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1、第六章 机床夹具和刀具,第一节 概述 第二节 工件在夹具中的定位 第三节 工件在夹具中的夹紧 第四节 夹具的其它装置和元件 第五节 各类机床夹具 第六节 金属切削刀具,第一节 概述 一、机床夹具的功用 夹具是一种装夹工件的工艺装备，它主要功用是实现工件定位和夹紧，使工件加工时相对于机床、刀具有正确的位置，以保证工件的加工精度 。,如图6-1所示，在车床上加工异形杠杆的14H7孔，要保证此孔的轴线与20h7外圆轴线距离尺寸为70mm0.05mm及平行度公差0.05mm。其车床夹具的结构如图6-2所示。工件以20h7、30mm外圆为定位基面，分别在V形块2、可调V形块6上定位。并用铰链压板1和螺钉
2、5夹紧。由图可以看出，只要严格控制夹具上V形块2的位置和方向，便能够保证尺寸70mm0.05mm及平行度公差0.05mm的要求。,图61 异形杠杆,图62 车床夹具,1铰链压板 2V形块 3夹具体 4支架 5螺钉 6可调V形块 7螺杆,图6-3所示为盖板简图，在钻床上钻9-5mm孔。其钻床夹具如图6-4所示，工件以底面及两侧面分别与夹具体5的平面、圆柱销4、菱形销7、挡销6接触定位。钻模板1由上述件4和7对定并盖在工件上，用压板3夹紧，通过钻模板上的钻套2引导钻头钻孔，只要控制好钻模板1上钻套间的位置及钻套孔与两对定孔的位置，便能够保证9-5mm孔的尺寸与相互位置公差要求。,图63 盖板简图,
3、图64 钻床夹具,1钻模板 2钻套 3压板 4圆柱销 5夹具体 6挡销 7菱形销,从上述机床夹具的使用中不难看出，机床夹具在零件的加工过程中其作用主要有以下五个方面： （1）保证加工精度 用夹具装夹工件，减少对其它生产设备和操作者技术水平的依赖性，能稳定地保证加工精度。 （2）提高劳动生产率 用夹具装夹工件，无需找正便能使工件迅速地定位和夹紧，显著地缩短辅助时间，提高劳动生产率。 （3）改善工人的劳动条件 用夹具装夹工件，方便，迅速。当采用气动、液压等夹紧装置时，可减轻工人的劳动强度。 （4）降低生产成本 在批量生产中使用夹具时，由于劳动生产率的提高和允许使用技术等级较低的工人操作，故可明显地
4、降低生产成本。 （5）扩大机床工艺范围 使用夹具可以扩大机床工艺范围，如使用夹具可将车床改为镗床或拉床、深孔加工机床等。,二、夹具的分类,1、按专门化程度分,通用夹具 专用夹具 可调夹具 组合夹具 随行夹具,2、按使用的机床分,车床夹具 钻床夹具 镗床夹具 磨床夹具 数控机床夹具,3、按夹紧动力源分,手动夹具 气动夹具 液压夹具 电磁夹具 真空夹具,1.按夹具的专门化分类： （1）通用夹具 通用夹具一般作为通用机床的附件提供，是指已经标准化的，在加工不同的工件时，无需调整或稍加调整（不必特殊调整）就可使用的夹具。如车床上的三爪自定心卡盘、四爪单动卡盘、顶尖等；铣床上的平口虎钳、分度头、回转工作
5、台等。通用夹具一般由专业厂家制造。这类夹具的特点是：通用性强、加工精度不很高、生产效率低，主要适用于单件、小批量的生产中。,（2）专用夹具 专用夹具是指根据某一工件的某一工序的加工要求，而专门设计的夹具。 专用夹具可以按照工件的加工要求设计得结构紧凑、操作迅速、方便、省力，以提高生产效率。但专用夹具设计制造周期长、成本较高，当产品变更时无法继续使用。因此这类夹具适用于产品固定的大批量生产中。,（3）可调夹具 可调夹具是指加工形状相似，尺寸相近的多种工件时，只需更换或调整夹具上的个别元件或部件，就可使用的夹具。可调夹具又分为通用可调夹具和成组可调夹具。其中通用可调夹具的适用范围广一些，但加工对象
