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1、第4章 工件的定位夾緊與夾具設計,4.1 夾具的基本概念 4.2 工件在夾具上的定位 4.3 工件在夾具中的夾緊 4.4 各類機床夾具舉例,4.1 夾具的基本概念 4.1.1機床夾具的定義及組成 1.機床夾具的定義： 廣義上，為使工藝過程的任何工序保證質(zhì)量、提高生產(chǎn)率、減輕工人勞動強度及工作安全等的一切附加裝置都稱為夾具。 機床夾具：是將工件進行定位、夾緊，將刀具進行導向或對刀，以保證工件和刀具間的相對位置關系的附加裝置，簡稱夾具。 輔助工具：將刀具在機床上進行定位、夾緊的裝置，簡稱輔具。,2. 夾具的組成部分,1）定位元件 起定位作用，保證工件相對于夾具的位置，可用六點定位原理來分

2、析其所限制的自由度。 2) 夾緊裝置 將工件夾緊，以保證在加工時保持所限制的自由度。根據(jù)動力源的不同，可分為手動、氣動、液動和電動等夾緊方式。 3) 導向元件和對刀裝置 用來保證刀具相對于夾具的位置，對于鉆頭、擴孔鉆、鉸刀、鏜刀等孔加工刀具用導向元件，對于銑刀、刨刀等用對刀裝置(圖4-1、圖4-2)。 4) 連接元件 它保證夾具和機床工作臺之間的相對位置。 對于銑床夾具有定位鍵與銑床工作臺上的T形槽相配來進行定位，再用螺釘夾緊(圖4-1)。,5) 夾具體 是夾具的關鍵零件。定位元件、夾緊裝置、導向元件、對刀裝置、連接元件等都裝在它上面。 夾具體比較復雜，它保證各元件之間的相對位

3、置。對于加工精度來說，主要是控制刀具相對于工件的位置，工件在夾具上進行加工時，這個相對位置關系是由定位元件、導向元件或對刀裝置并通過夾具體來保證，所以夾具體的精度要求比較高。,6) 其它元件及裝置 如動力裝置的操作系統(tǒng)等。 機床夾具和機床、刀具、工件之間的關系如 圖4-3所示。,4.1.2 夾具的作用 1)保證加工精度 2)提高生產(chǎn)率 3)減輕勞動強度 4)擴大機床的工藝范圍,4.1.3夾具的分類 1從通用化程度來分 (1) 通用夾具 與通用機床配套，作為通用機床的附件、如三 爪卡盤、四爪卡盤、虎鉗、分度頭和轉臺等。 (2) 專用夾具 根據(jù)零件上藝過程中某工序的要求專門

4、設計的 夾具，此夾具只用于該零件加工（如連桿鏜孔夾具），一般都是成批和大量生產(chǎn)中所需，數(shù)量也比較大。,(3) 成組夾具 適用于一組零件的夾具，一般都是同類零件，經(jīng)過 調(diào)整(如更換、增加一些元件)可用來定位、夾緊一 組零件。 (4) 組合夾具（拼湊夾具） 由許多標準件組合而成，可根據(jù)零件加工工序的需 要拼裝，用完后再拆卸，可用于單件、小批生產(chǎn)。 (5) 隨行夾具 用于自動線上，工件安裝在隨行夾具上，隨行夾具 由運輸裝置送往各機床，并在機床夾具或機床工作 臺上進行定位夾緊。,2.從使用機床的類型來分 可分為車床夾具、磨床夾具、鉆床夾具(包括鉆模)、鏜床夾具(包括鏜模)、銑床夾具等

