Transcript 2.3.3 铣床夹具设计示例

第二章：专用夹具设计
本章要点
夹具设计概述
钻镗床夹具设计
铣床夹具设计
车床夹具设计
夹紧机构简介
1
机械制造工艺
第2章 专用夹具设计
2.1 概述
2
2.1.1专用夹具设计基本要求
1．保证工件的加工精度
进行必要的精度分析，确保工件的尺寸公差和形位
公差等。
2．提高生产效率
3．工艺性好
专用夹具的结构应简单、合理，便于加工、装配、
检验和维修。
4．使用性好
专用夹具的操作应简便、省力、安全可靠、排屑方
便，必要时可设置排屑结构。
5．经济性好
3
2.1.2专用夹具设计的步骤
1．明确设计任务与收集设计资料
（1）了解加工零件的生产纲领，每次投产的批量和
生产率要求。
（2）分析加工零件的零件图，了解零件的作用、形
状、结构特点、材料及毛坯制造方法和加工余量。
（3）详细分析零件加工工艺过程，确定本工序合理
的定位和夹紧方案。
（4）了解使用该夹具的机床的技术参数以及所用切
削刀具的结构、尺寸、运动及与夹具的配合方式等。
（5）熟悉夹具零部件的国家标准、部颁标准和厂定
标准，各类夹具图册及手册等，收集一些同类夹具
的设计图纸。
4
2.1.2专用夹具设计的步骤
2．拟定夹具结构方案，绘制夹具结构方案草图
（1）根据加工要求、工件结构和定位原理，在保证
加工精度的基础上，确定定位方案，选择定位元件、
机构，必要时对定位精度进行初步估算。
（2）根据工件结构、加工情况、切削力大小及工件
重量，确定夹紧力的作用点、方向及计算夹紧力大
小，选择合适的夹紧装置。
（3）确定其他装置及元件的结构形式，如对刀、导
向装置，分度装置等。
（4）确定夹具体的结构形式及夹具在机床上的安装
方式。
（5）绘制夹具结构方案草图，并标注尺寸、公差及
技术要求。
5
2.1.2专用夹具设计的步骤
3．审核方案，改进设计
夹具草图画出后，应征求有关人员的意见，并送有关
部门审核，然后根据他们的意见对夹具方案作进一步
修改。
4．绘制夹具装配总图
夹具总图应按国家制图标准绘制。图形大小尽量采用
1：1比例，以具有良好的直观性，工件过大时可用1：
2或1：5的比例，过小时可用2 ：1的比例。主视图应
选取面对操作者的工作位置。
6
2.1.2专用夹具设计的步骤
绘制夹具总图时应注意以下几点：
（1）用双点划线将工件的外形轮廓、定位基面、夹
紧表面及加工表面绘制在各个视图的合适位置上。
在总图中工件可看做透明体，不遮挡后面的线条。
（2）依次绘出定位装置、夹紧装置、其他装置及夹
具体。
（3）合理标柱尺寸、公差和技术要求。
（4）编制夹具明细表及标题栏。
7
2.1.2专用夹具设计的步骤
5．夹具零件设计及绘制
对夹具中的非标准零件进行设计，画出零件图，并
按夹具总图的要求，确定零件的尺寸、公差及技术
要求。
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2.1.3 总图上尺寸、公差和技术要求
9
2.1.3 总图上尺寸、公差和技术要求
（一）夹具总图上应标注的尺寸和公差
(1) 最大轮廓尺寸(SL) 。指夹具的长、宽、高的最
大值或最大回转直径和厚度。如果夹具中有活动部分，
应用双点划线标出最大活动范围。
(2) 影响定位精度的尺寸和公差(SD) 。主要指工
件与定位元件的配合尺寸和公差以及定位元件之间的
尺寸和公差。
(3) 影响对刀精度的尺寸和公差(ST) 。主要是指
刀具与对刀元件(如对刀块)或刀具与导向元件(如钻套、
镗套)之间的尺寸和公差。
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2.1.3 总图上尺寸、公差和技术要求
(4) 影响夹具精度的尺寸和公差(SJ) 。主要是指
定位元件、对刀或导向元件、夹具安装基面三者之
间的位置尺寸和公差。
(5) 影响夹具在机床上安装精度的尺寸和公差
(SA) 。它们主要是指夹具安装基面与机床相应的配
合表面之间的尺寸和公差。如铣床夹具中的定位键
与夹具体和机床工作台T形槽的配合尺寸和公差、车
床夹具安装基面和主轴配合表面的配合尺寸和精度。
(6) 其他重要尺寸和公差。
11
2.1.3 总图上尺寸、公差和技术要求
12
2.1.3 总图上尺寸、公差和技术要求
13
2.1.3 总图上尺寸、公差和技术要求
（二）夹具总图上应标注的技术要求
夹具总图上无法用符号标注而又必须说明的问
题，可作为技术要求用文字写在总图的空白处。
如几个支承钉采用装配后修磨达到等高，活动
V形块应能灵活移动，夹具装饰漆颜色，夹具使
用时的操作顺序等。如图2－1中标注装配时修磨
调整垫圈11，保证尺寸（200.03）mm。
14
2.1.3 总图上尺寸、公差和技术要求
