銑床夾具設(shè)計(jì).doc

內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)課程設(shè)計(jì)緒論在機(jī)械加工過程中，為了保證加工精度，必須固定工件，使工件相對(duì)于機(jī)床或刀具占有確定的位置，以完成工件的加工和檢驗(yàn)。夾具是完成這一過程的工藝裝備。機(jī)床夾具是在機(jī)床上用以裝夾工件和引導(dǎo)刀具并能保持與機(jī)床確定的相對(duì)位置的一種裝置。其作用是使工件相對(duì)于機(jī)床或刀具有一個(gè)正確的位置，并在加工過程中保持這個(gè)位置不變。在現(xiàn)代生產(chǎn)中，機(jī)床夾具作為機(jī)床的一部分已成為機(jī)械加工中不可缺少的工藝裝備。在工件生產(chǎn)批量較大時(shí)，我們除了考慮工件加工精度外我們還需要考慮到生產(chǎn)率和經(jīng)濟(jì)性問題，所以常常采用專門為某一零件的某一工序而設(shè)計(jì)的專用夾具進(jìn)行工件的裝夾。這時(shí)不需劃線和找正，只需將工件放到夾具中，即可確定工件與機(jī)床及刀具之間的位置，并將工件夾緊。專用夾具是針對(duì)某一工件的某一工序的加工要求而專門設(shè)計(jì)和制造的夾具。其特點(diǎn)是針對(duì)性極強(qiáng)，沒有通用性。在產(chǎn)品相對(duì)穩(wěn)定、批量較大的生產(chǎn)中，常用各種專用夾具，可獲得較高的生產(chǎn)率和加工精度。銑床專用夾具是機(jī)械制造廠中常用的夾具，主要用于加工平面、鍵槽、缺口、花鍵以及成型表面等。由于銑削加工的切削時(shí)間較短，單件加工時(shí)的輔助時(shí)間相對(duì)的顯得較長。因而降低輔助時(shí)間是銑床夾具要考慮的主要問題。在成批或大量生產(chǎn)類型中采用多件加工銑床夾具可相對(duì)提高勞動(dòng)生產(chǎn)率。也是本論文研究的重點(diǎn)。第一章. 機(jī)床夾具概論1.1 機(jī)床夾具的功能和作用1.1.1. 機(jī)床夾具的功能 機(jī)床夾具的主要功能是裝夾工件，使工件在夾具中定位和夾緊。夾具還要與機(jī)床連接，并在機(jī)床上相對(duì)定位，以完成切削成形的加工過程。除上述功能外，根據(jù)工藝要求，夾具還可具備對(duì)刀、導(dǎo)向、分度等功能。（1）夾具:夾具是一種裝夾工件的工藝裝備，種類很多。其廣泛應(yīng)用于機(jī)械制造的切削加工、焊接、裝配、檢測、熱處理等工藝過程中，如機(jī)床夾具、焊接夾具、檢測夾具等。（2）機(jī)床夾具:在金屬切削機(jī)床上使用的夾具統(tǒng)稱為機(jī)床夾具。（3）定位:確定工件在夾具中占有準(zhǔn)確位置的過程稱為定位。定位是通過工件的定位基準(zhǔn)面與夾具定位件的定位面接觸或相配合實(shí)現(xiàn)的。準(zhǔn)確定位可保證加工面的尺寸和表面之間的位置精度要求。（4）夾緊:為克服切削過程中工件受外力的作用而破壞定位，必須對(duì)工件施加夾緊力，這個(gè)過程稱為夾緊。夾緊為工件提供了安全、可靠的加工條件。 （5）對(duì)刀:對(duì)刀就是調(diào)整刀具相對(duì)工件或夾具的準(zhǔn)確位置。（6）導(dǎo)向:導(dǎo)向的作用是確定刀具相對(duì)于夾具的準(zhǔn)確位置，并引導(dǎo)刀具進(jìn)行切削。（7）分度:分度的作用是確定多個(gè)加工表面間位置的分度間距或角度。分度分為圓角分度和直線分度兩大類。（8）裝夾:從定位到夾緊的全過程稱為裝夾。工件的裝夾方法有找正裝夾法和夾具裝夾法兩種。1.1.2. 機(jī)床夾具的作用夾具是機(jī)械制造廠里的一種工藝裝備。在機(jī)械制造過程中，廣泛采用大量夾具，機(jī)床夾具就是夾具中的一種。它裝在機(jī)床上，使工件相對(duì)刀具與機(jī)床保持正確的相對(duì)位置，并能承受切削力的作用。如車床上使用的三爪自定心卡盤、銑床上使用的平口虎鉗、分度頭等，都是機(jī)床夾具。在機(jī)械加工中，機(jī)床夾具的主要作用有以下六個(gè)方面：（1）保證加工精度。用專用夾具安裝工件，能迅速準(zhǔn)確的定位工件，不受工人操作水平等因素的影響，不同批次零件基本達(dá)到相同的精度，保證加工精度穩(wěn)定可靠。（2）提高勞動(dòng)生產(chǎn)率。采用機(jī)床夾具工件定位和夾緊迅速可靠，既可減少畫線找正等輔助工時(shí)，又提高工件加工時(shí)的剛度，還可以選用較大的切削量，從而提高勞動(dòng)生產(chǎn)率。（3）改善工人的勞動(dòng)條件。采用夾具裝夾工件方便、省力、安全、可靠。