1、第六章机床夹具设计第一节机床夹具概述第一节机床夹具概述第二节工件的定位和夹具的定位设计第二节工件的定位和夹具的定位设计第三节第三节 工件的夹紧及夹具的夹紧设计工件的夹紧及夹具的夹紧设计第四节机床夹具的其它装置第四节机床夹具的其它装置第五节机床专用夹具的设计方法第五节机床专用夹具的设计方法习题与思考题习题与思考题 第一节：机床夹具概述机床夹具组成定位元件及定位装置 夹紧元件及夹紧装置导向元件 对刀元件及定向元件 夹具体 其它元件及装置机床夹具的类型机床夹具按通用特性划分:通用夹具 专用夹具 可调夹具成组夹具 组合夹具 随行夹具机床夹具按所使用的机床划分车床夹具 铣床夹具 镗床夹具 钻床夹具 磨床
2、夹具 等等 机床夹具按动力源分类手动夹具 气动夹具 液压夹具磁力夹具 真空夹具 离心夹具第二节：工件的定位和夹具的定位设计一、工件的定位一、工件的定位二、常用定位元件及其所能二、常用定位元件及其所能限制的自由度数限制的自由度数三、定位基准及定位元件的三、定位基准及定位元件的合理选择合理选择四、定位设计四、定位设计五、定位误差的分析五、定位误差的分析和计算和计算一、工件的定位一、工件的定位 工件的定位原理：六点定位原理 完全定位：限制工件的六个自由度 不完全定位：需要限制的自由度少于六个 欠定位：需要限制的自由度没有被限制。不能保证加工精度。因而夹具绝对不允许出现欠定位。过定位（重复定位）加工中
3、一般不允许；特殊场合下，对加工有利。支承钉支承钉 支承板支承板 定位销定位销 锥面定位销锥面定位销 V形块形块 定位套定位套锥度芯轴锥度芯轴二、常用定位元件及二、常用定位元件及其限制的自由度数其限制的自由度数支承钉的种类和形状 多用于粗 基准定位（1）支承钉（）支承钉（图示图示）一个支承钉：点定位副两个组合：直线定位副 三个组合：平面定位副支承板的种类和形状（2）支承板（图示）一组支承板：平面定位副，限制三个自由度。一块长支承板：直线定位副，限制两个自由度。（3）定位销）定位销短销短销(图图6-5)：L(0.8 1.2)d限制x、y移动和转动四自由度削边圆柱销削边圆柱销（图（图6-7）补偿工件
4、定位基准与夹具定位元件之间的实际尺寸误差，消除过定位。短削边销限制一个自由度。长削边销限制两个自由度。（4）锥面定位销）锥面定位销（图图6-8）限制x、y、z三个移动自由度。常采用削边锥面定位销用于粗基准孔的定位设计中，一般取90锥顶角。（5）V形块：形块：用于粗基准或精基准 短短V形块（形块（图图a）V形块和工件定位面接触长度小于工件定位直径。限制y、z两移动自由度 长长V形块（形块（图图b）接触长度大于1.52倍工件定位直径。限制y、z移动和转动四自由度。V形角有6090、120三种，90的应用最广。三、定位基准及定位元件的合理选择（一）平面定位基准（一）平面定位基准（二）圆孔定位基准（二
5、）圆孔定位基准（三）外圆柱面定位基准（三）外圆柱面定位基准（四）其它成形面定位基准（四）其它成形面定位基准（一）、平面定位基准（一）、平面定位基准 粗基准定位：粗基准定位：以未经机械加工的平面定位。一般选三个圆头支承钉，呈三角分布（图图6-11）；将以支承钉做成可调整的结构（图图6-12）；自动调节支承：有时定位表面为断续表面、阶梯表面或有某些缺陷时，可将支承钉做成图图6-13所示的浮动支承，自动调节支承的采用，不增加点的定位副数采用辅助支承增加刚度。精基准精基准定位定位：以精基准平面定位选用一组支承板作定位元件。保证足够的支承刚性而无过大的接触面积，且不产生夹紧变形。（二）圆孔定位基准（二）
6、圆孔定位基准粗基准定位：粗基准定位：多采用三点式定心可胀心轴（图图6-14）（一组可胀滑销相当于一个短定位销）精基准定位精基准定位：以加工过的孔定位。均可采用定位销作定位元件。长销（长销（通常为心轴）：包括间隙定位心轴和无间隙定位心轴。多用于较大的孔的定位。短销短销 间隙定位销分为固定式、伸缩式两种间隙定位销分为固定式、伸缩式两种 组合机床生产线上常采用伸缩式间隙定位销；工件质量小或对定位精度要求较高 时，须采用固定式间隙定位销。（三）外圆柱面定位基准（三）外圆柱面定位基准 粗基准定位：粗基准定位：常用三爪卡盘，双V形块定心定位元件。精基准定位：精基准定位：可以采用三爪卡盘、双V形块、间隙定位
