《機(jī)械加工技術(shù)》課件第8章

第8章專用夾具及設(shè)計方法8.1專用夾具設(shè)計方法和步驟

8.2分度裝置與夾具體的設(shè)計

8.3專用夾具設(shè)計實(shí)例

8.4其它夾具簡介

思考題與習(xí)題

8.1專用夾具設(shè)計方法和步驟

8.1.1專用夾具設(shè)計的基本要求（1）

能保證工件的加工精度要求。（2）能提高加工的生產(chǎn)率，降低成本。（3）操作方便、省力和安全。（4）便于排屑。（5）有良好的工藝性。

8.1.2專用夾具設(shè)計的一般步驟專用夾具設(shè)計的一般步驟如下：

(1)明確設(shè)計任務(wù)，

認(rèn)真研究有關(guān)資料，

了解生產(chǎn)條件。

(2)擬定夾具結(jié)構(gòu)方案，

繪制夾具結(jié)構(gòu)草圖。

①確定工件的定位方法并設(shè)計相應(yīng)的定位裝置；確定刀具的引導(dǎo)方式并設(shè)計引導(dǎo)裝置或?qū)Φ毒哐b置。工件在夾具中的定位應(yīng)符合定位原理，所選定位方案必須保證工件的加工精度，必要時應(yīng)進(jìn)行誤差驗(yàn)算。定位元件和導(dǎo)向元件的設(shè)置要合理，

并應(yīng)盡量采用標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)。

②確定工件的夾緊方式并設(shè)計夾緊裝置。夾緊力的方向和作用點(diǎn)應(yīng)符合夾緊原則。對夾緊力的大小應(yīng)進(jìn)行分析和必要的計算（有時需要通過做試驗(yàn)決定夾緊力的大?。?，以確定夾緊元件和傳動裝置的主要尺寸。③確定其它元件或裝置的結(jié)構(gòu)形式，考慮這些元件和裝置的布局，確定出夾具體的結(jié)構(gòu)。在構(gòu)思夾具結(jié)構(gòu)方案的同時應(yīng)繪制夾具的結(jié)構(gòu)草圖，以檢查方案的合理性和可行性，并為進(jìn)一步繪制夾具總圖做好準(zhǔn)備。

(3)繪制夾具總圖。結(jié)構(gòu)方案經(jīng)討論審查后，便可正式繪制夾具總圖。總圖應(yīng)按國家標(biāo)準(zhǔn)繪制，圖形比例應(yīng)盡量取1∶1，以便使繪出的圖樣具有良好的直觀性，工件過大可用1∶2或1∶5，過小可用2∶1?？倛D的視圖數(shù)應(yīng)在能清楚地表示各零件相互關(guān)系的原則上盡量地少，總圖上的主視圖，應(yīng)盡可能選取與操作者正對的位置。繪制總圖的步驟大致為：先用雙點(diǎn)畫線繪制工件的輪廓外形（即把工件視為一假想透明體，不遮擋夾具），并畫出定位基面、夾緊表面和被加工表面。被加工表面上的加工余量，可用網(wǎng)紋線或粗實(shí)線表示。而后按照工件的形狀和位置依次畫出定位、導(dǎo)向、夾緊裝置等各元件的具體結(jié)構(gòu)，最后畫出夾具體，

以使夾具成為一整體。

(4)標(biāo)注總圖上各部分尺寸和技術(shù)要求。在夾具總圖上應(yīng)標(biāo)注輪廓尺寸和必要的裝配、檢驗(yàn)尺寸及其公差，制定主要元件和裝置之間的相互位置精度要求等。當(dāng)加工的技術(shù)要求較高時，應(yīng)進(jìn)行工序精度分析。最后要對總圖上所有零件編號，

填寫零件明細(xì)表和標(biāo)題欄。

(5)繪制夾具零件圖。為簡化夾具設(shè)計和制造，應(yīng)盡可能采用標(biāo)準(zhǔn)元件。標(biāo)準(zhǔn)的夾具零件及部件，可在國家標(biāo)準(zhǔn)、部頒標(biāo)準(zhǔn)及工廠內(nèi)規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)中選擇。夾具中的非標(biāo)準(zhǔn)零件應(yīng)自行設(shè)計制造，為此必須繪制其零件圖。非標(biāo)準(zhǔn)零件的繪制應(yīng)符合國家制圖標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，其視圖的選擇應(yīng)盡可能與零件在總圖上的工作位置相一致。非標(biāo)準(zhǔn)零件的公差和技術(shù)要求應(yīng)依據(jù)夾具總圖的公差和技術(shù)要求，參照同類零件并考慮本單位的生產(chǎn)條件來決定。在實(shí)際工作中，上述設(shè)計步驟并非一成不變，但它在一定程度上反映了設(shè)計夾具所要考慮的問題和設(shè)計經(jīng)驗(yàn)，因此對于缺乏設(shè)計經(jīng)驗(yàn)的人員來說，遵循一定的方法、步驟進(jìn)行設(shè)計是很有益的。

8.1.3夾具公差和技術(shù)要求的制定

1.夾具總圖上應(yīng)標(biāo)注的尺寸和技術(shù)要求（1）外形輪廓尺寸。一般是指夾具的最大外形輪廓尺寸。特別是當(dāng)夾具結(jié)構(gòu)中有可動部分時，應(yīng)包括可動部分處于極限位置時在空間所占尺寸。例如，夾具上有超出夾具體外的旋轉(zhuǎn)部分時，應(yīng)注出最大旋轉(zhuǎn)半徑；有升降部分時，應(yīng)注出最高和最低位置。由此可見，標(biāo)出夾具最大外形輪廓尺寸，就能知道夾具實(shí)際所占的空間大小和可能活動的范圍，從而可以校核所設(shè)計的夾具是否會與機(jī)床、