6、不明确，其可更换或可调整部分的设计应有较大的适应性；而成组可调夹具是专门为成组工艺中的某一族（组）的零件加工而设计的，加工对象和使用范围都很明确。 采用这两种夹具可以显著减少专用夹具数量、缩短生产周期、降低生产成本，因此在多品种、小批量生产中得到广泛应用。,（4）随行夹具 随行夹具是自动线夹具的一种。自动线夹具基本上可分为两类：一类为固定式夹具，它与一般专用夹具相似；另一类随行夹具，该夹具既要起到装夹工件的作用，又要与工件成为一体沿着自动线从一个工位移到下一个工位，进行不同工序的加工。 （5）组合夹具 组合夹具是由一套事先制造好的标准元件和部件组装而成的夹具。该类夹具是由专业厂家制造的。零件、
7、部件之间相互配合部分的尺寸精度高、硬度高、耐磨性好，且具有完全互换性，故可以随时拆卸和组装，所以组合夹具特别适用于新产品的试制和单件小批生产。,组合夹具,2、按使用的机床分类 按使用夹具的机床不同，夹具可分为：车床夹具、铣床夹具、钻床夹具、镗床夹具、磨床夹具、齿轮机床夹具和其他机床夹具等。 3、按夹紧动力源分类 动力来源的不同，夹具中分为：手动夹具、气动夹具、液压夹具、电动和磁力夹具、气-液增力夹具、真空夹具等。,三、夹具的组成 1、定位元件或定位装置 定位元件或定位装置就是确定一批工件在夹具中占有正确位置的元件或装置。如图6-5中的定位销3就是定位元件，通过它使该批套筒工件在夹具中处于正确的
8、位置。 2、夹紧装置 夹紧装置的作用是将工件压紧夹牢，保证在加工过程中由于自重或受到切削力或振动外力作用时不离开已确定的正确位置。例如图6-5中的螺母4、垫圈5、定位销3等组成的螺旋夹紧机构。,图65 钻床夹具,1-快换钻套；2-钻模板；3-定位销；4-螺母； 5-开口垫圈；6夹具体；7-键,3、导向元件和对刀装置 导向元件和对刀装置用于确定刀具相对于夹具的位置，对于钻头、扩孔钻、铰刀、镗刀等孔加工刀具用导向元件，对于铣刀、刨刀等用对刀装置。如图6-5中的快换钻套1，铣床夹具的对刀块等。 4、连接元件 连接元件用来保证夹具和机床工作台之间的相对位置，铣床夹具用定位键与铣床工作台上的T型槽相配定
9、位，再用螺钉夹紧。 5、夹具体 夹具体用于连接夹具上各元件及装置，使其成为一个整体的基础件，并通过它与机床有关部位连接，以确定夹具相对于机床的位置，如图6-5中的夹具体6。 6、其他元件及装置,第二节 工件在夹具中的定位 一、常见的定位方式及定位元件 （一）工件以平面定位 工件以平面定位时，常见的支承元件有下列几种。 1、固定支承 支承的高矮尺寸是固定的，使用时不能调整高度。,（1）支承钉 图6-6所示为用于平面定位的几种常用支承钉，其中图6-6a为平顶支承钉，常用于精基准面的定位；图6-2b为圆顶支承钉，多用于粗基准面的定位；图6-6c为网纹顶支承钉，常用在要求较大摩擦力的侧面定位；图6-6
10、d为带衬套支承钉，由于它便于拆卸和更换，一般用于批量大、磨损快、需要经常修理的场合。一个支承钉只限制一个自由度。,图66 几种常用支承钉,（2）支承板 支承板有较大的接触面积，工件定位稳固。一般较大的精基准平面定位多用支承板作为定位元件。图6-7是两种常用的支承板，其中图6-7a为平板式支承板，结构简单、紧凑，但不易清除落入沉头螺孔中的切屑，一般用于侧面定位；图6-7b为斜槽式支承板，清屑容易，适用于底面定位。 一个短支承板限制一个自由度，一个长支承板限制两个自由度。支承钉、支承板的结构、尺寸均已标准化，设计时可查有关国家标准手册。,图67 两种常用的支承板,2、可调支承 可调支承的顶端位置可
11、以在一定的范围内调整。图6-8为几种常用的可调支承典型结构。可调支承用于未加工过的平面定位，以调节补偿各批毛坯尺寸误差。,图68 几种常用的可调支承,1可调支承螺钉 2螺母,3、自位支承 自位支承又称浮动支承，在定位过程中，支承本身所处的位置随工件定位基准面的变化而自动调整并与之相适应。图6-9是几种常见的自位支承结构，尽管每一个自位支承与工件间可能是二点或三点接触，但实质上仍然只起一个定位支承点的作用，只限制工件的一个自由度，常用于毛坯表面、断续表面、阶梯表面定位。,图69 常见的几种自位支承结构,4、辅助支承 辅助支承是在工件实现定位后才参与支承的定位元件，不起定位作用，只能提高工件加工时