（三）夹具总图上公差值的确定
1．直接影响工件加工精度的夹具公差J
夹具总图上标注的第2～5类尺寸的尺寸公差和位置
公差均直接影响工件的加工精度。
取 J＝(1／2～1／5)k
2．夹具上其它重要尺寸的公差与配合
这类尺寸的公差与配合的标注对工件的加工精度
有间接影响。在确定配合性质时，应考虑减小其
影响，其公差等级可参照“夹具设计手册”或
《机械设计手册》标注。
15
2.1.4 工件在夹具中的精度分析
1．影响加工精度的因素
有定位误差ΔD、对刀误差ΔT、
夹具在机床上的安装误差ΔA
和夹具制造误差ΔJ等。在机
械加工工艺系统中，因机床
精度、刀具精度、刀具与机
床的位置精度、工艺系统的
受力变形和受热变形等因素
造成的加工误差，统称为加
工方法误差ΔG。上述各项误
差均导致刀具相对工件的位
置不准确，而形成总的加工
误差∑Δ。
16
2.1.4 工件在夹具中的精度分析
现以钢套钻5mm孔的钻模为例进行分析计算。
17
2.1.4 工件在夹具中的精度分析
18
2.1.4 工件在夹具中的精度分析
2．保证加工精度的条件
工件在夹具中加工时，总加工误差ΣΔ为上述各项
误差之和。由于上述误差均为独立随机变量，应用
概率法叠加。因此，保证工件加工精度的条件是
 
 D  T   A   J  G   K
2
2
2
2
2
即工件的总加工误差ΣΔ应不大于工件的加工尺寸
公差K。
为保证夹具有一定的使用寿命，防止夹具因磨损
而过早报废，在分析计算工件加工精度时，需留
出一定的精度储备量JC。因此将上式改写为
   K  JC
或
J C  TK     0
19
2.1.4 工件在夹具中的精度分析
钢套钻5mm孔时，加工精度的计算见表
20
2.1.5 夹具制造特点和精度保证
1．夹具的制造特点
夹具通常是单件生产，且制造周期很短，为了保
证工件加工要求，很多夹具要有较高的制造精度。
夹具制造中，除了生产方式与一般产品不同外，
在应用互换性原则方面也有一定的限制，经常采
用修配方法，而夹具的制造主要在企业的工具车
间进行，一般工具车间有多种加工设备，都具有
较好的加工性能和加工精度，以保证夹具的制造
精度。
21
2.1.5 夹具制造特点和精度保证
2．保证夹具制造精度的
方法
夹具上与工件加工尺寸直
接有关且精度较高的部位，
在夹具制造时常用调整法
和修配法来保证夹具精度。
对于需要采用修配法的零
件，可在其图样上注明
“装配时精加工”或“装
配时与××件配作”字样
等。
22
机械制造工艺
第2章 专用夹具设计
2.2 钻镗夹具设计
23
2.2.1 钻床夹具类型
1．固定式钻模
在使用的过程中，钻模在机床上的位置是固定不动的。
这类钻模加工精度较高，主要用于立式钻床上加工直
径较大的单孔，或在摇臂钻床上加工平行孔系。
24
2.2.1 钻床夹具类型
25
2.2.1 钻床夹具类型
2．回转式钻模
加工同一圆周上的平行孔系、同一截面内径向孔系或
同一直线上的等距孔系时，钻模上应设置分度装置。
带有回转式分度装置的钻模称为回转式钻模。
26
2.2.1 钻床夹具类型
27
2.2.1 钻床夹具类型
3．翻转式钻模
翻转式钻模主要用于加工小型工件不同表面上的
孔，图2—8所示为加工一个套类零件12个螺纹底
孔所用的翻转式钻模。
28
2.2.1 钻床夹具类型
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2.2.1 钻床夹具类型
4．盖板式钻模
在一些大、中型的工件上加工孔时，常用盖板式钻
模。图2—9所示是为加工车床溜板箱上孔系而设计
的盖板式钻模。
30
2.2.1 钻床夹具类型
31
2.2.1 钻床夹具类型
5．滑柱式钻模
滑柱式钻模是带有升降钻模板的通用可调夹具，
如图2—10所示。
32
2.2.1 钻床夹具类型
33
2.2.2 钻床夹具设计要点
1．钻模类型的选择
在设计钻模时，需根据工件的尺寸、形状、质量和
加工要求，以及生产批量、工厂的具体条件来考虑
夹具的结构类型。设计时应注意以下几点：
1）工件上被钻孔的直径大于10mm时(特别是钢件)，
钻床夹具应固定在工作台上，以保证操作安全。
2）翻转式钻模和自由移动式钻模适用中小型工件
的孔加工。夹具和工件的总质量不宜超过10kg，以
减轻操作工人的劳动强度。
34
2.2.2 钻床夹具设计要点
3）当加工多个不在同一圆周上的平行孔系时，如夹
具和工件的总质量超过15kg，宜采用固定式钻模在摇
臂钻床上加工，若生产批量大，可以在立式钻床或组
合机床上采用多轴传动头进行加工。
4）对于孔与端面精度要求不高的小型工件，可采用
滑柱式钻模。以缩短夹具的设计与制造周期。但对于
垂直度公差小于0.1mm、孔距精度小于0.15mm的工
