机械设计 - 图文

1 组合机床概述

1.1 定义

以通用部件为基础，配以少量专用部件，对一种或若干种工件按预先确定的工序进行加工的高效、自动化的专用机床。

1.2 用途

组合机床广泛用于大批量生产的行业，主要用于加工箱体类零件。

1.3 特点

组合机床与一般的专用机床一样，是针对特定工序加工要求而设计的。因此，组合机床具有专用、高效、自动化和易于保证加工精度等优点，与一般专用机床比较，组合机床具有以下特点：

1 设计组合机床只需选用通用零部件和设计制造少量专用零部件，所以时间与制造周期短、经济效果好；

2 组合机床的通用部件是经过长期实践考验的，因此结构稳定、工作可靠，使用和维修方便；

3 通用部件可以成批制造，成本较低；

4当被加工的零件变换时，组合机床的通用部件和标准零件可以重复使用，不必重新设计和制造；

5 组合机床易于联成组合机床自动线，以适应大规模生产的需要。

1.4 组成

1.5 组合机床的通用部件

组合机床通用部件是具有特定功能，按标准化、系列化和通用化原则设计和制造的组合机床基础部件。在各种通用部件之间有配套关系，在组成各种组合机床时，可以互相通用。

1.5.1 动力部件功用

动力部件功用传递动力并实现主运动或进给运动，它是通用部件的最基本部件。主运动动力部件 动力箱常与专用部件多轴箱配合使用以实现主运动，（专用切削头：如钻削头、铣削头、镗削头、攻丝头等）进给运动动力部件为动力滑台。

1.5.2 支承部件

支承部件用来安装动力部件、输送部件等部件。种类包括侧底座：（安装动力滑台及各种切削头，组成卧式机床），立柱：（可代替侧底座，组成立式机床），立柱底座：（支撑立柱），中间底座:（安装夹具和输送部件）。

1.5.3 输送部件

输送部件是多工位组合机床的通用部件，用来安装工件并完成工位间的工件输送，主要有移动工作台、分度回转工作台、分度回转鼓轮。

1.5.4 控制部件

控制部件控制组合机床按规定程序进行工作循环。主要有各种液压控制元件、操纵板、电气挡铁、按钮台。

1.5.5 辅助部件

主要有冷却、润滑、排屑等辅助装置各种实现自动夹紧装置的机械扳手。

1.6 组合机床的配置型式

根据被加工工件的工艺要求，可将通用部件和专用部件组合起来，配置成各种形式的组合机床。主要有单工位组合机床和多工位组合机床。

1.6.1 单工位组合机床

工作特点是工件安装在机床的固定夹具里，能保证各加工面之间较高的位置精度，应用场合是特别适用于大、中型箱体类零件的加工。如图1.6.1 a、b、c、d、e、f所示都是单工位组合机床。

图1.6.1：单工位组合机床

1.6.2 多工位组合机床

工作特点：这类机床有二个或二个以上加工工位，夹具在工作台上按预定的工作循环使工件顺次从一个工位输送到另一个工位，即换位，以便在各工位上完成同一加工部位多工步加工和不同部位加工，从而完成一个或数个表面的较复杂的加工工序。

1.6.2.1 移动工作台组合机床

用沿直线间歇移动的移动工作台完成工位间工件的输送，工位数一般为2－3个。常用于加工孔间距较近的工件。如图1.6.2.1所示

图1.6.2.1：移动

工作台组合机床

1.6.2.2 回转工作台组合机床

用绕竖直轴间歇转位的回转工作台输送工件，其工位数一般有2、3、4、5、

6、8、l0、12个（图中是4工位，其中1个为装卸工位，其余3个为加工工位)。这类机床可配置卧式、成立式和复合式布局。如图1.6.2.2所示

图1.6.2.2：回转工作台组合机床

1.6.2.3 中央立柱式组合机床

用绕竖直轴间歇转位的环形回转工作台输送工件，其工位数一般有

3、4、

5、6、8、10个。这种机床一般都有几个竖直和水平配置的动力部件，分别安装在中央立柱上及工作台四周。

工序集中程度及生产率都比较高高，但是机床的结构也比较复杂，定位精度较低，通用化程度也较低。如图1.6.2.3所示

图1.6.2.3：中央立柱式组合机床

1.6.2.4 鼓轮式组合机床

使用绕水平轴间歇转位的回转鼓轮工作台输送工件，其工件数一般有3、4、5、6、8个(图中为6工位，其中1个为装卸工位，其余5个为加工工位)。这类机床一般以卧式配置为主，可以同时对工件的两个端面进行加工。如图1.6.2.4所示

