机械制造技术 第2版 课件 17 机床夹具设计基本知识

机床夹具设计基本知识目录课程导入与复习教学目标机床夹具概述工件的定位工件的夹紧夹具体专用夹具设计方法课程思政总结与作业布置课程导入与复习复习互动箱体零件加工中为何需采用专用夹具？机械加工中保证工件位置精度的关键是什么？教师总结机床夹具是保证加工精度、提高效率的核心工艺装备，本节课将系统学习其设计的基本知识与核心原理。教学目标知识目标掌握机床夹具的组成、分类及核心功能，建立完整的夹具知识体系。能力目标能正确分析定位原理、合理使用夹紧结构；具备进行简单夹具设计的初步能力。素质目标践行工匠精神，在设计与操作中重视精准性与实用性，培养严谨的工程素养。机床夹具概述-功用保证加工精度确保工件在机床上的正确位置，保证加工尺寸和形位精度。提高生产效率快速装夹工件，减少辅助时间，显著提升加工节拍。扩大机床工艺范围实现一机多用，让普通机床也能高效加工复杂零件。减轻工人劳动强度操作简便、安全，降低体力消耗，提升作业舒适度。机床夹具实物示意图机床夹具概述-组成定位装置确定工件在夹具中的正确位置，是夹具的核心功能之一。夹紧装置将工件夹紧，保证加工过程中位置不变，确保加工精度。夹具体夹具的基础件，用于连接各元件，确保夹具的整体刚性。对刀、导向装置确定刀具与工件的相对位置，引导刀具进行加工。联接元件确定夹具在机床上的正确位置，实现夹具与机床的连接。机床夹具概述-分类（按通用化程度）通用夹具如三爪卡盘、台虎钳，通用性强，适用于单件小批生产。专用夹具专为某一工件特定工序设计，效率高，适用于大批大量生产。组合夹具由标准元件组装而成，灵活多变，适用于试制和单件小批。可调夹具可调整或更换元件，适应多种工件，介于通用和专用之间。随行夹具用于自动线，随工件一起流动，实现流水线的自动加工。核心总结：夹具分类依据通用化程度，不同类型服务于不同的生产规模与工艺需求。机床夹具概述-分类（按使用机床类型）车床夹具用于车床上加工回转表面。铣床夹具用于铣床上加工平面、沟槽等。钻床夹具用于钻床上钻孔、扩孔、铰孔。镗床夹具(镗模)用于镗床上加工孔系，保证孔的位置精度。磨床夹具用于磨床上加工高精度表面，要求定位精度高。工件的定位定位(Positioning)确定工件在夹具中占有正确位置的过程，是夹具设计的核心环节。定位基准(Datum)工件上用于确定其位置的点、线、面，是实现精准定位的依据。六点定位原理(6-PointPrinciple)通过六个合理分布的支承点，分别限制工件的六个自由度（沿X/Y/Z轴移动和绕轴转动），使工件在空间中得到唯一确定的位置。1定位原理（1）自由度移动转动（2）六点定则2定位方式工件的完全定位和不完全定位(a)

完全定位；

(b)不完全定位（1）完全定位

(a)（2）不完全定位

(b)取决于本工序的加工要求和定位的稳定性。工件的定位（3）欠定位

若加工(a)所示零件，用（(b)定位，则属于欠定位。（4）重复（过）定位工件的重复定位及改善措施工件的定位①主要支承：用来限制工件的自由度，起定位作用。固定支承：支承钉（GB/T

2226－91）和支承板（GB/T

2236－91），支承钉（GB/T2226－91）支承板（GB/T2236－91）定位元件——平面定位可调节支承（GB/T

2227－91－GB/T

2230－90），如图3-11、3-12。可调节支承

可调节支承的应用定位元件——平面定位浮动支承（自位支承）：在工件定位过程中，能自动调整位置的支承称为浮动支承，如图3-13。图3-13浮动支承提高工件的安装刚性和定位的稳定性，但夹具结构较复杂。浮动支承适用于工件以毛坯定位或刚性不足的场合。与工件的接触点数虽然是二点或三点或更多点，但只限制工件的一个自由度。

定位元件——平面定位②辅助支承

不限制工件自由度，是用来提高工件的装夹刚度和稳定性的。一般在工件定位后与工件接触，然后锁紧，如图所示。辅助支承1－活塞杆2－斜面顶销3－滑柱支承定位元件——平面定位①定位销（圆柱销）定位销②定位心轴

常用定位心轴结构定位元件——内孔定位③圆锥销限制工件三个移动自由度，如图3－17，圆锥销不能单独使用。如图圆锥销组合定位。

圆锥销圆锥销组合定位定位元件——内孔定位①V形块（GB/T

2208－91），如图为常用V形块结构。设计非标准V形块时，可参考图所示的有关尺寸进行计算。常用V形块的结构活动V形块的应用V形块结构尺寸定位元件——外圆定位②定位套结构简单、容易制造，但定心精度不高，故只适用于精定位基面。如图3-22为常用定位套。常用定位套半圆套定位装置③半圆套主要用于大型轴类零件及不便于轴向装夹的零件,如图3-23。定位元件——外圆定位定位元件：支承板、圆柱销、削边销圆柱销尺寸

d1=D1min，公差取g5/g6/f7削边销结构形状工件以一面两孔定位工件的夹紧夹紧的目的使工件保持正确定位，防止因切削力、惯性力等作用发生位移或振动。夹紧装置的组成由三部分组成：力源装置、中间传力机构、夹紧元件。夹紧装置的基本要求核心要求：夹紧可靠、夹紧变形小、操作方便且安全。

