机床夹具设计原理-教学课件

机床夹具设计原理机床夹具设计原理本章要点机床夹具概述定位原理与定位误差工件的夹紧专用夹具设计方法和步骤典型机床夹具设计特点机械制造技术基础机械制造技术基础 机床夹具设计原理机床夹具设计原理5.1 机床夹具概述机床夹具概述5.1.1 5.1.1 机床夹具的作用机床夹具的作用1)1)工件易于正确定位，保证加工精度；工件易于正确定位，保证加工精度；2)2)缩短安装时间，提高劳动生产率；缩短安装时间，提高劳动生产率；3)3)扩大机床工艺范围，实现一机多能；扩大机床工艺范围，实现一机多能；4)4)操作方便、安全、可降低对工人的技术操作方便、安全、可降低对工人的技术要求，还可减轻工人的劳动强度。要求，还可减轻工人的劳动强度。1）通用夹具：三爪、四爪卡盘，平口钳等，一般由专业厂生产，常作为机床附件提供给用户。2）专用夹具：为某一工件特定工序专门设计的夹具，多用于批量生产中。3）通用可调整夹具及成组夹具：夹具的部分元件可以更换，部分装置可以调整，以适应不同零件的加工。4）组合夹具：由一套预先制造好的标准元件组合而成。根据工件的工艺要求，将不同的组合夹具元件像搭积木一样，组装成各种专用夹具。使用后，元件可拆开、洗净后存放，待需要时重新组装。组合夹具特别适用于新产品试制和单件小批生产。5）随行夹具：在自动线或柔性制造系统中使用的夹具。按夹具使用范围划分5.1.2 机床夹具的分类通用夹具三爪卡盘四爪卡盘万向平口钳回转工作台分度头图5-1通用夹具图5-2 专用夹具 4 3D L零件工序简图专用夹具零件工序简图43DLLD43D43LDL34DL43DL34图5-3 成组夹具KH1KH2KH3KH4成组夹具图5-4 组合夹具1234567891011121314151617181加筋角铁（2）2槽用螺栓（6）3平键（10）4方形支承 5定位支承 6方形支承 7平垫圈 8六角螺母（8）9 槽用螺栓 10钻套螺钉 11快换钻套 12钻模板 13圆形定位销 14工件 15方形支承 16角铁 17压紧螺钉 18基础板组合夹具图5-5 铣拨叉槽组合夹具1方形基础板 2小长方支承 3，14，20六角螺母 440圆形定位盘 5大长方支承 6螺钉 7右支承角铁 8，10厚六角螺母 9垫圈 11槽用螺栓 12侧中孔定位支承 13小长方支承 15回转压板 16双头螺栓 1724圆形定位销 18圆螺母 19工件图5-6 组合夹具实例组合夹具可分为钻床夹具、铣床夹具、车床夹具、磨床夹具等。按使用机床划分可分为手动夹具、气动夹具、液压夹具、真空夹具、电动夹具等。按夹紧力源划分5.1.2 机床夹具的分类气动虎钳液压夹具图5-9 铣轴端槽夹具1 V型块 2 支撑套 3 手柄 4 定向键 5 夹具体 6 对刀块5.1.3 夹具的组成1）定位元件及装置1236 646）其他元件及装置（防护、防错、分度）5）夹具体4）连接元件3）对刀及导向元件2）夹紧元件及装置5.2 工件在夹具中的定位工件在夹具中的定位5.2.1 定位的概念定位的概念定位:工件在加工前相对于刀具和机床切削成形运动必须 占有正确的加工位置。定位的作用：使工件占据定位元件所规定的位置，并且使一批逐次加工的工件在夹具中占据正确的位置。定位是工件安装过程的一部分，已经定位的工件尚需通过夹紧使工件固定下来。定位和夹紧是两个不同的概念。既不能只定位不夹紧，也不能用夹紧代替定位。5.2.2 工件的定位基本原理工件的定位基本原理 图 5-10 六点定位原理XZY 六点定位原理六点定位原理 要确定其空间位置，就需要限制其 6 个自由度 将 6 个支承抽象为6个“点”，6个点限制了工件的6 个自由度，这就是六点定位原理。一个在空间处于自由的物体具有一个在空间处于自由的物体具有6个自由度个自由度,即沿三即沿三个垂直坐标轴的移动、绕三个垂直坐标轴的转动。个垂直坐标轴的移动、绕三个垂直坐标轴的转动。