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第四章机床常用夹具

第一节机床夹具概述

在机械制造进程当中, 机床夹具是一种机床附加装置, 它的作用是将加工对象固定住, 使其处于准确的位置, 从而能够接受加工或者检测, 并且要保证加工所提出的要求, 这种装置简称为夹具。

一、机床夹具的主要功能

在机床上对工件进行加工之时, 必然得运用夹具把工件妥善地安装牢固。把工件予以安装好, 亦即在机床上明确工件相对于刀具的准确位置, 此一过程被称作定位。把关工件夹牢固, 便是针对工件施加作用力, 致使其在已然确定好的位置上把工件稳当地夹紧, 这一过程被叫做夹紧。从定位一直到夹紧的整个流程, 被称为装夹。机床夹具的关键功能便是达成工件的装夹工作。工件装夹状态的优劣, 将会直接对工件的加工精度产生影响。

工件的装夹方法有找正装夹法和夹具装夹法两种。

去寻觅能行可用的正装夹方式, 是以工件关联的有关表面, 或者特意划出的线痕当作找正的依据, 借助划针或者指示表开启找正的操作, 把工件准确无误地妥善定位, 而后将工件进行夹紧, 进而展开加工。就如同图4-1所呈现的那样, 在铣削连杆形状的零件的上下两个平面之际, 要是批量并非很大, 那么能够于机用虎钳当中, 依照侧边划出的加工线痕, 运用划针来实施找正。

图4-1 在机用虎钳上找正和装夹连杆状零件

这种具备简单安装方式的方法, 不需要专门的设备, 然而其拥有精度不高以及生产率低的状况, 所以大多被运用在单件生产情况之下, 还被运用在小批量生产情况之中。

夹具装夹的方式, 是凭借夹具把工件去定位且夹紧, 是为了确保工件与刀具、机床之间的正确位置得以保证。图4 – 2展示的, 是用于铣削连杆状零件上下两平面的铣床夹具。这属于一个具有双位置的专用铣床夹具。毛坯首先放置在I位置, 在此铣出第一端面（A面）, 之后把这个工件进行翻转, 再放入II位置铣出第二端面（B面）。夹具能够同时装夹两个工件。

图4-2 铣连杆状零件两面的比位置专用铣床夹具

1—用于对刀的块体兼作挡销使用, 2—带有锯齿头的支承钉, 3、4、5—起到挡销作用的部件, 6—压板, 7—螺母, 8—用于支承压板的钉, 9—定位键。

该钻床夹具如 4 – 3 图所示, 专为加工轴套零件上φ6H9 径向孔而设计。在加工过程中, 工件以内孔及其端面当作定位基准, 之后通过拧紧螺母, 从而将工件牢固地压在定位元件之上。

图4-3 钻轴套零件上φ6H9径向孔的专用钻床夹具

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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）工件于夹具里的准确放置, 借由工件之上的定位基准面与夹具之上的定位元件相触碰实现。所以, 无需再进行找正进而能够把工件夹紧。

2）因为夹具预先于机床上就是已经调整好了位置, 同时（存在于加工过程里再去进行找正的情况）, 所以, 工件借助夹具针对机床而言也就占据了正确的位置。

3）有一个夹具, 上面设有对刀装置, 凭借这个对刀装置, 工件加工表面相对于刀具的正确位置得以保证。

4）工人技术水平对装夹的影响基本上不存在, 能够较为轻易且稳定地确保加工精度。

5）装上夹具的过程快速, 且十分便利, 如此一来它能够减轻人们的劳动强度, 可显著地把辅助时间减少, 进而进而提高劳动生产率。

6）就能把机床的工艺范围予以扩大, 比如说, 针对于像图4-4所展示的机体之上的阶梯孔, 如果没拥有卧式镗床以及专用设备, 那么可以设计出一个夹具, 在车床上进行加工。

图4-4 机体零件简图

二、机床夹具的分类

机床夹具种类数量众多, 其形状各式各样, 存在极大差异。因设计方便之故, 因制造方便之故, 因管理方便之故, 常常会依据某一种属性来展开分类。

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, 这是一类夹具, 专用夹具, 这是另一类夹具, 可调夹具, 这是又一类夹具, 组合夹具, 这是还有一类夹具, 自动线夹具, 这是最后一类夹具等总共五大类。它反映夹具在不同生产类型中的通用特性, 所以是选择夹具的主要依据。

