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1、第3章 機(jī)床夾具設(shè)計(jì),3.1 概述 3.2 工件在夾具中的定位 3.3 工件在夾具中的夾緊 3.4 夾具的其他元件 3.5 典型機(jī)床夾具設(shè)計(jì) 3.6 夾具的設(shè)計(jì)方法和步驟,3.1 概述,機(jī)械制造過程中用來固定加工對(duì)象，使之在機(jī)床上占有正確的位置，以便進(jìn)行機(jī)械加工或檢測(cè)的裝置被稱為機(jī)床夾具，簡(jiǎn)稱夾具。 夾具設(shè)計(jì)是直接為機(jī)械產(chǎn)品生產(chǎn)服務(wù)的一項(xiàng)生產(chǎn)準(zhǔn)備工作。機(jī)床夾具設(shè)計(jì)特點(diǎn)是周期要求短，夾具精度高。 夾具設(shè)計(jì)與機(jī)械加工工藝等關(guān)系密切。,,,,三爪卡盤,四爪卡盤,萬向平口鉗,回轉(zhuǎn)工作臺(tái),分度頭,圖2-43 通用夾具,3.1.1工件的裝夾,1裝夾的概念 工件裝夾是將工件在機(jī)床上或夾具中定位、夾緊的過程。

2、工件裝夾的包含了定位、夾緊兩個(gè)方面內(nèi)涵。 工件定位是工件在機(jī)床或夾具上占有正確的位置，使工件與刀具及機(jī)床主軸、導(dǎo)軌之間具有正確的相對(duì)關(guān)系，從而保證被加工工件的尺寸精度、形狀精度及位置精度。 工件夾緊是工件定位后將其固定的正確位置上，使之不因切削力、慣性力、重力的作用而變化。,2裝夾的方式 在機(jī)床上，工件一般可采用如下幾種裝夾方式： (1) 直接裝夾 直接裝夾是將工件的定位基準(zhǔn)面直接密切貼合在機(jī)床的裝夾面上，不需找正即可完成定位，通過夾緊工件，使其在整個(gè)加工過程中保持正確位置。 在平面磨床的磁力工作臺(tái)上固定工件等都是直接裝夾。,(2) 找正裝夾 是利用可調(diào)整工具將工件夾持在機(jī)床上，并使機(jī)床作慢速

3、運(yùn)動(dòng)，利用劃針或千分表檢測(cè)和調(diào)整工件的位置，使之處于正確位置的裝夾方式。 例如，在車床上加工一個(gè)具有較高同軸度要求的階梯軸時(shí)，可采用四爪卡盤和千分表調(diào)整工件的位置，以提高和保證加工精度的工件裝夾過程是找正裝夾。 對(duì)于形狀復(fù)雜，尺寸、重量均較大且精度較低的鑄件和鍛件毛坯，如果工件毛坯沒有方便的找正表面，則可預(yù)先在毛還上劃出待加工面的輪廓線，然后按照所劃的輪廓線找正其位置完成工件裝夾，這種工件裝夾方式也屬于找正裝夾。,,,,,(3)夾具裝夾 夾具裝夾是將夾具預(yù)先安裝在機(jī)床上并精確調(diào)整其位置，在機(jī)械加工過程中利用該夾具迅速而準(zhǔn)確地裝夾工件的方式。 在上述三種工件裝夾方式中， 夾具裝夾具有較高的定位精

4、度，工件裝夾操作方便、簡(jiǎn)單和省時(shí)，適合大批量生產(chǎn)。 找正裝夾亦具有較高定位精度，但操作費(fèi)時(shí)、費(fèi)力，僅適合單件小批量生產(chǎn)。,3.1.2夾具的組成、分類和在機(jī)械加工中的作用,1機(jī)床夾具的組成 機(jī)床夾具雖然多種多樣，但是夾具一般包含如下幾個(gè)組成部分： (1) 定位裝置 其作用是確定工件在夾具中的位置。 如：支撐釘、支承板、V型塊等都是定位元件。 (2) 夾緊裝置 其作用是將工件壓緊夾牢，保證工件在定位時(shí)所占據(jù)的位置在加工過程中不因受外力而產(chǎn)生位移，同時(shí)防止或減少震動(dòng)。 如：螺母和螺桿、螺旋壓板等。 (3) 連接元件 其作用是使夾具與機(jī)床裝夾面連接，并確定夾具對(duì)機(jī)床的相互位置。,,(4) 對(duì)刀元件和導(dǎo)

5、向元件 對(duì)刀元件用于確定刀具在加工前正確位置。如銑床夾具中的對(duì)刀塊。導(dǎo)向元件用于確定刀具位置并引導(dǎo)刀具進(jìn)行加工，如鉆套。 對(duì)刀元件和導(dǎo)向元件的共同作用是保證工件與刀具之間的正確位置。 (5) 夾具體 夾具體是夾具的基座和基礎(chǔ)件。夾具的其它裝置或元件都安裝在夾具體上，使之成為一個(gè)整體。 (6) 其他裝置或元件 其他裝置或元件主要有分度裝置、排屑裝置等。,2機(jī)床夾具的分類 夾具的分類方法比較多。 機(jī)床夾具按應(yīng)用范圍、使用特點(diǎn)可分為通用夾具、專用夾具、可調(diào)夾具、成組夾具、組合夾具和隨行夾具等類型。 通用夾具指已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化的，在一定范圍內(nèi)可用于加工不同工件的夾具。如三爪或四爪卡盤、機(jī)器虎鉗、回轉(zhuǎn)工作

6、臺(tái)、萬能分度頭、磁力工作臺(tái)等。 專用夾具是指專為某一工件的某道工序的加工而設(shè)計(jì)制造的夾具。專用夾具一般是在一定批量的生產(chǎn)中應(yīng)用，通常說的工裝夾具一般指專用夾具。 可調(diào)夾具和成組夾具的共同特點(diǎn)是：在加工完一種工件后，經(jīng)過調(diào)整或更換個(gè)別元件，即可加工形狀相似、尺寸相近或加工工藝相似的多種工件。但通用可調(diào)夾具的加工對(duì)象并不很確定，其通用范圍大，如滑柱鉆模、帶各種鉗口的機(jī)器虎鉗等即是這類夾具。而成組夾具則是專門為成組加工工藝中某一組零件而設(shè)計(jì)的，針對(duì)性強(qiáng)，加工對(duì)象和使用范圍明確，結(jié)構(gòu)更為緊湊。,組合夾具是指按某一工件的某道工序的加工要求，用一套事先準(zhǔn)備好的通用的標(biāo)準(zhǔn)元件和部件，通過它們的組合而構(gòu)成的夾

7、具。 這種夾具用完之后可以拆卸存放，或待重新組裝新夾具時(shí)再次使用。 隨行夾具是在自動(dòng)線或柔性制造系統(tǒng)中使用的夾具，工件安裝在隨行夾具上，由輸送裝置送往各機(jī)床，并在機(jī)床夾具或機(jī)床工作臺(tái)上定位夾緊。 按照使用夾具的機(jī)床類型，夾具可分為車床夾具、銑床夾具、鉆床夾具、鏜床夾具等類型。 按照夾具的用途，可將夾具分為機(jī)床夾具、裝配夾具、檢測(cè)夾具等。 按照夾緊力的力源類型，夾具還可分為手動(dòng)夾具、氣動(dòng)夾具、液壓夾具、電磁和電動(dòng)夾具等。,,,,三爪卡盤,四爪卡盤,萬向平口鉗,回轉(zhuǎn)工作臺(tái),分度頭,圖2-43 通用夾具,,,圖2-44 專用夾具,,,,,圖2-46 組合夾具,1加筋角鐵（2） 2槽用螺栓（6） 3平

8、鍵（10） 4方形支承 5定位支承 6方形支承 7平墊圈 8六角螺母（8） 9 槽用螺栓 10鉆套螺釘 11快換鉆套 12鉆模板 13圓形定位銷 14工件 15方形支承 16角鐵 17壓緊螺釘 18基礎(chǔ)板,,圖2-46a 銑撥叉槽組合夾具 1方形基礎(chǔ)板 2小長(zhǎng)方支承 3，14，20六角螺母 440圓形定位盤 5大長(zhǎng)方支承 6螺釘 7右支承角鐵 8，10厚六角螺母 9墊圈 11槽用螺栓 12側(cè)中孔定位支承 13小長(zhǎng)方支承 15回轉(zhuǎn)壓板 16雙頭螺栓 1724圓形定位銷 18圓螺母 19工件,,,,,圖2-46b 組合夾具實(shí)例,,,氣動(dòng)虎鉗 液壓夾具,3夾具在機(jī)械加工中的作用

9、 夾具雖是機(jī)床的一種附加工藝裝置，但是它在生產(chǎn)中發(fā)揮的作用很大。 采用夾具裝夾工件，有助于 保證工件的加工件質(zhì)量； 縮短輔助時(shí)間； 提高生產(chǎn)效率； 減輕工人勞動(dòng)強(qiáng)度和降低對(duì)工人的技術(shù)水平要求； 擴(kuò)大機(jī)床工藝范圍和改變機(jī)床用途。,3.1.3工件在夾具中加工時(shí)加工誤差的組成,利用夾具裝夾工件進(jìn)行加工，工件加工表面尺寸和位置誤差包含如下三個(gè)方面： (1) 工件裝夾誤差(裝夾) 包括定位誤差定位和夾緊誤差?yuàn)A緊。定位誤差是定位不準(zhǔn)確而造成的加工誤差；夾緊誤差是夾緊時(shí)引起工件和夾具變形造成的加工誤差。 (2) 夾具對(duì)定誤差(對(duì)定) 包括對(duì)刀誤差對(duì)刀和夾具位置誤差?yuàn)A位。對(duì)刀誤差是與夾具相對(duì)刀具位置有關(guān)的加工