刀具發(fā)生干涉。

（2）與定位精度有關(guān)的尺寸公差及相互位置要求。如定位元件上定位表面的尺寸公差及配合性質(zhì)，各定位元件間的位置尺寸及相互位置要求，定位元件與夾具安裝基面間的位置尺寸及相互位置精度要求，夾具主要元件間的配合尺寸和配合性質(zhì)。（3）定位元件與導(dǎo)向元件、對刀元件間的位置尺寸及相互位置精度要求。主要是指銑、刨夾具中所設(shè)的對刀塊，鉆、

鏜夾具中的鉆套和鏜套這類元件的有關(guān)位置尺寸及形位精度的標(biāo)注。

（4）夾具與機(jī)床連接部分的尺寸及配合性質(zhì)。這類尺寸表示夾具如何與機(jī)床有關(guān)部分連接，從而確定夾具在機(jī)床上的正確位置。對于車床、圓磨床夾具，主要是指夾具與機(jī)床主軸端的連接尺寸；對于銑床夾具，則是指夾具上的定位鍵與U形槽和機(jī)床工作臺上的T形槽的配合尺寸。標(biāo)注尺寸時，

還常以夾具上的定位元件作為相互位置尺寸的基準(zhǔn)。

（5）與保證夾具裝配精度有關(guān)或檢驗(yàn)方法有關(guān)的特殊技術(shù)要求。這類技術(shù)要求指屬于夾具內(nèi)部各組成連接副的配合、各組成元件之間的位置關(guān)系等，如定位元件與夾具體，滑柱鉆模的滑柱與導(dǎo)孔的配合等。雖不一定與工件、刀具、機(jī)床有直接關(guān)系，但也影響加工精度和規(guī)定的使用要求。此外，對夾具制造和使用的一些特殊要求，如夾具的操作、平衡、安全、裝配使用中的注意事項(xiàng)等，則用文字在夾具總圖上加以說明。

2.夾具公差的確定

夾具公差可分為與工件加工尺寸直接有關(guān)的和與工件加工尺寸無直接關(guān)系的兩類。（1）夾具中與工件尺寸有關(guān)的公差。如夾具上定位元件之間、對刀－引導(dǎo)元件之間等有關(guān)尺寸公差。它們直接與工件上相應(yīng)的加工尺寸公差發(fā)生聯(lián)系，因而須按工件加工尺寸公差來決定。一般按下列原則確定這類公差：①在不增加制造困難的前提下，夾具公差應(yīng)制定得盡量小，以增加夾具的可靠性，并補(bǔ)償使用中的磨損量。

②為便于夾具制造和裝配，夾具的距離尺寸公差應(yīng)作對稱分布，其基本尺寸應(yīng)為工件相應(yīng)尺寸的平均值。例如被加工工件孔距為，夾具上應(yīng)標(biāo)為184.75±0.25mm而不能標(biāo)為185±0.25mm，因?yàn)?85+0.25mm已超過最大極限尺寸185mm。③在夾具制造中，為減少加工困難，提高夾具的精度，可采用調(diào)整法、修配法、組合加工或在使用的機(jī)床上加工等方法。

在這些情況下，

某些零件的制造公差可放寬些。

④在實(shí)際設(shè)計中多用經(jīng)驗(yàn)類比法來確定這類公差值的大小。通常，將夾具的尺寸公差和形位公差取為工件相應(yīng)公差的1/2～1/5；工件的精度要求較高，公差值較小時，為使夾具制造不十分困難，宜取1/2～1/3；工件的公差值較大，生產(chǎn)批量較大時，宜取1/3～1/5。夾具上主要角度公差一般取為工件相應(yīng)角度公差的1/2～1/5，常取±10′，要求嚴(yán)的可取±5′～±1′。

（2）夾具中與工件加工要求無直接關(guān)系的公差。如定位元件與夾具體的配合尺寸公差，夾緊裝置各組成零件間的配合尺寸公差等，它們大都屬于夾具內(nèi)部結(jié)構(gòu)配合尺寸的公差，主要根據(jù)零件的功用和裝配要求，按一般公差與配合的制定原則，參照有關(guān)經(jīng)驗(yàn)值來確定。①當(dāng)工件加工尺寸或角度公差為自由公差時，夾具上相應(yīng)公差一般取為±0.1mm或±10′。②當(dāng)工件的加工面沒有提出相互位置精度要求時，夾具上的那些主要元件間的位置公差可按經(jīng)驗(yàn)取為（100∶0.02）～（100∶0.05），

或者在全長上不大于0.03～0.05mm。

8.2分度裝置與夾具體的設(shè)計

8.2.1分度裝置的基本形式

在機(jī)械加工中，經(jīng)常會遇到一些工件要求在夾具里一次安裝中加工一組按一定轉(zhuǎn)角或一定距離均勻分布，而其形狀和尺寸彼此相同的表面，例如鉆、鉸一組等分孔，或銑一組等分槽、多面體等，

如圖8-1所示。

圖8-1常見的等分表面（a）等分孔軸向分布；（b）等分孔徑向分布；（c）等分孔直線分布；（d）

等分槽；

（e）

多面體；

（f）

等分槽直線分布

使工件在一次裝夾中，每加工完一個表面之后，通過夾具上的可動部分連同工件一起轉(zhuǎn)動一定的角度或移動一定的距離，以改變工件加工位置的裝置，稱為分度裝置。分度裝置可分為兩大類：回轉(zhuǎn)分度裝置和直線分度裝置。由于這兩類分度裝置的結(jié)構(gòu)原理與設(shè)計方法基本相同，而生產(chǎn)中又以回轉(zhuǎn)分度裝置的應(yīng)用為多，故本節(jié)主要討論回轉(zhuǎn)分度裝置?；剞D(zhuǎn)分度裝置按其工作原理可分為機(jī)械、光學(xué)、電磁等形式；按其回轉(zhuǎn)軸相對于夾具的安裝基面間的相互位置關(guān)系，又可分為立軸式、臥軸式和斜軸式三種。圖4-23為臥軸式徑向分度鉆模，

