机械加工技术基础首页和教案

重庆市工业高级技工学校教案（理论）

第 一 章 金属切削的基本知识 第一节 金属切削的基本原理 授课时数 授课班级 1 授课方法 授课时间 讲授 教具 课件 08数高合 教学目的 1、 了解切削运动的概念。 2、 掌握切削用量的三要素。 教学切削运动和切削用量的概念 重 点 教学切削用量的概念 难点 课 后 记

第1章 金属切削的基本知识

§1-1 金属切削的基本原理

一、零件表面的形成和切削运动

1、 切削运动

（1）、主运动（υ）：在切削过程中的主要运动。 注：它是速度最高，消耗功率最多的运动；且只有一个。 （2）、进给运动（υf）：使新的切削层不断投入切削的运动。 它分为吃刀运动和走刀运动，可以是一个、二个或多个。 （3）切削速度（υc）：υc=υ+υf（矢量和） 当υf很小时，常以υ作为切削速度υ2、 切削过程中的三个表面

（1）、已加工表面：已切除多余金属后形成的新表面。 （2）、加工表面：刀刃正在切削的表面。 （3）、待加工表面：即将被切去的表面。 二、切削用量：表示切削运动的参数。

? 三要素：切削速度、进给量和背吃刀量。

? 作用：提高生产效率、提高加工质量、及经济性有作密切的关系。 ? 选择的方法：在§4-4中介绍。 1、 切削速度：用υ表示

（1）、刀具切削刃上的某一点相对于加工表面上该点在主运动方向上的瞬时速度，即主运动的线速度。

（2）、单位为m/s，m/min。 （3）、公式：

A、当主运动为旋转运动时

πDn

υ=------ （m/min）

1000

n----工件或刀具每分钟转速（m/min）。

c。

D---- 工件待加工表面直径或刀具的最大直径。（mm） B、当主运动是往复直线运动时 2Lnr

υ=------ （m/min）

1000

L-------- 往复直线运动的行程长度（mm）

nr ------- 主运动每分钟的往复次数（str/min）

注：切削刃上各点的切削速度是不相同的，一般应取最大的切削速度。 2、 进给量f：进给方向的位移量（mm/r，mm/str双行程）

3、 背吃刀量（吃刀深度ap）：已加工表面与待加工表面之间的垂直距离。

(1)、单位：mm （2）、公式：

dw -dm

A、车外圆： ap=-------- （mm） 2 dw-----待加工表面的直径 dm----已加工表面的直径 B、钻孔： ap=dm/2（mm）

dm-----钻孔的直径或钻头直径。

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第2节 刀具材料 授课时数 授课班级 3 授课方法 授课时间 讲授 教具 课件 08数高合 教1、了解刀具的工作条件，掌握刀具材料应具备的性能 学2、了解刀具材料的种类 目3、了解碳素工具钢及合金工具钢、高速钢、硬质合金的特点 的 教学刀具材料应具备的性能及其各种刀具材料的特点 重点 教学刀具材料应具备的性能，各种刀具材料的特点 难点 课 后 可以做刀具材料特点的不同比较，加深学生的学习印象。 记

§1-2刀具材料

一、刀具的工作条件 二、刀具材料应具备的性能 1、 足够的硬度 2、 良好的耐磨性 3、 足够的强度和韧性 4、 高耐热性 5、 导热系数大 6、 较好的工艺性能。 三、常用刀具材料的种类 可分为金属材料和非金属材料

也可分为工具钢、硬质合金、陶瓷、超硬材料（见表3-1）

四、 高速钢

高速钢是高速工具钢的简称，又称锋钢、白钢。

性能特点：工艺性能好，具有较高的硬度、强度、耐磨性和韧性，切削速度可达30m/min 其分类：普通高速钢和高性能高速钢。 （一）、普通高速钢 1、W18Cr4V 2、W6Mo5Cr4V2 3、W14Cr4MnRE （二）、高性能高速钢 五、硬质合金

（一）硬质合金的组成与特点

1、钨钴类硬质合金（WC-Co）代号为YG（如YG8：指含钴量为8%） WC为基体，硬度的主要来源；Co为粘结相，是韧性、塑性的主要来源。 2、钨钛钴类硬质合金（WC-TiC-Co），代号为YT（如YT15为含TiC为15%） 3、钨钛钽（铌）钴类硬质合金（WC-TiC-TaC（NbC）-Co），代号为YW。 （二）、硬质合金的选用

加工脆性材料选用YG，粗加工，切削用量大，选取钴量高的如YG8，YG10；精加工选取钴量低的如YG3。

加工塑性材料选用YT，粗加工，切削用量大，选取TiC低的如YT5；精加工选取TiC高的如YT15。

加工难加工材料选用YW

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第3节 刀具切削部分的组成及刀具的几何角度 授课时数 授课班级 4 授课方法 授课时间 讲授 教具 课件 08数高合 教学目的 1、 了解刀具切削部分的组成。 2、 了解测量刀具角度的坐标参考系。 3、 掌握车刀的几何角度。 教学车刀的几何角度 重 点 教学具角度的坐标参考系。 难点 课 后 记

§1-3 刀具切削部分的组成及刀具的几何角度

一、车刀切削部分的组成

它是一个几何体，是由几个面和多条由面相交而成的切削刃、刀尖组成的 1、 前刀面Ar：切屑流经的刀面

2、 主后刀面Aa：与加工表面相对的刀面 3、 副后刀面A`a：与已加工面相对的刀面

4、 主切削刃S：前刀面与主后刀面相交的部分，担负主要切削工作。

5、 副切削刃S`：前刀面与副后刀面相交的部位，协同主切削刃完成金属的切除工作。 6、 刀尖（过渡刃）：主、副切削刃连接处的一小段切削刃。 外圆车刀有三面两刃一刀尖；450车刀有四面三刃和两个刀尖。

二、测量刀具角度的坐标参考系

? 分为标注参考系（静态参考系）和工作参考系（动态参考系）。 ? 标注参考系下定义的角度称为刀具的标注角度。 ? 工作参考系下定义的角度称为刀具的工作角度。

? 从实质上讲，刀具的标注角度是在假定条件下的工作角度。

? 确定标注角度的坐标系有：正交平面坐标系、法平面坐标系、进给与背平面坐标系等，

但大都有是采用正交平面标注坐标系。 外圆车刀的标注角度的定义：

1、 标注参考系的假定条件

（1）、假定运动条件：不考虑进给运动的影响，主运动矢量υ代替合成运动矢量。 （2）、假定安装条件：规定刀具的刃磨和安装基准面垂直于切削速度方向，同时，规定刀杆的轴线与进给运动方向垂直。 2、 刀具标注角度的参考系 （1）、参考平面

A、基面Pr：垂直于主运动方向的平面。（与刀体底面平行的平面）

B、切削平面Ps：通过切削刃上某一选定点，切于工件加工表面的平面为切削平

面 。（过切削刃S与切削速度υ的平面）

C、正交平面Po：通过主切削刃上某一选定点，并垂直于主切削刃在基面上的投影

的平面。

D、法平面Pn：通过主切削刃上某一选定点，并垂直于主切削刃的平面。

E、进给平面Pf（横向平面）：通过主切削刃上某一选定点，垂直于基面Pr，又平

行于假定进给运动方向的平面。（主运动方向与进给运动方向所组成的平面）

F、背平面Pp（纵向平面）：通过主切削刃上某一选定点，垂直于基面Pr，又垂直

于进给平面Pf的平面。

（2）、参考系

A、正交平面坐标参考系：Pr—Ps---Po组成 B、法平面参考系：Pr—Ps---Po组成

C、进给与背平面参考系：Pr—Pf---Pp组成

注：如果选定点在副切削刃上时，坐标平面右上角色应加上符号“`”,并在名称前

冠以“副切削刃”。

三、车刀的几何角度--------刀具的标注角度

1、 前角γo：在正交平面中，测量的前刀面与基面间的夹角。 在正交平面，Ar与Ps的夹角小于900，γo为正，大于900，γo为负。 2、后角ao：在正交平面中，测量的后刀面与切削平面间的夹角。

在正交平面，Aa与Pr的夹角小于900，γo为正，大于900，γo为负。一般选30~120 3、主偏角kr：在基面中，主切削刃在基面上的投影与进给方向的夹角。一般为450~900 4、副偏角kr`：在基面中，主切削刃在基面上的投影与反进给方向的夹角。 5、刃倾角λs：在切削平面内测量的主切削刃与基面间的夹角。

