第9章機床夾具設計主要要求：掌握工件的定位原理、自由度分析，定位誤差的計算；了解常見夾緊機構的特點§1概述一、夾具的分類和作用1.定義：機床夾具就是機床上用以裝夾工件的一種裝置，它使工件相對于機床和刀具獲得正確的位置，并在加工過程中保持位置不變。

夾具是如何使工件的處于正確位置的？夾具預先在機床上已調整好位置工件在夾具中正確定位=>工件對于機床占有正確位置夾具上的對刀或引導裝置,保證工件加工面對于刀具的正確位置=>工件對刀具占有正確位置直接保證的工序尺寸圖鉆床夾具1-鉆套；2-襯套；3-鉆模板；4-開墊圈；5-螺母；6-定位銷：7—夾具體

關于夾具裝配圖的兩點說明：零件輪廓用雙點劃線畫出零件假想為透明的，不阻擋夾具圖線2.機床夾具的分類通用夾具專用夾具通用可調夾具和成組夾具組合夾具按夾具的應用范圍和特點分車床夾具銑床夾具鉆床夾具鏜床夾具按所使用的機床分手動夾具氣動夾具液壓夾具電動夾具按產(chǎn)生夾緊力的動力源分3.夾具的作用(1)保證被加工表面的位置精度。工件加工表面的位置精度主要靠夾具和機床來保證，且加工精度穩(wěn)定。(2)提高生產(chǎn)率?？梢燥@著減少輔助時間，提高勞動生產(chǎn)率。(3)擴大機床的工藝范圍。在機床上使用夾具可以改變機床的用途和擴大機床的使用范圍，如以車代鏜。(4)減輕工人的勞動強度，保證生產(chǎn)安全。二、夾具的組成定位元件/裝置夾緊裝置對刀引導元件夾具體其它元件及裝置§.2工件的定位定位的目的：使一批工件中的每一個都能在機床或夾具中占據(jù)同一正確位置。一、確定定位方案1、幾個概念定位基準—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(xiàn)出來，這種表面稱為定位基面。自由度的概念所謂自由度，即空間位置的不確定性一個位于空間自由狀態(tài)的物體，對于空間直角坐標系來說，具有六個自由度：三個位移自由度和三個旋轉自由度。六點定位原理通常，一個支承點限制工件的一個自由度。使用合理設置的六個支承點，與工件的定位基準相接觸，以限制工件的六個自由度，使工件在夾具中的位置完全被確定的方法，稱為六點定位法則。2、需要限制的自由度加工工件上的某些表面時，可能并不需要全部限制其六個自由度，此時就要分析理論上所應限制的自由度在分析時注意：判斷依據(jù)是工件在該運動方向的位置是否需要確定。根據(jù)加工要求分析理論上應限制哪些自由度1.在球形工件上銑削平面，保證距鉆處的下母線的距離為H2.圖示工件銑削通槽3鉆圖示零件φd孔3、定位方式完全定位：不重復地限制了工件的六個自由度的定位。3、定位方式完全定位：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(jù)實際加工要求，并不需要限制工件全部自由度的定位。3、定位方式完全定位：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(jù)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。固定頂尖活動頂尖3、定位方式完全定位：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(jù)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。二、常見定位元件主要定位基面: （一）、平面 （二）、內(nèi)圓孔 （三）、內(nèi)錐孔 （四）、外圓柱面組合表面定位（一）以平面定位時的定位元件平面定位限制三個自由度，工件以平面為定位基準定位時，常用支承釘和支承板作定位元件來實現(xiàn)定位。分類主要支承輔助支承固定支承：支承釘、支承板可調支承自位支承只限制一個自由度不限制自由度●支承釘

◆平頭支承釘：接觸面積大，用于精基準?！羟蝾^支承釘：用于粗基準表面，使定位穩(wěn)定◆齒紋頭支承釘：增大磨擦系數(shù),防止工件受力,用于毛壞面定位,常用于側面定位。一個支承釘限制一個自由度■支承板

A型：結構簡單，便于制造，但不利于清除切屑，適用于側面B型：易保證工作表面清潔,適用于底面定位。一個支承板限制二個自由度●可調支承可調支承是指支承的高度可以進行調節(jié)。

