机械制造工艺与装备 课件 第6章 机床常用夹具

机械制造工艺与装备第六章机床常用夹具(1)OVERVIEWOFMACHINETOOLFIXTURE

6.1机床夹具概述机床夹具的主要功能机床夹具的分类

机床夹具的组成《机械制造工艺与装备》

在机械加工过程中，为了保证工件的加工精度，使之相对于机床、刀具占有确定的位置，并能迅速、可靠地夹紧工件，以接受加工或检测的工艺装备称为机床夹具，简称夹具。机床夹具概述机床夹具的主要功能在机床上加工时必须用夹具装夹牢工件在机床上确定工件相对于刀具的正确位置，这一过程称为定位1对工件施加作用力，使之在已经定好的位置上将工件可靠地夹紧，这一过程称为夹紧2从定位到夹紧的全过程，称为装夹

3机床夹具的主要功能就是完成工件的装夹工作4工件的安装方法找正安装法以工件的有关表面或专门划出的线痕作为找正依据，用划针或指示表进行找正，将工件正确定位后将工件夹紧，进行加工。用划针依据线痕找正先划线工件的安装方法专用夹具安装法利用夹具将工件定位、夹紧，以保证工件相对于刀具、机床的正确位置。轴液压铣床夹具（铣轴的键槽）工件的安装方法此处为透视看到网状支撑钉连杆铣连杆零件两面的双位置专用夹具工件的安装方法钻“套类零件”上径向孔的专用夹具套筒夹具装夹工件的特点工件在夹具中的正确定位，是通过工件上的定位基准面与夹具上的定位元件相接触而实现的夹具预先在机床上已调整好位置，工件通过夹具对于机床也就占有了正确的位置通过夹具上的对刀装置，保证了工件加工表面相对于刀具的正确位置夹具装夹工件的特点装夹基本上不受工人技术水平的影响，能比较容易和稳定地保证加工质量装夹迅速、方便，能减轻劳动强度，显著地减少辅助时间，提高劳动生产率能扩大机床的使用范围用夹具可在车床上加工机体阶梯孔机床夹具的分类按夹具的通用特性分类：通用夹具、专用夹具、可调夹具、成组夹具、组合夹具、自动线夹具通用夹具结构、尺寸已标准化、系列化，且具有一定通用性的机床附件。三爪卡盘，平口钳等。三爪卡盘平口钳机床夹具的分类专用夹具针对某一种工件的某一工序的加工要求而专门设计和制造的夹具可调夹具对不同类型和尺寸的工件，只需调整或更换原来夹具上的个别定位元件和夹紧元件便可使用的夹具成组夹具采用成组加工工艺，将工件按形状、尺寸和工艺的共性分组，再为每组工件设计组内通用的专用夹具机床夹具的分类组合夹具一种模块化的夹具，由一套预先制造好的标准元件组装成的专用夹具自动线夹具一为固定式夹具，与专用夹具相似另为随行夹具，使用中随着工件一起运动，并将工件沿着自动线从一个工位移至下一个工位进行加工机床夹具的分类按夹具使用的机床分类车床夹具铣床夹具磨床夹具镗床夹具钻床夹具齿轮机床夹具数控机床夹具机床夹具的分类按夹具的动力源分类手动夹具手动夹具应有扩力机构与自锁性能，以减轻劳动强度与确保安全生产机动夹具分为气动、液压、气液增压、电动、电磁、真空、离心力、自夹紧夹具等机床夹具的组成定位支承元件用于确定工件在夹具中的位置并支承工件，如支撑板、支撑钉、V形块等。支撑板支撑钉V形块机床夹具的组成夹紧元件将工件压紧夹牢，并保证工件在加工过程中位置不变，螺旋夹紧、偏心夹紧、联动夹紧。螺旋夹紧偏心夹紧联动夹紧机床夹具的组成对刀或导向元件用于保证工件加工表面与刀具之间的位置，如对刀块连接定向元件如定向键，用于确定夹具，对机床主轴、工作台或导轨的相对位置机床夹具的组成其他装置或元件操作件、分度装置、靠模装置(如导向套)、上下料装置、平衡块等，以及标准化了的其它联接元件夹具体夹具的基座和骨架，用来配置、安装各夹具元件及装置机床夹具的现状及发展方向当今时代对夹具的新要求能迅速而方便地装备新产品，以缩短生产准备周期，降低生产成本1能装夹一组具有相似性特征的工件2适用于精密加工的高精度机床夹具3适用于现代化制造技术的新型机床夹具4采用液压动力源的高效夹紧装置5提高机床夹具的标准化程度6现代机床夹具的发展方向精密化如精密分度、高精度自定心高效化缩短加工的基本时间和辅助时间，以提高劳动生产率，减轻工人的劳动强度柔性化通过调整、组合等方式，以适应工艺可变因素标准化按夹具零件及部件的国家标准以及各类通用夹具、组合夹具标准制造，有利于夹具的商品化生产，有利于缩短生产准备周期，降低生产总成本6.1机床夹具概述（1）机床夹具的主要功能

