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1、第四章 机床夹具设计,工件的装夹是通过机床夹具来实现的。机床夹具是工艺系统的重要组成部分，它在生产中应用十分广泛。,夹具的作用,1. 保证精度 2. 提高效率 3. 扩大功能 4. 减轻强度,工件装夹,直接装夹 划线找正装夹 夹具装夹,直接装夹,划线找正装夹,第一节 工件的装夹 第二节 机床夹具概述 第三节 工件在夹具中的定位 第四节 工件在夹具中的夹紧,第一节 工件的装夹,一、工件的装夹 二、工件的定位,一、工件的装夹,定位：在机床上加工工件时，为使工件在该工序所加工表面能达到规定的尺寸与形位公差要求，在开动机床进行加工之前，必须首先将工件放在机床上或夹具中，使它在夹紧之前就相对于机床占有某
2、一正确的位置，此过程称为定位。（图）,夹紧：工件在定位之后还不一定能承受外 力的作用，为了使工件在加工过程中。总 能保持其正确位置，还必须把它压紧（固定），此过程称为夹紧。工件的装夹过程就是定位过程和夹紧过程的 综合。,定位的任务：使工件相对于机床占有 某一正确的位置。夹紧的任务：是保持工件的定位位置 不变。装夹的误差：定位误差和夹紧误差之 和。,二、工件的定位,物体在空间具有六个自由度（图）， 即沿三个坐标轴的移动和绕三个坐标轴的 转动，如果完全限制了物体的这六个自由 度，则物体在空间的位置就完全确定了。,综上分析知：欲使工件在空间 处于完全确定的位置，必须选用与加 工件相适应的个支承点来限
3、制工件 的个自由度。这就是工件定位的六 点定位原理（图）。,六点定位原理:工件定位时，用合理分布的 六个支承点与工件的定位基准相接触来限 制工件的六个自由度，使工件的位置完全 确定.,为了达到某一工序的加工要求，有时不一定要完全限制工件的六个自由度。,不完全定位： a图：完全自由 b、c、d图：可以沿Y轴方向移动 e图：可以沿x、Y轴方向移动，绕Z轴旋转,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。,过定位：几个定位支承点重复限制同一个自由度。 过定位是否允许，要视具体情况而定： 1）如果工件的定位面经过机械加工，且形状、尺寸、位置精度均较高，则过定位是
4、允许的。有时还是必要的，因为合理的过定位不仅不会影响加工精度，还会起到加强工艺系统刚度和增加定位稳定性的作用。 2）反之，如果工件的定位面是毛坯面，或虽经过机械加工，但加工精度不高，这时过定位一般是不允许的，因为它可能造成定位不准确，或定位不稳定，或发生定位干涉等情况。,a)在球上打盲孔B，保证尺寸H； b)在套筒零件上加工B孔，要求与D孔垂直相交，且保证尺寸L； c)在轴上铣横槽，保证槽宽B以及尺寸H和L； d)在支座零件上铣槽，保证槽宽B和槽深H及与4分布孔的位置度。,第二节 机床夹具概述,一、机床夹具的作用 1、保证加工的精度 2提高生产效率 3减轻劳动强度 4扩大机床的工艺范围,二、机
5、床夹具的分类,机床夹具,1.按夹具 的应用分,2.按夹具所用夹紧动力源分,3.按机床类型分, 通用夹具 专用机床夹具 组合夹具 成组夹具 随行夹具,车床夹具（例）,铣床夹具（例： ）,钻床夹具（例： ）,三爪卡盘,四爪卡盘,万向平口钳,回转工作台,分度头,平口钳分固定侧与活动侧，固定侧与底面作为定位面，活动侧用于夹紧,三、专用机床夹具的组成（图）,机床夹具组成,. 定位元件 . 夹紧装置 . 对刀元件、导向元件 . 夹具联接元件 . 夹具体 . 其他元件及装置,四、基准,基准是零件上用以确定其它点、线、 面的位置的点、线、面。 、设计基准（例） 、工艺基准（例）,（）定位基准 （）测量基准 （
