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1、机械制造工艺学（上） 第 3章 机床夹具设计 贺占蜀 郑州大学机械工程学院 目录 3.1机床夹具概述 3.2工件在夹具上的定位 3.3工件的夹紧 3.4各类机床夹具 3.6机床夹具设计步骤和方法 第 3章 机床夹具设计 第 3章 机床夹具设计 3.1机床夹具概述 机床夹具 机床上用以装夹工件（和引导刀具）的一种装置。 其作用是将工件定位，以使工件获得相对于机床和刀具的正确位置，并把工件可靠地夹紧 。 机床夹具及其组成 1） 定位元件及装置 用于确定工件在夹具中的正确位置 。 如 V型块 、 定位销 、 定位支承等 。 2） 刀具导向元件或装置 用于引导刀具或调整刀具相对于夹具定位元件的位置 ，
2、 如对刀块 、 钻套 、 镗套 。 3） 夹紧元件及装置 用于夹紧工件 。 4） 联接元件 用以确定夹具在机床上的位置并与机床相连接。 5） 夹具体 用于连接或固定夹具上各元件及装置 ， 使其成为一个整体的基础件 。 如底座 。 6） 其它元件及装置 夹具的组成 机床夹具及其组成 机床夹具及其组成 连杆铣槽夹具 1 菱形销 2 对刀块 3 定位键 4 夹具底板 5 圆柱销 6 工件 7 弹簧 8 螺栓 9 螺母 10 压板 11 止动销 正面 反面 1）保证加工质量 2）提高生产效率，降低生产成本 3）扩大机床工艺范围 4）减轻工人劳动强度，保证安全生产 夹具功能 机床夹具功能 1）通用夹具
3、2）专用夹具 3） 可调整夹具及成组夹具 4）组合夹具 5） 随行夹具 按夹具使用范围划分 机床夹具分类 三爪卡盘 万向平口钳 分度头 机床夹具分类 1）通用夹具： 已经标准化的、在一定范围内可用于加工不同工件的夹具。如 三爪、四爪卡盘，平口钳等。 特点 ：通用性强、应用广泛，适于工件简单、单件小批量生产中。 4 3 D L 机床夹具分类 2）专用夹具： 为某一工件特定工序专门设计的夹具。 特点 ：结构紧凑、使用方便、生产效率高，但需要专门设计制造，周期长、成本高，产品变更时便报废。适合于成批，大量生产。 3） 可调整夹具及成组夹具： 以成组技术为基础 ， 对所有的零件按相似性进行分类 ， 对
4、每一类设计制造出一种夹具 。 特点 ： 夹具的部分元件可以更换 ， 部分装置可以调整 。 4 3 D L L D 4 3 D 4 3 L D L 3 4 D L 4 3 D L 3 4 KH1 KH2 KH3 KH4 机床夹具分类 机床夹具分类 4）组合夹具： 由一套预先制造好的标准元件组合而成。 特点 ：大大缩短了设计制造周期，但结构刚性差。 可分为钻床夹具 、 铣床夹具 、 车床夹具 、 磨床夹具等 。 按使用机床划分 可分为手动夹具 、 气动夹具 、 液压夹具 、 真空夹具 、 电磁夹具等 。 按夹紧力源划分 气动虎钳 液压夹具 机床夹具分类 第 3章 机床夹具设计 3.2工件在夹具上的
5、定位 机械制造工艺学 定位方法与定位元件 足够的精度。 足够的硬度和耐磨性。 足够的刚度和强度。 工艺性要好。 便于清除切屑。 定位元件的基本要求 z y x z y x z y x z y x 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钉 、 支承板 、 夹具支承件和夹具体的凸台及平面等 。 z y x z y x 工件以平面定位 工件的定位 固定支承 支承钉 支承板 A 型 B 型 C 型 A 型 B 型 固定支承 支承钉 支承板 定位方法与定位元件 可调支承 支承点的位置可以在一定高度范围内调整的支承。当工件定位表面不规整或工件批与批之间毛坯尺寸变化较大时，常
6、用可调支承。 注意 ： 每一批工件 都要对可调支承进行调整，且调整完后一定要锁紧，即将该位置固定。 定位方法与定位元件 定位方法与定位元件 自位支承 又称浮动支承。在定位过程中，支承点可以 自动 调整其位置以适应工件定位表面的变化。只限制一个自由度，可提高工件的安装刚性和稳定性。 辅助支承 在工件完成定位后才参与支承， 它不起定位作用，而只起支承作用， 常用于在加工过程中加强被加工部位的刚度，提高切削稳定性。 注意：对一批工件的 每一个工件 都要进行调整 (与可调支承相比 )。 定位方法与定位元件 图 4.18各种辅助支承 平面定位元件的选用 面积较小的基准平面选用支承钉 面积较大、平面度精度
7、较高的基准平面定位选用支承板 毛坯面、阶梯平面和环形平面作基准平面定位时，选用自位支承 毛坯面作基准平面，调节时可按定位面质量和面积大小分别选用可调支承 当工件定位基准面需提高定位刚度、稳定性和可靠性时，可选用辅助支承 定位方法与定位元件 工件以圆孔定位 工件以圆孔定位多属于定心定位 （ 定位基准为圆柱 孔 轴线 ） 。 常用定位元件是定位销和心轴 。 y x z y x z y x z y x z y x z y x z 工件以圆孔定位 工件的定位 工件以圆柱孔定位 心轴 在车、铣、磨、齿轮加工等机床上加工套筒类和盘类零件。 心轴 刚性心轴 弹性心轴 自动定心心轴 液塑心轴 过盈配合 间隙配
