05机械制造与夹具教案.docx

第 5 章 机械制造工装设计教学目标与要求 了解并熟悉夹具定位元件的类型与功用 了解夹紧机构的类型及夹紧原理 掌握定位误差的分析与计算方法 了解典型夹具的定位与夹紧过程 了解组合夹具的使用与组合方法教学重点 夹具定位元件的类型与功用 夹紧机构的类型及夹紧原理 定位误差的分析与计算方法 典型夹具5.1 夹 具 概 述机床夹具是一种工艺装备，其主要功能是完成工件的定位与夹紧。 1机床夹具的组成（1）定位装置。定位装置的作用是使工件在夹具中占据正确的位置。（2）夹紧装置。夹紧装置的作用是将工件压紧夹牢，保证工件在加工过程中受到外力作 用时不离开已经占据的正确位置。（3）夹具体。夹具上的所有组成部分，需要通过一个基础件使其连接成为一个整体，这 个基础件便称为夹具体。2机床夹具的分类机床夹具有多种分类方法，一般按适用工件的范围和特点可分为通用夹具、专用夹具、 第5章机械制造工装设计组合夹具和可调夹具，或者按适用于不同的机床又可分为车床夹具、铳床夹具、钻床夹具、 镗床夹具等。5.2夹具设计5.2.1定位元件的选择与设计1 .以平面定位时定位元件的选择(1) 主要支承。主要支承是用来限制工件的自由度，起定位作用。它可分为固定支承、 可调支承和自位支承。 固定支承：固定支承有支承钉和支承板，在使用过程中它们是固定不动的，如图5-1、图5-2所示。D配研/Jl1uJ1/L64A塑B 型图5-1支承钉A型图5-2支承板 可调支承：可调支承是指在定位过程中其高度可以调整的支承钉，如图5-3 （a）、（ b）所示。图5-3调节螺钉图5-4（ a）所示工件为砂型铸造件，在机械加工中一般先铳B面，然后再以B面定位镗双孔。但为了保证镗孔有足够而均匀的余量，最好以毛坯孔为粗基准定位，但这样装夹不便。通常将A面置于可调支承上，通过调整可调支承的高度来保证B面与两毛坯孔中心尺寸H2, 自位支承（又称浮动支承）：在工件定位过程中，能自动调节位置的支承便为自位支 承，如图5-5所示。图5-5自位支承（2）辅助支承。辅助支承不起定位作用，只是用来提高工件的装夹刚度和稳定性，故一 般在工件定位后才与工件接触。辅助支承有如下几种形式。 螺旋式辅助支承：如图5-6（a）所示，螺旋式辅助支承与可调支承的结构相近，但操作过程不同。前者是在工件定位后才与工件接触，故不起定位作用；而后者调整后与固定 支承一样起定位作用。螺雄式（b）自应式tc）推引式图5-6辅助支承1弹簧；2滑柱；3顶柱；4手轮；5斜楔；6滑销99 - 自位式辅助支承：如图 5-6（ b）所示，弹簧1只起推动滑柱2上升的作用，但不得顶起工件。滑柱 2与工件接触后用顶柱 3锁紧。 推引式辅助支承：如图 5-6(c)所示，在工件定位后推动手轮4时滑销6与工件接触，然后转动手轮 4使斜楔5的开槽部分胀开而锁紧。推引式辅助支承主要用于大型工件的 定位。2 以圆柱表面定位时定位元件的选择(1) 工件以圆孔定位。工件以圆孔定位时，常用的定位元件有圆柱定位销、圆柱心轴、 圆锥销和小锥度心轴。 圆柱定位销：具体结构如图5-7 (a)、( b )、(c)、(d)所示。当定位销直径 D为310mm时，通常把根部倒成圆角R,以增强刚性，避免使用中折断或热处理时淬断；当成批大量生产时，为了定位销的更换，可采用带衬套的结构形式，如图5-7 (d)所示。此外，为便于工件装夹，定位销的头部一般制成15倒角。定位销的参数可查阅有关国家标准。Id)图5-7定位销的结构 圆柱心轴：圆柱心轴可分为间隙配合心轴、过盈配合心轴和花键配合心轴，其具体结构如图5-8 (a)、(b)、(c)所示。 圆锥销：图5-9所示为工件以圆锥销定位的示意图，其中，图5-9 ( a)用于粗基面，图5-9 (b)用于精基面。值得注意是，工件在单个圆锥销上定位容易倾斜，故圆锥销一般与其它定位元件组合使用，如图5-10所示。