5、。 3.從用途來分 可分為機床夾具、裝配夾具和檢驗夾具等。 4.從動力來源分 可分為手動夾具、氣動夾具、液壓夾具、氣液夾具、電動夾具、電磁夾具、真空夾具、自緊夾具(靠切削力本身夾緊)等。,4.1.4 工件在夾具中加工時加工誤差的組成 1.工件在夾具中加工時的加工誤差,(2)對定誤差 刀具導向或對刀誤差，即夾具與刀具的相對位置誤差。 夾具在機床上定位和夾緊誤差即夾具與機床的相對位置誤差。 (3)加工過程誤差 如加工方法的原理誤差，工藝系統(tǒng)的受力變形、工藝系統(tǒng)的受熱變形、工藝系統(tǒng)各組成部分(如機床、刀具、量具等)的靜精度和磨損等。,工件在夾具中加工時的加工誤差，由三部分組成。 (1)

6、安裝誤差 工件在夾具中的定位和夾緊誤差。,2.誤差值的估算 一般夾縣的制造精度，其誤差值取該零件尺寸公差值的1/31/5。 上述誤差中，安裝誤差和對定誤差都是和夾具有關的誤差，一般約占整個加工誤差的三分之一。,4.2.1 工件的安裝 這里安裝有兩個含義即定位和夾緊。 定位：工件在機床上加工時，首先要把工件安放在機 床工作臺上或夾具中，使它和刀具之間有相對 正確的位置，這個過程稱為定位。 夾緊：工件定位后，應將工件固定，使其在加工過程 中保持定位位置不變，這個過程稱為夾緊。 安裝：工件從定位到夾緊的整個過程稱為安裝。正確 的安裝是保證工件加工精度的重要條件。,4.2工件在夾

7、具上的定位,安裝一般有三種方式: 1.直接找正安裝 工件的定位過程可以由操作工人直接在機床上利用千分表、劃線盤等工具，找正某些有相互位置要求的表面，然后夾緊工件，稱之為直接找正安裝。直接找正安裝生產(chǎn)效率低，一般用于單件小批量生產(chǎn)。 2.劃線找正安裝 3.夾具安裝 優(yōu)點：操作比較簡單，容易保證加工精度要求，在各種生產(chǎn)類型中都有應用，持別是成批和大量生產(chǎn)中。,4.2.2 定位原理 1.六點定位原理,采用6個按一定規(guī)則布置的約束點，可以限制工件的6個自由度，實現(xiàn)完全定位，稱為六點定位原理。,2.典型定位元件及限制的自由度 （1）定位元件：用于代替約束點的定位元件的種類很多，常用的有：支承

8、釘、支承板、長銷、短銷、菱形銷、長V形塊、短V形塊、長定位套、短定位套、固定錐銷、浮動錐銷等。 （2）限制自由度以及分析 從表4-2中可以看出，有時候研究定位元件及其組合能限制哪些自由度不如研究它們不能限制哪些自由度更方便。,表4-2 典型定位元件的定位分析(續(xù)）,表4-2 典型定位元件的定位分析（續(xù)）,表4-2 典型定位元件的定位分析（續(xù)）,3.完全定位和不完全定位,3.完全定位和不完全定位,3.完全定位和不完全定位,(2)過定位 工件在定位時，同一個自由度被兩個或兩個以上約束點約束，這樣的定位被稱為過定位(或稱定位干涉)。過定位是否允許，應根據(jù)具體情況進行具體分析。,(2)可調(diào)支承 支

9、承點位置可以調(diào)整的支承稱為可調(diào)支承。,(3)自位支承（浮動支承） 自位支承在定位過程中，支承本身可以隨工件定位基準面的變化而自動調(diào)整井與之相適應。如圖4-17所示。自位支承常用于毛坯表面、斷續(xù)表面、階梯表面的定位以及有角度誤差的平面定位。,(4)輔助支承 輔助支承是在工件定位后才參與支承的元件，其高度是由工件確定的，因此它不起定位作用，但輔助支承鎖緊后就成為固定支承，能承受切削力。輔助支承的結構形式很多，圖4-18是其中的3種。,2.工件以圓柱孔定位 工件以圓柱孔定位大都屬于定心定位(定位基準為孔的軸線)，夾具上相應的定位元件是心軸和定位銷。 (1)心軸,(2)定位銷 圓柱定位銷通常限

