第四章机床夹具设计基础 主编第一节机床夹具及其组成一、 机床夹具的类型1.按专门化程度分(1)通用夹具通用夹具是指已经标准化、无需调整或稍加调整就可装夹不同工件的夹具，如自定心卡盘和单动卡盘、平口钳、回转工作台、分度头等。(2)专用夹具专用夹具指专为某一工件一定工序的加工而设计制造的夹具。(3)可调夹具可调夹具是指加工完一种工件后，通过调整或更换个别元件就可加工形状相似、尺寸相近的其他工件，多用于中小批量生产。(4)组合夹具组合夹具是指按一定的工艺要求，由一套预先制造好的通用标准元件和部件组合而成的夹具。(5)随行夹具随行夹具是一种在自动线加工中针对某一种工件而采用的夹具。一、 机床夹具的类型2.按使用的机床类型分有车床夹具、铣床夹具、钻床夹具、镗床夹具、加工中心机床夹具和其他机床夹具等。3.按驱动夹具工作的动力源分有手动夹具、气动夹具、液压夹具、电动夹具、磁力夹具、真空夹具及自夹紧夹具等。(1)定位装置定位装置由定位元件及其组合构成，用于确定工件在夹具中的正确位置。(2)夹紧装置夹紧装置用于保证工件在夹具中的既定位置，使其在外力作用下不致产生移动，包括夹紧元件、传动装置及动力装置等。二、机床夹具的组成(3)夹具体夹具体指用于连接夹具各元件及装置，使其成为一个整体的基础件，以保证夹具的精度和刚度。(4)其他元件及装置如定位键、操作件、分度装置以及标准化连接元件等。图4- 1铣连杆槽夹具的结构1夹具体2压板3、7螺母4、5垫圈6螺栓8弹簧9定位键10菱形销11圆柱销三、对机床夹具的基本要求(1)保证工件的加工精度夹具应有合理的定位方案，尤其对于精加工工序，应有合适的尺寸、公差和技术要求，以确保加工工件的尺寸公差和几何公差等要求。(2)提高生产效率机床夹具的复杂程度及先进性应与工件的生产纲领相适应，应根据工件生产批量的大小合理设置，以缩短辅助时间、提高生产效率。(3)工艺性好机床夹具的结构应简单、合理，便于加工、装配、检验和维修。(4)使用性好机床夹具的操作应简便、省力、安全可靠；排屑应方便，必要时可设置排屑结构。(5)经济性好机床夹具应能保证具有一定的使用寿命和较低的制造成本。(6)方便快速重调数控加工可通过更换程序而快速变换加工对象。第二节工件的定位方式一、工件以平面定位1.主要支承主要支承用来限制工件的自由度，起定位作用。(1)固定支承固定支承有支承钉和支承板两种形式，如图4- 2所示。图4- 2支承钉和支承板a)平头支承钉b)球头支承钉c)齿纹头支承钉d)、e)支承板一、工件以平面定位图4- 3衬套的应用一、工件以平面定位图4- 4可调支承(2)可调支承可调支承是指高度可以进行调节的支承钉。一、工件以平面定位图4- 5可调支承的应用1工件2V形块3可调支承(3)自位支承(浮动支承)在工件定位过程中，能自动调整位置的支承称为自位支承。一、工件以平面定位2.辅助支承图4- 6自位支承一、工件以平面定位图4- 7辅助支承的应用一、工件以平面定位图4- 8辅助支承a)螺旋式辅助支承b)自位式辅助支承c)推弓式辅助支承1滑柱2弹簧3顶柱4手轮5滑销6斜楔二、工件以内孔定位1.圆柱销(定位销)图4 9所示为常用定位销的结构。当工件孔径较小时，为增加定位销的刚度，避免定位销因受撞击而折断或热处理时淬裂，通常把根部倒成半径为R的圆角。这时夹具体上应有沉孔，以使定位销的圆角部分沉入孔内而不妨碍定位。大批大量生产时，为了便于定位销的更换，可采用图4 9d所示的带衬套的结构形式。为便于工件顺利装入，定位销的头部应有15倒角图4- 9定位销二、工件以内孔定位2.圆柱心轴图4 10所示为常用圆柱心轴的结构形式。