在机械制造中，用来固定加工对象，使这占有正确位置，以接受加工或检测的装置，统称为夹具，
机械制造技术教程_6机床夹具设计基础
。它广泛地应用于机械制造过程中，如焊接过程中用于拼焊的焊接夹具；零件检验过程中用的检验夹具；装配过程中用的装配夹具，机械加工过程中用的机床夹具等，都属于这一范畴。在金属切削机床上使用的夹具统称为机床夹具。在现代生产中。机床夹具是一种不可缺少的工艺装备，它直接影响着零件加工的精度、劳动生产率和产品的制造成本等。本章所讲述的仅限于机床夹具，以后简称为夹具。6．1 机床夹具概述
6.1.1 夹具的作用
在机床上加工零件时，为了使该工序所要加工的表面能够达到图纸所规定的尺寸、几何形状及与其它表面间的相互位置精度等技术要求，在加工前首先应将工件装好、夹牢。
把工件装好，就是在机床上使工件相对于刀具及机床有正确的位上加工置。工件只有在这个位置上接受加工，才能保证被加工表面达到所要求的各项技术教育要求。把工件装好这一过程称为定位。
把工件夹牢，就是指定位好的工件，在加工过程中不会受切削力、离心力、冲击、振动等外力的影响而变动位置。把工件夹牢这一过程称为夹紧。
因此，夹具的作用就是在加工过程中，对工件进行定位和夹紧，从而保证在加工过程中工件相对于机床保持正确的位置，保证达到该工序所规定的技术要求。
在机械加工过程中，工件的装夹方法按其实现工件定位的方式分为两种：一种是按找正方式定位的装夹方法；另一种是用专用夹具装夹工件的方法。
1．按找正方式定位的装夹方法
这种装夹方法，一般是先按图样要求在工件表面划线，划出加工表面的尺寸和位置，装夹时用划针或百分表找正后再夹紧。如在金工实习时钻锤头上用于装锤柄的孔时，由于是单件，我们就采用先划线，再找正这种方法加工。
按找正方式装夹工件的方法，能够很好的适应工序或加工对象的变换，夹具结构简单，使用简便经济，选用于单件和小批生产。但这种方式生产效率低，劳动强度大，加工质量不高，往往需要增加划线工序。当生产数量大、质量要求高时，需要专用夹具加工。
2．用专用夹具装夹工件的方法
图6-1 后盖零件钻径向孔的工序图
图6-2 后盖零件钻床夹具
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
成批生产中，加工图6-1所示零件，钻后盖上的φ10mm孔，保证距后端面距离为18±0.1mm, φ10孔轴心线与φ30孔中心线垂直，φ10孔轴线与下面的φ5.8孔轴线在同一平面上。其钻床夹具如图6－2所示。φ10孔径尺寸钻头保证，由钻套1保证，距后端面距离18±0.1mm由支承板4保证，φ10孔轴线与φ30孔轴线垂直由钻套和圆柱销5共同保证。φ10孔轴线与下面的φ5.8孔轴线在同一平面上由菱形销9保证。加工时拧紧螺母7，实现定位，松开螺母7，拿开开口垫圈6，实现快速更换工件。
通过上面的例子，我们不难看出使用专用夹具装夹工件的优点：
（1）保证工件加工精度 用夹具装夹工件时，工件相对于刀具及机床的位置精度由夹具保证，不受工人技术水平的影响，使一批工件的加工精度趋于一致。
（2） 提高劳动生产率 使用夹具装夹工件方便、快速，工件不需要划线找正，可显著地减少辅助工时，提高劳动生产率；工件在夹具中装夹后提高了工件的刚性，因此可加大切削用量，提高劳动生产率；可使用多件、多工位装夹工件的夹具，并可采用高效夹紧机构，进一步提高劳动生产率。
在机械制造中，用来固定加工对象，使这占有正确位置，以接受加工或检测的装置，统称为夹具。它广泛地应用于机械制造过程中，如焊接过程中用于拼焊的焊接夹具；零件检验过程中用的检验夹具；装配过程中用的装配夹具，机械加工过程中用的机床夹具等，都属于这一范畴。在金属切削机床上使用的夹具统称为机床夹具。在现代生产中。机床夹具是一种不可缺少的工艺装备，它直接影响着零件加工的精度、劳动生产率和产品的制造成本等。本章所讲述的仅限于机床夹具，以后简称为夹具。
6．1 机床夹具概述
6.1.1 夹具的作用
在机床上加工零件时，为了使该工序所要加工的表面能够达到图纸所规定的尺寸、几何形状及与其它表面间的相互位置精度等技术要求，在加工前首先应将工件装好、夹牢。
把工件装好，就是在机床上使工件相对于刀具及机床有正确的位上加工置。工件只有在这个位置上接受加工，才能保证被加工表面达到所要求的各项技术教育要求。把工件装好这一过程称为定位。
把工件夹牢，就是指定位好的工件，在加工过程中不会受切削力、离心力、冲击、振动等外力的影响而变动位置。把工件夹牢这一过程称为夹紧。
因此，夹具的作用就是在加工过程中，对工件进行定位和夹紧，从而保证在加工过程中工件相对于机床保持正确的位置，保证达到该工序所规定的技术要求。
在机械加工过程中，工件的装夹方法按其实现工件定位的方式分为两种：一种是按找正方式定位的装夹方法；另一种是用专用夹具装夹工件的方法。
1．按找正方式定位的装夹方法
这种装夹方法，一般是先按图样要求在工件表面划线，划出加工表面的尺寸和位置，装夹时用划针或百分表找正后再夹紧。如在金工实习时钻锤头上用于装锤柄的孔时，由于是单件，我们就采用先划线，再找正这种方法加工。
按找正方式装夹工件的方法，能够很好的适应工序或加工对象的变换，夹具结构简单，使用简便经济，选用于单件和小批生产。但这种方式生产效率低，劳动强度大，加工质量不高，往往需要增加划线工序。当生产数量大、质量要求高时，需要专用夹具加工。
2．用专用夹具装夹工件的方法
图6-1 后盖零件钻径向孔的工序图
图6-2 后盖零件钻床夹具
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
成批生产中，加工图6-1所示零件，钻后盖上的φ10mm孔，保证距后端面距离为18±0.1mm, φ10孔轴心线与φ30孔中心线垂直，φ10孔轴线与下面的φ5.8孔轴线在同一平面上。其钻床夹具如图6－2所示。φ10孔径尺寸钻头保证，由钻套1保证，距后端面距离18±0.1mm由支承板4保证，φ10孔轴线与φ30孔轴线垂直由钻套和圆柱销5共同保证。φ10孔轴线与下面的φ5.8孔轴线在同一平面上由菱形销9保证。加工时拧紧螺母7，实现定位，松开螺母7，拿开开口垫圈6，实现快速更换工件。
通过上面的例子，我们不难看出使用专用夹具装夹工件的优点：
（1）保证工件加工精度 用夹具装夹工件时，工件相对于刀具及机床的位置精度由夹具保证，不受工人技术水平的影响，使一批工件的加工精度趋于一致。
（2） 提高劳动生产率 使用夹具装夹工件方便、快速，工件不需要划线找正，可显著地减少辅助工时，提高劳动生产率；工件在夹具中装夹后提高了工件的刚性，因此可加大切削用量，提高劳动生产率；可使用多件、多工位装夹工件的夹具，并可采用高效夹紧机构，进一步提高劳动生产率。
（3）扩大机床的使用范围 在通用机床上采用专用夹具可以扩大机床的工艺范围，充分发挥机床的潜力，达到一机多用的目的。例如，使用专用夹具可以在普通车床上很方便地加工小型壳体类工件。甚至在车床上拉出油槽，减少了昂贵的专用机床，降低了成本。这对中小型工厂尤其重要。
（4） 改善了操作者的劳动条件 由于气动、液压、电磁等动力源在夹具中的应用，一方面减轻了工人的劳动强度；另一方面也保证了夹紧工件的可靠性，并能实现机床的互锁，避免事故，保证了操作者和机床设备的安全。
（5） 降低了成本 在批量生产中使用夹具后，由于劳动生产率的提高、使用技术等级较低的工人以及废品率下降等原因，明显地降低了生产成本。夹具制造成本分摊在一批工件上，每个工件增加的成本是极少的。工件批量愈大，使用夹具所取得的经济效益就愈显著。
但专用夹具也有其弊端，如设计制造周期长；因工件直接装在夹具体中，不需要找正工序，因此对毛坯质量要求较高；所以专用夹具主要适用于生产批量较大，产品品种相对稳定的场合。
6.1.2 机床夹具的分类
1. 按夹具的通用特性分类
根据夹具在不同生产类型中的通用特性，机床夹具可分为通用夹具、专用夹具、可调夹具、组合夹具和自动线夹具等五大类。
（1）通用夹具 通用夹具是指结构、尺寸已规格化、标准化，而且具有一定通用性的夹具，如三爪自动定心卡盘、四爪单动卡盘、平口钳、万能分度头、顶尖、中心架和电子吸盘等。这类夹具通用性强，可用来装夹一定形状和尺寸范围内的各种工件。这类夹具已标准化，由专门厂家生产，作为机床附件供应给用户。
（2）专用夹具 这类夹具是指专为零件的某一道工序的加工专门设计制造的。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。专用夹具的设计周期较长、投资较大。
除大批大量生产之外，中小批量生产中也需要采用一些专用夹具。但在结构设计时要进行具体的技术经济分析。
（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。它一般又可分为通用可调夹具和成组夹具两种。前者的通用范围比通用夹具更大；后者则是一种专用可调夹具，它按成组原理设计并能加工一族相似的工件，故在多品种，中、小批量生产中使用有较好的经济效果。
（4）组合夹具 组合夹具是一种模块化的夹具。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。夹具用毕可拆卸，清洗后留待组装新的夹具。由于组合夹具具有组装迅速，周期短，能反复使用等优点，因此组合夹具在单件，小批量生产和新产品试制中，得到广泛应用。组合夹具也已标准化。
（5）自动线夹具 自动线夹具一般分为两大类，一是固定式夹具，它与专用夹具相似；另一种为随行夹具，使用中夹具随工件一起运动，并将工件沿自动线从一个工位移至下一个工位。
2. 按使用的机床分类
夹具按使用机床可分为车床夹具、铣床夹具、钻床夹具、镗床夹具、磨床夹具以及其它机床夹具等。
3. 按夹紧的动力源分类