图5-10 (a)所示为圆锥一圆柱组合心轴，锥度部分使工件准确定位，并将工件楔紧， 圆柱部分可减少工件倾斜。图5-10 (b)所示为以工件底面作为主要定位基面，圆锥销是活动的，即使工件的孔径变化较大，也能准确定位。图5-10 (c)所示为工件在双圆锥销上定位。以上3种定位方式均限制工件 5个自由度。 小锥度心轴：如图 5-11所示，工件在小锥度心轴上定位，并靠定位圆孔与心轴限位 圆锥面的弹性变形夹紧工件。机械制造工艺与夹具rW77/7/iL *；厲耐蹴配舍应轴(b)过柚配舍心轴AA*1 A(a)(b)(c)花瞪配合心铀图5-8 圆柱心轴1引导部分；2工作部分；3传动部分图5-9单个圆锥销定位图5-10圆锥销组合定位L图5-11小锥度心轴珪台TOO -第5章机械制造工装设计（2）工件以外圆柱面定位。工件以外圆柱表面作为定位基面时，最常用的定位元件有 V形块、半圆套和定位套。V形块：采用V形块定位的优点，一是对中性 好，能使工件定位的基准轴线对中在V形块的对称平面上，而不受定位基面直径误差的影响；二是无 论定位基面是否经过加工、是否为完整的圆柱面还 是局部的圆弧面均可。如图5-12所示，其中图5-12（a）用于较短的 外圆柱面定位，可限制工件2个自由度；图5-12（ b） 用于粗基准面定位；图 5-12 （ c）用于精基面定位； 图5-12 （ d）用于工件较长、直径较大的重型工件 定位（这种V形架常用铸铁底座镶淬火钢垫）。固定V形块与活动V形块组合定位，如图5-13. j 图5-12 V形块所示。其中，固定V形块限制工件2个自由度，而活动 V形块限制工件1个自由度，并具有 补偿毛坯尺寸变化和夹紧的作用。图5-13 V形块组合定位1 固定V形块；2 活动V形块V形块定位高度的计算（见图T5-14):=J d 二 H 2|sin(: /2)亠tan (篇/2)(5-1)式中，a- V形架两斜面之间的夹角，一般取 60 90 120其中90应用最广。当：=90 时，有T=H+0.707d-0.5N（5-2）（3）工件以一面两孔组合定位。在加工箱体、杠杆、盖板和支架等零件时，常用工件上的一面两孔作为定位基准，如图5-15所示。所用的定位元件为一大支承板，它限制了工件的3个自由度；短圆柱销1限制了工件的2个自由度；削边销 2限制了工件绕圆柱销转动的自 由度。所以工件以一面两孔定位，共限制了6个自由度，属于完全定位。值得注意的是，若不是采用一个圆柱销和一个削边销，而是采用2个圆柱销定位，这必然会在两孔中心线连线方向上产生过定位干涉现象。因为两孔的中心距与两圆柱销的中心距均有误差，当误差较大 时，这种过定位会使工件无法正确装入夹具上定位。因此，在实际生产中采用的是一个圆柱 销和一个削边销。图5-14 V形块结构尺寸图5-15工件以一面两孔定位1短圆柱销；2削边销-111 -削边销的结构如图5-16所示。当工件定位孔直径D< 30mm时，采用图5-16 (a)所示的结构；当工件的直径 D为3050mm时，采用如图5-16 ( b)所示的结构；当工件的定位直径 D >50mm时，采用如图5-16 (c)所示的结构。削边销的宽度部分可修圆，如图5-16 (d)所示。有关结构参数可查阅夹具标准或设计手册。图5-16削边销结构采用一面两孔定位时，圆柱销、削边销的主要参数确定如下。 圆柱销直径di的基本尺寸及公差：圆柱销直径的基本尺寸应等于相配合孔的最小极 限尺寸，其公差一般取 g6或f7。 圆柱销与削边销之间的中心距及公差：两销之间中心距的平均尺寸应等于两定位孔之间中心距的平均尺寸，其公差一般为(5-3)1/3。式中，、：Ld、:. LD 两销之间中心距的公差和两孔之间的中心距公差。 