機床夾具設(shè)計

1、機床夾具,【學(xué)習目標】,1．了解各種普通機床常用夾具的分類和應(yīng)用2．了解常見定位方式及定位元件的應(yīng)用3．掌握工件定位的基本原理和夾緊的基本方法4．了解數(shù)控加工中常用的夾具,通用夾具及應(yīng)用,按機床工藝規(guī)程的要求，保證工件獲得相對于機床和刀具的正確位置，并通過夾緊工件保證在加工過程中始終保持工件位置正確的工藝裝備，稱為機床夾具。簡單地說用來裝夾工件（和引導(dǎo)刀具）的裝置稱為機床夾具，簡稱夾具。這里所說的“裝夾”包含定位與夾緊兩個過程。定

2、位是“確定工件在機床上或夾具中占有正確位置的過程”；夾緊是“工件定位后將其固定，使其在加工過程中保持定位位置不變的操作”。工件在機床上或夾具中定位、夾緊的過程，稱為裝夾。通用夾具是指結(jié)構(gòu)、尺寸已標準化、規(guī)格化，在一定范圍內(nèi)可用于加工不同工件的夾具。這類夾具作為機床的附件由機床附件廠制造和供應(yīng)。例如：車床上的三爪卡盤、四爪卡盤、頂尖和雞心夾頭；銑床上的平口虎鉗、分度頭和回轉(zhuǎn)工作臺；平面磨床上的吸盤（磁力工作臺）等。這類夾具的特點是適應(yīng)

3、性強，無須調(diào)整或稍作調(diào)整就可以用來裝夾一定形狀和尺寸范圍的工件。,頂尖是車床加工中必不可少的夾具附件，用于精確重復(fù)定位或有同軸度公差要求的工件車削，頂尖作為定位基準，定心正確可靠，安裝方便，可提高裝夾剛度，減少在加工過程中的震動。頂尖主要有兩種：普通頂尖和撥動頂尖。1．普通頂尖普通頂尖有回轉(zhuǎn)式頂尖（活頂尖）和固定式頂尖（死頂尖）兩種。回轉(zhuǎn)式頂尖裝有軸承，定位精度略差，但旋轉(zhuǎn)時不容易發(fā)熱?；铐敿鈱㈨敿馀c工件中心孔之間的滑動摩擦改成頂尖

4、內(nèi)部軸承的滾動摩擦，能在很高的轉(zhuǎn)速下正常地工作；但活頂尖存在一定的裝配積累誤差，以及當滾動軸承磨損后，會使頂尖產(chǎn)生徑向擺動，從而降低了加工精度，故一般用于軸的粗車或半精車。 固定式頂尖是一個整體，定位精度高，但頂尖部分由于旋轉(zhuǎn)摩擦生熱，容易將中心孔或頂尖“燒壞”。因此，尾架上如果是死頂尖，則工件的右端中心孔應(yīng)涂上黃油，以減小摩擦。死頂尖適用于低速加工、精度要求較高的工件。,通用夾具及應(yīng)用,1.1 頂尖應(yīng)用,頂尖的大小一般按莫氏（Mors

5、e）錐孔的大小來分，如莫氏3號、4號、5號，號數(shù)大則頂尖小。常見的頂尖如圖3-2所示。,通用夾具及應(yīng)用,1.1 頂尖應(yīng)用,例如，在車床上加工細長軸時就必須使用頂尖來幫助支撐、定心和減少震動。另外在加工過程中，為了保證被加工件的同軸度，會在機床主軸卡盤上或尾座上加用個頂尖，如圖3-1所示。,2．撥動頂尖 車削加工中常用的撥動頂尖有內(nèi)、外撥動頂尖和端面撥動頂尖兩種。內(nèi)、外撥動頂尖的錐面帶齒，能嵌入工件，撥動工件旋轉(zhuǎn)，如圖3-3所示。,通

6、用夾具及應(yīng)用,1.1 頂尖應(yīng)用,端面撥動頂尖端面撥爪帶動工件旋轉(zhuǎn)，適合裝夾的工件直徑在? 50～150mm之間，如圖3-4所示。,對普通車床或CNC車床來說，夾頭是最常用的夾具，其形式及種類繁多。我國車床主要以手動夾頭為主，但隨著科技進步和國外先進數(shù)控機床的引進，如今CNC車床大多使用油壓或氣壓動力夾頭。油壓動力夾頭需要與液壓回轉(zhuǎn)油缸配套使用，有夾持力大、夾持精度高、機構(gòu)磨損小等特點。應(yīng)用廣泛；氣壓動力夾頭自帶回轉(zhuǎn)氣缸，只要有

7、0.6 MPa的壓縮空氣氣源，配以簡單的氣動控制回路，就可以實現(xiàn)工件的自動裝夾。氣壓動力夾頭具有夾持力小、夾持精度高、通孔直徑大、適合于大直徑長管材加工的特點，常用于普通車床、簡易CNC車床和不便安裝液壓回轉(zhuǎn)油缸的車床上。兩者比較，氣壓動力夾頭夾持力較小，氣壓動力夾頭最大夾持力大約為10 kg/cm左右，而油壓動力夾頭最大夾持力可達100 kg/cm以上。如果工件材質(zhì)軟，避免工件表面夾傷可選用氣壓動力夾頭。,通用夾具及應(yīng)用,1.2 夾頭

8、應(yīng)用,1．手動夾頭 手動夾頭主要用于車床零件加工中，分前鎖式及后鎖式兩種；夾爪分2爪、3爪、4爪等，又分為同動及單動式。常用3爪或4爪夾頭，3爪可加工同心圓類工件，4爪則可加工偏心圓工件。（1）三爪卡盤。三爪卡盤安裝在車床主軸或銑床回轉(zhuǎn)工作臺上，用來裝夾軸類工件。如圖3-5所示，三爪卡盤由3個小錐齒輪和1個大錐齒輪嚙合組成，大錐齒輪的背面有平面螺紋結(jié)構(gòu)，3個卡爪等分安裝在平面螺紋上。當用扳手扳動小錐齒輪時，大錐齒輪轉(zhuǎn)動，它背面的平面