刀尖为切削刃的最高点时λs为正，刀尖为切削刃的最低点时λs为负。（一般取

-50~+100）

6、楔角βo：在正交平面内，Ar与Aa的夹角。

γo+βo+ao=900

7、刀尖角εr：主切削刃与副切削刃在基面内的投影的夹角。

Kr+ kr`+εr=1800

四、刀具几何形状的图示方法

通常均采用简单画法，即取刀具在基面的投影为主视图，背平面或进给平面为侧视图，切削平面为向视图，并同时作出主、副切削刃的正交平面图。

角度标注数量按“一面二角分析法”

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第4节 金属切削的几个常用概念 授课时数 授课班级 6 授课方法 授课时间 讲授 教具 课件 08数高合 1、了解切屑的种类 2、了解切屑变形区的划分 教3、掌握切屑的变形规律 学4、了解切削热和温度 目5、了解切削液 的 6、熟悉刀具磨损和耐用度 教学切屑的变形规律、加工硬化、切削热和温度、刀具磨损和耐用度 重点 教学切屑的变形规律、切削热和温度、刀具磨损和耐用度 难点 课 后 记

于加工壳体、支座、接头等类零件上的圆柱面及端面。

工件以一平面和两孔为基准在夹具倾斜的定位面和两个销子上定位。用两只钩形压板夹紧。被加工表面是孔和端面。为了便于在加工过程中检验所切端面的尺寸，靠近加工面处设计有测量基准面。此外，夹具上还装有配重和防护罩。

夹具是用来加工气门杆的端面，由于该工件是以细的外圆柱面为基准，这就很难采用自动定心装置，于是夹具就采用半圆孔定位，所以夹具体必然成角铁状。为了使夹具平衡，该夹具采用了在重的一侧钻平衡孔的办法。

由此可见，角铁式车床夹具主要应用于两种情况：第一是形状较特殊，被加工表面的轴线要求与定位基准面平行或成一定角度；第二是工件的形状虽不特殊，但却不宜设计成对称式夹具时，也可采用角铁式结构。

4、车床夹具的设计特点

1） 因为整个车床夹具随机床主轴一起回转，所以要求它结构紧凑，轮廓尺寸尽可能小，重量要尽量轻，重心尽可能靠近回转轴线，以减小惯性力和回转力矩。

2）应有消除回转中的不平衡现象的平衡措施，以减小震动等不利影响。一般设置配置块或减重孔消除不平衡。

3）与主轴连接部分是夹具的定位基准，应有较准确的圆柱孔（或圆锥孔），其结构形式和尺寸，依照具体使用的机床而定。

4）为使夹具使用安全，应尽可能避免有尖角或凸起部分，必要时回转部分外面可加防护罩。夹紧力要足够大，自锁可靠。

三、 铣床夹具

1、铣床夹具的分类

铣床夹具按使用范围，可分为通用铣夹具、专用铣夹具和组合铣夹具三类。按工件在铣床上加工的运动特点，可分为直线进给夹具、圆周进给夹具、沿曲线进给夹具（如仿形装置）三类。还可按自动化程度和夹紧动力源的不同（如气动、电动、液压）以及装夹工件数量的多少（如单件、双件、多件）等进行分类。其中，最常用的分类方法是按通用、专用和组合进行分类。

2．铣床常用通用夹具的结构

铣床常用的通用夹具主要有平口虎钳，它主要用于装夹长方形工件，也可用于装夹圆柱形工件。

机用平口虎钳的结构组成。机用平口虎钳是通过虎钳体1固定在机床上。固定钳口2和钳口铁3起垂直定位作用，虎钳体1上的导轨平面起水平定位作用。活动座8、螺母7、丝杆6（及方头9）和紧固螺钉11可作为夹紧元件。回转底座12和定位键14分别起角度分度和夹具定位作用。固定钳口2上的钳口铁3上平面和侧平面也可作为对刀部位，但需用对刀规和塞尺配合使用。 3．典型铣床专用夹具结构

（1）铣削键槽用的简易专用夹具 该夹具用于铣削工件4上的半封闭键槽。夹具中，V形块1是夹具体兼定位件，它使工件在装夹时轴线位置必在V形面的角平分线上，从而

起到定位作用。对刀块6同时也起到端面定位作用。压板2和螺栓3及螺母是夹紧元件，它们用以阻止工件在加工过程中因受切削力而产生的移动和振动。对刀块6除对工件起轴向定位外，主要用以调整铣刀和工件的相对位置。对刀面a通过铣刀周刃对刀，调整铣刀与工件的中心对称位置；对刀面b通过铣刀端面刃对刀，调整铣刀端面与工件外圆（或水平中心线）的相对位置。定位键5在夹具与机床间起定位作用，使夹具体即V形块1的V形槽槽向与工作台纵向进给方向平行。

（2）加工壳体的铣床夹具 所示为加工壳体侧面棱边所用的铣床夹具。工件以端面、大孔和小孔作定位基准，定位元件为支承板2和安装在其上的大圆柱销6和菱形销10。夹紧装置是采用螺旋压板的联动夹紧机构。操作时，只需拧紧螺母4，就可使左右两个压板同时夹紧工件。夹具上还有对刀块5，用来确定铣刀的位置。两个定向键11用来确定夹具在机床工作台上的位置。 4．铣床夹具的设计特点

铣床夹具与其它机床夹具的不同之处在于：它是通过定位键在机床上定位，用对刀装置决定铣刀相对于夹具的位置。

（１）铣床夹具的安装 铣床夹具在铣床工作台上的安装位置，直接影响被加工表面的位置精度，因而在设计时必须考虑其安装方法，一般是在夹具底座下面装两个定位键。定位键的结构尺寸已标准化，应按铣床工作台的T形槽尺寸选定，它和夹具底座以及工作台T形槽的配合为H7/h6、H8/h8。两定位键的距离应力求最大，以利提高安装精度。

夹具通过两个定位键嵌入到铣床工作台的同一条T 形槽中，再用T 形螺栓和垫圈、螺母将夹具体紧固在工作台上，所以在夹具体上还需要提供两个穿T形螺栓的耳座。如果夹具宽度较大时，可在同侧设置两个耳座，两耳座的距离要和铣床工作台两个T形槽间的距离一致。

（2）铣床夹具的对刀装置 铣床夹具在工作台上安装好了以后，还要调整铣刀对夹具的相对位置，以便于进行定距加工。为了使刀具与工件被加工表面的相对位置能迅速而正确地对准，在夹具上可以采用对刀装置。对刀装置是由对刀块和塞尺等组成，其结构尺寸已标准化。各种对刀块的结构，可以根据工件的具体加工要求进行选择。

由于铣削时切削力较大，振动也大，夹具体应有足够的强度和刚度，还应尽可能降低夹具的重心，工件待加工表面应尽可能靠近工作台，以提高夹具的稳定性，通常夹具体的高宽比H/B≤1~1.25为宜。

四、 镗床夹具

镗床夹具通常称为镗模。镗模是一种精密夹具。它主要用来加工箱体类零件上的精密孔系。镗模和钻模一样，是依靠专门的导引元件——镗套来导引镗杆，从而保证所镗的孔具有很高的位置精度。采用镗模后，镗孔的精度可不受机床精度的影响。

1、镗模的组成 一般镗模由定位元件、夹紧装置、导引元件（镗套）、夹具体（镗模支架和镗模底座）四个部分组成。

加工磨床尾架孔用的镗模。工件以夹具体的底座上的定位斜块9和支承板10作主要定位。转动压紧螺钉6，便可将工件推向支承钉3，并保证两者接触，以实现工件的轴向定位。

工件的夹紧则是依靠铰链压板5。压板通过活节螺栓8和螺母7来操纵。镗杆是由装在镗模支架2上的镗套1来导向的。镗模支架则用销钉和螺钉准确地固定在夹具体底座上。

2、镗套 镗套结构对于被镗孔的几何形状、尺寸精度以及表面粗糙度有很大影响，因为镗套结构决定了镗套位置的准确度和稳定性。

常用的镗套结构型式有以下两类：

1）固定式镗套 固定式镗套的结构和前面介绍的钻套基本相似，它固定在镗模支架上而不能随镗杆一起转动，因此镗杆和镗套之间有相对运动，存在摩擦。固定式镗套外形尺寸小、结构紧凑、制造简单、容易保证镗套中心位置的准确度，但固定式镗套只适用于低速加工。

2）回转式镗套 回转式镗套在镗孔过程中是随镗杆一起转动的，所以镗杆与镗套之间无相对转动，只有相对移动。当高速镗孔时，可以避免镗杆与镗套发热而咬死，而且改善了镗杆的磨损状况。由于回转式镗套要随镗杆一起转动，所以镗套必须另用轴承支承。按所用轴承形式的不同，回转式镗套可分为滑动镗套和滚动镗套。

