第四章 机床夹具原理与设计夹具概述： 机床夹具是机床上用以装夹工件（和引导刀具）的一种装置。其作用是将工件定位，以使工件获得相对的于机床和刀具的正确位置，并把工件可靠地夹紧。工件在夹具中的定位定位的目的是使工件在夹具中相对于机床、刀具占有确定的正确位置，并且应用夹具定位工件，还能使同一批工件在夹具中的加工位置一致性好。在夹具设计中，定位方案不合理，工件的加工精度就无法保证。工件定位方案的确定是夹具设计中首先要解决的问题。一、工件在工艺系统内的安装定位：加工前，使工件在机床上或夹具上占有正确的加工位置的过程，称为定位。夹紧：用施加外力的形式，把工件已确定的定位位置固定下来的过程，称为夹紧。这个定位、夹紧的过程，称为装夹或安装。装夹或安装：工件定位、夹紧的全过程，称 为装夹或安装。小结： 定位在前，夹紧在后定位是首要的 定位 + 夹紧 = 安装1.工件的找正安装直接找正法：是用百分表、划针或用 目测，在机床上直接找正工件，使工 件获得正确位置的方法。 图6-1 直接找正法示例 a）磨内孔时工件的找正 b）刨槽时工件的找正划线找正法：当零件形状很复杂时， 可先用划针在工件上画出中心线、对 称线或各加工表面的加工位置，然后 再按划好的线来找正工件在机床上的 位置的方法。 划线找正法示例用专用夹具安装工件支承板支承板支承钉支承钉支承钉钻套2.使用夹具安装工件用夹具装夹工件的特点l工件在夹具中的正确定位，是通过 工件上的定位基准面与夹具上的定 位元件相接触而实现的l夹具预先在机床上已调整好位置， 工件通过夹具对于机床也就占有了 正确的位置l通过夹具上的对刀装置，保证了工 件加工表面相对于刀具的正确位置2.使用夹具安装工件优点： 1）易于保证加工精度； 2）能大大地提高生产率，缩短辅助时间 ； 3）装夹方便，能大大地减轻工人劳动强 度。二、机床夹具的工作原理和在机械加工过程中的作用书上page100图41 、图42 三、夹具的分类与组成 1、夹具的分类 （1）按专门化程度分类 1）通用夹具 通用夹具是指已经标准化的，在一定范围内可用于加工不同工件的夹具 。 例如，车床上三爪卡盘和四爪单动卡盘，铣床上的平口钳、分度头和回 转工作台等。这类夹具一般由专业工厂生产，常作为机床附件提供给用 户。 其特点是适应性广，生产效率低，主要适用于单件、小批量的生产中。 三爪卡盘 四爪单动卡盘， 平口钳回转工作台分度头 2）专用夹具 专用夹具是指专为某一工件的某道工序而专门设计的夹具。 其特点是结构紧凑，操作迅速、方便、省力，可以保证较高的加工精度和生产效率，但设计制造周期较长、制造费用也较高。 当产品变更时，夹具将由于无法再使用而报废。 只适用于产品固定且批量较大的生产中。 3）通用可调夹具和成组夹具 其特点是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。 用于相似零件的成组加工所用的夹具，称为成组夹具。 通用可调夹具与成组夹具相比，加工对象不很明确，适用范围更广一些。 4）组合夹具 组合夹具是指按零件的加工要求，由一套事先制造好的标准元件和部件组装而成的夹具。 由专业厂家制造， 其特点是灵活多变，万能性强，制造周期短、元件能反复使用，特别适用于新产品的试制和单件小批生产。 5）随行夹具 随行夹具是一种在自动线上使用的夹具。 该夹具既要起到装夹工件的作用，又要与工件成为一体沿着自动线从一个工位移到下一个工位，进行不同工序的加工。 （2）按使用的机床分类 由于各类机床自身工作特点和结构形式各不相同 ，对所用夹具的结构也相应地提出了不同的要求。 按所使用的机床不同，夹具又可分为：车床夹具 、铣床夹具、钻床夹具、镗床夹具、磨床夹具、齿轮机床夹具和其他机床夹具等。 （3）按夹紧动力源分类 根据夹具所采用的夹紧动力源不同，可分为：手动夹具、气动夹具、液压夹具、气液夹具、电动夹具、磁力夹具、真空夹具等。 