第九章 机床夹具设计原理 1．学习目的与要求
(1) 了解夹具设计的要求与方法； (2) 了解典型夹具设计。
2．课程内容 (1) 工件定位原理； (2) 典型定位元件； (3) 定位误差分析； (4) 夹紧装置； (5) 典型夹具设计； (6) 夹具设计原则。
第一节 机床夹具概述
8.1.1 机床夹具的作用
机械加工中，采用机床夹具安装工件，具有如下作用：
1）工件易于正确定位，保证加工精度
工件装入夹具时，依靠定位基准与夹具的定位元件相接触而占有正确的位置。工件上加工表面与不加工表面之间的相互位置关系完全由夹具来保证，不需找正即可夹紧。只要正确确定夹具在机床上的安装位置，就可保证工件相对于刀具和机床切削成形运动之间具有正确的位置。这样，在加工一批工件时可使它们占据同一正确位置，从而稳定地获得较高的加工精度。
2)缩短安装时间，提高劳动生产率
工件在夹具中的定位可以通过其定位元件快速实现。而夹紧工件时可用联动夹紧装置、快速夹紧装置或机动夹紧装置等，使用这些装置能明显地缩短辅助时间，提高劳动生产率。
3)扩大机床工艺范围，实现一机多能
采用夹具后，可以使机床的工艺范围扩大。对于中小工厂，由于机床的品种、规格和数量有限，为了挖掘现有设备的潜力，往往可通过设计不同的夹具进一步扩大机床的工艺范围，达到一机多用的目的。例如，在车床的溜板上或摇臂钻床工作台上装上镗模，就可以代替镗床实现箱体的镗孔加工。
4)操作方便、安全、可降低对工人的技术要求，还可减轻工人的劳动强度
使用夹具，不但操作方便、安全，而且工件的加工质量基本一致，不取决于工人的技术水平，可以降低对工人的技术要求，同时可以减轻工人的劳动强度。
8.1.2 机床夹具的分类
在机械制造中，夹具的应用十分广泛。夹具的种类和形式繁多，有不同的分类方法，按夹具的使用范围可以分为通用夹具、专用夹具、通用和专业化可调整夹具、组合夹具和随行夹具等(见图8—1)。
1)通用夹具
2)专用夹具
专用夹具
是专为某一工件的某道工序的加工而设计制造的夹具。专用夹具不必考虑通用性，故可以设计
得结构紧凑、操作简单、使用方便。但它的设计制造周期较长，成本也较高，产品变更时无法使用，因而适用于成批及大量生产中。本章主要介绍专用夹具的设计原理。
3)通用可调整夹具和专业化可调整夹具
这两种夹具有相似的结构，其共同特点是夹具经过调整或更换个别元件，便可适用于加工形状相似、尺寸相近、加工工艺相似的多种工件。通用可调整夹具的调整范围大，适用面较宽。专业化可调整夹具是专为
某一组工件设计的，装夹对象和使用范围明确，可使结构更为紧凑。由于这两种夹具兼有专用性与通用性，因此，适用于加工多品种工件及中小批量生产类型，是工艺装备发展的一个方向。
4)组合夹具
组合夹具是按某一工件的某道工序的加工要求，由一套预先制造好的标准元件组装成的“专用夹具”。标准元件具有不同的形状、规格和功能，使用时可按工件的加工要求，选用适当的元件，以组装成各种“专用夹具”。组合夹具在使用上具有专用夹具的优点，用毕后可将元件拆卸、清洗、入库，留待组装新的夹具。因此，组合夹具具有组装迅速，生产准备周期短，元件能反复使用等优点，适用于加工多品种工件、单件小批量生产和新产品试制的场合。
5)随行夹具