夹具按夹紧的动力源可分为手动夹具、气动夹具、液压夹具、气液增力夹具、电动夹具、电磁夹具、真空夹具、离心力夹具等。
6.1.3 机床夹具的组成
机床夹具的和结构虽然繁多，但它们的组成均可概括为以下几个部分。
1. 定位元件 夹具的首要任务是定位，因此无论任何夹具，都有定位元件。当工件定位基准面的形状确定后，定位元件的结构也就基本确定了。图6-2中圆柱销5、菱形销9和支承板4都是定位元件，通过它们使工件在夹具中占据正确的位置。
2. 夹紧装置 工件在夹具中定位后，在加工前必须将工件夹紧，以确保工件在加工过程中不因受外力作用而破坏其定位。图6-2中的螺杆 8（与圆柱销合成一个零件）、螺母 7 和开口垫圈 6 构成夹紧装置。
3. 夹具体 夹具体是夹具的基体和骨架，通过它将夹具所有元件构成一个整体。如图6-2中的件 3 。
以上这三部分是夹具的基本组成部分，也是夹具设计的主要内容。
4. 对刀或导向装置 对刀或导向装置用于确定刀具相对于定位元件的正确位置。图6-2中钻套 1 和钻模板2 组成导向装置，确定了钻头轴线相对定位元件的正确位置。
5. 连接元件
连接元件是确定夹具在机床上正确位置的元件。图6-1中3的底面为安装基面，保证了钻套1 的轴线垂直于钻床工作台以及圆柱销 5 的轴线平行于钻床工作台。因此，夹具体可兼作连接元件。车床夹具上的过渡盘、铣床夹具上的定位键都是连接元件。
6. 其它装置或元件
根据加工需要，有些夹具分别采用分度装置、靠模装置、上下料装置、顶出器和平衡块等。这些元件或装置也需要专门设计。
图6-3表示了工件与夹具各组成部分，及工件通过夹具组成部分部分与机床、刀具间相互联系。
图6-3 专用夹具的组成及各组成部分与机床工件刀具的相互关系
6.2 工件定位方法及定位元件
在设计零件的机械加工工艺规程时，工艺人员根据加工要求已经选择了各工序的定位基准和确定了各定位基准应当限制的自由度，并将它们标注在工序简图或其它工艺文件上。夹具设计的任务首先是选择和设计相应的定位元件来实现上述定位方案。
为了分析问题的方便，引入“定位基面“的概念。当工件以回转表面（如孔、外圆等）定位时，称它的轴线为定位基准，而回转表面本身则称为定位基面。与之相对应，定位元件上与定位基面相配合（或接触）的表面称为限位基面，它的理论轴线则称为限位基准。如工件以圆孔在心轴上定位时，工件内孔称为定位基面，其轴线称为定位基准。与之相对应，心轴外圆表面称为限位基面，其轴线称为限位基准。工件以平面定位时，其定位基面与定位基准，限位基面和限位基准则是完全一致的。工件在夹具上定位时，理论上定位基准与限位基准应该重合，定位基面与限位基面应该接触。
6.2.1 工件以平面定位
1. 主要支承 主要支承用来限制工件的自由度，起定位作用。
（1）固定支承 固定支承有支承钉（GB/T 2226－91）和支承板（GB/T 2236－91）两种型式。如图6-4、6-5所示。在使用过程中，它们都是固定不动的。
图6-4 支承钉（GB/T 2226－91）
图6-5 支承板（GB/T 2236－91）
A 型支承钉是标准平面支承钉，常用于已经加工后的表面定位；当定位基准面是粗糙不平的毛坯表面时，应采用 B 型球头支承钉，使其与粗糙表面接触良好；C 型所示齿纹型支承钉常用于侧面定位，它能增大摩擦系数，防止工件受力后滑动。
大中型工件以精基准面定位时，多采用支承板定位，可使接触面增大，避免压伤基准面，减少支承的磨损。A 型支承板，结构简单，便于制造。但沉头螺钉处的积屑难于清除，宜作侧面或顶面支承；B型是带斜槽的支承板，因易于清除切屑和容纳切屑，宜作底面支承，常用于以推拉方式装卸工件的夹具和自动线夹具。
支承钉、支承板均已标准化，其公差配合、材料、热处理等可查阅机床夹具零件及部件国家标准。
工件以平面定位时，除采用上面介绍的标准支承钉和支承板之外，还可根据工件定位平面的具体形状设计相应的支承板，工件批量不大时，也可直接以夹具体作为限位平面。
（2）可调节支承 （GB/T 2227－91－GB/T 2230－90）
在工件定位过程中，支承钉的高度需要调整时，采用图6-12所示的可调支承。
图6-6 可调节支承
图6-7（a）中工件为砂型铸件，加工过程中，一般先铣B面，再以 B 面为基准镗双孔。
图6-7 可调节支承的应用
为了保证镗孔工序有足够和均匀的余量，最好先以毛坯孔为粗基准，但装夹不太方便。此时可将 A 面置于调节支承上，通过调整调节支承的高度来保证 B 面与两毛坯中心的距离尺寸 H1、H2 ，对于毛坯尺寸比较准确的小型工件，有时每批仅调整一次，这样对于一批工件来说，调节支承即相当于固定支承。
在同一夹具上加工形状相似而尺寸不等的工件时，也常采用调节支承。如图6-7（b)所示，在轴上钻径向孔。对于孔至端面的距离不等的几种工件，只要调整支承钉的伸出长度，该夹具便都可适用。
（3）浮动支承（自位支承） 在工件定位过程中，能自动调整位置的支承称为浮动支承。
浮动支承的结构如图 6-8所示，它们与工件的接触点数虽然是二点或三点或更多点，但仍只限制工件的一个自由度。浮动支承点的位置随工件定位基准面的变化而自动调节，当基面有误差时，压下其中一点，其余各点即上升，直到全部接触为止。由于增加了接触点数，
图6-8 浮动支承
可提高工件的安装刚性和定位的稳定性，但夹具结构较复杂。浮动支承适用于工件以毛坯定位或刚性不足的场合。
2. 辅助支承 生产中，由于工件形状以及夹紧力、切削力、工件重力等原因可能使工件在定位后还产生变形或定位不稳定。常需要设置辅助支承。辅助支承是用来提高工件的支承刚度和稳定性的，起辅助作用，决不允许破坏主要支承的主要定位作用。图6-9为几种常用的辅助结构。
图6-9 辅助支承
1－活塞杆 2－斜面顶销 3－滑柱支承
各种辅助支承在每次卸下工件后，必须松开，装上工件后再调整和锁紧。
由于采用辅助支承会使夹具结构复杂，操作时间增加，因此当定位基准面精度较高，允许重复定位时，往往用增加固定支承的方法增加支承刚度。
6.2.2 工件以内孔表面定位
在生产中常常遇到套筒、盘盖类零件，加工时是以内孔为定位基准的。工件以内孔定位是一种中心定位。定位面为圆柱孔，定位基准为中心轴线，通常要求内孔基准面有较高的精度。工件中心定位的方法是用定位销或心轴等与孔的配合实现的。有时采用自动定心定位。粗基准很少采用内孔定位。
1．圆柱销（定位销）
定位销可分为固定式和可换式两种。图6-10（a）（b）（c）为固定式定位销，固定式定位销是直接用过盈配合装在夹具体上。图6-10（d）为可换式定位销。
当定位销直径 D 为3～10mm时，为增加刚性避免使用中折断或热处理时淬裂，通常把图6-10 定位销
部倒成圆角 R。夹具体上应设有沉孔，使定位销的圆角部分沉入孔内而不影响定位。在大量生产时，工件更换频繁，定位销易于磨损丧失定位精度，需要定期更换，可采用图6-10 （d）所示的快换式定位销，衬套外径与夹具体为过渡配合，衬套内径与圆柱销为间隙配合，此两者存在的定位间隙会影响定位精度。但这种方式可就地更换定位销，快速方便。
为便于工件装入，定位销的头部有150倒角。定位销的有关参数可查阅有关国家标准。
2． 定位心轴
图6-17为常用定位心轴的结构形式。图6-11 （a）为间隙配合心轴。心轴的基本尺寸取工件孔的最小极限尺寸，公差一般按 h6、g6 或 f7 制造，这种心轴装卸工件方便，但定心精度不高。加工中为能带动工件旋转，工件常以孔和端面联合定位，因而要求工件定位孔与定位端面之间、心轴限位圆柱面与限位端面之间都有较高的垂直度，最好能在一次装夹中加工出来。
图6-11（b)为过盈配合心轴，由引导部分、工作部分、传动部分组成。引导部分 3 的作用是使工件迅速而准确地套入心轴，其直径D3 的基本尺寸取孔径的最小值，公差按 e8 制造，其长度约为工件定位孔长度的一半。工作部分 2 的直径的基本尺寸取孔径的最大值，公差按 r6 制造。当工件定位孔的长度与直径之比 L/D＞1 时，心轴的工作部分应稍带锥度，直径 D2 取基准孔直径的最小值，公差按 h6 确定；D1 取基准孔直径的最大值，公差按 r6确定。这种心轴制造简单，定心精度高，不用另设夹紧装置，但装卸工件不方便，易损伤定位孔。多用于定心精度要求高的精加工。
图6-11 （c)是花键心轴，用于加工以花键孔定位的工件。当工件的定位孔长度 L/D＞1时，工作部分可稍带锥度。设计花键心轴时，应根据工件的不同定心方式来确定心轴的结构，其配合可参考上述两种心轴
图6-11 （d)为锥度心轴（小锥度心轴），工件在小锥度心轴上定位，并靠工件定位圆孔与心轴限位圆锥面的弹性变形夹紧工件。这种定位方式的定心精度较高，同轴度可达 φ0.01～φ0.02mm，但工件的轴向位移较大，不适于轴向定距加工，广泛适用于短小工件高精度定心的精车和磨削加工中。
3． 圆锥销
如图6-12所示为工件的孔缘在圆锥销上定位的方式，限制工件的、、三个自由度。图6-12 （a）用于粗基准，
图6-12 （b）用于精基准。
工件以单个圆锥销定位时容易倾斜，为此，圆锥销一般与其它定位元件组合使用，如图6-13所示。
图6-13 圆锥销组合定位
6.2.3 工件以外圆表面定位
以圆柱表面定位的工件有：轴类、套类、盘类、连杆类以及小壳体类等。常用的定位元件有：V形块、定位套、半圆套、圆锥套等。
1． V形块 （GB/T 2208－91）
不论定位基准是否经过加工、是完整的圆柱面还是圆弧面，都可以采用V形块定位。其优点是对中性好，即能使工件的定位基准轴线的对中在 V 形块两斜面的对称面上，而不受定位基面直径误差的影响，并且安装方便。
常用V形块结构如图6-14所示。
图6-14 常用V形块的结构
图6-14（a）用于精基准定位，且基准面较短；6-14（b）适用于粗基准或阶梯形圆柱面的定位；6-14（c）适用于长的精基准表面或两段相距较远的轴定位；6-14（d)适用于直径和长度较大的重型工件，其 V 形块采用铸铁底座镶淬硬的支承板或硬质合金的结构，以减少磨损，提高寿命和节省钢材。