10、制工件的2個移動自由度。,當要求孔銷配合只在一個方向上限制工件自由度時，可用菱形銷，如圖4-21(a)所示。 工件也可以用圓錐銷定位，如圖4-2l(b)和(c)所示。圖示圓錐銷定位限制了工件的3個移動自由度。,3.工件以外圓表面定位 工件以外圓表面定位有兩種形式，一種是定心定位，一種是支承定位。參考圖4-22。,2)長度：V形塊有長短之分，長V形塊(或兩個短V形塊 的組合)限制工件的4個自由度，而短V形塊 一般只限制2個自由度。 3）V形塊又有固定和活動之分，活動V形塊在可移動 方向上對工件不起定位作用。 4）設計參數(shù)：V形塊在夾具中的安裝尺寸T是V形塊 的主要設計參

11、數(shù)，該尺寸常用作V形塊檢驗和 調(diào)整的依據(jù)。由圖4-23可以求出：,工件以外圓表面支承定位常用的定位元件是V形塊。1）角度： V形塊的角度有60，90和120，90最為多且已標準化。 特點：對中性好；可用于非完整外圓表面的定位。,,4.工件以其它表面定位 如圖4-24為工件以錐孔定位的例子，錐度心軸限制了工件除繞自身軸線轉動之外的5個自內(nèi)度。,5.定位表面的組合 常見的定位表面組合有平面與平面的組合，平面與圓孔的組合，平面與外圓表面的組合，平面與其它表面的組合，錐面與錐面的組合等。 在多個表面同時參與定位的情況下、各表面在定位中所起的作用有主次之分。一般稱定位點數(shù)最多的定位表面為

12、第一定位基準面或主要定位面或支承面，定位點數(shù)次多的定位表面稱為第二定位基準面或導向面，定位點數(shù)為1的定位表面稱為第三定位基準面或止動面。,在加工箱體類零件時經(jīng)常采用一面兩孔組合(一個大平面及與該平面相垂直的兩個圓孔組合)定位、夾具上相應的定位元件是一面兩銷。為了避免由于過定位而引起的工件安裝時的干涉，兩銷中一個應采用菱形銷。菱形銷的寬度可以通過簡單的幾何關系導出。,式中 b菱形銷的寬度； D2工件上與菱形銷配合孔的最小直徑； 2min菱形銷與其配合孔之間的最小間隙； Tlk工件上兩孔中心距公差； Tlx夾具上兩銷中心距公差； 1min圓柱銷與其配合孔的最小間隙。 在實際

13、生產(chǎn)中，由于菱形銷的尺寸已標準化，因而常按下面的步驟設計菱形銷。 1)確定兩銷中心距尺寸及其公差 取工件上兩孔中心距的基本尺寸為兩定位銷中心距的基本尺寸，其公差取工件孔中心距公差的1/51/3，即令：Tlx=(1/51/3)Tlk。,2)確定圓柱銷直徑及其公差 取相應孔的最小直徑作為圓柱銷直徑的基本尺寸，其公差一般取g6或f7。 3)確定菱形銷寬度、直徑及其公差 首先按有關標準(參考表4-3)選取菱形銷的寬度b；然后按式(4-2)計算出菱形銷與其配合孔的最小間隙2min；再計算菱形銷直徑的基本尺寸；d2D2-2min；最后按h6或h7選取菱形銷直徑的公差。,4.2.4 定位誤差的分析與計