用于鉆削套筒圓周上三排均勻分布的徑向孔系。

分度裝置一般由以下幾部分組成：（1）固定部分。固定部分是分度裝置的基體，當(dāng)夾具在機(jī)床上安裝調(diào)整好之后，它是固定不動的。通常以夾具體為分度裝置的固定部分。為了保證分度裝置的精度和使用壽命，要求其固定部分剛性好、尺寸穩(wěn)定和耐磨損。其材料一般為灰鑄鐵，并在機(jī)械加工前進(jìn)行時效處理。

（2）轉(zhuǎn)動（或移動）部分。轉(zhuǎn)動（或移動）部分是分度裝置的運(yùn)動件，它應(yīng)保證工件在定位和夾緊狀態(tài)下進(jìn)行轉(zhuǎn)位（或移動）。當(dāng)轉(zhuǎn)動部分與固定部分之間為滑動摩擦?xí)r，轉(zhuǎn)動部分的材料一般采用45鋼，以保證其耐磨性。在生產(chǎn)批量較大時，軸孔一般須增設(shè)襯套，其材料為45鋼或T7A，轉(zhuǎn)軸材料一般可取45鋼、

40Cr鋼或20鋼滲碳淬火。此外，轉(zhuǎn)動（或移動）部分各摩擦副之間應(yīng)保持良好的潤滑。

（3）對定機(jī)構(gòu)。對定機(jī)構(gòu)的作用是保證其分度裝置的轉(zhuǎn)動（或移動）部分相對于固定部分獲得正確的分度位置，并進(jìn)行定位和完成插銷及拔銷的動作。（4）鎖緊機(jī)構(gòu)。鎖緊機(jī)構(gòu)的作用是，當(dāng)分度完成后，將其裝置的轉(zhuǎn)動（或移動）部分與固定部分之間進(jìn)行鎖緊，以增加分度裝置的剛性和穩(wěn)定性，減少加工時的振動，同時也起到保護(hù)對定機(jī)構(gòu)的作用。

這對于銑削加工尤為重要。

8.2.2分度對定機(jī)構(gòu)及控制機(jī)構(gòu)

1.分度對定機(jī)構(gòu)采用具有分度裝置的夾具加工工件時，各加工表面間的相互位置精度與該分度裝置的結(jié)構(gòu)形式和制造精度有關(guān)。分度裝置的關(guān)鍵部分是對定機(jī)構(gòu)，它是專門用來完成分度、對準(zhǔn)、定位的機(jī)構(gòu)。分度對定機(jī)構(gòu)主要由分度盤和對定銷構(gòu)成。大多數(shù)情況下，分度盤與分度裝置中的轉(zhuǎn)動部分相連接，或直接用轉(zhuǎn)軸作為分度盤，而對定銷則與固定部分相連接，當(dāng)然有時也有相反情況。

按照分度盤和對定銷的相互位置關(guān)系，一般有兩種分度方式：軸向分度和徑向分度。如圖8-2所示。若對定銷沿其分度盤的半徑方向進(jìn)行工作，則稱為徑向分度，如圖8-2（a）所示。若對定銷沿其平行于分度盤回轉(zhuǎn)軸線方向進(jìn)行工作，則稱為軸向分度，

如圖8-2（b）所示。

圖8-2兩種分度方式(a)徑向分度；(b)軸向分度1—對定銷

2—分度盤

3—工件

顯然，當(dāng)分度盤直徑相同時，如果分度盤上分度孔（槽）相距分度盤的回轉(zhuǎn)軸線越遠(yuǎn)，由于對定機(jī)構(gòu)存在某種間隙所引起的分度轉(zhuǎn)角誤差必將越小。因此，徑向分度的精度要比軸向分度精度高，這是目前高精度分度裝置常采用徑向分度方式的原因之一。一般地說，軸向分度機(jī)構(gòu)緊湊，外形尺寸較小，便于維護(hù)保養(yǎng)，故在生產(chǎn)中應(yīng)用較多，而徑向分度機(jī)構(gòu)，因其分度半徑較大，故常用在分度精度要求較高的場合。

分度對定機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)形式較多，它們各有不同的特點(diǎn)，且適用于不同的場合。下面介紹幾種常見的形式。

（1）鋼球（或球頭銷）對定。如圖8-3（a）所示，它是依靠彈簧的彈力將鋼球或球頭銷壓入分度盤錐形孔中實(shí)現(xiàn)對定的。鋼球可以用0～1級精度的標(biāo)準(zhǔn)滾珠。分度盤上的錐形孔可用鉆頭锪出，錐角α為90°或120°，深度應(yīng)小于鋼球或球頭銷的半徑。這種對定機(jī)構(gòu)既可用于軸向分度也可用于徑向分度，結(jié)構(gòu)簡單，操作方便，但分度精度不高，且由于錐孔較淺，對定不很可靠，

故常用于切削力不大，分度精度要求不高的場合，

或作為預(yù)定位機(jī)構(gòu)。

圖8-3分度對定機(jī)構(gòu)（a）鋼球?qū)Χǎ唬╞）圓柱銷對定；（c）削邊銷對定；（d）錐銷對定；（e）雙斜面楔形槽對定（f）單斜面楔形槽對定；（g）正多面體對定；（h）滾柱對定1—精密滾柱

2—套環(huán)

3—圓盤

（2）圓柱銷（或削邊銷）對定。如圖8-3（b）、（c）所示，它們主要用于軸向分度。為了提高其使用壽命，分度盤上的對定孔中一般壓入耐磨襯套，而對定銷與分度套間采用H7/g6間隙配合。這種結(jié)構(gòu)的主要優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單，制造工藝性好，操作方便，使用時不易受灰塵和污物的影響；

缺點(diǎn)是無法補(bǔ)償孔銷之間的配合間隙，磨損之后，其分度精度有所降低。（3）圓錐銷（或雙斜面楔形槽）對定。如圖8-3（d）所示為圓錐銷對定，它常用于軸向分度，圓錐角α一般為10°。圖8-3（e）所示為雙斜面楔形對定，常用于徑向分度。這兩種對定機(jī)構(gòu)都能消除銷與孔（或槽）之間的配合間隙，分度精度較高，且對于磨損具有一定的補(bǔ)償作用，精度的保持性較好，但使用時工件表面上的灰塵和污物將直接影響到分度精度，因此，這類機(jī)構(gòu)應(yīng)采用必要的防屑、