■兩點式自位支承兩點式自位支承與工件有兩個支承點，可用于斷續(xù)表面或階梯表面只限制一個自由度■球面三點式球面三點式自位支承，當定位基面在兩個方向上均不平或傾斜時，能實現(xiàn)三點接觸。只限制一個自由度輔助支承的類型■螺旋式輔助支承螺旋式輔助支承結構簡單，操作費時，效率低，適用于小批生產(chǎn)。不限制自由度■自位式輔助支承所謂自位，就是輔助支承銷與工件表面的接觸，由彈簧的彈力來保證，彈力的大小要能保證支承銷彈出且始終與工件接觸，但又不能頂起工件而破壞定位。■推引式輔助支承推引式輔助支承適用于工件較重、切削負荷較大的情況■液壓鎖緊的輔助支承

輔助支承結構緊湊，操作方便，但必須有液壓動力源才能使用輔助支承，不限制工件的自由度，嚴格來說，輔助支承不能算是定位元件（二）以圓柱孔定位的定位元件工件以圓柱孔定位應用較廣。如各類套筒、盤類、杠桿、撥叉等。所采用的定位元件有圓柱銷和各種心軸?；咎攸c是：定位孔與定位元件之間處于配合狀態(tài)，并要求確?？字行木€與夾具規(guī)定的軸線相重合。孔定位還經(jīng)常與平面定位聯(lián)合使用。常用定位元件1、圓柱銷2、圓錐銷4、圓柱心軸5、圓錐心軸3、菱形銷固定式圓柱銷6、花鍵心軸工件上定位內(nèi)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1、固定式定位圓柱銷固定式定位圓柱銷限制二個自由度。D>3～10D>10～18D>18

2．圓錐銷圓錐銷限制了工件的三個自由度。特點：◆定心性能好◆單個使用不穩(wěn)◆成對組合使用3、菱形銷菱形銷：限制一個自由度，主要用于定位干涉（過定位）的情況。4、(1)不帶軸肩過盈配合心軸不帶軸肩過盈配合心軸可同時加工外圓和兩端面，限制四個自由度。這種心軸會破壞工件的內(nèi)孔表面。4、(2)帶螺母間隙配合心軸帶螺母間隙配合心軸：因有間隙,靠螺母壓緊的摩擦力來抵抗切削力。工件裝卸時不會損傷工件內(nèi)孔表面,但定心精度較差。5、小錐度心軸小錐度心軸定心精度高，裝卸方便，不破壞內(nèi)孔表面。常用錐度為1：1000－1：5000。工件靠心軸上的一段斜楔作用產(chǎn)生的磨擦力帶動工件回轉，不需另行夾緊，但因傳遞的扭矩較小，切削力不能太大。適用于精加工，內(nèi)孔精度不低于IT7級6、花鍵心軸用于有花鍵的工件。三、內(nèi)錐孔定位工件以圓錐孔作為定位基準面時，相應的定位元件為圓錐心軸，頂尖等。圓錐面與圓錐面接觸，要求錐孔和圓錐心軸的錐度相同，接觸良好，因此定心精度與角向定位精度均較高?！皴F形心軸錐形心軸定位限制五個自由度

●頂尖中心孔即為圓錐孔。中心孔與頂尖配合，即為錐孔與錐銷配合。固定項尖限制3個自由度，活動頂尖限制2個自由度。四、外圓柱面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套V形塊的結構

