1、第四章第一节机床夹具概述一、机床夹具的概念包括定位和夹紧两个过程定位与夹紧的作用？二、机床夹具的组成1.机床夹具的基本组成部分(1)定位装置该装置由定位元件组合而成，其作用是确定工件在夹具中的正确位置。图4-1液压铣床夹具1夹具体2液压缸3压板 4对刀块5V形块6圆柱销7定向键第一节机床夹具概述图4-2轴套零件钻床夹具1快换钻套2钻套用衬套3钻模板4开口垫圈5螺母6心轴7夹具体第一节机床夹具概述(2)夹紧装置该装置的作用是将工件压紧夹牢，并保证工件在加工过程中正确位置不变。(3)夹具体夹具体是夹具的基体骨架，通过它将夹具所有元件构成一个整体。(4)其他元件或装置根据加工需要，有些夹具还分别采用
2、分度装置、靠模装置、上下料装置、顶出器和平衡块等，这些元件或装置需要专门设计。第一节机床夹具概述三、机床夹具的分类1.按夹具的通用特性分类(1)通用夹具已经标准化的可加工一定范围内不同工件的夹具，称为通用夹具，其结构、尺寸已规格化，而且具有一定通用性，如三爪自定心卡盘、机床用平口钳、四爪单动卡盘、台虎钳、万能分度头、顶尖、中心架和磁力工作台等。(2)专用夹具专为某一工件的某道工序设计制造的夹具，称为专用夹具。(3)可调夹具某些元件可调整或更换，以适应多种工件加工的夹具，称为可调夹具。第一节机床夹具概述(4)组合夹具采用标准的组合元件、部件，专为某一工件的某道工序组装的夹具，称为组合夹具。(5)
3、拼装夹具用专门的标准化、系列化的拼装零部件拼装而成的夹具，称为拼装夹具。3.按夹紧的动力源分类2、按夹具使用的机床分类车床夹具、铣床夹具、钻床夹具、镗床夹具、磨床夹具等第一节机床夹具概述(1)直接找正法在机床上根据工件上有关基准直接找正工件，使工件获得加工时的正确位置的方法称为直接找正法。图4-4划线找正法示例第一节机床夹具概述(2)划线找正法在机床上按毛坯或工件上所划线找正工件，使工件获得正确位置的方法称为划线找正法，如图4-4所示。(3)用夹具装夹即通过夹具上的定位元件使工件相对于刀具及机床获得正确位置的方法。1)工件在夹具中的定位，是通过工件上的定位基准与夹具上的定位元件相接触而实现的。
4、2)由于夹具预先在机床上已调整好位置(也有在加工过程中再进行找正的)，因此，工件通过夹具相对于机床也就占有了正确的位置。第一节机床夹具概述3)通过夹具上的对刀装置，保证了工件加工表面相对于刀具的正确位置。五、机床夹具在机械加工中的作用(1)保证工件的加工精度由于采用夹具安装，可以准确地确定工件与机床、刀具之间的相互位置，所以在机械加工中，可以保证工件各个表面的相互位置精度，使其不受或少受各种主观因素的影响，容易获得较高的加工精度，并使一批工件的精度稳定。第一节机床夹具概述(2)扩大机床工艺范围和改变机床用途使用专用夹具可以改变原机床的用途和扩大机床的使用范围，实现一机多能。(3)提高劳动生产率
5、和降低加工成本采用夹具使工件装夹方便，免去工件逐个找正对刀所花费的时间，因此可以缩短辅助时间。(4)改善劳动条件和保证生产安全使用专用机床夹具可减轻工人的劳动强度、改善劳动条件，保证安全生产。第二节工件的定位与夹紧一、工件的定位原理1.六点定位原则图4-5工件的六点定位第二节工件的定位与夹紧图4-6平行六面体定位时支承点的分布示例第二节工件的定位与夹紧图4-7圆环工件定位时支承点的分布示例第二节工件的定位与夹紧图4-8轴类工件定位时支承点的布置2.四种定位情况第二节工件的定位与夹紧(1)完全定位工件的六个自由度都限制的定位称为完全定位，如图4-5所示即为完全定位。图4-9工件不完全定位第二节工
