，结构简单、紧凑，但不易清除落入沉头螺孔中的切屑，一般用于侧面定位；图5-5（b）为斜槽式支撑板，在支撑面上开了两个斜槽，使清屑容易，适于底面定位。支承板限制两个自由度。上一页下一页返回5.2工件的定位

２）可调支撑可调支撑的顶端位置可以在一定范围内调整。图5-6所示为常见可调支撑，当工件的定位基面形状复杂，各批毛坯尺寸、形状变化较大时，多采用这类支撑。可调支撑一般只对一批工件调整一次，限制一个自由度。３）自位支撑当工件的定位基面不连续，或为台阶面，或基面有角度误差，或为了使两个或多个支撑的组合只限制一个自由度、避免过定位时，常把支撑设计为浮动或联动结构，使之自位。图5-7所示为常见自位支撑。自位支撑限制一个自由度。上一页下一页返回5.2工件的定位

４）辅助支撑辅助支撑的主要作用是增加工件的刚度，减小加工时的变形。图5-8所示为常见辅助支撑。辅助支撑不起定位作用，故不限制自由度。使用辅助支撑时，一般工件先定位，然后夹紧工件，最后调整辅助支撑与工件接触。2.圆孔定位当工件上的孔为定位基准时，就采用孔定位方式，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芯轴和定位销。１）定位芯轴上一页下一页返回5.2工件的定位

定位芯轴广泛用于车床、磨床、齿轮机床等机床上。常见的芯轴有以下几种：（１）圆柱芯轴图5-9（a）所示为间隙配合圆柱芯轴，其定位精度不高，但装卸方便；图5-9（b）所示为过盈配合圆柱芯轴，采取过盈配合，制造简单，定位准确，不用另设夹紧装置，但装卸不便；图5-9（c）所示为花键芯轴，用于以花键孔定位的工件。长圆柱芯轴限制四个自由度，短圆柱芯轴限制两个自由度。上一页下一页返回5.2工件的定位

（２）圆锥芯轴图5-10所示为圆锥芯轴，其圆锥面与工件的定位孔表面都有较高的精度，通过孔和芯轴表面的接触完成工件定位。圆锥芯轴限制五个自由度。２）定位销图5-11所示为常见圆柱定位销，其中图5-11（a）、（b）、（c）所示定位销与夹具体的连接采用过盈配合；图5-11（d）所示定位销为带衬套的可换式圆柱销，定位销与衬套的配合采用间隙配合。为了便于工件顺利装入，定位销的头部应有15°倒角。短圆柱销限制工件两个自由度，长圆柱销限制工件四个自由度。有时为了避免过定位，可将圆柱销在定位方向上削扁成菱形销，如图5-12所示。上一页下一页返回5.2工件的定位

３）圆锥销在加工套筒、空心轴等类工件时，常用到圆锥销。图5-13（a）用于粗基准定位，图5-13（b）用于精基准定位。圆锥销限制三个自由度。工件在单个圆锥销上定位容易倾斜，所以圆锥销一般与其他定位元件组合定位。如图5-14所示，采用定位板与圆锥销组合限制了工件的五个自由度。3.外圆定位工件以外圆柱表面作定位基准时，根据工件具体结构，可以在V形块、定位套、半圆套及圆锥套中定位。１）V形块上一页下一页返回5.2工件的定位

工件外圆以Ｖ形块定位是最常见的定位方式之一。常见固定式Ｖ形块如图5-15所示，Ｖ形块两斜面夹角有60°、90°、120°等，其中90°V形块使用最为广泛，它们均已标准化，可以选用，特殊场合也可自行设计。V形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形块有长短之分，长V形块限制四个自由度；短Ｖ形块只能限制两个自由度。２）定位套工件以外圆柱表面为定位基准在定位套内孔中定位，一般适于精定位。图5-16（a）所示为长定位套，限制四个自由度；图5-16（b）所示为短定位套，限制两个自由度。上一页下一页返回5.2工件的定位

３）半圆套半圆套的下半圆起定位作用，上半圆起夹紧作用。图5-17（a）所示为可卸式，图5-17（b）所示为铰链式，后者装卸更加方便。长半圆套限制四个自由度，短半圆套限制两个自由度。4.组合定位在实际生产中，经常遇到的不是单一表面的定位，而是几个表面的组合定位，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、平面与其他表面组合、锥面与锥面的组合等。例如，在加工箱体类工件时，往往采用一面两销组合定位，如图5-18所示。平面限制三个自由度，圆柱销上一页下一页返回5.2工件的定位

