第五章 机床夹具,第一节 概述 第二节 工件的定位及定位元件 第三节 工件的夹紧及夹紧装置 第四节 机床夹具的其他装置及元件 第五节 机床专用夹具的设计要点 第六节 现代机床夹具的发展趋势,一.机床夹具的功用,（1）保证加工精度 零件加工精度包括尺寸精度、几何形状和表面相互 位置精度。夹具的最大功用是保证加工表面的位置精度。 （2）提高生产率，降低生产成本 快速将工件定位夹紧，免除了找正、对刀等，缩短 辅助时间，提高了成品率，降低了成本。 （3）扩大机床的加工范围 如在车床上加镗夹具，可完成镗孔加工。 （4）减轻工人劳动强度,第一节 概述,一、概 述,机床夹具,在机床上用于装夹工件或 引导刀具的装置。,1. 夹具的组成,（1）定位元件 （2）夹紧元件 （3）导向元件（钻套、对刀块） （4）夹具体 此外有连接元件、分度机构、 操作元件等。,（1）对机床夹具提出了如下新的要求： 能迅速而方便地装备新产品，以缩短生产准备周期，降低生产成本 能装夹一组具有相似性特征的工件 适用于精密加工的高精度机床夹具 适用于各种现代化制造技术的新型机床夹具 采用以液压站等为动力源的高效夹紧装置，以进一步提高劳动生产率 提高机床夹具的标准化程度,三、 机床夹具应满足的基本要求,（2）现代机床夹具的发展方向 精密化：如精密分度、高精度自定心 高效化：缩短加工的基本时间和辅助时间，以提高劳动生产率，减轻工人的劳动强度 柔性化：通过调整、组合等方式，以适应工艺可变因素 标准化： 按夹具零件及部件的国家标准以及各类通用夹具、组合夹具标准制造，有利于夹具的商品化生产，有利于缩短生产准备周期，降低生产总成本。,第二节 工件的定位及定位元件,一、定位原理 （1）六点定位原理 未定位工件在空间有六个自由度， 定位就是限制其自由度。,合理布置六个定位支承点，使工 件上的定位基面与其接触，一个 支承点限制工件一个自由度，使 工件六个自由度被完全限制，在 空间得到唯一确定的位置，此即 六点定位原理。,实际中一个定位元件可体现一个或多个支承点， 视具体工作方式及其与工件接触范围大小而定,定位与夹紧的区别： 定位是使工件占有一个正 确的位置，夹紧是使工件保持这个正确位置。,(2)完全定位与不完全定位 工件的六个自由度被完全限制的定位称完全定位， 允许少于六点的定位称为不完全定位。 都是合理的定位方式。,考虑定位方案时，先分析必须消除哪些自由度， 再以相应定位点去限制。,(3)欠定位与过定位 工件应限制的自由度未被限制的定位，为欠定位， 在实际生产中是绝对不允许的。 工件一个自由度被两个或以上支承点重复限制的 定位称为过定位或重复定位。一般来说也是不合 理的。,过定位造成的后果： （1）使工件或夹具元件变形，引起加工误差； （2）使部分工件不能安装，产生定位干涉（如一面两销） 过定位一般是不允许的，但在精加工时也可看到。,消除过定位及其干涉的途径： 1. 改变定位元件结构，消除对自由度的重复 限制，如长销改成短销；,2. 提高工件定位基面之间的位置精度，提高 夹具定位元件之间的位置精度，减少或消 除过定位引起的干涉，精加工时可增加刚 度和定位稳定性。,二、典型的定位方式及定位元件 (一) 平面定位,1) 固定支承（支承钉、支承板）,1) 固定支承（支承钉、支承板、定位分析）,2) 可调支承 多用于毛面定位，每批调整一次，以补偿各批 毛坯误差,3) 自位支承 支承本身可随工件定位基准面的变化而自动适应， 一般只限制 一个自由度， 即一点定位。,4) 辅助支承 在工件定位后才参与支承的元件，不限制自由度， 主要用于提高工件的刚度和定位稳定性。