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第7节 孔加工刀具 授课时数 授课班级 授课方法 授课时间 讲授 教具 实物 08数高合 教1、掌握常用孔加工刀具的结构、几何角度及使用方法。 学2、了解孔加工刀具的改进途径、特殊孔加工刀具的结构和特点。 目 的 教学掌握常用孔加工刀具的结构、几何角度及使用方法。 重点 教学麻花钻的几何角度和结构。 难点 课 后 教学中的重点是介绍麻花钻的结构特点和刃磨。 记

一、麻花钻的结构与几何叁数 1麻花钻的结构 (1)夹持部分

用于装夹钻头和传递动力,包括柄部和颈部 (2)导向部分:

起导向和排屑作用,也是切削部分的后备部分. (3)切削部分:

担任主要的切削作用. 2.磨花钻的几何参数: (1).螺旋角B:

在不同直径处B部相等,钻头的外缘大.内小. (2).锋角及主偏角Kr:

锋角是两主切削刃在定位平行的平面上投影的类角主偏角取2∫的一半. (3).前角ro:

前角越大,钻头的切削刃越锋利,外缘处最大约30度,自外向中心逐渐减小. (4).后角ao:

后角影响后刀面摩擦情况,外缘处小,内大. (5).横刃角度4:

是在端面投影中横刃与主切削刃之间的夹角. 二.麻花钻的缺点及修磨. （一）.缺陷

1. 横刃太长则引钻时不易定中心.

2. 主切削刃上各点前角的数值相差很大

3. 大直径钻头切削刃长,切削宽,卷部紧,占空间大. 4. 麻花钻外刃与枝边处刀尖角较小. 5. 不能适应不同的工件材料. （二）.修磨: 1. 修磨横刃:

将钻芯部分前刀面磨出新的较大前角,同时将横刀缩短刀原来的1/3~1/5 2. 修磨螺旋槽前刀面.

将螺旋槽前刀面外缘处刃磨处利棱前刀面. 3. 修磨棱边:

将靠近主切削刃的易段棱边上,磨出副后角. 4. 磨出双重锋角: 5. 开分屑槽:

在钻头的前刀面或后刀面上交错磨出. 6. 磨出内凹圆弧刃:

三、 铰刀及镗刀

1、铰刀的种类及用途:

铰刀用于孔的精加工或高精加工,

按使用方式可分为手用铰刀和机用铰刀. 按素线形式分为圆柱式和圆锥式. 3、 铰削过程及特点:

1. 铰刀的结构及参数:

由工作部分.颈部和柄部组成. 2. 特点:

1. 铰削余量较少,一般为0.05~0.10mm 2. 铰削过程中不能反转.

3. 切削时转矩开始增大,切削力大. 3、铰刀的刃磨与研磨. 1. 刃磨:

磨损主要发生在后刀面上,应沿着切削锥后面进行刃磨. 2. 研磨.

可在车床铸铁研磨套沿校准部分刃常进行. 4、.镗刀

可进行粗.精加工. 1. 单刃镗刀:

适用于孔的粗.精加工.切削效率低. 刚性差.切削时易产生振动. 2. 双刃镗刀:

适用于加工直径大小40mm的孔. 分为固定式镗刀和浮动镗刀两种.

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第二章 机床夹具 第一节 夹具概述 授课时数 授课班级 授课方法 授课时间 讲授 教具 实物 08数高合 教1、 了解工件的装夹方法， 学2、 夹具的功用， 目3、 夹具的分类及其组成 的 教学夹具的功用， 重夹具的分类及其组成 点 教学夹具的功用， 难夹具的分类及其组成 点 课 后 记

第一节 机床夹具概论

机床夹具是在机械制造过程中，用来固定加工对象，使之占有正确位置，以接受加工或检测并保证加工要求的机床附加装置，简称为夹具。

一、机床夹具的主要功能

在机床上加工工件时，必须用夹具装好夹牢工件。将工件装好，就是在机床上确定工件相对于刀具的正确位置，这一过程称为定位。将工件夹牢，就是对工件施加作用力，使之在已经定好的位置上将工件可靠地夹紧，这一过程称为夹紧。从定位到夹紧的全过程，称为装夹。机床夹具的主要功能就是完成工件的装夹工作。工件装夹情况的好坏，将直接影响工件的加工精度。

工件的装夹方法有找正装夹法和夹具装夹法两种。

找正装夹方法是以工件的有关表面或专门划出的线痕作为找正依据，用划针或指示表进行找正，将工件正确定位，然后将工件夹紧，进行加工。这种方法安装方法简单，不需专门设备，但精度不高，生产率低，因此多用于单件、小批量生产。

夹具装夹方法是靠夹具将工件定位、夹紧，以保证工件相对于刀具、机床的正确位置。 通过以上实例分析，可知用夹具装夹工件的方法有以下几个特点：

1）工件在夹具中的正确定位，是通过工件上的定位基准面与夹具上的定位元件相接触而实现的。因此，不再需要找正便可将工件夹紧。

2）由于夹具预先在机床上已调整好位置（也有在加工过程中再进行找正的），因此，工件通过夹具对于机床也就占有了正确的位置。

3）通过夹具上的对刀装置，保证了工件加工表面相对于刀具的正确位置。 4）装夹基本上不受工人技术水平的影响，能比较容易和稳定地保证加工精度。 5）装夹迅速、方便，能减轻劳动强度，显著地减少辅助时间，提高劳动生产率。 6）能扩大机床的工艺范围。

二、机床夹具的分类

机床夹具的种类很多，形状千差万别。为了设计、制造和管理的方便，往往按某一属性进行分类。

1．按夹具的通用特性分类

按这一分类方法，常用的夹具有通用夹具、专用夹具、可调夹具、组合夹具和自动线夹具等五大类。它反映夹具在不同生产类型中的通用特性，因此是选择夹具的主要依据。

（1）通用夹具 通用夹具是指结构、尺寸已规格化，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、电磁吸盘等。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。这类夹具已商品化，且成为机床附件。采用这类夹具可缩短生产准备周期，减少夹具品种，从而降低生产成本。其缺点是夹具的加工精度不高，生产率也较低，且较难装夹形状复杂的工件，故适用于单件小批量生产中。

（2）专用夹具 专用夹具是针对某一工件的某一工序的加工要求而专门设计和制造的

锥度心轴。

常用定位元件所能限制的自由度见表2-1。

表2-1 常用定位元件所能限制的自由度

3．常用定位元件的选用

常用定位元件选用时，应按工件定位基准面和定位元件的结构特点进行选择。 （1）工件以平面定位

1）以面积较小的已经加工的基准平面定位时，选用平头支承钉。

2）以面积较大、平面度精度较高的基准平面定位时，选用支承板定位元件。 3）以毛坯面，阶梯平面和环形平面作基准平面定位时，选用自位支承作定位元件。 4）以毛坯面作为基准平面，调节时可按定位面质量和面积大小分别选用可调支承作定位元件。

5）当工件定位基准面需要提高定位刚度、稳定性和可靠性时，可选用辅助支承作辅助定位元件。但须注意，辅助支承不起限制工件自由度的作用，且每次加工均需重新调整支承点高度，支承位置应选在有利工件承受夹紧力和切削力的地方。 （2）工件以外圆柱定位

1）当工件的对称度要求较高时，可选用V形块定位。V形块工作面间的夹角α常取60°、90°、120°三种，其中应用最多的是90°V形块。90°V形块的典型结构和尺寸已标准化，使用时可根据定位圆柱面的长度和直径进行选择。V形块结构有多种形式。

2）当工件定位圆柱面精度较高时（一般不低于IT8），可选用定位套或半圆形定位座定位。大型轴类和曲轴等不宜以整个圆孔定位的工件，可选用半圆定位座。

（3）工件以内孔定位

1）工件上定位内孔较小时，常选用定位销作定位元件。圆柱定位销的结构和尺寸标准化，不同直径的定位销有其相应的结构形式，可根据工件定位内孔的直径选用。当工件圆柱孔用孔端边缘定位时，需选用圆锥定位销。当工件圆孔端边缘形状精度较差时，选用圆锥定位销；当工件圆孔端边缘形状较高精度时，选用圆锥定位销；当工件需平面和圆孔端边缘同时定位时，选用浮动锥销。

