第五章机床夹具设计原理

1、第五章第五章 机床夹具设计原理机床夹具设计原理 机床夹具是机械加工工艺系统的一个重要组成机床夹具是机械加工工艺系统的一个重要组成 部分部分,本章主要讨论本章主要讨论: 机床夹具的功用、分类和组成；机床夹具的功用、分类和组成； 工件在夹具中的定位和夹紧工件在夹具中的定位和夹紧; 夹具的选用与设计方法夹具的选用与设计方法 第一节 概 述 v机床夹具是一种在各种金属切削机机床夹具是一种在各种金属切削机 床上实现装夹任务的工艺装备，如床上实现装夹任务的工艺装备，如 车床上使用的三爪自定心卡盘车床上使用的三爪自定心卡盘； 铣床上使用的平口虎钳等铣床上使用的平口虎钳等; 平面磨床上使用的电磁吸盘等平面磨床

2、上使用的电磁吸盘等。 一、机床夹具的功用一、机床夹具的功用 v与机床联结定位并夹紧工件与机床联结定位并夹紧工件 v1. 能稳定地保证工件的加工精度能稳定地保证工件的加工精度 v2. 能减少辅助工时，提高劳动生产率能减少辅助工时，提高劳动生产率 v3. 能扩大机床的使用范围，实现一机多能扩大机床的使用范围，实现一机多 能能 铣轴上键槽铣轴上键槽 工序简图工序简图 液压铣床液压铣床 夹具夹具 盖板简图盖板简图 钻床钻床 夹具夹具 钻轴套零件上钻轴套零件上 径向孔的径向孔的 专用夹具专用夹具 二、机床夹具的分类二、机床夹具的分类 v1按专门化程度分类按专门化程度分类 v按夹具的适用对象和使用特点分为

3、：通用夹具、专用夹 具、可调夹具、成组夹具、组合夹具和随行夹具。 v 通用夹具具有通用性，能够较好的适应加工工序和通用夹具具有通用性，能够较好的适应加工工序和 加工对象的变化，一般作为机床的附件其结构已定型，加工对象的变化，一般作为机床的附件其结构已定型， 尺寸、规格系列化，如顶尖、心轴、卡盘、吸盘、虎钳、尺寸、规格系列化，如顶尖、心轴、卡盘、吸盘、虎钳、 夹头、分度头、回转工作台等，经常用于单件小批生产夹头、分度头、回转工作台等，经常用于单件小批生产 类型。类型。 v 专用夹具是专为某一工件的某一工序而设计制造的夹 具。其适合特定工件的特定工序，一般用于中批以上的 生产类型中。 v可调夹具调

4、整或更换夹具上的个别零部 件，能适用多种工件加工的夹具，是针对 通专夹具的缺陷而发展的一类夹具 v成组夹具用于成组加工的夹具 v组合夹具一套结构和尺寸已标准化、系 列化的耐磨的元件和组合件，根据需要组 装成各种功能的夹具 v随行夹具随工件输送带送至自动线各个 工位 v2按使用的机床分类按使用的机床分类: v 车床夹具、车床夹具、 v 铣床夹具、铣床夹具、 v 钻床夹具、镗床夹具、钻床夹具、镗床夹具、 v 磨床夹具、磨床夹具、 v 齿轮机床夹具和其他机床夹具等。齿轮机床夹具和其他机床夹具等。 v3按夹紧动力源分类按夹紧动力源分类: v 手动夹具、手动夹具、 v 气动夹具、气动夹具、 v 液压夹具

5、、气液夹具、液压夹具、气液夹具、 v 电动夹具、电动夹具、 v 磁力夹具、磁力夹具、 v 真空夹具等。真空夹具等。 机床夹具的现状及发展方向 对机床夹具提出了如下新的要求： l能迅速而方便地装备新产品，以缩短生产准备能迅速而方便地装备新产品，以缩短生产准备 周期，降低生产成本周期，降低生产成本 l能装夹一组具有相似性特征的工件能装夹一组具有相似性特征的工件 l适用于精密加工的高精度机床夹具适用于精密加工的高精度机床夹具 l适用于现代化制造技术的新型机床夹具适用于现代化制造技术的新型机床夹具 l采用液压动力源的高效夹紧装置采用液压动力源的高效夹紧装置 l提高机床夹具的标准化程度提高机床夹具的标准

6、化程度 现代机床夹具的发展方向 l精密化：如精密分度、高精度自定心精密化：如精密分度、高精度自定心 l高效化：缩短加工的基本时间和辅助时间，以高效化：缩短加工的基本时间和辅助时间，以 提高劳动生产率，减轻工人的劳动强度提高劳动生产率，减轻工人的劳动强度 l柔性化：通过调整、组合等方式，以适应工艺柔性化：通过调整、组合等方式，以适应工艺 可变因素可变因素 l标准化：按夹具零件及部件的国家标准以及各标准化：按夹具零件及部件的国家标准以及各 类通用夹具、组合夹具标准制造，有利于夹具类通用夹具、组合夹具标准制造，有利于夹具 的商品化生产，有利于缩短生产准备周期，降的商品化生产，有利于缩短生产准备周期，

7、降 低生产总成本低生产总成本 三、机床夹具的组成三、机床夹具的组成 v 下图为加工薄壁套工件外圆的端面下图为加工薄壁套工件外圆的端面A的车轴套夹具。的车轴套夹具。 工件工件8以内孔和端面以内孔和端面B为基准，在夹具的涨块为基准，在夹具的涨块7上定位，上定位， 转动螺母转动螺母2，带动拉杆，带动拉杆9向左移动，使涨块向左移动，使涨块7涨开定位夹涨开定位夹 紧工件。卸工件时，反向转动螺母紧工件。卸工件时，反向转动螺母2、销钉、销钉5推动涨块推动涨块7 向左移动，工件松动。向左移动，工件松动。 夹具的组成夹具的组成 v 1. 定位元件（定位装置）定位元件（定位装置）:序号序号7 v 2. 夹紧装置夹