當(dāng)采用氣動(dòng)、液動(dòng)等夾緊裝置時(shí)可減輕工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，同時(shí)保證安全生產(chǎn)。（4）降低生產(chǎn)成本。在成批生產(chǎn)中使用夾具，生產(chǎn)效率高，對(duì)工人的技術(shù)要求低，可相對(duì)降低生產(chǎn)成本。批量越大，生產(chǎn)成本降低越顯著。（5）保證工藝紀(jì)律；（6）獲得良好經(jīng)濟(jì)效率。然而，在不同的生產(chǎn)條件下，應(yīng)該有不同的側(cè)重點(diǎn)。夾具設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)該綜合考慮加工的技術(shù)要求、生產(chǎn)成本和工人操作方便等方面的要求，以便達(dá)到預(yù)期的效果。1.2 機(jī)床夾具的組成雖然機(jī)床夾具的種類繁多，但它們的工作原理基本上是相同的。將各類夾具中，作用相同的結(jié)構(gòu)或元件加以概括，可得出夾具一般所共有的以下幾個(gè)組成部分，這些組成部分既相互獨(dú)立又相互聯(lián)系。機(jī)床夾具由以下六個(gè)部分組成：定位元件；夾緊裝置；夾具體；連接元件；對(duì)刀導(dǎo)向元件；其他元件或裝置。（1）定位元件:定位元件是夾具的主要功能元件之一。通常按工件定位基準(zhǔn)面的形狀設(shè)計(jì)。如V形塊、可調(diào)V形塊、定位軸、銷、鍵。（2）夾緊裝置:其包括兩部分，分為a、夾緊機(jī)構(gòu) 如螺旋夾緊機(jī)構(gòu)、偏心夾緊機(jī)構(gòu)等。b、夾緊動(dòng)力裝置 如液壓動(dòng)力裝置、氣壓動(dòng)力裝置、電動(dòng)裝置等。使用夾緊動(dòng)力裝置可實(shí)現(xiàn)工件的自動(dòng)夾緊達(dá)到較高的勞動(dòng)生產(chǎn)率。 （3）夾具體:夾具體是夾具的基體骨架，用來配置、安裝各夾具元件使之組成一整體。常用的夾具體為鑄件結(jié)構(gòu)、鍛造結(jié)構(gòu)、焊接結(jié)構(gòu)和裝配結(jié)構(gòu)，形狀有回轉(zhuǎn)體形和底座形等形狀。（4）連接元件: 這種元件用于將夾具與機(jī)床連接并確定夾具對(duì)機(jī)床主軸、工作臺(tái)或?qū)к壍南嗷ノ恢?。通常有兩種形式:一種是連接在機(jī)床工作臺(tái)上；一種是連接在機(jī)床主軸上。（5）對(duì)刀、導(dǎo)向元件: 這些元件的作用是保證工件加工表面與刀具之間的正確位置。用于確定刀具在加工前正確位置的元件稱為對(duì)刀元件，用于確定刀具位置并引導(dǎo)刀具進(jìn)行加工的元件稱為導(dǎo)向元件。（6）其他元件或裝置: 根據(jù)加工需要，有些夾具上還設(shè)有分度裝置、靠模裝置、上下料裝置、工件頂出機(jī)構(gòu)、電動(dòng)扳手和平衡塊等，以及標(biāo)準(zhǔn)化了的其它聯(lián)接元件。上述各組成部分中，定位元件、夾緊裝置、夾具體是夾具的基本組成部分。圖1.1 機(jī)床夾具的組成及各組成部分之間的關(guān)系圖1.1所示為機(jī)床夾具的組成及各組成部分與機(jī)床、工件、刀具的相互聯(lián)系。由此為正確設(shè)計(jì)夾具提供必要的依據(jù)。因?yàn)槎ㄎ缓蛫A緊是與工件有關(guān)，所以在設(shè)計(jì)定位元件和夾緊裝置時(shí)，必須全面掌握與工件在該工序加工時(shí)的有關(guān)資料；在設(shè)計(jì)對(duì)刀、導(dǎo)向元件時(shí)，除考慮工件所要求的加工尺寸外，還必須掌握所用刀具的類型和尺寸規(guī)格；在設(shè)計(jì)連接元件時(shí)，則應(yīng)符合加工時(shí)所用機(jī)床的工作臺(tái)或機(jī)床主軸的結(jié)構(gòu)型式和尺寸規(guī)格。1.3 機(jī)床夾具的分類及設(shè)計(jì)要求1.3.1. 機(jī)床夾具的分類機(jī)床夾具的種類很多，形狀千差萬別。為了設(shè)計(jì)、制造和管理的方便，往往按某一屬性進(jìn)行分類。（1）按夾具的通用特性分類按這一分類方法，常用的夾具有通用夾具、專用夾具、可調(diào)夾具、組合夾具和自動(dòng)線夾具等五大類。它反映夾具在不同生產(chǎn)類型中的通用特性，因此是選擇夾具的主要依據(jù)。a、通用夾具 通用夾具是指結(jié)構(gòu)、尺寸已規(guī)格化，且具有一定通用性的夾具，如三爪自定心卡盤、四爪單動(dòng)卡盤、臺(tái)虎鉗、萬能分度頭、中心架、電磁吸盤等。其特點(diǎn)是適用性強(qiáng)、不需調(diào)整或稍加調(diào)整即可裝夾一定形狀范圍內(nèi)的各種工件。