2）在套类、盘类零件的车削、磨削和齿轮加工中，大都选用心轴定位，为了便于夹紧和减小工件因间隙造成的倾斜，当工件定位内孔与基准端面垂直精度较高时，常以孔和端面联合定位。因此，这类心轴通常是带台阶定位面的心轴；当工件以内花键为定位基准时，可选用外花键轴；当内孔带有花键槽时，可在圆柱心轴上设置键槽配装键块；当工件内孔精度很高，而加工时工件力矩很小时，可选用小锥度心轴定位。

在机械加工过程中，工件会受到切削力、离心力、惯性力等的作用。为了保证在这些外力作用下，工件仍能在夹具中保持已由定位元件所确定的加工位置，而不致发生振动和位移，在夹具结构中必须设置一定的夹紧装置将工件可靠地夹牢。

三、夹紧装置的组成及其设计原则

工件定位后，将工件固定并使其在加工过程中保持定位位置不变的装置，称为夹紧装置。 1．夹紧装置的组成

（1）动力源装置 它是产生夹紧作用力的装置。分为手动夹紧和机动夹紧两种。手动夹紧的力源来自人力，用时比较费时费力。为了改善劳动条件和提高生产率，目前在大批量生产中均采用机动夹紧。机动夹紧的力源来自气动、液压、气液联动、电磁、真空等动力夹紧装置。

（2）传力机构 它是介于动力源和夹紧元件之间传递动力的机构。传力机构的作用是：改变作用力的方向；改变作用力的大小；具有一定的自锁性能，以便在夹紧力一旦消失后，仍能保证整个夹紧系统处于可靠的夹紧状态，这一点在手动夹紧时尤为重要。

（3）夹紧元件 它是直接与工件接触完成夹紧作用的最终执行元件。 2．夹紧装置的设计原则

在夹紧工件的过程中，夹紧作用的效果会直接影响工件的加工精度、表面粗糙度以及生产效率。因此，设计夹紧装置应遵循以下原则：

（1）工件不移动原则 夹紧过程中，应不改变工件定位后所占据的正确位置。 （2）工件不变形原则 夹紧力的大小要适当，既要保证夹紧可靠，又应使工件在夹紧力的作用下不致产生加工精度所不允许的变形。

（3）工件不振动原则 对刚性较差的工件，或者进行断续切削，以及不宜采用气缸直接压紧的情况，应提高支承元件和夹紧元件的刚性，并使夹紧部位靠近加工表面，以避免工件和夹紧系统的振动。

（4）安全可靠原则 夹紧传力机构应有足够的夹紧行程，手动夹紧要有自锁性能，以保证夹紧可靠。

（5）经济实用原则 夹紧装置的自动化和复杂程度应与生产纲领相适应，在保证生产效率的前提下，其结构应力求简单，便于制造、维修，工艺性能好；操作方便、省力，使用性能好。

四、确定夹紧力的基本原则

设计夹紧装置时，夹紧力的确定包括夹紧力的方向、作用点和大小三个要素。 1．夹紧力的方向

夹紧力的方向与工件定位的基本配置情况，以及工件所受外力的作用方向等有关。选择时必须遵守以下准则：

（1）夹紧力的方向应有助于定位稳定，且主夹紧力应朝向主要定位基面。

（2）夹紧力的方向应有利于减小夹紧力，以减小工件的变形、减轻劳动强度。为此，夹紧力Fw的方向最好与切削力F、工件的重力G的方向重合。

（3）夹紧力的方向应是工件刚性较好的方向。由于工件在不同方向上刚度是不等的。不同的受力表面也因其接触面积大小而变形各异。尤其在夹压薄壁零件时，更需注意使夹紧力的方向指向工件刚性最好的方向。

2．夹紧力的作用点

夹紧力作用点是指夹紧件与工件接触的一小块面积。选择作用点的问题是指在夹紧方向已定的情况下确定夹紧力作用点的位置和数目。夹紧力作用点的选择是达到最佳夹紧状态的首要因素。合理选择夹紧力作用点必须遵守以下准则：

（1）夹紧力的作用点应落在定位元件的支承范围内，应尽可能使夹紧点与支承点对应，使夹紧力作用在支承上。

（2）夹紧力的作用点应选在工件刚性较好的部位。这对刚度较差的工件尤其重要，将作用点由中间的单点改成两旁的两点夹紧，可使变形大为减小，并且夹紧更加可靠。

（3）夹紧力的作用点应尽量靠近加工表面，以防止工件产生振动和变形，提高定位的稳定性和可靠性。 3．夹紧力的大小

夹紧力的大小，对于保证定位稳定、夹紧可靠，确定夹紧装置的结构尺寸，都有着密切的关系。夹紧力的大小要适当。夹紧力过小则夹紧不牢靠，在加工过程中工件可能发生位移而破坏定位，其结果轻则影响加工质量，重则造成工件报废甚至发生安全事故。夹紧力过大会使工件变形，也会对加工质量不利。

理论上，夹紧力的大小应与作用在工件上的其它力（力矩）相平衡；而实际上，夹紧力的大小还与工艺系统的刚度、夹紧机构的传递效率等因素有关，计算是很复杂的。因此，实际设计中常采用估算法、类比法和试验法确定所需的夹紧力。

当采用估算法确定夹紧力的大小时，为简化计算，通常将夹具和工件看成一个刚性系统。根据工件所受切削力、夹紧力（大型工件应考虑重力、惯性力等）的作用情况，找出加工过程中对夹紧最不利的状态，按静力平衡原理计算出理论夹紧力，最后再乘以安全系数作为实际所需夹紧力，即

Fwk = KFw

式中 Fwk——实际所需夹紧力，单位为N；

Fw—— 在一定条件下，由静力平衡算出的理论夹紧力，单位为N； K——安全系数，粗略计算时，粗加工取K＝2.5~3，精加工取K＝1.5~2。 夹紧力三要素的确定，实际是一个综合性问题。必须全面考虑工件结构特点、工艺方法、定位元件的结构和布置等多种因素，才能最后确定并具体设计出较为理想的夹紧装置。

4．减小夹紧变形的措施

有时，一个工件很难找出合适的夹紧点。

（1）增加辅助支承和辅助夹紧点 增加一个辅助支承点及辅助夹紧力W1，就可以使工件获得满意的夹紧状态。

（2）分散着力点 用一块活动压板将夹紧力的着力点分散成两个或四个，从而改变着力点的位置，减少着力点的压力，获得减少夹紧变形的效果。

（3）增加压紧件接触面积 改用宽卡爪增大和工件的接触面积，减小了接触点的比压，从而减小了夹紧变形。

（4）利用对称变形 加工薄壁套筒时，如果夹紧力较大，仍有可能发生较大的变形。因此，在精加工时，除减小夹紧力外，夹具的夹紧设计，应保证工件能产生均匀的对称变形，以便获得变形量的统计平均值，通过调整刀具适当消除部分变形量，也可以达到所要求的加工精度。

（5）其它措施 对于一些极薄的特形工件，靠精密冲压加工仍达不到所要求的精度而需要进行机械加工时，上述各种措施通常难以满足需要，可以采用一种冻结式夹具。这类夹具是将极薄的特形工件定位于一个随行的型腔里，然后浇灌低熔点金属，待其固结后一起加工，加工完成后，再加热熔解取出工件。低熔点金属的浇灌及熔解分离，都是在生产线上进行的。

五、常用的夹紧机构及选用

机床夹具中所使用的夹紧机构绝大多数都是利用斜面将楔块的推力转变为夹紧力来夹紧工件的。其中最基本的形式就是直接利用有斜面的楔块，偏心轮、凸轮、螺钉等不过是楔块的变种。

1．斜楔夹紧机构

斜楔是夹紧机构中最基本的增力和锁紧元件。斜楔夹紧机构是利用楔块上的斜面直接或间接（如用杠杆）等将工件夹紧的机构。

选用斜楔夹紧机构时，应根据需要确定斜角α。凡有自锁要求的楔块夹紧，其斜角α必须小于2φ（φ为摩擦角），为可靠起见，通常取α = 6°~8°内选择。在现代夹具中，斜楔夹紧机构常与气压、液压传动装置联合使用，由于气压和液压可保持一定压力，楔块斜角α不受此限，可取更大些，一般在15°~30°内选择。斜楔夹紧机构结构简单，操作方便，但传力系数小，夹紧行程短，自锁能力差。

2．螺旋夹紧机构

由螺钉、螺母、垫圈、压板等元件组成，采用螺旋直接夹紧或与其它元件组合实现夹紧工件的机构，统称为螺旋夹紧机构。螺旋夹紧机构不仅结构简单、容易制造，而且自锁性能好、夹紧可靠，夹紧力和夹紧行程都较大，是夹具中用得最多的一种夹紧机构。

