1、Chapter 6 Design of Clamp for Machine Tool 第六章第六章 機床夾具設計機床夾具設計第六章第六章 目錄目錄 第一節第一節 機床夾具概論機床夾具概論 第四節第四節 機床夾具的基本要求及設計步驟機床夾具的基本要求及設計步驟 第二節第二節 工件定位工件定位 第三節第三節 工件的夾緊工件的夾緊第六章第六章 機床夾具設計機床夾具設計 在機床上對工件進行加工時，首先需要使工件在機床上占有準確的位置，并在機床上對工件進行加工時，首先需要使工件在機床上占有準確的位置，并在加工過程中能承受各種力的作用而始終保持這一準確位置不變。前者稱為工件在加工過程中能承受各種力的作用而

2、始終保持這一準確位置不變。前者稱為工件的定位，后者稱為工件的夾緊，這一整個過程統稱為工件的裝夾。在機床上裝夾的定位，后者稱為工件的夾緊，這一整個過程統稱為工件的裝夾。在機床上裝夾工件所使用的工藝裝備稱為機床夾具。工件所使用的工藝裝備稱為機床夾具。第一節第一節 機床夾具概述機床夾具概述一、機床夾具的分類一、機床夾具的分類 機床夾具的種類很多，可按夾具的應用范圍分類，也可按所使用的動力源進機床夾具的種類很多，可按夾具的應用范圍分類，也可按所使用的動力源進行分類。行分類。 1. 按應用范圍分類按應用范圍分類 按應用范圍，可將夾具分為通用夾具、專用夾具、成組夾具和組合夾具。按應用范圍，可將夾具分為通用

3、夾具、專用夾具、成組夾具和組合夾具。 （1 1）通用夾具）通用夾具 第六章第六章 機床夾具設計機床夾具設計通用夾具 通用夾具是指在一般通用機床上所附有的一些使用性能較廣泛的夾具，如車、磨床上的三爪和四爪卡盤、頂尖和雞心夾頭，銑、刨床上的平口鉗、分度頭和回轉工作臺等。 這類夾具一般已標準化，并由專業工廠生產作為機床附件供用戶使用。它們在使用上有很大的通用性，往往無需調整或稍加調整就可用于裝夾不同的工件。 通用夾具主要用于單件和中、小批生產、裝夾形狀比較簡單和加工精度要求不太高的工件。第六章第六章 機床夾具設計機床夾具設計 （2 2）專用夾具）專用夾具第六章第六章 機床夾具設計機床夾具設計專用夾具

4、 專用夾具是指專門為某一種工件的某一工序設計的夾具。 此類夾具一般不考慮通用性，以便使夾具設計得結構簡單、緊湊、操作迅速和維修方便。 專用夾具通常由使用廠根據工件的加工要求自行設計與制造，生產準備周期較長。當生產的產品或零件工藝過程變更時，往往無法繼續使用，故此類夾具只適于在產品固定和工藝過程穩定的大批量生產中使用。第六章第六章 機床夾具設計機床夾具設計 4 3D L零件工序簡圖專用夾具第六章第六章 機床夾具設計機床夾具設計連桿粗鏜大頭孔夾具第六章第六章 機床夾具設計機床夾具設計十字軸架車夾具 （3 3）成組夾具）成組夾具 第六章第六章 機床夾具設計機床夾具設計成組夾具 這類夾具在使用時，只需

5、對夾具上的部分定位、夾緊元件等進行調整或更換，就可用于組內不同工件的加工。 在生產中，有時由于加工批量較小，為每種零件都分別設計專用夾具很不經濟，而使用通用夾具又往往不能滿足加工精度和生產率的要求，故而采用成組加工工藝，并根據組內的典型代表零件設計成組夾具。 成組夾具適用于按照成組工藝進行生產時，同組零件的生產。第六章第六章 機床夾具設計機床夾具設計零件工序簡圖43DLLD43D43LDL34DL43DL34成組夾具KH1KH2KH3KH4 （4 4）組合夾具）組合夾具 第六章第六章 機床夾具設計機床夾具設計組合夾具 一套由各種標準化元件、合件和部件組成的機床夾具系統。使用時按照工件的加工要求

6、可從中選擇適用的組件和部件以搭積木的方式組裝成各種專用夾具。 組合夾具通用元件、合件和部件是由專業工廠生產供應的。使用單位可根據被加工工件的加工要求，很快地組裝出所需要的夾具。夾具使用完畢后，可以將各組成元件、合件等拆開，清洗后入庫以備下次組合使用。 由于這類夾具具有縮短生產準備周期，減少專用夾具的品種、數量和存放面積等優點，且組裝后又可達到較高的精度，故在各種批量生產條件下都是適用的。第六章第六章 機床夾具設計機床夾具設計組合夾具實例第六章第六章 機床夾具設計機床夾具設計123456789101112131415161718組合夾具1加筋角鐵（2） 2槽用螺栓（6） 3平鍵（10） 4方形支

7、承 5定位支承 6方形支承 7平墊圈 8六角螺母（8） 9 槽用螺栓 10鉆套螺釘 11快換鉆套 12鉆模板 13圓形定位銷 14工件 15方形支承 16角鐵 17壓緊螺釘 18基礎板第六章第六章 機床夾具設計機床夾具設計孔系組合夾具槽系組合夾具 2. 按夾具上的動力源分類按夾具上的動力源分類 按夾具上的動力源，可將夾具分為手動夾具、氣動夾具、液壓夾具、電動夾按夾具上的動力源，可將夾具分為手動夾具、氣動夾具、液壓夾具、電動夾具、磁力夾具、真空夾具和切削力及離心力夾具等幾類。具、磁力夾具、真空夾具和切削力及離心力夾具等幾類。第六章第六章 機床夾具設計機床夾具設計氣動虎鉗 液壓夾具二、機床夾具的組

8、成和作用二、機床夾具的組成和作用 1. 夾具的組成夾具的組成 通過上面的例子可以看出，雖然加工工件的形狀、技術要求不同，所使用的通過上面的例子可以看出，雖然加工工件的形狀、技術要求不同，所使用的機床不同，但在加工時所使用的夾具大多由以下五個部分組成。機床不同，但在加工時所使用的夾具大多由以下五個部分組成。 （1 1）定位元件及定位裝置）定位元件及定位裝置 第六章第六章 機床夾具設計機床夾具設計定位元件 在夾具中確定工件位置的一些元件稱為定位元件，如支承板、支承釘、定位心軸、定位鍵等。 定位元件的作用是使一批工件在夾具中占有同一位置，只要將工件的定位基面與夾具上的定位元件相接觸或相配合，就可以使

