机床夹具课件

第八章第八章机机床床夹夹具具8.1夹具概述夹具概述8.1.1工件的安装方式工件的安装方式工件要加工必须有两个前提：工件要加工必须有两个前提：一个是定位，一个是夹紧。一个是定位，一个是夹紧。安装方法也不同。可分为安装方法也不同。可分为3种：种：一一直接找正安装直接找正安装n操作者利用划针、百分表等量具操作者利用划针、百分表等量具直接校准待加工面或相关表面以直接校准待加工面或相关表面以获得正确位置。获得正确位置。n特点特点:n应用范围应用范围:如图如图8-1，图图8-2所所示示，图8-2直接找正动画返回二二划线找正安装划线找正安装n钳工先按加工要求在工件表面划好线，机加工时工人按划线找正后再夹紧。（见图8-3）n特点:1)可保证各加工面有足够的加工余量及位置精度；n2)可及时发现毛坯缺陷，采取补救措施；n3)增加了划线工序、浪费工时；n4)划线具有一定的宽度（0.20.3），安装精度不高n应用范围:三三采用夹具安装采用夹具安装n使用能保证工件迅速定位与夹紧的装置进行安装叫作夹具安装。（见图8-4）n特点;1）安装效率高成本低；n2）可保证重复精度；n3）减轻劳动强度，保证生产节拍；n4）扩大机床使用范围。n应用范围:广泛用于大批量生产，中批生产及单件小批生产无夹具安装就无法保证精度的工件加工。8.1.2机床夹具的功用机床夹具的功用n夹具的概念夹具的概念:n在机械加工中能用来迅速装夹工件,使机床,刀具,工件保持正确相对位置的装置。n夹具有以下作用夹具有以下作用:n工件装夹迅速，减少辅助时间；n保证一定的加工精度，特别是相互位置精度；n发挥机床潜力，扩大使用范围；n减轻劳动强度，保证安全生产；n平衡工序时间，便于生产过程自动化。图图8-5车孔夹具动画车孔夹具动画8.1.3机床夹具的组成机床夹具的组成n如图8-6为钻床夹具。n机床夹具组成如下：n定位元件n夹紧元件n引导元件n夹具体n其它8.1.4机床夹具的分类机床夹具的分类n一按应用范围分:n通用夹具通用夹具指已标准化，在使用中不加或稍加调整即可装夹不同的工件的夹具。nn专用夹具专用夹具指为某一工件的某道工序设计的夹具。n1、对毛坯的质量要求高n2、设计制造周期长n成组夹具成组夹具（可调夹具）n组合夹具组合夹具n组合夹具的组成组合夹具的组成（图8-7）n1基础件n2支承件n3定位件n4导向件n5夹紧件n6紧固件n7其它件n8合件n二按动力源分n三按使用机床分n四按生产过程分n8.2工件定位工件定位n8.2.1六点定位原理六点定位原理n一一定位原理定位原理n任一物体在空间都有六种宏观运动的可能性，称为六个自由（图8-8），即沿X、Y、Z轴的移动和绕此三轴的转动，欲使工件在空间取得唯一位置，则必须限制六个自由度。这就是六点定位原理。n二二原理要点原理要点n1、任何物体都有、且只有6个自由度。n如图8-9一箱体类零件，n2、6个自由度都存在，n3、消除自由度，加约束（定位元件）。n4、夹紧不等于定位。n8.2.2完全定位完全定位n消除全部（6个）自由度，叫做完全定位。n如图8-9和图8-10b所示的定位情况即为完全定位。在底面（主支承面）设置3个支承钉限制Z旋转、X移动、Y移动；侧面（导向面）设置2个支承钉限制Z旋转、X移动；后面（止推面）设置1个支承钉限制Y移动，共限制6个自由度。n这种方式常用、保险，因为不必担心漏了自由度。但是，可能会造成夹具复杂化，使夹具成本上升。8.2.3部分定位（不完全定位）部分定位（不完全定位）n只限制那些影响加工精度的自由度（第一类自由度），称为部分定位。如果图8-9的箱体只加工上平面，则只需限制3个自由度，在下面设置三个支承钉即可。而图8-10a)铣台阶面则需限制除Y以外的5个自由度。这些都是采用部分定位。n图2-8a)中铣台阶面时，由于台阶面长度只与工作台的移动长度有关。此方向上的自由度Y移动可不限制，只需保证台阶的高和宽，采用部分定位即去掉限制Y移动的支承钉，限制5个自由度即可。n图2-8b)中铣不通槽时，由于除需保证槽的高和宽外，还要保证槽的长度，Y移动也需要限制，所以必须采用如图所示的完全定位。2.2.4超定位超定位n某自由度被两个以上的约束所限制。n如图8-11车长轴用双顶尖与三爪装夹，Y和Z的移动超定位。若顶尖孔与工件外圆不同轴，就会造成顶尖与工件的变形。n改进：将前顶尖改为挡销，只限制X移动。n又如加工连杆时（图8-12），在两孔中都使用圆柱销定位，则X移动超定位,工件可能不能顺利安装。n改进：将圆柱销2改为削边销或在右边加一活动V形块，只限制Z的旋转。n超定位可能带来定位不可靠或工件不能顺利安装，是否绝对不能使用呢?并非如此。n只要装夹的外圆是以顶尖孔定位车过的，具有较高的同轴度，就不会发生干涉,反而可以传递较大的扭矩。n又如加工齿形时往往用大端面和长轴定位，（见图8-13）也是超定位。但是，由于工件孔与端面和心轴与端面有较高的垂直度，不会发生干涉，且可承受较大的切削力，对加工有利。n可见只要不发生干涉,对提高工件的支承刚度有利，还是可用的。