,(二) 圆孔定位 1）定位销 分固定式和可换式，圆柱销和菱形销,2）圆锥销 常用于工件孔端的定位，可限制三个自由度,3）定位心轴 主要用于盘套 类零件的定位,圆孔定位分析,(三) 工件以外圆表面定位 1）定位套筒,2）半圆定位座 常用于大型轴类工件的定位,3）V形块定位 结构尺寸已标准化，斜面夹角有6090120,4）外圆定心夹紧 三爪卡盘、双V形铁定心夹紧、弹簧夹头,外圆定位分析,(四) 组合表面定位 1）一个平面和与其垂直的两个孔组合,这种定位属于过定位,解决办法是： 将销2做成 削边销,2）一平面和与其垂直的两外圆柱面组合,3）一孔和一平行于孔中心线的平面组合,（一）、定位误差产生原因,a.一批工件彼此在尺寸、形状及相互位置上均存在差异，而夹具定位元件也有制造误差。 b.工件的定位基准与设计基准不重合，或工件的定位基准与定位元件的工作表面之间存在间隙。 c.工件用夹具定位加工时，只按定程法（即调整法）加工一批工件，如果按逐件试切法加工，则根本不存在定位误差。（仅有加工误差等）,误差来源,a.基准不重合误差 b.定位元件制造误差 c.基准位移误差,三、定位误差的分析,定位误差包括基准不重合误差和基准位移误差,1）基准不重合误差jb 其大小等于设计基准与定位基 准间联系尺寸在加工尺寸方向上的变动量（公差）。,一次安装加工两孔A和B，孔B在X方向定位基准C与设计基 准A不重合，基准不重合误差为联系尺寸22的公差0.2,2）基准位移误差jw 是指工件的定位基准在加工尺寸方 向上的变动量。由工件定位面和夹具定位元件的制造误差 以及两者之间的间隙所引起。,（二）、定位误差大小计算 （1） 画出被加工零件定位时的两个极限尺寸的位置 （2） 从图形中的几何关系，找出零件图上被加工尺寸方向上之设计基准的最大变动量（最大值与最小值之差）。因此，工序二尺寸A的定位误差A为： A=(H+H)(H-H) = 2H,上述的误差完全是由于定位基准和设计基准不重合引起的，可称这类定位误差为“基准不符误差”。 为提高定位精度，设计夹具时尽量使定位基准与加工表面之设计基准重合。但定位精度虽然提高了，有时使得夹具结构复杂，工件安装不便, 稳定性和可靠性变差。生产中只要在满足工艺的要求前提下，如果能降低工序成本，基准不重合的定位方案，也允许选用。,第三节、工件的加紧及夹紧装置,一.夹紧的基本要求,组 成,（1）力源装置 （2）中间传力机构 （3）夹紧元件,作 用,1）改变作用力的方向； 2）改变作用力的大小； 3）使夹紧实现自锁。,1）夹紧时不破坏工件定位后的正确位置； 稳 2）夹紧力大小要适当； 牢 3）夹紧动作要迅速、可靠； 快 4）结构紧凑，易于制造与维修。,基 本 要 求,二.夹紧力的确定,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 1）主要夹紧力方向应垂直于主要定位面,2）夹紧力的作用方向应使所需夹紧力最小,3）夹紧力的作用方向应使工件变形尽可能小,()夹紧力作用点的确定,1）夹紧力应作用在刚度较好部位,2）夹紧力作用点应正对支承元件或位于支承元件 形成的支承面内,3）夹紧力作用点应尽可能靠近加工表面,()夹紧力大小的估算,夹紧力的大小根据切削力、工件重力的 大小、方向和相互位置关系具体计算，并 乘以安全系数K ，一般精加工K =1.52， 粗加工K = 2.53。,三.常用的夹紧机构,（一）斜楔夹紧机构,以斜楔为研究对象，夹紧时 根据静力平衡原理，有 FQ = F1+ FRX F1 = FJ tan1 FRX = FJ tan(2) FJ = FQ / tan1tan(2) 设1 =2 =，当10， 可用下式近似计算 FJ = FQ / ( tan2),夹紧力FQ去除，斜楔受到F1、 FRX作用，要能自锁，必须满 足下式 F1 FRX F1 = FJ tan1 FRX = FJ tan(2) tan1 tan(2) 即 1 ( 2) 或 1 2 一般1 =2 = =57， 故当1014时自锁， 一般取=68,斜楔夹紧的特点： 1）有增力作用，扩力比 i = FJ / FQ ，约等于3； 2）夹紧行程小,h/s =tan，故 h 远小于 s ； 3）结构简单，但操作不方便。 