8、紧装置:序号序号2;3;9 v 3. 对刀与导引元件对刀与导引元件: v 4. 夹具体夹具体:序号序号1 v 5. 其它元件及装置其它元件及装置:序号序号6 第二节 工件的定位 v工件在机床上的定位包括工件在夹工件在机床上的定位包括工件在夹 具上的定位和夹具相对于机床的定具上的定位和夹具相对于机床的定 位两个方面，即工件相对于机床的位两个方面，即工件相对于机床的 定位是间接通过夹具来保证的。本定位是间接通过夹具来保证的。本 章主要讨论工件在夹具上的定位。章主要讨论工件在夹具上的定位。 一、六点定位原理一、六点定位原理 v1. 工件的自由度工件的自由度 v沿沿x、y、z轴移动轴移动 的三个自由度

9、的三个自由度: v绕绕x、y、z轴转动轴转动 的三个自由度的三个自由度 : 图5-2 物体的六个自由度 2. 六点定位原理 用正确分布的六用正确分布的六 个支承点来限制个支承点来限制 工件的六个自由工件的六个自由 度，从而使工件度，从而使工件 在夹具中得到正在夹具中得到正 确位置的原理，确位置的原理， 称为六点定位原称为六点定位原 理。理。 六个支承点的正六个支承点的正 确分布：确分布：3-2-1 图5-3 工件的六点定位 3. 工件在夹具中定位的几种情况 图图5-4 不同加工要求的工件不同加工要求的工件 v(1)完全定位完全定位:将工件的六个自由度全部将工件的六个自由度全部 限制限制(上图上

10、图); v(2)不完全定位不完全定位:根据工件被加工表面的根据工件被加工表面的 加工精度加工精度,要求限制的自由度少于六个要求限制的自由度少于六个 (上图上图); v(3)欠定位欠定位 : 根据工件被加工表面的加根据工件被加工表面的加 工精度要求，需要限制的自由度没有工精度要求，需要限制的自由度没有 得到完全限制得到完全限制; (4)过定位过定位 : 工件的某自由度被夹具上两工件的某自由度被夹具上两 个或两个以上的定位元件重复限制个或两个以上的定位元件重复限制 ， 过定位特点：过定位特点： v提高工件的刚性，减少工件加工变形；提高工件的刚性，减少工件加工变形； v可能导致定位干涉可能导致定位干

11、涉(工件装夹困难），工件装夹困难）， 进而导致工件或定位元件产生变形、进而导致工件或定位元件产生变形、 定位误差增大。因此在定位设计中应定位误差增大。因此在定位设计中应 该尽量避免过定位，消除或减小过定该尽量避免过定位，消除或减小过定 位的方法主要有：位的方法主要有： 1)改变定位元件结构改变定位元件结构 2)提高工件定位基准之间以及定位元件工作表面之提高工件定位基准之间以及定位元件工作表面之 间的位置精度间的位置精度 图图5-5 工件过定位情况及改善措施工件过定位情况及改善措施 例如，在圆球上铣一平面，要求加工面到球心的距离 为H，由于球的结构对称特征，理论上只需限制工件的自 由度 就能满足

12、工件的加工要求，但生产中为使工件安 装时稳定，常采用如图所示图所示定位形式，限制工件的自由 度是 、 、 。 、 球上铣平面的定位 如图图所示，在外圆柱上铣一平面。 圆柱上铣平面的定位 如图图所示，满足不同铣削要求，须要限制的自由度就不同。 5 5典型工件满足加工要求需要限制的自由度典型工件满足加工要求需要限制的自由度 满足加工要求需要限定的自由度 二、常见的定位方式及其定位元件二、常见的定位方式及其定位元件 （约束支点数及应用）（约束支点数及应用） v（一）工件以平面定位（一）工件以平面定位 支承钉限制一个自由度；长方形支承板限制二个自由度支承钉限制一个自由度；长方形支承板限制二个自由度 图

13、图5-7 两种常用的支承板两种常用的支承板 图图5-6 几种常用支承钉几种常用支承钉 图图5-9 几种常见的自位支承结构几种常见的自位支承结构 图图5-8 几种常用的可调支承几种常用的可调支承 图图5-10 常见的几种辅助支承常见的几种辅助支承 图图5-11 辅助支承应用实例辅助支承应用实例 注意：辅助支承不起定位作用注意：辅助支承不起定位作用 （二）工件以外圆定位 图图5-13 活动活动V形块应用实例形块应用实例 图图5-12 常用固定式常用固定式V形形 块块 V形块定位的优点 v1）对中性好对中性好，即能使工件的定位基准轴线对中在，即能使工件的定位基准轴线对中在V形形 块两斜面的对称平面上

14、，在左右方向上的不会发生偏移，块两斜面的对称平面上，在左右方向上的不会发生偏移， 且安装方便；且安装方便； v2）应用范围较广应用范围较广。不论定位基准是否经过加工，不论。不论定位基准是否经过加工，不论 是完整的圆柱面还是局部圆弧面，都可采用是完整的圆柱面还是局部圆弧面，都可采用V形块定位。形块定位。 V形块上两斜面间的夹角一般选用形块上两斜面间的夹角一般选用60、90和和120， 其中以其中以90应用最多。应用最多。 vV形块其典型结构和尺寸均已标准化，设计时可查有关形块其典型结构和尺寸均已标准化，设计时可查有关 标准手册。标准手册。V形块的材料一般用形块的材料一般用20钢，渗碳深钢，渗碳深

15、0.8mm 1.2mm，淬火硬度为，淬火硬度为60HRC64HRC。 2. 定位套 v工件以外圆柱表面为定工件以外圆柱表面为定 位基准在定位套内孔中位基准在定位套内孔中 定位，这种定位方法一定位，这种定位方法一 般适用于精基准定位，般适用于精基准定位， 如图如图5-14所示。所示。 v图图5-14a为短定位套定为短定位套定 位，限制工件两个自由位，限制工件两个自由 度；图度；图5-14b为长定位为长定位 套定位，限制工件四个套定位，限制工件四个 自由度。自由度。 图图5-14 5-14 工件在定位套内定位工件在定位套内定位 3. 半圆套 v图图5-15为半圆套结为半圆套结 构简图，下半圆起构简

