1、第第7章章 機床夾具設計機床夾具設計臨沂大學機械工程學院臨沂大學機械工程學院 第第1節(jié)節(jié) 機床夾具概述機床夾具概述 第第2節(jié)節(jié) 工件在夾具上的定位工件在夾具上的定位 第第3節(jié)節(jié) 工件的夾緊工件的夾緊 第第4節(jié)節(jié) 各類機床夾具各類機床夾具第第7章章 機床夾具設計機床夾具設計第第1節(jié)節(jié) 機床夾具概述機床夾具概述1、機床夾具、機床夾具 機床夾具是在機床上用以裝夾工件的一種裝置，其作用是使工件相對于機床或刀具有個正確的位置，并在加工過程中保持這個位置不變。2、機床夾具的組成、機床夾具的組成 (1).定位元件：定位元件：確定工件在夾具中位置的元件。 (2).導向元件：導向元件：用以引導刀具或調整刀具相對

2、于夾具的位置。 如：鉆套、對刀塊。 (3).夾緊元件：夾緊元件：確定夾具與機床或夾具與刀具的元件。 (4) .連接元件：連接元件：用以確定夾具在機床上的位置并與機床相連接。(5).夾具件：夾具件：基礎件，用于安裝其它元件，形成整體(4).其它輔件：其它輔件：夾緊用的扳手，操作手柄，分度機構等。 如下圖所示：二、機床夾具的分類二、機床夾具的分類1、分類方法、分類方法：1)按夾具的應用范圍：按夾具的應用范圍：通用夾具、專用夾具、可調夾具、組合 夾具、隨行夾具；2)按加工類型：按加工類型：車床夾具、鉆床夾具、鏜床夾具、磨床夾具、 數(shù)控機床夾具等；3)按夾緊力來源：按夾緊力來源：手動夾具、氣動夾具、液

3、壓夾具、電磁夾具、真空夾具。機床夾具通常按夾具的應用范圍進行。(1)通用夾具通用夾具：指已標準化，通用化好，可用于加工同一類型，不同尺寸工件加工的夾具。如：三爪長盤、四爪長盤、平口鉗、回轉工作臺、萬能分度頭、磁鐵吸盤。適用場合：廣泛用于單件，小批量生產(chǎn)中。(2)專用夾具專用夾具：指的是專為某一工件的某道工序而設計制造夾具，這種夾具“剛性”大，即當產(chǎn)品變換或工序內容變更后，往住 無法使用。因此適用于產(chǎn)品固定、工藝相對穩(wěn)定、批量 大的加工過程。(3)可調夾具：可調夾具：是指經(jīng)調整或更換個別元件，即可加工多種工件的夾具。 這種夾具主要用了加工形狀相似，尺寸相近的工件的加工。(4)組合夾具（拼裝夾具）

4、：組合夾具（拼裝夾具）：這種夾具是在夾具零部件完全標準化的基 礎上，根據(jù)積木化原理，針對不同的工件 對象和加工要求，拼裝組合則成夾具。構 成夾具的各零部件，在工件加工完后，可拆散成各種元件，組合成適用其它產(chǎn)品加工要求的夾具。（圖示見下頁）當今生產(chǎn)發(fā)展趨勢：多品種、小批量。由此導致對生產(chǎn)裝備的要求是高效、快捷的柔性系統(tǒng)。(5)隨行夾具：隨行夾具：切削加工中隨安裝好的工件在各工位間被自動運送轉移的機床夾具。隨行夾具主要是在自動生產(chǎn)線加工中心中、柔性生產(chǎn)線。 三、機床夾具的作用三、機床夾具的作用(1)保證加工精度，降低工人等級保證加工精度，降低工人等級加工精度包括：尺寸精度、幾何形狀精度、表面相互位

