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1、第3章 机床夹具,【学习目标】,1了解各种普通机床常用夹具的分类和应用2了解常见定位方式及定位元件的应用3掌握工件定位的基本原理和夹紧的基本方法4了解数控加工中常用的夹具,3.1 通用夹具及应用,按机床工艺规程的要求，保证工件获得相对于机床和刀具的正确位置，并通过夹紧工件保证在加工过程中始终保持工件位置正确的工艺装备，称为机床夹具。简单地说用来装夹工件（和引导刀具）的装置称为机床夹具，简称夹具。这里所说的“装夹”包含定位与夹紧两个过程。定位是“确定工件在机床上或夹具中占有正确位置的过程”；夹紧是“工件定位后将其固定，使其在加工过程中保持定位位置不变的操作”。工件在机床上或夹具中定位、夹紧的过程
2、，称为装夹。通用夹具是指结构、尺寸已标准化、规格化，在一定范围内可用于加工不同工件的夹具。这类夹具作为机床的附件由机床附件厂制造和供应。例如：车床上的三爪卡盘、四爪卡盘、顶尖和鸡心夹头；铣床上的平口虎钳、分度头和回转工作台；平面磨床上的吸盘（磁力工作台）等。这类夹具的特点是适应性强，无须调整或稍作调整就可以用来装夹一定形状和尺寸范围的工件。,顶尖是车床加工中必不可少的夹具附件，用于精确重复定位或有同轴度公差要求的工件车削，顶尖作为定位基准，定心正确可靠，安装方便，可提高装夹刚度，减少在加工过程中的震动。顶尖主要有两种：普通顶尖和拨动顶尖。1普通顶尖普通顶尖有回转式顶尖（活顶尖）和固定式顶尖（死
3、顶尖）两种。回转式顶尖装有轴承，定位精度略差，但旋转时不容易发热。活顶尖将顶尖与工件中心孔之间的滑动摩擦改成顶尖内部轴承的滚动摩擦，能在很高的转速下正常地工作；但活顶尖存在一定的装配积累误差，以及当滚动轴承磨损后，会使顶尖产生径向摆动，从而降低了加工精度，故一般用于轴的粗车或半精车。 固定式顶尖是一个整体，定位精度高，但顶尖部分由于旋转摩擦生热，容易将中心孔或顶尖“烧坏”。因此，尾架上如果是死顶尖，则工件的右端中心孔应涂上黄油，以减小摩擦。死顶尖适用于低速加工、精度要求较高的工件。,3.1 通用夹具及应用,3.1.1 顶尖应用,顶尖的大小一般按莫氏（Morse）锥孔的大小来分，如莫氏3号、4号
4、、5号，号数大则顶尖小。常见的顶尖如图3-2所示。,3.1 通用夹具及应用,3.1.1 顶尖应用,例如，在车床上加工细长轴时就必须使用顶尖来帮助支撑、定心和减少震动。另外在加工过程中，为了保证被加工件的同轴度，会在机床主轴卡盘上或尾座上加用个顶尖，如图3-1所示。,2拨动顶尖 车削加工中常用的拨动顶尖有内、外拨动顶尖和端面拨动顶尖两种。内、外拨动顶尖的锥面带齿，能嵌入工件，拨动工件旋转，如图3-3所示。,3.1 通用夹具及应用,3.1.1 顶尖应用,端面拨动顶尖端面拨爪带动工件旋转，适合装夹的工件直径在50150mm之间，如图3-4所示。,对普通车床或CNC车床来说，夹头是最常用的夹具，其形式
5、及种类繁多。我国车床主要以手动夹头为主，但随着科技进步和国外先进数控机床的引进，如今CNC车床大多使用油压或气压动力夹头。油压动力夹头需要与液压回转油缸配套使用，有夹持力大、夹持精度高、机构磨损小等特点。应用广泛；气压动力夹头自带回转气缸，只要有0.6 MPa的压缩空气气源，配以简单的气动控制回路，就可以实现工件的自动装夹。气压动力夹头具有夹持力小、夹持精度高、通孔直径大、适合于大直径长管材加工的特点，常用于普通车床、简易CNC车床和不便安装液压回转油缸的车床上。两者比较，气压动力夹头夹持力较小，气压动力夹头最大夹持力大约为10 kg/cm左右，而油压动力夹头最大夹持力可达100 kg/cm以
6、上。如果工件材质软，避免工件表面夹伤可选用气压动力夹头。,3.1 通用夹具及应用,3.1.2 夹头应用,1手动夹头 手动夹头主要用于车床零件加工中，分前锁式及后锁式两种；夹爪分2爪、3爪、4爪等，又分为同动及单动式。常用3爪或4爪夹头，3爪可加工同心圆类工件，4爪则可加工偏心圆工件。（1）三爪卡盘。三爪卡盘安装在车床主轴或铣床回转工作台上，用来装夹轴类工件。如图3-5所示，三爪卡盘由3个小锥齿轮和1个大锥齿轮啮合组成，大锥齿轮的背面有平面螺纹结构，3个卡爪等分安装在平面螺纹上。当用扳手扳动小锥齿轮时，大锥齿轮转动，它背面的平面螺纹就使3个卡爪同时向中心靠近或退出。三爪卡盘卡爪有正爪和反爪之分，