16、图，下半圆起 定位作用，上半圆定位作用，上半圆 起夹紧作用。起夹紧作用。 v图图5-15a为可卸式，为可卸式， 图图5-15b为铰链式，为铰链式， 后者装卸工件方便后者装卸工件方便 些。短半圆套限制些。短半圆套限制 工件两个自由度，工件两个自由度， 长半圆套限制工件长半圆套限制工件 四个自由度。四个自由度。 图图5-15 5-15 半圆套结构简图半圆套结构简图 4. 圆锥套 v工件以圆锥套定位时，常与后顶尖（反顶尖）配合使用。工件以圆锥套定位时，常与后顶尖（反顶尖）配合使用。 v如图如图5-16所示，夹具体锥柄所示，夹具体锥柄1插入机床主轴孔中，通过传动螺钉插入机床主轴孔中，通过传动螺钉2 对

17、定位圆锥套对定位圆锥套3传递扭矩，工件圆柱左端部在定位圆锥套传递扭矩，工件圆柱左端部在定位圆锥套3中通中通 过齿纹锥面进行定位，限制工件的过齿纹锥面进行定位，限制工件的三个移动自由度三个移动自由度；工件圆柱右；工件圆柱右 端锥孔在后顶尖端锥孔在后顶尖5(当外径小于当外径小于6mm时，用反顶尖时，用反顶尖)上定位，限制上定位，限制 工件工件两个转动自由度两个转动自由度。 图5-16 （三）工件以圆孔定位 v工件以圆孔定位大都属于定心定位工件以圆孔定位大都属于定心定位 (定位基准为孔的轴线定位基准为孔的轴线)，常用的定位，常用的定位 元件有定位销、圆柱心轴、圆锥销、元件有定位销、圆柱心轴、圆锥销、

18、 圆锥心轴等。圆锥心轴等。 1定位销 图5-17 2圆锥销 v在加工套筒、空心在加工套筒、空心 轴等类工件时，也轴等类工件时，也 经常用到圆锥销，经常用到圆锥销， 如图如图5-18所示。所示。 v图图5-18a用于粗基用于粗基 准；图准；图5-18b用于用于 精基准。精基准。 v圆锥销限制了工件圆锥销限制了工件 三个自由度。三个自由度。 图5-18 3定位心轴 v主要用于套筒类和空心盘类工件的车、主要用于套筒类和空心盘类工件的车、 铣、磨及齿轮加工。常见的有圆柱心铣、磨及齿轮加工。常见的有圆柱心 轴和圆锥心轴等。轴和圆锥心轴等。 v(1)圆柱心轴圆柱心轴 v短圆柱心轴限制工件自由度短圆柱心轴限

19、制工件自由度【？【？】 v长圆柱心轴限制工件的自由度长圆柱心轴限制工件的自由度【？【？】 v图图5-20a为间隙配合圆柱心轴，为间隙配合圆柱心轴， 其定位精度不高，但装卸工件其定位精度不高，但装卸工件 较方便；较方便； v图图5-20b为过盈配合圆柱心轴，为过盈配合圆柱心轴， 常用于对定心精度要求高的场常用于对定心精度要求高的场 合；合； v图图5-20c为花键心轴，用于以为花键心轴，用于以 花键孔为定位基准的场合。花键孔为定位基准的场合。 v当工件孔的长径比当工件孔的长径比L/D1时，时， 工作部分可略带锥度。工作部分可略带锥度。 图5-20 （2）圆锥心轴 图图5-21定位方式是圆锥面与圆

20、锥面接触，要求锥孔和圆定位方式是圆锥面与圆锥面接触，要求锥孔和圆 锥心轴的锥度相同，接触良好，因此定心精度与定位精锥心轴的锥度相同，接触良好，因此定心精度与定位精 度均较高，而轴向定位精度取决于工件孔和心轴的尺寸度均较高，而轴向定位精度取决于工件孔和心轴的尺寸 精度。精度。 圆锥心轴限制工件的自由度圆锥心轴限制工件的自由度 【？【？】 图5-21 （四）工件以组合表面定位 v在实际加工过程中，工件往往不是在实际加工过程中，工件往往不是 采用单一表面的定位，而是以组合采用单一表面的定位，而是以组合 表面定位。常见的有平面与平面组表面定位。常见的有平面与平面组 合、平面与孔组合、平面与外圆柱合、平

21、面与孔组合、平面与外圆柱 面组合、平面与其它表面组合、锥面组合、平面与其它表面组合、锥 面与锥面组合等。面与锥面组合等。 图图5-14 工件以端面和圆柱面组合定位工件以端面和圆柱面组合定位图图5-19 工件以端面和内孔组合定位工件以端面和内孔组合定位 一面两孔组合定位 图5-22 v在加工箱体类工件时，往往采用一面在加工箱体类工件时，往往采用一面 两孔组合定位，见图两孔组合定位，见图5-22。定位元件。定位元件 采用采用个平面和两个短圆柱销，两孔个平面和两个短圆柱销，两孔 直径分别为直径分别为 D1、D2，两孔中心距为，两孔中心距为L， 两销直径分别为两销直径分别为d1、d2，两销中心距，两销

22、中心距 为为L。由于平面限制。由于平面限制三个自由度三个自由度，两个两个 定位销限制四个自由度定位销限制四个自由度，因此过定位，因此过定位， 故有可能使工件两孔无法套在两定位故有可能使工件两孔无法套在两定位 销上，如上图销上，如上图5-22a所示。所示。 解决过定位的方法 v1）减小第二个销子的直径。此种方法由于销子直径减）减小第二个销子的直径。此种方法由于销子直径减 小，配合间隙加大，故使工件小，配合间隙加大，故使工件绕第一个销子的转角误差绕第一个销子的转角误差 加大。加大。 v2）使第二个销子可沿）使第二个销子可沿X方向移动，但结构复杂。方向移动，但结构复杂。 v3）第二个销子采用削边销结