图1.6.2.4：鼓轮式组合机床

2 钻床夹具

2.1钻床夹具

钻床夹具也称钻模，用于钻床上孔加工。钻模借助其上的钻套引导刀具和工件之间的相对位置，提高了加工精度和生产率，在成批大量生产中，已广泛采用钻模来进行加工。钻模的结构形式很多，按工件的结构形状，大小和钻模的结构特点，钻模可分为以下几种：

1 固定式钻模

在使用过程中钻模板的位置固定不动叫固定式钻模。这类钻模的加工精度较高，如图2.1.1所示。

2 翻转式钻模

箱体类零件，底面需要钻孔，而工件底面朝上无法安装，只能正面安装好以后翻转过来再加工。工件与夹具总重不宜过大，一般不超过10Kg，以减轻劳动强度。否则应配机动翻转装置，如图2.1.2所示。

图2.1.1：固定式钻模 图2.1.2：翻转式钻模

3 盖板式钻模

一些大、中型工件在钻孔时，由于工件的自重足以克服切削力，工件不需要夹紧，只需将钻模板固定在工件上，所以钻模板做成盖板式。盖板式钻模：钻模板以圆柱销2、削边销6、支承板5在工件上定位。由于钻削力不会使钻模板抬起，故无需夹紧，如图2.1.3所示。

图2.1.3：盖板式钻模

4 回转式钻模

回转式钻模的结构形式按其转轴的位置可分为立轴式，卧轴式和斜轴式三种。这类钻模的引导元件－钻套，一般是固定不动的，为了实现工件在一次安装中进行多工位加工的目的，钻模一般采用回转式分度装置。当工件上的几个被加工的孔，是轴线互相平行的轴向孔或是分布在圆柱面上的径向孔时，使用回转式钻模是很方便的，即可保证加工精度，又可以提高生产效率。

5 滑柱式钻模

滑柱式钻模是一种标准化，规格化的通用钻模。钻模体可以通用于较大范围的不同工件。设计时，只需根据不同的加工对象设计相应的定位。夹紧元件。因此，可以简化设计工作。另外，这种钻模不需另行设计专门的夹紧装置，夹紧工件方便，迅速，适用于不同类型的各种中小型零件的孔加工，生产中，尤其是大批量生产中应用较广。

6 移动式钻模

移动式钻模用在立式钻床上，先后钻销工件同一表面上的多个孔，属于小型夹具。移动的方法有两种：一种式自由移动，另一种是定向移动，用专门设计的轨道和定程机构来控制移动的方向和距离。

2.2 钻模类型选择

钻模类型多，在设计时，要根据工件的形状、重量、加工要求和批量来选型：

1 被钻孔径>10mm，或加工精度较高时，宜用固定钻模

2 不同表面上的孔，总G<100N，中、小型工件，宜用翻转钻模 3 当分布在不同心圆周上的孔系，总G<150N，宜用回转式钻模

当G>150N,宜用固定钻模，在摇臂钻加工，量大时用立钻多轴加工。 4 垂直度与孔间距要求不高时，用滑柱式钻模。 5 若加工大件上的小孔时，宜用盖式钻模。

2.3 钻模板

钻模板的结构有3种：固定式钻模板与夹具体固定在一起，如前面图2.1.1所示。铰链式用铰链1与夹具体2固定在一起，松开螺母7，钻模板3可绕铰销1旋转，方便工件装卸如图2.3.2所示。悬挂式悬挂于机床动力头上，随动力头升降。下降时靠钻模板夹紧工件如图2.3.3所示 。

1 铰销 2 夹具体 3 钻模板 4 钻套 5 螺钉 6 压板 7 螺母

图2.3.2：铰链式钻模板

图2.3.3：悬挂式钻模板（2D）

图2.3.3：悬挂式钻模板（3D）

2.3.1 钻模板的设计

用以安装钻套的钻模板，按其与夹具体的连接方式的不同，可分为：

1 固定式钻模板

钻模板与钻模体作成一体；或将钻模板固定在钻模体上。因此，钻模板上的钻套相对与夹具体上的定位元件间的位置固定不变，从而使工件被加工孔的位置精度高。由于是固定式结构，对某些工件的装卸将不够方便。

