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《机制工艺及夹具设计》讲稿
第一章 机械加工工艺规程设计
机械加工工艺规程：是规定产品或零件机械加工工艺过程和操作方法等的工艺文件
第一节 基本概念
一、机械产品生产过程与机械加工工艺过程
机械产品生产过程：是指从原材料到该产品出厂的全部劳动过程。
机械加工工艺过程：是机械产品生产过程的一部分，是对机械产品中的零件采用各种加工方法直接用于改变毛坯的形状、尺寸、表面粗糙度以及力学物理性能，使之成为合格零件的全部劳动过程。
二、机械加工工艺过程的组成
机械加工工艺过程由工序组成，
工序又分为：安装、工步、工位、走刀。
1.工序
工序：是指一个（或一组）工人在一个工作地点对一个（或同时几个）工件连续完成的那一部分工艺过程
图 1-1.jpg
2.安装
如果在一个工序中需要对工件进行几次装夹，则每次装夹下完成的那部分工序内容。
3.工位
在工件的一次安装中，通过分度（或移位）装置，使工件相对于机床床身变换加工位置，我们把每一个加工位置的安装内容称为工位。 1-2.jpg
4.工步
加工表面、切削刀具、切削速度和进给量都不变的情况下所完成的工位内容，称为一个工步。1-3.jpg 1-4.jpg 1-5.jpg 1-7.jpg
5.走刀 1-6.jpg
切削刀具在加工表面上切削一次所完成的工步内容，称为一次走刀。
三、生产类型与机械加工工艺规程
用工艺文件规定的机械加工工艺过程，称为机械加工工艺规程。
（一）年生产纲领和生产批量
企业根据市场需求和自身的生产能力决定生产计划。
生产纲领：在计划期内，应当生产的产品产量和进度计划。
年生产纲领：计划期为一年的生产纲领。
N=Qn(1+ %+ %) 件/年
生产批量：是指一次投入或产出的同一产品（或零件）的数量。
（二）生产类型
根据工厂（或车间、工段、班组、工作地）生产专业化程度的不同，可将生产类型分为：大量生产，成批生产和单件生产。
表1-4.jpg 表1-5.jpg
（三）机械加工工艺规程的作用
（四）机械加工工艺规程的格式
通常，机械加工工艺规程被填写成表格（卡片）的形式。在我国各厂使用的表格的形式不尽一致，但是其基本内容是相同的。
四、机械加工工艺规程的设计原则、步骤和内容
（一）机械加工工艺规程的设计原则
设计机械加工工艺规程应遵循如下原则：
1）必须可靠地保证零件图纸上所有的技术要求的实现。
2）在规定的生产纲领和生产批量下，一般要求工艺成本最低。
3）充分利用现有生产条件，少花钱，多办事。
4）尽量减轻工人的劳动强度，保障生产安全，创造良好、文明的劳动条件。
（二）设计机械加工工艺规程的步骤和内容
1）阅读装配图和零件图
2）工艺审查 表1-9-1.jpg 表1-9-2.jpg 表1-9-3.jpg
3）熟悉或确定毛坯
4）拟定机械加工工艺路线
5）确定工艺装备
6）确定各工序技术要求和检验方法
7）确定各工序的加工余量、计算工序尺寸、和公差。
8）确定其雪用量
9）确定时间定额
10）填写工艺文件
第二节 工件加工时的定位及基准
一、工件的定位
（一）工件的装夹
装夹有两个含义，即定位和夹紧。
定位：是指确定工件在机床或夹具中占有正确位置过程。
夹紧：是指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。
在生产实际中常用的装夹方式有三种：
1.直接找正装夹
工件的定位过程可以由操作工人直接在机床上利用千分表、划线盘等工具，找正某些有相互位置要求的表面，然后夹紧工件，称之为直接找正装夹。1-9.jpg
2.划线找正装夹图 1-10.JPG
3.夹具装夹 图1-8
（二）定位原理
1.六点定位原理
采用6个按一定规则布置的约束点，可以限制工件的6个自由度，实现完全定位，称为六点定位原理。 1-11.JPG
2.用定位元件代替约束点限制自由度 表1-10-1.jpg 表1-10-2.jpg
3.完全定位和不完全定位 1-12.JPG
根据工件加工面的位置（包括位置尺寸）要求，有时需要限制6个自由度，有时仅需要限制1个或几个（少于6个）自由度。前者称作完全定位，后者称作不完全定位。1-13.JPG 1-14.JPG 1-15.JPG
4.欠定位和过定位
（1）欠定位
根据工件加工面位置尺寸要求必须限制的自由度没有得到全部限制，或者说在完全定位和不完全定位中，约束点不足，这样的定位称为欠定位。1-16.JPG
（2）过定位 1-18.JPG
工件在定位时，同一个自由度被两个以上约束点约束，这样的定位被称为过定位（或称定位干涉）。1-17.JPG
二、基准
基准是用来确定生产对象上几何要素之间的几何关系所依据的哪些点、线或面。
（一）设计基准
设计者在设计零件时，根据零件在装配结构中的装配关系以及零件本身结构要素之间的相互关系，确定标注尺寸（或角度）的起始位置。这些尺寸（或角度）的起始位置称作设计基准。
（二）工艺基准
零件在加工艺过程中所采用的基准称为工艺基准。
1.工序基准
在工序图上用来确定本工序所加工表面加工后的尺寸、形状、位置的基准。称为工序基准。
2.定位基准
在加工时用于工件定位的基准，称为定位基准。
1）粗基准和精基准
2）附加基准
3.测量基准
在加工中或加工后用来测量工件形状、位置和尺寸误差，测量时采用的基准，称为测量基准。
4.装配基准
在装配时用来确定零件或部件在产品中的相对位置所采用的基准。
第三节 工艺路线的制定