9、工件定位。 （2 2）夾緊裝置）夾緊裝置第六章第六章 機床夾具設計機床夾具設計夾緊裝置 在夾具中由動力裝置（如氣缸、油江等）、中間傳力機構（如杠桿、螺紋傳動副、斜楔、凸輪等）和夾緊元件（卡爪、壓板、壓塊等）組成的裝置稱為夾緊裝置。 夾緊裝置的作用是用以保持工件在夾具中已確定的位置，并承受加工過程中各種力的作用而不發生任何變化。 （3 3）對刀及導向裝置）對刀及導向裝置 對刀、導向 在夾具中，用來確定加工時所使用刀具位置的元件稱為對刀或導向元件，如鉆套、對刀塊等。 它們的作用是用來確定夾具相對刀具（銑刀、刨刀等）的位置，或引導刀具（如孔加工用的鉆頭、擴孔鉆，鉸刀及鏜刀等）的方向。 （4 4）夾具

10、體）夾具體 第六章第六章 機床夾具設計機床夾具設計夾具體 在夾具中，用于連接上述各元件及裝置，使其成為一個整體的基礎零件稱為夾具體。 夾具體的作用，除用于連接夾具上的各種元件和裝置外，還用于夾具與機床有關部位進行連接。 （5 5）其它元件及裝置）其它元件及裝置 在夾具中，除上述元件外，還有一些其它的元件及裝置，如定向鍵、分度轉位裝置等。它們的作用是確定夾具在機床上的方向，或實現工件在夾具同一次裝夾中的分度轉位。第六章第六章 機床夾具設計機床夾具設計對刀塊第六章第六章 機床夾具設計機床夾具設計鉆套第六章第六章 機床夾具設計機床夾具設計定向鍵 2. 夾具的作用夾具的作用第六章第六章 機床夾具設計機

11、床夾具設計 （1）易于保證加工精度，并使一批工件的加工精度穩定 （2）縮短輔助時間，提高勞動生產率，降低生產成本 （3）減輕工人操作強度，降低對工人的技術要求 （4）擴大機床的工藝范圍，實現一機多能 （5）減少生產準備時間，縮短新產品試制周期第二節第二節 工件的定位工件的定位 工件在夾具中定位的作用和意義，對單個工件來說就是使工件準確占據定工件在夾具中定位的作用和意義，對單個工件來說就是使工件準確占據定位元件所規定的位置；而對一批逐次放入夾具的工件來說，則是使它們都占有位元件所規定的位置；而對一批逐次放入夾具的工件來說，則是使它們都占有一致的位置。一致的位置。一、六點定位原理一、六點定位原理

12、工件在夾具中的定位問題，可以采用類似于確定剛體在空間直角坐標系工件在夾具中的定位問題，可以采用類似于確定剛體在空間直角坐標系中位置的方法加以分析。中位置的方法加以分析。 工件在沒有采取定位措施以前，每個工件在夾具中的位置可以是任意的、工件在沒有采取定位措施以前，每個工件在夾具中的位置可以是任意的、不確定的。對一批工件來說，它們的位置是不一致的。這種狀態在空間直角坐不確定的。對一批工件來說，它們的位置是不一致的。這種狀態在空間直角坐標系中可以用如下六個方面的獨立部分來加以表示，如圖所示。標系中可以用如下六個方面的獨立部分來加以表示，如圖所示。第六章第六章 機床夾具設計機床夾具設計 沿沿X軸位置的

13、不確定，稱為沿軸位置的不確定，稱為沿X軸的移動自由度，以軸的移動自由度，以 表示；表示； 沿沿Y軸位置的不確定，稱為沿軸位置的不確定，稱為沿Y軸的移動自由度，以軸的移動自由度，以 表示；表示； 沿沿Z軸位置的不確定，稱為沿軸位置的不確定，稱為沿Z軸的移動自由度，以軸的移動自由度，以 表示；表示； 繞繞X軸位置的不確定，稱為繞軸位置的不確定，稱為繞X軸的轉動自由度，以軸的轉動自由度，以 表示；表示； 繞繞Y軸位置的不確定，稱為繞軸位置的不確定，稱為繞Y軸的轉動自由度，以軸的轉動自由度，以 表示；表示； 繞繞Z軸位置的不確定，稱為繞軸位置的不確定，稱為繞Z軸的轉動自由度，以軸的轉動自由度，以 表示

14、。表示。X Y ZYZX 工件在空間最多有六個自由度。限制工件在空間最多有六個自由度。限制工件在某一方面的自由度，工件在夾具中工件在某一方面的自由度，工件在夾具中某一方向的位置就得以確定。工件在夾具某一方向的位置就得以確定。工件在夾具中定位的任務，就是通過定位元件限制工中定位的任務，就是通過定位元件限制工件的自由度，以求滿足工序的加工精度要件的自由度，以求滿足工序的加工精度要求。求。 用合理分布的六個支承點，即可限制用合理分布的六個支承點，即可限制工件的六個自由度，使工件的空間位置完工件的六個自由度，使工件的空間位置完全確定下來，這一原理稱為六點定位原理。全確定下來，這一原理稱為六點定位原理。

15、 但需要注意的是，在加工過程中并不但需要注意的是，在加工過程中并不一定要求要將工件的六個自由度全部限制，一定要求要將工件的六個自由度全部限制，這要根據加工要求而定。這要根據加工要求而定。第六章第六章 機床夾具設計機床夾具設計第六章第六章 機床夾具設計機床夾具設計完全定位 工件的六個自由度都被限制的情況，稱為完全定位。不完全定位 工件被限制的自由度少于六個的情況，稱為不完全定位或部分定位。不同加工要求的工件簡圖第六章第六章 機床夾具設計機床夾具設計欠定位 工件在夾具中定位時，若實際限制的自由度個數少于工序加工要求應予限制的自由度個數，則工件定位不足，稱為欠定位。 在設計夾具時，若應限制的自由度沒

