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第一节机床夹具概述一、机床夹具及组成完成工件安装的工艺装备称为夹具。例：加工平面对工艺装备的要求第六章机床夹具设计2023/2/6（1）保证上与下面平行（2）保证工件不动机床夹具的组成（图6－1）1.定位元件——与工件定位基准配合。图中为“一面两销”（N面）2.夹紧装置——用于夹紧工件，图中为螺栓，螺母，压板3.对刀元件——确定刀具与夹具的相对位置，图中为对刀块（配合塞尺）2023/2/62023/2/63.可调夹具、成组夹具——可加工结构相似的各种零件，可应用于成组加工工艺中。4.组合夹具——由一套标准化的夹具元件，按要求拼装而成，组合夹具站（或中心）的支持。5.随行夹具——用于自动线或柔性制造系统。工件安装在该夹具上，运输装置把夹具输送往各个机床，并在各机床上定位和卡紧夹具。各工序加工全部完成后，卸下工件。其它分类方式：按机床分类，按动力源分类等。2023/2/6三、机床夹具的功用（1）保证加工质量（精度）（2）缩短辅助时间，一般有T基+T辅>75%T单（3）扩大机床使用范围（4）改善劳动条件2023/2/6第二节工件在夹具的定位一、常用定位方法与定位元件1.工件以平面定位（1）固定支承（图6－2）支承钉、支承板（2）可调支承（图6－3）——在一批零件的加工过程中，其作用同固定支承（即每批毛坯调整一次）（3）自位（浮动支承）——限制1个自由度。多点支承，支承稳定性，刚性好。（图6－4）（4）辅助支承（图6－5）——不限制自由度，可增加稳定性和刚性（夹紧后支承，且不破坏原定位）2023/2/62023/2/62023/2/62023/2/62023/2/62023/2/62023/2/62、支承定位(V型块)α角：60度、90度、120度。（图6－10）2023/2/6V型块主要设计参数T——检验心轴中心高（V型块零件图上需标注）D——由工件确定N，H——参照标准选定（或经验公式计算）α=90度时，T=H+0.707D-0.5NV型块的设计标准GB2208-80(尺寸、材料、热处理等。)2023/2/6（四）工件以其它表面定位（图6－11、12）锥度心轴，渐开线齿面等。（五）定位表面的组合形式（图6－13）2023/2/6

2023/2/6二、定位误差的计算1.定位误差——工序基准在加工尺寸方向的最大变动量。△定=△不+△位置△不——基准不重合误差。工序基准相对于定位基准在加工尺寸方向的最大变动量。△位——基准位置误差。定位基准制造误差。2023/2/6定位误差分析举例：2023/2/62.用几何方法计算定位误差画出定位简图画出工件变动的极限位置，根据几何关系求解（工序尺寸方向的最大变动量）例6-2孔与销间隙配合，工序基准为孔心时的定位误差计算。（图6－17）第一种情况：孔与销可在任意边接触（销垂直安放，a图）定位基准为孔的中心线，基准重合；∴△不=0△位=孔与销的配合与公差2023/2/62023/2/6△定位与销的直径无关。（Td只与O的位置有关）2023/2/6例：工件以一面两孔定位（图6-18），限制自由度分析：平面销1限制销2限制所以向过定位消除过定位的方法方法1——减小销2直径2023/2/62023/2/6入上图所示：孔中心距最大值销中心距最小值孔径最小值：D1，D2销径最大值：d1=D1-△1min，d2=D2-△2min∴考虑：△2min及△1min缺点：限制方向的定位误差增大2023/2/6方法2——采用菱形销，如图6－18。优点：转角定位误差小b——菱形销宽度菱形销的设计步骤（尺寸标准化，表6－1）（1）确定两销中心距尺寸及其公差（Tlk为已知）（2）按孔的最小尺寸确定圆柱销基本尺寸，其公差一般取g6或f7。（3）确定菱形销：按公式6-2计算，按表6-1选取b，其公差一般取h6或h7。2023/2/6［例6-1］按图6-1设计两销定位的有关尺寸。解：1)选取LX=57±0.02(工作孔距57±0.06)2)选取圆柱销：d1=φ42.6g6(工件大孔定位)