（2）机床夹具的分类

（3）机床夹具的组成（4）机床夹具的现状及发展方向

掌握工艺装备理论，学以致用，实现企业增效、节能、降耗，降低劳动强度。小结

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6.2工件的定位六点定位原则工件定位中的几点情况

定位基准的基本概念第六章机床常用夹具(2)OVERVIEWOFMACHINETOOLFIXTURE《机械制造工艺与装备》

工件定位的基本原理自由度的概念所谓自由度，即空间位置的不确定性一个位于空间自由状态的物体，对于空间直角坐标系来说，具有六个自由度：三个位移自由度和三个旋转自由度工件的六个自由度六点定位原则定位的实质实质就是限制自由度如果工件的六个自由度都加以限制了，工件在空间的位置就完全被确定下来了12六点定位原则通常，一个支承点限制工件的一个自由度使用合理设置的六个支承点，与工件的定位基准相接触，以限制工件的六个自由度，使工件在夹具中的位置完全被确定的方法，称为六点定位原则12六点定位原则矩形工件定位圆形工件定位六点定位原则说明定位支承点是由定位元件抽象而来的1定位支承点与工件定位基准面始终保持接触，才能起到限制自由度的作用2分析定位支承点的作用时，不考虑力的影响3定位中的几种情况完全定位不重复地限制了工件的六个自由度的定位不完全定位根据工件的加工要求，有时并不需要限制工件的全部自由度的定位方式欠定位根据工件的加工要求，应该限制的自由度没有完全被限制的定位过定位夹具上两个或两个以上的定位元件重复限制同一个自由度的现象定位中的几种情况不完全定位示例过定位及消除方法示例定位中的几种情况工件定位中的过定位问题通常，自由度限制大于3，小于、等于61过定位的不良后果2使接触点不稳定，增加了不同一性增加了夹紧变形部分工件不能顺利与定位元件配合定位中的几种情况消除或减少过定位干涉的方法改变定位元件结构，使定位元件重复限制自由度的部分不起定位作用1提高工件定位基准之间以及定位元件工作表面之间的位置精度2只有提出合理的附加条件，才允许采用过定位（示例如前）定位基准的基本概念工件定位按照加工工艺要求，将工件置于夹具中，使工件在夹紧前相对于机床和刀具就占有一个预定的位置，或者是使同一批工件逐次放置到夹具中时都能占据同一位置定位基准机械加工中用作定位的基准定位基面工件定位时，作为定位基准的点和线，往往由某些具体表面体现出来，这种表面称为定位基面定位基准的基本概念工件的定位基准定位基准按自由度分类主要定位基准面设置三个支承点，限制了工件的三个自由度的定位表面。要求：支承面积大；三个支承点要对称配置导向定位基准面设置二个支承点，限制了工件的二个自由度的定位表面。要求：应选狭长表面；支承点布置应尽可能远。定位基准按自由度分类定位基准按自由度分类双导向定位基准面限制四个自由度的圆柱定位面双支承定位基准面限制二个移动自由度的圆柱定位面定位基准按自由度分类止推定位基准面限制一个移动自由度的定位基准面。要求：应选窄小且与切削力相对的表面；支承方向平行于导向方向防转定位基准面限制一个旋转自由度的定位表面。要求：支承点布置应离回转线尽可能远

