机床夹具原理与设计

1、3.1 机床夹具概述3.2 工件夹具中的定位3.3 定位方式与定位元件3.4 定位误差(wch)分析3.5 工件在夹具中的夹紧3.6 现代机床不夹具简介共一百七十页3.1.1 工件的装夹方式(fngsh)装夹是指工件加工前，在机床或夹具中占据某一正确加工位置，然后再予以压紧工件的过程。1. 找正法装夹工件找正法装夹工件有以下两种：(1) 以工件已有表面找正装夹工件，如图3-1所示在四爪卡盘上用划针找正装夹工件。3.1 机床夹具(jij)概述 共一百七十页图3-1 四爪装夹工件共一百七十页 (2) 以工件上事先划好的线痕迹找正装夹工件，如图3-2所示在虎钳上用划针找正装夹工件。找正法装夹工件主要

2、过程：预夹紧找正、调整完全夹紧。找正法装夹工件，工件正确位置的获得是通过(tnggu)找正达到的，夹具只起到夹紧工件的作用。这种方法方便、简单、生产率低、劳动强度大，适用于单件、小批生产。 共一百七十页图3-2 虎钳装夹工件共一百七十页2. 专用夹具装夹工件1) 钻床夹具装夹工件如图3-3所示，在钻床夹具上加工套类零件(ln jin)上的径向小孔，工件以内孔及端面与夹具上定位销6及其端面接触定位，通过开口垫圈4、螺母5压紧工件。把夹具放在钻床工作台面上，移动夹具让钻套1引导钻头钻孔。共一百七十页图3-3 钻床夹具共一百七十页2) 铣床夹具装夹工件如图3-4所示，在铣床夹具上加工套类零件上的通槽

3、，工件以内孔及端面与夹具上心轴1及其端面接触定位，通过开口垫圈(din qun)5、螺母4压紧工件。在铣床上，夹具通过底面和定位键2与铣床工作台面和T形槽面接触确定在铣床工作台上的位置，用螺栓压板压紧夹具，然后移动工作台，通过对刀块3工作面确定刀具与工件的相对位置加工工件。因为对刀块工作面到定位销轴线的位置尺寸是根据工件加工要求确定的，所以能满足工件加工要求。 共一百七十页图3-4 铣床夹具共一百七十页专用夹具(jij)装夹工件的特点如下：(1) 工件在夹具(jij)中定位迅速；(2) 工件通过预先在机床上调整好位置的夹具(jij)，相对机床占有正确位置；(3) 工件通过对刀、导引元件，相对刀

4、具占有正确位置；(4) 对加工成批工件效率尤为显著。共一百七十页3. 工件装夹的目的(1) 定位：使工件获得正确的加工位置。(2) 夹紧：固定工件的正确加工位置。一般先定位、后夹紧，特殊(tsh)情况下定位、夹紧同时实现，如三爪自动卡盘装夹工件。 共一百七十页3.1.2 夹具的组成与作用1. 夹具的组成如图3-3和图3-4所示，机床夹具主要(zhyo)由以下几部分组成。(1) 定位元件：用于确定工件在夹具中的位置。(2) 夹紧装置：用于夹紧工件。(3) 对刀、导引元件：确定刀具相对夹具定位元件的位置。(4) 其他装置：如分度元件等。(5) 连接元件和连接表面：用于确定夹具本身在机床主轴或工作台

5、上的位置。(6) 夹具体：用于将夹具上的各种元件和装置连接成一个有机整体。共一百七十页2. 夹具的作用夹具的作用有以下几点：(1) 保证(bozhng)加工精度。用机床夹具装夹工件，能准确确定工件与刀具、机床之间的相对位置关系，可以保证(bozhng)加工精度。(2) 提高生产效率、降低成本。机床夹具能快速地将工件定位和夹紧，可以减少辅助时间，提高生产效率，降低成本。共一百七十页(3) 减轻工人劳动强度。机床夹具采用机械、气动、液动夹紧装置，可以大大减轻工人的劳动强度。(4) 扩大机床的使用范围。利用机床夹具，能扩大机床的加工范围，例如在车床或钻床上使用镗模可以代替镗床镗孔(tn kn)，使车

6、床、钻床具有镗床的功能。共一百七十页3.1.3 夹具的分类1. 按夹具的应用范围分类按夹具的应用范围不同，夹具可分为以下几种。(1) 通用夹具：指结构、尺寸已标准化，且有较大适用范围的夹具。如车床用的三爪自动(zdng)定心卡盘、四爪单动卡盘，铣床用的平口钳及分度头等。(2) 专用夹具：针对某一工件某一工序的加工要求专门设计和制造的夹具。专用夹具适于在产品相对稳定、产量较大的场合应用。共一百七十页(3) 可调夹具：不对应特定的加工对象，适用范围宽，通过适当的调整或更换夹具上的个别元件，即可用于加工形状、尺寸和加工工艺相似的多种工件，是针对通用夹具和专用夹具的缺陷而发展起来的一类新型夹具。(4)

7、 组合夹具：是由一套预先制定(zhdng)好的各种不同形状、不同尺寸规格、具有互换性的标准元件或组件，按照一定的装配约束关系组合而成的。组合夹具常用在单件，中、小批多品种生产和数控加工中，是一种较经济的夹具。(5) 随行夹具：给自动化生产线专门设计的夹具。共一百七十页2. 按使用机床分类按使用的机床不同，夹具可分为车床、铣床、刨床、钻床、镗床、磨床夹具等。3. 按夹紧动力源分类按夹紧动力源不同，夹具可分为手动、气动(q dn)、液动、电动等。共一百七十页3.2.1 基准的概念基准是零件上用来确定其他点、线、面位置所依据的那些(nxi)点、线、面。按其功用不同，基准可分为设计基准和工艺基准两大类