限制两个自由度，菱形销（或削边销）限制一个自由度，实现了完全定位。5.2.3定位误差的分析与计算按照六点定位原理，可以保证工件在夹具上的正确位置，但能否满足工件对工序加工精度的要求，则取决于刀具与工件之间相对位置是否正确。而影响这个正确位置关系的因素很多，如夹具在机床上的装夹误差、工件在夹具中的定位误差和夹紧误差、机床调整误差、工艺系统变形误差、机床和刀具的制造误差及磨损误差等。为了保证工件的加工精度要求，加工误差与尺寸公差之间应满足如下关系：上一页下一页返回5.2工件的定位

式中ΔΣ———各种因素产生的误差总和；ΔＤ———工件在夹具中的定位误差，一般应小于T/2或T/3；ΔＱ———除定位误差外的其他因素产生的误差；Ｔ———工件被加工尺寸的公差。1.定位误差及其产生原因定位误差是指由于工件定位造成的工序基准在工序尺寸方向上的最大位置变动量。对于一批工件来说，刀具经调整后位置不再变动，造成定位误差的原因主要有：（１）基准不重合误差ΔＢ。由于定位基准与工序基准不重合造成的定位误上一页下一页返回5.2工件的定位

差，即工序基准相对定位基准在工序尺寸方向上的最大变动量。（２）基准位移误差ΔＹ。由于定位副存在制造误差及其配合间隙造成的定位误差，即定位基准的相对位置在工序尺寸方向上的最大变动量。2.定位误差的计算方法１）合成法由定位误差的产生原因可知，定位误差是由基准不重合误差ΔＢ和基准位移误差ΔＹ组成的，工件定位时两项误差可以同时存在，也可能只有一项存在，但不管如何，定位误差是由两项误差共同作用的结果，所以定位误差的大小就是这两项误差在工序尺寸方向上的分量的代数和，称为误差合上一页下一页返回5.2工件的定位

成法，具体计算公式为定位误差的分析计算中，可以将两项误差在工序尺寸方向上的分量分别计算，再按公式进行合成。因为定位误差有时是两项误差之和，有时是两部分误差之差，因此，需要根据具体情况进行分析，如图5-19所示。（１）若工序基准不在定位基准面上，则ΔＤ=ΔＢ＋ΔＹ；（２）若工序基准在定位基面上，则ΔＤ=｜ΔＢ±ΔＹ｜，判断“±”的方法如下：①定位基准保持不动，若定位基面（与定位元件接触的工件表面）直径由大到小（或由小到大）变化时，分析工序基准的移动方向。上一页下一页返回5.2工件的定位

②定位基面与限位基面（定位元件表面）始终保持接触，若定位基面直径同方向变化，分析定位基准的移动方向。③若两者移动方向相同，则取“＋”号；若方向相反，则取“－”号。图5-19所示为V形块定位铣键槽，不考虑Ｖ形块的制造误差，由于工件的制造误差导致工序尺寸H的工序基准在工序尺寸方向上产生了变动，工序尺寸H的定位误差计算如下：工序基准为工件上母线，定位基准为工件轴线，两者不重合，基准不重合误差等于工序基准与定位基准之间的定位尺寸的公差，即上一页下一页返回5.2工件的定位

由于工件外圆有制造误差，工件定位基准在竖直方向上产生了变动，基准位移误差为由于工序基准（工件上母线）在定位基面（工件外圆柱面）上，因此定位误差应按ΔＤ＝｜ΔＢ±ΔＹ｜计算，正负号判断如下：定位基准（工件轴线）保持位置不变，定位基面（工件外圆柱面）直径减小时，工序基准下移；定位基面与定位元件（Ｖ形块）保持接触，定位基面直径减小时，定上一页下一页返回5.2工件的定位

位基准下移；两者变化方向相同，取“＋”号，所以Ｈ定位误差为２）几何法采用几何法计算定位误差通常要画出工作的定位简图，并在图中夸张地画出工件变动的极限位置，然后运用几何知识，求出工序基准在工序尺寸方向上的最大变动量，该量即为定位误差。图5-20所示为V形块定位铣键槽，由于工件的制造误差导致工序尺寸H的工序基准在工序尺寸方向上产生的最大变动量为B1B2，故工序尺寸上一页下一页返回5.2工件的定位