V 形块两斜面间的夹角α，一般选用600、900、1200，以900V 形块应用最广。其结构和尺寸均已标准化。
V 形块有固定式和活动式两种。图6-15为加工连杆孔时用活动V形块定位，活动V形块限制工件一个转动自由度，其沿 V 形块对称面方向的移动可以补偿工件因毛坯尺寸变化而对定位的影响，同时还兼有夹紧的作用。
2． 定位套
图6-16为常用的几种定位套。其内孔轴线是限位基准，内孔面是限位基面。为了限制工件沿轴向的自由度，常与端面联合定位。用端面作为主要限位面时，应控制套的长度，以免夹紧时工件产生不允许的变形。
图6-16 常用定位套
定位套结构简单、容易制造，但定心精度不高，故只适用于精定位基面。
3． 半圆套
图6-17为外圆柱面用半圆套定位的结构。下面的半圆套是定位元件，上面的半圆套起夹紧作用。其最小直径应取工件定位外圆的最大直径。这种定位方式主要用于大型轴类零件及不便于轴向装夹的零件。定位基面的精度不低于IT8～IT9。其定位的优点是夹紧力均匀，装卸工件方便。
6.2.4工件以组合表面定位
前面介绍了一些常见的典型定位方式.我们从中可以看出,它们都是以一些简单的几何表面(如平面、内外圆柱面、圆锥面等)作为定位基准的。因为尽管机器零件的结构形状千变万化，但是它们只是由一些简单的几何表面作各种不同的组合而构成的。因此，只要掌握住简单几何表面的典型定位方式后，也就可以根据各种复杂零件的表面组成情况，把它们的定位问题简化为一些简单几何表面的典型定位方式的各种不同组合。从前面所列举的一些定位实例中，也可看到，一般机器零件很少以单一几何表面作为定位基准来定位的，通常都是以两个以上的几何表面作为定位基准而采取组合定位。
采用组合定位时，如果各定位基准之间彼此无紧密尺寸联系（即没有尺寸精度要求）时，那么，这些定位基准的组合定位，就只能是把各种单一几何表面的典型定位方式直接予以组合而不能彼此发生重复限制自由度的过定位情况。
但是在实际生产中，有时是采用两个以上彼此有一定紧密尺寸联系（即有一定尺寸精度要求）的定位基准作组合定位，以提高多次重复定位时的定位精度。这时，也常会发生相互重复限制自由度的过定位现象。由于这些定位基准相互之间有一定尺寸精度联系，因此只要设法协调定位元件与定位基准的相互尺寸联系，就可克服上述过定位现象，以达到多次重复定位时，提高定位精度的目的。下面就以生产中最常见的“一面两孔”定位为例来进行分析。
1．“一面两孔”定位时要解决的主要问题
在成批生产和大量生产中，加工箱体、杠杆、盖板等类零件时，常常以一平面和两定位孔作为定位基准实现组合定位。这种组合定位方式，一般便简称为：一面两孔定位。这时，工件上的两个定位孔，可以是工件结构上原有的，也可以专为工艺上定位需要而特地加工出来的。
“一面两孔”定位时所用的定位元件是：平面采用支承板定位，两孔采用定位销定位，如图6-18所示。
“一面两孔”定位中，支承板限制了3个自由度，短圆柱定位销1限制了2自由度，还剩下一个绕垂直图面轴线的转动自由度需要限制。短圆柱定位销2也要限制2个自由度，它除了限制这个转动自由度外，还要限制一个沿X轴的移动自由度。但这个移动自由度已被短圆信定位销1所限制，于是两个定位销1重复限制沿X轴的移动自由度X而发生的矛盾。最严重时，便如图6-19所示。我们先不考虑两定位销中心距的误差，假设销心距为L；一批工件中每个工件上的两定位孔的孔心距是在一定的公差范围内变化的，其中最大是L+δ，最小是L-δ，即在2δ范围内变化。当这样一批工件以两孔定位装入夹具的定位销中时，就会出现象图6-19所示那样的工件根本无法装入的严重情况这就是因为定位销1和定位销2重复限制了X自由度所引起的。由于两定位销中心距和两定位孔中心距，都在规定的公差范围内变化，因而只要设法改变定位销2的尺寸偏差或定位销2的结构，来补偿在这个范围内的中心距变动量，便可消除因重复限制X自由度所引起的矛盾。这就是采用“一面两孔”定位时所要解决的主要问题。
图6-18 “一面两孔”的组合定位
图6-19 两定位销重复限制移动自由度
2．解决两孔定位问题的两种方法
（1）采用两个圆柱定位销作为两孔定位时所用的定位元件
当选用两个圆柱定位销作为两孔定位所用的定位元件时，我们采用缩小定位销2的直径的方法来解决上述两孔装不进定位销的矛盾，如图6-20所示。
（2）采用一个圆柱定位销和一个削边（又称：菱形）定位销作为两孔定位时所用的定位元件
如图6-21所示，假定定位孔1和定位销1的中心完全重合，则两定位孔间的中心距差和两定位销间的中心距误差，全部由定位销2来补偿。
图6-20 减小圆柱销直径
图6-21 使用削边销
常用的削边定位销结构开关有图6-22所示的三种。图中6-22（a）型用于定位孔直径很小时，为了不使定位销削边后的头部强度过分减弱，所以不削成菱形。6-22（c）型是用于孔径大于50毫米时，这时销钉本身强度已足够，主要是为了求得制造更为简便。直径为3~50毫米的标准削边销都是做成菱形的。
(a) (b) (c)
图6-22 削边削的形式
6.2.5 定位误差计算
一批工件逐个在夹具上定位时，各个工件在夹具上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ΔD表示。主要包括基准不重合误差和基准位移误差。
定位误差研究的主要对象是工件的工序基准和定位基准。工序基准的变动量将影响工件的尺寸精度和位置精度。
图6-23 铣削加工定位简图
1. 基准不重合误差 由于定位基准和工序基准不重合而造成的定位误差，称为基准不重合误差，用Δb表示。其大小为定位基准到工序基准之间的尺寸变化的最大范围。如图6-23所示，由于基准不重合而产生的基准不符误差Δb＝2δe
2. 基准位移误差 由于定位基准和限位基准的制造误差引起的，定位基准在工序尺寸上的最大变动范围，称为基准位移误差，用Δy表示。不同的定位方式，其基准位移误差的计算方法也不同。
（1）平面定位 工件以精基面在平面支承中定位时，其基准位移误差可忽略不计。
（2）用圆柱销定位
当销垂直放置时，基准位移误差的方向是任意的，故其位移误差可按下式计算：
式中：——定位最大配合间隙，单位为 mm；
――工件定位基准孔的直径公差，单位为 mm；
――圆柱定位销或圆柱心轴的直径公差，单位为 mm；
――定位所需最小间隙，由设计时确定，单位为 mm。
当销是水平放置时，基准位移误差的方向是固定的，属于固定单边接触，其位移误差为
其中因为方向固定，所以1/2 Xmin可以通过适当的调整，可以消除。如图6-24所示，利用对刀装置消除最小间隙的影响。
其中H为对刀工作表面至心轴中心距离的基本尺寸：
（3）用 V 形块定位
图2-25 V形块定心定位的位移误差
如图6-25所示，若不计V形块的误差而仅有工件基准面的圆度误差时，其工件的定位中心会发生偏移，产生基准位移误差。由此产生的基准位移误差为：
式中： δd――工件定位基准的直径公差，单位为mm；
α/2――V形块的半角。一般情况下α＝60°、90°、120°
V 形块的对中性好，即沿x向的位移误差为零。
下面以一个例子说明以平面定位时，定位误差的计算方法。
(a) (b)
图6-26 铣台阶面两种定位方法
按图6-26（a）所示定位方案铣床工件的台阶面，要求保证尺寸20±0.15。试分析和计算这时的定位误差。并判断这一方案是否可用。
由于这时工件是以B面为定位基准，而欲保持的加工尺寸20±0.15的设计基准为A面，因此必然出现基准不重合定位误差。定位误差的大小由定位尺寸公差确定。定位尺寸40±0.14，其公差值为0.28mm，此值即为定位误差Δb。本工序要求保持的尺寸20±0.15，其允差为:
δk=0.03mm，
δk-Δb=0.03-0.28=0.02(mm)
从以上计算中可以看出，Δb在加工误差中所占的比重太大，以至留给其它加工误差的允差仅有0.02mm，此值太小，在实际加工中难以保证，极易超差和产生废品。因此，对此定位方案不宜采用。最好改用基准重合的定位方案，如图6-26（b）所示，此时Δb=0。当然，改用这种方案后，工件由上向下装夹，夹紧方式 不理想，而且结构也变得复杂了。
6. 3 定位装置设计示例
前面各节阐述了工件在夹具中定位的基本原理和基本方法。现以定位方案设计实例来说明定位原理和方法的运用。
图6-27为在拔叉上钻φ8.4mm孔的工序简图。加工要求是：φ8.4mm孔为自由尺寸，可一次钻削保证。该孔在轴线方向的设计基准是槽14.2mm的对称中心线，要求距离为3.1±0.1mm；相对于φ15.81 F8 孔中心线的对称度要求为 0.2mm。本工序所用设备为 Z525立式钻床。试设计其定位方案。
1. 确定所需限制的自由度数、选择定位基准并确定各基准面上支承点的分布。
为保证所钻φ8.4mm孔与φ15.81 F8 中心线对称并垂直，需限制工件的、、三个自由度；为保证所钻φ8.4mm孔在对称面（YZ面）内，还需限制自由度；为保证尺寸3.1±0.1mm，还需限制自由度。综上所述，应限制工件的、、、、五个自由度。
定位基准的选择应尽可能遵循基准重合原则，并尽量选用精基准定位。故以φ15.81 F8 孔作为主要定位基准，设置四支承点限制工件的、、、四个自由度，以保证所钻孔与基准孔的对称度和垂直度要求；以51+00.1槽面作定位基准，设置一点，限制自由度，由于它离φ15.81 F8 距离较远，故定位准确且稳定可靠；以槽面 B、C 或端面 D 作为止推定位基准，设置一点，限制自由度。在 B、C、D 面上定位元件的布置有三种方案：一是以 D 面定位；二是以槽面 B、C 中的一个面定位；三是以槽面 B、C 的对称平面定位。
