機床夾具設計方法和步驟現代機床夾具定位誤差分析工件在夾具中的定位第4章機床夾具原理機床夾具概述工件在夾具中的夾緊2024/1/32第4章機床夾具原理本章提要機床夾具是機械加工工藝系統的重要組成部分，是機械制造過程中重要的工藝裝備。工件在機床上進行加工時，為保證加工精度和提高生產率，必須使工件在機床上相對刀具占有并保持正確的位置，完成這一功能的輔助裝置稱為機床夾具，簡稱夾具。因此，夾具設計和制造是工藝準備工作的重要內容，它直接影響機械加工的產品質量、工人勞動強度、生產率和生產成本。2024/1/33第4章機床夾具原理4.1

機床夾具概述1.工件裝夾方法定位—是使工件在機床或夾具中占有正確位置的過程。夾緊—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。安裝—是定位和夾緊過程的總和。直接找正定位安裝—是把工件直接放在機床工作臺上或虎鉗、機床卡盤等機床附件中，用劃針、百分表等直接在機床上找正工件的位置后進行夾緊。找正安裝2024/1/34第4章機床夾具原理4.1

機床夾具概述1.工件裝夾方法按劃線找正定位安裝—是按照零件圖在毛坯上先劃出中心線、對稱線及各待加工表面的加工線，并檢查它們與各不加工表面的尺寸和位置關系，然后按照已劃好的線找正工件在機床上的位置。用夾具定位安裝—是夾具以一定的位置安裝在機床上，工件按照六點定位原則在夾具中定位并夾緊，不需要進行找正。1-削扁銷；2-圓柱銷；3-過渡盤；4-夾具體；5-定位基面；6-導向套；7-平衡塊；8-壓板；9-工件2024/1/35第4章機床夾具原理4.1

機床夾具概述2.夾具的作用與分類（1）夾具的作用◆保證工件的加工精度◆提高機床生產率◆擴大機床工藝范圍◆減輕工人的勞動強度（2）夾具的分類通用夾具—是指已經標準化、無須調整或稍加調整就可以用來裝夾不同工件的夾具，如三爪卡盤、四爪卡盤、平口虎鉗和萬能分度頭等。2024/1/36第4章機床夾具原理4.1

機床夾具概述專用夾具—是指專為某一工件的某一工序而設計制造的夾具。組合夾具—是由一套預先制造好的標準元件和零件組裝而成的專用夾具。通用可調夾具—不對應特定的加工對象，適用范圍寬，通過適當的調整或更換夾具上的個別元件，即可用于加工形狀、尺寸和加工工藝相似的多種工件。成組夾具—專為某一組零件的成組加工而設計，加工對象明確，針對性強。通過調整可適應不同形狀和尺寸的工件加工需要。隨行夾具—是自動或半自動生產線上使用的夾具。雖然它只適用于某一種工件，但毛坯裝上隨行夾具后，從生產線開始一直到生產線終端可在各位置上進行各種不同工序的加工。2024/1/37第4章機床夾具原理4.1

機床夾具概述2.夾具的作用與分類（3）夾具的組成定位元件—是用來確定工件在夾具上位置的元件或裝置。夾緊裝置—是將工件緊固在夾具上，以保證在加工中不會因切削力、慣性力等的影響而發生位置的變化。對刀及導向裝置—用來確定刀具相對于夾具位置的元件或裝置。連接元件—用來確定夾具相對于機床工作臺、主軸等位置的元件。其他元件及裝置—如分度裝置和為便于卸下工件而設置的頂出器等。夾具體—用來安裝定位元件、夾緊裝置、導向裝置、對刀裝置和連接元件等的零件。2024/1/38第4章機床夾具原理4.1

