机械制造工艺及机床夹具电子教案

机械制造工艺及机床夹具电子 教案 中职数学基础模块教案 下载北师大版¥1.2次方程的根与系数的关系的教案关于坚持的教案初中数学教案下载电子教案下载 第四章 机床常用夹具 第一节 机床夹具概述 机床夹具是在机械制造过程中，用来固定加工对象，使之占有正确位置，以接受加工或检测并保证加工要求的机床附加装置，简称为夹具。 一、机床夹具的主要功能 在机床上加工工件时，必须用夹具装好夹牢工件。将工件装好，就是在机床上确定工件相对于刀具的正确位置，这一过程称为定位。将工件夹牢，就是对工件施加作用力，使之在已经定好的位置上将工件可靠地夹紧，这一过程称为夹紧。从定位到夹紧的全过程，称为装夹。机床夹具的主要功能就是完成工件的装夹工作。工件装夹情况的好坏，将直接影响工件的加工精度。 工件的装夹方法有找正装夹法和夹具装夹法两种。 找正装夹方法是以工件的有关表面或专门划出的线痕作为找正依据，用划针或指示表进行找正，将工件正确定位，然后将工件夹紧，进行加工。如图4-1所示，在铣削连杆状零件的上下两平面时，若批量不大，则可在机用虎钳中，按侧边划出的加工线痕，用划针找正。 图4-1 在机用虎钳上找正和装夹连杆状零件 这种方法安装方法简单，不需专门设备，但精度不高，生产率低，因此多用于单件、小批量生产。 夹具装夹方法是靠夹具将工件定位、夹紧，以保证工件相对于刀具、机床的正确位置。图4-2所示为铣削连杆状零件的上下两平面所用的铣床夹具。这是一个双位置的专用铣床夹具。毛坯先放在I位置上铣出第一端面(A面)，然后将此工件翻过来放入II位置铣出第二端面(B面)。夹具中可同时装夹两个工件。 图4-2 铣连杆状零件两面的比位置专用铣床夹具 1—对刀块(兼挡销) 2—锯齿头支承钉 3、4、5—挡销 6—压板 7—螺母 8—压板支承钉 9—定位键 图4-3所示为专供加工轴套零件上φ6H9径向孔的钻床夹具。工件以内孔及其端面作为定位基准，通过拧紧螺母将工件牢固地压在定位元件上。 图4-3 钻轴套零件上φ6H9径向孔的专用钻床夹具 1 通过以上实例分析，可知用夹具装夹工件的方法有以下几个特点: 1)工件在夹具中的正确定位，是通过工件上的定位基准面与夹具上的定位元件相接触而实现的。因此，不再需要找正便可将工件夹紧。 2)由于夹具预先在机床上已调整好位置(也有在加工过程中再进行找正的)，因此，工件通过夹具对于机床也就占有了正确的位置。 3)通过夹具上的对刀装置，保证了工件加工表面相对于刀具的正确位置。 4)装夹基本上不受工人技术水平的影响，能比较容易和稳定地保证加工精度。 5)装夹迅速、方便，能减轻劳动强度，显著地减少辅助时间，提高劳动生产率。 6)能扩大机床的工艺范围。如要镗削图4-4所示机体上的阶梯孔，若没有卧式镗床和专用设备，可 设计 领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计 一夹具在车床上加工。 图4-4 机体零件简图 二、机床夹具的分类 机床夹具的种类很多，形状千差万别。为了设计、制造和管理的方便，往往按某一属性进行分类。 1(按夹具的通用特性分类 按这一分类方法，常用的夹具有通用夹具、专用夹具、可调夹具、组合夹具和自动线夹具等五大类。它反映夹具在不同生产类型中的通用特性，因此是选择夹具的主要依据。 (1)通用夹具 通用夹具是指结构、尺寸已规格化，且具有一定通用性的夹具，如三爪自定心卡盘、四爪单动卡盘、台虎钳、万能分度头、中心架、电磁吸盘等。其特点是适用性强、不需调整或稍加调整即可装夹一定形状范围内的各种工件。这类夹具已商品化，且成为机床附件。采用这类夹具可缩短生产准备周期，减少夹具品种，从而降低生产成本。其缺点是夹具的加工精度不高，生产率也较低，且较难装夹形状复杂的工件，故适用于单件小批量生产中。 (2)专用夹具 专用夹具是针对某一工件的某一工序的加工要求而专门设计和制造的夹具。其特点是针对性极强，没有通用性。在产品相对稳定、批量较大的生产中，常用各种专用夹具，可获得较高的生产率和加工精度。专用夹具的设计制造周期较长，随着现代多品种及中、小批生产的发展，专用夹具在适应性和经济性等方面已产生许多问题。 (3)可调夹具 可调夹具是针对通用夹具和专用夹具的缺陷而发展起来的一类新型夹具。对不同类型和尺寸的工件，只需调整或更换原来夹具上的个别定位元件和夹紧元件便可使用。它一般又分为通用可调夹具和成组夹具两种。通用可调夹具的通用范围大，适用性广，加工对象不太固定。成组夹具是专门为成组工艺中某组零件设计的，调整范围仅限于本组内的工件。可调夹具在多品种、小批量生产中得到广泛应用。 (4)成组夹具 这是在成组加工技术基础上发展起来的一类夹具。它是根据成组加工工艺的原则，针对一组形状相近的零件专门设计的，也是具有通用基础件和可更换调整元件组成的夹具。这类夹具从外形上看，它和可调夹具不易区别。但它与可调夹具相比，具有使用 2 对象明确、设计科学合理、结构紧凑、调整方便等优点。 (5)组合夹具 组合夹具是一种模块化的夹具，并已商品化。 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 的模块元件具有较高精度和耐磨性，可组装成各种夹具，夹具用毕即可拆卸，留待组装新的夹具。由于使用组合夹具可缩短生产准备周期，元件能重复多次使用，并具有可减少专用夹具数量等优点;因此组合夹具在单件、中小批多品种生产和数控加工中，是一种较经济的夹具。 (6)自动线夹具 自动线夹具一般分为两种:一种为固定式夹具，它与专用夹具相似;另一种为随行夹具，使用中夹具随着工件一起运动，并将工件沿着自动线从一个工位移至下一个工位进行加工。 2(按夹具使用的机床分类 这是专用夹具设计所用的分类方法。按使用的机床分类，可把夹具分为车床夹具、铣床夹具、钻床夹具、镗床夹具、磨床夹具、齿轮机床夹具、数控机床夹具等。 3(按夹具动力源来分类 按夹具夹紧动力源可将夹具分为手动夹具和机动夹具两大类。为减轻劳动强度和确保安全生产，手动夹具应有扩力机构与自锁性能。常用的机动夹具有气动夹具、液压夹具、气液夹具、电动夹具、电磁夹具、真空夹具和离心力夹具等。 三、机床夹具的组成 虽然机床夹具的种类繁多，但它们的工作原理基本上是相同的。将各类夹具中，作用相同的结构或元件加以概括，可得出夹具一般所共有的以下几个组成部分，这些组成部分既相互独立又相互联系。 1(定位支承元件 定位支承元件的作用是确定工件在夹具中的正确位置并支承工件，是夹具的主要功能元件之一。如图4-2所示的锯齿头支承钉2和挡销3、4、5。定位支承元件的定位精度直接影响工件加工的精度。 2(夹紧装置 夹紧元件的作用是将工件压紧夹牢，并保证在加工过程中工件的正确位置不变。如图4-2所示的压板6。 3(连接定向元件 这种元件用于将夹具与机床连接并确定夹具对机床主轴、工作台或导轨的相互位置。如图4-2所示的定向键9。 4(对刀元件或导向元件 这些元件的作用是保证工件加工表面与刀具之间的正确位置。用于确定刀具在加工前正确位置的元件称为对刀元件，如图4-2所示的对刀块1。用于确定刀具位置并引导刀具进行加工的元件称为导向元件，如图4-3所示的快换钻套1。 5(其它装置或元件 根据加工需要，有些夹具上还设有分度装置、靠模装置、上下料装置、工件顶出机构、电动扳手和平衡块等，以及标准化了的其它联接元件。 6(夹具体 夹具体是夹具的基体骨架，用来配置、安装各夹具元件使之组成一整体。常用的夹具体为铸件结构、锻造结构、焊接结构和装配结构，形状有回转体形和底座形等形状。 3 上述各组成部分中，定位元件、夹紧装置、夹具体是夹具的基本组成部分。 四、机床夹具的现状及发展方向 夹具最早出现在18世纪后期。随着科学技术的不断进步，夹具已从一种辅助工具发展成为门类齐全的工艺装备。 1(机床夹具的现状 国际生产研究协会的统计表明，目前中、小批多品种生产的工件品种已占工件种类总数的85,左右。现代生产要求企业所制造的产品品种经常更新换代，以适应市场的需求与竞争。然而，一般企业都仍习惯于大量采用传统的专用夹具，一般在具有中等生产能力的工厂里，约拥有数千甚至近万套专用夹具;另一方面，在多品种生产的企业中，每隔3~4年就要更新50~80,左右专用夹具，而夹具的实际磨损量仅为10~20,左右。特别是近年来，数控机床、加工中心、成组技术、柔性制造系统(FMS)等新加工技术的应用，对机床夹具提出了如下新的要求: 1)能迅速而方便地装备新产品的投产，以缩短生产准备周期，降低生产成本; 2)能装夹一组具有相似性特征的工件; 3)能适用于精密加工的高精度机床夹具; 4)能适用于各种现代化制造技术的新型机床夹具; 5)采用以液压站等为动力源的高效夹紧装置，以进一步减轻劳动强度和提高劳动生产率; 6)提高机床夹具的标准化程度。 2(现代机床夹具的发展方向 现代机床夹具的发展方向主要表现为标准化、精密化、高效化和柔性化等四个方面。 (1)标准化 机床夹具的标准化与通用化是相互联系的两个方面。目前我国已有夹具零件及部件的国家标准:GB/T2148~T2259,91以及各类通用夹具、组合夹具标准等。机床夹具的标准化，有利于夹具的商品化生产，有利于缩短生产准备周期，降低生产总成本。 (2)精密化 随着机械产品精度的日益提高，势必相应提高了对夹具的精度要求。精密化夹具的结构类型很多，例如用于精密分度的多齿盘，其分度精度可达?0.1";用于精密车削的高精度三爪自定心卡盘，其定心精度为5μm。 (3)高效化 高效化夹具主要用来减少工件加工的基本时间和辅助时间，以提高劳动生产率，减轻工人的劳动强度。常见的高效化夹具有自动化夹具、高速化夹具和具有夹紧力装置的夹具等。例如，在铣床上使用电动虎钳装夹工件，效率可提高5倍左右;在车床上使用高速三爪自定心卡盘，可保证卡爪在试验转速为9000r/min的条件下仍能牢固地夹紧工件，从而使切削速度大幅度提高。目前，除了在生产流水线、自动线配置相应的高效、自动化夹具外，在数控机床上，尤其在加工中心上出现了各种自动装夹工件的夹具以及自动更换夹具的装置，充分发挥了数控机床的效率。 (4)柔性化 机床夹具的柔性化与机床的柔性化相似，它是指机床夹具通过调整、组合等方式，以适应工艺可变因素的能力。工艺的可变因素主要有:工序特征、生产批量、工件的形状和尺寸等。具有柔性化特征的新型夹具种类主要有:组合夹具、通用可调夹具、成组夹具、模块化夹具、数控夹具等。为适应现代机械工业多品种、中小批量生产的需要，扩大夹具的柔性化程度，改变专用夹具的不可拆结构为可拆结构，发展可调夹具结构，将是当前夹具发展的主要方向。 4 第二节 工件的定位 一、工件定位的基本原理 1(自由度的概念 由刚体运动学可知，一个自由刚体，在空间有且仅有六个自由度。图4-5所示的工件，它在空间的位置是任意的，即它既能沿Ox、Oy、Oz三个坐标轴移动，称为移动自由度，分别 ,,,表示为 ;又能绕Ox、Oy、Oz三个坐标轴转动，称为转动自由度，分别表示x、y、z:::x、y、z为 。 (沿用吴拓主编《机械制造工程》(第2版)机械工业出版社2005年9月图4-6) 图4-5 工件的六个自由度 a) 矩形工件 b) 圆柱形工件 2(六点定位原则 由上可知，如果要使一个自由刚体在空间有一个确定的位置，就必须设置相应的六个约束，分别限制刚体的六个运动自由度。在讨论工件的定位时，工件就是我们所指的自由刚体。如果工件的六个自由度都加以限制了，工件在空间的位置也就完全被确定下来了。因此，定位实质上就是限制工件的自由度。 分析工件定位时，通常是用一个支承点限制工件的一个自由度。用合理设置的六个支承点，限制工件的六个自由度，使工件在夹具中的位置完全确定，这就是六点定位原则。 例如在如图4-6a所示的矩形工件上铣削半封闭式矩形槽时，为保证加工尺寸A，可在其 ::,底面设置三个不共线的支承点1、2、3，如图4-6b所示，限制工件的三个自由度: ;x、y、z,:为了保证B尺寸，侧面设置两个支承点4、5，限制 两个自由度;为了保证C 尺寸，端x、z :y面设置一个支承点6，限制 自由度。于是工件的六个自由度全部被限制了，实现了六点定位。在具体的夹具中，支承点是由定位元件来体现的。如图4-6c所示，设置了六个支承钉。 (沿用吴拓主编《机械制造工程》(第2版)之图4-7) 图4-6 矩形工件定件 a) 零件 b) 定位分析 c) 支承点布置 对于圆柱形工件，如图4-7a所示，可在外圆柱表面上，设置四个支承点1、3、4，5限制 ,,:::y、zy、zx 、 四个自由度;槽侧设置一个支承点2，限制 一个自由度;端面设置一个支承 ,点6，限制 一个自由度;工件实现完全定位，为了在外圆柱面上设置四个支承点一般采用x V形架，如图4-7b所示。 5 (沿用吴拓主编《机械制造工程》(第2版)之图4-8) 图4-7 圆柱形工件定位 通过上述分析，说明了六点定位原则的几个主要问题: 1)定位支承点是定位元件抽象而来的。在夹具的实际结构中，定位支承点是通过具体的定位元件体现的，即支承点不一定用点或销的顶端，而常用面或线来代替。根据数学概念可知，两个点决定一条直线，三个点决定一个平面，即一条直线可以代替两个支承点，一个平面可代替三个支承点。在具体应用时，还可用窄长的平面(条形支承)代替直线，用较小的平面来替代点。 2)定位支承点与工件定位基准面始终保持接触，才能起到限制自由度的作用。 3)?分析定位支承点的定位作用时，不考虑力的影响。工件的某一自由度被限制，是指工件在某个坐标方向有了确定的位置，并不是指工件在受到使其脱离定位支承点的外力时不能运动。使工件在外力作用下不能运动，要靠夹紧装置来完成。 3(工件定位中的几种情况 (1)完全定位 完全定位是指不重复地限制了工件的六个自由度的定位。当工件在x、y、z三个坐标方向均有尺寸要求或位置精度要求时，一般采用这种定位方式，如图4-6所示。 (2)不完全定位 根据工件的加工要求，有时并不需要限制工件的全部自由度，这样的 ,:定位方式称为不完全定位。图4-8a所示为在车床上加工通孔，根据加工要求，不需限制 和 xx两个自由度，所以用三爪自定心卡盘夹持限制其余四个自由度，就可以实现四点定位。图4-8b ,::所示为平板工件磨平面，工件只有厚度和平行度要求，只需限制 三个自由度，z、x、y在磨床上采用电磁工作台就能实现三点定位。由此可知，工作在定位时应该限制的自由度数目应由工序的加工要求而定，不影响加工精度的自由度可以不加限制。采用不完全定位可简化定位装置，因此不完全定位在实际生产中也广泛应用。 (沿用吴拓主编《机械制造工程》(第2版)之图4-9) 图4-8 不完全定位示例 (3)欠定位 根据工件的加工要求，应该限制的自由度没有完全被限制的定位称为欠定位。欠定位无法保证加工要求，因此，在确定工件在夹具中的定位方案时，决不允许有欠定位的现象产生。如在如图4-6所示中不设端面支承6，则在一批工件上半封闭槽的长度就无法保证;若缺少侧面两个支承点4、5时，则工件上B的尺寸和槽与工件侧面的平行度均无法保证。 (4)过定位 夹具上的两个或两个以上的定位元件重复限制同一个自由度的现象，称为过定位。如图4-9a所示，要求加工平面对A面的垂直度公差为0.04mm。若用夹具的两个大 ,,::::平面实现定位，那工件的A面被限制 三个自由度，B面被限制了 三个x、y、zx、y、z自由度，其中 自由度被A、B面同时重复限制。由图可见，当工件处于加工位置“?”时，:y 6 可保证垂直度要求;而当工件处于加工位置“?”时不能保证此要求。这种随机的误差造成了定位的不稳定，严重时会引起定位干涉，因此应该尽量避免和消除过定位现象。消除或减少过定位引起的干涉，一般有两种方法:一是改变定位元件的结构, 如缩小定位元件工作面的接触长度;或者减小定位元件的配合尺寸，增大配合间隙等;二是控制或者提高工件定位 :基准之间以及定位元件工作表面之间的位置精度。若如图4-9b所示，把定位的面接触改为线y 接触，则消除了引起超定位的自由度 。 (沿用吴拓主编《机械制造工程》(第2版)之图4-10) 图4-9 过定位及消除方法示例 a)过定位 b)改进定位结构 4(定位基准的基本概念 在研究和分析工件定位问题时，定位基准的选择是一个关键问题。定位基准就是在加工中用作定位的基准。一般说来，工件的定位基准一旦被选定，则工件的定位方案也基本上被确定。定位方案是否合理，直接关系到工件的加工精度能否保证。如图4-10所示，轴承座是用底面A和侧面B来定位的。因为工件是一个整体，当表面A和B的位置一确定，φ20H7内孔轴线的位置也确定了。表面A和B就是轴承座的定位基准。 (沿用吴拓主编《机械制造工程》(第2版)之图4-5) 图4-10 工件的定位基准 工件定位时，作为定位基准的点和线，往往由某些具体表面体现出来，这种表面称为定位基面。例如用两顶尖装夹车轴时，轴的两中心孔就是定位基面。但它体现的定位基准则是轴的轴线。 根据定位基准所限制的自由度数，可将其分为: (1)主要定位基准面 如图4-6中的xoy平面设置三个支承点，限制了工件的三个自由度，这样的平面称为主要定位基面。一般应选择较大的表面作为主要定位基面。 (2)导向定位基准面 如图4-6中的yoz平面设置两个个支承点，限制了工件的两个自由度，这样的平面或圆柱面称为主要定位基面。该基准面应选取工件上窄长的表面，而且两 :支承点间的距离应尽量远些，以保证对 的限制精度。由图4-11可知，由于支承销的高度z 误差Δh，造成工件的转角误差Δθ。显然，L越长，转角误差Δθ就越小。 图4-11 导向定位支承与转角误差的关系 7 (3)双导向定位基准面 限制工件四个自由度的圆柱面，称为双导向定位基准面。如图4-12所示。 图4-12 双导向定位 (4)双支承定位基准面 限制工件两个移动自由度的圆柱面，称为双支承定位基准面。如图4-13所示。 图4-13 双支承定位 (5)止推定位基准面 限制工件一个移动自由度的表面，称为止推定位基准面。如图4-6中的xoz平面上只设置了一个支承点，它只限制了工件沿y轴方向的移动。在加工过程中，工件有时要承受切削力和冲击力等，可以选取工件上窄小且与切削力方向相对的表面作为止推定位基准面。 (6)防转定位基准面 限制工件一个转动自由度的表面，称为防转定位基准面。如图4-7中轴的通槽侧面设置了一个防转销，它限制了工件沿y轴的转动，减小了工件的角度定位误差。防转支承点距离工件安装后的回转轴线应尽量远些。 二、常用定位元件及选用 工件在夹具中要想获得正确定位，首先应正确选择定位基准，其次是选择合适的定位元件。工件定位时，工件定位基准和夹具的定位元件接触形成定位副，以实现工件的六点定位。 1(对定位元件的基本要求 1)限位基面应有足够的精度。定位元件具有足够的精度，才能保证工件的定位精度。 2)限位基面应有较好的耐磨性。由于定位元件的工作表面经常与工件接触和磨擦，容易磨损，为此要求定位元件限位表面的耐磨性要好，以保持夹具的使用寿命和定位精度。 3)支承元件应有足够的强度和刚度。定位元件在加工过程中，受工件重力、夹紧力和切削力的作用，因此要求定位元件应有足够的刚度和强度，避免使用中变形和损坏。 4)定位元件应有较好的工艺性。定位元件应力求结构简单、合理，便于制造、装配和更换。 5)定位元件应便于清除切屑。定位元件的结构和工作表面形状应有利于清除切屑，以防切屑嵌入夹具内影响加工和定位精度。 2(常用定位元件所能限制的自由度 常用定位元件可按工件典型定位基准面分为以下几类: (1)用于平面定位的定位元件 包括固定支承(钉支承和板支承)，自位支承，可调支承和辅助支承。 (2)用于外圆柱面定位的定位元件 包括V形架，定位套和半圆定位座等。 8 (3)用于孔定位的定位元件 包括定位销(圆柱定位销和圆锥定位销)，圆柱心轴和小 锥度心轴。 常用定位元件所能限制的自由度见表4-1。 表4-1 常用定位元件所能限制的自由度 (注:此表与吴拓主编(《机械制造工程》(第2版)(机械工业出版社，2005 年9月出版(p.178~182之表4-1全同。 定位名称 定位方式 限制的自由度 每个支承钉限制一个自由度。其中: 支 (1)支承钉1、2、3与底面接触，限制三个自由度(z、x、 y) 承 表4-1?图 (2)支承钉4、5与侧面接触，限制两个自由度(y、z) 钉 (3)支承钉6与端面接触，限制一个自由度(x) (1)两条窄支承板1、2组成同一平面，与底接触，限制 三个自由度(z、x、y) 表4-1?图 支 (2)一个窄支承板3与侧面接触，限制两个自由度(y、z) 承 支承板与圆柱素线接触，限制两个自由度(z、y) 表4-1?图 板 表4-1?图 支承板与球面接触，限制一个自由度(z) 定 (1)短销与圆孔配合，限制两个自由度(x、y) 位 表4-1?图 (2)长销与圆孔配合，限制四个自由度(x、y、x、y) 销 削 (1)短削边销与圆孔配合，限制一个自由度(x) 边 表4-1?图 (2)长削边销与圆孔配合，限制两个自由度(x、y) 销 (1)固定锥销与圆孔端面圆周接触，限制三个自由度(x、锥 y、z) 表4-1?图 销 (2)活动锥销与圆孔端圆周接触，限制两个自由度(x、y) 定 (1)短套与轴配合，限制两自由度(x、y) 位 表4-1?图 (2)长套与轴配合，限制四个自由度(x、y、x、y) 套 (1)固定锥套与轴端面圆周接触，限制三个自由度(x、y、锥 表4-1?图 z) 套 (2)活动锥套与轴端面圆周接触，限制两个自由度(x、y) V (1)短V形架与圆柱面接触，限制两个自由度(y、z) (2)长V形架与圆柱面接触，限制四个自由度(y、z、y、形 表4-1?图 z) 架 半 (1)短半圆孔与圆柱面接触，限制两个自由度(y、z) (2)长半圆孔与圆柱面接触，限制四个自由度(y、z、y、圆 表4-1?图 z) 孔 9 三 爪 (1)夹持工件较短，限制两个自由度(y、z) 表4-1?图 卡 (2)夹持工件较长，限制四个自由度(y、z、y、z) 盘 两 一个端固定、一端活动，共消除五个自由度(x、y、z、y、顶 表4-1?图 z) 尖 短外圆与中(1)三爪自定心卡盘限制二个自由度(y、z) 表4-1?图 (2)活动顶尖限制二个自由度(y、z) 心孔 (1)支承板限制三个自由度(x、y、z)(2)短圆柱定位销大平面与两 限制二个自由度(x、z) 表4-1?图 圆柱孔 (3)短菱形销(防转)限制一个自由度(y) (1)支承板限制三个自由度(x、y、z)(2)短固定式V大平面与两 形块限制二个自由度(x、z) 表4-1?图 外圆弧面 (3)短活动式V形块(防转)限制一个自由度(y) 大平面与短(1)支承板限制三个自由度(x、y、z) 表4-1?图 (2)活动锥销限制二个自由度(x、y) 锥孔 长圆柱孔与(1)固定式心轴限制二个自由度(x、z 、x、z) 表4-1?图 (2)挡销(防转)限制一个自由度(y) 其它 3(常用定位元件的选用 常用定位元件选用时，应按工件定位基准面和定位元件的结构特点进行选择。 (1)工件以平面定位 1)以面积较小的已经加工的基准平面定位时，选用平头支承钉，如图4-14a所示;以基准面粗糙不平或毛坯面定位时，选用圆头支承钉，如图4-14b所示;侧面定位时，可选用网状支承钉 ，如图4-14c所示。 (沿用吴拓主编《机械制造工程》(第2版)之图4-11) 图4-14 支承钉 a)平头支承钉 b)圆头支承钉 c)网状支承钉 2)以面积较大、平面度精度较高的基准平面定位时，选用支承板定位元件，如图4-15所示。用于侧面定位时，可选用不带斜槽的支承板，如图4-15a所示 ;通常尽可能选用带斜槽的支承板，以利清除切屑，如图4-15b所示。 (沿用吴拓主编《机械制造工程》(第2版)之图4-12) 图4-15 支承板 a)不带斜槽的支承板 b)带斜槽的支承板 10 3)以毛坯面，阶梯平面和环形平面作基准平面定位时，选用自位支承作定位元件，如图4-16所示。但须注意，自位支承虽有两个或三个支承点，由于自位和浮动作用只能作为一个支承点。 图4-16 自位支承 4)以毛坯面作为基准平面，调节时可按定位面质量和面积大小分别选用如图4-17a、b、c所示的可调支承作定位元件。 (沿用吴拓主编《机械制造工程》(第2版)之图4-13) 图4-17 可调支承 a)圆头可调支承 b)锥顶可调支承 c)网状平头可调支承 1—调整螺钉 2—紧固螺母 5)当工件定位基准面需要提高定位刚度、稳定性和可靠性时，可选用辅助支承作辅助定位元件，如图4-18、4-19、4-20所示。但须注意，辅助支承不起限制工件自由度的作用，且每次加工均需重新调整支承点高度，支承位置应选在有利工件承受夹紧力和切削力的地方。 图4-18 辅助支承提高工件的刚度和稳定性 1—工件 2—短定位销 3—支承环 4—辅助支承 图4-19 辅助支承起预定位作用 图4-20 辅助支承的类型 a)螺旋式辅助支承 b)推引式辅助支承 c)自位式辅助支承 d)液压锁定辅助支承 (2)工件以外圆柱定位 11 1)当工件的对称度要求较高时，可选用V形块定位。