10、誤差，夾具位置誤差是夾具相對(duì)刀具成形運(yùn)動(dòng)的加工誤差。 (3) 加工過程誤差(過程) 包括加工過程中工藝系統(tǒng)的受力變形、熱變形及磨損等因素所造成的加工誤差。,利用夾具裝夾工件加工時(shí)，為了保證加工精度應(yīng)使上述各項(xiàng)誤差之和不大于工件相應(yīng)尺寸或位置要求的公差T，即 裝夾+對(duì)定+過程T 上式被稱為加工誤差不等式。 通常，可粗略地平均分配加工誤差，即裝夾T /3，對(duì)定T/3，過程T/3。 也可以綜合考慮夾具造成的加工誤差，使加工時(shí)滿足加工不等式。,3.2 工件在夾具中的定位,工件在夾具中定位的目的是使同一批工件在夾具中占有一致的正確加工位置。但由于實(shí)際定位基準(zhǔn)和定位元件存在制造誤差，故同批工件

11、在夾具中所占據(jù)的位置不可能是完全一致的，這種位置的變化將導(dǎo)致加工尺寸產(chǎn)生誤差。 研究工件在夾具中的定位可以從定位基本原理、定位方法與定位元件、定位精度三個(gè)方面研究。,3.2.1工件定位的基本原理,1.六點(diǎn)定位原理 在夾具中未定位以前，任何一個(gè)工件都可以看成為在空間直角坐標(biāo)系中的自由物體。 如圖所示的方形工件，它在空間的位置是任意的，可沿三個(gè)垂直坐標(biāo)軸放在任意位置，通常稱為工件沿三個(gè)垂直坐標(biāo)軸具有平動(dòng)自由度，分別以表示 、 、 表示。,此外，工件繞三個(gè)垂直坐標(biāo)軸的轉(zhuǎn)角位置也是任意的，通常稱之為繞三個(gè)垂直坐標(biāo)軸具有轉(zhuǎn)動(dòng)自由度，分別以 、 、 表示。 要使工件在夾具中占據(jù)正確位置，就必須

12、恰當(dāng)?shù)叵拗乒ぜ诳臻g上的六個(gè)自由度。,,,,,,,用于空間定位的六個(gè)支承點(diǎn)的分布必須遵循一定的規(guī)則。 如圖3.2(a)所示的平行六面體上加工鍵槽時(shí)， 為保證加工尺寸 需限制工件的 、 、 三個(gè)自由度； 為保證 ，還需限制 、 兩個(gè)自由度， 為保證 ，最后還需限制 自由度。,在進(jìn)行工件定位分析時(shí)，通常是用一個(gè)支承點(diǎn)限制工件的一個(gè)自由度，用合理分布的六個(gè)支承點(diǎn)限制工件的六個(gè)自由度，使工件在夾具中的位置完全正確，這就是的“六點(diǎn)定位原理”。,,,,,,,,,,在夾具上布置了六個(gè)支承點(diǎn)，當(dāng)工件基準(zhǔn)面安置在這六個(gè)支承點(diǎn)上時(shí)，就限制了它的全部自由度，見圖3.2(b)。

13、工件底面（M面）緊貼在支承點(diǎn)1、2、3上，限制了工件的 、 、 三個(gè)自由度； 工件側(cè)面（N面）緊靠在支點(diǎn)4、5上，限制了 、 兩個(gè)自由度； 工件的端面（P面）在支承點(diǎn)6上，限制了 自由度。,,,,,,,,,,工件上布置三個(gè)支承點(diǎn)的M面稱為主要定位基準(zhǔn)。三個(gè)支承點(diǎn)布置得越遠(yuǎn)，所組成的三角形就越大，工件定位就越穩(wěn)定。 布置兩個(gè)支承點(diǎn)的N面稱為導(dǎo)向定位基準(zhǔn)。應(yīng)選取工件上窄長(zhǎng)表面作為導(dǎo)向定位基準(zhǔn)。 工件上布置一個(gè)支承點(diǎn)的P面稱為止推定位基準(zhǔn)。由于它只和一個(gè)支承點(diǎn)接觸，工件在加工時(shí)，常常還要承受加工過程中的切削力和沖擊等，因此可選工件上窄小且與切削力方向相對(duì)的表面作為止推定位基準(zhǔn)。 在夾具結(jié)

14、構(gòu)中，支承點(diǎn)是用定位元件來實(shí)現(xiàn)的，如圖3.2(c)中設(shè)置了六個(gè)支撐釘。,,,,,,,,,,例如 為如圖所示為在環(huán)狀工件上鉆孔的工序，設(shè)計(jì)定位結(jié)構(gòu)。,夾具上布置了六個(gè)支承點(diǎn)，見圖3.3(b)， 工件端面緊貼在支承點(diǎn)1、2、3上，限制 、 、 三個(gè)自由度； 工件內(nèi)孔緊靠支承點(diǎn)4、5，限制 、 兩個(gè)自由度； 鍵槽側(cè)面靠在支承點(diǎn)6上，限制 自由度。,,,,,,,,,,圖3.3(c)是實(shí)現(xiàn)圖3.3(b)中六個(gè)支承點(diǎn)所采用定位元件的具體結(jié)構(gòu)。 以臺(tái)階面A代替1、2、3三個(gè)支承點(diǎn)； 短銷B代替4、5兩個(gè)支承點(diǎn)； 嵌入鍵槽中防轉(zhuǎn)銷C代替支承點(diǎn)6。,如圖3.4(a)為車床上加工軸的通孔，根據(jù)加

15、工要求，不需要限制 和 自由度，故使用三爪卡盤限制其余四個(gè)自由度即可。,,,,,,,2.限制工件自由度與加工要求的關(guān)系 1) 完全定位 工件的六個(gè)自由度全部被限制的定位稱為完全定位。當(dāng)工件在x、y、z三個(gè)坐標(biāo)方向上均有尺寸要求或位置精度要求時(shí)，一般采用這種定位方式。 2) 不完全定位和欠定位 根據(jù)工件加工要求，并不需要限制其全部自由度的定位稱為不完全定位。,圖3.4(b)為平板工件在平磨床上采用電磁工作臺(tái)定位磨平面，工件只有厚度及平行度要求，故只需要限制 、 、 三個(gè)自由度即可。,,,,,,,欠定位是應(yīng)該限制的自由度沒有被加以限制的定位。 在滿足加工要求的前提下，采用不完全定位是允許

16、的。 但是欠定位不允許的。,3) 過定位 工件的同一個(gè)或幾個(gè)自由度被重復(fù)限制的定位稱為過定位。 過定位在生產(chǎn)中是被限制使用的。 圖3.5(a)所示為加工連桿小頭孔的正確定位方案。 用平面限制 、 、 三個(gè)自由度； 用短圓柱銷限制 、 兩個(gè)自由度； 用防轉(zhuǎn)銷限制 自由度，屬完全定位。,,,,如果短圓柱銷換為長(zhǎng)圓柱銷，則會(huì)造成過定位現(xiàn)象。 由于長(zhǎng)圓柱銷限制了 、 、 、 四個(gè)自由度，其中被限制的 、 兩個(gè)自由度與平面限制的自由度重復(fù)，因此出現(xiàn)了過定位情況。,,,,,,,通常有兩種消除或減小過定位方法： 提高定位基準(zhǔn)之間以及定位元件工作表面之間的位置精度； 改變定位元件的結(jié)構(gòu)，

17、使定位元件在重復(fù)限制自由度的部分不起定位作用。,3.2.2 工件定位方式及其所用定位元件,生產(chǎn)中定位的方法很多，常用的定位方案主要有 工件以平面定位； 工件以圓柱孔定位； 工件以外圓表面定位。 1工件以平面定位 在機(jī)械加工中，箱體、機(jī)座、支架等工件都常用平面作為定位基準(zhǔn)。依據(jù)是否起限制自由度作用以及能否實(shí)現(xiàn)調(diào)整等，常用的平面定位元件可分為如下幾種： 主要支承 主要支承是起限制自由度作用的支承，它又分為固定支承、可調(diào)支承、自位支承等。,,,,,(1) 固定支承 固定支承主要是各種支承釘和支撐板，如圖3.6和圖3.7所示。 當(dāng)定位基準(zhǔn)面是粗糙不平的毛坯表面時(shí)，采用布置較遠(yuǎn)的三個(gè)球頭支承釘，使其與毛