主要用于机动夹紧，且毛坯质量较高的场合。,（二）螺旋夹紧机构,螺旋夹紧特点： 1）结构简单，自锁性好，夹紧可靠； 2）扩力比约为80,远比斜楔夹紧力大； 3）夹紧行程不受限制； 4）夹紧动作慢，辅助时间长，效率低,螺旋夹紧结构简单，增力比大，自锁性好，夹紧可靠，所以在夹具中得到最广泛的应用。,螺杆1在2中转动而起夹紧作用。 螺母2采用可换式，其目的是为了内螺纹磨损后可及时更换。 螺钉3用以防止2的松动。 压块4是防止在夹紧时带动工件转动；并避免1的头部直接与工件接触而造成压痕，同时也可增大夹紧力作用面积，使夹紧更为可靠。,简单的螺旋夹紧机构:,式中： P原始作用力； L手柄长度； r螺杆下端（或压块）与工件接触处的当量摩 擦半径； r平均螺旋作用中径之半；（作用中径为d平均）； 螺旋升角； 螺杆下端（或压块）与工件接触处的摩擦角； 螺旋配合面的摩擦角（常取830）。,螺旋夹紧力的计算公式,实际生产中，采用螺旋压板的组合夹紧，在手动操作时用得比单螺旋夹紧更为普遍。较典型有三种：,图（a）的扩比力最低；图（c）的操作省力，但结构受工件形状限制，图（b）基本不变。故设计这类夹具时，要注意合理布置杠杆比例，寻求最省力、最方便的方案。,（三）偏心夹紧机构,常见的偏心轮压板夹紧机构,1）圆偏心夹紧原理及其几何特性 偏心夹紧实质是一种斜楔夹紧，但各点升角不等， M、N处 升角为为0， P处升角最大。,2）圆偏心夹紧的自锁条件 P点夹紧时能自锁，则可保证其余各点均可自锁 自锁条件 p 12 tanp=2e/Dp 为安全起见取1 =0 2e/D 22, 取2=0.10.15, D/e1420自锁, D/e叫偏心轮的偏心特性，表示偏心轮的工作 可靠性,3）圆偏心夹紧的夹紧力,3）圆偏心夹紧的夹紧力 M=P l =Q1 或Q1 P l / 因为p很小， Q1Q1cosp= FQ 根据斜楔夹紧原理，得P点产生的夹紧力为 QFJ P l /(tan1+tan（p2） 一般取 l =(22.5)D， D /2 扩力比约为1213,4）圆偏心的夹紧行程,确定夹紧行程hPE需考虑如下因素： 夹紧工件尺寸公差、装卸间隙、夹紧变形及 磨损贮备量等 hPET+间+ 贮 偏心距e为 e = hPE / (cosP - cosE ) 若取P点左右各45圆弧作为工作段，则 e = hPE / (cos 45 - cos 135) = hPE / 1.1414 圆偏心轮夹紧力小，行程小，自锁性不太好，用于 切削力小，无振动，工件尺寸公差不大的场合。,1铰链杠杆增加机构 在需要较大夹紧力时，可采用中间传动机构来扩大夹具夹紧力。这些增力机构，一般安置在夹紧元件和动力源（汽缸或液压油缸）之间。 如图3.28单作用铰链杠杆夹紧机构。铰链杠杆夹紧机构具有扩力比较大，摩擦损失小的优点，但自锁性能较差。,（四）其他夹紧机构,2定心夹紧机构 定心夹紧机构（亦称自动定心机构），它能在实现定心（定位基准与工序基准重合）作用的同时，又起着将工件夹紧的作用。在定心夹紧机构中，与工件接触的元件既是定位元件，又是夹紧元件。这种机构能使定位夹紧元件等速趋近或退离工件，所以能将定位基面的误差沿径向或沿对称面对称分布，从而使工件的轴线、对称中心不产生位移，实现定心夹紧作用。常用的三爪卡盘就是一种定心夹紧夹具。 定心夹紧机构的结构型式很多，但就其工作原理而言，可分为两大类。,1) 按定心夹紧元件等速移动原理工作的机构 图3.41所示为齿条传动的虎钳式定心夹紧机构，常在打中心孔机床上使用。主动齿条和被动齿条，分别与V型块和气缸活塞杆联接，利用反向齿轮将