8.2.5欠定位欠定位n某个（些）影响加工精度的自由度未加限制。某个（些）影响加工精度的自由度未加限制。n例如，在加工如图8-12所示的连杆孔时，只有平面定位或用平面与一短圆销定位都属于欠定位。因为两孔的位置没有确定。n又如车一小轴（图8-14a），只用三爪卡盘夹很短的外圆，限制Y移动、Z移动，属于欠定位。（图8-14b）的工件只限制X移动、Y移动、Z移动，也属于欠定位。如何改进？请思考之(答案)。n再如在图8-15a)中铣台阶面时只限制下面三点，图b)中铣不通槽时只限制下面3点和左侧面2点都属于欠定位。n显然欠定位是绝对不可以使用的，因为它影响加工精度。8.3定位方式与定位元件定位方式与定位元件n8.3.1工件以平面定位工件以平面定位n一、基本支承一、基本支承起定位作用的支承。起定位作用的支承。n1固定支承固定支承n支承钉：平头形用于较光洁的表面；（图8-17a)n圆头形用于毛坯表面；（图8-17b)n网头形用于侧毛坯表面。（图8-17C)n支承板：大板支承面积大，定位面精度较低时稳定性差；n小板：光条板螺钉处槽中切屑难以清理；（图8-18a)n斜槽板:螺钉处槽中切屑易于清理。但制造困难（图8-18b)n2可调支承可调支承可根据毛坯的尺寸误差进行调节。（图8-19）n3自位支承自位支承可随工件表面误差浮动，以增加与工件的接触点，提高支承刚度，只限制一个自由度。有两点式（图8-20a、b）和三点式（图8-21）。n二二辅助支承辅助支承工件定位后,为提高支承刚度所增加的支承，不起定位作用。n如车削长轴时除了以双顶尖定位外，在中间增加中心架支承。平面常用辅助支承有三种:n螺旋式利用螺栓螺母调节与工件接触。（同可调支承）n自位式利用弹簧推力保持与工件接触。（图8-22）n推引式利用斜面推力保持与工件接触。（图8-23）n8.3.2工件以外圆定位工件以外圆定位n一一V形块形块n(一一)V形块的形式形块的形式1短V形块限制工件2个自由度。（图8-24a）n2长V形块限制工件4个自由度。（图8-24b、C）n(二二)V形块的应用范围形块的应用范围应用广泛，对完整圆与非完整圆都适用主要应用广泛，对完整圆与非完整圆都适用主要作用是对中，可使工件上定位用的外圆中作用是对中，可使工件上定位用的外圆中心对中在心对中在V形块两斜面的对称面上形块两斜面的对称面上1.用于精基准定位用于精基准定位图8-24a2.用于粗基准或阶梯圆柱面定位用于粗基准或阶梯圆柱面定位图8-24b3.用于基准面较长或两端基准面分布较远时用于基准面较长或两端基准面分布较远时图8-24Cn(三三)V形块的特征形块的特征n1.两斜面根部凹槽作用：加工斜面让刀两斜面根部凹槽作用：加工斜面让刀用的用的n2.当外圆直径很大时，当外圆直径很大时，V形块可不用整形块可不用整体结构钢件，而改用铸铁底座上镶淬硬体结构钢件，而改用铸铁底座上镶淬硬支撑板或硬质合金（节省材料）支撑板或硬质合金（节省材料）n3.V形块两侧面夹角有形块两侧面夹角有600、900、1200，900常用，这些都已经标准化。常用，这些都已经标准化。n二二定位套筒定位套筒n（一）圆柱面定位套圆柱面定位套n1整体式与工件之间有间隙，定心精度不高,用于小型工件。（图8-25a）n2剖分式为无间隙配合，接触面积大，定位误差小,用于中、大型工件。（图8-25b、c）n消除自由度数视与工件接触长短而定。n（二）锥套锥套（8-25d图）n与工件接触为一圆环，消除三个移动自由度。n（三）半圆定位套p23n装卸工件方便，消除自由度数视与工件接触长短而定。n三三自动定心机构自动定心机构n1三爪卡盘n2弹簧夹头可与其它机构联合自动定位、夹紧。n有三种：推式（图8-26a）；拉式（图8-26b）；不动式（图8-26C）。n四支承板n（一）支承板的支承型式n（二）支承板的组合定位（长母线与短母线）8.3.3工件以内孔定位工件以内孔定位n一一销、轴类销、轴类n(一一)定位销定位销n1.固定式:（图8-27a、b、c）n2.可换式:（图8-27d）n3.组合式定位销：n4.削边销：5.锥销：n（二）（二）定位心轴定位心轴n相对而言，定心精度高，装卸工件方便，但轴向误差较大（图8-28a），圆柱心轴限制4点，锥度心轴限制5点。n采用间隙配合工件装卸方便（图8-28b），但定心精度低。而过盈配合（图8-28c）定心精度高，工件装卸不方便。n（三）小锥度心轴n定位时工件楔紧在心轴上再Lk长度上工件与心轴产生过盈配合，加工时靠过盈配合带动工件。n小锥度心轴的优点：n1.消除了工件与心轴的配合间隙，提高了定心定位精度n.装卸工件方便（敲击），定位元件结构简单n.靠过盈带动工件，不需另外夹紧，又可避免工件在心轴上定位时的倾斜n（四）（四）自动定心机构自动定心机构n三爪卡盘；弹性心轴（图8-29a）靠压紧锥套使弹性套变大胀紧工件；液性塑料心轴（图8-29b）靠挤压液体塑料使薄壁套变形挤紧工件;n碟形弹性心轴靠碟形弹簧胀紧工件。