適用于單件小批量生產(chǎn)中。b、專用夾具 專用夾具是針對(duì)某一工件的某一工序的加工要求而專門設(shè)計(jì)和制造的夾具。其特點(diǎn)是針對(duì)性極強(qiáng)，沒有通用性。在產(chǎn)品相對(duì)穩(wěn)定、批量較大的生產(chǎn)中，常用各種專用夾具，可獲得較高的生產(chǎn)率和加工精度。c、可調(diào)夾具 可調(diào)夾具是針對(duì)通用夾具和專用夾具的缺陷而發(fā)展起來的一類新型夾具。對(duì)不同類型和尺寸的工件，只需調(diào)整或更換原來夾具上的個(gè)別定位元件和夾緊元件便可使用。可調(diào)夾具在多品種、小批量生產(chǎn)中得到廣泛應(yīng)用。 d、組合夾具 組合夾具是一種模塊化的夾具，并已商品化。標(biāo)準(zhǔn)的模塊元件具有較高精度和耐磨性，可組裝成各種夾具，夾具用畢即可拆卸，留待組裝新的夾具。由于使用組合夾具可縮短生產(chǎn)準(zhǔn)備周期，元件能重復(fù)多次使用，并具有可減少專用夾具數(shù)量等優(yōu)點(diǎn)；因此組合夾具在單件、中小批多品種生產(chǎn)和數(shù)控加工中，是一種較經(jīng)濟(jì)的夾具。（2）按夾具使用的機(jī)床分類這是專用夾具設(shè)計(jì)所用的分類方法。按使用的機(jī)床分類，可把夾具分為車床夾具、銑床夾具、鉆床夾具、鏜床夾具、磨床夾具、齒輪機(jī)床夾具、數(shù)控機(jī)床夾具。（3）按夾具動(dòng)力源來分類按夾具夾緊動(dòng)力源可將夾具分為手動(dòng)夾具和機(jī)動(dòng)夾具兩大類。為減輕勞動(dòng)強(qiáng)度和確保安全生產(chǎn)，手動(dòng)夾具應(yīng)有擴(kuò)力機(jī)構(gòu)與自鎖性能。常用的機(jī)動(dòng)夾具有氣動(dòng)夾具、液壓夾具、氣液夾具、電動(dòng)夾具、電磁夾具、真空夾具和離心力夾具等。1.3.2. 機(jī)床夾具的設(shè)計(jì)要求機(jī)床夾具設(shè)計(jì)與其他裝備的設(shè)計(jì)有較大的差別，設(shè)計(jì)機(jī)床夾具時(shí)，應(yīng)滿足下列五項(xiàng)基本要求。（1）在機(jī)械加工工藝系統(tǒng)中，夾具要具有以下要求:工件在夾具中的準(zhǔn)確定位；夾具在機(jī)床上的準(zhǔn)確位置；刀具的準(zhǔn)確位置。按加工要求，對(duì)夾具及其它元件的幾何參數(shù)提出一定的精度要求，夾具的設(shè)計(jì)精度應(yīng)滿足加工精度要求，具有一定的夾具制造精度。（2）保證工人操作方便、省力、安全。（3）達(dá)到一定的勞動(dòng)生產(chǎn)率要求。（4）滿足一定的使用壽命要求。（5）滿足設(shè)計(jì)的經(jīng)濟(jì)性要求。1.4 機(jī)床夾具保證加工精度的原理1.4.1. 機(jī)床夾具保證加工精度的工作原理機(jī)床夾具保證加工精度的工作原理有以下三個(gè)方面。（1）工件在夾具的準(zhǔn)確定位 工件的定位使工件在夾具中占有準(zhǔn)確的加工位置。（2）夾具在機(jī)床上的準(zhǔn)確位置 夾具在機(jī)床上的相對(duì)定位，是使夾具體的連接表面與機(jī)床連接，以確定夾具在機(jī)床主軸或工作臺(tái)上的準(zhǔn)確位置，實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)床切削成形運(yùn)動(dòng)的定位。影響夾具對(duì)切削成形運(yùn)動(dòng)的定位精度的環(huán)節(jié)較多，其中，有定位元件工作面對(duì)夾具體的連接表面間的位置誤差，連接元件的連接誤差等。夾具在機(jī)床上的準(zhǔn)確位置，其本質(zhì)是指定位元件的工作面對(duì)機(jī)床切削成形運(yùn)動(dòng)的定位，從而達(dá)到了工件被加工表面對(duì)定位基準(zhǔn)的位置和尺寸精度的要求。（3）刀具的準(zhǔn)確位置 使刀具相對(duì)有關(guān)的定位元件工作面之間保持準(zhǔn)確的位置關(guān)系，這就保證了刀具在工件上加工出的表面對(duì)工件定位基準(zhǔn)的位置尺寸，達(dá)到了加工精度要求。在夾具設(shè)計(jì)時(shí)，滿足加工精度要求，是檢驗(yàn)夾具性能的第一標(biāo)準(zhǔn)。1.4.2. 使用夾具對(duì)工件進(jìn)行加工時(shí)加工誤差的組成（1）加工誤差的組成使用夾具對(duì)工件進(jìn)行加工時(shí)，在機(jī)械加工工藝系統(tǒng)中，有下列誤差影響加工精度:a、定位誤差。