9、螺紋就使3個卡爪同時向中心靠近或退出。三爪卡盤卡爪有正爪和反爪之分，適用于不同直徑的軸類或套類工件裝夾，可自動定心，裝夾方便，但它夾緊力較小，不便于夾持外形不規(guī)則的工件。（2）四爪卡盤。四爪卡盤用4個絲杠分別帶動四爪，4個爪都可單獨移動，安裝工件時需利用劃針盤或百分表找正，安裝精度比三爪卡盤高，夾緊力大，適用于裝夾毛坯及截面形狀不規(guī)則和不對稱（偏心）的較重、較大的工件，如圖3-6所示。常見的四爪卡盤沒有自動定心的作用，常用于普通車床、

10、數(shù)控車床、磨床、銑床、鉆床及機床附件——分度頭回轉(zhuǎn)臺等。,通用夾具及應(yīng)用,1.2 夾頭應(yīng)用,2．氣壓夾頭與油壓夾頭 氣壓夾頭以氣壓為動力，并利用氣壓分道環(huán)充氣直接推動夾爪，由夾頭本體止逆系統(tǒng)保持其夾持力。為了裝夾長工件且不使工件表面損傷，主軸前后常采用氣壓夾頭，如圖3-7所示。安裝須注意分道環(huán)相對位置，不使充氣過程產(chǎn)生漏氣現(xiàn)象。油壓夾頭也有很多種類，通常有中空及實心夾頭，同樣也分夾爪數(shù)，須配合工件或者加工方式或者成本考慮選擇使用。,

11、通用夾具及應(yīng)用,1.2 夾頭應(yīng)用,,,3．分度夾頭 回轉(zhuǎn)式分度夾頭主要功能為車削多面特殊工件（如十字軸、電磁閥等），即由分度夾頭控制工件的車削面，可省略必備的多種特殊夾爪及縮短上下料時間（此種夾頭需搭配特殊油壓缸、油箱）。圖3-8所示為油壓分度夾頭。4．彈簧夾頭 彈簧夾頭是國內(nèi)外機械制造必不可少的一種高效而易損的專用夾持工具，它的應(yīng)用范圍很廣，消耗量較大，適用于自動車床、萬能銑床、螺紋磨床等各類設(shè)備。例如彈簧夾頭型卡盤，如圖3-9

12、所示。其主要優(yōu)點可以應(yīng)用于有自動進料系統(tǒng)的棒料加工，夾持精度高、范圍大，對于不同直徑的加工件，可更換不同的彈簧夾子，特別適合于薄壁零件的加工，也多用于加工心軸類零件，一般會配合自動送料機以及工補系統(tǒng)，以全自動生產(chǎn)為主，產(chǎn)能高且可減少人工成本。彈簧夾頭常分為圓形、正四方形、六角形等，可以夾持圓棒料、四方料、六角棒料。,通用夾具及應(yīng)用,1.2 夾頭應(yīng)用,,,三爪自定心卡盤和四爪單動卡盤過渡盤用于卡盤和車床主軸的連接，如圖3-10所示，過渡適

13、用于GB/T4346～4347—1984規(guī)定的三爪自定心卡盤。表3-1所示為三爪自定心卡盤用過渡盤的結(jié)構(gòu)尺寸。圖3-11所示為適用于GB/T5901.1～5901.3—1986規(guī)定的四爪單動卡盤。表3-2所示為四爪自定心卡盤用過渡盤的結(jié)構(gòu)尺寸。,通用夾具及應(yīng)用,1.3 過渡盤的應(yīng)用,,,圖3-10 三爪自定心卡盤用過渡盤結(jié)構(gòu) 圖3-11 四爪自定心卡盤用過渡盤結(jié)構(gòu),較長的（長徑比L/D = 4～1

14、0）或加工工序較多的軸類工件，為保證工件同軸度要求，常采用兩頂尖加撥盤安裝定位。工件裝夾在前、后頂尖之間，由卡箍（又稱雞心夾頭）、撥盤帶動工件旋轉(zhuǎn)，如圖3-12所示。前頂尖裝在主軸錐孔內(nèi)，與主軸一起旋轉(zhuǎn)；后頂尖裝在尾架錐孔內(nèi)固定不轉(zhuǎn)。有時亦可用三爪卡盤代替撥盤，此時前頂尖用一段鋼棒車成，夾在三爪卡盤上，卡盤的卡爪通過雞心夾頭帶動工件旋轉(zhuǎn)。常見撥盤結(jié)構(gòu)如圖3-13所示，撥盤尺寸如表3-3所示。,通用夾具及應(yīng)用,1.4 撥盤的應(yīng)用,在車削

15、形狀不規(guī)則或大而薄的工件時，三爪、四爪卡盤或頂尖都無法裝夾，可以用花盤進行裝夾?；ūP結(jié)構(gòu)如圖3-14所示，其結(jié)構(gòu)尺寸如表3-4所示?；ūP工作面上有許多長短不等的徑向?qū)Р郏褂脮r配以角鐵、壓塊、螺栓、螺母、墊塊、平衡鐵等，可將工件裝夾在盤面上。安裝時，按工件的劃線痕進行找正，同時要注意重心的平衡，以防止旋轉(zhuǎn)時產(chǎn)生震動。,通用夾具及應(yīng)用,1.5 花盤的應(yīng)用,當零件加工的平面相對于安裝平面有平行度要求或加工的孔和外圓的軸線相對于安裝平面有垂

16、直度要求時，則可以把工件用壓板、螺栓安裝在花盤上再進行加工，如圖3-15所示。當零件上需加工的平面相對于安裝平面有垂直度要求或需加工的孔和外圓的軸線相對于安裝平面有平行度要求時，則可以用花盤、角鐵（彎板）安裝工件。角鐵要有一定的剛度，用于貼靠花盤及安放工件的兩個平面，應(yīng)有較高的垂直度。,車削細長軸（長徑比L/D>25）時，為了防止工件受徑向切削力的作用而產(chǎn)生彎曲變形，常用中心架或跟刀架作為輔助支承，以增加工件剛性。1．中心架

