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1、机床专用夹具及设计u5.1 各类机床专用夹具u5.2 其他机床夹具u5.3 机床专用夹具的设计各类机床专用夹具1车床夹具的特点 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。根据车削加工特点和夹具在机床上安装的位置，车床夹具可分为两种基本类型：一类是安装在车床主轴上的夹具，另一类是安装在滑板或床身上的夹具。5.1.1 车床夹具具有足够的强度、刚度和可靠的夹紧机构。工件的回转轴线必须与机床的主轴回转轴线同轴。具有较匀称的结构，以提高回转的平稳性。只要结构空间允许，一般有安全防护装置。车床夹具一般特点2典型车床夹具1）定心式车床夹具工件以内孔定位加工外圆表面和端面，或以外
2、圆定位加工内孔表面和端面时，可以采用定心夹紧夹具。按其安装方式不同，定心式车床夹具可分为心轴式定心车床夹具和锥柄式心轴定心车床夹具两类。心轴式定心车床夹具适用于以孔作定位基准的工件，因其结构简单，故应用广泛。如图5-1所示为最常见的间隙配合圆柱心轴定心车床夹具。锥柄式心轴定心车床夹具多用于加工短筒、盘形或其他形状的小工件。按其定心夹紧的方式不同，锥柄式心轴定心车床夹具可分为外胀式定心夹紧和内缩式定心夹紧。如图5-2所示为外胀式定心夹紧车床夹具。图5-1 心轴式定心车床夹具图5-2 外胀式定心夹紧车床夹具2）角铁式车床夹具当工件定位面较为复杂或有其他特殊要求，而加工面又具有回转特征时，需采用专用
3、车床夹具。角铁式车床夹具的夹具体呈角铁状，其结构不对称，常用于加工壳体、支座、接头等零件的圆柱面及端面，如图5-3所示夹具。图5-3 角铁式车床夹具 1圆柱销2削边销3平衡块4导向套5工件6压板7夹具体8定程基准9过渡盘3车床夹具的设计特点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据具体使用的机床而定。1车床夹具一般随机床主轴一起回转，而夹具体是夹具上最大、最重的元件，所以夹具体一般设计成圆盘形，且应结构紧凑，轮廓尺寸尽可能小，重量尽量轻，重心尽可能靠近回转轴线，以减小惯性力和回转力矩。4为使夹具使用安全，夹具上的元件不应超出夹具体的边缘，并应尽可能避
4、免有尖角或凸起部分，必要时回转部分外面可加防护罩。夹具的夹紧力要足够大，自锁可靠。2如果夹具的总体结构在加工时不平衡，应有消除回转中不平衡现象的平衡措施，以减小震动等不利影响，一般设置平衡块或减重孔消除不平衡。如果需要，应在夹具交付使用之前做静力平衡试验。4夹具与机床主轴的连接车床夹具与机床主轴的连接方式主要有以下两种：1）用莫氏锥柄与机床主轴连接此种连接中，需将莫氏锥柄插入机床主轴孔内，并用螺杆拉紧，如图5-4（a）所示。2）通过过渡盘与机床主轴连接这种连接方式的刚性较好，适合于径向尺寸D较大的夹具。若主轴端部外形是圆柱端面，常采用如图5-4（b）所示的过渡盘。若主轴前端为圆锥体并有凸缘，常
5、采用如图5-4（c）所示的过渡盘。图5-4 车床夹具与机床主轴的连接方式（a）（b）（c）各类机床专用夹具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，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5.1.2 钻床夹具 固定式钻模 分度式钻模 翻转式钻模 盖板式钻模 滑柱式钻模1）固定式钻模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
6、高时用心轴）伸入钻套中，以确定钻模的位置，然后将其紧固。这种夹具的刚性较好，钻孔位置精度较高，钻孔精度较高。如图4-1所示就属于固定式钻模1夹具体2定位板3短轴销4开口垫圈、夹紧螺母5钻套6钻模板图4-1 钻床夹具（a）钻孔工序图（b）钻模结构图2）分度式钻模分度式钻模用于钻削同一表面上有多个相同要求的孔。分度式钻模由转动部分、固定部分和对定机构等组成。按分度方式的不同，分度式钻模可分为回转式分度钻模和移动式分度钻模。回转式分度钻模如图5-5所示。移动式分度钻模如图5-6所示。图5-5 卧轴回转式分度钻模图5-6 移动式分度钻模3）翻转式钻模翻转式钻模属于一种活动式钻模，主要用于加工中、小型工