8、。1. 设计基准设计基准是在零件图上所采用的基准。它是标注设计尺寸的起点。如图3-5(a)所示的零件，平面2、3的设计基准是平面1，平面5、6的设计基准是平面4，孔7的设计基准是平面1和平面4，而孔8的设计基准是孔7的中心和平面4。3.2 工件夹具(jij)中的定位 共一百七十页在零件图上不仅标注的尺寸具有设计基准，而且标注的位置精度同样具有设计基准。如图3-5(b)所示的钻套零件，轴心线OO是各外圆和内孔的设计基准，也是两项跳动(tiodng)误差的设计基准；端面A是端面B、C的设计基准。共一百七十页图3-5 基准分析(a) 支承块；(b) 钻套共一百七十页2. 工艺基准工艺基准是在加工、测

9、量和装配时所使用的，必须是实在的。然而作为基准的点、线、 面有时并不一定具体存在(如孔和外圆的中心线，两平面的对称中心面等)，往往通过具体的表面来体现。用以体现基准的表面称为基面。例如图3-5(b)所示钻套的中心线是通过内孔表面来体现的，内孔表面就是基面。工艺基准是在工艺过程中所使用的基准。工艺过程是一个复杂的过程，按用途不同(b tn)，工艺基准又可分为定位基准、工序基准、测量基准和装配基准。共一百七十页1) 定位(dngwi)基准 在加工中用做定位(dngwi)的基准，称为定位(dngwi)基准。它是工件上与夹具定位(dngwi)元件直接接触的点、线或面。如图3-5(a)所示零件，加工平面

10、3和6是通过平面1和4放在夹具上定位(dngwi)的，所以，平面1和4是加工平面3和6的定位(dngwi)基准；如图3-5(b)所示的钻套，用内孔装在心轴上磨削40h6外圆表面时，内孔表面是定位(dngwi)基面，孔的中心线就是定位(dngwi)基准。 定位(dngwi)基准又分为粗基准和精基准。用做定位(dngwi)的表面，如果是没有经过加工的毛坯表面，称为粗基准；若是已加工过的表面，则称为精基准。 共一百七十页2) 工序基准 在工序图上，用来标定本工序被加工面尺寸和位置所采用的基准，称为工序基准。它是某一工序所要达到加工尺寸(即工序尺寸)的起点(qdin)。如图3-5(a)所示零件，加工平

11、面3时按尺寸H2进行加工，则平面1即为工序基准，加工尺寸H2叫做工序尺寸。工序基准应当尽量与设计基准相重合；当考虑定位或试切测量方便时，也可以与定位基准或测量基准相重合。 共一百七十页3) 测量基准 零件测量时所采用的基准，称为(chn wi)测量基准。如图3-5(b)所示，钻套以内孔套在心轴上测量外圆的径向圆跳动，则内孔表面是测量基面，孔的中心线就是外圆的测量基准；用卡尺测量尺寸l和L，表面A是表面B、C的测量基准。4) 装配基准 装配时用以确定零件在机器中位置的基准，称为装配基准。如图3-5(b)所示的钻套，40h6外圆及端面B即为装配基准。 共一百七十页3.2.2 六点定位原理 一个尚未

12、定位的工件，其空间位置是不确定的，有六个自由度，如图3-6所示。沿空间坐标轴X、Y、Z三个方向(fngxing)的移动和绕这三个坐标轴的转动分别以、和、表示。共一百七十页图3-6 工件的六个自由度共一百七十页图3-7 长方体形工件的定位共一百七十页定位，就是限制自由度。如图3-7所示的长方体工件，欲使其完全定位，可以设置六个固定点，工件的三个面分别(fnbi)与这些点保持接触。在其底面设置三个不共线的点1、2、3(构成一个面)，限制工件的三个自由度：、；侧面设置两个点4、5(成一条线)，限制了 、两个自由度；端面设置一个点6，限制自由度。于是工件的六个自由度便都被限制了。这些用来限制工件自由度

13、的固定点，称为定位支承点，简称支承点。用合理分布的六个支承点限制工件六个自由度的法则，称为六点定位原理。 共一百七十页在应用“六点定位原理”分析工件的定位时，应注意以下几点：(1) 支承点限制工件自由度的作用，应理解(lji)为定位支承点与工件定位基准面始终保持接触。若二者脱离，则意味着失去定位作用。(2) 一个定位支承点仅限制一个自由度，一个工件仅有六个自由度，所设置的定位支承点数目原则上不应超过六个。共一百七十页(3) 分析定位支承点的定位作用时，不考虑力的影响。工件的某一自由度被限制，并非指工件在受到使其脱离定位支承点的外力时不能运动。欲使其在外力作用下不能运动，是夹紧的任务；反之，工件

14、在外力作用下不能运动，即被夹紧，也并非是说工件的所有自由度都被限制了。所以(suy)，定位和夹紧是两个概念，绝不能混淆。共一百七十页3.2.3 工件定位的几种情况工件定位有以下几种情况。(1) 完全定位：工件的六个自由度全部被限制的定位。(2) 不完全定位：工件的部分自由度被限制的定位。(3) 欠定位：工件定位时，应该(ynggi)限制的自由度没有被全部限制的定位。这种情况在实际定位时不允许发生。(4) 过定位(重复定位)：工件定位时，几个定位元件重复限制工件同一自由度的定位。在通常情况下不允许出现这种定位方式。共一百七十页3.3.1 工件以平面定位在机械加工中，利用工件上的一个或几个(j )

15、平面作为定位基准来定位工件的方式，称为平面定位。如箱体、支架类零件等，常以平面为定位基准。平面定位常用的定位元件有固定支承、可调支承和自位支承。3.3 定位(dngwi)方式与定位(dngwi)元件 共一百七十页1. 固定支承固定支承是指高度尺寸固定，不能调整的支承，包括固定支承钉和固定支承板两类。常用支承钉的结构形式如图3-8所示。当工件以粗糙不平的毛坯面定位时，采用球头支承钉(B型)，使其与毛坯良好(lingho)接触。齿纹头支承钉(C型)用在工件的侧面，能增大摩擦系数，防止工件滑动。 当工件以加工过的平面定位时，可采用平头支承钉(A型)。共一百七十页图3-8 常用支承钉的结构形式共一百七