16、有被全部限制而出現欠定位，則不能保證一批工件在夾具中定位的一致性和工序加工精度要求，因而是不允許的。過定位 工件在夾具中定位，若幾個定位支承點重復限制同一個或同幾個自由度時，稱為過定位。 當出現過定位時，將可能產生工件變形、定位元件損壞或定位精度降低等不良后果。在設計夾具時，是否允許過定位，應根據工件的不同情況進行分析。一般來說，對工件上用毛坯表面作為定位表面時，是不允許出現過定位的；對用已工過的工件表面作為定位表面時，為了提高工件定位的穩定性和剛度，在一定的條件下是允許采用過定位的。第六章第六章 機床夾具設計機床夾具設計過定位分析YZ第六章第六章 機床夾具設計機床夾具設計第六章第六章 機床夾

17、具設計機床夾具設計第六章第六章 機床夾具設計機床夾具設計第六章第六章 機床夾具設計機床夾具設計Z第六章第六章 機床夾具設計機床夾具設計第六章第六章 機床夾具設計機床夾具設計第六章第六章 機床夾具設計機床夾具設計Z二、定位方式及定位元件二、定位方式及定位元件 工件的定位表面有各種形式，如平面、外圓、內孔和成形表面等。對于這些工件的定位表面有各種形式，如平面、外圓、內孔和成形表面等。對于這些表而需采用不同的方法來實現定位，并要選用恰當的定位元件。表而需采用不同的方法來實現定位，并要選用恰當的定位元件。 1. 定位元件的主要技術要求和常用材料定位元件的主要技術要求和常用材料 定位元件除了應具有高的定

18、位精度之外，還要有較高的耐磨性和剛度。定位定位元件除了應具有高的定位精度之外，還要有較高的耐磨性和剛度。定位元件的定位精度取決于它本身的制造精度和它的裝配精度兩個方面。元件的定位精度取決于它本身的制造精度和它的裝配精度兩個方面。第六章第六章 機床夾具設計機床夾具設計 一般定位元件及它在夾具體上的裝配基準的加工精度要高于工件的精度，常取其加工誤差為工件加工誤差的1/31/5。定位元件常用的材料有： 低碳鋼 如20鋼或20Cr鋼，進行表面滲碳淬火，深度0.81.2mm，硬度HRC5565。 高碳鋼 如T7、T8、T10等，進行整體淬火，硬度5565。 2. 工件以平面定位的定位元件工件以平面定位的

19、定位元件 工件以平面定位時，所用的定位元件（即支承件），可分為工件以平面定位時，所用的定位元件（即支承件），可分為基本支承基本支承和和輔助輔助支承支承兩大類。前者用來限制工件的自由度，是真正具有獨立定位作用的定位元件；兩大類。前者用來限制工件的自由度，是真正具有獨立定位作用的定位元件；而后者則是用來加強工件的剛性，不起限制工件自由度的作用。而后者則是用來加強工件的剛性，不起限制工件自由度的作用。 （1 1）基本支承）基本支承 它有固定支承、可調支承、浮動支承三種形式。它們的結構尺寸都已標準化，它有固定支承、可調支承、浮動支承三種形式。它們的結構尺寸都已標準化，可在有關夾具設計手冊中查到，這里只

20、介紹它們的應用和結構特點。可在有關夾具設計手冊中查到，這里只介紹它們的應用和結構特點。 固定支承固定支承 這種支承與夾具體作固定聯結，使用中不拆卸、不調節，常用的有這種支承與夾具體作固定聯結，使用中不拆卸、不調節，常用的有支承釘支承釘和和支承板支承板兩種。兩種。第六章第六章 機床夾具設計機床夾具設計第六章第六章 機床夾具設計機床夾具設計支承釘 常用于工件平面定位的支承元件，其結構形式有平頭、圓頭、網紋頭三種類型。 平頭支承釘常用于定位面較平整（已加工表面）的工件。 圓頭支承釘與定位平面為點接觸，可保證接觸點位置的相對穩定、但它易磨損，且使定位面產生壓陷，給工件夾緊后帶來較大的安裝誤差，裝配時也

21、不易使幾個支承處于所需的同一平面上，故園頭支承僅適用于未經加工的平面定位。 網紋頭支承釘與定位面間的摩擦力較大，阻礙工件移動，加強定位的穩定性，但槽內易積肩，常用在粗糙表面的側面定位。支承釘第六章第六章 機床夾具設計機床夾具設計第六章第六章 機床夾具設計機床夾具設計支承板 多用于工件上已加工平面的定位，一般用2個3個M6M12的螺釘緊固在夾具體上。 支承板的結構有A型和B型兩種。 A型結構簡單、制造方便，但因沉頭孔與螺釘頭間隙處易嵌切屑，不易清除，會影響定位精度、故常適用于側而和頂面定位。 B型結構易于保證上作表面清潔，可用于底面定位。 當工件定位基準面較大時，夾具上常設置多個支承板，為確保各

22、支承板工作面的等高性，工藝上是用裝配后再統一“終磨”一次保證的。第六章第六章 機床夾具設計機床夾具設計支承板A型支承板B型支承板 可調支承可調支承 支承的高度尺寸要求可調整時，就需采用可調支承。支承的高度尺寸要求可調整時，就需采用可調支承。 當工件毛坯尺寸有較大變化時，每更換一批毛坯，就要調整一次。當工件毛坯尺寸有較大變化時，每更換一批毛坯，就要調整一次。 可調支點也可用于同一夾具，加工形狀相同而尺寸不同的工件。可調支承也可調支點也可用于同一夾具，加工形狀相同而尺寸不同的工件。可調支承也廣泛地用于成組夾具和組合夾具中。廣泛地用于成組夾具和組合夾具中。 可調支承在一批工件加工前調整一次，但在同一

23、批工件加工中不再調整，此可調支承在一批工件加工前調整一次，但在同一批工件加工中不再調整，此時它相當于固定支承，所以可調支承在調整后都需用鎖緊螺母鎖緊。時它相當于固定支承，所以可調支承在調整后都需用鎖緊螺母鎖緊。第六章第六章 機床夾具設計機床夾具設計第六章第六章 機床夾具設計機床夾具設計可調承板 浮動支承浮動支承 浮動支承是指支承點的位置在工件定位過程中，隨工件定位基準面位置變化浮動支承是指支承點的位置在工件定位過程中，隨工件定位基準面位置變化而自動與之適應的定位元件。而自動與之適應的定位元件。 由于浮動支承是活動或浮動的，因此雖然與工件定位表面可能是三點或兩點由于浮動支承是活動或浮動的，因此雖