（1）对已规格化的, 结构、尺寸具备一定通用性的通用夹具而言, 像三爪自定心卡盘、四爪单动卡盘、台虎钳、万能分度头、中心架、电磁吸盘之类的都是通用夹具。它的特点在于适用性较好, 对于一定形状范围内的各类工件, 不需要太多调整或者稍微调整一下就能进行装夹。这类夹具已经实现商品化, 并且成为机床附件了。使用这类夹具能够缩短生产准备周期, 减少夹具品种, 进而降低生产成本。它存在的不足之处在于, 夹具所具备的加工精度并非很高, 生产出产品的效率同样比较低, 并且针对形状复杂的工件而言, 进行装夹操作是相对困难的, 所以它适用于那种单件小批量的生产当中。

（2）专用夹具, 是专门针对某一工件的某一工序的加工要求去设计制造的夹具, 其特点是针对性特别强, 不存在通用性, 在产品相对稳定、批量是比较大的生产当中, 常用各类专用夹具, 能够获得较高的生产率以及加工精度, 专用夹具的设计制造周期比较长, 跟随现代多品种以及中、小批生产的发展, 专用夹具在适应性和经济性等方面已经产生了不少问题。

（3）针对通用夹具与专用夹具的缺陷, 发展出了一类新型夹具称作可调夹具, 对不同类且尺寸各异。的工件, 想要使之能够使用, 只需在原来夹具上, 调整或者更换某些个别定位元件以及夹紧元件便可达成。它一般情况下又分作两种, 一种是通用可调夹具, 另一种是成组夹具, 通用可调夹具用途范围大, 能适合多种使用场景。并且其加工对象并非一定固定, 而成组夹具是专门针对成组工艺里特定某组零件去设计的, 其调整范围仅仅局限在本组内在的各种工件上。可调夹具在多品种, 小批量的生产状况下被展开广泛应用。

（4）成组夹具, 是在成组加工技术基础上发展起来的一类夹具, 它是依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, 是由具有通用基础件和可更换调整元件组成的夹具, 这类夹具, 从外形来看, 它与可调夹具不易区分, 不过它与可调夹具相比, 具备使用。

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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, 它属于模块化夹具, 且已实现商品化, 标准的模块元件具备较高精度与耐磨性，能够组装成各类夹具, 夹具使用完毕后便可进行拆卸, 留作组装新夹具之用, 因为使用此组合夹具可缩短生产准备周期, 元件能多次重复使用, 还有可减少专用夹具数量等优点, 所以在单件、中小批多品种生产以及数控加工当中, 组合夹具是一种较为经济的夹具。

（6）自动线夹具通常就分为两类, 一类是固定式夹具, 它跟专用夹具有着相似之处, 另一类是随行夹具, 在使用的时候, 夹具会跟着工件一同运动, 并且会使得工件顺着自动线从一个工作位置转移到另外一个工位去进行加工。

2．按夹具使用的机床分类

存在一种分类方法, 它是专门用于专用夹具设计的。依据使用的不同机床来进行归类, 可以将其划分为车床夹具, 铣床夹具, 钻床夹具, 镗床夹具, 磨床夹具, 齿轮机床夹具以及数控机床夹具等多种类型。

3．按夹具动力源来分类

按照夹具夹紧动力源能够把夹具划分成手动夹具与机动夹具这两大类别, 为将劳动强度予以减轻以及担保安全生产, 手动夹具应当具备扩力机构连同自锁性能, 常用的机动夹具有气动夹具, 、液压夹具, 和气体与液体相结合的结合夹具, 、电动夹具, 、电磁夹具, 、真空夹具, 以及依靠惯性达成的离心力夹具等。

三、机床夹具的组成

尽管机床夹具存在着种类极为繁杂多样的情形, 然而它们的工作原理大体上是保持一致相同的。在把各类夹具之中, 那些起到作用一致相同的结构或者元件拿出来进行一般性的归纳概括, 能够得出夹具普遍一般性所共同拥有享有的以下几类组成部分因素, 这些组成部分因素既彼此独立并且又相互之间存在着联系关联。