2 可卸式钻模板

钻模板与夹具体分开而成为一个独立的部分，工件在夹具中每装卸一次，钻模板也跟着装卸一次。当钻模板上设有定位元件和引导元件时，能保证被加工孔的位置精度；如果定位元件和引导元件做在夹具体上，则加工精度较低。

3 铰链式钻模板

钻模板用铰链装在夹具体上，钻模板可以绕铰链轴翻转。由于铰链轴与孔间的配合间隙（一般采用H8/h7），所以他的精度不如固定式的钻模板高。但装卸工件方便。 4 悬挂式钻模板

钻模板通过刀导柱、弹簧与多轴传动头连接，悬挂在机床主轴上，并随机床主轴往复运动。

设计钻模板时应注意以下问题：

钻模板上安装钻套的孔精度（形状、尺寸和位置精度），直接与加工尺寸有关，应合理规定。如孔中心距的公差一般取工件相应公差的1/5~1/3。

钻模板应具有足够的刚度，以保证钻套位置的准确性，但也要考虑减轻重量。在实际使用中。钻模板的厚度往往根据钻套高度确定，一般在15~30mm之间。如果钻套较长，可将钻模板局部加厚，加强钻模板的周边和设置加强筋，以提高钻模板的刚性。 2.4 钻套的种类和选用

钻套和钻模板是钻床夹具的特殊元件。钻套的作用是确定被加工孔的位置和引导刀具加工，钻套装配在模板上，用钻套比不用钻套可减少50%以上的误 差。其结构尺寸已标准化

1 固定钻套：配合H7/n6,H7/r6,结构简单，精度高，适用于单孔或小批

量生产。

2 可换钻套：H7/g5,H7/g6，间隙配合装入衬套内，用螺钉固定

3 快换钻套：配合H7/g5,H7/g6,结构与上述不同，不用固定螺钉便可更

换。适用于加工多，更换不同孔经的钻套。

4 特殊钻套：适用于工件结构形状和被加工孔的位置特殊

性，标准钻套不满足时用的钻套。

5 钻套的形式

固定式

加长钻套 斜面钻套

小孔距钻套 可定位、夹紧钻套

钻模类型的选择在设计钻模时，首先需要根据工件的形状、尺寸、重量和加工要求，并考虑生产批量、工厂工艺装备的技术状况等具体条件来选择夹具的结构类型。在选择时，应注意以下几点：加工孔径大于10mm的中小型工件时，由于钻销扭矩大，宜采用固定式钻模。翻转式和自由移动式钻模适用于加工中小件，包括工件在内的总重量不宜>100N。否则，应采用具有回转式或直线分度装置的钻模。当加工几个不在同心圆周上的平行孔系时，如工件和夹具的总重量不宜超过150N，宜采用固定式钻模在摇臂钻床上加工。对于孔的垂直度和孔距精度要求不高的中小型工件，宜优先采用滑柱钻模，以缩短夹紧的设计之中周期。如孔的垂直度公差小于0.1mm，孔距位置公差小于±0.15mm时，如不采取特殊措施，一般不宜采用这类钻模。若钻模板和夹具体为焊接结构的钻模，因焊接应力 不能彻底消除，精度不能长期保持，故一般只在工件孔距公差要求不高（大于±0.15mm）时才采用。当工件被加工孔与定位基准的孔距公差小于0.05mm时，以采用固定式钻模和固定式侧面进行加工。在大型工件上加工位于同一平面上的孔时，为简化夹具结构，可采用盖板式钻模。

2.5 钻套

钻套又称为导套，他的作用是确定刀具的位置和方向，即引导刀具进入正确的加工位置，并防止刀具在加工过程中发生偏斜，提高刀具的刚性，防止加工过程中的振动，从而保证工件的加工质量。由此可见，钻套的选用和设计正确与否，直接影响工件的加工质量。钻套按其结构和使用情况可分为： 1 固定钻套

固定钻套分为无肩钻套和带肩钻套两种形式。这种钻套的外圆用

H7/r6或 H7/n6的过盈配合压入钻模板或夹具体的底孔内。 2 可换钻套

可换钻套用H7/g5或H7/g6的间隙配合压入衬套孔内，衬套外圆与钻模

板底孔的配合采用H7/n6或H7/r6的过盈配合。为了防止钻套随刀具转动或被切削顶出，常用螺钉固紧。可换钻套用于大批量生产中，由于钻套外圆与衬套内孔采用间隙配合的关系，其加工精度不如固定式钻套。 3 快换钻套