图 5-11 工件以平面3点定位XYZ 与理论力学、机构学自由度概念差别 位置不定度 夹紧与定位概念分开 工件、夹具是弹性体 注意注意：“点”的含义 对自由度的限制，与实际接触点不同 正确理解工件定位原理的几点注意事项正确理解工件定位原理的几点注意事项定位支撑点与工件定位基准要始终保持紧密接触或配合，才能起到限制自由度的作用；分析支撑点的定位作用时，不考虑外力的作用；一个自由度由对应的一个支撑点限制，每个支撑点限制的自由度不允许重复或相互干涉；工件在夹具中实际定位时，是根据工件上已被选作定位基准的形状而采用相应结构形状的定位元件来实现的。工件的6个自由度均被限制，称为完全定位。工件6个自由度中有1个或几个自由度未被限制，称为不完全定位。完全定位与不完全定位完全定位与不完全定位不完全定位主要有两种情况：工件本身相对于某个点、线是完全对称的，则工件绕此点、线旋转的自由度无法被限制（即使被限制也无意义）。例如球体绕过球心轴线的转动，圆柱体绕自身轴线的转动等。工件加工要求不需要限制某一个或某几个自由度。如加工平板上表面，要求保证平板厚度及与下平面的平行度，则只需限制 3 个自由度就够了。定位原理定位原理 完全定位与不完全定位完全定位与不完全定位ZYXa）ZYXb）ZYXc）ZYXd）e）ZYXf）ZYX图5-12 工件应限制的自由度欠定位欠定位工工件件加加工工时时必必须须限限制制的的自自由由度度未未被被完完全全限限制制，称称为为欠欠定定位。欠定位不能保证工件的正确安装，因而是不允许的。位。欠定位不能保证工件的正确安装，因而是不允许的。图5-13 欠定位示例XZYa）b）BB B定位原理定位原理 过定位过定位 过过定定位位工工件件某某一一个个自自由由度度（或或某某几几个个自自由由度度）被两个（或两个以上）约束点约束，称为过定位。被两个（或两个以上）约束点约束，称为过定位。过定位是否允许，要视具体情况而定：过定位是否允许，要视具体情况而定：1 1）如如果果工工件件的的定定位位面面经经过过机机械械加加工工，且且形形状状、尺尺寸寸、位位置置精精度度均均较较高高，则则过过定定位位是是允允许许的的。有有时时还还是是必必要要的的，因因为为合合理理的的过过定定位位不不仅仅不不会会影影响响加加工工精精度度，还还会会起到加强工艺系统刚度和增加定位稳定性的作用。起到加强工艺系统刚度和增加定位稳定性的作用。2 2）反反之之，如如果果工工件件的的定定位位面面是是毛毛坯坯面面，或或虽虽经经过过机机械械加加工工，但但加加工工精精度度不不高高，这这时时过过定定位位一一般般是是不不允允许许的的，因因为为它它可可能能造造成成定定位位不不准准确确，或或定定位位不不稳稳定定，或或发发生生定位干涉等情况。定位干涉等情况。定位原理定位原理 过定位分析过定位分析（桌子与三角架）图5-14 过定位分析 定位原理定位原理 过定位分析过定位分析图5-15 过定位示例a）ZYXYc）ZYXY定位原理定位原理 b）ZYYX 过定位分析过定位分析图5-16 过定位示例XYa）ZYb）ZYXY定位原理定位原理 一面两孔定位分析一面两孔定位分析D1D2d2d1b图5-17 一面两孔定位干涉分析定位原理定位原理 刀柄主轴拉杆涨套 过定位应用图5-18 HSK刀柄与传统刀柄结构HSK刀柄传统刀柄1:107:24间隙主轴拉杆刀柄定位原理定位原理 定位端面配合锥面 过定位讨论过定位讨论如如图图示示，齿齿轮轮坯坯以以内内孔孔和和一一小小端端面面定定位位，车车削削外外圆圆和和大大端端面面。加加工工后后检检测测发发现现大大端端面面与与内内孔孔垂垂直直度度超超差差。试试分分析原因，提出改进意见。析原因，提出改进意见。4A0.02 A间隙配合刚性心轴图5-19 过定位示例定位原理定位原理 图5-20 过定位引起夹紧变形定位原理定位原理 橡胶垫橡胶垫图5-21 过定位处理分析 定位原理定位原理 讨论讨论分析图示定位方案：分析图示定位方案：各方案限制的自由度各方案限制的自由度有无欠定位或过定位有无欠定位或过定位对对不不合合理理的的定定位位方方案案提提出改进意见。