页数：198页文件大小：19.66 MB来源： 机械制造装备设计ppt课件
本课件可查阅工件在夹具中的定位原理与六点定则、常用定位元件与定位误差的计算方法、夹紧装置的组成与夹紧力的确定、夹具的导向与分度装置、夹具体与连接装置，以及车床、铣床、钻床夹具与现代机床夹具的设计实例。
第一节概述
.夹具安装—生产率高，定位精度高成批及大量生产一、机床夹具的功能与类型金属切削时，工件在机床上安装的方式1.直接找正安装—精度取决于工人技术水平单件小批生产，位置要求高2.划线找正安装—精度低单件小批，复杂件，毛坯精度低
图2-10直接找正安装毛坯孔加工线找正线图2-11划线找正安装
工件装夹工件在夹具上装夹（滚齿夹具）
（一）保证加工精度
一、机床夹具的功能与类型
•机床夹具的分类按夹紧动力分：手动夹具电动夹具气动夹具磁力夹具液动夹具真空夹具按应用范围分：通用夹具成组夹具专用夹具组合夹具可调夹具随行夹具按使用机床分：车床夹具镗床夹具铣床夹具钻床夹具其它机床夹具
机床夹具三爪卡盘四爪卡盘万向平口钳分度头通用夹具回转工作台
专用夹具3LφD4零件工序简图2.5.4机床夹具
组合夹具实例机床夹具
机床夹具夹具的分类
（一）定位元件及装置*
——确定工件正确位置；
铣轴端槽夹具
（一）保证加工精度
（最基本）（二）夹具的总体方案应与年生产纲领相适应（三）安全、方便、减轻劳动强度（四）排屑顺畅（五）有良好的强度、刚度和结构工艺性
第二节工件的定位
•六点定则—用空间合理布置的六个支承点限制工件的六个自由度ZYX一、工件的定位（一）定位原理
定位原理六点定位原理XZY将6个支承抽象为6个“点”，6个点限制了工件的6个自由度，这就是六点定位原理。
六点定位原理任＿何一＿个＿物体_在空间直角坐标系中都有6个自由度——用X,Y,Z,a_,b,c_表示要确定其空间位置，就需要限制其6个自由度
★定位的误解①工件定位后，反方向还可移动——定位面与定位点应保持接触②工件被夹紧，所有自由度就都被限制了——并没有保证一批工件的一致位置
（二）定位的正常情况和非正常情况
（三）完全定位和不完全定位
定位原理完全定位与不完全定位ZYXa）ZYXb）ZYXc）ZYXd）e）ZYXf）ZYX23工件应限制的自由度
欠定位•工件加工时必须限制的自由度未被完全限制，称为欠定位。
欠定位不能保证工件的正确安装，因而是不允许的。
ZYXa）b）BBB2.4.3定位原理欠定位示例
过定位
桌子的定位定位的正常情况和非正常情况过定位允许特例工件刚度很差：可采用过定位提高工件局部刚度，减少变形；
工件定位表面和定位元件的精度很高时：不会影响定位精度，有利提高刚度。
过定位分析XYa）ZYb）ZYXY定位原理27过定位示例
主轴拉杆涨套过定位应用图2-21HSK刀柄与传统刀柄结构HSK刀柄1:107:24传统刀柄间隙主轴拉杆定位原理刀柄定位端面刀柄28配合锥面
过定位讨论•如图示，齿轮坯以内孔和一小端面定位，车削外圆和大端面。
加工后检测发现大端面与内孔垂直度超差。
试分析原因，提出改进意见。
4AA0.02间隙配合刚性心轴定位原理29过定位示例
过定位引起夹紧变形定位原理
橡胶垫过定位处理分析定位原理
定位原理
定位原理
二、典型的定位方式
、定位元件及装置（一）平面定位（1）钉支承和板支承（固定支承）圆头支承钉——粗基准定位平头钉——精基准定位花头钉——侧面粗定位板支承——大、中型零件精基准定位——要耐磨、磨平支承钉的尾柄与夹具体过盈配合H7/n6(m6)
（一）平面定位
（2）可调支承和自位支承可调支承：有一个可调整范围，调整后用螺母锁紧。
当毛坯尺寸、形状有变化时（批次间），可采用。
一般只对一批毛坯调整一次。
自位支承：
具有浮动或联动结构，具备自位功能。
用于定位基面不连续或台阶面、有角度误差等场合。
（3）辅助支承：
