機(jī)床夾具是機(jī)械加工工藝系統(tǒng)的一個(gè)重要組成部分。為保證工件某工序的加工要求，必須使工件在機(jī)床上相對(duì)刀具的切削或成形運(yùn)動(dòng)處于準(zhǔn)確的相對(duì)位置。當(dāng)用夾具裝夾加工一批工件時(shí)，是通過夾具來實(shí)現(xiàn)這一要求的。而要實(shí)現(xiàn)這一要求，又必須滿足三個(gè)條件：①一批工件在夾具中占有正確的加工位置；②夾具裝夾在機(jī)床上的準(zhǔn)確位置；③刀具相對(duì)夾具的準(zhǔn)確位置。這里涉及了三層關(guān)系：零件相對(duì)夾具，夾具相對(duì)于機(jī)床，零件相對(duì)于機(jī)床。工件的最終精度是由零件相對(duì)于機(jī)床獲得的。所以“定位”也涉及到三層關(guān)系：工件在夾具上的定位，夾具相對(duì)于機(jī)床的定位，而工件相對(duì)于機(jī)床的定位是間接通過夾具來保證的。工件定位以后必須通過一定的裝置產(chǎn)生夾緊力把工件固定，使工件保持在準(zhǔn)確定位的位置上，否則，在加工過程中因受切削力，慣性力等力的作用而發(fā)生位置變化或引起振動(dòng)，破壞了原來的準(zhǔn)確定位，無法保證加工要求。這種產(chǎn)生夾緊力的裝置便是夾緊裝置。

壹 夾具

一、機(jī)床夾具概述

1.機(jī)床夾具的概念

機(jī)床夾具是機(jī)床上用以裝夾工件（和引導(dǎo)刀具）的一種裝置。其作用是將工件定位，以使工件獲得相對(duì)于機(jī)床和刀具的正確位置，并把工件可靠地夾緊。

2.機(jī)床夾具的分類

機(jī)床夾具可根據(jù)其使用范圍，分為通用夾具、專用夾具、組合夾具、通用可調(diào)夾具和成組夾具等類型。機(jī)床夾具還可按其所使用的機(jī)床和產(chǎn)生加緊力的動(dòng)力源等進(jìn)行分類。根據(jù)所使用的機(jī)床可將夾具分為車床夾具、銑床夾具、鉆床夾具（鉆模）、鏜床夾具（鏜模）、磨床夾具和齒輪機(jī)床夾具等，根據(jù)產(chǎn)生加緊力的動(dòng)力源可將夾具分為手動(dòng)夾具、氣動(dòng)夾具、液壓夾具、電動(dòng)夾具、電磁夾具和真空夾具等。

3.機(jī)床夾具的組成

(1)定位元件

(2)夾緊裝置

(3)對(duì)刀、引導(dǎo)元件或裝置

(4)連接元件

(5)夾具體

(6)其它元件及裝置

二、定位基準(zhǔn)

基準(zhǔn)是用以確定生產(chǎn)對(duì)象上幾何要素間的幾何關(guān)系所依據(jù)的點(diǎn)，線，面。在加工中用以定位的基準(zhǔn)稱為定位基準(zhǔn)。有時(shí)，作為基準(zhǔn)的點(diǎn)、線、面在工件上不一定具體存在（例如孔的中心線和對(duì)稱中心平面等），其作用是由某些具體表面（如內(nèi)孔圓柱面）體現(xiàn)的，體現(xiàn)基準(zhǔn)作用的表面稱為基面。

三、工件在夾具中的定位

(一)六點(diǎn)定位原理

任何未定位的工件在空間直角坐標(biāo)系中都具有六個(gè)自由度。工件定位的任務(wù)就是根據(jù)加工要求限制工件的全部或部分自由度。工件的六點(diǎn)定位原理是指用六個(gè)支撐點(diǎn)來分別限制工件的六個(gè)自由度，從而使工件在空間得到確定定位的方法。 

 (二)支承點(diǎn)與定位元件

上圖為常見定位方式中的定位元件所限制的自由度和相當(dāng)?shù)闹С悬c(diǎn)數(shù)