5、置精度。使用夾具最有利于保證表面相互位置精度。如：在搖臂鉆加工孔系 夾具：可達0.100.20mm 劃線找正：0.41.0mm(2) 提高勞動生產(chǎn)率，降低加工成本提高勞動生產(chǎn)率，降低加工成本無找正，對刀等時間，工件裝卸迅速，從而大大減少了工件安裝的輔助時間，同時易于實現(xiàn)多件加工，多工位加工，特別適用于加工時間短，輔助時間長的中、小工件的加工。(3) 擴大機床工藝范圍擴大機床工藝范圍擴大機床的功能，實現(xiàn)一機多用。如在車床上利用鏜夾具，進行鏜孔。利用銑夾具，進行銑槽。 (4) 減輕工人勞動強度，保證安全生產(chǎn)。減輕工人勞動強度，保證安全生產(chǎn)?；靖拍罨靖拍?定位基準 定位基面 限位基準 限位基面定

6、位方式定位方式用六點定位原理進行定位分析時，以定位點來消除自由度，在實際應用中，不可能是點，而應該是各種定位元件,工件的定位表面有各種形式：如平面，內孔，外圓，成型面，組合表面等，對這些表面應采用不同的方法來實現(xiàn)。定位設計時應做的工作及步驟：定位設計時應做的工作及步驟：A）根據(jù)加工零件的工序要求合理布置支承點B）正確考慮定位方法C）選用恰當?shù)亩ㄎ辉?第第2節(jié)節(jié) 工件在夾具上的定位工件在夾具上的定位一、常用定位方式與定位元件一、常用定位方式與定位元件工件常用定位表面工件常用定位表面 以平面定位以內孔定位以外圓表面定位以平面定位以平面定位 基本支承輔助支承固定支承可調支承自位支承 支承釘、支承板

7、基本支承：基本支承：限制自由度，真正起定位作用輔助支承：輔助支承：不限制自由度，起預定位、增加工件和夾具剛性等作用（一）工件以平面定位（一）工件以平面定位 1基本支承 (1)固定支承：固定支承：安裝到夾具上后，不可拆卸或調節(jié)。分為支承板和支承釘。支承釘：用于小平面未加工或已加工表面的定位。a.分類： 平頭：用于經(jīng)過精加工的表面，面接觸。球頭：點接觸，可保證接觸位置相對穩(wěn)定，但易磨損，夾緊時使加工表面產(chǎn)生壓陷，產(chǎn)生較大安裝誤差，不易使幾個支承釘保持在同一平面內，用于精加工中網(wǎng)紋頂面：與定位面摩擦力較大，可住阻礙工件移動，加強定位穩(wěn)定性，精中易積屑，多用在粗糙表面的側面定位。 b.支承釘尾部與基體

8、孔的配合： 過盈配合：H7/r6 或H7/n6 加中間套(可換)：套與夾具體上孔為過盈配合，套與支承釘尾部可選過渡配合H7/js6c.支承釘布置原則：三點：組成的平面面積盡可能大 二點：距離盡可能長 一點：應與切削力方向對應 支 承 釘支承板支承板 用于較大已加工平面的定位，所以常出現(xiàn)在精基準定位中，一個支承板的作用，相當于兩個支承釘，消除兩個自由度。支 承 板B 型A 型a.結構形式及應用場合：A型型 制造簡單，常用于側面定位B型型 切有斜槽，易于 清屑，常用于底面定位b.應用場合：用于難以用支承釘布置成合適的、穩(wěn)定的定位中。工件剛度不足，定位面又小,并且切削力不能恰好作用在支承上。圖(a)

9、薄板上鉆孔，支隨釘使工件變形。圖(b)(a)(b)不宜用三個釘支承定位的情況承受較大力的場合，保護精加工表面。方便安裝：如側面支承板取代兩支承釘，可避免長死。 c. 材料：材料：D12的支承釘和小型支承板，用較好的T7A鋼，淬硬HRC60-64對D12的支承釘和大型支承板，一般用20#鋼滲碳淬火，滲碳深度為0.81.2mm,硬度至HRC6064 d.注意注意為保持幾塊支承板在同一平面上，在裝配后應將頂部進行統(tǒng)磨。有精度要求或使支承板裝配牢固，需加定位銷。(2)可調支承可調支承 可調支承可調支承:適用于毛坯分批制造，其形狀和尺寸變化較大的粗基準定位并適用于同一夾具加工形狀相同而尺寸不同的工件及專