7、套、无间隙弹性薄壁套或内锥面定位元件实现定心定位。（四）其它成形面定位基准（四）其它成形面定位基准 常采用双V形块或V形块和其它元件组合的定位元件定位（图6-15）。用V形块实现工件的对中定位。可移动的V形块只限制一个自由度。锥孔：如回转体工件的中心孔四、定位设计 通常工件是由一组定位基准在夹具中定位的，夹具设计的首要任务就是要选择一组合适的定位元件。常见工件的组合基准常见工件的组合基准：一组平面组合基准；一组平面组合基准；平面和曲面的组合基准；平面和曲面的组合基准；平面和孔的组合基准；平面和孔的组合基准；一组孔的组合基准；一组孔的组合基准；例：图6-16 两个平面基准定位设计简图（一）一组平
8、面及平面、曲面组合基准的定位设计（一）一组平面及平面、曲面组合基准的定位设计(1)两个平面基准的定位设计（两个平面基准的定位设计（图图6-16）在长方形工件上加工一个宽度为b的矩形通槽保持尺寸H-H及B。分析：分析：底面M第一定位基准，N面第二定位基准。夹具定位设计夹具定位设计：一组支承板和M面接触形成三个点定位副限制x、y转动自由度和z移动自由度。一块支承板和N面接触，形成线接触，限制y移动自由度和z转动自由度。图6-17定位设计简图(2)平面和曲面组合基准的定位设计平面和曲面组合基准的定位设计例（图图6-17）：在盘形工件钻d孔时分析：分析：工件底平面为第一定位基准，圆柱面为第二定位基准。
9、夹具定位设计夹具定位设计 一组支承板与工件底平面接触形成面定位副，限制x、y转动自由度和z移动自由度，圆柱面定位限制x、y移动自由度。曲面和平面组合基曲面和平面组合基准的定位设计准的定位设计例（例（图图a）分析分析：圆柱面为第一定位基准，端面为第二定位基准 定位设计定位设计：一个长V形块，限制四个自由度，一个端面支承钉，限制一个自由度。例（例（图图b）圆柱体上铣一个平面 定位设计与图a一样，但端面的支承钉已无定位的意义，只是为了平衡切削力图6-20平面圆锥销定位（二）平面和孔组合基准的定位设计（二）平面和孔组合基准的定位设计1一面一孔组合基准的定位设计一面一孔组合基准的定位设计（1）大平面和短
10、孔组合基准的定位设计）大平面和短孔组合基准的定位设计例：例：平面圆锥销定位（图图6-20）大平面为第一定位基准孔为第二定位基准 弹簧浮动式圆锥销）平面和长孔的组合基准的定位设计）平面和长孔的组合基准的定位设计1)平面作第一定位基准时平面作第一定位基准时 较大的支承板与平面基准接触，限制三个自由度。短圆柱销或浮动圆锥销限制两个自由度。采用长定位销将会发生过定位现象。（图（图6-21）2)圆柱销作第一定位基准时圆柱销作第一定位基准时 平面支承采用球面浮动结构（图（图6-22a）平面支承面的接触面尽可能减小(图图6-22b)图6-21大平面和长定位销定位a）工件误差 b）夹紧变形图6-22孔为第一定
11、位基准的定位a）球面定位 b）长销定位2一面两孔组合基准的定位设计 分析分析：平面为第一定位基准，一个工艺孔为第二定位基准，另一个为第三定位基准 一组支承板与工件的平面基准接触，限制三个自由度；两个短圆柱销与两个工艺孔接触定位限制了七个自由度，过定位（下图下图a）解决解决：将一个定位销沿x方向上对称削边，使之成为菱形销(下图下图b)自由度：支承平面限制x、y转动自由度和z移动自由度。圆柱销限制x、y移动自由度。菱形销限制z转动自由度。两销的设计：右下图：已知条件：工件上两圆柱孔的尺寸及中心距，即 D1、D2、Lg及其公差。（1）确定夹具上两定位销的中心距Lx。（2）确定圆柱销直径d1及其公差。
12、（3）确定菱形销的直径d、宽度b及公差。（三）孔及孔系组合基准的定位设计 1一个孔为基准的定位设计 1)用小锥度心轴的定位设计用小锥度心轴的定位设计 例：图图6-26 靠工件与心轴接触处Lk的弹 性变形而获得定位和夹紧的；限制工件的四个自由度。2)用过盈心轴的定位设计用过盈心轴的定位设计 图图627 工件被限制了五个自由度。用压力机将心轴压入工件孔内。图6-26 小锥度芯轴定位 2两个同轴孔组合基准的定位设计两个同轴孔组合基准的定位设计 1)两个同轴的粗基准孔组合定位两个同轴的粗基准孔组合定位 采用两端三点式可胀心轴。2)两个同轴的精基准孔组合定位两个同轴的精基准孔组合定位 图6-28所示。3