件，则不宜采用滑柱式钻模。
5）钻模板与夹具体的连接不宜采用焊接的方法。因
焊接应力不能彻底消除，影响夹具制造精度的稳定性。
6）当孔的位置尺寸精度要求较高时（其公差小于
0.05mm），则宜采用固定式钻模板和固定式钻套的
结构形式。
35
2.2.2 钻床夹具设计要点
2．钻模板的结构
用于安装钻套的钻模板，按其与夹具体连接的方
式可分为固定式、铰链式、分离式等。
（1）固定式钻模板 固定在夹具体上的钻模板称
为固定式钻模板。这种钻模板简单，钻孔精度高。
（2）铰链式钻模板 当钻模板妨碍工件装卸或钻
孔后需攻螺纹时，可采用如图2—11所示的铰链式
钻模板。
（3）分离式钻模板 工件在夹具中每装卸一次，
钻模板也要装卸一次。这种钻模板加工的工件精
度高但装卸工件效率低。
36
2.2.2 钻床夹具设计要点
37
2.2.3 镗床夹具
镗床夹具又称镗模，它与钻床夹具相似，也采用
了引导刀具的镗套和安装镗套的镗模架。采用镗模可
以不受镗床精度的影响而加工出具有较高精度的工件。
（一）镗床夹具实例
镗床夹具主要用于加工箱体、支座等零件上的孔
或孔系。由于箱体孔系的加工精度一般要求较高，
因此镗模本身的制造精度比钻模高得多。本节简要
介绍导向装置的布置形式、镗模支架和镗杆的结构
设计。
38
2.2.3 镗床夹具
39
2.2.3 镗床夹具
（二）镗杆的引导方式
1．单支承引导
镗杆在镗模中只有一个位于刀具前面或后面的镗
套引导。这时，镗杆与机床主轴采用刚性联接。这
种方式，机床主轴回转精度影响工件的镗孔精度，
适用于小孔和短孔的加工。
40
2.2.3 镗床夹具
2．双支承引导
采用双支承镗模时，镗杆和机床主轴采用浮动联接。
所镗孔的位置精度主要取决于镗模架镗套孔间的位置
精度，而不受机床主轴精度的影响。因此，两镗套孔
的轴心线必须严格调整在同一轴心线上。
41
2.2.3 镗床夹具
（三）镗杆和浮动卡头
镗杆是镗床夹具中一个重要的部件，镗杆设计主要
是根据所镗孔的直径D及刀具截面尺寸B×B来确定
镗杆直径（参考表2—2中之值选取），以及确定镗
杆的恰当长度。为了保证加工精度，镗杆直径d应尽
可能大，以使其有足够的刚度。
镗孔直径
mm
30～40
40～50
50～70
70～90
90～100
镗杆直径
mm
20～30
30～40
40～50
50～65
65～90
刀具截面
mm
8×8
10×10
12×12
16×16
20×20
42
2.2.3 镗床夹具
常用的镗杆结构有整
体式和镶条式两种。当
d≤50mm时，直接在镗杆
上车出螺旋油槽。当d较
大时，则采用在导向部分
装有镶条的结构形式，镶
条数量为4～6条，材料为
青铜，因其耐磨且摩擦系
数小，有利于提高切削速
度，镶条磨损后，可以在
镶条底部加垫再磨外圆的
方法修理补救。
43
2.2.3 镗床夹具
双支承镗模的镗杆与镗床均采用浮动连接，图2—19
是常用的一种结构形式。镗杆l装在浮动卡头体2的孔
中，并存在浮动间隙。浮动卡头通过莫氏锥柄与镗
床主轴连接。主轴回转运动通过拨动销3传给镗杆。
44
2.2.4 钻床夹具设计示例
45
2.2.4 钻床夹具设计示例
（一）托架斜孔分度钻模的设计
1．定位方案
方案一
46
2.2.4 钻床夹具设计示例
方案二
47
2.2.4 钻床夹具设计示例
方案三
48
2.2.4 钻床夹具设计示例
方案四
49
2.2.4 钻床夹具设计示例
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2.2.4 钻床夹具设计示例
51
2.2.4 钻床夹具设计示例
52
机械制造工艺
第2章 专用夹具设计
2.3 铣床夹具设计
53
2.3.1 铣床夹具分类
铣床夹具主要用于加工零件上的平面、键槽、缺
口及成形表面等。由于铣削加工的切削力较大，又
是断续切削，加工中易引起振动，因此要求铣床夹
具的受力元件要有足够的强度。
夹紧力应足够大，且有较好的自锁性。此外，铣
床夹具一般通过对刀装置确定刀具与工件的相对位
置，其夹具体底面大多设有定向键，通过定向键与
铣床工作台T形槽的配合来确定夹具在机床上的方位。
夹具安装后用螺栓紧固在铣床的工作台上。
铣床夹具一般按工件的进给方式，分成直线进给
与圆周进给两种类型。
54
2.3.1 铣床夹具分类
1．直线进给的铣床夹具
在铣床夹具中，这类夹具用得最多，一般根据工件
质量和结构及生产批量，将夹具设计成装夹单件、
多件串联或多件并联的结构。铣床夹具也可采用分
度等形式。
55
2.3.1 铣床夹具分类
56
2.3.1 铣床夹具分类
2．圆周进给
的铣床夹具
圆周进给铣削
方式在不停车
的情况下装卸
工件，因此，
生产率高，适