23、构第二个销子采用削边销结构，即采取在过定位方向，即采取在过定位方向 上，将第二个圆柱销削边，如图上，将第二个圆柱销削边，如图5-18b所示所示:平面限制三平面限制三 个自由度，短圆柱销限制两个自由度，短的削边销（菱个自由度，短圆柱销限制两个自由度，短的削边销（菱 形销）限制一个自由度。形销）限制一个自由度。(它不需要减小第二个销子直它不需要减小第二个销子直 径，因此转角误差较小径，因此转角误差较小) v图图5-22c所示削边销的截面形状为菱形，又称菱所示削边销的截面形状为菱形，又称菱 形销，用于直径小于形销，用于直径小于50mm的孔，图的孔，图5-22d所示所示 削边销的截面形状常用于直径大于

24、削边销的截面形状常用于直径大于50mm的孔。的孔。 v削边销宽度削边销宽度b和和B值值： 削边销的结构尺寸已经标削边销的结构尺寸已经标 准化，设计时应尽量按照标准选用准化，设计时应尽量按照标准选用,削边销的宽削边销的宽 度度b和和B值可根据表值可根据表5-1选取。选取。 为了保证工件的安装和 加工精度的要求，在进行 夹具设计时，需要对孔销 间隙与削边销宽b的参数进 行设计计算。 推导过程见教材推导过程见教材P339P339 min1 2 min2 Jk LTLT D b a D b 2 min2 3 定位误差计算定位误差计算 v按照六点定位原理，可以设计和检查工件在夹具上是否按照六点定位原理，

25、可以设计和检查工件在夹具上是否 正确位置，但能否满足工件工序加工精度的要求，则取正确位置，但能否满足工件工序加工精度的要求，则取 决于刀具与工件之间正确的相互位置。而影响这个正确决于刀具与工件之间正确的相互位置。而影响这个正确 的位置关系的因素很多，如夹具在机床上的装夹误差、的位置关系的因素很多，如夹具在机床上的装夹误差、 工件在夹具中的定位误差和夹紧误差、机床的调整误差、工件在夹具中的定位误差和夹紧误差、机床的调整误差、 工艺系统的弹性变形和热变形误差、机床和刀具的制造工艺系统的弹性变形和热变形误差、机床和刀具的制造 误差及磨损误差等。为了保证工件的加工质量，应满足误差及磨损误差等。为了保证

26、工件的加工质量，应满足 如下关系式：如下关系式： v v d /3 v各种因素产生的加工误差总和各种因素产生的加工误差总和 v工件被加工尺寸的公差工件被加工尺寸的公差 v d 工件在夹具中的定位误差工件在夹具中的定位误差 一 定位误差及其产生原因 v所谓定位误差，是指所谓定位误差，是指由于工件定位造成的由于工件定位造成的 加工面相对工序基准的位置误差加工面相对工序基准的位置误差。 v因为对一批工件来说，刀具经调整后位置因为对一批工件来说，刀具经调整后位置 是不动的，即被加工表面的位置相对于定是不动的，即被加工表面的位置相对于定 位基准是不变的，所以定位误差就是工序位基准是不变的，所以定位误差就

27、是工序 基准在加工尺寸方向上的最大变动量。基准在加工尺寸方向上的最大变动量。 v定位误差是在采用调整法加工一批工件时定位误差是在采用调整法加工一批工件时 因定位产生的工序尺寸变化量因定位产生的工序尺寸变化量 造成定位误差的原因 v由于定位基准与工序基准不一致所引起由于定位基准与工序基准不一致所引起 的定位误差，称基准不重合误差的定位误差，称基准不重合误差，即工序，即工序 基准相对定位基准在加工尺寸方向上的最基准相对定位基准在加工尺寸方向上的最 大变动量，以大变动量，以b表示表示（如下图（如下图5-23a）。 v由于定位副制造误差及其配合间隙所引由于定位副制造误差及其配合间隙所引 起的定位误差，

28、称起的定位误差，称基准位移误差基准位移误差，即定位，即定位 基准在加工尺寸方向上的最大变动量，以基准在加工尺寸方向上的最大变动量，以 j表示表示（如下图（如下图5-23a定位面的不平度）定位面的不平度） 。 定位误差分析 定位误差：因工件定位而产生的工序（设计）基准相对 于夹具限位基准在工序尺寸方向上的最大变动量DW 定位误差 的组成 基准不重合 误差 JB 基准位置 误差JW 定位基准与工序（设计） 基准不重合引起的误差 定位副制造不准确引 起的误差 大小等于工序 （设计）基准 与定位基准之 间的尺寸公差 定位基准相对 于夹具限位基 准在加工尺寸 方向上的最大 变动量。 二 常见定位误差分析

29、与计算 v分析和计算定位误差的目的，就是为了判断所采分析和计算定位误差的目的，就是为了判断所采 用的定位方案能否保证加工要求，以便对不同方用的定位方案能否保证加工要求，以便对不同方 案进行分析比较，从而选出最佳定位方案，它是案进行分析比较，从而选出最佳定位方案，它是 决定定位方案时的一个重要依据。决定定位方案时的一个重要依据。 v由定位误差产生原因可知，由定位误差产生原因可知，基准不重合误差是由基准不重合误差是由 于定位基准选择不当于定位基准选择不当产生的，而产生的，而基准位移误差是基准位移误差是 由于定位副制造误差及其配合间隙由于定位副制造误差及其配合间隙所引起的。在所引起的。在 工件定位时

30、，上述两项误差可能同时存在，也可工件定位时，上述两项误差可能同时存在，也可 能只有一项存在，但不管如何，定位误差是由两能只有一项存在，但不管如何，定位误差是由两 项误差共同作用的结果。故有：项误差共同作用的结果。故有： v d=b j=jb (5-5) “” 分析 v利用式（利用式（5-5）计算定位误差，称为误差合）计算定位误差，称为误差合 成法，是加工尺寸方向上的代数和。在定成法，是加工尺寸方向上的代数和。在定 位误差的分析与计算中，可以将两项误差位误差的分析与计算中，可以将两项误差 分别计算，再按式（分别计算，再按式（5-5）进行合成。）进行合成。 v当当“和和”是由同一误差因素产生的，这

