機床夾具設計講稿

1、機床夾具設計1 機床夾具概述1.1工件的裝夾與機床夾具1.2 夾具的分類與作用1.3 機床夾具設計研究的內容2 工件在夾具中的定位 3 工件在夾具中的夾緊 4 夾具在機床上的定位、對刀和分度 5 各類機床夾具的結構特點 6 可調夾具及組合夾具設計7 機床夾具的設計方法及步驟1 機床夾具概述1.1工件的裝夾與機床夾具1.1.1工件裝夾的概念在金屬切削機床上進行加工時，為了保證工件加工表面的尺寸、幾何形狀和相互位置精度等要求，在加工方法確定以后，需要解決的主要問題之一是，使工件相對于刀具和機床占有正確的加工位置 工件的定位，并把工件壓緊夾牢，以保持這個確定了的位置在加工過程中穩(wěn)定不變 工件的夾緊，

2、這就是工件在機床上的正確裝夾。裝夾 = 定位 + 夾緊。定位與夾緊的區(qū)別：定位是使工件占有一個正確的位置，夾緊是使工件保持這個正確位置。在機床上裝夾工件所用的工藝裝備稱為機床夾具，簡稱夾具。1.1.2 工件裝夾的方法在機床上對工件進行加工時，根據工件的加工精度要求和生產綱領的不同，可采用如下兩種裝夾方法：（1）找正裝夾法直接在機床工作臺或花盤上裝夾工件，如圖1-1所示。這種方法一般需要逐個按工件的某一表面或按畫線找正工件相對于機床的位置，然后把工件夾緊。這種方法一般精度不高，生產率低，多用于單件、小批生產（一些大件的生產加工）。（2）夾具裝夾法使用各種通用的或專用的工藝裝備裝夾工件，這些裝夾工

3、件的裝備稱為機床夾具，簡稱夾具。其功用是使工件相對于機床有正確的位置。但是，使用夾具裝夾工件，也有找正和不找正之分。如在四爪卡盤、機器平口鉗中裝夾工件時，需要先找正工件的位置，然后夾緊。使用專門設計制造的夾具時，一般能夠直接裝夾工件而無需找正。但不論采用哪一類夾具，都能不同程度地提高生產效率。在機械加工中，還使用各種刀具、量具及裝夾刀具用的輔助工具等，這些統(tǒng)稱為工藝裝備，簡稱工裝。夾具在工藝裝備中占有重要地地位，因此夾具設計得恰當與否，在很大程度上影響著加工質量，生產率，勞動條件和加工成本。因此，夾具設計是機械加工中一項重要得工作。1.1.3 用夾具裝夾時保證工件加工精度的條件要保證工件加工尺

4、寸精度和相互位置精度，必須保證工藝系統(tǒng)各環(huán)節(jié)之間具有正確的幾何關系。為此必須滿足以下三個條件：（1）工件在夾具中有正確的定位。通過工件定位基準面和夾具定位表面得接觸或配合，使同一批得各個工件裝上夾具之后在夾具上占有確定的位置。（2）夾具對機床具有正確的相互位置關系。夾具的定位表面和夾具在機床上的裝夾基面之間要有一定的相互位置要求，通過夾具裝夾基面和機床的有關表面（稱裝夾面）的連接，使夾具的定位面相對于機床工作臺和導軌或主軸軸線具有正確的相互關系。（3）夾具對刀具的正確調整。由于夾具上導向元件或對刀裝置的工作面和夾具的定位表面之間有尺寸聯系，故通過夾具對刀具相互位置的調整，使夾具定位表面相對于刀

