组合机床夹具设计说明书

目录

1.绪论 (1)

1.1机床夹具的概念与功用 (1)

1.2机床夹具的分类 (1)

1.3机床夹具发展的现状及发展方向 (2)

1.4组合机床夹具的优势及类型 (3)

1.4.1组合机床夹具的优势 (3)

1.4.2组合机床夹具的类 (5)

1.5设计方案的提出 (5)

2.工序图的分析 (6)

2.1泵体的结构特点 (6)

2.2泵体的工艺分析 (6)

2.3泵体加工的工序安排 (8)

3.工件在夹具中的定位 (8)

3.1工件定位的基本原理 (8)

3.2工件定位方案的确定 (9)

3.2.1定位基准的选择 (9)

3.2.2定位支承元件的选用与设计 (9)

3.3一面两孔方案的设计 (10)

3.3.1支承板的选用 (10)

3.3.2伸缩式定位销的设计 (11)

3.4定位误差的计算 (12)

4.工件在夹具中的夹紧 (13)

4.1夹紧力的确定 (14)

4.2夹紧装置的设计 (15)

4.2.1夹紧装置动力源的选择 (15)

4.2.2常用夹紧机构的选择 (16)

5. 刀具导向装置 (17)

5.1刀具导向装置的分类 (17)

5.2固定式导套的设计 (17)

6.总图设计 (19)

7.结论 (19)

参考文献 (21)

致谢 (22)

附录 (23)

1.绪论

夹具是指在机械制造过程中用以定位夹紧工件、确定工件与机床和刀具的相对位置，以提高加工精度和效率的装置。随着科学技术的发展，在现代机械制造业中，由于大量的加工操作需要装夹，因此，夹具在制造过程的工艺设备（刀具、夹具、检测设备及模具的选择和设计[1]）中起着举足轻重的作用。其主要应用于有机加工、焊接、装配和检验过程中，直接影响加工质量、生产效率和制造成本。

1.1机床夹具的概念与功用

机床夹具[2]是零件在机床上加工时，用以装夹工件（和引导刀具）的一种工艺装备。其装夹过程包括定位（工件在夹具中的定位和夹具在机床中的定位）和夹紧，前者用以保证工件在机床上获得准确的位置，后者用以保证工件在加工过程中能承受各种力的作用而始终保证这一准确位置不变。

机床夹具在机械加工中起着十分重要的作用，归纳起来，主要表现在以下几个方面：

①缩短辅助时间，提高劳动生产率，降低加工成本

②保证加工精度，稳定加工质量

③降低对工人的技术要求，减轻工人的劳动强度，保证生产安全

④扩大机床的工艺范围，实现“一机多能”

⑤在自动化生产和流水线生产中，便于平衡生产节拍

1.2机床夹具的分类

机床夹具的种类很多，分类方法千差万别，既可按使用的机床分类，也可按所使用的动力源分类，但为了设计、制造和管理的方便，应用最多的是按夹具的应用范围分类。按此分类方法，常用的夹具有通用夹具、专用夹具可调夹具、组合机床夹具和自动线夹具五大类[3]。

⑴通用夹具

通用夹具是指结构、尺寸已标准化，且具有一定通用性的夹具，如三爪自定心卡盘、四爪单动卡盘、台虎钳、万能分度头、中心架等。其特点是适用性强、不需调整或稍加调整即可装夹一定形状范围内的各种工件。这类夹具一般由专业工厂生产，并作为机床的附件提供给用户，由于其加工精度不高，生产率较低，故主要用于单件和中小批生产、装夹形状比较简单和加工精度要求不太高的工件[4]。

⑵专用夹具

专用夹具是指专为某一工件的某道工序的加工而专门设计的夹具，具有结构紧凑，操作迅速、方便等优点，可以保证较高的加工精度和生产效率，但生产准备周期较长。当产品或零件的工艺过程变更时，此类夹具将由于无法继续使用而报废，故其只适用于产品固定和工艺过程稳定的大批量生产中。

⑶可调夹具

可调夹具是指对不同类型和尺寸的工件，调整或更换原来夹具上的个别定位和夹紧元

件便可使用的夹具。它一般分为通用可调夹具和成组可调夹具两种。前者通用范围大，适用性广，加工对象不太固定；后者是专门为成组工艺中的某组零件设计的，调整范围仅限于本组内的工件。多用于多品种、小批量生产中。

⑷组合机床夹具

组合机床夹具[5]是在机床夹具零部件标准化的基础上，由一整套预先制造好的，具有各种不同形状、不同规格尺寸的标准元件和合件，按照组合化的原理，针对工件的加工要求组装成的各种装用夹具。这类夹具由专业厂家制造，具有灵活多变，万能性强，制造周期短、元件能反复使用的特点，特别适用于新产品的试制和单件小批生产。