17、中心架固定在床身導(dǎo)軌上使用，有3個獨立移動的支承爪，并可用緊固螺釘予以固定。使用時，將工件安裝在前、后頂尖上，先在工件支承部位精車一段光滑表面，再將中心架緊固于導(dǎo)軌的適當位置，最后調(diào)整3個支承爪，使之與工件支承面接觸，松緊適宜。中心架的應(yīng)用有如下兩種情況：（1）加工細長階梯軸的各外圓。一般將中心架支承在軸的中間部位，先車右端各外圓，調(diào)頭后再車另一端的外圓。圖3-16所示為中心架裝夾工件車外圓。（2）加工長軸或長筒的端面以及端部的孔

18、和螺紋?？捎每ūP夾持工件左端，用中心架支承右端。圖3-17所示為中心架裝夾工件車端面。,通用夾具及應(yīng)用,1.6 中心架和跟刀架的應(yīng)用,2．跟刀架跟刀架固定在大拖板側(cè)面上，跟隨刀架縱向運動。跟刀架有2個或3個支承爪，緊跟在車刀后面起輔助支承作用。因此，跟刀架主要用于不允許接刀的細長軸的加工，如絲杠、光杠等。圖3-18、圖3-19所示分別為跟刀架支承工件車外圓和跟刀架支承車削細長軸示意圖。使用跟刀架需先在工件右端車削一段外圓，根據(jù)外圓調(diào)整

19、支承爪的位置和松緊，壓力要適當，否則會產(chǎn)生震動或車削成竹節(jié)形或螺旋形。,通用夾具及應(yīng)用,1.6 中心架和跟刀架的應(yīng)用,中心架裝夾工件車外圓 中心架裝夾工件車端面,跟刀架裝夾工件車外圓,分度頭是銑床，特別是萬能銑床的重要附件。分度頭安裝在銑床工作臺上，被加工工件支承在分度頭主軸頂尖與尾座頂尖之間或夾持在卡盤上，可以完成下列工作。使工件周期地繞自身軸線回轉(zhuǎn)一定角度，完成等分或不等分的圓周分度工作，如加工方頭、六角頭、齒輪、花鍵等。

20、通過配換掛輪，由分度頭帶動工件連續(xù)轉(zhuǎn)動，并與工作臺的縱向進給運動相配合，以加工螺旋齒輪、螺旋槽、阿基米德螺旋線凸輪等。用卡盤夾持工件，使工件軸線相對于銑床工作臺傾斜一定角度，以加工與工件軸線相交成一定角度的平面、溝槽等。因此，分度頭在單件、小批生產(chǎn)中得到了普遍應(yīng)用。分度頭有直接分度頭、萬能分度頭、光學(xué)分度頭等類型，其中以萬能分度頭最為常用。常見的萬能分度頭有FW125、FW200、FW250、FW300等幾種，代號中F代表分度頭，

21、W代表萬能型，后面的數(shù)字代表最大回轉(zhuǎn)直徑，其單位為mm。,通用夾具及應(yīng)用,1.7 分度頭應(yīng)用,1．萬能分度頭的主要結(jié)構(gòu) 萬能分度頭自帶有掛輪架、交換齒輪、尾架、頂尖、撥叉、千斤頂、分度盤、三爪卡盤、法蘭盤等附件。其主軸可在垂直平面內(nèi)旋轉(zhuǎn)（?5°～95°）以滿足多種工作的需要。主要結(jié)構(gòu)如圖3-20所示。,通用夾具及應(yīng)用,1.7 分度頭應(yīng)用,2．萬能分度頭的使用 使用分度頭進行分度的方法有：直接分度、角度分度、簡

22、單分度、差動分度等。（1）直接分度。當分度精度要求較低或分度數(shù)較少時，可根據(jù)主軸上的刻度和本體上的游標直接讀數(shù)進行分度。分度前須將分度盤軸套鎖緊螺釘鎖緊脫開脫落蝸桿手柄，松開主軸鎖緊手柄。切削時必須鎖緊主軸鎖緊手柄后方可進行切削。（2）角度分度。當需分度的零件在圖樣上以角度值表示分時，可直接利用分度盤活角度表按所需角度進行分度。分度手柄帶動分度盤每旋轉(zhuǎn)一周，分度頭主軸轉(zhuǎn)過1/40轉(zhuǎn)，即分度值為9°。分度前須將分度盤軸套鎖緊

23、螺釘鎖緊。（3）簡單分度。簡單分度是最常用的分度方法。它利用分度盤上不同的孔數(shù)和定位銷，通過計算來實現(xiàn)工件所需的等分數(shù)。,通用夾具及應(yīng)用,1.7 分度頭應(yīng)用,計算方法如下: n =式中：n —定位銷（即分度手柄）的轉(zhuǎn)數(shù)；   Z —工件所需等分數(shù)。若計算值含分數(shù)，則在分度盤中選擇具有該分母整數(shù)倍的孔圈數(shù)。例：用分度頭銑齒數(shù)Z為36的直齒輪。n =

24、在分度盤中找到孔數(shù)為9×6=54的孔圈，代入上式：n = 操作方法:先將分度盤軸套鎖緊螺釘鎖緊，再將定位銷調(diào)整到54孔數(shù)的孔圈上，調(diào)整扇形撥叉含有6個孔距。此時，轉(zhuǎn)動手柄使定位銷旋轉(zhuǎn)一圈再轉(zhuǎn)過6個孔距。試計算：等分數(shù)為12的分度頭操作方法。,通用夾具及應(yīng)用,1.7 分度頭應(yīng)用,,,,1．平口虎鉗的結(jié)構(gòu) 平口虎鉗是銑床常用夾具，其規(guī)格以鉗口的寬度來表示，常用的有100mm、125mm、150mm 3種。平口

25、虎鉗的種類很多，有固定式、回轉(zhuǎn)式、自定心、Ｖ型、手動液壓等。其中固定式和回轉(zhuǎn)式應(yīng)用最為廣泛，適于裝夾形狀規(guī)則的小型工件。機用虎鉗的鉗口可以制成多種形式，更換不同形式的鉗口可擴大機床用平口虎鉗的使用范圍，如圖3-21所示。,通用夾具及應(yīng)用,1.8 平口虎鉗應(yīng)用,2．平口虎鉗的應(yīng)用機用虎鉗裝夾的最大優(yōu)點是快捷方便，但夾持范圍不大。應(yīng)用機用虎鉗時，應(yīng)注意以下幾點：① 隨時清理切屑及油污、保持虎鉗導(dǎo)軌面的潤滑與清潔。② 維護好固定鉗口并以