(三)完全定位與不完全定位

工件的六個(gè)自由度完全被限制的定位稱為完全定位。按加工要求，允許有一個(gè)或幾個(gè)自由度不被限制的定位稱為不完全定位。

(四)欠定位與過定位

按工序的加工要求，工件應(yīng)該限制的自由度而未予限制的定位，稱為欠定位。在確定工件定位方案時(shí)，欠定位時(shí)絕對(duì)不允許的。工件的同一自由度背二個(gè)或二個(gè)以上的支撐點(diǎn)重復(fù)限制的定位，稱為過定位。在通常情況下，應(yīng)盡量避免出現(xiàn)過定位。

消除過定位及其干涉一般有兩個(gè)途徑：其一是改變定位元件的結(jié)構(gòu)，以消除被重復(fù)限制的自由度；其二是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，以減少或消除過定位引起的干涉。

四、組合夾具和隨行夾具

(一)組合夾具 

組合夾具是由一套預(yù)先制造好的標(biāo)準(zhǔn)元件和合件組裝而成的專用夾具。

(二)隨行夾具

隨行夾具是大批量生產(chǎn)中在自動(dòng)線上使用的一種移動(dòng)式夾具。

貳 夾具定位誤差分析計(jì)算

所謂定位誤差，是指由于工件定位造成的加工面相對(duì)工序基準(zhǔn)的位置誤差。因?yàn)閷?duì)一批工件來說，

刀具經(jīng)調(diào)整后位置是不動(dòng)的，即被加工表面的位置相對(duì)于定位基準(zhǔn)是不變的，所以定位誤差就是工序

基準(zhǔn)在加工尺寸方向上的最大變動(dòng)量。

 ㈠ 引言&

①△總≤δ 

其中△總為多種原因產(chǎn)生的誤差總和，δ是工件被加工尺寸的公差，△總包括夾具在機(jī)床上的裝夾誤差，工件在夾具中的定位誤差和夾緊誤差，機(jī)床調(diào)整誤差，工藝系統(tǒng)的彈性變形和熱變形誤差，機(jī)床和刀具的制造誤差及磨損誤差等。

②△定+ω≤δ 其中，ω除定位誤差外，其他因素引起的誤差總和，可按加工經(jīng)濟(jì)精度查表確定。

所以由①和②知道：△定≤δ-ω （是驗(yàn)算加工工件合格與否的公式）

 或者：△定≤1/3δ（也是驗(yàn)算加工工件合格與否的公式）

㈡ 定位誤差的組成

1、定義：定位誤差是工件在夾具中定位，由于定位不準(zhǔn)造成的加工面相對(duì)于工序基準(zhǔn)沿加工要求方向上的最大位置變動(dòng)量。

  2、定位誤差的組成：

定位基準(zhǔn)與工序基準(zhǔn)不一致所引起的定位誤差，稱基準(zhǔn)不重合誤差，即工序基準(zhǔn)相對(duì)定位基準(zhǔn)在加工尺寸方向上的最大變動(dòng)量，以△不表示。

定位基準(zhǔn)面和定位元件本身的制造誤差所引起的定位誤差，稱基準(zhǔn)位置誤差，即定位基準(zhǔn)的相對(duì)位置在加工尺寸方向上的最大變動(dòng)量，以△基表示。故有：

  △定=△不+△基

此外明確兩點(diǎn)：

①只用調(diào)整法加工一批零件才產(chǎn)生定位誤差，用試切法不產(chǎn)生定位誤差；

②定位誤差是一個(gè)界限值（有一個(gè)范圍）。 

㈢ 定位誤差的分析計(jì)算

⑴工件以平面定位時(shí)的定位誤差

定位基準(zhǔn)：平面 ；定位元件工作面：平面  ====>易加工平整，接觸良好===>

所以△基=0  △定=△不（注：若位毛坯面，則仍有△基）

⑵工件以外圓柱面定位時(shí)的定位誤差（以V形塊為例）

工序基準(zhǔn)定位基準(zhǔn)△定

①對(duì)H2尺寸：△不=0，△基為定位基準(zhǔn)線0的在加工方向的最大變動(dòng)量，即OO''''