n二二双顶尖装夹双顶尖装夹(图8-30限5点)有三种组合方式：n1前死顶尖+后死顶尖n2前死顶尖+后活顶尖n3前死顶尖+后弹簧顶尖8.3.4组合面定位组合面定位n组合面定位常用的方式有:n一一一面两孔定位一面两孔定位（一面两销）n1定位情况定位情况n如图8-31所示，一零件两定位孔，孔中设短圆销，销1限X移动、Y移动，销2限X移动和Z转动，底面支承板限Z移动和X转动、Y转动,X移动超定位。n2后果后果n当孔心距最小、销心距最大或孔心距最大、销心距最小时，工件不能顺利安装。强行安装则导致工件或夹具的变形。n3措施措施n1）减小销子直径，但转角误差增大；n2）把销2妨碍安装的部分削去，Y向尺寸不变，即削边销。8.3.5定位实例分析定位实例分析8-328-328.4定位误差定位误差 基准位置误差基准位置误差基准不重基准不重合误差合误差8.4.1定位误差（定位误差（dw）的产生）的产生一一基准位置误差基准位置误差 jw1、定位元件的制造误差定位元件的制造误差2、工件的制造误差（定位基准面）、工件的制造误差（定位基准面）3、定位元件和工件之间的配合间隙、定位元件和工件之间的配合间隙二二基准不重合误差基准不重合误差 jb定位基准与设计基准不重合导致的误差。定位基准与设计基准不重合导致的误差。计算定位误差时计算定位误差时,主要这两项主要这两项,把它们限制在工件把它们限制在工件公差的公差的1/3范围内范围内,把把2/3留给其它留给其它(安装误差、夹紧安装误差、夹紧变形、热变形、磨损等）误差变形、热变形、磨损等）误差并不是在任何情况下这两部分并不是在任何情况下这两部分误差都同时存在误差都同时存在8.4.2平面定位误差平面定位误差1基准面位置误差基准面位置误差 jw:工件以已经加工过的表面定位，其定工件以已经加工过的表面定位，其定位基准的位置可以认为没有变动，即位基准的位置可以认为没有变动，即 jw=0。2基准不重合误差基准不重合误差 jb:图图8-33a为零件图，为零件图，图图b铣顶面工铣顶面工序中，序中，H尺寸定位基准与设计基准重合，尺寸定位基准与设计基准重合，不存在不存在 jb。而。而图图c铣台阶面工序中，铣台阶面工序中，A尺寸由于基准不重合而存在尺寸由于基准不重合而存在 jb，设计基，设计基准在准在T+TH与与T-TH之间变化，之间变化，jb=2TH。dw=jw+jb=2TH如工件总高如工件总高H=400.14mm,H=400.14mm,要求保要求保证证A=200.15mm.A=200.15mm.求加工阶梯面时的求加工阶梯面时的 dw dw=2TH=2X0.14=0.28mmmm本工序要保本工序要保证证的尺寸的尺寸A=200.15mmA=200.15mm 其公差其公差Tg=0.15-(-0.15)=0.30mmmm不不满满足足8.4.3内孔定位误差内孔定位误差内孔定位误差的计算比内孔定位误差的计算比较复杂，尺寸的标注方式不较复杂，尺寸的标注方式不同，定位误差计算方法也不同，定位误差计算方法也不一样一样,一般有以下不同的情况：一般有以下不同的情况：一、工件内孔以过盈配合在刚性心轴一、工件内孔以过盈配合在刚性心轴(或定位销或定位销)上定位上定位1.过盈配合，孔与轴无间隙，孔与轴过盈配合，孔与轴无间隙，孔与轴（销）的同轴度误差等于零，即（销）的同轴度误差等于零，即 jw=02.孔中心线作定位基准，在心轴上定孔中心线作定位基准，在心轴上定位，位，jb=0所以所以 dw=03.过盈配合时，孔在心轴上定位的定过盈配合时，孔在心轴上定位的定心精度是最高的。心精度是最高的。二、工件内孔以间隙配合在刚性心轴二、工件内孔以间隙配合在刚性心轴（或销）上定位（或销）上定位1、心轴与内孔单边接触（心轴水平放、心轴与内孔单边接触（心轴水平放置）置）由于工件自重，工件内孔的上由于工件自重，工件内孔的上母线始终与心轴上母线接触，由于孔母线始终与心轴上母线接触，由于孔中心定位，中心定位，jb=0设定位心轴（销）直径设定位心轴（销）直径d1、工、工件外径件外径d、工件内孔、工件内孔Ddw=jw=o1o2=o1P-o2P=(Dmax-d1min)/2=(D+D)/2-(d1-d1)/2=S/2+D/2+d1/2=(S+D+d1)/22、心轴与内孔双边接触（心轴垂直、心轴与内孔双边接触（心轴垂直放置）放置）同样以孔中心定位同样以孔中心定位 jb=0dw=jw=Dmax-d1min=(D+D)-(d1-d1)=S+D+d1定位误差为单边接触定位定位误差为单边接触定位误差的两倍误差的两倍例：例：在一批零件上钻孔在一批零件上钻孔（心轴垂直放（心轴垂直放置），置），距中心的尺寸要求为距中心的尺寸要求为，问，问能否满足加工要求？能否满足加工要求？其中其中230.1mm内孔直径内孔直径mm心轴直径心轴直径d1=mm 设计尺寸的起点为，设计尺寸的起点为，jb dw=jwDmax-d1min40.25-39.950.3mm加工孔加工孔的最大允许公差的最大允许公差0.1-(-0.1)=0.2mm此方案不能满足加工要求此方案不能满足加工要求解决方法解决方法提高定位元件心轴（销）和工件定位基提高定位元件心轴（销）和工件定位基准面（内孔）的精度准面（内孔）的精度将间隙配合的定心定位进行转化将间隙配合的定心定位进行转化以上所讲两种情况，无论心轴与孔（销）以上所讲两种情况，无论心轴与孔（销）单边接触还是双边接触，都是单边接触还是双边接触，都是 jb=0实际中的情况不仅如此实际中的情况不仅如此：3、零件以下母线为设计基准加工键槽时的定、零件以下母线为设计基准加工键槽时的定位误差。