13、)两个中心孔定位两个中心孔定位 用两个顶尖，工件加工与左端面有尺寸要求时，采用浮动结构。如图6-29所示。图6-29两端顶尖定位 3孔系组合基准的定位设计孔系组合基准的定位设计 一般以两个同轴孔以及与同轴孔较远的另一个孔作定位基准。如图如图6-30所示所示 ；A、B以两组三点式可胀心轴形成一个长圆柱销，限制四个自由度；孔C中用一个两点式可胀心轴限制一个转动自由度。CAB图6-30孔系的组合基准定位五、定位误差的分析和计算 （一）定位误差的概念（一）定位误差的概念 （二）定位误差的求法（二）定位误差的求法 （三）常见定位方式的定位误差分（三）常见定位方式的定位误差分析和计算析和计算 （一）定位误
14、差的概念（一）定位误差的概念 1定位误差的产生定位误差的产生 图6-32所示，工件以下母线定位不存在定位而引起的误差。图6-33所示，工件以孔作为定位基准 造成基准不重合误差B和基准位移误差Y（二）、（二）、定位误差的求法定位误差的求法(1)、基准不重合误差B的求法 实质是加工尺寸设计基准相对于定位基准在加工尺寸方向上可能产生的最大位移量 消除这个误差，必须使定位基准与加工尺寸设计基准重合(2)、基准位移误差Y的求法由于定位基准表面与定位元件工作表面有制造误差和装配间隙存在，以致使定位基准在夹具中相对于定位元件工作表面的位置产生位移 定位基准在夹具中相对于定位元件工作表面的位置，在指定方向上所
15、能产生的最大位移量(3)定位误差D的求法 分别求出B和Y后，再求出它们对加工尺寸的综合影响（采用逐件试切法进行加工，则根本不存采用逐件试切法进行加工，则根本不存在定位误差在定位误差）（三）、常见定位方式的定位误差分析和计算（三）、常见定位方式的定位误差分析和计算(1)工件以平面定位工件以平面定位 主要是由基准不重合引起 当定位尺寸是由多环尺寸组成时，定位误差实际上等于尺寸链中所有组成环节的公差之和(2)工件以圆孔定位工件以圆孔定位工件以圆孔在不同定位元件上定位时，所产生的定位误差是不同的 1)工件以圆孔在过盈配合圆柱心轴上定位工件以圆孔在过盈配合圆柱心轴上定位 径向基准位移误差（YY0、YZ=
16、0）。利用压力机的压下行程加以控制，轴线方向上的轴向定位误差：DX=0。此种定位的定心精度是相当高的。2)工件以圆孔在锥度心轴上定位工件以圆孔在锥度心轴上定位 径向基准位移误差：YY0、YZ=0。工件沿心轴轴向发生位移，造成轴向定位误差。对一批工件而言：轴向定位误差 YX，如图635所示；转角定位误差为=。图6-35 工件以圆孔在锥度芯轴上的定位tan2DYXT3)工件以圆孔在间隙配合圆柱心轴（或定位销）上定位 式中：定位副间的最小配合间隙；TD工件圆孔直径公差；Td心轴外圆直径公差。心轴水平放置时心轴水平放置时 存在径向间隙，径向基准位移误差仅在Z轴方向；如图图6-36 所示2dDYZTT
17、图6-36 心轴垂直放置心轴垂直放置 径向定位误差在水平面内任意方向上都有可能发生。图图6-37dDYYYXTT 最大值比心轴水平放置时大一倍，如公式:(3)工件以外圆定位工件以外圆定位（常用在（常用在V形块中定位）形块中定位）只要V形块工作表面对称就可以保证定位基准在水平方向上的位移为零。在垂直方向上定位基准相对于在夹具中的理想位置产生位移 Y。如图：638公式Y：随着增大，Y减小，当过大时，将会引起工件在水平方向上定位的不稳定，角一般常采用90，有时也用120。工件在工件在V形块中定位时，定位误差的大小与加形块中定位时，定位误差的大小与加工尺寸的标注方法有关工尺寸的标注方法有关：如图图63
