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第一篇 机床夹具设计1

概述1

一、机床夹具在机械加工工艺系统中的功用1

二、机床夹具的分类和组成2

三、机床夹具的发展3

第一章 工件的定位及定位误差5

1.1.1 工件的正确定位5

一、工件正确定位要解决的问题5

二、加工的总误差及定位质量的评定5

三、定位误差的合成6

1.1.2 工件的定位方式及定位误差计算7

一、工件以外圆柱面定位7

二、工件以圆柱孔定位19

三、工件以平面定位22

四、工件以双孔一面定位27

五、台阶形工件定位28

六、多件加工的定位28

七、有形状误差的工件的定位30

八、对刀位置不同时定位误差的计算32

第二章 夹紧机构及夹紧力的计算34

1.2.1 夹紧装置的组成和基本要求34

一、夹紧装置的组成及作用34

二、对夹紧装置的基本要求34

1.2.2 各种夹紧方式及所需夹紧力的计算35

一、估算所需夹紧力的基本公式及修正系数35

二、典型夹紧方式所需夹紧力的计算38

1.2.3 典型夹紧机构及其所能产生的夹紧力41

一、简单螺旋夹紧机构42

二、螺旋压板夹紧机构44

三、杠杆压板夹紧机构47

四、斜楔杠杆夹紧机构48

五、斜楔滑柱增力机构50

六、铰链杠杆夹紧机构53

七、圆偏心轮夹紧56

八、端面凸轮夹紧58

九、圆偏心压板夹紧机构58

十、钩形压板夹紧机构60

十一、滑柱式钻模的夹紧力60

十二、弹簧夹头的夹紧力61

十三、其他形式夹紧机构的夹紧力62

1.2.4 联动夹紧机构63

一、多点联动夹紧机构63

二、多件联动夹紧机构66

三、夹紧与其他动作的联动机构69

四、设计联动夹紧机构应注意的问题70

第三章 机床夹具设计中的常用计算及资料72

1.3.1 刚性定位元件的结构尺寸及有关计算72

一、V形块的结构尺寸及有关计算72

二、心轴设计73

三、菱形销的应用及设计计算81

1.3.2 齿轮以齿形定位时定位滚柱（钢球）直径及外公切圆直径的计算84

一、直齿圆柱齿轮以齿形定位84

二、斜齿圆柱齿轮以齿形定位86

三、直齿圆锥齿轮以齿形定位87

1.3.3 弹性定心夹紧元件设计89

一、弹簧筒夹的结构尺寸89

二、碟形弹簧片的结构尺寸91

三、V形弹性套的结构尺寸92

四、波纹弹性套（蛇腹套）的结构尺寸93

五、液性介质定心夹具的有关计算94

六、各类定心夹具的定心精度99

1.3.4 特殊元件的结构尺寸及技术要求100

一、标准钻套、衬套的结构尺寸及技术要求100

二、对刀块的结构尺寸及技术要求105

三、定位键的结构尺寸及技术要求107

1.3.5 夹具体的毛坯结构及有关尺寸108

一、夹具体的毛坯种类及基本要求108

二、夹具体的标准毛坯件和零件109

三、标准毛坯件和零件组合的夹具体114

四、夹具体结构的正误分析116

1.3.6 工艺孔在夹具制造中的应用116

一、斜孔钻模上工艺孔至钻套孔的距离尺寸117

二、加工斜面（斜孔）夹具上工艺孔至对刀件的距离尺寸118

三、设计工艺孔应注意的问题119

1.3.7 钻孔的位置精度和分度的概率精度120

一、在钻模上钻孔的位置精度计算120

二、采用对定销分度装置分度时的概率精度121

1.3.8 夹具设计的其他常用资料122

一、夹具常用的基本角度及圆锥度122

二、坐标变换计算123

三、等分孔的坐标位置常数123

四、新旧国标常用优先配合公差带及相应的表面粗糙度125

1.3.9 夹具元件常用材料及热处理126

一、热处理代号及标注方法126

二、夹具元件材料及热处理选择127

三、选择夹具元件材料及热处理方法时应注意的问题131

第四章 夹具结构工艺性及常用机构132

1.4.1 夹具的结构工艺性132

一、保证工件正确定位的结构工艺性132

二、排屑、防屑的结构工艺性135

三、防误结构工艺性139

四、工件装卸结构工艺性141

五、装配工艺性142

六、维修结构工艺性145

