第第7章章 机床夹具设计机床夹具设计临沂大学机械工程学院临沂大学机械工程学院第第1节节 机床夹具概述机床夹具概述第第2节节 工件在夹具上的定位工件在夹具上的定位第第3节节 工件的夹紧工件的夹紧第第4节节 各类机床夹具各类机床夹具第第7章章 机床夹具设计机床夹具设计第第1节节 机床夹具概述机床夹具概述1、机床夹具、机床夹具 机床夹具是在机床上用以装夹工件的一种装置，其作用是使工件相对于机床或刀具有个正确的位置，并在加工过程中保持这个位置不变。2、机床夹具的组成、机床夹具的组成 (1).定位元件：定位元件：确定工件在夹具中位置的元件。 (2).导向元件：导向元件：用以引导刀具或调整刀具相对于夹具的位置。如：钻套、对刀块。 (3).夹紧元件：夹紧元件：确定夹具与机床或夹具与刀具的元件。(4) .连接元件：连接元件：用以确定夹具在机床上的位置并与机床相连接。(5).夹具件：夹具件：基础件，用于安装其它元件，形成整体(4).其它辅件：其它辅件：夹紧用的扳手，操作手柄，分度机构等。如下图所示：二、机床夹具的分类二、机床夹具的分类1、分类方法、分类方法：1)按夹具的应用范围：按夹具的应用范围：通用夹具、专用夹具、可调夹具、组合夹具、随行夹具；2)按加工类型：按加工类型：车床夹具、钻床夹具、镗床夹具、磨床夹具、数控机床夹具等；3)按夹紧力来源：按夹紧力来源：手动夹具、气动夹具、液压夹具、电磁夹具、真空夹具。机床夹具通常按夹具的应用范围进行。(1)通用夹具通用夹具：指已标准化，通用化好，可用于加工同一类型，不同尺寸工件加工的夹具。如：三爪长盘、四爪长盘、平口钳、回转工作台、万能分度头、磁铁吸盘。适用场合：广泛用于单件，小批量生产中。(2)专用夹具专用夹具：指的是专为某一工件的某道工序而设计制造夹具，这种夹具“刚性”大，即当产品变换或工序内容变更后，往住无法使用。因此适用于产品固定、工艺相对稳定、批量大的加工过程。(3)可调夹具：可调夹具：是指经调整或更换个别元件，即可加工多种工件的夹具。这种夹具主要用了加工形状相似，尺寸相近的工件的加工。(4)组合夹具（拼装夹具）：组合夹具（拼装夹具）：这种夹具是在夹具零部件完全标准化的基础上，根据积木化原理，针对不同的工件对象和加工要求，拼装组合则成夹具。构成夹具的各零部件，在工件加工完后，可拆散成各种元件，组合成适用其它产品加工要求的夹具。（图示见下页）当今生产发展趋势：多品种、小批量。由此导致对生产装备的要求是高效、快捷的柔性系统。(5)随行夹具：随行夹具：切削加工中随安裝好的工件在各工位间被自动运送转移的机床夹具。随行夹具主要是在自动生产线加工中心中、柔性生产线。三、机床夹具的作用三、机床夹具的作用(1)保证加工精度，降低工人等级保证加工精度，降低工人等级加工精度包括：尺寸精度、几何形状精度、表面相互位置精度。使用夹具最有利于保证表面相互位置精度。如：在摇臂钻加工孔系 夹具：可达0.100.20mm 划线找正：0.41.0mm(2) 提高劳动生产率，降低加工成本提高劳动生产率，降低加工成本无找正，对刀等时间，工件装卸迅速，从而大大减少了工件安装的辅助时间，同时易于实现多件加工，多工位加工，特别适用于加工时间短，辅助时间长的中、小工件的加工。(3) 扩大机床工艺范围扩大机床工艺范围扩大机床的功能，实现一机多用。如在车床上利用镗夹具，进行镗孔。利用铣夹具，进行铣槽。 (4) 减轻工人劳动强度，保证安全生产。减轻工人劳动强度，保证安全生产。基本概念基本概念 定位基准定位基面限位基准限位基面定位方式定位方式用六点定位原理进行定位分析时，以定位点来消除自由度，在实际应用中，不可能是点，而应该是各种定位元件,工件的定位表面有各种形式：如平面，内孔，外圆，成型面，组合表面等，对这些表面应采用不同的方法来实现。定位设计时应做的工作及步骤：定位设计时应做的工作及步骤：A）根据加工零件的工序要求合理布置支承点B）正确考虑定位方法C）选用恰当的定位元件第第2节节 工件在夹具上的定位工件在夹具上的定位一、常用定位方式与定位元件一、常用定位方式与定位元件工件常用定位表面工件常用定位表面以平面定位以内孔定位以外圆表面定位以平面定位以平面定位基本支承辅助支承固定支承可调支承自位支承支承钉、支承板基本支承：基本支承：限制自由度，真正起定位作用辅助支承：辅助支承：不限制自由度，起预定位、增加工件和夹具刚性等作用（一）工件以平面定位（一）工件以平面定位1基本支承(1)固定支承：固定支承：安装到夹具上后，不可拆卸或调节。分为支承板和支承钉。支承钉：用于小平面未加工或已加工表面的定位。a.分类：平头：用于经过精加工的表面，面接触。球头：点接触，可保证接触位置相对稳定，但易磨损，夹紧时使加工表面产生压陷，产生较大安装误差，不易使几个支承钉保持在同一平面内，用于精加工中网纹顶面：与定位面摩擦力较大，可住阻碍工件移动，加强定位稳定性，精中易积屑，多用在粗糙表面的侧面定位。b.支承钉尾部与基体孔的配合：过盈配合：H7/r6或H7/n6加中间套(可换)：套与夹具体上孔为过盈配合，套与支承钉尾部可选过渡配合H7/js6c.支承钉布置原则：三点：组成的平面面积尽可能大二点：距离尽可能长一点：应与切削力方向对应支承板支承板用于较大已加工平面的定位，所以常出现在精基准定位中，一个支承板的作用，相当于两个支承钉，消除两个自由度。a.结构形式及应用场合：A型型制造简单，常用于侧面定位B型型切有斜槽，易于清屑，常用于底面定位b.应用场合：用于难以用支承钉布置成合适的、稳定的定位中。工件刚度不足，定位面又小,并且切削力不能恰好作用在支承上。图(a)薄板上钻孔，支随钉使工件变形。图(b)承受较大力的场合，保护精加工表面。方便安装：如侧面支承板取代两支承钉，可避免长死。c. 材料：材料：D12的支承钉和小型支承板，用较好的T7A钢，淬硬HRC60-64对D12的支承钉和大型支承板，一般用20#钢渗碳淬火，渗碳深度为0.81.2mm,硬度至HRC6064d.注意注意为保持几块支承板在同一平面上，在装配后应将顶部进行统磨。有精度要求或使支承板装配牢固，需加定位销。(2)可调支承可调支承 可调支承可调支承:适用于毛坯分批制造，其形状和尺寸变化较大的粗基准定位并适用于同一夹具加工形状相同而尺寸不同的工件及专用可调夹具或组合夹具中。方法：方法：一批工件调整一次，调整后应锁紧。(3)自位支承自位支承 （浮力支承）（浮力支承）特点：特点：有定位元件有多个工作点与工件接触，定位元件在定位过程中所处的位置，随工件定位基准面位置的变化而自动与之适应，其作用相当于一个固定支承，因此，只限制一个自由度。由于增加了与工件定位基准面接触的点数，故可提高工件的安装刚性，适用于以粗基准定位，刚性不足或不连续表面的定位。注意：设计自位支承时，应考虑可动部分有足够的摆动余动。