快换钻套更换迅速，只要将钻套逆时针转动一下，即可从钻模板中取出。

他与衬套的配合采用H7/g6或H6/g5的间隙配合。 适用于在一个工序中使用几种刀具（指钻，扩，铰）依次连续加工的情况。 4 特种钻套

当工件的结构形状或工序加工条件均不允许采用上述几种标准钻套时，就应视具体情况设计各种形式的特种钻套。

2.5.1钻套的设计

钻套设计主要指钻套引导部分长度H的确定；钻套底部与工件表面的距

离s的确定；钻套内径的基本尺寸和公差的确定；钻套孔中心线位置尺寸和公差的确定及钻套材料和热处理的选择等。

1 钻套引导部分长度H

钻套引导部分长度H由工件被加工孔的位置精度和深度，刀具的刚性和工件表面的形状等因素决定。钻套引导部分短，则引导性不好，降低引导精度；过长的话，则增加刀具与钻套之间的摩擦，加速刀具和钻套的磨

损，降低使用寿命。

2 钻套底部至工件表面间的距离S

正确选择钻套底部至工件表面间的距离S，对保证加工质量和提高生产效率均有重要意义。钻削钢料时，如果s过小，带状切削不能及时排出，因而堵塞在工件与钻套之间，当切削过多时，会将钻套顶出，划伤工件表面，甚至折断钻头。但s过大的话，会使刀具的引偏量过大，降低加工精度。

3 钻套内径的基本尺寸和公差的确定

钻套的内径与刀具间的配合间隙过大的话，直接影响工件上被加工孔的位置精度，间隙过小的话，又会加剧刀具与钻套的磨损。因此，钻套内径的基本尺寸应等于所引导刀具的最大极限尺寸。

2.6 钻套的尺寸、公差配合的选择

钻套内径基本尺寸=引导刀具的最大极限尺寸

1 钻套内径基本尺寸：钻头、扩孔钻，铰刀是标准化定尺寸刀具，所以内径刀与刀具按基轴制选。钻套与刀具之间按一定的间隙配合，以防刀具使用时咬孔或长使一般根据刀具精度选套孔的公差：钻（扩孔）选F7，粗铰 G7，精铰G6。若引导的是刀具导柱部分不是切削部分，可按孔制选取：H7/f7，,H7/g6，,H6/g5等。 2 钻套高度H：

H=（1~3）D 斜孔 H=（4~6）D H过长，磨损严重

3 排屑空间：h措钻套底部与工件表面之间的空间。h过大要引偏，过小不能排屑.

铸铁：S=（0.3~0.7）D 小孔取小值 钢： S=(0.7~1.5) D 大孔取大值 斜孔：S=（0~0.2）D 4 材料：

性能要求：高硬度，耐磨

常用材料：T10A T12A CrMn 或20渗碳淬火 D≤10mm CrMn

D<25mm T10A T12A HRC58~64 D≥25mm 20渗碳淬火 HRC58~64

3 机床夹具

3.1 机床夹具的组成

定位元件（装置） 夹紧装置 机床夹具的组成 对刀、引导元件 连接元件 其它装置或元件 夹具体

1 定位元件:定位装置的作用是使工件在夹具中占据正确的位置。

2 夹紧装置:夹紧装置的作用是将工件压紧夹牢，保证工件在加工过程中 受到外力作用时不离开已经占据的正确位置。

3 夹具体:夹具上的所有组成部分，需要通过一个基础件使其联接成为一个整体，这个基础件称为夹具体。 4 对刀、引导元件:为了调整刀具的位置，在夹具上设有确定刀具（如铣刀 等）位置或引导刀具（孔加工用刀具）方向的元件。 5 连接元件