（1）简单螺旋夹紧机构 这种装置有两种形式。螺杆直接与工件接触，容易使工件受损害或移动，一般只用于毛坯和粗加工零件的夹紧。常用的螺旋夹紧机构，其螺钉头部常装有摆动压块，可防止螺杆夹紧时带动工件转动和损伤工件表面，螺杆上部装有手柄，夹紧时不需要板手，操作方便、迅速。当工件夹紧部分不宜使用板手，且夹紧力要求不大的部位，可选用这种机构。简单螺旋夹紧机构的缺点是夹紧动作慢，工件装卸费时。

（2）螺旋压板夹紧机构 在夹紧机构中，结构形式变化最多的是螺旋压板机构，常用的螺旋压板夹紧机构。选用时，可根据夹紧力大小的要求、工作高度尺寸的变化范围、夹具上夹紧机构允许占有的部位和面积进行选择。例如，当夹具中只允许夹紧机构占很小面积，而夹紧力又要求不很大时，可选用螺旋钩形压板夹紧机构。又如工件夹紧高度变化较大的小批、单件生产，可选用通用压板夹紧机构。

3．偏心夹紧机构

偏心夹紧机构是由偏心元件直接夹紧或与其它元件组合而实现对工件夹紧的机构，它是

利用转动中心与几何中心偏移的圆盘或轴作为夹紧元件。它的工作原理也是基于斜楔的工作原理，近似于把一个斜楔弯成圆盘形。偏心元件一般有圆偏心和曲线偏心两种类型，圆偏心因结构简单、容易制造而得到广泛应用。

偏心夹紧机构结构简单、制造方便，与螺旋夹紧机构相比，还具有夹紧迅速、操作方便等优点；其缺点是夹紧力和夹紧行程均不大，自锁能力差，结构不抗振，故一般适用于夹紧行程及切削负荷较小且平稳的场合。在实际使用中，偏心轮直接作用在工件上的偏心夹紧机构不多见。偏心夹紧机构一般多和其它夹紧元件联合使用。

4．铰链夹紧机构

铰链夹紧机构是一种增力夹紧机构。由于其机构简单，增力倍数大，在气压夹具中获得较广泛的运用，以弥补气缸或气室力量的不足。

5．定心夹紧机构

在工件定位时，常常将工件的定心定位和夹紧结合在一起，这种机构称为定心夹紧机构。定心夹紧机构的特点是：

1）定位和夹紧是同一元件； 2）元件之间有精确的联系； 3）能同时等距离地移向或退离工件； 4）能将工件定位基准的误差对称地分布开来。

常见的定心夹紧机构有：利用斜面作用的定心夹紧机构、利用杠杆作用的定心夹紧机构以及利用薄壁弹性元件的定心夹紧机构等。

（1）斜面作用的定心夹紧机构 属于此类夹紧机构的有：螺旋式、偏心式、斜楔式以及弹簧夹头等。弹簧夹头亦属于利用斜面作用的定心夹紧机构。

（2）杠杆作用的定心夹紧机构 车床卡盘即属此类夹紧机构。气缸（或其他动力）通过拉杆推动右端钳口时，通过齿轮齿条传动，使左面钳口同步向心移动夹紧工件，使工件在V形块中自动定心。

（3）弹性定心夹紧机构 弹性一窍不通心夹紧机构是利用弹性元件受力后的均匀变形实现对工件的自动定心的。根据弹性元件的不同，有鼓膜式夹具、碟形弹簧夹具、液性塑料薄壁套筒夹具及折纹管夹具等。

6．联动夹紧机构

在工件的装夹过程中，有时需要夹具同时有几个点对工件进行夹紧；有时则需要同时夹紧几个工件；而有些夹具除了夹紧动作外，还需要松开或固紧辅助支承等，这时为了提高生产率，减少工件装夹时间，可以采用各种联动机构。下面介绍一些常见的联动夹紧机构。

（1）多点夹紧 多点夹紧是用一个原始作用力，通过一定的机构分散到数个点上对工件进行夹紧。

（2）多件夹紧 多件夹紧是用一个原始作用力，通过一定的机构实现对数个相同或不同的工件进行夹紧。

（3）夹紧与其他动作联动 六、夹紧动力源装置

夹具的动力源有手动、气压、液压、电动、电磁、弹力、离心力、真空吸力等等。随着机械制造工业的迅速发展，自动化和半自动化设备的推广，以及在大批量生产中要求尽量减轻操作人员的劳动强度，现在大多采用气动、液压等夹紧来代替人力夹紧，这类夹紧机构还能进行远距离控制，其夹紧力可保持稳定，机构也不必考虑自锁，夹紧质量也比较高。

设计夹紧机构时，应同时考虑所采用的动力源。选择动力源时通常应遵循两条原则： 1）经济合理。采用某一种动力源时，首先应考虑使用的经济效益，不仅应使动力源设施的投资减少，而且应使夹具结构简化，降低夹具的成本。

2）与夹紧机构相适应。动力源的确定很大程度上决定了所采用的夹紧机构，因此动力源必须与夹紧机构结构特性、技术特性以及经济价值相适应。

1．手动动力源

选用手动动力源的夹紧系统一定要具有可靠的自锁性能以及较小的原始作用力，故手动动力源多用于螺栓螺母施力机构和偏心施力机构的夹紧系统。设计这种夹紧装置时，应考虑操作者体力和情绪的波动对夹紧力的大小波动的影响，应选用较大的裕度系数。

2．气动动力源

它包括三个组成部分：第一部分为气源，包括空气压缩机2、冷却器3、贮气罐4等，这一部分一般集中在压缩空气站内。第二部分为控制部分，包括分水滤气器6（降低湿度）、调压阀7（调整与稳定工作压力）、油雾器9（将油雾化润滑元件）、单向阀10、配气阀11（控制气缸进气与排气方向）、调速阀12（调节压缩空气的流速和流量）等，这些气压元件一般安装在机床附近或机床上。第三部分为执行部分，如气缸13等，它们通常直接装在机床夹具上与夹紧机构相连。

气缸是将压缩空气的工作压力转换为活塞的移动，以此驱动夹紧机构实现对工件夹紧的执行元件。它的种类很多，按活塞的结构可分为活塞式和膜片式两大类，按安装方式可分固定式、摆动式和回转式等；按工作方式还可分为单向作用和双向作用气缸。

气动动力源的介质是空气，故不会变质和不产生污染，且在管道中的压力损失小，但气压较低，一般为0.4~0.6MPa，当需要较大的夹紧力时，气缸就要很大，致使夹具结构不紧凑。另外，由于空气的压缩性大，所以夹具的刚度和稳定性较差。此外，还有较大的排气噪声。

3．液压动力源

液压动力源夹紧系统是利用液压油为工作介质来传力的一种装置。它与气动夹紧比较，液压夹紧机构具有压力大、体积小、结构紧凑、夹紧力稳定、吸振能力强、不受外力变化的影响等优点。但结构比较复杂、制造成本较高，因此仅适用于大量生产。液压夹紧的传动系统与普通液压系统类似，但系统中常设有蓄能器，用以储蓄压力油，以提高液压泵电动机的使用效率。在工件夹紧后，液压泵电动机可停止工作，靠蓄能器补偿漏油，保持夹紧状态。 4．气-液组合动力源

气-液组合动力源夹紧系统的动力源为压缩空气，但要使用特殊的增压器，比气动夹紧

装置复杂

5．电动电磁动力源

电动扳手和电磁吸盘都属于硬特性动力源，在流水作业线常采用电动扳手代替手动，不仅提高了生产效率，而且克服了手动时施力的波动，并减轻了工人的劳动强度，是获得稳定夹紧力的方法之一。电磁吸盘动力源主要用于要求夹紧力稳定的精加工夹具中。

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第三节 定位误差的计算 授课时数 授课班级 授课方法 授课时间 讲授 教具 实物 08数高合 教学目的 1、了解定位误差产生的原因 2、掌握定位误差的计算 教定位误差产生的原因，定位误差的计算 学 重点 教定位误差产生的原因，定位误差的计算 学 难点 课 后 记

一、定位误差产生的原因

工件逐个在夹具中定位时，各个工件的位置不一致的原因主要是基准不重合，而基准不重合又分为两种情况：一是定位基准与限位基准不重合，产生的基准位移误差；二是定位基准与工序基准不重合，产生的基准不重合误差。