機床夾具概述2.夾具的作用與分類（3）夾具的組成2024/1/39第4章機床夾具原理4.2工件在夾具中的定位1.基準的概念基準—是產品或零件上用來確定其他點、線、面位置的那些點、線、面。設計基準—零件設計圖上，用來確定其他點、線、面位置的那些點、線、面。設計基準2024/1/310第4章機床夾具原理4.2工件在夾具中的定位1.基準的概念工藝基準—在加工和裝配過程中所使用的基準。按其用途不同，可分為工序基準、定位基準、測量基準和裝配基準。工序基準—工件的加工工序圖或其他工藝文件上用來確定被加工表面位置所使用的點、線、面。工序基準2024/1/311第4章機床夾具原理4.2工件在夾具中的定位1.基準的概念定位基準—是加工時用來確定工件正確位置的基準。測量基準—是用以測量已加工表面位置的某些點、線、面或其組合。裝配基準—用來確定零件在部件或機器中正確位置的基準的那些點、線、面。定位基準2024/1/312第4章機床夾具原理4.2工件在夾具中的定位1.基準的概念定位基準—是加工時用來確定工件正確位置的基準。測量基準—是用以測量已加工表面位置的某些點、線、面或其組合。裝配基準—用來確定零件在部件或機器中正確位置的基準的那些點、線、面。測量基準2024/1/313第4章機床夾具原理4.2工件在夾具中的定位分析基準時的注意事項：◆作為基準的點、線、面在工件上不一定存在，如孔的中心線、外圓的軸線及對稱面等，但在實際應用中常由某些具體的表面來體現，這些表面就可稱為基面。因此，選擇定位基準就是選擇恰當的定位基面。◆作為基準，可以是沒有面積的點、線或很小的面，但是代表基準的點和線在工件上具體的表面總有一定面積。◆上面所分析的都是尺寸關系的基準問題，當分析表面的平行度、垂直度、同軸度等位置精度的關系時也是一樣。2024/1/314第4章機床夾具原理4.2工件在夾具中的定位2.工件定位的基本原理六點定位原理—將六個支承抽象為六個“點”，合理分布六個點來限制工件的六個自由度，使工件占有確定位置。工件在空間中的自由度2024/1/315第4章機床夾具原理4.2工件在夾具中的定位“六點定位原理”可歸納為以下幾點：◆定位就是限制工件的自由度，它通過合理布置定位支承點的方法來實現。定位支承點是由定位元件抽象而來的，在夾具中，定位支承點總是通過具體的定位元件體現出來。◆定位支承點限制工件自由度的作用，應理解為定位支承點與工件定位基面始終保持緊密接觸，若二者脫離，則意味著失去定位作用。◆一個定位支承點僅限制一個自由度，一個工件有六個自由度，所設置的定位支承點數目，原則上不應超過六個，且不得重復和矛盾。實際應用中應設置幾個定位支承點，完全由工件的加工技術要求所確定。◆分析定位支承點的定位作用時，不考慮力的影響。工件的某一個自由度被限制，是指工件在這一方向上有確定的位置，并非指工件在受到使其脫離定位支承點的外力時，不能運動。欲使其在外力作用下不能運動，是夾緊的任務；反之，工件在外力作用下不能運動，即被夾緊，也并不是說工件的所有自由度都被限制了。2024/1/316第4章機床夾具原理4.2工件在夾具中的定位分析定位時應注意的問題：◆完全定位與不完全定位完全定位—工件的六個自由度全部被限制而在空間占有完全確定的唯一位置的定位方式。不完全定位—限制的工件自由度數不足六個，但可以滿足工件加工要求的定位方式。工件應限制自由度的確定2024/1/317第4章機床夾具原理4.2工件在夾具中的定位分析定位時應注意的問題：◆過定位與欠定位欠定位—實際定位所限制的自由度數少于工件加工精度要求必須限制的自由度數目的定位方式。過定位—幾個定位支承點同時重復限制工件的某一個自由度的現象。過定位可能引起的兩種情況消除過定位及其干涉的途徑：