用于大批量生
产。
57
2.3.1 铣床夹具分类
3．靠模铣床夹具
带有靠模的铣床夹具称为靠模铣床夹具，用于专用或
通用铣床上加工各种非圆曲面。 靠模的作用是使工件
获得辅助运动。按照主进给运动的运动方式，靠模铣
床夹具可分为直线进给和圆周进给两种。
58
2.3.1 铣床夹具分类
59
2.3.2 夹具体及其与机床的连接
二、夹具体及其与机床的连接
为提高铣床夹具在机床上安装的稳固性，除要求夹
具体有足够的强度和刚度外，还应使被加工表面尽
量靠近工作台面，以降低夹具的重心。因此，夹具
体的高宽比应限制在H/B≤1～1.25范围内，如图2—
30所示。
60
2.3.2 夹具体及其与机床的连接
61
2.3.3 铣床夹具设计示例
如图2－31所示，在一道工序中铣车床尾座顶尖套上
的键槽和油槽，试设计大批生产时所需的铣床夹具。
62
2.3.3 铣床夹具设计示例
（一）定位方案
若先铣键槽后铣油槽，按照加工需要，铣键槽时应
限制五个自由度，铣油槽时应限制六个自由度。
63
2.3.3 铣床夹具设计示例
（二）夹紧方案
根据夹紧力的方向应朝向主要限位面和作用点应落
在定位元件的支承范围内的原则，铰链压板的两个
弧形面的曲率半径应大于工件的最大半径。
64
2.3.3 铣床夹具设计示例
（三）对刀方案
键槽铣刀需两个方向对刀，故应采用直角对刀块。
由于两铣刀的直径相等，油槽深度由两工位V形块定
位高度之差保证。两铣刀的距离则由两铣刀间的轴
套长度确定。
（四）夹具体与定向键
为了在夹具体上安装油缸和联动夹紧机构，夹具体
应有适当的高度，中部应有较大的空间。为了保证
夹具在工作台上安装稳定，应按照夹具体的高宽比
不大于1.25的原则确定其宽度，并在两端设置耳座，
以便固定。
65
2.3.3 铣床夹具设计示例
66
2.3.3 铣床夹具设计示例
（五）夹具总图上的尺寸、公差和技术要求
（1）夹具最大轮廓尺寸SL为570mm，230mm，
270mm。
（2）影响工件定位精度的尺寸和公差SD为两组V形
块的定位高度640.02mm、610.02mm，两止推销
的距离1120.1mm；定位销12与工件上键槽的配合
尺寸12h8。
（3）影响夹具在机床上安装精度SA的尺寸和公差
为定向键与铣床工作台T形槽的配合尺寸18h8（T形
槽为18H8）。
67
2.3.3 铣床夹具设计示例
（4）影响夹具精度的尺寸和公差SJ为定向键与夹
具体的配合尺寸18，I工位V形块8、10设计心轴轴
心线对定向键侧面B的平行度0.03mm；I工位V形
块设计心轴轴心线对夹具底面A的平行度0.05mm；
I工位与Ⅱ工位V形块的距离尺寸1250.03mm； I
工位与Ⅱ工位V形块设计心轴轴心线间的平行度
0.03mm。对刀块的位置尺寸110.015mm、
24.40.015mm。
68
2.3.3 铣床夹具设计示例
对刀块的位置尺寸应从限位基准标起，标注时，要
考虑定位基准在加工尺寸方向的最小位移量（imin）。
当最小位移量使加工尺寸增大时
h＝H＋S－imin
当最小位移量使加工尺寸缩小时
h＝H＋S＋imin
式中 h——对刀块的位置尺寸：
H——定位基准至加工表面的距离；
S——塞尺厚度。
当工件以圆孔在心轴上定位或者以圆柱面在定位套中
定位且定位基准单方向移动时
式中 xmin——圆柱面与圆孔的最小配合间隙。当工件
以圆柱面有V形块上定位时，imin＝0。
69
2.3.3 铣床夹具设计示例
对刀块水平方向的位置尺寸为hl＝(6+5)＝11(mm)
对刀块垂直方向的位置尺寸为H＝(64.8-70.79/2)＝
29.4(mm)
h2＝(29.4-5)＝24.4(mm)
对刀块位置尺寸的公差一般取工件相应尺寸公差的
1/3~1/5，
因此
hl＝110.015mm
h2＝24.40.015mm
70
0
5  0 . 009
2.3.3 铣床夹具设计示例
（5）影响对刀精度的尺寸和公差ST：塞尺的厚度
尺寸5h6＝ 5
0
 0 . 009
（6）夹具总图上应标注下列技术要求：键槽铣刀
与油槽铣刀的直径应相等。
（六） 加工精度分析
顶尖套铣双槽工序中，键槽两侧面对70.8h6轴心
线的对称度和平行度要求较高，应进行精度分析，
其他加工要求未注公差或公差很大，可不进行精
度分析。
71
2.3.3 铣床夹具设计示例
1．键槽侧面对70.8h6轴心线的对称度的加工精度
（1）定位误差D
（2）安装误差A 定向键在T形槽中有两种位置。
定向键位置如图2－35a所示时，A＝0，定向键位置如
图2—35b所示时
Xmax＝(0.027+0.027)mm＝0.054mm
.0 54
 282 mm=0.038mm
A＝ 0400
（3）对刀误差T 即T＝0.009mm。