7、件分布在不同表面上的孔，工件一次性安装到夹具中后，可以借助钻模在使用过程中的手动翻转来加工不同方向上的孔。因为是采用手动翻转，因此，钻模连同工件的总重量不能太重，其加工批量也不宜过大。翻转式钻模可分为箱式翻转钻模和支柱式翻转钻模等多钟。如图5-7所示为支柱式翻转钻模。图5-7 支柱式翻转钻模4）盖板式钻模这类钻模没有夹具体，钻模板上除了安装钻套之外，还增加了工件的定位元件和夹紧装置，只要把它覆盖在工件上即可加工。它的特点是结构简单，使用方便，但定位精度不高，且当工件较大时，盖板也会因此较大、较重，为了减轻重量可在盖板上设置加强肋而减小其厚度。盖板式钻模主要用于加工大型工件上的小孔。如图5-8所
8、示为加工车床溜板箱上多个小孔的盖板式钻模，图5-8 盖板式钻模1圆柱销2钻模板3削边销4支承钉5）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。滑柱式钻模的结构已标准化和规格化，这种钻模已属于通用夹具范畴，只需要根据工件的尺寸、形状和定位、夹紧的要求，设计和制造与之相配的定位元件、夹紧装置以及钻套、衬套等，安装在夹具的基体上即可使用。如图5-9所示为手动滑柱式钻模1钻模板2支承钉3挡销4压柱5垫板6螺钉7钻套8衬套9定位锥套图5-9 滑柱式钻模2钻套钻套是用于确定被加工孔的位置、引导钻头和增加钻头刚度、提高钻孔精度的元件。钻套安装在钻模板上。1）钻套的分类钻套按其结构和使用特点可分为
9、两大类：标准钻套与特殊钻套，标准钻套又可分为固定钻套、可换钻套和快换钻套。钻套标准钻套特殊钻套固定钻套可换钻套快换钻套（1）固定钻套固定钻套有A，B两种结构形式，A型为无肩钻套，如图5-10（a）所示；B型为带肩钻套，如图5-10（b）所示，钻模板较薄时，它可保证钻套的导引长度。（a）A型 （b）B型图5-10 固定钻套（2）可换钻套可换钻套的结构如图5-11所示，它通过衬套与钻模板相连接，由衬套来保护钻模板底孔。图5-11 可换钻套（3）快换钻套快换钻套为一种可以进行快速更换的钻套，它适合于钻、扩、铰等多道工序的连续加工，其结构如图5-12所示。图5-12 快换钻套4）特殊钻套 特殊钻套是由
10、于工件形状或被加工孔位置的特殊性，而设计的结构特殊的钻套，是一种非标准的钻套。如图5-13所示是几种特殊钻套。如图5-13（a）所示为加长钻套，用于工件凹面、凹坑上孔的加工，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。如图5-13（b）所示为斜面钻套，用于在斜面或圆弧面上钻孔，排屑空间高h0.5 mm，可增加钻头刚度，避免钻头引偏或折断。如图5-13（c）所示为小孔距钻套，当孔距较小时可以一个钻套体代替多个钻套，用圆销确定钻套位置。如图5-13（d）所示为兼有定位与夹紧功能的钻套图5-13 特种钻套（a）（b）（c）（d）2）钻套参数的确定1钻套内孔基本尺寸等于钻头最大极限尺寸（
11、钻头h9）。2钻套内孔直径公差一般根据精度而定，钻削取F7或F8；粗铰取G7，精铰取G6。5钻套与钻模板的配合，采用小过盈配合H7/n6或过盈配合H7/r6；可换钻套、快换钻套与衬套的配合一般采用小间隙配合或过渡配合，如H7/g6，F7/m6，H6/g5；衬套与钻模板采用过盈配合H7/n6，H7/r6。6钻套的材料要求硬度高，耐磨性好，如采用T10A、20钢淬火或渗碳淬火。3钻套的引导高度（H）一般为 ，对于钻后需要铰削的孔，。钻套高度越大，其导向性越好，刀具刚度越高。4排屑高度（h）：对于易排屑材料，；对于不易排屑材料，。3钻模板钻模板用于安装钻套，使钻套在钻模上处于正确的位置，保证钻孔的位
12、置精度。它应有一定的强度和刚度，以防止变形影响钻套的位置和引导精度。1）固定式钻模板固定式钻模板结构简单、钻孔位置精度高，可分为整体式、焊接式和装配式。如图5-14（a）所示为整体式钻模板，如图5-14（b）所示为焊接式钻模板，如图5-14（c）所示为装配式钻模板。（a）（b）（c）图5-14 固定式钻模板2）铰链式钻模板当钻模板妨碍工件的装卸时，可采用铰链式钻模板，如图5-15所示。铰链销与钻模板用G7/h6配合，与铰链座用N7/h6配合；钻模板与铰链座的槽用H8/g7配合。钻模板与夹具底面的平行度可通过调整垫片来修正保证。图5-15 铰链式钻模板3）可卸式钻模板因工件结构或加工孔位置、孔径