H的定位误差为3.常见定位方式的定位误差分析与计算１）平面定位图5-21所示为铣台阶面的两种定位方案，要求保证尺寸（20±0.15）mm，上一页下一页返回5.2工件的定位

分析两种由工序简图知，被加工表面C的工序基准是A面，工序尺寸为（20±0.15）ｍｍ。图5-21（a）方案：工序基准为A面，定位基准为B面，两者不重合，必然存在基准不重合误差。工序基准与定位基准之间的定位尺寸为（40±0.14）mm，与被加工表面工序尺寸（20±0.15）mm方向一致，所以基准不重合误差的大小就是定位尺寸（40±0.14）mm的公差，即ΔＢ=0.28mm；若定位基准B面制造得比较平整光滑，则同批工件的定位基准位置不变，不会上一页下一页返回5.2工件的定位

产生基准位移误差，即ΔＹ=0mm，所以有而加工尺寸（20±0.15）mm的公差为T=0.3mm，所以，ΔＤ=0.28mm＞T/3=0.1mm。由此可知，定位误差太大，留给其他加工误差的允许值太小了，只有0.02mm，实际加工过程中很容易出现废品，故此方案不宜采用。图5-21（b）方案：工序基准为A面，定位基准也为A面，两者重合，不存在基准不重合误差，即ΔＢ=0mm，也不会产生基准位移误差，即ΔＹ=0mm，所以有上一页下一页返回5.2工件的定位

２）外圆定位下面主要分析工件以外圆在Ｖ形块上定位的定位误差。若不考虑Ｖ形块的制造误差，则工件定位基准在Ｖ形块的对称面上，因此工件中心线在水平方向上的位移为零；但在垂直方向上，因工件外圆有制造误差，而导致工件定位基准产生位移，如图5-22所示，因此基准位移误差为上一页下一页返回5.2工件的定位

图5-22中工件直径尺寸为，分析H1、H2、H3三种不同工序尺寸的定位误差。（１）尺寸H1定位误差。工序基准与定位基准均为工件轴线，两者重合，故ΔＢ=0，只有基准位移误差。由于工序基准不在定位基面上，定位误差应按ΔＤ=ΔＢ＋ΔＹ计算，所以H1定位误差为上一页下一页返回5.2工件的定位

（２）尺寸H2定位误差工序基准为工件下母线，定位基准为工件轴线，两者不重合，基准不重合误差等于工序基准与定位基准之间的定位尺寸的公差，即ΔＢ=Td/2=δd/2，基准位移误差同上。由于工序基准不在定位基面上，定位误差应按ΔＤ=｜ΔＢ±ΔＹ｜计算，正负号判断：定位基准（工件轴线）保持位置不变，定位基面（工件外圆）直径减小时，工序基准上移；定位基面与定位元件（V形块）保持接触，定位基面直径减小时，定位基准下移；两者变化方上一页下一页返回5.2工件的定位

向相反，取负号。因此，H3定位误差为③尺寸H3

定位误差。根据前面介绍的分析和计算，可知H3

定位误差为上一页下一页返回5.2工件的定位

３）内孔定位工件以单一圆柱孔定位时常用的定位元件是圆柱定位芯轴（定位销），此时定位误差的计算有两种情形，即工件内孔与定位芯轴（定位销）采用过盈配合和间隙配合。（１）工件内孔与定位芯轴（定位销）过盈配合的定位误差。由于采用了过盈配合，定位副间无间隙，定位基准不会产生位移，所以基准位移误差ΔＹ=0。如图5-23中工序尺寸H1、H2，工序基准为工件外圆的母线，与定位基准不重合，工序基准不在定位基面上，定位误差为上一页下一页返回5.2工件的定位

如图5-23中工序尺寸H3，工序基准与定位基准重合，定位误差为ΔＤ=ΔＢ＋ΔＹ=0。如图5-23中工序尺寸H4、H5，工序基准为工件定位孔的母线，与定位基准不重合，工序基准在定位基面上，定位误差为（２）工件内孔与定位芯轴（定位销）间隙配合的定位误差。①水平放置。如图5-24所示，工件内孔与定位芯轴（定位销）水平放置。理想状态为工件内孔轴线与定位芯轴（定位销）轴线重合，但工件的自重上一页下一页返回5.2工件的定位

