第一節 車床夾具
一、夾具的基本概念
（一）夾具的定義和分類在機床上用以裝夾工件的裝置，稱為機床夾具。機床夾具按機床種類可分為車床夾具、銑床夾具、鏜床夾具、鑽床夾具、磨床夾具等。
機床夾具又可分為通用夾具和專用夾具兩類。通用夾具是指加工兩種或兩種以上工件的同一夾具。如車床上的四爪單動卡盤和通用心軸等。專用夾具是專為某一工件的某一工序而設計的夾具。本課題重點介紹專用夾具。
如果按夾具的元件組合特點來劃分，有不能重新組合的夾具和能夠重新組合的夾具，後者稱為組合夾具。
（二）夾具的作用
１．保證產品質量
采用夾具後，工件上有關表麵的互相位置精度可由夾具保證，比劃線找正所達到的精度高，能保證產品質量。
２．提高勞動生產率
采用夾具後，可省去劃線工序，減少校正時間，因而提高了勞動生產率。如果再采用氣動或液壓傳動夾緊裝置，則效果更為顯著，並能使工人的勞動強度大為減輕。有些夾具可同時裝夾幾個工件，勞動生產率更能顯著提高。
３．解決機床加工裝夾中的特殊零件的加工
例如，箱體支架類零件，如果不采用夾具進行加工，就很難達到圖樣要求。有些工件不論數量多少，不用夾具是無法加工的。
４．擴大機床的工藝範圍
在單件和小批生產時，工件的種類多而數量少，有些工廠在機床種類不齊全的情況下，可以采用夾具來擴大機床的工藝範圍，如在車床上附加鏜孔夾具或磨頭，就能在車床上進行鏜削和磨削等工序。
（三）夾具的組成
生產中使用的夾具種類很多，把作用相同的元件歸納在一起，一般由下列幾個部分組成：
１．定位裝置
圓弧定位體５、定位銷３等。其作用是保證工件在夾具中占有正確的位置。
２．夾緊裝置
螺栓、螺母、壓板。其作用是工件定位後將其固定，使其在加工過程中保持定位位置不變。
３．夾具體
夾具體６。它們是夾具的基座，其作用是把定位、夾緊等裝置連接成為一個整體，並用於機床有關部位的連接，以確定夾具相對機床的位置。
４．輔助裝置
平衡塊１等屬輔助裝置。輔助裝置是根據夾具的實際情況來決定的。
二、工件的定位
（一）定位和基準的基本概念
１．工件定位確定工件在機床上或夾具中有正確位置的過程，叫做工件的定位。工件的定位是靠工件上某些表麵和夾具中的定位元件（或裝置）相接觸來實現的。工件的定位必須使一批工件逐次放在夾具中都能占有同一位置。能否保證工件位置的一致性，將直接影響工件的加工精度。因此，工件的定位十分重要。
２．基準的概念
基準是確定生產對象上幾何要素間的幾何關係所依據的那些點、線、麵。簡單說，基準就是依據的意思。
基準可分為設計基準和工藝基準兩大類。工藝基準又分定位基準、測量基準和裝配基準等幾種。這裏隻介紹與夾具設計有關的設計基準和定位基準。
設計圖樣上采用的基準，稱為設計基準。
在加工中用作定位的基準，稱為定位基準。
工件定位基準一經確定，工件其他部分的位置也就隨之確定。軸承座是用底麵Ａ和側麵Ｂ來定位的。因為工件是一個整體，當表麵Ａ和Ｂ的位置一確定，φ２０Ｈ７內孔軸線的位置也確定了。表麵Ａ和Ｂ就是軸承座的定位基準。
工件定位時，作為定位基準的點和線，往往由某些具體表麵體現出來，這種表麵稱為定位基麵。例如，用兩頂尖裝夾車軸時，軸的兩中心孔就是定位表麵。但它體現的定位基準則是軸的軸線。
（二）工件的六點定位原理
位於任意空間的剛體是一個自由體，它對於相互垂直的三個坐標軸共有六個自由度，。
沿Ｘ軸方向的移動，以Ｘ表示；沿Ｘ軸方向的轉動，以Ｘ表示；
沿Ｙ軸方向的移動，以Ｙ，表示；沿Ｙ軸方向的轉動，以Ｙ表示；
沿Ｚ軸方向的移動，以Ｚ表示；沿Ｚ軸方向的轉動，以Ｚ表示。
六個自由度是工件在空間位置不確定的最高程度。定位的項目，就是限製工件的自由度。
在夾具中，用分布適當的與工件接觸的六個支承點，來限製工件六個自由度的原理，稱為六點定位原理。
下麵介紹應用定位原理的幾種情況：
１．完全定位