⑸自动线夹具

自动线夹具一般分为固定式夹具和随行夹具两种，其中固定式夹具与专用夹具相似，随行夹具在使用中随着工件一起运动，并将工件沿着自动线从一个工位移至下一个工位进行加工。

1.3机床夹具发展的现状及发展方向

随着科学技术的不断进步，最早出现于18世纪后期的夹具已经从一种辅助工具发展成为门类齐全的工艺装备。

国际生产研究协会的统计表明，目前中、小批多品种生产的工件品种已占工件种类总数的85％左右。现代生产要求企业所制造的产品品种经常更新换代，以适应市场的需求与竞争。然而，一般企业都仍习惯于大量采用传统的专用夹具，一般在具有中等生产能力的工厂里，约拥有数千甚至近万套专用夹具；另一方面，在多品种生产的企业中，每隔3～4年就要更新50～80％左右专用夹具，而夹具的实际磨损量仅为10～20％左右。特别是近年来，数控机床、加工中心、成组技术、柔性制造系统（Flexible Manufacture System）等新加工技术的应用，对机床夹具提出了如下新的要求：

①能迅速而方便地装备新产品的投产，以缩短生产准备周期，降低生产成本。

②能装夹一组具有相似性特征的工件。

③能适用于精密加工的高精度机床夹具。

④能适用于各种现代化制造技术的新型机床夹具。

⑤采用以液压站等为动力源的高效夹紧装置，以进一步减轻劳动强度和提高劳动生产率。

⑥提高机床夹具的标准化程度。

因此，在单件、小批量生产的生产模式下，传统机床夹具已不能满足现代生产的需要。为了满足以上要求，现代机床夹具在机床技术向高速、高效、精密、复合、智能和环保方向发展的带动下，正朝着标准化、精密化、高效化和柔性化等四个方向发展。

⑴标准化：机床夹具的标准化与通用化是相互联系的两个方面。目前我国已有夹具零件及部件的国家标准：GB/T2148～T2259-91以及各类通用夹具、组合机床夹具标准等。机床夹具的标准化，有利于夹具的商品化生产，有利于缩短生产准备周期，降低生产总成本。

⑵高效化：高效化夹具主要用来减少工件加工的基本时间和辅助时间，以提高劳动生产率，减轻工人的劳动强度。常见的高效化夹具有自动化夹具、高速化夹具和具有夹紧力装置的夹具等。例如，在铣床上使用电动虎钳装夹工件，效率可提高5倍左右；在车床上使用高

速三爪自定心卡盘，可保证卡爪在试验转速为9000r/min的条件下仍能牢固地夹紧工件，从而使切削速度大幅度提高。目前，除了在生产流水线、自动线配置相应的高效、自动化夹具外，在数控加床上，尤其在加工中心上出现了各种自动装夹工件的夹具以及自动更换夹具的装置，充分发挥了数控机床的效率。

⑶精密化：随着机械产品精密度的日益提高，势必相应提高了对夹具的精密度要求。精密化夹具的结构类型很多，例如用于精密分度的多齿盘，其分度精度可达±0.1；用于精密车削的高精度三爪自定心卡盘，其定心精度为5μm。

⑷柔性化：机床夹具的柔性化与机床的柔性化相似，它是指机床夹具通过调整、组合等方式，以适应工艺可变因素的能力。工艺的可变因素主要有：工序特征、生产批量、工件的形状和尺寸等。具有柔性化特征的新型夹具种类主要有：组合机床夹具、通用可调夹具、成组夹具、模块化夹具、数控夹具等。

1.4组合机床夹具的优势及类型

从概念上讲，组合机床夹具与组合机床夹具并不相同，前者是在万能机床上为了完成某一道工序的加工，用一些标准的和通用的元件组装成的定位夹压装置。用完后，可用这些元件重新组装成新的夹压装置，而后者却不能。因此，组合机床夹具比组合机床夹具应用更广泛，也更有优势。

1.4.1组合机床夹具的优势

组合机床夹具和一般夹具所起的作用看似接近，但其结构和设计要求却有着很显著的甚至是根本的区别。与常用的通用夹具和专用夹具相比，组合机床夹具有以下几方面的优势：

①精度方面

组合机床夹具的最终精度大都通过调整和选择来达到，因而可避免误差累计的问题。经过精心的组装与调整，其精度完全可以达到专用夹具所能达到的精度。根据国内多年推广使用组合机床夹具的实据表明，在机床、刀具和操作正确的情况下，组合机床夹具所能加工工件的位置精度如表1所示[6]。

②经济方面

在单件、小批的生产模式中，工人可以使用通用夹具（卡盘、虎钳等）装夹工件。由于通用夹具只适合于形状简单的工件，对复杂的装夹任务需要一些专用的元件，而设计制作这些专用元件要花费较多的时间和费用，尽管在某些情况下可以不用专用元件，但仍需要用划线找正的方法将工件加工面与机床对准，所需的时间不会有明显的减少，采用组合机床夹具可以减少在线装夹时间从而降低制造成本。在线装夹时间包括：在夹具上装卸零件的时间、测量与调整工件位置以便和刀具对准的时间和夹紧操作的时间等。使用一套组合机床夹具代替常规装夹方法所能节省的时间为[7]