b、夾緊誤差。c、夾具體基面（連接表面）誤差。d、定位元件工作面對(duì)夾具體基面的位置誤差。e、夾具與機(jī)床的連接誤差。f、夾具磨損及剛度。g、機(jī)床有關(guān)幾何精度。h、機(jī)床剛度。i、機(jī)床熱變形。j、對(duì)刀導(dǎo)向面的位置誤差。k、對(duì)刀導(dǎo)向的調(diào)整誤差。l、刀具磨損及刀具剛度。m、工件剛度及熱變形n、測量誤差。滿足加工精度要求，有賴于對(duì)加工誤差的分析，并達(dá)到一定的夾具制造精度。上述影響加工精度的因素中，與夾具直接有關(guān)的因素公式（1.1）表示 公式（1.1）式中 定位誤差； 夾具位置誤差； 對(duì)刀導(dǎo)向誤差；夾緊誤差；夾具磨損及夾具剛度。（2）加工誤差不等式工件在夾具中被加工時(shí)，盡管影響加工精度的因素很多，但是為了得到合格的產(chǎn)品，就必須使各項(xiàng)加工誤差的總和等于或小于規(guī)定的工件的工序尺寸公差，用加工誤差不等式表示公式（1.2） 公式（1.2）式中 定位誤差（見前述影響因素a）； 夾具位置誤差（見前述影響因素c d e）； 對(duì)刀導(dǎo)向誤差（見前述影響因素j k）； 加工過程誤差（見前述影響因素b f g h i l m n） 工件的工序尺寸公差。式（1.2）用于夾具的精度設(shè)計(jì)。夾具的誤差主要計(jì)入、三項(xiàng)，隨著加工精度要求的提高，必須將其數(shù)值控制在很小的范圍內(nèi)，以提高定位精度、夾具位置精度和對(duì)刀導(dǎo)向精度。綜上所述，夾具能保證工件加工精度的原因是，由于工件在夾具中的位置和夾具相對(duì)刀具、機(jī)床的位置被確定，因此，工件在加工中的準(zhǔn)確位置得到保證，從而使夾具能滿足工件的加工精度要求。1.5 機(jī)床夾具的現(xiàn)狀及發(fā)展方向夾具最早出現(xiàn)在18世紀(jì)后期。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，夾具已從一種輔助工具發(fā)展成為門類齊全的工藝裝備。（1）機(jī)床夾具的現(xiàn)狀國際生產(chǎn)研究協(xié)會(huì)的統(tǒng)計(jì)表明，目前中、小批量多品種生產(chǎn)的工件品種已占工件種類總數(shù)的85%左右?，F(xiàn)代生產(chǎn)要求企業(yè)所制造的產(chǎn)品品種經(jīng)常更新?lián)Q代，以適應(yīng)市場的需求與競爭。然而，一般企業(yè)仍習(xí)慣于大量采用傳統(tǒng)的專用夾具，一般在具有中等生產(chǎn)的工廠里，約擁有數(shù)千甚至近萬套專用夾具；另一方面，在多品種生產(chǎn)的企業(yè)中，每隔34年就要更新50%80%的專用夾具，而夾具的實(shí)際磨損量僅為10%20%。特別是近年來，數(shù)控機(jī)床、加工中心、成組技術(shù)、柔性制造系統(tǒng)等新加工技術(shù)的應(yīng)用，對(duì)機(jī)床夾具提出了如下新的要求：a、能迅速而方便地裝配新產(chǎn)品的投產(chǎn)，以縮短生產(chǎn)準(zhǔn)備周期，降低生產(chǎn)成本；b、能裝夾一組具有相似性特征的工件；c、能適用于精密加工的高精度機(jī)床夾具；d、能適用于各種現(xiàn)代化制造技術(shù)的新型機(jī)床夾具；e、采用以液壓站等為動(dòng)力源的高效夾緊裝置，以進(jìn)一步減輕勞動(dòng)強(qiáng)度和提高勞動(dòng)生產(chǎn)率；f、提高機(jī)床夾具的標(biāo)準(zhǔn)化程度。(2)現(xiàn)代機(jī)床夾具的發(fā)展方向隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步和市場需求的日益增長，要求產(chǎn)品更新?lián)Q代的周期越來越短，因而縮短生產(chǎn)準(zhǔn)備周期、提高產(chǎn)品質(zhì)量和降低生產(chǎn)準(zhǔn)備的成本等問題已顯得十分突出。在現(xiàn)代制造業(yè)中，機(jī)床夾具如何適應(yīng)上述發(fā)展的要求，是廣大工藝設(shè)計(jì)人員值得注意的問題。根據(jù)今后各種生產(chǎn)組織形式的發(fā)展特點(diǎn)，機(jī)床夾具的發(fā)展方向可以歸納為以下幾個(gè)方面。a、功能柔性化由于多品種、小批量生產(chǎn)方式將成為今后的主要生產(chǎn)形式，機(jī)床夾具應(yīng)能在一定范圍內(nèi)適用于不同的生產(chǎn)類型和不同的機(jī)床加工。