若以 D 面定位，因工序基准为14.2mm槽的对称面（对称面至B面距离尺寸为7.1+00.05mm）。故其基准不符，误差为：ΔB1＝0.05+0.105´2＝0.26mm
已超过尺寸 3.1±0.1mm 的加工公差0.02的要求，故此方案不能采用。
若以 B、C 面的一个侧面定位，则基准不符误差为：ΔB2＝0.05mm
若以 B、C 面的对称平面定位，则 ΔB3＝0
在上述三个方案中，第一方案不能保证加工精度；第二方案具有结构简单，加工精度可以保证的优点；第三种方案定位误差为零，但结构比前两方案复杂。但从大批量生产的条件考虑，第三方案的定位元件使用偏心轮，虽然结构复杂，但能完成夹紧任务，因此第三方案较恰当。
2. 选择定位元件结构
图6-28 防转定位方案分析
φ15.81 F8 孔采用长圆柱销定位，其配合选为 15.81F8/h7。以51+00.1 mm槽面的定位可采用两种方案，如图6-28所示。一种方案是在其中一个槽面上布置一个防转销；另一方案是利用槽两侧面布置一个大削边销，与长销构成两销定位。从定位稳定性及有利于夹紧等考虑，后一方案较好。
工件沿Y轴的位置可采用如图6-29所示的圆弧偏心轮定心夹紧装置，实现 B、C 的对称面定位。如以 B 或 C 面定位，为了装卸工件，应采用可伸缩的定位销。这将会增加夹具结构的复杂性。
为了引导钻头，钻套在夹具中的布置如图6-29所示。
图6-29 定位夹紧元件的布置
以上步骤是设计定位装置的一般过程。在实际工作中，其先后顺序可有差异。又由于生产条件等不同，其具体结构也将各异，但分析问题的基本原理和方法是一致的。
6. 4 夹紧机构原理
6.4.1 对夹紧装置的基本要求
机械加工过程中，为保持工件定位时所确定的正确加工位置，防止工件在切削力、惯性力、离心力及重力等作用下发生位移和振动，机床夹具应设有夹紧装置，将工件压紧夹牢。夹紧装置是否合理、可靠及安全，对工件加工的精度、生产率和工人的劳动条件有着重大的影响，因此，夹紧机构应满足下面要求：
1. 夹紧过程中，必须保证定位准确可靠，而不破坏原有的定位。
2. 夹紧力的大小要可靠、适应，既要保证工件在整个加工过程中位置稳定不变、振动小，又要使工件不产生过大的夹紧变形。
3. 夹紧装置的自动化和复杂程度应与生产类型相适应，在保证生产效率的前提下，其结构要力求简单，工艺性好，便于制造和维修。
4. 夹紧装置应具有良好的自锁性能，以保证在源动力波动或消失后，仍能保持夹紧状态。
5. 夹紧装置的操作应当方便、安全、省力。
6.4.2 夹紧装置的组成
1. 力源装置 产生夹紧作用力的装置称为力源装置。常用的力源有人力和动力。力源来自人力的称为手动夹紧装置；力源来自气压、液压、电力等动力的称为动力传动装置。如图6-30所示为气压传动装置。
图6-30 气动铣床夹具
1－配气阀 2－管道 3－气缸 4－活塞 5－活塞杆 6－单铰链连杆 7－压板
2. 夹紧部分 接受和传递原始作用力使之变为夹紧力并执行夹紧任务的部分。一般由下列元件或机构组成。
（1）夹紧元件 是实现夹紧作用的最终执行元件。如各种螺钉、压板等。
（2）中间递力机构 通过它将力源产生的夹紧力传给夹紧元件，然后由夹紧元件最终完成对工件的夹紧。
一般中间递力机构可以在传递夹紧力的过程中，改变夹紧力的方向和大小，保证夹紧机构的工作安全可靠，并具有一定的自锁性能。
如图6-30中的单铰链连杆 6 作为中间递力机构，当利用螺钉直接夹紧工件时，就没有中间递力元件。
（3）夹紧机构 是指手动夹紧时所使用的，由中间递力机构和夹紧装置组成，如手柄、螺母、压板等。
以上各部分之间的关系，可用框图表示，如图6-31所示。
图6-31 夹紧装置组成框图
6.4.3 夹紧力的确定原则
确定夹紧力必须从力的三要素考虑，即力的大小、方向和作用点。它是一个综合性问题，必须结合工件的形状、尺寸、重量和加工要求，定位元件的结构及其分布方式，切削条件及切削力的大小等具体情况来确定。
1. 夹紧力方向的确定原则
夹紧力的作用方向不仅影响加工精度，而且还影响夹紧的实际效果。具体应考虑如下几点：
（1）夹紧力的作用方向应保证定位准确可靠，而不破坏工件的原有定位精度
工件在夹紧力作用下，应确保其定位基面贴在定位元件的工作表面上。为此要求主夹紧力的方向应指向主要定位基准面，其余夹紧力方向应指向工件的定位支承。如图6-32所示，在角铁形工件上镗孔。加工要求孔中心线垂直 A 面，因此应以 A 面为主要定位基面，并使夹紧力垂直于A 面，如图6-32（a）所示。但若使夹紧力指向 B 面，如图6-32 （b）所示，则由于 A 与 B 面间存在垂直度误差，就无法满足加工要求。当夹紧力垂直指向 A 面有困难而必须指向 B 面时，则必须提高 A 与 B 面间的垂直度精度。
（2）夹紧力的作用方向应使工件的夹紧变形尽量小
如图6-33所示为加工薄壁套筒，由于工件的径向刚度很差，用图6-33（a）的径向夹紧方式将产生过大的夹紧变形。若改用图6-33（b）的轴向夹紧方式，则可减少夹紧变形，保证工件的加工精度。
（3）夹紧力作用方向应使所需夹紧力尽可能小
如图6-34所示为夹紧力Fw、工件重力G和切削力F三者关系的几种典型情况。为了安装方便及减少夹紧力，应使主要定位支承表面处于水平朝上位置。如图6-34（a）、6-34（b）所示工件安装既方便又稳定，特别是图6-34 （a），其切削力F与工件重力G均朝向主要支承表面，与夹紧力Fw方向相同，因而所需夹紧力为最小。此时的夹紧力Fw只要防止工件加工时的转动及振动即可。图6-34（c）、6-34（d）、6-34（e）、6-34（f)所示的情况就较差，特别是6-34（d)所示情况所需夹紧力为最大，一般应尽量避免。
图6-34 夹紧力方向与夹紧力大小的关系
2. 选择夹紧力作用点的原则
夹紧力作
用点的位置、数目及布局同样应遵循保证工件夹紧稳定、可靠、不破坏工件原来的定位以及夹紧变形尽量小的原则，具体应考虑如下几点：
（1）夹紧力作用点应能保持工件定位稳固而不至引起工件发生位移或偏转。
根据这一原则，夹紧力作用点必须作用在定位元件的支承表面上或作用在几个定位元件所形成的稳定受力区域内。如图6-35（b）的作用点，会使原定位受到破坏。
图6-35 作用点与定位支承的位置关系
（2） 夹紧力作用点应使夹紧变形尽量小
夹紧力应作用在工件刚性好的部位上。对于壁薄易变形的工件，应采用多点夹紧或使夹紧力均匀分布，以减少工件的夹紧变形。如图6-36（a）、(b)为合理方案。如采用图6-36（c）、图6-36（d）的夹紧方案，将使工件产生变形。
图6-36 作用点应在工件刚度好的部位
（3）夹紧力的作用点应保证定位稳定、夹紧可靠。
夹紧力的作用点应尽可能靠近被加工表面，以提高定位的稳定性和夹紧的可靠性。如图6-37所示。有的工件由于结构形状所限，加工表面与夹紧力作用点较远且刚性又较差时，应在加工表面附近增加辅助支承及对应的附加夹紧力。如图6-37（c）所示，在加工表面附近增加了辅助支承，而Fw1为对应的附加夹紧力。
3. 夹紧力大小的确定原则
当夹紧力的方向和作用点确定后，就应计算所需夹紧力的大小。夹紧力的大小直接影响夹具使用的安全性、可靠性。夹紧力过小，则夹紧不稳固，在加工过程中工件仍会发生位移而破坏定位。结果，轻则影响加工质量，重则千万安全事故。夹紧力过大，无必要，反而增加夹紧变形，对加工质量不利，同时夹紧机构的尺寸也会相应加大。所以夹紧力的大小应适当。
在实际设计工作中，夹紧力的大小可根据同类夹具的实际使用情况，用类比法进行经验估计，也可用分析计算方法近似估算。
分析计算法，通常是将夹具和工件视为刚性系统，找出在加工过程中，对夹紧最不利的瞬时状态。根据该状态下的工件所受的主要外力即切削力和理论夹紧力（大型工件要考虑工件的重力，调整运动下的工件要考虑离心力或惯性力），按静力平衡条件解出所需理论夹紧力，再乘以安全系数作为实际所需夹紧力，以确保安全。即：Fsw＝K Fw
式中 Fsw ――所需实际夹紧力，单位为 N；
Fw ――按静力平衡条件解出的所需理论夹紧力，单位为 N；
K ――安全系数，根据经验一般粗加工时取2.5～3；精加工时取1.5～2。
实际所需夹紧力的具体计算方法可参照机床夹具设计手册等资料。
6. 5 基本夹紧机构
不论采用何种力源（手动或机动）形式，一切外力都要转化为夹紧力，这一转化过程都不得是通过夹紧机构实现的。因此夹紧机构是夹紧装置中的一个重要组成部分。在各种夹紧机构中，起基本夹紧作用的，多为斜楔、螺旋、偏心、杠杆、薄壁弹性元件等夹具元件，而其中以斜楔、螺旋、偏心以及由它们组合而成的夹紧装置应用最为普遍。
6.5.1 斜楔夹紧机构
1.作用原理
图6-38 手动斜楔夹紧机构
1－斜楔 2－工件 3－夹具体
图6-38为一种斜楔夹紧机构。需要在工件上钻削互相垂直的φ8mm 与φ5mm 小孔，工件装入夹具后，在夹具体上定位后，锤击楔块大头，则楔块对工件产生夹紧力和对夹具体产生正压力，从而把工件楔紧。加工完毕后锤击楔块小头即可松开工件。
由此可见，斜楔主要是利用其斜面的移动和所产生的压力来夹紧工件的，即楔紧作用。
2. 夹紧力的计算
斜楔夹紧时的受力情况如图6-39 （a） 所示，斜楔受外力为，产生的夹紧力为，按斜楔受力的平衡条件，可推导出斜楔夹紧机构的夹紧力计算公式：
当、、均很小且＝＝时，上式可近似的简化为
式中：――夹紧力，单位为N；
――作用力，单位为N；
、分别为斜楔与支承面及与工件受压面间的摩擦角，常取＝＝50～80；
α—斜楔的斜角，常取α＝60～100。
3．斜楔的自锁条件
图6-39（b）所示，当作用力消失后，斜楔仍能夹紧工件而不会自行退出。根据力的平衡条件，可推导出自锁条件：
（6-1）
（6-2）
（6-3）
将式（6-2）、（6-3）代入（6-1）式 ，得：
(设＝＝)