2、辅助支承、辅助支承a. 特点：特点：根据六点定位原理，工件定位原理，工件定位夹紧后，若工件刚性很差，在切削力和夹紧力的影响下，会发生变形和振动。为此，需增加辅助支承，减小变形，以提高刚性和稳定性。b.作用：作用：由于辅助支承是在工件定位后才参与支承，因此不起任何消除自由度作用，只起减小工件变形和振动的作用。各种辅助支承在每次卸下工件后，必须松开，装上工件后再进行调整和锁紧，另外，辅助支承不应破坏原有定位。c.应用场合：应用场合：起预定位作用提高夹具工件的稳定性提高工件的刚性d.结构形式：结构形式：螺旋式：结构简单，易顶起工件，用限力板手，逐个调整、效率低、常用于单件小批生产中自位式：效率高，弹簧力不可太大，保证自锁推引式：适用于工件较重，切削负荷大的场合（二）工件以外圆定位（二）工件以外圆定位工件以内孔定位时，常用的有V形块、定位套筒及剖分套筒、自动定心机构（三爪长盘、弹簧夹头、锥孔、自动定心夹头）1. V形块形块V形块的定位情况：a. V形块结构：形块结构：(已标准化）常取90或120工艺槽：降低应力集中，便于v形工作面加工。支承面和底面精度要求较高安装时，需采用定位销孔(有定位销孔和安装孔)b.特点：特点：对中性好（水平方向）所定位的水平轴中心位置（垂直方向），随V形块夹角及工件直径的误差而发生变化V形块装在夹具体C时，除用螺钉紧固外，还要加装定位销c. 材料：材料：20钢,热处理：渗碳深度0.8-1.2mm,淬硬HRC60-64，大型V形块，可用铸铁在支承面C镶以碎硬耐磨的钢板d.主要结构参数：主要结构参数：V形块已标准化，绘制V形块工作图时，可不绘制图形，但应注明尺寸C、H、h尺寸h：h0.5D用于大直径定位h1.2D用于小直径定位H：用于检验形块精度2.定位套筒及剖分套筒定位套筒及剖分套筒定位套筒定位套筒特点：元件结构简单，定心精度不变；当工件外圆与定位圆孔配合较松时，易使工件倾斜，可考虑利用套筒内孔及端面一起定位；当端面大时，定位孔应短些，以避免产生过定位。定位套与夹具体配合： 小：H7/r6或H7/s6 较紧大：N7/R6或H7/js6 较松，装入后再用螺钉拧紧剖分套筒剖分套筒 主要用于大型轴类零件的精密轴经定位，以便于安装。结构:下半孔起定位作用 上半孔起夹紧作用剖分套筒3.外圆定心夹紧机构外圆定心夹紧机构（三）工件以内孔定位（三）工件以内孔定位工件以内孔定位时，常用的有：定位销、定位心轴、自动定心机构（如三爪卡盘、弹簧心轴等。1.定位销定位销：通常结合端面定位结构形式：a.d10d太小，不宜开退刀槽，轴肩下埋；b.d10带有台肩，端面定位可避免夹具体磨损；c.d16凸肩与退刀槽合二为一；d.可换式：用于大量生产中，易于更换，更换时为避免破坏夹具体加上衬套，定位销与衬套配合H7/js6、H7/n7另外还有一种定位销：圆锥销特点：定心好，轴向定位精度不高，常用于浮动定位中2.刚性心轴刚性心轴根据工件的形状和用途的不同，定位心轴的结论形式很多，常用的有下列几种形式：a.带小锥度的心轴（带小锥度的心轴（1/50001/1000）：）：限5个自由度，定心精度高，可达0.0050.01mm，但轴向位移大，传递扭矩小，使用于精加工中。b.圆柱形心轴：圆柱形心轴：工件与心轴定位部分为过盈配合采用r6、s6配合，轴向位置较固定（通过限位套）前编加有导向部分，与工件为间隙配合的保证工件用手能自由套入c.