V形块工作面间的夹角α常取60?、90?、120?三种，其中应用最多的是90?V形块。90?V形块的典型结构和尺寸已标准化，使用时可根据定位圆柱面的长度和直径进行选择。V形块结构有多种形式，如图4-21a所示V形块适用于较长的加工过的圆柱面定位;如图4-21b所示V形块适于较长的粗糙的圆柱面定位;如图4-21c所示V形块适用于尺寸较大的圆柱面定位，这种V形块底座采用铸件，V形面采用淬火钢件，V形块是由两者镶合而成。 (沿用吴拓主编《机械制造工程》(第2版)之图4-14) 图4-21 V形块 a) 长圆柱面定位 b) 较粗糙圆柱面定位 c) 大尺寸圆柱面定位 2)当工件定位圆柱面精度较高时(一般不低于IT8)，可选用定位套或半圆形定位座定位。大型轴类和曲轴等不宜以整个圆孔定位的工件，可选用半圆定位座，如图4-22所示。 (沿用吴拓主编《机械制造工程》(第2版)之图4-15) 图4-22 半圆定位座 (3)工件以内孔定位 1)工件上定位内孔较小时，常选用定位销作定位元件。圆柱定位销的结构和尺寸标准化，不同直径的定位销有其相应的结构形式，可根据工件定位内孔的直径选用。当工件圆柱孔用孔端边缘定位时，需选用圆锥定位销，如图4-23所示。当工件圆孔端边缘形状精度较差时，选用如图4-23a所示形式的圆锥定位销;当工件圆孔端边缘形状较高精度时，选用如图4-23b所示形式的圆锥定位销;当工件需平面和圆孔端边缘同时定位时，选用如图4-23c所示形式的浮动锥销。 (沿用吴拓主编《机械制造工程》(第2版)之图4-16) 图4-23圆锥定位销 a) 圆孔边缘形状精度较差时定位 b) 圆孔边缘形状精度较好时定位 c) 平面和圆孔边缘同时定位 2)在套类、盘类零件的车削、磨削和齿轮加工中，大都选用心轴定位，为了便于夹紧和减小工件因间隙造成的倾斜，当工件定位内孔与基准端面垂直精度较高时，常以孔和端面联合定位。因此，这类心轴通常是带台阶定位面的心轴，如图4-24a所示;当工件以内花键为定位基准时，可选用外花键轴，如图4-24b所示;当内孔带有花键槽时，可在圆柱心轴上设置键槽配装键块;当工件内孔精度很高，而加工时工件力矩很小时，可选用小锥度心轴定位。 12 (沿用吴拓主编《机械制造工程》(第2版)之图4-17) 图4-24圆柱心轴 a) 带台阶定位面的心轴 b) 带外花键定位面的心轴 第三节 定位误差分析 六点定位原则解决了消除工件自由度的问题，即解决了工件在夹具中位置“定与不定”的问题。但是，由于一批工件逐个在夹具中定位时，各个工件所占据的位置不完全一致，即出现工件位置定得“准与不准”的问题。如果工件在夹具中所占据的位置不准确，加工后各工件的加工尺寸必然大小不一，形成误差。这种只与工件定位有关的误差称为定位误差，用Δ表示。 D 在工件的加工过程中，产生误差的因素很多，定位误差仅是加工误差的一部分，为了保证加工精度，一般限定定位误差不超过工件加工公差T的1/5~1/3，即 Δ?(1/5,1/3)T (4-1) D 式中 Δ??定位误差，单位为mm; D T ??工件的加工误差，单位为mm。 一、定位误差产生的原因 工件逐个在夹具中定位时，各个工件的位置不一致的原因主要是基准不重合，而基准不重合又分为两种情况:一是定位基准与限位基准不重合，产生的基准位移误差;二是定位基准与工序基准不重合，产生的基准不重合误差。 1(基准位移误差Δ Y 由于定位副的制造误差或定位副配合间所导致的定位基准在加工尺寸方向上最大位置变动量，称为基准位移误差，用Δ表示。不同的定位方式，基准位移误差的计算方式也不同。 Y ，,b0如图4-25所示，工件以圆柱孔在心轴上定位铣键槽，要求保证尺寸内 和。其ba,,0a，,b0中尺寸由铣刀保证，而尺寸按心轴中心调整的铣刀位置保证。如果工件内孔直径与ba,,0a 心轴外圆直径做成完全一致，作无间隙配合，即孔的中心线与轴的中心线位置重合，则不存在因定位引起的误差。但实际上，如图所示，心轴和工件内孔都有制造误差。于是工件套在心轴上必然会有间隙，孔的中心线与轴的中心线位置不重合，导致这批工件的加工尺寸H中附加了工件定位基准变动误差，其变动量即为最大配合间隙。可按下式计算: Δ= a- a= 1/2 (D- d) = 1/2(δ+δ) (4-2) Y max min max minD d 式中 Δ??基准位移误差单位为mm; Y D??孔的最大直径单位为mm; max d??轴的最小直径单位为mm。 min δ??工件孔的最大直径公差，单位为mm; D 13 δ??圆柱心轴和圆柱定位销的直径公差，单位为mm。 d 基准位移误差的方向是任意的。减小定位配合间隙，即可减小基准位移误差Δ值，以提Y高定位精度。 图4-25 基准位移产生定位误差 2(基准不重合误差Δ B 如图4-26所示，加工尺寸h的基准是外圆柱面的母线上，但定位基准是工件圆柱孔中心线。这种由于工序基准与定位基准不重合所导致的工序基准在加工尺寸方向上的最大位置变动量，称为基准不重合误差，用Δ表示。此时除定位基准位移误差外，还有基准不重合误差。B 在图4-26中，基准位移误差应为Δ= 1/2(δ+δ)，基准不重合误差则为 Y D d0 Δ= 1/2δ (4-3) B d 式中 Δ??基准不重合误差单位为mm; B δ??工件的最大外圆面积直径公差，单位为mm。 d 因此，尺寸h的定位误差为 Δ = Δ + Δ = 1/2(δ+δ)+ 1/2δ DYBD d0d 图4-26 基准不重合产生定位误差 计算基准不重合误差时，应注意判别定位基准和工序基准。当基准不重合误差由多个尺寸影响时，应将其在工序尺寸方向上合成。 基准不重合误差的一般计算式为 Δ= Σδcosβ (4-4) B i 式中 δ??定位基准与工序基准间的尺寸链组成环的公差，单位为mm; i β??δ的方向与加工尺寸方向间的夹角，单位为(?)。 i 二、定位误差的计算 计算定位误差时，可以分别求出基准位移误差和基准不重合误差，再求出它们在加工尺寸方向上的矢量和;也可以按最不利情况，确定工序基准的两个极限位置，根据几何关系求出这两个位置的距离，将其投影到加工方向上，求出定位误差。 (1)Δ= 0、Δ?0时，产生定位误差的原因是基准位移误差，故只要计算出Δ即可，YB Y 即 Δ= Δ(4-5) D Y 例4-1 如图4-27所示，用单角度铣刀铣削斜面，求加工尺寸为39?0.04mm的定位误差。 14 〖解〗 由图可知，工序基准与定位基准重合，Δ= 0。 B 根据V型槽定位的计算公式，得到沿z方向的基准位移误差为 Δ=δ/2?sin(α/2)= 0.707δY d d = 0.707?0.04mm = 0.028mm 将Δ值投影到加工尺寸方向，则 Y Δ= Δ?cos30? D Y = 0.028?0.866mm = 0.024mm (沿用吴拓主编《机械制造工程》(第2版)之图4-21) 图4-27 定位误差计算示例之一 (2)Δ?0、Δ=0时，产生定位误差的原因是基准不重合误差Δ，故只要计算出Δ即BYBB可，即 Δ=Δ(4-6) DB 例4-2 如图4-28所示以B面定位，铣工件上的台阶面C，保证尺寸20?0.15mm，求加工尺寸为20?0.15mm的定位误差。 〖解〗 由图可知，以B面定位加工C面时，平面B与支承接触好，Δ=0。 Y 由图4-28a可知，工序基准是A面，定位基准是B面，故基准不重合。 按式(4-4)得 Δ= Σδcosβ B i = 0.28cos0?mm = 0.28mm 因此 Δ= Δ = 0.28mm D B 而加工尺寸(20?0.15)mm的公差为0.30mm，留给其它的加工误差仅为0.02mm，在实际加工中难以保证。为保证加工要求，可在前工序加工A面时，提高加工精度，减小工序基准与定位基准之间的联系尺寸的公差值。也可以改为如图4-28b所示的定位方案，使工序基准与定位基准重合,则定位误差为零。但改为新的定位方案后，工件需从下向上夹紧，夹紧方案不够理想，且使夹具结构复杂。 (沿用吴拓主编《机械制造工程》(第2版)之图4-22) 图4-28 定位误差计算示例之二 (3)Δ?0、Δ?0时，造成定位误差的原因是相互独立的因素时(δ、δ、δ等)，BYdDi应将两项误差相加，即 Δ= Δ+ Δ (4-7) D B Y 图4-26所示即属此类情况。 综上所述，工件在夹具上定位时，因定位基准发生位移、定位基准与工序其准不重合产 15 生定位误差。基准位移误差和基准不重合误差分别独立、互不相干，它们都使工序基准位置产生变动。定位误差包括基准位移误差和基准不重合误差。当无基准位移误差时，Δ=0;当Y定位基准与工序基准重合时，Δ=0;若两项误差都没有，则Δ=0。分析和计算定位误差的BD 目的，是为了对定位方案能否保证加工要求，有一个明确的定量概念，以便对不同定位方案进行分析比较，同时也是在决定定位方案时的一个重要依据。 三、组合表面定位及其误差分析 以上所述的常见定位方式，多为以单一表面作为定位基准，但在实际生产中，通常都以工件上的两个或两个以上的几何表面作为定位基准，即采用组合定位方式。 组合定位方式很多，常见的组合方式:一个孔及其端面，一根轴及其端面，一个平面及其上的两个圆孔。生产中最常用的就是“一面两孔”定位，如加工箱体、杠杆、盖板支架类零件。采用“一面两孔”定位，容易做到工艺过程中的基准统一，保证工件的相对位置精度。 工件采用“一面两孔”定位时，两孔可以是工件结构上原有的，也可以是定位需要专门设计的工艺孔。相应的定位元件是支承板和两定位销。当两孔的定位方式都选用短圆柱销时，支承板限制工件三个自由度;两短圆柱销分别限制工件的两个自由度;有一个自由度被两短圆柱销重复限制，产生过定位现象，严重时会发生工件不能安装的现象。因此，必须正确处理过定位，并控制各定位元件对定位误差的综合影响。为使工件能方便地安装到两短圆柱销上，可把一个短圆柱销改为菱形销，采用一圆柱销、一菱形销和一支承板的定位方式，如表4-1所示。这样可以消除过定位现象，提高定位精度，有利于保证加工质量。 1(两圆柱销一支承板的定位方式 图4-29 连杆盖工序图 如图4-29所示，要在连杆盖上钻四个定位销孔。按照加工要求，用平面A及直径为的两个螺栓孔定位。工件是以支承板平面做主要定位基准，限制工件的三个自由度;采用两个短圆柱销与两定位孔配合时，将使沿连心线方向的自由度被重复限制，出现过定位。 ,,,,,,LdLD当工件的孔间距与夹具的销间距的公差之和大于工件两定位孔LL,,,,,,22,,,, (D、D)与夹具两定位销(d、d)之间的间隙之和时，将妨碍部分工件的装入。要使同一1212 工序中的所有工件都能顺利地装卸，必须满足下列条件:当工件两孔径为最小(D、D)、1min2min ,,,,,,LdLD夹具两销径为最大(d、d)、孔间距为最大、销间距为最小，或LL，,,,,,1max2max22,,,, 16 ,,,,,,LdLD者孔间距为最小、销间距为最大时，D与d、D与d之间仍有最小间LL,，,,,,112222,,,, 隙X、X存在，如图4-30所示。 1min2min 图4-30 两圆柱销定位时工件顺利装卸的条件 由图4-30a可以看出，为了满足上述条件，第二销与第二孔不能采用标准配合，第二销的直径应缩小(d’)，连心线方向的间隙应增大。缩小后的第二销的最大直径为 2 'dDX'2max2min2min,,,OO 22222 式中 X——第二销与第二孔采用标准配合时的最小间隙。 2min 从图4-30a可得: ,,,,,,,,'LdLdLDLD OO,L，,L,,，,,,,222222,,,, 'd,DX,2maxLd2min2minLD,,,,因此得出 22222 从图4-30b也可得到同样的结果。 '所以 d,D,X,,,,2max2min2minLdLD 这就是说，要满足工件顺利装卸的条件，直径缩小后的第二销与第二孔之间的最小间隙应达到 ''X,D,d,,，,，X (4-8) 2min2min2maxLDLd2min 这种缩小一个定位销的方法，虽然能实现工件的顺利装卸，但增大了工件的转动误差，因此只能在加工要求不高的情况下使用。 2(一圆柱销一削边销一支承板的定位方式 图4-31 削边销的厚度 采用如图4-31所示的方法，不缩小定位销的直径，而是将定位销“削边”，也能增大连 'X2min心线方向的的间隙。