一、 定位基准的选择
(一)粗基准的选择 1-21.jpg
1.保证相互位置要求的原则 1-22.jpg
2.保证加工表面加工余量合理分配的原则 1-23.jpg
3.便于工件装夹的原则
4.粗基准一般不得重复使用的原则. 1-24.jpg 1-25.JPG
（二）精基准的选择
选择精基准时要考虑的主要问题是如何保证设计技术要求的实现以及装夹准确、可靠、方便。
1.基准重合原则
应尽可能选择被加工表面的设计基准为精基准。
2. 基准统一原则
当工件以某一精基准定位，可以比较方便地加工大多数（或所有）其它表面，则应尽早地把这个基准面加工出来，并达到一定精度，以后工序均以它为精基准加工其它表面。 表1-11.jpg
3.互为基准原则
某些位置度要求很高的表面，常采用互为基准反复加工的办法来达到位置度要求。
4.自为基准原则
旨在减少表面粗糙度，减小加工余量和保证加工余量均匀的工序，常以加工面本身为基准进行加工。 1-26.JPG 表1-12.jpg
5.便于装夹原则
所选择的精基准，应能保证定位准确、可靠。夹紧机构简单，操作方便。
二、加工经济精度与加工方法的选择
（一）加工经济精度
加工经济精度：是指在正常加工条件下所能保证的加工精度和表面粗糙度。
（二）加工方法的选择
一般情况下，根据零件的精度（包括尺寸精度，形状精度和位置精度以及表面粗糙度）要求，考虑本车间（或本厂）现有工艺条件，考虑加工经济精度的因素选择加工方法。
三、典型表面的加工路线
（一）外圆表面的加工路线
1.粗车—半精车—精车
2.粗车—半精车—粗磨—精磨
3.粗车—半精车—精车—金刚石车
4.粗车—半精车—粗磨—精磨—研磨、超精加工、砂带磨、镜面磨或抛光
1-29.JPG
（二）孔的加工路线
1.钻—粗拉—精拉
2.钻—扩—铰—手铰
3.钻或粗镗—半精镗—精镗—浮动镗或金刚镗
1-34.JPG
4.钻（或粗镗）—粗磨—半精磨—精磨—研磨
1-33.JPG
（三）平面的加工路线
1.粗铣—半精铣—精铣—高速铣
2.粗刨—半精刨—精刨—宽刀精刨、刮研或研磨
3.粗铣（刨）—半精铣（刨）—粗磨—精磨—研磨、精密磨、砂带磨或抛光
4.粗拉—精拉
5.粗车—半精车—精车—金刚石车 1-37.JPG
四、工序顺序的安排
（一）工序顺序的安排原则
1.先加工基准面，再加工其它表面
2.一般情况下，先加工平面，后加工孔
3.先加工主要表面，后加工次要表面
4.先安排粗加工工序，后安排精加工工序
（二）热处理工序及表面处理工序的安排
（三）其它工序的安排
检查、检验工序，去毛刺、平衡、清洗工序等也是工艺规程的重要组成部分。
五、工序的集中与分散
工序集中：是使每个工序中包括尽可能多的工步内容，因而使总的工序数目减少，夹具的数目和工件的安装数目也相应地减少。
工序分散：是将工艺路线中的工步内容分散在更多的工序中去完成，因而每道工序的工步少，工艺路线长。
六、加工阶段的划分
当零件的精度要求比较高时，若将加工面从毛坯面开始到最终的精加工或精密加工都集中在一个工序中连续完成，则难以保证零件的精度要求，或浪费人力、物力资源。
第四节 加工余量、工序间尺寸及公差的确定
一、加工余量的概念
（一）加工总余量（毛坯余量）与工序余量
毛坯尺寸与零件设计尺寸之差称为加工总余量
余量公差:
其中 为加工面在本道工序的工序尺寸公差
加工面在上道工序的工序尺寸公差
1-38.JPG 1-39.JPG 1-40.JPG
（二）工序余量的影响因素
1.上工序的尺寸公差Ta
2.上道工序产生的表面粗糙度Ry（表面轮廓最大高度）和表面缺陷层深度Ha在本道工序加工时，应将它们切除掉。
3.上工序留下的需要单独考虑的空间误差，用符号ea表示。1-42.JPG
表1-18.jpg
4.本工序的装夹误差 综上所述, 1)对于单边余量
2)对于双边余量
二、加工余量的确定
1. 计算法
1) 镗孔、铰孔、拉孔
2) 磨外圆
3) 光整加工