增加工件刚度，减少切削变形。
（一）平面定位可调支承与辅
助支承异同点：相近点：结构相似不同点：功能：可调支承——起定位作用；
辅助支承——无定位作用。
操作：可调支承——调整－定位－夹紧；
辅助支承——定位－夹紧－调整。
（二）孔定位
（1）心轴定位：锥度心轴：定心精度高，轴向定位精度较低；
刚性心轴：间隙配合——装卸容易，精度较低；
过盈配合——装卸困难，精度较高。
弹性心轴、液塑心轴、定心心轴等。
（2）定位销：
长销（圆柱）——四个自由度短销（圆柱）——两个自由度短销（菱形）——一个自由度
圆锥销定位
（三）外圆定位
（1）V型块定位：60°精度低稳定性好90°120°精度高稳定性低长V铁——四个自由度短V铁——两个自由度对中性好，可用于非完整外圆柱表面。
形块的结构尺寸
活动V形块的应用
（2）定心定位（采用各种卡头、套筒、锥套）定位套
（四）组合表面定位
第一定位基准面（主基准面）：限制自由度数最多的定位面；
第二定位基准面（导向基准）：次之，限制自由度数较多的定位面；
第三定位基准面（定程基准）：限制一个自由度。
箱体类零件——一面两销定位：顶平面——限三个自由度；
圆柱销——限两个自由度；
菱形销——限一个自由度。
•组合表面定位一面两销（一面两孔）平面—定3点圆销—定2点菱形销—定1点安装：削边方向垂直于两销连线
（一）定位误差定位误差
工序基准在加工方向上的最大位置变动量所引起的加工误差。
误差产生因素：1定位、夹紧误差——取(1/3-1/5)总偏差2对定误差——夹具相对于机床主轴（或刀具）或运动轨道位置误差3加工过程中的误差——机床、热变形、振动等。
（二）定位误差产生的原因
工件的定位基准与设计基准不重合，及定位基准与定位元件的工作表面之间存在间隙时，导致的位置变化。
误差大小：工件上被加工表面的设计基准相对于定位元件工作表面在加工尺寸方向上的最大变动量。
1.基准不重合误差∆B49由于工序基准与定位基准不重合所引起的工序基准相对于定位基准在加工尺寸方向上iBTosα的最大变动范围,△iB=Δ
定位误差计算εH＝050εA＝2ΔH
、基准位移误差ΔY：
定位基准与限位基准不重合1)工件以内孔定位(1)心轴水平放置:ΔY=(TD+Td+Δmin)/2Δmin--孔轴间隙
、基准位移误差ΔY：
定位基准与限位基准不重合(2)心轴垂直放置:ΔY=TD+Td+ΔΔ--孔轴间隙
、基准位移误差ΔY：
定位基准与限位基准不重合2)平面定位:定位基准：平面；
定位元件工作面：平面====>易加工平整，接触良好===>所以ΔY=0，即：△D=△B
外圆表面在V型块上的定位误差HBαOAYΔ=Tdα2sin23）工件以外圆定位（V形块定位
Dd0Yδ+δ单方向位移，Δ=•各种定位方法的基准位移误差①平面定位一般△Y=0②孔销定位任意方向位移，ΔY③V形块定位水平方向，△Y=02=Xmax=Dmax−d0minδ2sinα2垂直方向，ΔY=d
•定位误差的计算方法•合成法①△Y≠
【例】求图所示加工尺寸E的定位误差
解：①工序基准F，定位基准O，基准不重合ΔB=δd/2②孔销定位，单方向位移ΔY=(δD+δd0)/2③工序基准不在定位基面上，即△B与△Y不相关262B=δD+δdo+δdΔD=ΔY+Δ
【例】求图所示加工尺寸：
①工序基准G，定位基准O，基准不重合③工序基准在定位基面上，即△B与△Y+δd0)/2相关，判断方向性=(δD②孔销定位，单方向位移ΔYBDΔ=δ/2④工序基准G，定位接触点G在定位基准O的同侧，方向相反2B=δd0ΔD=ΔY−Δ
•V形块定位时不同标注的尺寸定位误差
外圆表面在V型块上的定位误差HBαOA•对于第1项要求，考虑第1种情况（工序基准为圆心O，见图），写出O点至加工尺寸方向上某一固定点（如V型块两斜面交点A）的距离：DWΔ=Tdα2sin2