18、9)12(sin21DBYDT图图b：加工尺寸从外圆柱面的下母线注起，保证加工尺寸A1。有基准不重合误差存在，其值：B=Td/2。2sin21DYDT图图a：加工尺寸从外圆柱面的轴线注起，保证尺寸A0。B0图图c：加工尺寸从外圆柱面的上母线注起，保证加工尺寸A2。经分析：以下母线为设计基准时，定位误差最小。故轴套类零件上键槽的尺寸，一般多以下母线为设计基准。)12(sin21DBYDT(4)工件以“一面两孔”定位 例：采用一圆柱销和一菱形销为定位元件例：采用一圆柱销和一菱形销为定位元件图图6-40 圆柱销相当于垂直放置的心轴，销、孔的直径误差及其配合间隙造成了定位的基准位移误差yx和yy 11
19、1dDYYYXTTLTTTTdDdD2sin212211圆柱销与菱形销配合限制着工件绕Z轴转动自由度，销、孔的直径误差及其配合间隙造成了工件的转角误差 sin。第三节 工件的夹紧及夹具的夹紧设计一、夹紧的目的及夹紧要求一、夹紧的目的及夹紧要求二、夹紧点的选择及夹紧力的确定二、夹紧点的选择及夹紧力的确定三、常用夹紧机构的设计三、常用夹紧机构的设计一、夹紧的目的及夹紧要求一、夹紧的目的及夹紧要求目的：目的：工件在加工过程中保持已获得的定位不被破坏 夹紧机构设计时一般应满足以下原则：1）夹紧时不能破坏工件在定位元件上所获得的位置。2）夹紧力应保证工件位置在整个加工过程中不变或产生不允许的振动。3）使
20、工件不产生过大的变形和表面损伤。4）夹紧机构必须可靠。5）夹紧机构操作必须安全、省力、方便、符合工人操作习惯。6）夹紧机构的复杂程度、自动化程度必须与生产纲领和工厂的条件相适应。二、夹紧点的选择二、夹紧点的选择及夹及夹紧力的确定紧力的确定（一）夹紧点的选择（一）夹紧点的选择（二）夹紧力的确定（二）夹紧力的确定（三）夹紧力裕度系（三）夹紧力裕度系数数K的确定的确定(四四)摩擦系数摩擦系数的确定的确定（一）夹紧点的选择（一）夹紧点的选择1夹紧点选择的一般原则夹紧点选择的一般原则1)尽可能使夹紧点和支承点对应，使夹紧力作用在支承上，这样会减少夹紧变形。2)夹紧点选择应尽量靠近加工表面，且选择在不致引
21、起过大夹紧变形的位置。2减少夹紧变形的措施减少夹紧变形的措施 例：图6-41高支座在镗床上镗孔 措施措施：(1)增加辅助支承和辅助夹紧点。如图6-42；(2)分散着力点和增加压紧件接触面积。如图6-43。图6-41 高支座镗孔图6-42 辅助夹紧镗孔图6-42 分散着力点（二）夹紧力的确定计算夹紧力时，按静力平衡计算的夹紧力再乘以裕度系数 常见的几种情况：常见的几种情况：定位支承承受全定位支承承受全部切削力部切削力 例：图6-45 所示，工件就勿需夹紧定位支承受部分切削定位支承受部分切削力力 例：图6-46 所示镗孔对夹紧最不利的切削状态。主切削力Fz方向向上使工件离开支承，径向切削力Fy与支
22、承面平行。)(21zjyFFF2121)(zyjFFKFK夹紧力裕度系数；1、2接触面的摩擦系数。由定位副的摩擦力平衡切削力由定位副的摩擦力平衡切削力PKFj1)各种可胀心轴定位的车、磨夹具夹紧力：2)过盈心轴和小锥度心轴 过盈心轴的过盈量则取决于切削力的大小。一般设计时并不需要计算，将心轴按公差带分段做成一组心轴，每根过盈量的大小一般 按选取。6r3)间隙心轴例：图6-47所示图6-47间隙心轴的夹紧力计算2PKFj靠两端面的摩擦力平衡切削力，需较大的夹紧力：定位支承完全不受切削力定位支承完全不受切削力 多用于翻转钻模夹具或自动线上统一基准定位的钻床夹具。例：如图6-48所示，夹紧力和切削力
23、方向相反。夹紧力裕度系数K要取大些。图6-48夹紧力与切削力方向相反)(GPKFzj夹紧力：式中 G重力；确定夹紧力裕度系数时，要考虑以下几种因素：1）K0基本安全系数：基本安全系数：由于加工过程中的随机因素引起的切削力的波动，考虑切削力波动的影响系数（三）夹紧力裕度系数K的确定5.20.20K5.25.11K2）K1动力源波动系数：动力源波动系数：手动夹紧机构的夹紧力，由于操作者的疲劳程度的影响会产生较大的波动，手动夹紧力波动系数2.112K3.113K 3）K2复合加工系数：复合加工系数：由于多刀多向加工时，更不易准确计算切削力的方向及大小，应乘以考虑计算准确性的影响系数K2 4）K3切削
