第8章(1-2)机床夹具的基本概念与工件的定位与定位误差

1、第一节第一节 机床夹具的基本概念机床夹具的基本概念一、装夹的概念一、装夹的概念n装夹：将工件在机床或夹具上定位、夹紧的装夹：将工件在机床或夹具上定位、夹紧的 过程称为装夹。过程称为装夹。n定位：工件在机床或夹具上占据正确位置定位：工件在机床或夹具上占据正确位置 的过程称为定位。的过程称为定位。n夹紧：为保持工件的正确定位而将工件夹夹紧：为保持工件的正确定位而将工件夹 牢的过程称为夹紧。牢的过程称为夹紧。 工件夹紧时可以工件夹紧时可以先定位，后夹紧先定位，后夹紧 也可以也可以定位和夹紧同时进行定位和夹紧同时进行二、装夹的方法：共有三种二、装夹的方法：共有三种 （一）直接装夹：工件定位基准面与机（

2、一）直接装夹：工件定位基准面与机床上的装夹面紧密帖合而定位，进而夹床上的装夹面紧密帖合而定位，进而夹紧的装夹方式称为直接装夹。紧的装夹方式称为直接装夹。（二）找正装夹：以工件的有关表面或专（二）找正装夹：以工件的有关表面或专门划出的线痕作为定位的依据，然后夹门划出的线痕作为定位的依据，然后夹紧工件的装夹方式称为找正装夹。紧工件的装夹方式称为找正装夹。（三）夹具装夹：先根据工件某一工序的加工（三）夹具装夹：先根据工件某一工序的加工要求设计、制造夹具，工件定位基准面与夹要求设计、制造夹具，工件定位基准面与夹具上的定位面紧密帖合而定位，然后夹紧的具上的定位面紧密帖合而定位，然后夹紧的装夹方式称为夹具

3、装夹。装夹方式称为夹具装夹。n特点：易于保证定位精度，装夹所用时间短，特点：易于保证定位精度，装夹所用时间短， 利于提高生产效率。利于提高生产效率。三、夹具装夹及其误差三、夹具装夹及其误差 （一）夹具装夹过程（一）夹具装夹过程（二）夹具装夹误差（二）夹具装夹误差 因采用夹具装夹，而造成加工表面的尺寸、因采用夹具装夹，而造成加工表面的尺寸、位置误差称为夹具装夹误差。位置误差称为夹具装夹误差。n夹具装夹误差由三个方面的误差组成：夹具装夹误差由三个方面的误差组成： 工件装夹误差工件装夹误差装夹装夹 对定误差对定误差对定对定 过程误差过程误差过程过程（1）工件装夹误差工件装夹误差装夹装夹：与工件在夹具

4、中装：与工件在夹具中装夹有关的加工误差。夹有关的加工误差。 包括：包括： 定位误差定位误差定位定位：工件在夹具中定位不准确：工件在夹具中定位不准确所造成的加工误差。所造成的加工误差。 夹紧误差夹紧误差夹紧夹紧：夹紧时，因工件或夹具变：夹紧时，因工件或夹具变形所造成的加工误差。形所造成的加工误差。（2）对定误差对定误差对定对定：与夹具相对于刀具及：与夹具相对于刀具及 切削成形运动有关的加工误差。切削成形运动有关的加工误差。 包括：包括： 对刀误差对刀误差对刀对刀：夹具相对于刀具位置有关的：夹具相对于刀具位置有关的加工误差。加工误差。 夹具位置误差夹具位置误差位置位置：夹具相对成形运动位置：夹具相

5、对成形运动位置有关的加工误差。有关的加工误差。（3）过程误差过程误差过程过程：与加工过程中一些因：与加工过程中一些因 素有关的加工误差。素有关的加工误差。n加工误差不等式：为了得到合格产品，上述各项误加工误差不等式：为了得到合格产品，上述各项误差之和应小于等于公差差之和应小于等于公差T，即：即：装夹装夹+对定对定+ 过程过程= Tn公差的分配：一般对于三项误差平均分配公差，即公差的分配：一般对于三项误差平均分配公差，即 装夹装夹= T/3 对定对定= T/3 过程过程= T/3 也可将与夹具设计、使用、调整有关的前两项合也可将与夹具设计、使用、调整有关的前两项合并使用，即：并使用，即： 装夹装

6、夹+对定对定= 2T/3第二节第二节 工件的定位工件的定位一、一、六点定位原理六点定位原理 n任何未定位的工件在空间直角坐标系中都具任何未定位的工件在空间直角坐标系中都具有六个自由度。工件定位的任务就是根据加有六个自由度。工件定位的任务就是根据加工要求限制工件的全部或部分自由度。工件工要求限制工件的全部或部分自由度。工件的六点定位原理是指用六个支撑点来分别限的六点定位原理是指用六个支撑点来分别限制工件的六个自由度，从而使工件在空间得制工件的六个自由度，从而使工件在空间得到确定定位的方法。到确定定位的方法。 工件六个自由度工件六个自由度实现六点定位实现六点定位n工件定位一般有下述四种情况：工件定