（4）夹具误差J 影响对称度的夹具误差有：
I工位V形块设计心轴轴心线对定向键侧面B的平行度
0.03mm；对刀块水平位置尺寸(110.015)mm的公差，
所以J＝(0.03+0.03)＝0.06(mm)
72
2.3.3 铣床夹具设计示例
2．键槽侧面对70.8h6轴心线的平行度的加工误
差
（1）定位误差D 由于两V形块8、10（图2－34
中）一般在装配后一起精加工V形面，它们的相互
位置误差极小，可视为一长V形块，所以，D＝0。
（2）安装误差A 定向键的位置如图2—35(a)所示
时，A＝0，定向键的位置如图2－35(b)所示时，
A＝
＝0.038(mm)。
（3）对刀误差T 由于平行度不受塞尺厚度的影
响，所以T＝0。
（4）夹具误差J 影响平行度的制造误差是I工位
V形块设计心轴轴心线与定向键侧面B的平行度
(0.03mm)，所以，J＝0.03mm。
(
0 . 054
 282 )
400
73
2.3.3 铣床夹具设计示例
加 工 要 求
代 号
对称度0.1mm
平等度0.08mm
⊿D
0
0
⊿A
0.038
0.038
⊿T
0.039
0
⊿J
0.06
0.03
⊿G
0.1×1/3= 0.033
0.8×1/3= 0.027
∑⊿
Jc
0 . 038
2
 0 . 009
2
 0 . 06
2
 0 . 033
2
= 0.079
0.1—0.079 = 0.021
0 . 038
2
 0 . 03  0 . 027
2
2
= 0.055
0.08—0.055 = 0.025
74
机械制造工艺
第2章 专用夹具设计
2.4 车床夹具设计
75
2.4.1 车床夹具的主要类型
1．花盘式车床夹具
76
2.4.1 车床夹具的主要类型
77
2.4.1 车床夹具的主要类型
78
2.4.1 车床夹具的主要类型
2．角铁式车床夹具
79
2.4.1 车床夹具的主要类型
3．组合车床夹具
80
2.4.2 车床夹具设计要点
1．安装基面的设计
为了使车床夹具在机床主轴上安装正确，除了在过
渡盘上用止口孔定位以外，常常在车床夹具上设置
找正孔、校正基圆或其它测量元件，以保证车床夹
具精确地安装到机床主轴回转中心上。
2．夹具配重的设计要求
加工时，因工件随夹具一起转动，其重心如不在回
转中心上将产生离心力，且离心力随转速的增高而
急剧增大。使加工过程产生振动，对零件的加工精
度、表面质量以及车床主轴轴承都会有较大的影响。
所以，车床夹具要注意各装置之间的布局，必要时
设计配重块加以平衡。
81
2.4.2 车床夹具设计要点
3、夹紧装置的设计要求
由于车床夹具在加工过程中要受到离心力、重力和切
削力的作用，其合力的大小与方向是变化的。所以夹
紧装置要有足够的夹紧力和良好的自锁性，以保证夹
紧安全可靠。但夹紧力不能过大，且要求受力布局合
理，不破坏工件的定位精度。
82
2.4.2 车床夹具设计要点
4．对夹具总体结构的要求
车床夹具一般都是在悬臂状态下工作的，为保证加
工过程的稳定性，夹具结构应力求简单紧凑、轻便
且安全，悬伸长度要尽量小，重心靠近主轴前支承。
为保证安全，装在夹具体上的各个元件不允许伸出
夹具体直径之外。此外，还应考虑切屑的缠绕，切
削液的飞溅等影响安全操作的问题。
车床夹具的设计要点也适用于在外圆磨床上使用
的夹具。
83
2.4.3 车床夹具设计示例
如图2－40所示，加工油泵上体的三个阶梯孔，中批
生产，试设计所需的车床夹具。
84
2.4.3 车床夹具设计示例
（一）定位装置
根据加工要求和基准重合原则，应以底面和2－
8H7孔定位，定位元件采用“一面两销”，定位孔
与定位销的主要尺寸如图2—41所示。
85
2.4.3 车床夹具设计示例
（二）夹紧装置
因是中批生产，不必采用复杂的动力装置。为使
夹紧可靠，宜用两副移动式螺旋压板夹压在工件
顶面的两端，如图2—42。
（三）分度装置
油泵上体三孔呈直线分布，要在一次装夹中加工
完毕，需设计直线分度装置。
（四）夹具在车床主轴上的安装
由于本工序在CA6140车床上进行，过渡盘应以短
圆锥面和端面在主轴上定位，用螺钉紧固，有关
尺寸可查阅“夹具手册”。夹具体的止口与过渡
盘凸缘配合。
86
2.4.3 车床夹具设计示例
87
2.4.3 车床夹具设计示例
（五）夹具总图上尺寸、公差和技术要求的标注
（六）加工精度分析
本工序的主要加工要求是三孔的孔距尺寸
250.1mm。此尺寸主要受分度误差的影响，因此，
只要算出分度误差即可。
直线分度的分度误差  F  2  2  X 12  X 22  e 2
式中 ——两相邻对定套的距离尺寸公差。
X1——分度销与对定套的最大配合间隙。
X2——分度销与导向孔的最大配合间隙。
