搜索
内容提要机床夹具是机械加工工艺系统的一个重要组成部分。为保证工件某工序的加工要求，必须使工件在机床上相对刀具的切削或成形运动处于准确的相对位置，必须通过一定的装置把工件固定保持在准确定位的位置上。本章主要讨论工件在夹具上的定位原理与定位误差、夹紧装置的设计与计算。本章内容主要包括：(1)工件定位基本原理；(2)基本定位元件对工件的定位；(3)定位误差的分析与计算；(4)夹紧力及夹紧装置设计的一般原则；(5)常用的夹紧机构；(6)典型机床夹具。基准的概念和工件的装夹第一节基准的概念和工件的安装一、基准的概念在零件图上或实际的零件上，用来确定一些点、线、面位置时所依据的那些点、线、面称为基准。（一）基准的分类基准按其作用的不同，可分为两大类：设计基准基准工序基准工艺基准定位基准测量基准装配基准基准的概念和工件的装夹（1）设计基准设计人员在零件图上标注尺寸或相互位置关系时所依据的那些点、线、面称为设计基准。基准的概念和工件的装夹（2）工艺基准零件在加工或装配过程中所使用的基准，称为工艺基准(也称制造基准)。工艺基准按用途又可分为：工序基准、定位基准、测量基准、装配基准1、工序基准：在工序图上标注被加工表面尺寸(称工序尺寸)和相互位置关系时，所依据的点、线、面称为工序基准。2、定位基准：工件在机床上加工时，在工件上用以确定被加工表面相对机床、夹具、刀具位置的点、线、面称为定位基准。确定位置的过程称为定位。加工轴类零件时，常以顶尖孔为定位基准。加工盘类零件时，常以孔和端面为定位基准。基准的概念和工件的装夹3、测量基准：在工件上用以测量己加工表面位置时所依据的点、线、面称为测量基准。4、装配基准：在装配时，用来确定零件或部件在机器中的位置时所依据的点、线、面称为装配基准。如齿轮装在轴上，内孔是它的装配基准；轴装在箱体孔上，则轴颈是装配基准；主轴箱体装在床身上，则箱体的底面是装配基准。各基准之间的关系（如图）基准的概念和工件的装夹（二）定位基准的选择定位基准又分为粗定位基准、精定位基准和辅助定位基准，分别简称为粗基准、精基准和辅助基准。粗基准：以未加工过的表面进行定位的基准称粗基准，也就是第一道工序所用的定位基准为粗基准。精基准：以已加工过的表面进行定位的基准称精基准。辅助基准：该基准在零件的装配和使用过程中无用处，只是为了便于零件的加工而设置的基准称辅助基准。如轴加工用的顶尖孔等。选择定位基准主要是为了保证零件加工表面之间以及加工表面与未加工表面之间的相互位置精度，因此定位基淮的选择应从有相互位置精度要求的表面间去找。基准的概念和工件的装夹（1）精基准的选择选择精基准时主要考虑应保证加工精度并使工件装夹得方便、准确、可靠。因此，要遵循以下几个原则：1、基准重合的原则尽量选择工序基准(或设计基准)为定位基准。这样可以减少由于定位基准转化引起的加工误差。如图(a）是在钻床上成批加工工件孔的工序简图。若选N面为尺寸B的定位基准[见图(b)]，钻头相对1面位置已调整好且固定不动，则加工这一批工件时尺寸B不受尺寸A变化的影响。若选择M面为定位基准[见图(c)]，钻头相对2面已调整好且固定不动，则加工的尺寸B要受到尺寸A变化的影响，使尺寸B精度下降。基准的概念和工件的装夹2、基准不变的原则尽可能使各个工序的定位基准相同。如轴类多以两个顶尖孔为定位基准；齿轮加工以内孔和端面为定位基准；箱体加工以平面和两个销孔为定位基准。各工序所用的夹具统一，减少了设计和制造夹具的时间和费用；避免因基准转换过多带来的误差，有利于保证其相互位置精度；各表面之间达到很高的位置精度；避免多次装夹带来的装夹误差和减少多次装载工件的辅助时间。3、互为基准，反复加工的原则两个表面互为基准反复加工，可以不断提高定位基准的精度，保证两个表面之间相互位置精度。如加工套筒类，先以孔定位加工外圆，再以外圆定位加工孔，反复加工几次就可大大提高同轴度精度。基准的概念和工件的装夹4、自为基准的原则当精加工或光整加工工序要求余量小且均匀时，可选择加工表面本身为精基准，以保证加工质量和提高生产率。