b、傳動(dòng)高效化、自動(dòng)化為了減少夾緊的輔助時(shí)間和減輕工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高生產(chǎn)率，在現(xiàn)代機(jī)床夾具上普遍采用機(jī)械化和自動(dòng)化的高效傳動(dòng)部件。c、制造的精密化隨著產(chǎn)品質(zhì)量要求的不斷提高，對(duì)夾具精度也提出了更高的要求，如定心夾具的定心精度目前可以達(dá)到微米級(jí)甚至亞微米級(jí)。d、旋轉(zhuǎn)夾具的高速化車削加工中為了獲得高表面質(zhì)量，對(duì)于有色金屬材料切削速度要求高達(dá)1000m/min以上，對(duì)于黑色金屬也要求超過600m/min，為了適應(yīng)高速切削的需要，夾具必須采用特殊結(jié)構(gòu)，自動(dòng)進(jìn)行夾緊力的檢測和補(bǔ)償，使動(dòng)態(tài)夾緊力始終保持在所需的范圍內(nèi)。e、結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化夾具標(biāo)準(zhǔn)化是生產(chǎn)專業(yè)化和柔性化的基礎(chǔ)。模塊化是在夾具的標(biāo)準(zhǔn)化和組合化的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的新型夾具。f、設(shè)計(jì)自動(dòng)化隨著計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（CAD）的廣泛應(yīng)用，機(jī)床夾具的CAD技術(shù)也逐漸應(yīng)用于生產(chǎn)。第二章. 工件的定位2.1 工件的定位方案2.1.1. 概述使用夾具加工工件有多種加工要求，其主要是滿足工件被加工表面的工序尺寸和位置精度要求。為此，必須保證工件在加工過程中相對(duì)機(jī)床切削成形運(yùn)動(dòng)有準(zhǔn)確的位置。從夾具保證加工精度的原理可知，工件的定位是其中極為重要的一個(gè)環(huán)節(jié)。（1）基準(zhǔn) 基準(zhǔn)是零件上用以確定其他點(diǎn)、線、面位置所依據(jù)的那些點(diǎn)、線、面。（2）設(shè)計(jì)基準(zhǔn) 在零件圖上用來確定其他點(diǎn)、線、面位置的基準(zhǔn)，稱為設(shè)計(jì)基準(zhǔn)。（3）定位基準(zhǔn) 加工時(shí)工件定位所使用的基準(zhǔn)，稱為定位基準(zhǔn)。（4）定位與夾緊的關(guān)系 定位與夾緊是裝夾工件的兩個(gè)有聯(lián)系的過程。在工件使用定位元件定位以后，工件在夾具中的位置即。為使在切削力、重力、離心力等外力作用下能保持即定的位置不變，通常使用夾緊機(jī)構(gòu)再妥善的夾緊工件，將工件固定。還有些夾具能使工件的定位與夾緊同時(shí)完成，例如三爪自定心卡盤等。2.1.2. 限制工件自由度與加工要求的關(guān)系（1）自由度的概念由剛體運(yùn)動(dòng)學(xué)可知，一個(gè)自由剛體，在空間有且僅有六個(gè)自由度。工件在空間的位置是任意的，即它既能沿Ox、Oy、Oz三個(gè)坐標(biāo)軸移動(dòng)，稱為移動(dòng)自由度分別表示為；又能繞Ox、Oy、Oz三個(gè)坐標(biāo)軸轉(zhuǎn)動(dòng)，稱為轉(zhuǎn)動(dòng)自由度，分別表示為。 圖2.1 自由度（2）六點(diǎn)定位原則如果要使一個(gè)自由剛體在空間有一個(gè)確定的位置，就必須設(shè)置相應(yīng)的六個(gè)約束，分別限制剛體的六個(gè)運(yùn)動(dòng)自由度。分析工件定位時(shí)，通常是用一個(gè)支承點(diǎn)限制工件的一個(gè)自由度。用合理設(shè)置的六個(gè)支承點(diǎn)，限制工件的六個(gè)自由度，使工件在夾具中的位置完全確定，這就是六點(diǎn)定位原則。根據(jù)工件加工面的位置精度（包括位置尺寸）要求，有時(shí)需要限制6個(gè)自由度，有時(shí)僅需要限制1個(gè)或幾個(gè)（少于6個(gè)）自由度，具體視工件加工要求而定。下面分幾種情況討論。（1）完全定位 完全定位是指不重復(fù)地限制了工件的六個(gè)自由度的定位。當(dāng)工件在x、y、z三個(gè)坐標(biāo)方向均有尺寸要求或位置精度要求時(shí)，一般采用這種定位方式。（2）不完全定位 根據(jù)工件的加工要求，有時(shí)并不需要限制工件的全部自由度，這樣的定位方式稱為不完全定位。（3）欠定位 根據(jù)工件的加工要求，應(yīng)該限制的自由度沒有完全被限制的定位稱為欠定位。