24、然與工件定位表面可能是三點或兩點接觸，但實質上仍然只能起到一個支承點的作用，這祥，當以工件的粗基準定位接觸，但實質上仍然只能起到一個支承點的作用，這祥，當以工件的粗基準定位時，由于增加了浮動支承與工件的接觸點數，故可提高工件定位時的剛度、減少時，由于增加了浮動支承與工件的接觸點數，故可提高工件定位時的剛度、減少工件受外力后的變形和改善加工時的余量分配。工件受外力后的變形和改善加工時的余量分配。第六章第六章 機床夾具設計機床夾具設計第六章第六章 機床夾具設計機床夾具設計 （2 2）輔助支承）輔助支承 在夾具中，只能起提高工件支承剛性或起輔助作用的定位元件，稱為輔助支在夾具中，只能起提高工件支承剛

25、性或起輔助作用的定位元件，稱為輔助支承。在夾具設計中，為了實現工件的預定位或提高工件定位的穩定性，常采用輔承。在夾具設計中，為了實現工件的預定位或提高工件定位的穩定性，常采用輔助支承，如圖所示。助支承，如圖所示。第六章第六章 機床夾具設計機床夾具設計第六章第六章 機床夾具設計機床夾具設計 3. 工件以圓孔定位的定位元件工件以圓孔定位的定位元件 在夾具設計中常用于圓孔表面的定位元件有定位銷、剛性心軸和錐度心軸在夾具設計中常用于圓孔表面的定位元件有定位銷、剛性心軸和錐度心軸等。等。 定位銷定位銷 在夾具中，工件以圓孔表面定位時使用的定位銷一般有固定式和可換式兩在夾具中，工件以圓孔表面定位時使用的定

26、位銷一般有固定式和可換式兩種。在大批大量生產中，由于定位銷磨損較快，為保證工序加工精度需定期維種。在大批大量生產中，由于定位銷磨損較快，為保證工序加工精度需定期維修更換，此時常采用便于更換的可換式定位銷。修更換，此時常采用便于更換的可換式定位銷。 若被定位工件同時以其上的圓柱孔和端面組合定位時，還可選用帶有支承若被定位工件同時以其上的圓柱孔和端面組合定位時，還可選用帶有支承墊圈的定位銷結構。支承墊圈與定位銷可做成整體式的，也可做成組合式的。墊圈的定位銷結構。支承墊圈與定位銷可做成整體式的，也可做成組合式的。定位銷與夾具體的連接一般采用過盈配合。定位銷與夾具體的連接一般采用過盈配合。第六章第六章

27、 機床夾具設計機床夾具設計第六章第六章 機床夾具設計機床夾具設計圓柱銷第六章第六章 機床夾具設計機床夾具設計圓錐銷 剛性心軸剛性心軸 對套類零件，為了簡化定心定位裝置，常常采用剛性心軸作為定位元件。對套類零件，為了簡化定心定位裝置，常常采用剛性心軸作為定位元件。 剛性心軸有與工件圓孔過盈配合的心軸，工件用油壓機壓入心軸。這種類型剛性心軸有與工件圓孔過盈配合的心軸，工件用油壓機壓入心軸。這種類型的心軸，定位精度高，但裝卸工件麻煩，生產效率較低。的心軸，定位精度高，但裝卸工件麻煩，生產效率較低。 另一種類型的剛性心軸與工件的圓孔是間隙配合的，工件用螺母夾緊，這種另一種類型的剛性心軸與工件的圓孔是間

28、隙配合的，工件用螺母夾緊，這種心軸與工件孔為間隙配合，所以定位精度較差。心軸與工件孔為間隙配合，所以定位精度較差。 第六章第六章 機床夾具設計機床夾具設計剛性心軸第六章第六章 機床夾具設計機床夾具設計間隙配合心軸過盈配合心軸第六章第六章 機床夾具設計機床夾具設計 錐度心軸錐度心軸 為了消除工件與心軸的配合間隙，提高定心定位精度，在夾具設計中還可選為了消除工件與心軸的配合間隙，提高定心定位精度，在夾具設計中還可選用小錐度心軸。用小錐度心軸。 為防止工件在心軸上定位時的傾斜，此類心軸的錐度及通常取為防止工件在心軸上定位時的傾斜，此類心軸的錐度及通常取K=1/10001/5000，心軸的長度則根據被

29、定位工件圓孔的長度、孔徑尺寸公差和心軸錐度等，心軸的長度則根據被定位工件圓孔的長度、孔徑尺寸公差和心軸錐度等參數確定。參數確定。 定位時，工件楔緊在心軸錐面上，楔緊后由于孔的局部彈性變形，使它與心定位時，工件楔緊在心軸錐面上，楔緊后由于孔的局部彈性變形，使它與心軸在一定長度上產生過盈配合，從而保證工件定位后不致傾斜。此外，加工時也軸在一定長度上產生過盈配合，從而保證工件定位后不致傾斜。此外，加工時也靠此楔緊所產生的過盈部分帶動工件，而不需另外再夾緊工件。靠此楔緊所產生的過盈部分帶動工件，而不需另外再夾緊工件。錐度心軸第六章第六章 機床夾具設計機床夾具設計 4. 工件以外柱面定位的定位元件工件以

30、外柱面定位的定位元件 工件以外圓柱面作定位基準時、可使用工件以外圓柱面作定位基準時、可使用V形塊、圓孔、半圓孔、圓錐孔及定形塊、圓孔、半圓孔、圓錐孔及定心夾緊裝置定位。心夾緊裝置定位。 V型塊型塊 V形塊用兩側面定位，兩支承面的夾角通常做成形塊用兩側面定位，兩支承面的夾角通常做成90，個別也有做成，個別也有做成60或或120的。的。90V形塊的結構和尺寸均已標準比，可查閱有關手冊。形塊的結構和尺寸均已標準比，可查閱有關手冊。 V形塊定位的特點是對中性好，即能使工件圓柱面的軸心線始終置于形塊定位的特點是對中性好，即能使工件圓柱面的軸心線始終置于V形塊形塊兩斜面的對稱中心面上，而不受外圓直徑誤差的