出改进意见。b）XZYXc）XZYXa）YXZ图5-22 过定位分析定位原理定位原理 a）YXZa1）YXZa2）YXZa3）YXZ图5-23a 过定位示例分析 定位原理定位原理 b）XZYXb1）XZYXXZb2）YXXZb3）YX图5-23b 过定位示例分析定位原理定位原理 c）XZYXc）XZYXc1）YXXZ图5-23c 过定位示例分析定位原理定位原理 ZXYZXYZXYZXY图5-24 工件以平面定位平面定位的主要形式是支承定位。常用的定位元件有支承钉、支承板、夹具支承件和夹具体的凸台及平面等。图5-24给出了平面定位的几种情况。ZXYZXY5.2.3 定位方法与定位元件定位方法与定位元件 工件以平面定位工件以平面定位l工件以平面定位工件以平面定位（1）固定支承：支承钉（限）固定支承：支承钉（限1个自由度）个自由度）支承板（限制支承板（限制2个自由度）个自由度）（2 2）可调支承）可调支承（3）自位支承）自位支承 （浮动支承）（浮动支承）（4）辅助支承）辅助支承（不限制自由度）（不限制自由度）图5-25 工件以圆孔定位工件以圆孔定位多属于定心定位（定位基准为圆柱孔轴线）。常用定位元件是定位销和心轴。定位销有圆柱销、圆锥销、菱形销等形式；心轴有刚性心轴（又有过盈配合、间隙配合和小锥度心轴等）、弹性心轴之分。工件以圆孔定位所限制的自由度见图 5-25。XYZXYZXYZXYZXYZXYZ5.2.3 定位方法与定位元件定位方法与定位元件 工件以圆孔定位工件以圆孔定位图5-26 工件以外圆柱面定位工件以外圆柱面定位两种形式：定心定位和支承定位。工件以外圆柱面定心定位的情况与工件以圆孔定位的情况相仿（用套筒和卡盘代替心轴或柱销）。工件以外圆柱面支承定位的元件常采用V型块，短V型块限制2个自由度，长V型块（或两个短V型块组合）限制4个自由度。XYZXYZXYZXYZXYZ5.2.3 定位方法与定位元件定位方法与定位元件 工件以外圆柱面定位工件以外圆柱面定位除平面、圆孔、外圆柱面外，工件有时还可能以其它表面（如圆锥面、渐开线齿面、曲面等）定位。图5-27为工件以锥孔定位的例子，锥度心轴限制了除绕工件自身轴线转动外的 5个自由度。图5-27 工件以锥孔定位5.2.3 定位方法与定位元件定位方法与定位元件 工件以其他表面定位工件以其他表面定位在在多多个个表表面面同同时时参参与与定定位位情情况况下下，各各定定位位表表面面所所起起作作用用有有主主次次之之分分。通通常常称称定定位位点点数数最最多多的的表表面面为为主主要要定定位位面面或或支支承承面面，称称定定位位点点数数次次多多的的表表面面为为第第二二定定位位基基准准面面或或导导向向面，称定位点数为面，称定位点数为 1 1 的表面为第三定位基准面或止动面。的表面为第三定位基准面或止动面。5.2.3 定位方法与定位元件定位方法与定位元件 定位表面的组合定位表面的组合XZY图5-28 工件在两顶尖上定位在在分分析析多多个个表表面面定定位位情情况况下下各各表表面面限限制制的的自自由由度度时时，分分清清主主次次定定位位面面很很重重要要。如如图图5-285-28所所示示工工件件在在两两顶顶尖尖上上的的定定位位，应应首首先先确确定定前前顶顶尖尖限限制制的的自自由由度度，他他们们是是 。然然后后再再分分析析后后顶顶尖尖限限制制的的自自由由度度。此此时时，应应与与前前顶顶尖尖一一起起综综合考虑，可以确定其限制的自由度是合考虑，可以确定其限制的自由度是 。定位实例分析定位实例分析1 定位实例分析定位实例分析 2定位实例分析定位实例分析 3定位实例分析定位实例分析 4思考题思考题1 1、试述机床夹具的类型、特点和应用范围。、试述机床夹具的类型、特点和应用范围。2 2、试说明机床夹具的组成，各组成部分的作用？、试说明机床夹具的组成，各组成部分的作用？3 3、什么是定位？