欠定位無法保證加工要求，因此，在確定工件在夾具中的定位方案時(shí)，決不允許有欠定位的現(xiàn)象產(chǎn)生。（4）過定位 夾具上的兩個(gè)或兩個(gè)以上的定位元件重復(fù)限制同一個(gè)自由度的現(xiàn)象，稱為過定位。2.1.3. 確定定位方式與定位元件工件的外圓柱面定位有兩種基本形式:定心定位和支承定位。定心定位的外圓柱面是定位基面，外圓柱面的中心線是定位基準(zhǔn)。在夾具設(shè)計(jì)中，常用于外圓表面定位的定位元件有定位套、支承板和V形塊等。各種定位套對(duì)工件外圓表面實(shí)現(xiàn)定心定位，支承板對(duì)外圓表面的支承定位，V形塊則實(shí)現(xiàn)對(duì)外圓表面的定心對(duì)中定位。工件為套筒類零件，加工鍵槽和油槽，其對(duì)稱度要求較高，并且采用外圓柱面定位。即當(dāng)工件的對(duì)稱度要求較高時(shí)，可選用V形塊定位。V形塊工作面間的夾角常取60、90、120三種，其中應(yīng)用最多的是90V形塊。90V形塊的典型結(jié)構(gòu)和尺寸已標(biāo)準(zhǔn)化，使用時(shí)可根據(jù)定位圓柱面的長度和直徑進(jìn)行選擇。在夾具主要定位元件是V形塊和止動(dòng)定位銷。由于V形塊定位精度高，工件軸向位置用止動(dòng)定位銷定位，能保證加工精度。另外，夾緊方向與切入方向（垂直進(jìn)刀）一致，且夾緊力在主要定位支撐面內(nèi)，定位夾緊可靠。由于鍵槽和油槽長度不等，為了能夠同時(shí)加工完畢，將兩個(gè)止動(dòng)定位銷的位置前后錯(cuò)開。2.2 定位誤差的分析與計(jì)算六點(diǎn)定位原則解決了消除工件自由度的問題，即解決了工件在夾具中位置“定與不定”的問題。但是，由于一批工件逐個(gè)在夾具中定位時(shí)，各個(gè)工件所占據(jù)的位置不完全一致，即出現(xiàn)工件位置定得“準(zhǔn)與不準(zhǔn)”的問題。如果工件在夾具中所占據(jù)的位置不準(zhǔn)確，加工后各工件的加工尺寸必然大小不一，形成誤差。這種只與工件定位有關(guān)的誤差稱為定位誤差，用D表示。在工件的加工過程中，產(chǎn)生誤差的因素很多，定位誤差僅是加工誤差的一部分，為了保證加工精度，一般限定定位誤差不超過工件加工公差T的1/51/3。即： D(1/51/3)T 公式（3.1） 式中：D定位誤差，單位為mm； T 工件的加工誤差，單位為mm。2.2.1. 定位誤差的產(chǎn)生原因及計(jì)算方法工件逐個(gè)在夾具中定位時(shí)，各個(gè)工件的位置不一致的原因主要是基準(zhǔn)不重合，而基準(zhǔn)不重合又分為兩種情況：一是定位基準(zhǔn)與限位基準(zhǔn)不重合，產(chǎn)生的基準(zhǔn)位移誤差；二是定位基準(zhǔn)與工序基準(zhǔn)不重合，產(chǎn)生的基準(zhǔn)不重合誤差。（1）基準(zhǔn)位移誤差Y定位基面和定位元件本身的制造誤差會(huì)引起同一批工件定位基準(zhǔn)的相對(duì)位置發(fā)生變動(dòng)，這一變動(dòng)的最大范圍稱為基準(zhǔn)位移誤差，用Y表示?；鶞?zhǔn)位移誤差引起的定位誤差是將W在加工要求方向上投影。即: 公式（3.2）式中：Y與工序尺寸（或位置要求）方向的夾角。（2）基準(zhǔn)不重合誤差B當(dāng)工件的工序基準(zhǔn)與定位基準(zhǔn)不重合時(shí)，則在工序基準(zhǔn)與定位基準(zhǔn)之間必然存在位置誤差，由此引起同一批工件的工序基準(zhǔn)發(fā)生變動(dòng)，其最大變動(dòng)范圍稱為基準(zhǔn)不重合誤差，用B表示。這種由于工序基準(zhǔn)與定位基準(zhǔn)不重合所導(dǎo)致的工序基準(zhǔn)在加工尺寸方向上的最大位置變動(dòng)量，稱為基準(zhǔn)不重合誤差。工序基準(zhǔn)與定位基準(zhǔn)之間的聯(lián)系尺寸稱為基準(zhǔn)尺寸。B等于基準(zhǔn)尺寸的公差。基準(zhǔn)不重合誤差引起的定位誤差是將B在加工要求（尺寸、位置要求）方向上投影。即 公式（3.3）式中： B與工序尺寸（或位置要求）方向的夾角。定位誤差是由基準(zhǔn)位移誤差和基準(zhǔn)不重合誤差兩部分產(chǎn)生的定位誤差DW、DB的合成。其基本計(jì)算步驟為:（1）當(dāng)工序基準(zhǔn)與定位基準(zhǔn)為兩個(gè)獨(dú)立的表面，即W、B無相關(guān)的公共變量時(shí)， 公式（3.4）（2）當(dāng)工序基準(zhǔn)在定位基面上，即W、B有相關(guān)的公共變量時(shí)， 公式（3.5）在定位基面尺寸變動(dòng)方向一定的條件下，當(dāng)W與B變動(dòng)方向相同，即對(duì)加工尺寸影響相同時(shí)，取“+”號(hào)；當(dāng)W與B變動(dòng)方向相反即對(duì)加工尺寸影響相反時(shí)，取“-”號(hào)。