第4章機床夾具設計原理-課件

1、機 械 制 造 工 程 學主講教師 葉仲新機械工程系機械制造教研室第4章 機床夾具設計4.1 機床夾具概述4.2 工件在夾具中的定位4.3 定位誤差的分析與計算4.4 工件在夾具中的夾緊4.5 各類機床夾具設計要點在機械制造業(yè)中廣泛采用能迅速將工件固定在準確位置上，完成其切削加工、檢驗、裝配、焊接等工作所使用的工藝裝備稱為夾具。如機床夾具、檢驗夾具、裝配夾具、焊接夾具等。機床夾具：在機械加工過程中，使工件在機床上相對刀具占具正確加工位置，并夾緊使其在整個加工過程中始終保持原定位置不變的工藝裝備。在各種金屬切削機床上所使用的夾具稱為機床夾具。機床夾具在機械加工中起著重要的作用，尤其是在大批大量生

2、產(chǎn)中。4.1 機床夾具概述1）直接找正法是指用測量工具在機床或通用夾具上直接找正工件，使其加工表面相對于刀具獲得正確位置的安裝方法。如在普通車床上加工階梯軸，若待加工的圓柱面要求與已加工的圓柱面同軸，就可在卡盤中用劃針找正己加工圓柱面與機床主軸回轉(zhuǎn)軸線同軸后進行加工。找正誤差與工人的技術水平和細心程度有關。找正安裝花費的時間長，生產(chǎn)率低，因此，僅在單件、小批量生產(chǎn)中使用。4.1.1 工件的安裝方法對形狀復雜，加工面多的零件，直接找正較為困難，如對孔系的加工，常在毛坯上按零件圖要求先劃線，然后，按其劃線找正工件在機床上的正確位置。這種方法稱為劃線找正安裝法。劃線找正的誤差較大，因為線寬約有0.2

3、0.5mm，且劃線時也會有誤差。劃線時雖能兼顧各表面的加工余量、壁厚和裝配要求等因素，但由此也增加了劃線時間，又需技術水平高的劃線工。這種安裝法也僅在單件、小批量生產(chǎn)中使用。 2. 劃線找正定位法是先將機床夾具以正確位置安裝于機床上，工件按定位原理在夾具上定位并夾緊。當工件以精基準在夾具上定位時，工件的重復定位誤差可以小至0.01 0.02mm。用夾具安裝的重復定位誤差穩(wěn)定且小，裝卸方便，節(jié)省輔助時間，操作技術要求低，但夾具設計、制造周期長，費用高，只有在大批、大量生產(chǎn)中才得以廣泛使用。3. 機床夾具定位法1）能可靠和穩(wěn)定地保證加工精度2）能提高勞動生產(chǎn)率，降低加工成本 3）能改善工人的勞動強

4、度4）能擴大機床的使用范圍4.1.2 機床夾具的作用 1）按夾具的使用范圍可分為： 通用夾具、專用夾具、可調(diào)夾具、組合夾具等。 2）按所用的機床不同夾具可分為： 鉆床夾具、鏜床夾具、車床夾具、磨床夾具、 拉床夾具等。 3）按夾具上所采用的夾緊動力裝置不同可分為： 手動夾具、氣動夾具、液壓夾具、磁力夾具等。1. 機床夾具的分類4.1.3 機床夾具的分類與組成由于機床種類不同以及被加工工件結(jié)構(gòu)和加工表面不同，而有各種不同的結(jié)構(gòu)形式，但就機床夾具的結(jié)構(gòu)而言，從不同結(jié)構(gòu)的夾具中可概括出一般機床夾具所共有的彼此之間相互獨立而又相互聯(lián)系的如下幾個組成部分。 2. 機床夾具的組成1）定位元件 確定工件在機床

5、夾具中正確位置的元件。如支承釘、支承板、形塊、圓柱銷等。 2）夾緊裝置 將工件壓緊夾牢，以確保工件在加工過程中不因受外力作用而破壞其定位后的既定位置的裝置。它包括有夾緊元件、夾緊機構(gòu)和動力裝置。如壓板、斜楔機構(gòu)、氣缸等。3）對刀裝置 確定或引導刀具與工件被加工表面之間位置的元件。如：對刀塊、鉆套、鏜套等。4）連接元件 確定夾具在機床上占有正確位置的元件。如定位鍵、定向鍵、過渡盤等。 5）夾具體 將夾具所有元件和裝置連接成為一個整體的基礎件。如底座、本體等。 6）其它裝置 根據(jù)工件的某些特殊加工要求而設置的裝置。如分度裝置、靠模裝置、上下料裝置等。4.2 工件在夾具中的定位 加工前確定工件在機床

6、或夾具中相對刀具占據(jù)的加工位置稱為定位。1）工件的定位必須要有相應的定位元件來限制。2）工件的定位應有相應的精度要求。3）工件的定位精度是指一批工件的限定位置的分布范圍。在機械加工過程中，為保證工件某道工序的加工要求，必須使工件在機床上相對于刀具的切削運動處于準確的相對位置。當采用機床夾具安裝加工一批工件時，是通過夾具來實現(xiàn)這一要求的。要實現(xiàn)工件在機床上相對刀具占據(jù)一個正確的加工位置，就必須做到以下三項任務：1）工件定位時應使其加工表面的設計基準在夾具中 占據(jù)一致的正確的加工位置。 2）工件定位時應使夾具在機床上占據(jù)正確的位置。 3）工件定位時應使夾具相對刀具占據(jù)正確的位置。1基準及基面 基準

7、：指用來確定生產(chǎn)對象中相關幾何要素間的幾何關系所依據(jù)的那些點、線、面。基面：指在零件上用以體現(xiàn)基準的那些表面。當作為基準的要素為輪廓要素（如平面、棱線、素線、頂點）時，其基面就是基準。而當作為基準的要素為中心要素（如軸線、球心、對稱中心線或面）時則由相應的表面來體現(xiàn)。4.2.1 基準的概念（1）設計基準 指在零件設計圖紙上所采用的基準。2基準的種類工藝基準：指在工藝過程中所采用的基準。包括定位基準、工序基準、測量基準和裝配基準。1）定位基準: 在工件加工時用來確定工件加工位置所采用的基準。2）工序基準：在工序圖上用來確定本工序所加工表面的尺寸和位置所采用的基準。3）測量基準：測量工件已加工表面