一般钢铁的摩擦系数μ＝0.1～0.15。摩擦角＝arctan(0.1～0.15)＝5°43′～8°32′,故 α≤11°～17°。但考虑到斜楔的实际工作条件，为自锁可靠起见，取α＝6°～8°。当α＝6°时，tanα≈0.1=,因此斜楔机构的斜度一般取1：10。
4．斜楔机构的结构特点
（1）斜楔机构具有自锁的特性
当斜楔的斜角小于斜楔与工件以及斜楔与夹具体之间的摩擦角之和时，满足斜楔的自锁条件。
（2）斜楔机构具有增力特性
斜楔的夹紧力与原始作用力之比称为增力比（或称为增力系数）。
即：
当不考虑摩擦影时，，此时α愈小，增力作用愈大。
（3）斜楔机构的夹紧行程小
工件所要求的夹紧行程 h 与斜楔相应移动的距离 s 之比称为行程比：
因,故斜楔理想增力倍数等于夹紧行程的缩小倍数。因此，选择升角α时，必须同时考虑增力比和夹紧行程两方面的问题。
(4)斜楔机构可以改变夹紧力作用方向
由图6-39可知，当对斜楔机构外加一个水平方向的作用力时，将产生一个垂直方向的夹紧力。
5．适用范围
由于手动斜楔夹紧机构在夹紧工件时，费时费力，效率极低所以很少使用。因其夹紧行程较小，因此对工件的夹紧尺寸（工件承受夹紧力的定位基准至其受压面间的尺寸）的偏差要求很高，否则将会产生夹不着或无法夹紧的状况。因此，斜楔夹紧机构主要用于机动夹紧机构中，且毛坯的质量要求很高。
6.5.2 螺旋夹紧机构
螺旋夹紧机构螺钉、螺母、螺栓或螺杆等带有螺旋的结构件与垫圈、压板或压块等组成。他不仅结构简单、制造方便，而且由于缠绕在螺钉面上的螺旋线很长，升角小。所以螺旋夹紧机构的自锁性能好，夹紧力和夹紧行程都较大，是目前应用较多的一种夹紧机构。
1．作用原理
螺旋夹紧机构中所用的螺旋，实际上相当于把斜楔绕在圆面积柱体上，因此，其作用原理与斜楔是一样的，
工程
《机械制造技术教程_6机床夹具设计基础》(https://www.unjs.com)。只不过是这时通过转动螺旋，使绕在圆柱体上的斜楔高度发生变化，而产生夹紧力来夹紧工件。2．结构特点
图6-40 典型螺旋压板机构
螺旋夹紧机构的结构形式很多，但从夹紧方式来分，可分为单个螺栓夹紧机构和螺旋村板夹紧机构两种。图6-40（a）为压板夹紧形式，图6-40（b）为螺栓直接夹紧形式，在夹紧机构中，螺旋压板的使用是很普遍的。
图6-41为最简单的单个螺栓夹紧机构。图6-41（a）为直接用螺钉压在工件表面，易损伤工件表面；图6-41（b）为典型的螺栓夹紧机构，在螺栓头部装有摆动压块，可以防止螺钉转动损伤工件表面或带动工件旋转。典型压块的如图6-42所示。图6-42（a）为光面压块，用于用于压紧已加工过的表面；图6-42（b）为槽面压块，用于未加工过的毛坯表面；图6-42（c）为球面压块，可自动调心。压紧螺钉及压块已标准化，可查阅相关手册。
（a） （b）
图6-41 单个螺旋夹紧机构
图6-42 摆动压块
螺旋夹紧机构中，螺旋升角α≤4°，因此自锁性能好，能耐振动。由于螺旋相当于长斜楔绕在圆柱体上，所以夹紧行程不受限制，可以任意加大，不会使机构增大。
设计螺旋夹紧机构时应根据所需的夹紧力的大小选择合适的螺纹直径。
3．适用范围
由于螺旋夹紧机构结构简单、制造方便，增力比大，夹紧行程不受限制，所以在手动夹紧机构中应用广泛。但其夹紧动作慢、辅助时间长，效率低。
为了克服螺旋夹动作紧慢，效率缺点，出现了各种快速夹紧机构。如图6-43所示。输入法6-43（a）中，在螺母一方的增加开口垫圈，螺母的外径小于工件内孔直径，只要稍微放松螺母，即可抽出垫圈，工件便可螺母取出。图6-43（b）为快卸螺母，螺母孔内钻有光孔，其孔径略大于螺纹的外径，螺母斜向沿光孔套入螺杆，然后将螺母摆正，使螺母的螺纹与螺杆啮合，再拧动螺母，便可夹紧工件。但螺母的螺纹部分被切去一部分，因此啮合部分减小，夹紧力不能太大。
图6-43 快速螺旋夹紧机构
6.6.3 偏心夹紧机构
用偏心元件直接夹紧或与其它元件组合而实现对工件的夹紧机构称为偏心夹紧机构，它是利用转动中心与几何中心偏移的圆盘或轴等为夹紧元件。图6-40所示为常见的各种偏心夹紧机构，其中图6-40（a）是偏心轮和螺栓压板的组合夹紧机构；图6-40（b)是利用偏心轴夹紧工件的。
图6-44 偏心夹紧机构实例
1．偏心夹紧的工作特性
图6-45 圆偏心特性及工作段
如图6-45（a）所示的圆偏心轮，其直径为 D，偏心距为 e，由于其几何中心 C 和回转中心 O 不重合，当顺时针方向转动手柄时，就相当于一个弧形楔卡紧在转轴和工件受压表面之间而产生夹紧作用。将弧形楔展开，则得如图6-45（b)所示的曲线斜楔，曲线上任意一点的切线和水平线的夹角即为该点的升角。设αx 为任意夹紧点 x 处的升角，其值可由 ΔOxC中求得：
式中转角的变化范围为 00≤≤1800，由上式可知，当＝00 时，m 点的升角最小，＝00，随着转角的增大，升角也增大，当＝900时（即 T 点），升角为最大值，此时：
因很小，故取max≈2e/D。
当继续增大时，将随着的增大而减小，＝1800，即 n 点处，此处的。
偏心轮的这一特性很重要，因为它与工作段的选择，自锁性能，夹紧力的计算以及主要结构尺寸的确定关系极大。
2．偏心轮工作段的选择
从理论上讲，偏心轮下半部整个轮廓曲线上的任何一点都可以用来做夹紧点，相当于偏心轮转过1800，夹紧的总行程为 2e，但实际上为防止松夹和咬死，常取 P 点左右圆周上的1/6～1/4 圆弧，即相当于偏心轮转角为 600～900 的范围所对应的圆弧为工作段。如图6-45 （c）所示的 AB 弧段。由图 6-45（c）可知，该段近似为直线，工作段上任意点的升角变化不大，几乎近于常数，可以获得比较稳定的自锁性能。因而，在实际工作中，多按这种情况来设计偏心轮。
3．偏心轮夹紧的自锁条件
使用偏心夹紧时，必须保证自锁，否则将不能使用。要保证偏心轮夹紧时的自锁性能，和前述斜楔夹紧机构相同，应满足下列条件
≤
式中――偏心轮工作段的最大升角；
――偏心轮与工件之间的摩擦角；
――偏心轮转角处的摩擦角。
因为，tan≤ tan(+)，已知 tan＝ 2e/D。为可靠起见，不考虑转轴处的摩擦，又 tanφ1＝，故得偏心轮夹紧点自锁时的外径 D 和偏心量 e 的关系:
2e/D≤
当＝ 0.10 时，
D/e ≥ 20；
＝ 0.15 时，D/e ≥ 14
称 D/e 之值为偏心率或偏心特性。按上述关系设计偏心轮时，应按已知的摩擦系数和需要的工作行程定出偏心量 e 及偏心轮的直径 D。一般摩擦系数取较小的值，以使偏心轮的自锁更可靠。
4．适用范围
偏心夹紧机构的特点是结构简单、动作迅速，但它的夹紧行程受偏心距 e 的限制，夹紧力较小，故一般用于工件被夹压表面的尺寸变化较小和切削过程中振动不大的场合，多用于小型工件的夹具中。对于受压面的表面质量有一定的要求，受压面的位置新变化也要较小。
6. 6 联动夹紧机构
根据工件结构特点和生产率的要求，有些夹具要求对一个工件进行多点夹紧，或者需要同时夹紧多个工件。如果分别依次对各点或各工件夹紧，不仅费时，也不易保证各夹紧力的一致性。为提高生产率及保证加工质量，可采用各种联动夹紧机构实现联动夹紧。
联动夹紧是指操纵一个手柄或利用一个动力装置，就能对一个工件的同一方向或不同方向的多点进行均匀夹紧，或同时夹紧若干个工件。前者称为多点联动夹紧，后者称为多件联动夹紧。
6.6.1．多点联动夹紧机构
图6-46 浮动压头示意图
图6-47 两点对向联动夹紧机构
1－工件 2－浮动压板 3－活塞杆
最简单的多点联动夹紧机构是浮动压头，如图6-46所示。其特点是具有一个浮动元件1，当其中的某一点夹压后，浮动元件就会摆动或移动，直到另一点也接触工件均衡压紧工件为止。
图6-47为两点对向联动夹紧机构，当液压缸中的活塞杆3向下移动时，通过双臂铰链使浮动压板2相对转动，最后将工件1夹紧。
6.6.2．多件联动夹紧机构
多件联动夹紧机构，多用于中、小型工件的加工，按其对工件施加力方式的不同，一般可分为平行夹紧、顺序夹紧、对向夹紧及复合夹紧等方式。
图6-48 平行式多件联动夹紧机构
1－工件 2－压板 3－摆动压块 4－球面垫圈 5－螺母 6－垫圈 7－柱塞 8－液性性质
图6-48（a）为浮动压板机构对工件平行夹紧的实例。由于压板2、摆动压块 3 和球面垫圈 4 可以相对转动，均是浮动件，故旋动螺母 5 即可同时平行夹紧每个工件。图6-48（b)所示为液性介质联动夹紧机构。密闭腔内的不可压缩液性介质既能传递力，还能起浮动环节作用。旋紧螺母 5 时，液性介质推动各个柱塞 7，使它们与工件全部接触并夹紧。
6.7 夹紧机构设计实例
夹紧机构对夹具的整体结构起决定性的影响。在选择或设计夹紧机构时，灵活性很大，在满足产品质量的前提下，应注意使夹具的复杂程序与生产批量相适应，夹紧机构的结构要便于制造、调整、使用和维修。
1.设计夹紧机构的步骤
如图6-49所示，按第四节定位装置设计实例所确定的定位方案，分析确定其夹紧机构
当定位心轴水平放置时，在 Z525 立钻机上钻 f8.4mm 孔的钻削力和扭矩均由定位心轴来承担。这时工件的夹紧有两种方案。
（1) 在心轴轴向施加轴向力夹紧
在心轴端部采用螺旋夹紧机构，夹紧力与切削力处于垂直状态。这种结构虽然简单，但装卸工件却比较麻烦。
（2）在槽14.2mm中采用带对斜面的偏心轮定位件夹紧
当偏心轮转动时，对称斜面楔入槽中，斜面上的向上分力迫使工件孔f15.81F8 与定位心轴的下母线紧贴，而轴向分力又使斜面与槽紧贴，使工件在轴向被偏心轮固定，起到了既定位又夹紧的作用。
显然，后一方案具有操作方便的优点，机构如图6-49所示。偏心轮装在其支座中，安装调整夹具时，偏心轮的对称斜面的中心与夹具钻套孔中心线保持 3.1±0.03mm 的要求。夹紧时，通过手柄顺时针转动偏心轮，使其对称面楔入工件槽内，在定位的同时将工件夹紧。由于切削力不大，故工作可靠。