18、面接觸良好，C型齒紋頭支撐釘用于側(cè)面定位，它能增大摩擦系數(shù)，防止工件受力后滑動(dòng)。,,工件以加工后的平面作為定位基準(zhǔn)時(shí)，一般采用圖3.6(a)所示的A型的平頭支承釘和3.7(a)所示的支撐板。 A型支撐板的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造方便。但孔邊緣切屑不易清除干凈，故適用于側(cè)面和頂面定位。 B型支撐板結(jié)構(gòu)如圖3.7(b)所示，其特點(diǎn)是易于保證工作表面清潔，故適用于底面定位。,(2) 可調(diào)支承 可調(diào)支承如圖3.8所示，能夠調(diào)整支承的高度尺寸。 可調(diào)支承在一定范圍內(nèi)可以改變支撐尺寸，常用于粗加工夾具、毛坯表面定位支撐。,可調(diào)支承也可用于同一夾具加工形狀相同而尺寸不同的工件，如圖3.9所示銷軸端部銑槽。采用可調(diào)支承

19、軸向定位。通過調(diào)整其高度位置，可以加工不同長(zhǎng)度的銷軸類工件。,在通用可調(diào)整夾具及成組夾具中，可調(diào)支承的應(yīng)用更廣泛。 可調(diào)支承在一批工件加工前調(diào)整一次。在同一批工件加工中，其作用相當(dāng)于固定支承。所以，可調(diào)支承在調(diào)整后都需用鎖緊螺母鎖緊。,(3) 自位支承 自位支承（或浮動(dòng)支承）是具有幾個(gè)活動(dòng)工作點(diǎn)的支承件，當(dāng)壓下其中一點(diǎn)，則其余的點(diǎn)上升直至全部與工件定位基準(zhǔn)接觸為止，其作用仍相當(dāng)于一個(gè)固定支承點(diǎn)。圖示是常見自位支承。,2) 輔助支承 生產(chǎn)中，由于工件形狀以及夾緊力、切削力、工件重力等原因可能使工件在定位后還產(chǎn)生變形或定位不穩(wěn)定。 為了提高工件的安裝剛性和穩(wěn)定性，常需設(shè)置輔助支承。 如圖3.11所

20、示，工件以平面A定位，銑削上平面C。在B處設(shè)置輔助支承，則可以增加工件的安裝剛度，但此支承不起限制自由度的作用，也不允許破壞原有的定位。 因此，輔助支承必須逐個(gè)工件進(jìn)行調(diào)整，以適應(yīng)工件支承表面（B面）的位置誤差。,,,,,輔助支承的結(jié)構(gòu)形式應(yīng)視生產(chǎn)批量和具體生產(chǎn)條件而定。在單件小批生產(chǎn)中常用螺旋式輔助支承，見圖a； 生產(chǎn)批量較大時(shí)可用自位式輔助支承，見圖b， 也可用推引式輔助支承，見圖c。,,2工件以圓柱孔定位 在加工中，工件以孔作為定位基準(zhǔn)的應(yīng)用很廣，如連桿、套筒、法蘭盤和各種雜件等。 實(shí)現(xiàn)定位的方法有：在圓柱體上定位和在圓錐體上定位等。 1) 在圓柱體上定位 在圓柱體上定位常用定位元件有定

21、位銷和定位心軸。,圖3.13為常用定位銷結(jié)構(gòu)。 定位銷工作部分的直徑可根據(jù)工件的具體情況按g5、g6、f6、f7制造。定位銷可用小過盈配合壓入夾具體孔中。 當(dāng)定位銷需要經(jīng)常更換時(shí)，可采用圖3.13d)的結(jié)構(gòu)形式。,定位心軸主要用在車、銑、磨、齒輪加工等機(jī)床上加工套筒和盤類零件。定位基準(zhǔn)可為已加工過的圓柱孔或花鍵孔。心軸的結(jié)構(gòu)型式較多，圖3.14為幾種常見的圓柱心軸。 圖3.14(a)為間隙配合心軸，其工作表面一般按基孔制h6、g6或f7制造。這種心軸結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，裝卸工件方便，但定心精度低，僅在工件同軸度要求不高時(shí)采用。,圖b為過盈配合心軸。過盈配合心軸有引導(dǎo)部分、工作部分和傳動(dòng)裝置（如雞心夾頭等

22、）相聯(lián)系的部分組成。引導(dǎo)部分的作用是使工件迅速而正確地套入心軸，其直徑按e8制造，長(zhǎng)度約為基準(zhǔn)孔長(zhǎng)度的一半。工作部分直徑按r6制造。當(dāng)工件孔的長(zhǎng)徑比L/D1時(shí)，心軸工作部分應(yīng)稍帶錐度。心軸上的凹槽是供車削工件端面時(shí)退刀用的。,圖c是花鍵心軸，它用于加工以花鍵孔為定位基準(zhǔn)的工件。,2) 在圓錐體上定位 在圓錐體上定位常用定位元件是小錐度心軸和圓錐銷。 小錐度心軸上定位如圖3.15所示。小錐度心軸的定心精度較高，但其軸向基準(zhǔn)位移誤差較大，工件還有傾斜。小錐度心軸是以工件孔與心軸表面的彈性變形夾緊工件，故傳遞的扭矩較小，裝卸工件不方便，且不能加工端面。一般用于工件定位孔的精度不低于IT7的精車和磨削

23、加工。 設(shè)計(jì)小錐度心軸，主要是確定錐度K。生產(chǎn)推薦K=1/10001/5000，選擇錐度K值越小，定心精度越高，且夾緊越可靠。,如圖3.16所示，圓錐銷限制工件的 、 、 三個(gè)自由度。圖a 圓錐銷用于粗基準(zhǔn)，圖b圓錐銷用于精基準(zhǔn)。,,,,,,,、,,,,,工件以單個(gè)圓錐銷定位時(shí)容易傾斜，故應(yīng)和其它定位元件組合定位。如圖3.17所示，以上三種組合定位方式，均限制了工件的五個(gè)自由度。,3工件以外圓柱面定位 工件以外圓定位時(shí)，常用V型塊、半圓定位塊、定位套、自動(dòng)定心機(jī)構(gòu)等。其中V型塊應(yīng)用最廣。 常用的V型塊見圖3.18，圖a結(jié)構(gòu)為短V型塊，限制了兩個(gè)自由度，即 、 。圖b結(jié)構(gòu)表示了長(zhǎng)V型塊，或

24、相當(dāng)于兩個(gè)短V型塊的組合，它限制四個(gè)自由度，即 、 、 和 。,,,,,,V型塊用于工件定位主要使用其對(duì)中作用，即能使工件外圓軸線與V型塊兩斜面的對(duì)稱平面重合。V型塊兩斜面的夾角一般選用60、90和120，其中最常用的是夾角為90的V型塊。 V型塊的結(jié)構(gòu)和基本尺寸，均已標(biāo)準(zhǔn)化。,起定位作用的V型塊，通常都是做成固定式的。 兼起夾緊作用V型塊常常做成可移動(dòng)式的。 典型應(yīng)用實(shí)例如圖3.19所示。 工件以其底面與支承環(huán)平面接觸，限制三個(gè)自由度； 工件左端圓弧與固定短V型塊接觸，限制兩個(gè)自由度； 工件右端圓弧與可移動(dòng)短V型塊接觸，限制一個(gè)自由度。 可移動(dòng)V型塊起到限制轉(zhuǎn)動(dòng)自由度的作用，同時(shí)又借助螺

25、桿而起夾緊元件的作用。,4.工件以一組表面定位 在實(shí)際生產(chǎn)中，通常都是以兩個(gè)或兩個(gè)以上表面作為定位基準(zhǔn)，采取組合定位方式。 其中以“一面兩孔”定位為最常見的組合位方式，其示意圖如圖3.20所示。這時(shí)， 支承板限制了3個(gè)自由度 、 和 ； 短圓柱銷限制了2個(gè)自由度 和 ； 還剩下一個(gè)繞z軸線的轉(zhuǎn)動(dòng)自由度由菱形銷限制。,,,,,,,3.2.3 定位誤差的分析和計(jì)算,1.定位誤差產(chǎn)生的原因 采用調(diào)整法加工一批工件時(shí)，工件在定位過程中，會(huì)遇到由于定位基準(zhǔn)與工序基準(zhǔn)不重合，以及工件的定位基面與定位元件工作表面存在制造誤差等情況，這些情況都引起加工誤差，它們被稱為定位誤差，并用d表示。 定位誤差是

26、指由于定位不準(zhǔn)確造成的某一工序的工序基準(zhǔn)在工序尺寸方向上的最大位移量。,在臥式銑床上，加工如圖3.21(a)所示的盤狀零件上的槽，要求保證尺寸為 及 。 工件裝夾在圖3.21(b)所示的夾具心軸上，心軸直徑為 。尺寸b是由銑刀寬度直接保證的，與定位無關(guān)，尺寸e是由工件相對(duì)于刀具正確定位得到的。,,,,圖3.21(b)中，孔中心線是工序基準(zhǔn)，內(nèi)孔表面是定位基面。從理論上分析，當(dāng)工件內(nèi)孔與心軸的直徑完全相同時(shí)（無間隙配合），內(nèi)孔表面與軸外圓重合，兩者中心線也重合。因此，可以看作以內(nèi)孔中心線作為定位基準(zhǔn)。由此，凡工件以圓柱表面定位時(shí)，都以其中心線作為定位基準(zhǔn)。,要保證工件加工要求