8、的尺寸和位置所采用的基準。4）裝配基準：產(chǎn)品裝配時，用來確定零件或部件在產(chǎn)品中的相互位置所采用的基準。（2）工藝基準1. 自由度的分析方法工件在夾具中的定位，就是要使一批工件在夾具中都占據(jù)一致的正確的加工位置。這一確定位置可以通過用定位支承點限制工件相應自由度的方法來獲得。一個尚未定位的工件在空間直角坐標系中具有六個自由度。這六個自由度是指工件在空間直角坐標系中沿著三個相互垂直坐標軸線所處位置的可能性，繞這三個相互垂直坐標軸線角度方位所處位置的可能性。4.2.2 六點定位原理要使工件在夾具中占有確定的位置，就是要在空間直角坐標系中，通過定位元件限制工件的六個自由度。在分析工件定位的問題時，可轉(zhuǎn)

9、化為在空間直角坐標系中用相應的定位支承點（將具體的定位元件抽象化）來限制工件的自由度。 六點定則：用六個合理分布的定位支承點限制工件的六個自由度，即可實現(xiàn)工件在空間位置的完全確定。1) 明確工件在本工序的加工要求和相應的工序基準。2) 根據(jù)工序基準的所在位置建立空間直角坐標系。3) 依次找出影響本工序加工要求的自由度。4) 將找出的自由度進行歸納即可得到本工序應限制的第一種自由度。 第一種自由度的分析方法及步驟： a）圖應限制的第一種自由度為沿著Z 軸的一個移動自由度。b）圖應限制的第一種自由度為沿著X 和Y 軸的兩個移動自由度。c）應限制的第一種自由度為沿著Z 軸的一個移動自由度和沿著X 和

10、Y 軸的兩個轉(zhuǎn)動自由度。d）應限制的第一種自由度為沿著X 與Z 軸的兩個移動自由度和沿著X和Z軸的兩個轉(zhuǎn)動自由度。e）圖應限制的第一種自由度為沿著X與Z的二個移動自由度和沿著X、Y 和Z 軸的三個轉(zhuǎn)動自由度。f）圖應限制的第一種自由度為沿著X、Y 和Z軸的三個移動自由度和沿著X、Y 和Z軸的三個轉(zhuǎn)動自由度。（1）工件在夾具中的定位，可轉(zhuǎn)化為在空間直角坐標系中，用相應的定位支承點來限制工件自由度的方式進行分析。 （2）工件定位時應限制的自由度的數(shù)目，是根據(jù)工件在本工序的加工要求以及考慮提高工件定位穩(wěn)定性和加工剛性等方面來確定的。（3）一個定位支承點只能限制工件的一個自由度。為保證工件定位的穩(wěn)定性

11、，在一個完整的定位方案中定位支承點的數(shù)目不得少于三個。（4）工件上的某一個自由度原則上只能被一個定位支承點所限制，不得出現(xiàn)重復限的現(xiàn)象。在一個完整的定位方案中定位支承點的數(shù)目不得多于六個。 2. 工件定位基本原理 1）在球體零件上過中心鉆一通孔。 2）加工齒輪兩端面，保證尺寸A及兩端面與內(nèi)孔的垂直度。 3）在軸的徑向上銑槽，保證尺寸H和L 。 4）在階梯軸上鉆一通孔，保證尺寸L 。 5）在支座件上加工兩個通孔，保證尺寸A和H。在分析工件定位的問題時，定位基準的選擇是關鍵問題。工件定位基準一旦被選定，則其定位方案也基本被確定了。定位基準一般在工藝規(guī)程中選定，設計夾具時可直接引用。當工藝規(guī)程選定的

12、定位基準不合理時，夾具設計者應與工藝設計人員共同協(xié)商進行改選，以使所設計出的夾具結(jié)構(gòu)更合理。必須指出，與定位支承點相接觸的工件表面稱為定位基面。工件的定位是通過工件定位基面與定位支承點相接觸來實現(xiàn)的。 3. 工件的定位形式工件定位時其六個自由度全部被限制的定位方式稱為完全定位。工件采用這種定位方式使其在空間占有一個完全確定的位置。（2）不完全定位工件根據(jù)該工序加工要求只需限制其部分自由度，既六個自由度沒有全部被限制的定位稱為不完全定位。工件定位時應采用完全定位還是不完全定位，主要由該工序的加工要求和定位穩(wěn)定性來決定。（1）完全定位工件實際定位時所限制的自由度數(shù)目，少于工件按該工序加工要求必需限

13、制的自由度數(shù)目稱為欠定位。欠定位的結(jié)果將導致出現(xiàn)應該限制的自由度因未予限制，從而無法保證加工要求的不合理現(xiàn)象。因此，在確定工件定位方案時，絕不允許出現(xiàn)欠定位現(xiàn)象。 （3）欠定位 工件定位時，如果出現(xiàn)兩個或兩個以上的定位支承點重復限制工件上的同一個自由度則稱為過定位。過定位會導致重復限制同一個自由度的定位支承點之間產(chǎn)生干涉現(xiàn)象，從而導致定位不穩(wěn)定、破壞定位精度、造成工件或定位元件受力變形、甚至出現(xiàn)部分工件無法安裝的局面。因此，在確定工件定位方案時，應避免出現(xiàn)造成不良后果的過定位。（4）過定位 （超定位）在實際生產(chǎn)中，有時為減少工件變形或提高加工剛性而采用過定位方式。但要用其利而避其害，使采用過定

14、位帶來的好處大于其害處。 防止出現(xiàn)造成不良后果的過定位的方法有：改變定位元件結(jié)構(gòu)，去掉多余的定位支承點。提高工件定位基面之間和定位元件工作表面之間的位置精度。在下圖所示的連桿上鉆通孔D時，需要保證： (1)小頭孔D對端面A的垂直度公差t。 (2)小頭孔D對不加工外圓壁厚的均勻性。加工下圖所示汽車減速器主動錐齒輪軸兩端面及中心孔，需要保證：(1)軸向尺寸47mm和300mm ； (2)中心孔深度尺寸11.5mm ； (3)兩端面對軸線的垂直度；(4)兩端中心孔與未加工之軸頸的同軸度。在下圖所示的汽車傳動軸突緣叉上磨削平面K 及Q，需要保證：(1)兩平面K及Q間的尺寸為118mm；(2)兩平面對2

