[2017年整理]机械制造基础第5章

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1、第5章 工件的装夹 5.1 机床夹具概述 5.1.1 基准的定义及分类基准是用来确定生产对象上几何要素间的几何关 系所依据的那些点、线、面。1. 设计基准是指在设计图样上所采用的基准。2. 工艺基准是指在加工工艺过程中所采用的基准 。（1）工序基准是指在工序图上用以确定本工序被加工表面加工 后的尺寸、形状及位置的基准。（2）定位基准是指在加工中用于工件定位的基准 （3）测量基准是指在加工中或加工后对工件进行测量时所采用的基准。（4）装配基准是指在装配时，用来确定零件或部件在产品中的相对位置所采用的基准。5.1.2 工件的装夹及装夹方式 在机械加工过程中，为了保证加工精度和提高生产 率，必须使工

2、件在机床上或夹具中相对刀具占有正确的 位置，这一过程称为定位。工件定位后还需将其固定， 使其在加工过程中受各种力的作用能保持定位位置不变 的操作，称为夹紧。定位、装夹的过程称为装夹。完成 工件装夹的装置称为机床夹具，简称夹具。1. 直接找正装夹法是指工件定位时，由操作工人利用百分表、划针等 量具（量仪）或目测在机床上直接找正工件上某些有相 互位置要求的表面，使工件处于正确的位置，然后夹紧 的一种装夹方法。其生产效率低，加工精度取决于工人 操作技术水平和所使用量具的精确度，一般用于单件小 批量生产中。2. 划线找正装夹法是指在工件表面上按图纸要求划出中心线、对称 线和各待加工表面的加工位置线，然

3、后在机床上按划 好的线找正工件的位置并将工件夹紧的一种装夹方法 。其生产效率低，装夹精度也不高，多用于生产批量 较小、毛坯精度较低以及大型零件的粗加工中。3. 夹具装夹法是指用夹具上的定位元件使工件获得正确位置的 一种装夹方法。采用这种方法时，工件定位迅速方便 ，定位精度高，但需设计、制造专用夹具。夹具装夹 法广泛用于大批大量生产中。 5.1.3 夹具的作用、分类及组成 1. 夹具的作用（1）保证加工精度的稳定 。（2）缩短辅助时间，提高劳动生产率 。（3）扩大了机床的使用范围。 （4）减轻劳动强度，保证安全生产 。2. 夹具的分类（1）按夹具通用程度不同分类1）通用夹具 是指结构、尺寸已规格

4、化并具有很大 通用性的夹具，其在一定范围内无须调整或稍加调整就 可以装夹不同的工件。其特点是加工精度不高，操作费 时，生产率较低，主要用于单件小批生产中。2）专用夹具 是指为某一工件的某道工序的加工而 专门设计和制造的夹具。其设计周期较长、投资较大， 但结构紧凑、操作方便、安全可靠、生产率高，能获得 较高的加工精度，适用于大批量生产中。3）可调夹具 可调夹具在加工不同类型和尺寸的 工件时，只需调整或更换原夹具上个别元件便可使用 。它一般可分为通用可调夹具和成组夹具两种4）组合夹具 是一种模块化的夹具，由预先制造 好的通用标准部件经组装而成。当产品变更时，夹具 在短时间内经拆卸、清洗后可重新组装

5、成另一种形式 的夹具。因其具有生产准备周期短，元件能重复使用 ，并能减少专用夹具数量的特点，故特别适合于新产 品的试制、中小批量多品种生产和数控加工中。5）随行夹具 是一种在自动线或柔性制造系统中 使用的夹具。（2）按使用的机床分类 可分为车床夹具、钻床夹具、铣床夹具、镗床夹 具、磨床夹具等。（3）按使用的动力源分类可分为手动夹具、气动夹具、液压夹具、电动夹 具、磁力夹具等。 3. 夹具的组成（1）定位元件 它与工件的定位基准相接触，用以 确定工件在夹具中的正确位置。（2）夹紧装置 其作用是保证工件在夹具中已定位 好的位置，不受加工过程中外力的作用而破坏，使加 工得以顺利进行。（3）夹具体 是

6、夹具的基础件，用于连接夹具上各 个元件或装置，使之成为一个整体。它与机床相结合 ，使夹具相对机床具有一个确定的位置。（4）对刀元件 用于确定夹具与刀具的相对位置。（5）其他装置或元件 为满足设计给定条件及使用方便，有些夹具还要设置分度装置、靠模装置、上下料装置、顶出器等。 5.2 定位原理5.2.1 六点定位原理1. 工件的定位工件的定位有两层含义。一种是夹具在机床上的 定位。一种是工件在夹具中的定位。2. 六点定位原理这种用合理分布的六个支承点限制工件六个自由 度的方法，称为六点定位原理。5.2.2 定位方式分类1. 完全定位是指工件六个自由度全部被限制的一种定位状态 。2. 不完全定位是指