e——分度销的对定部分与导向部分的同轴度。
设e＝0.01mm，
88
2.4.3 车床夹具设计示例
 F  2 0 . 04  0 . 029
2
2
 0 . 035
2
 0 . 01
2
 0 .1 2 mm
由于F＜0.2mm（工序尺寸公差），故此夹具
能够保证加工精度。
89
机械制造工艺
第2章 专用夹具设计
2.5 常用夹紧机构简介
90
2.5.1 定心夹紧机构
当工件被加工面以中心要素（轴心线、平面对称
中心等）为工序基准时，为使基准重合以减少定位误
差，需采用定心夹紧机构。
定心夹紧机构具有定心（对中）和夹紧两种功能，
如卧式车床的三爪自定心卡盘即为最常用的定心夹紧
机构的典型实例。
定心夹紧机构按其定心作用原理有两种类型，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、杠杆式、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。
91
2.5.1 定心夹紧机构
1．螺旋式定心夹紧机构
92
2.5.1 定心夹紧机构
2．杠杆式定心夹紧机构
93
2.5.1 定心夹紧机构
3．楔式定心夹紧机构
94
2.5.1 定心夹紧机构
4．弹簧筒夹式定心夹紧机构
95
2.5.1 定心夹紧机构
5．膜片卡盘定心夹紧机构
96
2.5.1 定心夹紧机构
6．波纹套定心夹紧机构
97
2.5.1 定心夹紧机构
7．液性塑料定心夹紧机构
98
2.5.2 联动夹紧机构
在夹紧机构的设计中，有时需要同时有几个点
对某个工件夹紧，有时需要同时夹紧几个工件。这
种一次操作就能同时多点夹紧一个工件或同时夹紧
几个工件的机构，称为联动夹紧机构。联动夹紧机
构可以简化操作，简化夹具结构，节省装夹时间，
因此，不仅在铣床夹具上使用，也常用于其它机床
夹具。
联动夹紧机构可分为单件联动夹紧机构和多件联
动夹紧机构。前者对一个工件进行多点夹紧，后者
能同时夹紧几个工件。
99
2.5.2 联动夹紧机构
1．单件联动夹紧机构
单件两点
单件三点
100
2.5.2 联动夹紧机构
单件四点
101
2.5.2 联动夹紧机构
铰链压板单件四点
102
2.5.2 联动夹紧机构
2．多件联动夹紧机构
平行联动夹紧
103
2.5.2 联动夹紧机构
顺序联动夹紧
104
2.5.2 联动夹紧机构
3．设计联动夹紧机构时应注意的问题
（1）要设置浮动环节。为了使联动夹紧机构的各个
夹紧点能同时、均匀地夹紧工件，各夹紧元件的位
置应能协调浮动。
（2）同时夹紧的工件数量不宜太多。
（3）有较大的总夹紧力和足够的刚度。
（4）力求设计成增力机构，并使结构简单、紧凑，
以提高机械效率。
105
2.5.3 铰链夹紧机构
铰链夹紧机构是由铰链杠杆组合而成的一种增力
机构，其结构简单，增力倍数较大，但无自锁性能。
它常与动力装置（气缸、液压缸等）联用，在气动
铣床夹具中应用较广，也用于其它机床夹具。
106
2.5.3 铰链夹紧机构
107
2.5.3 铰链夹紧机构
108
2.5.4 气液夹紧装置
使用人力通过各种传力机构对工件进行夹紧，
称为手动夹紧。而现代高效率的夹具，大多采用机
动夹紧方式。在机动夹紧中，一般都设有产生夹紧
力的动力系统，常用的动力系统有：气动、液压、
气液联合等快速高效传动装置。这样可以大幅度减
少装夹工件的辅助时间，提高生产率和减轻工人劳
动强度。
109
2.5.4 气液夹紧机构
（一）气动夹紧概述
气动夹紧是机动夹紧中应用最广泛的一种， 目前不
仅在大批量生产中已普遍采用，而且已逐步推广到
成批和小批生产。
1．气压传动系统
110
2.5.4 气液夹紧装置
2．气动夹紧的特点
（1）压缩空气来源于大气，取之不尽，废气可排人
大气中，处理方便，没有污染。
（2）压缩空气在管道中流动的压力损失小，因此，
便于集中供应和实现远距离操纵，便于实现自动化。
（3）压缩空气在管道中流动速度快，反应灵敏。可
达到快速夹紧的目的。
（4）夹紧力基本稳定，但由于空气有压缩性，夹紧
刚度差，故在重切削或断续切削时，应设置自锁装
置。
（5）压缩空气的工作压力较小，因此，与液压夹紧
装置相比，结构较庞大，另外，气动夹紧机构动作
时有噪声。
111
2.5.4 气液夹紧装置
二）气缸
常用的气缸结构有两种基本形式，即活塞式和薄膜式。
1．活塞式气缸
单活塞气缸
112
2.5.4 气液夹紧装置
回转式气缸
113
2.5.4 气液夹紧装置
导气接头（回转气缸特有部件）
114
2.5.4 气液夹紧装置
车床用不动式气缸
115
2.5.4 气液夹紧装置
2．薄膜式气缸
图2—63所示为
单向薄膜式气
缸。
薄膜式气缸也
可以做成旋转
式和双向作用
式。
116