15、-39孔的垂直度公差為0.1mm；(3)兩平面對95mm外圓的對稱度公差為0.15mm。在下圖所示的拖拉機差速鎖操縱杠桿上銑槽和鉆孔，應保證：(1)銑槽寬度尺寸為4.5mm，槽對18mm和12.5mm兩孔中心平面的對稱度公差為0.3mm；(2)鉆階梯孔6.7mm及9mm，位置尺寸如圖2-86d所示。1. 工件以平面定位 1）固定支承 支承釘（平頭、球頭、鋸齒頭） 支承板（無槽、有槽）2）可調(diào)支承（平頭、球頭、鋸齒頭）3）自位支承（也稱為浮動支承） 工作面形式有：兩點式、三點式和多點式。 浮動方式有：球面浮動式、杠桿浮動式、滑柱浮動式。4.2.3 常見的定位方式及其定位元件 2.工件以圓柱孔定位

16、1）定位銷 可分為圓柱銷、圓錐銷、菱形銷與組合銷 結(jié)構(gòu)形式有：固定式、伸縮式 長圓柱銷（可限制4個自由度） 短圓柱銷（可限制2個自由度） 短固定圓錐銷（可限制3個自由度）2）定位心軸可分為剛性心軸和彈性心軸。剛性心軸可分為圓柱心軸和小錐度心軸。剛性圓柱心軸可分為間隙配合、過盈配合和花鍵軸。長圓柱心軸（可限制4個自由度）短圓柱心軸（可限制2個自由度）1）V形塊定位 長V形塊和短V形塊；固定V形塊和活動V形塊 固定長V形塊（可限制4個自由度） 固定短V形塊（可限制2個自由度）2）定位套（半圓套、圓柱及圓錐套）3）定心夾緊結(jié)構(gòu)（卡盤類、彈性卡頭）3. 工件以外圓柱面定位（1）工件以圓錐孔定位 1)

17、錐度心軸（長軸與短軸） 2) 頂尖（固定與活動）（2）工件以成形表面定位 如：漸開線齒面；鍵槽、花鍵表面等。（3）工件以一面兩孔4. 工件以其它表面定位 輔助支承是在工件定位后才實現(xiàn)支承的作用。因此只能起到支承工件的作用。 輔助支承的結(jié)構(gòu)形式很多。常見的有螺旋式、自位式和推引式等。5. 輔助支承 采用調(diào)整法加工一批工件時，工件在夾具上定位時，由于每個工件所占據(jù)的位置不完全一致，使加工后各工件的加工尺寸不一而形成誤差。這種只與工件定位有關的誤差，稱為定位誤差，用符號D 表示。1. 產(chǎn)生定位誤差的原因 產(chǎn)生定位誤差的原因有兩個：一個是定位基準與設計基準（工序基準）不重合；另一個是定位基準與起始（調(diào)

18、刀、限位）基準不重合。4.3 定位誤差的分析與計算 工件在夾具上定位時，由于所選擇的定位基準與工序基準不重合而引起的，同批工件的工序基準相對于定位基準在該工序（加工）尺寸方向的最大位移量（位置變動范圍），稱為基準不重合誤差。用符號B 表示。 基準不重合誤差（B ）的大小應等于工序基準相對于定位基準在該工序（加工）尺寸方向的最大位移量。 （1）基準不重合誤差（B ） 可通過計算定位尺寸（C）的公差在工序（加工）尺寸方向上的投影分量得到基準不重合誤差（B）的大小。定位尺寸（C）是指工序（設計）基準與定位基準之間的聯(lián)系尺寸。當定位尺寸（C）由多個尺寸所決定時，則要以定位尺寸為封閉環(huán)所組成的尺寸鏈進行

19、解算。 基準不重合誤差B 的計算公式表示為： B =C COS 為工序基準的變動方向與工序（加工）尺寸方向間的夾角。 本工序加工直角上表面，設計尺寸為A1，用下平面定位。由于定位基準與設計基準不重合，從而產(chǎn)生基準不重合誤差B D（A1） = B （A1） = C COS = A2（a）圖 D （20）= B （20）= 0.28（b）圖 D （20）= B （20）= 0D （A） = 0 D（B） = B （B） = d / 2 D（C） = B （C） = d 2）基準位移誤差（Y ） 工件在夾具上定位時，由于定位副的制造誤差和定位副的配合間隙的影響，使工件的定位基準與夾具定位元件的起始（

20、調(diào)刀、限位）基準不重合，導致同批工件位置的不一致而造成的加工誤差，稱為基準位移誤差。用符號（Y ）表示。 基準位移誤差（Y）的大小應等于定位基準與起始（調(diào)刀、限位）基準不重合而造成的基準位移量Y 在工序（加工）尺寸方向上的投影分量?；鶞饰灰屏縔 應根據(jù)不同的定位方案所決定。 基準位移誤差Y 的計算公式表示為： Y = Y COS 為定位基準的變動方向與工序（加工）尺寸方向間的夾角。 D （A3） = Y （A3）= 2（H h）tanD （A1） = B（A1）+ Y （A1） = A2 + 2（H h）tan2定位誤差的計算方法1）極限位置法（幾何作圖法） 先根據(jù)工件的定位方案，畫出工序（設

21、計）基準相對起始（調(diào)刀、限位）基準最大與最小的兩個極限位置，再根據(jù)幾何關系求出這兩個極限位置間的距離，即得出定位誤差。 由于定位誤差是由基準不重合誤差以及基準位移誤差所造成的。因此定位誤差可以由這兩項誤差組合而成。計算定位誤差時，先分別求出基準不重合誤差與基準位移誤差，然后再將兩項誤差組合后得出定位誤差。即：D = BY 2）合成法（1）當B 0， Y 0 時，則D Y ；（2）當B 0， Y 0 時，則D B ；（3）當B 0， Y 0 時， 1）如果工序（設計）基準不在定位基面上： D = B + Y 2）如果工序（設計）基準落在定位基面上：D = BY定位誤差的合成解算方法如下：公式中“