式（5-3）中当工件加工精度较高时取1/5，加工精度较低时取 削边销直径d2的基本尺寸及公差：削边销直径d2及其公差可按如下方法来确定：d _ Db（&d+d_D）d2max D2min（ 5-4 ）D2min式中，d2max、D2min 肖U边销直径的最大值和与削边销相配合孔的最小极限尺寸。削边销与孔的配合一般取为h6。由于其上偏差为零，故d2=d2max。削边销的尺寸见表 5-1。表5-1削边销的尺寸（mm）D2366882020 2424 3030 4040 50BD2.5D2)D2_2D2D2/D2-5D2-5b11233345b2345568【例5-1】在图5-15中，工件上两定位孔为 2 12 0.027mm，两定位孔中心距为80_0.06mm, 设计两定位销尺寸。解：（1）确定圆柱销直径圆柱销直径公差取 g6，即12g6 = 12 ；.0；7 mm。（2）确定圆柱销与削边销之间的中心距1 1根据公式（5-3）,取&d =$D =-汉0.12 =0.04 mm,所以圆柱销与削边销之间的中心距3 3为 8010.02mm。（3）确定削边销直径由表 5-1 查得 b=4mm, B=D2-2=12-2=10 mmb（氐击召）4 x （0 04+0 12根据公式（5-4）, d2nim=D = 12- 4 2.04 u.y= 11.947mm。Dm12削边销与定位孔的配合一般取h6,其下偏差为-0.011mm,直径为d2=11.947h6= 11.94701011mm =12 jmm522定位误差的分析与计算1 .定位误差的组成（1）基准不重合误差。当定位基准与工序基准不重合时，便产生基准不重合误差，其大 小等于定位基准与工序基准之间尺寸的公差，用耳表示。工序基准与定位基准之间的尺寸就称为定位尺寸。图5-17所示为铳沟槽面的工序简图。前一道工序已将各平面加工好，本工序铳槽要保证尺寸B,其工序基准是 D面。为便于夹具设计与制造，定位基准选择F面，于是定位基准与工序基准不重合，定位尺寸为L_.IL。在加工一批工件时，刀具与定位基准（或定位基面）的位置是事先调整好的，也就是说槽的位置相对于定位基准是一定的。但由于工序基准相对 于定位基准存在误差 _.丄，使得工序基准 D在一定范围内变动，从而造成这批工件的加工误 差。工序基准 D相对于定位基准F的最大变动量就是基准不重合误差，即冷=2丄。丄仃.图5-17工件铣槽工序简图（2）基准位移误差。定位基准相对于限位基准的最大变动量， 称为基准位移误差，用表示。 图5-18（ a）所示为在圆柱面上铳键槽，加工尺寸为A和B。图5-18（ b）所示为加工示意图，工件以内孔在圆柱心轴上定位，0是心轴轴心，Oi、O2是工件内孔的轴心。若心轴按d：制造，工件内孔的尺寸为 D Td，则这时虽然尺寸 A的工序基准与定位基准重合，但由于 心轴和工件内孔均存在制造误差，因而实际的工序基准（孔的轴心）与限位基准（心轴的轴 心）不重合，即存在一个变化范围，这个变化范围便是基准位移误差。CninDiihjc(b)图5-18心轴水平放置时基准位移误差由图5-18（ b）可计算出基准位移误差丄丫：dmax2(5-5)D .D人r rrrrrmax minminAy =O1O2 =OO1 -002 :2Dmax _ Dmin ”.dmax _dmin TD n.Td- 222 2由上式可知，基准位移误差是由定位副的制造误差造成的。综上所述，可得到如下结论。 定位误差只产生于用调整法加工一批工件的条件下，采用试切法加工，不存在定位误差。 定位误差由基准不重合误差和基准位移误差组成，但并非在任何情况下 2种误差均存在。当定位基准与工序基准重合时，则. ：B=0 ；当定位基准相对限位基准无位移时，则 ：Y=0。在计算定位误差Cd时，应先算出.-B和. -：Y ,再按一定规律合成，即当工序基准不在定位 基面上时，d=Cb+：Y ；当工序基准在定位基面上时，D= 电一厶丫。式中的“ +”与“ -”号确定方法：若基准位移和基准不重合误差引起的加工尺寸变化方向相同时，取“ +”号；反之取“ -”号。