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1、机械制造技术与设备 主编第9章机?床?夹?具1)掌握机床夹具的概念、分类、组成和作用。2)掌握工件定位的基本原则并能利用基本原则对工件的定位进行正确地分析。3)具有根据工件的加工要求确定工件应该限制的自由度、确定定位方法和选择定位元件的能力，初步具有进行定位误差计算的能力。4)熟悉工件对夹紧装置的基本要求，掌握夹紧力三要素的确定方法。5)了解几种典型夹紧机构的工作原理和结构特点并能合理选用。第9章机?床?夹?具6)熟悉机床夹具设计的方法和步骤，了解机床夹具设计的全过程，学会使用手册和图册并能为中等复杂的零件设计机床夹具。9.1概述9.2工件定位的基本原则9.3定位方法及定位元件9.4组合表面定
2、位9.5工件对夹紧装置的基本要求9.6典型夹紧机构9.7各类机床夹具简介9.8机床夹具设计的全过程9.1概述9.1.1机床夹具的分类随着机械制造业的发展，机床夹具的种类日趋繁多。9.1.2机床夹具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。1.定位装置(元件)2.夹紧装置3.夹具与机床之间的连接元件4.对刀或导向元件图9-1机床夹具的分类9.1概述5.其他装置或元件6.夹具体9.1.3机床夹具在机械加工中的作用夹具在机械加工中的作用可归纳为以下几个方面。1.保证加工精度，稳定产品质量2.提高生产率、降低成本3.扩大机床工艺范围4.减轻工人的劳动强度9.2工件定位的基本原则9.2
3、.1概述在机械加工中，必须使工件、夹具、刀具和机床之间保持正确的相互位置，才能加工出合格的零件。9.2.2工件定位的基本原理1.自由度的概念图9-3工件的六个自由度9.2工件定位的基本原则2.六点定位原则(1)长方体工件如图9-4a所示，在工件底面上布置的三个支承点1、2、3(不能在一直线上)，限制了工件的、三个自由度。图9-4长方体工件的定位9.2工件定位的基本原则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。图9-6轴类工件定位时支承点的分布示例a)定位原理b)定位结构9.2工件定位的基本原则1)用定位支承点限制工件的自由度，可以理解为：定位
4、支承点与工件的定位基准必须始终保持紧贴接触，即工件上的定位基面与夹具上的定位元件的工作表面要始终保持接触配合。2)在分析定位支承点(定位元件)的定位作用时，不考虑力的影响。3.限制工件自由度与加工要求的关系4.工件定位中的几种情况(1)完全定位工件的六个自由度全部被限制的定位，称为完全定位。(2)不完全定位根据工件的加工要求，并不需要限制工件的全部自由度，这样的定位称为不完全定位。(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。9.2工件定位的基本原则图9-8过定位的例子1)工件无法安装。9.2工件定位的基本原则图9-10连杆定位简图9.3定位方法及定位元件9
5、.3.1工件以平面为基准的定位1.平面定位方法的应用图9-11用三个支承钉作定位件9.3定位方法及定位元件图9-13固定支承的构造a)平头支承b)圆头支承c)顶面带花纹支承9.3定位方法及定位元件(2)支承板如图9-14所示，支承板用螺钉固定在夹具体上，多用于对工件精基准的定位。(3)可调支承如图9-15所示，支承的伸出位置可作调整，以适应各批工件毛坯基准面上余量的差异，或用于形状相同而尺寸有差别的工件的定位。(4)自位支承对于尺寸大而刚性差的工件，若采用三点支承，其单位压力很大，工件的变形严重。图9-14支承板的构造9.3定位方法及定位元件图9-15可调支承及其应用9.3定位方法及定位元件图