22、” 、“”號的確定方法如下： 先分析定位基面直徑由大到?。ɑ蛴尚〉酱螅r，定位基準的變動方向。 然后設定位基準的位置不變，再分析工序（設計）基準的變動方向。（此時定位基面直徑應作上述相同的變化。） 如果在上述判斷中兩者的變動方向相同時，取“”號，而兩者的變動方向相反時，取“”號。由于兩個基準的變化方向相同，故取 “ + ”號由大到小由大到小 當工件以外圓柱面在V形塊上定位，且工序（設計） 基準落在定位基面的上母線時，基準變化的分析。由于兩個基準的變化方向相反，故取 “ ”號由大到小由大到小 當工件以外圓柱面在V形塊上定位，且工序（設計） 基準落在定位基面的下母線時，基準變化的分析。由大到小由大

23、到小由于兩個基準的變化方向相反，故取 “”號 當工件以內(nèi)孔在心軸上定位，且工序（設計）基準 落在定位基面的上母線時，基準變化的分析。由大到小由大到小由于兩個基準的變化方向相同，故取 “+”號 當工件以內(nèi)孔在心軸上定位，且工序（設計）基準 落在定位基面的下母線時，基準變化的分析。3.常見定位方式的定位誤差分析與計算 1) 工件以平面定位已知：大圓直徑公差為0.03，小圓直徑公差為0.02，同軸度誤差為0.02 求： D（30） =？ 解：分析可知 B（30）0， Y（30）0 得：D（30） = B（30） = 0.03/2+0.02/2+0.02 = 0.045已知：大圓直徑公差為 0.03，

24、小圓直徑公差為 0.02，同軸度誤差為 0.02 。 求： D（30） =？ 解： 分析可知 B（30） 0， Y（30） 0得： D（30） = 0已知：大圓直徑公差為 0.03，小圓直徑公差為 0.02，同軸度誤差為 0.02求： D（30） =？ 解： 分析可知 B（30）0， Y（30）0 得： D（30） = B（30） = 0.03 / 2+0.02 / 2+ 0.02 = 0.045已知：外圓直徑公差為D V形塊的夾角為 得： Y 2) 工件以外圓柱面在V形塊上定位已知：外圓直徑公差為D ， V形塊的夾角為（1）設計基準為外圓軸線時：求： D（H1） = ？ 解：分析可知 B（H

25、1） 0 ； Y（H1） 0 得： D（H1） = Y（H1） =（2）設計基準為外圓下母線時： 求： D （H2） = ？ 解：分析可知 B （H2） 0， Y （H2） 0 得： B （H2） = ； Y （H2） = 分析：設計基準落在定位基面上，兩基準的變化方向相反，故取 - 號。 最終得： D （H2）= Y （H2） - B （H2） =由大到小由大到?。?）設計基準為外圓上母線時： 求： D （H3） = ？ 解：分析可知 B （H3） 0， Y （H3） 0 得： B （H3） = ； Y （H3） = 分析：設計基準落在定位基面上，兩基準的變化方向相同， 故取“”號。 最終得

26、： D （H3） = Y （H3） B （H3） = 由大到小由大到小已知：大圓直徑公差為0.03 ，小圓直徑公差為0.02，同軸度誤差為0.02，V形塊的夾角為90o 求： D （30）= ？ 解：分析可知 B （30） 0 ； Y （30） 0得： B （30）= 0.03/2 0.02 = 0.035 Y （30）= = 0.014 D （30）= B （30） Y （30）= 0.049 （設計基準不在定位基面上） 已知：大圓直徑公差為0.03，小圓直徑公差為0.02，同軸度誤差為0.02，V形塊的夾角為90o 求： D （30）= ？ 解： 分析可知 B （30） 0， Y （30）

27、 0 得： B （30）= 0.03/2 0.02 = 0.035 ； D （30）= B （30）= 0.035已知：大圓直徑公差為0.03 ，小圓直徑公差為0.02，同軸度誤差為0.02 ， V形塊的夾角為90o 求：D （30） ？ 解：分析可知 B （30） 0， Y （30） 0 得：B （30） 0.03/2 0.02 = 0.035 ；D （30）B （30）0.035已知：大圓直徑公差為TD ，小圓直徑公差為Td，同軸度誤差為2e，V形塊的夾角為 求： D （A） ？ 解：分析可知 B （A ） 0， Y （A） 0得： B （A） 2e Y （A） D （A） B （A） Y

28、 （A） （設計基準不在定位基面上） D （A） D （B） 0 D （C）D （A） D （B） D （C）D （A） D （B） D （C）D （A） D （B） 0 D （C）D （A） 0 D （B） D （C） （設計基準落在定位基面上， 兩基準的變化方向相反。）D （A） D （B） D （C） （設計基準落在定位基面上， 兩基準的變化方向相同。）3) 工件以圓柱孔在心軸（定位銷）上定位（1）工件定位孔與心軸（銷）為固定單邊接觸時： 已知：工件定位孔 ，心軸為 得： Y Y （2）工件定位孔與心軸（銷）為任意邊接觸時： 已知：工件定位孔 ，心軸為 得： Y Y 已知：工件定位孔與定

29、位銷的配合為固定單邊接觸，加工上表面。 定位孔直徑為 定位銷直徑為解：分析 B （59） 0 ；Y （59） 0B （59） Y （59） D （59） B （59） + Y （59） 0.115 已知：工件小圓與定位套的配合為固定單邊接觸。大圓直徑公差為0.03 ，小圓直徑公差為0.02，同軸度誤差為0.02，定位套直徑公差為0.04。解：分析得 B （30） 0，Y （30） 0B （30） 0.03/2 0.02 = 0.035 Y （30） D （30）B （30） + Y （30） 0.07P129 4-2、 4-3、4-5、4-7、4-10、 4-11作業(yè)五：4-3 何謂基準？試分