2 几种典型表面的定位误差计算（1）工件以平面定位。当工件以平面定位时，其定位误差主要是由基准不重合误差引起 的，故不计算基准位移误差。（2）工件以圆孔定位。图 5-19所示当心轴垂直放置时，工件与心轴任意边接触，此时的 基准位移误差为(5-6)-Y =0Q1 =0。1 OO1 = Dmax - dmin=TdTd Xmin式中，TD 工件孔的公差（mm）;Td 心轴的公差（mm）;Xmin 工件孔与心轴的最小配合间隙（ mm ）。值得注意的是，当心轴为弹性可胀心轴时，定位基准与限位基准无相对位移，因此基准 位移误差为零，即定位误差为零。（3）工件以外圆柱面定位。工件以外圆柱面定位时，常用的定位元件有V形块、定位套、支承板等。定位套和支承板的定位误差同前述的圆孔定位和平面定位相似。下面仅分析工件 在V形块上定位时的定位误差。如图5-20所示，在工件上铳键槽以圆柱面在V形块上定位，分析工序尺寸分别为 Ai、A、A3时的定位误差。图5-19心轴垂直放置时的基准位移误差当定位尺寸是Ai时，因工序基准与定位基准重合，即TdLD=LY=.:-2sin 2当工序尺寸为A2时，因工序基准与定位基准不重合，即:B=0，故定位误差为（5-7）治工0。另外，-:y丰0。于是有d max-dminTd2sin由于工序基准在定位基面上，因此有Aq - Ay - Ab2(5-8)Tda2si n2符号的确定：当定位基面直径由大变小时，定位基准往下移动；当定位基面直径由大变 小时，假设定位基准不动，工序基准相对定位基准向上移动。因两者变动方向相反，所以取 “ -”号，于是有d =Tda 2sin2Td _Td2_ 21a sin2当工序尺寸为A3时，即-_-B 0、：仝丰0。同样有dTd_ a2si n22Td12 . sin I 21符号的确定：当定位基面直径由大变小时，定位基准往下移动；当定位基面直径由 大变小时，假设定位基准不动，工序基准相对定位基准往下移动。两者变动方向相同， 所以有da sinI 2 Tda 2si n2【例5-2】按图5-21 (a)所示的定位方式加工键槽, 已知d25j021 mm, d2 =40_0.025mm, 两圆柱面的同轴度为 0.02mm , V形架夹角：=90 ，要保证的键槽深度尺寸 A= 34.8j.17mm, 试计算其定位误差。解：如图5-21 (b)所示，其中同轴度可标为e=00.01mm，大外圆半径 R= 20*.0125 mm。定位基准为d1的轴线。1,工序基准为d2外圆的下母线，所以基准不重合。 定位尺寸由e和R组成，所以有.：b=、e+、R=(0.02+0.0125)mm=0.0325mm 色0.021y -mm -0.0149mm2sin 二 2前452由于工序基准不在定位基面上，于是有d= b + =(0.0325+0.0149)mm=0.047mm v 0.17 mm=0.057mm31由于定位误差值小于工件工序尺寸公差的丄，所以此方案是可行的。3(4) 工件以一面两孔组合定位。工件以一面两孔定位是实际生产中应用最多的一种组合 定位方式。所谓一面两孔定位，就是以工件上一个较大的平面和平面上2个相距较远的孔的组合定位。工件以一面两孔定位时，其定位误差主要有2项，一是基准位移误差，二是转角误差。其基准位移误差一般取决于第 1定位副(圆柱销与孔)的最大间隙，转角误差则应按最不利 的情况通过计算求得。 基准位移误差：基准位移误差按定位销垂直放置时计算(此时的位移是任意方向的)一般取决于第1定位副圆柱销与孔的最大配合间隙，即AY -X1max =D1max d1min =Td1 Td1 X1min(5-9)式中，/max 圆柱销与定位孔的最大配合间隙；TD1 与圆柱销配合的工件定位孔直径公差；Td1 圆柱销直径公差；X1min 圆柱销与工件定位孔的最小配合间隙。 