27、，需要分析銑刀外圓和工序基準(zhǔn)位置變動(dòng)的大小。刀具經(jīng)一次調(diào)整后，相對(duì)于軸的位置是保持不變的。 如果定位副沒有制造誤差，也不留安裝間隙，則工序基準(zhǔn)和心軸中心線重合，沒有定位誤差, 見圖3.22(a) 。,,由于機(jī)床夾具必須裝卸工件方便，以提高生產(chǎn)率。工件定位孔與圓柱心軸之間必須存在一定配合間隙，故工件圓孔中心和心軸中心不可能同軸。若心軸水平安置，因重力等影響工件將以定位孔單邊支撐在心軸的母線上，如圖3.22(b)所示。,此時(shí)，刀具的位置未變，而同批工件的定位基準(zhǔn)卻在O1和O2之間變動(dòng)，從而導(dǎo)致工序基準(zhǔn)也發(fā)生變化，使一批工件中加工尺寸e產(chǎn)生了誤差。 這種由于定位副存在誤差引起的定位基準(zhǔn)在加工方向上的

28、最大位置變動(dòng)范圍稱為基準(zhǔn)位置移誤差，以w 表示。,如果設(shè)計(jì)圖紙要求鍵槽的尺寸為 ，如圖3.23(a)所示，該尺寸設(shè)計(jì)基準(zhǔn)為圓柱體下母線B。即使仍然采用圖3.21(b）所示的夾具定位，定位誤差產(chǎn)生情況也會(huì)有所不同。,,,,,假設(shè)工件孔與心軸為無間隙配合，見圖3.23(b），定位基準(zhǔn)沒有位移，不產(chǎn)生基準(zhǔn)位移誤差。 但由于工件外圓有制造誤差，當(dāng)外直徑在dmin和dmax范圍內(nèi)變化時(shí)，工序基準(zhǔn)在B1和B2范圍內(nèi)變動(dòng)，引起加工尺寸在C1和C2之間變動(dòng)。 造成加工尺寸這一變動(dòng)的原因是工序基準(zhǔn)（工件外圓下母線）和定位基準(zhǔn)（工件孔中心）不重合。這種因工序基準(zhǔn)和定位基準(zhǔn)不重合而引起的加工方向上的最大位置變動(dòng)

29、范圍，稱為基準(zhǔn)不重合誤差，以b表示。在本例中,,,當(dāng)工件以孔與心軸采用間隙配合時(shí)，則同時(shí)存在w和b兩項(xiàng)誤差，使同批工件加工后的加工尺寸在C1和C3之間變動(dòng)，見圖c。 上述兩項(xiàng)誤差皆是由于定位引起的。這種因基準(zhǔn)不重合和基準(zhǔn)位移而引起的加工尺寸的最大變動(dòng)范圍，稱為定位誤差，以d。 d=w+b。,2.典型定位方式的定位誤差的計(jì)算 機(jī)床夾具常常采用平面定位、內(nèi)圓表面定位、外圓定位等典型定位方式。因此，分析計(jì)算定位誤差，可以首先探討典型定位方式的定位誤差計(jì)算。 1）工件以平面定位時(shí)的定位誤差 工件以平面定位時(shí)的定位誤差同樣分為兩個(gè)部分：基準(zhǔn)位置移誤差和基準(zhǔn)不重合定位誤差。 工件以平面定位時(shí)可能產(chǎn)生的基準(zhǔn)

30、位置移誤差是由于定位副制造不準(zhǔn)確而造成的。主要體現(xiàn)在定位表面的不平整誤差。當(dāng)以加工過的平面定位時(shí)，一般可以不予考慮。由于不允許重復(fù)使用毛坯表面作粗基準(zhǔn)，也可以忽略使用毛坯表面作定位基準(zhǔn)對(duì)定位精度的影響。上述分析可知：應(yīng)嚴(yán)格控制定位基準(zhǔn)面的加工質(zhì)量，避免其產(chǎn)生定位誤差。 在實(shí)際工作中，由于工件結(jié)構(gòu)復(fù)雜等因素，加工過程中基準(zhǔn)不重合是常見情況，因此，工件以平面定位時(shí)可能產(chǎn)生的定位誤差主要是由基準(zhǔn)不重合定位誤差引起的。,2）工件以內(nèi)圓表面定位時(shí)的定位誤差 工件以內(nèi)圓表面（圓孔）定位產(chǎn)生的定位誤差的情況比較復(fù)雜。 例如工件以圓孔在圓柱定位心軸上定位時(shí)（一般地，心軸軸向處于水平方向），當(dāng)工件與定位心軸為過

31、盈配合時(shí)，因?yàn)楣ぜA孔與心軸是過盈配合的，所以定位副間無徑向間隙，即這時(shí)不存在配合間隙引起的定位誤差。 當(dāng)工件與定位心軸為間隙配合時(shí)，因?yàn)楣ぜA孔與心軸之間存在配合間隙，該配合間隙將會(huì)引起的定位誤差。但是由于重力等因素影響，工件以圓孔在圓柱定位心軸上定位時(shí)可能出現(xiàn)工件圓孔與心軸始終固定單邊接觸的情況，故此時(shí)相當(dāng)于定位副間只存在單邊間隙。 同樣以內(nèi)圓表面定位，工件以圓孔用定位銷定位（一般地，定位銷軸向通常會(huì)處于鉛垂方向）時(shí)，如果工件與定位銷為間隙配合時(shí)，工件圓孔與定位銷之間存在配合間隙，定位圓孔與圓柱定位銷在任意母線上接觸都是可能的，工件圓孔與定位銷間的配合間隙影響不再等效為單邊間隙。,綜合考慮

32、金屬切削加工過程中，切削力、夾緊力、重力等多方面影響因素，考慮多種金屬切削加工的異同，以及現(xiàn)實(shí)工程問題中的不確定性，探討工件以圓孔用定位銷定位情況（通常為間隙配合）更具代表性。,下面以圖3.21所示套筒銑削鍵槽加工為例，簡(jiǎn)述工件以內(nèi)圓表面定位時(shí)的定位誤差的分析方法，定位銷直徑尺寸為 。,,對(duì)于工序尺寸H1，取定位銷尺寸最小，工件內(nèi)孔最大的情況。分別使工件內(nèi)孔與定位銷上、下母線相接觸，如圖3.24(b)所示，則可知定位誤差為：,,,,,,工序尺寸H2的情況同上，如圖3.24(c)所示，分析結(jié)果為,,,對(duì)于工序尺寸H3，取定位銷尺寸最小，工件內(nèi)孔最大的情況。分別使工件內(nèi)孔與定位銷上、下母

33、線相接觸，如圖所示，則可知定位誤差為,,,菱形銷是一種特殊的定位銷，如圖3.25所示，僅限制一個(gè)自由度。在該自由度上定位誤差計(jì)算方法與圓柱定位相同。,3）工件以外圓柱面（V形塊）定位時(shí)的定位誤差 加工過程中，外圓表面定位的方式常采用定位套筒、支承釘、支承板及V型塊等定位。 采用定位套筒定位外圓柱面的情況與工件以圓孔用定位銷定位等情況相似。以支承釘、支承板等定位外圓柱面的情況與工件以平面定位情況相似。,下面以在圓柱體上銑鍵槽為例來說明用V形塊定位時(shí)，定位誤差的計(jì)算。 由于鍵槽槽底（工序尺寸H）的工序基準(zhǔn)不同，而可能出現(xiàn)如圖所示的三種情況。,(1) 以軸線O為工序基準(zhǔn) 在外圓上銑削工序尺寸為H1的

34、鍵槽（圖3.26(b)。這時(shí)，工序基準(zhǔn)為外圓的軸線O1，而定位基準(zhǔn)也為外圓O1，兩者是重合的。因此，不存在基準(zhǔn)不重合誤差。但是，由于一批工件的定位基面外圓有制造誤差。定位誤差可通過與的關(guān)系求,,,(2) 以外圓下的母線A為工序基準(zhǔn) 銑鍵槽時(shí)，保證的工序尺寸為H2，見圖3.26(c)。這時(shí)，除了存在的上述定位基面制造誤差而產(chǎn)生的基準(zhǔn)位移誤差外，還存在基準(zhǔn)不重合誤差。此時(shí)的定位誤差為,,,(3) 以外圓上母線B為工序基準(zhǔn) 如圖3.26(d)所示，需保證的工序尺寸為H。與以外圓下的母線A為工序基準(zhǔn)的情況相同，定位誤差也是由于基準(zhǔn)不重合和基準(zhǔn)位移誤差共同引起的。此時(shí)的定位誤差為,,,,,,,由上述分析

35、可知，外圓在V形塊上定位銑鍵槽時(shí)，鍵槽深度的工序基準(zhǔn)不同，其定位誤差也是不同的，即 。從減少定位誤差來考慮，標(biāo)注尺寸h2為最佳。 定位誤差大小還與定位基面的尺寸公差和V型塊的夾角有關(guān)。 角越大，定位誤差越小，但其定位穩(wěn)定性也降低。 用V形塊定位，鍵槽寬度的對(duì)稱度的定位誤差為零。所以V形塊具有良好的對(duì)中性。,,4）一面兩銷定位時(shí)的定位誤差 工件以組合表面定位時(shí)，其定位誤差計(jì)算是較為復(fù)雜的，必須針對(duì)定位元件的作用，分清主次關(guān)系，具體問題具體分析。 下面以一面兩銷定位為例，說明組合定位時(shí)的定位誤差計(jì)算方法。 由圖3.20可知，當(dāng)工件以兩個(gè)孔一個(gè)大平面進(jìn)行組合定位時(shí)，夾具上通常是一個(gè)定位