5、具獲得正確的位置尺寸。上述分述是把工藝系統(tǒng)作為剛性連結，這是一種靜態(tài)的幾何關系分析，實際上各環(huán)節(jié)的連接是有誤差的，在加工過程中，由于種種原因，工藝系統(tǒng)會偏離其理想狀態(tài)，而導致加工尺寸產生誤差（稱為加工誤差）。因此，在設計夾具時還要考慮這種幾何關系的準確程度和動態(tài)因素對加工精度的影響，但是加工前工藝系統(tǒng)的靜態(tài)幾何要求，仍然是必須予以保證的。1.1.4 機床夾具的組成機床夾具雖然分成不同的類型，但它們的工作原理基本上是相同的。如將各種類型中作用相同的元件或機構加以概括，則可以得出夾具一般共有得如下幾個組成部分，這些組成部分即互相獨立有互相聯系。（1）定位元件及定位裝置圖1-2 夾具的組成部分1鉆套

6、 2銷軸 3開口墊圈4螺母 5工件 6夾具體這種裝置包括定位元件或元件得組合。它的作用是確定工件在夾具中的位置。如圖1-2中的2銷軸。它們使一批工件在夾具中占有同一位置，只要將工件的定位基面與夾具上的定位元件相接觸或相配合，就可以使工件定位。有些夾具還采用由一些零件組成的定位裝置對工件進行定位。（2）夾緊裝置這種裝置包括夾緊元件或其組合和動力源。其作用是將工件壓緊夾牢，保證工件在定位時所占據的位置在加工過程中不因受外力而產生位移，同時防止或減少振動。（3）對刀及導引元件這類元件的共同作用是保證工件與刀具之間的正確加工位置。根據應用情況又可分為兩類：1）用于確定刀具位置并引導刀具進行加工的元件，

7、稱為導向元件。如：鉆套、鏜套等。2）用于確定刀具在加工前正確位置的元件，稱為對刀元件。如：銑床、鏜床上的對刀塊等。（4）夾具體夾具的基座和骨架。定位裝置、夾緊機構及其它裝置或元件都安裝在夾具體上，使之成為一個夾具整體。夾具體除用于連接夾具上的各種元件和裝置外，還用于夾具與機床裝夾面連接，以確定夾具對機床工作臺、導軌或主軸的相互位置。（5）其它裝置或元件分度裝置；為了便于卸下工件而設置的頂出器；以及標準化了的連接元件等等。當然，上述的各組成部分不是每個夾具都必須完全具備的。但一般來說，定位裝置、夾緊機構、夾具體則是夾具的基本組成部分。 1.2 夾具的分類與作用人們分析問題的方法之一就是分類，這樣

8、可以把類似的事物聯系起來，分析研究。夾具的分類方法比較多，一般可分為通用夾具和專用夾具。近年來為適應現代機械制造產品改型快、新品種多、小批量生產的特點，除使用專用夾具外，還發(fā)展了通用可調夾具、成組夾具、組合夾具和隨行夾具等類型。1.2.1 按夾具的其應用范圍分類 （1）通用夾具一般是指通用機床上所附有的一些使用較廣泛的夾具，如車床、磨床上用的三爪和四爪卡盤、頂尖和雞心夾頭，銑床、刨床上用的平口鉗、回轉工作臺、萬能分度頭，平面磨床上用的磁力工作臺等。它們在使用上有很大的通用性，往往無需調整或稍加調整（包括配換個別零件）就可以裝夾不同的關鍵。這類夾具一般已標準化，由專業(yè)工廠生產作為機床附件供用戶使

9、用。 通用夾具主要用于單件和中小批生產，裝夾形狀比較簡單和加工精度要求不太高的工件。在大批、大量生產中，對形狀復雜或加工精度要求較高的工件，往往由于操作麻煩和裝夾效率低而很少采用這類夾具。 （2）專用夾具專用夾具是指專為某一工件的某道工序的加工而設計制造的夾具，是本課程主要的內容。此類夾具一般不考慮通用性，以便使夾具設計得結構簡單、緊湊、操作迅速和維修方便。專用夾具通常由使用廠根據工件的加工要求自行設計和制造，生產準備周期較長。當生產的產品或零件工藝過程變更時，往往無法繼續(xù)使用，故此類夾具只適用于產品固定和工藝過程穩(wěn)定的大批大量生產中使用。 （3）成組夾具和通用可調夾具在生產中，有時由于加工批