24、状况及刀具钝化系数：切削状况及刀具钝化系数：由于断续切削加工及刀具的钝化使切削力产生较大的波动，虑切削状况及刀具状况的影响系数2.114K43210KKKKKK 5）K4加工性质系数：加工性质系数：由于粗精加工的差异很大，粗加工余量的变化也较大，考虑粗精加工差异的影响系数夹紧力裕度系数夹紧力裕度系数：(四四)、摩擦系数、摩擦系数的确定的确定 主要决定于工件和支承件或压紧件之间接触面的粗糙度。1）工件和支承表面均为光滑表面时0.160.25 2）支承表面有与切削力方向一致的沟槽（如图a）时0.3 3）支承表面有与切削力方向垂直的沟槽（如图b）时0.4 4）支承表面有交叉网纹沟槽（如图c）时0.7
25、0.8切削力方向切削力方向方向切削力a)c)b)切 削 力方 向切 削 力方 向方 向切 削 力a)c)b)三、常用夹紧机构的设计（一）对夹紧机构的设计要求（一）对夹紧机构的设计要求（二）夹紧机构中常用施力机构的设计计算（二）夹紧机构中常用施力机构的设计计算（三）其它夹紧机构（三）其它夹紧机构三、常用夹紧机构的设计（一）对夹紧机构的设计要求（一）对夹紧机构的设计要求 可浮动可浮动 根据需要，一般要求夹紧机构中的压板和支承件要有浮动自位的能力。可联动可联动 为了实现几个方向的夹紧力同时或顺序作用，并使操作简便，设计中可应用联动机构。可增力可增力 常用的增力机构：杠杆、斜面、螺旋、铰链及其组合。可
26、自锁可自锁 当去掉动力源的作用后，仍能保持对工件的夹紧状态称为夹紧机构的自锁。常用的自锁机构有螺旋、斜面及偏心机构等。（二）夹紧机构中常用施力机构的设计计算（二）夹紧机构中常用施力机构的设计计算 螺栓螺母施力机构螺栓螺母施力机构 此施力机构在夹具中的应用最广，其优点是结构简单、制造方便、施力范围大、自锁性能好。参考课本表表6-3，表表6-2。给出了螺栓与螺 母施力机构所能施于夹紧机构的 力的大小。、斜面施力机构 最适用于夹紧力大而行程小，以气动或液压为动力源的夹具；分为自锁斜面和不自锁斜面。图6-52斜面施力机构受力分析1)、斜面施力机构夹紧力的计算、斜面施力机构夹紧力的计算 例：例：图图6-
27、52所示所示 图图a：Fs为动力源作用于斜块的大端，F1和F2为接触面间的摩擦力，Ff为支承反力，1和2为摩擦角图图b：力三角形ABC)tan(tan12sjFF计算出Fj当 、均很小，且 时，上式可间化为1221)2tan(sjFFfF2)、斜面施力机构的自锁条件、斜面施力机构的自锁条件 当Fs=0，图6-52c所示,合力 与 应大小相等方向相反，并位于一条直线上。jFfF221021自锁条件：238345)15.01.0arctan(摩擦角：15.01.0一般钢铁的摩擦系数：常取：=68（3）偏心施力机构）偏心施力机构主要特点主要特点 结构简单、动作迅速，夹紧行程受偏心距的限制，夹紧力较小
28、。一般适用于工件被夹压表面的尺寸公差较小和切削过程中振动不大的场合，多用于小型工件的夹具中。(1)偏心施力原理和施力特性偏心施力原理和施力特性 1)偏心施力原理：偏心施力原理：图6-53a6-53a圆偏心轮直径D，偏心距e，基圆的直径（D-2e）,圆偏心轮实际上相当于套在“基圆”（图中的虚线圆）上的弧形楔所构成。图6-53圆偏心特性a)偏心轮原理 b)偏心轮工作表面展开2)偏心施力特性偏心施力特性 与平面斜面相比，主要特性是其工作表面上各夹紧点的升角不是一个常数，它随偏心转角的改变而变化。图图6-53b曲线斜面曲线斜面：以基圆圆周长的一半为横坐标，相应的升程为纵坐标，将弧形楔展开，x为任意施力
29、点X的升角：xxDesin2sinDeT2arcsinmax分析：分析：0 x180当x0，m点的升角最小m0随着转角x的增大，升角x也增大当x90，升角T为最大值 当x继续增大时，x随着x的增大而减小当x180，n点处，升角n0 以上特性与工作段的选择，自锁性能，施力的计以上特性与工作段的选择，自锁性能，施力的计算及主要结构尺寸的确定关系极大算及主要结构尺寸的确定关系极大。(2)偏心轮工作段的选择偏心轮工作段的选择 防止松夹和咬死，常取P点左右圆周上的1/61/4圆弧，相当于偏心轮转角为6090的范围所对应的圆弧为工作段。由图由图6-54 a 可知：OC处于水平位置，施力点位于圆弧mn的中点