14、算 定位誤差D包括定位基準與設計基準不重合誤差C和定位基準位移誤差，前者簡稱基準不重合誤差，后者簡稱基準位移誤差。 基準位移誤差又可分為是由于工件定位表面不準確所引起的和由于夾具定位元件不準確所引起的兩部分。工件定位表面不準確所引起的基準位移誤差 對一批零件來說，就有一個尺寸分布帶，其中有系統(tǒng)誤差和隨機誤差；而夾具定位元件不準確所引起的基準位移誤差r，對于一個夾具來說是系統(tǒng)誤差，但如果有幾個夾具同時在使用，則和隨機誤差在一起出現(xiàn)多峰狀的尺寸分布曲線。,(2)用支承定位平面,,4.3.1對夾緊裝置的要求 1)在夾緊過程中能保持工件正確定位； 2)夾緊應可靠和適當：夾緊機構要有自鎖作用，保

15、證在加工過程中不產(chǎn)生松動或振動。夾緊工件時，工件不產(chǎn)生變形和表面損傷。 3)夾緊裝置應操作方便、省力、安全； 4)夾緊裝置的復雜程度和自動化程度應與工件的生產(chǎn)批量和生產(chǎn)方式相適應。結構設計應力求簡單、緊湊，并盡可能采用標準化元件。,4.3工件在夾具中的夾緊,4.3.2 夾緊力的確定 1.夾緊力方向的選擇 1)夾緊力的作用方向應有利于工件的準確定位，而不能破壞定位。 措施：夾緊力要垂直指向主要定位面。,2)夾緊力的作用方向應盡量與工件剛度最大的方向相一致，以減小工件變形。,3)夾緊力的作用方向應盡可能與切削力、工件重力方向一致，以減小所須的夾緊力。,2.夾緊力作用點的選擇 1)夾緊力作

16、用點應正對支承元件或位于支承元件所形成的支承面內(nèi)，以保證工件已獲得的定位不變。,2)夾緊力作用點應處在工件剛性較好的部位，以減小工件的夾緊變形。,3)夾緊力作用點應盡可能靠近被加工表面，以便減小切削力對工件造成的翻轉力矩。,3.夾緊力大小的估算 夾緊力不能過小過大。夾緊力不足，會使工件在切削過程中產(chǎn)生位移并容易引起振動；夾緊力過大又會造成工件或夾具不應有的變形或表面損傷。 夾緊力的大小可根據(jù)作用在工件上的各種力：切削力、工件重力的大小和相互位置方向來具體計算，確定保持工件平衡所需的最小夾緊力； 為安全起見將最小夾緊力乘以安全系數(shù)k，可得到所需要的夾緊力。夾具設計時，其夾緊力一般比理論值大

17、23倍。,安全系數(shù)k通常取1.52.5。精加工和連續(xù)切削時取較小值；粗加工或斷續(xù)切削時取較大值。當夾緊力與切削力方向相反時，k值可取2.53.0。 摩擦系數(shù)主要取決于工件與支承件或夾緊件之間的接觸形式，具體數(shù)值可查有關手冊。 由上述的例子可以看出夾緊力的估算是很粗略的。這是因為： 切削力大小只考慮了主切削力Fc； 摩擦系數(shù)的取值是近似的。因此在需要準確地確定夾緊力大小時，通常要采用實驗的方法。,4.4各類機床夾具舉例 4.4.1鉆床夾具 鉆床夾具主要包括鉆模和鉆床輔助工具。鉆床夾具一般只指鉆模。 鉆模在鉆床上借鉆模套筒的幫助而得到鉆頭與工件之間的相互需要位置的夾具。 1.鉆模的類型

18、 根據(jù)結構特點可分為固定式鉆模、回轉式鉆模、翻轉式鉆模、蓋板式鉆模和滑柱式鉆模等。,(1)固定式鉆模 相對于工件位置保持不變的鉆模。這類鉆模多用于立式鉆床、搖臂鉆床和多軸鉆床上。,(2)回轉式鉆模(轉動夾具)分臥軸式和立軸式結構。,(3)蓋板式鉆模以加工車床溜板箱上多個小孔所 用的蓋板式鉆模為例。特點：沒有夾具體,(4)滑柱式鉆模,(5)翻轉式鉆模沒有固定轉軸和分度裝置的回轉式鉆模 多用于加工過小、過大件或簡化夾具，采用翻轉式鉆模。 缺點：裝卸工件費時，并且不太方便,2、鉆模設計要點 (1)鉆套 鉆套是引導刀具的元件，用以保證孔的加工位置，并防止加工過程中刀具的偏斜。 鉆