1．基准位移误差ΔY

由于定位副的制造误差或定位副配合间所导致的定位基准在加工尺寸方向上最大位置变动量，称为基准位移误差，用ΔY表示。不同的定位方式，基准位移误差的计算方式也不同。

??b0??b件以圆柱孔在心轴上定位铣键槽，要求保证尺寸内b0 和a??a。其中尺寸b0由铣刀0保证，而尺寸a??a按心轴中心调整的铣刀位置保证。如果工件内孔直径与心轴外圆直径做

成完全一致，作无间隙配合，即孔的中心线与轴的中心线位置重合，则不存在因定位引起的误差。但实际上，如图所示，心轴和工件内孔都有制造误差。于是工件套在心轴上必然会有间隙，孔的中心线与轴的中心线位置不重合，导致这批工件的加工尺寸H中附加了工件定位基准变动误差，其变动量即为最大配合间隙。可按下式计算：

Δ

Y = amax - amin = 1/2 (Dmax - dmin) = 1/2（δD +δd）

式中 ΔY──基准位移误差单位为mm； Dmax──孔的最大直径单位为mm； dmin──轴的最小直径单位为mm。 δ

D ──工件孔的最大直径公差，单位为

mm；

δd──圆柱心轴和圆柱定位销的直径公差，单位为mm。

基准位移误差的方向是任意的。减小定位配合间隙，即可减小基准位移误差ΔY值，以提高定位精度。

2．基准不重合误差ΔB

加工尺寸h的基准是外圆柱面的母线上，但定位基准是工件圆柱孔中心线。这种由于工序基准与定位基准不重合所导致的工序基准在加工尺寸方向上的最大位置变动量，称为基准不重合误差，用ΔB表示。此时除定位基准位移误差外，还有基准不重合误差。基准位移误差应为Δ

，基准不重合误差则为 Y = 1/2（δD +δd0）

ΔB = 1/2δd 式中 ΔB──基准不重合误差单位为mm；

δd──工件的最大外圆面积直径公差，单位为mm。 因此，尺寸h的定位误差为

ΔD = ΔY + ΔB = 1/2（δ

D +δd0）+ 1/2δd

计算基准不重合误差时，应注意判别定位基准和工序基准。当基准不重合误差由多个尺寸影响时，应将其在工序尺寸方向上合成。

基准不重合误差的一般计算式为

ΔB = Σδi cosβ

式中 δi──定位基准与工序基准间的尺寸链组成环的公差，单位为mm；

β──δi的方向与加工尺寸方向间的夹角，单位为（°）。

二、定位误差的计算

计算定位误差时，可以分别求出基准位移误差和基准不重合误差，再求出它们在加工尺寸方向上的矢量和；也可以按最不利情况，确定工序基准的两个极限位置，根据几何关系求出这两个位置的距离，将其投影到加工方向上，求出定位误差。

（1）ΔB = 0、ΔY≠0时，产生定位误差的原因是基准位移误差，故只要计算出ΔY即可，即

ΔD = Δ

Y

例3-1 用单角度铣刀铣削斜面，求加工尺寸为39±0.04mm的定位误差。 〖解〗 由图可知，工序基准与定位基准重合，ΔB = 0。 根据V型槽定位的计算公式，得到沿z方向的基准位移误差为 ΔY =δd /22sin（α/2）= 0.707δ = 0.70730.04mm = 0.028mm 将ΔY值投影到加工尺寸方向，则 ΔD = Δ

Y 2cos30°

d

= 0.02830.866mm = 0.024mm

(2)ΔB≠0、ΔY=0时，产生定位误差的原因是基准不重合误差ΔB，故只要计算出Δ即可，即

ΔD=Δ

尺寸为20±0.15mm的定位误差。

〖解〗 由图可知，以B面定位加工C面时，平面B与支承接触好，ΔY=0。 由图4-28a可知，工序基准是A面，定位基准是B面，故基准不重合。 按式（4-4）得 ΔB = Σδicosβ

= 0.28cos0°mm = 0.28mm 因此 ΔD = ΔB = 0.28mm

而加工尺寸（20±0.15）mm的公差为0.30mm，留给其它的加工误差仅为0.02mm，在实际加工中难以保证。为保证加工要求，可在前工序加工A面时，提高加工精度，减小工序基准与定位基准之间的联系尺寸的公差值。也可以改为如图4-28b所示的定位方案，使工序基准与定位基准重合,则定位误差为零。但改为新的定位方案后，工件需从下向上夹紧，夹紧方案不够理想，且使夹具结构复杂。

（3）ΔB≠0、ΔY≠0时，造成定位误差的原因是相互独立的因素时（δd、δD、δ等），应将两项误差相加，即

ΔD = ΔB + ΔY

综上所述，工件在夹具上定位时，因定位基准发生位移、定位基准与工序其准不重合产生定位误差。基准位移误差和基准不重合误差分别独立、互不相干，它们都使工序基准位置

i

B

B

例3-2 如图所示以B面定位，铣工件上的台阶面C，保证尺寸20±0.15mm，求加工

产生变动。定位误差包括基准位移误差和基准不重合误差。当无基准位移误差时，ΔY=0；当定位基准与工序基准重合时，ΔB=0；若两项误差都没有，则ΔD=0。分析和计算定位误差的目的，是为了对定位方案能否保证加工要求，有一个明确的定量概念，以便对不同定位方案进行分析比较，同时也是在决定定位方案时的一个重要依据。

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第四节 各类机床夹具 授课时数 授课班级 授课方法 授课时间 讲授 教具 实物 08数高合 教学目的 了解各类机床夹具 教学重 点 教学难点 车床夹具，镗床夹具 车床夹具，镗床夹具 课 后 记

一．钻床夹具

在钻床上进行孔的钻、扩、铰、锪、攻螺纹加工所用的夹具，称为钻床夹具。钻床夹具是用钻套引导刀具进行加工的，所以简称为钻模。钻模有利于保证被加工孔对其定位基准和各孔之间的尺寸精度和位置精度，并可显著提高劳动生产率。

二．钻床夹具的分类 钻床夹具的种类繁多，根据被加工孔的分布情况和钻模板的特点，一般分为固定式、回转式、移动式、翻转式、盖板式和滑柱式等几种类型。

1）固定式钻模。在使用过程中，夹具和工件在机床上的位置固定不变。常用于在立式钻床上加工较大的单孔或在摇臂钻床上加工平行孔系。

在立式钻床上安装钻模时，一般先将装在主轴上的定尺寸刀具（精度要求高时用心轴）伸入钻套中，以确定钻模的位置，然后将其紧固。这种加工方式的钻孔精度较高。

2）回转式钻模。在钻削加工中，回转式钻模使用较多，它用于加工同一圆周上的平行孔系，或分布在圆周上的径向孔。它包括立轴、卧轴和斜轴回转三种基本形式。由于回转台已经标准化，故回转式夹具的设计，在一般情况下是设计专用的工作夹具和标准回转台联合使用，必要时才设计专用的回转式钻模。

3）移动式钻模。这类钻模用于钻削中、小型工件同一表面上的多个孔。移动式钻模，用于加工连杆大、小头上的孔。工件以端面及大、小头圆弧面作为定位基面，在定位套12、13，固定V形块2及活动V形块7上定位。先通过手轮8推动活动V形块7压紧工件。然后转动手轮8带动螺钉11转动，压迫钢球10，使两片半月键9向外胀开而锁紧。V形块带有斜面，使工件在夹紧分力作用下与定式钻位套贴紧。通过移动钻模，使钻头分别在两个钻套4、5中导入，从而加工工件上的两个孔。

4）翻转式钻模。这类钻模主要用于加工中、小型工件分布在不同表面上的孔，加工套筒上四个径向孔的翻转式钻模。工件以内孔及端面在台肩销1上定位，用快换垫圈2和螺母3夹紧。钻完一组孔后，翻转60°钻另一组孔。该夹具的结构比较简单，但每次钻孔都需找正钻套相对钻头的位置，所以辅助时间较长，而且翻转费力。因此，夹具连同工件的总重量不能太重，其加工批量也不宜过大。

5）盖板式钻模。这类钻模没有夹具体，钻模板上除钻套外，一般还装有定位元件和夹紧装置，只要将它覆盖在工件上即可进行加工。

加工车床溜板箱上多个小孔的盖板式钻模。在钻模盖板1上不仅装有钻套，还装有定位用的圆柱销2、削边销3和支承钉4。因钻小孔，钻削力矩小，故未设置夹紧装置。

盖板式钻模结构简单，一般多用于加工大型工件上的小孔。因夹具在使用时经常搬动，故盖板式钻模所产生的重力不宜超过100N。为了减轻重量可在盖板上设置加强肋而减小其厚度，设置减轻窗孔或用铸铝件。