作用使工件内孔与定位芯轴（定位销）始终与上母线接触，又因定位副存在制造误差，所以定位基准（内孔轴线）相对于定位芯轴（定位销）轴线总是下移，从而导致定位基准位置变动，定位基准变动量即为基准位移误差：对于尺寸A，工序基准与定位基准都是工件内孔的轴线，两者重合，故基准不重合误差为ΔB=0。所以，尺寸A的定位误差为上一页下一页返回5.2工件的定位

需要注意：基准位移误差是定位基准位置的最大变动量，而不是最大位移量。②竖直放置。如图5-25所示，工件内孔与定位芯轴（定位销）竖直放置。理想状态仍是工件内孔轴线与定位芯轴（定位销）轴线重合，但安装工件时，工件内孔与定位芯轴（定位销）可能任意母线接触，定位副存在制造误差，从而导致定位基准位置变动，定位基准变动量即为基准位移误差：４）一面两销定位如图5-26所示，两个定位销竖直放置，安装工件时，工件内孔与定位销轴上一页下一页返回5.2工件的定位

线难以重合，从而产生基准位移误差：（１）孔1定位基准（孔轴线）在ｘ、ｙ方向上的基准位移误差为（２）孔2定位基准（孔轴线）在ｘ、ｙ方向上的基准位移误差：（３）两孔中心连线对两销中心连线的最大转角误差为上一页返回5.3工件的夹紧5.3.1夹紧装置的组成与设计要求1.夹紧装置的组成夹紧装置分为手动夹紧和机动夹紧装置两类，夹紧装置一般由三部分组成，如图5-27所示。１）动力源动力源用于产生夹紧力，是机动夹紧不可缺少的装置，有气压装置、液压装置、电动装置、磁力装置、真空装置等。图5-27中的活塞杆3、活塞5和气缸4组成了夹具的动力源。手动夹紧时的动力由人力保证，不需要动力源。下一页返回5.3工件的夹紧

２）夹紧元件夹紧元件是实现工件夹紧的执行元件，它与工件直接接触而夹紧工件，如图5-27中的压板1。３）传力机构传力机构介于动力源与夹紧元件之间，可以将动力源产生的夹紧力传给夹紧元件，完成对工件的夹紧。一般传力机构在传递夹紧力的过程中，可以改变夹紧力的大小和方向，并可具有自锁性能，如图5-27中的连杆2。2.夹紧装置的设计要求正确合理的设计和选择夹紧装置，有利于保证工件的加工质量、提高生产率和减轻工件劳动强度，因此夹紧装置应满足以下要求：上一页下一页返回5.3工件的夹紧

（４）夹紧装置操作必须安全、省力、方便、迅速，以改善工人的工作条件，减轻劳动强度。（５）夹紧装置要结构简单、易于制造。5.3.2夹紧力的确定夹紧力包括方向、作用点和大小三个要素，是夹紧装置设计中首先要解决的问题。1.夹紧力方向的确定夹紧力方向的确定原则为：（１）夹紧力的方向应有利于工件的准确定位，而不能破坏定位，一般要上一页下一页返回5.3工件的夹紧

求夹紧力垂直于主要定位基准面。图5-28所示为直角支座进行镗孔，要求孔与端面A垂直，因此应选端面A作为主要定位基准，夹紧力FJ应垂直压向A面。若采用夹紧力FJ垂直压向B面，由于工件A面与B面存在垂直度误差，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。（２）夹紧力的方向应使工件变形尽可能小。如图5-29所示，薄壁件的夹紧采用三爪卡盘，易引起工件的夹紧变形，镗孔后将有三棱圆柱度误差；改进后的夹紧方式，采用端面夹紧，可避免上述圆柱度误差。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。上一页下一页返回5.3工件的夹紧

３）夹紧力的方向应尽可能与切削力、重力方向一致，以利于减小夹紧力，如图5-30（a）所示情况是合理的，图5-30（b）所示的情况则不合理。2.夹紧力作用点的确定夹紧力作用点的位置和数目将直接影响工件定位后的可靠性和夹紧后的变形，应注意以下几个方面：（１）夹紧力的作用点应落在支撑元件上或落在几个支撑点确定的区域内，以避免破坏定位或造成较大的夹紧变形。如图5-31所示两种情况均破坏了定位。上一页下一页返回5.3工件的夹紧