13、等因素的影响，有时加工完毕需将钻模板卸下，才能装卸工件，此时需用可卸式钻模板。这种钻模板可省略夹紧结构，有时精度比铰链式钻模板高。但每装卸一次工件，钻模板要装卸一次，装卸工件费时费力，因此可卸式钻模板主要用于小零件、且批量不大的生产。如图5-16所示为两种可卸式钻模板。图5-16 可卸式钻模板 （a）（b）4）悬挂式钻模板如图5-17所示，这种钻模板一般是与组合机床的多轴头联用，钻模板悬挂在机床主轴上，由主轴带动靠近或离开工件。钻模板与夹具体的相对位置由滑柱来确定。图5-17 悬挂式钻模板铣床主要用于加工零件上的平面、沟槽、缺口、花键及各种成形面等。铣削加工的特点是铣刀刀齿多、铣削力大、且不连
14、续切削，在切削过程中常伴随着强烈的冲击和振动。这就要求夹具各部分刚度、强度要高，且应有良好的自锁性和抗振性；铣床夹具须设对刀元件以减少调刀、换刀的时间；夹具都必须固定在铣床工作台上，安装要稳定、可靠，保证安全生产；夹具在铣床上须定向。5.1.3 铣床夹具各类机床专用夹具1铣床夹具的分类按使用范围不同，铣床夹具可分为通用铣夹具、专用铣夹具和组合铣夹具三类。按加工面的类型不同，铣床夹具可分为平面铣夹具、沟槽铣夹具和成形面铣夹具三种。按工件在铣床上进给运动的特点不同，铣床夹具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。铣床夹具还可按自动化程度和夹紧动力源的不同（如气动、电动、
15、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。按使用范围不同按加工面的类型不同按工件在铣床上进给运动的特点不同2铣床夹具的典型结构铣床夹具一般由夹具体、定位元件、夹紧机构、对刀元件、定向键等组成。1）直线进给铣夹具如图5-18所示为用来加工连杆上的两对槽的铣床夹具。图5-18 铣槽夹具1夹具体2对刀块3，4定向键5，6，7，8，9夹紧装置10挡销11销钉12螺钉2）圆周进给铣夹具圆周进给式铣夹具一般由夹具底座和回转台两大部分构成，如图5-19所示，夹具底座1是夹具与铣床的连接体，同时也是夹具的一个载体；回转工作台2有两个作用，一是实现圆周进给；二是起到夹具体的作用，确定定位元件
16、、夹紧机构、对刀元件的相对位置。同样，整个夹具以底座下的两定向键在铣床的T形槽内定向，保证槽向与工作台纵向进给方向平行，并用螺栓将夹具固定在铣床工作台上。图5-19 圆周进给铣夹具3铣床夹具的设计特点铣床夹具与其他机床夹具的不同之处在于：铣刀相对夹具位置确定、夹具在铣床工作台上位置确定、铣床夹具的定位元件与夹紧装置有特殊要求。1）夹具与机床的连接与固定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，通常是利用装在夹具体底面的两个定向键与机床工作台上的T形槽对定安装，如图5-20所示。（a）（b）（c）图5-20 铣床夹具的定向键2）对刀装置的设计铣
17、床夹具在工作台上安装好以后，还要调整铣刀对夹具的相对位置，以便于进行定距加工。调整的方法有试切削调整、标准件调整和对刀装置调整，其中对刀装置应用既广泛又方便。对刀装置由对刀块和塞尺等组成。对刀块的结构取决于加工表面的形状，其中，平面对刀块的结构已标准化，如图5-21（a）和（b）所示为单面对刀块，如图5-21（c）和（d）所示为双面对刀块，也可根据夹具的具体结构自行设计。（a）（b）（c）（d）图5-21 常用对刀块对刀装置调整的方法是：在铣床夹具上设置对刀块，刀具要在缓慢运动状态下，将对刀块上的对刀面慢慢地靠近铣刀，并在对刀面与铣刀之间塞入塞尺，使人手感觉到对刀面、塞尺、铣刀之间稍微有一点紧
18、度，这样就确定了铣刀的位置，如图5-22所示。图5-20 铣床夹具的定向键（a）（b）（c）（d）1铣刀2对刀块3夹具体3）铣床夹具的定位夹紧装置及其他结构特点铣削加工是多刃切削，切削力大，易产生振动，所以，铣床夹具必须保证工件定位的稳定性。铣床夹具的其他结构特点如下。定位面尽量大一些，必要时可采用辅助支承以增加工件的刚度。夹紧装置应具有足够的夹紧力和良好的自锁性能，施力作用点尽量靠近加工面。由于铣削力较大，振动也大，必要时可设置辅助夹紧机构。若为手动夹紧，多采用螺旋压板夹紧机构。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