30、P，当 (2e/D)很小，maxTPDeP2arctan图6-54 偏心轮工作段的选择 因此，在设计偏心轮时，以偏心处于水平位置时的施力点P视为升角最大的施力点。偏心轮工作段的选择通常以P点为依据，如图6-54b所示。选取P点左右对称的AB弧为工作段，由图6-53b可知，该段近似为直线，工作段上任意点的升角变化不大，几乎近于常数，可以获得比较稳定的自锁性能。1(3)偏心轮施力的自锁条件偏心轮施力的自锁条件 要保证偏心轮施力时的自锁性能，偏心轮工作段的最大升角应满足条件：偏心轮与夹紧件之间的摩擦角 偏心轮转轴处的摩擦角。21max12偏心轮施力点自锁时的外径 D和偏心量e的关系如下 D/e称为偏
31、心率或偏心特性,设计偏心 轮时，应按已知的摩擦系数和需要的工作行程定出偏心量e及偏心轮 的直径D。不考虑转轴处的摩擦maxPDeP2tan11tan12De(4)偏心轮施力的计偏心轮施力的计LFFss偏心轮施于夹紧件的力为)tan(tan21PsjFF图图6-55所示所示作用于手柄的原始力矩 由转轴将力传至施力点P变成力矩 。LFssF 对图图6-54b把偏心轮的工作情况看成是一个塞在转轴和压紧件之间的升角为p的假想斜面。图6-55偏心轮的施力计算15.0tanDL)5.22(7114122tanDePsF代入)tan(tan21PsjLFF)2tan(PsjLFFpRcos/21如：sjFF
32、)119(则：偏心轮尺寸/mm夹紧力/N直径D力臂长L偏心距e40752190050902.51840601303220065903.51400801305140010015061500表表6-6手动偏心轮的夹紧力手动偏心轮的夹紧力 一般若手动作用于力臂上的力为150N可得表表6-5的数值。在其它任意点施力时，所需的力均较P点施力时大，勿需精确计算。(5)偏心轮施力机构的设计程序1)确定偏心轮工作段的行程确定偏心轮工作段的行程ABABhhh式中：hB在B点夹紧时工件的最小极限尺寸；hA在A点夹紧时工件的最大极限尺寸。如图6-56所示，设偏心轮工作段为AB，当手柄顺时针转动时，工作段的行程为：图
33、6-56偏心轮的夹紧行程 理论上工作段AB的最小夹紧行程等于压紧件受压表面的位置变化量。但实际上还要考虑以下因素：S1夹紧机构的弹性变形量，一般取0.050.15mm；S2工作行程的储备量，一般取0.10.3mm。)cos(cosBAABehAAeRhcosBBReRhcos)cos(2而：得：21SShhhABAB实际上偏心轮的工作段行程：BASSecoscos21eD)2014(式中式中 e偏心量；OO1与O1A的夹角；OO2与O1B的夹角；R圆偏心轮的半径。AB 2)确定偏心轮的结构尺寸确定偏心轮的结构尺寸 实际应用中e值一般在1.77mm之间取值，偏心轮的直径根据自锁条件的偏心特性确定
34、为保证所设计的偏心轮能产生所需的行程，可按上面各式计算偏心量，即（三）其它夹紧机构（三）其它夹紧机构1定心夹紧机构定心夹紧机构 定心夹紧机构的设计一般按照以下两种原理来进行：1)定位夹紧元件按等速位移原理来均分工件定位面的尺寸误差，实现定心或对中。常见的三爪卡盘属于此类。2)定位夹紧元件的均匀弹性变形原理来实现定心夹紧。图图6-57a是以工件外圆柱面定位实现定心夹紧的夹具，称弹簧夹头。图图6-57b是以工件孔定位实现定心夹紧的夹具，称为弹簧心轴。这两种夹具都有一个弹性元件，叫做弹簧套筒。图6-57弹簧夹头和弹簧心轴a)弹簧夹头 b)弹簧心轴 图6-57a中的件1和图6-57b中的件1，具体结构
35、如图图6-58所示所示。它的结构尺寸、材料及热处理、加工精度等对使用性能影响很大，它是该类夹具的关键零件。一般情况下，由夹头部分A、弹性部分B及导向部分C组成。图6-58弹簧套筒夹头部分的锥角有正锥和倒锥两种，如图图6-59所示。图6-59弹簧套筒的锥角a)正锥角b)倒锥角1弹簧套筒2锥体2联动夹紧机构联动夹紧机构 在夹紧机构设计中，常常遇到工件需要多点同时夹紧，或多个工件同时夹紧，有时需要使工件先可靠定位再夹紧，或者先锁定辅助支承再夹紧等等，这时为了操作方便、迅速、提高生产率，减轻劳动强度，可采用联动夹紧机构。设计联动夹紧机构时应注意如下几点：1)联动机构动作和受力情况比较复杂，应仔细进行运