改變定位元件的結構，以減少轉化支承點的數目，消除被重復限制的自由度；

提高工件定位基面之間及夾具定位元件工作表面之間的位置精度，以消除過定位引起的干涉。2024/1/318第4章機床夾具原理4.2工件在夾具中的定位◆定位支承點的配置主定位面—工件上與分布在同一平面內的三個定位支承點相接觸的定位基面。工件上作為主要定位面的表面，應該力求其面積盡可能大，而三個定位支承點的分布，也應盡量彼此遠離和分散。導向定位面—分布在同一平面上的兩個定位支承點，只能限制一個移動自由度和一個轉動自由度。工件上與這種分布在同一平面內的兩個定位支承相接觸的定位基準。作為導向定位面的表面應盡可能長，兩個支承點的距離盡可能遠。止推或防轉定位面—工件上只與一個定位支承點相接觸的定位基面。2024/1/319第4章機床夾具原理4.2工件在夾具中的定位3.典型定位方式及定位元件◆工件以平面定位各種固定支承釘固定支承板2024/1/320第4章機床夾具原理4.2工件在夾具中的定位3.典型定位方式及定位元件◆工件以平面定位可調支承自位支承2024/1/321第4章機床夾具原理4.2工件在夾具中的定位3.典型定位方式及定位元件◆工件以平面定位輔助支承2024/1/322第4章機床夾具原理4.2工件在夾具中的定位3.典型定位方式及定位元件◆工件以圓孔定位定位銷2024/1/323第4章機床夾具原理4.2工件在夾具中的定位3.典型定位方式及定位元件◆工件以圓孔定位圓柱銷定位圓錐銷定位2024/1/324第4章機床夾具原理4.2工件在夾具中的定位3.典型定位方式及定位元件◆工件以圓錐孔定位圓錐孔在圓錐體上的定位分析2024/1/325第4章機床夾具原理4.2工件在夾具中的定位3.典型定位方式及定位元件◆工件以外圓柱面定位圓柱體在V形塊上定位2024/1/326第4章機床夾具原理4.2工件在夾具中的定位3.典型定位方式及定位元件◆工件以外圓柱面定位定位套筒2024/1/327第4章機床夾具原理4.2工件在夾具中的定位3.典型定位方式及定位元件◆工件以外圓柱面定位定位套筒2024/1/328第4章機床夾具原理4.2工件在夾具中的定位3.典型定位方式及定位元件◆工件以組合表面定位（1）工件以兩短錐孔定位2024/1/329第4章機床夾具原理4.2工件在夾具中的定位3.典型定位方式及定位元件◆工件以組合表面定位（2）工件以短外圓和短錐孔定位2024/1/330第4章機床夾具原理4.2工件在夾具中的定位3.典型定位方式及定位元件◆工件以組合表面定位（3）一個平面和兩個與其垂直的外圓柱面的組合2024/1/331第4章機床夾具原理4.2工件在夾具中的定位3.典型定位方式及定位元件◆工件以組合表面定位“一面兩孔”的組合定位一面兩孔定位時的相互干涉現象（4）一個平面和兩個與其垂直孔的組合2024/1/332第4章機床夾具原理4.2工件在夾具中的定位3.典型定位方式及定位元件◆工件以組合表面定位工件以一個孔和一個平面定位（5）一個孔和一個平行于孔中心線的平面的組合2024/1/333第4章機床夾具原理

1.

定位誤差產生的原因

六點定位原理解決了工件在夾具中位置“定與不定”的問題。由于一批工件逐個在夾具上定位時，各工件實際所占據的位置不完全一致。加工后，各工件的加工尺寸必然大小不一，形成誤差。這種與工件定位有關的誤差，稱為定位誤差，用表示。工件位置“準”與“不準”，更確切地說是加工尺寸的所依賴設計基準位置是否一致。影響各工件設計基準位置不一致的原因有二：一是定位基準與設計基準不重合；二是定位基準與限位基準不重合。4.3定位誤差分析2024/1/334第4章機床夾具原理

1.