-t i=t fi?t fmi

其中t fi——常规装夹方法在线装夹时间

t fmi——使用组合机床夹具时线装夹时间

故全部节省的装夹时间为

?t=

(t fi?t fmi m

i=1

)

其中 m——装夹次数

由于减少了在线装夹操作时间，也就降低了劳动成本，所节约的劳动成本为

?C o=

(t fi c o1?t fmi c o2) m

i=1

其中 c o1——常规装夹时的工人工资率

c o2——用组合机床夹具装夹时的工人工资率

因为用组合机床夹具装夹时在线装夹操作简单，所以c o1≥c o2，同时对操作工人的技艺要求也可降低。从经济观点来看，使用组合机床夹具代替常规装夹方法是在一定时间内，使用组合机床夹具的总成本低于常规装夹方法。

③灵活多变，万能性强，根据需要可组装成多种不同用途的夹具[9]。

④可减少专用夹具库存面积，改善夹具管理工作。

⑤可大大减少材料的消耗。一套中型专用夹具平均所需材料按10～50㎏计算，而组合机床夹具每次使用的磨损量则甚微，这样可节省大量金属材料。

综上所述，在单件小批的生产模式下，组合机床夹具更能满足生产上的需要，所以在现代制造业中应广泛应用组合机床夹具。

1.4.2组合机床夹具的类型

按组装时元件间连接基面形状的不同，组合机床夹具分为槽系组合机床夹具、孔系组合机床夹具和组合冲模，其中槽系组合机床夹具和孔系组合机床夹具是相对重要的两个系列。槽系组合机床夹具是组合机床夹具元件主要靠槽来定位和夹紧；孔系组合机床夹具是指组合机床夹具元件主要靠孔来定位和夹紧[8]。

槽系组合机床夹具的特点是平移调整方便,它广泛地应用于普通机床上进行一般精度零件的机械加工,其主要元件有:基础件、定位件、支承件、导向件、压紧件、紧固件和合件。常见的基本结构有:基座加宽结构,定向定位结构,压紧结构、角度结构、移动结构、转动结构、分度结构等。若干个基本结构组成一套组合机床夹具。槽系组合机床夹具在40年代～70年代一直占据着主导地位。

孔系组合机床夹具的特点是旋转调整方便,精度和刚度都高于槽系组合机床夹具。孔系组合机床夹具按定位孔直径分为大型和中型两种,其定位直径分别是12～16mm,螺纹孔直径分别是M12～M16。孔系组合机床夹具的主要元件和结构与槽系组合机床夹具基本相同,随着孔系组合机床夹具元件设计的不断改进完善,吸取槽系结构的特点,应用范围更加广泛。

1.5设计方案的提出

本课题的任务是钻泵体左右两侧面上的孔，常用的钻床设备主要有台式钻床、立式钻床和摇臂钻床三种，其特点和应用范围各不相同。

⑴台式钻床

台式钻床是一种小型钻床，其主轴转速一般较高。在进行钻孔前，需根据工件高低调整好工作台与主轴架间的距离，并锁紧固定。此外，台式钻床还具有小巧灵活，使用方便，结构简单等特点，主要用于加工小型工件上的各种小孔，故在仪表制造、钳工和装配中用得较多。

⑵立式钻床

与台式钻床相比，立式钻床的特点是：刚性好、功率大，允许钻削较大的孔，生产率较高，加工精度也较高，能适应钻、锪、铰、攻螺纹等各种不同工艺的需要，在立式钻床上装一套多轴传动头，能可时钻削几十个孔，可作为批量生产的专用机床使用，主要适用于单件、小批量生产中加工中、小型零件。

加工前，须先调整工件在工作台上的位置，使被加工孔中心线对准刀具轴线。加工时，工件固定不动，主轴在套筒中旋转并与套筒一起作轴向进给。工作台和主轴箱可沿立柱导轨调整位置，以适应不同高度的工件。

⑶摇臂钻床

摇臂钻床有一个能绕立柱旋转的摇臂，它可以带着主轴箱沿立柱垂直移动，同时主轴箱还能在摇臂上作横向移动，因此操作时能很方便地调整刀具的位置，以对准被加工孔的

中心，而不需移动工件来进行加工。摇臂钻床适用于一些笨重的大工件以及多孔工件的加工，但由于结合面比较多，故机床刚性较差。

综上所述，组合机床在经济性和生产效率上的优势明显高于以上三种，而夹具作为机床的重要组成部分应重点设计。

2.工序图的分析

泵[10]是把机械能转换成液体的能量，用来增压输送液体的机械。它被列为通用机械，广泛应用于水利、电力、农业和矿山等行业，尤以石油化工生产用量最多。因为在我们的日常生活和现代机械生产中，泵都发挥着重要的作用，所以，生产强度、刚度和组装精度都较高的泵就显得尤为重要。

