兰交大机械制造技术课件04机床夹具设计

在成批生产、大量生产中，工件的装夹是通过机床夹具来实现的。机床夹具是工艺系统的重要组成部分，它在生产中应用十分广泛。第四章机床夹具设计第一节工件的装夹第二节机床夹具概述第三节工件在夹具中的定位第四节工件在夹具中的夹紧第五节典型机床夹具第六节机床夹具设计方法返回第一节工件的装夹

定位：在机床上加工工件时，为使工件在该工序所加工表面能达到规定的尺寸与形位公差要求，在开动机床进行加工之前，必须首先将工件放在机床上或夹具中，使它在夹紧之前就相对于机床占有某一正确的位置，此过程称为定位。一、工件的装夹

夹紧：工件在定位之后还不一定能承受外力的作用，为了使工件在加工过程中。总能保持其正确位置，还必须把它压紧，此过程称为夹紧。

工件的装夹过程就是定位过程和夹紧过程的综合。

定位的任务：使工件相对于机床占有某一正确的位置。

夹紧的任务：是保持工件的定位位置不变。定位过程与夹紧过程都可能使工件偏离所要求的正确位置而产生定位误差与夹紧误差。

装夹误差：定位误差与夹紧误差之和。二、工件的定位物体在空间具有六个自由度，即沿三个坐标轴的移动和绕三个坐标轴的转动，如果完全限制了物体的这六个自由度，则物体在空间的位置就完全确定了。工件的定位应使工件在空间相对于机床占有某一正确的位置，这个正确位置是根据工件的加工要求确定的。

为了达到某一工序的加工要求，有时不一定要完全限制工件的六个自由度。

例如：在如图1-6所示工件上铣一个通槽。

综上分析知，欲使工件在空间处于完全确定的位置，必须选用与加工件相适应的6个支承点来限制工件的6个自由度，这就是工件定位的六点定位原理。但工件加工不一定非要使工件的位置达到完全确定的程度，图1－6所示加工实例，按照铣槽工序的加工要求，就只需限制5个自由度就足够了。工件在机床夹具上定位究竟需要限制哪几个自由度，可根据工序的加工要求确定。

分析工件定位所限制的自由度数时，必须把定位与夹紧区别开来，在图l－6所示加工实例中，工件限制了5个自由度，y自由度可以不限制；但工件在夹紧后沿y轴确实是不能再移动了，这能不能说下自由度也被限制了呢？不能这样认为，因为工件相对于机床的定位位置是在夹紧动作之前就已确定了的，夹紧的任务只是保持原先的定位位置不变。

工件加工所需限制的所有自由度必须全部限制，否则就会产生欠定位现象。欠定位的情况是不允许的。工件定位是通过定位元件来实现的，在选择定位元件时，原则上不允许出现几个定位元件同时限制工件某一自由度的情况。心轴工作台支承凸台工件压块垫圈压紧螺帽过定位：

几个定位元件重复限制工件某一自由度的定位现象。

出现过定位情况，通常会使加工误差增大。在研究确定定位方案时，原则上不允许出现某一自由度出现重复限制的情况；只有在需要增强工件系统的刚度而各定位面间又具有较高位置精度的条件下才允许采用过定位定位方案。表1－5列出了常见的几种定位基面、定位元件所限制的自由度。返回第二节机床夹具概述一、机床夹具的作用