36、平面，其上垂直安裝一個(gè)短圓柱銷和一個(gè)菱形銷。如圖3.27所示，工件的轉(zhuǎn)角誤差為,,,,,,,依據(jù)一面兩銷定位時(shí)的定位元件的功能，一面兩銷定位誤差包含如下幾個(gè)方面： (1) 工件以平面定位方式的定位誤差。 、 和 自由度的定位精度取決于平面定位精度，該項(xiàng)定位誤差分析方法如前所述。 (2) 內(nèi)圓表面與定位銷方式的定位誤差。 和 自由度的定位誤差主要取決于短圓柱銷的定位精度，分析方法如前所述。 (3) 內(nèi)圓表面與菱形銷方式的定位誤差。 自由度的定位誤差主要取決于短圓柱銷的定位精度、菱形銷定位精度以及兩定位銷之間距離L。,,,,,,,3.3 工件在夾具中的夾緊,3.3.1 工件的夾緊及對(duì)夾緊裝

37、置的基本要求,在加工過程中，工件會(huì)受到切削力、慣性力等力的作用而發(fā)生位置變化或產(chǎn)生振動(dòng)。為保證加工精度和安全，工件定位以后必須采用一定的裝置把工件壓緊夾牢在定位元件上，這種把工件壓緊夾牢的裝置，稱為夾緊裝置。 夾緊工件的方式是多種多樣的，夾緊裝置的結(jié)構(gòu)形式也種類繁多。 一般夾緊裝置由動(dòng)力裝置、中間傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和夾緊元件組成，見圖3.28。,,動(dòng)力裝置是產(chǎn)生夾緊力的動(dòng)力源，它產(chǎn)生原始動(dòng)力。 夾緊力來自氣動(dòng)、液壓和電力等動(dòng)力源的，稱為機(jī)動(dòng)夾緊；夾緊力來自人力的，則稱為手動(dòng)夾緊。 中間傳動(dòng)機(jī)構(gòu)是變?cè)甲饔昧閵A緊力的中間傳力環(huán)節(jié)，亦稱為中間傳力機(jī)構(gòu)，如鉸鏈杠桿等。 夾緊元件是直接與工件接觸的元件，如各種

38、螺桿、壓板等。 有時(shí)把夾緊元件和中間傳動(dòng)機(jī)構(gòu)統(tǒng)稱夾緊機(jī)構(gòu)。 夾緊機(jī)構(gòu)一般應(yīng)滿足以下要求： 夾緊時(shí)不能破壞工件的定位； 夾緊力應(yīng)保證工件在整個(gè)加工過程中的位置穩(wěn)定不變，不允許產(chǎn)生振動(dòng)、變形和表面損傷； 夾緊機(jī)構(gòu)的復(fù)雜程度、工作效率與生產(chǎn)類型適應(yīng)，盡量做到結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作安全省力、方便； 具有良好的自鎖性能。 為滿足以上要求，必須正確設(shè)計(jì)夾緊機(jī)構(gòu)。,,必須合理地確定夾緊力的三要素：作用點(diǎn)、方向和大小。 1夾緊力作用點(diǎn)的選擇 夾緊力作用點(diǎn)是指夾緊時(shí)，夾緊元件與工件表面的接觸位置。它對(duì)工件夾緊的穩(wěn)定性和變形有很大的影響。選擇夾緊力作用點(diǎn)時(shí)，可從下面幾點(diǎn)考慮。 (1) 夾緊力作用點(diǎn)應(yīng)處于支承元件上或幾個(gè)支

39、承元件所形成的支承平面內(nèi)。 如圖a所示夾緊力作用在支承面之外，會(huì)使工件傾斜或變形；而圖b是合理的。,(2) 夾緊力作用點(diǎn)應(yīng)處于工件剛性較強(qiáng)的部位上。剛性差工件的夾具尤應(yīng)如此。如圖3.30所示，作用點(diǎn)中間單點(diǎn)改為在兩側(cè)的兩點(diǎn)，可避免工件變形，且夾緊也較為可靠。,(3) 夾緊力作用點(diǎn)應(yīng)盡可能靠近加工面，可以增加工藝系統(tǒng)剛度。 如圖3.31所示，同樣的夾緊力Fc作用于O1點(diǎn)時(shí)比作用于O2點(diǎn)夾緊牢固。,2夾緊力方向的選擇 夾緊力的方向是與工件定位基準(zhǔn)所處的位置，以及工件所受外力的作用方向等有關(guān)。 考慮夾緊力方向時(shí)，應(yīng)遵循的原則是： (1) 垂直于工件的主要定位基面，以保證加工精度。 (2) 有利于減少

40、所需要的夾緊力。,(1) 垂直于工件的主要定位基面，以保證加工精度 圖3.32所示為工件在支架上鏜孔的簡(jiǎn)圖。被加工孔與端面A有一定的垂直度要求，夾緊力Fc垂直作用于主要定位基準(zhǔn)A，如圖a和圖b所示，從而保證定位要求，又使工件定位穩(wěn)定可靠。 如果被加工孔與端面B有一定的平行度要求，夾緊力Fc垂直作用于主要定位基準(zhǔn)B，如圖c和圖d所示。,,,,圖 3.32 夾緊力應(yīng)朝向主要定位基準(zhǔn) (2) 有利于減少所需要的夾緊力 圖a中從工件上面夾緊，所需夾緊力小。 圖b是從工件下面夾緊，所用夾緊力大。夾緊力小可以簡(jiǎn)化夾緊裝置的結(jié)構(gòu)和便于操作。,,3夾緊力的大小 夾緊力的大小，對(duì)工件裝夾的可靠性，工件和夾具的變

41、形，夾緊裝置的復(fù)雜程度等都有著很大的影響。因此，在夾緊力的作用點(diǎn)和方向確定之后，還要恰當(dāng)確定夾緊力的大小。 關(guān)于夾緊力大小計(jì)算，可按工件受力平衡條件，列出夾緊力的計(jì)算方程式，并從中求出所需的夾緊力。 實(shí)際工程中，準(zhǔn)確計(jì)算夾緊力非常困難，這是因?yàn)檫@些作用力在平衡力系中對(duì)工件所起的作用并不相同。 如 加工中、小工件起主要作用的是切削力； 加工大型笨重工件時(shí)，還需要進(jìn)一步考慮工件重力的作用； 工件在高速運(yùn)動(dòng)時(shí)，不能忽視離心力或慣性力對(duì)夾緊的影響。 考慮到切削力在加工過程中也是變化的。因此，夾緊力的計(jì)算是非常復(fù)雜，工程上普遍采用簡(jiǎn)化計(jì)算方法。,假設(shè)工藝系統(tǒng)是剛性的，切削過程是穩(wěn)定不變的；只考慮切削力（

42、或切削力矩）等主要作用力對(duì)夾緊力的影響，并然后找出加工過程中對(duì)夾緊最不利的狀態(tài)，按力平衡原理求出夾緊力；最后為保證夾緊力可靠，再乘以安全系數(shù)K作為實(shí)際所需的夾緊力數(shù)值，即 考慮到切削力的變化和工藝系統(tǒng)變形等因素，一般在粗加工夾具取K=2.53；精加工夾具取K=1.52。 在實(shí)際夾具設(shè)計(jì)中，對(duì)夾緊力的大小并非在所有情況下都要用計(jì)算確定。 對(duì)手動(dòng)夾緊機(jī)構(gòu)，常根據(jù)經(jīng)驗(yàn)或用類比的方法確定所需夾緊力。 當(dāng)需要較準(zhǔn)確地確定夾緊力大小時(shí)，如氣動(dòng)、液壓傳動(dòng)裝置或夾緊容易變形的工件，對(duì)夾緊狀態(tài)進(jìn)行受力分析，估算夾緊力的大小。,,3.3.2 常用典型夾緊機(jī)構(gòu),在確定所需夾緊力的作用點(diǎn)、方向和大小之

43、后，接著需要具體設(shè)計(jì)和選用夾緊裝置來實(shí)現(xiàn)夾緊方案。 在各種夾緊裝置中，不論采用何種力源（手動(dòng)或機(jī)動(dòng)）形式，一切外加力的作用都要轉(zhuǎn)化為夾緊力，并通過夾緊機(jī)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)夾緊。 下面介紹幾種常用夾緊機(jī)構(gòu)的典型結(jié)構(gòu)、作用原理和應(yīng)用范圍等。,,圖3.34是具有斜楔夾緊機(jī)構(gòu)的鉆床夾具。斜楔在外力的作用下，以夾緊力直接夾緊工件。斜楔所產(chǎn)生的夾緊力 式中，F(xiàn)c為夾緊力，單位N；F為原始作用力，單位N；1為工件與斜楔間的摩擦角，單位()；2為夾具體與斜楔間的摩擦角，單位()。,,,,斜楔的自鎖條件是 一般鋼的摩擦系數(shù)約為0.10.15，則==58，故，為了安全，通常取=57。 斜楔夾緊機(jī)