2.5.4 气液夹紧装置
（三）气动－液压夹紧系统
为了综合应用气压夹紧和液压夹紧的优点，可以采
用气液联合的增压装置。由于该种装置只利用气源
即可获得高压油，因此成本低，维护方便。
气－液增压装置分为直接作用式和低、高压先后作
用式两种。
117
2.5.4 气液夹紧装置
气-液增压虎钳示意图
118
2.5.4 气液夹紧装置
气-液增压虎钳动画
119
2.5.4 气液夹紧装置
气-液增压器
120
2.5.4 气液夹紧装置
所示的气液增压器，其增压、夹紧和松夹过程，分三步进行：
（1）预夹紧 先将三位五通阀的手柄放到预夹紧的位置，压缩
空气进入左气缸的B腔，推动活塞l向右移动，油液由b腔经a腔
输至高压缸2，其活塞即以低压快速移动对工件进行预夹紧。
（2）增压夹紧 在预夹紧后，把手柄移至高压位置，压缩空气
即进入右气缸的C腔，推动活塞3向左移动，直径为d2的柱塞将
油腔a和b隔开，并对a腔的油液施加压力，使油压升高，并输
送至工作液压缸而实现高压夹紧。
（3）松开工件 加工完毕后把手柄转换到松夹的位置，压缩空
气进入A，D两腔，活塞l和3作相反方向移动，此时工作液压缸
的活塞在弹簧力的作用下复位，放松工件，油液回到增压缸中。
本增压缸为单独动力部件，可用于不同的工作液压缸，因而有
利于在生产规模不大的情况下推广使用。
121
122
夹具
123
夹具
124
夹具
1-钻模板； 2-钻套; 3-心轴; 4-分度盘; 5-对定销; 6-夹具体; 7图 4-43 回转式钻床夹具
125
夹具
1-定位元件; 2-工件; 3-钻套; 4-钻模板; 5-开口垫圈; 6图 4-50 各种钻模板及钻床夹具
126
夹具
1-夹具体; 2-支承板; 3-压板; 4-螺母; 5-对刀块; 6-定位销; 7图 4-54 加工壳体的铣床夹具
127
夹具
128
夹具
129
夹具
130
夹具
131
夹具
132
夹具
133
夹具
134
夹具
135
夹具
136
夹具
137
夹具
138
夹具
139
夹具
140
夹具
141
夹具
142
夹具
143
4.5.3 专用夹具设计举例
图4-69所示为小连杆铣槽工序图，生产类型为中批生
产，现设计铣槽的专用夹具，并通过这个例子更进一步说
明机床夹具设计时主要解决的问题和设计思路。
144
图 4-69 小连杆铣槽工序简图
145
1. 明确设计要求，对工件及工序图进行分析
本工序要求铣连杆大头两端面上的8个槽，槽
宽
10
 0 .2
mm
0
，槽深
3 .2
 0 .4
mm
0
，槽的中心线与两孔中
心连线成45°±30′, 表面粗糙度为Ra3.2 μm。
工序图上标明，该工序的定位基准为已经加工过的两
孔及工件孔端的两个端平面，加工时选用三面刃铣刀，在
卧式铣床上加工，槽宽由铣刀尺寸保证，槽深和角度位置
由夹具和调整对刀来保证。
146
2. 确定定位方案和结构设计
前已述及，定位基准的选择应尽量符合基准重合原则，
对于工件槽深
3 .2
 0 . 4要求来说，按照图中的工序基准
mm
0
就应该选择所铣键槽所在的端平面为定位基准，但这样夹
具上的定位表面就必然设计成朝下方才能在工件的定位基
准所在的端面上开槽，显然工件定位夹紧机构会非常复杂，
操作也不方便。如果选择与所加工槽相对的另一端面为定
位基准，则会引起基准不重合误差ΔB，ΔB的值为两端面间
的尺寸公差0.1 mm。由于所加工的槽深公差规定为0.4 mm，
根据经验估计，这样选择可以保证槽深的要求，而且夹具
的整体结构会非常简单，操作也很方便，所以决定采用后
一种定位方案。
147
对于槽的角度位置45°±30′的要求方面，工序要求是
以大孔中心为基准，并与两孔连线成45°±30′。现在以两
孔为定位基准，在大孔中采用圆柱销配合定位，小孔中用
菱形销定位(如图4-70所示)，完全符合基准重合，定位精
度较高。
148
图 4-70 铣槽夹具的设计过程
149
3. 夹紧方案的确定及结构设计
夹紧机构设计时应考虑动作快速可靠，不碰刀，同时
为了保证加工的稳定性，夹紧点应尽量接近被加工部位。
因此，此工件的夹紧点应选择在大孔端面，同时考虑到生
产批量不大，采用两个手动螺旋压板，虽然夹紧略费时间，
但结构简单，标准件多，且夹紧可靠，另外在压板外侧设
有防转销，使用也很方便，能满足生产要求。
150
4. 分度机构的设计
由于该工序要求在每个端面铣4个槽，所以就要考虑加
工中的分度问题。针对此例可以有两种方案：一是采用分
度装置，当加工完一对槽后，将分度盘连同工件一起转过
90°，再加工另一对槽，然后翻转工件加工另一面; 另一种
方案是在夹具体上安装两个相差90°的菱形销，见图4-70所
示，加工完一对槽后卸下工件，将其转过90°再安装在另
