第四章機(jī)床夾具設(shè)計(jì)原理內(nèi)容提綱4.1機(jī)床夾具概述4.2工件在夾具中的定位4.4工件的夾緊4.5夾具的基本要求和設(shè)計(jì)步驟4.3定位誤差4.1機(jī)床夾具概述

4.1.1夾具的定義機(jī)床夾具：在機(jī)械加工過(guò)程中，依據(jù)工件的加工要求，使工件相對(duì)機(jī)床、刀具占有正確的位置，并能迅速、可靠地夾緊工件的機(jī)床附加裝置。1）定位元件6）其他元件及裝置（防護(hù)、防錯(cuò)、分度…）5）夾具體4）連接元件3）對(duì)刀及導(dǎo)向元件2）夾緊元件及裝置4.1.2夾具的組成

4.1.3機(jī)床夾具的分類(lèi)◆按夾具使用范圍劃分1）通用夾具：三爪、四爪卡盤(pán)，平口鉗等，一般由專(zhuān)業(yè)廠生產(chǎn)，常作為機(jī)床附件提供給用戶(hù)。2）專(zhuān)用夾具：為某一工件特定工序?qū)ｉT(mén)設(shè)計(jì)的夾具，多用于批量生產(chǎn)中。3）組合夾具：指在夾具零部件標(biāo)準(zhǔn)化的基礎(chǔ)上，針對(duì)不同的加工對(duì)象和加工要求，拼裝組合而成的夾具。4）成組夾具：在成組加工中，適用于一組同類(lèi)零件的夾具。經(jīng)過(guò)調(diào)整（如更換、增加一些元件），可用來(lái)定位、夾緊一組零件。5）隨行夾具：在自動(dòng)線(xiàn)或柔性制造系統(tǒng)中使用的夾具。三爪卡盤(pán)四爪卡盤(pán)萬(wàn)向平口鉗回轉(zhuǎn)工作臺(tái)圖4-2通用夾具專(zhuān)用夾具組合夾具圖4-3組合夾具實(shí)例4.1.3機(jī)床夾具的分類(lèi)可分為鉆床夾具、銑床夾具、車(chē)床夾具、磨床夾具等?！舭词褂脵C(jī)床劃分可分為手動(dòng)夾具、氣動(dòng)夾具、液壓夾具、真空夾具、電動(dòng)夾具等。◆按夾緊動(dòng)力源劃分氣動(dòng)虎鉗液壓夾具4.1.4夾具的作用:（1）保證加工精度；（2）提高生產(chǎn)率，降低生產(chǎn)成本；（3）減輕勞動(dòng)強(qiáng)度；（4）擴(kuò)大機(jī)床的工藝范圍。4.2工件在夾具中的定位一.工件的裝夾方法定位：確定工件在機(jī)床上或夾具中占有準(zhǔn)確加工位置的過(guò)程；夾緊：在工件定位后用外力將其固定，使其在加工過(guò)程中保持定位位置不變的操作叫夾緊。工件在機(jī)床上的裝夾方法：1)直接找正安裝2)劃線(xiàn)找正安裝3)夾具安裝1)直接找正安裝效率低，適于單件小批生產(chǎn)和定位精度要求較高的情況2)劃線(xiàn)找正安裝適于單件小批生產(chǎn)或毛坯精度較低、大型工件粗加工毛坯孔加工線(xiàn)找正線(xiàn)劃線(xiàn)找正安裝工件在夾具上裝夾（滾齒夾具）3)夾具安裝4.2工件在夾具中的定位4.2.1定位原理圖4-4剛體在空間的六個(gè)自由度4.2.1定位原理

圖4-5工件的六點(diǎn)定位XZY要確定物體的空間位置，就需要限制其6個(gè)自由度。

六點(diǎn)定位原理：假定工件為空間剛體，正確分布六個(gè)支承點(diǎn)與工件的基準(zhǔn)面相接觸，限制其空間六個(gè)自由度，確定工件的空間位置。圖4-6工件以平面3點(diǎn)定位XYZ與理論力學(xué)、機(jī)構(gòu)學(xué)自由度概念差別

——位置不定度

——夾緊與定位概念分開(kāi)