心轴：心轴：工件与心轴为间隙配合，心轴采用h6、g6、f7制造，同心度不高，装卸方便，端部夹紧。d.花键心轴花键心轴3.内圆定心夹紧机构内圆定心夹紧机构用于内孔的定心夹紧机构，其作用原理与外圆定位时是一样的。区别仅在于孔定位时，支承等速远离中心移动，与工件孔表面接触。孔用涨紧套（四）工件以组合表面定位（四）工件以组合表面定位以上所述的定位方法，全指工件以单一表面定位。实际上，零件往往是以几个表面同时定位的，例如:用两个平行孔、两个平行阶梯表面、阶梯轴的两个外圆等等，这都称为“工件以组合表面定位”。工件以组合表面定位时，几个定位表面间的相互位置，总是具有一定的误差，若将所有的支承元件都做成固定的，工件将不能正确定位甚至无法定位。因而，在组合表面定位时，必须将其中的一个（或几个）支承做成浮动的，或虽是固定的，但能补偿其定位面间的误差。1.以轴心线平行的两孔定位（一面两孔）以轴心线平行的两孔定位（一面两孔）工件以两孔定位的方式，在生产中普遍用于箱体类大、中型零件的加工中，如机床主轴箱、发动机机体。以一面两孔定位以一面两孔定位用箱体的两孔及平面定位的分析用箱体的两孔及平面定位的分析若以两个圆柱销作定位件时，常会产生过定位现象，造成后果：工件可能无法安装。解决办法：解决办法：(1)右孔与右销间给予较大的配合间隙，足以补偿工件两孔和两销中心距的误差，但这样定位误差较大有时也会造成工件位置的偏斜。(2)将右边定位销在两销连心线的垂直方面削去两边，做成削边销，这样在此连心线方向上获得间隙补偿；能使工件两孔与两销顺利安装且使定位较准确。比较：比较：方法1简单，但增大转角误差。方法2更为科学。削边销的宽度计算，应考虑在图纸规定公差范围内的任一工件，都能保证装到夹具的两定位销上，这要分析可能出定位削边销的宽度计算削边销的宽度计算干涉的极限情况。图中图中为工件装在夹具上的一种极限位置，这时为：（O1为孔1及销1的中心；O2为销2的中心，O2为销2的中心）干涉最容易发生在：干涉最容易发生在：工件两孔的直径最小：D1min,D2min夹具两销的直径最大：d1max,d2max且销距与孔距偏差向相反方向。如：工件两孔的孔距最大：L+Lg，而夹具两销的销距最小：LLx工件两孔顺利装到销上的条件：工件两孔顺利装到销上的条件：工件两孔与顺利装到夹具两销上的最小间隙为：1=D1mind1max2=D2mind2max若假定工件安装时，左边的孔、销两中心O1重合；右边孔中心的偏移量这时为：由于这一偏移，使销2与孔2产生了新月形的干涉区（图中的阴影部分）。如果将销2的削边后宽度b，便不再发生干涉。而b的大小，即可按几何关系进行计算：（1）代入（1）式，得：考虑孔1与销1之间的补偿作用，得削边销宽度为：生产中，削边销宽度b常按工件孔的基本尺寸D2选定。削削 边边 销销 的的 尺尺 寸寸再根据，d2maxD2min2min可算出削边销的尺寸及偏差。设计一个圆柱销、一个削边销的各有关定位尺寸。（1）确定两定位销的中心距尺寸及偏差）确定两定位销的中心距尺寸及偏差销 距 的 基 本 尺 寸 （ Lx） 与 孔 距 的 基 本 尺 寸 （ Lg） 相 同 ， 其 偏 差 为 ： Lx Lg。注意：注意：若工件孔间距上、下偏差在零件图上非对称分布时，应将其转化为对称形式。