10、用可調夾具或組合夾具中。 方法：方法：一批工件調整一次，調整后應鎖緊。(3)自位支承自位支承 （浮力支承）（浮力支承）123(a)(b)(c)自 位 支 承 特點：特點：有定位元件有多個工作點與工件接觸，定位元件在定位過程中 所處的位置，隨工件定位基準面位置的變化而自動與之適應，其作用相當于一個固定支承，因此，只限制一個自由度。由于增加了與工件定位基準面接觸的點數(shù)，故可提高工件的安裝剛 性，適用于以粗基準定位，剛性不足或不連續(xù)表面的定位。 注意：設計自位支承時，應考慮可動部分有足夠的擺動余動。 2、輔助支承、輔助支承a. 特點：特點：根據(jù)六點定位原理，工件定位原理，工件定位夾緊后，若工件剛性很

11、差，在切削力和夾緊力的影響下，會發(fā)生變形和振動。為此，需增加輔助支承，減小變形，以提高剛性和穩(wěn)定性。輔助支承的作用0+TAA312b.作用：作用：由于輔助支承是在工件定位后才參與支承，因此不起任何消除自由度作用，只起減小工件變形和振動的作用。各種輔助支承在每次卸下工件后，必須松開，裝上工件后再進行調整和鎖緊，另外，輔助支承不應破壞原有定位。 c.應用場合：應用場合： 起預定位作用 提高夾具工件的穩(wěn)定性 提高工件的剛性d.結構形式：結構形式：螺旋式：結構簡單，易頂起工件，用限力板手，逐個調整、效率低、常用于單件小批生產(chǎn)中自位式：效率高，彈簧力不可太大，保證自鎖推引式：適用于工件較重，切削負荷大的

12、場合（二）工件以外圓定位（二）工件以外圓定位工件以內孔定位時，常用的有V形塊、定位套筒及剖分套筒、自動定心機構（三爪長盤、彈簧夾頭、錐孔、自動定心夾頭）1. V形塊形塊V形塊的定位情況：a. V形塊結構：形塊結構：(已標準化） 常取90或120 工藝槽：降低應力集中，便于v形工作面加工。 支承面和底面精度要求較高 安裝時，需采用定位銷孔(有定位銷孔和安裝孔)b.特點：特點：對中性好（水平方向）所定位的水平軸中心位置（垂直方向），隨V形塊夾角 及工件直徑的誤差而發(fā)生變化V形塊裝在夾具體C時，除用螺釘緊固外，還要加裝定位銷 c. 材料：材料：20鋼, 熱處理：滲碳深度0.8-1.2mm, 淬硬HR

13、C60-64，大型V形塊，可用鑄鐵在支承面C鑲以碎硬耐磨的鋼板 d.主要結構參數(shù)：主要結構參數(shù)： V形塊已標準化，繪制V形塊工作圖時，可不繪制圖形，但應注明尺寸C、H、hhH+D/2HCaD尺寸h：h0.5D用于大直徑定位 h1.2D 用于小直徑定位H：用于檢驗形塊精度2.定位套筒及剖分套筒定位套筒及剖分套筒定位套筒定位套筒特點：元件結構簡單，定心精度不變；當工件外圓與定位圓孔配合較松時，易使工件傾斜，可考慮利用套筒內孔及端面一起定位；當端面大時，定位孔應短些，以避免產(chǎn)生過定位。 定位套與夾具體配合： 小：H7/r6或H7/s6 較緊大：N7/R6或H7/js6 較松，裝入后再用螺釘擰緊剖分套