3)按表6-1选取菱形销b=4，4)按公式（6－2）计算最小配合间隙△2min=0.035)按公差h6得到d2=φ15.3－0.030－0.0412023/2/62023/2/6一面两孔定位时的定位误差(图6－18)2023/2/6销1限制方向

销2限制方向

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［例6-3］图6-1所示夹具的解：1.工序尺寸公差及技术要求①槽深②槽中心线与轴线夹角③槽中心平面过大孔轴线2.各方向定位误差的计算2023/2/6

①平面定位误差（与槽深相关）

△dw=△不=T14.3=0.1mm

②角度定位误差（与45°夹角相关）

③方向位误差（与槽中心平面过大孔轴线相关）△dw=△位=D1max-d1min=0.1+0.025=0.125mm2023/2/6

(二)用微分法计算定位误差外圆在V型块上定位的定位误差（1）工序基准为中心线时,尺寸H的定位误差△dwH

建立几何关系式（图6－19）2023/2/62023/2/6对关系式求全微

用微小增量（公差）代替微分2023/2/6忽略V型块的角度误差（角度误差为定值）（2）不同工序基准时，尺寸H1、H2定位误差（3）键槽中心线对称度的定位误差△dw=02023/2/6注：定位误差与加工方法1）当采用夹具安装调整法加工时（对刀块、塞尺对刀），应计算定位误差。2）当采用试切加工（试切－测量－试切）时，不考虑定位误差。3）数控机床加工，当采用夹具安装调整法加工时，同样应考虑定位误差的影响。2023/2/6第三节工件夹紧一、对夹紧装置的要求1．夹紧时保证定位时的状态2．夹紧安全可靠3．夹紧操作方便、省力、安全4．结构合理、力求简单、紧凑、标准化夹紧机构设计的核心：夹紧力2023/2/6二、夹紧力的确定夹紧力三要素：大小、方向、作用点1.夹紧力方向的选择（1）垂直于主要定位基准面（不破坏定位）图6-202023/2/6（2）与工件刚度最大方向一致（工作变形最。┩6-212023/2/6（3）与受力方向一致（夹紧力最。┩2-20图（b）中的定位块起到了止动块的作用。2023/2/6其它夹紧力方向与切削力方向的选择举例钻削时的轴向切削力Fz起到夹紧力的作用，此时夹紧力Fj的作用只是防止工作振动。（切入、切出时除外）2023/2/62.夹紧力作用点的选择（1）靠近支承面的几何中心。（夹紧稳定）图6-232023/2/62.夹紧力作用点的选择（2）作用于刚度较大处。（工作变形最。┩2-222023/2/6（3）靠近加工点。（减小振动和变形）图6-25（三）夹紧力大小的估算取决于F切、M切、G的大。较蚣白饔玫。2023/2/6步骤：（1）根据工序几各计算切削力F切和切削扭矩M切。（2）根据力学平衡条件计算最小夹紧力FJ（3）根据加工情况确定安全系数K。例：车削时夹紧力估算（图6-26）2023/2/6铣削时夹紧力估算图6-27（表6－2）摩擦系数2023/2/6三、常用夹紧机构1.斜楔夹紧机构（图6－28）夹紧力公式：斜楔的自镇条件：α≤φ1＋φ2增力、变向，增力系数：α。隽Υ，但工作行程增加，夹紧行程小2023/2/62023/2/62.螺旋夹紧机构（图6－29）其中：——螺纹副的当前摩擦角。表6-3——螺母端面、螺杆端部与工件的摩擦角——螺杆端部与工件的当前摩擦半径。表6-4——以手柄长度为准2023/2/62023/2/6夹紧力大小的实验测定公式：(常用标准螺距的螺栓)