31、影響，并且安裝方便。兩斜面的對稱中心面上，而不受外圓直徑誤差的影響，并且安裝方便。 V形塊制造工作圖中應注明尺形塊制造工作圖中應注明尺C、H、h。高度。高度h及及V形開口尺寸形開口尺寸C，可參照標，可參照標準選定。準選定。第六章第六章 機床夾具設計機床夾具設計第六章第六章 機床夾具設計機床夾具設計V形塊 工件在圓孔中定位工件在圓孔中定位 此時定位元件可做成定位套筒形式，如圖所示。工件以其定位基準面（圓柱此時定位元件可做成定位套筒形式，如圖所示。工件以其定位基準面（圓柱面）插入套筒內孔中。定位元件結構簡單，定心精度與孔、軸配合精度有關。面）插入套筒內孔中。定位元件結構簡單，定心精度與孔、軸配合精

32、度有關。第六章第六章 機床夾具設計機床夾具設計定位套筒 工件在半圓孔中定位工件在半圓孔中定位 對于某些不便軸向插入的工件，如大型軸類零件需起重吊裝時；或者有些特對于某些不便軸向插入的工件，如大型軸類零件需起重吊裝時；或者有些特殊形狀零件根本無法軸向插入，如曲軸以其當中的主軸頸定位時，定位元件常采殊形狀零件根本無法軸向插入，如曲軸以其當中的主軸頸定位時，定位元件常采用剖分套筒形式（半圓定位座），如圖所示。用剖分套筒形式（半圓定位座），如圖所示。第六章第六章 機床夾具設計機床夾具設計半圓定位座 工件在圓錐孔中定位工件在圓錐孔中定位 這時定位元件通常用反頂尖，它是一種具有內錐孔的套簡。工件圓柱面左端

33、這時定位元件通常用反頂尖，它是一種具有內錐孔的套簡。工件圓柱面左端部在反頂尖（齒紋錐套）部在反頂尖（齒紋錐套）3中定位。夾具體錐柄中定位。夾具體錐柄1插入機床主軸孔中，插入機床主軸孔中，2為傳動用為傳動用螺釘。螺釘。第六章第六章 機床夾具設計機床夾具設計 用定心夾緊機構定位用定心夾緊機構定位 外圓柱柱面可以很方便地使用定心夾緊機構對其實現定心定位并夾緊。外圓柱柱面可以很方便地使用定心夾緊機構對其實現定心定位并夾緊。第六章第六章 機床夾具設計機床夾具設計彈性夾頭 5. 工件以組合表面定位工件以組合表面定位 上面所講的是工件以單一表面的定位方式和定位元件。實際上，工件往往是上面所講的是工件以單一表

34、面的定位方式和定位元件。實際上，工件往往是以幾個表面同時定位的。幾個表面同時定位叫組合表面定位，如圖所示。此時必以幾個表面同時定位的。幾個表面同時定位叫組合表面定位，如圖所示。此時必須考慮到所選定位元件不能出現過定位而無法安裝。須考慮到所選定位元件不能出現過定位而無法安裝。第六章第六章 機床夾具設計機床夾具設計組合表面定位第六章第六章 機床夾具設計機床夾具設計定位方案討論 如圖示，齒輪坯以內孔和一小端面定位，車削外圓和大端面。加工后檢測發現大端面與內孔垂直度超差。試分析原因，提出改進意見。4A0.02 A間隙配合剛性心軸存在過定位第六章第六章 機床夾具設計機床夾具設計過定位引起夾緊變形第六章第

35、六章 機床夾具設計機床夾具設計定位方案的改進第六章第六章 機床夾具設計機床夾具設計定位方案討論a）YXZb）XZYXc）XZYXd）YXZ第六章第六章 機床夾具設計機床夾具設計定位方案討論a）YXZXZb）YXc）XZYXXZd）YX三、定位誤差分析三、定位誤差分析 定位誤差是指由于定位不準而造成某一工序的工序尺寸或位置要求方面的加定位誤差是指由于定位不準而造成某一工序的工序尺寸或位置要求方面的加工誤差。夾具設計完成之后，要對其定位誤差進行校核，定位誤差必須滿足下列工誤差。夾具設計完成之后，要對其定位誤差進行校核，定位誤差必須滿足下列關系式：關系式：第六章第六章 機床夾具設計機床夾具設計定式中

36、：式中：定定定位誤差；定位誤差； 除定位誤差以外，由其它因素引起的加工誤差，可按經濟加工精度查除定位誤差以外，由其它因素引起的加工誤差，可按經濟加工精度查表確定；表確定； 工件的工序公差。工件的工序公差。 1. 定位誤差的組成定位誤差的組成 定位誤差是指一批工件在用調整法加工時，僅僅由于定位不準而引起工序尺定位誤差是指一批工件在用調整法加工時，僅僅由于定位不準而引起工序尺寸或位置要求的最大可能變動范圍。顯然，定位誤差主要是由基準位置誤差和基寸或位置要求的最大可能變動范圍。顯然，定位誤差主要是由基準位置誤差和基準不重合誤差兩項組成。準不重合誤差兩項組成。 定不基第六章第六章 機床夾具設計機床夾具

37、設計基準不重合誤差 由于定位基準與工序基準不重合引起的定位誤差，稱為基準不重合誤差，即工序基準相對定位基準在加工尺寸方向上的最大變動量，以不表示。基準位置誤差 由定位基準面和定位元件本身的制造誤差引起的定位誤差，稱為基準位置誤差，以基表示。定位誤差定可用下式表示： 2. 各種定位方法的定位誤差分析各種定位方法的定位誤差分析 （1 1）工件以平面定位時的定位誤差）工件以平面定位時的定位誤差 如圖所示為在鏜床上加工箱體上如圖所示為在鏜床上加工箱體上A、B兩個通孔時的定位情況，工序尺寸為兩個通孔時的定位情況，工序尺寸為A1、A2、B1、B2。由于定位元件的制造精度較高，且平面。由于定位元件的制造精度

38、較高，且平面C為精基準，為了簡化問題，為精基準，為了簡化問題，可忽略定位元件的制造誤差和平面可忽略定位元件的制造誤差和平面C的平面度誤差。的平面度誤差。第六章第六章 機床夾具設計機床夾具設計 加工孔加工孔A時，尺寸時，尺寸A1的工序基準和定位基準重合，故：的工序基準和定位基準重合，故：01不(A ) 定位基準面定位基準面D存在角度制造誤差存在角度制造誤差，即平面，即平面D的角度最大變動量為的角度最大變動量為2 ，所，所以：以：2tanH1基(A ) 加工尺寸加工尺寸A1的定位誤差為：的定位誤差為：11()()2tanAAH 1定(A )不基第六章第六章 機床夾具設計機床夾具設計 加工尺寸加工尺