定位和夹紧概念的区别？、什么是定位？定位和夹紧概念的区别？4 4、试述六点定位原理的基本内容。、试述六点定位原理的基本内容。5 5、只要有六个定位支承点，工件的六个自由度就可以完全被限、只要有六个定位支承点，工件的六个自由度就可以完全被限制了，这种说法对吗？制了，这种说法对吗？6 6、什么是完全定位？什么是不完全定位？、什么是完全定位？什么是不完全定位？7 7、什么是过定位和欠定位？是否均不允许存在？举例说明。、什么是过定位和欠定位？是否均不允许存在？举例说明。8 8、试说明工件以平面定位基准时，其主要支承的类型和选用原、试说明工件以平面定位基准时，其主要支承的类型和选用原 则是什么？则是什么？9 9、可调支承、辅助支承有什么区别、可调支承、辅助支承有什么区别？使用是应注意什么问题？使用是应注意什么问题？1010、会分析保证工件加工精度所需要限制的自由度。（表、会分析保证工件加工精度所需要限制的自由度。（表5-15-1）1111、掌握常用定位元件所能限制的自由度。（表、掌握常用定位元件所能限制的自由度。（表5-25-2）5.2.4 定位误差分析定位误差分析 基准的概念及其分类基准的概念及其分类 基准：基准：用来确定生产对象上的几何要素之用来确定生产对象上的几何要素之间的几何关系所依据的那些点、线、面。间的几何关系所依据的那些点、线、面。基面：基面：基准不一定具体可见（如孔的中心线等）基准不一定具体可见（如孔的中心线等），在零件上通常是通过有关具体表面表现出来，在零件上通常是通过有关具体表面表现出来的，这些表面称为基面。的，这些表面称为基面。基准的分类：基准的分类：5.2.4 定位误差定位误差 定位误差的概念定位误差的概念 例例如如在在轴轴上上铣铣键键槽槽，要要求求保保证证槽槽底底至至轴轴心心的的距距离离H H。若若采采用用V V 型型块块定定位位，键键槽槽铣铣刀刀按按规规定定尺尺寸寸H H调调整整好好位位置置（图图5-295-29）。实实际际加加工工时时，由由于于工工件件直直径径存存在在公公差差，会会使使轴轴心心位位置置发发生生变变化化。不不考考虑虑加加工工过过程程误误差差，仅仅由由于于轴轴心心位位置置变变化化而而使使工工序序尺尺寸寸H H也也发发生生变变化化。此此变变化化量量（即即加加工工误误差差）是是由由于于工工件件的的定定位位而而引引起起的的，故故称称为为定定位误差。位误差。图5-29 定位误差HOAO1O2DW定位误差是由于工件在夹具上（或机床上）定位不准确定位误差是由于工件在夹具上（或机床上）定位不准确而引起的加工误差。而引起的加工误差。1）由于工件定位表面或夹具定位元件制作不准确引起的定位误差，称为基准位置误差，如图5-29所示例子。2）由于工件的工序基准与定位基准不重合而引起的定位误差，称为基准不重合误差。图图5-305-30所所示示工工件件以以底底面面定定位位铣铣台台阶阶面面，要要求求保保证证尺尺寸寸a a，即即工工序序基基准准为为工工件件顶顶面面。如如刀刀具具已已调调整整好好位位置置，则则由由于于尺尺寸寸b b的的误误差差会会使使工工件件顶顶面面位位置置发发生生变变化化，从而使工序尺寸从而使工序尺寸a a产生误差。产生误差。bDWa图5-30 由于基准不重合引起的定位误差工序基准 定位基准5.2.4 定位误差定位误差 定位误差的来源定位误差的来源5.2.4 定位误差定位误差 定位误差计算定位误差计算在采用调整法加工时，工件的定位误差实质上就是工序基准在加工尺寸方向上的最大变动量。因此计算定位误差，首先要找出工序尺寸的工序基准，然后求其在工序尺寸方向上的最大变动量即可。用几何方法计算定位误差通常要画出工件的定位简图，并在图中夸张地画出工件变动的极限位置；然后运用三角几何知识，求出工序基准在加工尺寸方向上的最大变动量，即为定位误差。