转角误差：转动的基准位移误差可简称转角误差，如图5-22所示。转角误差既取决于定位孔与两定位销的最大配合间隙Xjmax、X2max,又取决于中心距 L以及工件的偏转方向。(b)图5-22 一面两孔定位的转角误差当两孔偏转后与两销同侧接触时，如图5-22 (a)所示，其单边转角误差为2maxtan AX f L I 2整理得 : =arcta nX2max-X1max2L(5-10)L . 21 X 2max当两孔偏转后与两销异侧接触时，如图5-22 (b)所示，其转角误差为tan 一 二整理得一 =arcta n% 归(5-11)a2L实际上，工件还可转向另一个方向，故真正的转角误差为_.-：> _.-：?o【例5-3】如图5-23所示的盖板零件简图，上、下两平面和212 0027mm孔均已加工完毕，现以下平面和212 oO27mm孔定位，加工孔I、n、川以及通槽，试计算各工序尺寸的定位误差。已知圆柱销直径为12006 mm，菱形销直径为12j.034 mm，两销中心距为200 0.015mm。2次於口峙耐2闻松.0夕(孔)2000.015 用 1图5-23盖板零件简图二+|定一.a+l窝250.解：(1)计算工序尺寸 40二0.1mm的定位误差 因定位基准与工序基准重合，故.:b=o。Ad = Ay - Dimax dimin - (0.0270.017) mm=0.044mm0.2 mm=0.067mm3因定位误差小于工序尺寸公差的1/3，故能满足加工技术要求。(2)计算工序尺寸 60 0.1mm的定位误差 计算方法同(1),即鼻=0。Ad = AY - D1max _d1min = (O.。270.017) mm1 =0.044mm0.2 mm=0.067mm3因定位误差小于工序尺寸公差的1/3，故能满足加工技术要求。(3)计算工序尺寸100_0.15mm的定位误差计算方法与上述(1 )和(2)相同，即.b=0oAd = Ay = Dimax -dimin =(0.0270.017) mm1 =0.044mm0.3 mm=0.1mm3故能满足加工技术要求。(4)计算工序尺寸 25 0.1mm的定位误差因为加工孔川时的定位基准是孔。1的中心，而工序尺寸25 0.1mm的工序基准是孔 O?的中心，故定位基准与工序基准不重合，所以Ab = (2 0.05 =0.10mm。而基准位移误差与上述几种情况相同，即y =D1max 一 d1min =.044 mm由于工序基准不在定位基准面上，所以d = Ab+ Ay =(0.10.044) mm(1)=0.144mm3 .2 mm=0.067mm故初步判定此工序难以保证加工精度。但最终能否保证加工精度，还须视加工过程中的 其它误差大小而定。523夹紧机构的选择与设计1 .夹紧机构的组成夹紧机构的种类很多，但其结构均由2部分组成。(1) 动力装置。夹紧力的来源一是人力，二是某种装置所产生的力。能产生力的装置称 为夹具的动力装置。常用的动力装置有气动装置、液压装置、电动装置、电磁装置、气一液 联动装置和真空装置等。由于手动夹具的夹紧力来自人力，所以它没有动力装置。(2) 夹紧机构。接受和传递原始作用力使之变为夹紧力并执行夹紧任务的机构，便为夹 紧机构。夹紧机构一般由下列基本机构组成。 接受原始作用力的机构，如手柄、螺母以及用来连接汽缸活塞杆的机构等。 中间递力机构，如铰链、杠杆等。 夹紧元件，如各种螺钉压板等。其中，中间递力机构在传递原始作用力至夹紧元件的过程中可以起到诸如改变作用力的 方向与大小以及自锁等作用。2 .对夹紧机构的基本要求在不破坏工件定位精度并保证加工质量的前提下，应尽量使夹紧机构做到以下几点。第5章机械制造工装设计 夹紧力的大小适当。 既要保证工件在整个加工过程中其位置稳定不变、振动小，又要使工件不产生过大的夹紧变形。 