機械裝備復習資料第五章 機床夾具設計

機械制造裝備設計(國家精品課程)目錄第一章機械制造裝備設計方法第二章金屬切削機床設計第三章典型部件設計第七章機械加工生產線總體設計第五章機床夾具設計第一節(jié)機床夾具的功能和應滿足的要求第二節(jié)機床夾具的類型和組成第三節(jié)機床夾具定位機構的設計第四節(jié)機床夾具夾緊機構的設計第五節(jié)機床夾具的其它裝置第五章機床夾具設計視頻：\機床夾具和工件定位.wmv第六節(jié)可調整夾具的設計第七節(jié)組合夾具設計第八節(jié)機床夾具設計步驟第九節(jié)典型機床夾具的設計要求第五章機床夾具設計（一）保證加工精度：

定位——獲得正確的位置；夾緊——加工過程中保證工件在正確的位置上不變（二）提高生產率：減少輔助時間。（三）擴大機床的適用范圍。如在車床床鞍上安放鏜床模具（四）減輕工人的勞動強度，保證生產安全。5.1.1機床夾具的功能機床夾具的功能（一）保證加工精度

關鍵在于正確的定位、夾緊和導向方案、夾具制造的技術要求，定位誤差的分析和驗算（二）夾具的總體方案應與年生產綱領相適應大批量生產采取快速、高效的定位、夾緊和動力裝置中小批量，夾具應有一定的可調性（三）安全、方便、減輕勞動強度

（四）排屑順暢

切屑熱量；切屑清理（五）有良好的強度、剛度和結構工藝性5.1.2機床夾具應滿足的要求機床夾具應滿足的要求5.2.1機床夾具的基本組成由該孔定位工件定位夾緊分度（一）定位元件及裝置*——確定工件正確位置；（二）夾緊元件及裝置*——固定工件于已獲得的正確位置；（三）導向及對刀元件——確定工件與刀具之間的距離相互位置；（四）動力裝置——減輕勞動強度，提高生產效率；（五）夾具體*——將各元件連為一體；與機床安裝一體；（六）其它元件及裝置——定向鍵等（銑、鏜）。

定位、夾緊、夾具體三部分不可缺少5.2.2機床夾具的基本組成5.3.1工件的定位工件定位的基本概念幾個基本概念工件定位——按照加工工藝要求，將工件置于夾具中，使工件在夾緊前相對于機床和刀具就占有一個預定的位置，或者是使同一批工件逐次放置到夾具中時都能占據同一位置。定位基準——在機械加工中用作定位的基準。定位基面——工件定位時，作為定位基準的點和線，往往由某些具體表面體現出來，這種表面稱為定位基面。夾具設計時，原則上應選擇工藝基準為定位基準。5.3.1工件的定位工件定位中的幾種情況通常，自由度限制大于3，小于、等于6。完全定位：不重復地限制了工件的六個自由度的定位。不完全定位：根據實際加工要求，并不需要限制工件全部自由度的定位。欠定位：定位點少于應消除的自由度、工件定位不足的定位。過定位：工件同一個自由度分別被幾個支承點重復限制的定位過定位的不良后果：使接觸點不穩(wěn)定，增加了不同性；增加了夾緊變形；部分工件不能順利與定位元件配合。5.3.1工件的定位過定位一般是不允許的，但在精加工時也可看到過定位允許特例工件剛度很差：可采用過定位提高工件局部剛度，減少變形；工件定位表面和定位元件的精度很高時：不會影響定位精度，有利提高剛度。

過定位及其改進/75.3.1工件的定位消除或減少過定位干涉的方法：改變定位元件結構，使定位元件重復限制自由度的部分不起定位作用；只有提出合理的附加條件，才允許采用過定位。定位方案確定綜合考慮

（1）是否滿足六點定位原理（2）本工序加工表面的位置精度要求5.3.1工件的定位分析研究定位方案時，僅僅考慮六點定位原理是不夠的，還要認真仔細地分析本工序加工表面的位置精度要求第一定位基準第二定位基準第三定位基準（一）平面定位（1）釘支承和板支承（固定支承）圓頭支承釘——粗基準定位平頭釘——精基準定位花頭釘——側面粗定位板支承——大、中型零件精基準定位——要耐磨、磨平5.3.2典型定位方式、定位元件常用定位元件可按工件典型定位基準面分為：用于平面定位的用于外圓柱面定位的用于孔定位的5.3.2典型定位方式、定位元件(2)可調支承