七、夹具元件加工工艺性146

八、延长夹具寿命的结构工艺性150

九、提高夹具元件强度的结构工艺性151

1.4.2 夹具的常用机构152

一、锁紧机构152

二、微调机构155

三、活动V形块机构156

四、斜楔换向机构157

五、特殊浮动压块机构159

六、转轴结构159

1.4.3 通用可调夹具和成组夹具的可换件和调整件160

一、通用可调和成组夹具的可换件160

二、通用可调和成组夹具的调整件164

三、通用可调和成组夹具常用的夹紧件和组件168

第五章 气动、液压及气液联合传动装置169

1.5.1 气压传动系统及气缸作用力169

一、气压传动的网路系统169

二、气压传动的典型夹紧回路170

三、气压传动设计的主要问题170

四、气缸作用力171

1.5.2 气液压组合传动增压装置173

一、单级气液增压器173

二、双级气液增压器174

三、气液增压器的控制回路176

四、气液增压器的设计计算179

五、气液增压器的应用实例181

1.5.3 手动液压装置182

一、杠杆式手动泵183

二、螺旋式手动泵184

1.5.4 简易液压传动装置185

1.5.5 高压小流量液压夹具187

一、小型油缸的结构和主要参数187

二、小型高压小流量工作油缸的应用189

第六章 机床联系尺寸和规格190

1.6.1 普通车床190

一、普通车床联系尺寸190

二、车床的主轴结构192

1.6.2 铣床193

一、卧式铣床联系尺寸及工作台尺寸193

二、立式铣床联系尺寸及工作台尺寸194

三、铣床的主轴尺寸195

1.6.3 钻床195

一、立式钻床联系尺寸及工作台尺寸195

二、摇臂钻床联系尺寸及底座、工作台、主轴的尺寸196

1.6.4 镗床198

一、卧式镗床联系尺寸及工作台、花盘、主轴的尺寸198

二、卧式金刚镗床联系尺寸199

1.6.5 磨床200

一、外圆磨床联系尺寸200

二、平面磨床联系尺寸201

1.6.6 卧式内拉床联系尺寸及花盘尺寸201

1.6.7 齿加工机床203

一、滚齿机床联系尺寸及工作台、底盘的尺寸203

二、插齿机床联系尺寸及工作台尺寸204

第七章 夹具设计程序和技术要求的制订206

1.7.1 夹具的基本要求和设计程序206

1.7.2 夹具总图上应标注的尺寸和技术条件206

一、夹具与工件、刀具、机床之间的联系206

二、夹具总图上应标注的尺寸及技术条件207

1.7.3 夹具组件配合的选择208

1.7.4 夹具技术条件标注示例216

一、车床和园磨床夹具技术条件216

二、钻（镗）床夹具技术条件218

三、铣床（刨床）夹具技术条件221

1.7.5 夹具总图上装配检验尺寸及技术条件允差值的确定224

一、夹具总图上的尺寸公差和角度公差224

二、夹具总图上相互位置要求的允差值226

1.7.6 对刀尺寸及技术要求229

一、对刀尺寸的换算229

二、对刀块技术要求的允差值230

1.7.7 夹具技术要求的检验231

1.7.8 夹具总装图示例233

一、车床夹具233

二、铣床夹具235

三、钻床夹具235

四、镗床夹具236

第八章 提高夹具工作精度的措施和夹具磨损公差237

1.8.1 提高夹具工作精度的实用措施237

1.8.2 夹具在机床上的安装误差241

1.8.3 夹具的磨损公差242

一、制订夹具磨损公差的原则242

二、夹具定期检查与鉴定周期243

三、钻套、导套孔径的磨损公差及形位要求的磨损极限值245

四、车床、圆磨床夹具的磨损极限值247

五、铣床夹具的磨损极限值247

六、各类机床夹具定位元件及定位尺寸的磨损极限248

七、夹具其他元件的磨损极限偏差259

八、夹具易损元件磨损值一般规范260

九、镗床夹具及镗杆磨损值一般规范261

第二篇 冷冲模设计263

概述263

一、冷冲模设计所需的技术资料263

二、冷冲模设计的一般程序263

三、冷冲模总体方案设计263

四、冲模总图263

