第五章機床夾具設(shè)計原理

普通高等教育“九五”國家級重點教材機械制造技術(shù)夾具夾具機床夾具概述

定位基準

工件在夾具中的定位工件的加緊

組合夾具和隨行夾具5.1機床夾具概述【本章目的】（１）理解機床夾具基本知識；

【本章要目】

（１）機床夾具的組成（２）機床夾具的分類（３）機床夾具的功用5.1.1.1機床夾具的概念

為了加工出符合規(guī)定技術(shù)要求的表面，必須在加工前將工件裝夾在機床上或夾具中。工件的裝夾包括定位和夾緊兩個過程。機床夾具：機床上用以裝夾工件（和引導(dǎo)刀具）的一種裝置。其作用是將工件定位，以使工件獲得相對于機床和刀具的正確位置，并把工件可靠地夾緊。

機床夾具的組成定位元件夾緊裝置對刀、引導(dǎo)元件其它裝置或元件夾具體連接元件5.1.1.2機床夾具的組成機床夾具的組成(1)定位元件:定位裝置的作用是使工件在夾具中占據(jù)正確的位置。(2)夾緊裝置

:夾緊裝置的作用是將工件壓緊夾牢，保證工件在加工過程中受到外力作用時不離開已經(jīng)占據(jù)的正確位置。

(3)夾具體

:夾具上的所有組成部分，需要通過一個基礎(chǔ)件使其聯(lián)接成為一個整體，這個基礎(chǔ)件稱為夾具體。(4)對刀、導(dǎo)向元件為了調(diào)整刀具的位置，在夾具上設(shè)有確定刀具（如銑刀等）位置或引導(dǎo)刀具（孔加工用刀具）方向的元件。(5)其它元件及裝置如分度裝置等。機床夾具的分類1根據(jù)所使用的機床可將夾具分為：車床夾具銑床夾具鉆床夾具（鉆模）鏜床夾具（鏜模）磨床夾具齒輪機床夾具等，機床夾具的分類2根據(jù)產(chǎn)生加緊力的動力源可將夾具分為：手動夾具氣動夾具液壓夾具電動夾具電磁夾具真空夾具等。5.1.2機床夾具的分類3機床夾具可根據(jù)其使用范圍分為:通用夾具專用夾具成組夾具組合夾具隨行夾具等類型。通用夾具能夠較好地適應(yīng)加工工序和加工對象變換的夾具。標準化結(jié)構(gòu)三爪卡盤、四爪卡盤、平口鉗、萬能分度頭適用范圍：單件小批生產(chǎn)專用夾具為某一工件的某一道工序?qū)ｉT設(shè)計和制造的夾具。適用范圍：使用范圍窄，大批生產(chǎn)尾座套筒銑鍵槽夾具1－V形塊；2－壓板；3－拉桿；4－限位螺釘；6－手柄；7－軸；8－杠桿；9－偏心輪；10－定向鍵；11－夾具體車床專用夾具組合夾具組合夾具是由一套預(yù)先制造好的標準元件和合件組裝而成的專用夾具。適用范圍：新產(chǎn)品試制，特殊零件的單件小批生產(chǎn)隨行夾具隨行夾具是大批量生產(chǎn)中在自動線上使用的一種移動式夾具。5.1.3機床夾具的功用夾具的基本作用：定位和夾緊1．保證加工質(zhì)量2．提高勞動生產(chǎn)率，降低成本3．擴大機床工藝范圍4．降低了對工人技術(shù)水平的要求，減輕了工人的勞動強度。

工件安裝方式與工件精度的獲得工件的安裝方式尺寸精度的獲得（1）裝夾的目的實現(xiàn)工件的定位與夾緊5.2.1.1工件的裝夾定位：使工件在機床或夾具中占有正確位置的過程。

夾緊：工件定位后將其固定，使其在加工過程中保持定位位置不變的操作。

1）直接找正裝夾

效率低，找正精度較高；適用單件小批量中形狀簡單的工件。

裝夾的方法(位置精度)3）夾具裝夾2）劃線找正裝夾通用性好，但效率低，精度不高；適用于單件小批量中形狀復(fù)雜的鑄件。

操作簡單，效率高，容易保證加工精度，適用于各種生產(chǎn)類型。5.2.1.2獲得尺寸精度的方法試切法定尺寸刀具法調(diào)整法自動獲得尺寸法夾具定位基準