16、十页工件以精基准面定位时，除采用上述平头支承钉外，还常用图3-9所示的支承板作定位元件。A型支承板结构简单，便于制造，但不利于清除切屑，故适用于顶面和侧面定位；B型支承板则易保证工作表面清洁，故适用于底面定位。夹具装配时，为使几个支承钉或支承板严格(yng)共面，装配后需将其工作表面一次磨平，从而保证各定位表面的等高性。共一百七十页图3-9 常用支承板的结构形式共一百七十页2. 可调支承(zh chn)可调支承是指顶端位置可在一定高度范围内调整的支承。常用的可调支承结构如图3-10 所示。可调支承多用于支承工件的粗基准面，支承高度可根据需要进行调整，调整到位后用螺母锁紧。一个可调支承限制一个自

17、由度。共一百七十页图3-10 常用可调支承的结构形式共一百七十页3. 自位支承自位支承是指支承本身的位置(wi zhi)在定位过程中能自动适应工件定位基准面位置(wi zhi)变化的一类支承。自位支承能增加与工作定位面的接触点数目，使单位面积压力减小，故多用于刚度不足的毛坯表面或不连续平面的定位。图3-11为几种自位支承的结构形式，无论图(a)、(b)还是图(c)都只相当于一个定位支承点，仅限制工件的一个自由度。共一百七十页图3-11 自位支承的结构形式共一百七十页此外，在生产中有时为了提高工件的刚度和定位稳定性，常采用辅助支承。图3-12在靠近铣刀处增设辅助支承，可避免铣削时的振动，提高定位

18、及加工的稳定性。值得注意的是：无论采用哪种形式(xngsh)的辅助支承，它都不起定位作用，因此不限制工件的自由度。 共一百七十页图3-12 辅助支承的应用实例共一百七十页3.3.2 工件以圆孔定位有些工件，如套筒、法兰盘等类工件常以孔作为定位基准，此时(c sh)采用的定位元件有定位销、圆锥销、定位心轴等。1. 定位销 图3-13为几种常用的圆柱定位销，其工作部分直径d通常根据加工要求和考虑便于装夹，按g5、g6、f6或f7制造。图3-13(a)、(b)、(c)所示定位销为固定式定位销，其与夹具体的连接采用过盈配合；图3-13(d)为带衬套的可换式圆柱销结构，这种定位销与衬套的配合采用间隙配合

19、，故其位置精度较固定式定位销低，一般用于大批大量生产中。共一百七十页图3-13 几种常用的圆柱定位销共一百七十页为便于工件顺利装入，定位销的头部应有15倒角。短圆柱销限制工件的两个自由度，长圆柱销限制工件的四个自由度。2. 圆锥销 在加工套筒、空心轴等类工件时，也经常用到圆锥销，如图3-14所示。图3-14(a)用于粗基准(jzhn)，图3-14(b)用于精基准(jzhn)。圆锥销限制了工件、三个移动自由度。 共一百七十页图3-14 圆锥销共一百七十页工件(gngjin)在单个圆锥销上定位容易倾斜，所以圆锥销一般与其他定位元件组合定位。如图315所示，工件(gngjin)以底面作为主要定位基面

20、，采用活动圆锥销，只限制、两个移动自由度，即使工件(gngjin)的孔径变化较大，也能准确定位。 共一百七十页图3-15 圆锥销组合定位共一百七十页3. 定位心轴定位心轴主要用于套筒类和空心盘类工件的车、铣、磨及齿轮加工。常见的定位心轴有圆柱心轴和圆锥心轴等。1) 圆柱心轴 图3-16(a)为间隙配合圆柱心轴，其定位精度(jn d)不高，但装卸工件较方便；图316(b)为过盈配合圆柱心轴，常用于对定心精度(jn d)要求高的场合；图3-16(c)为花键心轴， 用于以花键孔作为定位基准的场合。当工件孔的长径比L/D1时，工作部分可略带锥度。 共一百七十页图3-16 几种常见的圆柱心轴共一百七十页

21、短圆柱心轴限制工件的两个自由度，长圆柱心轴限制工件的四个自由度。2) 圆锥心轴 图3-17是以工件上的圆锥孔在圆锥心轴上定位的情形(qng xing)。这类定位方式是圆锥面与圆锥面接触，要求锥孔和圆锥心轴的锥度相同，接触良好，因此定心精度与角向定位精度均较高，而轴向定位精度取决于工件孔和心轴的尺寸精度。圆锥心轴限制工件的五个自由度，即除绕轴线转动的自由度没限制外均已限制。 共一百七十页图3-17 圆锥心轴共一百七十页3.3.3 工件以外圆定位工件以外圆柱面作为定位基准时，根据外圆柱面的完整程度、加工要求和安装方式，可以在V形块、定位套、半圆套及圆锥套中定位。其中最常用的是在V形块上定位。1.

22、V形块 V形块有固定式和活动式之分。图3-18为常用固定式V形块。其中，图3-18(a)用于较短的精基准定位；图3-18(b)用于较长的粗基准(或阶梯轴)定位；图3-18(c)用于两段精基准面相距较远的场合；图3-18(d)中的V形块是在铸铁底座上镶淬火(cu hu)钢垫而成的，用于定位基准直径与长度较大的场合。共一百七十页图3-18 固定式V形块共一百七十页图3-19 活动式V形块应用实例共一百七十页图3-19中的活动式V形块限制工件在Y方向上的移动自由度。它除定位外，还兼有夹紧作用。根据工件与V形块的接触母线长度，固定式V形块可以(ky)分为短V形块和长V形块，前者限制工件两个自由度，后者

23、限制工件四个自由度。V形块定位的优点是： 对中性好，即能使工件的定位基准轴线对中在V形块两斜面的对称平面上，在左右方向上不会发生偏移，且安装方便； 应用范围较广。不论定位基准是否经过加工，不论是完整的圆柱面还是局部圆弧面，都可采用V形块定位。 共一百七十页图319 活动V形块应用实例共一百七十页根据工件与V形块的接触母线长度，固定式V形块可以分为短V形块和长V形块，前者限制工件两个自由度，后者限制工件四个自由度。V形块定位的优点是： 对中性好，即能使工件的定位基准轴线对中在V形块两斜面的对称平面上，在左右方向上不会发生偏移(pin y)，且安装方便； 应用范围较广。不论定位基准是否经过加工，不