（1）六点定位原则

（2）工件定位中的几点情况

（3）定位基准的基本概念

掌握机床夹具理论，勇于实践和创新，增效、节能、降耗、降低劳动强度。6.2工件的定位小结

主讲教师：感谢您们的观看Thankyouforwatching主讲教师：机械制造工艺与装备精品在线开放课程第六章机床常用夹具(3)OVERVIEWOFMACHINETOOLFIXTURE常用定位元件所能限制的自由度《机械制造工艺与装备》

常用定位元件及选用对定位元件的基本要求限位基面应有足够的精度限位基面应有较好的耐磨性支承零件应有足够的强度和刚度定位零件应有较好的工艺性定位元件应便于清除切屑常用定位元件所能限制的自由度常用定位元件可按工件典型定位基准面分类用于平面定位的用于外圆柱面定位的用于孔定位的常用定位元件所能限制的自由度表6-1常用定位元件所能限制的自由度常用定位元件所能限制的自由度表6-1常用定位元件所能限制的自由度（续）常用定位元件所能限制的自由度表6-1常用定位元件所能限制的自由度（续）常用定位元件所能限制的自由度表6-1常用定位元件所能限制的自由度（续）常用定位元件所能限制的自由度表6-1常用定位元件所能限制的自由度（续）常用定位元件所能限制的自由度表6-1常用定位元件所能限制的自由度（续）常用定位元件所能限制的自由度表6-1常用定位元件所能限制的自由度（续）常用定位元件所能限制的自由度表6-1常用定位元件所能限制的自由度（续）常用定位元件所能限制的自由度表6-1常用定位元件所能限制的自由度（续）4常用定位元件的选用工件以平面定位面积较小的基准平面选用支承钉1面积较大、平面度精度较高的基准平面定位选用支承板2毛坯面、阶梯平面和环形平面作基准平面定位时，选用自位支承3当工件定位基准面需提高定位刚度、稳定性和可靠性时可选用辅助支承4毛坯面作基准平面时调节时可按定位面质量和面积大小分别选用可调支承5常用定位元件的选用支承钉支承板常用定位元件的选用可调支承辅助支承提高工件的刚度和稳定性常用定位元件的选用可调支承自位支承常用定位元件的选用辅助支承起预定位作用辅助支承类型常用定位元件的选用工件以外圆柱面定位当工件对称度要求较高时，选用V形块；当工件定位圆柱面精度较高时，可选用定位套或半圆形定位座。V形块半圆定位座常用定位元件的选用工件以内孔定位工件上定位内孔较小时，常选定位销圆锥定位销常用定位元件的选用在套类、盘类零件的车削、磨削和齿轮加工中，大都选用心轴圆柱心轴常用定位元件小结常用定位元件所能限制的自由度常用定位元件的选用掌握机床夹具理论，勇于实践和创新，增效、节能、降耗、降低劳动强度。常用定位元件包括：主讲教师：感谢您们的观看Thankyouforwatching主讲教师：机械制造工艺与装备精品在线开放课程第六章机床常用夹具(4)OVERVIEWOFMACHINETOOLFIXTURE定位误差分析《机械制造工艺与装备》

定位误差分析六点定位原则解决了消除工件自由度的问题，即解决了工件在夹具中位置“定与不定”的问题1由于一批工件逐个在夹具中定位时，各个工件所占据的位置不完全一致，即存在工件位置定得“准与不准”的问题2这种只与工件定位有关的误差称为定位误差，用ΔD表示3一般限定定位误差不超过工件加工公差T的1/5~1/3，即ΔD≤(1/5~1/3)T4产生定位误差的原因1.基准位移误差定位基准发生位移产生定位误差由于定位副的制造误差或定位副配合间隙所导致的定位基准在加工尺寸方向上最大位置变动量，称为基准位移误差，用ΔY表示基准位移误差的方向是任意的。减小定位配合间隙，即可减小基准位移误差ΔY值，以提高定位精度产生定位误差的原因基准位移产生的定位误差