7、适用于不同直径的轴类或套类工件装夹，可自动定心，装夹方便，但它夹紧力较小，不便于夹持外形不规则的工件。（2）四爪卡盘。四爪卡盘用4个丝杠分别带动四爪，4个爪都可单独移动，安装工件时需利用划针盘或百分表找正，安装精度比三爪卡盘高，夹紧力大，适用于装夹毛坯及截面形状不规则和不对称（偏心）的较重、较大的工件，如图3-6所示。常见的四爪卡盘没有自动定心的作用，常用于普通车床、数控车床、磨床、铣床、钻床及机床附件分度头回转台等。,3.1 通用夹具及应用,3.1.2 夹头应用,2气压夹头与油压夹头 气压夹头以气压为动力，并利用气压分道环充气直接推动夹爪，由夹头本体止逆系统保持其夹持力。为了装夹长工件且不使
8、工件表面损伤，主轴前后常采用气压夹头，如图3-7所示。安装须注意分道环相对位置，不使充气过程产生漏气现象。油压夹头也有很多种类，通常有中空及实心夹头，同样也分夹爪数，须配合工件或者加工方式或者成本考虑选择使用。,3.1 通用夹具及应用,3.1.2 夹头应用,3分度夹头 回转式分度夹头主要功能为车削多面特殊工件（如十字轴、电磁阀等），即由分度夹头控制工件的车削面，可省略必备的多种特殊夹爪及缩短上下料时间（此种夹头需搭配特殊油压缸、油箱）。图3-8所示为油压分度夹头。4弹簧夹头 弹簧夹头是国内外机械制造必不可少的一种高效而易损的专用夹持工具，它的应用范围很广，消耗量较大，适用于自动车床、万能铣床、
9、螺纹磨床等各类设备。例如弹簧夹头型卡盘，如图3-9所示。其主要优点可以应用于有自动进料系统的棒料加工，夹持精度高、范围大，对于不同直径的加工件，可更换不同的弹簧夹子，特别适合于薄壁零件的加工，也多用于加工心轴类零件，一般会配合自动送料机以及工补系统，以全自动生产为主，产能高且可减少人工成本。弹簧夹头常分为圆形、正四方形、六角形等，可以夹持圆棒料、四方料、六角棒料。,3.1 通用夹具及应用,3.1.2 夹头应用,三爪自定心卡盘和四爪单动卡盘过渡盘用于卡盘和车床主轴的连接，如图3-10所示，过渡适用于GB/T434643471984规定的三爪自定心卡盘。表3-1所示为三爪自定心卡盘用过渡盘的结构尺
10、寸。图3-11所示为适用于GB/T5901.15901.31986规定的四爪单动卡盘。表3-2所示为四爪自定心卡盘用过渡盘的结构尺寸。,3.1 通用夹具及应用,3.1.3 过渡盘的应用,图3-10 三爪自定心卡盘用过渡盘结构 图3-11 四爪自定心卡盘用过渡盘结构,较长的（长径比L/D=410）或加工工序较多的轴类工件，为保证工件同轴度要求，常采用两顶尖加拨盘安装定位。工件装夹在前、后顶尖之间，由卡箍（又称鸡心夹头）、拨盘带动工件旋转，如图3-12所示。前顶尖装在主轴锥孔内，与主轴一起旋转；后顶尖装在尾架锥孔内固定不转。有时亦可用三爪卡盘代替拨盘，此时前顶尖用一段钢棒车成，夹在三爪卡盘上，卡盘
11、的卡爪通过鸡心夹头带动工件旋转。常见拨盘结构如图3-13所示，拨盘尺寸如表3-3所示。,3.1 通用夹具及应用,3.1.4 拨盘的应用,在车削形状不规则或大而薄的工件时，三爪、四爪卡盘或顶尖都无法装夹，可以用花盘进行装夹。花盘结构如图3-14所示，其结构尺寸如表3-4所示。花盘工作面上有许多长短不等的径向导槽，使用时配以角铁、压块、螺栓、螺母、垫块、平衡铁等，可将工件装夹在盘面上。安装时，按工件的划线痕进行找正，同时要注意重心的平衡，以防止旋转时产生震动。,3.1 通用夹具及应用,3.1.5 花盘的应用,当零件加工的平面相对于安装平面有平行度要求或加工的孔和外圆的轴线相对于安装平面有垂直度要求