6、9-16自位支承9.3定位方法及定位元件图9-17工件以台阶面为基准的定位a)不合理b)合理9.3定位方法及定位元件4.平面定位的定位误差9.3.2工件以外圆柱面为基准的定位工件以外圆柱面为基准在夹具中定位时，应力求使其轴线处于规定的位置。1.圆柱孔定位(1)定位方法和定位件构造将工件的定位基准外圆柱面直接放入定位孔中，即可实现定位。图9-19定位衬套的结构9.3定位方法及定位元件(2)定位孔尺寸公差的确定定位孔是和工件定位基准外圆相配合的。(3)定位误差分析基准轴装入定位孔后，其配合间隙就会造成基准轴线的位移。2.半孔定位(1)定位方法和定位件构造将定位衬套分成两半，下半孔固定在夹具体上作为
7、定位件，上半孔装在可卸式或铰链式的盖上作为夹紧件，这种定位方法就叫半孔定位。图9-20半孔衬套的构造形式9.3定位方法及定位元件(2)定位误差分析半孔定位由于工件可以从上面放入，所以基准轴与定位半孔之间无需有配合间隙，半孔宜按H7制作。3.V形块定位(1)定位方法V形块是由两个互成角的平面组成的定位元件。图9-21半孔定位误差分析图9.3定位方法及定位元件V形块夹角有60、90、120三种，以90用得最多。9.3定位方法及定位元件(3)V形块定位时的定位误差如图9-24所示，当工件以圆柱面D作定位基准放在V形块上后，因该基准尺寸有误差，基准轴线位置会有由O点到点的变化。9.3定位方法及定位元件
8、图9-24V形块的定位误差9.3.3工件以圆孔为基准的定位9.3定位方法及定位元件工件以圆孔作定位基准，其定位方法有外圆柱面（定位销或心轴）定位、外圆锥面定位和自动定心装置定位等。1.外圆柱面定位(1)定位方法和定位件构造工件以圆孔为基准套入定位销(轴)后即实现了定位。图9-25定位销的构造9.3定位方法及定位元件(2)定位销尺寸的确定和定位误差的计算定位销设计和定位误差的计算，与工件以外圆柱面为基准在圆孔中定位相类似。2.外圆锥面定位(1)小锥度心轴定位采用1/10001/5000锥度的心轴，能楔在工件基准孔中。9.3定位方法及定位元件图9-26小锥度心轴定位法9.3定位方法及定位元件图9-
9、27不宜用小锥度定位的情况(2)大锥度定位此法的特点是除了利用工件的基准孔外，9.3定位方法及定位元件还需使用工件上另一基准面来防止工件倾斜。图9-28大锥度定位法9.3.4工件以特形表面为基准的定位用作定位的基准表面取决于工件的形状、表面精度和技术要求。9.3定位方法及定位元件表9-1常见定位元件及其组合所能限制的自由度9.3定位方法及定位元件表9-1常见定位元件及其组合所能限制的自由度9.3定位方法及定位元件表9-1常见定位元件及其组合所能限制的自由度9.4组合表面定位图9-29一面两孔定位1.两销中心距尺寸(Ld)及其对称极限偏差(TLd2)9.4组合表面定位2.圆柱销的尺寸及极限偏差3
10、.削边销的尺寸及极限偏差表9-2削边销的尺寸(单位：mm)9.4组合表面定位9.4组合表面定位图9-30削边销尺寸计算图9.4组合表面定位图9-31中心距误差补偿值1)要正确地限制必限的自由度。9.4组合表面定位2)要确保定位精度，使定位所产生的误差小于工序相应尺寸公差的13(因为还有其他误差也会影响工序尺寸)。3)要使定位稳定可靠，一般情况下应避免过定位。4)尽量选用标准化元件。9.5工件对夹紧装置的基本要求9.5.1对夹紧装置的基本要求在设计夹具时，选择工件的夹紧方法一般与选择定位方法同时考虑，有时工件的定位也是在夹紧过程中实现的。1)夹紧过程中应能保持工件在定位时已获得的正确位置。2)夹