气动铣床夹具1－配气阀2－管道3－气缸4－活塞5－活塞杆6－单铰链连杆7－压板朝向主要定位基准必须保证工件与定位元件紧密接触，确保定位的准确性与稳定性。有利于减小夹紧力使夹紧力与切削力、工件重力方向尽可能一致，从而降低所需夹紧力大小。避免破坏工件定位防止工件在夹紧力作用下产生位移或变形，保证加工精度。工件的夹紧——夹紧力的确定（1）夹紧力作用方向的确定原则夹紧力朝向主要定位基准面夹紧力的作用方向对工件变形的影响夹紧力方向与夹紧力大小的关系工件的夹紧——夹紧力的确定作用在工件刚性较好的部位防止工件在夹紧力作用下产生过大的变形，影响加工精度。尽量靠近加工表面提高夹紧的可靠性，有效减少切削过程中的振动和工件位移。作用在定位元件的支承范围内避免夹紧力破坏工件的正确定位，确保加工基准的稳定性。（2）夹紧力作用点的确定原则理论计算法基于切削力、工件重量等参数，通过力学平衡方程精确计算所需夹紧力。经验估算法结合现场生产经验，在理论值基础上乘以一定的安全系数（通常>1）进行估算。实验测试法通过实际工况下的压力测试或传感器监测，直接确定最佳夹紧力数值。工件的夹紧——夹紧力的确定（3）夹紧力大小的确定夹紧力的大小直接影响夹具使用的安全性、可靠性。在实际设计工作中，夹紧力的大小可根据同类夹具的实际使用情况，用类比法进行经验估计，也可用分析计算方法近似估算。斜楔夹紧机构利用斜楔的斜面移动来夹紧工件，结构简单，增力比大，但夹紧行程小。工件的夹紧——基本夹紧机构螺旋夹紧机构利用螺旋副的转动来夹紧工件，夹紧力大，自锁性好，应用广泛。工件的夹紧——基本夹紧机构偏心夹紧机构利用偏心轮的转动来夹紧工件，夹紧迅速，但夹紧力和行程都较小。铰链夹紧机构增力比大，动作迅速，适用于气动、液动夹紧，可实现自动化操作。夹具体-设计要求足够的强度和刚度保证在夹紧力和切削力作用下不产生变形和振动，确保加工精度。良好的结构工艺性设计应便于制造、装配和维修，降低生产成本和维护难度。便于排屑合理设计排屑槽或留出足够的排屑空间，防止切屑堆积影响加工。尺寸稳定选用合适的材料（如铸铁）和热处理工艺，减少变形，保证精度。操作安全方便留出足够的操作空间，避免与刀具或工件干涉，确保操作安全。夹具体-毛坯制造方法铸造(Casting)形状复杂，刚性好，适合批量生产，能获得较好的加工性能。锻造(Forging)强度高，韧性好，材料组织致密，适合承受大载荷的夹具零件。焊接(Welding)制造周期短，成本低，结构重量轻，适合单件小批或大型夹具。型材(Profile)利用钢板、角钢等型材焊接，工艺简单，生产周期极短。专用夹具设计方法-设计要求保证加工精度满足工件的加工要求，确保定位准确、夹紧稳定。提高生产效率操作方便快捷，减少工件装夹和调整的辅助时间。工艺性好结构简单合理，便于制造、装配、调整和维修。使用安全可靠具备完善的安全防护装置，确保操作安全，夹紧可靠。经济性好成本合理，性价比高，尽量采用标准零部件。专用夹具设计方法-设计步骤（1）设计准备阶段研究原始资料深入研读零件图、工艺规程、机床说明书等核心技术文档，掌握基础设计依据。明确设计任务充分了解工件的生产批量、加工精度要求及夹具的实际使用条件，制定设计目标。专用夹具设计方法-设计步骤（2）结构方案设计阶段核心流程1.确定定位方案根据工件形状特征，合理选择定位基准和定位元件，确保定位精度。2.确定夹紧方案选择合适的夹紧方式与机构，计算并确定所需的夹紧力，保证加工稳定性。3.确定导向/对刀方案针对刀具路径，设计导向套或对刀块，确保刀具与工件的相对位置准确。4.确定夹具体结构统筹各部件布局，设计夹具体的形状和尺寸，保证夹具的刚性与排屑性。专用夹具设计方法-设计步骤（3）机床夹具装配图示例绘制夹具总图按规定比例绘制总装配图，清晰标注关键尺寸、配合公差以及必要的技术要求，确保装配关系明确。绘制零件图基于总图设计并绘制所有非标准零件的详细零件图，确保加工工艺性和精度要求符合设计规范。编写设计说明书系统说明设计思路、方案选择依据、关键参数的计算过程以及夹具的使用与维护说明，形成完整文档。课程思政精密镗模夹具实物图行业突破：打破国外技术垄断我国某企业研发的精密镗模夹具，通过优化定位元件结构和制造精度，将工件定位误差严格控制在0.002mm以内，成功满足了航空发动机零部件的超高加工要求，实现了关键技术的自主可控。思政引导：工匠精神与职业素养夹具作为“工艺装备的核心”，其精度直接决定产品质量。这一案例鼓励我们在学习中不仅要掌握技术，更要培养严谨的设计思维和追求极致的职业素养，以工匠精神投身