《数控加工工艺》-第三章

3.1机床夹具概述3.1.1机床夹具的分类(1)按专门化程度分1)通用夹具。通用夹具是指已经标准化、无须调整或稍加调整就可以用来装夹不同工件的夹具，如三爪卡盘、四爪卡盘、平口虎钳和万能分度头等。2)专用夹具。专用夹具指专为某一工件的某一加工工序而设计制造的夹具，其结构紧凑，操作方便，主要用于固定产品的大批量生产。3)组合夹具。组合夹具是指按一定的工艺要求，由一套下-页

返回3.1机床夹具概述预先制造好的通用标准元件和部件组装而成的夹具。4)可调夹具。5)随行夹具。随行夹具是自动线加工中针对某一种工件而采用的一种夹具。(2)按使用机床的类型分类可分为车床夹具、铣床夹具、镗床夹具、加工中心机床夹具等(3)按驱动夹具工作的动力源分类可分为手动夹具、气动夹具、液压夹具、电动夹具、磁力夹具和真空夹具等。上-页

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返回3.1机床夹具概述3.1.2机床夹具的组成

1)定位装置。定位装置是由定位元件及其组合构成的，用于确定工件在夹具中的正确位置，常见的定位方式是以平面、圆孔和外圆来定位。图3-1中的圆柱销11、菱形销10等都是定位元件。2)夹紧装置。夹紧装置用于保持工件在夹具中的既定位置，保证定位可靠，使其在外力作用下不致产生移动，包括夹紧元件、传动装置及动力装置等。

3)夹具。夹具用于连接夹具元件及夹紧装置，使其成为一个整体，以保证夹具的精度、强度和刚度。4)其他元件及装置，如定位键、操作件、分度装置及连接元件。上-页

返回3.2工件的定位原理3.2.1工件定位的基本原理

1．六点定位原理工件在空间有6个自由度，即沿z，y，z3个坐标轴方向的移动自由度和绕z，y，z3个坐标轴的转动自由度(图3-2)。

2．六点定位原理的应用

(1)完全定位工件的6个自由度全部被夹具中的定位元件所限制，工件在夹具中占有完全确定的唯一位置，这种定位情况称为完全定位。如图3-4(a)所示。下-页

返回3.2工件的定位原理(2)不完全定位根据工件加工表面的不同加工要求，定位支撑点的数目可以少于6个。有些自由度对加工要求有影响，有些自由度对加工要求无影响，只要分布与加工要求有关的支撑点，就可以用较少的定位元件达到定位的要求，这种定位情况称为不完全定位。(3)欠定位按照加工要求应该限制的自由度没有被限制的定位称为欠定位。欠定位是不允许的，因为欠定位保证不了加工要求。(4)过定位工件的一个或几个自由度被不同的定位元件重复限制的定位上-页

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返回3.2工件的定位原理称为过定位。图3-5(a)为过定位，图3-5(b)、(c)、(d)为过定位改善措施。3.2.2定位与夹紧的关系定位与夹紧的任务是不同的，两者不能互相取代。若认为工件被夹紧后，其位置不能动了，因此自由度都已限制了，这种理解是错误的。图3-6所示为定位与夹紧的关系图。上-页

返回3.3定位基准的分类1．设计基准设计图样上所采用的基准就是设计基准。例如，图3-7所示衬套零件。

2．工艺基准加工、测量、装配过程中使用的基准，称为工艺基准，它包括定位基准、测量基准、装配基准和工序基准等。作为定位基准的点、线、面有时在工件上并不一定实际存在，是假想的（如孔和轴的轴心线，两平面之间的对称中心面等），在定位时是通过有关具体表面体现的，这些表面称为定位表面。工件以回转表面（如孔，外圆）定位时，回转表面的轴心线是定位基准，而回转表面就是定位基面。工件以平面定位时，其定位基准与定位基面一致。返回3.4定位方法和定位元件1．工件以平面定位时的定位元件