8、合 小锥度心轴 定位方法与定位元件 心轴 ： A、刚性心轴 间隙配合，定心精度低 过盈配合，定心精度高，但装卸有点难 B、锥度心轴： 常用锥度： 1:1000 1:5000, 心轴和工件配合紧密，定心精度高，不用夹紧。 工件以圆柱孔定位 定位方法与定位元件 C、弹性心轴 :定心精度高，装卸方便。 工件以圆柱孔定位 定位销： 工件上定位内孔较小时，常选定位销 定位销 圆柱定位销 圆锥定位销 菱形定位销 圆柱定位销 定位方法与定位元件 工件以圆柱孔定位 定位销 菱形销 锥形销 定位方法与定位元件 工件以外圆柱面定位 工件以外圆柱面定位两种形式 ： 定心定位和支承定位 。 工件以外圆柱面定心定位的情
9、况与工件以圆孔定位的情况相仿 （ 用套筒和卡盘代替心轴或柱销 ） 。 y x z y x z y x z y x z y x z 工件以外圆柱面定位 工件的定位 工件以外圆柱面支承定位的元件常采用 V型块 . 工件以外圆柱面定位 套筒（定心定位） 套筒定位 当工件对称度要求较高时，选用 V形块 当工件定位圆柱面精度较高时，可选用套筒。 定位方法与定位元件 对于有些大型工件，不便从轴向安装，此时可利用半圆套定位。如下图上半圆夹紧，下半圆定位。 半圆套 定位方法与定位元件 V形块的结构类型 两斜面夹角： 60、 90 、 120。其中 90 使用最多。 对中性好，还可用于非完整外圆表面的定位。 工
10、件以外圆柱面定位 V 形块（支承定位） 定位方法与定位元件 工件以外圆柱面定位 V 形块（支承定位） )2/t an ()2/s i n (21NDHT当 90 时，有： NDHT 5.0707.0 定位方法与定位元件 除平面 、 圆孔 、 外圆柱面外 ， 工件有时还可能以其它表面 （ 如圆锥面 、 渐开线齿面 、 曲面等 ） 定位 。 下图为工件以锥孔定位的例子 ， 锥度心轴限制了除绕工件自身轴线转动外的 5个自由度 。 工件以其他表面定位 图 2-26 工件以锥孔定位 限制 5个自由度 定位方法与定位元件 工件以其他表面定位 工件以齿面定位 定位方法与定位元件 实际生产中经常遇到的不是单一
11、表面定位，而是几个定位表面的组合。常见的定位表面组合有：平面与平面的组合，平面与圆孔的组合，平面与外圆表面的组合、平面其它表面的组合，锥面与锥面的组合等。 前、后顶尖 xyz,x ,y z ,x z定位表面的组合 定位方法与定位元件 一面两孔定位 m i n1m i n22LXLK TTDb式中 b 菱形销宽度； D1， D2 与圆柱销和菱形销配合孔 最小 直径； d1， d2 圆柱销和菱形销的 最大 直径； 1min ， 2min 孔 1与销 1、孔 2与销 2的 最小 间隙； TLK ， TLX 两孔和两销中心距的公差。 定位方法与定位元件 一面两孔定位菱形销宽度尺寸计算 B b D2 d
12、2 O2 O2 A C L 1/2TLK L 1/2TLX D1 d1 O1 一面两孔定位设计计算 1） 确定 两销中心距 尺寸及公差 ：取工件两孔中心距基本尺寸为两销中心距基本尺寸 ， 其公差取工件孔中心距公差的 1/5 1/3 2） 确定 圆柱销 直径及其公差： 取相应孔的最小直径作为圆柱销直径的基本尺寸 ， 其公差一般取 g6或 f7。 定位方法与定位元件 一面两孔定位菱形销宽度尺寸计算 B b D2 d2 O2 O2 A C L 1/2TLK L 1/2TLX D1 d1 O1 定位方法与定位元件 3）确定 菱形销 宽度、直径及其公差： 按有关标准（见下表）选取菱形销的宽度 b；然后按
13、前式计算菱形销与其配合孔的最小间隙 2min ；再计算菱形销直径的基本(最大极限 )尺寸： d2 D2 2min ；最后按 h6或 h7确定菱形销直径公差。 菱形销结构尺寸 d 3 6 6 8 8 20 20 25 25 32 32 40 40 50 B d 0.5 d 1 d 2 d 3 d 4 d 5 d 6 b1 1 2 3 3 3 4 5 b 2 3 4 5 5 6 8 （单位： mm） d 工作部分直径 b 削边销计算宽度 b1 修圆后留下的圆柱部分宽度 定位误差的概念 定位误差 是由于工件在夹具上（或机床上）定位不准确而引起的加工误差。 定位误差本质： 一批工件 在夹具上定位时其
14、工序基准 在加工要求方向 上最大的变动量。 在轴上铣键槽 ， 要求保证槽底至轴心的距离 H。 若采用 V 型块定位 ， 键槽铣刀按规定尺寸 H调整好位置 。 实际加工时 ， 由于工件直径存在公差 ， 会使轴心位置发生变化 。 此变化量就是工件定位而引起的加工误差 ， 即 定位误差 。 图 2-28 定位误差 H O A O2 O1 DW定位误差 定位误差计算 计算依据！ 两道计算题！ 工件以底面定位铣台阶面 ， 要求保证尺寸 a ， 即工序基准为工件顶面 。 如刀具已调整好位置 ，则由于尺寸 b 的误差会使工件顶面位置发生变化 ， 从而使工序尺寸 a 产生误差 。 定位误差的来源： 定位基准 位置发生变化 或定位基准与工序基准 不重合 ，导致工序基准沿加工方向上产生了变动。 b a 图