1 1）用几何方法计算定位误差用几何方法计算定位误差 当工件孔径为最大，定位销的直径为最小时，孔心在任意方向上的最大变动量等于孔与销配合的最大间隙量，即无论工序尺寸方向如何，只要工序尺寸方向垂直于孔心轴线，其定位误差均为：DW=Dmax dmin （5-6）式中 DW 定位误差 Dmax工件定位孔最大直径 dmin夹具定位销最小直径【解】5.2.4 定位误差定位误差 【例5-4】图5-31所示为孔与销间隙配合的情况，若工件的工序基准为孔心，试确定其定位误差。图5-31 孔与销间隙配合时的定位误差DmaxdminODWO1O25.2.4 定位误差定位误差 某某些些情情况况，工工件件孔孔与与夹夹具具定定位位销销保保持持固固定定边边接接触触（图图5-5-3232），此此时时孔孔心心在在接接触触点点与与销销子子中中心心连连线线方方向向上上的的最最大大变变动动量量为为孔孔径径公公差差的的一一半半。若若工工件件的的定定位位基基准准仍仍为为孔孔心心，且且工工序序尺尺寸寸方方向向与与接接触触点点和和销销子子中中心心连连线线方方向向相相同同，则则其其定定位误差为：位误差为：图5-32 孔与销间隙配合固定边接触时定位误差DmaxO1DminODWO2 DW=（Dmax Dmin）=TD1212此此时时，孔孔在在销销上上的的定定位位已已由由定心定位转转化化为为支承定位的的形形式式，定定位位基基准准也也由由孔孔心心变变成成了了与与定定位位销销固固定定边边接接触触的的一一条条母母线线。这这种种情情况况下下，定定位位误误差差是是由由于于定定位位基基准准与与工工序序基基准准不不重重合合所所造造成成的的，属属于于基基准准不不重重合误差，与定位销直径无关。合误差，与定位销直径无关。5.2.4 定位误差定位误差 2 2）用微分方法计算定位误差用微分方法计算定位误差【例5-5】工件在V型块上定位铣键槽，计算定位误差【解】要求保证的工序尺寸和工序要求：槽底至工件外圆中心的距离H（或槽底至外圆下母线的距离H1，或槽底至外圆上母线的距离H2）；键槽对工件外圆中心的对称度 OA=Sin(/2)OB=Sin(/2)d对上式求全微分，图5-33 外圆表面在V型块上的定位误差HBOA 对对于于第第1 1项项要要求求，考考虑虑第第1 1种种情情况况（工工序序基基准准为为圆圆心心O O，见见图图5-335-33），），写出写出O O点至加工尺寸方向上点至加工尺寸方向上某某一一固固定定点点（如如V V型型块块两两斜斜面面交交点点A A）的距离：）的距离：以微小增量代替微分，并将尺寸误差视为微小增量，且考虑到尺寸误差可正可负，各项误差均取最大值，得到工序尺寸H的定位误差：5.2.4 定位误差定位误差 定位式中 Td 工件外圆直径公差；T V型块两斜面夹角角度公差。若忽略V型块两斜面夹角的角度公差，可以得到用V型块对外圆表面定位，当工序基准为外圆中心时，在垂直方向（图5-33中尺寸H方向）上的定位误差为：对对于于第第2 2项项要要求求，若若忽忽略略工工件件的的圆圆度度误误差差和和V V型型块块角角度度偏偏差差，可可以以认认为为工工序序基基准准（工工件件外外圆圆中中心心）在在水水平平方方向向上上的的位位置置变变动动量量为为零零，即即使使用用V V型型块块对对外外圆圆表表面面定定位位时时，在在垂垂直直于于V V型型块对称面方向上定位误差为零。块对称面方向上定位误差为零。5.2.4 定位误差定位误差 若工件工序基准为外圆下母线或上母线时，用同样方法可求出其定位误差分别为：图5-34 外圆表面在V型块上的定位误差b）a）H2BdOH1BOAC例：同轴度误差分析例：同轴度误差分析 如图所示，以外圆和平面定位加工如图所示，以外圆和平面定位加工内孔，试计算加工后与外圆的最大同轴内孔，试计算加工后与外圆的最大同轴度误差。度误差。例：同轴度误差分析例：同轴度误差分析 计算以外圆和平面定位计算以外圆和平面定位加工内孔时产生的与外圆的加工内孔时产生的与外圆的同轴度误差。同轴度误差。