6、）装配基准,第三节 工件在夹具中的定位,一、机床夹具定位元件 （）工件以平面定位常用定位元件 （二）工件以孔定位常用定位元件 （三）工件以外圆定位常用定位元件 （四）工件以组合表面定位常用定位元件,对定位元件的共同要求,定位工作面精度要求高 一定的强度与刚性 耐磨性 防屑、防尘 正确定位,定位元件的主要技术要求和常用材料,要求一定的：定位精度、粗糙度值、耐 磨性、硬度和刚度。 常用的材料： 低碳钢 如20钢或20Cr钢，工件表面经渗碳 淬火，深度0.81.2mm左右，硬度HRC5565。 高碳钢 如T7、T8、T10等，淬硬至HRC55 65。 此外也有用中碳钢 如45钢，淬硬至HRC43 4
7、8。,（）工件以平面定位常用定位元件,平面定位常用定位元件,支承钉,平头支承钉：用于支承精基准面（图）,球头支承钉：用于支承粗基准面（图）,网纹顶面支承钉：用在工件以粗基准 定位且要求较大摩擦力的表面定位（图 图）,支承板,平面型支承板：侧面和顶面定位（图 图）带斜槽型支承板：适于作底面定位准面（图）,可调支承 （图 图 图 图 图） 自位支承（图 图 图） 辅助支承 （图 图 ）,支承钉：A型用于精基准，B型用于粗基 准，C型用于侧面定位。支承钉与夹具孔 的配合为H7/r6或H7/n6。若支承钉需经 常更换时可加衬套，其外径与夹具体孔 的配合亦为H7/r6或H7/n6，内径与支承 钉的配合为
8、H7/js6。使用几个A型支承 钉时，装配后应磨平工作表面，以保证 等高性.,支承板：适用于精基准。A型用于侧面 和顶面定位，B型用于底面定位。支承 板用螺钉紧固在夹具体上。若受力较大 或支承板有移动趋势时，应增加圆锥销 或将支承板嵌入夹具体槽内。采用两个 以上支承板定位时，装配后应磨平工作 表面，以保证等高性。,可调支承：适用于毛坯（如铸件）分批制 造，其形状和尺寸变化较大的粗基准定 位。亦可用于同一夹具加工形状相同而 尺寸不同的工件，或用于专用可调整夹 具和成组夹具中。在一批工件加工前调 整一次，调整后用锁紧螺母锁紧。,可调支承的用途,适应不同批毛坯尺寸的较大变化，以满 足 后续工序的加工
9、余量。 在可调夹具中用作调节元件，以适应相 似零件系列尺寸的变化。,自位支承：支承本身在定位过程中所处的 位置，随工件定位基准面位置的变化而 自动与之适应，其作用相当于一个固定 支承，只限制一个自由度。由于增加了 与定位基准面接触的点数，故可提高工 件的安装刚性和稳定性。适用于工件以 粗基准定位或刚性不足的场合。,辅助支承,为了增加工件的刚性和稳定性，但又要 避免过定位，此时经常采用辅助支承。一 般辅助支承是在工件定位后才参与工作， 故不起定位作用。,（二）工件以孔定位常用定位元件,1定位销（图 图 图 图 图 图）,用定位销定位时，短圆柱销限制两个自由度；长圆柱销可以限制四个自由度；端圆锥销
10、限制三个自由度。,圆锥销,当工作部分直径D3mm时采用小定位 销（JB/T 8014.11999），夹具体上应有沉 孔，使定位销圆角部分沉入孔内而不影响定 位。大批量生产时，应采用可换定位销（ JB/T 8014.31999）。工作部分的直径，可 根据工件的加工要求和安装方便，按g5、g6 、f6、f7制造，与夹具体配合为H7/r6或 H7/n6，衬套外径与夹具体配合为H7/h6，其 内径与定位销配合为H7/h6或H7/h5。当采用 工件上孔与端面组合定位时，应该加上支承 垫板或支承垫圈。,注意：,所有定位销的定位端头部均做成15的 长倒角，以便于工件套入。,在加工箱体工件时，往往采用一平面及
11、 与该平面垂直的两孔为定位基准。定位元 件则为一平面、一短圆柱销及一短的削角 销。,2心轴（图）,长定位心轴限制四个方向自由度，短定位心 轴只限制两个方向自由度.小锥锥度心轴，装夹 工件时，通过工件孔和心轴接触表面的弹性变形 夹紧工件，使用小锥度心轴定位可获得较高的定 位精度，它可以限制五个自由度。,（三）工件以外圆定位常用定位元件,V形块(图）定位套半圆孔,1、 V形块（图 图 ）,定位分析,一个短V形块限制两个自由度；两个短V 形块组合或一个长V形块限制四个自由度； 浮动式V形块只限制一个自由度。,2、定位套,在工件以端面为主要定位基面的场合，短定位套孔限制工件的两个自由度；在工件以外圆柱