6）滑柱式钻模。滑柱式钻模是一种带有升降钻模板的通用可调夹具。手动滑柱式钻模的通用结构，由夹具体1、三根滑柱2、钻模板4和传动、锁紧机构所组成。使用时，只要根据工件的形状、尺寸和加工要求等具体情况，专门设计制造相应的定位、夹紧装置和钻套等，装在夹具体的平台和钻模板上的适当位置，就可用于加工。转动手柄6，经过齿轮条的

传动和左右滑柱的导向，便能顺利地带动钻模板升降，将工件夹紧或松开。

这种手动滑柱钻模的机械效率较低，夹紧力不大，此外，由于滑柱和导孔为间隙配合（一般为H7/f7），因此被加工孔的垂直度和孔的位置尺寸难以达到较高的精度。但是其自锁性能可靠，结构简单，操作迅速，具有通用可调的优点，所以不仅广泛使用于大批量生产，而且也已推广到小批生产中。它适用于一般中、小件加工。

三．钻床夹具的设计特点 钻床夹具的主要特点是都有一个安装钻套的钻模板。钻套和钻模板是钻床夹具的特殊元件。钻套装配在钻模板或夹具体上，其作用是确定被加工孔的位置和引导刀具加工。

1）钻套的类型 钻套按其结构和使用特点可分为以下四种类型。

① 固定钻套。钻套安装在钻模板或夹具体中，其配合为H7/nb或H7/rb。固定钻套的结构简单，钻孔精度高，适用于单一钻孔工序和小批生产。

② 可换钻套。当工件为单一钻孔工序的大批量生产时，为便于更换磨损的钻套，选用可换钻套。钻套与衬套之间采用F7/m6或F7/k6配合，衬套与钻模板之间采用H7/n6配合。当钻套磨损后，可卸下螺钉，更换新的钻套。螺钉能防止加工时钻套的转动，或退刀时随刀具自行拔出。

③ 快换钻套。当工件需钻、扩、铰多工序加工时，为能快速更换不同孔径的钻套，应选用快换钻套。快换钻套的有关配合同可换钻套。更换钻套时，将钻套削边转至螺钉处，即可取钻套。削边的方向应考虑刀具的旋向，以免钻套随刀具自行拔出。

以上三类钻套已标准化，其结构参数、材料、热处理方法等，可查阅有关手册。 ④ 特殊钻套。由于工件形状或被加工孔位置的特殊性，需要设计特殊结构的钻套。 加长钻套，在加工凹面上的孔时使用,为减少刀具与钻套的摩擦，可将钻套引导高度H以上的孔径放大。斜面钻套，用于在斜面或圆弧面上钻孔，排屑空间的高h < 0.5mm，可增加钻头刚度，避免钻头引偏或折断。小孔距钻套，用圆销确定钻套位置。兼有定位与夹紧功能的钻套，在钻套与衬套之间，一段为圆柱间隙配合，一段为螺纹连接，钻套下端为内锥面，可使工件定位。

2）钻模板是供安装钻套用的，应有一定的强度和刚度，以防止变形而影响钻套的位置和引导精度。

3）为减少夹具底面与机床工作台的接触面积，使夹具放置平稳，一般都在相对钻头送进方向的夹具体上设置四个支脚。

二、车床夹具

1、车床夹具的分类

车床主要用于加工零件的内、外圆柱面、圆锥面、回转成形面、螺纹以及端平面等。上述各种表面都是围绕机床主轴的旋转轴线而形成的，根据这一加工特点和夹具在机床上安装的位置，将车床夹具分为两种基本类型。

（1）安装在车床主轴上的夹具 这类夹具中，除了各种卡盘、顶尖等通用夹具或其它机床附件外，往往根据加工的需要设计各种心轴或其它专用夹具，加工时夹具随机床主轴一起旋转，切削刀具作进给运动。

（2）安装在滑板或床身上的夹具 对于某些形状不规则和尺寸较大的工件，常常把夹具安装在车床滑板上，刀具则安装在车床主轴上作旋转运动，夹具作进给运动。加工回转成形面的靠模属于此类夹具。

车床夹具按使用范围，可分为通用车夹具、专用车夹具和组合夹具三类。

生产中需要设计且用得较多的是安装在车床主轴上的各种夹具，故下面只介绍该类夹具的结构特点。

2、车床常用通用夹具的结构

（1）三爪自定心卡盘 三爪自定心卡盘的三个卡爪是同步运动的，能自动定心，工件装夹后一般不需找正，装夹工件方便、省时，但夹紧力不太大，所以仅适用于装夹外形规则的中、小型工件。

为了扩大三爪自定心卡盘的使用范围，可将卡盘上的三个卡爪换下来，装上专用卡爪，变为专用的三爪自定心卡盘。

（2）四爪单动卡盘 由于四爪单动卡盘的四个卡爪各自独立运动，因此工件装夹时必须将加工部分的旋转中心找正到与车床主轴旋转中心重合后才可车削。四爪单动卡盘找正比较费时，但夹紧力较大,所以适用于装夹大型或形状不规则的工件。四爪单动卡盘可装成正爪或反爪两种形式，反爪用来装夹直径较大的工件。

四爪单动卡盘上用V形架固定圆件的方法，调好中心后，用三爪固定一个V形架，只用第四个卡爪夹紧和松开元件。

（3）拨动顶尖 为了缩短装夹时间，可采用内、外拨动顶尖。这种顶尖的锥面上的齿能嵌入工件，拨动工件旋转。圆锥角一般采用60°，硬度为58~60HRC。图4-76a为外拨动顶尖，用于装夹套类工件，它能在一次装夹中加工外圆。图4-76b为内拨动顶尖，用于装夹轴类工件。

端面拨动顶尖：这种前顶尖装夹工件时，利用端面拨动爪带动工件旋转，工件仍以中心孔定位。这种顶尖的优点是能快速装夹工件，并在一次安装中能加工出全部外表面。适用于装夹外径为φ50~150mm的工件。

3、车床专用夹具的典型结构

（1）心轴类车床夹具 心轴宜用于以孔作定位基准的工件，由于结构简单而常采用。按照与机床主轴的联接方式，心轴可分为顶尖式心轴和锥柄式心轴。

顶尖式心轴，工件以孔口60°角定位车削外圆表面。当旋转螺母6，活动顶尖套4左移，从而使工件定心夹紧。顶尖式心轴结构简单、夹紧可靠、操作方便，适用于加工内、外圆无同轴度要求，或只需加工外圆的套筒类零件。被加工工件的内径ds一般在32~100mm范围内，长度Ls在120~780mm范围内。

锥柄式心轴，仅能加工短的套筒或盘状工件。锥柄式心轴应和机床主轴锥孔的锥度相一致。锥柄尾部的螺纹孔是当承受力较大时用拉杆拉紧心轴用的。

（2）角铁式车床夹具 角铁式车床夹具的结构特点是具有类似角铁的夹具体。它常用

夹具。其特点是针对性极强，没有通用性。在产品相对稳定、批量较大的生产中，常用各种专用夹具，可获得较高的生产率和加工精度。专用夹具的设计制造周期较长，随着现代多品种及中、小批生产的发展，专用夹具在适应性和经济性等方面已产生许多问题。

（3）可调夹具 可调夹具是针对通用夹具和专用夹具的缺陷而发展起来的一类新型夹具。对不同类型和尺寸的工件，只需调整或更换原来夹具上的个别定位元件和夹紧元件便可使用。它一般又分为通用可调夹具和成组夹具两种。通用可调夹具的通用范围大，适用性广，加工对象不太固定。成组夹具是专门为成组工艺中某组零件设计的，调整范围仅限于本组内的工件。可调夹具在多品种、小批量生产中得到广泛应用。

（4）成组夹具 这是在成组加工技术基础上发展起来的一类夹具。它是根据成组加工工艺的原则，针对一组形状相近的零件专门设计的，也是具有通用基础件和可更换调整元件组成的夹具。这类夹具从外形上看，它和可调夹具不易区别。但它与可调夹具相比，具有使用对象明确、设计科学合理、结构紧凑、调整方便等优点。

（5）组合夹具 组合夹具是一种模块化的夹具，并已商品化。标准的模块元件具有较高精度和耐磨性，可组装成各种夹具，夹具用毕即可拆卸，留待组装新的夹具。由于使用组合夹具可缩短生产准备周期，元件能重复多次使用，并具有可减少专用夹具数量等优点；因此组合夹具在单件、中小批多品种生产和数控加工中，是一种较经济的夹具。