7、工件被限制的自由度数目少于六个，但能保 证加工要求的一种定位状态。3. 欠定位是指工件实际定位所限制的自由度数目少于按其 加工要求所必须限制的自由度数目时的一种定位状态 。欠定位是不允许的。 4. 过定位是指多个支承点重复限制同一个自由度的一种定位状态，又称为重复定位。防止过定位或减小 因过定位引起的干涉，通常采取下述两种措施。（1）改变定位元件的结构（2）提高定位基面之间以及定位元件工作表面之间的位置精度 。5.3 定位元件 5.3.1 工件以平面定位的定位元件1. 主要支承（1）固定支承 是指在夹具体上其位置固定不变时 的定位元件。常用的有支承钉和支承板两种类型。1）支承钉 有三种形式，如

8、图a所示：A型是平头 支承钉，用于精基准定位；B型是球头支承钉，多用于 粗基准定位；C型是齿纹头支承钉，常用于侧面定位。2）支承板 大中型工件以精基准面定位时，多采用支承板定位，图b所示为支承板的结构形式，其中A型支承板适用于侧面及顶面的定位；B型支承板适用于底面定位。（2）可调支承是指支承点的位置可以根据需要进行调节的支承 ，如图所示为几种常用的可调支承。应注意，可调支 承在一批工件加工前调整一次，在同一批工件的加工 中应保持不变，其作用相当于固定支承。 （3）自位支承是指在工件定位过程中，能自动调整位置的支承，也称为浮动支承，但其作用仍相当于一个固定支承，只限制工件一个自由度。2. 辅助支

9、承是指在夹具中对工件不起限制自由度作用的支承 。它主要用来提高工件的装夹刚度和稳定性，防止工件因受力产生变形。常用的辅助支承有以下几种。（1）螺旋式辅助支承 如图a所示，这种支承结构简单，但效率较低。（2）自位式辅助支承 如图b所示，弹簧推动滑柱与工件接触，用顶柱锁紧。弹簧力的大小应能使滑柱弹出，但不能顶起工件。 （3）推引式辅助支承 如图c所示，适用于工件较重、垂直作用的切削负荷较大的场合。5.3.2 工件以圆孔定位的定位元件 1. 圆柱定位销下图为常用的定位销结构。2. 圆柱定位心轴圆柱定位心轴主要用在车床、铣床、磨床上加工套类和盘类零件。下图所示为常用的几种心轴结构形式 。图a为间隙配合

10、心轴，装卸工件方便，但定位精度 不高，为了减少因配合间隙造成工件的倾斜，工件常 以孔和端面联合定位。图b为过盈配合心轴，适用于加工工件外圆及端面 。这种心轴结构简单，制造方便且定心精度高，无需 夹紧装置，但装卸工件不方便，因此多用于定心精度 要求高的精加工场合。图c是花键心轴，用于加工以花键孔定位的工件。 当工件定位孔的长度与直径之比为1时，工作部分可稍带锥度。心轴在机床上的常用装夹方式如右图所示。3. 圆锥销下图所示为工件以圆孔在圆锥销上定位的示意图 。其中图a用于粗基准定位，图b用于精基准定位。4. 小锥度心轴如图所示，工件是以圆柱孔定位，并靠定位基准 孔与心轴工作圆锥表面的弹性变形夹紧工

11、件。这种心 轴的定心精度较高，但工件的轴向位移误差较大，装 卸工件不便且易倾斜，传递扭矩小。适用于工件定位孔精度不低于 IT7的精车和磨削，但不宜加工端面。 5.3.3 工件以外圆柱面定位的定位元件 1. V形块V形块定位的最大优点是对中性好，另一个特点是无论定位基准是否经过加工，是完整的圆柱面还是局部的圆弧面，都可以采用V形块定位。如图所示为常 用V形块的结构。图a是用于精基准的短V形块；图b是 用于粗基准和阶梯定位面的长V形块；图c是用于较长 的基准面和相距较远的两个定位面的V形块；V形块不 一定采用整体结构，也可在铸铁底座上镶淬硬支承板 或硬质合金板，如图d所示。V形块有活动式和固定式之