通常定位誤差D在W與B都和工序尺寸一致的情況下有下列公式即: 2.2.2. 定位誤差的計(jì)算考慮到定位基準(zhǔn)面制造時(shí)的尺寸公差、圓柱度誤差等隨機(jī)誤差綜合因素影響，所以用概率疊加法計(jì)算基準(zhǔn)位移誤差：由此可知，定位基準(zhǔn)沿Z軸方向最大位移為0.035mm，并且影響其鍵槽深度方向的尺寸精度。工序尺寸 公差： 故采用此定位方案精度足夠。第三章. 工件的夾緊在機(jī)械加工過程中，工件會(huì)受到切削力、離心力、慣性力等的作用。為了保證在這些外力作用下，工件仍能在夾具中保持已由定位元件所確定的加工位置，而不致發(fā)生振動(dòng)和位移，在夾具結(jié)構(gòu)中必須設(shè)置一定的夾緊裝置將工件可靠地夾牢。3.1 夾緊裝置的組成及基本要求工件定位后將工件固定并使其在加工過程中保持定位位置不變的裝置，稱為夾緊裝置。（1）夾緊裝置的組成由以下三部分組成。a、動(dòng)力源裝置 它是產(chǎn)生夾緊作用力的裝置。分為手動(dòng)夾緊和機(jī)動(dòng)夾緊兩種。手動(dòng)夾緊的力源來自人力，用時(shí)比較費(fèi)時(shí)費(fèi)力。為了改善勞動(dòng)條件和提高生產(chǎn)率，目前在大批量生產(chǎn)中均采用機(jī)動(dòng)夾緊。機(jī)動(dòng)夾緊的力源來自氣動(dòng)、液壓、氣液聯(lián)動(dòng)、電磁、真空等動(dòng)力夾緊裝置。b、傳力機(jī)構(gòu) 它是介于動(dòng)力源和夾緊元件之間傳遞動(dòng)力的機(jī)構(gòu)。傳力機(jī)構(gòu)的作用是：改變作用力的方向；改變作用力的大??；具有一定的自鎖性能，以便在夾緊力一旦消失后，仍能保證整個(gè)夾緊系統(tǒng)處于可靠的夾緊狀態(tài)，這一點(diǎn)在手動(dòng)夾緊時(shí)尤為重。c、夾緊元件 它是直接與工件接觸完成夾緊作用的最終執(zhí)行元件。（2）設(shè)計(jì)夾緊裝置應(yīng)遵循以下原則：a、工件不移動(dòng)原則 夾緊過程中，應(yīng)不改變工件定位后所占據(jù)的正確位置。b、工件不變形原則 夾緊力的大小要適當(dāng)，既要保證夾緊可靠，又應(yīng)使工件在夾緊力的作用下不致產(chǎn)生加工精度所不允許的變形。c、工件不振動(dòng)原則 對(duì)剛性較差的工件，或者進(jìn)行斷續(xù)切削，以及不宜采用氣缸直接壓緊的情況，應(yīng)提高支承元件和夾緊元件的剛性，并使夾緊部位靠近加工表面，以避免工件和夾緊系統(tǒng)的振動(dòng)。d、安全可靠原則 夾緊傳力機(jī)構(gòu)應(yīng)有足夠的夾緊行程，手動(dòng)夾緊要有自鎖性能，以保證夾緊可靠。e、經(jīng)濟(jì)實(shí)用原則 夾緊裝置的自動(dòng)化和復(fù)雜程度應(yīng)與生產(chǎn)綱領(lǐng)相適應(yīng)，在保證生產(chǎn)效率的前提下，其結(jié)構(gòu)應(yīng)力求簡單，便于制造、維修，工藝性能好；操作方便、省力，使用性能好。夾緊機(jī)構(gòu)是指能實(shí)現(xiàn)以一定的夾緊力夾緊工件選定夾緊點(diǎn)的功能的完整結(jié)構(gòu)。它主要包括與工件接觸的壓板、支承件和施力機(jī)構(gòu)。對(duì)夾緊機(jī)構(gòu)通常有如下要求。a、可浮動(dòng) 由于工件上各夾緊點(diǎn)之間總是存在位置誤差，為了使壓板可靠地夾緊工件或使用一塊壓板實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)夾緊，一般要求夾緊機(jī)構(gòu)和支承件等要有浮動(dòng)自位的功能。要使壓板及支承件等產(chǎn)生浮動(dòng)，可用球面墊圈、球面支承及間隙聯(lián)接銷不實(shí)現(xiàn)。b、可聯(lián)動(dòng) 為了實(shí)現(xiàn)幾個(gè)方向的夾緊力同時(shí)作用或順序作用，并使操作簡便，設(shè)計(jì)中廣泛采用各種聯(lián)動(dòng)機(jī)構(gòu)。c、可增力 為了減小動(dòng)力源的作用力，在夾緊機(jī)構(gòu)中常采用增力機(jī)構(gòu)。最常用的增力機(jī)構(gòu)有：螺旋、杠桿、斜面、鉸鏈及其組合。鉸鏈增力機(jī)構(gòu)常和杠桿機(jī)構(gòu)組合使用，稱為鉸鏈杠桿機(jī)構(gòu)。它是氣動(dòng)夾具中常用的一種增力機(jī)構(gòu)。