随行夹具是自动线夹具的一种。自动线夹具按与机床的关系可分为两类：一类为固定夹具，它是固定安装在自动线的各机床以及一些装置(如检测装置)上，用以完成对工件(或随行夹具)的定位与夹紧，它与一般专用夹具相似；另一类为随行夹具，它不仅要完成工件在其上的定位和夹紧，而且带着工件沿着自动线从一个工位移到下一个工位——承担沿自动线输送工件的任务，故称随行夹具。
以上各类夹具是按其使用范围来区分的。此外，尚可按使用夹具的各类机床将夹具分为车床夹具、铣床夹具、钻床夹具、镗床夹具、磨床夹具及其他机床夹具。按夹紧动力源不同，还可分为手动夹具、气动夹具、液压夹具、电动夹具、电磁夹具、真空夹具以及其他夹紧夹具等。
8.1.3 机床夹具的组成
机床夹具种类繁多，结构各异，但它们的工作原理基本相同。在具体研究夹具设计问题时，对各类夹具可以按照组成件的作用将其划分成既相对独立而又彼此联系的组成部分。
1)定位元件及定位装置
定位元件及定位装置(由零件构成的装置)的作用是确定工件在夹具中的位置。通过工件定位基准(或定位基面)与其保持接触，使工件加工时相对于刀具和切削成形运动具有正确的位置。
2)夹紧装置
夹紧装置的作用是保持工件在夹具中的既定位置，使其在加工过程中不因受外力而产生位移和振动。
3)对刀—导向元件
在采用调整法加工时，为了预先调正夹具相对于刀具的位置，在夹具上设有确定刀具(铣刀、刨刀等)位置或导引刀具(孔加工用刀具)运动方向的对刀—导向元件。
4）连接元件
为了确定夹具在机床上的位置，一般夹具设有供夹具本身在机床上定位和夹紧用的连接元件，如铣床夹具的定向键。
5)其他装置
夹具为满足加工或使用上的一些特殊需要而设置的装置，如分度装置。
6)夹具体
将夹具的各种元件、装置联结起来，使之成为一个整体的基础件。
图8—2表示夹具各组成部分与工件、机床、刀具的相互联系，同时也反映了工件通过夹具的组成部分与机床和刀具建立的相互联系。
第二节 工件在夹具中的定位 8.2.1 定位的概念
使用夹具安装工件时，工件在夹具中的位置是由定位元件确定的。工件的有关表面需紧靠在定位元件上，从而被确定在一个既定的位置上，实现工件的定位。工件定位的作用在于使工件准备占据定位元件所规定的位置，并且使一批逐次加工的工件在夹具中占据同一正确的位置。通常夹具是用来安装加工成批工件的，所以工件的定位需要保证一批工件加工位置的一致性。
定位是工件安装过程的一部分，已经定位的工件尚需通过夹紧使其固定下来。有些定位过程(如三爪卡盘安装)虽然同时能将工件固定，但定位的概念并不是使工件固定，而是使工件占据规定的位置。使该既定位置固定下来是通过夹紧实现的，两者的概念要区分开。
8.2.2 工件定位的基本原理
一个空间刚体具有六个自由度
* 六点定位原理： 假定工件为空间刚体，正确分布六各支承点与工件的基准面相接触，限制其空间六个自由度，确定工件的空间位置。
* 应用六点定位原理时的注意事项：
1 ） 定位支承点与工件的定位基准面必须始终保持紧贴； 2 ） 一个定位支承点只能限制工件一个自由度，同时一个自由度 原则上不得有多个支承点 重复限制，（支承点数不应超过六 个）；
3 ） 工件应限制几个自由度，由工件加工技术条件来确定； 4 ） 工件的定位不是由夹紧力作用获得的。 定位现象分析：
完全定位：限制工件的全部六个自由度。
不完全定位（部分定位）：限制工件自由度少于六个，但仍能满足加工技术要求。
欠定位：限制自由度数少于加工技术要求限制的最少只有度数。
过定位/重复定位：工件的某一个或几个自由度被多个定位元件限制。
典型定位：