多用于毛面定位，每批調整一次，以補償各批毛坯誤差.適用于毛坯（如鑄件）分批制造，其形狀和尺寸變化較大的粗基準定位。亦可用于同一夾具加工形狀相同而尺寸不同的工件，或用于專用可調整夾具和成組夾具中。在一批工件加工前調整一次，調整后用鎖緊螺母鎖緊。5.3.2典型定位方式、定位元件(3)自位支承

支承本身可隨工件定位基準面的變化而自動適應，一般只限制一個自由度，即一點定位。與工件作兩點接觸與工件作三點接觸(4)輔助支承

在工件定位后才參與支承的元件，不限制自由度，主要用于提高工件的剛度和定位穩(wěn)定性。5.3.2典型定位方式、定位元件（二）孔定位（1）心軸定位：錐度心軸：定心精度高，軸向定位精度較低；剛性心軸：間隙配合——裝卸容易，精度較低；過盈配合——裝卸困難，精度較高。彈性心軸、液塑心軸、定心心軸等。

5.3.2典型定位方式、定位元件（二）孔定位（1）心軸定位：圖b為過盈配合心軸，引導部分直徑D3按e8制造，其基本尺寸為基準孔的最小極限尺寸，其長度約為基準孔長度的一半。心軸上的凹槽供車削工件端面時退刀用。這種心軸制造簡便，定心準確，但裝卸工件不便，且易損傷工件定位孔。多用于定心精度要求較高的場合。5.3.2典型定位方式、定位元件退出（二）孔定位（2）定位銷：長銷（圓柱）——四個自由度短銷（圓柱）——兩個自由度短銷（菱形）——一個自由度

5.3.2典型定位方式、定位元件（二）孔定位

圓錐銷常用于工件孔端的定位，可限制三個自由度工件在單個圓錐銷上容易傾斜，為此，圓錐銷一般與其它定位元件組合適用。5.3.2典型定位方式、定位元件（三）外圓定位

工件以外圓柱面定位在生產中是常見的，如軸套類零件等。常用的定位元件有V形塊、定位套、半圓定位座。1）定位套筒套筒定位結構簡單，主要用于精基準定位。套筒有長、短之分，其定位孔常與端面構成組合限位面，共同約束工件自由度。5.3.2典型定位方式、定位元件（三）外圓定位

2）半圓定位座

常用于大型軸類工件的定位將同一圓周面的孔分成兩半圓，下半圓部分裝在夾具體上，起定位作用，上半圓部分裝在可卸式或鉸鏈式蓋上，起夾緊作用，半圓孔定位座適用于大型軸類工件的定位。5.3.2典型定位方式、定位元件（三）外圓定位

3）V形塊定位

結構尺寸已標準化，斜面夾角有60°90°120°以900用的最多，因為它在保證定位穩(wěn)定性和減少夾具的外形尺寸方面比1200和600的都好。5.3.2典型定位方式、定位元件H定B（三）外圓定位

d—標準心軸直徑，即工件定位用外圓直徑(mm);H—V形塊高度(mm);N—V形塊的開口尺寸(mm);H定—對標準心軸而言，V形塊的標準高度，α—V形塊兩工作平面間的夾角。5.3.2典型定位方式、定位元件（三）外圓定位

4）外圓定心夾緊

三爪卡盤、雙V形鐵定心夾緊、彈簧夾頭5.3.2典型定位方式、定位元件定位元件選用規(guī)則

工件以平面定位面積較小的基準平面選用支承釘面積較大、平面度精度較高的基準平面定位選用支承板毛坯面、階梯平面和環(huán)形平面作基準平面定位時，選用自位支承毛坯面作基準平面，調節(jié)時可按定位面質量和面積大小分別選用可調支承當工件定位基準面需提高定位剛度、穩(wěn)定性和可靠性時，可選用輔助支承5.3.2典型定位方式、定位元件定位元件選用規(guī)則

工件以內孔定位工件上定位內孔較小時，常選定位銷在套類、盤類零件的車削、磨削和齒輪加工中，大都選用心軸工件以外圓柱定位當工件對稱度要求較高時，選用V形塊當工件定位圓柱面精度較高時，可選用定位套或半圓形定位座5.3.2典型定位方式、定位元件（四）定位表面的組合1）一個平面和與其垂直的兩個孔組合5.3.2典型定位方式、定位元件（四）定位表面的組合2）一平面和與其垂直的兩外圓柱面組合5.3.2典型定位方式、定位元件（四）定位表面的組合3）一孔和一平行于孔中心線的平面組合5.3.2典型定位方式、定位元件（四）定位表面的組合