擋塵措施。

（4）單斜面楔形槽對定。如圖8-3（f）所示，它常用于徑向分度。這種對定形式由于斜面始終靠在相對應(yīng)的一側(cè)，使分度誤差也始終分布在斜面一邊。圖中N面為分度對定的基準(zhǔn)，只要其位置固定不變，就能使分度裝置獲得很高的分度精度。另外，即使工作面上沾有碎屑污物而引起對定銷稍有后退，

也不影響分度精度，

故?？捎米骶芊侄?。

（5）正多面體對定。正多面體是具有精確角度的基準(zhǔn)器件。圖8-3（g）所示為正六面體基準(zhǔn)器件，常用于徑向分度。這種對定形式的分度盤是利用正多面體上各個面進(jìn)行分度的，用斜楔加以對定，其特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單，制造容易，剛性好，分度精度較高，但分度數(shù)目不宜過多。（6）滾柱對定。如圖8-3（h）所示，這種結(jié)構(gòu)由圓盤3、套環(huán)2和精密滾柱1裝配而成。相間排列的滾柱構(gòu)成分度槽。為提高分度盤的剛度，在滾柱與圓盤、套環(huán)之間應(yīng)充填環(huán)氧樹脂。對定銷端部制成10°的錐角，以便消除對定副的間隙，

從而提高分度精度。

2.控制操縱機(jī)構(gòu)（1）典型操縱機(jī)構(gòu)。圖8-4（a）所示為結(jié)構(gòu)已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化的GB/T2215—91手拉式操縱機(jī)構(gòu)。將捏手5向外拉，即可將對定銷1從分度盤襯套2孔中拔出。當(dāng)橫銷4脫離槽B后，可將捏手轉(zhuǎn)過90°，使橫銷4擱在導(dǎo)套3的A面上，此時即可轉(zhuǎn)動分度盤進(jìn)行分度。當(dāng)分度盤轉(zhuǎn)過一定角度后，將捏手反轉(zhuǎn)90°，在彈簧力的作用下，對定銷1便插入下一分度襯套2的孔中。本機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)簡單，工作可靠。圖8-4（b)所示為齒輪齒條式操縱機(jī)構(gòu)。在對定銷6上加工有齒條并與小齒輪7嚙合，當(dāng)需分度拔銷時，轉(zhuǎn)動小齒輪軸端部的手柄（圖中未標(biāo)出），通過齒輪齒條的嚙合傳動，使對定銷從分度襯套孔中拔出。分度轉(zhuǎn)位后，在彈簧力的作用下，對定銷便可插入下一個分度孔內(nèi)（手柄反方向轉(zhuǎn)動），

即一次分度完成。

本機(jī)構(gòu)操作方便，工作可靠。

圖8-4操縱機(jī)構(gòu)（a）手拉式；（b）齒條式1—對定銷

2—襯套

3—導(dǎo)套

4—橫銷

5—捏手

6—對定銷

7—小齒輪

（2）抬起及鎖緊機(jī)構(gòu)。在分度轉(zhuǎn)位之前，為了使轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)動靈活、省力和減少接觸面間的摩擦，特別是對于大規(guī)格的立式轉(zhuǎn)臺，更應(yīng)將回轉(zhuǎn)盤稍微抬起；在分度結(jié)束后，為了增強(qiáng)分度裝置的剛度及穩(wěn)定性，則應(yīng)將轉(zhuǎn)盤鎖緊，為此可設(shè)置抬起/鎖緊機(jī)構(gòu)。常用的抬起及鎖緊機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)可參考有關(guān)資料。

8.2.3夾具體的設(shè)計

1.夾具體的結(jié)構(gòu)形式如上所述，夾具體的結(jié)構(gòu)形式一般由機(jī)床的有關(guān)參數(shù)、夾具各元件和裝置的分布以及工件的外廓尺寸而定。如圖8-5所示為夾具體的結(jié)構(gòu)形式，它分為開式、半開式和框架式三種。一般地，開式結(jié)構(gòu)的制造工藝性較好，而框架式結(jié)構(gòu)的整體剛性較強(qiáng)。在選擇夾具體的結(jié)構(gòu)形式時，應(yīng)注意考慮以下三個方面的問題：首先要考慮與工件的形狀、尺寸、加工要求以及所選用的機(jī)床相適應(yīng)；其次要便于夾具體毛坯的制造和切削加工；

最后還應(yīng)便于工件的裝卸。

圖8-5夾具體結(jié)構(gòu)形式（a）

開式結(jié)構(gòu)；

（b）

半開式結(jié)構(gòu)；

（c）

框架式結(jié)構(gòu)

2.夾具體毛坯的制造方法（1）鑄造夾具體。如圖8-6（a）所示，鑄造夾具體的材料大多采用HT150或HT200灰鑄鐵。要求強(qiáng)度很高時，可用鑄鋼（如ZG35）；要求重量輕時，可用鑄鋁（如ZL104）。鑄造夾具體的優(yōu)點(diǎn)是工藝性好，可以鑄出各種復(fù)雜形狀的外形，并具有較好的抗壓強(qiáng)度、剛度和抗振性，但鑄造夾具體的生產(chǎn)周期長，單件制造成本較高，而且因鑄造時的內(nèi)應(yīng)力緣故，易引起變形，

從而影響夾具體精度的持久性。

（2）焊接夾具體。如圖8-6（b）所示，焊接夾具體由鋼板、型材焊接而成。它與鑄造夾具體相比，其主要優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)通常較簡單，易于制造，生產(chǎn)周期短，成本低，重量輕，使用也較靈活；缺點(diǎn)是焊接時的熱應(yīng)力較大，易變形，需進(jìn)行退火處理，并應(yīng)設(shè)置加強(qiáng)筋或隔板，以提高其剛性。國際上發(fā)達(dá)國家常采用這種夾具體。