削边量越大，连心线方向的间隙也越大。当间隙达到a,(单位为2 17 mm)时，便可满足工件顺利装卸的条件。由于这种方法只增大连心线方向的间隙，不增大工 件的转动误差，因而定位精度较高。 根据式(4-8)得 ',，,，XXLDLd2min2min a,,22 实际应用时，可取 ',，,XLDLd2min (4-9) a,,22 2222OA,AC,OB,BC由图4-31得 (4-10) bdDD,Xb2max2min2min2minAC,a，而 ， ， BC,， OA,OB,,22222 2222DD,Xbb,,,,,,,,2min2min2min,a，,,代入(4-10)式 ,,,,,,,,2222,,,,,,,, 222DXX4a,,2min2min2minb 于是求得 ,4a 22由于的数值都很小，可忽略不计，所以 X和4a2min DX2min2minb (4-11) ,2a 2abX,或者 (4-12) 2minD2min 削边销已经标准化，其结构如图4-32所示。B型结构简单，容易制造，但刚性较差。A 型又名菱形销，应用较广，其尺寸见表4-2。削边销的有关参数可查“夹具标准”。 图4-32 削边销的结构 表4-2 菱形销的尺寸 d >3~6 >6~8 >8~20 >20~24 >24~30 >30~40 >40~50 B d-0.5 d-1 d-2 d-3 d-4 d-5 d-6 b1 2 3 3 3 4 5 1 b 2 3 4 5 5 6 8 18 工件以一面两孔定位、夹具以一面两销限位时，基准位移误差由直线位移误差和角度位移误差组成。其角度位移误差的计算为: ? 设两定位孔同方向移动时，定位基准(两孔中心连线)的转角(见图4-33a)为Δβ，则 ''XXOOOO,,2max1max2211arctgarctg, (4-13) ,,,L2L ? 设两定位孔反方向移动时，定位基准的转角(见图4-33b)为Δα，则 ''XXOOOO，，2max1max2211arctgarctg, (4-14) ,,,L2L 图4-33 一面两孔定位时定位基准的转动 3(设计示例 图4-29所示的连杆盖上要钻四个定位销孔，其定位方式如图4-34a所示。设计步骤如下。 图4-34 连杆盖的定位方式与定位误差 ? 确定两定位销的中心距 两定位销中心距的基本尺寸应等于工件两定位孔中心距的平均尺寸，其公差一般为 11,,,,,~ ,,LdLD35,, 因 L = 59 ? 0.1mm D 故取 L = 59 ? 0.02mm d ? 确定圆柱销直径 圆柱销直径的基本尺寸应等于与之配合的工件孔的最小极限尺寸，其公差一般取g6或h7。 ，0.027,0.006 因连杆盖定位孔的直径为,12mm，故取圆柱销的直径d,,12g6,,12mm。 01,0.017 ? 确定菱形销的尺寸b 查表4-2，b = 4mm。 ? 确定菱形销的直径 1)按式(4-12)计算X 2min ，,,LDLd 因 a,,，，0.1，0.02,0.12mm 2 19 ，0.027 b = 4mm; D,,12mm20 2ab2，0.12，4X,,,0.08mm 所以 2minD122min 采用修圆菱形销时，应以b代替b进行计算。 1 2)按公式d = D – X计算出菱形销的最大直径 2max2min2min d =(12 - 0.08)mm = 11.92mm 2max 3)确定菱形销的公差等级 ,0.08 菱形销直径的公差等级一般取IT6或IT7，因IT6 = 0.011mm，所以。 d,,12mm2,0.091 ? 计算定位误差 连杆盖本工序的加工尺寸较多，除了四孔的直径和深度外，还有63 ? 0.1mm、20 ? 0.1mm、31.5 ? 0.2mm和10 ? 0.15mm。其中，63 ? 0.1mm和20 ? 0.1mm的大小主要取决于钻套间的距离，与本工序无关，没有定位误差;31.5 ? 0.2mm和10 ? 0.15mm 均受工件定位的影响，有定位误差。 1)加工尺寸31.5 ? 0.2mm 的定位误差 由于定位基准与工序基准不重合，定位尺寸S = 29.5 ? 0.1mm，所以Δ = δ = 0.2mm。 BS 又由于31.5 ? 0.2mm的方向与两定位孔连心线平行，因而 Δ = X =(0.027 + 0.017)= 0.044mm Y1max 因为工序基准不在定位基面上，所以 Δ = Δ + Δ =(0.2 + 0.044)= 0.244mm DYB 2)加工尺寸10 ? 0.15mm的定位误差 由于定位基准与工序基准重合，所以Δ = 0。 B 由于定位基准与限位基准不重合，既有基准直线位移误差Δ，又有基准角位移误差Δ。 Y1Y2 根据(4-14)， X，X0.044，0.1181max2max tg,,,,,0.001382L2，59 于是得到，左边两小孔的基准位移误差为 ，，,,X，2Ltg,,0.044，2，2，0.00138,0.05mm1max1,Y左 右边两小孔的基准位移误差为 ，，,,X，2Ltg,,0.118，2，2，0.00138,0.124mm2max2,Y右 因为10 ? 0.15mm是对四小孔的统一要求，因此其定位误差为Δ = Δ = 0.124mm。 DY 第四节 工件的夹紧 在机械加工过程中，工件会受到切削力、离心力、惯性力等的作用。为了保证在这些外 20 力作用下，工件仍能在夹具中保持已由定位元件所确定的加工位置，而不致发生振动和位移，在夹具结构中必须设置一定的夹紧装置将工件可靠地夹牢。 一、夹紧装置的组成及其设计原则 工件定位后，将工件固定并使其在加工过程中保持定位位置不变的装置，称为夹紧装置。 1(夹紧装置的组成 夹紧装置的组成如图4-35所示，由以下三部分组成。 (1)动力源装置 它是产生夹紧作用力的装置。分为手动夹紧和机动夹紧两种。手动夹紧的力源来自人力，用时比较费时费力。为了改善劳动条件和提高生产率，目前在大批量生产中均采用机动夹紧。机动夹紧的力源来自气动、液压、气液联动、电磁、真空等动力夹紧装置。图4-35所示的气缸就是一种动力源装置。 (2)传力机构 它是介于动力源和夹紧元件之间传递动力的机构。传力机构的作用是:改变作用力的方向;改变作用力的大小;具有一定的自锁性能，以便在夹紧力一旦消失后，仍能保证整个夹紧系统处于可靠的夹紧状态，这一点在手动夹紧时尤为重要。图4-35所示的杠杆就是传力机构。 (3)夹紧元件 它是直接与工件接触完成夹紧作用的最终执行元件。图3-35所示的压板就是夹紧元件。 (沿用吴拓主编《机械制造工程》(第2版)之图4-27) 图4-35夹紧装置的组成 1—气缸 2—杠杆 3—压板 2(夹紧装置的设计原则 在夹紧工件的过程中，夹紧作用的效果会直接影响工件的加工精度、表面粗糙度以及生产效率。因此，设计夹紧装置应遵循以下原则: (1)工件不移动原则 夹紧过程中，应不改变工件定位后所占据的正确位置。 (2)工件不变形原则 夹紧力的大小要适当，既要保证夹紧可靠，又应使工件在夹紧力的作用下不致产生加工精度所不允许的变形。 (3)工件不振动原则 对刚性较差的工件，或者进行断续切削，以及不宜采用气缸直接压紧的情况，应提高支承元件和夹紧元件的刚性，并使夹紧部位靠近加工表面，以避免工件和夹紧系统的振动。 (4)安全可靠原则 夹紧传力机构应有足够的夹紧行程，手动夹紧要有自锁性能，以保证夹紧可靠。 (5)经济实用原则 夹紧装置的自动化和复杂程度应与生产纲领相适应，在保证生产效率的前提下，其结构应力求简单，便于制造、维修，工艺性能好;操作方便、省力，使用性能好。 二、确定夹紧力的基本原则 设计夹紧装置时，夹紧力的确定包括夹紧力的方向、作用点和大小三个要素。 1(夹紧力的方向 21 夹紧力的方向与工件定位的基本配置情况，以及工件所受外力的作用方向等有关。选择时必须遵守以下准则: (1)夹紧力的方向应有助于定位稳定，且主夹紧力应朝向主要定位基面。见图4-36a直角支座镗孔，要求孔与A面垂直，所以应以A面为主要定位基面，且夹紧力F方向与之垂直，w则较容易保质量。如图4-36b、c所示中的F都不利于保证镗孔轴线与A的垂直度，如图4-36dw 所示中的F朝向了主要定位基面，则有利于保证加工孔轴线与A面的垂直度。 w (沿用吴拓主编《机械制造工程》(第2版)之图4-28) 图4-36 夹紧力应指向主要定位基面 a)工序简图 b)、c)错误 d)正确 (2)夹紧力的方向应有利于减小夹紧力，以减小工件的变形、减轻劳动强度。为此，夹紧力F的方向最好与切削力F、工件的重力G的方向重合。如图4-37所示为工件在夹具中w 加工时常见的几种受力情况。显然，图4-37a为最合理，图4-37f情况为最差。 (沿用吴拓主编《机械制造工程》(第2版)之图4-29) 图4-37 夹紧力方向与夹紧力大小的关系 (3)夹紧力的方向应是工件刚性较好的方向。由于工件在不同方向上刚度是不等的。不同的受力表面也因其接触面积大小而变形各异。尤其在夹压薄壁零件时，更需注意使夹紧力的方向指向工件刚性最好的方向。 2(夹紧力的作用点 夹紧力作用点是指夹紧件与工件接触的一小块面积。选择作用点的问题是指在夹紧方向已定的情况下确定夹紧力作用点的位置和数目。夹紧力作用点的选择是达到最佳夹紧状态的首要因素。合理选择夹紧力作用点必须遵守以下准则: (1)夹紧力的作用点应落在定位元件的支承范围内，应尽可能使夹紧点与支承点对应，使夹紧力作用在支承上。如图4-38a所示，夹紧力作用在支承面范围之外，会使工件倾斜或移动，夹紧时将破坏工件的定位;而如图4-38b所示则是合理的。 (沿用吴拓主编《机械制造工程》(第2版)之图4-30) 图4-38 夹紧力的作用点应在支承面内 a) 不合理 b) 合理 (2)夹紧力的作用点应选在工件刚性较好的部位。这对刚度较差的工件尤其重要，如图3-39所示，将作用点由中间的单点改成两旁的两点夹紧，可使变形大为减小，并且夹紧更加 22 可靠。 (3)夹紧力的作用点应尽量靠近加工表面，以防止工件产生振动和变形，提高定位的稳定性和可靠性。图4-40所示工件的加工部位为孔，图4-40a的夹紧点离加工部位较远，易引起加工振动，使表面粗糙度增大;图4-40b的夹紧点会引起较大的夹紧变形，造成加工误差;图4-40c是比较好的一种夹紧点选择。 (沿用吴拓主编《机械制造工程》(第2版)之图4-31) 图4-39 夹紧力作用点应在刚性较好部位 a) b) c) 图4-40夹紧力作用点应靠近加工表面 3(夹紧力的大小 夹紧力的大小，对于保证定位稳定、夹紧可靠，确定夹紧装置的结构尺寸，都有着密切的关系。夹紧力的大小要适当。夹紧力过小则夹紧不牢靠，在加工过程中工件可能发生位移而破坏定位，其结果轻则影响加工质量，重则造成工件报废甚至发生安全事故。夹紧力过大会使工件变形，也会对加工质量不利。 理论上，夹紧力的大小应与作用在工件上的其它力(力矩)相平衡;而实际上，夹紧力的大小还与工艺系统的刚度、夹紧机构的传递效率等因素有关，计算是很复杂的。因此，实际设计中常采用估算法、类比法和试验法确定所需的夹紧力。 当采用估算法确定夹紧力的大小时，为简化计算，通常将夹具和工件看成一个刚性系统。根据工件所受切削力、夹紧力(大型工件应考虑重力、惯性力等)的作用情况，找出加工过程中对夹紧最不利的状态，按静力平衡原理计算出理论夹紧力，最后再乘以安全系数作为实际所需夹紧力，即 F = KF(4-15)wkw 式中 F——实际所需夹紧力，单位为N; wk F—— 在一定条件下，由静力平衡算出的理论夹紧力，单位为N; w K——安全系数，粗略计算时，粗加工取K,2.5~3，精加工取K,1.5~2。 夹紧力三要素的确定，实际是一个综合性问题。必须全面考虑工件结构特点、工艺方法、定位元件的结构和布置等多种因素，才能最后确定并具体设计出较为理想的夹紧装置。 4(减小夹紧变形的措施 有时，一个工件很难找出合适的夹紧点。如图4-41所示的较长的套筒在车床上镗内孔和图4-42所示的高支座在镗床上镗孔，以及一些薄壁零件的夹持等，均不易找到合适的夹紧点。这时可以采取以下措施减少夹紧变形。 23 图4-41 车床上镗深孔 图4-42 高支座镗孔 (1)增加辅助支承和辅助夹紧点 如图4-42所示的高支座可采用图4-43所示的方法，增加一个辅助支承点及辅助夹紧力W，就可以使工件获得满意的夹紧状态。 