(1)主要支撑

1)固定支撑。固定支撑有支撑钉和支撑板两种形式。图3-10所示

2)可调支撑。当工件的定位基面尺寸、形状变化较大时，常用如图3-12所示的可调支撑定位。可调支撑顶面位置可在一定范围内调整，但对一批工件一般只调一次。

3)自位支撑（又称浮动支撑）。自位支撑的特点是具有几个支撑点。图3-13(a)、(b)所示为杠杆浮动二点式自位支撑，图3-13(c)所示为三点式自位支撑。下-页

返回3.4定位方法和定位元件(2)辅助支撑辅助支撑是指由于工件形状、夹紧力、切削力和工件重力等原因，可能使工件在定位后还产生变形或定位不稳，为了提高工件的装夹刚性和稳定性而增设的支撑。

2．工件以圆孔定位的定位元件1)定位销。定位销分为短销和长销。短销只能限制两个移动自由度，而长销除限制两个移动自由度外，还可限制两个转动自由度。2)圆柱心轴。3)圆锥销。限制了工件的3个移动自由度。上-页

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返回3.4定位方法和定位元件3．工件以外圆柱面定位工件以外圆柱面定位时的定位元件有支撑板、V形块、定位套、半圆孔衬套、锥套和三爪自动定心卡盘等形式，最常见的是V形块和三爪自动定心卡盘。

4．工件以一面两孔定位如图3-15所示，一面两孔定位是机械加工过程中最常用的定位方式之一，即以工件上的一个较大平面和平面上相距较远的两个孔组合定位。上-页

返回3.5定位误差3.5.1定位误差的产生

1．基准不重合误差工件的定位基准与设计基准不重合时产生的加工误差称为基准不重合误差，用AB表示。如图3-16所示，在一批工件上铣槽，要求保证尺寸A，H。

2．基准位移误差由定位副的制造误差和间隙引起定位基准位置的最大变动量称为基准位移误差，用△y表示。图3-17(a)所示为在一批工件圆柱面上铣槽，保证尺寸A。下-页

返回3.5定位误差3.5.2定位误差的分析与计算定位误差AD是为基准不重合误差和基准位移误差两方面的矢量和，即式中的和是有方向的。如果AB，△y方向相同（或相反）且与加工尺寸线方向平行（相一致），则两项可以直接相加（或相减）；如果△B，△y方向与加工面的尺寸线方向不平行（即不一致），则需将AB，AY投影到加工尺寸线方向来计算。上-页

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返回3.5定位误差1．工件以外圆柱面在V形块上定位时的定位误差工件以外圆柱面在V形块中定位，如图3-18所示。由于工件定位面外圆直径有公差，因而对一批工件而言，当直径由最小变到最大D时，工件中心（即定位基准）将在V形块的对称中心平面内上下偏移，左右不发生偏移，即工件中心由01变到02。

图3-19(a)所示设计基准与定位基准重合的情况，其基准不重合误差AB=0，其定位误差为上-页

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返回3.5定位误差显然，a越大，AD越小。但a太大时，V形块的对中性差。当a=90°时因此，当a=90。时．若设计基准为外圆上母线，则其定位误差为当a=90。时，若设计基准为工件的轴心线，则其定位误差为上-页

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返回3.5定位误差当a=90。时，若设计基准为外圆下母线，则其定位误差为

2．工件以一面两孔组合定位时的定位误差工件以一面两孔组合定位时的基准位移误差包括两类，即沿平面内任意方向的基准位移误差和基准转角误差,见图3-20。上-页

返回3.6工件的夹紧这种保证加工精度和安全生产的装置，称为夹紧装置。3.6.1夹紧装置应满足的基本要求1)夹紧过程可靠，不改变工件定位后所占据的正确位置。2)夹紧力的大小适当，既要保证工件在加工过程中其位置稳定不变、振动小，又要使工件不会产生过大的夹紧变形。

3)操作简单、方便、省力、安全。

4)结构性好，夹紧装置的结构力求简单、紧凑，便于制造和维修。下-页

返回3.6工件的夹紧3.6.2夹紧力方向和作用点的选择(1)夹紧力应朝向主要定位基准,如图3-21(a)所示。(2)夹紧力的作用点应落在定位元件的支撑范围内，并靠近支撑元件的几何中心，如图3-22所示。(3)夹紧力的方向应有利于减小夹紧力的大小，如图3-23所示。(4)夹紧力的作用点应选在工件刚性好的方向和部位，如图3-24所示。(5)夹紧力的作用点应尽量靠近工件加工表面。3.6.3常用机床夹具介绍