（3）裝配夾具體。這是近年來發(fā)展的一種新型的夾具體，如圖8-6（c）所示。裝配夾具體是由標(biāo)準(zhǔn)毛坯件或標(biāo)準(zhǔn)零件以及個別非標(biāo)準(zhǔn)件通過螺釘、銷釘連接組裝而成的。它具有制造周期短、成本低、可組織專業(yè)化生產(chǎn)、精度穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)，并有利于夾具體結(jié)構(gòu)的標(biāo)準(zhǔn)化、系列化，也便于夾具的計算機(jī)輔助設(shè)計，

是一種很有發(fā)展前途的夾具體類型。

（4）其它類型的夾具體。①鍛造夾具體，如圖8-6（d）所示。它適用于形狀簡單、尺寸不大，而要求其強(qiáng)度、剛度很大的場合，一般情況下很少采用，并且鍛造成型后應(yīng)作退火處理。②型材夾具體，它是采用板料、棒料、管材等型材直接加工而成的夾具體。它具有制造周期短、成本低等優(yōu)點(diǎn)，適用于小型夾具的制造，

如心軸類夾具的夾具體。

圖8-6夾具體毛坯的種類

3.夾具體設(shè)計的基本要求

設(shè)計夾具體時，有以下一些基本要求：（1）有足夠的強(qiáng)度和剛度。在加工過程中，夾具體要承受切削力、夾緊力、慣性力，以及切削過程中產(chǎn)生的沖擊和振動，所以夾具體應(yīng)有足夠的剛度和強(qiáng)度。為此，夾具體要有足夠的壁厚，并根據(jù)受力情況適當(dāng)布置加強(qiáng)筋或采用框式結(jié)構(gòu)。一般加強(qiáng)筋厚度取壁厚的0.7～0.9倍，

筋的高度不大于壁厚的5倍。

（2）減輕重量，便于操作。在保證一定的強(qiáng)度和剛度的情況下，應(yīng)盡可能使其體積小、重量輕。在不影響剛度和強(qiáng)度的地方，應(yīng)開窗口、凹槽，以便減輕其重量。特別對于手動、移動或翻轉(zhuǎn)夾具，通常要求夾具總重量不超過100N（相當(dāng)于10㎏），

以便于操作。

（3）安放穩(wěn)定、可靠。夾具體在機(jī)床上的安放應(yīng)穩(wěn)定，對于固定在機(jī)床上的夾具，應(yīng)使其重心盡量低；對于不固定在機(jī)床上的夾具，其重心和切削力作用點(diǎn)應(yīng)落在夾具體在機(jī)床上的支承面范圍內(nèi)。夾具越高，支承面積應(yīng)越大。為了使接觸面接觸緊密，夾具體底面中部一般應(yīng)挖空。對于較大的夾具體應(yīng)采用圖8-7（a）所示的周邊接觸、圖8-7（b）所示的兩端接觸或圖8-7（c）所示的四腳接觸等方式。

各接觸部位應(yīng)在夾具體的一次安裝中同時磨出或刮研出。

圖8-7夾具安裝基面的形式

（4）結(jié)構(gòu)簡單，工藝性好。夾具體的結(jié)構(gòu)應(yīng)盡量緊湊，工藝性好，便于制造、裝配。夾具體上最重要的加工表面有三組：夾具體在機(jī)床上定位部分的表面、安放定位元件的表面、安放刀具和導(dǎo)向裝置或元件的表面。夾具體的結(jié)構(gòu)應(yīng)便于這些表面的加工。（5）尺寸穩(wěn)定，有一定的精度。夾具體經(jīng)制造加工完成后，尺寸應(yīng)保持穩(wěn)定，避免其日久變形。為此，對于鑄造夾具體毛坯，要進(jìn)行時效處理；對于焊接夾具體毛坯，要進(jìn)行退火處理；鑄造夾具體其壁厚過渡要和緩、均勻，以免產(chǎn)生過大的鑄造殘余應(yīng)力。必要時，在粗加工后，還應(yīng)進(jìn)行二次去應(yīng)力時效處理。

夾具體各主要表面要有一定的精度和表面粗糙度要求，特別是位置精度。這是保證工件在夾具中加工精度的必要條件。一般的推薦值為：粗糙度Ra為1.6～0.8μm，平面度或直線度不大于0.05mm，

平行度或垂直度不大于0.01mm/100mm。

（6）排屑方便。在加工過程中所產(chǎn)生的切屑，一部分要落在夾具體上。若切屑積聚過多，將影響工作安裝的可靠性，因此夾具體在結(jié)構(gòu)上應(yīng)考慮清除切屑方便。①增加容納切屑的空間，使落在定位元件上的少量切屑排向容屑空間。圖8-8（a）所示是在夾具體上增設(shè)了容屑溝。圖8-8（b）所示是通過增大定位元件工作表面與夾具體之間的距離形成容屑空間。這兩種方法受到夾具體和定位元件結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和剛度的限制，實(shí)際所增加的容屑空間有限，故適用于加工時產(chǎn)生切屑不多的場合。

②采用可自動排屑結(jié)構(gòu)，如在夾具體上設(shè)計排屑用的斜面或缺口，使切屑自動由斜面處滑下并排出夾具體外。

圖8-8增加夾具體上的容屑空間

（7）吊裝方便，使用安全。夾具體的設(shè)計應(yīng)使夾具吊裝方便，使用安全。在加工中要翻轉(zhuǎn)或移動的夾具，通常要在夾具體上設(shè)置手柄或手扶部位，以便于操作。對于大型夾具，為便于吊運(yùn)，在夾具體上應(yīng)設(shè)有吊環(huán)、起吊環(huán)或起重螺栓。對于旋轉(zhuǎn)類夾具體，要盡量避免凸出部分，或裝上安全罩，