位误差。此时既有基准位置误差，又有基准此时既有基准位置误差，又有基准不重合误差不重合误差（1）取定位心轴（销）尺寸最小、工件内孔）取定位心轴（销）尺寸最小、工件内孔最大，且与定位心轴（销）下母线接触，最大，且与定位心轴（销）下母线接触，而工件外圆尺寸最小而工件外圆尺寸最小（2）取定位心轴（销）尺寸最小、工件内孔）取定位心轴（销）尺寸最小、工件内孔最大，且与定位心轴（销）上母线接触，最大，且与定位心轴（销）上母线接触，而工件外圆尺寸最大而工件外圆尺寸最大 dw=Hmax-Hmindw=Hmax-Hmin=A=A1 1A A2 2=A=A2 2OO1 1-A-A1 1OO1 1=O=O1 1OO2 2+A+A2 2OO2 2-A-A1 1OO1 1=jw+Ajw+A2 2OO2 2-A-A1 1OO1 1=jw+d/2-(d-jw+d/2-(d-d)/2d)/2=jw+jw+d/2d/2 jw=jw=S+S+D+D+d1 d1 jb=jb=d/2d/24、零件以上母线为设计基准加工、零件以上母线为设计基准加工键槽时的定位误差键槽时的定位误差此时既有基准位置误差，也此时既有基准位置误差，也有基准不重合误差有基准不重合误差（1）取定位心轴（销）尺寸最小、工件内）取定位心轴（销）尺寸最小、工件内孔最大，且与定位心轴（销）下母线接触，孔最大，且与定位心轴（销）下母线接触，而工件外圆尺寸最大而工件外圆尺寸最大（2）取定位心轴（销）尺寸最小、工件内）取定位心轴（销）尺寸最小、工件内孔最大，且与定位心轴（销）上母线接触，孔最大，且与定位心轴（销）上母线接触，而工件外圆尺寸最小而工件外圆尺寸最小 dw=Hmax-Hmin=A1A2=A1O2-A2O2=O1O2+A1O1-A2O2=jw+d/2-(d-d)/2=jw+d/2 jb=d/2 jw=S+D+d18.4.4外圆定位误差外圆定位误差工件以外圆定位，有定心定位和支承定位，最常见的就是V形块定位，从定位作用看，V形块定位属于对中定心定位，其定位基准为工件外圆中心线。一、设计基准为工件的中心设计基准为工件的中心定位基准也是轴心线，没有基准不重合误差 jb=0 dw=jw dw=jw=A1A=AE-A1EAE=AF/sin(/2)=d/2sin(/2)A1E=A1F1/sin(/2)=(d-d)/2sin(/2)dw=(d-d+d)/2sin(/2)=d/2sin(/2)设设KA=1/2sin(/2)dw=KA d1、当工件外圆直径公差d一定时，角增加，dw减小2、当=180，dwmin=d/2，此时V形块为一平面，失去对中作用，另外，太大时，定位不稳定 通常通常=90=90 二、设计基准为工件的上母线二、设计基准为工件的上母线定位基准是轴心线，同时存在定位基准是轴心线，同时存在jb jb 和和jwjw dw=BB1=BE-B1E=(BA+AE)-(B1A1+A1E)=BA+AE-B1A1-A1E=d/2+d/2sin(/2)-(d/2-d/2)-(d-d)/2sin(/2)=d/21+1/sin(/2)设设KB=1/21+1/sin(/2)dw=KB d二、设计基准为工件的下母二、设计基准为工件的下母线线 dw=CC1=EC-EC1=(AE-AC)-(A1E-A1C1)=AE-AC-A1E+A1C1=d/2sin(/2)-d/2-(d-d)/2sin(/2)+(d-d)/2=d/2-1+1/sin(/2)设设KC=1/2-1+1/sin(/2)dw=KC dKi6090120KA1.00.70.58KB1.51.211.08KC0.50.210.08dw（A）=d/2sin(/2)=KAddw（B）=d/21+1/sin(/2)=KBddw（C）=d/2-1+1/sin(/2)=KCd其中其中KA、KB、KC分别与分别与有关有关 dw（B）dw（A）dw（C）控制轴类零件的加工表面时，多控制轴类零件的加工表面时，多以下母线标注或以轴心标注，以上母以下母线标注或以轴心标注，以上母线为设计基准时，定位误差为最大。线为设计基准时，定位误差为最大。8.4.5组合表面定位误差组合表面定位误差一、平面组合定一、平面组合定位位1.工件上的工件上的A面面已加已加工，如前所工，如前所述，基准位置误述，基准位置误差忽略不计差忽略不计 jw（A）=02.B面与面与A面有角度偏差面有角度偏差 jw（B）=（-1）tg jd（AB）=3、C面与面与A面、面、B面面均有角度偏差均有角度偏差、，同样造成同样造成 jw（C）、）、jd（BC）、jd（CA）二、平面与内孔组合定位二、平面与内孔组合定位.