基准位移误差为两种极限状态下尺寸a的差值，也可以理解为这两种状态下所产生的间隙的差值，则有(a)(b)(c)产生定位误差的原因2.基准不重合误差由于工序基准与定位基准不重合所导致的工序基准在加工尺寸方向上的最大位置变动量，称为基准不重合误差，用ΔB表示定位误差的计算尺寸定位误差ΔD=ΔY+ΔB计算定位误差时，可以分别求出基准位移误差和基准不重合误差，再求出它们在加工尺寸方向上的矢量和；也可以按最不利情况,确定工序基准的两个极限位置，根据几何关系求出这两个位置的距离，将其投影到加工方向上，求出定位误差定位误差的计算例6-1：用单角度铣刀铣削斜面，求加工尺寸为39±0.04mm的定位误差(1)ΔB=0、ΔY≠0时，产生定位误差的原因是基准位移误差，故只要计算出ΔY即可求得工序尺寸方向上的定位误差：V铁定位误差公式（ΔY）

ΔY=δd/(2•sin(α/2))（基准重合时）

ΔD=ΔYcos30°

=δd/(2•sin45°)•cos30°

=0.048mm工序尺寸ΔYδd/2定位误差的计算例6-2：如图，以B面定位，铣工件上台阶面C，求保证尺寸20±0.015mm的定位误差。(2)ΔB≠0、ΔY=0时，产生定位误差的原因是基准不重合误差ΔB，故只要计算出ΔB即可求得：方案a：ΔD=ΔB=0.28mm方案b：ΔD=0定位误差的计算例6-3：如图，ΔB≠0，ΔY≠0时的定位误差。ΔD=ΔB+ΔY

(3)ΔB≠0、ΔY≠0时，造成定位误差的原因是相互独立的因素时，应将两项误差相加定位误差分析小结定位误差产生的原因定位误差的计算掌握机床夹具理论，勇于实践和创新，增效、节能、降耗、降低劳动强度。主讲教师：感谢您们的观看Thankyouforwatching主讲教师：机械制造工艺与装备精品在线开放课程

6.4工件的夹紧夹紧装置的组成

夹紧装置的设计原则

确定夹紧力的基本原则第六章机床常用夹具(5)OVERVIEWOFMACHINETOOLFIXTURE《机械制造工艺与装备》

工件定位后将其固定，使其在加工过程中保持定位位置不变的装置，称为夹紧装置夹紧装置概述夹紧装置的组成动力源装置产生夹紧作用力的装置传力机构传递力的机构，作用：改变作用力的方向；改变作用力的大小；具有一定的自锁性能，以保证夹紧可靠夹紧元件直接与工件接触完成夹紧作用的元件夹紧装置的组成设计夹具应考虑的问题夹紧力大小、方向、作用点传力方式手动、液力、电力等夹紧机构增力、快速、机动等夹紧装置的组成夹紧装置的设计原则工件不移动原则夹紧过程中，应不改变定位后所占据的正确位置工件不变形原则夹紧力的大小要适当，既要保证夹紧可靠，又应使工件不会产生加工精度不允许的变形夹紧装置的设计原则工件不振动原则对刚性差的工件，或进行断续切削，提高支承零件和夹紧零件的刚性，避免工件和夹紧系统的振动安全可靠原则夹紧传力机构夹紧行程应足够，操作方便、安全，劳动强度低，生产效率高经济实用原则夹紧装置的自动化和复杂程度与生产纲领相适应，有良好的工艺性和经济性确定夹紧力的基本原则夹紧力方向的确定应指向各定位元件，尽可能垂直于主定位基准，在工件刚度最大方向上将工件夹紧1有助于定位，不破坏其准确性和可靠性2应考虑接触面积的影响，使工件变形尽可能小3应使夹紧力尽可能小，减轻劳动强度、提高生产效率4确定夹紧力的基本原则夹紧力应指向主要定位基面确定夹紧力的基本原则夹紧力方向与夹紧力大小的关系确定夹紧力的基本原则夹紧力作用点的选择夹紧力作用点是指夹紧元件与工件接触的一小块面积1应落在支承元件上或几个支承元件所形成的支承面内2应选在工件刚性较好的部位3应尽可能靠近被加工表面，以减少切削力翻转力矩的影响，减少振动4确定夹紧力的基本原则夹紧力作用点应在支承面内夹紧力作用点应在刚性较好部位确定夹紧力的基本原则夹紧力作用点应靠近加工表面确定夹紧力的基本原则夹紧力大小的确定要足够大，防止加工时松动1使工件受压变形小，刚性差的工件应均匀加压2机动夹紧时应计算夹紧力的大小，以理论夹紧力乘以安全系数K粗加工取K＝2.5~3精加工取K＝1.5~23夹紧力三要素的确定，是一个综合性问题，必须考虑工件的结构特点、加工工艺方法、定位元件的结构和布置等多种因素减小夹紧变形的措施增加辅助支承和辅助夹紧点高支座镗孔辅助夹紧减小夹紧变形的措施分散着力点分散着力点利用对称变形增加压紧件接触面积薄壁套的夹紧变形及改善减小夹紧变形的措施其他措施对于极薄特形工件，可采用冻结式夹具：将工件定位于一随行的型腔里，然后浇灌低熔点金属，待其固结后一起加工；加工完成后，再加热熔解取出工件（低熔点金属的浇灌及熔解分离，都是在生产线上进行的）采用浮动压块和垫环减少工件夹紧变形（1）夹紧装置的组成