10、量較小，為每種零件分別設計專用夾具很不經濟，而使用通用夾具又往往不能滿足加工精度和生產率的要求，故而采用成組加工工藝，并根據成組工藝設計成組夾具。用于相似零件的成組加工所用的夾具。稱為成組夾具。這類夾具的特點是夾具的部分元件可以更換，部分裝置可以調整，以適應不同零件的加工。通用可調整夾具與成組夾具相比，加工對象不很明確，適應范圍更廣一些。成組夾具是在成組技術的發(fā)展中而發(fā)展起來的。通用可調整夾具是單獨發(fā)展的。它們是用于成組加工的兩種結構相似的夾具，其共同點是：可調整、可加工多個零件。（4）組合夾具這類夾具是由一套完全標準化的元件，根據零件的加工要求拼裝而成的夾具。就好像搭積木一樣，不同元件的不同

11、組合和連接，可構成不同結構和用途的夾具。這類夾具的特點是靈活多變，萬能性強，制造周期短，元件可以重復使用。因此特別適合于新產品試制和單件小批生產。（5）隨行夾具 這是一種在自動線或柔性制造系統(tǒng)中使用的夾具。工件裝夾在隨行夾具上，除完成對工件的定位和夾緊外，還載著工件由運輸裝置送往各機床，并在各機床上被定位和夾緊。1.2.2 按夾具上的動力源分類 （1）手動夾具此類夾具是以操作工人手臂之力作為動力源，通過夾緊機構夾緊工件。為了盡量減輕工人的勞動強度和保證夾緊工件的可靠性，此類夾具的夾緊機構應該有增力和自鎖作用。手動夾具一般采用結構簡單的螺旋或偏心壓板機構，制造方便，但使用時的工作效率較低。（2）

12、氣動夾具此類夾具是用壓縮空氣作為動力源，通過管道、氣閥、氣缸等元件，產生夾緊工件的夾緊力，當需要較大的夾緊力時，常在氣缸和夾緊元件之間增設斜楔式、鉸鏈式或杠桿式等擴力機構。因氣動夾具的夾緊動作迅速、夾緊力穩(wěn)定、操作方便，故在機械加工中得到廣泛的應用。（3）液壓夾具此類夾具是用壓力油作為動力源，通過管道、液壓閥、液壓缸等元件，產生夾緊工件的夾緊力。液壓夾具具有氣動夾具的各種優(yōu)點，而夾緊動作則更為平穩(wěn)。采用較高油壓的液壓夾具，一般不用增力機構即可直接夾緊工件，因而結構簡單，體積較小。（4）電動夾具此類夾具是以電動機的扭力作為動力源，通過減速器產生夾緊工件的夾緊力。此種夾具的傳動部分常采用齒輪減速裝

13、置，顯得結構比較復雜，夾緊動作比氣動和液壓夾緊緩慢。（5）磁力夾具此類夾具是以電磁鐵或永久磁鐵產生的磁力作為動力源直接夾緊工件，一般多用于切削力較小的精加工，如車床和外圓、內圓磨床上的電磁夾具、平面磨床上的磁力工作臺等。近年來已設計制造出強力磁盤，將逐步推廣應用于切削力較大的加工中去。（6）真空夾具此類夾具是利用真空泵或以壓縮空氣為動力源的抽氣唧筒，使夾具的內腔產生真空，依靠四周大氣的壓力將工件壓緊。這類夾具的夾緊力較小，故一般僅適用于精加工本身剛度很低的工件，如磨削加工不導磁的薄性工件等。（7）切削力、離心力夾具切削力、離心力夾具是一種不用專門動力裝置的機動夾緊夾具。這類夾具，通常是利用機床