44、構(gòu)具有增力作用，當(dāng)外加一個(gè)較小作用力時(shí)，可獲得比大好幾倍的夾緊力。 夾緊力和原始外力之比，稱為擴(kuò)力比（或稱增力系數(shù)），即ic=Fc/F。斜楔夾緊機(jī)構(gòu)的擴(kuò)力比ic=3。 升角愈小，增力越大；而升角的選取還與斜楔的夾緊行程有關(guān)。 夾緊力的增加倍數(shù)和夾緊行程的縮小倍數(shù)正好相等，即夾緊力增大多少倍，夾緊行程就縮小多少倍，這是斜楔夾緊機(jī)構(gòu)的一個(gè)重要特性。,在實(shí)際生產(chǎn)中，手工操作的簡(jiǎn)單斜楔夾緊機(jī)構(gòu)應(yīng)用較少。但是利用斜楔與其它機(jī)構(gòu)組合為夾緊工件的機(jī)構(gòu)卻用的比較普遍，如圖3.35所示的氣動(dòng)斜楔夾緊機(jī)構(gòu)。,2螺旋夾緊機(jī)構(gòu) 螺旋夾緊機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，夾緊可靠，在夾具中得到廣泛的應(yīng)用。 螺旋夾緊工件的形式有兩種。 如

45、圖a所示，螺釘頭部與工件表而直接接觸，這種方式的缺點(diǎn)是容易使工件產(chǎn)生移動(dòng)。 如圖b所示，螺桿的頭部通過活動(dòng)壓塊與工件接觸，這種方式可以防止在夾緊時(shí)帶動(dòng)工件轉(zhuǎn)動(dòng)，并避免螺釘頭部與工件接觸面產(chǎn)生壓痕。 螺旋夾緊的缺點(diǎn)是動(dòng)作慢，夾緊費(fèi)時(shí)。在生產(chǎn)中，它常與其它機(jī)構(gòu)聯(lián)合使用，如組成螺旋壓板夾緊機(jī)構(gòu)，并采用快速裝卸機(jī)構(gòu)。,較典型的三種螺旋壓板夾緊機(jī)構(gòu)。 圖a 所示機(jī)構(gòu)的擴(kuò)力比最??；,圖b所示機(jī)構(gòu)的擴(kuò)力比適中;,圖c 所示機(jī)構(gòu)的擴(kuò)力比最大，但結(jié)構(gòu)受工件形狀限制。,螺旋夾緊機(jī)構(gòu)的夾緊力為 Fc為夾緊力，單位N； F為原始作用力； L為手柄長(zhǎng)度； r1 為螺釘頭部與工件（或壓塊）間的當(dāng)量摩擦半徑；

46、 d0為螺紋中徑； 為螺旋升角，單位()； 1為螺桿頭部與工件（或壓塊）間的摩擦角，單位()； 2為螺旋副的摩擦角，單位()。 螺旋夾緊機(jī)構(gòu)也是擴(kuò)力機(jī)構(gòu)，其擴(kuò)力比較大，一般可達(dá)=60100。,,,,,,當(dāng)量摩擦半徑與螺釘端部的幾何形狀有關(guān)。,圖(a)為點(diǎn)接觸 r1 =0；,圖(b)為平面接觸 r1 =2r/3；,圖(c)為錐面接觸， r1 =Rctg(/2),,3偏心夾緊機(jī)構(gòu) 偏心夾緊機(jī)構(gòu)是斜楔夾緊機(jī)構(gòu)的又一種變型。它是通過偏心零件直接夾緊或與其它元件組合而實(shí)現(xiàn)夾緊工件的。 偏心零件一般有圓偏心和曲線偏心兩種，常用的是圓偏心（偏心輪或偏心軸）。圓偏心夾緊機(jī)構(gòu)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，動(dòng)作迅速等優(yōu)點(diǎn)，但它的

47、夾緊行程受偏心矩的限制，夾緊力也較小，故一般適用于工件被夾壓表面的尺寸公差較小和切削過程中振動(dòng)不大的場(chǎng)合。,圓偏心的特性可用圖3.40來說明，圓偏心直徑為D，其旋轉(zhuǎn)中心O2與外圓中心O1間的距離為偏心距e。當(dāng)轉(zhuǎn)動(dòng)手柄后，由于轉(zhuǎn)動(dòng)軸心O2至圓偏心輪工作表面上各點(diǎn)的距離是不相等的，就相當(dāng)于一個(gè)弧形楔卡緊在基圓和工件受壓表面之間而產(chǎn)生夾緊作用。 P點(diǎn)為偏心轉(zhuǎn)軸中心與圓心連線處于水平位置時(shí)的夾緊接觸點(diǎn),如圖3.40(a)所示。,圖3.40(a),將偏心的弧形楔輪廓線展開，得到如圖3.40(b)所示的曲線斜楔。曲線上任意點(diǎn)的斜率即為該點(diǎn)的斜楔升角，其數(shù)值是一變值。M點(diǎn)的升角最小，隨著圓偏心旋轉(zhuǎn)角度的增加

48、，升角逐漸增大，當(dāng)轉(zhuǎn)動(dòng)到P點(diǎn)附近時(shí)，升角為最大值。 一般常取P點(diǎn)左右30作為偏心輪的工作表面。因?yàn)檫@段曲線接近于直線，升角的變化較小，夾緊較穩(wěn)定。,圖3.40(b),分析計(jì)算圓偏心的夾緊力時(shí)，可將圓偏心近似看成假想的斜楔。 則，作用于手柄上的原始力矩見下式 Fc為夾緊力，單位N； F為偏心圓手柄上的原始作用力，單位N； L為轉(zhuǎn)動(dòng)軸心至原始作用力作用點(diǎn)的距離，單位m； 為轉(zhuǎn)動(dòng)軸心至夾緊點(diǎn)P間的回轉(zhuǎn)半徑，單位m； 1為圓偏心輪與工件間的摩擦角，單位()； 2為圓偏心轉(zhuǎn)軸處摩擦角，單位()。,,如取 ， 而 力臂L(22.5)D， 則擴(kuò)力比,，,圓偏

49、心夾緊機(jī)構(gòu)也必須具有自鎖功能。圓偏心夾緊自鎖條件是 一般鋼的摩擦系數(shù) 圓偏心夾緊自鎖條件為,,,,4定心夾緊機(jī)構(gòu) 定心夾緊機(jī)構(gòu)（亦稱自動(dòng)定心機(jī)構(gòu)），它能在實(shí)現(xiàn)定心（定位基準(zhǔn)與工序基準(zhǔn)重合）作用的同時(shí)，又起著將工件夾緊的作用。在定心夾緊機(jī)構(gòu)中，與工件接觸的元件既是定位元件，又是夾緊元件。 這種機(jī)構(gòu)能使定位夾緊元件等速趨近或退離工件，所以能將定位基面的誤差沿徑向或沿對(duì)稱面對(duì)稱分布，從而使工件的軸線、對(duì)稱中心不產(chǎn)生位移，實(shí)現(xiàn)定心夾緊作用。常用的三爪卡盤就是一種定心夾緊夾具。 定心夾緊機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)型式很多，但就其工作原理而言，可分為兩大類。,1) 按定心夾緊元件等速移動(dòng)原理工作的機(jī)構(gòu) 圖3.41所示為

50、齒條傳動(dòng)的虎鉗式定心夾緊機(jī)構(gòu)，常在打中心孔機(jī)床上使用。主動(dòng)齒條和被動(dòng)齒條，分別與V型塊和氣缸活塞桿聯(lián)接，利用反向齒輪將兩個(gè)齒條運(yùn)動(dòng)進(jìn)行等速反向，當(dāng)活塞桿向左移動(dòng)時(shí)，兩V形塊獲得對(duì)向運(yùn)動(dòng)，從而定心并夾緊工件。松開時(shí)，其運(yùn)動(dòng)則相反。,,,,,圖3.42為脹爪式定心夾緊機(jī)構(gòu)，拉動(dòng)（氣動(dòng)或液壓）拉桿時(shí)，三滑塊沿斜面張開，定心并夾緊工件。反之，則松開夾緊。,,2) 按定心夾緊元件均勻彈性變形原理工作的機(jī)構(gòu) 這類機(jī)構(gòu)的共同特點(diǎn)是利用彈性元件受力后的彈性變形來實(shí)現(xiàn)定心夾緊作用。其定心精度比上一類高，適合于精加工過程，常見的有下面幾種類型。,上述機(jī)構(gòu)其定心精度都較低，但夾緊力和夾緊行程較大。適用于工件裝夾定位

51、精度要求較低，加工精度要求不高的情況。,(1) 彈性筒夾定心夾緊機(jī)構(gòu) 圖示為用于帶孔工件的彈簧脹套心軸。該機(jī)構(gòu)的主要元件彈簧脹套為一個(gè)開有三、四條或更多條槽的錐面套筒，彈簧脹套因其圓錐面受壓迫而產(chǎn)生向外擴(kuò)張的彈性變形，使工件圓孔定心并夾緊。 彈性筒夾的變形不宜過大，所以夾緊力不大。其定心精度可保證在0.02到0.01mm之間，一般適用于精加工和半精加工工序。,(2) 液性塑料定心夾緊機(jī)構(gòu) 圖示為液性塑料心軸。工件以內(nèi)孔為主要定位基準(zhǔn)，套在薄壁套上，薄壁套的兩端與夾具采取過盈配合，二者之間形成的環(huán)槽內(nèi)注滿液性塑料，作為傳力介質(zhì)。擰動(dòng)螺釘，滑柱對(duì)介質(zhì)產(chǎn)生壓力，迫使薄壁套均勻變形，對(duì)工件定心夾緊。