6 其它元件及装置: 有些夹具根据加工要求，有分度机构，铣床夹具还要有定位键等。如图3.1所示为典型的机床夹具

1－快换钻头； 2－导向套； 3－钻模板； 4－开口垫圈； 5－螺母； 6－工件； 7－定位销； 8－夹具体

图3.1：典型的机床夹具（2D）

图3.1：典型的机床夹具（3D）

3.2 机床夹具的分类

1 根据所使用的机床可将夹具分为：车床夹具、铣床夹具、钻床夹具（钻模）、镗床夹具（镗模）、磨床夹具、齿轮机床夹具等

2 根据产生加紧力的动力源可将夹具分为：手动夹具、气动夹具、液压夹具、电动夹具、电磁夹具、真空夹具

3 机床夹具可根据其使用范围分为:通用夹具、专用夹具、成组夹具、组合夹具、随行夹具

1 通用夹具：⑴能够较好地适应加工工序和加工对象变换的夹具。

⑵标准化结构

⑶三爪卡盘、四爪卡盘、平口钳、万能分度头 ⑷适用范围：单件小批生产

2 专用夹具：为某一工件的某一道工序专门设计和制造的夹具 。

适用范围：使用范围窄，大批生产。如图3.2.3.2所示：车床专用夹具。

图3.2.3.2：车床专用夹具。

3 组合夹具：是由一套预先制造好的标准元件和合件组装而成的专用夹

具。适用范围：新产品试制，特殊零件的单件小批生产。如图3.2.3.3所示槽系组合钻模元件分解图

1- 其它件 2- 基础件 3- 合件 4- 定位件 5- 紧固件 6- 压紧件 7- 支承件

8- 导向件

图3.2.3.3：槽系组合钻模元件分解图

4 随行夹具：是大批量生产中在自动线上使用的一种移动式夹具。如图

3.2.3.4所示：加工活塞的随行夹具。

图3.2.3.4：加工活塞的随行夹具

3.4机床夹具的功用

夹具的基本作用：定位和夹紧 1 保证加工质量

2 提高劳动生产率，降低成本 3 扩大机床工艺范围

4 改善工人劳动条件，保障生产安全

3.5 工件安装方式与工件精度的获得 1 工件的装夹

装夹的目的:实现工件的定位与夹紧

定位: 使工件在机床或夹具中占有正确位置的过程。

夹紧: 工件定位后将其固定，使其在加工过程中保持定位位置不变 的操作。

2 装夹的方法 (位置精度) 1直接找正装夹:效率低，找正精度较高；适用单件小批量中形状简单的工件。 如图3.5.2.1所示。

图3.5.2.1

2 划线找正装夹:通用性好，但效率低，精度不高；适用于单件小批

量中形状复杂的铸件。

3 夹具装夹:操作简单，效率高，容易保证加工精度，适用于各种生

产类型 。

4 获得尺寸精度的方法:试切法、定尺寸刀具法、调整法、自动获得尺寸法。

3.6 定位基准

基准：是用以确定生产对象上几何要素间的几何关系所依据的点，线，面。 定位基准：在加工中用以定位的基准。

基面：作为基准的点、线、面在工件上不一定具体存在（例如孔的中心线和对称中心平面等），其作用是由某些具体表面（如内孔圆柱面）体现的，体现基准作用的表面称为基面。

3.7工件在夹具中的定位 3.7.1六点定位原理

任何未定位的工件在空间直角坐标系中都具有六个自由度。工件定位的任务就是根据加工要求限制工件的全部或部分自由度。工件的六点定位原理是指用六个支撑点来分别限制工件的六个自由度，从而使工件在空间得到确定定位的方法。

工件的底面在xOy坐标平面内，三个支承点限制三个自由度 此面称主定位面。

工件的左侧面处在yoz坐标平面内，二个支承点起限制二个自由度 ，此面称为导向面。

工件的后面处在xOz坐标平面内，二个支承点限制一个自由度，此面称为止推面。

从上述分析可知：要使工件在夹具中完全定位，可用合理分布的六个支承点限制工件的六个自由度，使工件在夹具中占有惟一正确的位置。

六点定位是工件定位的基本法则，用于实际生产时，起支承作用的是一定形状的几何体，这些用来限制工件自由度的几何体就是定位元件。任何未定位的工件在空间直角坐标系中都具有六个自由度。

工件定位的任务就是根据加工要求限制工件的全部或部分自由度。 1完全定位:工件的六个自由度完全被限制的定位称为完全定位。 2不完全定位:按加工要求，允许有一个或几个自由度不被限制的定位