26、其為基準，要保證機用虎鉗的正確位置。當機用虎鉗底面沒有定位鍵時，應(yīng)該使用百分表找正固定鉗口面。③ 為使夾緊可靠，盡量使工件與鉗口工作面接觸面積大些，應(yīng)用中間均等部位。④ 裝夾工件不宜高出鉗口過多，必要時可在兩鉗口處加適當厚度的墊板。 ⑤ 要確定適當?shù)膴A緊力，不可過小，也不能過大。不允許任意加長虎鉗手柄。⑥ 在銑削時，應(yīng)盡量使切削中的水平分力的方向指向固定鉗口。⑦ 避免在夾緊時虎鉗單邊受力，必要時還要輔加支承墊鐵。⑧ 夾持工件

27、時，應(yīng)在工件與鉗口間加墊片，以防止劃傷工件表面或鉗口。墊片可用銅或鋁等軟質(zhì)材料制作。⑨ 為提高萬能（回轉(zhuǎn)式）虎鉗的剛性，增加切削穩(wěn)定性，可將虎鉗底座取下，把虎鉗直接固定在工作臺上。,通用夾具及應(yīng)用,1.8 平口虎鉗應(yīng)用,通用夾具及應(yīng)用,1.9 回轉(zhuǎn)工作臺應(yīng)用,回轉(zhuǎn)工作臺是銑床上的主要裝夾具之一，它可以輔助銑床完成各種曲面零件，如各種齒輪的曲線、零件上的圓弧等，以及需要分度零件，如齒輪、多邊形等的銑削和分度刻線等零件，又應(yīng)用于插床和刨

28、床以及其他機床。,數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺以水平方式安裝于銑床或加工中心工作臺面上，工作時利用主機的控制系統(tǒng)或?qū)ｉT配套的控制系統(tǒng)，完成與主機相協(xié)調(diào)的各種加工的分度回轉(zhuǎn)運動?，F(xiàn)在也將其安裝在機床工作臺上配置第四軸伺服電機。通過與X、Y、Z三軸的聯(lián)動來完成被加工零件上的孔、槽及特殊曲線的加工。常見普通機床和數(shù)控機床用回轉(zhuǎn)工作臺如圖3-22所示。,吸盤主要適用于磨床、車床、鉗工劃線等吸持工件加工。常用的永磁吸盤和電磁吸盤分別如圖3-23和圖3-24所示

29、。各類吸盤的共同特點是磁盤在結(jié)構(gòu)上有收集磁盤空間和機床床身彌散磁力線的功能，從而使磁盤的側(cè)面、端面、頂面都有吸持工件的能力，利用導(dǎo)磁元件實現(xiàn)異形工件定位，特別適合加工模具使用。,通用夾具及應(yīng)用,1.10 吸盤應(yīng)用,專用夾具是指為某一工件的某一道工序?qū)ｉT設(shè)計、制造的夾具。這類夾具的特點是針對性強，結(jié)構(gòu)緊湊，操作簡便，生產(chǎn)效率高；其缺點是設(shè)計制造周期長，產(chǎn)品更新?lián)Q代后，只要該零件尺寸形狀變化，夾具即報廢。,2 專用夾具及應(yīng)用,認識常用夾具

30、,認識定位和夾緊,1．設(shè)計基準 零件設(shè)計圖樣上所采用的基準稱為設(shè)計基準。它是設(shè)計圖樣上標注尺寸公差、位置公差的始點。圖3-25（a）所示為支承塊零件，根據(jù)圖樣上的尺寸標注，該零件上幾何要素平面2和平面3的設(shè)計基準是平面1；平面5和平面6的設(shè)計基準是平面4；孔7的設(shè)計基準是平面1和平面4。圖3-25（b）所示為鉆套零件，各外圓和內(nèi)孔的設(shè)計基準是鉆套的軸心線；端面B是端面A、C的設(shè)計基準；內(nèi)孔表面D的軸心線是? 40h6外圓徑

31、向跳動公差的設(shè)計基準。,2 專用夾具及應(yīng)用,2.1 基準及其分類,工件是個幾何形體，它由一些幾何要素（如點、線、面）所構(gòu)成。將用來確定加工對象上幾何要素間的幾何關(guān)系（如尺寸距離、平行度、垂直度、同軸度等）所依據(jù)的那些點、線、面稱為基準?；鶞士煞譃樵O(shè)計基準和工藝基準兩大類。,（1）定位基準。在加工中用作定位的基準稱定位基準。它是工件上與夾具定位元件直接接觸的點、線或面。圖3-25（a）所示的零件，加工平面3和6時是通過平面1和4放在夾具上

32、定位的，所以，平面1和4是加工平面3和6的定位基準。定位基準又分為粗基準和精基準。作為定位基準的表面，若是未經(jīng)加工過的表面，則稱為粗基準；若是經(jīng)加工過的表面，稱為精基準。,2 專用夾具及應(yīng)用,2.1 基準及其分類,2．工藝基準 零件在工藝過程中所采用的基準稱為工藝基準。工藝基準按用途不同，又分為裝配基準、測量基準、工序基準和定位基準。,（2）工序基準。在工序圖上用來確定本工序所加工表面加工后的尺寸、形狀及位置的基準，稱為工序基準。圖

33、3-25（a）所示的零件，加工平面3時按尺寸H2進行加工，則平面1即為工序基準，此時尺寸H2為工序尺寸；工序尺寸是指某工序加工應(yīng)達到的尺寸。（3）測量基準。測量零件時所采用的基準稱為測量基準。對于鉆套零件，如圖3-25（b）所示，檢測B面端面跳動和? 40h6外圓徑向跳動，測量方法如圖3-26（b）所示。該檢測過程中，鉆套內(nèi)孔是檢驗表面B端面跳動的測量基準，也是? 40h6外圓徑向跳動的測量基準。采用圖3-26（a