39、寸A2的工序基準是平面的工序基準是平面E，定位基準是平面，定位基準是平面C，基準不重合，則，基準不重合，則2L2不(A ) 由于忽略了定位基準平面由于忽略了定位基準平面C的平面度誤差和定位元件的制造誤差，則的平面度誤差和定位元件的制造誤差，則02基(A )222()()AAL 2定(A )不基 加工尺寸加工尺寸A2的定位誤差為：的定位誤差為：第六章第六章 機床夾具設計機床夾具設計思考題：按照同樣的方法可分析求解出B1、B1的定位誤差，請同學們自己分析。 （2 2）工件以外圓柱面定位時的定位誤差）工件以外圓柱面定位時的定位誤差 如圖所示為以如圖所示為以V形塊定位，在圓柱面上加工一平面。為便于分析

40、，設形塊定位，在圓柱面上加工一平面。為便于分析，設V形塊的形塊的夾角制造誤差為夾角制造誤差為0，外圓柱定位面的直徑誤差為，外圓柱定位面的直徑誤差為d。第六章第六章 機床夾具設計機床夾具設計第六章第六章 機床夾具設計機床夾具設計 圖圖a中，工序尺寸為中，工序尺寸為A，工序基準是中心線，工序基準是中心線O1，定位基準是母線，定位基準是母線M1、N1，基，基準不重合。反映在加工尺寸方向上的定位誤差為準不重合。反映在加工尺寸方向上的定位誤差為O1O2，即：，即：122sin2dOO定(A) 圖圖b中，工序尺寸為中，工序尺寸為B，工序基準是上母線，工序基準是上母線C1，定位基準是，定位基準是V形塊母線，

41、基準形塊母線，基準不重合。反映在加工尺寸方向上的定位誤差為不重合。反映在加工尺寸方向上的定位誤差為C1C2，即：，即：1221121211()22ddC CddOOOO定(A)第六章第六章 機床夾具設計機床夾具設計 同理，在圖同理，在圖c中，工序尺寸為中，工序尺寸為h，工序基準是下母線，工序基準是下母線D1，定位基準是，定位基準是V形塊母形塊母線，基準不重合。反映在加工尺寸方向上的定位誤差為線，基準不重合。反映在加工尺寸方向上的定位誤差為D1D2，即：，即：121212dD DOO定(A) 從上可以看出，工序基準為下母線時定位誤差最小、中心線時次之、上母線從上可以看出，工序基準為下母線時定位誤

42、差最小、中心線時次之、上母線時最大。時最大。 同時，同時，V形塊夾角越大時，定位誤差也越小。但夾角過大時對中性不好，故形塊夾角越大時，定位誤差也越小。但夾角過大時對中性不好，故常取其夾角為常取其夾角為90。 （3 3）工件以內孔表面定位時的定位誤差）工件以內孔表面定位時的定位誤差 下面主要分析工件孔與定位心軸采用間隙配合，以孔中心線為工序基準時的下面主要分析工件孔與定位心軸采用間隙配合，以孔中心線為工序基準時的定位誤差。定位誤差。 設孔的直徑為設孔的直徑為D+D，軸的直徑為，軸的直徑為d-d，最小間隙為，最小間隙為min。根據工件裝夾時心軸。根據工件裝夾時心軸放置位置的不同，分為心軸垂直放置和

43、心軸水平放置兩種情況，如下圖放置位置的不同，分為心軸垂直放置和心軸水平放置兩種情況，如下圖a、b所示。所示。第六章第六章 機床夾具設計機床夾具設計 心軸垂直放置心軸垂直放置 當工件孔直徑為最大，心軸直徑為最小時，基準位置的變動量最大。即：當工件孔直徑為最大，心軸直徑為最小時，基準位置的變動量最大。即：maxminminminmax)DdDd 定基（ 心軸水平放置心軸水平放置 當心軸水平放置時，工件在自重作用下，工件孔壁與心軸表面始終是接觸的。當心軸水平放置時，工件在自重作用下，工件孔壁與心軸表面始終是接觸的。顯然，基準位置的變動量最大為最大間隙的顯然，基準位置的變動量最大為最大間隙的1/2。即

44、：。即：max12 定基第六章第六章 機床夾具設計機床夾具設計 （4 4）工件以）工件以“一面兩孔一面兩孔”定位時的定位誤差定位時的定位誤差 下圖為一面兩孔定位。通過分析可知，如果兩個孔都采用圓柱銷，則產生過下圖為一面兩孔定位。通過分析可知，如果兩個孔都采用圓柱銷，則產生過定位，有可能使工件無法裝夾到夾具上。定位，有可能使工件無法裝夾到夾具上。第六章第六章 機床夾具設計機床夾具設計第六章第六章 機床夾具設計機床夾具設計解決上述過定位的方法減小第二銷的直徑。使用棱形銷。使第二銷可沿兩孔連線方向移動。 減小第二銷直徑減小第二銷直徑 第二銷直徑可由下圖求出。考慮到工件的孔距誤差，第二銷應在第二銷直徑

45、可由下圖求出。考慮到工件的孔距誤差，第二銷應在AB范圍內變范圍內變動。考慮到第二銷的軸距誤差，則第二銷的直徑大小應為動。考慮到第二銷的軸距誤差，則第二銷的直徑大小應為AD。 這種方法雖然可解決過定位問題，但會加大定位的轉角誤差，一般不宜采用。這種方法雖然可解決過定位問題，但會加大定位的轉角誤差，一般不宜采用。第六章第六章 機床夾具設計機床夾具設計第二銷的直徑 通過分析，第二銷直徑可由下式求出：通過分析，第二銷直徑可由下式求出：222()DdLLdD 為了使工件能順利裝夾，第二銷與側壁間應有一個最小的間隙為了使工件能順利裝夾，第二銷與側壁間應有一個最小的間隙2min，這樣第，這樣第二銷直徑還要相