24、论是完整的圆柱面还是局部圆弧面，都可采用V形块定位。V形块上两斜面间的夹角一般选用60、90和120，其中以90应用最多。其典型结构和尺寸均已标准化，设计时可查国家标准手册。V形块的材料一般用20钢，渗碳深0.81.2 mm，淬火硬度为6064 HRC。共一百七十页图3-20 工件在定位套内定位共一百七十页3. 半圆套 图3-21为半圆套结构简图，下半圆起定位作用，上半圆起夹紧作用。图3-21(a)为可卸式，图3-21(b)为铰链(jiolin)式，后者装卸工件方便些。短半圆套限制工件两个自由度，长半圆套限制工件四个自由度。共一百七十页图321 半圆套结构简图共一百七十页4. 圆锥套 工件以圆

25、锥面为定位基准面在圆锥孔中定位时，常与后顶尖（反顶尖）配合使用。如图3-22所示，夹具体锥柄1插入机床主轴孔中，通过传动螺钉2对定位圆锥套3传递扭矩，工件圆柱左端部在定位圆锥套3中通过齿纹锥面进行定位，限制工件的三个移动(ydng)自由度；工件圆柱右端锥孔在后顶尖5(当外径小于6 mm时，用反顶尖)上定位，限制工件的两个转动自由度。共一百七十页图3-22 工件在圆锥套中定位共一百七十页3.3.4 工件以组合表面定位在实际(shj)加工过程中，工件往往不是采用单一表面定位，而是以组合表面定位。常见的有平面与平面组合、平面与孔组合、平面与外圆柱面组合、平面与其他表面组合、锥面与锥面组合等。 共一百

26、七十页例如，在加工箱体零件时，往往采用一面两孔组合定位，即以一个平面(pngmin)及与该平面(pngmin)垂直的两孔为定位基准，如图3-23所示。共一百七十页图3-23 一面两孔组合定位情况共一百七十页解决过定位的方法有：(1) 减小第二个销子的直径。此种方法由于销子直径减小，配合间隙加大，故使工件绕第一个销子的转角误差加大。(2) 使第二个销子可沿X方向移动，但结构复杂。(3) 第二个销子采用削边销结构，即采取在过定位方向上，将第二个圆柱销削边，如图3-23(b)所示。平面限制、三个自由度，短圆柱销限制、两个自由度，短的削边销（菱形销）限制一个自由度。它不需要减小第二个销子的直径，因此转

27、角误差较小。共一百七十页图3-23(c)所示削边销的截面形状为菱形，又称菱形销，用于直径小于50 mm的孔；图3-23(d)所示削边销的截面形状常用于直径大于50 mm的孔。常用定位(dngwi)元件能限制的工件自由度如表3-1所示。共一百七十页表31 常用定位元件能限制的工件自由度共一百七十页共一百七十页共一百七十页共一百七十页3.4.1 定位误差(wch)及其产生原因当夹具在机床上的定位精度已达到要求时，如果工件在夹具中定位得不准确，将会使设计基准在加工尺寸方向上产生偏移，往往导致加工后工件精度达不到要求。设计基准在工序尺寸方向的最大位置变动量，称为定位误差，以dw表示。下面讨论产生定位误

28、差的原因。3.4 定位(dngwi)误差分析 共一百七十页1. 定位基准与设计基准不重合产生的定位误差图3-24所示零件，底面3和侧面4已加工好，现需加工台阶面1和顶面2。工序一：加工顶面2，以底面和侧面定位，此时定位基准和设计基准都是底面3，即基准重合。加工时，使刀具调整尺寸与工序尺寸一致，即C=HH(对于一批工件(gngjin)来说，可视为常量)， 则定位误差dw=0。 共一百七十页图3-24 基准不重合产生的定位误差共一百七十页工序二：加工台阶面1，定位同工序一，此时定位基准为底面3，而设计基准为顶面2，即基准不重合。即使本工序刀具以底面为基准调整得绝对准确，且无其他加工误差，仍会由于上

29、一工序加工后顶面2在HH范围内变动(bindng)，导致加工尺寸AA变为AAH，其误差为2H，显然该误差完全是由于定位基准与设计基准不重合引起的，称为“基准不重合误差”，以jb表示，即jb=2H。如果将定位基准到设计基准间的尺寸称为联系尺寸，则基准不重合误差就等于联系尺寸的公差。共一百七十页图3-24中，工序改进方案使基准重合了(jb=0)。这种方案虽然提高了定位精度，但夹具结构复杂，工件安装不便，并使加工(ji gng)稳定性和可靠性变差，因而有可能产生更大的加工误差。因此，从多方面考虑，在满足加工(ji gng)要求的前提下，基准不重合的定位方案在实践中也可以被采用。共一百七十页2. 定位

30、副制造不准确产生的定位误差如图3-25(a)所示，工件(gngjin)以内孔中心O为定位基准，套在心轴O1上，铣上平面，工序尺寸为H+H 0。从定位角度看，孔心线与轴心线重合，即设计基准与定位基准重合，jb=0。但实际上，定位心轴和工件内孔都有制造误差，而且为了便于工件套在心轴上，还应留有间隙，故安装后孔和轴的中心必然不重合(如图3-25(b)所示)，使得两个基准发生位置变动。共一百七十页图3-25 基准位移产生的定位误差共一百七十页设孔径为，轴径为，最小间隙配合为=D-d。当心轴如图3-25(b)水平(shupng)放置时，工件与心轴始终在上母线A单边接触。则设计基准O与O1间的最大和最小距