30、析下列圖示零件的基準：（1）題圖4-60所示齒輪的設計基準和裝配基準，滾切齒形時的定位基準、測量基準。4-3 何謂基準？試分析下列圖示零件的基準：（2）題圖4-61所示小軸零件圖及在車床頂尖間加工小端外圓及臺肩面2的工序圖，試分析臺肩面2的設計基準、定位基準及測量基準。 4-7 根據(jù)六點定位原理，分析題圖4-62所示各定位方案中，各定位元件所限制的自由度？ 4-11 如圖4-63所示一圓柱零件，在其上面加工一鍵槽，要求保證尺寸30 0- 0.2 ，采用工作角度為90度的V型塊定位，試計算該尺寸的定位誤差。 在機械制造過程中，工件的定位和夾緊是兩個密切相關的安裝過程。工件定位后，就必須采用一定的

31、機構(gòu)將工件壓緊夾牢，以便保證工件在切削過程中不會因受切削力、重力、慣性力或離心力等外力作用而破壞原定位置。從而保證工件的加工精度和安全生產(chǎn)。這種壓緊夾牢工件的機構(gòu)稱為夾緊裝置。4.4 工件在夾具中的夾緊1.夾緊裝置的組成 夾緊裝置的結(jié)構(gòu)形式是多種多樣的。但根據(jù)力源的不同可分為手動和機動夾緊裝置。夾緊裝置一般由動力源裝置、中間遞力機構(gòu)和夾緊元件三部分組成。 （）力源裝置 力源裝置是產(chǎn)生夾緊作用力的裝置。通常是指機動夾緊時所用的氣動、液壓、電動等裝置。其目的是減少輔助時間，減輕工人勞動強度，提高勞動生產(chǎn)率。手動夾緊沒有這種裝置。 4.4.1 夾緊裝置的組成及基本要求（）中間遞力機構(gòu) 中間遞力機構(gòu)是

32、將力源裝置產(chǎn)生的夾緊作用力傳遞給夾緊元件的機構(gòu)。中間遞力機構(gòu)一般可以在傳遞夾緊作用力的過程中，改變夾緊力的大小、方向并具有一定的自鎖性能。如螺旋機構(gòu)、斜楔機構(gòu)、鉸鏈機構(gòu)、偏心機構(gòu)等。（）夾緊元件 夾緊元件是夾緊裝置的最終執(zhí)行元件。通過它與工件被夾表面的直接接觸來完成夾緊動作。如壓板、壓頭等。在一些簡單的手動夾緊裝置中，夾緊元件與中間遞力機構(gòu)組合在一起稱為夾緊機構(gòu)。 夾緊裝置的設計是否正確，對保證工件的加工精度、提高勞動生產(chǎn)率和減輕工人勞動強度等都有直接影響。要想保證上述條件正確地設計夾緊裝置，則必須滿足以下幾點基本要求： （）確保工件既定位置不變 在夾緊過程中，工件受到夾緊力作用時不得破壞既定

33、位置。 （）夾緊力的大小要適當 做到對工件所施加的夾緊力的大小，既要保證工件在加工過程中不會因受到外力的作用而產(chǎn)生移動或振動，又不得使工件產(chǎn)生不允許的變形或損傷。.夾緊裝置的基本要求 在保證生產(chǎn)率和加工精度的前提下，應使其結(jié)構(gòu)的復雜程度與工件的生產(chǎn)節(jié)拍相適應。做到夾緊動作迅速，操作方便，安全省力，經(jīng)濟性好，成本低，便于制造和維修。 手動夾緊機構(gòu)要有可靠的自鎖性。機動夾緊裝置則要統(tǒng)籌考慮其自鎖性和穩(wěn)定的夾緊力。（）工藝性好和操作方便、安全、省力（）可靠的自鎖性能 確定夾緊力包括正確地選擇夾緊力的大小、方向和作用點。必須根據(jù)工件的形狀、尺寸、重量和加工要求，定位元件的結(jié)構(gòu)及其分布形式，加工過程中工

34、件所到的外力（切削力、重力、慣性力和離心力）大小等因素進行綜合分析。4.4.2 夾緊力的確定 夾緊力的作用方向不僅影響工件的加工精度，而且還影響工件夾緊的實際效果。夾緊力的作用方向主要與工件的結(jié)構(gòu)形狀、定位元件的結(jié)構(gòu)形狀和配置形式，工件加工時所受到的全部外力產(chǎn)生的變形方向和大小等因素有關。具體應考慮以下幾點原則：）夾緊力作用方向不應破壞工件的既定位置；）夾緊力作用方向應使工件所需夾緊力盡可能最小；）夾緊力作用方向應使工件的夾緊變形盡可能最小。1. 夾緊力作用方向的確定 夾緊力作用點的確定原則應在夾緊力作用方向的確定原則基礎上，具體考慮以下幾點原則：）夾緊力的作用點應作用在夾具定位元件支承表面所

35、形成的穩(wěn)定受力區(qū)域內(nèi)）夾緊力的作用點應作用在工件剛性較好的部位上）夾緊力的作用點應盡量靠近工件的加工表面 2. 夾緊力作用點的確定 夾緊力的大小直接影響夾具使用的可靠性和安全性及工件的變形量的大小。因此，既要足夠的夾緊力，但又不得過大。夾緊力大小的計算可根據(jù)具體情況用類比法進行估算或用分析計算進行估算。分析計算法是將夾具和工件看成是一個剛性系統(tǒng)，根據(jù)工件在加工過程中受切削力、離心力、慣性力以及工件的重力的作用情況，找出在加工過程中對工件最不利的瞬間狀態(tài)，然后按靜力平衡原理計算出理論夾緊力，再乘上安全系數(shù)即可得到實際夾緊力的數(shù)值。 即 ：k 式中 ： K K013. 夾緊力大小的確定4.4.3

36、典型夾緊機構(gòu)1. 斜楔夾緊機構(gòu) 斜楔夾緊是利用其斜面移動所產(chǎn)生的壓力來夾緊工件。在實際應用時，直接用楔塊楔緊工件的情況很少。多數(shù)是楔塊與其它機構(gòu)聯(lián)合使用。廣泛用于氣動或液壓夾緊裝置中。斜楔夾緊時產(chǎn)生的夾緊力（N）；原始作用力（N）；斜楔升角（0）；1平面摩擦時作用在斜楔面上的摩擦角（0）；平面摩擦時作用在斜楔基面上的摩擦角（0）。1）斜楔夾緊機構(gòu)的夾緊力計算 3) 斜楔夾緊機構(gòu)的自鎖條件 2) 斜楔夾緊機構(gòu)的增力比 4）斜楔夾緊機構(gòu)的行程比指采用單個螺旋直接夾緊或與其它元件組合實現(xiàn)夾緊工件的機構(gòu)。這類夾緊機構(gòu)由于其機構(gòu)簡單，夾緊可靠，通用性高等優(yōu)點，故在機床夾具中得到廣泛應用。它的缺點是夾緊和