2、夹具的组成定位元件：用于确定工件在夹具中的位置；夹紧装置：将工件压紧夹牢，并保证工件在加 工过程中位置不变；联接元件：用于确定夹具对机床主轴、工作台 或导轨的相对位置；对刀或导向元件：用于保证工件加工表面与刀 具之间的位置；其它装置或元件：定向键、操作件、 分度装置、靠模装置、上下料装置、 平衡块等，以及标准化了的其它联接 元件；夹具体：是夹具的基座和骨架，用来 配置、安装各夹具元件及装置。一、工件定位的基本原理1定位基准的基本概念工件定位按照加工工艺要求，将 工件置于夹具中，使工件在夹紧前相 对于机床和刀具就占有一个预定的位 置，或者是使同一批工件逐次放置到 夹具中时都能占据同一位置。第二节 工件在夹具中的定位定位基准在机械加工中用作定 位的基准。定位基面工件定位时，作为定 位基准的点和线，往往由某些具体 表面体现出来，这种表面称为定位 基面。2自由度的概念所谓自由度，即空间位置的不确 定性一个位于空间自由状态的物体， 对于空间直角坐标系来说，具有 六个自由度：三个位移自由度和 三个旋转自由度。3六点定位原则定位的实质：就是限制自由度。 工件的六个自由度如果都加以限 制了，工件在空间的位置就完全 被确定下来了。六点定位法则l通常，一个支承点限制工件的 一个自由度。l使用合理设置的六个支承点， 与工件的定位基准相接触，以 限制工件的六个自由度，使工 件在夹具中的位置完全被确定 的方法，称为六点定位法则。4工件定位中的几种情况通常，自由度限制大于3，小于、等于6 。l完全定位：不重复地限制了工件的六个 自由度的定位。l不完全定位：根据实际加工要求，并不 需要限制工件全部自由度的定位。l欠定位：定位点少于应消除的自由度、 工件定位不足的定位。l过定位：工件同一个自由度分别被 几个支承点重复限制的定位。过定位的不良后果：l使接触点不稳定，l增加了夹紧变形；l部分工件不能顺利与定位元件配合 。消除或减少过定位干涉的两种方法：l改变定位元件结构，使定位元件重复 限制自由度的部分不起定位作用；l提高工件定位基准之间以及定位元件 工作表面之间的位置精度。只有提出合理的附加条件，才允许采 用过定位。 过定位是否允许，应根据具体情况进行具体分析。 一般情况下，如果工件的定位面为没有经过机械加工的毛坯面，或虽经过了机械加工，但仍然 很粗糙，这时过定位是不允许的。 如果工件的定位面经过了机械加工，并且定位面和定位元件的尺寸、形状和位置都做得比较准 确，比较光整，则过定位不但对工件加工面的位 置尺寸影响不大，反而可以增强加工时的刚性，这时过定位是允许的。 工件的定位表面有各种形式，如平面、外圆、内孔等，对于这些表面，总是采用一定结构的定位元件。常见的定位方法有：平面定位、圆孔定位、外圆柱面定位、组合表面定位。 典型表面的定位方法概念：在机械加工中，利用工件上的一个或几个平面作为定位基面来定位工件的方式，称为平面定位。 定位元件：固定支承、可调支承和自位支承。1.工件以平面定位(1)固定支承：包括固定支承钉、固定支承板。固定支承钉固定支承板固定支承板多用于工件上已加工表面的定位， 有时可用一块支承板代替两个支承钉。左图A型结构简单，但埋头螺钉处易堆积切屑， 故用于工件侧面或顶面定位。而右图B型支承板可克服这一缺点，主要用于工件的底面定位。 (2)可调支承可调支承是顶端位置可在一定高度范围内调整 的支承。多用于未加工平面的定位，以调节和补 偿各批毛坯尺寸的误差，一般每批毛坯调整一次 。(3)自位支承支承本身的位置在定位过程中，能自动适应工件 定位基准面位置变化的一类支承。自位支承能增加与工件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 面或不连续的平 面的定位。