34、）所示的測量方法時，表面B是檢驗長度尺寸L和l的測量基準。（4）裝配基準。裝配時用以確定零件或部件在產(chǎn)品中的位置所采用的基準，稱為裝配基準。圖3-25（b）所示的鉆套，其裝配位置如圖3-27所示，顯然，鉆套上的? 40h6外圓柱面及臺階面B確定了鉆套在產(chǎn)品中的位置，即? 40h6外圓柱面及臺階面B是鉆套的裝配基準。,2 專用夾具及應(yīng)用,2.1 基準及其分類,1．工件的自由度 任何一個位置尚未確定的工件，均具有6個

35、自由度，如圖3-28（a）所示。在空間直角坐標系中，工件可沿X、Y、Z軸有不同的位置，如圖3-28（b）所示；也可以繞X、Y、Z軸回轉(zhuǎn)方向有不同的位置，如圖3-28（c）所示。這種工件位置的不確定性，通常稱為自由度。沿空間3個直角坐標軸X、Y、Z方向的移動和繞它們轉(zhuǎn)動的自由度分別以 、 、 和 、 、 表示。要使工件在機床夾具中正確定位，必須限制或約束工件的這些自由度。,2 專用夾具及應(yīng)用,.2.2 工件的定位原理及作用,使工件在夾具上

36、迅速得到正確位置的方法叫定位，工件上用來定位的各表面叫定位基準面；在夾具上用來支持工件定位基準面的表面叫支承面。基準面的選定應(yīng)盡可能與工件的原始基準重合，以減少定位誤差。工件的定位要符合六點定位原理。,2．六點定位原理 定位，就是限制自由度。用合理設(shè)置的6個支承點，限制工件的6個自由度，使工件在夾具中的位置完全確定，這就是工件定位的“六點定位原理”。在夾具上布置了6個支承點，當工件基準面靠緊在這6個支承點上時，就限制了它的全部自由度

37、。在圖3-29所示的長方體上定位時，工件底面緊貼在3個不共線的支承點1、2、3上，限制了工件的 、 、 3個自由度；工件側(cè)面緊靠在支承點4、5上，限制了 、 2個自由度；工件的端面緊靠在支承點6上，限制了 自由度，實現(xiàn)了工件的完全定位。,2 專用夾具及應(yīng)用,.2.2 工件的定位原理及作用,3．定位元件 在圖3-29所示的定位方案中，按六點定位原則布置支承點，設(shè)置了6個支承釘作為定位元件，在實際夾具結(jié)構(gòu)中支承點是以定位元件來體現(xiàn)的。例如

38、，在盤類工件上鉆孔，其工序圖如圖3-30（a）所示。按六點定位原則在夾具上布置了6個支承點，如圖3-30（b）所示，工件端面緊貼在支承點1、2、3上，限制了 3個自由度；工件內(nèi)孔緊靠支承點4、5，限制了兩個自由度；鍵槽側(cè)面靠在支承點6上，限制了一個自由度，實現(xiàn)了工件的完全定位。實際的夾具結(jié)構(gòu)如圖3-30（c）所示，夾具上以臺階面A代替1、2、3等式3個支承點，限制了3個自由度；短銷B代替4、5兩個支承點，限制了 兩個自由度；插入鍵槽中的

39、防轉(zhuǎn)銷C代替支承點6，限制了一個自由度。,2 專用夾具及應(yīng)用,.2.2 工件的定位原理及作用,4．工件的定位 （1）完全定位。工件的6個自由度因全部被夾具中的定位元件所限制而在夾具中占有完全確定的唯一位置，稱為完全定位。（2）不完全定位。根據(jù)工件加工表面的不同加工要求，定位支承點的數(shù)目可以少于6個。有些自由度對加工要求有影響，有些自由度對加工要求無影響，這種定位情況稱為不完全定位。不完全定位是允許的。,2 專用夾具及應(yīng)用,.2.2

40、工件的定位原理及作用,在車床上加工軸的通孔，使用三爪卡盤夾外圓，限制工件的4個自由度，采用四點定位可以滿足加工要求，如圖3-31（a）所示。工件在平面磨床上采用電磁工作臺裝夾磨平面，且只有厚度及平行度要求，故只用三點定位，如圖3-31（b）所示。,（3）欠定位。按照加工要求，應(yīng)該限制的自由度沒有被限制的定位稱為欠定位。欠定位是不允許的，因為欠定位保證不了加工要求。如圖3-30（a）所示，鉆孔工序按工序尺寸要求，需要采用完全定位，如果夾

41、具定位中無防轉(zhuǎn)銷4，僅限制工件的5個自由度，工件繞Y軸回轉(zhuǎn)方向上的位置將不確定，則屬于欠定位，鉆出孔的位置與鍵槽不能達到對稱要求，這是不允許的。（4）過定位。夾具上的兩個或兩個以上的定位元件，重復(fù)限制工件的同一個或幾個自由度的現(xiàn)象，稱為過定位。過定位會導(dǎo)致重復(fù)限制同一個自由度的定位支承點之間產(chǎn)生干涉現(xiàn)象，從而導(dǎo)致定位不穩(wěn)定，破壞定位精度。,2 專用夾具及應(yīng)用,.2.2 工件的定位原理及作用,實際生產(chǎn)應(yīng)用中，過定位并不是必須完全避免的。

42、有時因為要加強工件剛性或者特殊原因，必須使用過定位元件。常見的定位元件限制的自由度如表3-6所示。,1．工件以平面定位 工件用平面定位作為定位基面時，所用定位元件根據(jù)其是否起限制自由度作用、能否調(diào)整等情況分為以下幾種。（1）固定支承。屬于固定支承的定位元件有支承釘和支承板，分別如圖3-33和圖3-34所示。,2 專用夾具及應(yīng)用,2.3 常用定位方法及定位元件的應(yīng)用,圖3-33 支承釘,圖3-34 支承板,采用支承釘或支承板做定位

43、基準時，必須保證其裝配后定位基準表面等高。一般采用將支承釘、支承板裝配于夾具體后，再磨削各支承釘、支承板定位工作面，以保證它們在同一平面上。,（2）可調(diào)支承。可調(diào)支承是指高度可以調(diào)整的支承，如圖3-35所示。當夾具支承的高度要求能夠調(diào)整時，可采用可調(diào)支承。可調(diào)支承常用于鑄件毛坯、以粗基準定位的場合。由于鑄件毛坯間尺寸有變化，如果采用固定支承會影響加工質(zhì)量。將某個固定支承改為可調(diào)支承，根據(jù)毛坯的實際尺寸大小，調(diào)整夾具支承位置，避免引起工序