一面一孔：一面一孔：内孔为第一定位基准内孔为第一定位基准（1）内孔中心线的位置内孔中心线的位置误差可按已讲内孔表面误差可按已讲内孔表面定位时的定位误差来确定位时的定位误差来确定定（2）端面对内孔中心端面对内孔中心线的垂直度误差引起的线的垂直度误差引起的基准位置误差及角度误基准位置误差及角度误差差 jw（B）=d工工tg 工工+d夹夹tg 夹夹 jd（B）=端面为第一定位基准端面为第一定位基准（1）端面为第一定位端面为第一定位基准在短轴（销）定基准在短轴（销）定位中，端面无基准位位中，端面无基准位置误差置误差 jd（B）=0（2）内孔中心线对端内孔中心线对端面的垂直度误差将引面的垂直度误差将引起位置误差和角度误起位置误差和角度误差差 jw（A）=2L工工tg 工工 jd（A）=工工2.一面两孔：一面两孔：（）各工序基准得到（）各工序基准得到统一统一,减少基准多次改减少基准多次改变而产生的误差，从变而产生的误差，从而提高工件的加工精而提高工件的加工精度度,减少夹具结构多样减少夹具结构多样化化,降低成本降低成本（2）基准统一后，工）基准统一后，工件可一次装入夹具，件可一次装入夹具，省时省力，提高生产省时省力，提高生产率率底面是第一定位基准底面是第一定位基准（1）jw（底）=0，短销定位孔，短销定位孔较浅，内孔与底面的垂直度误较浅，内孔与底面的垂直度误差引起的差引起的 jw也可忽略也可忽略（2）两孔与两销的配合间隙、）两孔与两销的配合间隙、两孔与两销的中心距误差将引两孔与两销的中心距误差将引起基准位置误差和角度误差起基准位置误差和角度误差 jw（O1）=O1O1=D1+d1+S jw（O2）=O2O2=O1O1+L=D1+d1+S+L过过1引一条引一条1的的平行线交于平行线交于P,其中其中 是单向偏是单向偏转，实际工件还可以向另一方转，实际工件还可以向另一方向偏转，转角误差应该为向偏转，转角误差应该为 增大，减小，因此尽可能加大8.4.6提高工件在夹具中定提高工件在夹具中定位位精度精度的主要措施的主要措施一一.减少或消除减少或消除 jw的措施的措施.选用选用jw小的定位元件：小的定位元件：毛坯面：球毛坯面：球头头支承支承钉钉（一批工件的表面（一批工件的表面状况不同），考状况不同），考虑换虑换成自位支承，因此成自位支承，因此自位支承的支承点反映毛坯表面的平均自位支承的支承点反映毛坯表面的平均状状态态，减少减少jw2.合理布置定位元件在合理布置定位元件在夹夹具中的位置具中的位置尽量增加定位支承点间的距离尽量增加定位支承点间的距离3.提高工件定位表面与定位元件的配合提高工件定位表面与定位元件的配合精度精度内孔和外内孔和外圆为圆为定位基准的工件，要定位基准的工件，要提高它提高它们们与定位心与定位心轴轴、定位、定位销销、定位套、定位套的配合精度，从而减小配合的配合精度，从而减小配合间间隙达到减隙达到减小工件定位表面位置小工件定位表面位置误误差的目的。差的目的。4.正确选第一、二、三定位基准正确选第一、二、三定位基准第一定位基准的第一定位基准的误误差小，第二、三差小，第二、三定位基准定位基准误误差大，差大，应选应选与工件加工精度与工件加工精度直接有关的基准直接有关的基准为为第一定位基准，使第一定位基准，使jw减小减小二、消除或减少基准不重合误差的措施二、消除或减少基准不重合误差的措施1.尽量选该工序的工序基准为定位基准尽量选该工序的工序基准为定位基准2.根据加工精度要求的高低相应选取工件根据加工精度要求的高低相应选取工件的第一、第二和第三定位基准的第一、第二和第三定位基准8.4.7定位误差计算实例定位误差计算实例例例1各平面已加工，欲加工孔O，保证B（0TB）和D（0TD），设WN，试计算该定位误差。解：尺寸解：尺寸B的设计基准为的设计基准为顶顶面面M，而定位基准为，而定位基准为底面底面N，基准不重合，基准不重合 jb=TA jw=0dwB=jw+jb=TA尺寸尺寸D的设计基准为的设计基准为右右面，而定位基面，而定位基准为准为W面，基准不重合面，基准不重合 jb=TC jw=0dwD=TC例例2一批轴件以平面定位铣键槽，试计算m和n尺寸的定位误差。m尺寸和n尺寸皆为平板定位解解：m尺寸因是平板定位且基准重合jb=0jw=0dwm=0，但是键槽会出现对称度误差(Td/2)。n尺寸是平板定位，但基准不重合jb=Td/2jw=0dwn=Td/2这是外圆母线位置的变化量。例例3一批直径为一批直径为dTd/2轴铣轴铣键槽，定位方式如图所示，试键槽，定位方式如图所示，试计算计算m和和n尺寸的定位误差。尺寸的定位误差。分别从工件以分别从工件以V形块定位形块定位和以平板定位两方面考虑和以平板定位两方面考虑解解:1.平板从下面夹紧。m尺寸的工序基准是轴心线，基准重合jb=0dwm=jw=Td/2sin(/2)n尺寸的工序基准是外圆下母线，除jw外，还存在jb。dwn=jw+jb=Td/2sin(/2)+Td/22.若以平板定位，V形块夹紧又如何呢？