1．保证加工精度用机床夹具装夹工件，能准确确定工件与刀具、机床之间的相对位置关系，可以保证加工精度。2．提高生产效率

机床夹具能快速地将工件定位和夹紧，可以减少辅助时间，提高生产效率。

3．减轻劳动强度机床夹具采用机械、气动、液动夹紧装置，可以减轻工人的劳动强度。

4．扩大机床的工艺范围利用机床夹具，能扩大机床的加工范围。机床夹具1.按夹具的应用分2.按机床类型分

二、机床夹具的分类3.按夹具所用夹紧动力源分

①通用夹具②专用机床夹具③组合夹具④成组夹具⑤随行夹具1．按夹具的应用分:①通用夹具：指结构已经标准化，且有较大适用范围的夹具。

②专用机床夹具：针对某一工件的某道工序专门设计制造的夹具。

③组合夹具：用一套预先制造好的标准元件和合件组装而成的夹具。

2．按机床类型分：车床夹具、钻床夹具（示例：）、铣床夹具（示例：）、磨床夹具、镗床夹具和组合机床夹具等。

3．按夹具所用夹紧动力源：手动夹紧夹具、气动夹紧夹具、液压夹紧夹具、气液联动夹紧夹具、电磁夹具、真空夹具等。示例123123三、专用机床夹具的组成

机床夹具组成1.定位元件２.夹紧装置３.对刀元件、导向元件４.夹具联接元件５.夹具体６.其他元件及装置

1．定位元件：确定工件正确位置的元件。

2．夹紧装置：使工件在外力作用下仍能保持其正确定位位置的装置。

3．对刀元件、导向元件：夹具中用于确定（或引导）刀具相对于夹具定位元件具有正确位置关系的元件。

4．夹具联接元件：用于确定夹具在机床上具有正确位置并与之联接的元件。

5．夹具体：用于联接夹具元件和有关装置使之成为一个整体的基础件，夹具通过夹具体与机床联接。

定位元件、夹紧装置和夹具体是夹具的基本组成部分，其他部分可根据需要设置。返回第三节工件在夹具中的定位一、机床夹具定位元件

（－）工件以平面定位常用定位元件

平面定位常用定位元件支承板可调支承自位支承辅助支承

图图图平面型支承板：侧面和顶面定位带斜槽型支承板：适于作底面定位准面平头支承钉：用于支承精基准面球头支承钉：用于支承粗基准面网纹顶面支承钉：用在工件以粗基准定位且要求较大摩擦力的表面定位图图支承钉

可调支承：支承工件的粗基准面，限制一个自由度。

自位支承：是活动的或是浮动的，只起一个支承点的作用，只限制一个自由度。

辅助支承：不作定位元件，不限制自由度，只用以增加工件在加工过程中的刚性。

用定位销定位时，短圆柱销限制两个自由度；长圆柱销可以限制四个自由度；端圆锥销限制三个自由度。

（二）工件以孔定位常用定位元件

1．定位销

如下图：是几种常用固定式定位销的结构形式2．心轴几种常用的心轴结构形式如下图：

过盈配合心轴，限制工件四个自由度；间隙配合心轴，限制工件五个自由度（心轴外圆部分限制四个自由度，轴肩面限制一个自由度）；小锥锥度心轴，装夹工件时，通过工件孔和心轴接触表面的弹性变形夹紧工件，使用小锥度心轴定位可获得较高的定位精度，它可以限制五个自由度。

（三）工件以外圆定位常用定位元件

l．V形块用V形块定位，工件的定位基准始终在V形块两定位面的对称中心平面内，对中性能好。一个短V形块限制两个自由度；两个短V形块组合或一个长V形块限制四个自由度；浮动式V形块只限制一个自由度。

在工件以端面为主要定位基面的场合，短定位套孔限制工件的两个自由度；在工件以外圆柱表面为主要定位基面的场合，长定位套孔限制工件的四个自由度；工件以圆柱面端部轮廓为定位基面，椎孔限制工件的三个自由度。

2．定位套常用的定位套结构形式如下图：

当工件尺寸较大，用圆柱孔定位不方便时，可将圆柱孔改成两半，下半孔用作定位，上半孔用于压紧工件。短半圆孔定位限制工件的二个自由度；长半圆孔定位限制工件的四个自由度。