工艺性好。夹紧机构的复杂程度应与生产纲领相适应，在保证生产效率的前提下， 其结构应力求简单，便于制造和维修。 使用性好。夹紧机构的操作应当方便、安全、省力。3 .基本夹紧机构（1）斜楔夹紧机构。采用斜楔作为传力元件或夹紧元件的夹紧机构，称为斜楔夹紧机构，如图5-24所示。图（a）是利用锤头击斜楔大头，直接夹紧工件，加工后锤击小头，松开工 件；图（b）是由斜楔与滑柱共同构成的夹紧机构，既可机动也可手动夹紧工件；图（c）是端面斜楔和压板共同构成的夹紧机构。直接采用斜楔夹紧时，斜楔的自锁条件是，斜楔的升 角小于斜楔与工件、斜楔与夹具体之间的摩擦角之和，即：max < ；V ；：2tb)图5-24斜楔加紧机构1夹具体；2斜楔；3工件(5-12)为保证自锁可靠，手动夹紧机构一般取:=68。用气压或液压装置驱动的斜楔不需要自锁，可取 :-=1535。斜楔夹紧具有结构简单、增力比大、自锁性能好等特点，因此获得广泛应用。（2）螺旋夹紧机构。采用螺杆作中间传力元件的夹紧机构统称为螺旋夹紧机构。由于它 结构简单、夹紧可靠、通用性好，而且螺旋升角小、自锁性能好、夹紧力和夹紧行程都较大，故是手动夹具上用得最多的一种夹紧机构。 简单螺旋夹紧机构：最简单的螺旋夹紧机构 如图5-25所示。是直接用螺钉头部或螺母压紧工件 的机构，其中图 5-25(a)螺钉头部易使工件受压 表面损伤，或带动工件旋转，因此常在头部装有摆 动的压块。由于摆动压块与工件间的摩擦力矩大于 压块与螺钉间的摩擦力矩，所以压块不会随螺钉一 起转动。夹紧动作慢、工件装卸费时是单个螺旋夹紧机 构的缺点。为克服这一缺点，可采用快速夹紧机构, 其具体结构详见夹具设计手册的有关内容。卜(b)图5-25简单螺旋夹紧机构 螺旋压板夹紧机构：在夹紧机构中，螺旋压板的使用非常普遍，如图5-26所示。常见的螺旋压板典型结构其结构尺寸均已标准化，使用时可参考有关国家标准和夹具设计>手册。图5-26螺旋压板夹紧机构(3) 偏心夹紧机构。用偏心件直接或间接夹紧工件的机构，称为偏心夹紧机构，如图5-27所示。偏心件有2种形式，即圆偏心和曲线偏心，其中圆偏心机构因结构简单、制造容 易而得到广泛应用。图5-27偏心夹紧机构圆偏心轮的工作原理：图 5-28( a)所示是圆偏心轮直接夹紧工件的原理图。其中Oi是圆偏心轮的几何中心，R是它的几何半径；。2是偏心轮的回转中心，O1O2是偏心距，即OiO2=e。基圆盘半径为r，其以外是2个相同的弧形楔。当偏心轮绕回转中心。2按顺时针方向转动时，相当于一个弧形楔逐渐楔入基圆盘与工件之间，从而实现对工件的夹紧。弧形楔展开图如图 5-28 (b)所示。-115 -尸点回转半轻法炒04590135 L 帥图 5-28圆偏心轮的工作原理图及弧形展开图 圆偏心轮的夹紧行程及工作段：当圆偏心轮绕回转中心02从0回转到180。时，其夹紧行程为2e。轮轴上各点升角不等，其 P点升角为最大（:max） P点升角即为P点的切 线与P点回转半径的法线间的夹角。于是有sin : max =sin ./O1PO2 二00Of因为O1O2 =e , OP=D2e2所以一般圆偏心轮的工作转角小于90 ,若转角太大，不仅操作费时，而且不安全。工作转角范围内的那段轮周为偏心轮的工作段。常用的工作段x=45 135 或:x =90180 当x=45 135时，升角大，夹紧力小，但夹紧行程大；当x=90 180时，升角小，夹紧力大，但夹紧行程小。 偏心轮的自锁条件：圆偏心轮弧形楔夹紧与斜楔夹紧的实质相同，故自锁条件相同，即(5-13)整理得:2e(5-14)（4）定心夹紧机构。当工件被加工面以中心要素（轴线、中心平面等）为工序基准时， 为使基准重合以减少定位误差，常采用定心夹紧机构。定心夹紧机构具有定心和夹紧 2种功能，如卧式车床的三爪自定心卡盘即为最常用的典 型实例。