并考慮平衡。

8.3專用夾具設(shè)計實(shí)例設(shè)計任務(wù)書：設(shè)計在成批生產(chǎn)條件下，在Z525立式鉆床上鉆削圖8-9所示撥叉零件上的螺紋底孔￠

8.4mm的鉆床夾具。

圖8-9撥叉鉆孔夾具8.3.1設(shè)計任務(wù)的分析（1）孔￠8.4mm為自由尺寸，可一次鉆削保證，該孔在軸線方向的設(shè)計基準(zhǔn)是槽的對稱中心線，要求距離為3.1±0.1mm，該尺寸精度通過鉆模是完全可以保證的；孔￠8.4mm在徑向方向的設(shè)計基準(zhǔn)是孔￠15.81F8的中心線，其對稱度要求是0.2mm，可用夾具保證。

（2）孔￠15.81F8、槽和撥叉口是前工序已完成的尺寸，本工序的后續(xù)工序是以￠8.4mm孔為底孔攻螺紋M10。（3）立鉆Z525的最大鉆孔直徑為￠25mm，主軸端面到工作臺的最大距離H＝700mm；工作臺面尺寸為375mm×500mm，其空間尺寸完全能滿足夾具的布置和加工范圍的要求。（4）

本工序?yàn)閱我豢准庸ぃ?/p>

夾具可采用固定式。

8.3.2設(shè)計方案論證

1.定位方案的選擇

圖8-10定位方案分析

（2）選擇定位元件結(jié)構(gòu)。①￠15.81F8孔采用長圓柱銷定位，其配合選為。②槽面的定位可采用兩種方案(如圖8-10所示)，一種方案是在撥叉口的其中一個槽面上布置一個防轉(zhuǎn)銷（圖（a））；另一方案是利用撥叉口的兩側(cè)面布置一個大削邊銷（圖（b）），與長銷構(gòu)成兩銷定位，其尺寸采用

。

從定位穩(wěn)定及有利于夾緊等方面比較這兩種方案，后一種方案較好。

③為了限制自由度，定位元件的布置有三種方案。第一種方案：以D面定位。此時，因定位基準(zhǔn)與工序基準(zhǔn)（槽的對稱中心線）不重合，且該對稱中心線到槽右側(cè)面距離尺寸為。定位基準(zhǔn)與工序基準(zhǔn)的聯(lián)系尺寸的公差即為其基準(zhǔn)不重合誤差，且ΔB1＝0.05+0.105×2＝0.26mm，已超過尺寸3.1±0.1mm的加工公差（0.2mm），故此方案不能采用。第二種方案：以槽口兩側(cè)面中的任一面為定位基準(zhǔn)，采用圓柱銷單面定位。這時工序基準(zhǔn)是槽的對稱中心線，仍屬于基準(zhǔn)不重合，

槽口尺寸變化所形成的基準(zhǔn)不重合誤差為

此方案可用。

第三種方案：以槽口兩側(cè)面的對稱平面為定位基準(zhǔn)，采用具有對稱結(jié)構(gòu)的定位元件（可伸縮的錐形定位銷或帶有對稱斜面的偏心輪等）定位，此時，定位基準(zhǔn)與工序基準(zhǔn)完全重合，定位間隙也可以消除，ΔB3＝0。比較上述三種方案，第一種方案不能保證加工精度；第二種方案具有結(jié)構(gòu)簡單、定位精度可以保證的優(yōu)點(diǎn)；第三種方案定位誤差為零，但結(jié)構(gòu)比前兩種方案復(fù)雜了些。從大批量生產(chǎn)的條件來看，第三種方案雖然結(jié)構(gòu)復(fù)雜一點(diǎn)，卻能完成夾緊的任務(wù)，因此第三種方案是較恰當(dāng)?shù)模?/p>

如圖8-11所示。

圖8-11定位、

夾緊元件的布置

（3）

定位誤差分析。

影響對稱度的定位誤差為

ΔD＝Dmax－dmin＝(15.81+0.043)－（15.81－0.018）＝0.061mm此值小于工件相應(yīng)尺寸公差的三分之一（1/3×0.2＝0.066mm），能滿足要求。影響所鉆孔是否在z平面上的角度誤差為

工件在任意方向偏轉(zhuǎn)時，總角度誤差為±3′26″。此值遠(yuǎn)小于自由公差±50′。綜上所述，本定位方案由于采用了圓偏心輪式定心夾緊裝置，它兼有定心和夾緊的作用，因此能保證槽面與偏心輪接觸良好，基準(zhǔn)位移誤差較??；又因基準(zhǔn)重合，故定位誤差更小。本方案操作方便、

迅速，結(jié)構(gòu)也不太復(fù)雜，故采用它較合理。

2.夾緊機(jī)構(gòu)的確定當(dāng)定位心軸水平放置時，在Z525立鉆上鉆￠8.4mm孔的鉆削力和扭矩均由定位心軸來承擔(dān)。這時工件的夾緊可以有兩種方案：（1）在心軸軸向施加軸向力夾緊。這時，可在心軸端部采用螺紋夾緊裝置，夾緊力與切削力處于垂直狀態(tài)。這種結(jié)構(gòu)雖然簡單，

但裝卸工件卻比較麻煩。

（2）在槽中采用帶對稱斜面的偏心輪定位件夾緊，偏心輪轉(zhuǎn)動時，對稱斜面楔入槽中，斜面上的向上分力迫使工件中孔￠15.81F8與定位心軸的下母線緊貼，而軸向分力又使斜面與槽緊貼，使工件在軸向被偏心輪固定，起到了既定位又夾緊的作用。顯然，第二種方案具有操作方便的優(yōu)點(diǎn)。8.3.3總體結(jié)構(gòu)分析