五、复合冲模的典型组合265

第一章 冲裁266

2.1.1 冲裁件的工艺性267

一、对冲裁件形状和尺寸的要求267

二、冲裁件的断面质量267

三、冲裁件的精度267

2.1.2 冲裁件的排样与搭边270

一、排样271

二、搭边272

三、条料宽度、导尺间宽度的计算272

四、材料利用率η、i总的计算274

2.1.3 冲裁的工艺计算275

一、冲裁力及总压力的计算275

二、冲模压力中心的确定278

三、凸、凹模的间隙278

四、凸、凹模工作部分尺寸的计算282

2.1.4 凸、凹模设计286

一、凸模设计289

二、凹模设计289

三、凸、凹模的固定298

四、镶拼式凸模和凹模296

2.1.5 工作零件的设计300

一、卸料和顶件装置300

二、定位装置307

三、废料刀312

2.1.6 结构零件的设计313

一、模架313

二、凸模固定板321

三、垫板321

2.1.7 特种冲裁321

一、小孔冲裁321

二、单边剪裁325

三、非金属材料冲裁328

2.1.8 普通冲裁模典型结构334

2.1.9 冲裁件的质量和冲模调整338

一、冲裁件质量分析338

二、冲模的调整340

2.1.10 普通冲裁模设计示例341

一、零件工艺性分析341

二、确定冲压工艺方案342

三、设计排样并画排样图342

四、确定模具结构343

五、工艺计算346

六、零部件结构设计347

七、校核压力机349

第二章 弯曲349

2.2.1 弯曲件的工艺性349

一、最小弯曲半径349

二、弯曲直边高度351

三、弯曲件孔边距离351

四、增添工艺孔、槽和转移弯曲线351

五、连接桥和定位工艺孔352

六、板料碾纹与弯曲线的夹角352

七、毛刺方向的选择353

八、弯曲件的精度353

2.2.2 回弹计算及消除回弹的方法354

一、回弹计算354

二、消除回弹的方法357

2.2.3 弯曲的工艺计算359

一、弯曲件毛坯尺寸的计算359

二、弯曲力的计算365

三、凸、凹模工作部分尺寸的计算366

2.2.4 斜楔结构与计算368

一、斜楔的结构368

二、斜楔的计算369

2.2.5 弯曲件的工序分布和模具典型结构371

一、弯曲件的工序安排371

二、弯曲模典型结构设计372

2.2.6 弯曲中常见缺陷及消除方法375

第三章 拉深376

2.3.1 一般拉深零件的工艺性376

一、拉深件的形状及尺寸376

二、拉深件的精度378

2.3.2 圆筒件拉深的工艺计算379

一、拉深件的毛坯尺寸与形状379

二、圆筒拉深件的工序计算395

三、圆筒拉深时的压边和拉深力407

2.3.3 圆筒拉深模的凸、凹模设计409

一、凸、凹模的间隙409

二、凸、凹模工作部分尺寸的确定411

三、凸、凹模的圆角半径413

2.3.4 压边圈的形式415

2.3.5 圆筒件拉深模典型结构417

2.3.6 圆筒件拉深模设计示例420

一、工艺分析420

二、工艺方案确定420

三、主要工艺参数设计421

四、冲模工作部分尺寸及偏差422

五、模具零件结构尺寸423

六、绘制模具总图及主要零件图423

2.3.7 盒形件拉深427

一、盒形件拉深变形特点427

二、盒形件毛坯形状和尺寸的确定427

三、盒形件的拉深系数及工序制订428

四、简易毛坯计算与工序次数确定430

2.3.8 其他类型拉深431

一、阶梯形零件的拉深431

二、锥形零件的拉深432

三、反拉深方法434

2.3.9 拉深中的润滑和热处理435

一、拉深过程中的润滑435

二、拉深过程中的热处理436

三、酸洗437

2.3.10 拉深中常见缺陷及防止措施438

第四章 成型模设计439

2.4.1 起伏成形440

一、加强筋和凸包的成形440

二、起伏成形模实例441

2.4.2 翻边442

一、圆孔翻边442

二、非圆内孔翻边447

三、外缘翻边448

四、翻边模典型结构449