52、定心精度很高，定心誤差可不大于0.01mm，適合精車、磨削等加工過程采用。,液性塑料在常溫下是一種半透明凍膠狀物質(zhì)，特性穩(wěn)定，具有一定的流動(dòng)性，能將壓力均勻傳至薄壁上產(chǎn)生均勻的彈性變形，夾緊時(shí)，壓強(qiáng)可達(dá)p30MPa。,5鉸鏈杠桿增加機(jī)構(gòu) 在需要較大夾緊力時(shí)，可采用中間傳動(dòng)機(jī)構(gòu)來擴(kuò)大夾具夾緊力。這些增力機(jī)構(gòu)，一般安置在夾緊元件和動(dòng)力源（汽缸或液壓油缸）之間。 如圖3.28單作用鉸鏈杠桿夾緊機(jī)構(gòu)。鉸鏈杠桿夾緊機(jī)構(gòu)具有擴(kuò)力比較大，摩擦損失小的優(yōu)點(diǎn)，但自鎖性能較差。,6多工件夾緊機(jī)構(gòu) 有時(shí)需要同時(shí)需要對(duì)幾個(gè)工件進(jìn)行夾緊或同時(shí)在幾個(gè)點(diǎn)對(duì)工件進(jìn)行夾緊，可以采用各種多點(diǎn)或多件聯(lián)動(dòng)夾緊機(jī)構(gòu)。 圖3.45是兩種

53、多件平行夾緊機(jī)構(gòu)。它們都能夠平行夾緊多個(gè)工件。,圖3.46是銑軸瓦兩端面的多件順序地夾緊機(jī)構(gòu)。 用于工件的加工表面和夾緊力方向相平行的場(chǎng)合。,,,,,圖3.47是多位夾緊機(jī)構(gòu)，它采用浮動(dòng)橫桿夾緊實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)夾緊的。 多位夾緊機(jī)構(gòu)一般用于多夾緊點(diǎn)相距較遠(yuǎn)的場(chǎng)合，如箱體零件的夾緊。,3.4 夾具的其他元件,3.4.1夾具的連接元件,夾具與機(jī)床的連接形式有三種： 夾具安裝在平面工作臺(tái)上，如銑床夾具和鏜床夾具； 夾具安裝在機(jī)床的回轉(zhuǎn)主軸上，如車床夾具和內(nèi)孔圓磨床夾具； 夾具自由放在工作臺(tái)上，如臺(tái)鉆等鉆床夾具。 1.安裝在平面工作臺(tái)上的夾具 工作臺(tái)上安裝的機(jī)床夾具一般設(shè)置兩個(gè)定位鍵，用埋頭螺釘把定位鍵固定在

54、夾具體的底面鍵槽中。夾具在機(jī)床上安裝時(shí)，常用定位鍵與工作臺(tái)的T型槽實(shí)現(xiàn)間隙配合，使夾具方向與機(jī)床走刀方向?qū)崿F(xiàn)定向。 在夾具體的底面上，設(shè)計(jì)帶有U型槽的耳座，供T型槽用螺栓穿過，將夾具體緊固在工作臺(tái)上。,,2.安裝在回轉(zhuǎn)主軸上的夾具 安裝在回轉(zhuǎn)主軸上的夾具連接形式，取決于機(jī)床主軸端部的結(jié)構(gòu)形式。常見主軸端部形式為莫氏錐孔，夾具以錐孔與之相連接，可以靠其自鎖性傳遞扭矩，根據(jù)需要也可以在空心主軸內(nèi)放上拉桿。 3.夾具的其它連接方式 (1) 夾具靠找正基準(zhǔn)校正，用螺釘緊固。這種夾具在其側(cè)面設(shè)計(jì)有找正基面。夾具安裝時(shí)，通過在找正基面打表調(diào)整夾具在走刀方向的位置。 (2) 靠定位銷定位的夾具。對(duì)專用機(jī)床上

55、的專用夾具，常在調(diào)整好后用兩個(gè)定位銷定位，再用螺釘緊固。 (3) 不定位和不緊固的夾具。小型鉆床夾具常采用不定位和不緊固的自由活動(dòng)的方式，靠重力、切削力及操作者的扶持力固定其位置。,3.4.2夾具的分度裝置,實(shí)際生產(chǎn)中，經(jīng)常遇到零件上一組加工表面之間成等角度分布或等間距分布，采用單刀加工時(shí)常用分度夾具達(dá)到改變加工表面的要求。分度裝置是由分度副、分度操作機(jī)構(gòu)等組成。 1分度副的形式 按照分度副和對(duì)定位銷的相互位置關(guān)系，一般分為軸向分度和徑向分度兩種。所謂軸向分度是指對(duì)定銷沿著與分度盤的回轉(zhuǎn)軸線相平行方向進(jìn)行工作的如圖3.48所示；,所謂徑向分度是指對(duì)定銷沿著與分度盤的半徑方向進(jìn)行工作的，如圖3.

56、50所示。,分度對(duì)定機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)形式較多： (1) 鋼球（球頭銷）對(duì)定 如圖3.49(a)及圖3.51(a)所示。這種形式既可以用于軸向分度也可用于徑向分度。它是靠彈簧將鋼球或球頭銷壓入分度盤錐坑內(nèi)實(shí)現(xiàn)對(duì)定。該形式的優(yōu)點(diǎn)是機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)單、操作方便；缺點(diǎn)是分度精度不高，由于錐坑較淺（深度要小于鋼球或球頭銷半徑），故定位不可靠，只能用于切削負(fù)荷不大，分度精度要求不高的場(chǎng)合，或作為分度裝置的預(yù)定位。,圖3.49(a),圖3.51(a),(2) 圓柱銷對(duì)定 如圖3.49(b)所示，主要常用軸向分度。為提高其使用壽命，分度盤孔中一般壓入耐磨襯套，與圓柱對(duì)定銷采用H7/g6配合。這種形式的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造容易

57、，使用時(shí)不易受碎屑污物的影響。缺點(diǎn)是無法補(bǔ)償孔銷之間的配合間隙及中心距誤差，故分度精度不高。,(3) 菱形銷 如圖3.49(c)，此形式主要是針對(duì)上述圓柱銷對(duì)定的缺點(diǎn)，將對(duì)定銷削邊，使在同樣條件下提高了分度精度，制造也不困難，故在軸向分度中用得較多。,,,,,(4) 圓錐銷、雙斜面對(duì)定 圖3.49(d)所示圓錐銷對(duì)定用于軸向分度，圖3.51(b)雙斜面對(duì)定則用于徑向分度。這兩種形式由于能消除配合間隙，故分度精度較高，但使用時(shí)當(dāng)表面上沾有碎屑油污時(shí)，將直接影響分度精度，故結(jié)構(gòu)上要考慮必要的防屑、擋塵措施。,圖3.49(d),圖3.51(b),,(5) 單斜面對(duì)定 圖3.51(c)所示單斜面對(duì)定用

58、于徑向分度。這種形式由于斜面始終靠在相對(duì)應(yīng)的一側(cè)，使分度誤差也始終分布在斜面的一側(cè)。另外，當(dāng)工作表面上即使沾有碎屑油污而引起對(duì)定銷稍有后退，也不影響分度精度，故可用作一般精密分度。,(6) 正多面體分度 圖3.51(d)所示，用于徑向分度。這種形式的分度盤是利用正多面體上各個(gè)面進(jìn)行分度，用斜楔加以對(duì)定。其優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造容易，但分度精度一般，分度數(shù)目不宜過多。,2分度操作機(jī)構(gòu) 分度對(duì)定機(jī)構(gòu)的可由手動(dòng)和機(jī)動(dòng)兩種。 圖3.52(a)是手拉式對(duì)定銷。 將捏手向外拉即可將對(duì)定銷從分度盤襯套孔中拔出。至橫銷脫離橫槽后，可將捏手轉(zhuǎn)過90，使橫銷擱在導(dǎo)套的頂端平面上，此時(shí)即可轉(zhuǎn)動(dòng)分度盤進(jìn)行分度。當(dāng)分度盤

59、轉(zhuǎn)過一定角度后，可將捏手重新轉(zhuǎn)過90，使分度盤轉(zhuǎn)到下一分度襯套孔對(duì)準(zhǔn)對(duì)定銷時(shí)，在彈簧作用下，對(duì)定銷插入分度襯套孔中，便完成一次分度。,圖3.52(b)是齒條式對(duì)定銷 這種結(jié)構(gòu)形式的工作比較可靠，多用在較大工件的分度夾具中。,3.4.3 夾具體,夾具體是將各種夾具裝置或元件聯(lián)接成一個(gè)完整夾具，它是夾具的基座和骨架。在加工過程中夾具體需承受作用在夾具元件上的作用力，所以夾具體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)對(duì)于保證夾具的剛度、工作精度及安全生產(chǎn)等有重要作用。 夾具體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)注意以下方面： (1) 應(yīng)有足夠的剛度和強(qiáng)度。保證在加工過程中在夾緊力、切削力作用下，不會(huì)發(fā)生不允許的變形和振動(dòng)。 夾具體要有足夠的壁厚，一般鑄造夾