2.查表法
3.经验法
三、工序尺寸与公差的确定
生产上绝大部分加工面都是在基准重合的情况下进行加工。所以，掌握基准重合情况下工序尺寸与公差的确定过程非常重要。

第五节 工艺尺寸链

一、直线尺寸链的基本计算公式
（一）极值法计算公式
1. 封闭环的基本尺寸等于各组成环基本尺寸的代数和

2. 封闭环的公差等于各组成环的公差之和
3. 封闭环的上偏差等于所有增环的上偏差之和减去所有减环的下偏差之和

4. 封闭环的下偏差等于所有增环的下偏差之和减去所有减环的上偏差之和
（二）概率法计算公式
1.将极限尺寸换算成平均尺寸： 2.将极限偏差换算成中间偏差： 3.封闭环中间偏差的平方等于各组成环中间偏差平方之和： 二、直线尺寸链在工艺过程中的应用
（一）工艺基准和设计基准不重合时工艺尺寸的计算
1.测量基准和设计基准不重合 1-43.JPG
2.定位基准和设计基准不重合 1-44.JPG
（二）一次加工满足多个设计尺寸要求的工艺尺寸计算 1-45.JPG
（三）表面淬火、渗碳层深度及镀层、涂层厚度工艺尺寸链
对那些要求淬火或渗碳处理，加工精度要求又比较高的表面，常常在淬火或渗碳处理之后安排磨削加工，为了保证磨后有一定厚度的淬火层或渗碳层，需要进行有关的工艺尺寸计算。1-47.JPG 1-48.JPG
（四）余量校核
校核加工余量，对加工余量进行必要的调整是制定工艺规程时不可少的工艺工作。
二、 工序尺寸与加工余量计算图表法 1-50.JPG
（一）绘制加工过程尺寸联系图
（二）工艺尺寸链查找
在尺寸联系图中，从结果尺寸的两端出发向上查找，遇到圆点不拐弯继续往上查找，遇到箭头拐弯，逆箭头方向水平找加工基准面，遇到加工基准面再向上拐，重复前面的查找方法，直至两条查找路线汇交为止。
（三）计算项目栏的填写 1-51.JPG

第六节 时间定额和提高生产率的工艺途径

一、时间定额
1.时间定额的概念 时间定额是指在一定生产条件下，规定生产一件产品或完成一道工序所消耗的时间。
2.时间定额的组成
（1）基本时间t基= （2）辅助时间t辅
（3）布置工作地时间t布置
（4）休息和生理需要时间t休
（5）准备与终结时间t准备
2. 单件时间和单件工时定额计算公式
单件生产时 单件时间的计算公式:T单件=t基+t辅+t布置+t休
成批生产时 单件工时定额的计算公式:T定额= T单件+t准备/n
大量生产时 单件工时定额的计算公式:T定额= T单件
二、提高生产率的工艺途径
（一）缩短基本时间
1.提高切削用量缩短基本时间
提高切削用量的主要途径是进行新型刀具材料的研究与开发。
2.采用复合工步缩短基本时间
（1）多刀单件加工 1-54.JPG 1-56.JPG 1-57.JPG
（2）单刀多件或多刀多件加工 1-58.JPG 1-59.JPG 1-60.JPG
将工件串联装夹或并联装夹进行多件加工，可有效地缩短基本时间。
（二）减少辅助时间和辅助时间与基本时间重叠
1.减少辅助时间
（1）采用先进夹具或自动上、下料装置减少装、卸工件的时间。
（2）提高机床操作的机械化与自动化水平，实现集中控制、自动调速与变速以缩短开、停车床和改变切削用量的时间。
２.使辅助时间与基本时间重叠
（1）采用可换夹具或可换工作台，在机床外装夹工件，可使装夹工件的时间与基本时间重叠。
（2）采用转位夹具或转位工作台，可在加工中完成工件的装卸，使装卸时间与基本时间基本重叠。1-61.JPG
（3）采用回转夹具或回转工作台进行连续加工 1-62.JPG 1-63.JPG 1-64.JPG
（4）采用在线检测的方法来控制加工过程中的尺寸，使测量时间与基本时间重叠。
（三）减少布置工作地时间
减少布置工作地时间，可在减少更换刀具的时间方面采取措施。
1-65.JPG 1-66.JPG
（四）减少准备与终结时间
准备与终结时间的多少，与工艺文件是否详尽清楚、工艺装备是否齐全、安装、调整是否方便有关。
第七节　　工艺方案的比较与技术经济分析