6、件的定位与夹紧(2)不完全定位工件被限制的自由度少于六个，但能保证加工要求的定位。(3)欠定位按工件要求应该限制的自由度而没有被限制的定位称为欠定位。(4)过定位夹具上的两个或两个以上的定位元件，重复限制工件的同一个或几个自由度的现象，称为过定位。图4-10连杆定位简图第二节工件的定位与夹紧图4-11变速箱壳体定位简图第二节工件的定位与夹紧图4-12过定位第二节工件的定位与夹紧图4-13滚齿时齿坯的定位和夹具1压紧螺母2垫圈3压板4工件5支承凸台6工作台7心轴第二节工件的定位与夹紧图4-14改善过定位的措施1)支承钉对应法则，即一个支承钉对应限制工件一个自由度。第二节工件的定位与夹紧2)从定位
7、原理出发，定位支承钉的数目(或应限制的自由度)及分布，主要取决于工件的工序相互位置精度要求、基准状况以及定位的稳定。3)工件定位时，定位支承钉的数目(或被限制的自由度)，不得少于三个(一般应具备限制工件两个转动自由度及一个移动自由度的能力)。4)任意两个支承钉所限制的自由度名称不应重复，否则应采取相应措施将重复定位的影响减小或消除到许可范围内。二、工件的定位方法及定位元件第二节工件的定位与夹紧1.对定位元件的基本要求2.定位方法和定位元件(1)工件以平面定位平面是最常用的定位基准面。1)支承钉。2)支承板。图4-15支承钉第二节工件的定位与夹紧图4-16支承板第二节工件的定位与夹紧图4-17各
8、种可调支承第二节工件的定位与夹紧3)可调支承。4)辅助支承。图4-18辅助支承a)、b)螺旋式c)自引式1支承2弹簧3楔块4手柄5螺钉第二节工件的定位与夹紧(2)工件以圆柱孔定位时的定位元件1)圆柱定位销。图4-19圆柱定位销a)固定式定位销b)可换式定位销第二节工件的定位与夹紧图4-20圆锥定位销a)用于粗定位基面b)用于精定位基面第二节工件的定位与夹紧2)圆锥定位销。3)定位心轴。图4-21定位心轴a)圆柱心轴 b)花键心轴(3)工件以外圆柱面定位时的定位元件1)V形块。第二节工件的定位与夹紧图4-22V形块的结构形式第二节工件的定位与夹紧图4-23V形块的应用a)固定V形块b)活动V形块
9、2)定位套和半圆套。第二节工件的定位与夹紧图4-24常用定位套结构第二节工件的定位与夹紧图4-25半圆套结构第二节工件的定位与夹紧3)圆锥套和定心夹紧机构。图4-26圆锥套定位第二节工件的定位与夹紧图4-27弹簧夹头定心夹紧机构第二节工件的定位与夹紧三、工件的夹紧1.夹紧装置的组成(1)力源装置力源装置产生夹紧力，夹紧力来源于机械或电力的，则该力源装置称为夹具的动力装置。(2)夹紧机构在工件夹紧过程中，将力源装置产生的夹紧力作用在工件上的机构称为夹紧机构。1)中间传力机构。2)夹紧元件。2.夹紧力作用点及其方向确定的原则1)夹紧力应朝向主要定位面。第二节工件的定位与夹紧2)夹紧力的作用点应施于
10、工件刚度好的方向和部位。3)夹紧力的作用点应在定位支承范围内。4)夹紧力的作用点应靠近工件加工表面3.对夹紧装置的基本要求1)夹紧不破坏工件的正确定位。2)夹紧系统有足够的刚性，能确保加工时工件定位稳定、可靠，不发生振动。3)夹紧时不损伤工件表面，不使工件产生不许可的变形。4)能用较小的夹紧力来获得需要的夹紧效果。第二节工件的定位与夹紧5)夹紧装置结构的复杂程度、使用效率应与生产规模和生产节拍相适应，并有良好的结构工艺性。6)夹紧动作迅速，操作方便，安全省力。第三节定位基准的种类及选择一、基准及其分类1.设计基准图4-28零件位置精度示例a)轴套b)支承块第三节定位基准的种类及选择图4-29工