2.4.3 压印450

一、压印的工艺要求450

二、压印力计算451

三、压印模451

2.4.4 缩口451

一、缩口变形程度计算452

二、缩口后材料厚度的变化452

三、缩口毛坯计算453

四、缩口力计算453

五、管子的缩口与扩口复合工序454

第五章 经济冲模455

2.5.1 锌合金模具456

一、锌合金材料的成分和性能456

二、锌合金冲裁模设计457

三、锌合金冲裁模的制造461

五、使用锌合金冲模应注意的问题463

四、常见锌合金模具结构463

2.5.2 聚氨酯橡胶模463

一、聚氨酯冲裁的工艺性463

二、冲模设计465

三、冲裁力计算468

四、聚氨酯弯曲模设计469

五、聚氨酯橡胶的性能470

六、聚氨酯橡胶模使用中常见的故障及其排除方法471

七、常见聚氨酯橡胶模结构472

2.5.3 薄板冲模474

一、薄板冲模的特点474

二、薄板冲模设计475

2.5.4 钢皮冲模477

一、钢皮冲模的特点和类型477

二、钢皮冲模的设计477

第六章 压力机的选择479

2.6.1 常用压力机的分类和规格479

2.6.2 压力机的选择481

一、压力机类型的选择481

二、压力机吨位选择482

三、行程与行程次数484

四、模具和压力机的闭合高度484

五、工作台面尺寸484

六、压力机的精度485

七、压力机的功率485

第七章 一般资料487

2.7.1 冲压件未注公差尺寸的极限偏差487

2.7.2 冲压件的检测规定489

2.7.3 各种常用截面形状的面积和最小轴惯矩的计算公式494

2.7.4 各种常用截面的重心位置465

2.7.5 常用材料规格及性能497

一、冲压常用材料规格及公差497

二、部分材料的机械性能与成形性能503

三、冷冲模常用材料及热处理504

2.7.6 弹簧的选用与计算505

一、圆柱螺旋压缩弹簧505

二、碟形弹簧511

2.7.7 橡皮的选用与计算514

2.7.8 冲模上有关螺钉孔的尺寸516

2.7.9 冷冲模零件技术条件517

2.7.10 冲压技术安全对模具结构的要求520

第八章 标准设计法525

2.8.1 复合冲裁模标准设计法525

一、进行工艺性分析和计算，选择模具标准结构和规格526

二、设计首页图529

三、绘零件图529

四、设计工作图530

五、填写施工卡片531

2.8.2 落料拉深复合模标准设计法539

第三篇 金属切削刀具设计547

第一章 金属切削刀具设计常用资料547

3.1.1 刀具材料547

3.1.2 刀具设计常用资料550

3.1.3 与刀具有关的机床参考尺寸561

第二章 可转位车刀564

3.2.1 可转位车刀的典型结构564

3.2.2 硬质合金可转位刀片565

一、可转位刀片的表示规则565

二、硬质合金可转位刀片的形状和基本参数569

三、断屑槽的参考尺寸573

四、硬质合金刀垫575

五、硬质合金可转位刀片的选择579

3.2.3 硬质合金可转位车刀刀杆的确定580

一、刀杆材料580

二、刀杆截面尺寸和长度的确定580

3.2.4 硬质合金可转位车刀几何角度的换算581

3.2.5 偏心式可转位车刀的设计与计算582

一、偏心销直径dc和偏心量e582

二、偏心销转轴孔中心在刀槽前面上的位置选择583

3.2.6 硬质合金可转位车刀的主要技术条件583

3.2.7 硬质合金可转位车刀设计举例584

3.2.8 杠杆式可转位车刀图例588

第三章 成形车刀590

3.3.1 成形车刀的结构尺寸590

一、棱体成形车刀的结构尺寸590

二、圆体成形车刀的结构尺寸592

3.3.2 成形车刀的前角和后角594

3.3.3 成形车刀截形设计595

一、成形车刀截形设计计算步骤595

二、圆弧刃的近似计算596

3.3.4 成形车刀样板596

3.3.5 成形车刀的技术条件597

一、刀具材料597

二、表面粗糙度597

三、成形车刀的尺寸公差598