46、應地減小二銷直徑還要相應地減小2min 。 同理，第一銷與工件孔之間也存在間隙，可以讓到第二銷上，即可以使其直同理，第一銷與工件孔之間也存在間隙，可以讓到第二銷上，即可以使其直徑加大徑加大1min。故第二銷直徑為：。故第二銷直徑為：222min1min2()DdLLdD 第六章第六章 機床夾具設計機床夾具設計 使用棱形銷使用棱形銷 下圖為一面兩孔定位中常使用的棱形銷。由圖中可知，只要令下圖為一面兩孔定位中常使用的棱形銷。由圖中可知，只要令AF=DE，則可，則可以通過使用棱形銷來消除過定位，且使轉角誤差大大減小。棱形銷的關鍵尺寸為以通過使用棱形銷來消除過定位，且使轉角誤差大大減小。棱形銷的關鍵尺

47、寸為寬度寬度b和和B。第六章第六章 機床夾具設計機床夾具設計 通過圖形分析，可以建立如下關系：通過圖形分析，可以建立如下關系：222222AOACFOFC222222()()()( )2222DdbbAF 因為：因為：222min2min1min221()222DdLLdDDEDdAF第六章第六章 機床夾具設計機床夾具設計 整理并忽略高次誤差項，得：整理并忽略高次誤差項，得：第六章第六章 機床夾具設計機床夾具設計LdLDLdLDDDb2222min22min1min2min22 尺寸尺寸B應小于應小于d2，一般可取：，一般可取：24()DdLLBD 棱形銷的尺寸棱形銷的尺寸b和和B一般不用進行

48、計算，可從夾具設計手冊中根據工件孔直一般不用進行計算，可從夾具設計手冊中根據工件孔直徑選取。在定位精度要求高時，需要計算確定。徑選取。在定位精度要求高時，需要計算確定。11max2max22tan2L 定( ) 第六章第六章 機床夾具設計機床夾具設計一面兩銷定位誤差分析 由于工件為一剛體，其移動定位誤差值為兩孔定位中誤差較小的值，分析方法和單孔心軸定位時的分析方法相同，不再重復。 一面兩孔定位時，除了存在移動定位誤差外，還有轉角誤差，可用下圖求出。第三節第三節 工件的夾緊工件的夾緊 工件在夾具中定位后，還必須將其夾緊，以保持其所取得的正確位置，防止工件在夾具中定位后，還必須將其夾緊，以保持其所

49、取得的正確位置，防止工件在切削力、慣性力和重力的作用下產生振動和位移，將工件緊緊地固定在定工件在切削力、慣性力和重力的作用下產生振動和位移，將工件緊緊地固定在定位元件上。位元件上。一、對夾緊機構的基本要求一、對夾緊機構的基本要求 夾緊過程平穩。夾緊時不能破壞工件在定位時所取得的正確位置。 夾緊作用可靠。夾緊力要足夠大，防止工件在加工中的移動或振動；同時夾緊力又不宜過大，太大將使工件變形影響加工精度；夾緊機構要有自鎖作用，要安全可靠。 夾緊迅速簡便。夾緊機構盡可能簡單、緊湊，操作方便，減輕工人勞動強度，縮短輔助時間，提高生產率。二、夾緊機構的組成二、夾緊機構的組成 夾緊機構由動力源和夾緊裝置兩部

50、分組成。夾緊機構由動力源和夾緊裝置兩部分組成。 1. 1. 動力源部分動力源部分 動力源可分為手動和機動兩大類。力源來自人力的，稱為手動夾緊；機動夾動力源可分為手動和機動兩大類。力源來自人力的，稱為手動夾緊；機動夾緊時使用的動力源有氣壓傳動、液壓傳動、電力傳動等。緊時使用的動力源有氣壓傳動、液壓傳動、電力傳動等。 2. 2. 夾緊部分夾緊部分 夾緊部分是接受和傳遞原始作用力使之變為夾緊力的部分。它常由下列元件夾緊部分是接受和傳遞原始作用力使之變為夾緊力的部分。它常由下列元件或機構組成。或機構組成。第六章第六章 機床夾具設計機床夾具設計 受力元件 直接感受原始作用力的元件，如手動夾緊中的手柄、螺

51、母或氣、液壓傳動裝置中直接連接活塞桿的元件。 夾緊元件 直接對工件施加作用力的元件，如壓板。 傳力機構 將受力元件接受到的原始作用力傳給夾緊元件的中間元件或機構。傳力機構的作用是改變力的方向和大小三、夾緊力的確定三、夾緊力的確定 力具有三要素力具有三要素大小、方向和作用點。夾緊力也不例外。確定夾緊力的原則大小、方向和作用點。夾緊力也不例外。確定夾緊力的原則實際上就是指夾緊力的大小、方向和作用點的確定原則。實際上就是指夾緊力的大小、方向和作用點的確定原則。 1夾緊力方向的確定原則夾緊力方向的確定原則 第六章第六章 機床夾具設計機床夾具設計 夾緊力方向應垂直于主要定位基準面，夾緊時不應破壞工件所取

52、得的正確位置。第六章第六章 機床夾具設計機床夾具設計 夾緊力方向應使工件變形盡可能小。同一個工件，不同方向上的剛度是不等的，應取剛度較大的方向為夾緊力方向。彈性套第六章第六章 機床夾具設計機床夾具設計 夾緊力的方向應有利于減小夾緊力。在滿足夾緊要求的前提下，應使夾緊力盡可能小些，以使夾緊變形盡可能小。為此，夾緊力的方向最好與切削力、重力的方向一致。 2 2夾緊力作用點的確定原則夾緊力作用點的確定原則 作用點的選擇對工件夾緊的穩定性和工件變形有重要影響，應注意如下選擇作用點的選擇對工件夾緊的穩定性和工件變形有重要影響，應注意如下選擇原則。原則。第六章第六章 機床夾具設計機床夾具設計 應使夾緊力落

53、在支承面內 。以避免在夾緊時破壞定位。第六章第六章 機床夾具設計機床夾具設計 應使夾緊力作用在工件剛性較好的部位 。這樣可避免工件的變形。合理不合理第六章第六章 機床夾具設計機床夾具設計 應使夾緊力盡量靠近加工部位。這樣可減小切削力對夾緊點的力矩，從而有效地減少工件的振動。 3 3夾緊力大小的估算夾緊力大小的估算 夾緊力的大小，對工件安裝的可靠性、加工質量的高低、工件和夾具的變形、夾緊力的大小，對工件安裝的可靠性、加工質量的高低、工件和夾具的變形、以及夾緊機構的復雜程度等都有很大關系。以及夾緊機構的復雜程度等都有很大關系。 夾緊力可根據加工中工件受力的力平衡條件求得。加工過程中，工件受到切夾緊