——工件、夾具是彈性體兩點(diǎn)注意：“點(diǎn)”的含義

——對(duì)自由度的限制，與實(shí)際接觸點(diǎn)不同4.2.1定位原理

4.2.1定位原理

幾點(diǎn)說(shuō)明：1）定位支承點(diǎn)與工件的定位基準(zhǔn)面必須始終保持緊貼；2）一個(gè)定位支承點(diǎn)只能限制工件一個(gè)自由度，同時(shí)一個(gè)自由度原則上不得有多個(gè)支承點(diǎn)重復(fù)限制（支承點(diǎn)數(shù)不應(yīng)超過(guò)六個(gè)）；3）

工件應(yīng)限制幾個(gè)自由度，由工件加工技術(shù)條件來(lái)確定；4）

工件的定位不是由夾緊力作用獲得的。4.2.2定位元件4.2.2.1定位元件的主要技術(shù)要求和常用材料主要技術(shù)要求：要有足夠的定位精度，較低的粗糙度值，還要有一定的耐磨性、硬度和剛度。常用材料：

①低碳鋼如20鋼或20Cr鋼，工件表面經(jīng)滲碳淬火，深度0.8～1.2mm左右，硬度HRC55～65。

②高碳鋼如T7、T8、T10等，淬硬至HRC55～65。

此外也有用中碳鋼如45鋼，淬硬至HRC43～48。ZXYZXYZXYZXY圖4-7工件以平面定位平面定位的主要形式是支承定位。常用的定位元件有支承釘、支承板等。ZXYZXY4.2.2.2定位方法與定位元件

工件以平面定位平面定位元件1）固定支撐釘2）支撐板3）可調(diào)支撐4）自定位支撐5）輔助支撐平面定位元件1）固定支撐釘

2）支撐板3）可調(diào)支撐4）自定位支撐5）輔助支撐平面定位元件1）固定支撐釘2）支撐板3）可調(diào)支撐4）自定位支撐5）輔助支撐平面定位元件1）固定支撐釘2）支撐板3）可調(diào)支撐4）自定位支撐5）輔助支撐限制自由度數(shù)量：1個(gè)平面定位元件

1）固定支撐釘2）支撐板3）可調(diào)支撐4）自位支撐5）輔助支撐不限制工件的自由度圖4-8工件以圓孔定位常用定位元件是定位銷(xiāo)和心軸。XYZXYZXYZXYZXYZXYZ4.2.2.2定位方法與定位元件

工件以圓孔定位圓孔定位元件

1）圓柱定位銷(xiāo)2）圓錐銷(xiāo)

3）心軸削邊銷(xiāo)圓孔定位元件1）圓柱定位銷(xiāo)2）圓錐銷(xiāo)

3）心軸圓孔定位元件1）圓柱定位銷(xiāo)2）圓錐銷(xiāo)3）心軸工件以外圓柱面支承定位的元件常采用V型塊、定位套筒。XYZXYZXYZXYZXYZ4.2.2.2定位方法與定位元件

工件以外圓柱面定位外圓定位元件1）外圓套筒定位2）V型塊定位半圓定位座

常用于大型軸類(lèi)工件的定位2）V型塊定位結(jié)構(gòu)尺寸已標(biāo)準(zhǔn)化，斜面夾角有60°90°120°除平面、圓孔、外圓柱面外，工件有時(shí)還可能以其它表面（如圓錐面、漸開(kāi)線(xiàn)齒面、曲面等）定位。圖4-10工件以錐孔定位4.2.2.2定位方法與定位元件

工件以其他表面定位4.2.2.2定位方法與定位元件

工件以組合表面定位(1)一個(gè)平面和二個(gè)與其垂直的孔的組合，俗稱(chēng)“一面二孔”定位。(會(huì)出現(xiàn)定位干涉問(wèn)題)解決辦法是：將銷(xiāo)2做成削邊銷(xiāo)

4.2.1定位原理完全定位：工件的6個(gè)自由度均被限制。不完全定位：工件6個(gè)自由度中有1個(gè)或幾個(gè)自由度未被限制。完全定位與不完全定位4.2.1定位原理例4-2銑鍵槽，如圖4-8所示，移動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)方向都有尺寸要求。限制自由度：