外圆外圆80变化变化时，轴心线变化为时，轴心线变化为OO=尺寸尺寸30变化时，轴心线变化为变化时，轴心线变化为OO”=”合成后合成后:练习题练习题:什么是定位误差？定位误差产生的条件是什么？图示工件用=90的V形块和挡块定位铣削阶梯平面，要求保证尺寸 和 。试计算该定位方案的定位误差（假设两外圆同轴）？如要求定位误差控制在工序公差的1/3以内，判断能否满足加工要求？练习题练习题:在图所示工件上加工键槽，工件内孔 ，外圆 ，要求保证尺寸 。现有3种定位方案，分别如图b，c，d所示，其中心轴直径 。试分别计算3种方案的定位误差，并选择最佳方案。（不考虑工件内外圆同轴度误差）（a）零件图（b）V形块定位（c）垂直心轴定位d）支承板定位提高工件定位精度的措施提高工件定位精度的措施1 1）消除或减少基准不重合误差）消除或减少基准不重合误差 要正确选择定位基准，尽可能与工序基准重合。要正确选择定位基准，尽可能与工序基准重合。2 2）消除或减少基准位移误差）消除或减少基准位移误差 （1 1）选择精度高、位置误差小的表面为定位）选择精度高、位置误差小的表面为定位基准，尤其是组合定位中的第一基准，位置误差基准，尤其是组合定位中的第一基准，位置误差要小；要小；（2 2）选用基准位置误差小的定位元件，提高）选用基准位置误差小的定位元件，提高定位元件间的位置精度；定位元件间的位置精度；（3 3）提高工件定位表面与定位元件的配合精）提高工件定位表面与定位元件的配合精度，减小或消除配合间隙来减小基准位移误差。度，减小或消除配合间隙来减小基准位移误差。5.3 工件的夹紧工件的夹紧5.3.15.3.1夹紧装置设计基本要求夹紧装置设计基本要求:（1 1）保证加工精度，不破坏工件定位或产生不允）保证加工精度，不破坏工件定位或产生不允许的夹紧变形；许的夹紧变形；（2 2）保证生产率、力求夹紧迅速；）保证生产率、力求夹紧迅速；（3 3）结构简单紧凑，制造维修方便，尽量采用标）结构简单紧凑，制造维修方便，尽量采用标准件；准件；（4 4）操作方便、省力、安全。）操作方便、省力、安全。夹紧力的方向夹紧力的方向:（1 1）夹紧力的方向应使定位基准面与定位元件紧密接）夹紧力的方向应使定位基准面与定位元件紧密接触，保证定位准确、可靠；触，保证定位准确、可靠；（2 2）夹紧力的方向应指向工件刚性最大的方向，以减）夹紧力的方向应指向工件刚性最大的方向，以减少工件夹紧变形；少工件夹紧变形；（3 3）夹紧力的方应尽量与切削力、重力方向一致，以）夹紧力的方应尽量与切削力、重力方向一致，以减小所需的夹紧力。减小所需的夹紧力。夹紧力作用力点的确定夹紧力作用力点的确定（1 1）作用力点应针对或位于支承元件所形成的支承）作用力点应针对或位于支承元件所形成的支承面内，防止夹紧破坏定位；面内，防止夹紧破坏定位；（2 2）作用力点应位于工件刚性最好的部位，以减少）作用力点应位于工件刚性最好的部位，以减少夹紧变形；夹紧变形；（3 3）夹紧应靠近加工表面，以减小切削力对夹紧点）夹紧应靠近加工表面，以减小切削力对夹紧点的力矩，增加可靠性，防止振动和变形。的力矩，增加可靠性，防止振动和变形。5.3.2 夹紧力的大小的确定夹紧力的大小的确定确定夹紧力的大小，通常把工件和夹具看成刚性系统，确定夹紧力的大小，通常把工件和夹具看成刚性系统，把工件看成是在切削力、夹紧力、重力、惯性力等作用下的把工件看成是在切削力、夹紧力、重力、惯性力等作用下的平衡体，通过力平衡求出夹紧力，再乘以安全系数，作为平衡体，通过力平衡求出夹紧力，再乘以安全系数，作为实际夹紧力。通常粗加工取，实际夹紧力。通常粗加工取，精加工取。精加工取。5.3.35.3.3常用夹紧机构常用夹紧机构斜楔夹紧机构斜楔夹紧机构螺旋夹紧机构螺旋夹紧机构圆偏心夹紧机构圆偏心夹紧机构铰链夹紧机构铰链夹紧机构定心、对中夹紧机构定心、对中夹紧机构联动夹紧机构联动夹紧机构5.3.3 常用夹紧机构常用夹紧机构斜楔的楔角斜楔的楔角 是斜楔夹紧机构的主要参数是斜楔夹紧机构的主要参数，它，它对斜楔的增力比、自锁性、夹紧行程及操作性对斜楔的增力比、自锁性、夹紧行程及操作性能都起决定性的作用。