一、工艺方案比较
当用同一加工内容的集中工艺方案均能保证所要求的质量和生产率时，一般可通过经济评比加以选择。
全年的工艺成本Sn=VN+Cn
其中 V——每零件的可变费用（元/件）
N——零件的年生产纲领（件）
Cn——全年的不变费用（元）
单个零件的工艺成本Sd =V+
１. 当需评比的工艺方案均采用现有设备，或其基本投资相近时，工艺成本即可作为衡量各种工艺方案经济性的依据。
Sn=V1Nj+Cn1 =V2Nj+Cn2
1-67.JPG 1-68.JPG
２. 当需评比的工艺方案基本投资差额较大时，单纯比较其工艺成本是难以全面评定其经济性的，必须同时考虑不同方案的基本投资差额的回收期。
二、技术经济指标
当新建或扩建车间时，在确定了主要零件的工艺规程、工时定额、设备需要量和厂房面积等以后，通常要计算 车间的技术经济指标。
第八节 成组技术
一、成组技术的基本概念
成组技术：是从成组工艺发展起来的。
成组工艺：是把形状、工艺、尺寸相近似的零件组成一个零件族（组），按零件族统一制定工艺规程进行制造，这样就扩大了批量，便于采用高效率的生产方法，从而大大提高劳动生产率。
二、零件的成组分类编码
零件的分类编码：是用数字来描绘零件的名称、几何形状、工艺特征、尺寸和精度等，也就是零件特征的数字化。 1-76.JPG 1-77.JPG
三、产品零件设计的成组技术
在设计部门应用成组技术的主要手段是成组零件设计图册。
四、成组工艺
（一）划分零件族（组）
根据零件编码划分零件族（组）的方法主要有：
1）特征码域法
2）势函数法
3）生产流程分析法
（二）设计主样件和制定典型工艺
在零件组组成以后，选择一个能包括该组全部结构要素的主样件（多半是人为拟定的假想零件），编制其工艺规程。并使这个工艺规程适用于组内所有零件。
（三）机床的选择与布置
推行成组工艺时，机床的选择与布置可按下述四种情况来介绍：
1.成组单机
主要用于能在同一设备上基本加工完成的零件组，它可以是独立的成组加工机床或成组加工柔性制造单元。1-80.JPG
2.成组制造单元
将一个零件组的加工设备封闭在一块面积中，使管理和运输方便，其中有成组单机、也可有普通机床或专用机床。
3.成组流水线
是按零件组的成组工艺建立的，各台设备的工序节拍基本一致。
4.成组加工柔性制造系统
成组加工柔性制造系统是成组工艺的最高组织形式。
（四）设计成组工艺装备
在实施成组加工中，当工件变换时，一般不更换夹具而只做适当调整。
五、成组技术的效益
第九节 计算机辅助工艺过程设计
计算机辅助工艺过程设计是指用计算机编制零件的加工工艺过程
一、计算机辅助工艺过程设计的基本方法
（一）样件法
在成组技术的基础上，将同一零件族中所有零件的主要形面特征合成主样件，再按主样件制定出适合本厂条件的典型工艺规程，并以文件的形式存储在计算机中。1-84.JPG
（二）创成法
利用对各种工艺决策制定的逻辑算法语言自动地生成工艺规程。
（三）综合法
以样件法为主，创成法为辅。
二、样件法CAPP的基本原理
（一）各种工艺信息的数字化
1.零件编码的矩阵化
按照所选用的零件分类编码系统，将本厂所生产的零件进行编码。1-85.JPG
2.零件组特征的矩阵化
将同一零件组内所有零件的编码都转换成特征矩阵，并叠加起来，就得到零件组的特征矩阵。
3.主样件的设计
零件组的特征矩阵虽显示了该零件组的结构工艺特征，但还不能表示零件组所具有的所有表面。 1-87.JPG
1）零件行面的数字化
2）工序工步名称的数字化
3）工序工步内容矩阵
（二）CAPP的数据库