3欠定位按工序的加工要求，工件应该限制的自由度而未予限制的定位，称为欠定位。在确定工件定位方案时，欠定位时绝对不允许的。

4过定位:工件的同一自由度背二个或二个以上的支撑点重复限制的定位，称为过定位。在通常情况下，应尽量避免出现过定位。消除过定位的途径：消

除过定位及其干涉一般有两个途径：其一是改变定位元件的结构，以消除被重复限制的自由度；其二是提高工件定位基面之间及夹具定位元件工作表面之间的位置精度，以减少或消除过定位引起的干涉。

3.7.2 支承点与定位元件

3.7.3定位误差

一批工件逐个在夹具上定位时，各个工件在夹具上所占据的位置不可能完全一致，以致使加工后各工件的加工尺寸存在误差，这种因工件定位而产生的工序基准在工序尺寸上的最大变动量，称为定位误差，用?D表示。

1基准不重合误差

当定位基准与设计基准不重合时便产生基准不重合误差。因此选择定位基准时应尽量与设计基准相重合。当被加工工件的工艺过程确定以后，各工序的工序尺寸也就随之而定，此时在工艺文件上，设计基准便转化为工序基准。 设计夹具时，应当使定位基准与工序基准重合。当定位基准与工序基准不重合时，也将产生基准不重合误差，其大小对于定位基准与工序基准之间尺寸的公差，用?B表示。工序基准与定位基准之间的尺寸就称为定位尺寸。 2 基准位移误差

工件在夹具中定位时，由于工件定位基面与夹具上定位元件限位基面的制造公差和最小配合间隙的影响，从而使各个工件的位置不一致，给加工尺寸造成误差，这个误差称为基准位移误差，用?Y表示。

当定位基准的变动方向与工序尺寸的方向相同时，基准位移误差等于定位基准的变动范围，即?Y = ?i

当定位基准的变动方向与工序尺寸的方向不同时，基准位移误差等于定位基准的变动范围在加工尺寸方向上的投影，即 ?Y = ?icos a 定位误差由基准不重合误差与基准位移误差两项组合而成。计算时，先分别算出?B和?Y，然后将两者组合而成?D。组合方法为： 如果工序基准不在定位基面上： ?D =?Y + ?B 如果工序基准在定位基面上：?D = ?Y ? ?B

图3.7.3:铣台阶定位误差

△定≤1/3δ

δ是工件被加工尺寸的公差

3.8工件的夹紧 1 夹紧装置

为了使工件加工时在切削力、惯性力、重力等外力作用下，仍然保持已定好的位置，在夹具上还须设有夹紧装置，对工件产生适当的夹紧力。夹紧装置的设计和选择是否合理，将直接影响工件的加工质量和生产率。

夹紧装置的组成——动力装置、夹紧元件、中间传力机构夹紧装置的基本要求: (1)夹紧既不应破坏工件的定位，或产生过大的夹紧变形，又要有足够的夹 紧力，防止工件在加工中产生振动；

(2)足够的夹紧行程，夹紧动作迅速，操纵方便、安全省力； (3)手动夹紧机构要有可靠的自锁性，机动夹紧装置要统筹考虑夹紧的自锁性和原动力的稳定性；

(4)结构应尽量简单紧凑，制造、维修方便。

夹紧力的组成： 力的大小、力的方向 、力的作用点，这三要素是夹紧装置 设计和选择的核心问题。 1 夹紧力的方向

夹紧力的方向与工件的装夹方式、工件受外力的方向以及工件的刚性等有 关，可以从以下三方面考虑：

1.1 当工件用几个表面作为定位基准时，若工件是大型的，则为了保持工件

的正确位置，朝向各个定位元件都要有夹紧力；若工件尺寸较小，切削力不大，则往往只要垂直朝向主要定位面有夹紧力，保证主要定位面与定位元件有较大的接触面积，就可以使工件装夹稳定可靠。 1.2 夹紧力的方向应方便装夹和有利于减小夹紧力。

下图为夹紧力Q、重力G、切削力F三者之间的组合关系。工件重力G的方向始终

指向地面，因此从装夹工件出发，以图（a）、（b）最好，因为主要定位元件表面是水平朝上，使工件装夹稳定可靠。图（c）、（d）、（e）情况较差；图（f）情况最差，不便装夹。若从减小夹紧力出发，假定图中G和F大小相同，者所需要的Q力以图（a）最小，图（b）次之，图（f）最大。由此可见当Q、F、G方向相同时，所需夹紧力最小，此时施加夹紧力的目的就是防止工件在加工中的振动。