19、具体的高宽比 11.25为宜。夹具设计还要考虑清理切屑、排除切削液方便；大型铣床夹具应安装吊环，方便起吊和运输。1镗床夹具的组成与特点镗床夹具主要用于加工箱体、支座及模架等零件上的孔或孔系，是一种精密夹具，镗床夹具通常称为镗模。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。镗模一般由定位元件、夹紧装置、导引元件（镗套）、镗模支架、夹具体、起吊螺栓等部分组成。如图5-23所示为车床尾座的镗孔镗模。5.1.4 镗床夹具各类机床专用夹具镗模以底面A作为安装基面安装在镗床工作台上；以侧面B为找正基面，用百分表或千分表找正；通过浮动接头8将镗杆与镗床主轴连接起来
20、；镗杆依靠镗套的支承，引导镗刀镗孔；该镗模采用了单件多点联动夹紧机构，拧紧夹紧螺钉2，通过杠杆机构的作用，压板3和压板10同时压紧工件。1可调支承2夹紧螺钉3，10压板4，5定位块6镗套7支架8浮动接头9镗杆图5-23 卧式镗模镗模具有以下特点：用镗模所加工的孔，一般为孔径大于30 mm的中、大型孔。与钻模相类似，镗模一般都采用镗套引导镗杆或刀具，以提高刀具系统的刚性，保证同轴孔系或深孔的加工形状、位置精度要求。与铣床夹具不同，镗模在镗床上的定位通过找正面找正，而不用定向键。由于镗床加工精度较高，因此镗模本身的制造精度比钻模高。利用镗套的精确引导，可以通过使用镗模来扩大车床、摇臂钻床等机床的工
21、艺范围而进行镗孔。镗模较大、较重。为便于与镗床安装牢固可靠，夹具上应设置适当数量的耳座，还应设置手柄或吊环，以便搬运。镗具特点 采用镗模后，镗孔的精度可不受机床精度的影响。2镗模的分类根据镗套相对镗刀的位置不同，镗模可分为单面导向镗模和双面导向镗模。1）单面导向镗模（单支承镗模）单面导向镗模只有一个导向支承，镗杆与主轴采用固定连接。单面导向镗模又分为前支承和后支承两种。（1）前支承单面导向镗模 这种镗模的支架位于镗刀的前方，如图5-24所示，镗杆与机床主轴刚性连接。图5-24 前支承单面导向镗模（2）后支承单面导向镗模 这种镗模的支架位于镗刀的后方，靠主轴一侧，如图5-25所示，镗杆与主轴也是
22、刚性连接，立镗时切屑不会影响镗套。这种方式主要用于加工直径 mm的通孔或加工盲孔。根据l和D的大小有两种结构情况：，即孔的深度较浅，如图5-25（a）所示 ，即长孔，如图5-25（b）所示图5-25 后支承单面导向镗模（a）（b）2）双面导向镗模（双支承镗模）双面导向镗模的特点是镗杆与主轴浮动连接，镗杆位置由镗套确定；镗孔精度主要取决于对刀精度，不受主轴的影响；镗孔的位置精度主要取决于镗套的位置精度，不受工作台精度的影响；同一轴上多孔加工时，应注意增加支承，提高刚度；更换刀具不方便。双面导向镗模又可分为前后支承导向镗模和双支承单向引导镗模。（1）前后支承导向镗模 镗模支架分别布置在工件的两侧，
23、镗杆与机床主轴活动连接，如图5-26所示。图5-26 前后支承导向镗模（2）双支承单向引导镗模 如图5-27所示为双支承后引导镗模，两个支承设置在工件的一侧（即刀具的后方），镗杆与机床主轴活动连接，镗孔的位置精度直接靠双镗套来保证，与机床主轴精度和主轴相对夹具的位置精度无关。为保证镗杆刚度，其悬伸量。图5-27 双支承单向引导镗模3镗套的选择按镗套在工作中是否随镗杆运动，镗套可分为固定式镗套和回转式镗套两类。1）固定式镗套固定式镗套的结构已标准化，根据镗套润滑方式的不同，固定式镗套又分为A型和B型两种。其中，A型为无润滑槽式，需依靠镗杆上的供油系统或滴油来润滑；B型备有油杯，油槽结构可实现较好
24、的自润滑，如图5-28所示。图5-28 固定式镗套2）回转式镗套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。根据回转支承接触形式不同，回转式镗套可分为滑动式与滚动式两种。如图5-29（a）所示为滑动镗套，镗套与支架间由滑动轴承支承，镗套中间开有键槽，镗杆上的键通过键槽带动镗套回转。如图5-29（b）所示为滚动式回转镗套，镗套由滚动轴承支承在镗模支架上。如图5-29（c）所示为立式滚动回转镗套，它的工作条件较差，为了能承受一定的轴向推力，一般采用圆锥滚子轴承。图5-29 回转式镗套（a）滑动式回转镗套 （b）滚动式回转镗套 （c）立式滚动回转镗套4镗杆与浮动接头1）镗杆镗杆用于安装镗刀
25、，在镗套中导向，以保证镗孔的尺寸精度和位置精度。根据镗套的结构不同，镗杆可分为用于固定式镗套的镗杆和用于回转式镗套的镗杆，主要区别在于镗杆的导向部分。（1）用于固定式镗套的镗杆如图5-30所示为用于固定式镗套的镗杆导向部分结构。图5-30（a）为开油沟的最简单的镗杆导向结构。图5-30（b）和（c）为开有较深直槽和螺旋槽的镗杆导向结构。当镗杆直径 mm时，常采用图5-30（d）的镶条式结构。图5-29 回转式镗套（c）（d）（a）（b）（2）用于回转式镗套的镗杆如图5-31所示为用于回转式镗套的镗杆导向部分。图5-31（a）所示镗杆是在镗杆的前端嵌入平键，平键下装有压缩弹簧。图5-31（b）所