定位誤差產生的原因4.3定位誤差分析定位誤差定位基準與設計基準不重合所引起的基準不重合誤差△B

定位副制造不準確所引起的基準位移誤差△Y

相關概念在零件圖上用來確定某一表面尺寸、位置所依據的基準稱為設計基準。

在工序圖上用來確定本工序被加工表面加工后的尺寸、位置所依據的基準稱為工序基準。工件在機床上進行加工時，必須選擇工件上若干幾何要素作為加工（或測量）時的定位基準。

2024/1/335第4章機床夾具原理

基準不重合誤差分析示例如圖(a)所示零件，設e面已加工好，今在銑床上用調整法加工f面和g面當加工f面時，若選e面為定位基準，則f面的設計基準和定位基準都是e面，基準重合，沒有基準不重合誤差，尺寸A允許的制造誤差即為設計公差TA，如圖(b)所示。

2基準不重合誤差2024/1/336第4章機床夾具原理

當加工g面時，定位基準有兩種不同的選擇方案方案Ⅰ是選用f面作為定位基準加工g面，如圖(c)所示，此時定位基準與設計基準重合，沒有基準不重合誤差。但這種定位方式的夾具結構復雜，夾緊力的作用方向與銑削力方向相反，不夠合理，操作也不方便。

2基準不重合誤差2024/1/337第4章機床夾具原理

方案Ⅱ是選用e面作為定位基準來加工g面，如圖(d)所示。此時銑刀端面至定位基準e面之間的尺寸在加工一批工件中是不變的，因此直接得到的工序尺寸是C，而尺寸B將由尺寸A、C間接保證。根據圖(d)，可推導出尺寸B為：可見，尺寸B的誤差由本工序誤差TC和前一工序誤差TA構成，其中TA即為基準不重合誤差。

2基準不重合誤差2024/1/338第4章機床夾具原理

由于定位基準e與設計基準f不重合，給g面加工帶來的基準不重合誤差。基準不重合誤差△B等于設計基準f面相對于定位基準e面在尺寸B方向上的最大變動量TA。

注意：定位基準與設計基準不重合時所產生的基準不重合誤差，只有在采用調整法加工時才會產生，在試切法加工中不會產生。為了保證尺寸B的設計允許誤差TB，工序公差TC必須滿足：當時，TC=0或為負值，這在工藝上是不可能的，此時必須提高前道工序的加工精度，即壓縮前道工序的制造誤差；

當時，顯然，本工序的制造精度被提高了，這樣不可避免增加制造難度和制造成本。因此，加工過程中盡量選擇設計基準作為定位基準。

討論2024/1/339第4章機床夾具原理

基準位移誤差

當工件定位面與夾具定位元件共同構成定位副時，由于定位副制造不準確和定位副之間的配合間隙而引起的工件最大位置變動量，稱為定位基準位移誤差，用表示。

實例：如圖4-36(a)所示零件，在圓柱面上銑槽，加工尺寸為A和B，工件以內孔D在圓柱心軸上定位，O是心軸軸線，O1、O2是工件孔軸心。

3定位基準位移誤差2024/1/340第4章機床夾具原理

基準位移誤差

圖4-36

基準位移誤差

3定位基準位移誤差2024/1/341第4章機床夾具原理

一般情況下，基準不重合誤差的方向和基準位移誤差的方向可能不相同，為此定位誤差取為基準不重合誤差和基準位移誤差的矢量和。尺寸A的設計基準是孔的軸心線，定位基準也是內孔軸心線，兩者重合，但是由于定位副有制造公差和配合間隙，定位基準（工件的內孔軸線）相對于限位基準（心軸軸線）有了一個變動范圍O1O2。給A尺寸造成了誤差，這個誤差就是基準位移誤差。