（２）夹紧力的作用点应作用在工件刚度好的部位。如图5-32（a）所示，夹紧力作用点落在工件中心，会造成工件薄壁底部较大的变形，所以应使夹紧力作用点落在底部凸缘上［图5-32（b）］。（３）夹紧力的作用点应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5-33所示的夹具，在切削部位附近增加了辅助支撑2。3.夹紧力大小的确定夹紧力的大小主要影响工件定位的可靠性、工件的夹紧变形以及夹紧装置的结构尺寸，因此夹紧力的大小应适中。在实际设计中，确定夹紧力大小的方法有两种，即分析计算法和经验类比法。上一页下一页返回5.3工件的夹紧

采用分析计算法，一般根据切削原理的公式求出切削力的大小F，必要时算出惯性力、离心力的大小，然后与工件重力及待求的夹紧力组成静平衡力系，列出平衡方程即可算出理论夹紧力（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F′J，再乘以安全系数K，得出实际夹紧力：上一页下一页返回5.3工件的夹紧

式中，安全系数k一般可取1.5～3。由于根据切削原理的公式求出的切削力是估算值，且切削力在切削加工过程中是不断变化的，很难计算准确，所以实际生产中一般很少通过计算确定夹紧力，而是通过类比的方法估算夹紧力大小。对于需要准确确定夹紧力大小的场合，一般可经过试验来确定。5.3.3基本夹紧机构夹具中常用的基本夹紧机构有斜楔夹紧机构、螺旋夹紧机构、偏心夹紧机构等，它们都是根据斜面夹紧原理夹紧工件的。上一页下一页返回5.3工件的夹紧

1.斜楔夹紧机构斜楔夹紧机构主要用于增大夹紧力或改变夹紧力方向。图5--34所示为一种简单的斜楔夹紧机构，向左推动斜楔块2，可使滑柱上升推动压板压紧工件3。１）斜楔夹紧力的计算斜楔在夹紧过程中的受力分析如图5-35（a）所示，工件、夹具体对斜楔的作用力分别为FJ和R；工件、夹具体对斜楔的摩擦力分别为F2和F1，相应的摩擦角分别为φ2和φ1。R与F1的合力为R1，FJ

与F2的合力为FJ1。当斜楔块在平衡状态时，根据静力平衡，可得斜楔对工件产生的夹紧力FJ

为上一页下一页返回5.3工件的夹紧

式中P———斜楔所受的源动力（N）；α———斜楔的楔角（°）；φ1———斜楔与夹具体间的摩擦角（°）；φ2———斜楔与工件间的摩擦角（°）。２）斜楔夹紧的自锁条件当工件夹紧并撤掉源动力P后，夹紧机构依靠摩擦力的作用，仍能保持对工件的夹紧状态的现象称为自锁。当撤除源动力P后，摩擦力的方向与斜楔松开的趋势方向相反，斜楔受力分析如图5-35（b）所示。要使斜楔能够保证自锁，必须满足下列条件：上一页下一页返回5.3工件的夹紧

根据二力平衡原理有FJ1=R1，由于α、φ1和φ2均较小，斜楔夹紧的自锁条件为３）斜楔夹紧的增力比增力比是指在夹紧源动力的作用下，夹紧机构所能产生的夹紧力与源动力的比值，用符号ip表示，斜楔夹紧的增力比为上一页下一页返回5.3工件的夹紧

４）斜楔夹紧机构的行程比一般把斜楔的移动行程与工件需要的夹紧行程的比值，称为行程比，用符号is表示，斜楔夹紧的行程比为５）斜楔夹紧机构的应用场合斜楔夹紧机构结构简单，工作可靠，但机械效率较低，很少直接用于手动夹紧，常用于工件尺寸公差较小的机动夹紧机构中。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，其夹紧力的计算与斜楔夹上一页下一页返回5.3工件的夹紧