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返回3.6工件的夹紧1．车床夹具车床夹具分为两种基本类型：一类是安装在车床主轴上的夹具，这类夹具和车床主轴相连接并带动工件一起随主轴旋转，除了各种卡盘、顶尖等通用夹具或其他机床附件外，往往根据加工的需要设计出各种心轴或其他专用夹具；另一类是安装在滑板或床身上的夹具，对于某些形状不规则和尺寸较大的工件常常把夹具安装在车床滑板上，刀具则安装在车床主轴作旋转运动，夹具作进给运动。车床夹具的典型结构如下。上-页

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返回3.6工件的夹紧1)三爪自定心卡盘，如图3-26所示。

2)四爪单动卡盘，如图3-27所示。

3)花盘，如图3-28所示。

4)心轴。2．铣床夹具(1)斜楔夹紧机构采用斜楔作为传力元件或夹紧元件的夹紧机构称为斜楔夹紧机构。如图3-31所示。

(2)螺旋夹紧机构采用螺旋直接夹紧或采用螺旋与其他元件组合实现夹紧的机构称为螺旋夹紧机构。上-页

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返回3.6工件的夹紧(3)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。常用的偏心件有圆偏心轮(见图3-34(a)、(b))、偏心轴(见图3-34(c))和偏心叉(见图3-34(d))。上-页

返回3.7组合夹具简介

组合夹具是由一套结构已经标准化、尺寸已经规格化的通用元件组合而成的，能根据工件的加工需要组成各种不同结构和用途的夹具。组合夹具的出现和发展，为数控机床的单件小批生产和新产品试制创造了有利的条件。目前组合夹具有槽系组合夹具和孔系组合夹具两种基本类型，槽系组合夹具元件间靠键和槽定位，而孔系组合夹具则靠孔与销定位。图3-35所示为槽系组合夹具，图3-36所示为孔系组合夹具。

1．组合夹具的工作原理与特点组合夹具是机床夹具中一种标准化、系列化、通用化程度很高的新型工艺装备。它是由一套预先制造好的标准元件组合而成的，其优点有：下-页

返回3.7组合夹具简介1)灵活多变，万能性强，为生产迅速提供夹具，缩短生产准备周期。2)元件可重复使用，节约人力、物力和财力。3)减少夹具存放面积，制造、管理方便。4)易于实现计算机辅助工艺设计。

2．组合夹具的应用1)从生产类型方面看，组合夹具的特点决定了它最适用于产品经常变换的生产，如单件小批生产（包括工具和机修零件制造）、新产品试制和临时突击性的生产任务等。2)从加工工种方面看，组合夹具可用于钻、车、铣、刨、磨、镗、检验等工种，其中以钻床夹具应用量最大。上-页

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返回3.7组合夹具简介3)从加工工件的几何形状和尺寸方面看，组合夹具一般可不受工件形状复杂程度的限制，很少遇到因工件形状特殊而不能组装夹具的情况。4)从加工工件的公差等级方面看，组合夹具元件本身为IT2公差等级，再加上各组装环节的累积误差，在一般情况下，工件加工公差等级可达IT3级。3.7.2组合夹具的系列和基本要素组合夹具按其尺寸大小分为小型、中型和大型3种系列组合夹具的基本要素包括外形尺寸、T形槽宽度、螺栓及其螺孔的直径。上-页

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返回3.7组合夹具简介3.7.3组合夹具元件的分类

(1)基础件基础件包括各种规格尺寸的方形、矩形、圆形基础板和基础角铁等，如图3-37所示。

(2)支撑件支撑件包括各种规格尺寸的垫片、垫板、方形和矩形支撑、角度支撑、角铁、菱形板、V形块、螺孔板、伸长板等，如图3-38所示。(3)定位件定位件包括各种定位销、定位盘、定位键、定位轴、定位支座、定位支撑、锁孔支撑、顶尖等，如图3-39所示。上-页

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返回3.7组合夹具简介(4)导向件导向件包括各种钻模板、钻套、铰套和导向支撑等，如图3-40所示。

(5)夹紧件夹紧件包括各种形状尺寸的压板，如图3-41所示。

(6)紧固件紧固件包括各种螺栓、螺钉、螺母和垫图3-41夹紧件圈等。

(7)其他件除了上述6类元件以外的各种用途的单一元件统称为其他件，例如连接板、回转