11、紧应适当和可靠。3)夹紧机构应操作方便、安全省力，以便减轻劳动强度，缩短辅助时间，提高生产效率。4)夹紧机构的复杂程度和自动化程度应与工件的生产批量和生产方式相适应。5)结构设计应具有良好的工艺性和经济性。9.5.2夹紧力三要素的确定9.5工件对夹紧装置的基本要求夹紧力的概念是由力的大小、方向和作用点（数量和位置）三个要素体现的，它对夹紧机构的设计起着决定性的作用。1.夹紧力方向的确定(1)夹紧力的作用方向应不破坏工件定位的准确性要做到这条要求，夹紧力的方向应朝向主要定位基准，把工件压向定位元件的主要定位表面上。图9-32夹紧力方向对镗孔垂直度的影响a)合理b)不合理9.5工件对夹紧装置的基本
12、要求(2)夹紧力方向应使工件变形尽可能小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。(3)夹紧力方向应使所需夹紧力尽可能小在保证夹紧可靠的情况下，减小夹紧力可以减轻工人的劳动强度，提高生产效率，同时可以使机构轻便、紧凑以及减少工件变形。图9-33夹紧力方向与工件刚性关系9.5工件对夹紧装置的基本要求图9-34钻孔时各力方向之间的关系9.5工件对夹紧装置的基本要求图9-35夹紧方向与夹紧力大小的关系2.夹紧力作用点的选择1)夹紧力应落在支承元件上或几个支承元件所形成的支承面内。2)夹紧力作用点应落在工件刚性较好的部位上，这对刚度较差的
13、工件尤其重要。9.5工件对夹紧装置的基本要求图9-36夹紧力作用点应在支承面内9.5工件对夹紧装置的基本要求图9-37夹紧力作用点应在刚性较好部位9.5工件对夹紧装置的基本要求图9-38夹紧力应尽量靠近加工表面1工件2刀具9.5工件对夹紧装置的基本要求3)夹紧力作用点应尽可能靠近被加工表面以减小切削力对工件造成的翻转力矩，必要时应在工件刚性差的部位增加辅助支承并施加夹紧力，以免振动和变形。3.夹紧力大小的确定图9-39钻孔时的夹紧力9.6典型夹紧机构9.6.1楔块夹紧图9-40所示为楔块夹紧的钻具，作用力F转化为夹紧力Q的分析如图9-40b所示。9.6典型夹紧机构图9-40楔块夹紧1)楔块结构
14、简单，有增力作用。2)1+2为斜楔的自锁条件，故一般取=57。3)楔块夹紧行程小，且受楔块升角的影响，增大可加大行程，但自锁性能变差。9.6典型夹紧机构4)夹紧和松开要敲击大、小端，操作不方便。图9-41螺旋夹紧机构1螺杆2螺母套3止动销4压块9.6典型夹紧机构9.6.2螺旋夹紧螺旋夹紧实际上就是将楔块的斜面绕在圆柱体上成为螺旋面，因此，螺旋夹紧的原理与楔块夹紧相似。9.6.3偏心夹紧常用的偏心夹紧件是偏心轮（轴），其构造如图9-42所示，都已标准化了。图9-42偏心夹紧原理9.6典型夹紧机构9.6.4组合夹紧机构组合夹紧机构是由几个简单夹紧件组合在一起，利用杠杆作用来扩大夹紧力，并在适当部位
15、来夹紧工件的机构。图9-43螺旋压板9.6典型夹紧机构图9-44偏心压板9.6典型夹紧机构图9-45偏心轴-压板夹紧机构9.7各类机床夹具简介9.7.1车床类夹具车床类夹具包括用于各种车床、内/外圆磨床等机床上用的夹具。1.心轴图9-46顶尖式心轴1顶尖式心轴2垫圈3螺母9.7各类机床夹具简介图9-47锥柄式心轴2.圆盘式车床夹具9.7各类机床夹具简介图9-48圆盘式车床夹具1圆盘2定位件3压板4螺母9.7各类机床夹具简介3.花盘式车床夹具4.角铁式车床夹具图9-49角铁式车床夹具9.7各类机床夹具简介9.7.2钻床类夹具钻床类夹具包括用在各种钻床、镗床和组合机床上的孔加工夹具，简称钻模（镗模