12、分，活动式V形块如图 所示，它除限制工件一个转动自由度外，还起到夹紧的作用。 2. 定位套 工件以外圆柱面定位时，可采用如图所示的定位套 。其中图a为长定位套，限制工件四个自由度；图b为短 定位套，限制工件两个自由度。为了限制工件的轴向自 由度，定位套常与端面联合定位。定位套结构简单，制 造容易，但定心精度不高，一般适用于精基准定位。 3. 半圆套如图所示为两种结构的半圆套定位装置，主要用于大型轴类工件以及不便于轴向装夹的工件。4. 圆锥套图5.24所示为常用的反顶尖。工件以圆柱面的端部在圆锥套的锥孔中定位。顶尖体的锥柄部分插入机床主轴孔中，螺钉用来传递扭矩。 5.3.4 工件以一面两孔的组合

13、定位 在生产中，常用几个定位元件组合起来同时定位工 件的几个定位面，以达到定位要求，这就是组合定位。 在成批及大量加工箱体、杠杆、盖板和支架等零件时， 常采用“一面两孔”的定位方式。但此时，最容易出现过 定位的问题。如图a所示为一箱体用一面两孔定位的示意图。自由度被重复限制产生了过定位。当一批工 件上两定位孔及夹具上两销之间的中心距误差较大时， 就有可能使工件无法正确装到夹具上定位。因此，一般 不采用两个圆柱销，而是采用如图b所示的一个圆柱销和一个菱形销。因菱形销只限制一个自由度，这样共限制了六个自由度，属完全定位。常用菱形销的结构形式如图5.26所示。 5.4 夹紧装置 5.4.1 夹紧装置

14、的组成 1. 力源装置是指提供原始夹紧力的装置。2. 中间传力机构是把力源装置产生的力传给夹紧元件的机构。3. 夹紧元件是夹紧装置的最终执行元件。5.4.2 夹紧装置的基本要求（1）在夹紧和加工过程中，应能保证工件定位后 所获得的正确位置不会改变。（2）夹紧力的大小要适当。（3）工艺性要好。（4）使用性好。5.4.3 夹紧力的确定 1. 夹紧力方向的确定（1）夹紧力的方向应朝向主要的定位基准面。（2）夹紧力的方向应尽量与工件刚度最大的方向 相一致，以减小工件变形 。 （3）夹紧力的方向应尽量与切削力、工件重力的方向一致，以减小夹紧力 。 2. 夹紧力作用点的确定（1）夹紧力的作用点应落在支承点

15、上或几个支承 元件所形成的支承区域内，以保证工件已获得的定位 位置不变 （2）夹紧力的作用点应落在工件刚性最好的部位 ，以减小工件的夹紧变形 。（3）夹紧力作用点应尽量靠近被加工表面，以减 小对工件造成的翻转力矩。3. 夹紧力大小的确定在夹紧力的方向、作用点确定之后，就要确定夹 紧力的大小。夹紧力的大小应适当。夹紧力的计算是 一个很复杂的问题，通常只能在静态下利用力学原理 和考虑各种因素，对夹紧力的大小进行粗略估算。5.5 夹紧机构 5.5.1 基本夹紧机构 1. 斜楔夹紧机构它是指利用斜面直接或间接夹紧工件的机构。其 特点是具有增力作用，但夹紧行程较小。 2. 螺旋夹紧机构它是指由螺钉、螺母

16、、垫圈、压板等元件组成的一种夹紧机构。其结构简单、制造容易、通用性好，自锁 性能好、夹紧力和夹紧行程大，目前得到广泛的应用 。（1）单个螺旋夹紧机构它是指直接用螺钉、螺母夹紧工件的机构。如图a 所示的结构，在转动螺钉时，可能会损伤工件的已加 工表面，或带动工件旋转。在实际应用中，常在螺钉 头部装上如图b所示的可以摆动的压块，可防止发生上述现象。标准压块的结构有两种，A型的端面是光滑的，用于已加工表面，B形端面有齿纹，用于夹紧毛坯粗糙表面 。（2）快速螺旋夹紧机构单个螺旋夹紧机构在使用时夹紧动作慢，工件装 卸费时。所以，为迅速夹紧工件，减少程较小辅助时间，生产中常采用各种快速螺旋夹紧机构。图a所示为带有开口垫圈的螺母夹紧机构；图b所示为快卸螺母结构。图c所示为回转压板夹紧机构。 3. 偏心夹紧机构 它是指用偏心件直接或间接夹紧工件的机构，常用 的偏心件有圆偏心和曲线偏心两种。曲线偏心制造困难 ，应用较少；圆偏心结