31、时是由同一误差因素产生的，这时 称称“和和”关联，此时如果它们方向相同，关联，此时如果它们方向相同， 合成时取合成时取“+”号；如果它们方向相反，合号；如果它们方向相反，合 成时取成时取“-”号。号。 v当两者不关联时，可直接采用两者叠加计当两者不关联时，可直接采用两者叠加计 算定位误差（取算定位误差（取“+”号）。号）。 1.工件以平面定位的定位误差 图5-23 v定位基准与工序基准不重合定位基准与工序基准不重合(图图a): v 由工序简图知，加工尺寸的工序基准由工序简图知，加工尺寸的工序基准(也是设计基准也是设计基准) 是是A面，而图面，而图a中定位基准是中定位基准是B面，可见定位基准与工

32、序面，可见定位基准与工序 基准不重合，必然存在基准不重合误差。基准不重合，必然存在基准不重合误差。 vb =(Hmax-Hd ) (Hmin-Hd) =(HmaxHmin)=0.28 v =T40 v 结论：结论：b定位基准与工序基准间尺寸公差定位基准与工序基准间尺寸公差 v若定位基准若定位基准B面制造得比较平整光滑，则同批工件的定面制造得比较平整光滑，则同批工件的定 位基准位置不变，不会产生基准位移误差，即位基准位置不变，不会产生基准位移误差，即j=0。 所以有：所以有： v d= b + j= b +0=0.28mm v /3=0.30/3=0.10mm v定位误差太大，留给其它加工误差的

33、允差值就太小，定位误差太大，留给其它加工误差的允差值就太小， （只有（只有0.02mm），在实际加工中容易出现废品，所以），在实际加工中容易出现废品，所以 此定位方案不合理此定位方案不合理 v定位基准与工序基准重合定位基准与工序基准重合(图图b): v 若改为图若改为图5-23b定位方案，则由于定位基定位方案，则由于定位基 准与工序基准重合，所以定位误差为零准与工序基准重合，所以定位误差为零: v d= b + j= 0 +0=0 v 此定位方案工件需从下向上夹紧，夹紧此定位方案工件需从下向上夹紧，夹紧 方案不够理想，且使夹具结构复杂。方案不够理想，且使夹具结构复杂。 v【还有什么方法还有什么

34、方法? 】 工件以外圆定位 图图5-24 v 工件以外圆在工件以外圆在V形块上定位，如不考虑形块上定位，如不考虑V 形块的制造误差，则工件定位基准在形块的制造误差，则工件定位基准在V形块形块 的对称面上，因此工件中心线在水平方向的对称面上，因此工件中心线在水平方向 上的位移为零。但在垂直方向上，因工件上的位移为零。但在垂直方向上，因工件 外圆有制造误差，定位基准产生位移，外圆有制造误差，定位基准产生位移， （图（图5-24a：），垂直方向其值为：），垂直方向其值为 : v图图5-24b、c、d所示为同一加工的三种不同所示为同一加工的三种不同 工序尺寸标注情况，其定位误差的分析计工序尺寸标注情况

35、，其定位误差的分析计 算如下：算如下： 2 sin2 2 sin 2 1 2 sin 2 1 2 sin 2 sin 21 12 d d j dd BOAO OO （5-6） 0 d d H1的定位误差计算 v图图5-24b所示为工序基准与定位基准重所示为工序基准与定位基准重 合，此时合，此时b 0，只有基准位移误差，只有基准位移误差， 故影响工序尺寸故影响工序尺寸H1的定位误差为的定位误差为 2 sin2 d jd H2定位误差计算 v图图5-24c所示工序尺寸为所示工序尺寸为H2，工序基准选在工件上母线，工序基准选在工件上母线 A处，此时工序基准与定位基准不重合，其定位误差为：处，此时工序

36、基准与定位基准不重合，其定位误差为： d=b j b /2 /2 v由于和均是由于工件直径尺寸制造误差引起的，属于关由于和均是由于工件直径尺寸制造误差引起的，属于关 联误差因素，因此采用合成法计算时需判断其正负。其联误差因素，因此采用合成法计算时需判断其正负。其 判断方法如下：判断方法如下： v当工件直径尺寸减小时，工件定位基准将下移；当工当工件直径尺寸减小时，工件定位基准将下移；当工 件定位基准位置不变时件定位基准位置不变时 ，若工件直径尺寸减小，则工，若工件直径尺寸减小，则工 序基准序基准A下移，两者变化方向相同，故定位误差计算下移，两者变化方向相同，故定位误差计算 应采用应采用“和和”合

37、成为：合成为： 2 2 sin2 dd bjd (5-8) H3定位误差计算 v图图5-24d所示工序基准选在工件下母线所示工序基准选在工件下母线B。 当工件直径尺寸变小时，定位基准将下当工件直径尺寸变小时，定位基准将下 移，但工序基准将上移，因此定位移，但工序基准将上移，因此定位 误差计算应采用误差计算应采用“差差”合成为：合成为： 2 2 sin2 dd bjd （5-9） 工件以圆柱孔定位 v工件以单一圆柱孔定位时常用的定位元件工件以单一圆柱孔定位时常用的定位元件 是圆柱定位心轴（或定位销），此时定位是圆柱定位心轴（或定位销），此时定位 误差的计算有两种情形：误差的计算有两种情形： v工

38、件孔与定位心轴（或定位销）采用无间工件孔与定位心轴（或定位销）采用无间 隙配合；隙配合； v工件孔与定位心轴（或定位销）采用间隙工件孔与定位心轴（或定位销）采用间隙 配合。配合。 v1)工件孔与定位心轴（或定位销）无间隙配合的工件孔与定位心轴（或定位销）无间隙配合的 定位误差计算定位误差计算 v由于工件孔与心轴（或定位销）为过盈配合，定由于工件孔与心轴（或定位销）为过盈配合，定 位副间无间隙，定位基准的位移量为零，所以位副间无间隙，定位基准的位移量为零，所以 j j=0。 图图5-25 工件以圆柱孔在过盈配合心轴上定位时定位误差分析工件以圆柱孔在过盈配合心轴上定位时定位误差分析 v若工序基准与