V形塊又可分為固定式和活動式。V形塊上兩斜面間的夾角α，一般選用60o、90o和120o，其中90o應用最多。1、應用最廣泛的是V形塊。V形塊定位的特點

固定式短V形塊限制二個自由度;活動式短V形塊限制一個自由度長V形塊四個自由度。2、定位套

定位時，工件的軸心線可能產(chǎn)生徑向位移或傾斜。為了保證軸向定位精度，常與端面聯(lián)合定位。3、半圓套當工件尺寸較大,或在整體式定位襯套內(nèi)定位裝卸不便時,多采用此種定位方法。此時定位基準的精度不低于IT8-IT9。下半圓起定位作用，上半圓起夾緊作用。由于上半圓孔可卸去或掀開，不需留配合間隙。短半圓套限制2個自由度長半圓套限制4個自由度4、圓錐孔中定位工件以圓柱面為定位基準面在圓錐孔中定位時，相應的定位元件通常用反頂尖。限制3個自由度工件以組合表面定位組合表面定位:工件有兩或以上定位基面.組合定位中各定位元件限制自由度分析:按各定位元件限制自由度數(shù)量多少排序,先分析限制自由度多的,最后分析限制自由少的.常用的組合表面定位有以下兩種:A.孔與端面組合定位B.一面兩孔組合定位圖a所示是過定位，應盡量避免。圖b所示，以軸肩支承工件端面，以短圓柱面對孔定位，避免了過定位。圖c、d所示，孔用長圓柱面定位，工件端面以小臺肩面支承或用球面自位支承，以避免過定位。一面兩銷即采用兩個短圓柱定位銷與兩孔配合，a所示。這種定位是過定位，沿連心線方向的自由度被重復限制了。只能用于加工要求不高的場合，使用較少。例題1大端面限制:X方向的移動自由度Y、Z的轉動自由度短銷限制:Y、Z方向的移動自由度防轉銷限制:X方向轉動自由度例題2大端面限制:Z方向的移動自由度X、Y的轉動自由度短銷限制:X、Y方向的移動自由度防轉菱形銷限制:Z方向轉動自由度例題3應該限制:Z方向的移動自由度X、Y的轉動自由度例題4夾持較長卡盤相當于套筒限制:Y、Z方向的移動自由度Y、Z的轉動自由度頂尖限制:Y、Z方向轉動自由度一夾一頂夾持部分較長重復限制:Y、Z方向轉動自由度自由度分析總結1、先總體上分析整套定位方案限制的自由度（可用排除法）2、對各定位元件按限制自由度的多少排序3、由限制自由度最多的定位元件開始，對照定位方案所限制的自由度分析該元件限制的自由度實例分析分析以下各定位方案中各定位元件所消除自由度實例分析實例分析實例分析實例分析實例分析實例分析實例分析三、定位誤差計算1、定位誤差與加工誤差的關系一般要求△D<δ/3加工誤差δ定位誤差△D夾具安裝誤差△A調刀誤差△T工藝系統(tǒng)誤差△G基準不重合誤差△B基準位移誤差△Y定位誤差是指一批工件的工序基準在加工工序尺寸方向上的最大變動范圍2、定位誤差計算1）基準不重合誤差△B把工序基準與定位基準之間的聯(lián)系尺寸稱定位尺寸，△B的值就是定位尺寸的公差在加工尺寸方向上的投影2）基準位移誤差△Y

產(chǎn)生原因：由于工件上的定位基準與夾具定位元件的限位基準不重合，使工件的定位基準在加工方向上產(chǎn)生變動。

計算：定位副公差在加工方向上的投影3）定位誤差△D一般:△D=△B+△Y設計基準位于定位基面上時即定位基面為回轉表面,且設計基準為回轉體的素線△D=|△B±△Y|討論:此時基準是否一定重合?定位基面為平面與為回轉表面時結果相同嗎?為什么?定位誤差是指一批工件的工序基準在加工工序尺寸方向上的最大變動范圍即若α角為零,即定位尺寸與工序尺寸方向一致的情況。返回MO1O2N圖示工件以A、B兩面定位，欲加工其上面，保證尺寸h，試求其基準不重合誤差設計基準定位基準定位尺寸加臺階面（上表面已加工好，且有尺寸H如圖）如果要保證尺寸A:則基準不重合誤差△B=0如果要保證尺寸B:則基準不重合誤差△B=δH定位尺寸與工序尺寸夾角不為0時把工序基準與定位基準之間的聯(lián)系尺寸稱定位尺寸，△B的值就是定位尺寸的公差在加工尺寸方向上的投影定位尺寸將定位基準相對于限位基準在加工尺寸方向上的最大位置變動范圍稱為基準位移誤差下一步注意:以平面定位時不存在基準位移誤差設計基準定位基準限位基準在x方向：△Y=0在y方向：△Y=(δD+δd)/2返回1．如圖鉆φ12孔，試分析工序尺寸的定位誤差。1、先找出設計基準與定位基準，再分析二者是否重合。如果重合則△B=0;如不重合則先找出二基準之間的尺寸(即定位尺寸),此時△B=定位尺寸的公差;2、再看定位面是孔或外圓還是平面。如果是平面則△Y=0;如果是外圓則要分情況討論△Y3、定位誤差△D=△B+△Y1．如圖鉆φ12孔，試分析工序尺寸的定位誤差。解：1、鉆φ12孔時的工序尺寸90，它的設計基準是φ20孔的中心線；定位基準也是φ20孔的中心線?；鶞手睾?，故△B=02、定位面是孔，限位面是外圓，且單邊接觸二者是間隙配合，最小間隙為0.02，最大間隙為0.14孔與銷中心偏心距最小0.01,最大0.07,且在同一方向導致工序尺寸90的定位基準左右移動,移動范圍即△Y=0.07-0.013、定位誤差△D=△B+△Y=0.062．如圖銑平面保證h,已知兩圓的同軸度φ