（2）夹紧装置的设计原则

（3）确定夹紧力的基本原则

掌握机床夹具理论，勇于实践和创新，增效、节能、降耗、降低劳动强度。6.4工件的夹紧主讲教师：感谢您们的观看Thankyouforwatching主讲教师：机械制造工艺与装备精品在线开放课程第六章机床常用夹具(6)OVERVIEWOFMACHINETOOLFIXTURE常用夹紧机构及其选用《机械制造工艺与装备》

斜楔夹紧机构工作原理：利用楔块的斜面将楔块的推力转变为夹紧力，从而夹紧工件。夹紧力的大小斜楔夹紧机构夹持原则楔块夹紧工件后应能自锁，α≤(φ1+φ2)为自锁条件；一般钢铁的摩擦系数为0.1~0.15，取φ1=φ2=5~7°，故α≤10~14°；为了安全可靠，取α=5~7°。斜楔夹紧机构斜楔夹紧机构夹持特点结构简单，有增力作用。一般扩力比Q/F≈31楔块夹紧行程小，增大行程会使自锁性能变差2操作不便，夹紧和松开均需敲击3楔块材料：通常用20钢渗碳，淬硬58~62HRC4偏心轮、凸轮、螺钉为楔块的变种5螺旋夹紧机构夹持特点结构简单，增力大1夹紧可靠，能保证自锁2夹紧动作慢，适合手动夹紧3工作原理夹紧力的大小类似楔块类似楔块螺旋夹紧的构造螺钉、压块、手柄等螺旋夹紧机构螺旋夹紧机构螺旋夹紧机构偏心夹紧机构夹持特点结构简单，制造方便1夹紧迅速，操作灵活2行程小，增力小，自锁能力差3适合夹紧力小、振动小的场合4工作原理利用转动中心与几何中心偏移的圆盘或轴作为夹紧元件自锁条件D/e≥14~20偏心夹紧机构设计计算偏心距取2e>δ+Δ（δ：工件尺寸公差；Δ：装卸工件预留间隙）偏心轮直径取D=14e~20e手柄长取L=(2~2.5)D最小夹紧行程Smin=δ+Δ偏心轮材料：20钢或20Cr；表面渗碳淬火55~60HRC，磨光、发蓝偏心压板夹紧机构铰链夹紧机构属增力夹紧机构，机构简单，增力倍数大单臂、双臂单作用、双臂双作用铰链夹紧机构定心夹紧机构在工件定位时，常将工件的定心定位和夹紧结合在一起，这种机构称为定心夹紧机构定心夹紧机构的特点定位和夹紧是同一元件1元件间有精确的联系2能同时等距离地移向或退离工件3能将工件定位基准的误差对称地分布4定心夹紧机构斜面作用定心夹紧机构螺旋式、偏心式、斜面（锥面）定心夹紧机构定心夹紧机构弹簧夹头的结构定心夹紧机构杠杆作用定心夹紧机构自动定心卡盘齿轮齿条定心夹紧机构定心夹紧机构弹性定心夹紧机构液性塑料定心夹具鼓膜夹具联动夹紧机构为了提高效率，减少装夹时间，可采用联动机构有时需要同时有几个点对工件进行夹紧有时需要同时夹紧几个工件有时除夹紧动作外，还需要松开或固紧辅助支承多点夹紧浮动压头联动夹紧机构浮动夹紧机构（四点双向浮动、平行式多点夹紧、多点浮动）联动夹紧机构多件多位（联动）夹紧机构联动夹紧机构夹紧与其他动作联动夹紧与移动压板联动夹紧与锁紧辅助支承联动联动夹紧机构先定位后夹紧联动机构联动夹紧机构浮动机构联动夹紧机构设计多位夹紧机构应注意的问题夹紧元件必须为浮动、可调节的联动零件，以保证同时均匀夹紧和同时松开1夹紧力方向应与定位方式和加工方法相适应2应保证每一工件都有足够的夹紧力3夹紧元件和传力零件应有足够的刚性，保证传力均匀4联动夹紧机构多位夹紧机构的合理设计用液性塑料自动调节夹紧力常用夹紧机构及其选用小结斜楔夹紧机构螺旋夹紧机构定心夹紧机构联动夹紧机构掌握机床夹具理论，勇于实践和创新，增效、节能、降耗、降低劳动强度。主讲教师：感谢您们的观看Thankyouforwatching主讲教师：机械制造工艺与装备

