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二、机床夹具介绍夹具最早出现在1787年，至今经历了三个发展阶段。
第一阶段表现为夹具与人的结合。
在工业发展初期。
机械制造的精度较低，机械产品工件的制造质量主要依赖劳动者个人的经验和手艺，而夹具仅仅作为加工工艺过程中的一种辅助工具；第二阶段是随着机床、汽车、飞机等制造业的发展，夹具的门类才逐步发展齐全。
夹具的定位、夹紧、导向（或对刀）元件的结构也日趋完善，逐渐发展成为系统的主要工艺装备之一；第三阶段，即近代由于世界科学技术的进步及社会生产力的迅速提高，夹具在系统中占据相当重要的地位。
这一阶段的主要特征表现为夹具与机床的紧密结合。
2.1夹具的现状几生产对其提出新的要求现代生产要求企业制造的产品品种经常更新换代，以适应市场激烈竞争，尽管国际生产研究协会的统计表明中不批，多品种生产的工件已占工件种类数的85%左右。
然而目前，一般企业习惯与采用传统的专用夹具，在一个具有只能感等生产的能力工厂中约拥有13000~15000套专用夹具。
另一方面，在多品种生产的企业中，约隔4年就要更新80%左右的专用夹具，而夹具的实际磨损量只有15%左右，特别最近年来柔性制造系统（FMS）、数控机床（NC），加工中心（MC）和成组加工（GT）等新技术被应用和推广，使中小批生产的生产率逐步趋近于大批量生产的水平。
综上所述，现代生产对夹具提出了如下新的要求：（1）能迅速方便地装备新产品的投产以缩短生产准备周期（2）能装夹一组相似性特征的工件（3）适用于精密加工的高精度的机床（4）适用于各种现代化制造技术的新型技术（5）采用液压汞站等为动力源的高效夹紧装置，进一步提高劳动生产率2.2现代夹具的发展发向现代夹具的发展方向表现为精密化、高效化、柔性化、标准化等四个方面：1、精密化随着机械产品精度的日益提高，势必也相应提高对其精度要求。
精密化夹具的结构类型很多，例如用于精密分度的多齿盘，其分度可达正负0.1，用于精密车削的高精度三爪卡盘，其定心精度为5um，又如用于轴承套圈磨削的电磁无心夹具，工件的圆读可达0.2~0.5um。
第一章机床夹具基础知识第一节机床夹具概述一、填空题1．根据机械工艺规程要求，在加工中，用来正确地确定工件及刀具的相对位置，并且合适而迅速地将它们夹紧的一种机床附加装置称为机床夹具。
2.通常，习惯于把夹具按其通用化程度分为通用夹具、专用夹具、拼装夹具三个大类。
3．机床夹具一般由定位装置、夹紧装置、夹具体三大主要部分组成。
4．根据不同的使用要求，机床夹具还可以设置对刀装置、刀具引导装置、回转分度装置及其他辅助装置。
5．按夹具适用的机床及其工序内容的不同，可以把夹具分为钻床夹具、铣床夹具、车床夹具、磨床夹具、镗床夹具、齿轮加工机床夹具、电加工机床夹具、数控机床夹具等。
二、选择题：1．工件在机床上加工时，通常由夹具中的（A）来保证工件相对于刀具处于一个正确的位置。
A．定位装置B．夹具体C．夹紧装置D．辅助装置2．机用平口钳是常用的（B）。
A．专用夹具B．通用夹具C．拼装夹具D．组合夹具3．下列夹具中，（D）不是专用夹具。
A．钻床夹具B．铣床夹具C．车床夹具D．三爪自定心卡盘4.．（A）是夹具的核心部分。
A.定位装置B.夹紧装置C.夹具体D.V型块5．（A）是由预先制造好的各类标准元件和组件拼装而成的一类新型夹具。
A．拼装夹具B．专用夹具C．通用夹具C．数控机床夹具6．在机床夹具中，V形块通常作为（D）使用。
A．夹具体B．夹紧装置C．辅助装置D．定位元件7．下列说法中，（C）不正确。
A．一般情况下，机床夹具担负着工件在夹具中的定位和夹紧两大功能。