0.1，其它已知條件見圖,試分析工序尺寸h的定位誤差。解：1、對工序尺寸h，它的設計基準是圓柱下母線；定位基準是φ25外圓的中心線?；鶞什恢睾?。二基準間的定位尺寸=大圓半徑+偏心距；故△B=定位尺寸的公差=0.1+0.12、定位面是外圓，限位面是孔，且自動定心由于定位基準不會上下移動故△Y=03、定位誤差△D=△B+△Y=0.23．如圖車外圓,要求外圓對內(nèi)孔有同軸度要求,已知心軸直徑為,計算工件內(nèi)外圓的同軸度的定位誤差△D。解：1、對同軸度尺寸，它的設計基準是內(nèi)孔軸線；定位基準也是內(nèi)孔軸線?；鶞手睾稀鰾=0。2、定位面是孔，限位面是外圓，且單邊接觸二者是間隙配合，最小間隙為0.009，最大間隙為0.048孔與軸中心偏心距最小0.0045,最大0.024,且在同一方向外圓的定位基準上下移動,移動范圍即△Y=0.024-0.00453、定位誤差△D=△B+△Y=0.01954).常見定位誤差的計算(1)工件以平面定位(P361倒數(shù)第四行)若平面為精基準則△Y=0(2)工件孔在心軸上定位過盈配合間隙配合基準位移誤差一般為定位基準與限位基準間尺寸的公差基準不重合誤差一般等于定位基準與工序基準間尺寸的公差(3)工件以外圓在V形塊上定位V形塊的限位基準可以認為是其V形面的交點當工序基準為外圓軸線時當工序基準為外圓下母線時當工序基準為外圓上母線時限位基準C定位基準OACOBA例:鉆直徑為φ10的孔，采用兩種定位方案，試分別計算定位誤差。鉆直徑為φ10的孔，計算定位誤差。對φ10孔其工序尺寸為3±0.11、對工序尺寸，它的工序基準是φ30外圓的中心線；定位基準是工件的底面?；鶞什恢睾?。二基準間的尺寸=工件總高-外圓半徑；故△B=基準間尺寸的公差=（0.05+0.05）+0.05/2=0.1252、定位面是工件下平面，限位面夾具上的平面，由于定位基準不會上下移動故△Y=03、定位誤差△D=△B+△Y=0.125鉆直徑為φ10的孔，計算定位誤差。對φ10孔其工序尺寸為3±0.11、對工序尺寸，它的工序基準是φ30外圓的中心線；定位基準也是φ30外圓的中心線?；鶞手睾?。故△B=02、定位基準是φ30外圓的中心線，限位基準是V形面交線，定位基準會根據(jù)外圓的實際大小上下移動,基準位移誤差等于二基準間尺寸的公差故△Y=0.05/2sin(a/2)3、定位誤差△D=△B+△Y=0.05/2sin(a/2)1、先找出工序基準與定位基準，分析二者是否重合。如果重合則△B=0;如不重合則找出二基準之間的尺寸,此時△B=該尺寸的公差;2、再看定位面是孔或外圓還是平面。如果是平面則△Y=0;如果是外圓或孔,則找出定位基準與限位基準,△Y=定位基準與限位基準間尺寸的公差3、一般情況下定位誤差△D=△B+△YP396習題5§3工件的夾緊一、夾緊裝置的組成的設計要求1.組成⑴動力源：產(chǎn)生夾緊力的裝置⑵夾緊元件：壓緊工件的元件⑶中間遞力機構：介于⑴、⑵之間的機構作用：改變夾緊作用力的方向、大小，保證安全自鎖。圖夾緊裝置的組成1－氣缸2－斜楔3－滾子4－壓板5－工件返回

★確保工件與定位元件接觸,不得破壞定位；

★應具有相應的浮動環(huán)節(jié),以適應工件尺寸A的誤差；(如下圖所示的結構因無浮動環(huán)節(jié)而無法調整,當工件尺寸偏大時就無法安裝)

★能自鎖，原動力去掉不因外力而松動；

★結構簡單、緊湊、操作方便迅速；-定位正確-能浮動-定位牢固-簡單快速2、夾緊裝置的工作要求返回二.對夾緊力的要求

1、夾緊力的方向夾緊力的方向應有助于定位

a)錯誤，b)正確夾緊力應指向主要定位基面b)、c)錯誤，d)正確主要夾緊力方向應盡量垂直主要定位面。減小夾緊力的大小夾緊力方向與夾緊力大小的關系FW夾緊力；F切削力；G工件自重■夾緊力方向應與切削力方向一致