第二章 机床夹具设计原理
第一节 机床夹具概述

一、机床夹具及其组成
机床夹具：是在机床上用以装夹工件的一种装置，其作用是使工件对于机床或刀具有一个正确的位置，并在加工过程中保持这个位置不变。2-1.JPG
机床夹具组成：
二、机床夹具的分类
机床夹具按其使用范围可分为以下五种基本类型：
1）通用夹具
通用夹具具有一定的通用性。
2）专用夹具
专用夹具是针对某一种工件的某一个工序而专门设计的。
3）通用可调整夹具和成组夹具
通用可调整夹具和成组夹具的特点是夹具的部分元件可以更换，部分装置可以调整，以适应不同零件的加工。
4）组合夹具
组合夹具是由一套完全标准化的元件，根据零件的加工要求拼装而成的夹具。
5）随行夹具
随行夹是一种在自动线或柔性制造系统中使用的夹具。
三、机床夹具的功用
1）保证加工质量
机床夹具的首要任务是保证加工精度，特别是保证被加工工件的加工与定位面之间以及被加工表面相互之间的位置精度。
2）提高生产率，降低成本
使用夹具后可减少划线、找正等辅助时间，且易于实现多件、多工位加工。
3）扩大机床工艺范围
在机床上使用夹具可使加工变得方便，并可扩大机床工艺范围。
4）减轻工人劳动强度，保证生产安全。

第二节 工件在夹具上的定位

一、常用定位方法与定位元件
（一）工件以平面定位
平面定位的主要形式是支承定位。夹具上常用的支承元件有以下几种：
1.固定支承
固定支承有支承钉和支承板两种形式。2-2.JPG
2.可调支承 2-3.JPG
支承点位置可以调整的支承称为可调支承。
3.自位支承
自位支承在定位过程中，支承本身可以随工件定位基准面的变化而自动调整并
与之相适应。2-4.JPG
4.辅助支承
辅助支承是在工件定位后才参与支承的元件，它不起定位作用。 2-5.JPG
（二）工件以圆柱孔定位
1.心轴
工件在心轴上的定位通常限制了工件除绕自身轴线转动和沿自身轴线移动以外的四个自由度，是四点定位。2-6.JPG
2.定位销2-7.JPG 2-8.JPG
（三）工件以外圆表面定位2-9.JPG
工件以外圆表面定位有两种形式，一种是定心定位，一种是支承定位。 2-10.JPG
T=H+
（四）工件以其它表面定位 2-11.JPG 2-12.JPG
（五）定位表面的组合
实际生产中经常遇到的不是单一表面定位，而是几个定位表面的组合。
2-13.JPG
图 2-14.JPG 中菱形销的宽度 考虑到1 与销之间的间隙补偿则上式变为
二、定位误差的计算
定位误差：是由于工件在夹具上定位不准确所引起的加工误差，在采用调整法加工时，工件的定位误差实质上就是工序基准在加工尺寸方向上的最大变动量。
（一）用几何方法计算定位误差2-15.JPG
采用几何方法计算定位误差通常要画出工件的定位简图，并在图中夸张地画出工件变动的极限位置，然后运用三角几何知识，求出工序基准在工序尺寸方向上的最大变动量，即为定位误差。 2-16.JPG
（二）用微分方法计算定位误差

第三节 工件在夹具中的夹紧

一、对夹紧装置的要求
二、夹紧力的确定
夹紧力包括大小、方向和作用点三个要素，它们的确定是夹紧机构设计中首先要解决的问题。
（一）夹紧力方向的选择
夹紧力方向的选择一般应遵循以下原则：