B．夹具相对机床和刀具的位置正确性，则要靠夹具与机床、刀具的对定来解决。
C．工件被夹紧后，就自然实现了定位。
D．定位和夹紧是两回事。
三、判断题：1.一般来说，通用夹具是机床夹具中的主要研究对象。
（×）2.工件安装时，采用找正定位比采用夹具定位效率更高，精度更高。
（×）3.机床夹具只能用于工件的机械加工工序中。
（×）4.夹具体是整个夹具的基础和骨架。
第一节机床夹具的基本概念一、机床夹具的分类机床夹具种类繁多，可按不同的方式进行分类，常用的分类方法有以下几种。
1 . 按夹具的使用特点分类（ 1 ）通用夹具可在一定范围内用于加工不同工件的夹具。
如车床使用的三爪卡盘、四爪卡盘，铣床使用的平口虎钳、万能分度头等。
这类夹具已经标准化，作为机床附件由专业厂生产。
其通用性强，不需调整或稍加调整就可以用于不同工件的加工；生产率低，夹紧工件操作复杂。
这类夹具主要用于单件小批量生产。
（ 2 ）专用夹具指专为某一工件的某一道工序设计和制造的夹具。
其特点是结构紧凑、操作迅速、方便；可以保证较高加工精度和生产率；设计和制造周期长，制造费用高；在产品变更后，无法利用而导致报废。
因此这类夹具主要用于产品固定的大批大量生产中；对于形状和结构复杂工件（如薄壁件），为保证加工质量有时也采用专用夹具。
（ 3 ）成组可调夹具（成组夹具）指在成组工艺的基础上，针对某一组零件的某一工序而专门设计的夹具。
在多品种小批量生产中，通用夹具的生产率低，加工精度不高，采用专用夹具不经济。
这时，可采用成组可调整的“专用夹具”。
其特点是在专用夹具的基础上少量调整或更换部分元件即可用于装夹一组结构和工艺特征相似的工件，如滑柱式钻模和带可调换钳口的平口钳等夹具。
这类夹具主要用于成组加工中，用于多品种、中小批量生产。
（ 4 ）组合夹具由预先制造好的通用标准零部件经组装而成的专用夹具，是一种标准化、系列化、通用化程度高的工艺装备。
其特点是组装迅速、周期短；通用性强，元件和组件可反复使用；产品变更时，夹具可拆卸、清洗、重复再用；一次性投资大，夹具标准元件存放费用高；与专用夹具比，其刚性差，外形尺寸大。
这类夹具主要用于新产品试制以及多品种、中小批量生产中。
（ 5 ）自动化生产用夹具主要有随行夹具（自动线夹具）。
在自动线上，随被装夹的工件一起由一个工位移到另一个工位的夹具，称为随行夹具。
它是一种移动式夹具，担负装夹工件和输送工件两方面的任务。
2 . 按使用机床分类分为车床夹具、铣床夹具、钻床夹具、镗床夹具、拉床夹具、磨床夹具、齿轮加工机床夹具等。
3 . 按夹紧的动力源分类分为手动夹具、气动夹具、液压夹具、气液夹具、电磁夹具、真空夹具等。
三、夹具的组成机床夹具虽然可以分成各种不同的类型，但它们都由下列共同的基本部分组成。
1 ．定位装置a) b)图 9-1 简易钻模夹具示例1—钻套 2—钻模板 3—夹具体 4—支承板 5—圆柱销 6—开口垫圈 7—螺母 8—螺杆 9—菱形销用于确定工件在夹具中的正确位置，它由各种定位元件构成。
如图 9-1 后盖钻径向孔夹具中的圆柱销 5 、菱形销 9 和支承板 4 都是定位元件，它们使工件在夹具中占据正确位置。
2 ．夹紧装置夹紧装置用于保持工件在夹具中的正确位置，保证工件在加工过程中受到外力（如切削力、重力、惯性力）作用时，已经占据的正确位置不被破坏。
如图 9-1 所示钻床夹具中的开口垫圈 6 是夹紧元件，与螺杆 8、螺母 7 一起组成夹紧装置。
3 ．对刀、导向元件用于确定刀具相对于夹具的正确位置和引导刀具进行加工。
其中，对刀元件是在夹具中起对刀作用的零部件，如铣床夹具上的对刀块、塞尺等。
导向元件是在夹具中起对刀和引导刀具作用的零部件。