7、位一般有下述四种情况： 完全定位完全定位 部分定位部分定位 欠定位欠定位 重复定位重复定位n在工件定位分析中，常将定位元件抽象在工件定位分析中，常将定位元件抽象为定位支承点。为定位支承点。（一）完全定位：工件在夹具中定位时，六个（一）完全定位：工件在夹具中定位时，六个自由度均被限制，称为完全定位。自由度均被限制，称为完全定位。完全定位完全定位（二）部分定位：工件在夹具中定位时，六个（二）部分定位：工件在夹具中定位时，六个自由度没有被全部限制，称为部分定位。自由度没有被全部限制，称为部分定位。此时可能有两种情况：此时可能有两种情况：1、由于工件结构特点，不必限制所有自由度、由于工件结构特点，不必

8、限制所有自由度2、由于加工精度要求，不必限制所有自由度、由于加工精度要求，不必限制所有自由度（三）欠定位：工件在夹具中定位时，若定位（三）欠定位：工件在夹具中定位时，若定位支承点数目少于工序加工所要求的数目，工支承点数目少于工序加工所要求的数目，工件定位不足，称为欠定位。件定位不足，称为欠定位。（四）重复定位：工件在夹具中定位时，若几（四）重复定位：工件在夹具中定位时，若几个定位支承点重复限制一个或几个自由度，个定位支承点重复限制一个或几个自由度，称为重复定位（超定位）。称为重复定位（超定位）。*当以形、位精度较低的毛坯面定位时，不允当以形、位精度较低的毛坯面定位时，不允许重复定位。许重复定位

9、。*为提高定位稳定性和刚度，以加工过的表面为提高定位稳定性和刚度，以加工过的表面定位时，可以出现重复定位。定位时，可以出现重复定位。超定位超定位n当以两个或两个以上的组合表面定位时，重当以两个或两个以上的组合表面定位时，重复定位可能造成不良后果。复定位可能造成不良后果。n为减少重复定位造成的加工误差，可采取如为减少重复定位造成的加工误差，可采取如下措施：下措施：（1）改变定位元件结构）改变定位元件结构（2）撤消重复定位的定位元件：）撤消重复定位的定位元件：（3）提高工件定位基准之间、定位元件定位）提高工件定位基准之间、定位元件定位面之间的位置精度面之间的位置精度二、定位元件的选择二、定位元件的

10、选择n定位表面不同，应选择不同的定位元件定位表面不同，应选择不同的定位元件（一）平面定位元件（一）平面定位元件1、主要支承：工件定位时起主要定位支承作、主要支承：工件定位时起主要定位支承作用用（1）固定支承：定位支承点的位置固定不变）固定支承：定位支承点的位置固定不变的定位元件，称为固定支承。的定位元件，称为固定支承。（2）可调支承：定位支承点的位置可以调节）可调支承：定位支承点的位置可以调节的定位元件，称为可调支承。的定位元件，称为可调支承。主要用于以制造精度不高的毛坯面定位的场合。主要用于以制造精度不高的毛坯面定位的场合。（3）自位支承：定位支承点的位置随工件定）自位支承：定位支承点的位置

11、随工件定位基准位置变化而自动与之适应的定位元件，位基准位置变化而自动与之适应的定位元件，称为自位支承。称为自位支承。自位支承一般只起一个定位支承点的作用。自位支承一般只起一个定位支承点的作用。2、辅助支承：只起提高工件支承刚性或辅助、辅助支承：只起提高工件支承刚性或辅助定位作用的定位元件，称为辅助支承。定位作用的定位元件，称为辅助支承。（二）圆孔表面定位元件（二）圆孔表面定位元件主要有：定位销、刚性心轴和小锥度心轴主要有：定位销、刚性心轴和小锥度心轴1、定位销、定位销 固定式定位销：固定式定位销： 可换式定位销：可换式定位销： 锥面定位销锥面定位销 削边定位销： D3mm； 3 D 50mm

12、标准菱形定位销标准菱形定位销2、刚性心轴：常用于套类零件的定位元件、刚性心轴：常用于套类零件的定位元件刚性心轴一般由导向、定位及传动三部分组成刚性心轴一般由导向、定位及传动三部分组成3、小锥度心轴：小锥度心轴可消除工件与心、小锥度心轴：小锥度心轴可消除工件与心轴之间的配合间隙，提高定心精度。锥度一轴之间的配合间隙，提高定心精度。锥度一般取般取 K=1/50001/1000（三）外圆表面定位元件：常用的有三类（三）外圆表面定位元件：常用的有三类n 定位套：实现定心定位定位套：实现定心定位n 支承板：给外圆定位支承板：给外圆定位n V型块：实现外圆表面定心、对中定位型块：实现外圆表面定心、对中定位