31、离分别为共一百七十页因此，由于基准发生位移而造成的加工误差为 共一百七十页因此定位误差(wch)为内孔公差D与心轴公差d之和的一半，且与最小配合无关。若将工件定位基准与夹具定位元件合称为“定位副”，则由于定位副制造误差，也直接影响定位精度。这种由于定位副制造不准确，使得设计基准位置发生变动而产生的定位误差，称为“基准位移误差”，用jw表示。上例中，若心轴垂直放置，则工件孔与心轴可能在任意边接触，此时定位误差为 jw=D+d+ 共一百七十页3.4.2 定位误差的分析与计算通常，定位误差可按两种方法进行分析计算：一是先分别求出基准位移误差和基准不重合误差，再求出其在加工尺寸方向上的矢量和，即dw=

32、jb+jw；二是按最不利情况，确定一批工件设计基准的两个极限位置，再根据几何关系求出此两位置的距离，并将其投影到加工尺寸方向上，便可求出定位误差。下面举例说明工件用V形块定位时的定位误差计算。如图3-26所示，直径为的轴在V形块上定位铣平面，加工表面的工序尺寸有三种(sn zhn)不同的标注方式：共一百七十页图3-26 用V形块定位的误差共一百七十页(1) 要求(yoqi)保证上母线到加工面的尺寸H1，即设计基准为B，见图3-26(a)；(2) 要求保证下母线到加工面的尺寸H2，即设计基准为C，见图3-26(b)；(3) 要求保证轴心线到加工面的尺寸H3，即设计基准为O，见图3-26(c)。三

33、种尺寸标注的工件均以外圆上的半圆面为定位基准，在V形块上定位。若工件尺寸有大有小，则接触点E、F的位置将会变化，所以，加工前以不变点A (V形块两工作表面的交点)作为调整刀具位置尺寸C的依据。因此，对于尺寸H1、H2、H3都有因基准不重合和定位基准本身制造误差而造成的定位误差。 共一百七十页现分别计算如下。(1) 尺寸H1的定位误差。这时设计基准的最大位置变动量为，即定位误差： 共一百七十页(2) 尺寸H2的定位误差。这时设计基准的最大位置变动量为，即定位误差： 共一百七十页(3) 尺寸H3的定位误差。这时设计基准的最大位置变动量为，即定位误差： 共一百七十页通过以上计算，可得出如下结论：(1

34、) dwd，定位误差随工件误差的增大而增大；(2) dw与V形块夹角有关，随增大而减小，但定位稳定性变差，故一般(ybn)取=90；(3) 与dw工序尺寸标注方式有关，本例中dw1dw3dw2。 共一百七十页3.4.3 保证加工精度的条件机械加工过程中，产生加工误差的因素很多。若规定(gudng)工件的加工误差为工件，并以夹具表示与采用夹具有关的误差，以加工表示除夹具外，与工艺系统其他一切因素(诸如机床误差、刀具误差、受力变形、热变形等)有关的加工误差，则为保证工件的加工精度要求，必须满足： 工件夹具+加工此不等式即为保证加工精度的条件，称为采用夹具加工时的误差计算不等式。共一百七十页上式中的

35、夹具包括了有关夹具设计与制造的各种误差，如工件在夹具中定位、夹紧时的定位夹紧误差，夹具在机床上安装时的安装误差，确定刀具位置的元件和引导刀具的元件与定位元件之间的位置误差等。因此，在夹具的设计与制造中，要尽可能设法减少这些与夹具有关的误差。这部分误差所占比例越大，留给补偿其他加工误差的比例就越小，其结果不是(b shi)降低了零件的加工精度，就是增加了加工难度，导致加工成本增加。共一百七十页3.5 工件在夹具中的夹紧工件在定位元件上定位后，必须采用一定的装置将工件压紧夹牢，使其在加工过程中不会因受切削力、惯性力或离心力等作用力而发生振动或位移，从而保证加工质量和生产安全， 这种装置称为夹紧装置

36、。机械加工中所使用(shyng)的夹具一般都必须有夹紧装置，在大型工件上钻小孔时，可不单独设计夹紧装置。 共一百七十页3.5.1 夹紧(ji jn)装置的组成及基本要求图3-27为夹紧装置组成示意图。它主要由以下三部分组成。1. 力源装置力源装置是产生夹紧作用力的装置，所产生的力称为原始力，其动力可用气动、液动、电动等。图3-27中的力源装置是气缸。对于手动夹紧来说，力源来自人力。 共一百七十页图3-27 夹紧装置组成示意图共一百七十页2. 中间传力机构中间传力机构是介于力源和夹紧元件之间传递力的机构，如图3-27中的杠杆。在传递力的过程中，它能起到如下作用：(1) 改变作用力的方向；(2)

37、改变作用力的大小，通常是起增力作用；(3) 使夹紧实现自锁，保证力源提供(tgng)的原始力消失后，仍能可靠地夹紧工件，这对手动夹紧尤为重要。 共一百七十页3. 夹紧元件(yunjin)夹紧元件是最终执行元件，与工件直接接触完成夹紧作用，如图3-27中的压板。夹紧装置的具体组成并非一成不变，须根据工件的加工要求、安装方法和生产规模等条件来确定。但无论其具体组成如何，都必须满足如下基本要求：(1) 夹紧时不能破坏工件定位后获得的正确位置； 共一百七十页(2) 夹紧力大小要合适，既要保证工件(gngjin)在加工过程中不移动、不转动、不振动，又不能使工件(gngjin)产生变形或损伤工件(gngj

38、in)表面；(3) 夹紧动作要迅速、可靠，且操作要方便、省力、安全；(4) 结构紧凑，易于制造与维修。其自动化程度及复杂程度应与工件(gngjin)的生产纲领相适应。 共一百七十页3.5.2 夹紧力的确定设计(shj)夹紧机构，首先必须合理确定夹紧力的三要素：大小、方向和作用点。1. 夹紧力方向的确定确定夹紧力作用方向时，应与工件定位基准的配置及所受外力的作用方向等结合起来考虑，其确定原则是：(1) 夹紧力的作用方向应垂直于主要定位基准面。图3-28所示工件是以A、B面作为定位基准来镗孔C，要求保证孔C轴线垂直于A面。为此应选择A面为主要定位基准， 夹紧力FQ作用方向应垂直于A面。这样，无论A