其優(yōu)點(diǎn)是增力比較大，而摩擦損失較小。d、可自鎖 當(dāng)去掉動(dòng)力源的作用力之后，仍能保持對(duì)工件的夾緊狀態(tài)，稱為夾緊機(jī)構(gòu)的自鎖。自鎖是夾緊機(jī)構(gòu)的一種十分重要并且十分必要的特性。常用的自鎖機(jī)構(gòu)有螺旋、斜面及偏心機(jī)構(gòu)。3.2 夾緊力的確定3.2.1. 夾緊力的三要素（1）夾緊力的大小夾緊力的大小，對(duì)于保證定位穩(wěn)定、夾緊可靠，確定夾緊裝置的結(jié)構(gòu)尺寸，都有著密切的關(guān)系。理論上，夾緊力的大小應(yīng)與作用在工件上的其它力（力矩）相平衡；而實(shí)際上，夾緊力的大小還與工藝系統(tǒng)的剛度、夾緊機(jī)構(gòu)的傳遞效率等因素有關(guān)，計(jì)算是很復(fù)雜的。其一般根據(jù)切削原理的公式求出切削力的大小，必要時(shí)算出慣性力、離心力的大小，然后與工件的重力及待求的夾緊力組成靜平衡力系，列平衡方程式。因此，實(shí)際設(shè)計(jì)中常采用估算法、類比法和試驗(yàn)法確定所需的夾緊力。 當(dāng)采用估算法確定夾緊力的大小時(shí)，為簡化計(jì)算，通常將夾具和工件看成一個(gè)剛性系統(tǒng)。根據(jù)工件所受切削力、夾緊力（大型工件應(yīng)考慮重力、慣性力等）的作用情況，找出加工過程中對(duì)夾緊最不利的狀態(tài)，按靜力平衡原理計(jì)算出理論夾緊力，最后再乘以安全系數(shù)作為實(shí)際所需夾緊力。即 公式（4.1） 式中: Fwk實(shí)際所需夾緊力，單位為N； Fw 在一定條件下，由靜力平衡算出的理論夾緊力，單位為N； K安全系數(shù)，粗略計(jì)算時(shí)，粗加工取K2.53，精加工取K1.52。（2）緊力的方向緊力的方向與工件定位的基本配置情況，以及工件所受外力的作用方向等有關(guān)。選擇時(shí)必須遵守以下準(zhǔn)則：a、夾緊力的方向應(yīng)有助于定位穩(wěn)定，且主夾緊力應(yīng)朝向主要定位基面。b、夾緊力的方向應(yīng)有利于減小夾緊力，以減小工件的變形、減輕勞動(dòng)強(qiáng)度。c、夾緊力的方向應(yīng)是工件剛性較好的方向。由于工件在不同方向上剛度是不等的。不同的受力表面也因其接觸面積大小而變形各異。尤其在夾壓薄壁零件時(shí)，更需注意使夾緊力的方向指向工件剛性最好的方向。(3)夾緊力作用點(diǎn)夾緊力作用點(diǎn)是指夾緊件與工件接觸的一小塊面積。選擇作用點(diǎn)的問題是指在夾緊方向已定的情況下確定夾緊力作用點(diǎn)的位置和數(shù)目。夾緊力作用點(diǎn)的選擇是達(dá)到最佳夾緊狀態(tài)的首要因素。合理選擇夾緊力作用點(diǎn)必須遵守以下準(zhǔn)則：a、夾緊力的作用點(diǎn)應(yīng)落在定位元件的支承范圍內(nèi)，應(yīng)盡可能使夾緊點(diǎn)與支承點(diǎn)對(duì)應(yīng)，使夾緊力作用在支承上。b、夾緊力的作用點(diǎn)應(yīng)選在工件剛性較好的部位。這對(duì)剛度較差的工件尤其重要，如將作用點(diǎn)由中間的單點(diǎn)改成兩旁的兩點(diǎn)夾緊，可使變形大為減小，并且夾緊更加可靠。c、夾緊力的作用點(diǎn)應(yīng)盡量靠近加工表面，以防止工件產(chǎn)生振動(dòng)和變形，提高定位的穩(wěn)定性和可靠性。夾緊力三要素的確定，實(shí)際是一個(gè)綜合性問題。必須全面考慮工件結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、工藝方法、定位元件的結(jié)構(gòu)和布置等多種因素，才能最后確定并具體設(shè)計(jì)出較為理想的夾緊裝置。3.2.2. 夾緊力的分析計(jì)算有時(shí)一個(gè)工件很難找出合適的夾緊點(diǎn)，這時(shí)采取浮動(dòng)壓板分散著力點(diǎn)；增加壓緊件接觸面積。并采用M16螺栓作為夾具夾緊螺栓。根據(jù)理論力學(xué)的力平衡理論，夾緊摩擦力矩應(yīng)與銑削力矩平衡，即。 公式（4.5）（1） 銑削力矩的計(jì)算。根據(jù)切削用量簡明手冊(cè)，得： 公式（4.6） 其中 =68.2，=18，=16 設(shè)：=0.15，=7.25所以 =切削力矩 （2）夾緊力的計(jì)算。由V形塊定位夾緊力計(jì)算公式得 公式（4.7）得：取K=2.0 , df=0.25得 由于該夾具采用雙壓板夾緊機(jī)構(gòu)，故每支壓板只承受總夾緊力的一半，所以每根夾緊螺栓所承受的夾緊力：（3）選擇夾緊螺栓直徑。根據(jù)