图6-49 拔叉钻孔夹具
1－扁销 2－紧定螺钉 3－销轴 4－钻模板 5－支承钉 6－定位轴 7－偏心轮 9－夹具体
该夹具对工件定位考虑合理，且采用偏心轮使工件既定位又夹紧，简化了夹具结构，适用于成批生产。
6.8 夹具体
6.8.1 夹具体的基本要求
夹具体是整个夹具的基础件。在夹具体上要安装组成该夹具所需要的各种元件、机构、装置等；并且还必须便于装卸工件以及在机床上的固定。因此，夹具体的形状和尺寸，主要取决于夹具上各组成件分布情况，工件的形状、尺寸以及加工性质等。
对于夹具体的设计提出以下一些基本要求：
1. 应有足够的强度和刚度
以保证加工过程在夹紧力、切削力等外力作用下，不致产生不允许的变形和振动。为此，夹具体应具有足够的壁厚，在刚度不足处可设置一些加强筋，一般加强筋厚度取壁厚的 0.7～0.9 倍，筋的高度不大于壁厚的5倍。近年来有些工厂采用框形结构的夹具体，可进一步提高强度及刚度，而重量却能减轻。
2. 力求结构简单，装卸工件方便
要防止无法制造和难以装卸的现象发生。在保证强度和刚度的前提下，尽可能体积小，重量轻，特别对手动、移动或翻转夹具，要求夹具总重量不超过100N（相当于10kg）,以便于操作。
3． 有良好的结构工艺性和使用性
以便于制造、装配和使用。夹具体上有三部分表面是影响夹具装配后精度的关键，即夹具体的安装基面（与机床连接的表面）；安装定位元件的表面；安装对刀或导向装置的表面。而其中往往以夹具体的安装基面作为加工其它表面的定位基准，因此在考虑夹具体结构时，应便于达到这些表面的加工与要求。对于夹具体上供安装各元件的表面，一般应铸出 3～5mm高的凸台，以减少加工面积。夹具体上不加工的毛面与工件表面之间应保证有一定的空隙，以免安装时产生干涉，空隙大小可按以下经验数据选取：
夹具体是毛面，工件也是毛面时，取 8～15mm；夹具体是毛面，而工件是光面时，取 4～10mm。
4. 夹具体的尺寸要稳定
即夹具体经制造加工后，应防止其日久变形。为此，对于铸造夹具体，要进行时效处理；对于焊接夹具体，则要进行退火处理。铸造夹具体的壁厚变化要和缓、均匀，以免产生过大内应力。
5. 排屑要方便
为了防止加工中切屑聚积在定位元件工作表面上或其它装置中，而影响工件的正确定位和夹具的正常工作，因此在设计夹具体时，要考虑切屑的排除问题。当加工所产生的切屑不多时，可适当加大定位元件工作表面与夹具体之间的距离或增设容屑沟，以增加容屑空间,如图6-50所示。
6．夹具在机床上安装要稳定、可靠
对于固定在机床上的夹具应使其重心尽量低；对于不固定在机床上的夹具，则夹具的重心和切削力作用点，应落在夹具体在机床上的支承面范围内，夹具越高则支承面积应越大。为了使接触面稳定、可靠，夹具体底面中部一般应挖空。对于旋转类的夹具体，要求尽量无凸出部分或装上安全罩。在加工中要翻转或移动的夹具体，通常要在夹具体上设置手柄或手扶部位以便于操作。对于大型夹具，为考虑便于吊运，在夹具体上应设置吊环螺栓或起重孔。
6.8.2 夹具体的毛坯制造方法
在选择夹具体的毛坯制造方法时，应以下面因素作为考虑依据，即工艺性，结构合理性，制造周期，经济性，标准化可能性以及工厂的具体条件等。生产中常用的夹具体毛坯制造方法有以下四种
1. 铸造夹具体
铸造夹具体工艺性好，可以铸出各种复杂的外形，且抗压强度、刚度和抗振性都较好。但生产周期长，为消除内应力，铸件需经时效处理，故成本较高。
铸造夹具体的材料大多采用灰铸铁HT15-33 或 HT20-40；当要求强度高时，也可采用铸钢件；要求重量轻时，在条件允许下也可采用铸铝件。
2.焊接夹具体
焊接夹具体夹具体与铸造夹具体相比，其优点是易于制造，生产周期短，成本低，重量轻。缺点是焊接过程中产生的热变形和残余应力对精度影响较大，故焊接后需经退火处理，此外焊接夹具体较难获得复杂的外形。
3.锻造夹具体
锻造夹具体夹具体只适用于形状简单，尺寸不大的场合，一般情况下较少使用。
4.装配夹具体
装配夹具体是很有发展前途的一种制造方法。即选用标准毛坯件或标准零件组装成所需夹具体结构，这样不仅可大为缩短夹具体的制造周期，而且可组织专门工厂进行专业成批生产，有利于提高经济效益，进一步降低成本。当然要推广这种方法，必须实现夹具的结构标准化和系列化。
6.9 各类机床夹具设计要点
6.9.1 车床夹具
车床夹具主要要用于加工零件的内外圆柱面、圆锥面、回转成型面、螺纹及端平面等。在加工过程中夹具安装在机床主轴上随主轴一起带动工件转动。除常用的顶针、三爪卡盘、四爪卡盘、花盘等一类万能通用夹具外，有时还要设计一些专用夹具。
1. 车床夹具的主要类型
（1）心轴类夹具
在前面我们已经介绍了各类心轴，这里不再缀述。
（2）花盘式车床夹具
图6-54所示为十字槽轮零件精车圆弧f23+00.023mm的工序简图。本工序要求保证四处f23+0.023mm圆弧；对角圆弧位置尺寸18±0.02mm及对称度公差0.02mm；f23+0.023mm 轴线与 f5.5h6 轴线的平行度允差f0.01mm。
图6-51 十字槽轮精车工序简图
如图6-51所示，为加工该工序的车床夹具，工件以f5.5h6 外圆柱面与端面B、半精车的f22.5h8 圆弧面（精车第二个圆弧面时则用已经车好的 f23+0.023mm 圆弧面）为定位基面，夹具上定位套 1 的内孔表面与端面、定位销 2（安装在套 3 中，限位表面尺寸为f22.5-0.01mm，安装在套4中，限位表面尺寸为f23-0.008mm，图中未画出，精车第二个圆弧面时使用）的外圆表面为相应的限位基面。限制工件6个自由度，符合基准重合原则。同时加工三件，利于对尺寸的测量。
图6-52花盘式车床夹具
1、3、4—定位套 2—定位销
（3） 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。在角铁式车床夹具上加工的工件形状较复杂。它常用于壳体、支座、接头等类零件上圆柱面及端面。当被加工工件的主要定位基准是平面，被加工面的轴线对主要定位基准平面保持一定的位置关系(平行或成一定的角度)时，相应地夹具上的平面定位件设置在与车床主轴轴线相平行或成一定角度的位置上。
图6-53为一角铁式车床夹具。工件6以两孔在圆柱销2和削边销1上定位；端面直接在夹具体4的角铁平面上定位。两螺钉压板分别在两定位销孔旁把工件夹紧。导向套7用来引导加工由孔的刀具。8是平衡块，以削除夹具在回转时的不平衡现象。夹具上设置轴向定程基准面3，它与圆柱销保持确定的由向距离，可以利用宏观世界控制刀具的轴向行程。
图6-53 花盘角铁式车床夹具
1—削边定位销 2—圆柱定位销 3—轴向定位基面 4—夹具体 5-压板 6—工件 7—导向套 8-平衡块
2. 车床夹具的设计要点
（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。
（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。
（4）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外圆磨床使用的夹具。
6.9.2 钻床夹具
1. 钻床夹具的类型
钻床上进行孔加工时所用的夹具称钻床夹具，也称钻模。钻模的类型很多，有固定式、回转式、移动式、翻转式、盖板式和滑柱式等。下面着重以固定式钻模为例介绍钻模的结构特点，其它几类钻模结构读者需要时可查找相关书籍。
固定式钻模，在使用的过程中，钻模在机床上位置是固定不动的。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。
（a） （b）
图6-54 固定式钻模
1-螺钉 2-转动开口垫圈 3-拉杆 4-定位法兰 5-快换钻套 6-钻模板 7-夹具体 8-手柄 9-圆偏心凸轮 10-弹簧
图6-54 （a）是零件加工孔的工序图，f68H7 孔与两端面已经加工完。本工序需加工f12H8孔，要求孔中心至 N 面为 15±0.1mm；与 f68H7 孔轴线的垂直度公差为 0.05mm，对称度公差为 0.1mm。据此，采用了如图6-54（ b)所示的固定式钻模来加工工件。加工时选定工件以端面 N 和f68H7 内圆表面为定位基面，分别在定位法兰4 f68h6 短外圆柱面和端面 N¢ 上定位，限制了工件 5 个自由度。工件安装后扳动手柄 8 借助圆偏心凸轮 9 的作用，通过拉杆 3 与转动开口垫圈 2 夹紧工件。反方向搬动手柄 8，拉杆 3 在弹簧 10 的作用下松开工件。
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。
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长期保持性。
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。
（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要攻螺纹时，可采用如图6-51所示的铰链式钻模板。销轴2与钻模板4的销孔采用H7/h6配合，与铰链座1的销孔之间采用N7/h6配合，钻模板4与铰链座1 之间采用H8/g7配合。由于铰链结构存在间隙，所以它的加工精度不如固定式钻模板高。
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。这种钻模反加工的工件精度高但装卸工件效率低。
（3）钻套的选择和设计
钻套装配在钻模板或夹具体上，钻套的作用是确定被加工工件上孔的位置，引导钻头、扩孔钻或铰刀，并防止其在加工过程中发生偏斜。按钻套的结构和使用情况，可分为四种类型。
① 固定钻套