m尺寸只存在jbdwm=Td/2n尺寸由于基准重合，jb=0,且jw=0dwn=08.5工件夹紧与夹紧机构工件夹紧与夹紧机构以上主要研究了工件在夹具中的定位问题，目的在于确定工件的定位方法和保证必要的定位精度，即使工件的定位问题解决得再好，那也只是完成了工件裝夹任务的前一半，仍无法进行加工，只有对工件实行加紧，才能完成工件在夹具中装夹的全部任务。2.5.1夹紧机构的组成及工作要求夹紧机构的组成及工作要求一一夹紧机构的组成夹紧机构的组成由图8-44可见夹紧机构由以下机构组成动力装置产生加紧作用的装置。通常指气缸、油缸、活塞、电磁装置等；中间机构介于力源和夹紧元件之间的传递力的机构如斜楔、连接杆、铰链等；执行机构（夹紧元件）加紧装置的最终执行元件，压板、螺栓等。n二二夹紧机构的工作要求夹紧机构的工作要求n确保工件与定位元件接触，不得破坏定位；n应具有相应的浮动环节，以适应工件尺寸A的误差；(如图8-35所示的结构因无浮动环节而无法调整，当工件尺寸偏大时就无法安装。)n能自锁，原动力去掉不因外力而松动；n结构简单、紧凑、操作方便迅速；n自动化程度与生产纲领相适应。8.5.2夹紧力的确定夹紧力的确定n夹紧力的选择包括：作用点、方向、大小和施加顺序。n一一作用点的选择作用点的选择n应落在支承点上或支承面以内，避免工件翻转。如图8-36所示，夹紧力W的作用点可能会使工件翻转。n应落在工件刚性大的部位。如图8-37所示，镗连杆大头孔时，W1加在杆身中间，会使两头上翘，镗孔后，导致孔轴线与端面不垂直。n应靠近加工面。如图8-37所示，镗连杆大头孔时，W2加在小头孔端，离加工面过远，导致工件夹紧变形大或夹紧不可靠。n二二作用力方向的选择作用力方向的选择n应垂直主定位面，最好对着平面形定位件。（图8-38a）n主夹紧力最好与F切、F重、方向一致。（图8-38b）n三三作用力的施加顺序（作用力的施加顺序（图图8-38b）n应先施加较小的力使工件与定位元件接触，再加主夹紧力。n四四作用力的大小作用力的大小nW足够而不过大，即只要能够克服足够而不过大，即只要能够克服F切、切、F重等外力的影响，不破坏定位。重等外力的影响，不破坏定位。W过大则工过大则工件变形愈大。件变形愈大。nW=KWLn式中式中K安全系数；粗加工安全系数；粗加工K=2.53,精加精加工工K=1.52。nWL解静力学求得的理论值。解静力学求得的理论值。8-388-38返回2.5.3常见夹紧机构常见夹紧机构一一楔块夹紧机构楔块夹紧机构图8-39楔块夹紧动画n楔块夹紧机构是利用斜面来夹紧工件的，它是夹具的基本形式，其他一些机构实际上是由此派生出来的。(图8-40a）n1夹紧力的计算夹紧力的计算（受力分析如图8-40b）nF（X）=0Q=F1+Rx。（1）nQ外力；nF1工件与楔块之间的摩擦力；nRx楔块与夹具体之间的摩擦力F2与夹具体反力N的合力在水平方向的分力；nF1=Wtg1nRx=Wtg(+2)代入（代入（1）式）式n得得Q=Wtg1+Wtg(+2)n令令1=2=n则则tg1+tg(+2)tg(+2)n2自锁条件自锁条件n这种机构要求能自锁，即当Q去掉后不致因切削力和工件自重而退出。此时要求F1Rx（图8-41）n F1=Wtg1Rx=Wtg(-2)n又又、1、2很小，很小，tg11ntg(-2)-2n 1-2n1+2令令1=2n 自锁条件2n一般钢铁的摩擦系数为0.10.15,而=tgn=5438282=1117n为安全可靠，手动时取68，机动时(气动、液动)可不考虑自锁,取1530。n3、改变夹紧作用力的方向n当外加作用力Q时，斜楔产生一个与Q垂直的加紧力W。n4、增力比与夹紧行程、增力比与夹紧行程n由夹紧力的计算公式，可得增力比n即当与都很小时，外加一个不大的力Q，可获得比Q大若干倍的夹紧力W。当时，W，自锁性能，但水平行程，升程，操作时间。通常摩擦角取57，取8，一般W=(2.83.3)Q。n5、特点：、特点：n结构简单，升程小，扩力倍数不算大，操作情况不理想，但与机动装置联合应用较广。另外，增大行程和增大夹紧力使斜楔自锁是矛盾的，因此，选斜楔角时必须考虑这两方面因素，如果两者都要求很严，可将斜楔做成两个升角，前一段大升角用于加大工作行程，后一段小升角用于工件的加紧并自锁。n1夹紧力的计算 2 2 2 2WWF2F2 1 1WRxRF1F1图图8-438-43n根据外力矩应与阻力矩相平衡nM=M1+M2。（1）nM外力矩=QL；nM1螺杆与螺母之间的摩擦阻力矩；nM1=Rxr0=r0Wtg(+1)。（2）nRx反力N与F1的合力在水平方向上的分力；r0螺杆中径之半。mmnM2螺杆与工件之间的摩擦阻力矩；nM2=F2r=rWtg2。（3）nF2螺杆与工件之间的摩擦力；Nnr当量摩擦半径；mmn1、2摩擦角。n将（2）、（3）代入（1）式nQL=r0Wtg(+1)+rWtg2n2典型螺旋夹紧机构典型螺旋夹紧机构n1）图8-44所示为螺旋自动定心夹紧机构,双向螺杆4一端为左螺纹,一端为右螺纹,拧螺杆时两个V形块同时夹紧工件。