44、余量變化，有利于保證工件加工的尺寸。例如，銑削加工箱體工件平面B工序，采用夾具如圖3-36所示，用可調(diào)支承對A面位置進行調(diào)整，調(diào)整尺寸H1和H2，確?？椎挠嗔烤鶆颉?2 專用夾具及應(yīng)用,2.3 常用定位方法及定位元件的應(yīng)用,圖3-35 可調(diào)支承 圖3-36 加工箱體可調(diào)支承應(yīng)用,（3）自位支承（或浮動支承）。自位支承是指支承本身的位置在定位過程中，能自適應(yīng)工件定位基準面位置變化的一類支承，

45、如圖3-38所示。,2 專用夾具及應(yīng)用,2.3 常用定位方法及定位元件的應(yīng)用,（4）輔助支承。在生產(chǎn)中，有時為了提高工件的安裝剛度和定位穩(wěn)定性，常采用輔助支承。圖3-39所示為階梯零件，當用平面1定位銑平面2時，于工件右部底面增設(shè)輔助支承3，可避免加工過程中工件的變形。,2．工件以圓孔定位 有些工件如套筒、法蘭盤、撥叉等以孔作定位基準面，常用定位元件有定位圓柱銷、定位心軸等。（1）圓柱定位銷。圓柱定位銷的結(jié)構(gòu)類型如圖3-40所示。,

46、2 專用夾具及應(yīng)用,2.3 常用定位方法及定位元件的應(yīng)用,當工作部分直徑D<10mm時，為增加剛度，避免定位銷因撞擊而折斷或熱處理時淬裂，通常把根部倒成圓角R。夾具體上應(yīng)有沉孔，使定位銷圓角部分沉入孔內(nèi)而不影響定位，如圖3-40（a）所示。為了便于工件順利裝入，定位銷的頭部應(yīng)有15°倒角，如圖3-40（b）所示。圖3-40（a）、（b）、（c）是將定位銷直接壓入夾具體中，圖3-40（d）是用螺栓經(jīng)中間套與夾具配合，以

47、便于大批量生產(chǎn)時更換定位銷。,（2）圓錐銷。生產(chǎn)中工件以圓柱孔在圓錐銷上定位的情況也是常見的，如圖3-41所示。這時以孔端與錐銷接觸，限制了工件的3個自由度。圖3-41（a）圓錐銷用于圓孔邊緣形狀精度較差時，即是粗基準；圖3-41（b）圓錐銷用于圓孔邊緣形狀精度較好時，即是精基準；圖3-41（c）圓錐銷用于平面和圓孔邊緣同時定位。,2 專用夾具及應(yīng)用,2.3 常用定位方法及定位元件的應(yīng)用,（3）圓柱心軸。心軸主要用在車、銑、磨、齒輪加工

48、等機床上加工套筒類和盤類零件。圖3-42所示為常用的幾種心軸結(jié)構(gòu)形式。心軸在機床上的安裝方式如圖3-43所示。,2 專用夾具及應(yīng)用,2.3 常用定位方法及定位元件的應(yīng)用,圖3-42 圓柱心軸,圖3-43 心軸在機床上的安裝方式,3．工件以外圓柱面定位 工件以外圓柱面作定位基面時，常用定位元件有V形塊、圓孔、半圓孔、圓錐孔及定心夾緊裝置。其中，最常用的是在V形塊定位和在圓孔中定位，現(xiàn)簡介如下。,2 專用夾具及應(yīng)用,2.3 常用定位方

49、法及定位元件的應(yīng)用,（1）V形塊定位。V形塊定位如圖3-44所示。其優(yōu)點是對中性好，即能使工件的定位基準軸線對中在V形塊兩斜面的對稱平面上，而不受定位基準直徑誤差的影響，且安裝方便。V形塊的典型結(jié)構(gòu)和尺寸均已標準化，V形塊上兩斜面間的夾角?一般選用60°、90°和120°，以90°應(yīng)用最廣。當應(yīng)用非標準V形塊時，可按圖3-44進行計算。,V形塊基本尺寸有：D—標準心軸直徑，即工件定位用的外圓直徑

50、；H—V形塊高度；N—V形塊的開口尺寸；T—對標準心軸而言，是V形塊的標準高度，通常用作檢驗；? —V形塊兩工作斜面間的夾角。設(shè)計V形塊應(yīng)根據(jù)所需定位的外圓直徑D計算，先設(shè)定?、N和H值，再求T值。T值必須標注，以便于加工和檢驗，其值計算如下：T = H+ 式中，尺寸H：對于大直徑工件，H≤0.5D；對于小直徑工件，H≤1.2D。尺寸N：當? = 90°，N&#

51、160;= (1.09～1.13)D。當? = 120°，N = (1.45～1.52)D。,2 專用夾具及應(yīng)用,2.3 常用定位方法及定位元件的應(yīng)用,,V形塊又有固定式和活動式之分。固定V形塊根據(jù)工件與V形塊的接觸母線長度，相對接觸較長時，限制工件的4個自由度；相對接觸較短時，限制工件的2個自由度?；顒覸形塊的應(yīng)用如圖3-46所示。圖3-46（a）所示為活動V形塊限制工件在Y

52、方向上的移動自由度的示意圖。圖3-46（b）所示為加工連桿孔的定位方式，活動V形塊限制一個轉(zhuǎn)動自由度，用以補償因毛坯尺寸變化而對定位的影響。活動V形塊除定位外，還兼有夾緊作用。,2 專用夾具及應(yīng)用,2.3 常用定位方法及定位元件的應(yīng)用,圖3-46 活動V形塊的應(yīng)用,圖3-45 V形塊結(jié)構(gòu),圖3-45所示為常用的V形塊結(jié)構(gòu)。（a）短的精基準定位；（b）長的粗基準定位；（c）兩段精基準面相距較遠的場合。（d）采用鑄鐵底座鑲淬火鋼墊。,4