图6-55（a）与其说-55（b)是固定钻套的两种型式。钻套外圆以 H7/n6 或 H7/r6 配合直接压入钻模板或夹具体的孔中，如果在使用过程中不需更换钻套，则用固定钻套较为经济，钻孔的位置也较高。适用于单一钻孔工序和小批生产。
图6-55 标准钻套
② 可换钻套
图6-55（c)为可换钻套。当生产量较大，需要更换磨损后的钻套时，使用这种钻套较为方便。为了避免钻模板的磨损，在可换钻套与钻模板之间按 H7/r6 的配合压入衬套。可换钻套的外圆与衬套的内孔一般采用 H7/g6 或 H7/h6 的配合，并用螺钉加以固定，防止在加工过程中因钻头与钻套内孔的摩擦使钻套发生转动，或退刀时随刀具升起。
③ 快换钻套
当加工孔需要依次进行钻、扩、铰时，由于刀具的直径逐渐增大，需要使用外径相同，而孔径不同的钻套来引导刀具。这时使用如图6-55（d）、6-55（e)所示的快换钻套可以减少更换钻套的时间。它和衬套的配合同于可换钻套，但其锁紧螺钉的突肩比钻套上凹面略高，取出钻套不需拧下锁紧螺钉，只需将钻套转过一定的角度，使半圆缺口或削边正对螺钉头部即可取出。但是削边或缺口的位置应考虑刀具与孔壁间摩擦力矩的方向，以免退刀时钻套随刀具自动拔出。
以上三类钻套已标准化，其规格可参阅有关夹具手册。
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。图6-56为几种特殊钻套的结构。
图6-56 特殊钻套
当钻模板或夹具体不能靠近加工表面时，使用图 6-56（a）所示的加长钻套，使其下端与工件加工表面有较短的距离。扩大钻套孔的上端是为了减少引导部分的长度，减少因摩擦使钻头过热和磨损。图 6-56（b）用于斜面或圆弧面上钻孔，防止钻头切入时引偏甚至折断。图6-56（c）是当孔距很近时使用的，为了便于制造在一个钻套上加工出几个近距离的孔。图6-56（d）是需借助钻套作为辅助性夹紧时使用。图6-56(e)为使用上下钻套引导刀具的情况。当加工孔较长或与定位基准有较严的平行度、垂直度要求时，只在上面设置一个钻套 2，很难保证孔的位置精度。对于安置在下方的钻套 4 要注意防止切屑落入刀杆与钻套之间，为此，刀杆与钻套选用较紧的配合（H7/h6）。
6.9.3 铣床夹具
1. 铣床夹具的分类
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。
（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。
图6-57是铣削轴端方头的夹具，采用平行对向式多们联动夹皮机械，旋转夹紧螺母6，通过球面垫圈及压板7将工件压在V形块上。四把三面刃铣刀同时铣完两个侧面后，取下楔块5，将回转座4转过90°，再用楔块5将回转座定位并楔紧，即可铣削工件的另两个侧面。
图6-57 轴端铣方头夹具
（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。
图6-58所示是在立式铣床上圆周进给铣拔叉的夹具。通过电动机、蜗轮副传动机构带动回转工作台 6 回转。夹具上可同时装夹 12 个工件。工件以一端的孔、端面及侧面在夹具的定位板、定位销 2 及挡销 4 上定位。由液压缸 5 驱动拉杆 1，通过开口垫圈 3 夹紧工件。图中 AB 是加工区段，CD 为工件的装卸区段。
图6-58 圆周进给铣床夹具
1－拉杆 2－定位销 3－开口垫圈 4－挡销 5－液压缸 6－工作台
2. 铣床夹具的设计要点
定向键和对刀装置是铣床夹具的特殊元件。
（1）定向键 定向键安装在夹具底面的纵向槽中，一般使用两个，其距离尽可能布置得远些，小型夹具也可使用一个断面为矩形的长键。通过定向键与铣床工作台 T 形槽的配合，使夹具上元件的工作表面对于工作台的送进方向具有正确的相互位置。定向键可承受铣削时所产生的扭转力矩，可减轻夹紧夹具的螺栓的负荷，加强夹具在加工过程中的
稳固性。因此，在铣削平面时，夹具上也装有定向键。定向键的断面有矩形和圆柱形两种，常用的为矩形。如图6-59所示。
图6-59 定向键
定向精度要求高的夹具和重型夹具，不宜采用定向键，而是在夹具体上加工出一窄长平面作为找正基面，来校正夹具的安装位置。
（2）对刀装置 对刀装置由对刀块和塞尺组成，用以确定夹具和刀具的相对位置。对刀装置的形式根据加工表面的情况而定，图6-60为几种常见的对刀块：6-60（a）为圆形对刀块，用于加工平面；6-60（b）为方形对刀块，用于调整组合铣刀的位置；6-60（c）为直角对刀块，用于加工两相互垂直面或铣槽时的对刀；6-60（d)为侧装对刀块，亦用于加工两相互垂直面或铣槽时的对刀。这些标准对刀块的结构参数均可从有关手册中查取。对刀调整工作通过塞尺（平面型或圆柱型）进行，这样可以避免损坏刀具和对刀块的工作表面。塞尺的厚度或直径一般为 3～5mm，按国家标准 h6 的公差制造，在夹具总图上应注明塞尺的尺寸。
图6-60 标准对刀块及对刀装置
（a）圆形对刀块（GB/T2240－91） （b）方形对刀块（GB/T2241－91） （c）直角对刀块（GB/T2242－91） （d）侧装对刀块（GB/T2243－91） （e)对刀块
1－对刀块 2－对刀平塞尺 3－对刀圆柱塞尺
采用标准对刀块和塞尺进行对刀调整时，加工精度不超过 IT8 级公差。当对刀调整要求较高或不便于设置对刀块时，可以采用试切法；标准件对刀法；或用百分表来校正定位元件相对于刀具的位置，而不设置对刀装置。
（3）夹具体 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，夹具体的高宽比限制在 H/B≤1～1.25 范围内，如图6-61所示。铣床夹具与工作台的连接部分应设计耳座，因连接要牢固稳定，故夹具上耳座两边的表面要加工平整。
图6-61 铣床夹具的本体
铣削加工时，产生大量切屑，夹具应有足够的排屑空间，并注意切屑的流向，使清理切屑方便。对于重型的铣床夹具在夹具体上要设置吊环，以便于搬运。
6.9.4 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。由此可知，采用镗模后，镗孔的精度便可不受机床精度的影响。镗模广泛应用于高效率的专用组合镗床（又称：联动镗床）和一般普通镗床。即使缺乏上述专门的镗孔设备的中小工厂，也可以利用镗模来加工精密孔系。
1．镗模的组成
图6-62中是加工磨床尾架孔用的镗模。工件以夹具体底座上的定位斜块9和支承板10作主要定位。转动压紧螺杆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，则是靠铰链压板5。压板通过活节螺栓和螺母7来操纵。镗杆是由装在镗模支架2上的镗套1来导向。镗模支架则用销钉和螺钉准确地固定在夹具体底座上。
图6-62 加工磨床尾架孔的镗模
由图中可知，一般镗模是由下述四部分组成：
（1）定位元件
（2）夹紧装置
（3）导引元件（镗套）
（4）夹具体（镗模支架和镗模底座）
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关系。因为镗套的结构决定了镗套位置的准确度和稳定性。
镗套的结构型式一般分为以下两类固定式镗套和回转式镗套：
（1）固定式镗套
固定式镗套的结构，和前面介绍的一般钻套的结构基本相似。它是固定在镗模支架上而不能随镗杆一起转动，因此镗杆与镗套之间有相对运动，存在摩擦。
固定式镗套具有外形尺寸小，结构紧凑；制造简单；容易保证镗套中心位置的准确等优点。但是固定式镗套只适用于低速加工，否则镗杆与镗套间容易因相对运动发热过高而咬死，或者造成镗杆迅速磨损。
固定式镗套结构已标准化，设计时可参阅国标相关手册。
（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。当在高速镗孔时，这样便能避免镗杆与镗套发热咬死，而且也改善了镗杆磨损情况。特别是在立式镗模中，若采用上下镗套双面导向，为了避免因切屑落入下镗套内而使镗杆卡住，故而下镗套应该采用回转式镗套。
由于回转式镗套要随镗杆一起回转，所以镗套要有轴承支承，按轴承不同分为滑动镗套和滚动镗套。
（a） （b）
图6-63 常用外滚式镗套
图6-63（a）为滑动镗套，由滑动轴承来支承。
滑动镗套的具有以下特点：
①与滚动镗套相比，径向尺寸小，因而适用于孔中心距较小而孔径却很大的孔系加工。
②减振性较好，有利于降低被镗孔的粗糙度值。
③承载能力比滚动镗套大。
④若润滑不够充分，或镗杆的径向切削负荷不均衡，则易使镗套和轴承咬死。
⑤工作速度不能过高。
图6-63（b）为外滚式镗套。由滚动轴承来支承。滚动镗套的具有如下特点：
①采用滚动轴承（标准件），使设计、制造、维修都简化方便。
②采用滚动轴承结构，润滑要求比滑动镗套低。可在润滑不充分时，取代滑动镗套。
③采用向心推力球轴承的结构，可按需要调整径向和轴向间隙，还可用使轴承预加载荷的方法来提高轴承刚度。因而可以在镗杆径向切削负荷不平衡情况下使用。
④结构尺寸较大，不适用于孔心距很小的镗模。
⑤镗杆转速可以很高，但其回转精度，受滚动轴承本身精度的限制，一般比滑动模套要略低一些。
图6-64为“内滚式”滚动镗套。
图6-64 “内滚式”滚动镗套
这种镗套的回转部分是安装在镗杆上的。图中1就是“内滚式”镗套。镗杆3在轴承内环孔中一起相对外环回转；固定支承套2起导引作用，但它和“内滚式”镗套只有相对移动而没有回转运动。
“内滚式”镗套，因镗杆上装了轴承，其结构尺寸很大，这是不利的。但这种结构可使刀具顺利通过“内滚式”镗套的固定支承套，无需有引刀槽，或其他引刀结构。所以在前后双导引的镗套结构中，常在前镗套采用“外滚式”镗套，后镗套采用“内滚式”镗套。