39、面与B面有多大的垂直度误差，都能保证孔C轴线与A面垂直。否则，夹紧力FQ方向垂直于B面，则因A、B面间有垂直度误差，使镗出的孔C轴线不垂直于A面，产生垂直度误差，如图3-28所示。共一百七十页图3-28 夹紧力作用方向不垂直于主要定位基准面共一百七十页(2) 夹紧力作用方向应使所需夹紧力最小。这样可使机构轻便、紧凑，工件变形小，对手动夹紧可减轻工人劳动强度。图3-29表示了夹紧力FQ与切削力FP、工件重力W之间三种不同方向的关系，其中图3-29(a)所需夹紧力最小，较为理想；图3-29(b)所需夹紧力FQFP+W，要比图3-29(a)大得多；图3-29(c)完全靠摩擦力克服(kf)切削力和重力

40、，故所需夹紧力FQ(FP+W)(为工件与定位元件间的摩擦系数)最大。所以，最理想的夹紧力的作用方向是与重力、切削力方向一致。共一百七十页图3-29 夹紧力方向与夹紧力大小的关系共一百七十页（3) 夹紧力作用方向应使工件变形尽可能小。由于工件不同方向上的刚度不一致，因此(ync)不同的受力面也会因其受力面积不同而变形各异，夹紧薄壁工件时，尤应注意这种情况。如图30所示套筒的夹紧，用三爪自定心卡盘夹紧外圆显然要比用特制螺母从轴向夹紧工件的变形要大得多。共一百七十页图3-30 套筒夹紧(a) 径向夹紧；(b) 轴向夹紧共一百七十页2. 夹紧力作用点的确定夹紧力作用点的确定对工件的可靠定位、夹紧后的稳

41、定和变形有显著影响，选择(xunz)时应依据以下原则：(1) 夹紧力的作用点应落在支承元件或几个支承元件形成的稳定受力区域内。图3-31(a)中夹紧力作用在支承面范围之外，工件发生倾斜，因而不合理；而图3-31(b)则是合理的。共一百七十页图3-31 夹紧力作用点应在支承面内(a) 不合理；(b) 合理共一百七十页(2) 夹紧(ji jn)力作用点应落在工件刚性好的部位。如图3-32所示，将作用在壳体中部的单点改为在工件外缘处的两点夹紧(ji jn)，工件的变形大大改善，夹紧(ji jn)也更可靠。此项原则对刚性差的工件尤为重要。(3) 夹紧(ji jn)力作用点应尽可能靠近加工面。这可减小切

42、削力对夹紧(ji jn)点的力矩，从而减轻工件振动。图3-32(a)中，若压板直径过小，则对滚齿时的防振不利。图3-32(b)中工件形状特殊，加工面距夹紧(ji jn)力FQ1作用点甚远，这时应增设辅助支承，并附加夹紧力FQ2，以提高工件夹紧后的刚度。共一百七十页图3-32 夹紧力应靠近加工表面共一百七十页3. 夹紧力的大小夹紧力的大小可根据切削力和工件重力的大小、方向和相互位置关系具体计算。为安全起见，计算出的夹紧力应乘以安全系数(nqun xsh)K，故实际夹紧力一般比理论计算值大23倍。进行夹紧力计算时，通常将夹具和工件看做一刚性系统，以简化计算。根据工件在切削力、夹紧力(重型工件要考虑

43、重力，高速时要考虑惯性力)作用下处于静力平衡，列出静力平衡方程式，即可算出理论夹紧力。共一百七十页一般来说，手动夹紧(ji jn)时不必算出夹紧(ji jn)力的确切值，只有机动夹紧(ji jn)时，才进行夹紧(ji jn)力计算，以便确定动力部件(如气缸、液压缸直径等)的尺寸。3.5.3 典型夹紧机构夹紧机构是夹紧装置的重要组成部分，因为无论采用何种动力源装置，都必须通过夹紧机构将原始力转化为夹紧力。各类机床夹具应用的夹紧机构多种多样，以下介绍几种利用机械摩擦实现夹紧，并可自锁的典型夹紧机构。共一百七十页1. 斜楔夹紧图3-33(a)为斜楔夹紧的钻夹具，以原始作用力将斜楔推入工件和夹具之间实

44、现夹紧。斜楔夹紧的特点(tdin)：(1) 有增力作用。升角越小增力作用越大。(2) 夹紧行程小。设当斜楔水平移动距离为s时，其垂直方向的夹紧行程为h。则因h/s=tan 及tan1，故hs，且越小，其夹紧行程也越小。共一百七十页图3-33 斜楔夹紧原理及受力分析共一百七十页(3) 结构(jigu)简单，但操作不方便。根据以上特点，斜楔夹紧很少用于手动操作的夹紧装置，而主要用于机动夹紧且毛坯质量较高的场合。有时，为解决增力和夹紧行程间的矛盾，可在动力源不间断的情况下，增大为1530；也可采用双升角形式，大升角用于夹紧前的快速行程，小升角用于夹紧中的增力和自锁。共一百七十页图3-34 单螺旋夹紧

45、共一百七十页2. 螺旋夹紧由于螺旋夹紧结构简单，夹紧可靠，因此在夹具中得到广泛应用。图3-34是最简单的单螺旋夹紧机构。夹具体上装有螺母，转动螺杆，通过压块将工件夹紧。螺母为可换式，以螺钉防止其转动。压块可避免螺杆头部与工件直接接触，夹紧时带动工件转动，并造成压痕。螺旋夹紧的扩力比iP=FQ/FP=80，远比斜楔夹紧力大。同时螺旋夹紧行程不受限制，所以在手动夹紧中应用极广。但螺旋夹紧动作(dngzu)慢，辅助时间长，效率低，为此出现了许多快速螺旋夹紧机构。在实际生产中，螺旋压板组合夹紧比单螺旋夹紧更为普遍。共一百七十页3. 偏心夹紧偏心夹紧机构是由偏心件作为夹紧元件，直接夹紧或与其他元件组合实