2.1泵体的结构特点

在泵的生产过程中，泵体占据着重要的地位。它是一种箱体类零件，而箱体作为一种基础零件，其作用是将机器和部件的轴套、齿轮等相关零件连接成一个整体，并使之保持正确的位置以传递转矩或改变转速来完成规定的运动，因此，箱体的加工质量直接影响机器的性能、精度和寿命。

作为箱体类零件，泵体的主要作用是支承各传动轴，保证各轴之间的中心距及平行度，并保证泵体部件与底座正确安装。因其结构一般比较复杂，壁薄且壁厚不均匀，加工部位多，所以，在泵体的加工过程中，为了保证很高的精度，应该有很好的定位和夹紧。附录

1给出了钻泵体侧孔的工序图。

2.2泵体的工艺分析

工艺分析是组合机床夹具设计中最重要的一步，只有认真分析被加工零件的工艺过程，才能比较全面的了解被加工零件的结构特点。为此，对附录1中的钻泵体侧孔工序图进行分析可知，此泵体有两个外表面上的三组孔需要加工。这三组孔分别为：左侧面上12个?5的孔，右侧面上12个?8的孔和2个?5的孔。钻孔有浅孔（钻孔深度不大）和深孔之分。一般规定孔深L与孔径d之比大于5，即L/d>5的孔称为深孔,L/d≤5的孔称为浅孔，这里要加工的孔都是浅孔，并且都有一定的位置精度要求，现具体分析如下：

图1 泵体左侧面

图2 C—C

⑴图1所示为泵体左侧面，要加工的是此面上的12个?5的孔，即沿C —C 剖开后的孔，其结构如图2所示。

从图2中可以看出，这些孔要满足的加工要求为：

I.钻深14mm ，此尺寸为未注公差尺寸且钻孔为粗加工，故查表2线性尺寸的极限偏差数值得其极限偏差为±0.5mm 。

注：中华人民共和国国家标准GB/T1804—92

II.孔的直径为未注公差尺寸，查附录2中未注公差尺寸的极限偏差表得上下偏差分别为+0.12mm ，0mm 。

III.孔的轴线应满足位置度要求，即孔的轴线必须位于直径为公差值?0.2mm ，并由基准R 和Q 所确定的理想位置上的圆柱面内。此外，还要满足最大实体要求，允许的最大形位误差值为0.32mm 。

⑵图3所示为泵体右侧面，要加工的是此面上的12个?8的孔，即沿b —b 剖开后的孔，其结构如图4所示。

从图4中可以看出，这组孔要满足的加工要求为：

I.钻深28mm ，为未注公差尺寸，查表2得其极限偏差值为±0.5mm 。

II.由附录2可查得这组?8的孔的上下偏差分别为+0.15mm ，0mm 。

III.这些孔的轴线要满足位置度要求，即孔的轴线必须位于直径为公差值?0.25mm ，并由基准C 和S 所确定的理想位置上的圆柱面内。此外，还要满足最大实体要求，允许的最大形位误差值为0.4mm 。

⑶在泵体的右侧面上除了钻12个?8的孔外还要钻2个?5的孔，即沿Q —Q 剖开后的孔，其结构如图5所示。这组孔要满足的加工要求为：

图4 b —b

图6 自由度示意图

I.钻深14mm 的极限偏差值为±0.5mm 。

II ．孔的上下偏差分别为+0.12mm ，0mm 。

⑷这三组孔要保证的表面粗糙度值为R

a 12.5μm 。

2.3孔系加工方案的设计

经过以上对泵体侧孔的具体分析可知，本课题的主要任务是加工泵体侧面上的三组孔，生产方式为中批生产。在加工过程中需要解决的主要问题是保证孔的尺寸精度及位置精度，除此以外，还应满足生产率要求和经济效益之间的关系。之前已经详细介绍了组合机床夹具在这些方面的优势，因此，这里主要以组合机床夹具为设计目标，并将其应用在组合机床上用以加工这些孔，它主要包括两方面内容：定位和夹紧。

3.工件在组合机床夹具中的定位

在加工零件时，为了使被加工零件对刀具及其导向保持正确的相对位置，除了正确选择定位基准外，还应选择合适的定位支承系统。定位基准的选择原则在前面已经叙述过，因此不再赘述，这里只就定位支承系统进行设计。定位支承系统在零件的加工过程中所起的作用主要有：①确定被加工零件的位置；②承受被加工零件的重量和夹压力；③某些时候还要承受切削力。