n2）图8-44所示为螺旋压板夹紧机构，它的产生扩大了单螺旋夹紧机构的应用范围，实际中常采用螺旋与压板组合的螺旋压板夹紧机构形式：形式：nL1:原始力Q离支点的距离nL2:夹紧力W离支点的距离a图：支承在右端，工件在左端，螺旋压紧的原始作用力位于压板中间，L2=2L1W=1/2Qb图：支承在中间，工件在左端，螺旋压紧的原始作用力位于压板右端，L2=L1W=Qc图：支承在左端，工件在中间，螺旋压紧的原始作用力位于压板右端，L2=2L1W=2Q图c的情况时最省力的，但夹紧力在压板中间，这种形式受工件形状的限制。对支承取短，通常夹紧力其中效率=0.95图8-45形式形式图图8-46-a8-46-a设计螺旋压板夹紧机构应注意的问题设计螺旋压板夹紧机构应注意的问题图图8-46-b8-46-b设计螺旋压板夹紧机构应注意的问题设计螺旋压板夹紧机构应注意的问题n3螺旋夹紧机构的特点螺旋夹紧机构的特点：夹紧力大W（60120)Q，自锁性能好，工作安全可靠。但夹紧行程大，操作费力费时，难以实现机动。图2-58可转位压板图2-60螺旋夹紧动画8-478-478-488-488.5.3.3常见夹紧机构（常见夹紧机构（4）三、三、气动夹紧机构气动夹紧机构n在大批大量生产中广泛采用气动、液压、电磁、真空等机动夹具。n1气压传动系统n如图8-59所示，电动机带动空压机产生0.70.9MPa的压缩空气，经冷却器进入储气罐备用，经水气分离器滤去水分和杂质，再经过调压阀使压力降低到0.40.6MPa并稳定在调定压力，然后再经油雾器混以雾化油，保持系统中元件的润滑。再经单向阀、换向阀和节流阀进入活塞式气缸和薄膜式气缸进行夹紧工作。n2气压传动夹紧机构的组成气压传动夹紧机构的组成n可见气压传动夹紧机构的组成如下：n动力装置电机+空压机（压缩空气，0.70.9MPa）；n传递机构气缸、活塞；n执行机构杠杆、铰链、楔块等；n辅助装置水气分离器、调压器、油雾器、配气阀等。n3气压夹紧的特点n操作方便迅速、反应灵敏，易于自动化；n空气取之不尽，废气直接排入大气无污染，但有噪声；n空气具有可压缩性，夹紧刚度不高，需设置自锁机构；n因工作压力不高，夹紧力不够大，需借助扩力机构，结构比较庞大。n四四液动夹紧机构液动夹紧机构n用压力油作为动力源，通过管道、液压阀、液压缸等元件夹紧工件（图8-50）n1液压传动系统液压传动系统n2液压夹紧系统的组成液压夹紧系统的组成n动力装置电机11+油泵3（压力油，56MPa）；n传递机构油缸、活塞6；n执行机构杠杆、铰链10、楔块等；n辅助装置油箱1、过滤网2、溢流阀4、单向阀8、换向阀7、储能器5、压力表9等。n3液压夹紧特点液压夹紧特点n优点优点液压具有气压夹紧的各种优点，n缺点缺点对密封性能要求高，需要一套压力油供应系统，为单一夹具设置此系统不经济。图8-51为直接作用式气-液联合增压虎钳示意图，图2-69气-液联合增压虎钳动画图图8-528-528.5.4联动夹紧机构联动夹紧机构n为了提高生产率，充分利用机床的走刀行程，在批量较大的情况下，常采用多件同时加工，这时设计的夹具必须保证多件同时夹紧，且必须保证各个工件的加工精度。n形式有：多件平行夹紧和多件依次夹紧n一一多件平行夹紧多件平行夹紧n图8-53所示为多件平行夹紧夹具，在设计时应注意，由于一批工件尺寸大小不一，夹紧元件应作成浮动式，如图b所示。否则有的工件可能夹不紧，如图a所示，只能夹紧尺寸大的工件。n二二多件依次夹紧多件依次夹紧n图8-54所示为多件依次（顺序）夹紧夹具。设计时应注意的是，当工件由于尺寸误差大，使定位兼夹紧元件的V形块发生绕销子的偏转,导致工件也发生偏转时,不得影响工件的加工精度。如果此工序是加工连杆盖的上部，显然此夹具不能用。因此，此夹具只能用于加工连杆盖两侧面。8.6典型夹具典型夹具n8.6.1.1钻床夹具（钻床夹具（1）n钻床夹具也称钻模，用于钻床上孔加工。钻模种类很多，常用的有：n一一固定式钻模固定式钻模（图855）n在使用过程中钻模板的位置固定不动叫固定式钻模。这类钻模的加工精度较高。n二二翻转式钻模翻转式钻模n如图8-56所示一箱体类零件，底面需要钻孔，而工件底面朝上无法安装，只能正面安装好以后翻转过来再加工。工件与夹具总重不宜过大，一般不超过10Kg，以减轻劳动强度。否则应配机动翻转装置。n三三盖板式钻模盖板式钻模n一些大、中型工件在钻孔时，由于工件的自重足以克服切削力，工件不需要夹紧。只需将钻模板固定在工件上。所以钻模板做成盖板式。n图8-57为盖板式钻模，钻模板以圆柱销2、削边销6、支承板5在工件上定位。由于钻削力不会使钻模板抬起，故无需夹紧。n8.6.1.2钻床夹具（钻床夹具（2）n四四钻模板钻模板n钻模板的结构有3种：n固定式固定式（图8-55）n钻模板与夹具体固定在一起，如所示。n铰链式铰链式（图8-58）n用铰链1与夹具体2固定在一起，松开螺母7，钻模板3可绕铰销1旋转，方便工件装卸。n悬挂式悬挂式（图8-59）n悬挂于机床动力头上，随动力头升降。下降时靠钻模板夹紧工件。