第一定位基準面（主基準面）：限制自由度數最多的定位面；

第二定位基準面（導向基準）：次之，限制自由度數較多的定位面；

第三定位基準面（定程基準）：限制一個自由度。箱體類零件——一面兩銷定位：頂平面——限三個自由度；圓柱銷——限兩個自由度；菱形銷——限一個自由度。5.3.2典型定位方式、定位元件“一面兩銷”的兩圓柱銷重復限制了沿x方向的移動自由度，屬于過定位。由于工件上兩孔的孔心距和夾具上兩銷的銷心距均會有誤差，因而會出現上圖所示的相互干涉現象。一面兩銷5.3.2典型定位方式、定位元件解決“一面兩孔”的定位干涉問題的途徑：(1)減小一個銷的直徑；(2)將一個銷做成削邊銷。

一面兩銷5.3.2典型定位方式、定位元件兩孔中心距為：L±Tlk/2，兩銷中心距為：L±TlX/2

。兩孔與兩銷的最小間隙分別是△1min，△2min。定位銷的設計與選?。捍_定兩定位銷的尺寸：確定定位銷中心距及公差：確定圓柱銷尺寸及公差：確定菱銷的寬度：查表取：b=4mm確定菱形銷尺寸及公差：根據式：得：取菱形銷的精度為：IT6，Td2=0.011d2min=d2max-Td2=11.947-0.011=11.9365.3.3定位誤差的分析與計算定位誤差概述工序基準在工序尺寸方向上的最大位置變動量所引起的加工誤差，稱為定位誤差。加工誤差的組成部分： a.工件在夾具中的定位、夾緊誤差，取(1/3~1/5)總偏差 b.夾具相對機床主軸（或刀具）或運動導軌的位置誤差 c.加工過程中的誤差

定位誤差不是加工誤差的全部

定位誤差是由于工件在夾具上（或機床上）定位不準確而引起的加工誤差。例如在一根軸上銑鍵槽，要求保證槽底至軸心的距離H。若采用V型塊定位，鍵槽銑刀按規(guī)定尺寸H調整好位置，如圖所示。則實際加工時，由于工件外圓直徑尺寸有大有小，會使外圓中心位置發(fā)生變化。若不考慮加工過程中產生的其它加工誤差，僅由于工件圓心位置的變化而使工序尺寸H也發(fā)生變化

5.3.3定位誤差的分析與計算1）工序基準在工序圖上用來確定本工序所加工表面加工后的尺寸、形狀、位置的基準，稱為工序基準。2．工藝基準零件在加工、檢測和裝配中，用作依據的點、線、面稱為工藝基準。工藝基準分為工序基準、定位基準、測量基準和裝配基準。2）定位基準零件加工時，用以確定其在機床上相對刀具正確位置所依據的點、線、面稱為定位基準。使用夾具安裝時，定位基準為工件上與夾具定位元件相接觸的表面。定位基準還可以進一步分為：粗基準、精基準、附加基準。5.3.3定位誤差的分析與計算

定位誤差包括基準不重合誤差和基準位移誤差1）基準不重合誤差△不重(△B）

其大小等于設計基準與定位基準間聯系尺寸在加工尺寸方向上的變動量（公差）。

一次安裝加工兩孔A和B，孔B在X方向定位基準C與設計基準A不重合，基準不重合誤差為聯系尺寸22的公差0.25.3.3定位誤差的分析與計算基準不重合誤差示例對于尺寸A3來說：對于尺寸A1來說：5.3.3定位誤差的分析與計算5.3.3定位誤差的分析與計算2）基準位移誤差△位置

（△Y）

是指工件的定位基準在加工尺寸方向上的變動量。由工件定位面和夾具定位元件的制造誤差以及兩者之間的間隙所引起。5.3.3定位誤差的分析與計算5.3.3定位誤差的分析與計算一面兩銷定位時的定位誤差計算1）在平面內任意方向的位移誤差孔O1中心偏移在直徑為△dw1圓內，△dw1=TD1

+Td1

+X1min

孔O2在X方向偏心與孔O1相同（不限位），為△dw1在Y方向偏心在直徑為△dw2，△dw2=TD2

+Td2

+X2min2）轉角誤差

θ=arctan(TD1

+Td1

+X1min+TD2

+Td2

+X2min)/2L

要減小角度定位誤差：①提高孔銷精度，減小配合間隙；②增大孔（銷）中心距

一、夾緊機構設計應滿足的要求二、夾緊力的確定三、常用夾緊機構四、其它夾緊機構五、夾緊機構的動力裝置5.4機床夾具夾緊機構的設計5.4機床夾具夾緊機構的設計1．對夾緊裝置的基本要求(1)保證定位準確、可靠（不能破壞定位）；(2)工件與夾具的變形要在許可范圍內；(3)夾緊機構必須可靠；(4)