37、松開工件時比較費工費時。螺旋夾緊機構(gòu)是斜楔夾緊機構(gòu)的變形，但其增力比和自鎖性能都優(yōu)于斜楔夾緊機構(gòu)。夾緊行程不受限制。螺旋夾緊機構(gòu)包括單個螺旋夾緊機構(gòu)、螺旋壓板夾緊機構(gòu)和鉤形壓板夾緊機構(gòu)。2. 螺旋夾緊機構(gòu)螺旋夾緊機構(gòu)1）螺旋夾緊力的計算螺旋夾緊時產(chǎn)生的夾緊力（N）；原始作用力（N）； L作用力臂的長度（mm）；螺紋升角（0）； d0螺紋中徑（mm）；1螺紋處的摩擦角（0）；2螺桿端部與工件間的摩擦角（0）； r螺桿端部與工件間的當量摩擦半徑（mm）。2）螺旋壓板夾緊機構(gòu)2）螺旋壓板機構(gòu)3）鉤形壓板機構(gòu)3）鉤形壓板機構(gòu)4）快速螺旋夾緊機構(gòu)4）快速螺旋夾緊機構(gòu) 偏心夾緊機構(gòu)是指由偏心件直接夾緊工件

38、或和其他元件組合而實現(xiàn)夾緊工件的機構(gòu)。偏心夾緊機構(gòu)是靠偏心輪回轉(zhuǎn)時其半徑逐漸增大而產(chǎn)生夾緊力來夾緊工件。偏心夾緊機構(gòu)的工作原理與斜楔夾緊機構(gòu)相似，只是以圓弧楔代替平面楔。但是斜楔夾緊的楔角不變，而偏心夾緊的楔角是變化的。偏心夾緊機構(gòu)有圓偏心和曲線偏心兩種類型，常用的是圓偏心件(偏心輪或偏心軸)，曲線偏心有阿基米德螺線偏心和對數(shù)螺線偏心，因制造較困難故很少使用。以下主要介紹圓偏心夾緊機構(gòu)。3. 偏心夾緊機構(gòu) 當圓心角（回轉(zhuǎn)角）等于900時，楔角接近最大值：1）圓偏心的楔角圓偏心夾緊時產(chǎn)生的夾緊力（N）；原始作用力（N）；p圓偏心工作點P的楔角（0）；1偏心輪與工件間作用點的摩擦角（0）；偏心輪回

39、轉(zhuǎn)孔與轉(zhuǎn)軸間的摩擦角（0）。2）圓偏心夾緊力的計算當f1=0.1時：當f1=0.15時：3) 圓偏心夾緊機構(gòu)的自鎖條件 偏心夾緊的偏心輪已標準化，其夾緊行程和夾緊力在夾具設計手冊上也給出了，可以選用。偏心夾緊機構(gòu)的優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單，操作方便，動作迅速。缺點是由于其夾緊點處的楔角（升角）是一個變值，夾緊力的大小將隨之變化，夾緊行程和增力比小，自鎖性能受到偏心輪幾何參數(shù)的限制。因此一般用于工件被夾表面尺寸變化不大，切削力小且平穩(wěn)的場合，不適合在粗加工中應用。 鉸鏈夾緊機構(gòu)的特點是動作迅速，增力比大，易于改變力的作用方向。缺點是自鎖性能差，一般常用于氣動和液動夾緊。鉸鏈夾緊機構(gòu)的設計要仔細進行鉸鏈、杠

40、桿的受力分析、運動分析和主要參數(shù)的分析計算。在設計中應考慮設置必要的浮動，調(diào)整環(huán)節(jié)，以保證鉸鏈夾緊機構(gòu)的正常工作。4.鉸鏈夾緊機構(gòu) 4.鉸鏈夾緊機構(gòu) 定心夾緊機構(gòu)的設計可按以下兩種原理來進行：1)定位一夾緊元件按等速位移原理來均分工件定位面的尺寸誤差，實現(xiàn)定心或?qū)χ小?)定位一夾緊元件的均勻彈性變形原理來實現(xiàn)定心夾緊。如各種彈性心軸，彈性筒夾，液性塑料夾頭等。 5.定心夾緊機構(gòu) 等速位移定心夾緊機構(gòu) 均勻彈性變形定心夾緊機構(gòu)均勻彈性變形定心夾緊機構(gòu)在機械加工中，往往要根據(jù)工件的結(jié)構(gòu)特點或生產(chǎn)率的需要，對一個工件同時施加幾個夾緊力或在一套夾具上對多個工件同時進行夾緊。因此在設計機床夾具時常用聯(lián)動

41、夾緊機構(gòu)來解決上述問題。機床夾具的聯(lián)動夾緊機構(gòu)是指只需操作某一個手柄就能同時從各個方向上均勻地夾緊一個工件，或同時夾緊若干個工件。前者稱為單件聯(lián)動夾緊機構(gòu)，后者稱為多件聯(lián)動夾緊機構(gòu)。6.聯(lián)動夾緊機構(gòu)1.單件多點聯(lián)動夾緊機構(gòu)1) 平行式多件聯(lián)動夾緊機構(gòu)2.多件聯(lián)動夾緊機構(gòu)2) 連續(xù)式多件聯(lián)動夾緊機構(gòu)3) 對向式多件聯(lián)動夾緊機構(gòu)4）復合式多件聯(lián)動夾緊機構(gòu)1)由于聯(lián)動機構(gòu)動作和受力情況比較復雜，應仔細進行運動分析和受力分析，以確保設計意圖能夠?qū)崿F(xiàn)。2)在聯(lián)動機構(gòu)中要充分注意在哪些地方設置浮動環(huán)節(jié)如鉸鏈、球面墊等，要注意浮動的方向和浮動大小，要注意設置必要的調(diào)整環(huán)節(jié)，保證各夾緊均衡，運動不發(fā)生干涉。3