（2）确定圆柱销直径尺寸（）确定圆柱销直径尺寸（d1）及偏差）及偏差通常以该工件孔的最小尺寸（D1min）作为圆柱销的基本尺寸（d1），其配合的偏差一般以g6（或f7）选取。（3）选定削边销基本尺寸（）选定削边销基本尺寸（d2）及偏差）及偏差一般以d2max作为削边销的基本尺寸，与该孔的配合可选取为h6。若工件在垂直平面定位后，再将工件左端外圆、用圆孔或V形定位时，则工件右端外所用的V形块，一定要做成浮动结构，这时只起限制一个自由度的作用，否则就会过定位。2.以轴心线平行的两个圆表面定位以轴心线平行的两个圆表面定位两个零件（a）、(b)，均需以大孔及底面定位，加工两个小孔。可以有两种定位方案，视其加工尺寸要求而定。根据其准重合原则，如图（a）零件应选用图(c)方案：即平面用支承板定位，3.以一个孔和一个平行于孔中心线的平面定位以一个孔和一个平行于孔中心线的平面定位孔用削边销定位，且削边方向应平行于定位平面，以补偿孔中心线与底面间距离的尺寸误差公差。再如图（b）零件则宜采用图（d）的方案，即孔用圆销定位，而平面下方则加入梯形块可使定位平面升降，以补偿工件孔与平面间的尺寸误差。1）定义一批工件逐个在夹具上定位时，各个工件在夹具上所占据的位置不可能完全一致，以致使加工后各工件的加工尺寸存在误差，这种因工件定位而产生的工序基准在工序尺寸上的最大变动量，称为定位误差定位误差，用D表示。二、定位误差的分析与计算二、定位误差的分析与计算2）定位误差的组成）定位误差的组成1基准不重合误差2.基准位移误差基准不重合误差当定位基准与设计基准不重合时便产生基准不重合误差。因此选择定位基准时应尽量与设计基准相重合。当被加工工件的工艺过程确定以后，各工序的工序尺寸也就随之而定，此时在工艺文件上，设计基准便转化为工序基准。设计夹具时，应当使定位基准与工序基准重合。当定位基准与工序基准不重合时，也将产生基准不重合误差，其大小对于定位基准与工序基准之间尺寸的公差，用B表示。工序基准与定位基准之间的尺寸就称为定位尺寸。基准位移误差工件在夹具中定位时，由于工件定位基面与夹具上定位元件限位基面的制造公差和最小配合间隙的影响，从而使各个工件的位置不一致，给加工尺寸造成误差，这个误差称为基准位移误差，用Y表示。基准位移误差的大小对应于因工件内孔轴线与心轴轴线不重合所造成的工序尺寸最大变动量。当定位基准的变动方向与工序尺寸的方向相同时，基准位移误差等于定位基准的变动范围，即 Y=i当定位基准的变动方向与工序尺寸的方向不同时，基准位移误差等于定位基准的变动范围在加工尺寸方向上的投影，即Y=icosa合成法合成法定位误差由基准不重合误差与基准位移误差两项组合而成。计算时，先分别算出B和Y，然后将两者组合而成D。组合方法为：如果工序基准不在定位基面上：D=Y+B如果工序基准在定位基面上：D=YB定位误差的合成方法定位误差的合成方法式中“+”、“-”号的确定方法如下：1）分析定位基面直径由小变大（或由大变小）时，定位基准的变动方向。2）当定位基面直径作同样变化时，设定位基准的位置不变动，分析工序基准的变动方向。3）两者的变动方向相同时，取“+”号，两者的变动方向相反时，取“-”号。1.工件以平面定位2.工件以外圆柱配合面定位3工件以外因在v形块上定位第第3节节 工件的夹紧工件的夹紧3.夹紧力大小的估算4、常用夹紧机构第第4节节 各类机床夹具各类机床夹具镗床夹具4、成组夹具与组合夹具（1）成组夹具（2）组合夹具