四、成形车刀其余部分的技术要求598

3.3.6 成形车刀设计举例599

第四章 孔加工刀具603

3.4.1 扩孔钻603

一、整体式高速钢扩孔钻的设计603

二、扩孔钻的技术条件605

三、扩孔钻设计图例606

3.4.2 铰刀609

一、高速钢机用铰刀设计609

二、套式机用铰刀设计614

三、硬质合金铰刀设计614

四、带前后引导的机用铰刀设计617

五、铰刀的技术条件618

六、机用铰刀设计举例619

七、铰刀设计图例621

第五章 铣刀624

3.5.1 尖齿铣刀设计624

一、铣刀结构参数的确定624

二、几种尖齿铣刀结构参数及图例630

3.5.2 硬质合金端铣刀633

一、硬质合金端铣刀的主要类型633

二、硬质合金端铣刀设计633

三、可转位端铣刀设计639

四、硬质合金端铣刀设计举例647

五、机夹可转位端铣刀图例653

3.5.3 铲齿成形铣刀656

一、成形铣刀主要结构尺寸的确定656

二、铲齿成形铣刀技术条件664

三、成形铣刀的典型设计图例665

第六章 拉刀668

3.6.1 拉刀的种类及组成部分668

3.6.2 拉削方式670

3.6.3 拉刀工作部分设计671

一、拉削余量671

二、齿升量673

三、齿距和同时工作齿数674

四、容屑槽形状和尺寸677

五、分屑槽678

六、前角、后角和刃带679

七、校准部680

3.6.4 拉刀非工作部分设计681

一、柄部681

二、颈部及过渡锥684

三、前导部、后导部和尾部685

四、拉刀的总长度686

五、拉刀强度及拉床拉力校验687

3.6.5 拉刀主要技术条件689

3.6.6 圆孔拉刀设计举例689

第七章 螺纹刀具693

3.7.1 螺纹刀具的分类和特点693

3.7.2 滚丝轮694

一、滚丝轮设计的基本原则694

二、滚丝轮的中径和头数695

三、滚丝轮的廓形尺寸及结构696

第八章 齿轮刀具697

3.8.1 齿轮滚刀697

一、滚刀的结构参数698

二、滚刀的齿形702

三、设计步骤及计算举例703

四、齿轮滚刀主要技术条件708

五、几种常用齿轮滚刀的设计说明712

3.8.2 剃前齿轮滚刀714

一、剃前齿轮滚刀的齿形计算715

二、剃前滚刀的结构设计与计算720

三、剃前滚刀主要技术条件721

四、设计步骤和计算举例721

3.8.3 蜗轮滚刀724

一、蜗轮滚刀的设计与计算725

二、蜗轮滚刀主要技术条件729

三、蜗轮滚刀的设计步骤及计算举例732

3.8.4 蜗轮飞刀734

一、飞刀工作原理734

二、飞刀的齿形735

三、飞刀的刀头与刀杆结构738

四、阿基米德法向飞刀齿形曲线设计步骤及计算举例739

第九章 研磨工具742

3.9.1 研磨器材料选择742

一、对材料的要求742

二、选择原则与方法742

三、常用材料的选用742

3.9.2 研磨器结构形式与基本要素的确定743

一、内孔研磨器743

二、外圆研磨器746

三、球面研磨器746

四、螺纹研磨器747

3.9.3 研磨器的主要技术条件749

第四篇 量规和测量夹具设计751

第一章 光滑极限量规751

4.1.1 光滑极限量规的功用和种类751

一、塞规和卡规751

二、光滑极限量规的种类751

三、光滑极限量规测量面的形状752

4.1.2 光滑极限量规的公差带753

一、量规公差带的位置——工件的误判753

二、量规公差带的大小——制造公差和磨损公差754

三、量规的公差带图755

四、量规的形状和位置公差756

五、具有非标准公差工件用量规的公差756

4.1.3 光滑极限量规的结构与技术条件756

一、塞规的常用型式和尺寸756

二、轴用量规的常用型式和尺寸767

三、槽用量规的结构尺寸772

四、量规的技术条件773

4.1.4 光滑极限量规设计举例774

一、塞规工作尺寸的计算及工作图775

二、卡规工作尺寸的计算及工作图776

三、槽用量规设计777