19、套分4種類型： 固定鉆套、可換鉆套、快換鉆套和特殊鉆套。,固定鉆套： 固定鉆套直接壓入鉆模板或夾具體的孔中，位置 精度較高，但磨損后不易拆卸，故多用于中、小批量生產(chǎn)。 可換鉆套 襯套則壓入鉆模板或夾具體的孔中，鉆套以間隙配合安裝在襯套中。為防止鉆套在襯套中轉動，加一固定螺釘?？蓳Q鉆套在磨損后可以更換，故多用于大批量生產(chǎn)。 快換鉆套 具有快速更換的持點，更換時不需擰動螺釘?？鞊Q鉆套多用于同一孔需經(jīng)多個工步(如鉆、擴、鉸等)加工的情況。上述3種鉆套均已標準化，其規(guī)格可查閱有關手冊。,特殊鉆套 用于不宜使用標準鉆套，根據(jù)特殊要求設計的專用鉆套。,鉆套尺寸及公差： d的基本尺寸刀具最

20、大極限尺寸,,,,公差：鉆孔、擴孔取F7； 粗鉸時取G7； 精鉸時取G6。 若鉆套引導的是刀具的導向部分： 常取配合為H7f7，H7g6，H6g5。 鉆套的高度H，常取H=(12.5)d。對于精度要求較高的孔、直徑較小的孔和刀具剛性較差時應取較大值。 鉆套與工件之間應留有排屑間隙h， 取h=(0.31.2)d； 加工鑄鐵和黃銅等脆性材料時，可取較小值； 加工鋼等韌性材料時，應取較大值。 當孔的位置精度要求很高時，也可以取h=0。,(2)鉆模板 固定式：結構簡單，精度較高,分離式 分離式鉆模板是可拆卸的，工件每裝卸一次，鉆模板也要裝卸一次。它是為了裝卸工件方便而設計

21、的。,,懸掛式,(3)夾具體 夾具體一般沒有定位或導向裝置，夾具體底面安放在鉆床工作臺上后，用鉆套直接找正并用壓板壓緊。 對于某些類型的鉆模，要求在相對于鉆頭送進方向設置支腳。支腳可以直接在夾具體上作出，也可以作成裝配式。支腳一般應有4個，以檢查夾具安放是否歪斜。支腳的寬度(或直徑)應大于機床工作臺T形槽的寬度。 4.4.2 鏜床夾具 具有刀具導向的鏜床夾具又稱為鏜模，鏜模與鉆模有很多相似之處。,1.鏜模的種類 鏜模根據(jù)其鏜套支架的布置形式可分為單面導向和雙面導向兩類。 單面導向只有一個導向支架，布置在刀具前面，稱為前導向。,2.鏜模的設計要點 (1)鏜套 鏜套用于引導鏜桿。 可

22、分為固定式鏜套和回轉式鏜套兩類。 固定式鏜套的外形尺寸較小，且位置精度較高。缺點：易于磨損，多用于速度較低的場合.,回轉式鏜套 當鏜桿的線速度大于20m/min時采用,(2) 鏜模支架與夾具體 鏜模支架用于安裝鏜套，保證被加工孔系的位置精度，并有承受切削力的作用。 鏜模支架要求有足夠的強度和剛度，在結構上設計較大的安裝基面和加強筋； 鏜模支架上不允許安裝夾緊機構或承受夾緊力，以免支架變形而影響精度。 鏜模底座上一般應設有耳座和起吊孔(或起吊螺栓)，分別用以安裝和起吊鏜模； 在鏜模底座的側面，還常常加工出細長的找正基面(參考圖4-51中的G面)，用以找正夾具定位元件和導向元件的位置以