•对于第2项要求，若忽略工件的圆度误差和V型块角度偏差，可以认为工序基准（工件外圆中心）在水平方向上的位置变动量为零，即使用V型块对外圆表面定位时，在垂直于V型块对称面方向上定位误差为零。
11DW1DW12Δ=Td−1α2sin22Δ=Tdα2sin2+1若工件工序基准为外圆下母线或上母线时，用同样方法可求出其定位误差分别为：H2BdOH1BOAa）b）外圆表面在V型块上的定位误差C
第三节工件的夹紧
一、要求夹紧
设计应满足的要求夹紧机构的设计原则：1保证定位准确、可靠（不能破坏定位）；
2夹紧机构必须可靠；
既要保证加工过程中工件不松动或振动，又不允许工件产生不适当的变形和表面损伤。
3操作安全、省力、方便，符合习惯；
4自动化程度与生产纲领适应。
5夹紧机构应有良好的结构工艺性，尽量使用标准件。
二、夹紧力的确定
夹紧力的确定——大小、方向、作用点（一）夹紧力方向的确定1应有利于工件定位，不能破坏定位（主夹紧力垂直第一定位基准）2与工件刚性高的方向一致（减少变形）3尽量与切削力、重力方向一致（减少夹紧力）
夹紧力方向垂直主要定位基面
（二）夹紧力作用点的选择
1与支承点“点对点”对应2作用在工件刚度高的部位3尽量靠近切削部位（抗振性)4夹紧力反作用力不应使夹具产生影响加工精度的变形
夹紧力作用点应在定位元件上方
夹紧力作用点靠近加工表面
夹紧力作用点应在工件刚性最好的地方
减小工件夹紧变形的措施
夹紧力方向对夹紧力大小的影响a)夹紧力与切削力、重力同向b)夹紧力与切削力、重力反向
（三）夹紧力大小的确定将夹具和工件看作刚性系统，以切削力的作用点、方向、大小处于最不利于夹紧时的状况为工件受力情况，计算理论夹紧力，乘以安全系数，作为实际所需夹紧力。安全系数：S＝2－3或S=S1×S2×S3×S4(S1－一般安全系数、材料性质
夹紧力大小的估计受切削力、重力、离心力和惯性力等作用力（矩）平衡设工艺系统——刚性切削过程——稳定建立力学模型，求出切削力，在最不利的瞬时，求夹紧力大小为了保证夹紧可靠，乘以安全系数FJC=KFJ一般K=1.5～3粗加工取大值，精加工取小值
铣削时夹紧力的估算
例：上图为铣削加工示意图，试估算所需的夹紧力。
根据静力平衡原理F1+F2=FRFJ1f1+FJ2f2=FR设FJ1=FJ2=FJ2fFR则2fFJ=FRf1=f2=fFJ=FR/2f加上安全系数，每块压板应给工件的夹紧力（单位为N）为不设置止推销时：J2FF=KFR
根据静力平衡原理L1+L2=FRLFJ1f1L1+FJ2f2L2=FRLf1=f2=f设FJ1=FJ2=FJ则FJf（L1+L2）=FRLFLKFJ=Rf（L1+L2）加上安全系数，每块压板应给工件的夹紧力（单位为N）为设置止推销时：J85FRLF=f（L1+L2）
（一）斜楔夹紧机构
优点：有扩力作用，可使力方向改变90°；
缺点：α较小，夹紧行程较长。
W－夹紧力；
Q－原动力；
α－楔角（6－8°）φ1,φ2－摩擦角（实际上，tgφ1=μ1,tgφ2=μ2）Qtg2+tg(α+1)86W=
88312α2α1双升角斜楔滑块夹紧机构
•斜楔的自锁条件F1≥FF1=FJtanφ1F=FJ'tan(α-φ2)FJ=FJ'tanφ1≥tan(α-φ2)φ1=φ2=φ，α≤2φ斜楔夹紧的自锁条件α≤11°～17°
•斜楔移动距离与夹紧行程的关系S夹=S动tanα一般α≤10°～14°双升角斜楔滑块机构：大升角迅速趋近工件小升角夹紧工件、自锁
（二）螺旋夹紧机构优点
扩力比可达80以上，自锁性能好，简单、方便；
缺点：动作慢，操作强度大。
W－夹紧力；
Q－原动力；
L－作用力臂；
α－螺纹升角；
d0－螺纹中径；
φ1－螺母摩擦角；
φ2－端部摩擦角；
2r’－端部当量摩擦半径。