26、示镗杆具有45螺旋自动引导楔形头部，而镗套内设有尖头键，在镗杆引入镗套过程中，若镗杆槽与尖头键不对位，45引导楔会拨动尖头键迫使镗套回转，使键顺利进入槽内。图5-31 用于回转式镗套的镗杆导向部分（a）（b）2）浮动接头浮动接头又称为浮动卡头，用于双支承的镗杆。如图5-32所示为常用的浮动接头结构，其一端与镗床主轴连接，另一端与镗杆连接。镗杆1上的拨动销4插入接头体2的槽中，镗杆与接头体间有浮动间隙。接头体的锥柄安装在主轴锥孔内。主轴的回转通过接头体拨动销传给镗杆。图5-32 浮动接头1镗杆2接头体3外套4拨动销1组合夹具的分类组合夹具是由可以循环使用的标准夹具元件及合件配套组成，根据工艺要求
27、，能组装成容易连接和拆卸的夹具，即由一些预先制造好的、具有不同几何形状、不同尺寸的、高精度的简单标准模块、标准组件和标准元件组合而成的夹具。根据其组装连接基面形状的不同，组合夹具可分为槽系和孔系两大类。5.2.1 组合夹具槽系组合夹具孔系组合夹具1）槽系组合夹具槽系组合夹具的连接基面为T形槽，各元件由键和螺栓等元件定位紧固，是目前我国应用较多的一种，如图5-33所示。1基础件；2合件；3夹紧件；4导向件；5支承件；6定位件；7紧固件；8其他件图5-33 槽系组合夹具（a）基础件 （b）支承件（c）定位件 （d）导向件根据其功能要素的不同，一套组合夹具的元件有八大类，包括基础件、支承件、定位件、
28、导向件、压紧件、紧固件、其他件、合件。基础件：有方形、长方形、圆形的基础板和基础角铁，如图5-34（a）所示支承件：有V型块、长支承、角度支承等，如图5-34（b）所示定位件：有各类定位元件，如图5-34（c）所示导向件：有钻套、钻模板等，如图5-34（d）所示图5-34 组合夹具基本件压紧件：专指各种形式的压板，如图5-34（e）所示紧固件：包括各类螺钉、螺栓、螺母垫圈等，如图5-34（f）所示其他件：以上六种元件之外的各种辅助元件，有三爪支承、连接板、滚花手柄、支承环、平衡块、摇块等，如图5-34（g）所示合件：包括尾座、可调V型块、回转支架等，是由多种元件组成的、独立的、结构较复杂的标准
29、部件，如图5-34（h）所示（e）压紧件 （f）紧固件（g）其他件 （h）合件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、螺栓及螺孔的直径规格不同。图5-34 组合夹具基本件2组合夹具的特点 组合夹具可以根据不同的工件进行组合装配，所有元件均可以重复使用，节省人力和材料，减少专用夹具的成本，从而降低产品的制造成本。组合夹具的各标准件已预先制备，应用时可根据工件需求进行组合装配，所以夹具的组装时间较短，大大缩短了生产的准备周期。组合夹具的适用范围广，不受生产类型的限制；不受工件形状复杂程度的限制；不受外形尺寸范围的限制。组合夹具外形尺寸较大，不及专用
30、夹具那样紧凑，且初始投资较大。由于组合夹具是由各标准件组合而成的，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。组合夹具的元件包括基础件、支承件、定位件、导向件、压紧件、紧固件、合件、其他件等。3组合夹具的应用范围从生产类从生产类型方面看型方面看从加工精从加工精度方面看度方面看从使用设从使用设备方面看备方面看这种夹具最适用于产品经常变换的生产，如单件、小批生产、新产品试制和临时突击性的生产任务等。组合夹具可用于钻床、车床、铣床、镗床、磨床、数控机床，焊接夹具、装配夹具、检验夹具和模拟试验机等，其中以组装车床夹具和钻床夹具应用量最大。组合夹具元件本身的精度为IT6IT7，通过各组
31、装环节有一定的误差累积，但在一般情况下，工件加工的位置精度仍可达IT8IT9，通过精选元件和细心调整，工件加工的位置精度也可达IT6IT7。4组合夹具的组装1）夹具组装须满足的要求工件的定位须符合六点定位原理；工件的夹紧要合理、可靠；组装出的夹具要结构紧凑，刚度和强度较好，方便操作，使用安全；夹具能在机床上顺利安装；组装后夹具必须是完整、齐全的专用性质夹具。2）夹具组装前的准备组装前必须了解工件的形状、尺寸及精度要求、形位精度和其他技术要求，加工工艺及工序要求，使用的机床、刀具等情况。在熟悉情况的过程中，最好有工件的实物，这样更便于弄清楚工件毛坯的情况，便于考虑工件的定位、夹紧、装卸方便性等。