Ts——作用力矩(N·cm)螺旋夹紧机构特点:简单、可靠(自锁性好)增力比大,一般为手动，费时、费力。三角螺纹一般有:α=2～4°2023/2/6螺栓与压板组合（图c）形成设计要点(1)支点位置(2)压板应水平,工件高度不同时,应能适当调整.(3)压板应设计复位装置.(图6-29)中弹簧..(4)螺栓应止动(图6-29)中止动螺母,止动螺钉(5)勾形压板受力分析(图2-29.d)2023/2/6W=2023/2/63.偏心夹紧机构（图6－33）分类：圆偏心,曲线偏心1）圆偏心的几何特性当γ由0→π则h由(R－e)→(R+e)，实现夹紧。2023/2/6楔角αx的变化（图6-33b）γ=0，αx=0α=90°－γ时，αx=αmax≈arctg(e/R)所以αx为变值。2023/2/62）自锁条件由α≤φ1＋φ2，且忽略φ2有φ1

——轮周作用处与工件摩擦角。φ2

——转轴处摩擦角。近似（可保证安全性）。当μ＝0.15时，——对偏心机构的结构要求之一。 2023/2/63）夹紧力估算：

F1＝F1X＝F1cosα（F1X相当于斜楔所受水平推动）按斜楔夹紧力计算公式2023/2/64）夹紧行程在P点左右，±45°L行程=h2－h1＝2esin45°≈1.4e偏心轮工作行程要求。L行程=L工作+间隙+储备△间隙=0.5△储备=0.5设计步骤:由L行程→e，根据自锁条件→D。结构特点:夹紧行程小,夹紧力小,自锁性差,夹紧动作迅速结构紧凑。2023/2/62023/2/64.铰链夹紧机构铰链和杠杆的组合夹紧机构（图6－34）销轴3为受力体水平拉力Q即原始力FS滚子对销轴的全反力F,与销轴处摩擦圆相切.臂1的全反力N,它与上下销轴两处摩擦圆相切.Q、F、N三力处于静力平衡垂直方向分力为Fj2023/2/62023/2/6、——当量摩擦角。与臂两端铰链销轴半径r和两孔中心距L有关。与滚子销轴半径和滚子半径R有关。铰链夹紧机构特点：动作迅速，增力比大，一般不自锁，摩擦损失。视糜谄芯。注：在手册中可查到各种结构的增力比。2023/2/6设计注意事项：1）与保持最小安全储备倾角（αe≥5°）2）夹紧行程与气缸行程的效验（用双点划线表示）5.定心夹紧机构定位：夹紧同时完成。△定=0，常用于中心线、对称面为工序基准的工件夹紧。例如：工件的外圆表面定位在三爪长盘中定位时，各爪处Td/2相同，△定=0（忽略三爪卡盘精度和工件不圆度误差）2023/2/61）夹紧件等速移动的结构（1）斜楔定心夹紧机构（图6－35）（2）左右旋螺纹夹紧机构。（图6－36）（3）其它：杠杆式，齿轮齿条，其它步进式等。2）以均匀弹性变形夹紧例如：弹簧夹头，液塑心轴等（图6－37、38）6.联动夹紧机构（图6－39～41）可同时在几个点对一个或多个工件夹紧。1）合理分配各夹紧点力的大小。2）各夹紧点受力均匀。2023/2/62023/2/62023/2/62023/2/62023/2/62023/2/62023/2/6四、夹紧机构的动力装置。1.气动夹紧装置