圖4-7銑通槽完全定位

例4-1銑通槽，如圖4-7所示，必須限制的自由度：ZYX圖4-8銑鍵槽允許不限制的自由度：不完全定位4.2.1定位原理例4-3在球體的中心加工孔，如圖4-9所示。圖4-9球體中心加工孔由于該孔必須位于球的中心，孔還有深度要求必須限制的自由度：允許不限制的自由度：不完全定位不完全定位主要有兩種情況：①工件本身相對(duì)于某個(gè)點(diǎn)、線(xiàn)是完全對(duì)稱(chēng)的，則工件繞此點(diǎn)、線(xiàn)旋轉(zhuǎn)的自由度無(wú)法被限制（即使被限制也無(wú)意義）。例如球體繞過(guò)球心軸線(xiàn)的轉(zhuǎn)動(dòng)，圓柱體繞自身軸線(xiàn)的轉(zhuǎn)動(dòng)等。②工件加工要求不需要限制某一個(gè)或某幾個(gè)自由度。如加工平板上表面，要求保證平板厚度及與下平面的平行度，則只需限制3個(gè)自由度就夠了。欠定位工件加工時(shí)必須限制的自由度未被完全限制，稱(chēng)為欠定位。圖4-10欠定位示例XZYa）b）BBB4.2.1定位原理欠定位不允許過(guò)定位過(guò)定位——工件某一個(gè)自由度（或某幾個(gè)自由度）被兩個(gè)（或兩個(gè)以上）約束點(diǎn)重復(fù)限制的定位。4.2.1定位原理

過(guò)定位分析（桌子與三角架）圖4-11過(guò)定位分析4.2.1定位原理

4.2.1定位原理例4-4平面的過(guò)定位，如圖4-12。使用支承釘使用支承板圖4-12平面的過(guò)定位注意！這種過(guò)定位只適于已加工表面，以加強(qiáng)剛度。

過(guò)定位分析4.2.1定位原理例4-5大端平面與長(zhǎng)銷(xiāo)組合產(chǎn)生的過(guò)定位，如圖4-13。圖4-13大端平面與長(zhǎng)銷(xiāo)組合產(chǎn)生的過(guò)定位大端面限制：長(zhǎng)銷(xiāo)限制：重復(fù)限制的兩個(gè)自由度：如何解決？

過(guò)定位分析改進(jìn)方案：方案一：采用長(zhǎng)銷(xiāo)與小端面組合定位長(zhǎng)銷(xiāo)限制：小端面限制：4.2.1定位原理

過(guò)定位分析4.2.1定位原理方案二：采用短銷(xiāo)與大端面組合定位大端面限制：短銷(xiāo)限制：

過(guò)定位分析4.2.1定位原理例4-6一面兩銷(xiāo)組合產(chǎn)生的過(guò)定位，如圖4-14。圖4-14一面兩銷(xiāo)組合產(chǎn)生的過(guò)定位工件的定位面：工件底面和兩銷(xiāo)孔定位元件：支撐板、兩短圓柱銷(xiāo)支撐板限制：短銷(xiāo)1限制：短銷(xiāo)2限制：并與短銷(xiāo)1聯(lián)合限制過(guò)定位：被重復(fù)限制如何解決？

過(guò)定位分析4.2.1定位原理改進(jìn)方案：銷(xiāo)2采用菱形銷(xiāo)，釋放了重復(fù)限制的自由度

過(guò)定位分析1)定位不穩(wěn)定，增加了同批工件在夾具中位置的不一致性。2)增加工件和夾具定位元件的夾緊變形。3)導(dǎo)致部分工件不能順利與定位元件配合，造成干涉。

過(guò)定位不良效果1)提高工件定位基準(zhǔn)之間及定位元件工作表面之間的位置精度，減小過(guò)定位對(duì)加工精度的影響，使不可用過(guò)定位變?yōu)榭捎眠^(guò)定位。2)改變定位方案，避免過(guò)定位。消除重復(fù)限制自由度的支承或?qū)⑵渲心硞€(gè)支承改為輔助支承(或浮動(dòng)支承)；改變定位元件的結(jié)構(gòu)，如圓柱銷(xiāo)改為菱形銷(xiāo)、長(zhǎng)銷(xiāo)改為短銷(xiāo)等。消除或減少過(guò)定位不良效果的措施3)有些情況下，過(guò)定位是允許的，也是必要的；有時(shí)甚至是不可避免的。l

定位分析方法與步驟：u

找與工件表面接觸的元件；u

根據(jù)零件表面形狀和零件的加工要求分出定位元件和夾緊元件（一般夾緊元件拿走后，零件定位狀態(tài)保持不變，且?jiàn)A緊元件上有施力機(jī)構(gòu)或作用力符號(hào)）；u