46、现对工件的夹紧。常用的偏心件有圆偏心和轴偏心两种。图3-35是一种常见的偏心轮压板夹紧机构。当顺时针转动手柄使偏心轮绕轴转动时， 偏心轮的圆柱面紧压在垫板上，由于(yuy)垫板的反作用力，使偏心轮上移，同时抬起压板右端，而左端下压夹紧工件。 共一百七十页图3-35 偏心轮压板夹紧机构共一百七十页由于圆偏心夹紧时的夹紧力小，自锁性能不是很好，且夹紧行程小，故多用于切削力小，无振动，工件尺寸公差不大的场合，但是圆偏心夹紧机构是一种快速夹紧机构。4. 联动夹紧机构 联动夹紧机构是利用一个(y )原始作用力实现单件或多件的多点、多向同时夹紧的机构。联动夹紧机构的主要形式及其特点如下所述。共一百七十页1

47、) 单件联动夹紧机构(1) 单件同向联动夹紧机构。如图3-36所示，在图3-36(a)中，通过浮动柱2的水平滑动协调浮动压头1、3实现对工件(gngjin)的夹紧; 在图3-36(b)中，通过薄膜气缸9的活塞杆8带动浮动盘7和三个钩形压板5松、夹工件(gngjin)。共一百七十页图3-36 单件同向联动夹紧机构共一百七十页这种夹紧机构的特点是在夹紧点之间，必须设计有浮动元件2、7。(2) 单件对向联动夹紧机构。如图3-37所示，当液压缸中的活塞杆向下移动时，通过双臂铰链使两浮动压板绕铰链相对(xingdu)转动而夹紧工件。共一百七十页图3-37 单件对向联动夹紧机构共一百七十页(3) 单件互垂

48、力或斜交力联动夹紧机构。如图3-38所示，在图3-38(a)中，拧紧螺母4，使之对铰链压板施压，从而使摇臂2转动带动摆动压块1、3实现(shxin)相互垂直两个方向四点联动夹紧工件；在图3-38(b)中，通过摆动压块1实现(shxin)斜交力两点联动夹紧工件。 共一百七十页图3-38 单件互垂力或斜交力联动夹紧机构共一百七十页2) 多件联动夹紧(ji jn)机构(1) 多件平行联动夹紧(ji jn)机构。如图3-39所示，在图3-39(a)中，由于球面垫圈4和摆动压块3的作用，拧紧螺母5可实现同时平行夹紧(ji jn)四个工件；在图3-39(b)中，拧紧螺母5，使铰链压板2转动，在液性介质8作

49、用下，五个滑柱同时平行夹紧(ji jn)工件。这种夹紧(ji jn)机构的特点是夹紧(ji jn)元件必须做成浮动的。共一百七十页图3-39 多件平行联动夹紧机构共一百七十页(2) 多件连续夹紧机构。如图3-40所示，拧紧螺钉对移动V形块依次施压从而夹紧工件。这种夹紧机构的特点(tdin)是定位夹紧元件合二为一；工件直径变化引起工件的移动，不会影响加工精度，故只能用在工件加工面与夹紧力方向平行的场合。共一百七十页图3-40 多件连续夹紧机构共一百七十页(3) 对向式多件联动夹紧(ji jn)机构。如图3-41所示，旋转偏心轮6，迫使压板1、4同时对向夹紧(ji jn)两工件。 (4) 复合式多

50、件联动夹紧(ji jn)机构。它是将上述多件夹紧(ji jn)机构组合构成的夹紧(ji jn)机构。图3-42 所示为平行式和对向式组合的复合夹紧(ji jn)机构。共一百七十页图3-41 对向式多件联动夹紧机构共一百七十页3) 与其他动作联动的夹紧机构(1) 先定位(dngwi)后夹紧联动机构。如图3-43所示，活塞杆9右移，螺钉10与拨杆1脱开，在弹簧2的作用下，推杆3上移，因其斜面作用使活塞4右移推动工件与定位(dngwi)块7接触定位(dngwi)。当活塞杆9继续右移时，其上斜面作用通过滚子11顶推杆12而顶压板5夹紧工件。 共一百七十页图342复合式多件联动夹紧机构共一百七十页图3-

51、43 先定位后夹紧联动机构共一百七十页(2) 夹紧(ji jn)与移动压板联动机构。如图3-44所示，逆时针扳动手柄，先是拨销1拨动压板2上的螺钉3，使压板左移到夹紧(ji jn)位置，继续逆时针扳动手柄，偏心轮5顶起压板夹紧(ji jn)工件。松开时，顺时针扳动手柄，偏心轮5的作用先松开工件，继而拨销1拨动螺钉4使压板右移。 共一百七十页图3-44 夹紧与移动压板联动机构共一百七十页(3) 夹紧与辅助支承联动机构。如图3-45所示，转动螺母3压压板2，夹紧工件的同时通过(tnggu)锁销4锁紧辅助支承1。 5. 定心夹紧机构 1) 定心夹紧机构的工作原理图3-46(a)中工件以外圆定位加工内

52、孔，保证同轴度。若在套筒中动配合定位，则jb=0，db0，dw=db；若在三爪自动定心卡盘中定位，因三爪等速向中心的移动，使定位基准没有位移，则db=0，dw=0。共一百七十页图3-45 夹紧与辅助支承联动机构共一百七十页如图3-46(b)所示，在工件上加工槽，保证对工件中心面的对称度。若采用固定双支承平面定位，则jb0，db=0，dw=jb；若左、右侧面采用等速内、外移动定位元件，使定位基准为中心面，则jb=0，dw=0。定心夹紧机构是指定位和夹紧同时实现的夹紧机构。采用定心夹紧机构可减少dw。它的工作(gngzu)原理是利用“定位夹紧”元件的等速移动或均匀弹性变形来实现定心或对中。共一百七