11、件的工序基准和定位基准第三节定位基准的种类及选择2.工艺基准(1)装配基准装配时用以确定零件在部件或产品中位置的基准，称为装配基准。(2)测量基准测量时用以检验已加工表面尺寸及位置的基准，称为测量基准。(3)工序基准在加工工序图中，用来确定本工序被加工表面加工后的尺寸、形状及位置的基准，称为工序基准。(4)定位基准工件定位时所采用的基准，称为定位基准。二、定位基准的选择第三节定位基准的种类及选择1.粗基准的选择1)为了保证加工表面与非加工面之间的位置要求，应选非加工面为粗基准。2)合理分配各加工面的余量。为了保证各加工面都有足够的加工余量，应选择毛坯余量最小的面为粗基准。如图4-31所示的台阶
12、轴，因?55mm外圆的余量较小，故应选?55mm外圆为粗基准。如果选?108mm外圆为粗基准加工?50mm外圆时，当两外圆有3mm的偏心时，则有可能因?50mm的余量不足而使工件报废。第三节定位基准的种类及选择图4-30粗基准选择实例第三节定位基准的种类及选择图4-31台阶轴加工的粗基准选择第三节定位基准的种类及选择 为了保证重要加工面的余量均匀，应选重要加工面为粗基准。例如，加工机床床身时，为保证导轨面有均匀的金相组织和较高的耐磨性，应使导轨面加工余量小而均匀。为此，应选择导轨面为粗基准加工床腿底面，如图4-32a所示；然后，再以底面为精基准，加工导轨面，保证导轨面图4-32床身加工的粗基准
13、选择a)以导轨面为粗基准加工床腿底面b)以底面为精基准加工导轨面第三节定位基准的种类及选择3)选做粗基准的表面应平整光洁，要避开锻造飞边和铸造浇冒口、分型面、毛刺等缺陷，以保证定位准确，夹具可靠。2.精基准的选择(1)定位基准的选择应尽量使定位基准与设计基准之间有准确的位置关系即方便对刀，便于“编程原点”的测量。图4-33定位基准的选择第三节定位基准的种类及选择(2)基准重合原则选择加工表面的设计基准作为定位基准，称为基准重合原则。第三节定位基准的种类及选择图4-34设计基准与定位基准不重合示例(3)基准统一原则同一零件的多道工序尽可能选择同一个定位基准，即符合基准统一原则。第三节定位基准的种
14、类及选择(4)互为基准原则为使各加工表面间有较高的位置精度，或为使加工表面具有均匀的加工余量，有时可采用两个加工表面互为基准反复加工的方法，这称为互为基准原则。图4-35互为基准实例a)外圆定位磨内孔b)外圆定位磨内孔第三节定位基准的种类及选择图4-36自为基准实例(5)自为基准原则某些要求加工余量小而均匀的精加工工序，选择加工表面本身作为定位基准，第三节定位基准的种类及选择称为自为基准原则。(6)大、精、稳原则应选择面积较大、精度较高、安装稳定可靠的表面作定位精基准。第四节定位误差计算、定位误差产生的原因1.基准不重合误差2.基准位移误差第四节定位误差计算图4-37基准位移误差第四节定位误差
15、计算二、定位误差的计算方法(1)工序基准不在定位基面上(2)工序基准在定位基面上三、定位误差的计算1.工件以平面定位时的定位误差2.工件以圆柱面配合定位的基准位移误差(1)定位副固定单边接触(2)定位副任意边接触第四节定位误差计算3.工件以外圆在V形块上定位的定位误差第四节定位误差计算图4-38工件以外圆在V形块上定位第四节定位误差计算1)当工序尺寸标为h1时，因基准重合，B2)当工序尺寸标为h2时，工序基准为外圆柱面下母线，与定位基准不重合，二者以d0-Td2相联系，所以B=Td2，由于工序基准在定位基面上，因此D=Y B。第四节定位误差计算3)当工序尺寸标为h3时，工序基准为外圆柱面上母线