39、定位基准重合，如图5-25a中 的尺寸H1，则定位误差为： d= b + j =0 （5-10） 若工序基准在工件内圆母线上，如图5-25 中的尺寸H2;H3，则定位误差为： d= b + j = d/2 （5-11） v若工序基准在工件外圆母线上，如图5-25c 中的尺寸H4;H5，则定位误差为： d= b + j = b =D/2 （5-12） v2)工件孔与定位心轴（或定位销）间隙配合的定工件孔与定位心轴（或定位销）间隙配合的定 位误差计算位误差计算 v(1)工件孔与定位心轴水平放置 图图5-26 工件以单一圆柱孔定位时的定位误差工件以单一圆柱孔定位时的定位误差 v如图如图5-26所示工

40、件孔与定位心轴水平放置所示工件孔与定位心轴水平放置,工序基准工序基准(孔孔 中心线中心线)与定位基准与定位基准(心轴轴线心轴轴线)重合，重合， v b 0: d= b + j = j v由于工件的自重作用，使工件孔与定位心轴的上母线由于工件的自重作用，使工件孔与定位心轴的上母线 单边接触，因孔大于轴，孔中心线相对于定位心轴轴单边接触，因孔大于轴，孔中心线相对于定位心轴轴 线将总是下移，图线将总是下移，图5-26b是可能产生的最小下移状态；是可能产生的最小下移状态； 图图5-26c是可能产生的最大下移状态是可能产生的最大下移状态,工件孔中心线在工件孔中心线在 铅垂方向上的最大变动量为：铅垂方向上

41、的最大变动量为： 222 maxminminmax 1221 dD j dDdD OOOOOO （5-13） (2)工件孔与定位心轴垂直放置 图图5-27 工件孔与定位心轴（或定位销）垂直放置工件孔与定位心轴（或定位销）垂直放置 v v d d= b b + j j = j j v如图如图5-27所示，工件孔与定位心轴（或定位销）所示，工件孔与定位心轴（或定位销） 垂直放置，定位心轴与工件内孔则可能任意边接垂直放置，定位心轴与工件内孔则可能任意边接 触，应考虑加工尺寸方向的二个极限位置及孔轴触，应考虑加工尺寸方向的二个极限位置及孔轴 的最小配合间隙的影响，此时无法在调整刀具尺的最小配合间隙的影

42、响，此时无法在调整刀具尺 寸时预先予以补偿，所以在加工尺寸方向上的最寸时预先予以补偿，所以在加工尺寸方向上的最 大基准位移误差可按大基准位移误差可按最大孔和最小轴最大孔和最小轴求得孔中心求得孔中心 线位置的线位置的变动量变动量： maxmin 11 dDj （5-14） 图图5-27 中尺寸中尺寸 的定位 的定位误差：误差： v v =0+ =0+ v = =j j v = =D1+ D1+ d1 d1+ +min min 工件以一面两孔定位 图图5-28 一面两孔定位一面两孔定位 “1”孔中心线在孔中心线在x、y方向的最大位移为：方向的最大位移为： （5-15） “2”孔中心线在孔中心线在x

43、、y方向的最大位移分别为方向的最大位移分别为【？【？】: （5-16） 两孔中心连线对两销中心连线的最大转角误差两孔中心连线对两销中心连线的最大转角误差(见图见图5-28 所示所示): max1min1)1 ()1 ( 11 dDyDxD D LxDxD 2 )1 ()2( max2min2)2( 22 dDyD (5-17) L D 2 arctan22 max2max1 )( (5-18) 以一面两销定位时的定位误差计算以一面两销定位时的定位误差计算 1）位移误差：为第一定位销、孔的最大配合间隙）位移误差：为第一定位销、孔的最大配合间隙 孔孔O1中心偏移在直径为中心偏移在直径为dw1 圆内

44、，圆内，dw1 =D1max - d1min 2）转角误差）转角误差 =arctan(D1max- d1min + D2max - d2 min )/2L 要减小角度定位误差，要减小角度定位误差，提高孔销精度，减小配合间隙；提高孔销精度，减小配合间隙； 增大孔（销）中心距增大孔（销）中心距L 【例】有一批如图所示的工件，外圆直径 ， 内孔直径 和两端面均已加工合格，并保证外圆 对内孔的同轴度误差 在范围内。今按图示的定位方 案，用 心轴定位，在立式铣床上用顶尖顶住心轴 铣 槽。除槽宽要求外，还应保证下列要求： （1）槽的轴向位置尺寸 ； （2）槽底位置尺寸 ； （3）槽两侧面对 mm外圆轴线的

45、对称度公差 。 试分析计算定位误差，判断定位方案的合理性。 )(650 0 016.01 hd )(730 021. 0 01 HD 015. 0)(eT )(630 007. 0 020. 0 gd )(912 0 043. 0 h )(1225 0 21. 01 hL )(1242 0 25. 01 hH 5025. 0)(cT 图4.39 用心轴定位内孔铣槽工序的定位误差分析计 算 例题用三面刃铣刀铣如图所示缺口,本工序为最后工序,试设计一个 满足加工要求的定位方案 . 根据工序要求，将外圆30的轴颈为第一定 位基准，用长V形块限制四个自由度；同时以 小孔10第二定位基准，采用轴向浮动的

46、削边销 限制工件的X转动自由度，以保证对称度要求。 X的移动自由度可不予限制，但考虑到不增 加夹具的复杂性且有利于减小夹紧力，故可采 用V形块的端面作为定位面，以工件大端的左 侧面为定位基准限制工件的X移动自由度。 当采用90V形块时定位误差为0.0253，不满足要求，由此可 推算出应选120度的长V形块，经计算为0.0226，满足要求；另外 利用V形块的对中性和轴向浮动削边销的对中作用，可保证对称 度的定位误差为0。 2 2 sin2 9 dd bjd ）（ 2 021. 0 2 sin2 021. 0 例例:工件定位如图所示工件定位如图所示.欲钻孔并保证尺寸欲钻孔并保证尺寸A,试分析计试分