91'102dQLtg(α+)+rtgW=
•螺旋压板夹紧机构a.移动压板b.转动压板c.翻转压板支点在后—效率低FJ=FQ/2支点中间—FJ=FQ支点在前—效率好FJ=2FQ
（三）偏心夹紧机构优点
结构简单，操作方便，动作迅速；
缺点：自锁性能差，加紧行程和增力比小；
适用范围：工件尺寸变化小，切削力小而平稳的场合。
W－夹紧力；
Q－原动力；
L－动力力臂；
－夹紧楔角；
ρ－转动中心O2到作用点P间的距离；
1－轮周作用点的摩擦角；
φ2－转轴处的摩擦角。
QLp21ρ(tg(α+)+tg)W=
•偏心夹紧机构
（四）其它夹紧机构
1铰链夹紧机构：2定心夹紧机构：1定位——夹紧元件按等位移原理来均分工件定位的尺寸误差，实现定心或对中。
2定位——夹紧元件按均匀弹性变形原理来实现定心夹紧。
（四）其它夹紧机构
（四）其它夹紧机构
机械传动式定心夹紧机构
10
液性介质定心夹紧机构
（3）联动夹紧机构设计联动夹紧机构应注意如下几点：1仔细进行运动分析和受力分析，确保设计图能够实现；
2保证各处夹紧均衡，运动不干涉；
3各压板能很好的松夹，以便装卸工作；
4注意整个机构和传动受力环节的强度和刚度；
5提高可靠性，降低制造成本。
单件双向多点联动夹紧机构
多件单向联动夹紧机构
多件单向联动夹紧机构
单件单向联动夹紧机构
单件双向联动夹紧机构
(一)气动夹紧装置优点
传输、分配方便，干净；缺点：尺寸较大，有排气噪音，夹紧力小。
第四节机床夹具的其它装置
一、孔加工刀具的导向装置
刀具的导向是为了保证孔的位置精度，增加钻头和镗杆的支承以提高其刚度，减少刀具的变形，确保孔加工的位置精度。
（一）钻孔的导向装置——钻套固定钻套:中小批量,只钻一次可换钻套:中批以上快换钻套:钻－扩－铰特殊钻套：特殊场合
（二）镗孔的导向
——镗套固定镗套：v≤20m/min回转式镗套：v>20m/min1内滚式镗套：尺寸大，精度高，后导向2外滚式镗套：尺寸小，精度低，前导向镗杆的螺旋导向：镗孔直径大于镗套内径时，若镗刀在镗模外侧安装，则需加引刀槽。
镗杆进入镗套时，导向槽进入镗杆的键槽中，此时，镗刀与镗套的引刀槽对正。
二、对刀装置
（铣床、刨床）为调整刀具相对于工件的位置，可设置对刀装置。
对刀块对刀面的位置应以定位元件的定位表面来标注，该位置尺寸加塞尺厚度等于工件加工面与定位基准面间的尺寸。
试切法对刀时，不用对刀块
塞尺对刀块对刀块及定位键塞尺SHh
三、夹具体及夹具与机床的联接装置
第五节机床专用夹具的设计要点
（一）准备工作
1明确工件的年生产纲领；2熟悉工件零件图和工序图；3了解本工序的加工内容。
二、夹具装配图上应标注的尺寸和技
术条件目的是为了检验本工序零件加工表面的形状，位置和尺寸精度在夹具中是否可以达到，为了设计夹具零件图，也为了夹具装配和装配精度的检测。
（一）尺寸标注1轮廓尺寸；
2与机床的联系尺寸（安装）；
3与刀具的联系尺寸；
4配合尺寸、种类、精度；
5各关键元件装配后的位置尺寸及公差。
上述联系尺寸和位置尺寸的公差，一般取工件的相应公差1/3-1/10，最常用的是1/3。
（二）技术要求标注
1定位元件的定位表面间相互位置精度；
2定位元件的定位表面与夹具安装基面、定向基面间位置精度；
3定位表面与导向元件工作面间的位置精度；
4各导向元件工作面间的位置精度；
5定位表面、导向工作面与检测基准的位置精度。
三典型机床夹具及设计要求(一)钻床夹具(二)铣床夹具(三)镗床夹具(四)车床夹具
翻转式钻模
固定式钻模
翻转式钻模
(二)铣床夹具铣床夹具
(二)铣床夹具
连杆铣八槽夹具
（三）镗床夹具镗床夹具广泛
用于一般镗床和组合镗床。
镗床夹具一般带有镗套，因此习惯上也将其称为镗模。
镗模根据其镗套支架的布置形式可分为单面导向和双面导向两类。