p＝0.4～0.6Mpa

动作迅速,气源方便(噪声较大)2.液压夹紧装置

p＝5～6.5Mpa(取较低工作压力)工作平稳，无冲击，噪音。枧渲靡貉构ぷ髡。3.气压增压夹紧装置。2023/2/62023/2/62023/2/6第四节各类机床夹具二、钻床夹具（可用于钻，扩，铰等工序，对刀具进行导向）。（一）、钻模类型、结构2023/2/62023/2/61）回转式（分度式）——浇轴线分布的侧孔(图6－44)定位：一面、短销、档销夹紧：螺旋手动夹紧钻头导向：钻模板、钻套工件旋转定位:分度盘2）翻转式——多面上的孔(图6－28)3）盖板式——大型零件上的小孔(图2－48)5）滑柱式——利用钻模板的上下移动夹紧工件。（标准化：图2－49、50)2023/2/62023/2/62023/2/62023/2/62023/2/62023/2/6（二）钻模设计要点1.钻套——安装在钻模板上，用于引导钻头（或扩孔钻、铰刀等）标准化：固定，可换，快换。(图6－49)专用：特殊(图6－50)配合精度要求：引导孔与钻头的配合F7、钻套外径与钻模板的配合等。其它要求：耐磨性，导向性H，排屑性h。(图2－53)2023/2/62023/2/62023/2/62、钻模板——保证孔的位置精度，(图2－54)固定式，铰链式，分离式，悬挂式3、夹具体——一般不需要设计与机床的定位装置。2023/2/62023/2/6三、铣床夹具（一）、类型1.直线进给式——铣平面，键槽等(图6－55)2.圆周进给式——可连续加工，并可实现高效率，自动化生产。3.仿形进给式——靠模法加工曲线和曲面。（二）设计要点1.铣削力特点：断续切削，切削力大，冲击力大，易振动，所以刚度大，夹紧力大，液压机动夹紧。2023/2/62023/2/62.对刀装置——确定刀具相对于夹具的位置。（对刀块和塞尺）(图2－66)2023/2/62、夹具体的对定：①找正法，②定位键与机床工作台T型槽定位。(图2－67)2023/2/6第六节机床夹具的设计步骤与方法一、基本要求二、夹具设计的一般步骤：1.研究原始资料待加工工件的零件图、工艺规程工艺设计手册、夹具设计手册、设计图册2023/2/62.定方案（示意图，原理图，结构草图）定位、夹紧、对刀、总体结构3.绘制总图工件轮廓——双点划线夹紧机构——夹紧状态尺寸、配合、技术要求、明细表、标题栏2023/2/64.绘制夹具零件图三、夹具设计中的几个重要问题：1.经济性分析2.成组设计思想3.装配图的尺寸标注（图6－73）（1）外型尺寸：长、宽、高（2）定位件、导向件与安装基准面有关配合尺寸，位置尺寸及公差。2023/2/62023/2/62023/2/6（3）夹具与工件配合尺寸。（4）夹具件与刀具配合尺寸（钻套孔径表）（5）夹具与机床配合尺寸。（6）其它配合尺寸尺寸公差和形位公差。

T工件的（1/5~1/2）2023/2/62、应标注的技术要求（表6－6）（1）定位元件与定位元件（2）定位元件与夹具安装面（3）定位元件与引导元件（4）引导元件与引导元件（5）定位元件或引导元件与找正基面（6）与装配、检验精度有关2023/2/62、夹具总图技术要求（表2－6）（表2－6）2023/2/62、夹具总图技术要求（表6－6）2023/2/6（五） 夹具的精度分析：1、△dw——定位误差2、△zz——夹具制造误差3、△Gc——加工过程误差4、T工件——被加工零件公差夹具误差允许值：△Gc=1/3T工件△dw

+△zz+△Gc≤T工件2023/2/6例题：钻孔工序夹具精度分析，根据工序尺寸，夹具精度验算。图6-731、工件两孔中心距公差：120±0.05误差：1）定位误差：孔销配合＝0.052）夹具制造与安装误差有：①②③④①钻模板衬套轴线与定位心轴轴线距离误差±0.01②钻套与衬套的配合间隙0.033③钻套与外圆的同轴度误差0.0122023/2/618362023/2/62023/2/6④由钻套间隙产生引偏量e（中心线误差）∴基本满足要求。2023/2/62、两孔平行度公差根据工件尺寸有：//0.05A相当于0.05:181）2）α2＝0.02/48；α3＝0.028/48

3)

小于0.05:18的三分之二∴满足要求。2023/2/62023/2/62023/2/6设工件外径d、内孔D，水平、垂直坐标为x、y：：工件公差δx、δy＝0.03mm、0.14mm；。篵)。2023/2/62023/2/62023/2/6设工件外径d、内孔D，水平、垂直为x、yb）c）2023/2/6