按設(shè)計步驟，先在各視圖部位用雙點(diǎn)畫線畫出工件的外形，然后圍繞工件布置定位、夾緊和導(dǎo)向元件（如圖8-11所示），再進(jìn)一步考慮零件的裝卸、各部件結(jié)構(gòu)單元的劃分、加工時操作的方便性和結(jié)構(gòu)工藝性的問題，使整個夾具形成一個整體。圖8-9為該夾具的總體結(jié)構(gòu)設(shè)計裝配圖，從該圖可以看出，該夾具具有如下結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：（1）夾具采用整體鑄件結(jié)構(gòu)，剛性較好。為保證鑄件壁厚均勻，內(nèi)腔掏空。為減少加工面，各部件的結(jié)合面處設(shè)置鑄件凸臺。

（2）定位心軸6和定位防轉(zhuǎn)扁銷1均安裝在夾具體的立柱上，并通過夾具體上的孔與底面的平行度，保證心軸與夾具底面的平行度。（3）為了便于裝卸零件和鉆孔后進(jìn)行攻絲，夾具采用了鉸鏈?zhǔn)姐@模板結(jié)構(gòu)。鉆模板4用銷軸3采用基軸制裝在模板座7上，翻下時與支承釘5接觸，以保證鉆套的位置精度，并用鎖緊螺釘2鎖緊。

（4）鉆套孔對心軸的位置，在裝配時，通過調(diào)整模板座來達(dá)到要求。在設(shè)計時，提出了鉆套孔對心軸軸線的位置度要求￠0.04mm。夾具調(diào)整達(dá)到此要求后，在模板座與夾具體上配鉆鉸定位孔，打入定位銷使之位置固定。（5）偏心輪裝在其支座中，安裝調(diào)整夾具時，偏心輪的對稱斜面的中心與夾具鉆套孔中心線保持3.1±0.03mm的要求，

并在調(diào)整好后打入定位銷使之固定。

（6）夾緊時，通過手柄順時針轉(zhuǎn)動偏心輪，使其對稱斜面楔入工件槽內(nèi)，在定位的同時將工件夾緊。由于鉆削力不大，故工作可靠。該夾具對工件定位考慮合理，且采用偏心輪使工件既定位又夾緊，簡化了夾具結(jié)構(gòu)，適用于成批生產(chǎn)。

8.4其它夾具簡介

8.4.1現(xiàn)代機(jī)床夾具的發(fā)展方向

1.柔性化所謂夾具的柔性化，是指夾具對于各種不同工藝要求（生產(chǎn)批量、工藝特征、工件形狀及尺寸等）的適應(yīng)性。用于多品種中小批生產(chǎn)的夾具應(yīng)適應(yīng)產(chǎn)品變換的要求，其夾具上的有關(guān)元件應(yīng)具有可調(diào)、可換或可進(jìn)行多次組裝、裝卸，重復(fù)使用的性能?？烧{(diào)夾具、組合夾具、模塊化夾具以及數(shù)控機(jī)床夾具便是適應(yīng)生產(chǎn)的需要而發(fā)展起來的柔性化新型夾具。夾具的柔性化將是現(xiàn)代機(jī)床夾具發(fā)展的主要方向之一。

2.精密化

科學(xué)技術(shù)的高度發(fā)展，對機(jī)械產(chǎn)品的質(zhì)量要求也越來越高，相應(yīng)的加工設(shè)備及工藝裝備的精度要求也同樣越來越高。高精度的機(jī)床不斷涌現(xiàn)，推動了高精度夾具的發(fā)展。例如，用于精密分度的多齒分度盤，其分度精度可達(dá)±1″～±0.2″；用于精密車床的高精度三爪卡盤，其定心精度可達(dá)5μm等，

都是適應(yīng)精密加工的需要而產(chǎn)生的。

3.高效自動化高效自動化是提高勞動生產(chǎn)率，改善勞動條件的需要，不僅大批量生產(chǎn)需要如此，中小批量生產(chǎn)也同樣需要如此。以通用機(jī)床配以高效自動化的夾具是實(shí)現(xiàn)機(jī)械加工工藝過程高效自動化行之有效的途徑。成組技術(shù)、數(shù)控機(jī)床等先進(jìn)工藝及設(shè)備的使用，也為在中小批生產(chǎn)條件下高效自動化夾具的應(yīng)用提供了必要的技術(shù)基礎(chǔ)和條件，而且也只有通過配備相應(yīng)的高效自動化夾具，才能充分發(fā)揮這類技術(shù)和設(shè)備的優(yōu)越性。如在帶有自動換刀裝置的數(shù)控機(jī)床上配以自動裝夾工件的夾具以及自動更換夾具的裝置，

便可充分發(fā)揮數(shù)控機(jī)床的效率。

4.標(biāo)準(zhǔn)化夾具的標(biāo)準(zhǔn)化是上述“三化”的基礎(chǔ)。一是夾具零、部件的標(biāo)準(zhǔn)化，以便在各類夾具上通用；二是各種夾具結(jié)構(gòu)形式的標(biāo)準(zhǔn)化。目前我國已有夾具零件及部件的國家標(biāo)準(zhǔn)以及通用夾具標(biāo)準(zhǔn)、組合夾具標(biāo)準(zhǔn)等。作為發(fā)展方向，專用夾具的標(biāo)準(zhǔn)化工作是進(jìn)一步將夾具的零、部件、組件做成獨(dú)立的單元，以便簡化夾具的設(shè)計和制造工作，并用于組織專業(yè)化工廠生產(chǎn)。將夾具的單件生產(chǎn)轉(zhuǎn)變?yōu)閷I(yè)化的批量生產(chǎn)，

有利于提高夾具精度、

縮短生產(chǎn)周期和降低成本。

8.4.2通用可調(diào)夾具與成組夾具

1.通用可調(diào)夾具

通用可調(diào)夾具是介于通用夾具和專用夾具之間的一種新型夾具，其通用性較強(qiáng)，適應(yīng)加工范圍較廣，調(diào)整環(huán)節(jié)較多，適用于多品種、小批量生產(chǎn)類型。其典型結(jié)構(gòu)如通用可調(diào)卡盤、通用可調(diào)虎鉗、