所以△基=OO''''=OE-O''''E=[dmax/2sin（α/2）]-[dmin/2sin(α/2)]=δd/2sin(α/2）

即：△定=△不+△基=0+δd/2sin(α/2）=δd/2sin(α/2）

②對(duì)H1尺寸：△不=δd/2，△基=δd/2sin(α/2）

或：△定=AA''''=AO+OO''''-A''''O''''=dmax/2+δd/2sin(α/2）-dmin/2

=δd/2{1+[1/sin(α/2）]}

③對(duì)H3尺寸：△定=BB''''=B''''O''''+OO''''-OB=(dmin/2)+[δd/2sin(α/2）]-dmax/2

=δd/2{[1/sin(α/2）]-1}

綜上所述：△定（H3)<△定(H2)<△定(H1)  ，所以標(biāo)注尺寸H3最好。

⑶工件以內(nèi)孔表面定位時(shí)的定位誤差

①主要介紹工件孔與定位心軸（或銷）采用間隙配合的定位誤差計(jì)算

△定=△不+△基

a.心軸（或定位銷）垂直放置，按最大孔和最銷軸求得孔中心線位置的變動(dòng)量為：

△基=δD+δd+△min=△max  (最大間隙）

b.心軸（或定位銷）水平放置，孔中心線的最大變動(dòng)量（在鉛垂方向上）即為△定

△基=OO''''=1/2(δD+δd+△min)=△max/2

或△基=(Dmax/2)-(dmin/2)=△max/2

②工件孔與定位心軸(銷)過盈配合時(shí)(垂直或水平放置)時(shí)的定位誤差

此時(shí)，由于工件孔與心軸(銷)為過盈配合，所以△基=0。

對(duì)H1尺寸:工序基準(zhǔn)與定位基準(zhǔn)重合,均為中心O ,所以△不=0

對(duì)H2尺寸:△不=δd/2

⑷工件以'一面兩孔'定位時(shí)的定位誤差  

①“1”孔中心線在X，Y方向的最大位移為：

△定（1x)=△定(1y)=δD1+δd1+△1min=△1max（孔與銷的最大間隙）

②“2”孔中心線在X,Y方向的最大位移分別為:

△定(2x)=△定(1x)+2δLd(兩孔中心距公差)

△定(2y)=δD2+δd2+△2min=△2max

③兩孔中心連線對(duì)兩銷中心連線的最大轉(zhuǎn)角誤差:

△定(α)=2α=2tan-1[(△1max+△2max)/2L]  (其中L為兩孔中心距)

以上定位誤差都屬于基

準(zhǔn)位置誤差,因?yàn)?span>△不=0。

叁 工件的夾緊工件的夾緊與常用的夾緊裝置

一、工件的夾緊

(一)夾緊裝置

1.夾緊裝置的組成——動(dòng)力裝置、夾緊元件、中間傳力機(jī)構(gòu)

2.夾緊裝置的基本要求

(1)夾緊既不應(yīng)破壞工件的定位，或產(chǎn)生過大的夾緊變形，又要有足夠的夾緊力，防止工件在加工中產(chǎn)生振動(dòng)；

(2)足夠的夾緊行程，夾緊動(dòng)作迅速，操縱方便、安全省力；

(3)手動(dòng)夾緊機(jī)構(gòu)要有可靠的自鎖性，機(jī)動(dòng)夾緊裝置要統(tǒng)籌考慮夾緊的自鎖性和原動(dòng)力的穩(wěn)定性；