1）夹紧力的作用方向应有利于工件的准确定位，而不能破坏定位。2-18.JPG

2）夹紧力的作用方向应尽量与工件刚度最大的方向相一致，以减小工件变形。2-19.JPG
3）夹紧力的作用方向应尽可能与切削力、工件重力方向一致，以减小所需夹紧力。 2-20.JPG
（二）夹紧力作用点的选择
一般注意以下几点：
1）夹紧力作用点应正对支承元件或位于支承元件所形成的支承面内，以保证工件已获得的定位不变。2-21.JPG
2）夹紧力作用点应处在工件刚性较好的部位，以减小工件的夹紧变形。2-22.JPG
3）夹紧力作用点应尽可能靠近被加工表面，以便减小切削力对工件造成的翻转力矩。 2-23.JPG
（三）夹紧力大小的估算
夹紧力不足，会使工件在切削过程中产生位移并引起振动；夹紧力过大又会造成工件或夹具不应有的变形或表面损伤。
2-24.JPG 2-25.JPG
三、常用夹紧机构
（一） 斜楔夹紧机构
斜楔夹紧具有结构简单，增力比大，自锁性能好等特点，因此获得广泛应用。 2-26.JPG
可获得的夹紧力为
（二） 螺旋夹紧机构
螺旋夹紧机构结构简单，易于操作，增力比大，自锁性能好，是手动夹紧中应用最广泛的一种夹紧机构。可获得的夹紧力为 2-27.JPG 表2-3.jpg 2-28.JPG 2-29.JPG
（三）偏心夹紧机构
偏心夹紧的优点是结构简单，操作方便，动作迅速，缺点是自锁性能较差，增力比较小。一般常用于切削平稳且切削力不大的场合。可获得的夹紧力为
2-30.JPG 2-31.JPG
（四）铰链夹紧机构
铰链夹紧机构的优点是动作迅速，增力比大，并易于改变力的作用方向；缺点是自锁性能差。多用于机动夹紧机构中。可获得的夹紧力为 2-32.JPG
（五）定心夹紧机构
定心夹紧机构是一种同时实现对工件定心定位和夹紧的夹紧机构，即在夹紧过程中，能使工件相对于某一轴线或某一对称面保持对称性。定心夹紧机构按其工作原理可分为两大类：
1.以等速移动原理工作的定心夹紧机构2-33.JPG 2-34.JPG
2.以均匀弹性变形原理工作的定心夹紧机构2-35.JPG
（六）联动夹紧机构
夹紧力作用在两个相互垂直的方向上，称为双向联动夹紧；两夹紧点的夹紧力方向相同，称为平行联动夹紧。 2-36.JPG 2-37.JPG 2-38.JPG
四、夹紧机构的动力装置
（一）气动夹紧装置
气动夹紧装置的工作介质是压缩空气，其工作压力通常为0.4~0.6MPa。2-39.JPG 2-40.JPG 2-41.JPG 2-42.JPG 2-43.JPG
（二）液压夹紧装置
液压夹紧装置利用压力油为夹紧动力。
（三）气、液增压夹紧装置 气、液增压夹紧装置以压缩空气为动力源，通过压力油来传力和增力。2-44.JPG

第四节 各类机床夹具
一、钻床夹具
钻床夹具因大都具有刀具导向装置，习惯上又称为钻模。
（一）钻模的类型
钻模根据其结构特点可分为固定式钻模、回转式钻模、翻转式钻模、盖板式钻模和滑柱式钻模等。2-45.JPG 2-46.JPG
2-47.JPG 2-26.JPG 2-48.JPG 2-49.JPG 2-50.JPG
（二）钻模设计要点
1.钻套
钻套是引导刀具的元件，用以保证孔的加工位置，并防止加工过程中刀具的偏斜。2-51.JPG 2-52.JPG 2-53.JPG
2.钻模板
钻模板用于安装钻套。2-45.JPG 2-46.JPG 2-54.JPG 2-55.JPG
3.夹具体
钻模的夹具体一般不设定位或导向装置，夹具通过夹具底面安放在钻床工作台上，可直接用钻套找正并用压板压紧（或在夹具体上设置耳座用螺栓压紧）。2-26.JPG
二、镗床夹具
具有刀具导向的镗床夹具，习惯上又称为镗模，镗模与钻模有很多相似之处。
（一）镗模的种类
镗模 根据其镗套支架的布置形式可分为单面导向和双面导向两类。
2-56.JPG 2-57.JPG
（二）镗模的设计要点
1.镗套
镗套用于引导镗杆。 2-58.JPG 2-59.JPG 2-60.JPG
2.镗模支架与夹具体
镗模支架用于安装镗套，保证被加工孔系的位置精度，并可承受切削力的作用。2-61.JPG
三、铣床夹具
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。
（一）铣床夹具的类型
按不同的进给方式将铣床夹具分为直线进给式，圆周进给式和仿形进给式三种类型。2-62.JPG 2-63.JPG 2-64.JPG
2-65.JPG
（二）铣床夹具设计要点
1.夹具总体结构
铣削加工的切削力较大，又是断续切削，加工中易引起振动，因此铣 夹具的受力元件要有足够的强度和刚度。
2.对刀装置
对刀装置用以确定夹具相对于刀具的位置。2-66.JPG
3.夹具体
铣床夹具的夹具体要承受较大的切削力，因此要有足够的强度和稳定性。2-67.JPG
四、车床夹具
车床夹具主要用于加工零件的内外圆柱面、圆锥面、回转成形面、螺纹及端平面等。
（一）车床夹具的类型
根据工件的定位基准和夹具本身的结构特点，车床夹具可分为以下四类：
1）以工件外圆定位的车床夹具。
2）以工件内孔定位的车床夹具。
3）以工件顶尖孔定位的车床夹具。
4）用于加工非回转体的车床夹具。 2-68.JPG
（二）车床夹具设计要点
1.车床夹具总体结构
车床夹具大都安装在机床主轴上，并与主轴一起作回转运动。
2.夹具与机床主轴的联结
车床夹具与车床主轴的联接方式取决于机床主轴轴端的结构以及夹具的体积和精度要求。2-71.JPG