16、，基准不重合误差仍为B=Td2。4.工件以一面两孔组合定位的基准位移误差(1)移动的基准位移误差第四节定位误差计算(2)转动的基准位移误差(转角误差)如图4-39所示，转角误差取决于两定位孔与定位销的最大配合间隙X1min和X2max中心距L以及工件的偏转方向。第四节定位误差计算图4-39一面两孔定位的转角误差第四节定位误差计算图4-40以平面定位时的误差第四节定位误差计算四、定位误差计算实例例4-1图4-40所示铣加工定位方案，分析和计算其定位误差。解图4-40a所示工件以A面定位，保证尺寸，显然尺寸A2的设计基准为B面，则必然存在基准不重合误差。定位误差的大小由定位尺寸的公差确定，B=。由
17、图4-40b所示尺寸链可知A2为封闭环，根据解尺寸链的公式得例4-2如图4-41a所示的定位方式加工键槽，已知d1=?250mm；d2=；两外圆柱面的同轴度为?0.02mm；V形块夹角=90；第四节定位误差计算键槽深度尺寸为A=34.80mm，试计算其定位误差，并分析其定位质量。图4-41铣键槽定位误差计算解如图4-41b所示，其中同轴度为e=(00.01)mm；第四节定位误差计算R=200mm。定位基准为d1轴线O1，工序基准为d2外圆的下母线，属于基准不重合，应将Y与B两项误差相加。第五节数控机床常用夹具一、数控机床的通用夹具1.数控铣床夹具(1)机用平口钳的结构机用平口钳是铣床常用夹具，
18、其规格以钳口的宽度来表示，常用的有100mm、125mm、150mm 3种。图4-42平口钳及不同钳口1底座2固定钳口3活动钳口4螺杆第五节数控机床常用夹具(2)机用平口钳的应用机用平口钳装夹的最大优点是快捷方便，但夹持范围不大。1)随时清理切屑及油污、保持平口钳导轨面的润滑与清洁。2)维护好固定钳口并以其为基准，在工作台上安装机用平口钳时，要保证机用平口钳的正确位置。3)为使夹紧可靠，尽量使工件与钳口工作面接触面积大些，夹持短于钳口宽度的工件尽量应用中间均等部位。4)装夹工件不宜高出钳口过多，必要时可在两钳口处加适当厚度的垫板。第五节数控机床常用夹具5)要根据工件的材料、几何轮廓确定适当的夹
19、紧力，不可过小，也不能过大。6)在加工相互平行或相互垂直的工件表面时，如果使用中的平口钳精度不够，可在工件与固定钳口之间，或工件与平口钳的水平导轨间垫上适当厚度的纸片或薄铜片，以提高工件的安装精度。7)在铣削时，应尽量使切削中的水平分力的方向指向固定钳口。8)应注意选择工件在平口钳上安装的位置，避免在夹紧时平口钳单边受力，必要时还要辅加支承垫铁。第五节数控机床常用夹具9)夹持表面光洁的工件时，应在工件与钳口间加垫片，以防止划伤工件表面。10)为提高万能(回转式)平口钳的刚性，增加切削稳定性，可将平口钳底座取下，把平口钳直接固定在工作台上。2.数控车床夹具图4-43三爪自定心卡盘的构造第五节数控
20、机床常用夹具图4-44四爪单动卡盘的构造第五节数控机床常用夹具3.加工中心夹具图4-45数控机床回转工作台a)立式回转工作台 b)卧式回转工作台第五节数控机床常用夹具图4-46盘类零件钻径向孔工序图第五节数控机床常用夹具二、组合夹具图4-47钻盘类零件径向孔的组合夹具1基础件2支承件3定位件4导向件5夹紧件6紧固件7其他件8合件第五节数控机床常用夹具1.组合夹具的特点2.孔系组合夹具图4-48BIUCO孔系组合夹具组装示意图第五节数控机床常用夹具3.槽系组合夹具表4-1槽系组合夹具的主要结构要素及性能4.组合夹具的元件(1)基础件图4-49所示为长方形、圆形、方形及基础角铁等基础件。第五节数控
21、机床常用夹具图4-49基础件a)长方形b)圆形c)方形d)基础角铁(2)支承件图4-50所示为V形支承、长方形支承、加肋角铁和角度支承等支承件。第五节数控机床常用夹具图4-50支承件a)V形支承b)长方形支承c)加肋角铁d)角度支承(3)定位件图4-51所示为平键、T形键、圆形定位销、菱形定位销、圆形定位盘、定位接头、方形定位支承座、六第五节数控机床常用夹具棱定位支承座等定位件，主要用于工件的定位及元件之间的定位。图4-51定位件a)平键b)T形键c)圆形定位销d)菱形定位销e)圆形定位盘f)定位接头g)方形定位支承座h)六棱定位支承座第五节数控机床常用夹具(4)导向件图4-52所示为固定钻套