36、动分析和受力分析，以确保设计意图能够实现。2)联动机构中要充分注意哪些地方应设置浮动环节如铰链、球面垫等，注意浮动的方向和浮动量大小，注意设置调整环节，保证各夹紧均衡，运动不发生干涉。3)各压板都能很好地松夹，以便装卸工件。4)注意整个机构和传动受力环节的强度和刚度。5)联动机构应结构简单、可靠性高、制造成本低。第四节机床夹具的其它装置机床夹具的其它装置机床夹具的其它装置一、孔加工刀具的导向装置一、孔加工刀具的导向装置二、对刀装置二、对刀装置三、分度装置三、分度装置四、对定装置四、对定装置五、动力装置五、动力装置 机床夹具在某些情况下还需要其它一些装置才能符合该夹具的使用要求。这些装置有导向装
37、置、分度装置、对定装置及动力装置等。一、孔加工刀具的导向装置一、孔加工刀具的导向装置 （一）钻孔的导向装置 钻床夹具中钻头的导向采用钻套，钻套有固定钻套、可换钻套、快换钻套和特殊钻套等四种，如图图6-60、图、图6-61所示。a)b)c)图6-60钻套a)固定钻套 b)可换钻套 c)快换钻套图6-61特殊钻套a)两孔距离较小b)孔离钻模板较远 c)斜面上钻孔 上述钻套均已标准化了，设计时可以查夹具设计手册选用。但对于一些特殊场合，可以根据加工条件的特殊性设计专用钻套，如图6-61所示为几种特殊钻套。图图6-61a用于两孔间距较小的场合；图图6-61b为使钻套更贴近工件孔，改善导向效果；图图6-
38、61c为加工斜面上的孔用钻套。钻套设计时，要注意钻套的高度H和钻套底端与工件间的距离h。钻套高度是指钻套与钻头接触部分的长度。太短不能起到导向作用，降低了位置精度，太长则增加了摩擦和钻套的磨损。一般H（12）d，孔径d大时取小值，d小时取大值，对于d60mm，L/D1的通孔。图b所示为单支承后导向：镗套设置在刀具的后方。主要用于加工直径D60mm的通孔或盲孔。图6-77双支承导向（二）镗床夹具设计中的几个主要问题（二）镗床夹具设计中的几个主要问题 1镗套与镗杆的配合镗套与镗杆的配合、表表6-86-8镗杆与镗套的配合镗杆与镗套的配合配合表面 镗杆与镗套镗套与衬套衬套与支架配合性质、6767hHg
39、H5656hHgH6767jsHhH5656jsHhH67nH56nH2镗模架的设计镗模架的设计 镗模架应设计成单独体不要与夹具底座设计成一体，更不要与夹紧装置用支架相联接。结构设计时，要特别注意刚度设计。镗模架不宜用焊接结构，以避免内应力引起蠕变而失去精度。不允许镗模架承受夹紧反力。如图6-78所示。图6-78不使镗模架承受夹紧反力1-支架2-螺旋夹紧机构3-工件图a是错误的设计，施力后会使镗模架变形。可采用图b的结构。3镗床夹具底座的设计镗床夹具底座的设计 对底座的刚度和稳定性的要求很高。为了提高刚度，除了选取适当的壁厚外，应合理的布置加强筋。镗模底座的上平面应按所要安装的各种元件的位置做
40、出相应的凸台面，高度约35mm，加工后经过刮研，使有关元件安装时接触良好。4镗杆镗杆 在设计镗模前应确定镗杆的尺寸。镗杆的主要尺寸是直径和长度。镗杆长度应尽量短。镗杆的制造精度对其回转精度有很大影响，其导向部分的尺寸精度要求较高。粗镗时按g6，精镗时按g5制造，表面粗糙度Ra0.40.2m，圆度和圆柱度公差不应超过直径公差的一半，在500mm长度内的直线度为0.01mm。一般要求镗杆表面硬度高于镗套，而内部则要有好的韧性。因此多选用45钢或40Cr钢制造，也可选用热处理变形小的20Cr钢渗氮淬火处理。五、机床夹具总体设计五、机床夹具总体设计（一）机床专用夹具的设计步骤（一）机床专用夹具的设计步