47、析计 算此种定位方案的定位误差算此种定位方案的定位误差. 4 工件在夹具中的夹紧 v工件定位后必须进行夹紧，才能保工件定位后必须进行夹紧，才能保 证工件不会因为切削力、重力、离证工件不会因为切削力、重力、离 心力等外力作用而破坏定位。这种心力等外力作用而破坏定位。这种 对工件进行夹紧的装置，称为夹紧对工件进行夹紧的装置，称为夹紧 装置。装置。 一、夹紧装置的组成和设计要求一、夹紧装置的组成和设计要求 1夹紧装置的夹紧装置的 组成组成 典型夹紧装置典型夹紧装置 一般由三部分一般由三部分 组成，见图组成，见图5- 29所示所示: v(1)动力源动力源(6;5) v(2)传力机构传力机构 (4;3)

48、 v(3)夹紧元件夹紧元件(2) 图5-29 夹紧装置的组成 1工件 2压板 3铰链杆 4活 塞杆 5活塞 6气缸 夹紧装置的要求 v夹紧装置是夹具的重要组成部分夹紧装置是夹具的重要组成部分,正确合理地选正确合理地选 择和设计夹紧装置，有利于保证工件的加工质量、择和设计夹紧装置，有利于保证工件的加工质量、 提高生产率和减轻工人的劳动强度。因此对夹紧提高生产率和减轻工人的劳动强度。因此对夹紧 装置提出以下要求：装置提出以下要求： v1）夹紧过程中不能破坏工件定位；）夹紧过程中不能破坏工件定位； v2）夹紧力的大小应可靠、适当）夹紧力的大小应可靠、适当; v3）夹紧动作要准确迅速；）夹紧动作要准确

49、迅速； v4）操作方便、省力、安全；）操作方便、省力、安全； v5）结构简单，易于制造。）结构简单，易于制造。 二、夹紧力的确定二、夹紧力的确定 v夹紧力包括夹紧力的夹紧力包括夹紧力的方向、作用点方向、作用点 和大小三要素和大小三要素，它们是夹紧装置设，它们是夹紧装置设 计和选择的核心问题。一个夹紧机计和选择的核心问题。一个夹紧机 构设计的好坏，在很大程度上取决构设计的好坏，在很大程度上取决 于夹紧力三要素确定的是否合理。于夹紧力三要素确定的是否合理。 1夹紧力的方向 v夹紧力方向的选择原则为：夹紧力方向的选择原则为： v(1)夹紧力的作用方向应不破坏工件定位夹紧力的作用方向应不破坏工件定位

50、的准确性和可靠性的准确性和可靠性 ，夹紧力方向应指向夹紧力方向应指向 主要定位基准面主要定位基准面; v(2)夹紧力方向应使夹紧力方向应使工件变形工件变形尽可能小尽可能小; v(3)夹紧力方向应使所需夹紧力方向应使所需夹紧力尽可能小夹紧力尽可能小. 图5-30 32 夹紧力方向选择 2夹紧力的作用点 v夹紧力作用点的位置和数目将直接影响工件定位夹紧力作用点的位置和数目将直接影响工件定位 后的可靠性和夹紧后的变形，应注意以下几个方后的可靠性和夹紧后的变形，应注意以下几个方 面：面： 1）夹紧力作用点）夹紧力作用点应靠近支承元件的几何中心应靠近支承元件的几何中心或几或几 个支承元件所形成的支承面内

51、。个支承元件所形成的支承面内。 2）夹紧力作用点）夹紧力作用点应落在工件刚度较好应落在工件刚度较好的部位上。的部位上。 3）夹紧力作用点）夹紧力作用点应尽可能靠近被加工表面应尽可能靠近被加工表面以减小以减小 切削力对工件造成的翻转力矩，必要时应在工件切削力对工件造成的翻转力矩，必要时应在工件 刚性差的部位增加辅助支承并施加附加夹紧力，刚性差的部位增加辅助支承并施加附加夹紧力， 以免振动和变形。以免振动和变形。 图图5-33 夹紧力作用点的选择夹紧力作用点的选择 3夹紧力的大小 v夹紧力的大小主要影响工件定位的可夹紧力的大小主要影响工件定位的可 靠性、工件的夹紧变形以及夹紧装置靠性、工件的夹紧变

52、形以及夹紧装置 的结构尺寸和复杂性，因此夹紧力的的结构尺寸和复杂性，因此夹紧力的 大小应当适中大小应当适中。 v在实际设计中，确定夹紧力大小的方在实际设计中，确定夹紧力大小的方 法有两种：法有两种：经验类比法和分析计算法经验类比法和分析计算法。 v分析计算法分析计算法: v一般根据切削原理的公式求出一般根据切削原理的公式求出切削力的大小切削力的大小F，必要时，必要时 算出算出惯性力、离心力惯性力、离心力的大小，然后与工件重力及待求的的大小，然后与工件重力及待求的 夹紧力组成夹紧力组成静平衡力系静平衡力系，列出平衡方程式，即可算出，列出平衡方程式，即可算出理理 论夹紧力论夹紧力Q。为安全可靠起见

53、，还要考虑一个。为安全可靠起见，还要考虑一个安全系数安全系数 K，因此实际的夹紧力应为：，因此实际的夹紧力应为： vK的取值范围一般为的取值范围一般为1.53，粗加工时取，粗加工时取2.53，精加，精加 工时取工时取1.52。 KQQ （5-19） 解：解：钻孔时作用于工件的有钻削轴向 力F和钻削扭矩Mc，平衡切削力的作 用力有：夹紧力J0，V形块支承斜面的 反作用力N1，工件外圆与V形块支承 斜面间的摩擦阻力N1f1，钳口与工件外 圆面处的摩擦阻力J0f2，钻削时，支承 块的反作用力N3和摩擦阻力N3f3的作用。 若忽略N3f3的作用，认为平衡钻削扭矩 Mc只有N1f1和J0f2的作用。 2