32、正确、合理选择组装元件的基本原则是在保证工件加工精度和提高生产率的前提下，所选用的元件应能使组合夹具结构简单、体积小、重量轻、刚度大、调整和使用方便。3）夹具的组装 根据夹紧的基本要求，确定工件的夹紧部位及着力点，选择合适的夹紧元件以及相适应的支承元件、基础板等，从而初步确定夹具的结构形式。根据工件的定位原理，确定工件的定位面，选择合适的定位元件。按照预先确定好的组装方案由里向外、由下到上依次安装。装配过程中，应注意保持各接合面的紧固、牢固。在连接的同时要进行有关尺寸的测量和调整，组装和调整应交替进行。夹具各元件在全部紧固后要进行一次仔细的全面检查，确定所有元件是否配齐。1数控机床夹具的基本要
33、求 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。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。数控机床夹具应能快速装夹工件以适应高效、自动化加工的需要，常采用液动、气动等快速反应夹紧动力。夹具在机床坐标系中坐标关系明确，数据简单，便于坐标的转换计算；设计数控夹具时，应按机床坐标的起始点确定夹具坐标系原点的位置。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。数控机床夹具应具有高适应性。5.2.2 数控机床夹具2数控机床夹具的类型1）数控铣床夹具数控铣削加工常用的夹具大致有
34、下几种。组合夹具1适用于单件小批量生产或产品试制时在数控铣床上进行的中、小型工件铣加工。专用铣削夹具2是特别为某一工件或几种类似的工件而设计制造的夹具，一般在批量生产或研制新产品时采用。多工位夹具3可以同时装夹多个工件，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。真空夹具5适用于有较大定位平面或具有较大可密封面积的工件。压夹具气动或液如图5-36所示为一镗箱体孔的数控机床镗铣夹具，用来镗削工件上的A
35、，B，C孔。整个夹具为孔系拼装夹具，基础件为孔系液压基础平台5，工件用平台平面和三个定位销3定位，夹紧机构是由两个液压缸8、拉杆12和压板13组成的液动夹紧系统，可实现快速和自动夹紧。夹具通过安装在基础平台底部的两个连接孔中的定位键10在机床T形槽中定位，并通过两个螺旋压板11固定在机床工作台上。三个加工孔的坐标尺寸可用机床定位孔1的轴线作为零点进行计算编程，称为固定零点编程；也可选夹具上方便的某一定位孔的轴线，如基础平台左下角定位孔2的轴线作为零点进行编程，称为浮动零点编程。图5-36 数控机床夹具1，2定位孔 3定位销4数控机床工作台 5液压基础平台6工件 7通油孔8液压缸 9活塞10定位
36、键 11，13压板12拉杆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。在夹具的选用上应注意以下几个问题。1数控钻床夹具应优先选用组合夹具。对中小批量且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在切削加工时，绝对不允许刀具或刀柄与夹具发生碰撞，必须避免干涉。6如有必要，
37、可在夹具上设置对刀点。对刀点用来确定工件坐标与机床坐标系之间的关系。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。加工中心的自动换刀（ATC）功能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。根据加工中心机床的特点和加工需要，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，推荐选择顺序为：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、机床用平口虎钳等通用夹具。1基本要求设计夹具时，通常要考虑以下基本要求。必
