第三章机床夹具设计原理-2012(9)

1、第一章第一章 机床夹具设计基础机床夹具设计基础第一节第一节 概述概述一一. 工件的装夹及装夹方法工件的装夹及装夹方法(一一) 装夹的概念装夹的概念1. 定位定位为保证加工精度，在加工前，工件在机床的装为保证加工精度，在加工前，工件在机床的装夹面上或夹具中，必须相对刀具及其切削成形运动，占夹面上或夹具中，必须相对刀具及其切削成形运动，占据一正确位置。这一过程就称为定位。据一正确位置。这一过程就称为定位。2. 2. 夹紧夹紧加工过程中，为避免在各种力的作用下，使工加工过程中，为避免在各种力的作用下，使工件偏离已经确定的正确位置，还必须把它压紧，夹牢。件偏离已经确定的正确位置，还必须把它压紧，夹牢。

2、这一过程称为夹紧。这一过程称为夹紧。3. 3. 装夹装夹工件从定位到加紧的全过程。称为装夹。工件从定位到加紧的全过程。称为装夹。（二）装夹方法（二）装夹方法1.直接装夹直接装夹把工件的定位面，直接靠紧在机床的装夹面上，并密切把工件的定位面，直接靠紧在机床的装夹面上，并密切贴合，然后夹紧工件。这种方法称为直接装夹。贴合，然后夹紧工件。这种方法称为直接装夹。如工件在三爪卡盘或平面工作台上的装夹。如图1-1所示。2. 2. 找正装夹找正装夹1 1）直接找正装夹）直接找正装夹用划针，百分表或目测直接找正工件在机床或夹具中的正确用划针，百分表或目测直接找正工件在机床或夹具中的正确位置，然后再夹紧。这种方

3、法称为直接找正装夹。位置，然后再夹紧。这种方法称为直接找正装夹。如工件在四爪卡盘上装夹，通过采用测量工具找正工件在机床上的正确位置，然后再夹紧。如图1-2所示。图图1-1图图1-22 2）划线找正装夹）划线找正装夹按照工件上划好的线，找正工件在机床上的正确位置，然后按照工件上划好的线，找正工件在机床上的正确位置，然后再夹紧。这种方法称为划线找正装夹。再夹紧。这种方法称为划线找正装夹。如图1-3所示。3.3. 专用夹具装夹专用夹具装夹专用夹具是根据加工专用夹具是根据加工某一零件的某一工序某一零件的某一工序的具体加工要求而设的具体加工要求而设计的。其上有专用的计的。其上有专用的定位夹紧装置，可迅定

4、位夹紧装置，可迅速的装夹工件。速的装夹工件。多用于大批大量生产，如图1-4所示。图图1-3图图1-4二二. . 机床夹具及其分类机床夹具及其分类（一）（一）机床夹具的概念机床夹具的概念（二）（二） 机床夹具分类机床夹具分类1、按适用工件范围和特点分类、按适用工件范围和特点分类1）通用夹具通用夹具可装夹一定尺寸范围内的工件。如，三爪卡盘，四爪卡盘，平口虎钳等。2）专用夹具）专用夹具根据加工某一零件的某一工序的具体加工要求而设计的夹具。 3）可调夹具可调夹具通过更换或调整个别定位，夹紧或导向元件即可用于装夹多种工件。4）组合夹具组合夹具由预先制造的不同尺寸，形状，规格的标准件及合件组装而成，以满足

5、在不同的机床上装夹不同的工件。5） 随行夹具随行夹具加工自动线夹具，即能装夹工件，也起到输送工件的作用。2、按适用的机床不同分类、按适用的机床不同分类1）车床夹具。2）铣床夹具。3）镗床夹具。-3、按夹紧的动力源不同分类、按夹紧的动力源不同分类可分为手动夹具，气动夹具，液压夹具，气-液夹具，电磁夹具，及真空夹具等。三三. . 专用夹具装夹的优点及专用夹具组成专用夹具装夹的优点及专用夹具组成（一）专用夹具装夹的优点（一）专用夹具装夹的优点1. 能稳定可靠的保证加工精度。能稳定可靠的保证加工精度。用专用夹具装夹工件时，工件相对刀具及机床的位置精度由夹具保证，不受工人技术水平的影响，使一批工件的加工

6、精度趋于一致。2. 能提高劳动生产率能提高劳动生产率。专用夹具装夹工件时，装夹工件方便，快速；不需找正，可显著的减少辅助时间，提高了劳动生产率。3. 扩大机床的使用范围扩大机床的使用范围。如设计一镗模夹具即可在车床上实现镗床镗孔的功能，因此专用夹具装夹工件，可扩大机床的使用范围。（二）专用夹具的组成（二）专用夹具的组成1.定位装置定位装置作用使工件在夹具中占据正确的位置。2.夹紧装置夹紧装置作用是将工件压紧夹牢，保证工件在加工过程中，受到外力作用下，不偏离已经占据的正确位置。3. 对刀或导向装置对刀或导向装置用于确定刀具相对定位元件及工件加工表面的正确位置。4. 连接元件连接元件是夹具在机床上