3.1工件定位的基本原理

任何一个自由的物体在空间都可以有六个独立的运动，如图6中所示的长方体，既可以沿X 、Y 、Z 方向做平移运动，又可以绕X 、Y 、Z 轴

转动。习惯上， 我们把上述的六个独立运动称作六个

自由度。

如果要使一个自由物体在空间有一个确定的位置，

就必须设置六个按一定规则布置的约束点，用以限制

物体的六个自由度，实现完全定位。在讨论零件的定

位时，零件就是我们所指的自由物体。若零件的六个

自由度都加以限制了，则零件在空间的位置也就完全

被确定下来了。因此，定位实质上就是限制工件的自由度，而以上这一原理就被称为六点定位原理。

在采用六点定位原理时，还应注意以下几方面的问题：

①定位支承点是将定位元件进行抽象得来的。在夹具的实际结构中，定位支承点是通

图5 Q —Q

过具体的定位元件体现的，即支承点不一定用点或销的顶端，而常用面或线来代替。由数学知识可知，两点确定一条直线，三点确定一个平面，即两个支承点决定一条直线，三个支承点决定一个平面。具体应用时，还可以用窄长的平面（条形支承）代替直线，用较小的平面代替点。

②定位支承点与工件定位基准面要始终保持接触，才能起到限制自由度的作用。

③分析定位支承点的定位作用时，不考虑力的影响。因为定位支承点的定位作用是使工件获得确定位置，而不是使工件脱离定位支承点的外力后不能运动。

3.2工件定位方案的确定

工件在夹具中的定位包括定位基准的选择和定位支承元件的设计两个方面。

3.2.1定位基准的选择

基准是指用来确定生产对象上几何要素间的几何关系所依据的那些点、线或面[9]。从设计和工艺两方面看，基准可分为设计基准和工艺基准，其中，工艺基准又分为工序基准、定位基准、测量基准和装配基准等。因为定位基准是获得零件尺寸的直接基准，所以在工艺基准中占有十分重要的地位。它的选择包括粗基准的选择和精基准的选择两个方面。

⑴粗基准的选择

粗基准的选择将影响到加工面与非加工面的相互位置，或影响到加工余量的分配，故在选择粗基准时应遵循下列原则：

①保证加工面与非加工面的相互位置要求，应以工件的非加工面作为粗基准。

②保证加工表面加工余量合理分配，应选择该加工表面的毛坯面为粗基准。

③要便于工件的装夹。

④粗基准一般不得重复使用。

⑵精基准的选择。

精基准一般是为了保证设计技术要求的实现和装夹准确、可靠、方便，为此，在选择精基准时应遵循以下原则：

①互为基准原则。

②统一基准原则。

③基准重合原则，旨在减小基准不重合误差，以便于加工。

④自为基准原则，旨在减小表面粗糙度，减小加工余量和保证加工余量均匀。

在钻泵体侧孔的过程中，为了保证孔的尺寸精度和位置精度，应以泵体底面和底面上的孔为基准进行加工，这样在泵体的加工过程中基本上都能用统一的基准定位。

3.2.2定位支承元件的选用与设计

定位支承系统[6]主要由定为支承、辅助支承和一些限位元件组成。其中，定为支承是指确定工件在机床或夹具中占有正确位置的元件。辅助支承是在工件定位后才参与支承的一种活动式元件，它不起定位作用，只起辅助作用。

在组合机床夹具中常用的定位支承元件有以平面定位的各种支承板和支承钉，以圆柱

孔定位的各种心轴和定位销以及以外圆表面定位的套筒或卡盘、锥套和V 形块等。因其与被加工零件直接接触，故其尺寸、结构、精度和布置都会影响被加工零件的精度。为了避免产生废品以及经常修理定位支承元件所造成的麻烦，设计时必须注意以下几个问题：

①合理布置定位支承元件，力求使其组成较大的定位支承平面。

②提高定位支承元件的强度和刚度。提高强度是使定位支承元件在加工过程中，因受工件重力、夹紧力和切削力的作用而不易发生断裂；提高刚度是用以减小定位支承系件的变形。

③提高定位支承系统的精度及其元件的耐磨性，以便长期保持夹具的定位精度。

④便于排出定位支承部位的切屑。

⑤定位支承元件应有较好的工艺性，力求结构简单、合理，便于制造、装配和更换。 综上所述并结合泵体侧孔工序图，就可以提出泵体在组合机床夹具中的定位方案。这里以泵体的底面和其上的孔来定位，即采用“一面两孔”的组合定位方式，在工序图上表示为下图7。

3.3一面两孔方案的设计

工件采用“一面两孔”定位时，相应的定位支承元件是支承板和两个定位销。因为支承板可以限制工件三个自由度，短圆柱销可以限制工件的两个自由度，菱形销可以限制工件的一个自由度，所以要想使工件实现完全定位，需要限制工件的六个自由度。当选用两个短的圆柱销时，有一个自由度会被两短圆柱销重复限制，产生过定位现象，严重时甚至会发生工件不能安装的现象。为了消除这些现象，提高定位精度，保证加工质量，选用的两个定位销可以为一个短圆柱销和一个菱形销。