1 图4-43 辅助夹紧 (2)分散着力点 如图4-44所示，用一块活动压板将夹紧力的着力点分散成两个或四个，从而改变着力点的位置，减少着力点的压力，获得减少夹紧变形的效果。 图4-44 分散着力点 (3)增加压紧件接触面积 图4-45所示为三爪卡盘夹紧薄壁工件的情形。将图4-45a改为图4-45b的形式，改用宽卡爪增大和工件的接触面积，减小了接触点的比压，从而减小了夹紧变形。图4-46列举了另外两种减少夹紧变形的装置。图4-46a为常见的浮动压块，图4-46b为在压板下增加垫环，使夹紧力通过刚性好的垫环均匀地作用在薄壁工件上，避免工件局部压陷。 a) b) 图4-45 薄壁套的夹紧变形及改善 图4-46 采用浮动压块和垫环减少工件夹紧变形 24 (4)利用对称变形 加工薄壁套筒时，采用图4-45的方法加宽卡爪，如果夹紧力较大，仍有可能发生较大的变形。因此，在精加工时，除减小夹紧力外，夹具的夹紧设计，应保证工件能产生均匀的对称变形，以便获得变形量的统计平均值，通过调整刀具适当消除部分变形量，也可以达到所要求的加工精度。 (5)其它措施 对于一些极薄的特形工件，靠精密冲压加工仍达不到所要求的精度而需要进行机械加工时，上述各种措施通常难以满足需要，可以采用一种冻结式夹具。这类夹具是将极薄的特形工件定位于一个随行的型腔里，然后浇灌低熔点金属，待其固结后一起加工，加工完成后，再加热熔解取出工件。低熔点金属的浇灌及熔解分离，都是在生产线上进行的。 三、常用的夹紧机构及选用 机床夹具中所使用的夹紧机构绝大多数都是利用斜面将楔块的推力转变为夹紧力来夹紧工件的。其中最基本的形式就是直接利用有斜面的楔块，偏心轮、凸轮、螺钉等不过是楔块的变种。 1(斜楔夹紧机构 斜楔是夹紧机构中最基本的增力和锁紧元件。斜楔夹紧机构是利用楔块上的斜面直接或间接(如用杠杆)等将工件夹紧的机构，如图4-47所示。 图4-47斜楔夹紧机构 选用斜楔夹紧机构时，应根据需要确定斜角α。凡有自锁要求的楔块夹紧，其斜角α必须小于2φ(φ为摩擦角)，为可靠起见，通常取α = 6?~8?内选择。在现代夹具中，斜楔夹紧机构常与气压、液压传动装置联合使用，由于气压和液压可保持一定压力，楔块斜角α不受此限，可取更大些，一般在15?~30?内选择。斜楔夹紧机构结构简单，操作方便，但传力系数小，夹紧行程短，自锁能力差。 2(螺旋夹紧机构 由螺钉、螺母、垫圈、压板等元件组成，采用螺旋直接夹紧或与其它元件组合实现夹紧工件的机构，统称为螺旋夹紧机构。螺旋夹紧机构不仅结构简单、容易制造，而且自锁性能好、夹紧可靠，夹紧力和夹紧行程都较大，是夹具中用得最多的一种夹紧机构。 (1)简单螺旋夹紧机构 这种装置有两种形式。图4-48a所示的机构螺杆直接与工件接触，容易使工件受损害或移动，一般只用于毛坯和粗加工零件的夹紧。图4-48b所示的是常用的螺旋夹紧机构，其螺钉头部常装有摆动压块，可防止螺杆夹紧时带动工件转动和损伤工件表面，螺杆上部装有手柄，夹紧时不需要板手，操作方便、迅速。当工件夹紧部分不宜使用板手，且夹紧力要求不大的部位，可选用这种机构。简单螺旋夹紧机构的缺点是夹紧动作慢，工件装卸费时。为了克服这一缺点，可以采用如图4-49所示的快速螺旋夹紧机构。 图4-48 简单螺旋夹紧机构 a) 螺杆与工件直接接触 b) 螺杆与工件不直接接触 25 图4-49 快速螺旋夹紧机构 1—夹紧轴 2、4、5—手柄 3—摆动压块 (2)螺旋压板夹紧机构 在夹紧机构中，结构形式变化最多的是螺旋压板机构，常用的螺旋压板夹紧机构如图4-50所示。选用时，可根据夹紧力大小的要求、工作高度尺寸的变化范围、夹具上夹紧机构允许占有的部位和面积进行选择。例如，当夹具中只允许夹紧机构占很小面积，而夹紧力又要求不很大时，可选用如图4-50a所示的螺旋钩形压板夹紧机构。又如工件夹紧高度变化较大的小批、单件生产，可选用如图4-50e、f所示的通用压板夹紧机构。 (沿用吴拓主编《机械制造工程》(第2版)之图4-35) 图4-50 螺旋压板夹紧机构 a)、b)移动压板式 c) 铰链压板式 d)固定压板式 e)、f)通用压板式 3(偏心夹紧机构 偏心夹紧机构是由偏心元件直接夹紧或与其它元件组合而实现对工件夹紧的机构，它是利用转动中心与几何中心偏移的圆盘或轴作为夹紧元件。它的工作原理也是基于斜楔的工作原理，近似于把一个斜楔弯成圆盘形，如图4-51a所示。偏心元件一般有圆偏心和曲线偏心两种类型，圆偏心因结构简单、容易制造而得到广泛应用。 偏心夹紧机构结构简单、制造方便，与螺旋夹紧机构相比，还具有夹紧迅速、操作方便等优点;其缺点是夹紧力和夹紧行程均不大，自锁能力差，结构不抗振，故一般适用于夹紧行程及切削负荷较小且平稳的场合。在实际使用中，偏心轮直接作用在工件上的偏心夹紧机构不多见。偏心夹紧机构一般多和其它夹紧元件联合使用。如图4-51b所示是偏心压板夹紧机构。 (沿用吴拓主编《机械制造工程》(第2版)之图4-36) 图4-51 偏心压板夹紧机构 a) 工作原理 b) 偏心压板结构 4(铰链夹紧机构 铰链夹紧机构是一种增力夹紧机构。由于其机构简单，增力倍数大，在气压夹具中获得较广泛的运用，以弥补气缸或气室力量的不足。如图4-52所示是铰链夹紧机构的三种基本结构。图4-52(a)为单臂铰链夹紧机构，臂的两头是铰链的连线，一头带滚子。图4-52(b)为双臂单作用铰链夹紧机构。图4-52(c)为双臂双作用铰链夹紧机构。 26 图4-52 铰链夹紧机构 5(定心夹紧机构 在工件定位时，常常将工件的定心定位和夹紧结合在一起，这种机构称为定心夹紧机构。定心夹紧机构的特点是: 1)定位和夹紧是同一元件; 2)元件之间有精确的联系; 3)能同时等距离地移向或退离工件; 4)能将工件定位基准的误差对称地分布开来。 常见的定心夹紧机构有:利用斜面作用的定心夹紧机构、利用杠杆作用的定心夹紧机构以及利用薄壁弹性元件的定心夹紧机构等。 (1)斜面作用的定心夹紧机构 属于此类夹紧机构的有:螺旋式、偏心式、斜楔式以及弹簧夹头等。图4-53所示为部分这类定心夹紧机构。图4-53(a)为螺旋式定心夹紧机构;图4-53(b)为偏心式定心夹紧机构;图4-53(c)为斜面(锥面)定心夹紧机构。 (a) 1—螺杆 2、3—V形块 4—叉形零件 5、6—螺钉 (b) (c) 1—手柄 2—双面凸轮 3、4—夹爪 图4-53 斜面定心夹紧机构 弹簧夹头亦属于利用斜面作用的定心夹紧机构。图4-54所示为弹簧夹头的结构简图。图中1为夹紧元件——弹簧套筒，2为操纵件——拉杆。 图4-54 弹簧夹头的结构 (2)杠杆作用的定心夹紧机构 图4-55所示的车床卡盘即属此类夹紧机构。气缸力作用于拉杆1，拉杆1带动滑块2左移，通过三个钩形杠杆3同时收拢三个夹爪4，对工件进行定心夹紧。夹爪的张开是靠滑块上的三个斜面推动的。 27 图4-55 自动定心卡盘 1—拉杆 2—滑块 3—钩形杠杆 4—夹爪 图4-56所示为齿轮齿条传动的定心夹紧机构。气缸(或其他动力)通过拉杆推动右端钳口时，通过齿轮齿条传动，使左面钳口同步向心移动夹紧工件，使工件在V形块中自动定心。 图4-56 齿轮齿条定心夹紧机构 (2)弹性定心夹紧机构 弹性一窍不通心夹紧机构是利用弹性元件受力后的均匀变形实现对工件的自动定心的。根据弹性元件的不同，有鼓膜式夹具、碟形弹簧夹具、液性塑料薄壁套筒夹具及折纹管夹具等。图4-57所示为鼓膜式夹具。图4-58所示为液性塑料定心夹具。 图4-57 鼓膜夹具 1—弹性盘 2—螺钉 3—螺母 4—夹具体 5—可调螺钉 6—工件 7—顶杆 8—推杆 图4-58 液性塑料定心夹具 1—支钉 2—薄壁套筒 3—液性塑料 4—柱塞 5—螺钉 6(联动夹紧机构 在工件的装夹过程中，有时需要夹具同时有几个点对工件进行夹紧;有时则需要同时夹紧几个工件;而有些夹具除了夹紧动作外，还需要松开或固紧辅助支承等，这时为了提高生产率，减少工件装夹时间，可以采用各种联动机构。下面介绍一些常见的联动夹紧机构。 (1)多点夹紧 多点夹紧是用一个原始作用力，通过一定的机构分散到数个点上对工件进行夹紧。图4-59所示为两种常见的浮动压头。图4-60所示为几种浮动夹紧机构的例子。 图4-59 浮动压头 1—浮动零件 28 图4-60 浮动夹紧机构 (a) 四点双向浮动 (b)、(c) 平行式多点夹紧 (d) 多点浮动夹紧 (2)多件夹紧 多件夹紧是用一个原始作用力，通过一定的机构实现对数个相同或不同的工件进行夹紧。图4-61所示为部分常见的多件夹紧机构。 图4-61 多件夹紧 (3)夹紧与其他动作联动 图4-62所示为夹紧与移动压板联动的机构;图4-63所示为夹紧与锁紧辅助支承联动的机构;图4-64所示为先定位后夹紧的联动机构。 图4-62 夹紧与移动压板联动 1—拨销 2—压板 3—螺钉 4—螺钉 5—偏心轮 图4-63 夹紧与锁紧辅助支承联动 1—辅助支承 2—压板 3—螺母 4—锁销 图4-64 先定位后夹紧联动机构 1—油缸 2—活塞杆 3—推杆 4—弹簧 5—活块 6—滚子 7—压板 8—推杆 9—定位块 10—弹簧 11—螺钉 12—拨杆 四、夹紧机构的设计要求 夹紧机构是指能实现以一定的夹紧力夹紧工件选定夹紧点的功能的完整结构。它主要包括与工件接触的压板、支承件和施力机构。对夹紧机构通常有如下要求。 (1)可浮动 由于工件上各夹紧点之间总是存在位置误差，为了使压板可靠地夹紧工件 29 或使用一块压板实现多点夹紧，一般要求夹紧机构和支承件等要有浮动自位的功能。要使压板及支承件等产生浮动，可用球面垫圈、球面支承及间隙联接销不实现，如图4-65所示。 图4-65 浮动机构 (2)可联动 为了实现几个方向的夹紧力同时作用或顺序作用，并使操作简便，设计中广泛采用各种联动机构，如图4-66、图4-67、图4-68所示。 图4-66 双件联动机构 图4-67 实现相互垂直作用力的联动机构 图4-68 顺序作用的联动机构 (3)可增力 为了减小动力源的作用力，在夹紧机构中常采用增力机构。最常用的增力机构有:螺旋、杠杆、斜面、铰链及其组合。 杠杆增力机构的增力比及行程的适应范围较大，结构简单，如图4-69所示。 图4-69 杠杆机构的常见情况 斜面增力机构的增力比较大，但行程较小，且结构复杂，多用于要求有稳定夹紧力的精加工夹具中，如图4-70所示。 螺旋的增力原理和斜面一样。此外，还有气动液压增力机构等。 30 (a) (b) (c) (d) 图4-70 几种斜面增力机构 铰链增力机构常和杠杆机构组合使用，称为铰链杠杆机构。它是气动夹具中常用的一种增力机构。其优点是增力比较大，而摩擦损失较小。图4-71所示为常用铰链杠杆增力机构的示意图。此外，还有气动液压增力机构等。 图4-71 铰链杠杆增力机构 (4)可自锁 当去掉动力源的作用力之后，仍能保持对工件的夹紧状态，称为夹紧机构的自锁。自锁是夹紧机构的一种十分重要并且十分必要的特性。常用的自锁机构有螺旋、斜面及偏心机构等。 五、夹紧动力源装置 夹具的动力源有手动、气压、液压、电动、电磁、弹力、离心力、真空吸力等等。随着机械制造工业的迅速发展，自动化和半自动化设备的推广，以及在大批量生产中要求尽量减轻操作人员的劳动强度，现在大多采用气动、液压等夹紧来代替人力夹紧，这类夹紧机构还能进行远距离控制，其夹紧力可保持稳定，机构也不必考虑自锁，夹紧质量也比较高。 设计夹紧机构时，应同时考虑所采用的动力源。选择动力源时通常应遵循两条原则: 1)经济合理。采用某一种动力源时，首先应考虑使用的经济效益，不仅应使动力源设施的投资减少，而且应使夹具结构简化，降低夹具的成本。 2)与夹紧机构相适应。动力源的确定很大程度上决定了所采用的夹紧机构，因此动力源必须与夹紧机构结构特性、技术特性以及经济价值相适应。 1(手动动力源 选用手动动力源的夹紧系统一定要具有可靠的自锁性能以及较小的原始作用力，故手动动力源多用于螺栓螺母施力机构和偏心施力机构的夹紧系统。设计这种夹紧装置时，应考虑操作者体力和情绪的波动对夹紧力的大小波动的影响，应选用较大的裕度系数。 2(气动动力源 气压动力源夹紧系统如图4-72所示。它包括三个组成部分:第一部分为气源，包括空气压缩机2、冷却器3、贮气罐4等，这一部分一般集中在压缩空气站内。第二部分为控制部分，包括分水滤气器6(降低湿度)、调压阀7(调整与稳定工作压力)、油雾器9(将油雾化润滑元件)、单向阀10、配气阀11(控制气缸进气与排气方向)、调速阀12(调节压缩空气的流速和流量)等，这些气压元件一般安装在机床附近或机床上。