14、的壓錠過程或切削加工過程中產生的離心力或切削力夾緊工件。以上各類夾具，是按它們的應用范圍，使用特點和根據驅動夾具工作的力源不同來區(qū)分的。由于使用夾具的各種機床，其工作特點和結構形式的不同，對夾具的結構相應地提出了不同的要求。因此也可按所適用的機床把夾具分為車床夾具、銑床夾具、鉆床夾具、鏜床夾具和其它機床夾具等類型。我們在學習中一般多按夾具的使用特點和使用機床進行分類，這種分類方法可用圖 1-4 表示。圖1-4 機床夾具的分類1.2.3 機床夾具的功用夾具是機械加工中的一種工藝裝備，它在生產中起的作用很大，所以在機械加工中的應用十分廣泛。歸納起來有以下幾方面的作用：（1）易于保證加工精度，并使一

15、批工件的加工精度穩(wěn)定。由于工件在夾具中的定位，以及夾具在機床上的定位都有專門的元件保證，夾具相對刀具的位置又可以通過對刀及導引元件調整，因此可以較容易地保證工件在該工序的加工精度。此外，采用夾具裝夾加工工件，工件的定位不再受劃線、找正等主、客觀因素的影響，故對一批工件的加工精度也比較穩(wěn)定。（2）縮短輔助時間，提高勞動生產率，降低生產成本。工件在夾具中的裝夾和工件轉位、夾具在機床上的安裝等，都可以通過專門的元件或裝置迅速完成。此外，在夾具中還可以不同程度地采用高效率的多件、多位、快速、聯動等夾緊方式，因而可以縮短輔助時間、提高勞動生產率、降低生產成本。 （3）減輕工人勞動強度、改善工人勞動條件，

16、保證生產安全，降低對工人的技術要求。因為在工件加工中采用了夾具，取消了復雜的劃線、找正工件，在夾具中又可采用增力、機動等夾緊機構，裝夾工件方便省力，故可降低工人操作的勞動強度及對工人技術等級的要求。（4）擴大機床的工藝范圍，實現一機多用。根據加工機床的成形運動，附以不同類型的夾具，即可擴大機床原有的工藝范圍，例如在車床的溜板上或在搖臂鉆床工作臺上裝上鏜床夾具就可以進行箱體的鏜孔加工。（5）減少生產準備時間，縮短新產品試制周期。對多品種小批量生產，在加工中大量應用通用、可調、成組和組合夾具，可以不再花費大量的專用夾具設計和制造時間，從而減少了生產準備時間。同理，對新產品試制，也同樣可以顯著縮短試

17、制的周期。1.3 機床夾具設計研究的內容為了在不同生產類型的條件下，根據被加工工件的工序要求，設計出確保加工質量、效率高、操作方便和經濟實用的夾具，必須深入研究如下主要內容：1）工件在夾具中的定位；2）工件在夾具中的夾緊；3）夾具在機床上的定位、對刀及分度；4）各類機床夾具的結構特點；5）可調夾具及組合夾具設計；6）機床夾具的設計方法和步驟。習 題 1、機床夾具的作用是什么？ 2、機床夾具由哪幾部分組成？各部分的作用是什么？ 3、試述機床夾具的分類。2 工件在夾具中的定位工件定位，是指保證同一批工件在夾具中占有一致的正確的加工位置。包括工件在夾具中的定位、夾具在機床上的安裝以及夾具對刀具和整個

18、工藝系統(tǒng)的調整等工作過程。由于定位基準和定位元件存在制造誤差，故同批工件在夾具中所占據的位置不可能是一致的，這種位置的變化將導致加工尺寸產生誤差（泛指距離尺寸誤差和形位誤差等）。但是，只要工件在夾具中位置的變化所引起加工尺寸的差異，沒有超出本工序所規(guī)定的允許范圍，則仍認為工件在夾具中已被確定的位置是正確的。由此可知，定位方案是否合理，將直接影響加工質量，同時，它還是夾具上其它裝置的設計依據。所以正確解決工件的定位問題是很重要的，它包括下列三項基本任務：（1）從理論上進行分析，如何使同一批工件在夾具中占據一致的正確的位置；（2）選擇或設計合理的定位方法及相應的定位裝置； （3）保證有足夠的定位精