3．半圆孔下图所示是半圆孔定位装置

（四）工件以组合表面定位常用定位元件在实际生产中，为满足加工要求，有时采用几个定位面相组合的方式进行定位。常见的组合形式有：两顶尖孔、一端面一孔、一端面一外圆、一面两孔等，与之相对应的定位元件也是组合式的。几个表面同时参与定位时，各定位基准（基面）在定位中所起的作用有主次之分。例如，轴以两顶尖孔在车床前后顶尖上定位的情况，前顶尖孔为主要定位基面，前顶尖限制三个自由度，后顶尖只限制两个自由度。

二、定位误差的分析与计算（自学）返回第四节工件在夹具中的夹紧一、夹紧装置的组成和要求

1．夹紧装置的组成工件在夹具中正确定位后，由夹紧装置将工件夹紧。气缸斜楔滚子压板夹紧装置的组成如下图：

夹紧装置的组成有：

（1）动力装置：产生夹紧动力的装置。

（2）夹紧元件：直接用于夹紧工件的元件。

（3）中间传力机构：将原动力以一定的大小和方向传递给夹紧元件的机构。在有些夹具中，夹紧元件（例如图6-18中的压板4）往往就是中间传力机构的一部分，难以区分，统称为夹紧机构。

2．对夹紧装置的要求

1）夹紧过程不得破坏工件在夹具中占有的定位位置。

2）夹紧力要适当，既要保证工件在加工过程中定位的稳定性，又要防止因夹紧力过大损伤工件表面或使工件产生过大的夹紧变形。

3）操作安全、省力。

4）结构应尽量简单，便于制造，便于维修。1—定位元件2—工件二、夹紧力的确定

1．夹紧力作用点的选择（1）夹紧力的作用点应正对定位元件或位于定位元件所形成的支承面内。（2）夹紧力的作用点应位于工件刚性较好的部位。1—压板2—基座（3）夹紧力作用点应尽量靠近加工表面，使夹紧稳固可靠。

2．夹紧力作用方向的选择（1）夹紧力的作用方向应垂直于工件的主要定位基面。

（2）夹紧力的作用方向应与工件刚度最大的方向一致，以减小工件的夹紧变形。（3）夹紧力作用方向应尽量与工件的切削力、重力等的作用方向一致，这样可以减小夹紧力。

3．夹紧力的估算设计夹具，估算夹紧力是一件十分重要的工作。夹紧力过大会增大工件的夹紧变形，还会无谓地增大夹紧装置，造成浪费；夹紧力过小工件夹不紧，加工中工件的定位位置将被破坏，而且容易引发安全事故。例6-2

在确定夹紧力时，可将夹具和工件看成一个整体，将作用在工件上的切削力、夹紧力、重力和惯性力等，根据静力平衡原理列出静力平衡方程式，即可求得夹紧力。为使夹紧可靠，应再乘一安全系数k，粗加工时取k＝

2.5～3，精加工时取k＝1.5～2。加工过程中切削力的作用点、方向和大小可能都在变化，估算夹紧力时应按最不利的情况考虑。三、典型夹紧机构

1．斜楔夹紧机构斜楔是夹紧机构中最为基本的一种形式，它是利用斜面移动时所产生的力来夹紧工件的，常用于气动和液压夹具中。在手动夹紧中，斜楔往往和其他机构联合使用。斜楔夹紧机构的缺点是夹紧行程小，手动操作不方便。斜楔夹紧机构常用在气动、液压夹紧装置中，此时斜楔夹紧机构不需要自锁。图

2．螺旋夹紧机构采用螺旋装置直接夹紧或与其他元件组合实现夹紧的机构，统称螺旋夹紧机构。螺旋夹紧机构结构简单，容易制造。由于螺旋升角小，螺旋夹紧机构的自锁性能好，夹紧力和夹紧行程都较大，在手动夹具上应用较多。螺旋夹紧机构可以看作是绕在圆柱表面上的斜面，将它展开就相当于一个斜楔。图

3．偏心夹紧机构偏心夹紧机构是斜楔夹紧机构的一种变型，它是通过偏心轮直接夹紧工件或与其他元件组合夹紧工件的。常用的偏心件有圆偏心和曲线偏心，圆偏心夹紧机构具有结构简单，夹紧迅速等优点；但它的夹紧行程小，增力倍数小，自锁性能差，故一般只在被夹紧表面尺寸变动不大和切削过程振动较小的场合应用。图