54、力可根據加工中工件受力的力平衡條件求得。加工過程中，工件受到切削力、慣性力、零件自身重力、支承反力和夾緊力等多種力的作用，在這些力的削力、慣性力、零件自身重力、支承反力和夾緊力等多種力的作用，在這些力的共同作用下，處于動力平衡狀態。一般可按照最不利的加工條件，運用理論力學共同作用下，處于動力平衡狀態。一般可按照最不利的加工條件，運用理論力學中有關的力平衡方程估算出理論上所需要的夾緊力中有關的力平衡方程估算出理論上所需要的夾緊力Q，最后為保證夾緊安全可靠，最后為保證夾緊安全可靠再乘以安全系數，作為實際所需的夾緊再乘以安全系數，作為實際所需的夾緊Q，即，即 QKQ式中：式中：K為安全系數。粗加工時

55、，取為安全系數。粗加工時，取K2.53；精加工時，取；精加工時，取K1.52。第六章第六章 機床夾具設計機床夾具設計四、常用的夾緊機構四、常用的夾緊機構 機床夾具中用到的夾緊機構是多種多樣的，其中以斜楔、螺旋、偏心等元件機床夾具中用到的夾緊機構是多種多樣的，其中以斜楔、螺旋、偏心等元件組合而成的夾緊裝置應用最為普遍。組合而成的夾緊裝置應用最為普遍。 1 1斜楔夾緊機構斜楔夾緊機構 斜楔夾緊機構是利用楔塊斜面增力作用將工件夾緊的，如圖所示。斜楔夾緊機構是利用楔塊斜面增力作用將工件夾緊的，如圖所示。 斜楔夾緊常與其他夾緊機構（如氣動、液壓等夾緊機構）聯合使用，用以改斜楔夾緊常與其他夾緊機構（如氣動

56、、液壓等夾緊機構）聯合使用，用以改變力的方向并起增力作用。常用于夾緊行程較小的場合。變力的方向并起增力作用。常用于夾緊行程較小的場合。第六章第六章 機床夾具設計機床夾具設計第六章第六章 機床夾具設計機床夾具設計 （1）斜楔夾緊力的計算）斜楔夾緊力的計算 下圖為斜楔夾緊的受力分析。其中下圖為斜楔夾緊的受力分析。其中P為力源，為力源，Q為作用在工件上的夾緊力，為作用在工件上的夾緊力，R為夾具體作用在斜楔上的支反力，為夾具體作用在斜楔上的支反力，F1、F2為摩擦力，對應的摩擦角分別是為摩擦力，對應的摩擦角分別是1、2。當工件被夾緊時，上述力處于平衡狀態。根據力平衡方程可得：當工件被夾緊時，上述力處于

57、平衡狀態。根據力平衡方程可得：21tantan()PQ第六章第六章 機床夾具設計機床夾具設計 （2）斜楔夾緊自鎖條件）斜楔夾緊自鎖條件 在撤除原始力在撤除原始力P后，夾緊裝置的受力情況如上圖后，夾緊裝置的受力情況如上圖c所示。根據分析要使楔塊能所示。根據分析要使楔塊能夠自鎖，應滿足自鎖條件：夠自鎖，應滿足自鎖條件：21FF 由于：由于：21211sinsin()FQR1 ； F 且：且：Q1=R1。所以可得斜楔夾緊的自鎖條件為：。所以可得斜楔夾緊的自鎖條件為：12 因為鋼之間的摩擦系數一般為因為鋼之間的摩擦系數一般為0.10.5，對應的摩擦角分別是，對應的摩擦角分別是5.758.5，所以當有自

58、鎖要求時，常取所以當有自鎖要求時，常取小于小于10。第六章第六章 機床夾具設計機床夾具設計 （3）傳力系數）傳力系數 當夾緊力與原始力之比稱為傳力系數，以當夾緊力與原始力之比稱為傳力系數，以iP表示，有：表示，有：21/1/ tantanPiQ P 從上式可以看出，楔角從上式可以看出，楔角越小，則增力效果越明顯。但越小，則增力效果越明顯。但太小夾緊速度慢，太小夾緊速度慢，且使夾緊行程減小。且使夾緊行程減小。 （4）楔塊的材料）楔塊的材料 楔塊的具體結構可參閱機床夾具設計手冊，楔塊所用材料一般為楔塊的具體結構可參閱機床夾具設計手冊，楔塊所用材料一般為20鋼或鋼或20Cr鋼，進行表面滲碳、淬火，鋼

59、，進行表面滲碳、淬火，HRC5662，工件表面粗糙度，工件表面粗糙度Ra值值1.6m。第六章第六章 機床夾具設計機床夾具設計 2 2螺旋夾緊機構螺旋夾緊機構 從實質上說，螺旋夾緊機構也是一種斜楔夾緊機構。它是通過轉動螺桿來夾從實質上說，螺旋夾緊機構也是一種斜楔夾緊機構。它是通過轉動螺桿來夾緊工件的，如圖所示。螺旋夾緊機構的特點是，結構簡單，擴力比（傳力系數）緊工件的，如圖所示。螺旋夾緊機構的特點是，結構簡單，擴力比（傳力系數）大，自鎖性能好，行程不受限制，夾緊動作慢。大，自鎖性能好，行程不受限制，夾緊動作慢。第六章第六章 機床夾具設計機床夾具設計 （1）螺旋夾緊力的計算）螺旋夾緊力的計算 下圖

60、為螺旋夾緊的受力分析。從圖中可以看出，本質上說，螺旋夾緊仍然是下圖為螺旋夾緊的受力分析。從圖中可以看出，本質上說，螺旋夾緊仍然是斜楔夾緊的一種形式，因此可直接套用斜楔夾緊力的計算公式。由于螺旋夾緊力斜楔夾緊的一種形式，因此可直接套用斜楔夾緊力的計算公式。由于螺旋夾緊力是按照力矩平衡條件計算的，所以在套用上述公式時，只需給各個不同力分另乘是按照力矩平衡條件計算的，所以在套用上述公式時，只需給各個不同力分另乘上它們的力臂即可。上它們的力臂即可。第六章第六章 機床夾具設計機床夾具設計 通過以上分析，可以直接寫出螺旋夾緊力的計算公式為：通過以上分析，可以直接寫出螺旋夾緊力的計算公式為：112tan()