53、．組合定位生產(chǎn)中工件往往不能用單一定位元件或單個表面解決定位問題，而是以兩個或兩個以上的表面同時定位的，即采取組合定位方式。組合定位的方式很多，生產(chǎn)中最常用的就是“一面兩孔”定位，如加工箱體、杠桿、蓋板等。這種定位方式簡單、可靠、夾緊方便，易于做到工藝過程中的基準統(tǒng)一，保證工件的相互位置精度。,2 專用夾具及應(yīng)用,2.3 常用定位方法及定位元件的應(yīng)用,圖3-48所示為某箱體鉆孔工序夾具中以一面兩孔定位的示意圖。支承板限制工件的3個自由

54、度，短圓柱銷限制工件的2個自由度，短圓柱銷2限制工件的2個自由度，可見兩個圓柱銷重復(fù)限制了工件自由度，產(chǎn)生過定位現(xiàn)象，嚴重時將不能安裝工件?？砂讯ㄎ讳N2上與工件孔壁相碰的那部分削去，即做成削邊銷。圖3-50所示為削邊銷結(jié)構(gòu)圖。,1．夾緊裝置的組成及基本要求機械加工過程中，工件受到切削力、工件重力、離心力、慣性力等的作用，會產(chǎn)生震動或位移，為使工件保持由定位元件所確定的位置，必須把工件夾緊。夾緊裝置組成的示意圖，如圖3-51所示。（

55、1）夾緊裝置的組成。① 力源裝置。產(chǎn)生夾緊作用力的裝置稱為力源裝置，對機動夾緊機構(gòu)來說，是指氣動、液壓、電力等動力裝置，如圖3-51中的液壓缸。對于手動夾緊來說，力源來自人力。② 中間傳動機構(gòu)。中間傳動機構(gòu)是把力源裝置產(chǎn)生的力傳給夾緊元件的機構(gòu)，如圖3-51中的鉸鏈、杠桿、活塞。它改變夾緊力的大小和方向，將原始力增大；同時具有自鎖功能，保證夾具在力源消失以后，仍能可靠地夾緊工件，確保安全加工。③ 夾緊元件。夾緊元件是夾緊裝置的最終

56、執(zhí)行元件，它與工件直接接觸，把工件夾緊，如圖3-51中的壓板。,2 專用夾具及應(yīng)用,2.4 工件夾緊裝置及應(yīng)用,1—壓板 2—鉸鏈和杠桿 3—活塞桿 4—液壓缸 5—活塞,（2）對夾緊裝置的基本要求。夾緊裝置應(yīng)能保證加工質(zhì)量，提高勞動生產(chǎn)率，降低加工成本和確保工人的生產(chǎn)安全。對夾緊裝置的基本要求如下。① 夾緊時不能破壞工件在夾具中占有的正確位置。② 夾緊力的大小要適當，既要保證工件在加工過程中位置不變，不產(chǎn)生松動、震

57、動，同時還要盡量避免和減小工件的夾緊變形及對夾緊表面的損傷。③ 夾緊裝置要操作方便，夾緊迅速、省力。大批量生產(chǎn)中應(yīng)盡可能采用氣動、液動夾緊裝置，以減輕工人的勞動強度和提高生產(chǎn)率。在小批量生產(chǎn)中，采用結(jié)構(gòu)簡單的螺釘壓板時，也要盡量縮短輔助時間。④ 結(jié)構(gòu)要緊湊簡單，有良好的結(jié)構(gòu)工藝性，盡量使用標準件。應(yīng)有良好的自鎖性。,2 專用夾具及應(yīng)用,2.4 工件夾緊裝置及應(yīng)用,2．夾緊力的確定 確定夾緊力是確定夾緊力的大小、方向和作用點。在確定

58、夾緊力的三要素時要分析工件的結(jié)構(gòu)特點、加工要求、切削力及其他作用外力。（1）夾緊力方向的確定：,2 專用夾具及應(yīng)用,2.4 工件夾緊裝置及應(yīng)用,① 夾緊力方向應(yīng)垂直于主要定位基準面。② 夾緊力應(yīng)朝向工件剛性較好的方向，使工件變形盡可能小。,③ 夾緊力的方向應(yīng)使所需夾緊力最小。夾緊力最好與切削力、工件重力方向一致，這樣既可減小夾緊力，又可縮小夾緊裝置的結(jié)構(gòu)。,（2）夾緊力作用點的選擇。選擇作用點的問題是指在夾緊方向已定的情況下確定夾緊

59、力作用點的位置和數(shù)目。合理選擇夾緊力作用點必須注意以下幾點：,2 專用夾具及應(yīng)用,2.4 工件夾緊裝置及應(yīng)用,① 夾緊力作用點應(yīng)落在定位元件上或定位元件所形成的支承區(qū)域內(nèi)。,② 作用點應(yīng)作用在工件剛性較好的部位。應(yīng)盡量避免或減少工件的夾緊變形，這一點對薄壁工件更顯得重要。,③ 夾緊力作用點應(yīng)盡可能靠近加工面。這可以減小切削力對夾緊點的力矩，從而減輕工件的震動。,（3）夾緊力大小的確定。在夾緊力的方向、作用點確定之后，必須確定夾緊力的大小

60、。夾緊力過小，難以保證工件定位的穩(wěn)定性和加工質(zhì)量；夾緊力過大，將不必要地增大夾緊裝置等的規(guī)格、尺寸，還會使夾緊系統(tǒng)的變形增大，從而影響加工質(zhì)量。特別是機動夾緊時，應(yīng)計算夾緊力的大小。夾緊力三要素的確定實際是一個綜合性問題。必須全面考慮工件的結(jié)構(gòu)特點、工藝方法、定位元件的結(jié)構(gòu)和布置等多種因素，才能最后確定并具體設(shè)計出較為理想的夾緊機構(gòu)。,2 專用夾具及應(yīng)用,2.4 工件夾緊裝置及應(yīng)用,3．典型夾緊機構(gòu) 夾緊機構(gòu)是將力源的作用力轉(zhuǎn)化為夾

61、緊力的機構(gòu)，是夾緊裝置的重要組成部分。在夾具的各種夾緊機構(gòu)中，斜楔、螺旋、偏心、鉸鏈以及由它們組合而成的各種機構(gòu)應(yīng)用最為普遍。,2 專用夾具及應(yīng)用,2.4 工件夾緊裝置及應(yīng)用,圖3-57 斜楔夾緊機構(gòu)1—夾具體 2—斜楔 3—工件,圖3-58 單螺旋夾緊機構(gòu)1—螺桿 2—螺母套 3—止動銷 4—壓塊,2 專用夾具及應(yīng)用,2.4 工件夾緊裝置及應(yīng)用,圖3-60 圓偏心夾緊機構(gòu)1—墊板 2—手柄 3—偏心輪 4—