12、表面为主要定位基面的场合，长定位套孔限制工件的四个自由度；工件以圆柱面端部轮廓为定位基面，椎孔限制工件的三个自由度。,3、半圆孔,当工件尺寸较大，用圆柱孔定位不方便时，可将圆柱孔改成两半，下半孔用作定位，上半孔用于压紧工件。短半圆孔定位限制工件的二个自由度；长半圆孔定位限制工件的四个自由度。,特例,（四）工件以组合表面定位常用定位元件(图）,在实际生产中，为满足加工要求，有时 采用几个定位面相组合的方式进行定位。 常见的组合形式有：两顶尖孔、一端面一 孔、一端面一外圆、一面两孔等，与之相 对应的定位元件也是组合式的。,几个表面同时参与定位时，各定位基 准（基面）在定位中所起的作用有主次之 分。
13、例如，轴以两顶尖孔在车床前后顶尖 上定位的情况，前顶尖孔为主要定位基 面，前顶尖限制三个自由度，后顶尖只限 制两个自由度。,组合定位分析,工件在夹具中的定位，实质上就 是把前面所讲的各种定位元件作不同 组合来定位工件相应的几个定位面， 以达到工件在夹具中的定位要求，这 就是组合定位。,组合表面定位,解决方式,定位实例分析,（五）定位误差,六点定位原理，可以保证工件在夹具中 的正确位置，但是能否满足加工精度的要 求，还需要进一步讨论定位的准确性，即 定位误差有多大。为了保证加工质量，应 满足如下关系： AT,A各种因素产生误差的总和； T工件被加工尺寸的公差。,上式又可写成：eT 式中 e定位误
14、差；除定位误差以外，其它因素所引 起的误差总和(如机床、刀具误差，工艺系 统变形等)，可按加工经济精度查表确定。,1.定位误差的组成,所谓定位误差，是指由于工件定位造成的 加工面相对工序基准的位置误差。因为对 一批工件来说，刀具经调整后位置是不动 的，即被加工表面的位置相对于定位基准 是不变的，所以定位误差就是工序基准在 加工尺寸方向上的最大变动量。,定位误差的组成及产生原因有以下两个方面 定位基准与工序基准不一致所引起的定 位误差，称基准不重合误差，即工序基准相 对定位基准在加工尺寸方向上的最大变动量 ，以e1表示。, 定位基准面和定位元件本身的制造误差 所引起的定位误差，称基准位置误差，即
15、 定位基准的相对位置在加工尺寸方向上的 最大变动量，以e2表示。故有e= e1+e2 此公式是在加工尺寸方向上的代数和。,定位误差的结论：,定位误差只产生于采用调整法加工一批工件的情况下，若单件或批量工件逐个试切加工者不存在定位误差。 定位误差是由于工件定位不准确而产生的加工误差。表现形式：工序基准相对加工表面在加工尺寸方向可能产生的最大尺寸或位置的变动。 产生原因：基准不重合；工件的定位基准面制造误差、定位元件制造误差、工件基面与定位元件间的配合间隙及基准不重合误差。,定位误差由基准不重合误差和基准位移（位置）误差两部分组成，但二者不一定同时存在。 定位误差的计算可以按照定位误差的定义进行计
16、算，也可以按定位误差的组成注意分析计算。,基准不重合误差,(1)工件以平面定位时的定位误差,图为在镗床上加工箱体的A、B两通孔时 的定位情况，要保证尺寸A1、A2和B1、B2 。加工时刀具位置经调整好不再改变，因 此对加工一批工件来说，被加工的A、B二 孔表面相对夹具的位置不变。,加工孔A时，尺寸A1的工序基准和定位 基准均是D面，基准重合，所以e1=0定位基准面D有角度制造误差T/2， 根据基准位置误差的定义有：e2 =2H.tanT 所以e=e1+e2= 2H.tan T,尺寸A2的工序基准是E面，定位基准是 C面，基准不重合，根据基准不重合误差的 定义有：e1= TL2假定定位基准C面制造得平整光滑，则 同批工件的定位基准位置不变，此时就有：e2 =0 所以 e=TL2,