1.3 夹紧力的方向应使工件夹紧后的变形小。

如图 (a)是用三爪卡盘将薄壁套筒零件用径向力夹紧,因刚性不足易引起

工件变形。若改为图 (b)用特定的螺母通过轴向力夹紧工件，则工件不易变形。

2 夹紧力的作用点

当夹紧力方向确定后，夹紧力的作用点的位置和数目的选择将直接影响工件定位后

的可靠性和夹紧后的变形。对作用点位置的选择和数目的确定应注意以下几个方面：

2.1 力的作用点的位置应能保持工件的正确定位而不发生位移或偏转。为此，作用点的位置应靠近支承面的几何中心，使夹紧力均匀分布在接触面上。如图应将夹紧力Q改为Q1

2.2 夹紧力的作用点应位于工件刚性较大处，而且作用点应有足够的数目，这样可使工件的变形量最小。如图应将夹紧力Q改为Q1。

2.3 夹紧力的作用点应尽量靠近工件被加工表面，这样可使切削力对该作用点的力矩减小，工件的振动也可以减小。 3 夹紧力的大小

工件的夹紧力过大，会引起工件变形，达不到加工精度要求，而且使夹紧装置结构尺寸加大，造成结构不紧凑；夹紧力过小，会造成夹不牢工件，加工时易破坏定位，同样也保证不了加工精度要求，甚至会引起安全事故。由此可见，必须对工件施加大小适当的夹紧力。

实际夹紧力为： Q＝K ? Q’ 其中，K为安全系数，一般取1.5～2； Q’为按工件受力平衡所需要的夹紧力；

2 常用的夹紧装置 1 楔块夹紧装置

在生产中，很少单独使用楔块对工件直接夹紧，而是与杆杠、压板、螺旋等组合使用，或是与气压、液压传动装置联用。如图所示，楔块夹紧主要用于增大夹紧力或改变夹紧力方向。

2 螺旋夹紧装置

螺旋夹紧装置是从楔块夹紧装置转化而来的，相当于把楔块绕在圆柱体 上，转动螺旋时即可夹紧工件。如图所示为简单的单螺旋夹紧机构。

3 偏心夹紧装置

偏心夹紧装置也是从楔块夹紧装置转化而来的，它是将楔块包 在圆盘上， 旋转圆盘使工件得以夹紧。

4 定心夹紧装置

在切削加工中，若工件是以中心线或对称面为工序基准，为使 ?D＝0， 可采用一种保证工件准确定心或对中的装置，使工件的定位和夹紧过程同时完成，而定位元件与夹紧元件合二为一。这种装置称为定心夹紧装置。三爪卡盘就是一种定心夹紧装置。

3.9 夹具设计步骤

1 研究原始资料，明确设计任务:

1 分析研究工件的结构特点、材料、生产规模和本工序加工的技术要求以及前后工序的联系； 2 了解加工所用设备、辅助工具中与设计夹具有关的技术性能和规格； 3 了解工具车间的技术水平等。必要时还要了解同类工件的加工方法和所使用夹具的情况，作为设计的参考。 2 确定夹具的结构方案，绘制结构草图：

1 根据六点定位原理确定工件的定位方式，并设计相应的定位装置； 2 确定刀具的导引方法，并设计引导元件和对刀装置； 3 确定工件的夹紧方案并设计夹紧装置；

4 确定其它元件或装置的结构形式，如定向键、分度装置等； 5 考虑各种装置、元件的布局，确定夹具的总体结构；

6 对夹具的总体结构，最好考虑几个方案，经过分析比较，从中选取较合理的方案。 3 绘制夹具总图：

1 用双点划线绘出工件的轮廓外形，示意出定位基准面和加工面的位置；

2 把工件视为透明体，按照工件的形状和位置依次绘出定位、夹紧、导向及其它元件和装置的具体结构；

3 最后绘制夹具体，形成一个夹具整体。 4 确定并标注有关尺寸和夹具技术要求：

五类尺寸：包括夹具外形轮廓尺寸、工件与定位元件间的联系尺寸、夹具与刀具的联系尺寸、夹具与机床联系部分的联系尺寸、夹具内部的配合尺寸。

四类技术要求：包括定位元件之间的定位要求、定位元件与连接元件和（或）夹具体底面的相互位置要求、导引元件和和（或）夹具体底面的相互 位置要求、导引元件与定位元件间的相互位置要求。 5 绘制夹具零件图。

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