单面导向是只在工件一侧有导向支架，若布置在刀具前面，称为前导向；
若布置在刀具后面，称为后导向。
双面导向是在工件两侧都布置有导向支架。
常用的导向型式有：
（三）镗床夹具D>
60，ｌ/D<1的通孔
（四）车床夹具车床夹具安装
在车床主轴端，带动工件旋转，主要用于加工工件的回转面、端面等。
车床夹具有以工件外圆定位的各种卡盘、夹头，有以工件内孔定位的各类心轴，有以工件顶尖孔定位的顶尖、拨盘等。
三、设计实例
实例
定位方案图143一面有两个安装位置铣四槽
1461/3（±0.06）d1=D1min=42.6g6d2=（D2-△2min）h
夹紧方案图
对刀块及定位键塞尺对刀块塞尺S148Hh
夹具总图
＜
＜±30'
＜0.2（未注）
连杆铣两面8槽夹具图
实例2.转向器壳工艺及侧孔夹具设计转向器壳的材料选用QT420-10（球墨铸铁），大批量，采用专用工装设备.按照加工侧孔工序卡所确定的工装设计任务书的要求设计该工序所用的专用夹具。
1.制订加工转向器壳的工艺方案：10车侧盖平面及镗孔20车安装面及端面、内孔30侧盖面钻四孔（钻孔组合机床钻侧盖面孔专用夹具）40侧盖面四孔倒角50粗镗轴承孔及粗车上盖面60粗镗铣两轴线内孔及平面70压衬套80精镗铣两轴线内孔及平面90钻油咀孔100油咀孔倒角110油咀孔攻丝120上盖面钻孔，倒角攻丝，侧盖面攻丝130清洗内部污物转向器壳侧孔夹具设计钻侧盖面四孔
.夹具设计步骤：
1依据工装设计任务书和零件的工艺规程2确定工件定位方案3确定工件的夹紧方案4刀具导向对刀方式等5确定夹具其他组成部分（如夹具体）的结构形式6绘制夹具总图7标注总图上各部分必要尺寸及技术要求8标出零件编号和填写零件明细表与标题栏9绘制夹具零件图
C侧盖面四孔3定位工艺凸台定位基准孔防转挡销面161方案设计——转向器壳定位基准及加工侧盖面四孔
转向器壳定位基准及加工侧盖面四孔侧盖面四孔3定位工艺凸台定位基准孔防转挡销面三维图
方案设计定位方案（工序图分析后确定）+
刀具的对刀或引导方式由钻孔组合机床上的悬挂式钻模板和夹具上的导柱完成
夹紧方案F工件确定夹具夹紧结构
确定夹具夹紧结构
夹紧力的计算本道工序是对侧盖面上四个孔的钻削加工，在钻孔的过程中，钻削转距M钻迫使工件有转动趋势，则靠由压块夹紧所产生的摩擦力矩来克服。M切=
绘制夹具总装图夹具总图按国家标准绘制，比例取1：1，主视图取操作者实际工作位置绘制夹具总图顺序：用假象线（双点划线）画出工件轮廓（注意将工件视为透明体，不挡夹具），并应画出定位面、夹紧面和加工面；
画出定位元件及刀具引导元件；
按夹紧状态画出夹紧元件及夹紧机构（必要时用假象线画出夹紧元件的松开位置）；
绘制夹具体和其他元件，将夹具各部分连成一体；
标注必要的尺寸、配合、技术要求；
对零件进行编号，填写零件明细栏和标题栏。
具体图见图号：QKZ001.11.J2900绘制非标准件图：对夹具总图中的非标准件均应绘制零件图,零件图视图的选择应尽可能与零件在总图上的工作位置相一致夹具精度校核（略）本夹具定位准确，夹紧迅速可靠；
夹具本身也有足够的刚度；
操作方便，基本上可以满足本工序加工要求。
夹具总装图
实例3.加工连杆小头孔夹具设计示例加工连杆小头孔工序图图示为连杆加工小头孔工序简图（材料45，毛坯为模锻件，年产量500件，所用加工机床立式钻床Z5025172
孔的加工要求173120±0.05//0.05孔壁厚均匀，且需钻扩铰加工连杆小头孔工序图
定位方案
刀具导向装置钻扩铰须用快换钻套（机床对应有快换夹头）固定钻模板
夹紧方案开口垫圈
夹具体周边接触加工部位加辅助支承177相关配合
位置要求
铣键槽夹具设计
现代机床夹具的发展趋势
T形槽系组合夹具的系列
思考题：
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