工件在夾具中的定位5.2工件在夾具中的定位【本章目的】（1）掌握工件在夾具中的定位；（2）掌握工件定位的基本原理；

【本章要目】

（１）工件的定位；（２）工件定位的基本原理5.2.2工件定位的基本原理六點定位原理支承點與定位元件完全定位與不完全定位欠定位與過定位定位基準基準：是用以確定生產(chǎn)對象上幾何要素間的幾何關(guān)系所依據(jù)的點，線，面。定位基準：在加工中用以定位的基準。基面：作為基準的點、線、面在工件上不一定具體存在（例如孔的中心線和對稱中心平面等），其作用是由某些具體表面（如內(nèi)孔圓柱面）體現(xiàn)的，體現(xiàn)基準作用的表面稱為基面。二、基準及其分類基準定位基準工序基準裝配基準測量基準設(shè)計基準工藝基準用于確定零件上其它點、線、面位置所依據(jù)的那些點、線、面。設(shè)計圖樣上所采用的基準就是設(shè)計基準。在加工時用于工件定位的基準，稱為定位基準。1、粗基準2、精基準3、輔助基準4、主要基準5、附加基準在加工中或加工后用來測量工件時采用的基準在裝配時用來確定零件或部件在產(chǎn)品中相對位置所采用的基準在工序圖上使用的基準。加工、測量、裝配過程中使用的基準。鉆套的設(shè)計基準齒輪的裝配基準工件在夾具中的定位六點定位原理支承點與定位元件完全定位與不完全定位欠定位與過定位

六點定位原理任何一個自由剛體，在空間均有六個自由度，即沿空間坐標軸X、Y、Z三個方向的移動和繞此三坐標軸的轉(zhuǎn)動。工件定位的實質(zhì)就是限制工件的自由度。工件安裝時主要緊靠機床工作臺或夾具上的這六個支承點，它的六個自由度即全部被限制，工件便獲得一個完全確定的位置。工件定位時，用合理分布的六個支承點與工件的定位基準相接觸來限制工件的六個自由度，使工件的位置完全確定，稱為“六點定位”。剛體自由度數(shù)目工件在空間的自由度與工件六點定位工件的底面在xOy坐標平面內(nèi)，三個支承點限制三個自由度此面稱主定位面。工件的左側(cè)面處在yoz坐標平面內(nèi)，二個支承點起限制二個自由度，此面稱為導(dǎo)向面。

工件的后面處在xOz坐標平面內(nèi)，二個支承點限制一個自由度，此面稱為止推面從上述分析可知：要使工件在夾具中完全定位，可用合理分布的六個支承點限制工件的六個自由度，使工件在夾具中占有惟一正確的位置。六點定位是工件定位的基本法則，用于實際生產(chǎn)時，起支承作用的是一定形狀的幾何體，這些用來限制工件自由度的幾何體就是定位元件。任何未定位的工件在空間直角坐標系中都具有六個自由度。工件定位的任務(wù)就是根據(jù)加工要求限制工件的全部或部分自由度。工件的六點定位原理是指用六個支撐點來分別限制工件的六個自由度，從而使工件在空間得到確定定位的方法。支承點與定位元件

在具體的夾具中，與工件為點接觸的支承點是由對工件起定位作用的定位元件如支承釘、支承板、圓柱銷等來體現(xiàn)的。一個定位元件可以體現(xiàn)一個或多個支承點。某一定位元件相當支承點的數(shù)目，由該定位元件限制的工件自由度數(shù)來判斷。

圖2－107完全定位與不完全定位完全定位工件的六個自由度完全被限制的定位稱為完全定位。

不完全定位按加工要求，允許有一個或幾個自由度不被限制的定位稱為不完全定位。

欠定位與過定位按工序的加工要求，工件應(yīng)該限制的自由度而未予限制的定位，稱為欠定位。在確定工件定位方案時，欠定位時絕對不允許的。工件的同一自由度背二個或二個以上的支撐點重復(fù)限制的定位，稱為過定位。在通常情況下，應(yīng)盡量避免出現(xiàn)過定位。

過定位消除過定位的途徑消除過定位及其干涉一般有兩個途徑：其一是改變定位元件的結(jié)構(gòu)，以消除被重復(fù)限制的自由度；其二是提高工件定位基面之間及夾具定位元件工作表面之間的位置精度，以減少或消除過定位引起的干涉。圖2－108常見的幾種過定位實例圖改善過定位的措施應(yīng)該限制五個自由度：

六點定位原理應(yīng)用舉例1）、在長方體工件上銑通槽2）、在長方體工件上銑不通槽OXYZ應(yīng)該限制六個自由度：不完全定位完全定位應(yīng)該限制一個自由度：3）、在球面上銑平面4）、在車床上車外圓OXYZ應(yīng)該限制四個自由度：不完全定位不完全定位分析下列定位方案中各定位元件限制了那些自由度？1）車光軸外圓2）車套筒外圓