53、十页定心夹紧机构有以下几个特点：(1) “定位夹紧”元件合二为一；(2) 始终有db=0；(3) 主要用在要求定心和对中的场合。2) 常见的定心夹紧机构(1)螺旋式定心夹紧机构。如图3-47所示，转动有左、右螺纹的双向螺杆6，V形块钳口2、4可等速靠拢(kolng)中心或等速远离中心而实现工件定心装夹。定心精度可借助调节杆3实现。 共一百七十页图3-47 螺旋式定心夹紧机构共一百七十页 (2) 楔式定心夹紧机构。如图3-48所示，拉杆4带动本体2右移，因斜面的作用使夹爪1向外张开而定心夹紧工件；反之，拉杆4左移，在弹簧卡圈3作用下使夹爪收拢松开工件。 (3) 杠杆式定心夹紧机构。如图3-49所

54、示，拉杆1左移带动滑套2移动(ydng)而拨动钩形杠杆3绕轴销4顺时针转动使夹爪5收拢而定心夹紧工件。夹爪的张开靠拉杆右移时装在滑套2上的斜面推动。 共一百七十页图3-48 机动楔式夹爪自动定心机构共一百七十页图3-49 杠杆作用的定心卡盘共一百七十页(4) 弹簧筒夹式定心夹紧机构。如图3-50所示，在图3-50(a)中，旋转(xunzhun)螺母4迫使弹性筒夹2左右移动的同时，因弹性筒夹2上外锥面和锥套3上内锥面的作用，使弹性筒夹2缩、胀而定心夹紧和松开工件；在图3-50(b)中， 旋转(xunzhun)螺母4迫使锥套3左右移动的同时，因锥套3上外锥体与弹性筒夹2上内锥体的作用，使弹性筒夹2

55、胀、缩而定心夹紧和松开工件。 共一百七十页图3-50 弹性夹头和弹性心轴共一百七十页(5) 波纹套定心夹紧机构。如图3-51所示，旋转螺母1带动垫圈3左右移动压紧和松开波纹套2，使其胀、缩而定心夹紧和松开工件。(6) 液性塑料定心夹紧机构。如图3-52所示，旋转螺钉5使滑柱4移动而在液性塑料3内产生压力，迫使薄壁套筒2弹性变形(bin xng)而定心夹紧工件；反之，松开工件。 共一百七十页图3-51 波纹套定心夹紧机构共一百七十页图3-52 液性塑料定心夹紧机构共一百七十页3.6.1 自动线夹具自动线夹具根据自动线的配置形式，主要有固定(gdng)夹具和随行夹具两大类。固定(gdng)夹具用于

56、工件直接输送的生产线，夹具是安装在每台机床上的。随行夹具是用于组合机床自动线上的一种移动式夹具，工件安装在随行夹具上。随行夹具除了完成对工件的定位、夹紧外，还带着工件随自动线移动到每台机床加工台面上，再由机床上的夹具对其整体定位和夹紧，工件在随行夹具上的定位和夹紧与在一般夹具上的定位和夹紧一样。图3-53所示为自动线夹具。3.6 现代机床(jchung)夹具简介 共一百七十页图3-53 自动线夹具共一百七十页3.6.2 组合夹具组合夹具是在夹具元件高度标准化、通用化的基础上发展起来的一种夹具。它由一套预先制造好的，具有各种形状、功用、规格和系列尺寸(ch cun)的标准元件和组件组成。根据工厂

57、的加工要求，利用这些标准元件和组件组装成各种不同夹具。图3-54和图3-55所示为常用的槽系列组合夹具元件和组件图。 共一百七十页图3-54(a)是基础(jch)件，用做夹具体底座的基础(jch)元件；图354(b)是支承件，主要作为夹具体的支架或角架等；图3-54(c)是定位件，用来定位工件和确定夹具元件之间的位置；图3-54(d)是导向件，用于确定或引导切削刀具位置；图3-55(a)是压紧件，用来压紧工件或夹具元件；图3-55(b)是紧固件，用于紧固工件或夹具元件；图3-55(c)是其他件，它们在夹具中起辅助作用；图3-55(d)是合件，用来完成特定动作或功用(如分度)。上述是各元件的主要

58、功用，实际情况可有不同。 共一百七十页例如，支承件也可用做定位工件平面的定位元件。组合夹具有下列(xili)的使用特点：(1) 确定采用组合夹具后，不需设计夹具图纸，只需填写组合夹具任务单，连同产品图纸、工艺规程和坯件实物送组装室组装。组装后的夹具送车间给操作者使用。使用完毕交还后，由组装室清点并拆开夹具，清洗元件，归类存放备用。 共一百七十页图3-54 组合夹具的标准元件和组件图共一百七十页图3-55 组合夹具的标准元件和组件图共一百七十页(2) 组合夹具的元件要重复多次使用，但组装成某一夹具后，一般仍为某工件的某道工序使用。所以，其结构是专用性的，只能一次使用。(3) 组合夹具是由标准元件

59、组装而成的，元件还需多次重复使用。除一些尺寸可采用调节方法保证外，其他精度都靠各元件精度组合来直接保证，不允许进行修配或补充(bchng)加工。因此，要求元件的制造精度高以保证其互换性，而且还需耐磨，重要元件都采用40Cr、20CrMnTi等合金钢制造，渗碳淬火，并经精密磨削加工，制造费用高。 共一百七十页(4) 组合夹具的各元件之间采用键定位和螺栓紧固的连接，其刚性不如整体结构好，尤其是连接处结合面间的接触刚度是一个(y )薄弱环节。组装时对提高夹具刚度问题应予足够重视。(5) 组合夹具各标准元件的尺寸系列的级差是有限的，使组装成的夹具尺寸不能像专用夹具那样紧凑，体积较为笨重。共一百七十页3.6.3 通用可调夹具目前, 机械制造工业向多品种、小批量生产占优势的方向发展，原有传统的专用夹具由于设计制造周期长、成本高，产品改型或变换后原有夹具无法继续使用。因此，针对专用夹具专用性的问题发展了通用性夹具，这就是通用可调夹具或成组夹具。通用可调夹具是通过调节(tioji)或更换装在通用底座上的某些可调节(tioji)或可更换元件，以装夹加工多种轴类工件的夹具；而成组夹具则是根据成组工艺的