第五节 成组夹具、组合夹具与随行夹具

一、成组夹具
成组夹具是在成组技术原理指导下，为执行成组工艺而设计的夹具。
（一）成组夹具的结构特点
成组夹具在结构上由两大部分组成：基础部分和可调整部分。2-72A.JPG 2-72B.JPG
（二）成组夹具的调整方式
1.更换式
采用更换夹具可调整部分元件的方法，来实现组内不同零件的定位、夹紧、对刀或导向。 2-72A.JPG 2-72B.JPG
2.调节式
借助于改变夹具上可调元件位置的方法来实现组内不同零件的装夹和导向。
3.综合式
在实际中应用较多的是上述两种方法的综合，即在同一套成组夹具中，既采用更换元件的方法，又采用调节的方法。2-73A.JPG 2-73B.JPG
4.组合式
将一组零件的有关定位或导向元件同时组合在一个夹具体上，以适应不同零件加工的需要。2-74.JPG
（三）成组夹具设计
成组夹具的设计方法与专用夹具大体相同，主要区别在于成组夹具的使用对象不是一个零件而是一组零件。
二、组合夹具
（一）组合夹具的特点
组合夹具是一种根据被加工工件的工艺要求，利用一套标准化的元件组合而成的夹具。
（二）组合夹具的类型
目前使用的组合夹具有两种类型，即槽系组合夹具和孔系组合夹具。
2-76.JPG 2-75A.JPG 2-75B.JPG 2-77.JPG 2-78.JPG
（三）组合夹具的组装
一般过程如下：
1.熟悉原始资料
2.构思夹具结构方案
3.进行必要的组装计算
4.试装
5.组装
6.检验
（四）组合夹具的精度与刚度 2-79.JPG 2-80.JPG 2-81.JPG
三、随行夹具
随行夹具是在自动线上或柔性制造系统中使用的一种移动式夹具。
（一）工件在随行夹具上的安装
工件在随行夹具上的定位与在一般夹具上的定位完全一样。工件在随行夹具上的夹紧则应考虑到随行夹具在运输、提升、翻转排屑和清洗等过程中由于振动而可能引起的松动，应采用能够自锁的夹紧机构，其中螺纹夹紧机构用的最多。2-82.JPG
（二）随行夹具的运输及其在机床夹具上的安装 2-82.JPG 2-83.JPG

第六节 机床夹具设计步骤与方法
一、专用夹具设计的基本要求
1）保证工件的加工精度
2）夹具总体方案应与生产纲领相适应
3）操作方便，工作安全，能减轻工人劳动强度
4）便于排屑
5）有良好的结构工艺性
二、专用夹具设计的一般步骤
（一）研究原始资料，明确设计要求
（二）拟定夹具结构方案，绘制夹具结构草图
（三）绘制夹具总图，标注有关尺寸及技术要求
（四）绘制零件图2-84.JPG
1.精度与批量生产
2.确定夹具结构方案
1）确定定位方案，选择定位元件
2）确定导向装置
3）确定夹紧机构
4）确定其它装置和夹具体
3.在绘制夹具草图的基础上绘制夹具总图，标注尺寸和技术要求。
4.对零件进行编号，填写明细表和标题栏，绘制零件图。
三、夹具设计中的几个重要问题
（一）夹具设计的经济性分析
（二）成组设计思想的采用 2-72A.JPG 2-72B.JPG
（三）夹具总图上尺寸及技术条件的标注
夹具总图上标注尺寸及技术要求的目的主要是为了便于拆零件图，便于夹具装配和检验。为此应有选择地标注尺寸及技术要求。 2-84.JPG
（四）夹具结构工艺性分析
在分析夹具结构工艺性时，应重点考虑以下问题：
1）夹具零件的结构工艺性
2）夹具最终精度保证方法 2-85.JPG
3）夹具的测量与检验 2-62.JPG
（五）夹具的精度分析
夹具的主要功能是用来保证零件加工的位置精度。使用夹具加工时，影响被加工零件位置精度的误差因素主要有三个方面：
1.定位误差
2.夹具制造与装夹误差
3.加工过程误差 2-84.JPG 2-86.JPG
第七节 计算机辅助夹具设计
一、计算机辅助夹具设计原理
采用计算机辅助夹具设计不仅可以大大提高夹具设计工作的效率，缩短夹具设计周期；而且可以提高设计质量，使传统的主要靠经验类比和估算的夹具设计方法逐渐地向科学的、精确的计算和模拟方法转变。 2-87.JPG
二、计算机辅助夹具设计系统应用软件的设计方法2-87.JPG
1）系统软件
2）支撑软件
3）应用软件
（一）程序库及其建立方法
夹具CAD系统程序库的建立，除了要开发夹具设计计算所需的各种程序外，还需研制相应的库管理程序，以使程序库有效地工作。
（二）数据库及其建立方法
数据库通常系指以一定组织方式存储在一起的相互有关的数据集合，它能以最佳方式、最少的冗余为多种用途服务。 2-88.JPG 2-89.JPG
（三）图形库的建立方法
图形库中图形的生成方式主要有两种：
1）直接输入法生成图形
直接输入法生成图形是一种利用图形软件的作图命令，通过人机交互方式生成图形的方法。
2）参数法生成图形
三、计算机辅助绘制夹具装配图
（一）夹具元件图形的编目与检索
夹具装配图实际上是有关夹具元件图形在二维空间的有序集合。
（二）图形的拼接 夹具由若干夹具元件装配而成，夹具装配图则由若干夹具元件图形拼接而成。
（三）绘图步骤
设计者在采用交互方式在计算机屏幕上绘制夹具装配图时，首先要对夹具总体结构进行构思，然后按着手工绘制夹具草图大体相同的步骤绘制夹具装配图。
第三章 机械加工精度
第一节 概 述
一、机械加工精度
机械加工精度：是指零件加工后的实际几何参数（尺寸、形状和表面间的相互位置）与理想几何参数的符合程度。
机械加工误差：是指零件加工后的实际几何参数（尺寸、形状和表面间的相互位置）与理想几何参数的偏离程度。
二、影响机械加工精度的因素
1）装夹 3-1.JPG
2）调整
3）加工
三、误差的敏感方向
为了便于分析原始误差对加工精度的影响，我们把对加工精度影响最大的那个方向（即通过刀刃的加工表面的法向）称为误差的敏感方向。3-2.JPG
四、研究加工精度的方法
1）单因素分析法
研究某一确定因素对加工精度的影响，为简单起见，研究时一般不考虑其它因素的同时作用。
2）统计分析法
以生产中一批工件的实测结果为基础，运用数理统计方法进行数据处理，用以控制工艺过程的正常进行。