13、（1）定位套：）定位套：长套限制四个自由度，短套限制二个自由度，长套限制四个自由度，短套限制二个自由度，锥套限制三个自由度，半圆套长四、短二。锥套限制三个自由度，半圆套长四、短二。2、支承板：、支承板：长板限制二个自由度，短板限制一个自由度。长板限制二个自由度，短板限制一个自由度。3、V型块：长型块：长V型块限制四个自由度；型块限制四个自由度； 短短V型块限制二个自由度。型块限制二个自由度。 一一般般V 形形块两块两斜斜面间夹面间夹角角有有60、90和和120三三种种，在定位，在定位设计设计中中多多采用夹采用夹角角为为90的的V 形形块块。 V 形形块块定位的定位的优优点是点是：定位对中性定位

14、对中性好好。即零件定。即零件定位位基基准准轴线总轴线总在在V 形形块块对称面上，不对称面上，不受受零件定位面尺零件定位面尺寸变寸变化化的影响；的影响；适适应面应面广广，不但可用于，不但可用于粗粗基基准定位，准定位，也可以用于也可以用于精基精基准定位，不但可用于准定位，不但可用于圆圆柱柱面定位，也面定位，也可用于可用于局局部部圆圆弧弧面定位；零件装夹方面定位；零件装夹方便便。（四）锥面定位元件；当轴类零件要求精确定（四）锥面定位元件；当轴类零件要求精确定心时，可以工件上的锥孔作为定位基准。心时，可以工件上的锥孔作为定位基准。长锥心轴限制五个自由度：长锥心轴限制五个自由度：n两个顶尖配合使用，限制

15、五个自由度。两个顶尖配合使用，限制五个自由度。三、定位误差的分析与计算三、定位误差的分析与计算（一）定位误差及其计算方法（一）定位误差及其计算方法1、定位误差的概念及产生原因：、定位误差的概念及产生原因：*定位误差：指由于工件定位不准确，而造成定位误差：指由于工件定位不准确，而造成工序尺寸或位置要求方面的加工误差。工序尺寸或位置要求方面的加工误差。*产生原因：产生原因： （1）工件有关表面本身及它们之间在尺寸、）工件有关表面本身及它们之间在尺寸、位置上存在着公差范围内的差异。位置上存在着公差范围内的差异。 （2）夹具定位元件本身及各定位元件之间）夹具定位元件本身及各定位元件之间存在尺寸和位置公

16、差。存在尺寸和位置公差。 分析：机床保证分析：机床保证了小孔与销的轴线了小孔与销的轴线之间的尺寸，但因之间的尺寸，但因销孔之间存在间隙，销孔之间存在间隙，销、孔、外圆均存销、孔、外圆均存在尺寸误差，均会在尺寸误差，均会引起尺寸引起尺寸H的变化。的变化。nHmax：当销最小、当销最小、孔最大、外圆最大，孔最大、外圆最大，销孔右边接触销孔右边接触nHmin：当销最小、当销最小、孔最大、外圆最小，孔最大、外圆最小，销孔左边接触销孔左边接触n例：孔例：孔销配合例子销配合例子n基准位置误差基准位置误差位置（位置（O）：定位基准定位基准O相对于其相对于其理想位置理想位置O的最大变动量的最大变动量 位置（位

17、置（O）=O1O2=O3O4=TD+Td1+Xmin=Xmaxn基准不重合误差基准不重合误差不重（不重（A） ： 工序基准工序基准A相对相对于定位基准理想位置于定位基准理想位置O的最大变动量的最大变动量 不重（不重（A） =A1A2 =Td/22、定位误差的组成及计算、定位误差的组成及计算定位误差主要由基准位置误差定位误差主要由基准位置误差位置（位置（O）和基准不重合和基准不重合误差误差不重（不重（A） 组成。组成。 定位（定位（H）=A1A2=Hmax-Hmin =O1O2+d/2-(d-Td)/2= O1O2+ Td/2即即: 定位（定位（H）= 位置（位置（O） + 不重（不重（A） =