第三部分为执行部分，如气缸13等，它们通常直接装在机床夹具上与夹紧机构相连。 31 气缸是将压缩空气的工作压力转换为活塞的移动，以此驱动夹紧机构实现对工件夹紧的执行元件。它的种类很多，按活塞的结构可分为活塞式和膜片式两大类，按安装方式可分固定式、摆动式和回转式等;按工作方式还可分为单向作用和双向作用气缸。 (沿用吴拓主编《机械制造工程》(第2版)之图4-37) 图4-72 气压夹紧装置传动的组成 1—电动机 2—空气压缩机 3—冷却器 4—贮气罐 5—过滤器 6—分水滤气器 7—调压阀 8—压力表 9—油雾器 10—单向阀 11—配气阀 12—调速阀 13—气缸 14—夹具示意图 15—工件 气动动力源的介质是空气，故不会变质和不产生污染，且在管道中的压力损失小，但气压较低，一般为0.4~0.6MPa，当需要较大的夹紧力时，气缸就要很大，致使夹具结构不紧凑。另外，由于空气的压缩性大，所以夹具的刚度和稳定性较差。此外，还有较大的排气噪声。 3(液压动力源 液压动力源夹紧系统是利用液压油为工作介质来传力的一种装置。它与气动夹紧比较，液压夹紧机构具有压力大、体积小、结构紧凑、夹紧力稳定、吸振能力强、不受外力变化的影响等优点。但结构比较复杂、制造成本较高，因此仅适用于大量生产。液压夹紧的传动系统与普通液压系统类似，但系统中常设有蓄能器，用以储蓄压力油，以提高液压泵电动机的使用效率。在工件夹紧后，液压泵电动机可停止工作，靠蓄能器补偿漏油，保持夹紧状态。 4(气-液组合动力源 气-液组合动力源夹紧系统的动力源为压缩空气，但要使用特殊的增压器，比气动夹紧装置复杂。它的工作原理如图4-73所示，压缩空气进入气缸1的右腔，推动增压器活塞3左移，活塞杆4随之在增压缸2内左移。因活塞杆4的作用面积小，使增压缸2和工作缸5内的油压得到增加，并推动工作缸中的活塞6上抬，将工件夹紧。 (沿用吴拓主编《机械制造工程》(第2版)之图4-38) 图4-73 气-液组合夹紧工作原理 1—气缸 2—增压缸 3—气缸活塞 4—活塞杆 5—工作缸 6—工作缸活塞 5(电动电磁动力源 电动扳手和电磁吸盘都属于硬特性动力源，在流水作业线常采用电动扳手代替手动，不仅提高了生产效率，而且克服了手动时施力的波动，并减轻了工人的劳动强度，是获得稳定夹紧力的方法之一。电磁吸盘动力源主要用于要求夹紧力稳定的精加工夹具中。 32 第五节 各类机床夹具 一、车床夹具 1(车床夹具的分类 车床主要用于加工零件的内、外圆柱面、圆锥面、回转成形面、螺纹以及端平面等。上述各种表面都是围绕机床主轴的旋转轴线而形成的，根据这一加工特点和夹具在机床上安装的位置，将车床夹具分为两种基本类型。 (1)安装在车床主轴上的夹具 这类夹具中，除了各种卡盘、顶尖等通用夹具或其它机床附件外，往往根据加工的需要设计各种心轴或其它专用夹具，加工时夹具随机床主轴一起旋转，切削刀具作进给运动。 (2)安装在滑板或床身上的夹具 对于某些形状不规则和尺寸较大的工件，常常把夹具安装在车床滑板上，刀具则安装在车床主轴上作旋转运动，夹具作进给运动。加工回转成形面的靠模属于此类夹具。 车床夹具按使用范围，可分为通用车夹具、专用车夹具和组合夹具三类。 生产中需要设计且用得较多的是安装在车床主轴上的各种夹具，故下面只介绍该类夹具的结构特点。 2(车床常用通用夹具的结构 (1)三爪自定心卡盘 三爪自定心卡盘的三个卡爪是同步运动的，能自动定心，工件装夹后一般不需找正，装夹工件方便、省时，但夹紧力不太大，所以仅适用于装夹外形规则的中、小型工件，其结构如图4-74所示。 (沿用吴拓主编《机械制造工程》(第2版)之图4-39) 图4-74 三爪自定心卡盘 为了扩大三爪自定心卡盘的使用范围，可将卡盘上的三个卡爪换下来，装上专用卡爪，变为专用的三爪自定心卡盘。 (2)四爪单动卡盘 由于四爪单动卡盘的四个卡爪各自独立运动，因此工件装夹时必须将加工部分的旋转中心找正到与车床主轴旋转中心重合后才可车削。四爪单动卡盘找正比较费时，但夹紧力较大,所以适用于装夹大型或形状不规则的工件。四爪单动卡盘可装成正爪或反爪两种形式，反爪用来装夹直径较大的工件。 (沿用吴拓主编《机械制造工程》(第2版)之图4-40) 图4-75 四爪单动卡盘 图4-75是四爪单动卡盘上用V形架固定圆件的方法，调好中心后，用三爪固定一个V形架，只用第四个卡爪夹紧和松开元件。 33 (3)拨动顶尖 为了缩短装夹时间，可采用内、外拨动顶尖如图4-76所示。这种顶尖的锥面上的齿能嵌入工件，拨动工件旋转。圆锥角一般采用60?，硬度为58~60HRC。图4-76a为外拨动顶尖，用于装夹套类工件，它能在一次装夹中加工外圆。图4-76b为内拨动顶尖，用于装夹轴类工件。 (沿用吴拓主编《机械制造工程》(第2版)之图4-41) 图4-76 内、外拨动顶尖 a)外拨动顶尖 b)内拨动顶尖 端面拨动顶尖:这种前顶尖装夹工件时，利用端面拨动爪带动工件旋转，工件仍以中心孔定位。这种顶尖的优点是能快速装夹工件，并在一次安装中能加工出全部外表面。适用于装夹外径为φ50~150mm的工件，其结构如图4-77所示。 (沿用吴拓主编《机械制造工程》(第2版)之图4-42) 图4-77 端面拨动顶尖 3(车床专用夹具的典型结构 (1)心轴类车床夹具 心轴宜用于以孔作定位基准的工件，由于结构简单而常采用。按照与机床主轴的联接方式，心轴可分为顶尖式心轴和锥柄式心轴。 图4-78为顶尖式心轴，工件以孔口60?角定位车削外圆表面。当旋转螺母6，活动顶尖套4左移，从而使工件定心夹紧。顶尖式心轴结构简单、夹紧可靠、操作方便，适用于加工内、外圆无同轴度要求，或只需加工外圆的套筒类零件。被加工工件的内径d一般在32~100mms范围内，长度Ls在120~780mm范围内。 (沿用吴拓主编《机械制造工程》(第2版)之图4-43) 图4-78 顶尖式心轴 图4-79为锥柄式心轴，仅能加工短的套筒或盘状工件。锥柄式心轴应和机床主轴锥孔的锥度相一致。锥柄尾部的螺纹孔是当承受力较大时用拉杆拉紧心轴用的。 (沿用吴拓主编《机械制造工程》(第2版)之图4-44) 图4-79 锥柄式心轴 34 (2)角铁式车床夹具 角铁式车床夹具的结构特点是具有类似角铁的夹具体。它常用于加工壳体、支座、接头等类零件上的圆柱面及端面。 如图4-80所示的夹具，工件以一平面和两孔为基准在夹具倾斜的定位面和两个销子上定位。用两只钩形压板夹紧。被加工表面是孔和端面。为了便于在加工过程中检验所切端面的尺寸，靠近加工面处设计有测量基准面。此外，夹具上还装有配重和防护罩。 (沿用吴拓主编《机械制造工程》(第2版)之图4-45) 图4-80 角铁式车床夹具 如图4-81所示的夹具是用来加工气门杆的端面，由于该工件是以细的外圆柱面为基准，这就很难采用自动定心装置，于是夹具就采用半圆孔定位，所以夹具体必然成角铁状。为了使夹具平衡，该夹具采用了在重的一侧钻平衡孔的办法。 (沿用吴拓主编《机械制造工程》(第2版)之图4-46) 图4-81 车气门杆的角铁式夹具 由此可见，角铁式车床夹具主要应用于两种情况:第一是形状较特殊，被加工表面的轴线要求与定位基准面平行或成一定角度;第二是工件的形状虽不特殊，但却不宜设计成对称式夹具时，也可采用角铁式结构。 4(车床夹具的设计特点 1) 因为整个车床夹具随机床主轴一起回转，所以要求它结构紧凑，轮廓尺寸尽可能小，重量要尽量轻，重心尽可能靠近回转轴线，以减小惯性力和回转力矩。 2)应有消除回转中的不平衡现象的平衡措施，以减小震动等不利影响。一般设置配置块或减重孔消除不平衡。 3)与主轴连接部分是夹具的定位基准，应有较准确的圆柱孔(或圆锥孔)，其结构形式和尺寸，依照具体使用的机床而定。 4)为使夹具使用安全，应尽可能避免有尖角或凸起部分，必要时回转部分外面可加防护罩。夹紧力要足够大，自锁可靠。 二、铣床夹具 1(铣床夹具的分类 铣床夹具按使用范围，可分为通用铣夹具、专用铣夹具和组合铣夹具三类。按工件在铣床上加工的运动特点，可分为直线进给夹具、圆周进给夹具、沿曲线进给夹具(如仿形装置)三类。还可按自动化程度和夹紧动力源的不同(如气动、电动、液压)以及装夹工件数量的多少(如单件、双件、多件)等进行分类。其中，最常用的分类方法是按通用、专用和组合进行分类。 2(铣床常用通用夹具的结构 35 铣床常用的通用夹具主要有平口虎钳，它主要用于装夹长方形工件，也可用于装夹圆柱形工件。 机用平口虎钳的结构组成如图4-82所示。机用平口虎钳是通过虎钳体1固定在机床上。固定钳口2和钳口铁3起垂直定位作用，虎钳体1上的导轨平面起水平定位作用。活动座8、螺母7、丝杆6(及方头9)和紧固螺钉11可作为夹紧元件。回转底座12和定位键14分别起角度分度和夹具定位作用。固定钳口2上的钳口铁3上平面和侧平面也可作为对刀部位，但需用对刀规和塞尺配合使用。 (沿用吴拓主编《机械制造工程》(第2版)之图4-47) 图4-82 机用平口虎钳的结构 1—虎钳体 2—固定钳口 3、4—钳口铁 5—活动钳口 6—丝杆 7—螺母 8—活动座 9—方头 10—压板 11—紧固螺钉 12—回转底盘 13—钳座零线 14—定位键 3(典型铣床专用夹具结构 (1)铣削键槽用的简易专用夹具 如图4-83所示，该夹具用于铣削工件4上的半封闭键槽。夹具中，V形块1是夹具体兼定位件，它使工件在装夹时轴线位置必在V形面的角平分线上，从而起到定位作用。对刀块6同时也起到端面定位作用。压板2和螺栓3及螺母是夹紧元件，它们用以阻止工件在加工过程中因受切削力而产生的移动和振动。对刀块6除对工件起轴向定位外，主要用以调整铣刀和工件的相对位置。对刀面a通过铣刀周刃对刀，调整铣刀与工件的中心对称位置;对刀面b通过铣刀端面刃对刀，调整铣刀端面与工件外圆(或水平中心线)的相对位置。定位键5在夹具与机床间起定位作用，使夹具体即V形块1的V形槽槽向与工作台纵向进给方向平行。 (沿用吴拓主编《机械制造工程》(第2版)之图4-48) 图4-83 铣削键槽用的简易专用夹具 1—V形块 2—压板 3—螺栓 4—工件 5—定位键 6—对刀块 (2)加工壳体的铣床夹具 如图4-84 所示为加工壳体侧面棱边所用的铣床夹具。工件以端面、大孔和小孔作定位基准，定位元件为支承板2和安装在其上的大圆柱销6和菱形销10。夹紧装置是采用螺旋压板的联动夹紧机构。操作时，只需拧紧螺母4，就可使左右两个压板同时夹紧工件。夹具上还有对刀块5，用来确定铣刀的位置。两个定向键11用来确定夹具在机床工作台上的位置。 (沿用吴拓主编《机械制造工程》(第2版)之图4-49) 图4-84 加工壳体的铣床夹具 1—夹具体 2—支承板 3—压板 4—螺母 5—对刀块 6—大圆柱销 7—球头钉 8—铰接板 9—螺杆 10—菱形销 11—定向键 36 4(铣床夹具的设计特点 铣床夹具与其它机床夹具的不同之处在于:它是通过定位键在机床上定位，用对刀装置决定铣刀相对于夹具的位置。 (,)铣床夹具的安装 铣床夹具在铣床工作台上的安装位置，直接影响被加工表面的位置精度，因而在设计时必须考虑其安装方法，一般是在夹具底座下面装两个定位键。定位键的结构尺寸已标准化，应按铣床工作台的T形槽尺寸选定，它和夹具底座以及工作台T形槽的配合为H7/h6、H8/h8。两定位键的距离应力求最大，以利提高安装精度。 图4-85所示为定位键的安装情况。夹具通过两个定位键嵌入到铣床工作台的同一条T 形槽中，再用T 形螺栓和垫圈、螺母将夹具体紧固在工作台上，所以在夹具体上还需要提供两个穿T形螺栓的耳座。如果夹具宽度较大时，可在同侧设置两个耳座，两耳座的距离要和铣床工作台两个T形槽间的距离一致。 (沿用吴拓主编《机械制造工程》(第2版)之图4-50) 图4-85 定位键及其连接 (2)铣床夹具的对刀装置 铣床夹具在工作台上安装好了以后，还要调整铣刀对夹具的相对位置，以便于进行定距加工。为了使刀具与工件被加工表面的相对位置能迅速而正确地对准，在夹具上可以采用对刀装置。对刀装置是由对刀块和塞尺等组成，其结构尺寸已标准化。各种对刀块的结构，可以根据工件的具体加工要求进行选择。如图4-86所示是对刀装置的使用简图。常用的塞尺有平塞尺和圆柱塞尺两种，其形状如图4-87所示。 (沿用吴拓主编《机械制造工程》(第2版)之图4-52) 图4-86 对刀装置 1,对刀块 2—对刀平塞尺 3—对刀圆柱塞尺 (沿用吴拓主编《机械制造工程》(第2版)之图4-53) 图4-87 标准对刀塞尺 a) 平塞尺 b) 圆柱塞尺 由于铣削时切削力较大，振动也大，夹具体应有足够的强度和刚度，还应尽可能降低夹具的重心，工件待加工表面应尽可能靠近工作台，以提高夹具的稳定性，通常夹具体的高宽比H/B?1~1.25为宜。 三、钻镗夹具 1(钻床夹具 37 在钻床上进行孔的钻、扩、铰、锪、攻螺纹加工所用的夹具，称为钻床夹具。钻床夹具是用钻套引导刀具进行加工的，所以简称为钻模。钻模有利于保证被加工孔对其定位基准和各孔之间的尺寸精度和位置精度，并可显著提高劳动生产率。 (1)钻床夹具的分类 钻床夹具的种类繁多，根据被加工孔的分布情况和钻模板的特点，一般分为固定式、回转式、移动式、翻转式、盖板式和滑柱式等几种类型。 1)固定式钻模。在使用过程中，夹具和工件在机床上的位置固定不变。常用于在立式钻床上加工较大的单孔或在摇臂钻床上加工平行孔系。 在立式钻床上安装钻模时，一般先将装在主轴上的定尺寸刀具(精度要求高时用心轴)伸入钻套中，以确定钻模的位置，然后将其紧固。这种加工方式的钻孔精度较高。 2)回转式钻模。在钻削加工中，回转式钻模使用较多，它用于加工同一圆周上的平行孔系，或分布在圆周上的径向孔。它包括立轴、卧轴和斜轴回转三种基本形式。由于回转台已经标准化，故回转式夹具的设计，在一般情况下是设计专用的工作夹具和标准回转台联合使用，必要时才设计专用的回转式钻模。图4-88为一套专用回转式钻模，用其加工工件上均布的径向孔。 (沿用吴拓主编《机械制造工程》(第2版)之图4-54) 图4-88专用回转式钻模 1,钻模板 2—夹具体 3—手柄 4、8—螺母 5—把手 6—对定销 7—圆柱销 9—快换垫圈 10—衬套 11—钻套 12—螺钉 3)移动式钻模。这类钻模用于钻削中、小型工件同一表面上的多个孔。图4-89为移动式钻模，用于加工连杆大、小头上的孔。工件以端面及大、小头圆弧面作为定位基面，在定位套12、13，固定V形块2及活动V形块7上定位。先通过手轮8推动活动V形块7压紧工件。然后转动手轮8带动螺钉11转动，压迫钢球10，使两片半月键9向外胀开而锁紧。V形块带有斜面，使工件在夹紧分力作用下与定式钻位套贴紧。通过移动钻模，使钻头分别在两个钻套4、5中导入，从而加工工件上的两个孔。 (沿用吴拓主编《机械制造工程》(第2版)之图4-55) 图4-89 移动式钻模 1,夹具体 2—固定V形块 3—钻模板 4、5—钻套 6—支座 7—活动V形块 8—手轮 9—半月键 10—钢球 11—螺钉 12、13—定位套 4)翻转式钻模。这类钻模主要用于加工中、小型工件分布在不同表面上的孔，图4-90为加工套筒上四个径向孔的翻转式钻模。工件以内孔及端面在台肩销1上定位，用快换垫圈2和螺母3夹紧。钻完一组孔后，翻转60?钻另一组孔。该夹具的结构比较简单，但每次钻孔都需找正钻套相对钻头的位置，所以辅助时间较长，而且翻转费力。因此，夹具连同工件的 38 总重量不能太重，其加工批量也不宜过大。 (沿用吴拓主编《机械制造工程》(第2版)之图4-56) 图4-90 60?翻转式钻模 1—台肩销 2—快换垫圈 3—螺母 5)盖板式钻模。这类钻模没有夹具体，钻模板上除钻套外，一般还装有定位元件和夹紧装置，只要将它覆盖在工件上即可进行加工。 图4-91所示为加工车床溜板箱上多个小孔的盖板式钻模。在钻模盖板1上不仅装有钻套，还装有定位用的圆柱销2、削边销3和支承钉4。因钻小孔，钻削力矩小，故未设置夹紧装置。 (沿用吴拓主编《机械制造工程》(第2版)之图4-57) 图4-91 盖板式钻模 1—钻模盖板 2—圆柱销 3—削边销 4—支承钉 盖板式钻模结构简单，一般多用于加工大型工件上的小孔。因夹具在使用时经常搬动，故盖板式钻模所产生的重力不宜超过100N。为了减轻重量可在盖板上设置加强肋而减小其厚度，设置减轻窗孔或用铸铝件。 6)滑柱式钻模。滑柱式钻模是一种带有升降钻模板的通用可调夹具。图4-92为手动滑柱式钻模的通用结构，由夹具体1、三根滑柱2、钻模板4和传动、锁紧机构所组成。使用时，只要根据工件的形状、尺寸和加工要求等具体情况，专门设计制造相应的定位、夹紧装置和钻套等，装在夹具体的平台和钻模板上的适当位置，就可用于加工。转动手柄6，经过齿轮条的传动和左右滑柱的导向，便能顺利地带动钻模板升降，将工件夹紧或松开。 (沿用吴拓主编《机械制造工程》(第2版)之图4-58) 图4-92 滑柱钻模的通用结构 1—夹具体 2—滑柱 3—锁紧螺母 4—钻模板 5—套环 6—手柄 7—螺旋齿轮轴 这种手动滑柱钻模的机械效率较低，夹紧力不大，此外，由于滑柱和导孔为间隙配合(一般为H7/f7)，因此被加工孔的垂直度和孔的位置尺寸难以达到较高的精度。但是其自锁性能可靠，结构简单，操作迅速，具有通用可调的优点，所以不仅广泛使用于大批量生产，而且也已推广到小批生产中。它适用于一般中、小件加工。 (2)钻床夹具的设计特点 钻床夹具的主要特点是都有一个安装钻套的钻模板。钻套和钻模板是钻床夹具的特殊元件。钻套装配在钻模板或夹具体上，其作用是确定被加工孔的位置和引导刀具加工。 39 1)钻套的类型 钻套按其结构和使用特点可分为以下四种类型。 ? 固定钻套。如图4-93a、b所示，它分为A、B型两种。钻套安装在钻模板或夹具体中，其配合为H7/nb或H7/rb。固定钻套的结构简单，钻孔精度高，适用于单一钻孔工序和小批生产。 (沿用吴拓主编《机械制造工程》(第2版)之图4-59) 图4-93 标准钻套 a)、b)固定钻套(GB/T2262-91) c)可换钻套(GB/T2264-91) d)快换钻套(GB/T2265-91) ? 可换钻套。如图4-93c所示。当工件为单一钻孔工序的大批量生产时，为便于更换磨损的钻套，选用可换钻套。钻套与衬套之间采用F7/m6或F7/k6配合，衬套与钻模板之间采用H7/n6配合。当钻套磨损后，可卸下螺钉，更换新的钻套。螺钉能防止加工时钻套的转动，或退刀时随刀具自行拔出。 ? 快换钻套。如图4-93d所示。当工件需钻、扩、铰多工序加工时，为能快速更换不同孔径的钻套，应选用快换钻套。快换钻套的有关配 合同 劳动合同范本免费下载装修合同范本免费下载租赁合同免费下载房屋买卖合同下载劳务合同范本下载 可换钻套。更换钻套时，将钻套削边转至螺钉处，即可取钻套。削边的方向应考虑刀具的旋向，以免钻套随刀具自行拔出。 以上三类钻套已标准化，其结构参数、材料、热处理方法等，可查阅有关 手册 华为质量管理手册 下载焊接手册下载团建手册下载团建手册下载ld手册下载 。 ? 特殊钻套。由于工件形状或被加工孔位置的特殊性，需要设计特殊结构的钻套。图4-94所示是几种特殊钻套的结构。 图4-94a为加长钻套，在加工凹面上的孔时使用,为减少刀具与钻套的摩擦，可将钻套引导高度H以上的孔径放大。图4-94b为斜面钻套，用于在斜面或圆弧面上钻孔，排屑空间的高h < 0.5mm，可增加钻头刚度，避免钻头引偏或折断。图4-94c为小孔距钻套，用圆销确定钻套位置。图4-94d为兼有定位与夹紧功能的钻套，在钻套与衬套之间，一段为圆柱间隙配合，一段为螺纹连接，钻套下端为内锥面，可使工件定位。 (沿用吴拓主编《机械制造工程》(第2版)之图4-60) 图4-94 特殊钻套 a)加长钻套 b)斜面钻套 c)小孔距钻套 d)可定位、夹紧钻套 2)钻模板是供安装钻套用的，应有一定的强度和刚度，以防止变形而影响钻套的位置和引导精度。 3)为减少夹具底面与机床工作台的接触面积，使夹具放置平稳，一般都在相对钻头送进方向的夹具体上设置四个支脚。 2(镗床夹具 镗床夹具通常称为镗模。镗模是一种精密夹具。它主要用来加工箱体类零件上的精密孔系。镗模和钻模一样，是依靠专门的导引元件——镗套来导引镗杆，从而保证所镗的孔具有很高的位置精度。采用镗模后，镗孔的精度可不受机床精度的影响。 (1)镗模的组成 一般镗模由定位元件、夹紧装置、导引元件(镗套)、夹具体(镗模 40 支架和镗模底座)四个部分组成。 图4-95所示为加工磨床尾架孔用的镗模。工件以夹具体的底座上的定位斜块9和支承板10作主要定位。转动压紧螺钉6，便可将工件推向支承钉3，并保证两者接触，以实现工件的轴向定位。工件的夹紧则是依靠铰链压板5。压板通过活节螺栓8和螺母7来操纵。镗杆是由装在镗模支架2上的镗套1来导向的。镗模支架则用销钉和螺钉准确地固定在夹具体底座上。 图4-95 加工磨床尾架的镗模 1—镗套 2—镗模支架 3—支承钉 4—夹具底座 5—铰链压板 6—压紧螺钉 7—螺母 8—活节螺栓 9—定位斜块 10—支承板 11—固定耳座 (2)镗套 镗套结构对于被镗孔的几何形状、尺寸精度以及表面粗糙度有很大影响，因为镗套结构决定了镗套位置的准确度和稳定性。 常用的镗套结构型式有以下两类: 1)固定式镗套 固定式镗套的结构和前面介绍的钻套基本相似，它固定在镗模支架上而不能随镗杆一起转动，因此镗杆和镗套之间有相对运动，存在摩擦。固定式镗套外形尺寸小、结构紧凑、制造简单、容易保证镗套中心位置的准确度，但固定式镗套只适用于低速加工。 2)回转式镗套 回转式镗套在镗孔过程中是随镗杆一起转动的，所以镗杆与镗套之间无相对转动，只有相对移动。当高速镗孔时，可以避免镗杆与镗套发热而咬死，而且改善了镗杆的磨损状况。由于回转式镗套要随镗杆一起转动，所以镗套必须另用轴承支承。按所用轴承形式的不同，回转式镗套可分为滑动镗套(如图4-96a所示)和滚动镗套(如图4-95b所示)。 (a)滑动镗套 (b)滚动镗套 1—轴承套 2—镗套 3—键槽 1—镗套 2—滚动轴承 3—轴承盖世 4—镗模支架 图4-96 回转式镗套 四、典型数控机床夹具 数控机床夹具有高效化、柔性化和高精度等特点，设计时，除了应遵循一般夹具设计的原则外，还应注意以下几点: 1)数控机床夹具应有较高的精度，以满足数控加工的精度要求; 2)数控机床夹具应有利于实现加工工序的集中，即可使工件在一次装夹后能进行多个表面的加工，以减少工件装夹次数; 3)数控机床夹具的夹紧应牢固可靠、操作方便;夹紧元件的位置应固定不变，防止在自动加工过程中，元件与刀具相碰。 如图4-97所示为用于数控车床的液动自定心三爪卡盘，在高速车削时平衡块1所产生的离心力经杠杆2给卡爪3一个附加的力，以补偿卡爪夹紧力的损失。卡爪由活塞5经拉杆和 41 楔槽轴4的作用将工件夹紧。如图4-98所示为数控铣镗床夹具的局部结构，要防止刀具(主轴端)进入夹紧装置所处的区域，通常应对该区域确定一个极限值。 (沿用吴拓主编《机械制造工程》(第2版)之图4-61) (a)卡盘 (b)工作液压缸 1,平衡块 2—杠杆 3—卡爪 4—楔槽轴 5—活塞 图4-97 液动三爪自定心卡盘 (沿用吴拓主编《机械制造工程》(第2版)之图4-62) 图4-98 防止刀具与夹具元件相碰 4)每种数控机床都有自己的坐标系和坐标原点，它们是编制程序的重要依据之一。设计数控机床夹具时，应按坐标图上规定的定位和夹紧表面以及机床坐标的起始点，确定夹具坐标原点的位置。如图4-97所示中的A为机床原点，B为工件在夹具上的原点。 1(数控铣床夹具 (1)对数控铣床夹具的基本要求 实际上，数控铣削加工时一般不要求很复杂的夹具，只要求有简单的定位、夹紧机构就可以了。其设计原理也和通用铣床夹具相同，结合数控铣削加工的特点，这里只提出几点基本要求: 1)为保持零件安装方位与机床坐标系及程编坐标系方向的一致性，夹具应能保证在机床上实现定向安装，还要求能协调零件定位面与机床之间保持一定的坐标尺寸联系。 2)为保持工件在本工序中所有需要完成的待加工面充分暴露在外，夹具要做得尽可能开敞，因此夹紧机构元件与加工面之间应保持一定的安全距离，同时要求夹紧机构元件能低则低，从防止夹具与铣床主轴套筒或刀套、刀具在加工过程中发生碰撞。 3)夹具的刚性与稳定性要好。尽量不采用在加工过程中更换夹紧点的设计，当非要加工过程中更换夹紧点不可时，要特别注意不能因更换夹紧点而破坏夹具或工件定位精度。 (2)常用数控铣床夹具种类 数控铣削加工常用的夹具大致有下几种: 1)组合夹具:适用于小批量生产或研制时的中、小型工件在数控铣床上进行铣加工。 2)专用铣削夹具:是特别为某一项或类似的几项工件设计制造的夹具，一般在批量生产或研制时非要不可时采用。 3)多工位夹具:可以同时装夹多个工件，可减少换刀次数，也便于一面加工，一面装卸工件，有利于缩短准备时间，提高生产率，较适宜于中批量生产。 