(4)結(jié)構(gòu)應(yīng)盡量簡單緊湊，制造、維修方便。

(二)夾緊力的確定

1.確定夾緊力作用方向的原則

 (1)夾緊力的方向應(yīng)使定位基面與定位元件接觸良好，保證工件定位準(zhǔn)確可靠；

  (2)加緊力的方向應(yīng)與工件剛度最大的方向一致，以減小工件變形；

  (3)加緊力的方向應(yīng)盡量與工件受到的切削力、重力等的方向一致，以減小加緊力。

 2.確定夾具力作用點(diǎn)的原則

(1)加緊力的作用點(diǎn)應(yīng)正對(duì)支撐元件或位于支撐元件所形成的支撐面內(nèi)；

  (2)夾具力的作用點(diǎn)應(yīng)位于工件剛性較好的部位。

  (3)夾具力的作用點(diǎn)應(yīng)盡量靠近加工表面，以減小切削力對(duì)夾緊點(diǎn)的力矩，防止或減小工件的加工振動(dòng)或彎曲變形。

二、常用的夾緊裝置

夾具中常用的夾緊裝置有楔塊,螺旋,偏心輪等,它們都是根據(jù)斜面夾緊原理而夾緊工件的。

（一）楔塊夾緊裝置

楔塊夾緊裝置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。它主要用于增大夾緊力或改變夾緊力方向。

  ⑴楔塊夾緊裝置特點(diǎn):

  ①自鎖性(自鎖條件α≤ψ1+ψ2)

  ②斜楔能改變夾緊作用力方向

  ③斜楔具有擴(kuò)力作用,ip=θ/p=1/[tanψ2+tan(α+ψ1)]

 ④夾緊行程小

  ⑤效率低(因?yàn)樾毙ㄅc夾具體及工件間是滑動(dòng)摩擦,所以夾緊效率低)

所以適用范圍:多用與機(jī)動(dòng)夾緊裝置中

⑵夾緊力計(jì)算:

  θ=p/[tanψ2+tan(α+ψ1)]  其中p為原始力,α為楔塊升角,常數(shù)6度--10度

  ψ1:工件與楔塊的摩擦角  ψ2:夾具體與楔塊的摩擦角

⑶自鎖條件:

 原始力P撤除后,楔塊在摩擦力作用下仍然不會(huì)松開工件的現(xiàn)象稱為自鎖.

  α≤ψ1+ψ2  ,一般α取10--15度或更小

 ⑷傳力系數(shù):

 夾緊力與原始力之比稱為傳力系數(shù).用ip表示

ip=θ/p=1/[tanψ2+tan(α+ψ1)]

 ⑸楔塊尺寸與材料:

 升角α確定后,其工作長度應(yīng)滿足夾緊要求,其厚度保證熱處理不變形,小頭厚應(yīng)為75mm.材料一般用20鋼或20Cr,滲碳厚為0.8--1.2mm.HRC:56--62.Ra為1.6μm.

（二）螺旋夾緊裝置

螺旋夾緊裝置是從楔塊夾緊裝置轉(zhuǎn)化而來的,相當(dāng)于吧楔塊繞在圓柱體上,轉(zhuǎn)動(dòng)螺旋時(shí)即可夾緊工作.

⑴螺旋夾緊裝置特點(diǎn):

①結(jié)構(gòu)簡單,制造容易,夾緊可靠

②擴(kuò)力比ip大,夾緊行程S不受限制

③夾緊動(dòng)作慢,效率低

應(yīng)用場合:手動(dòng)夾緊裝置常采用.

 ⑵螺桿夾緊力計(jì)算:

θ=PL/r中tan(α+ψ1)+r1tanψ2

其中:P是原始力,L是原始力作用點(diǎn)到螺桿中心距離,r中是螺旋中經(jīng)的一半,α是螺旋

升角,ψ1螺母于螺桿的摩擦角,r1摩擦力矩計(jì)算半徑,ψ2工件與螺桿頭部(或壓塊)間的摩擦角。

 ⑶自鎖性能:

 因?yàn)樾▔K的自鎖條件為α≤11.5°-17°,而螺旋夾緊裝的螺旋升角(α≤2°-4°)很小,所以自鎖性很好.