精品在线开放课程第六章机床常用夹具(9)OVERVIEWOFMACHINETOOLFIXTURE专用夹具课程设计《机械制造工艺与装备》

课程设计的目的1.以《机械制造技术基础》课所学知识为基础，综合运用有关课程的知识来分析解决夹具设计问题；2.初步掌握夹具的论证及设计的方法、步骤；3.学会运用各种指导夹具设计的图册、手册、标准等。课程设计的内容草编设计说明书;对加工件进行工艺分析；定位方案设计、对刀—导引方案设计、夹紧方案设计;夹具体设计、其它装置设计（连接装置、分度装置等）；夹具工作原理(操作)简介；草绘夹具总图；夹具模型制作（纸质或木制）。专

业

班

级

姓

名

学号

设计题目钻Φ8孔专用夹具指导老师

设计条件零件简图（含材料、质量及毛坯种类）、中批量生产学号尺寸16±0.15尺寸Φ40-0.0620学号尺寸16±0.15尺寸Φ40-0.0620116±0.15Φ41-0.0620618±0.15Φ44-0.0620216±0.15Φ42-0.0620719±0.15Φ44-0.0620317±0.15Φ42-0.0620819±0.15Φ45-0.0620417±0.15Φ43-0.0620920±0.15Φ45-0.0620518±0.15Φ43-0.06201020±0.15Φ46-0.0620夹具设计任务书(1)草绘夹具方案木制夹具模型专

业

班

级

姓

名

学号

设计题目钻2-Φ8孔专用夹具指导老师

设计条件零件简图（含材料、质量及毛坯种类）、中批量生产学号尺寸20±0.2尺寸38±0.2学号尺寸20±0.2尺寸38±0.21120±0.238±0.21628±0.245±0.21222±0.240±0.21729±0.247±0.21324±0.241±0.21830±0.248±0.21425±0.243±0.21932±0.249±0.21526±0.244±0.22033±0.251±0.2夹具设计任务书(2)草绘夹具方案纸制夹具模型专

业

班

级

姓

名

学号

设计题目铣槽20专用夹具指导老师

设计条件零件简图（含材料、质量及毛坯种类）、中批量生产学号尺寸30±0.1尺寸60-0.20学号尺寸30±0.1尺寸60-0.202130±0.160-0.202635±0.165-0.302231±0.161-0.1502736±0.166-0.302332±0.162-0.202837±0.167-0.302433±0.