图4 10a所示为间隙配合心轴。使用其定位时，工件装卸方便，但定心精度不高。为了减少因配合间隙造成的工件倾斜，工件常以孔和端面联合定位，因而要求工件的定位孔与定位端面有较高的垂直度，最好能在一次装夹中加工出来。使用开口垫圈可快速装卸工件，开口垫圈的两端面应互相平行。当工件内孔与端面间的垂直度误差较大时，应采用球面垫圈图4- 10圆柱心轴1导向部分2工作部分3传动部分二、工件以内孔定位3.圆锥销图4 11所示为工件以圆孔在圆锥销上定位的示意图。圆锥销可限制工件的、三个自由度。图4 11a用于粗基准定位，图4 11b用于精基准定图4- 11圆锥销三、工件以外圆柱面定位1. V形块图4 13所示为常用V形块的结构。其中图4 13a所示的V形块用于较短的精定位基面，图4 13b所示的V形块用于粗定位基面和阶梯定位面，图4 13c所示的V形块用于较长的精定位基面和相距较远的两个定位基面。V形块不一定采用整体结构的钢件，可在铸铁底座上镶淬硬垫板，如图4 13图4- 12圆锥销与其他定位元件组合定位三、工件以外圆柱面定位图4- 13V形块的结构类型三、工件以外圆柱面定位图4- 14活动式V形块的应用三、工件以外圆柱面定位2.定位套图4 15所示为两种常用的定位套。为了限制工件沿轴向的自由度，定位套常与工件端面联合定位。用工件端面作为主要定位面时，应控制定位套的长度，以免夹紧时工件产生不允许的变形。图4- 15定位套三、工件以外圆柱面定位3.半圆套 图4 16所示为半圆套定位装置：下面的半圆套是定位元件，上面的半圆套起夹紧作用。这种定位方式主要用于大型轴类零件及不便于轴向装夹零件的定位。定位基面的精度不低于IT8IT9，半圆套的最小内径取工件定位基面的最大直径。4.圆锥套图4- 16半圆套定位装置三、工件以外圆柱面定位图4- 17工件在圆锥套中定位1顶尖体2螺钉3圆锥套四、工件以一面两孔定位图4- 18一面两销定位1圆柱销2削边销3定位平面第三节定位误差的分析计算一、定位误差产生的原因1.基准不重合误差B由于定位基准和工序基准（通常为设计基准）不重合而造成的加工误差，称为基准不重合误差，用B表示 。图4- 19基准不重合误差一、定位误差产生的原因2.基准位移误差Y基准位移误差Y来源于工件定位时定位基准面和定位元件间的作用。工件定位时，定位基准面与夹具定位元件的工作面相互作用（接触、构成配合）、形成定位关系。一批工件中的各件由于定位基面尺寸在公差范围内的变动，会造成工件在夹具中整体位置的变动。基准位移误差Y在数值上等于该位置变动带动的工序基准的变动量。(1)平面定位基准或平面定位元件如图4- 20所示，对于图4- 20a，定位元件为平面，工件以下底面作为定位基准放在平面上图4- 20平面定位基准或平面定位元件的基准位移误差一、定位误差产生的原因图4- 21圆柱面定位时的位移误差(2)内孔与外圆的配合如图4- 21所示，对于图4- 21a于外圆(定位元件相对于工件定位基面)将可以在任意方向产生位置变动，当内孔与外圆垂直方向安放时，由于配合间隙的存在，内孔相对一、定位误差产生的原因(3)外圆与V形块的V形面图4- 22所示为工件以外圆柱面在V形块中定位的情况。图4- 22V形块的V形面的基准位移误差1)当Y0、B0时，DY。2)当Y0、B0时，DB。3)当Y0、B0时，若工序基准不在定位基面上，则DYB；若工序基准在定位基面上，则DYB 。三、定位误差计算示例例4- 2在图4- 23 中，工件以外圆柱面在V形块上定位铣上平面。