根據(jù)典型表面、元件類(lèi)型分析各定位元件限制的自由度；u

根據(jù)加工表面技術(shù)要求和實(shí)際限制自由度，分析定位屬哪種定位。定位實(shí)例分析1

定位實(shí)例分析2定位實(shí)例分析3工件定位——按照加工工藝要求，將工件置于夾具中，使工件在夾緊前相對(duì)于機(jī)床和刀具就占有一個(gè)預(yù)定的位置，使同一批工件逐次放置到夾具中時(shí)都能占據(jù)同一位置。定位基準(zhǔn)——在機(jī)械加工中用作定位的基準(zhǔn)。定位基面——工件定位時(shí)，作為定位基準(zhǔn)的點(diǎn)和線(xiàn)，往往由某些具體表面體現(xiàn)出來(lái)，這種表面稱(chēng)為定位基面。工序基準(zhǔn)：工序圖中用來(lái)確定本工序加工表面形狀、尺寸、位置的基準(zhǔn)。4.3定位誤差

4.3.1定位誤差的概念定位誤差:由于工件在夾具中定位的不準(zhǔn)確造成的加工面相對(duì)工序基準(zhǔn)的位置誤差，即工序基準(zhǔn)在工序尺寸方向上的最大位置變動(dòng)量，以表示。4.3定位誤差

4.3.2定位誤差的來(lái)源a.定位元件的制造誤差b.工件的制造誤差（定位基準(zhǔn)面）c.定位元件和工件之間的配合間隙1）由于工件的工序基準(zhǔn)與定位基準(zhǔn)不重合而引起的定位誤差，稱(chēng)為基準(zhǔn)不重合誤差2）由于工件定位表面或夾具定位元件制作不準(zhǔn)確引起的定位誤差，稱(chēng)為基準(zhǔn)位移誤差(1)工序基準(zhǔn)不在定位基面上時(shí)取“＋”(2)工序基準(zhǔn)在定位基面上時(shí)：符號(hào)確定:定位基面尺寸變動(dòng)方向一定時(shí),定位基準(zhǔn)與工序基準(zhǔn)的變動(dòng)方向同向?yàn)椤?”，反向?yàn)椤?”1)基準(zhǔn)不重合誤差其大小等于工序基準(zhǔn)與定位基

準(zhǔn)間聯(lián)系尺寸在該加工尺寸方向上的公差。

1)基準(zhǔn)不重合誤差其大小等于工序基準(zhǔn)與定位基

準(zhǔn)間聯(lián)系尺寸在該加工尺寸方向上的公差。

2)基準(zhǔn)位移誤差2)基準(zhǔn)位移誤差4.3.3各種定位方法的定位誤差計(jì)算兩種計(jì)算方法：

1.定位誤差取為基準(zhǔn)不重合誤差和基準(zhǔn)位移誤差的矢量和。2.按最不利情況，確定一批工件工序基準(zhǔn)的兩個(gè)極限位置，再根據(jù)幾何關(guān)系求出此二位置的距離，并將其投影到加工尺寸方向上，便可求出定位誤差。工件以平面定位時(shí)的定位誤差△jw=0△jb=2TH如工件總高H=40±0.14mm,要求保證A=20±0.15mm.求加工階梯面時(shí)的△dw工件以?xún)?nèi)孔定位時(shí)的定位誤差一、工件內(nèi)孔以過(guò)盈配合在剛性心軸(或定位銷(xiāo))上定位1.過(guò)盈配合，孔與心軸無(wú)間隙，孔與軸（銷(xiāo)）的同軸度誤差等于零，即△jw=02.孔中心線(xiàn)作定位基準(zhǔn)，在心軸上定位，△jb=0所以△dw=03.過(guò)盈配合時(shí)，孔在心軸上定位的定心精度是最高的。二、工件內(nèi)孔以間隙配合在剛性心軸（或銷(xiāo)）上定位1、心軸與內(nèi)孔單邊接觸（心軸水平放置）二、工件內(nèi)孔以間隙配合在剛性心軸（或銷(xiāo)）上定位2、心軸與內(nèi)孔雙邊接觸（心軸垂直放置）例：在一批零件上鉆孔Ｏ１（心軸垂直放置），Ｏ１距中心Ｏ的尺寸要求為Ｈ，問(wèn)能否滿(mǎn)足加工要求？其中Ｈ＝23±0.1mm