2024/1/342第4章機床夾具原理

(1)工件用V形塊定位時定位誤差的計算要求保證上母線到加工面的尺寸H1，即設計基準為B，如圖(a)所示；要求保證下母線到加工面的尺寸H2，即設計基準為C，如圖(b)所示；要求保證軸心線到加工面的尺寸H3，即設計基準為O，如圖(c)所示。用V形塊定位的誤差

4定位誤差的分析計算實例

2024/1/343第4章機床夾具原理

解：工件均以外圓在V形塊上定位，定位基準為圓軸軸心線。由于工件尺寸誤差，接觸點E、F的位置將會變化，造成軸心線O產生垂直位方向移誤差；而加工前調整機床時以不變點A作為調整刀具位置尺寸C的依據。因此，對于加工尺寸H1、H2會產生基準不重合誤差。現分別計算如下：（1）尺寸H1的定位誤差

①誤差判斷設計基準為圓軸上母線，定位基準為圓軸軸心線O，兩者不重合，；但由于工件尺寸變化，使定位基準與限位基準不重合造成基準位移誤差，故②誤差計算

定位基準相對于設計基準在工序尺寸方向上的最大變動量

定位基準相對于限位基準在工序尺寸方向上的最大變動量O1O22024/1/344第4章機床夾具原理

③誤差綜合

由于兩種誤差處在同一尺寸方向上，因此符號的確定：假設定位基準O不動，當定位圓柱面直徑由大變小時，則設計基準向下運動，基準不重合誤差方向向下；另一方面，定位圓柱面直徑由大變小時，引起定位基準O向下移動，使基準位移誤差方向也向下，因此兩者變動方向相同，故有（2）尺寸H2的定位誤差同理，可推知

2024/1/345第4章機床夾具原理

（3）尺寸H3的定位誤差

①誤差判斷設計基準為圓軸中心O，定位基準為圓軸軸心線O，兩者重合，故ΔB=0；但由于工件尺寸變化，使定位基準與限位基準不重合造成基準位移誤差，故②誤差計算

定位基準相對于限位基準在工序尺寸方向上的最大變動量O1O2③誤差綜合

2024/1/346第4章機床夾具原理

1.

夾緊裝置的組成及其設計要求1）

夾緊裝置的組成典型的夾緊裝置一般由力源裝置、中間傳力機構、夾緊元件等組成。4.4工件在夾具中的夾緊

1-氣缸；2-斜楔；3-滾子；4-壓板；5-工件2024/1/347第4章機床夾具原理

2）夾緊裝置的要求◆

夾緊不應破壞定位；◆

夾緊力的大小應能保證加工過程中工件不發生移動和振動，并能在一定范圍內調節；◆

工件在夾緊后的變形最小，受壓表面的損傷不應超出允許的范圍；◆

應有足夠的夾緊行程，手動時要有自鎖作用；◆

具有足夠的強度和剛度，結構緊湊；◆

動作靈活，制造、維護方便，操作省力、安全。

4.4工件在夾具中的夾緊

2024/1/3482.

夾緊力的確定1）夾緊力的方向◆

夾緊力應垂直于主要定位基面

4.4工件在夾具中的夾緊

第4章機床夾具原理

2024/1/3492.

夾緊力的確定1）夾緊力的方向◆

夾緊力應有利于減小夾緊力

4.4工件在夾具中的夾緊

第4章機床夾具原理

2024/1/3502.

夾緊力的確定1）夾緊力的方向◆

夾緊力應使工件變形盡可能小

4.4工件在夾具中的夾緊

第4章機床夾具原理

2024/1/3512.

夾緊力的確定2）夾緊力的作用點◆

夾緊力的作用點應能保持工件定位穩定，而不致引起工件發生位移和偏轉；◆

夾緊力的作用點，應作用在工件剛性好的部位，使被夾緊工件的夾緊變形盡可能小。4.4工件在夾具中的夾緊

第4章機床夾具原理

2024/1/3522.