一个菱形销上，重新夹紧加工另一对槽，之后再翻转工件
按同样方法加工另一面的4个槽。显然有分度装置的夹具结
构要复杂很多，而第二种方案虽然操作略费时，但结构简
单，也是可行的。
151
5. 对刀及夹具的安装方案的确定
由于槽的加工要保证刀具两个方向的位置，为了快速
对刀，夹具上安装了对刀块。为了保证对刀块的方向与工
作台纵向进给运动方向一致，整个夹具在工作台上安装时
采用的是一对定位键定向，在夹具体两端的耳座中穿入T形
螺栓，用螺母夹紧。
152
6. 绘制夹具总图
夹具结构方案确定后，就可着手绘制夹具总图，步骤
如下：
(1) 用双点划线绘出零件在加工位置的外形轮廓。
(2) 绘制定位元件。
(3) 绘制夹紧装置。
(4) 绘制对刀块、夹具体。
(5) 绘制定位键，并绘出连接件把各元件连接在一起。
最后得到的夹具总图如图4-71所示。
153
图 4-71 小连杆铣床夹具图
154
7. 标注尺寸和技术要求
按照前述夹具总图上应标注的技术要求应逐一进行标
注，如图4-71所示(此图中只标注了部分主要的技术要求)，
现对其中几项主要内容分析如下：
(1) 外形尺寸：180×140×70。
(2) 两定位销直径及公差、两定位销之间的距离及公差：
mm ; 菱形销定位圆
圆柱定位销直径按g6选取为  42 . 6  00 ..009
025
 0 . 016
柱部分按f7选取为  15 . 3  0 . 034 mm ; 两销间的距离尺寸与公
差按连杆相应尺寸公差±0.06的1/3取值为±0.02，所以该
尺寸标注为57±0.02; 为保证槽的角度要求，两菱形销安装
位置的角度公差可取严一些，为工件相应角度公差±30′的
1/5,
即±6′，所以图上该角度标注为45°±6′。
155
(3) 定位平面N到对刀块底面之间的尺寸关系到槽深精
 0 .4
mm 和
0
0
14 . 3
mm 间接决定的，经过尺寸链的换算( 3 . 2  0 . 4 mm
 0 .1
0

0
.
1
是封闭环)，得到这个尺寸为 11 . 1  0 . 4 mm 。因为夹具的工
度，而连杆上相应的这个尺寸是由尺寸
3 .2
序尺寸是按要保证的槽深相应尺寸的平均值标注，将上面
算得的尺寸改写为10.85±0.15 mm，然后再减去塞尺的厚
度3 mm
7.85 mm,
此尺寸的公差取为工件上尺寸公
差(±0.15)的1/2~1/5，最终取±0.03，所以最终夹具总图上
对刀块到定位面N的距离应标注为7.85±0.03。
考虑到塞尺的尺寸，对刀块水平方向的工作表面到定
位圆柱销中心的距离为8.05±0.02(取工件相应尺寸公差的
1/2~1/5)，如图4-71中所注。
156
(4) 在夹具总图上还应标注以下技术要求：定位平面N
对夹具体底面M的平行度允差为100∶0.03 mm; 两定位销中
心线与N面的垂直度允差在全长上不大于0.03 mm。
此外夹具装配图上还应标注定位键工作侧面与对刀块
垂直面的平行度(图中未注出)，定位键与安装槽之间的配
合(图中未注出)，以及其他一些机械设计时应标注的尺寸
及公差(如图中的
 10
H7
n6
、  25
H7
n6
)等。
157
8. 夹具精度分析(略)
9. 拆绘夹具零件图
根据夹具总图拆绘除标准件之外的所有零件图。对于
有配合要求和连接关系的部位要特别注意，仔细核对每个
零件之间的装配尺寸，避免出错。零件图中的材料、热处
理可查阅《机床夹具设计手册》等资料。
158
复习思考题
1. 工件在夹具中定位、夹紧的任务是什么？ 它们的目
的有何不同？
2. 造成定位误差的原因有哪些？采取何种措施可以减
少定位误差？
3. 什么是辅助支承？ 其主要作用是什么？
4. 什么是自位支承(浮动支承)？ 它与辅助支承有何不
同？
5. 用题图4-5所示定位方案铣削连杆的两个侧面A、B，
159
题图 4-5
160
6. 用题图4-6所示定位方案在台阶轴上铣平面，工序尺
寸
A  29
0
 0 . 16
，试计算定位误差。
题图 4-6
161
7. 试分析题图4-7所示各夹紧方案是否合理？若有不合
理之处，应如何改进？
题图 4-7
162
8. 夹具在机床上的连接安装有哪几种方式？ 常用的连
接元件有哪些？
9. 回转分度装置由哪几部分组成？ 各部分的主要作用
是什么？
10. 夹具中导向装置的作用是什么？ 常用的导向装置有
哪些？
11. 夹具中的对刀元件起什么作用？ 夹具中一定要设置
对刀块吗？ 如果没有对刀块应如何对刀？
163
12. 夹具体的毛坯制造方法有哪几种？它们的应用范
围如何？
13. 确定夹具结构方案时要考虑哪些主要问题？
14. 夹具设计的步骤是什么？在夹具总图上应标注哪
些尺寸和技术要求？
164