19、度。即工件在夾具中定位時雖有一定誤差，但仍能保證工件的加工要求。2.1 工件定位原理2.1.1 六點定位原理一個物體在空間不受約束時，可以向任意方向移動和繞任意軸轉動，我們可以把它的運動分解為沿三個坐標軸的移動和繞三個坐標軸的轉動，我們稱物體在空間具有六個自由度，如果完全限制了物體的這六個自由度，則物體在空間就有一個完全確定的位置。我們在XOY 平面布置三個支承點，約束物體的 Z、X、Y 在YOZ 平面布置兩個支承點，約束物體的 X、Z 在ZOX 平面布置一個支承點，約束物體的 Y 用合理分布的六個支承點約束工件的六個自由度，使工件的位置完全確定，這稱為六點定位原理。這里用的六個支承點必須與工

20、件始終保持接觸，脫離接觸時就要失掉約束。定位與夾緊的區(qū)別：定位是使工件占有一個正確的位置，夾緊是使工件保持這個正確位置。工件的定位是通過定位元件來實現的，而不是幾何上的點，用定位元件代替約束點限制自由度，我們一般說，某個定位元件限制了工件的幾個自由度相當于幾個定位支承點。 根據工件在各工序的加工精度要求和選擇定位元件的情況，工件的定位通常有如下幾種情況。（2）完全定位用六個支承點，限制工件的六個自由度，使工件的位置完全確定，稱為工件的完全定位。 （3）部分定位（不完全定位）根據工件的加工要求，不需要限制的自由度沒有安排定位元件去限制，稱為部分定位或不完全定位。 （4）欠定位 根據工件的加工要求

21、，需要限制的自由度沒有安排定位元件去限制，稱為欠定位。欠定位是不允許的。（5）過定位（重復定位）某一個自由度有兩個或兩個以上的定位元件對其限制，稱為過定位。一般情況下，過定位也是不允許的。從上述關于定位問題的分析可以知道，在討論工件定位的合理性問題時，主要應研究下面的三個問題：1）研究滿足工件加工面位置度要求所必須限制的自由度；2）從承受切削力、設置夾緊機構以及提高生產率的角度分析在不完全定位中還應限制哪些自由度；3）在定位方案中，是否有欠定位和過定位現象，能否允許過定位的存在。過定位造成的后果：（a）使工件或夾具元件變形，引起加工誤差；（b）使部分工件不能裝夾，產生定位干涉（如一面兩銷），過

22、定位一般是不允許的，但在精加工時也可看到。消除過定位及其干涉的途徑：（a）改變定位元件結構，消除對自由度的重復限制，如長銷改成短銷；（b）提高工件定位基面之間的位置精度，提高夾具定位元件之間的位置精度，減或消除過定位引起的干涉，精加工時可增加剛度和定位穩(wěn)定性。2.2 定位元件的選擇與設計3 工件在夾具中的夾緊4 夾具在機床上的定位、對刀和分度5 各類機床夾具的結構特點6 可調夾具及組合夾具設計7 機床夾具的設計方法及步驟機床夾具設計第一章 機床夾具概論第二章 工件的定位第三章 工件的夾第四章 定心夾緊機構第五章 工件的定位第六章 工件的夾緊第七章 定心夾緊機構第八章 工件的定位第九章 工件的夾

23、緊第一章 機床夾具概論§1.1工件的裝夾與機床夾具在金屬切削機床上進行加工時，為了保證工件加工表面的尺寸、幾何形狀和相互位置精度等要求，在加工方法確定以后，需要解決的主要問題之一是，使工件相對于刀具和機床占有正確的加工位置 工件的定位，并把工件壓緊夾牢，以保持這個確定了的位置在加工過程中穩(wěn)定不變 工件的夾緊，這就是工件在機床上的正確裝夾。裝夾 = 定位 + 夾緊在機床上裝夾工件的方法：1. 直接在機床工作臺或花盤上裝夾工件這種方法一般需要逐個按工件的某一表面或按畫線找正工件相對于機床的位置，然后把工件夾緊。這種方法一般精度不高，生產率低，多用于單件、小批生產。（一些大件的生產加工）2. 使用各種通用的或專用的裝備裝夾