41、骤（二）机床夹具的精度分析（二）机床夹具的精度分析（三）机床夹具技术要求的制订（三）机床夹具技术要求的制订（一）机床专用夹具的设计步骤（一）机床专用夹具的设计步骤 收集并研究与设计有关的各种原始资料合理地确定夹具的类型及其总体布局，绘出夹具结构草图绘制夹具总装配图绘制夹具元件的零件图 整理并修正机床夹具设计说明书（二）机床夹具的精度分析（二）机床夹具的精度分析 定位误差是影响工件加工精度的因素之一 在使用机床夹具加工工件时，机床夹具的安装误差、刀具的调整误差及加工方法误差等也会对工件的加工精度产生影响。各误差应满足下列误差不等式才能加工出合格的工件。D+A+T+GTG1机床夹具的安装误差机床夹
42、具的安装误差A 夹具的安装误差一般由下列两种情况造成：1）因夹具的定位元件与夹具的安装面之间位置不准确所引起的误差。2）因夹具安装面的制造误差及与机床安装面不准确而引起的误差。2刀具的调整误差刀具的调整误差T 刀具的调整误差包括刀具引导及对定两项误差。前者是指刀具与导向元件或对刀元件结合不准确所引起的引导误差。后者是指刀具相对于夹具的定位元件位置不准确所引起的对定误差。3加工方法误差加工方法误差G 加工方法误差是加工过程中有关因素产生的误差。加工方法误差是加工过程中有关因素产生的误差。其影响因素如下：其影响因素如下：（1）与机床工作精度有关的误差如主轴的径向、轴向圆跳动；主轴回转轴线与导轨的相
43、互位置精度。如平行度、垂直度误差等。（2）与刀具有关的误差如刀具的几何形状误差；刀具结构自身各几何要素的相互位置误差及因刀具磨损所造成的误差。（3）与调整有关的误差如对刀调整时的人为误差；加工过程中的测量误差。（4）与变形有关的误差如由于切削力和切削热的作用，而引起工艺系统的弹性变形和热变形而产生的误差。4.当误差不等式不能满足时，可根据机床精度、刀具精度、磨损和系统可能变形等因素来分别处理。常用的措施为：（1）减小工件在夹具中的定位误差 主要措施有：1）在不增加夹具结构复杂程度的前提下，应尽量采用基准重合原则；2）若有可能，应尽量用平面定位副代换其它定位副；3）酌情缩小与定位误差有关的几何参
44、数的工序公差；4）采用高精度自动定心结构或采用划线调整法使工件在夹具中接近理想位置。（2）减小夹具在机床中的安装误差）减小夹具在机床中的安装误差 主要措施有：主要措施有：1）提高夹具安装元件的精度及夹具安装元件与机床结合面的结合精度；2）在夹具体上设置工艺基面，以便在机床上校正夹具的位置；3）适当提高定位元件与安装元件间的位置精度至可行、可度量的数值；4）直接利用定位元件找正夹具在机床上的位置，以减小安装误差；5）调整时，在使用夹具的机床上就地加工过渡连接件或定位元件的工作表面，以降低或消除夹具的安装误差。（3）减小刀具的调整误差）减小刀具的调整误差 主要措施有：主要措施有：1）提高引导副自身
45、的配合精度；2）采用合理工艺性结构，为提高引导元件（或对刀元件）对定位元件间的高位置精度提供结构保证；3）总装时采用告精度设备，直接加工引导件（或对刀元件）的安装面（如钻模板上安装钻套的底孔、铣床夹具上安装对刀块的结合面等），直接保证引导件（或对刀元件）对定位元件的高位置精度要求。（4）减少加工方法误差）减少加工方法误差 主要措施有：主要措施有：1）合理确定加工方法误差在工序位置公差中的占用量；2）改用高精度、高刚度机床；3）减少夹具的组成环数、合理使用辅助夹紧装置、提高系统刚度；4）尽量使夹紧力的指向与切削力同向并指向固定支承，降低夹具重心、忌用受压失稳元件并采用吸振结构，以改善系统刚度。（
46、三）机床夹具技术要求的制订（三）机床夹具技术要求的制订 1夹具总图上应标注的技术要求夹具总图上应标注的技术要求（1）夹具外形的最大轮廓尺寸（2）定位副的配合公差带及定位支承间的位置精度 （3）引导副的配合公差带、引导元件间的位置精度及其一个引导元件对定位元件的位置精度；（4）夹具（指定位元件）对机床装夹面间（即夹具安装面）的相互位置公差这类公差用以确定定位元件对机床安装面之间的正确位置；（5）其它结合副的公差带及相互位置精度。2 2机床夹具技术要求允差值的确定机床夹具技术要求允差值的确定 采用经验估算或根据已有经验数据确定夹具技术要求的允差值（简称夹具公差），在确定时可分两种情况考虑：（1）直接与工序位置精度有关的夹具公差（2）与加工要求无直接关系的夹具公差 习题与思考题（参见教材）习题与思考题（参见教材）