12、时，则可以把工件用压板、螺栓安装在花盘上再进行加工，如图3-15所示。当零件上需加工的平面相对于安装平面有垂直度要求或需加工的孔和外圆的轴线相对于安装平面有平行度要求时，则可以用花盘、角铁（弯板）安装工件。角铁要有一定的刚度，用于贴靠花盘及安放工件的两个平面，应有较高的垂直度。,车削细长轴（长径比L/D25）时，为了防止工件受径向切削力的作用而产生弯曲变形，常用中心架或跟刀架作为辅助支承，以增加工件刚性。1中心架 中心架固定在床身导轨上使用，有3个独立移动的支承爪，并可用紧固螺钉予以固定。使用时，将工件安装在前、后顶尖上，先在工件支承部位精车一段光滑表面，再将中心架紧固于导轨的适当位置，最后调
13、整3个支承爪，使之与工件支承面接触，松紧适宜。中心架的应用有如下两种情况：（1）加工细长阶梯轴的各外圆。一般将中心架支承在轴的中间部位，先车右端各外圆，调头后再车另一端的外圆。图3-16所示为中心架装夹工件车外圆。（2）加工长轴或长筒的端面以及端部的孔和螺纹。可用卡盘夹持工件左端，用中心架支承右端。图3-17所示为中心架装夹工件车端面。,3.1 通用夹具及应用,3.1.6 中心架和跟刀架的应用,2跟刀架跟刀架固定在大拖板侧面上，跟随刀架纵向运动。跟刀架有2个或3个支承爪，紧跟在车刀后面起辅助支承作用。因此，跟刀架主要用于不允许接刀的细长轴的加工，如丝杠、光杠等。图3-18、图3-19所示分别为
14、跟刀架支承工件车外圆和跟刀架支承车削细长轴示意图。使用跟刀架需先在工件右端车削一段外圆，根据外圆调整支承爪的位置和松紧，压力要适当，否则会产生震动或车削成竹节形或螺旋形。,3.1 通用夹具及应用,3.1.6 中心架和跟刀架的应用,中心架装夹工件车外圆 中心架装夹工件车端面,跟刀架装夹工件车外圆,分度头是铣床，特别是万能铣床的重要附件。分度头安装在铣床工作台上，被加工工件支承在分度头主轴顶尖与尾座顶尖之间或夹持在卡盘上，可以完成下列工作。使工件周期地绕自身轴线回转一定角度，完成等分或不等分的圆周分度工作，如加工方头、六角头、齿轮、花键等。通过配换挂轮，由分度头带动工件连续转动，并与工作台的纵向进
15、给运动相配合，以加工螺旋齿轮、螺旋槽、阿基米德螺旋线凸轮等。用卡盘夹持工件，使工件轴线相对于铣床工作台倾斜一定角度，以加工与工件轴线相交成一定角度的平面、沟槽等。因此，分度头在单件、小批生产中得到了普遍应用。分度头有直接分度头、万能分度头、光学分度头等类型，其中以万能分度头最为常用。常见的万能分度头有FW125、FW200、FW250、FW300等几种，代号中F代表分度头，W代表万能型，后面的数字代表最大回转直径，其单位为mm。,3.1 通用夹具及应用,3.1.7 分度头应用,1万能分度头的主要结构 万能分度头自带有挂轮架、交换齿轮、尾架、顶尖、拨叉、千斤顶、分度盘、三爪卡盘、法兰盘等附件。其
16、主轴可在垂直平面内旋转（595）以满足多种工作的需要。主要结构如图3-20所示。,3.1 通用夹具及应用,3.1.7 分度头应用,2万能分度头的使用 使用分度头进行分度的方法有：直接分度、角度分度、简单分度、差动分度等。（1）直接分度。当分度精度要求较低或分度数较少时，可根据主轴上的刻度和本体上的游标直接读数进行分度。分度前须将分度盘轴套锁紧螺钉锁紧脱开脱落蜗杆手柄，松开主轴锁紧手柄。切削时必须锁紧主轴锁紧手柄后方可进行切削。（2）角度分度。当需分度的零件在图样上以角度值表示分时，可直接利用分度盘活角度表按所需角度进行分度。分度手柄带动分度盘每旋转一周，分度头主轴转过1/40转，即分度值为9。
17、分度前须将分度盘轴套锁紧螺钉锁紧。（3）简单分度。简单分度是最常用的分度方法。它利用分度盘上不同的孔数和定位销，通过计算来实现工件所需的等分数。,3.1 通用夹具及应用,3.1.7 分度头应用,计算方法如下: n=式中：n定位销（即分度手柄）的转数；Z工件所需等分数。若计算值含分数，则在分度盘中选择具有该分母整数倍的孔圈数。例：用分度头铣齿数Z为36的直齿轮。n= 在分度盘中找到孔数为96=54的孔圈，代入上式：n= 操作方法:先将分度盘轴套锁紧螺钉锁紧，再将定位销调整到54孔数的孔圈上，调整扇形拨叉含有6个孔距。此时，转动手柄使定位销旋转一圈再转过6个孔距。试计算：等分数为12的分度头操作方法。,