14、筒剖分套筒 主要用于大型軸類零件的精密軸經(jīng)定位，以便于安裝。結構:下半孔起定位作用 上半孔起夾緊作用剖分套筒3.外圓定心夾緊機構外圓定心夾緊機構（三）工件以內孔定位（三）工件以內孔定位 工件以內孔定位時，常用的有：定位銷、定位心軸、自動定心機構（如三爪卡盤、彈簧心軸等。 1.定位銷定位銷：通常結合端面定位 結構形式：a. d10 d太小，不宜開退刀槽，軸肩下埋； b. d10 帶有臺肩，端面定位可避免夾具體磨損；c. d16 凸肩與退刀槽合二為一；d. 可換式：用于大量生產(chǎn)中，易于更換，更換時為避免 破壞夾具體加上襯套，定位銷與襯套配合H7/js6、H7/n7( a)(b)( c)(d)定 位

15、 銷另外還有一種定位銷：圓錐銷特點：定心好，軸向定位精度不高，常用于浮動定位中 圓錐銷削 邊 銷2.剛性心軸剛性心軸根據(jù)工件的形狀和用途的不同，定位心軸的結論形式很多，常用的有下列幾種形式：a.帶小錐度的心軸（帶小錐度的心軸（1/50001/1000）：）：限5個自由度，定心精度高，可達0.0050.01mm，但軸向位移大，傳遞扭矩小，使用于精加工中。b.圓柱形心軸：圓柱形心軸：工件與心軸定位部分為過盈配合采用r6、s6配合，軸向位置較固定（通過限位套）前編加有導向部分，與工件為間隙配合的保證工件用手能自由套入c.心軸：心軸：工件與心軸為間隙配合，心軸采用h6、g6、f7制造，同心度不高，裝卸

16、方便，端部夾緊。d.花鍵心軸花鍵心軸3.內圓定心夾緊機構內圓定心夾緊機構用于內孔的定心夾緊機構，其作用原理與外圓定位時是一樣的。區(qū)別僅在于孔定位時，支承等速遠離中心移動，與工件孔表面接觸。 孔用漲緊套（四）工件以組合表面定位（四）工件以組合表面定位 以上所述的定位方法，全指工件以單一表面定位。實際上，零件往往是以幾個表面同時定位的，例如:用兩個平行孔、兩個平行階梯表面、階梯軸的兩個外圓等等，這都稱為“工件以組合表面定位”。工件以組合表面定位時，幾個定位表面間的相互位置，總是具有一定的誤差，若將所有的支承元件都做成固定的，工件將不能正確定位甚至無法定位。因而，在組合表面定位時，必須將其中的一個（

17、或幾個）支承做成浮動的，或雖是固定的，但能補償其定位面間的誤差。1.以軸心線平行的兩孔定位（一面兩孔）以軸心線平行的兩孔定位（一面兩孔） 工件以兩孔定位的方式，在生產(chǎn)中普遍用于箱體類大、中型零件的加工中，如機床主軸箱、發(fā)動機機體。 以一面兩孔定位以一面兩孔定位用箱體的兩孔及平面定位的分析用箱體的兩孔及平面定位的分析若以兩個圓柱銷作定位件時，常會產(chǎn)生過定位現(xiàn)象，造成后果：工件可能無法安裝。D10+DS12D0+S2Dd1- dS1- dX12d- d- dXS222122工件以兩孔定位（a）（b） LLg LLxLL-x L+gLLxgL 解決辦法：解決辦法：(1)右孔與右銷間給予較大的配合間隙

18、，足以補償工件兩孔和兩銷中心距的誤差，但這樣定位誤差較大有時也會造成工件位置的偏斜。(2)將右邊定位銷在兩銷連心線的垂直方面削去兩邊，做成削邊銷，這樣在此連心線方向上獲得間隙補償；能使工件兩孔與兩銷順利安裝且使定位較準確。比較：比較：方法1簡單，但增大轉角誤差。方法2更為科學。 削邊銷的寬度計算，應考慮在圖紙規(guī)定公差范圍內的任一工件，都能保證裝到夾具的兩定位銷上，這要分析可能出定位削邊銷的寬度計算削邊銷的寬度計算干涉的極限情況。圖中圖中為工件裝在夾具上的一種極限位置，這時為：（O1為孔1及銷1的中心；O2為銷2的中心，O2 為銷2的中心）2122LL-x L+gLLxgL d2 maxD2 m