标准镗套的材料与主要技术条件可参阅有关设计资料。
3．镗杆
（1）镗杆结构
图6-65 镗杆导向部分结构
镗杆的导引部分结构，见图6-65所示。图6-65（a）是开有油槽的圆柱导引，这种结构最简单但与镗套接触面大，润滑不好，加工时又很难避免切屑进入导引部分。常常容易产生“咬死”现象。
图6-65（b）和图6-65（c）是开有直槽和螺旋槽的导引。它与镗套的接触面积小，沟槽又可以容屑，情况比图6-65（a）要好。但一般切削速度仍不宜超过20米/分。
图6-65（d）是镶滑块的导引结构。由于它与导套接触面小，而且用铜块时的摩擦较小，其使用可较高一些，但滑块磨损较快。采用钢滑块可比铜滑块磨损小，但与镗套摩擦又增加了。滑块磨损后，可在滑块下加垫，再将外圆修磨。
当采用带尖头键的“外滚式”镗套时，镗杆导引端部应做成图6-66所示的带螺旋导引结构，其螺旋角应小于45。端部有了螺旋导引后，当不转的镗杆伸入带尖有关当局键盘的滚动镗套时，即使镗杆键槽没有对准镗套上的键，则可利用螺旋面镗动尖头键使镗套回转而进入键槽。
图6-66 镗杆端部螺旋导引结构
若回转镗套上开键槽，则镗杆应带键，一般键盘都是弹性的，能受压缩后伸入镗套，在回转中自动对键槽。同时，当镗套发生卡死时，还可打滑起保护作用。
镗杆上的装刀孔应错开布置，以免过分削弱镗杆的强度与刚度。并尽可能考虑到各切削刃切削负荷的相互平衡以减少镗杆变形，改善镗杆与镗套的磨损情况。
镗杆要求表面硬度高而内部有较好的韧性。因此采用20钢、20Cr钢等渗碳钢，渗碳淬火硬度HRC61~63。要求较高时，呆用氮化钢38CrMoAIA，但热处理工艺复杂。大直径的镗杆，也可用45钢、40Cr钢或65Mn钢。
4．浮动接头
在双镗套导向时，镗杆与机床主轴都是浮动连接，采用浮动接头。图6-67是一种普通的浮动接头结构。浮动接头能补偿镗杆轴线和机床主轴的同轴度误差。
图6-67 浮动接头结构
5．镗模支架
镗模支架是组成镗模的重要零件之一。它是供安装镗套和承受切削力用的。因此，它必须具有足够的刚度和稳定性。为了满足上述功用与要求，防止镗模支架受力振动和变形，在结构上应考虑有较大的安装基面和设置必要的加强筋。
镗模支架上不允许安装夹紧机构或承受夹紧反力。前面图6- 62 所示的镗模结构，就是遵守这一准则的例子。图中为了不使构模支架因受夹紧反力作用而发生变形，所以特别在支架上开孔使螺钉6穿过。如果在支架上加工出螺孔，而使螺钉6直接拧在此螺孔中去顶紧工件，则这时支架必然受到螺钉所产生的夹紧反力的作用而引起支架变形，从而影响支架上镗套的位置精度，进而影响镗孔精度。
镗模支架与镗模底座的连接，一般仍沿用销钉定位、螺钉紧固的型式。
镗模支架的材料，一般采用灰铸铁。
6．镗模底座
镗模底座要承受包括工件、镗杆、镗套、镗模支架、定位元件和夹紧装置等在内的全部重量以及加工过程中的切削力，因此底座的刚性要好，变形要小。通常，镗模底座的壁厚较厚，而且底座内腔设有十字形加强筋。
设计时，还须注意下面几点：
（1）在镗模上应设置供安装找正用的找正基面。供在机床上正确安装镗模底座时找正用。找正基面与镗套中心线的平行度应在300：0.01mm内。
（2）镗模重量一般都很重，为便于吊装，应在底座上设置供起吊用的吊环螺钉或起重螺栓。
（3）镗模底座的上平面，应按所要安装的各元件位置，做出相配合的凸台表面，其凸出高度约为3~5mm，以减少刮研的工作量。
（4）镗模底座材料一般用灰铸铁，牌号为HT20-40。在毛坯铸造后和粗加工后，都需要进行时效处理。
6.10 专用夹具的设计方法
6.10.1 夹具设计的要求
夹具设计时，应满足以下主要要求：
（1）所设计的专用夹具，应当既能保证工序的加工精度又能保证工序的生产节拍。特别对于大批量生产中使用的夹具，应设法缩短加工的基本时间和辅助时间。
（2）夹具的操作要方便、省力和安全。若有条件，尽可能采用气动、液压以及其它机械化自动化的夹紧机构，以减轻劳动强度。同时，为保证操作安全，必要时可设计和配备安全防护装置。
（3）能保证夹具一定的使用寿命和较低的制造成本。夹具的复杂程度应与工件的生产批量相适应，在大批量生产中应采用气动、液压等高效夹紧机构；而小批量生产中，则宜采用较简单的夹具结构。
（4）要适当提高夹具元件的通用化和标准化程度。选用标准化元件，特别应选用商品化的标准元件，以缩短夹具的制造周期，降低夹具成本。
（5）应具有良好的结构工艺性，以便于夹具的制造和维修。
以上要求有时是相互矛盾的，故应在全面考虑的基础上，处理好主要矛盾，使之达到较好的效果。
6.10.2 夹具的设计方法和步骤
1. 设计准备
根据设计任务书，明确本工序的加工技术要求和任务，熟悉加工工艺规程、零件图、毛坯图和有关的装配图，了解零件的作用、形状、结构特点和材料，以及定位基准、加工余量、切削用量和生产纲领等。
收集所用机床、刀具、量具、辅助工具和生产车间等资料和情况。
收集夹具的国家标准、部颁标准、企业标准等有关资料及典型夹具资料。
2. 夹具结构方案设计
这是夹具设计的重要阶段。首先确定夹具的类型、工件的定位方案，选择合适的定位元件；再确定工件的夹紧方式，选择合适的夹紧机构、对刀元件、导向元件等其它元件；最后确定夹具总体布局、夹具体的结构形式和夹具与机床的联接方式，绘制出总体草图。对夹具的总体结构，最好设计几个方案，以便进行分析、比较和优选。
3. 绘制夹具总图
总图的绘制，是在夹具结构方案草图经过讨论审定之后进行的。总图的比例一般取 1：1，但若工件过大或过小，可按制图比例缩小或放大。夹具总图应有良好的直观性，因此，总图上的主视图，应尽量选取正对操作者的工作位置。在完整地表示出夹具工作原理的基础上，总图上的视图数量要尽量少。
总图的绘制顺序如下：先用黑色双点划线画出工件的外形轮廓、定位基准面、夹紧表面和被加工表面，被加工表面的加工余量可用网纹线表示。必须指出：总图上的工件，是一个假想的透明体，因此，它不影响夹具各元件的绘制。此后，围绕工件的几个视图依次绘出：定位元件、对刀（或导向）元件、夹紧机构、力源装置等的夹具体结构；最后绘制夹具体；标注有关尺寸、形位公差和其它技术要求；零件编号；编写主标题栏和零件明细表。
夹具的设计方法可用框图6-68表示
图6-68 夹具的设计方法
6.10.3 夹具总图的主要尺寸和技术条件
1．夹具总图上应标注的主要尺寸
（1）外形轮廓尺寸 是指夹具的最大轮廓尺寸，以表示夹具在机床上所占据的空间尺寸和能活动的范围。
（2）工件与定位元件之间的联系尺寸 如工件定位基面与定位件工作面的配合尺寸、夹具定位面的平直度、定位元件的等高性、圆柱定位销工作部分的配合尺寸公差等，以便控制工件的定位精度。
（3) 对刀或导向元件与定位元件之间的联系尺寸 这类尺寸主要是指对刀块的对刀面至定位元件之间的尺寸、塞尺的尺寸、钻套导向孔尺寸和钻套孔距尺寸等。
（4) 与夹具安装有关的尺寸 这类尺寸用以确定夹具体的安装基面相对于定们元件的正确位置。如铣床夹具定向键与机床工作台上T型槽的配合尺寸；车、磨夹具与机床主轴端的连接尺寸；以及安装表面至定位表面之间的距离尺寸和公差。
（5) 其它配合尺寸 主要是指夹具内部各组成元件之间的配合性质和位置关系。如定位元件和夹具体之间、钻套外径与衬套之间、分度转盘与轴承之间等的尺寸和公差配合。
2．夹具总图上应标注的位置精度 通常应标注以下三种位置精度：
（1） 定位元件之间的位置精度
（2）连接元件（含夹具体基面）与定位元件之间的位置精度
（3） 对刀或导向元件的位置精度 通常这类精度是以定位元件为基准，为了使夹具的工艺基准统一，也可取夹具体的基面为基准。 夹具上与工序尺寸有关的位置公差，一般可按工件相应尺寸公差的（1/2~1/5）估算。其角度尺寸的公差及工作表面的相互位置公差，可按工件相应值的（1/2~1/3）确定。
3．夹具的其它技术条件
夹具在制造上和使用上的其它要求，如：夹具的平衡和密封、装配性能和要求、磨损范围和极限、打印标记和编号及使用中应注意的事项等，要用文字标注在夹具总图上。
习 题：
一．简答题：
6-1．工件在夹具中定位、夹紧的任务是什么？
6-2．一批工件在夹具中定位的目的是什么？它与一个工件在加工时的定位有何不同？
6-3．何谓重得定位与欠定位？重复定位在哪些情况下不允许出现？欠定位产生的后果是什么？
6-4．辅助支承起什么作用？使用应注意什么问题？
6-5．选择定位基准时，应遵循哪些原则？
6-6．夹紧装置设计的基本要求是什么？确定夹紧力的方向和作用点的原则有哪些？
6-7．何谓联动夹紧机构？设计联运夹紧机构时应注意哪些问题？
6-8．夹具体的结构型式有几种？
二．定位分析题：
1．根据工件的加工要求，确定工件在夹具中定位时应限制的自由度。
6-9．如题6-69图所示，镗фD孔。其余表面已加工。
6-10 如题6-70图所示，加工尺寸为41±0.1mm、角度450±10ˊ的斜面，其余尺寸均已加工。
图6-69 图6-70
6-11．如题6-71图所示，同时钻2－фd孔，A面、фD均已加工。
6-12．如题6-72图所示，钻фd孔，A面、фD均已加工。
图6-71 图6-72
6-13．如题6-73图所示，在一个夹具上钻、铰ф8H7及ф6H7孔，其余表面均已加工。
6-14．如题6-74图所示，加工ф8+00.05 mm孔，其余表面均已加工。
图6-73
图6-74
2．试确定各定位元件限制了工件哪几个自由度？分别属于哪种定位方式？
6-15．如题6-75图所示，钻孔фC。
图6-75
6-16．如图6-76所示，镗前面大孔。
图6-76
6-17．如题6-77 ——图6-78图所示。
图6-77 图6-78
三．夹紧分析题：
6-18．试分析图示各夹紧机构中夹紧力的方向和作用点是否合理？若不合理应如何改进？
图6-79
6-19．试分析图示的各夹紧机构是否合理？怎样改进？
图6-80