38、须保证工件的精度要求、公差及技术要求合适，特别是在精加工工序中应尤其注意。这是对夹具最基本的要求。夹具总体方案应与生产纲领相适应。夹具操作使用性能好（安全、方便、省力）。应能提高生产率，降低成本；夹具应能实现工件的快速装卸，明显缩短辅助时间，提高生产效率。有良好的结构工艺性，尽量采用标准件。能便于排屑、防尘。5.3.1 专用夹具的设计步骤和方法2夹具设计方法和步骤1）夹具设计的方法设计时应以工件零件图为依据，以工序图及技术要求为指导，采用类比法设计、修改、确定所要求的夹具结构。夹具设计的方法可用图5-37框图说明。图5-37 夹具设计方法框图2）夹具设计步骤夹具设计步骤 设计准备明确任务，了解
39、零件的作用、形状、结构、特点、材料、技术要求；了解工件名称、工序名称、应保证的尺寸及精度等。研究资料设计前必须研究工件的零件图和装配图、工序图及工艺过程、工件生产纲领、对夹具的需用情况和夹具零部件的标准及资料；了解本工序有关的机床、刀具情况以及本单位实际生产条件及制造水平。方案设计根据定位原理确定工件定位方式，选择定位元件；确定对刀和引导方案；确定夹紧方案，估算夹紧力，确定力的作用方向和作用点；确定夹具其他部分（分度、定向、靠模）的结构形式；确定夹具体的结构。夹具零件 设计对于非标准零件，应从夹具装配图上拆画出来，标注尺寸及公差、形位精度。绘制夹具装配图原则是主视图取与操作者相对的工作位置；力
40、求清楚、简洁，减少视图及剖视图的用量。进行误差分析计算确定有关尺寸及公差、相互位置要求；分析夹具结构中影响精度的因素；进行误差综合分析、计算。1夹具总装配图上应标注的尺寸和公差 夹具外形最大尺寸，要表示出可动极限（用双点画线），这类尺寸的标注有利于了解夹具存放的安全空间的大小。工件定位面与定位元件的配合尺寸及公差、各定位元件之间的联系尺寸。例如，一面两销定位时，要标出两销工作部分尺寸以及两销的间距。对刀元件或导向元件与定位元件间的联系尺寸及公差，主要指对刀面相对定位元件之间的尺寸、塞尺尺寸、钻套与定位元件之间的尺寸、各钻套孔距等。夹具的安装尺寸，如铣床夹具中的定向键尺寸、车床夹具中莫氏锥柄的锥
41、柄号。其他重要尺寸及公差，如定位销与夹具体的配合尺寸及配合代号等。这一类尺寸按一般机械零件设计。5.3.2 机床夹具各类技术要求的制定2总装配图上应标注的位置精度 定位元件之间的位置精度（平行度、垂直度、同轴度、对称度等）。它直接影响工件在夹具中的定位误差。定位元件相对于安装基准的位置精度。它所造成的夹具安装误差也会影响到夹具的加工精度。对刀元件或导向元件相对于定位元件的位置精度。3公差的确定夹具上各元件的制造公差值的确定原则是：在满足工件精度的前提下，尽可能降低夹具的制造精度。夹具上的尺寸和角度公差取工件相应尺寸公差的1/51/2。夹具上的位置公差取工件相应位置公差的1/31/2。当工件上的
42、尺寸未注公差时，则取 0.1 mm。a未注尺寸公差时，工件尺寸公差为IT12IT14，夹具的制造公差为IT9IT11。b未注位置公差时，工件的公差为IT9IT11，夹具的制造公差IT7IT9。c未注角度公差时，工件的公差为 10 30，夹具的制造公差为 3 10（边长10400 mm）。应当注意的是，夹具有关公差都应在工件公差带的中间位置，即不管工件公差是否对称，都将其化成对称公差，然后确定夹具的有关基本尺寸和公差。4配合精度的选择选择配合精度时应遵循以下原则。若无相对运动，需要相对固定的连接，可选用过盈配合，如H7/n6，H7/p6，H7/r6等。若选H7/m6，则需加紧固螺钉，如衬套、支承
43、钉、定位销与夹具体的配合。工作时有相对运动、又有精度要求的连接，可选用精度较高的间隙配合，如H7/g6，H6/g5，F7/m6等。对于工作时有相对运动、但无精度要求的部分连接，可采用H9/d9，H11/c11等。5夹具的其他技术要求这类要求主要指无法用符号标注，但又必须说明的要求，如夹具的装配方法，夹具的密封润滑、装配性能等要求，夹具的使用说明、注意事项等，需用文字标注在夹具的装配图右下角的技术要求中。1影响工件加工精度的因素5.3.3 工件在夹具中的精度分析影响工件加工精度的因素 加工方法误差 安装误差 对刀误差 夹具制造误差 定位误差图5-38 刀具轴线倾斜引起的对刀误差 定位误差 ：。夹
44、具制造误差 ：是夹具上的定位元件、对刀或导向元件等之间位置不准确而产生的误差。对刀误差 ：是刀具相对于钻套、镗套、对刀块等对刀元件产生的误差，如刀具轴线倾斜（如图5-38所示）、刀具偏移等。安装误差 ：是夹具在机床上安装不准确，造成定位元件与安装基面位置不准确而产生的误差，如车夹具的回转中心与主轴轴线不同轴等。加工方法误差 ：是与加工过程有关的误差，如机床精度、刀具精度、工艺系统力变形及工艺系统热变形等造成的误差。2保证加工精度的条件保证加工精度的条件：工件在加工中，各项误差之和应不大于工件的尺寸公差，即由于各种误差都是独立的随机变量，所以在计算时应用概率法叠加，即式中：工件的工序尺寸公差，单