第5章机械制造工装设计定心夹紧机构按其定心作用原理有2种类型，一种是依靠传动机构使定心夹紧元件等速移动，从而实现定心夹紧，如螺旋式机构、杠杆式机构、楔式机构等；另一种是利用薄壁弹 性元件受力后产生均匀的弹性变形（收缩或扩张），来实现定心夹紧，如弹簧筒夹、膜片卡盘、波纹套、液性塑料等。 螺旋式定心夹紧机构：螺杆两端的螺纹旋向相反，螺距相同，如图5-29所示。当其旋转时，使2个V形钳口作对向等速移动，从而实现对工件的定心夹紧或松开。V形钳口可按工件不同形状进行更换。图5-29螺旋式定心夹紧机构1、2 V形钳口； 3滑块；4双向螺杆图5-30杠杆式三爪定心卡盘1滑套；2钩形杠杆；3轴销；4滑块 杠杆式定心夹紧机构： 在杠杆式三爪自定心卡盘中，滑套作轴向移动时，圆周均布的3个钩形杠杆便绕轴转动，拨动3个滑块沿径向移动，从而带动其上卡爪将工件定心并夹紧或松开，如图5-30所示。图5-31楔式定心夹紧机构1夹爪；2本体；3弹簧卡圈；4拉杆；5工件 楔式定心夹紧机构：在机动楔式夹爪自动 定心机构中，当工件以内孔及左端面在夹具上定位 后，汽缸通过拉杆使6个夹爪左移，由于本体上斜 面的作用，夹爪左移的同时向外胀开，将工件定心第5章机械制造工装设计夹紧；反之，夹爪右移时，在弹簧卡圈的作用下使夹爪收拢，将工件松开，如图5-31所示。这种定心夹紧机构结构紧凑，定心精度一般可达0.020.07mm，比较适用于工件内孔作定位基面的半精加工工序。 弹簧筒夹式定心夹紧机构：这种定心夹紧机构常用于安装轴套类工件，如图5-32所示。弹性定心夹紧机构，结构简单、体积小、操作方便迅速，因而应用十分广泛。其定心精度可稳定在 0.010.03mm。I234(a)(h)图5-32弹簧筒夹式定心夹紧机构1夹具体；2弹性夹头；3锥套；4螺母-117 -(5) 联动夹紧机构。联动夹紧机构是利用机构的组合来完成单件或多件的多点、多向同 时夹紧的机构。它可以实现多件加工，以减少辅助时间、提高生产效率和减轻工人的劳动强 度等。单件联动夹紧机构：利用夹紧机构实现工件的多向、多点夹紧。图5-33 ( a)所示机构为二力垂直夹紧；图 5-33 (b)表示2个夹紧力方向相同，拧紧右边螺母，通过拉杆带动 平衡杠杆使两副压板均匀地同时夹紧工件。<a)(b)图5-33单件联动夹紧机构多件联动夹紧机构：一般有平行式多件联动夹紧机构和连续式多件联动夹紧机构。*平行式多件联动夹紧机构。如图5-34 (a)所示，若采用刚性压板夹紧，则因一批工(a)(b)图5-34平行式多件联动夹紧机构件的外圆直径尺寸不一致，将导致个别工件夹不紧。在图5-34 (b)中增加了浮动装置，既可以同时夹紧工件，又方便操作。理论上，平行式夹紧各工件受到的夹紧力相等，即Fji= Fj2 = Fj3 = Fj4*连续式多件联动夹紧机构。图5-35( a)所示为一轴承盖，图5-35( b)所示为加工轴承盖连续式多件联动夹紧机构。这种方式，由于工件的夹紧力是依次传递的，可 能造成工件在夹紧方向的位置误差很大，因此只适用于加工在夹紧方向上没有加工要求的工件。图5-35连续式多件联动夹紧机构另外，在设计联动夹紧机构时，应注意设置浮动环节；同时夹紧的工件不宜太多；结构 的刚度要好，力求简单、紧凑。524工件夹紧力的确定1 .夹紧力方向的确定夹紧力的方向不应破坏工件定位。图5-36 (a)所示为不正确的夹紧方案，夹紧力有向上的分力Fjz,使工件离开原有的正确定位位置；图 5-36( b)所示为正确的夹紧方案。夹紧力方向应指向主要定位表面。2 .夹紧力作用点的确定 夹紧力的作用点应落在支承范围内：如图5-36 (a)所示夹紧力的作用点落到了定位元件的支承范围之外，夹紧时将破坏正确位置，因而是不正确的；图5-36 (b)所示夹紧力的作用点落在了定位元件支承范围之内，夹紧时不破坏正确定位，因而是正确的。 