能都起决定性的作用。自锁条件自锁条件是压力角是压力角(此处是斜楔升角此处是斜楔升角)小于摩擦角小于摩擦角 1 1+2 25.3.3 5.3.3 常用夹紧机构常用夹紧机构螺旋夹紧机构：螺旋夹紧机构：由螺钉、螺母、垫圈、压板等元件由螺钉、螺母、垫圈、压板等元件组成的夹紧机构，增力比很大，自锁性很好组成的夹紧机构，增力比很大，自锁性很好 。偏心夹紧机构自锁条件：偏心夹紧机构自锁条件：5.3.3 5.3.3 常用夹紧机构常用夹紧机构偏心夹紧机构：偏心夹紧机构：偏心夹紧的实质还是斜楔的作用。偏心夹紧的实质还是斜楔的作用。5.3.3 5.3.3 常用夹紧机构常用夹紧机构联动夹紧机构联动夹紧机构夹紧的动力：人工手动、气动、液压、电动等。夹紧的动力：人工手动、气动、液压、电动等。5.3.3 5.3.3 常用夹紧机构常用夹紧机构铰链夹紧机构铰链夹紧机构定心、对中夹紧机构定心、对中夹紧机构 设计特点和要求设计特点和要求 （1 1）因夹具要回转，要求结构紧凑，尺寸小，重量轻，重）因夹具要回转，要求结构紧凑，尺寸小，重量轻，重心尽可能靠近回转轴线，减小惯性力。心尽可能靠近回转轴线，减小惯性力。（2 2）应有平衡措施，消除回转不平衡引起的振动现象，一）应有平衡措施，消除回转不平衡引起的振动现象，一般设计平衡块的位置可调，便于调整。般设计平衡块的位置可调，便于调整。（3 3）为了操作安全，夹具尽可能避免尖角或突出部位，必）为了操作安全，夹具尽可能避免尖角或突出部位，必要时回转部分外面应加防护罩。要时回转部分外面应加防护罩。（4 4）夹具与机床主轴定位面间必须有良好的配合和可靠的）夹具与机床主轴定位面间必须有良好的配合和可靠的联接。联接。5.4 5.4 各类机床夹具设计特点各类机床夹具设计特点5.4.1 4.1 车床及磨圆夹具车床及磨圆夹具 车床和磨圆夹具通常安装在机床的主轴上，与主轴一车床和磨圆夹具通常安装在机床的主轴上，与主轴一起回转。起回转。结构形式：结构形式：心轴式、圆盘式、角铁式等心轴式、圆盘式、角铁式等5.4.2 5.4.2 铣床夹具铣床夹具铣床夹具设计时特别注意：铣床夹具设计时特别注意：铣削加工切削力较大，又是断续切削，加工中易引铣削加工切削力较大，又是断续切削，加工中易引起振动，因此夹紧机构要有足够的夹紧力和较好的起振动，因此夹紧机构要有足够的夹紧力和较好的自锁性，且受力元件要有足够的强度和刚性。自锁性，且受力元件要有足够的强度和刚性。铣削加工一般是定距加工，为了便于调整刀具，通铣削加工一般是定距加工，为了便于调整刀具，通常要设置对刀装置。对刀块和刀具之间要放对刀塞常要设置对刀装置。对刀块和刀具之间要放对刀塞尺，以避免刀具与对刀块直接接触，而碰伤刀刃获尺，以避免刀具与对刀块直接接触，而碰伤刀刃获对刀块。对刀块。铣床夹具在机床上要定位，要使夹具上定位元件工铣床夹具在机床上要定位，要使夹具上定位元件工作面与铣削运动方向有一准确位置。常采用导向键作面与铣削运动方向有一准确位置。常采用导向键与机床工作台与机床工作台T T形槽相配合来实现形槽相配合来实现。钻套钻套 分度机构分度机构5.4.3 钻床夹具钻床夹具钻夹具的特点钻夹具的特点 （1 1）夹具放在工作台上，钻孔时钻头回转和进给，）夹具放在工作台上，钻孔时钻头回转和进给，夹具和工件不动。夹具和工件不动。（2 2）由于钻削力矩小，钻小孔时夹具常不固定。）由于钻削力矩小，钻小孔时夹具常不固定。（3 3）钻床夹具用钻套引导钻头，防止钻头偏斜，）钻床夹具用钻套引导钻头，防止钻头偏斜，用钻模板固定钻套，保证钻孔正确位置。用钻模板固定钻套，保证钻孔正确位置。5.4.4 镗床夹具镗床夹具镗套的布置镗套的布置（1）单支承前引导）单支承前引导（2）单支承后引导）单支承后引导（3）前后双支承引导）前后双支承引导（4）双支承后引导）双支承后引导5.5 机床夹具设计5.5.1 专用夹具设计的基本要求1）保证工件的加工要求。