第十二章机床夹具结构

第十二章机床夹具结构

§12.1 机床夹具概述

一、机床夹具及其组成

机床夹具——是在机床上用以装夹工件的一种装置。（图2-l）

图12—1

1—菱形销2—对刀块3—定位键4—夹具底板5—圆柱销6—工件7—弹簧

8—螺栓9—螺母10—压板11—止动销

机床夹具的基本组成和功用：

1)定位元件或装置用以确定工件在夹具中的位置，如图中夹具底板4、圆柱销5和菱形销1。

2)刀具导向元件或装置用以引导刀具或用以调整刀具相对于夹具的位置，如图中的对刀块2。

3)夹紧元件或装置用以夹紧工件，如图中的压板10，螺母9，螺栓8等。

4)连接元件用以确定夹具在机床上的位置并与机床相连接，如图中的定位键3，夹具底板4等。

5)夹具体用以连接夹具备元件及装置，使之成为一个整体，并通过它将夹具安装在机床上，如图中的夹具底板4。

6）其它元件或装置除上述各部分以外的元件或装置，如某些夹具上的分度装置，防错装置，安全保护装置等。图中的止动销11也属此类元件。

二、机床夹具的分类

机床夹具按其使用范围分：

1)通用夹具——如车床上常用的三爪自定心卡盘，铣床上的平口虎钳、分度头等。这类夹具具有一定的通用性。通用夹具已标准化，常作为机床的标准附件提供给用户。

2)专用夹具——针对某一种工件的某一个工序而专门设计的夹具。图示的连杆铣槽夹具就是专用夹具。

3)通用可调整夹具和成组夹具——夹具的部分元件可以更换，部分装置可以调整，以适应不同零件的加工。

4)组合夹具——由一套完全标准化的元件，根据零件的加工要求拼装而成的夹具。这类夹具的特点是灵活多变，万能性强，制造周期短，元件可以重复使用。适合于新产品试制和单件小批生产。

5)随行夹具——是一种在自动线或柔性制造系统中使用的夹具。工件安装在随行夹具上，除完成对工件的定位和夹紧外，还载着工件由运输装置送往各机床，并在各机床上被定位和夹紧。

机床夹具还可以按加工类型和在什么机床上使用来分，可分为车床夹具、铣床夹具、钻床夹具、镗床夹具、磨床夹具、自动机床夹具、数控机床夹具等。

按其夹紧装置的动力源来分，可分为手动夹具、气动夹具、液动夹具、电磁夹具、真空夹具等。

三、机床夹具的功用

1）保证加工质量（首要任务是保证位置精度）。

2) 提高生产率，降低成本

3) 扩大机床工艺范围

4) 减轻工人劳动强度，保证生产安全。

§12.2 工件在夹具上的定位

一、工件以平面定位

平面定位的主要形式是支承定位。夹具上常用的支承元件有以下几种：

1．固定支承

固定支承有支承钉和支承板两种形式。（图2-2）

图12—2

国家标准规定的三种支承钉：

A型多用于精基准面的定位；

B型多用于粗基准面的定位；

c型多用于工件侧面的定位。

国家标准规定的两种支承板，

B型用的较多。A型由于不利于清除切屑，常用于侧面定位。

2．可调支承

支承点位置可以调整的支承称为可调支承。（图2-3）

1——调节支钉

2——锁紧螺母

图12—3

当工件定位表面不规整以及工件批与批之间毛坯尺寸变化较大时，常使用可调支承。

3．自位支承

支承本身可以随工件定位基准面的变化而自动调整并与之相适应。（图2-4）

图12—4

自位支承一般只起一个自由度的定位作用，即—点定位，常用于毛坯表面、断续表面、阶梯表面的定位。

4. 辅助支承

辅助支承是在工件定位后才参与支承的元件，它不起定位作用。（图2-5）

1——支承

2——螺母

3——弹簧

4——手柄

图12—5

辅助支承主要用来在加工过程中加强被加工部位的刚度。

二、工件以圆柱孔定位孔

工件以圆柱孔定位属于定心定位(定位基准为孔的轴线)．定位元件是心轴和定位销。

1．心轴（图2-6）

a)过盈配合

b)间隙配合

c)小锥度心轴

图12—6

小锥度心轴的锥度为1︰5000～1︰1000。使用小锥度心轴定位可获得较高的定位精度。

工件在心轴上的定位限制了工件除绕自身轴线转动和沿自身轴线移动以外的四个自由度，是四点定位。

2．定位销（图2-7）

图12—7

工作部分直径d根据加工要求和便于装夹，按g5、g6、f6或f7制造。

定位销与夹具体的连接可采用过盈配合(如图a、b、c所示)，也可以采用间隙配合(如图d)。圆柱定位销通常限制工件的2个移动自由度。

当要求只在—个方向上限制工件自由度时，可使用菱形销。

三、工件以外圆表面定位

工件以外圆表面定位有两种形式：一种是定心定位，一种是支承定位。（图2-9）

图12—8

工件以外圆表面支承定位常用的定位元件是V 形块。（图2-10）

图12—9

V 形块在夹具中的安装尺寸T 是V 形块的主要设计参数，该尺寸常用作v 形块检验和调整的依据。

T ＝H 十21?

??

??????