內(nèi)孔直徑Ｄ＝mm

心軸直徑d1=mm

工件以外圓定位時(shí)的定位誤差計(jì)算工件在V形塊上定位④定位誤差分析：a)定位誤差Δd隨毛坯誤差Td的增大而增大；b)定位誤差Δd隨V形塊夾角α

增大而減小，但穩(wěn)定性變差；c)定位誤差Δd

與工序尺寸標(biāo)注方式有關(guān)，Δd2＞Δd1＞

Δd3③工序尺寸以H3標(biāo)注，其定位誤差為：Δd3=B1B2=O2B2+O1O2-O1B1

==sinα21Td2d-Td2d2+－sinα21Td2－1②工序尺寸以H2標(biāo)注，其定位誤差為：Δd2=A1A2=A1O1+O1O2-A2O2

==d2+Td2sinα21－d-Td2sinα21Td2+

1①工序尺寸以H1標(biāo)注，其定位誤差為：Δd1=O1O2=O1C-O2C==d2sinα21－d-Td2sinα21sinα21Td2工件以一面兩銷(xiāo)定位時(shí)的定位誤差計(jì)算1）工件在兩定位孔連心線(xiàn)方向上的基準(zhǔn)位移誤差

孔O1中心偏移在直徑為△dw1圓內(nèi)，△dw1=TD1

+Td1

+X1min孔O2在X方向偏心與孔O1相同（不限位），為△dw1

2）轉(zhuǎn)角誤差△θ=arctan(TD1

+Td1

+X1min+TD2

+Td2

+X2min)/2L要減小角度定位誤差，①提高孔銷(xiāo)精度，減小配合間隙；②增大孔（銷(xiāo)）中心距定位誤差的結(jié)論：定位誤差只產(chǎn)生于采用調(diào)整法加工一批工件的情況下，若單件或批量工件逐個(gè)試切加工者不存在定位誤差。2.定位誤差是由于工件定位不準(zhǔn)確而產(chǎn)生的加工誤差。

表現(xiàn)形式：工序基準(zhǔn)相對(duì)加工表面在加工尺寸方向可能產(chǎn)生的最大尺寸或位置的變動(dòng)。

產(chǎn)生原因：基準(zhǔn)不重合；工件的定位基準(zhǔn)面制造誤差、定位元件制造誤差、工件基面與定位元件間的配合間隙及基準(zhǔn)不重合誤差。定位誤差由基準(zhǔn)不重合誤差和基準(zhǔn)位移（位置）誤差兩部分組成，但二者不一定同時(shí)存在。提高工件定位精度的措施消除或減少基準(zhǔn)不重合誤差要正確選擇定位基準(zhǔn)，盡可能與工序基準(zhǔn)重合。消除或減少基準(zhǔn)位移誤差

（1）選擇精度高、位置誤差小的表面為定位基準(zhǔn)；（2）選用基準(zhǔn)位置誤差小的定位元件，提高定位元件間的位置精度；（3）提高工件定位表面與定位元件的配合精度，減少或消除配合間隙來(lái)減小基準(zhǔn)位移誤差。1.夾緊裝置的組成及基本要求組成（1）力源裝置（2）中間傳力機(jī)構(gòu)（3）夾緊元件作用1）改變作用力的方向；2）改變作用力的大?。?）使夾緊實(shí)現(xiàn)自鎖。1）夾緊時(shí)不破壞工件定位后的正確位置；

穩(wěn)2）夾緊力大小要適當(dāng)；牢3）夾緊動(dòng)作要迅速、可靠；

快4）結(jié)構(gòu)緊湊，易于制造與維修?；疽?.4工件在夾具中的夾緊

4.4.1夾緊力三要素的設(shè)計(jì)原則夾緊力力的大小力的方向力的作用點(diǎn)這三要素是夾緊裝置設(shè)計(jì)和選擇的核心問(wèn)題。夾緊力的組成：4.4.1夾緊力三要素的設(shè)計(jì)原則4.4.1.1夾緊力的方向

（1）夾緊力的作用方向應(yīng)垂直于主要定位基準(zhǔn)面圖4-22夾緊力作用方向垂直于主要定位基準(zhǔn)面（2）夾緊力的方向應(yīng)有利于減小夾緊力

夾緊力方向應(yīng)盡可能與切削力、工件重力方向一致，以減小所需夾緊力（3）夾緊力的方