精铰孔时，铰刀与主轴采用浮动连接，加工时是以孔本身为定位基准。磨削车床床身导轨面时，常在磨头上装百分表以导轨面本身为基准来找正工件，或者用观察火花的方法来找正工件。精镗连杆小头孔，以自身定位。自为基准加工只能提高加工表面的尺寸精度，不能提高表面间的相互位置精度，后者应由先行工序保证。5、应能使工件装夹稳定可靠、夹具简单。基准的概念和工件的装夹（2）粗基准的选择1、选择要求加工余量小而均匀的重要表面为粗基准，以保证该表面有足够而均匀的加工余量。(此原则简称：余量均匀原则)例如，导轨面是车床床身的主要工作表面，要求在加工时切去薄而均匀的一层金属，使其保留铸造时在导轨面上所形成的均匀而细密的金相组织，以便增加导轨的耐磨性。另外，小而均匀的加工余量将使切削力小而均匀，因此引起的工件变形小，而且不易产生振动，从而有利于提高导轨的几何精度和降低表面粗糙度。见图2、某些表面不需加工，则应选择其中与加工表面有相互位置精度要求的表面为粗基准。(此原则简称：相互位置原则)见下图及后图基准的概念和工件的装夹基准的概念和工件的装夹3、选择比较平整、光滑、有足够大面积的表面为粗基准。该表面不允许有浇、冒口的残迹和飞边，以确保安全、可靠、误差小。(此原则简称：光滑平整原则)4、粗基准在同一定位方向上只允许在零件加工工序中使用一次，不允许重复使用。(此原则简称：一次使用原则)因为粗基准的精度和粗糙度都很差，如果重复使用，则不能保证工件相对刀具的位置在重复使用粗基准的工序中都一致，因而影响加工精度。基准的概念和工件的装夹二、工件的装夹方法(一)直接找正定位的装夹将工件直接放在机床上，工人可用百分表、划线盘、直角尺等对被加工表面进行找正，确定工件在机床上相对刀具的正确位置之后再夹紧。见图这种装夹方法，找正困难且费时间，找正的精度要依靠生产工人的经验和量具的精度，因此多用于单件、小批生产或某些相互位置精度要求很高、应用夹具装夹又难以达到精度的零件加工。(二)按划线找正装夹工件在切削加工前，预先在毛坯表面上划出要加工表面的轮廓线，然后按所划的线将工件在机床上找正、夹紧。划线时要注意照顾各表面间的相互位置和保证被加工表面有足够的加工余量。这种装夹方法被广泛用于单件、小批生产，尤其是用于形状较复杂的大型铸件或锻件的机械加工。这种方法的缺点是增加了划线工序，另外由于划的线条本身有一定的宽度，划线时又有划线误差，因此它的装夹精度低，一般在0.2～0.5mm之间。基准的概念和工件的装夹基准的概念和工件的装夹(三)在夹具中装夹夹具固定在机床上，夹具本身有使工件定位和夹紧的装置。工件在夹具上固定以后便获得了相对刀具的正确位置。这种装夹方法方便、迅速、精度高且稳定，广泛用于成批生产和大量生产中。如图1.1阶梯轴的铣键槽工序，可将工件直接放在夹具体的v形块上(见图)，不用找正就保证了工件相对刀具的位置，然后用压板夹紧工件，便可进行铣键槽的工作。对于某些零件(例如连杆、曲轴)，即使批量不大，但是为了达到某些特殊的加工要求，仍需要设计制造专用夹具。第二节机床夹具的组成及其分类机床夹具的组成及其分类一、机床夹具的组成下面以钻床夹具和铣床夹具为例进行分析（动画)（一）夹具的作用(1)可以缩短辅助时间，提高劳动生产率(2)易于保证加工精度的稳定(3)可扩大机床的使用范围(4)可以减轻劳动强度，保证安全生产机床夹具通过使工件在机床上相对刀具占有正确的位置的过程—定位，以及克服切削过程中工件受外力的作用保持工件的准确位置的过程—夹紧，来实现工件装夹。定位和夹紧两个过程的综合称为装夹,完成工件装夹的工艺装备称为机床夹具。机床夹具的组成及其分类（二）夹具的组成(1)定位元件：与工件的定位基准相接触，确定工件在夹具中的正确位置。(2)夹紧装置：这是用于夹紧工件的装置，在切削时使工件在夹具中保持既定位置。(3)对刀元件：这种元件用于确定夹具与刀具的相对位置。(4)夹具体：这是用于联接夹具各元件及装置，使其成为一个整体的基础件。