1．定位支承元件

那个用于定位支承的元件, 其发挥的作用在于, 去确定工件于夹具里的正确位置, 并且对工件起到支承的作用, 它可是夹具之中主要的功能元件之一哦。就好比图4 – 2所展示的锯齿头支承钉2, 以及挡销3、挡销4、挡销5。定位支承元件所具备的定位精度, 会直接对工件加工的精度产生影响。

2．夹紧装置

要对工件起到压紧夹牢的作用, 从而保证在加工进程当中工件的正确位置维持不变, 这便是夹紧元件所具备的作用。就如同在图4-2当中有所展示的压板6那样。

3．连接定向元件

夹具与机床之间会用到这样一种特定元件, 它的作用是把夹具与机床连接起来, 同时还要确定夹具相对于机床主轴、工作台或者导轨的相互位置关系, 比如像图4-2所展示的那种定向键9。

4．对刀元件或导向元件

工件加工表面跟刀具之间的正确位置, 是靠这些元件来保证的。那些能确定刀具到达加工前正确位置的元件, 被称作对刀元件, 就像图4 – 2里所呈现的对刀块1那样。而那些能确定刀具位置还能引导刀具去开展加工的元件, 叫做导向元件, 类似图4 – 3所示的快换钻套1。

5．其它装置或元件

按照加工所需, 部分夹具之上, 还分别设置有, 分度装置, 靠模装置, 上下料装置, 工件顶出机构, 电动扳手以及平衡块等东西, 并且还有标准化了的别的联接元件。

6．夹具体

夹具体作为夹具的基体骨架, 其担当着配置以及安装各个夹具元件的职责, 从而促使它们构成一个整体。较为常用的夹具体包含铸件结构、锻造结构、焊接结构以及装配结构, 其形状存在回转体形以及底座形等诸多形状。

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各组成部分当中的上述这些, 定位元件, 是夹具一部分, 夹紧装置, 也是夹具一部分, 夹具体, 同样是夹具基本组成部分。

四、机床夹具的现状及发展方向

最早出现夹具的时间是在18世纪后期, 由于科学技术持续不断地进步, 把夹具从一种辅助工具发展成了门类齐全的工艺装备。

1．机床夹具的现状

关于国际生产研究协会的统计显示, 当下中、小批多品种生产的工件品种, 已占到工件种类总数的85％左右。现代生产存有这样的要求, 企业所制造的产品品种, 要经常进行更新换代, 从而去适应市场的需求以及竞争。然而, 一般企业依旧习惯于大量采用传统的专用夹具, 通常在具备中等生产能力的工厂当中, 大概拥有数千甚至接近万套专用夹具；另一方面, 在多品种生产的企业里, 每隔3至4年就要更新50至80％左右的专用夹具, 可是夹具的实际磨损量仅仅为10至20％左右。尤其是在近些年, 数控机床, 加工中心, 成组技术, 柔性制造系统（FMS）等新型加工技术被运用, 这针对机床夹具给出了如下这些新的要求:

1）可快速且便利地配备新产品投入生产, 借此缩减生产准备的周期, 去降低生产的成本。

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）采用高效夹紧装置, 它把液压站等当作动力源, 以此来进一步减轻劳动强度, 还能提高劳动生产率。

6）提高机床夹具的标准化程度。

2．现代机床夹具的发展方向

现代机床夹具的发展方向, 主要呈现为标准化这一方面, 它还表现为精密化另一方面, 同时又体现为高效化再一方面, 并且展现为柔性化又一方面。

（1）当今我国存在夹具零件及部件的国家标准如GB/T2148~T2259－91以及各异类通用夹具、组合夹具标准等, 标准化机床夹具的标准化跟通用, 是彼此相互联系的两个方面, 机床夹具的标准化, 对夹具的商品化生产而言有益处, 对于缩短生产准备周期有益, 还对降低生产总成本有益。

（2）机械产品精度一天比一天提高, 精密化随之而来, 并且就对夹具的精度要求而言, 相应也必然会提高。精密化夹具的结构类型数量众多, 像用于精密分度的多齿盘就是其中一种, 它的分度精度能够达到±0.1″；还有用于精密车削的高精度三爪自定心卡盘, 其定心精度是5μm。