图图8-60 悬挂式钻模动画悬挂式钻模动画n8.6.2.1镗床夹具（镗模）镗床夹具（镗模）n一一镗杆的引导方式镗杆的引导方式1单支承引导单支承引导（图8-61）n镗杆在镗模中只有一个位于刀具前面或后面的镗套引导。镗杆与机床采用刚性连接，机床主轴的位置精度直接影响工件孔精度。用于小孔、短孔加工。图8-62为单支承引导支架导套与工件的关系示意图。a为单支承前引导方式，用于孔径D60mm的场合；b为单支承后引导方式，用于D60mm的场合；c为单支承后引导的另一方式，用于L/D1且孔径较大的场合，此时镗杆做成等直径。h=(0.51）D=2080mmH=(23）d式中d镗套孔径。mmn2双支承引导双支承引导n采用双支承式镗模时，镗杆与机床采用浮动连接，机床主轴的精度不影响工件孔的位置精度。双支承式镗模又可分为双面单支承和单面双支承两种.n图8-63为双面单支承。主要用于孔距精度、同轴度要求高，孔径较大的加工。图8-64为单面双支承。主要用于不便设前支承的场合。n8.6.2.2镗床夹具（镗床夹具（2）n2镗套镗套n镗套直接影响工件孔的尺寸精度、位置精度与表面粗糙度。有两种不同的结构：n1）固定式镗套）固定式镗套（图8-65）n2）回转式镗套）回转式镗套（图8-66）n8.6.2.3镗床夹具（镗床夹具（3）n3镗杆镗杆n镗杆是镗模中的一个重要部件。镗杆直径（见表8-1）根据工件孔径和镗刀截面尺寸确定。镗杆直径较大时做成镶条式（图8-67），d50mm时做成整体式（图8-68）。一般来说，镗杆直径d=（0.60.8）D(工件孔径)8.6.3.铣床夹具铣床夹具n1铣床夹具概述铣床夹具概述n铣床夹具主要用于加工零件上的平面、沟槽、缺口及成形表面。由于铣削切削力大，又是断续切削，易引起振动，因此要求夹紧力大，受力元件强度、刚度高，且自锁性能好。在铣床夹具中，这类夹具用得最多。本小节主要介绍了直线进给铣夹具、圆周进给铣夹具以及铣夹具设计的特殊件对刀元件和定向键。n图8-69为单件加工铣夹具。在卧式铣床上加工分离叉4的两个内側面。工件以锥头顶销2和柱头定位销5及右支座6的端面在孔中定位限制5个自由度；工件背面靠在支承板上，形成完全定位。拧紧螺母夹紧工件。8.6.3.1直线进给铣夹具直线进给铣夹具n圆周进给铣夹具用于回转工作台上装夹工件，由于在不停车的情况下连续装卸和加工，生产率很高。适用于大批大量生产。n图8-70所示为在立式铣床上圆周进给铣拨叉的夹具，通过电动机、蜗轮副传动机构带动回转工作台6回转，夹具上可同时装夹12个工件，工件以一端的孔、端面及侧面在夹具的定位板、定位销2、挡销4上定位。由液压缸5驱动拉杆1。通过开口垫圈3夹紧工件。8.6.3.2圆周进给铣夹具圆周进给铣夹具（图8-80）n8.6.3.3铣夹具的设计特点铣夹具的设计特点n（图8-71）n1定向键定向键为了与机床准确装配，须用定向为了与机床准确装配，须用定向键确定夹具与机床的相对位置。键确定夹具与机床的相对位置。n2对刀元件对刀元件n当不允许直接用工件进行试切对刀时，可当不允许直接用工件进行试切对刀时，可用对刀元件对刀。用来调整刀具与夹具的相用对刀元件对刀。用来调整刀具与夹具的相对位置的元件叫对刀元件。对位置的元件叫对刀元件。8-728-728-738-73返回8.7夹具设计方法与步骤夹具设计方法与步骤n8.7.1专用夹具设计步骤专用夹具设计步骤n1明确设计任务与收集资料明确设计任务与收集资料n首先了解生产纲领，研究加工对象的零件图、工序图、工艺规程和设计任务书。n2拟定夹具结构方案绘制草图拟定夹具结构方案绘制草图n设计定位装置夹紧装置其它装置（对刀、导向、分度）夹具体及在机床上的安装方式绘制草图。n3进行分析计算进行分析计算n工件精度要求高时应进性精度分析、计算定位误差，计算夹紧力。n4审查方案与改进设计审查方案与改进设计n绘制草图后要征求意见，送有关部门审查并进行修改。n5绘制夹具总图绘制夹具总图n主视图按夹具面向操作者尽量用1：1绘制。工件轮廓以双点划线绘出，并把工件看作透明体，即工件挡住的夹具线也要绘制出来。要求表达清楚夹具的工作原理、定位装置和夹紧装置，并标注最大的外形尺寸和与装配有关的尺寸、位置公差、配合代号及其它技术要求。n6绘制夹具零件图绘制夹具零件图n夹具中的非标准件都应绘制零件图并按总图要求标注尺寸、公差、表面粗糙度和技术要求。n8.7.2夹具总图上尺寸公差及技术夹具总图上尺寸公差及技术要求的制订要求的制订n1夹具总图上应标注的尺寸和公差夹具总图上应标注的尺寸和公差n最大轮廓尺寸明确在机床上所占空间。n与定位有关的尺寸、公差便于控制定位误差。n与夹具在机床上安装有关的技术要求控制夹具安装误差。n刀具与定位元件的位置尺寸和公差控制调刀或导向误差。n其它装配尺寸及技术要求明确夹具内部各组成元件连接副之间的位置关系。n2夹具公差值的确定夹具公差值的确定n直接与工件公差相关的夹具公差nTj（夹具公差）=（1/21/5）Tg（工件公差）n注意：标注时应以工件平均尺寸作为夹具的基本尺寸。n工件未注尺寸公差Tj取为IT9IT11n工件未注位置公差Tj取为IT7IT9n工件未注角度公差Tj取为310