4)气动或液压夹具: 适用于生产批量较大，采用其他夹具又特别费工、费力的工件。这类夹具能减轻工人的劳动强度和提高生产率，但其结构较复杂，造价往往较高，而且制造周期长。 5)真空夹具:适用于有较大定位平面或具有较大可密封面积的工件。有的数控铣床(如壁板铣床)自身带有通用真空夹具，如图4-99所示，工件利用定位销定位，通过夹具体上的环形密封槽中的密封条与夹具密封。启动真空泵，使夹具定位面上的沟槽成为真空，工件在 42 大气压力的作用下被夹紧在夹具体。 (沿用吴拓主编《机械制造工程》(第2版)之图4-63) 图4-99 真空夹具 1,待加工零件 2,定位孔 3,定位销 4,夹具体 5,密封槽 6,空气槽 除上述几种夹具外，数控铣削加工中也经常采用机用平口虎钳、分度头和三爪自定心卡盘等通用夹具。 2(数控钻床夹具 数控钻床是数字控制的以钻削为主的孔加工机床。在数控机床的发展过程中，数控钻床的出现是较早的，其夹具设计原理与通用钻床相同，结合数控钻削加工的特点，在夹具的选用上应注意以下几个问题: 1)优先选用组合夹具。对中小批量又经常变换品种的加工，使用组合夹具可节省夹具费用和准备时间，应首选。 2)在保证零件的加工精度及夹具刚性的情况下，尽量减少夹压变形，选择合理的定位点及夹紧点。 3)对于单件加工工时较短的中小零件，应尽量减少装卸夹压时间，采用各种气压、液压夹具和快速联动夹紧方法以提高生产效率。 4)为了充分利用工作台的 有效面积，对中小型零件可考虑在工作台面上同时装夹几个零件进行加工。 5)避免干涉。在切削加工时，绝对不允许刀具或刀柄与夹具发生碰撞。 6)如有必要时，可在夹具上设置对刀点。对刀点实际是用来确定工件坐标与机床坐标系之间的关系。对刀点可在零件上，也可以在夹具或机床上，但必须与零件定位基准有一定的坐标关系。 3(加工中心机床夹具 加工中心机床是一种功能较全的数控加工机床。在加工中心上，夹具的任务不仅是夹具工件，而且还要以各个方向的定位面为参考基准，确定工件编程的零点。在加工中心上加工的零件一般都比较复杂。零件在一次装夹中，既要粗铣、粗镗，又要精铣、精镗，需要多种多样的刀具，这就要求夹具既能承受大切削力，又要满足定位精度要求。在加工中心的自动换刀(ATC)功能又决定了在加工中不能使用支架、位置检测及对刀等夹具元件。加工中心的高柔性要求其夹具比普通机床结构紧凑、简单，夹紧动作迅速、准确，尽量减少辅助时间，操作方便、省力、安全，而且要保证足够的刚性，还要灵活多变。根据加工中心机床特点和加工需要，目前常用的夹具结构类型有专用夹具、组合夹具、可调整夹具和成组夹具。 加工中心上零件夹具的选择要根据零件精度等级，零件结构特点，产品批量及机床精度等情况综合考虑。在此，推荐一选择顺序:优先考虑组合夹具，其次考虑可调整夹具，最后考虑专用夹具、成组夹具。当然，还可使用三爪自定心卡盘、机床用平口虎钳等大家熟悉的通用夹具。 43 第六节 现代机床夹具 一、组合夹具 组合夹具早在20世纪50年代便已出现，现在已是一种标准化、系列化、柔性化程度很高的夹具。它由一套预先制造好的具有不同几何形状、不同尺寸的高精度元件与合件组成，包括基础件、支承件、定位件、导向件、压紧件、紧固件、其它件、合件等。使用时按照工件的加工要求，采用组合的方式组装成所须的夹具。根据组合夹具组装连接基面的形状，可将其分为槽系和孔系两大类。槽系组合夹具的连接基面为T形槽，元件由键和螺栓等元件定位紧固连接。孔系组合夹具的连接基面为圆柱孔组成的坐标孔系。 1(T形槽系组合夹具 T形槽系组合夹具按其尺寸系列有小型、中型和大型三种，其区别主要在于元件的外形尺寸、T形槽宽度和螺栓及螺孔的直径规格不同。 小型系列组合夹具，主要适用于仪器、仪表和电信、电子工业，也可用于较小工件的加工。这种系列元件的螺栓直径为M8mm?1.25mm，定位键与键槽宽的配合尺寸为8H7/h6，T形槽之间的距离为30 mm。 中型系列组合夹具，主要适用于机械制造工业，这种系列元件的螺栓直径为M12mm?1.5mm，定位键与键槽宽的配合尺寸为12H7/h6，T形槽之间的距离为60mm。这是目前应用最广泛的一个系列。 大型系列组合夹具，主要适用于重型机械制造工业，这种系列元件的螺栓直径为M16mm?2mm，定位键与键槽宽的配合尺寸为16H7/h6，T形槽之间的距离为60mm。 图4-100所示为T形槽系组合夹具的元件。 (沿用吴拓主编《机械制造工程》(第2版)之图4-64 ) 图4-100 T形槽系组合夹具的元件 a)基础件 b )支承件 c)定位件 d) 导向件 e) 夹紧件 f) 紧固件 g) 其它件 h) 合件 图4-101所示为盘形零件钻径向分度孔的T形槽系组合夹具的实例。 图4-101 盘形零件钻径向分度孔的T形槽系组合夹具 1—基础件 2—支承件 3—定位件 4—导向件 5—夹紧件 6—紧固件 7—其它件 8—合件 2(孔系组合夹具 孔系组合夹具元件的连接用两个圆柱销定位，一个螺钉紧固。孔系组合夹具较槽系组合夹具具有更高的刚度，且结构紧凑。图4-102所示为我国近年制造的KD型孔系组合夹具。其定位孔径为φ16.01H6，孔距为(50;0.01)mm，定位销直径为φ16k5，用M16mm的螺钉连 44 接。孔系组合夹具用于装夹小型精密工件。由于它便于计算机编程，所以特别适用于加工中心、数控机床等。 (沿用吴拓主编《机械制造工程》(第2版)之图4-66) 图4-102 KD型孔系组合夹具 3(组合夹具的特点 组合夹具具有以下特点: 1)组合夹具元件可以多次使用，在变换加工对象后，可以全部拆装，重新组装成新的夹具结构，以满足新工件的加工要求，但一旦组装成某个夹具，则该夹具便成为专用夹具。 2)和专用夹具一样，组合夹具的最终精度是靠组成元件的精度直接保证的，不允许进行任何补充加工，否则将无法保证元件的互换性，因此组合夹具元件本身的尺寸、形状和位置精度以及表面质量要求高。因为组合夹具需要多次装拆、重复使用，故要求有较高的耐磨性。 3)这种夹具不受生产类型的限制，可以随时组装，以应生产之急，可以适应新产品试制中改型的变化等。 4)由于组合夹具是由各标准件组合的，的因此刚性差，尤其是元件连接的接合面接触刚度对加工精度影响较大。 5)一般组合夹具的外形尺寸较大，不及专用夹具那样紧凑。 二、模块化夹具 模块化夹具是一种柔性化的夹具，通常由基础件和其它模块元件组成。 所谓模块化是指将同一功能的单元，设计成具有不同用途或性能的，且可以相互交换使用的模块，以满足加工需要的一种方法。同一功能单元中的模块，是一组具有同一功能和相同连接要素的元件，也包括能增加夹具功能的小单元。这种夹具加工对象十分明确，调整范围只限于本组内的工件。 模块化夹具与组合夹具之间有许多共同点。它们都具有方形、矩形和圆形基础件。在基础件表面有坐标孔系。两种夹具的不同点是组合夹具的万能性好，标准化程度高;而模块化夹具则为非标准的，一般是为本企业产品工件的加工需要而设计的。产品品种不同或加工方式不同的企业，所使用的模块结构会有较大差别。 图4-103为一种模块化钻模，主要由基础板7、滑柱式钻模板1和模块4、5、6等组成。基础板7上有坐标系孔c和螺孔d，在其平面e和侧面a、b上可拼装模块元件。图中所配置的V形模块6和板形模块4的作用是使工件定位。按照被加工孔的位置要求用方形模块5可调整模块4的轴向位置。可换钻套3和可换钻模板2按工件的加工需要加以更换调整。 (沿用吴拓主编《机械制造工程》(第2版)之图4-69) 图4-103 模块化钻模 1—滑柱式钻模板 2—可换钻模板 3—可换钻套 4—板形模块 5—方模块 6—V形模块 7—基础板 45 模块化夹具适用于成批生产的企业。使用模块化夹具可大大减少专用夹具的数量，缩短生产周期，提高企业的经济效益。模块化夹具的设计依赖于对本企业产品结构和加工工艺的深入分析研究，如对产品加工工艺进行典型化分析等。在此基础上，合理确定模块的基本单元，以建立完整的模块功能系统。模块化元件应有较高的强度、刚度和耐用性，常用20CrMnTi、40Cr等材料制造。 三、自动线夹具 自动线是由多台自动化单机，借助工件自动传输系统、自动线夹具、控制系统等组成的一种加工系统。常见的自动线夹具有随行夹具和固定自动线夹具两种。 现以随行夹具为例介绍自动线夹具的结构。随行夹具常用于形状复杂且无良好输送基面，或虽有良好的输送基面，但材质较软的工件。工件安装在随行夹具上，随行夹具除了完成对工件的定位和夹紧外，还带着工件按照自动线的工艺流程由自动线运输机构运送到各台机床的机床夹具上。工件在随行夹具上通过自动线上的各台机床完成全部工序的加工。 图4-104为随行夹具在自动线机床上工作的结构简图。随行夹具1由带棘爪的步伐式输送带2运送到机床上。固定夹具4除了在输送支承3上用一面两销定位以及夹紧装置使随行夹具定位并夹紧外，它还提供输送支承面A。图中件7为定位机构，液压缸6、杠杆5、钩形1 压板8为夹紧装置。 (沿用吴拓主编《机械制造工程》(第2版)之图4-70) 图4-104 随行夹具在自动线机床的固定夹具上的工作简图 1—随行夹具 2—输送带 3—输送支承 4—固定夹具 5、9—杠杆 6—液压缸 7—定位机构 8—钩形压板 思考题和习题 4-1 机床夹具通常由哪些部分组成,各组成部分的功能如何, 4-2 何谓定位基准,何谓六点定位规则,试举例说明之。 4-3 试举例说明什么叫工件在夹具中的“完全定位”、“不完全定位”、“欠定位”和“过定位”, 4-4 针对图4-105所示工件钻孔工序的要求，试确定: (1)定位方法和定位元件。 (2)分析各定位元件限制着哪几个自由度, (沿用吴拓主编《机械制造工程》(第2版)之图4-76 题4-5图) 图4-105 题4-4图 46 4-5 何谓定位误差,定位误差是由哪些因素引起的,定位误差的数值一般应控制在零件加工公差的什么范围之内, 4-6 图4-106a)所示为一钻模夹具，图4-106b)为加工工序简图，试规定夹具的距离尺寸公差。 a) 钻模夹具 b) 工序简图 图4-106 题4-6图 04-7 欲在图4-107所示工件上铣削一缺口，保证尺寸8mm，试确定工件的定位方案，-0.08 并分析定位方案的定位误差。 (沿用吴拓主编《机械制造工程》(第2版)之图4-77 题4-7图) 图4-107 题4-7图 4-8 有一批套类零件如图4-108所示，欲在其上铣一键槽，试分析各定位方案中，H和1H的定位误差。 3 (1)在可涨心轴上定位(见图b)。 Bsd(2)在水平放置的具有间隙的刚性心轴上定位，定位心轴直径为(见图c)。 dBxdBsd(3)在垂直放置的具有间隙的刚性心轴上定位，定位心轴直径为(见图c)。 dBxd (4)如果记及工件内外圆的同轴度φt，上述三种定位方案中，H和H的定位误差又将13如何, 图4-108 题4-8图 4-9 夹紧和定位有何区别,试述夹具的夹紧装置的组成和设计要求。 4-10 试述在设计夹具时，对夹紧力的三要素(力的作用点、方向、大小)有何要求, 4-11 试分析如图4-109中所示的夹紧力的方向和作用点是否合理,如不合理，如何改进, (沿用吴拓主编《机械制造工程》(第2版)之图4-78 题4-10图) 图4-109 题4-11图 47 4-12 试分析如图4-110a)、b)、c)所示的夹紧方案是否合理,如不合理,如何改进, (沿用吴拓主编《机械制造工程》(第2版)之图4-79 题4-12图) 图4-110 题4-12图 4-13 固定支承有哪几种形式,各适用什么场合, 4-14 何谓自位支承,何谓可调支承,何谓辅助支承,三者的特点和区别何在,使用辅助支承和可调支承时应注意些什么问题, 4-15 何谓联动夹紧机构,设计联动夹紧机构时应注意哪些问题,试举例说明, 4-16 试比较斜楔、螺旋、偏心夹紧机构的优缺点及其应用范围。 4-17 试比较通用夹具、专用夹具、组合夹具，可调夹具和自动线夹具的特点及其应用场合。 4-18 车床夹具如何分类,试述角铁式车床夹具的结构特点。 4-19 试述铣床夹具的分类及其设计特点。 4-20 试述钻镗夹具的分类及其特点。钻套、镗套分为哪几种,各用在什么场合, 4-21 简要说明数控机床夹具的特点。简述数控铣床、数控钻床和加工中心机床常用夹具是哪些, 4-22 组合夹具有何特点,试述T形槽系组合夹具的元件的分类、功用和组装步骤。 4-23 什么叫模块化夹具,模块化夹具是如何应用的, 4-24 试述自动线夹具的分类及其特点。 48