45、位为mm。为了保证机床夹具有一定的使用寿命，防止夹具因磨损而过早报废，在分析、计算工件的加工精度时，需要留有一定的精度储备量。所以，各项误差之间的关系为或 【例1】如图5-39所示，在零件上钻、铰 孔，采用图5-40所示的夹具，试分析其加工精度。3例题分析图5-39 零件图图5-40 夹具图【解】钻、铰 的孔有以下3项要求。孔的尺寸精度，由铰刀最后保证，可不分析；孔对 外圆轴线的垂直度：0.1 mm/100 mm（即 ）；孔对 外圆轴线的对称度：0.1 mm（即 ）。（1）对照图5-40所示的夹具，影响 的因素有以下3项。V块标准圆柱对夹具体基准面B的平行度为0.01/100，有 铰刀的导套对
46、夹具体基准面B的垂直度为 ，有 对刀误差（）与刀与套的最大间隙Xmax引起的偏斜和铰刀铰孔时偏斜有关，即其他误差：；加工误差 是由刀具决定的，设 ；将各误差按概率法叠加，有因为，所以夹具的精度储备量为结论：夹具能满足使用要求，但夹具精度较低。2）影响位置精度（）的因素有以下2项。铰刀导套中心对V块标准圆柱的对称度：；铰刀导套与铰刀的配合间隙：。将各误差按概率法叠加，有所以，夹具的精度储备量为结论：夹具能满足使用要求，且夹具精度较高。夹具结构工艺性是指夹具制造、装配、测量、调试以及使用时所体现的综合性能。为使夹具结构具有良好的工艺性，夹具结构设计时，应尽量采用标准件、通用件；各零件结构容易制造、
47、测量、装配和调试；夹具的使用、维修要方便。夹具生产制造的特点是一般为单件生产，生产周期短，要求夹具性能良好，制造精度较高。所以，夹具结构工艺性设计一般应包括以下几个方面。5.3.4 夹具结构工艺性设计1合理的加工制造工艺性夹具主要元件之间的位置精度一般都不是通过装配来保证的，而是通过装配后的再加工来保证的。所以，有相应位置关系要求的表面在加工时都要预留一定的加工余量，通过装配后的再加工来保证夹具的最终精度要求。如图5-41所示就是一个简单的例子，图中要保证支承板和支承钉至夹具底面的尺寸 和平行度。在两支承的厚度上均留出足够的修磨余量b，这样夹具体的高度L2、支承的厚度L1都可按经济精度进行加工
48、，待支承板装配后，再进行一次修磨，保证尺寸 和平行度要求。图5-41 最终精度的实现2合理的装配和测量工艺性装配、测量是夹具制造的一个重要环节，而合理的装配和测量依赖于正确的基准。一般遵循基准统一原则，即以夹具体的基面为统一基准，便于装配、测量时保证夹具的制造精度，同时也便于夹具在维修时调整各零件部件间的相对位置。如图5-42所示夹具的装配，应先安装带有圆孔的后侧板，再安装装有定位销4的右侧板和装有定位销2的底板。图5-42 装配基准的选择3注意夹具维修的工艺性夹具的结构设计应考虑到夹具使用后磨损的维修方便。例如，为便于维修，销钉孔尽可能做成通孔，若无法做成通孔，可在侧面加工供敲出销钉用的横孔
49、，或采用头部带有内螺纹的圆锥销定位，如图5-43所示。图5-43 销孔的工艺性同时，为便于装卸和维修，夹具主要元件的定位、连接均采用销钉和螺钉。如图5-44所示为几种螺纹连接的结构。夹具中使用套筒类零件很多，套筒磨损损坏后的拆卸也是比较困难的。如图5-45所示是两种可维修衬套的结构。（a）（b）（c）（d）图5-44 螺纹连接的工艺性（a）（b）图5-45 衬套连接的工艺性夹具体是一个载体，它将定位元件、夹紧机构、对刀元件以及分度装置等连成一体，并且确定它们之间的相对位置。同时，夹具体是夹具在机床上安装的基准。1对夹具体的要求5.3.5 夹具体设计 与机床的连接要稳定可靠 排屑方便 有良好的结
50、构工艺性 有足够的强度和刚度 有适当的精度和尺寸稳定性2夹具体毛坯的类型夹具体毛坯主要有铸造夹具体、焊接夹具体、锻造夹具体、型材夹具体和装配夹具体等。1）铸造夹具体 5）装配夹具体 4）型材夹具体2）焊接夹具体 3）锻造夹具体1）铸造夹具体铸造夹具体如图5-47（a）所示，其常用材料为灰铸铁（如HT200）；当强度要求较高时，采用铸钢（如ZG270-500）；当要求夹具体重量轻时，采用铸铝。2）焊接夹具体焊接夹具体如图5-47（b）所示，一般由钢板、型材焊接而成。3）锻造夹具体锻造夹具体如图5-47（c）所示，一般较少使用，只适用于结构形状简单、尺寸不大，但强度、刚度较大的夹具体。4）型材夹具