3.3.1支承板的选用

图8所示为国家标准中规定的两种支承板，其中，B 型支承板因便于排除切屑，故应用较多，但其工艺较A 型复杂，所以这里选择A 型支承板，至于切屑的排出采用在夹具底

图7 泵体的定位与夹紧

图10 伸缩式定位销

座上开孔的方式。

根据泵体的尺寸等因素，选用的A 型支承板的尺寸参数如图9所示。

3.3.2伸缩式定位销的设计

在“一面两孔”的定位方式中，

为了能以最简单的运动形式装卸工

件（在单机夹具上的推进和拉出，流

水线和自动线上从夹具一端送进及

从另一端推出的操作等），定位销多

采用伸缩式结构。这种结构有手动和

液压驱动两种。图10所示为手动伸

缩式定位销，它也有两种结构：一种

不带防护罩，用于支承板高度为

30mm 的定位系统；另一种是带防护

罩的，用于支承板高度为60mm 的定

位系统。此定位方式中，因为支承板

的设计高度为30mm

，所以选择不带图9 A 型支承板的尺寸

图8 支承板

防护罩的定位销。

在图10中左边的是短圆柱销，右边的是菱形销。它们的插入和拔出是转动手柄经一系列杠杆实现的，其移动距离借助于手柄座上弹簧销的位置来保证，并利用挡销控制插销和拔销的极限位置。设计时必须正确的安排两销的相对位置，使菱形销的两菱角在两个菱形销的中心线上，可用修磨调整垫的方法来保证。下面根据两定位孔的基本尺寸及其中心距来具体设计两定位销的尺寸。

①取两销的中心距为182±0.03mm；

②取圆柱销直径为

d=Φ14g6=Φ14?0.017

?0.006mm

③按下表3选择菱形销宽度为b=3mm

④菱形销与孔的最小配合间隙为

?2min=T lk+T lx??1min b

D2

=0.2+0.06?0.006×3

mm

=0.054mm

⑤按h6确定菱形销直径公差，可得到

d2=14?0.065

?0.054mm

其中T lk——工件上两孔中心距公差

T lx——夹具上两销中心距公差

?1min——圆柱销与其配合孔的最小间隙

D2——工件上与菱形销配合孔的最小直径

除此以外，还要解决各活动点的润滑问题，其中，定位销推杆导套采用稀油润滑或锂基脂进行润滑。

3.4定位误差的计算

定位误差是由于工件在夹具上定位不准确所引起的加工误差，包括基准位移误差和基准不重合误差两个方面。其影响因素[11]主要有：①夹具误差，包括定位销、菱形销这两种定位元件的制造误差和安装定位元件的夹具尺寸误差；②工件上定位基准孔的误差；③刀具相对夹具的位置误差等。刀具相对夹具的误差一般较小，故当前的研究主要集中在前面两种误差上。

当采用调整法加工时，工件的定位误差实质上就是工序基准在加工尺寸方向上的最大变动量，在分析时既可以采用几何的方法，也可以采用微分的方法，此处选择前者进行计算。计算时通常要画出工件的定位简图，并在图中夸张的画出工件变动的极限位置，然后运用数学上的三角几何知识，求出工序基准在工序尺寸方向上的最大变动量，即为定位误

差。

通过对工序图的分析可知，本工序要保证的是泵体左右两侧面上的孔的加工精度。这些加工精度包括孔的尺寸公差及形位公差。因为在加工过程中采用泵体底面及其上的两个孔进行定位，当定位销与定位孔之间存在间隙且两者相互接触时，要加工的孔的位置就会发生变化，从而引起加工误差，所以，在计算定位误差时，只需计算两定位孔的中心连线的夹角。

定位销在定位孔中的安装形式主要由以下两种情况：一种是两销中心连线一直保持水平，如图11所示；另一种是两销中心连线相对水平方向有一夹角α，如图12所示。

在第一种情况下，定位误差为

?dw =0.011? ?0.017 =0.028mm

在第二种情况下，定位误差为

?dw =α=±arctan D 1max ?d 1min +D 2max ?d 2min =±arctan 14.011?13.983+14.011?13.9352×182

=±1′′

4.工件在夹具中的夹紧

工件在加工时，除了依靠夹具上的定位支承系统来获得对刀具和其导向的正确位置外，还要依靠夹紧装置来消除工件因受切削力或工件自重的作用而产生的位移或振动，使工件在加工过程中能继续保持定位所得到的正确位置。

作为组合机床夹具的重要组成部分，在设计夹紧装置时，应满足以下基本要求：

①在夹紧过程中应能保持工件定位时所获得的正确位置。

图12 中心连线与水平方向为夹角α

图11 中心连线为水平方向

②夹紧应可靠和适当。夹紧装置一般要有自锁作用，保证在加工过程中不会产生松动或振动。夹紧工件时，除选择适当的作用点外，夹紧装置还应有较高的刚性，以便工件产生不适当的变形和表面损伤。