如图4- 23所示，工序基准的选择有三种可能，试分别对这三种可能的情况计算其定位误图4- 23工件以外圆定位的定位误差第四节夹紧装置 主编一、夹紧装置的组成和基本要求1.夹紧装置的组成夹紧装置是将工件压紧夹牢的装置。夹紧装置的种类很多，但其结构均由两部分组成。(1)动力装置产生夹紧力机械加工过程中，要保证工件不离开定位时占据的正确位置，就必须有足够的夹紧力来平衡切削力、离心力及重力等对工件的影响。(2)夹紧机构传递夹紧力要使动力装置产生的力或人力正确地作用到工件上，需有适当的传递机构。一、夹紧装置的组成和基本要求2.对夹紧装置的基本要求1)夹紧过程中，不改变工件定位后占据的正确位置。2)夹紧力的大小适当，对一批工件的夹紧力要稳定不变。3)夹紧装置的复杂程度应与工件的生产纲领相适应。4)工艺性和使用性好。图4- 24液压夹紧铣床夹具1压板2铰链臂3活塞杆4液压缸5活塞二、夹紧力方向和作用点的选择1.夹紧力的方向夹紧力的方向应有助于定位稳定，且应朝向主要限位面。对工件施加一个或几个方向相同的夹紧力时，夹紧力的方向应尽可能朝向主要限位面。2.夹紧力的作用点夹紧力方向确定以后，应根据下列原则确定作用点的位置。1)夹紧力的作用点应落在定位元件的支承范围内。2)夹紧力的作用点应落在工件刚性较好的方向和部位。图4- 25夹紧力的方向应尽可能朝向主要限位面二、夹紧力方向和作用点的选择图4- 26夹紧力作用点的位置不正确二、夹紧力方向和作用点的选择图4- 27夹紧力作用点与夹紧变形的关系3)夹紧力的作用点应靠近工件的加工表面。二、夹紧力方向和作用点的选择3.夹紧力的大小图4- 28夹紧力作用点靠近加工表面 加工过程中，工件受到切削力、离心力、及重力的作用。理论上，夹紧力的作用应与上述力(矩)的作用平衡。而实际上，夹紧力的大小还与工艺系统的刚性、夹紧机构力的传递效率等有关，而且切削力的大小在加工过程中是变化的，因此夹紧力的计算是个很复杂的问题，只能进行粗略的估算。实际应用时，并非所有的情况都需计算夹紧力，手动夹紧机构一般根据经验或类比来确定夹紧力的大小。三、典型夹紧机构1.基本夹紧机构夹紧机构的种类虽然很多，但其结构大都以斜楔夹紧机构、螺旋夹紧机构和偏心夹紧机构为基础。这三种夹紧机构合称为基本夹紧机构。1)斜楔夹紧机构图4- 29所示为几种用斜楔夹紧机构夹紧工件的实例。图4- 29斜楔夹紧机构1夹具体2斜楔3工件三、典型夹紧机构2)螺旋夹紧机构由螺钉、螺母、垫圈、压板等元件组成的夹紧机构称为螺旋夹紧机构。图4- 30螺旋夹紧机构三、典型夹紧机构图4- 31快速螺旋夹紧机构1夹紧轴2手柄3摆动压块三、典型夹紧机构3)偏心夹紧机构。图4- 32圆偏心夹紧机构圆偏心和曲线偏心两种类型。其中，圆偏心机构因结构简单、制造容易而得到广泛的应用。图4-32所示为几种常见偏心夹紧机构的应用实例:图4-32a、b用的是圆偏心轮，图4-32c用的是偏心轴，图4-32d用的是偏心叉。三、典型夹紧机构2.定心夹紧机构 定心夹紧机构具有定心(对中)和夹紧两种功能，如卧式车床的自定心卡盘即为定心夹紧机构的典型实例。图4- 33机动楔式夹爪自动定心机构1夹爪2本体3弹簧卡圈4拉杆5工件三、典型夹紧机构图4- 34弹簧夹头和弹簧心轴1夹具体2弹性筒夹3锥套4螺母三、典型夹紧机构3.联动夹紧机构在工件夹紧要求中，有时需要对工件的几个点同时夹紧，有时需要同时夹紧几个工件。这种一次操作能同时多点夹紧一个工件或同时夹紧几个工件的机构，称为联动夹紧机构。联动夹紧机构可以简化操作，简化夹具结构，节省装夹时间，因此常用于机床夹具中。图4- 35单件两点联动夹紧图4- 36单件三点联动夹紧1钩形压板2浮动盘3拉杆