工件的六個自由度全部被限製，它在夾具中隻有唯一的位置，稱為完全定位。下麵介紹三個例子。六個支承（定位元件），如果工件每次都裝到與六個支承相接觸的位置，這批工件就獲得唯一位置。其中工件的底麵Ａ放在三個支承上，限製了工件的Ｚ、Ｘ和Ｙ自由度；側麵Ｂ靠在兩個支承上，限製了Ｘ和Ｚ兩個自由度；端麵Ｃ與一個支承接觸，限製了Ｙ－個自由度。
２．不完全定位
工件定位時，並非所有情況下都必須使工件完全定位。在滿足加工要求的前提下，少於六個支承點的定位，稱為不完全定位。
在滿足加工要求的前提下，采用部分定位和簡化定位裝置，在生產中應用很多。如工件裝夾在電磁吸盤上磨削平麵隻需限製三個自由度；又如用三爪自定心卡盤裝夾車削外圓時，工件一般隻須限製四個自由度。
３．欠定位
當定位點少於工件應該限製的自由度，使工件不能正確定位時，稱為欠定位。欠定位不能保證加工要求，往往會產生廢品，因此，是絕對不允許的。
４．過定位
幾個定位支承點重複限製同一個自由度，稱為過定位。當定位點超過六點，其中必有幾點是過定位。
例如，用一夾一頂裝夾工件。當卡盤夾持部分較長時，相當於四個支承點，限製了Ｚ、Ｚ、Ｙ、Ｙ自由度；後頂尖限製了Ｚ和Ｙ兩個自由度。其中Ｚ和ＹＺ重複定位。因此，當卡爪夾緊後，後頂尖就往往頂不到中心處。如果強製頂住，工件容易變形。所以用一夾一頂裝夾工件時，卡爪夾持部分應短些（相當於兩個支承點，隻限製Ｚ和Ｙ兩個自由度）。
（三）工件的定位方法和定位元件
１．工件以平麵定位工件以平麵定位時的定位元件，主要有以下幾種：
（１）支承釘支承釘的標準結構有平頭式、球麵式和網紋頂麵式三種。Ａ型平頭支承釘，適用於已加工平麵的定位，因為是麵接觸，所以可減少支承釘頭部的磨損。Ｂ型球麵支承釘，適用於未加工平麵的定位，因為是點接觸，頭部易磨損。Ｃ型網紋頂麵支承釘，有利於增大摩擦力，但在水平位置時，容易積屑，影響定位，故常用於未加工過的側平麵定位。
支承釘材料一般為Ｔ７Ａ，或２０鋼滲碳淬硬至６０～６４ＨＲＣ。
為了使所有的支承釘等高，平頭支承釘頭部留有０．２～０．３ｍｍ餘量，待支承釘全部裝配後再一次磨平。
（２）支承板支承板適用於精加工過的平麵定位。Ａ型支承板沉頭螺釘凹坑處積屑不易清除，會影響定位，所以僅用於側平麵定位；Ｂ型支承板由於有斜槽，易清除切屑，且支承板與工件接觸少，定位較準確。
（３）可調支承可調支承頂端位置能在一定範圍內調整，支頂螺釘調整後用螺母鎖緊。可調支承一般多用於毛坯麵的定位。
（４）輔助支承當工件由於結構上的特點使定位不穩定或工件局部剛性較差而容易變形時，可在工件的適當部位設置輔助支承。這種支承在定位支承對工件定位後才參與支承，僅與工件適當接觸，不起任何消除自由度的作用。
２．工件以外圓定位
工件以外圓定位，最常見的定位元件有Ｖ形塊、半圓弧定位等裝置。
（１）在Ｖ形塊上定位工件在Ｖ形塊上定位的情況。Ｖ形塊定位的特點是：當工件定位外圓直徑變化時，可保證圓柱體軸線在Ｘ軸方向的定位誤差為零，但在Ｚ軸方向有定位誤差。
（２）在半圓弧上定位，這種裝置的下半圓弧固定在夾具上，起定位作用。上半圓弧是活動的，起夾緊作用。由於工件在半圓弧上定位時與夾具的接觸麵較大，表麵不易夾毛，因此，適用於外圓已精加工過的工件。為了保證定心良好、半圓弧的下部應適當挖空。
３．工件以內孔定位
在車削齒輪、套筒、盤類等零件的外圓時，一般以加工好的孔作為定位基準比較方便，並能保證外圓軸線和內孔軸線的同軸度要求。工件的圓柱孔常用圓柱心軸、小錐度心軸等定位。對於帶有錐孔、螺紋孔、花鍵孔的工件定位，常用相應的錐體心軸、螺紋心軸和花鍵心軸定位。
（１）在圓柱心軸上定位圓柱心軸是以外圓柱麵定心、端麵壓緊來裝夾工件的。心軸和工件孔一般采用Ｈ７／ｈ６的間隙配合，所以工件能很方便的地套在心軸上。但是，由於配合間隙較大，一般隻能保證同軸度０．０２ｍｍ左右。
（２）在小錐度心軸上定位為了消除間隙，提高心軸的定位精度，心軸可做成錐體。但錐體的錐度應很小，否則工件在心軸上會產生傾斜。常用的錐度Ｃ＝１／１０００～１／５０００。定位時，工件楔緊在心軸上，楔緊後孔會產生彈性變形，從而使工件不致傾斜。