4.1.5 光滑极限量规的验收及检定规则778

第二章 直线尺寸量规780

4.2.1 整体式直线尺寸量规780

一、整体式直线尺寸量规的结构780

二、整体式直线尺寸量规的公差783

三、整体式直线尺寸量规的技术条件784

四、整体式直线尺寸量规的设计784

4.2.2 台阶式直线尺寸量规787

一、台阶式直线尺寸量规的特点和基本形式787

二、台阶式直线尺寸量规的公差和技术条件789

三、台阶式直线尺寸量规的结构789

4.2.3 带表式直线尺寸量规794

一、带表式直线尺寸量规的结构和应用范围794

二、带表式直线尺寸量规的校准件795

三、带表式直线尺寸量规实例795

第三章 样板798

4.3.1 样板的分类、名称和用途798

4.3.2 样板设计的步骤和原则800

一、样板类型的选择800

二、样板工作部位基本尺寸的确定800

三、样板公差的确定801

四、样板的技术条件804

五、绘制样板工作图804

4.3.3 样板设计举例805

一、双极限间隙式样板设计805

二、单极限和中值间隙式样板设计806

三、叠合式样板设计809

四、立体样板概述812

第四章 位置量规813

4.4.1 位置量规的功用和组成813

一、位置量规的功用813

二、位置量规的组成813

4.4.2 位置量规的基本尺寸814

一、测量部位的基本尺寸814

二、定位部位的基本尺寸814

三、导向部位的基本尺寸815

4.4.3 位置量规的公差816

一、位置量规公差带的分布816

二、位置量规工作部位的公差819

三、位置量规的基本偏差819

四、位置量规的其他公差820

4.4.4 位置量规设计820

一、位置量规的设计步骤820

二、位置量规的技术条件820

三、位置量规的计算公式821

四、位置量规设计和计算举例821

4.4.5 位置量规结构参考表825

附：双极限位置量规的计算833

一、双极限位置量规的计算公式833

二、双极限位置量规的公差836

三、双极限位置量规计算举例836

第五章 锥体量规和锥度心轴837

4.5.1 圆锥的几何参数和系列837

一、圆锥的几何参数837

二、锥度、锥角系列837

三、锥体的公差和检验840

4.5.2 锥体量规设计841

一、锥体量规的结构841

二、锥体塞规结构尺寸的确定841

三、锥体套规结构尺寸的确定844

四、锥体量规的制造公差和磨损极限845

五、锥体量规的技术条件845

4.5.3 锥度心轴846

第六章 螺纹量规847

4.6.1 普通螺纹量规847

一、普通螺纹量规的名称、代号、功能、特征及使用规则847

二、本章符号及其代表的名称或意义849

三、普通螺纹量规的公差849

四、螺纹量规的牙型851

五、螺纹量规计算公式854

4.6.2 梯形螺纹量规856

一、梯形螺纹量规的截形856

二、梯形螺纹量规的公差858

三、梯形螺纹量规的计算公式859

4.6.3 检验工件螺纹用的光滑极限量规859

一、光滑极限量规的名称、代号、功能、特征及使用规则859

二、光滑极限量规的公差859

三、光滑极限量规计算公式861

四、光滑极限量规的技术条件862

4.6.4 螺纹量规的结构和技术条件862

一、不可调螺纹环规862

二、锥柄测头螺纹塞规和校对塞规869

三、螺纹量规的技术条件870

四、螺纹量规设计举例871

第七章 双啮标准齿轮873

4.7.1 双啮标准齿轮的设计原则873

4.7.2 标准齿轮设计的已知参数875

4.7.3 双啮标准齿轮计算公式及举例877

4.7.4 标准齿轮的技术条件883

第八章 测量夹具885

4.8.1 测量夹具的功用和组成885

4.8.2 测量夹具的典型构件886

一、定位装置（元件）886

二、杠杆机构900

三、读数装置902

四、标准件及对表件905

4.8.3 测量夹具图例及说明906

一、直线尺寸测量夹具906

二、孔轴线距测量夹具908

三、位置误差测量夹具911