紧机构的计算相似，因为螺旋可以看作一斜楔绕在圆柱体上而形成的。图5-36所示为常见螺旋夹紧机构，其主要元件（如螺杆、压块、手柄等）已经标准化，设计时可参考有关夹具设计手册。（１）螺旋夹紧力的计算螺旋夹紧受力分析如图5-37所示，当工件处于夹紧状态时，根据力矩平衡原理有上一页下一页返回5.3工件的夹紧

式中M———作用于螺杆的原始力矩（N.mm）；M1———螺母对螺杆的反力矩（N.mm）；M2———工件对螺杆的反力矩（N.mm）；P———螺杆所受的源动力（N）；FJ———螺杆对工件的夹紧力（N）；R1x———螺母对螺杆的反作用力Ｒ１的水平分力（N）；F2———工件对螺杆的摩擦力（N）；L———螺杆所受源动力的作用力臂（mm）；rz———螺旋中径的一半（mm）；上一页下一页返回5.3工件的夹紧

r1———螺杆端部与工件间的当量摩擦半径（mm），其值视螺杆端部结构形式而定，见表5-1；α———螺旋升角（°）；φ1———螺杆与工件间的摩擦角（°）；φ2———螺旋副的当量摩擦角（°）。由上式可得，螺旋夹紧机构的夹紧力FJ为上一页下一页返回5.3工件的夹紧

压紧螺钉端部的当量摩擦半径r1的值与螺杆头部（或压块）的结构有关，压紧螺钉端部的当量摩擦半径计算见表5-1。２）螺旋夹紧的自锁条件螺旋夹紧机构的自锁条件与斜楔夹紧机构的自锁条件相同，即螺旋夹紧机构的螺旋升角α很小，故自锁性能好。３）螺旋夹紧的增力比螺旋夹紧的增力比为上一页下一页返回5.3工件的夹紧

因螺旋升角小于斜楔夹角，而L大于rz和r1，可见，螺旋夹紧机构的扩力作用远大于斜楔夹紧机构。４）螺旋夹紧机构的应用场合由于螺旋夹紧机构结构简单，制造容易，夹紧行程大，增力比大，自锁性能好，在实际设计中得到了广泛应用，尤其适合于手动夹紧机构。但螺旋夹紧动作缓慢，效率较低，不宜用于机动夹紧机构中。在实际应用中，螺旋夹紧机构常与杠杆压板构成螺旋压板组合夹紧机构，如图5-38所示。上一页下一页返回5.3工件的夹紧

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的，图5-39所示为常见偏心夹紧机构。偏心夹紧原理与斜楔夹紧机构依靠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。１）偏心夹紧机构的夹紧原理图5-40（a）所示的偏心轮，展开后如图5-40（b）所示，不同位置的楔角用下式求出：上一页下一页返回5.3工件的夹紧

式中α———偏心轮的楔角（°）；e———偏心轮的偏心距（mm）；R———偏心轮的半径（mm）；γ———偏心轮作用点X与起始点O间的圆心角（°）。从式（5-29）可以看出，α随γ而变化，当γ=0°时，α=0°；当γ=90°时，α=arctan（e／R），这时接近最大值；当γ=180°时，α=0°。２）圆偏心夹紧的夹紧力计算当偏心轮在X点接触时，可以将偏心轮看作一个楔角为α的斜楔，此时偏上一页下一页返回5.3工件的夹紧

心夹紧力FJ可按下式计算：式中P———手柄所受的源动力（N）；L———手柄源动力的作用力臂（mm）；ρ———偏心轮回转中心到夹紧点X的距离（mm）；φ1———偏心轮回转轴处的摩擦角（°）；φ2———偏心轮与工件间的摩擦角（°）。上一页下一页返回5.3工件的夹紧

３）圆偏心夹紧的自锁条件根据斜楔夹紧的自锁条件，偏心轮工作点Ｘ处的楔角αＸ应满足条件αＸ≤φ１＋φ2。为了简化计算和使自锁更为可靠而略去φ1，若以最大楔角计算，γ接近90°，则可得到偏心夹紧的自锁条件为式中μ2———偏心轮作用点处的摩擦系数。上一页下一页返回5.3工件的夹紧

若μ2=0.1～0.15，当μ2=0.1时，Ｒ≥10e；当μ2=0.15时，R≥7e。因此，偏心夹紧自锁条件可写为４）圆偏心夹紧的增力比圆偏心夹紧的增力比为上一页下一页返回5.3工件的夹紧