正确定位、刀具导向、夹紧方案。2）提高加工效率、降低成本。结构简单、装夹快速。3）尽量选用标准化零部件。4)操作方便、便于排屑、工作安全。5）良好的结构工艺性。5.5.2 专用夹具设计的步骤专用夹具设计的步骤1 1）明确任务，搜集和研究有关资料，了解生产条件；）明确任务，搜集和研究有关资料，了解生产条件；2 2）拟定夹具的结构方案，绘制夹具结构草图；）拟定夹具的结构方案，绘制夹具结构草图；（1 1）确定工件的定位方案，选择定位元件，计算定位误差；）确定工件的定位方案，选择定位元件，计算定位误差；（2 2）确定对刀或导向方式，选择对刀块或导向元件；）确定对刀或导向方式，选择对刀块或导向元件；（3 3）确定工件夹紧方案和夹紧装置，必要时计算夹紧力；）确定工件夹紧方案和夹紧装置，必要时计算夹紧力；（4 4）确定夹具其它组成部分的结构，如分度装置，夹具与机确定夹具其它组成部分的结构，如分度装置，夹具与机床的连接方式等；床的连接方式等；（5 5）确定夹具体的形式和夹具的总体结构。）确定夹具体的形式和夹具的总体结构。3 3）绘制夹具装配图，标注有关尺寸、配合及技术要求；）绘制夹具装配图，标注有关尺寸、配合及技术要求；4 4）绘制零件图；）绘制零件图；5 5）编写夹具设计说明书。）编写夹具设计说明书。5.5.3 5.5.3 夹具公差与技术要求夹具公差与技术要求1）应标注的尺寸和技术要求）应标注的尺寸和技术要求与一般机械装配图一样，要求标注夹具轮廓尺寸、与一般机械装配图一样，要求标注夹具轮廓尺寸、配合尺寸、与机床联接尺寸及配合要求、动作极配合尺寸、与机床联接尺寸及配合要求、动作极限等。限等。定位元件之间、定位元件与引导元件间位置精度定位元件之间、定位元件与引导元件间位置精度要求。要求。装配、检验及调整方法及特殊技术要求等。装配、检验及调整方法及特殊技术要求等。夹具操作、平衡及安全说明。夹具操作、平衡及安全说明。2）夹具公差）夹具公差 确定夹具公差的原则是保证零件的加工精度。在不增加制造难度的情况下，夹具公差应尽量减少，提高可靠性，补偿使用中的磨损量。由于夹具生产为单件生产，高精度要求的夹具可采用调整法、修配法或组合法加工。通常夹具公差取相应零件公差的1/31/5，角度公差取1/21/5。有配合要求的按一般配合原则决定。思考题思考题1 1、双孔定位中，定位元件为什么采用一个短圆柱销和一个、双孔定位中，定位元件为什么采用一个短圆柱销和一个削边销？削边应该从哪个方向削？削多少？削边销？削边应该从哪个方向削？削多少？2 2、工件以外圆柱做定位基准，为何常用、工件以外圆柱做定位基准，为何常用V V型块定位？为什么型块定位？为什么夹角为夹角为90 90 应用最多？应用最多？3 3、何谓定位误差？试述定位误差产生的原因、条件及计算、何谓定位误差？试述定位误差产生的原因、条件及计算方法。方法。4 4、夹紧装置应满足哪些基本要求？如何确定夹紧力的方向、夹紧装置应满足哪些基本要求？如何确定夹紧力的方向、作用点、大小三要素？作用点、大小三要素？5 5、车床、钻床、铣床夹具设计各有什么特点？、车床、钻床、铣床夹具设计各有什么特点？6 6、专用夹具设计的基本要求、步骤。、专用夹具设计的基本要求、步骤。5.6 数控机床夹具5.6.1 数控机床夹具的设计要求u精度要求：精度和刚度高于一般夹具，适应连续多型面自动加工的要求。u定位要求：一般采用完全定位方式。u空间要求：满足各刀具均能接近所有待加工表面，夹具要开敞，不得影响加工中的走刀。u快速重调要求：在更换加工工件中能具有快速重调或更换定位元件的功能。945.6.2 数控机床常用夹具u数控车床夹具：加工盘套类零件的自动定心三爪卡盘；加工轴类零件的拔盘与顶尖；自定心中心架与自动转塔刀架等。u数控钻铣床和加工中心夹具：通用类：组合家具类：专用类：95谢谢！