12、刚度或起辅助定位作用。图6-10为常用的几种辅助支承类型，图6-10a、b为螺旋式辅助支承，用于小批量生产；图6-10c为推力式辅助支承，用于大批量生产。,图610 常见的几种辅助支承,图6-11为辅助支承应用实例，图6-11a的辅助支承用于提高工件稳定性和刚度；图6-11b的辅助支承起预定位作用。,图611 辅助支承应用实例,（二）工件以外圆定位 1、V形块 有固定式和活动式之分。图6-12为常用固定式V形块，图6-12a用于较短的精基准定位；图6-12b用于较长的精基准（或阶梯轴）定位；图6-12c用于两段精基准面相距较远的场合；图6-12d中的V形块在铸铁底座上镶有淬火钢垫，用于定位基准
13、直径与长度较大的场合。图6-13中的活动式V形块除具有限制工件y移动自由度功能外，还兼有夹紧作用。,图612 常用固定式V形块,图613 活动V形块应用实例,根据工件与V形块的接触母线长度，固定式V形块可以分为短V形块和长V形块，前者限制工件2个自由度，后者限制工件4个自由度。 V形块定位的优点是： 对中性好，可使工件的定位基准轴线对中在V形块两斜面的对称平面上，不会发生偏移且安装方便； 应用范围较广，不论定位基准是否经过加工，不论是完整的圆柱面还是局部圆弧面，都可采用V形块定位。 V形块上两斜面间的夹角一般选用60、90和120，其中以90应用最多。其典型结构和尺寸均已标准化，设计时可查有关
14、国家标准手册。V形块的材料一般用20钢，渗碳深0.81.2mm，淬火硬度为60-64HRC。,2、定位套 工件以定位套定位的方法一般适用于精基准定位。图6-14a为短定位套定位，限制工件2个自由度，图6-14b为长定位套定位，限制工件4个自由度。,图614 工件在定位套内定位,3、半圆套 图6-15为半圆套结构简图，下半圆起定位作用，上半圆起夹紧作用。图6-15a为可卸式，图6-15b为铰链式，装卸工件方便。短半圆套限制工件2个自由度，长半圆套限制工件4个自由度。,图615 半圆套结构简图,4、圆锥套 工件以圆锥套定位时，常与后顶尖配合使用。如图6-16所示，夹具体锥柄1插入机床主轴孔中，通过
15、传动螺钉2对定位圆锥套3传递转矩，工件4圆柱左端部在定位圆锥套3中通过齿纹锥面进行定位，限制工件的3个移动自由度；工件圆柱右端锥孔在后顶尖5上定位，限制工件2个转动自由度。,1-夹具体锥柄 2-传动螺钉 3-定位圆锥套 4-工件 5-后顶尖,图616 工件在圆锥套中定位,(三）工件以圆孔定位 1、定位销 图6-17为几种常用的圆柱定位销，其工作部分直径d通常根据加工和装夹要求，按g5、g6、f6和f7制造。图6-17a、b、c所示定位销与夹具体的联接采用过盈配合；图6-17d为带衬套的可换式圆柱销结构，定位销与衬套的配合采用间隙配合，位置精度较固定式定位销低，一般用于大批大量生产中。 为便于工
16、件顺利装入，定位销的头部应有 15倒角。 短圆柱销限制工件2个自由度，长圆柱销限制工件4个自由度。,图617 常用的几种圆柱定位销,2.圆锥销 在加工套筒、空心轴等类工件时，也经常用到圆锥销，如图6-18所示。图6-18a用于粗基准，图6-18b用于精基准。圆锥销限制了工件 X、Y 、Z 3个自由度。 工件在单个圆锥销上定位容易倾斜，所以圆锥销一般与其他定位元件组合定位。如图6-19所示，工件以底面作为主要定位基面，采用活动圆锥销，只限制X 、Y 2个移动自由度，即使工件的孔径变化较大，也能准确定位。,图618 圆锥销,图619 圆锥销组合定位,3、定位心轴 主要用于套筒类和空心盘类工件的车、铣、磨及齿轮加工。常见的有圆柱心轴和圆锥心轴等。 （1）圆柱心轴 图6-20a为间隙配合圆柱心轴，定位精度不高，但装卸工件方便；图6-20b为过盈配合圆柱心轴，常用于对定心精度要求高的场合；图6-20c为花键心轴，用于以花键孔为定位基准的场合。当工件孔的