③夹紧装置应操作方便、省力、安全。

④夹紧装置的复杂程度和自动化程度应与工件的生产批量和生产方式相适应。

⑤结构设计应力求简单、紧凑，尽量采用标准化元件。

4.1夹紧力的确定

在夹紧装置的设计中首先要解决的问题是夹紧力的确定，即夹紧力三要素（大小、方向和作用点）的确定。

⑴夹紧力方向的确定

夹紧力方向的选择一般应遵循的原则为：①应有利于工件的准确定位，而不能破坏定位，一般要求主要夹紧力应垂直指向主要定位面；②应尽量与工件刚度最大的方向相一致，以减小工件变形；③应尽可能与切削力或工件重力方向一致，以减小所需的夹紧力。

⑵夹紧力作用点的确定

夹紧力的作用点是用来确定夹紧元件与工件接触点的位置和接触点的数目的。在选择时应遵循的原则为：①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；②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；

③作用点应尽可能靠近被加工表面，以便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，以减小切削过程中的振动和变形。

根据泵体的加工工序图确定的夹紧力的方向和作用点如图7所示。

⑶夹紧力的大小确定

夹紧力的大小确定应遵循的原则是：在保证机床正常和可靠加工的条件下，夹紧力愈小愈好。在计算时，常将夹具和工件看成是一个刚性系统，按下式进行计算

W k=WK

其中W k——实际所需夹紧力（N）

W——在一定条件下，由静力平衡计算出的理论夹紧力（N）

K——安全系数

其中，安全系数K的计算公式为

K=K1K2K3K4

其中K1——基本安全系数

K2——加工状态系数

K3——刀具钝化系数

K4——切削特点系数

上述各安全系数可按表4选取。

因为本工序要加工的孔在侧面上，所以切削力的方向与夹紧力的方向是垂直的，这种情况大多出现在卧式组合机床上。此时，工件在切削力的作用下有产生平移、转动和翻转的趋势。由于采用“一面两孔”的定位方式定位，所以，这里只考虑工件在平移趋势下夹紧力的计算，其受力情况如图13所示。它包括两种情况：一种是定位销不承受切削力；另一种是定位销承受切削力。

当定位销不承受切削力时，夹紧力按下式计算

W k=

KF μ1+μ

2其中F——切削力

μ1——压板和工件表面间的摩擦系数

μ2——工件和定位支承块间的摩擦系数当定位销承受切削力时，夹紧力按下式计算

W k=K（F?F0)μ12

其中F0——定位销上允许承受的一部分切削力。

这里两种情况下的切削力都要计算，选较大者来设计夹紧机构。

4.2夹紧装置的设计

夹紧装置主要由动力源（产生夹紧动力的装置）、夹紧元件（直接用于夹紧工件的元件）和中间传力机构（将原动力以一定的大小和方向传递给夹紧元件的机构）三部分组成。因为在有些夹具中，夹紧元件往往就是中间传力机构的一部分，所以将其统称为夹紧机构。

4.2.1夹紧装置动力源的选择

夹紧装置的动力源可分为手动夹紧和自动夹紧两大类，后者又包括气动、液压、电磁、电动和真空夹紧等。因为，在组合机床夹具中应用最广泛的是气动夹紧和液压夹紧，所以，这里主要介绍气动夹紧和液压夹紧的特点，进而选出适合于本夹紧装置的动力源。

图13 切削力使工件产生

⑴气动夹紧

气动夹紧以压缩空气为工作介质，其工作压力通常为0.4～0.6MPa。与其他能源相比，气动夹紧有其特有的优点：

①空气容易获得，没有供应上的困难。

②空气的粘度和在管道中的压力损失小，故压缩空气便于集中供应和远距离输送。

③动作迅速，反应快。

④使用安全，便于实现过载自动保护。

⑤维护简单，介质清洁，管道不易堵塞，不存在介质变质、补充和更换等问题。

⑵液压夹紧

与气动夹紧相比，液压夹紧以压力油为工作介质，通过中间传动机构，使夹具的夹紧元件执行夹紧动作，其特点主要有以下几点：

①操作简便，动作迅速。

②易于集中控制、程序控制和实现工序自动化。

③工作压力高，可以达到5～6.5MPa，传动力大，可采用直接加紧方式，结构尺寸较小。

④便于实现过载自动保护以及元件便于标准化。

⑤液压油不可压缩，故夹紧刚性大，工作平稳、可靠。

综上所述，采用气动夹紧时，由于气动工作压力低，常常采用增力机构并加大结构尺寸来达到增加夹紧力的目的，因此气动夹紧装置庞大而复杂。除此以外，由于气体的可压缩性，使外载变化对工作速度的影响较大，气动夹紧所能维持的刚性低。采用液压夹紧时，由于液压传动易于实现复杂的自动工作循环并且可以采用统一的液压系统来控制大量的夹紧机构，因此，组合机床夹具中广泛采用液压夹紧。本文因考虑到要保证的泵体侧孔的加工精度高，故要求工作平稳，同时，通过对泵体夹紧力的计算可知需要的夹紧力较大，所以，本组合机床夹具采用的动力源为液压夹紧。