夾緊力的確定2）夾緊力的作用點◆

夾緊力的作用點應盡可能靠近工件加工表面，以提高定位穩定性和夾緊可靠性

。4.4工件在夾具中的夾緊

第4章機床夾具原理

2024/1/3532.

夾緊力的確定3）夾緊力的大小◆

夾緊力的大小可根據切削力、工件重力的大小、方向和相互位置關系具體計算（平衡式）。◆

進行夾緊力計算時，通常將夾具和工件看作一剛性系統。◆

為安全起見計算出的夾緊力應乘以安全系數K，故實際夾緊力一般比理論計算值大2~3倍。粗加工時K取2.5~3；精加工時K取1.5~2。◆

一般來說，手動夾緊時不計算夾緊力的準確值，但機動夾緊時，則必須對夾緊力進行計算，以確定相應動力部件的參數。4.4工件在夾具中的夾緊

第4章機床夾具原理

2024/1/3543.

夾緊機構設計1）斜楔夾緊機構斜楔夾緊機構是最基本的夾緊裝置形式之一，其他夾緊裝置均是它的變形。主要用于增大夾緊力或改變夾緊力方向。

4.4工件在夾具中的夾緊

第4章機床夾具原理

1-夾具體；2-斜楔；3-工件2024/1/3553.

夾緊機構設計2）螺旋夾緊機構螺旋夾緊機構是從楔塊夾緊裝置轉化而來的，相當于把楔塊繞在圓柱體上，轉動螺旋時即可夾緊工件。4.4工件在夾具中的夾緊

第4章機床夾具原理

2024/1/3562）螺旋夾緊機構

4.4工件在夾具中的夾緊

第4章機床夾具原理

2024/1/3573.

夾緊機構設計3）偏心夾緊機構偏心夾緊機構也是由楔塊夾緊裝的一種變形。4.4工件在夾具中的夾緊

第4章機床夾具原理

2024/1/3583.

夾緊機構設計4）定心夾緊機構

4.4工件在夾具中的夾緊

第4章機床夾具原理

2024/1/3593.

夾緊機構設計5）鉸鏈夾緊機構

4.4工件在夾具中的夾緊

第4章機床夾具原理

2024/1/3603.

夾緊機構設計6）聯動夾緊機構

4.4工件在夾具中的夾緊

第4章機床夾具原理

2024/1/3614.

夾緊動力源裝置1）氣動夾緊4.4工件在夾具中的夾緊

第4章機床夾具原理

1-霧化器；2-減壓閥；3-止向閥；5-調速閥；6-氣壓表；7-氣缸2024/1/3624.

夾緊動力源裝置2）液動夾緊3）氣－液組合夾緊

4.3工件在夾具中的夾緊

第4章機床夾具原理

2024/1/3631.

夾具的連接元件

1）夾具在工作臺面上的連接定位4.5夾具中的其它元件與裝置

第4章機床夾具原理

2024/1/3641.

夾具的連接元件

2）夾具在回轉主軸上連接定位

4.5夾具中的其它元件與裝置

第4章機床夾具原理

2024/1/3652.

夾具的分度裝置

1）轉角分度裝置的基本形式

4.5夾具中的其它元件與裝置

第4章機床夾具原理

2024/1/3662.

夾具的分度裝置

2）分度定位器的操縱機構

4.5夾具中的其它元件與裝置

第4章機床夾具原理

2024/1/3672.

夾具的分度裝置

3）分度盤鎖緊機構

4.5夾具中的其它元件與裝置

第4章機床夾具原理

2024/1/3683.夾具的對刀引導元件

1）銑床夾具的對刀4.5夾具中的其它元件與裝置

第4章機床夾具原理

2024/1/3693.夾具的對刀引導元件

2）鉆床夾具中刀具的對準與引導

4.5夾具中的其它元件與裝置

第4章機床夾具原理

2024/1/3703.夾具的對刀引導元件

2）鉆床夾具中刀具的對準與引導

4.5夾具中的其它元件與裝置

第4章