16、）或钻具。1.钻床类夹具的构造和种类(1)固定模板式钻具图9-50所示为在某壳体上钻孔的固定模板式钻具。图9-50固定模板式钻模1定位元件2开口垫圈3螺母9.7各类机床夹具简介(2)覆盖式钻模此类钻模的模板是可卸的，钻模板可以“覆”在工件上(无需夹具体)，也可以和钻具本体用定位销或用铰链连接。图9-51覆盖式钻模1销钉2螺钉3钢球4钻模板5滑柱6工件9.7各类机床夹具简介(3)翻转式钻模工件装在钻模中后可以一起翻转，用以加工不同方向上的孔。图9-52钻8个孔的翻转式钻模1夹具体2定位板3钻套4开口垫圈5螺母6V型块7螺杆9.7各类机床夹具简介(4)回转式钻模该钻模是用来加工沿圆周分布的许多孔(
17、或许多径向孔)。图9-53按钻套变换工位的回转式钻模1支承钉2定位环3菱形销4钻模板5、6螺钉7转盘9.7各类机床夹具简介2.钻套的种类(1)固定钻套如图9-54a、b所示，它和钻模板的配合按H7r6或H7/n6。(2)可换钻套如图9-54c所示，它是以H6/g5或H7/g6配合装入衬套内(衬套的配合按H7/r6或H7/n6)，有时也可以H7/js6或H7/k6过渡配合直接装在钻模板上。(3)快换钻套如图9-54d、e所示快速钻套，适用于在一道工序中用几种刀具(如钻、扩、铰)依次连续加工，广泛用在成批生产中。图9-54标准钻套a)固定钻套b)固定钻套c)可换钻套d)快换钻套e)快换钻套9.7各
18、类机床夹具简介(4)特种钻套图9-55所示为几种特殊钻套。图9-55特种钻套9.7各类机床夹具简介9.7.3铣床类夹具铣床类夹具包括用在各种铣床、平面磨床上的夹具。1.铣床类夹具的构造图9-56加工壳体的铣床夹具1夹具体2定位元件3圆柱销4菱形销5压板6螺母7转动杆8杠杆9支承钉10对刀块11定向键9.7各类机床夹具简介2.铣床夹具的安装3.铣床夹具的对刀装置图9-57用对刀块调刀简图a)圆形对刀块b)直角对刀块c)角度对刀块d)特殊对刀块9.8机床夹具设计的全过程9.8.1拟订夹具的结构方案1.掌握生产条件，明确设计要求1)明确产品的生产批量和产品情况。2)明确工序要求和加工现状。3)了解使
19、用要求和制造条件。4)掌握必要的设计资料。2.拟订夹具的结构方案3.夹具的精度分析和估算9.8.2夹具总图设计当夹具的结构方案确定之后，就可以正式绘制夹具总图。1.绘制总图的步骤2.夹具总图上尺寸的标注9.8机床夹具设计的全过程3.夹具上主要元件之间的位置尺寸公差4.夹具总图上技术要求的规定9.8.3绘制夹具零件图对于夹具上的零件（非标准件），要分别绘制其工作图并规定相应的技术要求。1)夹具体应有足够的强度和刚度，以防受力后变形。2)夹具体安装需稳定，故夹具体重心必须要低，其高度与宽度之比一般小于1.25，且夹具底部中间需挖空，以保证夹具底部四周与机床工作台接触，安装稳定并可减少加工面。3)夹具体要结构紧凑、形状简单、装卸工件方便并尽可能使其重量减轻。4)夹具体要便于排屑。9.8机床夹具设计的全过程5)夹具体要有良好的结构工艺性，以便于制造、装配和使用。6)夹具体制造方法的选择要能保证加工精度，同时要考虑降低成本。图9-589.8机床夹具设计的全过程图9-59