4.2.2常用夹紧机构的选择

常用的夹紧机构主要有直接夹紧机构、斜楔夹紧机构、螺旋夹紧机构、偏心夹紧机构、铰链夹紧机构、定心夹紧机构和联动夹紧机构等。下面主要比较结构相对简单的直接夹紧机构、斜楔夹紧机构和螺旋夹紧机构，进而选择合适的夹紧机构应用在本夹具上。

⑴直接夹紧机构

与其它夹紧机构相比，直接夹紧机构是指那些不具备自锁性能的夹紧机构，其夹紧力可以是气动、液压或弹簧夹紧。

⑵斜楔夹紧机构

图14所示为直接采用斜楔进行夹紧的结构，其特点是：结构简单，增力比大，自锁性能好。

⑶螺旋夹紧机构

图15所示为几种简单的螺旋夹紧机构，其中图a为螺钉夹紧，图b为螺母夹紧。其特点是：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，但其缺点是动作较慢。

图15 螺旋夹紧机构

通过以上几种典型夹紧机构比较，本夹具因采用的是液压夹紧，所以采用结构简单的直接夹紧机构。

5.刀具导向装置

在组合机床上钻孔时，除采用“刚性主轴”的加工方法外，大多数情况下，切削刀具都是在导向装置中工作的，因此，具有精密的导向装置便成为组合机床刀具工作的一个显著特点。组合机床夹具上的导向装置是引导刀具对工件进行切割加工的重要装置。其作用是：保证刀具对于工件的正确位置；保证各刀具相互间的正确位置和提高刀具系统的支承刚度。

5.1刀具导向装置的分类

组合机床的刀具导向装置，具有多种不同的结构形式。根据其运动形式的不同，可为两种：一种被称为第一类导向装置，另一种被称为第二类导向装置。

第一类导向装置的导套是固定不动的，称为固定式导套。刀具和刀杆本身在导套内既有相对转动又有相对移动，例如钻孔以及大多数扩孔和铰孔的刀具导向。

这种导向装置可以有两种不同的使用方式：一种是刀具本身在导套内工作；另一种是以刀杆部分作为导向，此时刀杆上的导向部分可以做成以下几种形式：圆柱形开有油沟的，铣有直齿铰刀齿形的，铣有螺旋扩孔钻齿形的和镶有铜键的等。

第二类导向装置带有可旋转的部分。旋转部分可以作在刀杆上，也可以设在夹具的镗模架上，此时，刀杆本身在导套内只有相对移动而无相对转动。根据旋转部分设置部位的不同，第二类导向装置可分为“内滚式”导向和“外滚式”导向两种结构形式。

因为本组合机床夹具属于龙门式，所以选择第一类导向装置，对第二类导向装置，这里不再作具体阐述。

5.2固定式导套的设计

固定式导套在夹具上是固定不动的，它通常有三个元件组成，如图16所示，图中1是压套螺钉，2是可换导套，3

是中间套。在加工过程中，当导套受到切屑的冲击时，只

图14 斜楔夹紧机构

1.夹具体

2. 斜楔

3.工件

用一个压套螺钉往往不能可靠的压紧导套，因此在这种情况下，应采用压板压紧的方式。

采用固定式导套时，外部应尽可能装上中间套，其目的在于：当导套磨损后进行更换时，不至于破坏钻体模上的孔，从而有利于保持导向的精度。

表5给出了通用导套的尺寸规格。根据泵体侧孔加工工序图可知，要钻的孔的直径有两种?5和?8，经查表就可以得到本夹具中使用的导套的规格。

表5通用导套的尺寸规格 mm

图16 固定式导套

6.结论

本课题设计的是多工位卧式组合机床上应用的组合机床夹具，用于加工泵体两侧面上的三组孔。在研究设计过程中，解决了加工过程中可能存在的问题。在组合机床夹具的设计上采取了一系列的措施，保证的被加工孔的加工精度。本夹具的设计完成的工作主要有以下几点：

⑴对泵体侧孔加工工序图进行了详细的分析与研究，明确了各组孔加工的技术要求和工艺特点

⑵采用“一面两孔”的定位方案，定位组装较易实现。

⑶采用伸缩式定位销，使工件的装卸过程变得简单。

⑷采用液压夹紧，工作平稳、可靠，夹具结构简单。

⑸采用直接夹紧装置，可以减小夹具整体结构尺寸。

⑹采用固定式导套，可以保证刀具对于工件的正确位置；保证各刀具相互间的正确位置和提高刀具系统的支承刚度。

⑺采用双面同时钻孔，提高了工作效率，降低了操作强度，对工人的劳动熟练程度和劳动强度也降低了要求。

本项设计还有许多需要完善的地方，例如：直接夹紧机构虽然结构简单，但不能实现自锁；自动化程度有待提高等。这些问题通过改进设计、完善工艺和现场的不断实践、总结，必将会得到提高。