５）偏心夹紧机构的应用场合偏心夹紧机构的优点是操作方便，夹紧迅速，结构紧凑；缺点是夹紧行程小，夹紧力小，自锁性能差。因此常用于切削力不大、夹紧行程小、振动较小的场合。5.3.4其他夹紧机构1.铰链夹紧机构图5-41所示为铰链夹紧机构。铰链夹紧机构的优点是动作迅速、增力比大、易于改变力的作用方向；缺点是自锁性能差，一般常用于气动、液动夹紧。铰链夹紧机构的设计要仔细进行铰链、杠杆的受力分析与运动分析和主要上一页下一页返回5.3工件的夹紧

参数的分析计算，这部分内容可查阅夹具设计手册。设计中根据上述分析计算结果，考虑设置必要的浮动、调整环节，以保证铰链夹紧机构正常工作。2.定心夹紧机构定心夹紧机构是一种同时实现对工件定心定位和夹紧的夹紧机构。定心夹紧机构按工作原理可分为如下两大类：（１）以等速移动原理工作的定心夹紧机构。夹紧元件按等速移动原理来均分工件定位面的尺寸误差，实现定心或对中，图5-42所示为螺旋定心夹紧机构。此类夹紧机构制造方便、夹紧力和夹紧上一页下一页返回5.3工件的夹紧

行程较大，但由于制造误差和组成元件间的间隙较大，定心精度不高，常用于粗加工和半精加工。（２）以均匀弹性变形原理工作的定心夹紧机构。它依靠夹紧元件的均匀弹性变形来实现定心并夹紧，图5-43所示为弹簧夹头定心夹紧机构。此类定心夹紧机构定心精度较高。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的情况。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，如图5-44所示。上一页返回5.4机床夹具的类型5.4.1车床夹具1.车床夹具设计要点车床夹具工作时的主要特点是机床主轴带动夹具高速回转，故在设计车床夹具时，除了保证工件达到工序的精度要求外，还需考虑：（１）夹具的结构应尽量紧凑、轻便，悬臂尺寸尽可能做短，使重心靠近主轴端。（２）夹具重心应尽可能靠近回转轴线，凡形状或重量对回转中心不对称的夹具，应有平衡措施且平衡块位置应可根据需要进行调节。（３）夹具上所有元件的布置和工件的外形不应超出夹具体的外廓，靠下一页返回5.4机床夹具的类型

近外缘的元件不应有突出的棱角，必要时应加防护罩。夹紧装置应注意夹具旋转的惯性力不应使夹紧力有减少的趋势，防止回转时夹紧元件松脱。（４）车床夹具与主轴的连接，应保证夹具回转轴线与车床主轴轴线有尽可能高的同轴度。当主轴高速转动、急刹车时，夹具与主轴间的连接应有防松装置。（５）加工过程中，工件在夹具上应能用量具测量，切屑能顺利排出及清理。2.车床夹具示例图5-45所示为车削工件外圆夹具，工件6以两孔在圆柱定位销2和削边销1上一页下一页返回5.4机床夹具的类型

5.4.2铣床夹具1.铣床夹具设计要点（１）铣削的加工余量大，又是断续切削，故切削力大且力的大小与方向随时都在变化，加工中容易引起振动。因此，铣床夹具要有足够的刚度和强度，夹具的高度和重心应尽量低。（２）借助对刀装置确定刀具相对于夹具定位元件的位置，对刀装置主要由对刀块和塞尺构成。对刀块用于确定刀具的位置，一般固定在夹具体上；塞尺用于检查刀具与对刀块之间的间隙，以避免刀具与对刀块直接接触而造成刀具或对刀块的损伤。上一页下一页返回5.4机床夹具的类型

图5-46所示为标准对刀块的结构，图5-46（a）是圆形对刀块，在加工水平面内的单一平面时对刀用；图5-46（b）是方形对刀块，在调整铣刀两相互垂直凹面位置时对刀用；图5-46（c）是直角对刀块，在调整铣刀两相互垂直凸面位置时对刀用；图5-46（d）是侧装对刀块，安装在侧面，在加工两相互垂直面或铣槽时对刀用。图5-47所示为对刀块应用示例。（３）借助定位键与铣床工作台T形槽的配合来确定夹具在工件台上的方位。一般在夹具体的底面设置两个定位键，且距离应尽量远一些，定位