夾緊力的方向應是工件剛性較好的方向，避免受力變形。

2、夾緊力的作用點

夾緊力應落在支承元件的支承范圍內(nèi)夾緊力作用點應落在剛性好的部位上。

有利減小振動：作用點應盡量靠近工件加工部位a)c)合理，b)d)不合理

3、夾緊力的大小

夾緊力的大小要適當，過大了會使工件變形，太小了則在加工時工件會松動造成報廢甚至發(fā)生事故。因此，工件夾緊力的大小要根據(jù)實際情況經(jīng)過計算來確定。三.常用的夾緊機構1斜楔夾緊機構2螺旋夾緊機構3偏心夾緊機構4鉸鏈夾緊機構5定心夾緊機構6聯(lián)動夾緊機構下一內(nèi)容1、斜楔夾緊機構

楔塊夾緊動畫增力比與夾緊行程由夾緊力的計算公式，可得增力比通常φ取5～7°,α取6-8°,一般i=2.8～3.3自鎖條件：α<φ1+φ2特點:結構簡單，升程小，擴力倍數(shù)不大，與機動裝置聯(lián)合應用較廣。返回圖2-58可轉位壓板圖2-60

螺旋夾緊動畫2.螺旋夾緊機構由螺釘、螺母、螺栓或螺桿等帶有螺旋結構的元件與墊圈、壓板或壓塊等組成的夾緊機構稱為螺旋夾緊機構。是目前夾具上用得最多的一種。特點：夾緊力大FJ≈（60～120)FQ，自鎖性能好，工作安全可靠。但夾緊行程大，操作費力費時，難以實現(xiàn)機動?；窘Y構擺動壓塊快速夾緊返回3.偏心夾緊機構用偏心件直接或間接夾緊工件的機構稱為偏心夾緊機構優(yōu)點是結構簡單,操作方便,動作迅速。缺點是自鎖性能差,夾緊行程和增力比小,不適合在粗加工中應用。返回4鉸鏈夾緊機構鉸鏈夾緊機構的特點是動作迅速，增力比大，易于改變力的作用方向。缺點是自鎖性能差。常用于氣動、液壓夾緊中返回5定心夾緊機構定心夾緊機構是一種同時實現(xiàn)對工件定心定位和夾緊的夾緊機構，即在夾緊過程中能使工件實現(xiàn)定心或對中。1)以等速移動原理來實現(xiàn)定心夾緊。如三爪卡盤利用三個卡爪的等速移動來實現(xiàn)定心夾緊。夾緊后工件外圓軸線總是與主軸軸線重合。2)以均勻彈性變形原理來實現(xiàn)定心夾緊。返回6聯(lián)動夾緊機構聯(lián)動夾緊機構能同時多點夾緊一個或多個工件.采用聯(lián)動夾緊機構，可以減少工件裝夾時間，簡化夾具結構。返回第4節(jié)夾具在機床上的安裝與對刀一、夾具安裝方式二、對刀裝置與調刀一、夾具的安裝

1、夾具在機床工作臺上的安裝一、夾具的安裝

1、夾具在機床工作臺上的安裝采用兩個定位鍵+T形螺栓螺母連接T形螺栓螺母連接為便于夾具的緊固，需要在夾具體上開2-4個開口耳座2、夾具在機床主軸上的安裝利用前后頂尖利用主軸莫氏錐孔利用過渡盤二、對刀引導裝置與調刀引導裝置鉆套導向高度H排屑間隙h1P384鏜套對刀裝置

對刀塊塞尺分度裝置

第5節(jié)機床夾具設計方法夾具的基本要求能穩(wěn)定保證工件的加工精度;能提高機械加工的勞動生產(chǎn)率,降低工件的制造成本;結構簡單,操作方便,安全和省力;便于排屑;有良好的結構工藝性,便于夾具的制造、裝備、檢驗、調整和維修.

設計時應在保證加工精度的前提下,綜合考慮生產(chǎn)率、經(jīng)濟性和勞動條件等因素.機床夾具的設計方法夾具的設計步驟1.研究原始資料,明確設計任務2.確定夾具的結構方案,繪制結構草圖確定工件的定位方案、夾緊方案和引導方案．確定其他元件或裝置的結構型式,如定向鍵,分度裝置等．合理布置各元件或裝置,確定夾具體和夾具的總體結構．3.繪制夾具總裝配圖總裝配圖的比例應盡量采用1:1的比例．總裝配圖視圖的選擇，主視圖應選面對操作者的工作位置．繪制總裝配圖的順序，先用雙點劃線將工件的外形輪廓、