（3）致力于高效化达成的夹具, 主要作用是削减工件加工时的基本时间以及辅助时间, 借此提升劳动生产率, 同时减轻工人的劳动强度, 实现高效能产出。常见的这类高效化夹具包含自动化夹具、具备高速化特性的夹具还有带有夹紧力装置的夹具等。举例而言, 于铣床上运用电动虎钳来装夹工件, 效率能够提升大概5倍；在车床上采用高速三爪自定心卡盘, 可确保卡爪在试验转速为9000r/min的状况下依旧能够稳固地夹紧工件, 进而使得切削速度得到大幅提升。当下, 除了于生产流水线、自动线配备对应的高效、自动化夹具以外, 在数控机床上, 特别是在加工中心上出现了各类自动装夹工件的夹具以及自动更换夹具的装置, 这充分发挥了数控机床的效率。

（4）柔性化机床夹具的柔性化, 跟机床的柔性化相类似 , 它所指的是, 机床夹具凭借调整、组合等办法 , 去适应工艺可变因素的一种能力。工艺的可变因素主要涵盖这些: 工序特征 , 生产批量 , 工件的形状以及尺寸等。具备柔性化特征的新型夹具种类主要包含这些: 组合夹具 , 通用可调夹具 , 成组夹具 , 模块化夹具 , 数控夹具等。因要适应现代机械工业多品种的生产需求, 还要适应中小批量生产的需求, 所以要扩大夹具的柔性化程度, 进而改变专用夹具不可拆的结构成为可拆结构, 并且发展可调夹具结构, 这将会是当前夹具发展的主要方向。

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第二节 工件的定位

一、工件定位的基本原理

1．自由度的概念

基于刚体运动学能够知道的是, 对于一个自由刚体而言, 在空间当中存在着并且仅仅有六个自由度。像图4-5所展示的工件, 其在空间里位置具备随意性, 也就是说它能够沿着Ox轴进行移动, 它能够沿着Oy轴进行移动, 它能够沿着Oz轴进行移动, 这被称作移动自由度, 分别。

表现成；还能够围绕Ox、Oy、Oz这三个坐标轴进行转动, 将其称作转动自由度, 各自表现为。

依据吴拓担任主编的那本《机械制造工程》（第2版）, 由机械工业出版社于2005年9月出版的, 参照其中的图4-6 , 标点符号。

图4-5 工件的六个自由度

a) 矩形工件 b) 圆柱形工件 2．六点定位原则

从上可知, 若要让一个自由刚体于空间拥有一个确定的位置, 那就得设置相应的六个约束, 这六个约束分别去限制刚体的六个运动自由度。在探讨工件的定位之时, 工件便是我们所说的自由刚体。要是工件的六个自由度均被加以限制了, 那么工件在空间的位置也就全然被确定下来了。所以, 定位实际上就是限制工件的自由度。

分析工件定位之时, 常是借一个支承点去限制工件的一个自由度。要用合理加以设置的六个支承点, 来限制工件的六个自由度, 进而让工件于夹具里的位置全然得以确定, 此即六点定位原则。

比如在像图4-6a所展示的那种矩形工件之上进行铣削半封闭式矩形槽操作时, 为了能确保加工尺寸A, 能够于其底面布置三个不在同一条直线上的支承点1、2、3, 就如同图4-6b呈现的那样, 进而限制工件的三个自由度；为了保障B尺寸, 在侧面设置两个支承点4、5, 从而限制两个自由度；为了保证C尺寸, 在端面设置一个支承点6, 以此限制一个自由度。于是工件的六个自由度都被限制住了, 达成了六点定位。在具体的夹具当中, 支承点是通过定位元件来予以体现的。如图4-6c 所示，设置了六个支承钉。

（沿用吴拓主编《机械制造工程》（第2版）之图4-7）

图4-6 矩形工件定件

a) 对零件, 进行定位分析, 开展支承点布置, 针对圆柱形工件, 像图4-7a所展示的那样, 能够在外圆柱表面之上, 去设置四个支承点1、3、4、5, 以此限制四个自由度, 在槽侧设置一个支承点2, 限制一个自由度, 在端面设置一个支承点6, 限制一个自由度, 工件达成完全定位, 为了要在外圆柱面上设置四个支承点通常采用V形架, 如图4-7b所示。

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