60、具體壁厚為1530mm，焊接夾具體壁厚為810mm。必要時(shí)，可采用加強(qiáng)筋或框式結(jié)構(gòu)提高其剛性。 (2) 力求結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，尺寸穩(wěn)定，在保證剛度和強(qiáng)度的前提下，盡可能使其重量輕，體積小，特別是手動(dòng)翻轉(zhuǎn)夾具要求連同工件的總重量不超過1015kg。 (3) 具有良好的結(jié)構(gòu)工藝性和裝配工藝性，便于制造和裝配。 (4) 夾具體結(jié)構(gòu)應(yīng)便于切屑排除和便于清除切屑。 (5) 對(duì)于大型夾具體要考慮起吊裝置，以便于運(yùn)輸。,3.5 典型機(jī)床夾具設(shè)計(jì),機(jī)床夾具可以看作機(jī)床的附件。 夾具可以增強(qiáng)或拓展機(jī)床的功能，使通用機(jī)床具有一定的專用機(jī)床的屬性。 機(jī)床類型往往決定了機(jī)床夾具設(shè)計(jì)，不同類型機(jī)床的夾具設(shè)計(jì)各具特點(diǎn)。 下面著重

61、介紹常見的鉆床夾具設(shè)計(jì)、車床夾具設(shè)計(jì)、鏜床夾具設(shè)計(jì)以及銑床夾具設(shè)計(jì)。,3.5.1 鉆床夾具,在鉆床上鉆孔常采用劃線法加工，其生產(chǎn)效率和加工精度較低，故當(dāng)生產(chǎn)批量較大時(shí)，常使用專用鉆床夾具。 在鉆床夾具上，一般都裝有一定尺寸的鉆套，用以確定定位元件距刀具的位置，故習(xí)慣上稱為鉆模。通過鉆套引導(dǎo)刀具進(jìn)行加工。 使用鉆床夾具加工的優(yōu)點(diǎn)： 易于保證被加工孔對(duì)其定位基準(zhǔn)和各孔之間的位置精度； 有助于提高刀具系統(tǒng)的剛度，防止鉆頭在切入后引偏； 并有利于提高孔的尺寸精度和降低表面粗糙度。 此外，由于不需劃線和找正，工序時(shí)間大為縮短，顯著提高了工作效率。,1. 鉆床夾具的類型 鉆床夾具一般分為固定式、翻轉(zhuǎn)式、可

62、移式，回轉(zhuǎn)式、蓋板式和滑柱式等類型： (1) 固定式鉆模 在立鉆上鉆一個(gè)孔或在搖臂鉆床上鉆平行孔系的孔，常用固定鉆模，這種夾具穩(wěn)固，可鉆較大的孔。 (2) 翻轉(zhuǎn)式鉆模 翻轉(zhuǎn)式鉆床夾具用于工件連同夾具不超過10kg重的小型零件加工，特別適用多方向的孔系加工。 (3) 可移動(dòng)式模鉆 可移動(dòng)式模鉆用于在單軸立式鉆床上，鉆削工件同一表面上的多個(gè)孔。一般工件和加工孔徑都不大，屬于小型夾具。移動(dòng)方式有兩種：一種是自由移動(dòng)；另一種是使用專門設(shè)計(jì)的導(dǎo)軌和定程機(jī)構(gòu)來控制移動(dòng)的方向和距離。,(4) 回轉(zhuǎn)式鉆模 加工工件需要均勻布于軸線四周的孔常采用回轉(zhuǎn)式鉆模。 (5) 蓋板式鉆模 加工大型工件局部位置的孔系常常采

63、用只有鉆模板的蓋板式鉆模。然后按其上鉆套孔位置鉆削工件所需加工的孔。這類夾具結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、使用方便，但生產(chǎn)率不高。 (6) 滑柱式鉆模 滑柱式鉆模是一種通用可調(diào)夾具，其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是鉆模板裝在可升降的滑柱上的鉆模。滑柱式鉆模的定位元件、夾緊元件和鉆套等可根據(jù)工件不同進(jìn)行更換，而滑柱式鉆模的其它部分可保持不變。 滑柱式鉆模適用于小型零件生產(chǎn)。,2. 鉆套 鉆套是引導(dǎo)孔加工刀具的元件，其作用是確定刀具相對(duì)夾具定位元件的位置，引導(dǎo)鉆頭等孔加工刀具，提高其剛性，防止刀具在加工中發(fā)生偏斜。 按鉆套的結(jié)構(gòu)和使用情況，可分為固定式、可換式、快換式和特殊鉆套，其前三種均已標(biāo)準(zhǔn)化。 固定式鉆套結(jié)構(gòu)已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化 圖3.53

64、(a)、3.53(b)為固定式鉆套的兩種形式。 鉆套外徑以H7/n6配合直接壓入鉆模板的孔中。 固定式鉆套多用于中小批生產(chǎn)，使用過程不需要更換鉆套的場(chǎng)合。固定式鉆套結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，可獲得較高精度。,,,,,圖3.53(c)為可換式鉆套。當(dāng)生產(chǎn)量較大，使用過程中需要更換磨損了的鉆套時(shí)，可使用這種鉆套?？蓳Q式鉆套裝在襯套中，襯套按H7/n6的配合壓入夾具體內(nèi)，可換式鉆套外徑與襯套內(nèi)徑一般采用H7/g6 或H7/h6的配合，并用螺釘加以緊固，以防止在加工過程中鉆頭與鉆套內(nèi)徑摩擦而使鉆套發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)，或退刀時(shí)隨刀具抬起。 圖3.53(d)為快換式鉆套。在一次安裝中順序進(jìn)行鉆、擴(kuò)、鉸孔，需要使用不同內(nèi)徑的鉆套來引

65、導(dǎo)刀具。使用時(shí)，只要將鉆套逆時(shí)針方向轉(zhuǎn)過一個(gè)角度，使得螺釘?shù)念^部剛好對(duì)準(zhǔn)鉆套上的缺口，然后往上一拔，就可取下鉆套。,,圖示為幾種特殊結(jié)構(gòu)的鉆套。 圖a用于加深底面孔的加長(zhǎng)鉆套； 圖b用于加工曲面上的孔； 圖c用于加工間距很小的孔。,3鉆模板 用于安裝鉆套的板叫鉆模板，鉆模板與夾具體的連接方式有固定式，鉸鏈?zhǔn)剑烧凼胶蛻覓焓降葞追N。,3.5.2 鏜床夾具,鏜床也是采用刀具回轉(zhuǎn)加工方式，因此鏜床夾具的重要特征是具有鏜桿導(dǎo)向裝置，被稱為鏜套，一般稱為鏜模。 在鏜床夾具中，鏜套要安裝在鏜模支架上，鏜模支架連接在夾具體上。 鏜床夾具設(shè)計(jì)的關(guān)鍵在設(shè)計(jì)鏜套結(jié)構(gòu)及其位置布置。,1鏜套 鏜套分為固定式鏜套和回轉(zhuǎn)

66、式鏜套等類型。 固定式鏜套結(jié)構(gòu)與鉆套類似，鏜套被固定安裝在夾具鏜模支架上，不能隨鏜桿一起轉(zhuǎn)動(dòng)，因此，在鏜削過程中，鏜桿在鏜套中既有軸向的相對(duì)移動(dòng)，又有較高的相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)。鏜套容易摩擦磨損而失去引導(dǎo)精度，只適用于線速度v0.3 ms的低速情況下使用。 回轉(zhuǎn)式鏜套結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，包含有滑動(dòng)軸承或滾動(dòng)軸承，鏜套在鏜孔過程中隨同鏜桿一起回轉(zhuǎn)，因此鏜套內(nèi)壁與鏜桿沒有相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)，從而減少鏜套內(nèi)壁的磨損和發(fā)熱，可長(zhǎng)期維持其引導(dǎo)精度，比較適合于高速鏜孔，一般應(yīng)用于孔徑較大、線速度v0.3 ms的場(chǎng)合。,2鏜套導(dǎo)向支架的布置 鏜套導(dǎo)向支架的布置指的是鏜套相對(duì)于鏜刀的位置分布。 按照鏜套相對(duì)刀具分布位置的不同，鏜模導(dǎo)向裝置的布置方式可分為單套前引導(dǎo)、單套后引導(dǎo)、雙套單向引導(dǎo)、前后單套引導(dǎo)和前后雙套引導(dǎo)等五種結(jié)構(gòu)形式。夾具設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)根據(jù)零件結(jié)構(gòu)、孔的位置及孔徑大小和孔深比等來選擇鏜模導(dǎo)向裝置的布置方式。 3鏜床夾具設(shè)計(jì)關(guān)鍵 (1) 鏜床夾具設(shè)計(jì)須注意鏜刀從鏜套中穿過時(shí)的刀具引入問題。避免破壞已調(diào)整好的鏜刀或碰傷已加工表面。 (2) 為了防止受力變形影響孔的加工精度和孔系位置精度，鏜模導(dǎo)向支架上不允許設(shè)計(jì)夾緊機(jī)構(gòu)等。,