4．定心夹紧机构定心夹紧机构能够在实现定心作用的同时，又起着将工件夹紧的作用。定心夹紧机构中与工件定位基面相接触的元件，既是定位元件，又是夹紧元件。

5．铰链夹紧机构铰链夹紧机构是一种增力装置，它具有增力倍数较大、摩擦损失较小的优点，广泛应用于气动夹具中。图图

6．联动夹紧机构联动夹紧机构是一种高效夹紧机构，它可通过一个操作手柄或一个动力装置，对一个工件的多个夹紧点实施夹紧，或同时夹紧若干个工件。图

四、夹紧的动力装置在大批大量生产中，为提高生产率、降低工人劳动强度，大多数夹具都采用机动夹紧装置。驱动方式有气动、液动、气液联合驱动，电（磁）驱动，真空吸附等多种形式。

1．气动夹紧装置气动夹紧装置以压缩空气作为动力源推动夹紧机构夹紧工件。常用的气缸结构有活塞式和薄膜式两种。活塞式气缸按照气缸装夹方式分类有固定式、摆动式和回转式三种，按工作方式分类有单向作用和双向作用两种，应用最广泛的是双作用固定式气缸。图

2．液压夹紧装置液压夹紧装置的结构和工作原理基本与气动夹紧装置相同，所不同的是它所用的工作介质是压力油。与气压夹紧装置相比，液压夹紧具有以下优点：①传动力大，夹具结构相对比较小；②油液不可压缩，夹紧可靠，工作平稳Z③噪声小。它的不足之处是须设置专门的液压系统，应用范围受限制。返回第五节典型机床夹具

（参照教材自学）返回第六节机床夹具设计方法一、机床夹具设计要求

1．保证工件加工的各项技术要求要求正确确定定位方案、夹紧方案，正确确定刀具的导向方式，合理制定夹具的技术要求，必要时要进行误差分析与计算。

2．具有较高的生产效率和较低的制造成本为提高生产效率，应尽量采用多件夹紧、联动夹紧等高效夹具，但结构应尽量简单，造价要低廉。

3．尽量选用标准化零部件尽量选用标准夹具元件和标准件，这样可以缩短夹具的设计制造周期，提高夹具设计质量和降低夹具制造成本。

4．夹具操作方便安全、省力为便于操作，操作手柄一般应放在右边或前面；为便于夹紧工件，操纵夹紧件的手柄或扳手在操作范围内应有足够的活动空间；为减轻工人劳动强度，在条件允许的情况下，应尽量采用气动、液压等机械化夹紧装置。

5．夹具应具有良好的结构工艺性所设计的夹具应便于制造、检验、装配、调整和维修。

二、机床夹具设计的内容及步骤

1．明确设计要求，收集和研究有关资料在接到夹具设计任务书后，首先要仔细阅读加工件的零件图和与之有关的部件装配图，了解零件的作用、结构特点和技术要求；其次，要认真研究加工件的工艺规程，充分了解本工序的加工内容和加工要求，了解本工序使用的机床和刀具，研究分析夹具设计任务书上所选用的定位基准和工序尺寸。

2．确定夹具的结构方案

1）确定定位方案，选择定位元件，计算定位误差。

2）确定对刀或导向方式，选择对刀块或导向元件。

3）确定夹紧方案，选择夹紧机构。4）确定夹具其他组成部分的结构形式，例如分度装置、夹具和机床的连接方式等。

5）确定夹具体的形式和夹具的总体结构。在确定夹具结构方案的过程中，应提出几种不同的方案进行比较分析，选取其中最为合理的结构方案。

3．绘制夹具的装配草图和装配图夹具总图绘制比例除特殊情况外，一般均应按1：1绘制，以使所设计夹具有良好的直观性。总图上的主视图，应尽量选取与操作者正对的位置。