18、 O1O2+ Td/23、结论、结论（1）定位误差只产生在采用调整法加工一批）定位误差只产生在采用调整法加工一批工件的条件下，若一批工件逐个试切加工，工件的条件下，若一批工件逐个试切加工，则不存在定位误差。则不存在定位误差。（2）定位误差是由于工件定位不准确而产生）定位误差是由于工件定位不准确而产生的加工误差。他的表现形式为工序基准相对的加工误差。他的表现形式为工序基准相对于加工表面可能产生的最大尺寸或位置的变于加工表面可能产生的最大尺寸或位置的变动范围。它的产生原因是工件的制造误差、动范围。它的产生原因是工件的制造误差、定位元件的制造误差、两者的配合间隙及基定位元件的制造误差、两者的配合间隙

19、及基准不重合等。准不重合等。（3）定位误差由基准位置误差和基准不重合误差两）定位误差由基准位置误差和基准不重合误差两部分组成，但并非在任何情况下这两部分都存在。部分组成，但并非在任何情况下这两部分都存在。定位基准无位置变动，基准位置误差为零；定位基定位基准无位置变动，基准位置误差为零；定位基准与工序基准重合，基准不重合误差为零。准与工序基准重合，基准不重合误差为零。（4）定位误差的计算可按定位误差的定义，根据所）定位误差的计算可按定位误差的定义，根据所画出的一批工件定位可能产生定位误差的良种极端画出的一批工件定位可能产生定位误差的良种极端位置，再通过集合关系直接求得。也可按定位误差位置，再通过

20、集合关系直接求得。也可按定位误差的组成，由公式：的组成，由公式： 定位定位=位置位置 不重不重 计算得到，根据一批工件的定位由一种可能的极端计算得到，根据一批工件的定位由一种可能的极端位置变为另一种极端位置时位置变为另一种极端位置时位置位置和和不重不重的方向的异的方向的异同，以确定公式中的加减号。同，以确定公式中的加减号。（二）几种典型表面定位时的定位误差（二）几种典型表面定位时的定位误差1、平面定位时的定位误差、平面定位时的定位误差*毛坯表面定位：毛坯表面定位：由于实际表面相由于实际表面相对于其理想位置对于其理想位置有较大的变动范有较大的变动范围，存在基准位围，存在基准位置误差。置误差。 定

21、位（定位（H）= 位置（位置（M） =H*加工过的表面定位：加工过的表面形状误差较小，可以认为基准位置误差为零。 定位（H）= 位置（M）=02、圆孔表面定位时的定位误差、圆孔表面定位时的定位误差（1）工件上圆孔与刚性心轴或定位销过盈配合）工件上圆孔与刚性心轴或定位销过盈配合基准位置误差：基准位置误差： 位置（位置（O）=0n基准不重合误差：基准不重合误差：3、工件外圆表面用、工件外圆表面用V形块定位时的定位误差形块定位时的定位误差 主要分析工件外圆在主要分析工件外圆在V形块上定位情况：形块上定位情况： 由于工件设计基准不同，可能出现以下三种情况，由于工件设计基准不同，可能出现以下三种情况，即

22、设计基准分别为即设计基准分别为B、C 、O 。11221222111()()HB BABABAOO BAOO B2211()()222sin2sin22dddd1(1)2sin2d12B B1）尺寸）尺寸H1的定位误差的定位误差 设计基准为设计基准为B，定位基准为定位基准为E,F。其其最大的位置变动量为最大的位置变动量为即定位误差：即定位误差： = 21221222111()()HC CACACAOO CAOOC12CC1(1)2sin2d 3）尺寸）尺寸H3的定位误差的定位误差 设计基准设计基准为为O，定位基准为定位基准为A，其最大的其最大的位置变动量为位置变动量为12OO31221HOOA

23、OAO212sin2sin22dd2sin2d （四）提高工件在夹具中定位精度的措施（四）提高工件在夹具中定位精度的措施 即如何减少或消除基准位置误差和基即如何减少或消除基准位置误差和基准不重合误差。准不重合误差。1、减少或消除基准位置误差的措施、减少或消除基准位置误差的措施（1）选用基准位置误差小的定位元件）选用基准位置误差小的定位元件A、以毛坯平面作为定位基准时，可以多点自以毛坯平面作为定位基准时，可以多点自位支承取代球头支承钉。位支承取代球头支承钉。B、以内孔和端面定位时，可应用浮动球面支以内孔和端面定位时，可应用浮动球面支承，以减小轴向定位误差。承，以减小轴向定位误差。（2）合理布置定位元件在夹具中的位置）合理布置定位元件在夹具中的位置A、以毛坯平面定位时，尽力增大支承间的间以毛坯平面定位时，尽力增大支承间的间距距B、以外圆或外圆组合定位时，亦应尽力增大以外圆或外圆组合定位时，亦应尽力增大定位元件间的间距定位元件间的间距C、应用固定平面支承与活动锥面组合定位应用固定平面支承与活动锥面组合定位（3）提高工件定位表面与定位元件的配合精度）提高工件定位表面