22、、快换钻套、钻模板、左、右偏心钻模板、立式钻模板等导向件。(5)夹紧件图4-53所示为弯压板、摇板、U形压板、叉形压板等夹紧件。图4-52导向件a)固定钻套b)快换钻套c)钻模板d)左偏心钻模板e)右偏心钻模板f)立式钻模板第五节数控机床常用夹具图4-53压紧件a)弯压板b)摇板c)U形压板d)叉形压板(6)紧固件图4-54所示为各种螺栓、螺钉、垫圈、螺母等紧固件。第五节数控机床常用夹具图4-54紧固件(7)其他件图4-55所示为三爪支承环、手柄、联接板、平衡块等。第五节数控机床常用夹具图4-55其他件(8)合件图4-56所示为尾座、可调V形块、折合板、回转支架等合件。第五节数控机床常用夹具图
23、4-56合件a)尾座b)可调V形块c)折合板d)回转支架三、拼装夹具第五节数控机床常用夹具图4-57数控机床用拼装夹具1、2定位孔3定位销钉4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定位键11、13压板12拉杆第六节项目训练：确定装夹方案并选择夹具一、实训目的与要求1)学会选择数控加工装夹方案。2)学会选择夹具。二、实训内容图4-58凸轮第六节项目训练：确定装夹方案并选择夹具思考与练习一、判断题1.在数控机床上加工零件，应尽量选用组合夹具和通用夹具装夹工件，避免采用专用夹具。第六节项目训练：确定装夹方案并选择夹具2.工件在夹具中与各定位元件接触，虽然没有夹紧尚可移动，但由于其已
24、取得确定的位置，所以可以认为工件已定位。3.工艺系统的刚度不影响切削力变形误差的大小。4.因为毛坯表面的重复定位精度差，所以粗基准一般只能使用一次。5.组合夹具由于是由各种元件组装而成的，因此可以多次重复使用。6.成组夹具是为单件工件生产定制的。7.V形支承属于定位件。第六节项目训练：确定装夹方案并选择夹具8.工件使用大平面定位时，必须把定位平面做成微凹形。9.应尽量选择设计基准或装配基准作为定位基准。10.夹紧误差主要指由于夹紧力使工件变形后，在加工中使加工表面产生的形状误差，一般情况下不计算此误差的大小。11.为了防止工件变形，夹紧部位要与支承对应，不能在工件悬空处夹紧。12.在批量生产的
25、情况下，用直接找正装夹工件比较合适。13.只要不影响工件的加工精度，部分定位是允许的。第六节项目训练：确定装夹方案并选择夹具14.工件夹紧时，夹紧力要远离支撑点。15.只有当工件的六个自由度全部被限制，才能保证加工精度。二、单项选择题1.在数控机床上使用的夹具最重要的是()。2.基准位移误差在当前工序中产生，一般受()的影响。3.夹紧力通过工件传至()造成工件变形和定位基准位移。4.基准不重合误差由前后()不同而引起。第六节项目训练：确定装夹方案并选择夹具5.拼装夹具具有(6.()属于夹紧件。7.在夹具中，较长的V形块用于工件圆柱表面定位，可以限制工件()自由度。8.工件在两顶尖间装夹时，可限制()自由度。9.选用()基准作为定位基准，可以避免因定位基准和测量基准不重合而引起的定位误差。10.工件在机床上或在夹具中装夹时，用来确定加工表面相对于刀具切削位置的面叫()。三、简答题第六节项目训练：确定装夹方案并选择夹具1.在数控机床上按“工序集中”原则组织加工有何优点？2.什么叫粗、精加工分开？有何特点？3.采用夹具装夹工件有何特点？