(4)辅助支承在生产中，有时为了提高工件的刚度和定位稳 定性，常采用辅助支承。如图所示阶梯零件，当用平面1定位铣平面2时 ，于工件右部底面增设辅助支承3，可避免加工过 程中工件的变形。有些工件，如套筒、法兰盘、拨叉等以孔作为定位基准，此时采用的定位元件有定位销、定位心轴等。 2.工件以圆孔定位(1)定位销定位销头部应做出倒角或圆角，以便于装入工件定位孔。主要用于直径小于50mm的中小孔定位。 (2)锥销常用于工件孔端的定位可限制工件三个自 由度 。(3)定位心轴心轴定心精度高，但装卸费时，有时易损伤工件 孔，多用于定心精度要求高的情况。定位时，工件楔 紧在心轴上，多用于车或磨同轴度要求高的盘类零件 ，小锥度心轴实际上起不到定位的作用。工件以外圆柱面定位在生产中是常见的，如轴套类零件等。常用的定位元件有V形块、定位套、半圆定位座。 3.工件以外圆柱面定位(1)V形块V形块是用得最广泛的外圆表面定位元件 。在V形块上定位时，工件具有自动对中作用 。 D标准心轴直径，即工件定位用外圆直径 (mm); HV形块高度(mm); NV形块的开口尺寸 (mm); T对标准心轴而言，V形块的标准高度， V形块两工作平面间的夹角。设计V形块时T值 的计算： (2)定位套筒定位套筒装在夹具体上，用以支承外圆表面，起定 位作用。定位元件结构简单，但定心精度不高，当工件外圆 与定位孔配合较松时，还易使工件偏斜，因而，常采用套筒内孔与端面一起定位，以减少偏斜。若工件端面较 大，为避免过定位，定位孔应做短些。 (3)半圆孔定位座将同一圆周面的孔分成两半圆，下半圆部分装在夹具体上，起定位作用，上半圆部分装在可卸式或铰链式盖上，起夹紧作用，半圆孔定位座适用于大型轴类工件的定位。 在实现定心的同时，能将工件夹紧的机构，称 为定心夹紧机构，如三爪自定心卡盘、弹簧夹头等 。弹簧夹头的速度是有弹性的，如果工件尺寸是 一致的，弹簧夹头的速度会更快。如果工件尺寸的 变化大，可能需要采用卡爪卡盘以适应尺寸范围宽 的加工工件。(4)外圆定心夹紧机构实际加工过程中，工件往往是以几个表面同时 定位的，称为“组合表面定位”。(1)一个平面和二个与 其垂直的孔的组合在箱 体、连杆、盖板等类零 件加工中，常采用这种 组合定位，俗称“一面 二孔”定位。(会出现定位干涉问题)4.工件以组合表面定位“一面两销”的两圆柱销重复限制了沿方向的移动自由度，属于过定位。由于工件上两孔的孔心距和夹具上两销的销心距 均会有误差，因而会出现上图所示的相互干涉现象。 解决“一面两孔”的定位干涉问题的途径：(1)减小一个销的直径；(2)将一个销做成削边销。 (2)一个平面和二个与其垂直的外圆柱面的组合 工件在垂直平面定位后，再将工件左端用圆孔或V形块定位，工件右端外圆所用的V形块必须做成浮动结构，使其只能限制工件一个自由度，否则就会出现过定位。 (3)一个孔和一个平行于孔中心线的平面的组合 图中所示两个零件，均需以大孔及底面定位，加工 两小孔。视其加工尺寸要求的不同，图a零件选用图 定位方案，图b零件选用图d定位方案，均能避免过定 位，并保证工件要求。 三、定位误差分析l变动工序基准在工序尺寸方向上的最 大位置量，称为定位误差，用D表示 。l在工件的加工中，还会因夹具在制造 与安装、工件的夹紧、机床的工作精 度、刀具的精度、受力变形、热变形 等因素而产生误差，定位误差仅是加 工误差的一部分。一般限定定位误差 不超过工件加工公差T的1/51/3，即D(1/51/3)T 1产生定位误差的原因l定位基准发生位移产生定位误差 由于定位副的制造误差或定位副 配合间隙所导致的定位基准在加 工尺寸方向上最大位置变动量， 称为基准位移误差，用Y表示l定位基准与设计基准不重合产 生定位误差 由于设计基准与 定位基准不重合所导致的设计 基准在加工尺寸方向上的最大 位置变动量，称为基准不重合 误差,用B表示lD