起傳動作用，不起定位作用

起夾緊作用，不起定位作用分析下列定位方案中各定位元件限制了那些自由度？3）車光軸外圓的三種安裝方式。a)b)c)

定位誤差一批工件逐個在夾具上定位時，各個工件在夾具上所占據(jù)的位置不可能完全一致，以致使加工后各工件的加工尺寸存在誤差，這種因工件定位而產(chǎn)生的工序基準在工序尺寸上的最大變動量，稱為定位誤差，用

D表示。

定位誤差的組成1．基準不重合誤差2.基準位移誤差

基準不重合誤差當定位基準與設(shè)計基準不重合時便產(chǎn)生基準不重合誤差。因此選擇定位基準時應(yīng)盡量與設(shè)計基準相重合。當被加工工件的工藝過程確定以后，各工序的工序尺寸也就隨之而定，此時在工藝文件上，設(shè)計基準便轉(zhuǎn)化為工序基準。設(shè)計夾具時，應(yīng)當使定位基準與工序基準重合。當定位基準與工序基準不重合時，也將產(chǎn)生基準不重合誤差，其大小對于定位基準與工序基準之間尺寸的公差，用

B表示。工序基準與定位基準之間的尺寸就稱為定位尺寸。

定位基面為了分析問題的方便，引入“定位基面”的概念。當工件以回轉(zhuǎn)表面（如孔、外圓等）定位時，稱它的軸線為定位基準，而回轉(zhuǎn)表面本身則稱為定位基面。工件在夾具上定位時，理論上定位基面與定位元件上的起主要定位作用的表面應(yīng)該接觸。

基準位移誤差

工件在夾具中定位時，由于工件定位基面與夾具上定位元件限位基面的制造公差和最小配合間隙的影響，從而使各個工件的位置不一致，給加工尺寸造成誤差，這個誤差稱為基準位移誤差，用

Y表示?；鶞饰灰普`差的大小對應(yīng)于因工件內(nèi)孔軸線與心軸軸線不重合所造成的工序尺寸最大變動量?；鶞饰灰普`差當定位基準的變動方向與工序尺寸的方向相同時，基準位移誤差等于定位基準的變動范圍，即

Y=

i

當定位基準的變動方向與工序尺寸的方向不同時，基準位移誤差等于定位基準的變動范圍在加工尺寸方向上的投影，即

Y=

icosa定位誤差的計算方法

定位誤差由基準不重合誤差與基準位移誤差兩項組合而成。計算時，先分別算出

B和

Y，然后將兩者組合而成

D。誤差計算不等式5.3.2.1工件以平面定位固定支承。固定支承有支承釘和支承板兩種型式。

可調(diào)支承

自位支承(浮動支承)輔助支承固定支承固定支承有支承釘和支承板兩種型式。在使用過程中，它們都是固定不動的。在定位過程中，支承釘一般只限制工件的一個自由度，而支承板相當于兩個支承釘。當工件以粗糙不平的毛坯面定位時，采用球頭支承釘。齒紋頭支承釘用在工件的側(cè)面，它能增大摩擦系數(shù)，防止工件滑動。當工件以加工過的平面定位時，可采用平頭支承釘或支承板。固定支承需要經(jīng)常更換的支承釘應(yīng)加襯套。支承釘、支承板和襯套都已標準化，其公差配合、材料、熱處理等可查閱手冊。工件以平面定位時，除采用上面介紹的標準支承釘和支承板之外，還可根據(jù)工件定位平面的具體形狀設(shè)計相應(yīng)的支承板，工件批量不大時也可直接以夾具體作為限位平面。

支承板(a)工作面上開斜槽(b)工作面上沒開槽可調(diào)支承在工件定位過程中，支承釘?shù)母叨刃枰{(diào)整時，可采用可調(diào)支承結(jié)構(gòu)。

自位支承自位支承(浮動支承)在工件定位過程中，能自動調(diào)整位置的支承稱為自位支承，或稱浮動支承。

輔助支承輔助支承用來提高工件的裝夾剛度和穩(wěn)定性，不起定位作用。工件定位時，輔助支承是浮動的（或可調(diào)的），待工件夾緊后再固定下來，以承受切削力。 （1）手動式輔助支承 （2）彈簧式輔助支承工件以平面定位的定位誤差5.3.2.2工件以外圓柱面定位工件以外圓柱面作為定位基面時，最常用的定位元件：卡盤V形塊定位套半圓套V形塊工件以外圓柱面在V形塊上定位的突出優(yōu)點是對中性好，即工件上定位用的外圓柱面軸線始終處在V型塊兩斜面的對稱面上，且不受定位基