?-22sin ααtg N D

式中D 为工件或检验心轴直径的平均尺寸。当α为90°时有

T ＝H+0.707D —0.5N

V 形块两斜面间的夹角α一般取60°，90°和120°，其中以90°为最多。 使用V 形块定位的特点：①对中性好，②可用于非完整外圆表面的定位。

四、工件以其它表面定位

工件以锥孔定位 （图2-11）

图12—10

锥度心轴限制了工件除绕自身轴线转动之外的5个自由度。

五、定位表面的组合 平面与平面的组合；

平面与圆孔的组合； 平面与外圆表面的组合； 平面与其它表面的组合； 锥面与锥面的组合等。

定位支撑数最多的定位表面为主要定位基准，定位支撑数次多的定位表面称为导向基准，定位支撑数为1的定位表面称为止推定位基准。

加工连杆的夹具中：

端面三点定位，是工件的主要定位基准；连杆大头孔起两点定位作用，是工件的导向基准；连杆的小头孔只起一点定位作用，是工件的止推定位基准。

§12.3 工件在夹具中的夹紧

一、对夹紧装置的要求

1)在夹紧过程中应能保持工件定位时所获得的正确位置。

2)夹紧应可靠和适当。（在加工过程中不能产生松动或振动。被夹紧的工件表面不允许产生变形和表面损伤）。

3)夹紧装置应操作方便、省力、安全。

4)夹紧装置的结构应简单、紧凑，尽可能采用标准化零件。

二、夹紧力的确定

夹紧力的三要素——夹紧力大小、方向和作用点。

(一) 夹紧力方向的选择

夹紧力方向的选择原则：

1)夹紧力的作用方向应有利于工件的准确定位。主要夹紧力应垂直指向主要定位基准面。（图2-18）

图12—11

在直角支座零件上镗孔，若要求保证孔与端面的垂直度，则应以端面A为第一定位基准面，夹紧力作用方F所示。

向应如图中

1j

F所若要求保证被加工孔轴线与支座底面平行，应以底面B为第一定位基准面，此时夹紧力方向应如图中

2j 示。否则，由于A面与B面的垂直度误差，将会引起被加工孔轴线相对于A面(或B面)的位置误差。

2)夹紧力的作用方向应与工件刚度最大的方向相一致，以减小工件变形。（图2-19）

图12—12

薄壁套筒工件加工，它的轴向刚度比径向刚度大。若如图a），用三爪自定心卡盘径向夹紧套筒，将使工件产生较大变形。若改成图b），用螺母轴向夹紧工件，则不易产生变形。

3)夹紧力的作用方向要与切削力、工件重力方向—致，以减小所需夹紧力。（图2-20）

图12—13

图a）夹紧力F

与主切削力方向一致，切削力由夹具的固定支承承受，所需夹紧力较小。若如图b），则夹

1j

紧力至少要大于切削力。

（二）夹紧力作用点的选择

确定夹紧力作用点应注意以下几点：

1)夹紧力作用点应正对支承元件或位于支承元件所形成的支承面内，以保证工件已获得的定位不变。（图2-21）

图12—14

夹紧力作用点不正对支承元件，产生了使工件翻转的力矩，破坏了工件的定位。夹紧力作用点的正确位置应如图中双点划线所示。

2)夹紧力作用点应处在工件刚性较好的部位，以减小工件的夹紧变形。（图2-22）

图12—15

图a），夹紧力作用点在工件刚度较差的部位，易使工件发生变形。如改为图b），不但作用点处的工件刚度较好，而且夹紧力均匀分布在环形接触面上，可使工件整体及局部变形都最小。

图c），夹紧力通过一厚度较大的锥面垫圈作用在工件的薄壁上，使夹紧力均匀分布，防止了工件的局部压陷。

3)夹紧力作用点应尽可能靠近被加工表面，以减小切削力对工件造成的翻转力矩。必要时应在工件刚度差的部位增加辅助支承并施加夹紧力，减小切削过程中的振动和变形。（图2-23）

图12—16

F ，可有效地防止切削过程

图示零件加工部位刚度较差，在靠近切削部位增加辅助支承并施加附加夹紧力

j

中振动和变形。

三、常用夹紧机构

(—) 斜楔夹紧机构

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。

(二) 螺旋夹紧机构

螺旋夹紧机构结构简单，易于制作，增力比大，自锁性能好，是手动夹紧中应用最广泛的一种夹紧机构。螺旋夹紧机构的缺点是动作较慢。为提高其工作效率，常采用一些快撤装置。

(三) 偏心夹紧机构

偏心夹紧的优点是结构简单，操作方便，动作迅速；缺点是自锁性能较差，增力比较小。—般用于切削平稳且切削力不大的场合。

(四) 铰链夹紧机构

铰链夹紧机构的优点是动作迅速，增力比大，并易厂改变力的作用方向；缺点是自锁性能差。多用于机动夹紧机构中。

(五) 定心夹紧机构

定心夹紧机构是一种同时实现对工件定心定位和夹紧的夹紧机构，即在夹紧过程中，能使工件相对于某—轴线或某一对称面保持对称性。

(六) 联动夹紧机构

有时需要对—个工件上的几个点或对多个工件同时进行夹紧。为了减少工件装夹时间，简化结构，常采用联动夹紧机构。这种机构要求从一处施力，可同时在几处(或几个方向上)对—个或几个工件同时进行夹紧。