它与机床相结合，使夹具相对机床具有确定的位置。任何夹具都必须有定位元件和夹紧装置，它们是保证工件加工精度的关键，目的是使工件“定准、夹牢”。(5)其它元件及装置：夹具的其他元件及装置包括连接元件、分度装置及锁紧机构等。这里主要介绍连接元件。机床夹具的组成及其分类夹具在机床上必须定位夹紧，才能最终保证工件与刀具的相对位置，在机床上进行夹具定位夹紧的元件，称之为连接元件。对于铣床、刨床、镗床等机床，夹具都是装在工作台上，用两个定位键定位，用若干个螺栓夹紧。对于车床和内外圆磨床，其夹具一般是安装在主轴上，其安装方法如图6.3所示。A.用莫氏锥度配合并用拉杆从尾部拉紧如图（a）。B.用圆柱定位面定位螺纹连接，并用两个压块防松保险如图（b）。C.用短锥和端面定位，螺钉夹紧如图（c）。D.用过渡盘定位。过渡盘与主轴端部是用短锥和端面定位，夹具体用止口与过渡盘定位，用螺钉夹紧如图（d）。对于钻床，一般不用定位键和T形槽螺钉、开口耳座夹紧机床夹具的组成及其分类通用夹具如车床上常用的三爪自定心卡盘、四爪单动卡盘、顶尖，铣床上常用的平口鉗、分度头、回转工作台等均属此类夹具。该类夹具由于具有较大的通用性，故得其名。通用夹具一般已标准化，并由专门的专业工厂（如机床附件厂）生产，常作为机床的标准附件提供给用户。二、机床夹具的分类★按通用化程度可分为两大类专用夹具是专门为某工件的某工序设计和制造的专用夹具,其结构简单、紧凑、操作迅速方便，因设计和制造的周期较长，批量少，所以成本较高。当产品变更时，因无法使用而报废，因此专用夹具适用于产品固定的成批或大量生产中。机床夹具的组成及其分类★按夹具结构与夹具零件的通用性程度分类：专用夹具、组合夹具、成组夹具组合夹具组合夹具是用系列化的标准零件和部件根据加工工序的要求拼装而成的。机床夹具的组成及其分类成组夹具：仅调整（或更换）夹具中的个别元件便可使用于一组（结构相似）零件的加工。工件的定位定位的目的是使工件在夹具中相对于机床、刀具都有一个确定的正确位置。工件上用来定位的表面称为定位基准面。一、六点定位原理（工件定位的六自由度原则）一个自由的物体相对于三个相互垂直的空间坐标系，有六种活动的可能性(三种是移动，三种是转动)。习惯把这种活动的可能性称为自由度，自由物体在空间的不同位置，就是这六种活动的综合结果。因此空间任一自由物体共有六个自由度。如图所示，这六个自由度为沿x、y、z轴移动的三个自由度；绕x、y、z轴转动的三个自由度。若使物体在某方向有确定的位置，就必须限制在该方向的自由度，所以要使工件在空间处于相对固定不变的位置，就必须对六个自由度加以限制。第三节工件的定位原理六点定位原理用相当于六个支承点的定位元件与工件的定位基准面接触，如图所示。在底面xoy内，三个支承点限制了x和y方向旋转自由度、z方向移动自由度；在侧面yoz内，两个支承点限制了x方向移动自由度、z方向旋转自由度；在端面xoz内，一个支承点限制了y方向移动自由度。用正确分布的六个支承点来限制工件的六个自由度，使工件在夹具中得到正确位置的规律称为六点定位原理。六点定位原理工件在加工中对六个自由度的限制，要根据被加工工件的加工要求来确定。如图所示。图(a)是在工件上加工不通槽。槽宽由刀具直径保证，但是要保证尺寸A、尺寸B、尺寸C，就需要限制x、y、z方向的移动和x、y、z的旋转六个自由度。这种定位方法，称为完全定位。图(b)是在工件上加工通槽，不需要保证C，所以也不必限制y方向的移动自由度，只需要限制其它五个自由度就可以了。图(c)是在工件上加工平面，不需要保证尺寸B、C，所以也不必限制x方向的移动、z方向的旋转自由度，只需要限制其它三个自由度就可以了。这种没有完全限制六个自由度而仍然保证有关工序尺寸的定位方法，称为不完全定位。二、工件正确定位应限制的自由度六点定位原理如果两种定位元件均能限制工件的同一个方向自由度时，称为过定位。对于过定位的工件，施加夹紧力后，可能产生工