操作安全、省力、方便，符合習慣；(5)

自動化程度與生產綱領適應。夾緊力的三要素是什么？方向大小作用點1．夾緊力的方向如何實現？夾緊力方向指向主要定位基準面鏜一個與工件B面有垂直度要求的孔C1)保證定位準確、可靠（不能破壞定位）；5.4機床夾具夾緊機構的設計1．夾緊力的方向2)夾緊力的方向應與工件剛度最大的方向一致，以減小工件變形

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，更需注意。

如圖所示的薄壁套筒工件，它的軸向剛度比徑向剛度大，應沿軸向均勻施加夾緊力。3)夾緊力方向應使所需夾緊力盡可能小應使夾緊力的方向最好與切削力、工件的重力方向一致，這時所需要的夾緊力為最小。夾緊力的方向與夾緊力大小的關系5.4機床夾具夾緊機構的設計2．夾緊力作用點的選擇1)與支承點點對點對應；或在支承點確定的區(qū)域內夾緊力作用點的位置夾緊力的作用點應落在定位元件上或支承元件所形成的支承平面內，否則夾緊力與支承反力會構成力矩，夾緊時工件將發(fā)生偏轉。2)作用在工件剛度高的部位

夾緊力的作用點應落在工件剛性較好的方向和部位，這對剛度較差的工件尤其重要。5.4機床夾具夾緊機構的設計2．夾緊力作用點的選擇3)盡量靠近切削部位（剛度，抗振性)

若在離加工位置較近的A點增添輔助支承，并附加夾緊力F1將懸臂夾緊，則夾緊點與加工部位間的懸臂梁長度大大縮短，從而使夾緊剛度得到很大的提高，減少了加工中的振動。4)夾緊力反作用力不應使夾具產生影響加工精度的變形5.4機床夾具夾緊機構的設計3．夾緊力大小確定在圖示的定位夾緊方案中，六面體工件以底面、側面和端面分別在支承板４，支承釘１、２、３上定位，在另一側面上用螺旋壓板夾緊。當在銑床上用圓柱銑刀銑上平面時，試分析計算所需夾緊力5.4機床夾具夾緊機構的設計5.4.5夾緊機構的動力裝置1．氣動夾緊裝置氣動夾緊是使用最廣泛的一種機動夾緊方式，其動力來源是壓縮空氣。一般壓縮空氣由壓縮空氣站供應，經過管路損夾后，通到夾緊裝置中的壓縮空氣為4～6個大氣壓。

氣動夾緊一般具有作用力基本穩(wěn)定、夾緊動作迅速和操作省力等優(yōu)點。包括三個部分：第一部分為氣源，第二部分為控制部分，第三部分為執(zhí)行部分。2．液壓夾緊裝置

液動夾緊所采用的油缸結構和工作原理基本與氣缸相同，只不過所使用的工作介質是液壓油。由于油壓比氣壓高得多（一般可達6MPa以上）及液體的不可壓縮性，因而產生同樣大小的作用力，油缸尺寸比氣缸尺寸小很多，液動夾緊剛度比氣動夾緊剛度大得多，工作平穩(wěn)，噪音小。

其缺點是需要一套供油裝置，成本要相對高一些。適用于具有液壓傳動系統(tǒng)的機床和切削力較大的場合。5.4.5夾緊機構的動力裝置3．氣-液聯合夾緊裝置氣一液聯合夾緊的能量來源仍為壓縮空氣，傳動介質為油液，綜合了氣動夾緊與液動夾緊的優(yōu)點，又部分克服了它們的缺點，所以得到了發(fā)展和使用。5.4.5夾緊機構的動力裝置4．其它動力裝置1)真空夾緊2)電磁夾緊3)通過重力、慣性力、彈性力等將工件夾緊5.4.5夾緊機構的動力裝置

一、孔加工刀具的導向裝置二、對刀裝置三、分度裝置四、對定裝置輔助材料\方宇論文四稿改.doc5.5機床夾具的其它裝置5.5.1孔加工刀具的導向裝置1．鉆孔的導向裝置

在鉆床夾具中，通常用鉆套作為刀具的導向元件。保證孔的位置精度，增加鉆頭和鏜桿的支撐以提高其剛度，減少刀具的變形，確?？准庸さ奈恢镁取＂诳蓳Q鉆套①固定鉆套③快換鉆套④特殊鉆套凡是尺寸或形狀與標準鉆套不同的都稱為特殊鉆套。特殊鉆套只能結合具體情況自行設計。前三種鉆套都已經標準化，可從夾具設計手冊中查到。1．鉆孔的導向裝置固定鉆套1-可換鉆套；2-襯套；3-鉆模版；4-