19、inD1 mind1 maxO2O2BAEC干涉最容易發(fā)生在：干涉最容易發(fā)生在：工件兩孔的直徑最?。篋1min, D2min夾具兩銷的直徑最大：d1max, d2max且銷距與孔距偏差向相反方向。 如：工件兩孔的孔距最大：L+ Lg，而夾具兩銷的銷距最小：L Lx工件兩孔順利裝到銷上的條件：工件兩孔順利裝到銷上的條件：工件兩孔與順利裝到夾具兩銷上的最小間隙為：1 = D1min d1max 2 = D2min d2max 若假定工件安裝時，左邊的孔、銷兩中心O1重合；右邊孔中心 的偏移量這時為： xgLLOO 22 由于這一偏移，使銷2與孔2產(chǎn)生了新月形的干涉區(qū)（圖中的陰影部分）。如果將銷2的

20、削邊后寬度b ，便不再發(fā)生干涉。而b的大小，即可按幾何關系進行計算： BCxgLLOOdDBObEOdBOBEOOEOBOEOBOBEOBEO 222max2min222max222222222222222;22;2;2:)(式式中中等等高高，和和（1）代入（1）式，得：xgLLDb2min2考慮孔1與銷1之間的補償作用 ，得削邊銷寬度為：min12min2xgLLDb 生產(chǎn)中，削邊銷寬度b常按工件孔的基本尺寸D2選定。?D2bB2D3 6 6 8 8 20 20 25 25 32 32 40 40 50b2345568BD 0.52D 12D 22D 32D 42D 522削削 邊邊 銷銷

21、的的 尺尺 寸寸再根據(jù) ，d2maxD2min2min可算出削邊銷的尺寸及偏差。 設計一個圓柱銷、一個削邊銷的各有關定位尺寸。 （1）確定兩定位銷的中心距尺寸及偏差）確定兩定位銷的中心距尺寸及偏差銷距的基本尺寸（Lx）與孔距的基本尺寸（Lg）相同，其偏差為：Lx Lg。注意：注意：若工件孔間距上、下偏差在零件圖上非對稱分布時，應將其轉化為對稱形式。（2）確定圓柱銷直徑尺寸（）確定圓柱銷直徑尺寸（d1）及偏差）及偏差通常以該工件孔的最小尺寸（D1min）作為圓柱銷的基本尺寸（d1），其配合的偏差一般以g6（或f7）選取。（3）選定削邊銷基本尺寸（）選定削邊銷基本尺寸（d2）及偏差）及偏差一般以d

22、2max作為削邊銷的基本尺寸，與該孔的配合可選取為h6。)3151( 若工件在垂直平面定位后，再將工件左端外圓、用圓孔或V形定位時，則工件右端外所用的V形塊，一定要做成浮動結構，這時只起限制一個自由度的作用，否則就會過定位。 2.以軸心線平行的兩個圓表面定位以軸心線平行的兩個圓表面定位 兩個零件（a）、(b)，均需以大孔及底面定位，加工兩個小孔。可以有兩種定位方案，視其加工尺寸要求而定。根據(jù)其準重合原則，如圖（a）零件應選用圖(c)方案：即平面用支承板定位，3.以一個孔和一個平行于孔中心線的平面定位以一個孔和一個平行于孔中心線的平面定位A2A2HdhA1A2HdhA2A1孔用削邊銷定位，且削邊

23、方向應平行于定位平面，以補償孔中心線與底面間距離的尺寸誤差公差。再如圖（b）零件則宜采用圖（d）的方案，即孔用圓銷定位，而平面下方則加入梯形塊可使定位平面升降，以補償工件孔與平面間的尺寸誤差。1）定義 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，稱為定位誤差定位誤差，用D表示。二、定位誤差的分析與計算二、定位誤差的分析與計算2）定位誤差的組成）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盡量與設計基準相重合。當被加工工件的工