如图 9-1 所示的钻床夹具中的钻套 1 是导向元件。
4 ．夹具体用于连接夹具上各个元件或装置，使之成为一个整体，并与机床的有关部位相连接，是机床夹具的基础件。
如图 9-1 所示钻床夹具的夹具体 3 将夹具的所有元件连接成一个整体。
5 ．连接元件确定夹具在机床上正确位置的元件。
如定位键、定位销及紧固螺栓等。
6 ．其他元件和装置根据夹具上特殊需要而设置的装置和元件，如：（ 1 ）分度装置加工按一定规律分布的多个表面；（ 2 ）上下料装置为方便输送工件，如输送垫铁等；（ 3 ）吊装元件对于大型夹具，应设置吊装元件，如吊环螺钉等；（ 4 ）工件的顶出装置（或让刀装置）加工箱体类零件多层壁上的孔。
第二节工件定位的基本原理工件在夹具中定位的目的是使同一工序的一批工件都能在夹具中占据正确的位置。
工件位置正确与否，用加工要求来衡量，一批工件逐个在夹具上定位时，各个工件在夹具中占据的位置不可能绝对一致，但各个工件的位置变动量必须控制在加工要求所允许的范围内。
工件的定位应解决两方面的问题：一是工件位置的“定与不定”问题，使工件在宏观上得到定位；二是工件位置的“准与不准”问题，即定位精度问题。
图 9-2 未定位工件的六个自由度一、六点定位原理动画9-1 工件在空间的六个自由度在加工之前，工件必须在机床上相对于刀具占有正确的加工位置。
使工件在加工后达到工序所规定的加工要求，获得合格的工件。
六点定位原理就是讨论工件在加工之前其位置“定与不定”问题。
一个尚未定位的工件是一个自由物体，其空间位置是不确定的。
一个自由物体的空间位置不确定性，称为自由度。
在空间直角坐标系中描述工件的位置不确定性，如图 9-2 所示，一个自由工件具有六个自由度：工件沿、、轴方向的位置不确定性称为沿、、轴的位移自由度，用、、表示；绕、、轴的角位置不确定性称为绕、、轴的旋转自由度，用、、表示。
而一个自由工件在空间的不同位置，就是这六个自由度不同状态的综合结果。
显然，要使工件在空间占据完全确定的位置，就必须限制工件的六个自由度。
如果按图 9-3 所示设置六个支承点，工件的三个面分别与这些点接触，工件的六个自由度便都被限制了。
这些用来限制工件自由度的固定点，称为定位支承点。
通常把工件的某个表面限制的自由度数抽象为相应的定位支承点数。
图 9-3 长方形工件的六点定位但是，并非所有的情况下，工件的六个自由度都要限制。
工件定位时，影响加工要求的自由度必须加以限制，不影响加工要求的自由度，有时可以不限制，视具体情况而定，如考虑定位的稳定性、夹具结构简单、夹紧方便、安全等因素。
例如，铣图 9-4 所示工件上的通槽，为保证槽底面与 A 面的平行度和尺寸两项加工要求，必须限制、、三个自由度；为保证槽侧面与 B 面的平行度和尺寸两项加工要求，必须限制、两个自由度；至于，从加工要求的角度看，可以不限制。
因此，在此情况下，限制工件的五个自由度就可以保证工序的加工要求。
图 9-4 按照加工要求确定必须限制的自由度总之，工件在夹具中的定位，就是工件在未夹紧之前，为了达到工序规定的加工要求，适当地限制某些对加工要求产生影响的自由度，使同一批工件在夹具中占有一个确定的正确加工位置。
由上述分析可以得出如下结论：1 ．任何工件作为一个自由物体，都具有六个自由度。
在直角坐标系中，它们分别表示为：、、和、、。
2 ．要限制工件的六个自由度，就必须在夹具中设置相当于六个无重复作用的定位支承点的定位元件，与工件的定位基准相接触或配合。
3 ．工件定位时，需要限制的自由度的数目，是由工件在该工序的加工要求所确定的。
独立定位支承点总数，不应少于工件加工时必须限制的自由度数目。
这个结论就是工件定位时，必须遵循的定位原理。