（6）自动线夹具 自动线夹具一般分为两种：一种为固定式夹具，它与专用夹具相似；另一种为随行夹具，使用中夹具随着工件一起运动，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。

2．按夹具使用的机床分类

这是专用夹具设计所用的分类方法。按使用的机床分类，可把夹具分为车床夹具、铣床夹具、钻床夹具、镗床夹具、磨床夹具、齿轮机床夹具、数控机床夹具等。

3．按夹具动力源来分类

按夹具夹紧动力源可将夹具分为手动夹具和机动夹具两大类。为减轻劳动强度和确保安全生产，手动夹具应有扩力机构与自锁性能。常用的机动夹具有气动夹具、液压夹具、气液夹具、电动夹具、电磁夹具、真空夹具和离心力夹具等。

三、机床夹具的组成

虽然机床夹具的种类繁多，但它们的工作原理基本上是相同的。将各类夹具中，作用相同的结构或元件加以概括，可得出夹具一般所共有的以下几个组成部分，这些组成部分既相互独立又相互联系。

1．定位支承元件

定位支承元件的作用是确定工件在夹具中的正确位置并支承工件，是夹具的主要功能元件之一。

2．夹紧装置

夹紧元件的作用是将工件压紧夹牢，并保证在加工过程中工件的正确位置不变。 3．连接定向元件

这种元件用于将夹具与机床连接并确定夹具对机床主轴、工作台或导轨的相互位置。 4．对刀元件或导向元件

这些元件的作用是保证工件加工表面与刀具之间的正确位置。用于确定刀具在加工前正确位置的元件称为对刀元件。用于确定刀具位置并引导刀具进行加工的元件称为导向元件。

5．其它装置或元件

根据加工需要，有些夹具上还设有分度装置、靠模装置、上下料装置、工件顶出机构、电动扳手和平衡块等，以及标准化了的其它联接元件。

6．夹具体

夹具体是夹具的基体骨架，用来配置、安装各夹具元件使之组成一整体。常用的夹具体为铸件结构、锻造结构、焊接结构和装配结构，形状有回转体形和底座形等形状。

上述各组成部分中，定位元件、夹紧装置、夹具体是夹具的基本组成部分。

重庆市工业高级技工学校教案（理论）

第二节 夹具定位原理 授课时数 授课班级 授课方法 授课时间 讲授 教具 实物 08数高合 教5、 明确定位基准的选择6、掌握常用定位元件及选用 学7、了解夹紧装置的组成及其设计原则8、了解确定夹紧力的基本原目的 则9、了解常用的夹紧机构及选用10、了解夹紧动力源装置 1、 了解自由度的概念 2、 掌握6点定位原则， 4、 熟悉工件定位方式的划分 教学6点定位原则，工件定位方式的划分、明确定位基准的选择常用定位元件及选重用， 点 工件定位方式的划分、定位基准的选择，常用定位元件及选用 教学夹紧装置的组成及其设计原则，确定夹紧力的基本原则，常用的夹难紧机构及选用，夹紧动力源装置。 点 课 后 记

一、工件定位的基本原理

1．自由度的概念

由刚体运动学可知，一个自由刚体，在空间有且仅有六个自由度。图2-2所示的工件，它在空间的位置是任意的，即它既能沿Ox、Oy、Oz三个坐标轴移动，称为移动自由度，分

???别表示为x ；又能绕Ox、Oy、Oz三个坐标轴转动，称为转动自由度，分别表示、y、zx、y、z。 为

2．六点定位原则

由上可知，如果要使一个自由刚体在空间有一个确定的位置，就必须设置相应的六个约束，分别限制刚体的六个运动自由度。在讨论工件的定位时，工件就是我们所指的自由刚体。如果工件的六个自由度都加以限制了，工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。

分析工件定位时，通常是用一个支承点限制工件的一个自由度。用合理设置的六个支承点，限制工件的六个自由度，使工件在夹具中的位置完全确定，这就是六点定位原则。

通过上述分析，说明了六点定位原则的几个主要问题：

1）定位支承点是定位元件抽象而来的。在夹具的实际结构中，定位支承点是通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。根据数学概念可知，两个点决定一条直线，三个点决定一个平面，即一条直线可以代替两个支承点，一个平面可代替三个支承点。在具体应用时，还可用窄长的平面（条形支承）代替直线，用较小的平面来替代点。

2）定位支承点与工件定位基准面始终保持接触，才能起到限制自由度的作用。 3）①分析定位支承点的定位作用时，不考虑力的影响。工件的某一自由度被限制，是指工件在某个坐标方向有了确定的位置，并不是指工件在受到使其脱离定位支承点的外力时不能运动。使工件在外力作用下不能运动，要靠夹紧装置来完成。

3．工件定位中的几种情况

（1）完全定位 完全定位是指不重复地限制了工件的六个自由度的定位。当工件在x、y、z三个坐标方向均有尺寸要求或位置精度要求时，一般采用这种定位方式。

（2）不完全定位 根据工件的加工要求，有时并不需要限制工件的全部自由度，这样的定位方式称为不完全定位，工作在定位时应该限制的自由度数目应由工序的加工要求而定，不影响加工精度的自由度可以不加限制。采用不完全定位可简化定位装置，因此不完全定位在实际生产中也广泛应用。

（3）欠定位 根据工件的加工要求，应该限制的自由度没有完全被限制的定位称为欠定位。欠定位无法保证加工要求，因此，在确定工件在夹具中的定位方案时，决不允许有欠定位的现象产生。

（4）过定位 夹具上的两个或两个以上的定位元件重复限制同一个自由度的现象，称为过定位。

4．定位基准的基本概念

???在研究和分析工件定位问题时，定位基准的选择是一个关键问题。定位基准就是在加工中用作定位的基准。一般说来，工件的定位基准一旦被选定，则工件的定位方案也基本上被确定。定位方案是否合理，直接关系到工件的加工精度能否保证

工件定位时，作为定位基准的点和线，往往由某些具体表面体现出来，这种表面称为定位基面。例如用两顶尖装夹车轴时，轴的两中心孔就是定位基面。但它体现的定位基准则是轴的轴线。

根据定位基准所限制的自由度数，可将其分为：

（1）主要定位基准面 一般应选择较大的表面作为主要定位基面。

（2）导向定位基准面 基准面应选取工件上窄长的表面，而且两支承点间的距离应尽

z 的限制精度。 量远些，以保证对

（3）双导向定位基准面 限制工件四个自由度的圆柱面，称为双导向定位基准面。 （4）双支承定位基准面 限制工件两个移动自由度的圆柱面，称为双支承定位基准面。 （5）止推定位基准面 限制工件一个移动自由度的表面，称为止推定位基准面，在加工过程中，工件有时要承受切削力和冲击力等，可以选取工件上窄小且与切削力方向相对的表面作为止推定位基准面。

（6）防转定位基准面 限制工件一个转动自由度的表面，称为防转定位基准面。防转支承点距离工件安装后的回转轴线应尽量远些。

?二、常用定位元件及选用

工件在夹具中要想获得正确定位，首先应正确选择定位基准，其次是选择合适的定位元件。工件定位时，工件定位基准和夹具的定位元件接触形成定位副，以实现工件的六点定位。

1．对定位元件的基本要求

1）限位基面应有足够的精度。定位元件具有足够的精度，才能保证工件的定位精度。 2）限位基面应有较好的耐磨性。由于定位元件的工作表面经常与工件接触和磨擦，容易磨损，为此要求定位元件限位表面的耐磨性要好，以保持夹具的使用寿命和定位精度。

3）支承元件应有足够的强度和刚度。定位元件在加工过程中，受工件重力、夹紧力和切削力的作用，因此要求定位元件应有足够的刚度和强度，避免使用中变形和损坏。

4）定位元件应有较好的工艺性。定位元件应力求结构简单、合理，便于制造、装配和更换。

5）定位元件应便于清除切屑。定位元件的结构和工作表面形状应有利于清除切屑，以防切屑嵌入夹具内影响加工和定位精度。

2．常用定位元件所能限制的自由度

常用定位元件可按工件典型定位基准面分为以下几类：

（1）用于平面定位的定位元件 包括固定支承（钉支承和板支承），自位支承，可调支承和辅助支承。

（2）用于外圆柱面定位的定位元件 包括V形架，定位套和半圆定位座等。 （3）用于孔定位的定位元件 包括定位销（圆柱定位销和圆锥定位销），圆柱心轴和小

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