通用可調(diào)鉆模等。

圖8-12所示為三爪定心夾緊分度可調(diào)鉆模。這是一種綜合的可調(diào)夾具，用以加工盤、套類零件沿圓周分布的孔。工件以內(nèi)孔或外圓在三爪卡盤中定心并夾緊，三爪卡盤4可適應(yīng)工件定位直徑尺寸的變化；移動鉆模板2的位置可滿足加工孔分布的圓周尺寸；借助于分度主軸5和可換分度盤6可實(shí)現(xiàn)不同等分孔的分度，以對定銷7對定；更換墊塊1可以調(diào)整鉆模板的高度；更換快換鉆套3可適應(yīng)不同的孔徑要求。

圖8-12三爪定心夾緊分度可調(diào)鉆模

2.成組夾具成組夾具是根據(jù)成組工藝中的相似零件組進(jìn)行設(shè)計的，其加工對象很明確，只能用于成組工藝中工藝特征相近的一組工件，因此又稱為專門化可調(diào)夾具。成組夾具的調(diào)整范圍只限于本組內(nèi)的零件，調(diào)整時一般只需對個別定位元件、夾緊機(jī)構(gòu)等進(jìn)行更換或調(diào)整即可。圖8-13所示為按成組工藝要求劃分的一組套筒零件，將其結(jié)構(gòu)綜合起來，可以得到一個典型代表零件。按此代表零件可設(shè)計出圖8-14所示的套筒鉆孔成組夾具。該夾具在工件左端面用定位支承元件2定位，由手輪4推動定位夾緊件3將工件定心并夾緊。定位支承元件2距工件鉆孔位置L（L＝20～50mm）由旋轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)輪1帶動微分螺桿來調(diào)節(jié)，其數(shù)值大小可由刻度盤上讀出。調(diào)好后，用鎖緊螺母鎖住。鉆孔直徑可通過可換鉆套的更換，以引導(dǎo)相應(yīng)的鉆頭來保證?？蓳Q鉆套直徑按工件加工孔徑尺寸大小來選擇。

圖8-13成組加工零件簡圖

圖8-14套筒類零件鉆孔的成組夾具1—定位調(diào)節(jié)輪

2—定位支承

3—定位夾緊元件

4—夾緊手輪

5—鎖緊手柄

8.4.3組合夾具和拼裝專用夾具

1.組合夾具的工作原理及特點(diǎn)組合夾具是在機(jī)床夾具零、部件標(biāo)準(zhǔn)化基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種新型的工藝裝備，其工作原理類似于“搭積木”。它是由一套結(jié)構(gòu)、尺寸已規(guī)格化、系列化、標(biāo)準(zhǔn)化的通用元件和合件組裝而成的夾具，故也稱為“積木式夾具”。其元件和合件由優(yōu)質(zhì)材料制造，且具有高精度、高硬度和良好的耐磨性及完全的互換性。利用各種元件和合件的不同組合，在幾個工作日，甚至幾小時的時間內(nèi)即可組裝一套滿足某工件加工要求的專用夾具。使用完畢后，又可方便地拆卸成單個元件（合件不拆開），經(jīng)洗凈后入庫存放，供重新組裝新夾具使用。由此可見，組合夾具就是一種零、部件可以多次重復(fù)使用的專用夾具。經(jīng)生產(chǎn)實(shí)踐表明，與專用夾具相比，組合夾具具有以下特點(diǎn)：

（1）靈活多變，適應(yīng)范圍廣，可大大縮短生產(chǎn)準(zhǔn)備周期；可以隨時組裝，以應(yīng)生產(chǎn)之急；也可以適應(yīng)新產(chǎn)品試制中改型的變化。（2）可節(jié)省大量人力、物力，減少金屬材料的消耗。（3）可大大減少存放專用夾具的庫房面積，簡化了管理工作。（4）一般組合夾具的外形尺寸較大、笨重，不及專用夾具那樣緊湊。（5）由于組合夾具是由各標(biāo)準(zhǔn)件組合起來的，因此剛性較差，尤其是元件連接的結(jié)合面接觸剛度，對加工精度影響較大。（6）

由于所需元件的儲備量大，

故一次性投資費(fèi)用較高。

2.組合夾具的標(biāo)準(zhǔn)元件和合件

（1）基礎(chǔ)件。它是組合夾具中尺寸最大的元件。有方形、長方形、圓形基礎(chǔ)板和基礎(chǔ)角鐵四種結(jié)構(gòu)形式，如圖8-15（a)所示?；A(chǔ)件主要用作夾具體，也是各類元件組裝的基礎(chǔ)，它也可作其它元件使用，如用作大型組合夾具的支承板等。方形和長方形基礎(chǔ)板的各個工作面均有T形槽。圓形基礎(chǔ)板工作面上的T形槽按90°、45°、60°三種角度排列。圓形基礎(chǔ)板除用作車床回轉(zhuǎn)夾具體外，

還可用作分度裝置的基礎(chǔ)板等。

圖8-15組合夾具的標(biāo)準(zhǔn)元件和合件(1)（a）

基礎(chǔ)件；（b）

支承件；（c）

定位件；（d）

導(dǎo)向件（2）支承件。支承件主要用作不同高度的支承或角度關(guān)系的支承。它是組合夾具的骨架，起承上啟下的作用，通過它將各類元件連成一體。在一般情況下，支承件和基礎(chǔ)件可共同組成夾具體，有時也可用作定位元件或小型夾具的基礎(chǔ)件。圖8-15（b）所示為支承件的幾種結(jié)構(gòu)。（3）定位件。定位件主要用于工件的正確定位和確定夾具元件間的相對位置，從而保證夾具的組裝精度。也用于增強(qiáng)元件之間連接強(qiáng)度和整個夾具的剛度。圖8-15（c）所示為定位件的幾種結(jié)構(gòu)。

（4）導(dǎo)向件。它主要用來確定孔加工刀具與工件之間的相對位置并起引導(dǎo)刀具的作用。有的導(dǎo)向件也可作定位件用，還