通常称为工件的六点定位原理。
二、六点定位原理的应用在实际生产中，应用六点定位原理分析工件在夹具中的定位问题时，常有以下几种情况：1 . 完全定位工件的六个自由度都被限制的定位称为完全定位。
如长方体工件铣不通槽需要限制工件的六个自由度，应该采用完全定位。
2 . 不完全定位工件被限制的自由度少于六个，但能保证加工要求的定位称为不完全定位。
这种定位有两种情况：一种是由于工件的几何形状特点，限制工件的某些自由度没有意义，有时也无法限制，如光轴的绕轴线旋转自由度。
另一种情况是，工件的某些自由度不限制并不影响加工要求。
如图 9-4 加工通槽的例子，工件的位移自由度并不影响通槽的加工要求。
3 . 欠定位按照加工要求应该限制的自由度没有被限制的定位称为欠定位，或定位不足。
在确定工件在夹具中的定位方案时，欠定位是不允许出现的。
4 . 过定位工件的一个或几个自由度被不同的定位支承点重复限制的定位称为过定位。
在设计夹具时，是否允许过定位，应根据工件的不同定位情况进行分析。
如图 9-5a 所示为插齿时常用的夹具。
工件 3 （齿坯）以内孔在芯轴 1 上定位，限制工件的、、、四个自由度，又以端面在支承凸台 2 上定位，限制工件的、、三个自由度，、被重复限制，属于过定位。
实际上，齿坯孔与端面的垂直度误差是不可避免的，工件的定位将如图 9-5b 所示，这时齿坯端面与凸台只有一点接触，夹紧后，造成工件和定位元件（芯轴 1 ）的弯曲变形。
如果齿坯孔与端面的垂直度很高，可认为是可用过定位。
避免过定位的措施是改变定位装置的结构，如将长圆柱销改为短圆柱销，去掉重复限制、的两个支承点，或将大支承板改为小支承板或浮动支承，如图 9 -5c 所示，使用球面垫圈，去掉重复限制、的两个支承点。
显然夹具的结构复杂程度加大了。
从上述工件定位实例可知，若工件定位时出现过定位现象，可能产生以下不良后果：（ 1 ）定位不稳定，增加了同批工件在夹具中位置的不一致性；a） b）c）图 9-5 齿轮齿形加工常用定位方式及其夹具1 —芯轴2 —支承凸台3 —工件4 —压板（ 2 ）增加工件和夹具定位元件的夹紧变形；（ 3 ）导致部分工件不能顺利与定位元件配合，造成干涉。
在实际应用中，应当根据具体情况，采取如下措施，消除或减少过定位带来的不良后果：（ 1 ）提高工件定位基准之间及定位元件工作表面之间的位置精度，减小过定位对加工精度的影响，使不可用过定位变为可用过定位；（ 2 ）改变定位方案，避免过定位。
消除重复限制自由度的支承或将其中某个支承改为辅助支承（或浮动支承）；改变定位元件的结构，如圆柱销改为菱形销、长销改为短销等；（ 3 ）有些情况下，过定位是允许的，也是必要的；有时甚至是不可避免的。
对于刚性差的薄壁件、细长杆件或用已加工过的大平面作为工件定位基准时，为减小切削力造成工件和夹具定位元件的变形，确保加工中定位稳定，常常采用过定位。
例如，在车床上车削细长轴时，往往采用前后顶尖和中心架（或跟刀架）定位。
第三节定位方式与定位元件通常设计夹具时，总是将定位元件设计成为单独的分离元件，通过装配与整个夹具构成一个整体，以保证其特殊的精度要求和制造工艺要求。
设计定位元件时，应满足以下基本要求：具有较高的制造精度，以保证工件定位准确；耐磨性好，以延长定位元件的更换周期，提高夹具的使用寿命；应有足够的强度和刚度，以保证在夹紧力、切削力等外力作用下，不产生较大的变形而影响加工精度；工艺性好，定位元件的结构应力求简单、合理，便于加工、装配和更换。
图 9-6 支承板定位简图在机械加工中，虽然被加工工件的种类繁多，形状各异，但从它们的基本结构来看，不外乎是由平面、圆柱面、圆锥面及各种成形面所组成。