23、及找正夾具在機床工作臺上安裝時的位置。,4.4.3 銑床夾具 1.銑床夾具的類型 1)按不同的進給方式： 銑床夾具分為直線進給式、圓周進給式和仿形進給式三種類型。直線進給式銑床夾具用得最多。 2)根據(jù)夾具上同時安裝工件的數(shù)量：分為單件銑夾具和多件銑夾具。 銑工件上斜面的單件銑夾具(圖4-55(a))。工件以一面兩孔定位，為保證夾緊力作用方向指向主要定位面，兩個壓板的前端作成球面。此外，為了確定對刀塊的位置，在夾具上設置了工藝孔O。,圓周式進給銑床夾具用在具有回轉工作臺的銑床上，一般均采用連續(xù)進給，有較高的生產(chǎn)率。這種加工方法使機動時間與輔助時間相重合，從而提高了機床利用率。,2.銑床夾

24、具設計要點 (1)夾具總體結構 銑削加工的切削力較大，又是斷續(xù)切削，加工中易引起振動，因此要求： 1)銑床夾具的受力元件要有足夠的強度和剛度 2)夾緊機構所提供的夾緊力應足夠大，且要求有較好的自鎖性能 3)為了提高夾具的工作效率，應盡可能采用機動夾緊機構和聯(lián)動夾緊機構，并在可能的情況下，采用多件夾緊和多件加工。,(2)對刀裝置 對刀裝置用以確定夾具相對于刀具的位置。銑床夾具的對刀裝置主要由對刀塊和塞尺構成。塞尺用于檢查刀具與對刀塊之間的間隙，以避免刀具與對刀塊直接接觸。 (3)夾具體 銑床夾具的夾具體要承受較大的切削力，因此要有 1) 足夠的強度、剛度和穩(wěn)定性。 故夾具體上要

25、適當?shù)夭贾媒畎澹? 夾具體的安裝面應足夠大； 作成周邊接觸的形式。 2) 銑床夾具通過定位鍵與銑床工作臺T形槽的配合來確定夾具在機床上的方位。,4.4.4 車床夾具 1.車床夾具的類型 根據(jù)工件的定位基準和夾具本身的結構特點，車床夾具可分為以下4類： 1)以工件外圓定位的車床夾具，如各類夾盤和 夾頭。 2)以工件內(nèi)孔定位的車床夾具，如各種心軸。 3)以工件頂尖孔定位的車床夾具，如頂尖、撥盤 等。 4)用于加工非回轉體的車床夾具，如各種彎板式、花盤式車床夾具。,當工件定位表面為單一圓柱表面或與被加工面相垂直的平面時，可采用各種通用車床夾具，如三爪自定心卡盤、四爪單動卡盤、頂尖、花盤

26、等； 當工件定位面較復雜或有其它特殊要求時(例如為了獲得高的定位精度或在大批量生產(chǎn)時要求有較高的生產(chǎn)率)，應設計專用車床夾具。,2車床夾具設計要點 (1)車床夾具總體結構 為保證夾具工作平穩(wěn)，夾具的結構應盡量緊湊，重心應盡量靠近主軸端，一般要求夾具懸伸不大于夾具輪廓外徑。 對于彎板式車床夾具和偏重的車床夾具，通常采用加平衡塊(配重)的方法進行平衡。 (參考圖4-59中的件1) 為保證工作安全，夾具上所有元件或機構不應超出夾具體的外廓必要時應加防護罩(如圖4-59中的件2)。 要求車床夾具的夾緊機構要能提供足夠的夾緊力，且有較好的自鎖性，以確保工件在切削過程中不會松動。,(2)夾具與機床主軸的聯(lián)接 車床夾具與機床主軸的聯(lián)接方式取決于機床主軸軸端的結構以及夾具的體積和精度要求。,車床夾具的設計要點同樣適合于內(nèi)圓磨床和外圓磨床所用的夾具。,