夹紧力的作用点应落在工件刚性较好的部位：如图5-37 ( a)所示，薄壁套筒的轴向刚性比径向刚性好，用卡爪径向夹紧时工件变形大，若沿轴向施加夹紧力，变形就会小得多。夹紧如图 5-37 (b)所示的薄壁箱体时，夹紧力不应作用在箱体的顶面，而应作用 在刚性较好的凸缘上。或如图5-37 (c)所示改为三点夹紧，改变着力点的位置，以减少夹紧变形。第5章机械制造工装设计-119 (b)l a)图5-37夹紧力与工件刚性的关系 夹紧力的作用点应靠近工件的加工部位如图5-38所示，夹紧力远离加工部位，因此应在加工部位加上辅助夹紧机构，以防止加工时发生振动，影响加工质量和安全。3 .夹紧力大小的估算估算的方法如下。 找出对夹紧最不利的瞬时状态，由此估算所需的夹紧力。 为了简便，只考虑主要因素在力系中的影 响，略去次要因素在力系中的影响。 根据工件状态，列出力（力矩）的平衡方 程式，解出夹紧力的大小。此外，还应适当考虑5-38夹紧力的作用点应尽量靠近加工部位1工件；2辅助支承；3铣刀安全系数。生产中如需进行夹紧力估算，可参阅有关资料，对此就不再赘述。5.3典型夹具分析5.3.1 车夹具1 .角铁式夹具如图5-39所示，在加工轴承座的内孔时，工件以底面和两孔定位，采用两压板夹紧。夹 具体与主轴端部以定位锥配合，用两双头螺柱连接在主轴上。导向套用于引导刀具。平衡块 用于消除回转时的不平衡现象。第5章机械制造工装设计-123图5-39角铁式车削夹具1削边销；2圆柱销；3夹具体；4支承板；5压板；6工件；7导向套；8平衡块2.花盘式车床夹具花盘式车床夹具的夹具体为圆盘形。在花盘式夹具上加工的工件一般形状都较复杂，多 数情况是工件的定位基准为圆柱面和与其垂直的端面。夹具上的平面定位件与车床主轴的轴 线相垂直。图5-40所示为回水盖工序图。本工序加工回水盖上2-G1"螺纹孔。加工要求是：两螺纹孔的中心线为78 _0.3mm，两螺纹孔的连心线与9H9两孔的连心线之间的夹角为45 两螺纹孔轴线应与底面垂直。1304- #9H9< 均布，沉孔机4瀝巧52Ed+IAE冋水盖IIT200图5-40回水盖工序图图5-41所示为加工本工序的花盘式车床夹具。工件以底平面和 2- 9mm孔分别在分度盘 3、圆柱销7和削边销6上定位，拧螺母9，由2块螺旋压板8夹紧工件。H雉转II10图5-41花盘式车床夹具1过渡盘；2夹具体；3分度盘；4 T形螺钉；5、9螺母;6削边销；7圆柱销；8压板；10对定销；11配重块3车完一个螺纹孔后， 松开3个螺母5，拔出对定销10,将分度盘3回转180，当对定销 10在弹簧的作用下插入另一分度孔中时，即可加工另一个螺纹孔。夹具体2以端面和止口在过渡盘 1上对定，并用螺钉紧固。为使整个夹具回转时平衡， 夹具上设了配重块11。3 不停车夹头图5-42所示是一种不停车车床卡头。拨叉10与齿条11、导柱9相连接。转动转轴12,齿轮带动齿条11,使拨叉10作前后运动，拨叉通过镶块8拨动外滑套3，滑套上的锥孔迫使 钢球4运动，带动内滑套 5,使弹簧卡头压紧和松开。用调整环调整夹紧行程。斜角：1 一般取1015要小于摩擦角，以保证自锁。图5-42不停车车床卡头1支座；2键；3外滑套；4钢球；5内滑套；6调整环；7弹簧夹头;8镶块；9导柱；10-拨叉；11齿条；12转轴4 液压自动卡盘在数控车床上，为提高加工生产率，并有利于FMS （柔性制造系统）的形成，一般采用自动夹具，以实现对工件的自动夹紧。常见的有气动、液压和电动卡盘。图5-43所示是由液压缸和楔式三爪自动定心卡盘构成的液压自动卡盘。当液压缸左腔进油时，通过拉杆 推动楔心套2向右移动，楔心套上有与轴线成15夹角的T形槽，该槽与滑座 6相配合，迫使滑座向外，使卡爪松开工件；反之，夹紧工件。液压缸的缸体10通过连接法兰与主轴尾端连接，与主轴一起旋转。第5章机械制造工装设计图5-43液压自动卡盘1卡盘体；2楔心套；3卡爪；4连