小錐度心軸的優點是靠楔緊產生的摩擦力帶動工件，不需要其他夾緊裝置；定心精度高，可達０．００５～０．０１ｍｍ（Ｃ愈小，定位精度愈高）。缺點是工件在軸向無法定位，一般適用於工件的定位孔的公差等級為ＩＴ７以上，如工件定位孔精度較低，則工件的軸向位置變化很大，不宜采用。
（３）圓錐心軸當工件帶有圓錐孔時，一般可用於工件孔相同的圓錐心軸定位。如圓錐半角小於自鎖角（錐度Ｃ＜１／４）時，為了卸下工件方便，可在心軸大端配上一個旋出工件的螺母。
（４）螺紋心軸最簡單的螺紋心軸。工件旋緊後，以其端麵頂在心軸支承肩麵上來定位。使用這種心軸時，工件上要有安放扳手的表麵，以便容易卸下工件。為了拆卸工件方便，也有在螺紋心軸上帶螺母的。螺紋心軸的缺點是由於受螺紋牙形誤差的影響，定位精度一般不高。
（５）工件以兩孔一麵定位當工件以兩個平行的孔與跟其相垂直的平麵作為定位基準時，可用一個圓柱銷、一個削邊銷和一個平麵作定位元件來定位。這種定位方法在加工軸承座、箱體零件時經常使用，常用定位元件的定位方法。
（四）工件的定位誤差
工件在夾具中定位時，其位置會在一定範圍內變動，這樣就產生了定位誤差，影響了加工精度。
工件在夾具中加工時，影響位置精度的因素有以下三個方麵：
１．定位誤差（△定位）
工件在定位時產生的誤差，稱為定位誤差。如使用心軸、定位套和Ｖ形塊定位時，由於工件定位基準麵和定位元件的製造誤差以及軸與孔之間的間隙存在，使工件產生定位誤差。
２．夾具安裝誤差（△夾安）
夾具安裝在機床上，必須進行校正或采用某個定位麵定位，這樣也會產生一定的誤差。夾具在安裝時產生的誤差，稱為夾具安裝誤差。
３．加工誤差（△加工）
機床本身的精度、刀具磨損和振動以及機床一夾具一工件在加工過程中彈性變形等均會影響工件的精度。這類誤差，稱為加工誤差。
為了保證加工誤差，必須使上述所有的誤差對工件加工的綜合影響控製在工件的公差δ工的範圍內，即
△定位＋△夾安＋△加工≤δ工（６－１）
此不等式成為夾具的誤差計算的不等式，也是保證工件加工精度的必要條件。
根據以上分析可知，在設計夾具時，定位元件的公差，可粗略地選擇工件公差的１／３左右。如加工兩孔距的公差為±０．０１５ｍｍ，則夾具上兩定位元件軸線之間公差選±０．００５ｍｍ左右。
三、工件的夾緊
工件定位後將其固定，使其在加工過程中保持定位位置不變的裝置，稱為夾緊裝置。
（一）對加緊裝置的基本要求
（１）牢夾緊後，應保證工件在加工過程中的位置不發生變化。
（２）正夾緊時，應不破壞工件的正確的定位。
（３）快操作方便，安全省力，加緊迅速。
（４）簡結構簡單緊湊，有足夠的剛性和強度，且便於製造。
（二）夾緊力和夾緊時的注意事項夾緊力的確定包括夾緊力的大小、方向和作用點三個要素。
１．夾緊力的大小夾緊力必須保證工件在加工過程中位置不發生變化，但夾緊力也不能過大，過大會造成工件變形。夾緊力的大小可以計算，但一般用經驗估算的方法獲得。
２．夾緊力的方向
一般情況下，夾緊力的方向應符合下列要求：
１）夾緊力的方向要盡可能的垂直於工件的主要的定位基準麵，使夾緊穩定可靠，保證加工精度。
２）夾緊力的方向應盡量與切削力方向一致。
３．夾緊力的作用點
選擇夾緊力的作用點時應考慮以下原則：
１）夾緊力的作用點應盡可能地落在主要定位麵上，這樣可保證夾緊穩定可靠。
２）夾緊力的作用點應與支承件對應，並盡量作用在工件的剛性較好的部分，如果夾緊力作用，工件會產生較大的變形。改為作用，就有利於減小夾緊變形。尤其對一些內孔精度要求較高的薄壁工件，特別要防止夾緊變形。如精車薄壁套的內孔時不能用三爪自定心卡盤徑向夾緊。因為夾緊力徑向作用在工件的薄壁上，容易引起變形：隻能用車床夾具，用螺母端麵來壓緊工件，使夾緊力沿工件軸向分布，這樣可防止內孔產生夾緊變形。