54、 sin2 10 NJ Mc 2 1 0120111 2 sin 2f f JdfJfNd ）（ 3 211 0 10 2 sin 2 sin ）（ ffd Mk JkJ C 图4.43 钻孔时夹紧力的计算示例 三、典型夹紧机构三、典型夹紧机构 v夹紧机构的选择需要满足加工方法、工件夹紧机构的选择需要满足加工方法、工件 所需夹紧力大小、工件结构、生产率等方面所需夹紧力大小、工件结构、生产率等方面 的要求，因此，在设计夹紧机构时，首先需的要求，因此，在设计夹紧机构时，首先需 要了解各种基本夹紧机构的工作特点（如能要了解各种基本夹紧机构的工作特点（如能 产生多大的夹紧力、自锁性能、夹紧行程、产生多

55、大的夹紧力、自锁性能、夹紧行程、 扩力比等）。夹具中常用的基本夹紧机构有扩力比等）。夹具中常用的基本夹紧机构有 斜楔、螺旋、偏心等，它们都是根据斜面夹斜楔、螺旋、偏心等，它们都是根据斜面夹 紧原理夹紧工件。紧原理夹紧工件。 1. 斜楔夹紧机构 图5-34 斜楔夹紧机构 1楔座 斜楔 3柱塞 销 螺钉 压板 弹簧 (1)斜楔夹紧力的计算 )tan(tan 12 P Q )2tan( P Q (2)斜楔夹紧的自锁条件 21 sinQ）（ 11 sinR （5-20） （5-21） （5-22） 21 （5-23） v斜楔夹紧机构满足自锁的条件是：斜楔夹紧机构满足自锁的条件是： 11.517。 v但

56、为了保证自锁可靠，一般取但为了保证自锁可靠，一般取 v 1015或更小些。或更小些。 （3）夹紧行程的计算）夹紧行程的计算 tanLS 要增大斜楔的夹紧行程就应相应增加L或 。增大 移动距离L受到结构尺寸的限制；增大斜角要受自锁 条件的限制。因此，斜楔的夹紧行程较小。 =3035 610 图4.47 双斜角结构的斜楔 斜楔夹紧机构增力比不大，夹紧行程受到限制， 操作又较不便，较少的用作夹紧件，一般在夹紧装 置中用作中间递力机构，如图4.48所示。在气动夹 紧装置中斜楔的应用较广，常在夹头、弹性夹头等 定心夹紧机构中使用。 图4.48 斜楔机构用作中间递力机构 斜楔在夹紧机构用作中间递力机构 2

57、. 螺旋夹紧机构 v图图5-36 手动单螺旋夹紧机构手动单螺旋夹紧机构 v1压紧螺钉压紧螺钉 2螺纹衬套螺纹衬套 3止动螺钉止动螺钉 v4夹具体夹具体 5浮动压块浮动压块 6工件工件 2. 螺旋夹紧机构螺旋夹紧机构 螺旋夹紧特点：螺旋夹紧特点： 1）结构简单，）结构简单， 自锁性好，夹自锁性好，夹 紧可靠；紧可靠； 2）增力比约增力比约 为为80,远比斜楔远比斜楔 夹紧力大；夹紧力大； 3）夹紧行程）夹紧行程 不受限制；不受限制； 4）夹紧动作）夹紧动作 慢，辅助时间慢，辅助时间 长，效率低长，效率低 图4.49 螺旋夹紧 1螺钉（或螺栓） 2螺母 3 工件 4压块 5球面垫圈 6开口垫 圈

58、图图 快卸螺旋夹紧装置快卸螺旋夹紧装置 螺旋压板夹紧机构螺旋压板夹紧机构 图图 螺旋压板夹紧机构螺旋压板夹紧机构 图4.51 螺旋勾头压板夹紧机构 1压板座 2勾头压板 3螺母 4螺栓 5 弹簧 6内六方螺钉 7螺钉（防转） v螺旋夹紧机构的夹紧力螺旋夹紧机构的夹紧力Q为：为： v v （5-28） v压紧螺钉端部的当量摩擦半径压紧螺钉端部的当量摩擦半径r1的值与螺杆的值与螺杆 头部（或压块）的结构有关，压紧螺钉端头部（或压块）的结构有关，压紧螺钉端 部的当量摩擦半径计算见表部的当量摩擦半径计算见表5-2。 211 tan)tan(rr PL Q z 3. 偏心夹紧机构 （1 1）圆偏心夹紧原

59、理及其几何特性）圆偏心夹紧原理及其几何特性 偏心夹紧实质是一种斜楔夹紧，但各点升角不等，偏心夹紧实质是一种斜楔夹紧，但各点升角不等， m、n处处 升角为升角为0 0， P处升角最大。处升角最大。 图图 偏心夹紧工作原理偏心夹紧工作原理 (1)偏心夹紧机构的夹紧原理 cos sin arctan eR e v(2)圆偏心夹紧的夹紧力计算圆偏心夹紧的夹紧力计算 v(3)圆偏心夹紧的自锁条件圆偏心夹紧的自锁条件 v 根据斜楔自锁条件，忽略转轴处的摩擦，并考根据斜楔自锁条件，忽略转轴处的摩擦，并考 虑最不利的情况，可得到偏心夹紧的自锁条件为：虑最不利的情况，可得到偏心夹紧的自锁条件为： ve/Rtan

60、2 =2 v 2 =0.10.15: R/e710 )tan(tan 12 PL Q （4 4）圆偏心夹紧的适用范围）圆偏心夹紧的适用范围 圆偏心轮夹紧力小，行程小，自锁性不太好，用于切削圆偏心轮夹紧力小，行程小，自锁性不太好，用于切削 力小，无振动，工件尺寸公差不大的场合。力小，无振动，工件尺寸公差不大的场合。 斜楔夹紧斜楔夹紧 螺旋夹紧螺旋夹紧偏心轮夹紧偏心轮夹紧 自锁性（升自锁性（升 角有关）角有关） 57151 310 5-9 增力比增力比37512 夹紧行程夹紧行程小小大大居中居中 操作快慢操作快慢居中居中慢慢快快 设计设计斜面斜面选用选用偏心距和直偏心距和直 径径 三种夹紧机构比较