第二节 工艺系统的几何精度对加工精度的影响

一、加工原理误差
加工原理误差是指采用了近似的成形运动或近似的刀刃轮廓进行加工而产生的误差。 3-3.JPG 3-4.JPG
二、调整误差
在机械加工的每一个工序中，总是要对工艺系统进行这样或那样的调整工作。由于调整不可能绝对地准确，因而产生调整误差。
（一）试切法调整
1.测量误差
指量具本身的精度、测量方法或使用条件下的误差（如温度影响、操作者的细心程度）等，它们都影响调整精度，因而产生加工误差。
2.机床进给机构的位移误差
3.试切时与正式切削时切削层厚度不同的影响
（二）调整法
在成批、大量生产中，广泛采用试切法（或样件样板）预先调整好刀具与工件的相对位置，并在一批零件的加工过程中保持这种相对位置不变来获得所要求的零件尺寸。
1． 定程机构误差
2． 样板或样件误差
3． 测量有限试件造成的误差
三、机床误差
引起机床误差的原因是机床的制造误差、安装误差和磨损。
（一）机床导轨导向误差
1.导轨导向精度及其对加工精度的影响
在机床的精度标准中，直线导轨的导向精度一般包括下列主要内容：
1）导轨在水平面内的直线度； 3-5.JPG
2）导轨在垂直面内的直线度； 3-5.JPG
3）前后导轨的平行度；
4）导轨对主轴回转轴线的平行度（或垂直度）。
3-6.JPG 3-7.JPG 3-8.JPG 3-9.JPG
2.导轨导向误差的理论分析方法 3-10.JPG
（二）机床主轴的回转误差
1.主轴回转误差的基本概念
主轴回转误差：是指主轴实际回转轴线对其理想回转轴线的漂移。
主轴回转误差分为：径向圆跳动、端面圆跳动、倾角摆动 图1-13
2.主轴回转误差对加工精度的影响
1) 端面圆跳动 图3-14
2) 径向圆跳动 图3-15、16
3) 倾角摆动
3.影响主轴回转精度的主要因素
（1）轴承误差的影响
轴承误差主要是指主轴颈和轴承内孔的圆度误差和波度。图1-17
（2）轴承间隙的影响
主轴轴承间隙对回转精度也有影响，如轴承间隙过大，会使主轴工作时油膜厚度增大，油膜承载能力降低，当工作条件（载荷、转速等）变化时，油楔厚度变化较大，主轴轴线漂移量增大。
（3）与轴承配合零件误差的影响
（4）主轴转速的影响
（5）主轴系统的径向不等刚度和热变形
4.提高主轴回转精度的措施 图3-18、19
（1）提高主轴部件的制造精度
（2）对滚动轴承进行预紧
（3）使主轴的回转误差不反映到工件上
（三）机床传动链的传动误差 图3-20
1.传动链精度分析
传动链的传动误差是指内联系的传动链中首末两端传动元件之间相对运动的误差。
2.传动精度的