42、)各壓板都能很好地松夾，以便裝卸工件。4)要注意整個機構(gòu)和傳動受力環(huán)節(jié)的強度和剛度。5)聯(lián)動機構(gòu)不要設計得太復雜，注意提高可靠性、降低制造成本。設計聯(lián)動夾緊機構(gòu)時應注意如下幾點：1. 鉆床夾具的類型及結(jié)構(gòu)特點4.5.1 鉆床夾具在鉆床上進行孔的鉆、擴、鉸、锪、攻螺紋加工時所用的夾具稱為鉆床夾具。鉆床夾具上均設置鉆模套筒（簡稱鉆套），以保證被加工孔的位置精度。鉆模套筒安裝在鉆模板上，因此習慣上把鉆床夾具稱為鉆模。 根據(jù)工件的大小、形狀及被加工孔的分布的不同要求，其結(jié)構(gòu)形式可分為：固定式、回轉(zhuǎn)式、翻轉(zhuǎn)式、蓋板式、滑柱式等。 4.5 各類機床夾具設計要點在加工工件的過程中，鉆模和工件在機床上的位置固

43、定不動。一般用于在立式鉆床上加工較大的單孔或在搖臂鉆床上加工平行孔系。1）固定式鉆?；剞D(zhuǎn)式鉆模主要用于加工同一圓周上的軸向平行孔系或徑向孔。其基本形式有立軸、臥軸、斜軸三種。本節(jié)僅介紹夾具本身帶有回轉(zhuǎn)機構(gòu)的鉆模。2）回轉(zhuǎn)式鉆模 這是一種無固定回轉(zhuǎn)軸和分度裝置的鉆模，外形象一個六面體，可以根據(jù)工件上被加工孔的位置作不同方位的翻轉(zhuǎn)。主要用于加工小型工件分布在不同表面上的孔。此夾具的結(jié)構(gòu)比較簡單，但每次鉆孔時都需找正鉆套對于鉆頭的位置，所以輔助時間較長，而且翻轉(zhuǎn)費力。因此夾具和工件一起總重量不能太重，一般以不超過10kg為宜。加工批量也不宜過大。3）翻轉(zhuǎn)式鉆模 這類鉆模沒有夾具體。工件直接夾緊在機床

44、工作臺上。在一般情況下，鉆模板上除了鉆套外，還裝有定位元件及夾緊裝置，加工時只要將它覆蓋在工件上即可。蓋板式鉆模的優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單，一般多用于加工笨重機件上的小孔，但生產(chǎn)率不高，不適用于大批量生產(chǎn)。因夾具在使用時要經(jīng)常搬動，故鉆模重量一般不超過10kg。為了減輕重量可在蓋板上合理設置加強筋而減小其厚度。 4）蓋板式鉆模這種鉆模在生產(chǎn)中得到廣泛應用，是一種標準化、通用可調(diào)夾具。按其夾緊動力可分為手動和氣動兩種。 5）滑柱式鉆模 1）鉆模類型的選擇 鉆模的類型很多，這主要是由于被加工孔的位置相對于定位基準來說，比較分散而且?guī)缀侮P系變化較多所決定的。因此設計鉆模時，首先需要根據(jù)工件的形狀、尺寸、重量和

45、加工要求，并考慮生產(chǎn)批量、工廠工藝裝備的技術狀況等具體條件來選擇夾具的結(jié)構(gòu)類型。2. 鉆床夾具的設計要求 鉆套是鉆模上特有的元件。用來引導刀具以防止其在加工過程中發(fā)生偏斜，保證被加工孔的位置精度及提高工藝系統(tǒng)的剛度。鉆套裝配在鉆模板或夾具體上，鉆模板則以各種形式與夾具體或支架連接。按鉆套的結(jié)構(gòu)和使用情況，可分為以下四種類型。 2）鉆套類型的選擇 (1)固定鉆套 (2)可換鉆套 (3)快換鉆套 (4)特殊鉆套 (4)特殊鉆套 (4)特殊鉆套 鉆模板用于安裝鉆套，并保證鉆套的正確位置。鉆模板多裝配在夾具體或支架上，或與夾具上其他元件相連接。常見有以下幾種類型。 3）鉆模板類型的選擇 (1) 固定式

46、鉆模板(2)鉸鏈式鉆模板(3)分離式(可卸式)鉆模板(4) 懸掛式鉆模板鏜床夾具又稱鏜模，主要用于加工箱體，支座等零件的孔或孔系。1. 鏜床夾具的類型及結(jié)構(gòu)特點 鏜床夾具多由鏜套引導鏜孔刀具或鏜桿進行鏜孔，與鉆模特點相似，工件上的孔或孔系的位置精度主要由鏜模來保證，可以減少鏜床主軸及進給系統(tǒng)誤差的影響。由于箱體孔及孔系的精度要求較高，所以，鏜模的制造精度應比鉆模高。 4.5.2 鏜床夾具 在大批量生產(chǎn)中，多用于組合機床。在中、小批量生產(chǎn)中，多用于臥式或立式鏜床。在無鏜床時，也可在車床、鉆床和銑床上進行鏜孔加工（擴大該類機床的工藝范圍）。鏜床夾具的結(jié)構(gòu)類型主要取決于導向支承的布置形式，分為以下幾

47、種形式： 鏜套設置在刀具的前方，刀具與主軸剛性連接。主要用于加工孔徑D60mm，加工長度LD的通孔。一般鏜桿的導向部分直徑dD，在多工步加工時，可不更換鏜套，也便于加工中觀察和測量。但在立鏜時，切屑易落入鏜套中，應設防塵措施。 （1） 單支承前導向鏜模鏜套設置在刀具的后方，刀具與主軸剛性連接。主要用于鏜削D60mm的通孔或盲孔。當LD11.25時，應使鏜桿引導部分直徑d小于孔徑D，并且制成等直徑鏜桿，以便鏜桿引導部分可進入加工孔，從而縮短鏜套與工件之間的距離h及鏜桿的懸伸長度。（2） 單支承后導向鏜模 兩個導向支承套分別布置在刀具的前后方，鏜桿與機床主軸采用浮動連接。（目的是消除鏜床主軸誤差的