⑷傳力系數(shù):

  ip=θ/p=PL/r中tan(α+ψ1)+r1tanψ2＞＞楔塊的ip

⑸多位或多件夾緊:

 為了減小夾壓的輔助時(shí)間和提高生產(chǎn)率,可采用多位或多件夾緊裝置。

⑹壓塊的材料一般位45鋼,HRC:43--48

 螺桿的材料一般位45鋼,HRC:33--38

（三）偏心夾緊裝置

 偏心夾緊裝置也是由楔塊夾緊裝的一種變形.

（1）圓偏心夾緊力:

theta;=PL/ρtan(α+ψ1)+tanψ2

其中L為手柄長度,ρ支承軸中心(回轉(zhuǎn)中心)到夾緊點(diǎn)距離

  ψ1,ψ2分別為偏心輪與支承軸及偏心輪與工件間的摩擦角.

（2）傳力系數(shù)ip:

ip=L/ρtan(α+ψ1)+tanψ2,遠(yuǎn)小于螺旋夾緊的ip

（3）特點(diǎn)及應(yīng)用場合:

偏心夾緊與螺旋夾緊相比,夾緊行程小,夾緊力小,自鎖能力差,但夾緊迅速,結(jié)構(gòu)緊湊,所以常用與切削力不大,振動(dòng)較小的的場合,常與其他夾緊元件聯(lián)合使用.

（四）定心夾緊結(jié)構(gòu)

定心夾緊結(jié)構(gòu)是一種利用定位夾緊元件等速移動(dòng)或彈性變形來保證工件準(zhǔn)確定心或?qū)χ械难b置.使工件的定位和夾緊過程同時(shí)完成,而定位元件與夾緊元件合二為一.

肆 機(jī)床夾具的基本要求和設(shè)計(jì)步驟機(jī)床夾具的基本要求和設(shè)計(jì)步驟

一、對(duì)機(jī)床夾具的基本要求

對(duì)機(jī)床夾具的基本要求可總括為四個(gè)方面：

①穩(wěn)定地保證工件的加工精度；

②提高機(jī)械加工的勞動(dòng)生產(chǎn)率；

③結(jié)構(gòu)簡單，有良好的結(jié)構(gòu)工藝性和勞動(dòng)條件；

④應(yīng)能降低工件的制造成本。

二、夾具設(shè)計(jì)的工作步驟

⑴研究原始資料，明確設(shè)計(jì)任務(wù)

⑵考慮和確定夾具的結(jié)構(gòu)方案，繪制結(jié)構(gòu)草圖

⑶繪制夾具總圖

⑷確定并標(biāo)注有關(guān)尺寸和夾具技術(shù)要求

⑸繪制夾具零件圖

伍 小結(jié)

1.機(jī)床夾具是由定位元件,夾緊裝置,對(duì)刀元件,夾具體部分組成,機(jī)床夾具設(shè)計(jì)也就是針對(duì)夾具組成的各個(gè)部分進(jìn)行設(shè)計(jì),其中定位與夾緊量個(gè)環(huán)節(jié)是夾具設(shè)計(jì)的重點(diǎn)。

2.定位就是確定工件在夾具種的正確位置,是通過在夾具上設(shè)置正確的定位元件與工件定位面的接觸來實(shí)現(xiàn)的.工件的定位有完全定位和不完全定位,要根據(jù)其具體加工要求而定,欠定位在夾具設(shè)計(jì)種是不容許的,而過定位則有條件地采用。

3.通常，由于定位副制造不準(zhǔn)確或采用了基準(zhǔn)不重合定位等原因,定位過程中會(huì)引入定位誤差,定位誤差的計(jì)算要根據(jù)具體情況分析計(jì)算。

4.夾緊是為了克服切削力等外力干擾而使工件在空間中保持正確的定位位置的一種手段.夾緊一般在定位步驟之后,有時(shí)定位與夾緊是同時(shí)進(jìn)行的,入膨脹式定心夾緊機(jī)構(gòu)。

5.車,銑,鉆,磨等不同的機(jī)床其夾具設(shè)計(jì)具有各自典型特點(diǎn),應(yīng)根據(jù)具體設(shè)計(jì)任務(wù),遵循夾具設(shè)計(jì)的基本要求和步驟進(jìn)行設(shè)計(jì)。