62、心軸 5—壓板,圖3-59 螺釘壓板夾緊機構(gòu),（4）定心夾緊機構(gòu)。定心夾緊機構(gòu)是夾具中一種具有定心作用的夾緊機構(gòu)。它在工作過程中能同時實現(xiàn)工件定心（對中）和夾緊，如三爪自定心卡盤。,2 專用夾具及應(yīng)用,2.5 專用夾具應(yīng)用實例,圖3-61 花盤角鐵式車床夾具,圖3-62 車氣門桿的角鐵式車床夾具,圖3-63 銑鍵槽的簡易專用夾具,圖3-69 翻轉(zhuǎn)式鉆模,2 專用夾具及應(yīng)用,2.5 專用夾具應(yīng)用實例,圖3-64 料倉式銑床夾

63、具,圖3-65 蓋板式平面銑夾具,2 專用夾具及應(yīng)用,2.5 專用夾具應(yīng)用實例,圖3-66 固定式鉆模1—鉤形墊圈 2—螺桿 3—定位法蘭 4—定位鍵 5—鉆套 6—螺母 7—夾具體 8—鉆模板 9—螺母,圖3-70 翻轉(zhuǎn)式鉆模1—鉆模板 2—定位銷 3—擺動壓塊,在確定工件裝夾方案時，要根據(jù)工件上已選定的定位基準確定工件的定位夾緊方式，并選擇合適的夾具。此時，主要考慮以下幾點。（1）減少刀具干涉。避免夾

64、具結(jié)構(gòu)對刀具運動軌跡的干涉。（2）必須保證最小的夾緊變形。要防止工件夾緊變形而影響加工精度。（3）要求夾具裝卸工件方便，輔助時間盡量短。。（4）多件同時裝夾，提高效率。（5）夾具結(jié)構(gòu)應(yīng)力求簡單。對批量小的零件應(yīng)優(yōu)先選用拼裝夾具。對形狀簡單的單件小批生產(chǎn)的零件，可選用通用夾具，如三爪卡盤、平口鉗等。對批量較大，且周期性投產(chǎn)，加工精度要求較高的關(guān)鍵工序才設(shè)計專用夾具，以保證加工精度和提高生產(chǎn)效率。（6）夾具應(yīng)便于在機床工作臺上裝夾

65、。,3 數(shù)控加工中常用夾具,1 在數(shù)控加工中對工件裝夾的要求,1．數(shù)控車床夾具 數(shù)控車床夾具主要有三爪自定心卡盤、四爪單動卡盤、花盤等。詳見3.1節(jié)。2．數(shù)控銑床、加工中心使用的夾具 （1）平口虎鉗（見3.1.8小節(jié)）。（2）使用壓板-T形螺釘固定工件。利用Ｔ形螺釘和壓板通過機床工作臺Ｔ形槽，可以把工件、夾具或其他機床附件固定在工作臺上。使用T形螺釘和壓板固定工件如圖3-75所示。此時應(yīng)注意以下各點。,3 數(shù)控加工中常用夾具,3

66、.2 數(shù)控加工常用通用夾具及其應(yīng)用,（3）彎板的使用。彎板（或稱角鐵）主要用來固定長度、寬度較大，而且厚度較小的工件。圖3-76所示為利用彎板裝夾工件的示例。使用彎板時應(yīng)注意如下幾點：① 彎板在工作臺上的固定位置必須正確，彎板的立面必須與工作臺臺面相垂直。② 工件與彎板立面的安裝接觸面積應(yīng)盡量大。③ 夾緊工件時，應(yīng)盡可能多地使用螺栓壓板或弓形夾。（4）Ｖ形塊的使用（詳見2.3小節(jié)）。,3 數(shù)控加工中常用夾具,3.2 數(shù)控加工常

67、用通用夾具及其應(yīng)用,組合夾具是由可以循環(huán)使用的標準的夾具零部件組裝成容易聯(lián)接和拆卸夾具。組合夾具的柔性大，適于單件小批生產(chǎn)，是一種標準化、系列化、通用化程度高的工藝裝備。1．組合夾具元件組成 組合夾具元件按其用途不同，可分為以下8大類。（1）基礎(chǔ)件。包括各種規(guī)格尺寸的方形、矩形、圓形基礎(chǔ)板和基礎(chǔ)角鐵等，基礎(chǔ)件主要用作夾具體，如圖3-77所示。,3 數(shù)控加工中常用夾具,3.3 組合夾具,圖3-77 基礎(chǔ)件,（2）支承件。包括各種規(guī)

68、格的墊片、墊板、方形和矩形支承、角度支承、角鐵、菱形板、V形塊、螺孔板、伸長板等，支承件主要用作不同高度的支承和各種定位支承平面，是夾具體的骨架，如圖3-78所示。,3 數(shù)控加工中常用夾具,3.3 組合夾具,（3）定位件。包括各種定位銷、定位盤、定位鍵、對位軸、各種定位支座、定位支承、鎖孔支承、頂尖等，定位件主要用于確定元件與元件、元件與工件之間的相對位置尺寸，以保證夾具的裝配精度和工件的加工精度。如圖3-79所示。,（4）導(dǎo)向件。包括

69、各種鉆模板、鉆套、鉸套和導(dǎo)向支承等。導(dǎo)向件主要用來確定刀具與工件的相對位置，加工時起到引導(dǎo)刀具的作用。如圖3-80所示。,3 數(shù)控加工中常用夾具,3.3 組合夾具,（5）壓緊件。包括各種形狀尺寸的壓板，主要是將工件夾緊在夾具上，保證工件定位后的正確位置在外力作用下不變動。由于各種壓板的主要表面都經(jīng)過磨光，因此也常作定位擋板、連接板或其他用途，如圖3-81所示。,（6）緊固件。包括各種螺栓、螺釘、螺母和墊圈等，主要用來把夾具上各種元件連接