48、影響）該類鏜模適用于加工孔徑較大，孔長與孔徑比LD1.5以上的通孔，或一組同軸線的孔，而且孔本身或孔間距、孔同軸度要求很高的場合。（3） 雙支承前后導向鏜模 兩個鏜套設置在刀具的后方?？蛇m應不能使用前后雙支承的情況。由于鏜桿為懸臂梁，為保證其剛性，鏜桿的懸伸量L1(1.55)l。鏜桿與機床也采用浮動連接方式。可在箱體的一個壁上鏜孔或鏜不通孔。這種支承方式除具有前后單支承鏜模的優(yōu)點外，還便于裝卸工件、刀具，刀具徑向尺寸調(diào)整也便于觀察和測量。 （4） 雙支承后導向鏜模 設計鏜模時，除合理地確定其類型并處理好工件的定位及夾緊外，還必須解決鏜套、鏜刀桿、支架與底座的結(jié)構(gòu)設計問題。 1)鏜套的選擇和設計

49、 鏜套的結(jié)構(gòu)和精度直接影響到被加工孔的加工精度和表面粗糙度。鏜套的結(jié)構(gòu)形式，根據(jù)運動形式不同，一般分為固定式和回轉(zhuǎn)式兩種。回轉(zhuǎn)式又有滑動和滾動之分。設計時可按工件的不同加工要求和加工條件等合理選用。2. 鏜床夾具的設計要求 外滾式鏜套外滾式鏜套內(nèi)滾式鏜套 銑床夾具主要用于加工零件上的平面、鍵槽、缺口、花鍵、齒輪及直線成型面和立體成型面等。 1. 銑床夾具的類型及結(jié)構(gòu)特點 銑削過程中多數(shù)情況是銑床夾具和工作臺一起作送進運動，并承受較大的切削力，易引起振動現(xiàn)象。銑床夾具的整體結(jié)構(gòu)在很大程度上取決于銑削加工的送進方式，故將銑床夾具分為直線送進式、圓周送進式和靠模夾具三種類型。 4.5.3 銑床夾具

50、在銑床夾具中，這種夾具用得最多，加工中工作臺是按直線進給方式運動的。按照在夾具上安裝工件的數(shù)目，可分為單件夾具和多件夾具。 1) 直線進給式銑床夾具 多件裝夾的銑床夾具 多用在有回轉(zhuǎn)工作臺的銑床上或夾具本身具有自動轉(zhuǎn)裝置，送進運動是連續(xù)不斷的，能在不停車的情況下裝卸工件，是一種生產(chǎn)效率很高的加工方法，適用于較大批量的生產(chǎn)。 2) 圓周進給式銑夾具 靠模夾具是用來加工各種直線曲面或空間曲面，靠模夾具的作用是使主送進運動和由靠模獲得的輔助運動形成加工所需要的仿形運動。因此按照送進運動的方式，把用于加工直線曲面的仿形夾具分為直線送進和圓周送進兩種。采用靠模夾具可在一般萬能銑、刨床上加工出所需要的成形

51、面以代替價格昂貴的機床，對于中小企業(yè)來說，通過采用夾具來擴大機床工藝用途，以解決缺少特殊設備問題，具有較大的技術經(jīng)濟意義。3) 銑削靠模夾具 1) 銑床夾具的結(jié)構(gòu)特點 銑削加工一般切削用量和切削力較大，多刀多刃連續(xù)切削，切削力的方向和大小不斷變化，加工時極易產(chǎn)生振動。因此銑夾具的設計應著重解決以下幾個方面問題。 (1) 注意工件定位的穩(wěn)定性(2) 注意夾具的可靠性(3)注意減少夾緊工件的輔助時間(4)注意合理選擇夾緊工件的數(shù)量2. 銑床夾具的設計要求 定向鍵和對刀裝置是銑床夾具的特殊元件。銑床夾具通過定向鍵在機床上定位，通過對刀裝置決定銑刀相對于夾具定位元件限位基面的位置。 2) 定向鍵和對刀

52、裝置 定向鍵安裝在夾具底面的縱向槽中，一般用兩個，并將其距離布置得盡可能遠些，小型的夾具可使用一個斷面為矩形的長鍵。通過定向鍵與銑床工作臺T形槽配合，使夾具上定位元件的工件表面對于工作臺的送進方向具有正確的相互位置。定向鍵可承受部分切削力矩，以減輕夾具體與工作臺連接螺栓的負荷，增強夾具在銑削加工中的穩(wěn)定性。 (1)定向鍵(2)對刀裝置 對刀裝置由對刀塊和塞尺組成，用以確定夾具和刀具的相對位置。常用標準對刀塊的結(jié)構(gòu)形式與加工表面的形狀有關。有圓形對刀塊，用于加工平面時的對刀； 方形對刀塊，在調(diào)整組合銑刀位置時對刀用；直角對刀塊，用于加工兩個相互垂直面或銑槽時的對刀；側(cè)裝對刀塊，也用于加工兩個互相

53、垂直面或銑槽時對刀。 使用對刀塊對刀時，銑刀不能與對刀塊表面直接接觸，而是通過塞尺來校準它們之間的相對位置，主要防止對刀塊碰壞刀具和磨損刀具。操作者全憑抽動塞尺的松緊感覺來判斷其位置準確程度。對刀塊通常制成單獨元件，用銷釘和螺釘緊固在夾具體上；其位置應便于使用塞尺對刀和不妨礙工件的裝卸。對刀塊的工作表面與定位元件之間應有嚴格的尺寸精度要求和位置尺寸要求。 車床夾具多數(shù)安裝在車床主軸上，少數(shù)安裝在床身或拖板上。本節(jié)只介紹安裝在車床主軸上的這類夾具。 1. 車床夾具的主要類型 安裝在車床主軸上的車床專用夾具，加工時隨機床主軸一起旋轉(zhuǎn)，切削刀具作送進運動。根據(jù)其結(jié)構(gòu)的不同可分為以下幾種。 4.5.4 車床夾具 心軸式車床夾具多用于工件以內(nèi)孔為定位基準，加工外圓柱面的情況。 (1)偏心式定心夾具 利用斜楔夾緊原理夾緊工件。加工時，在切削力的作用下，工件與滾柱間的摩擦力將