7、安装的连接元件。5. 夹具体夹具体是机床夹具的基础件，通过夹具体将所有的元件连接组合成一个整体。6. 其它装置及元件其它装置及元件指因特殊需要而设置的装置或元件。如分度装置，吊装件，操作件等。如图1-5所示。图图1-5图图1-6第二节第二节 工件定位的基本原理工件定位的基本原理一. 六点定则六点定则一个尚未定位的工件，其空间位置是不确定的。可沿X、Y、Z轴移动和绕X、Y、Z轴转动。沿三坐标轴的移动记作： 绕三坐标轴的转动记作： 如图1-6所示：要想使工件在某一方向上有确定的位置，必须在某一方向上分布一个支承点，来限制该方向上的自由度。;,ZYX.,ZYX要想使工件在机床上有完全确定的位置，必须

8、要想使工件在机床上有完全确定的位置，必须分布合适的六个支承点，分别限制工件的六个分布合适的六个支承点，分别限制工件的六个自由度，使工件有完全确定的位置。这一法则，自由度，使工件有完全确定的位置。这一法则，称为六点定则。称为六点定则。如图所示，在处在空间直角坐标系中的六方体的三个相互垂直的平面上，分布有六个定位支承点。现试分析各定位支承点，限制自由度的情况。如图1-7所示：在XOY平面有定位支承点1，2，3；限制了;,YXZ三个自由度；在XOZ平面有4，5两个定位支承点，限制了YZ,两个自由度；在YOZ平面有6一个定位支承点，限制了X图图1-7一个自由度。恰好六个定位支承点，分别限制了六个自由度

9、，使六方体在空间直角坐标系中有完全确定的位置。二二. 几种定位情况几种定位情况1. 完全定位完全定位工件六个自由度被分别完全限制的定位，称为完全定位。工件六个自由度被分别完全限制的定位，称为完全定位。如图1-8所示，在长圆柱体工件上，钻一个与已加工的键槽对称且与端面的距离为a的小孔。夹具上的定位元件有：两个V形块，一个定位支承，一个定位销。图图1-8两个V形块相当于四个定位支承点，限制了四个自由度，定位销相当于一个定位支承点，限制了一个自由度，定位支承相当于一个定位支承点，限制了一个自由度。这种用相当于六个定位支承点的定位元件完全限制工件六个自由度的定位，称为完全定位。2. 不完全定位不完全定

10、位根据具体的加工方法，在满足加工要求的前提下，把限根据具体的加工方法，在满足加工要求的前提下，把限制工件少于六个自由度的定位，称为不完全定位。制工件少于六个自由度的定位，称为不完全定位。.,;,ZXZXYY如图1-9（a）所示，为保证加工尺寸及上下平面的平行度，限制2THH YXZ,图图1-9三个自由度即可。3. 过定位过定位几个定位支承点，同时限几个定位支承点，同时限制同一个自由度的定位，制同一个自由度的定位，称为过定位。称为过定位。如图1-10所示，加工连杆大头孔的定位。大平面相当于三个定位支承点，限制了 三个自由度；长圆柱销相当于四个定位支承点，限制了四个自由度，定位销3相当于一个定位支

11、承点，限制了一个自由度。很显然 被重复限制了。YXZ,YXYX,YX,图图1-10Z如果连杆小头孔轴线与端面不垂直，夹紧后会造成连杆体的弯曲或定位长销被拉弯，引起较大的加工误差，因此，过定位一般情况下是不允许的，只有因过定位引起的加工误差比不采用过定位引起的加工误差小时，过定位才是允许的。如加工细长轴时，径向切削力会引起轴的弯曲变形，一般采用加中心架或跟刀架的方法来减小因径向切削力引起的轴的弯曲变形，加中心架或跟刀架属于过定位，但产生的加工误差小，因此，是允许的。4. 欠定位欠定位当定位支承点的数目，少于应限制的自由度数目，工件不能正确定当定位支承点的数目，少于应限制的自由度数目，工件不能正确

12、定位，不能满足加工要求。这种定位方式，称为欠定位。位，不能满足加工要求。这种定位方式，称为欠定位。如图1-11所示，为一欠定位的实例。在长V形块上定位，加工轴上距一端为尺寸a的槽。为保证尺寸a，需限制但，没有被限制，属于欠定位。欠定位，工件在夹具中不能正确欠定位，工件在夹具中不能正确定位，定位，不能满足加工要求。因此，是绝对不允不能满足加工要求。因此，是绝对不允许的。许的。图图1-11y三三. . 常用定位元件限制的自由度常用定位元件限制的自由度四四. . 限制工件自由度与加工要求的关系限制工件自由度与加工要求的关系影响加工要求的自由度，必须限制影响加工要求的自由度，必须限制；不影响加工要求不

13、影响加工要求的自由度可限制，可不限制。的自由度可限制，可不限制。如图1-12所示，在一工件上铣通槽。为保证尺寸mm020. 060图1-12图1-13及与底面的平行度两项要求，必须限制为保证尺寸3001mm及槽侧面与B面的平行度，必须限制 两个自由度，至于 则可限制可不限制。五五. . 正确处理过定位正确处理过定位1. 改变定位元件的结构避免改变定位元件的结构避免过定位过定位YXZ,ZX,Y如图1-13所示，把长圆柱销改成短圆柱销，即可避免了过定位。如图1-14所示，定位支承销3重复限制了 把定位支承销3撤消，增加一个辅助支承，即消除了过定位，也增加了工件的装夹刚度。3 3、提高定位基面的位置

14、精度，消除过定位、提高定位基面的位置精度，消除过定位如图1-15所示，只要提高齿轮内孔与端面的垂直度，即可避免在夹紧时，拉弯心轴，消除了过定位的影响。图图1-15图图1-142.2. 去掉多余的定位支承，消除过定位去掉多余的定位支承，消除过定位Y图图1-16六六. 定位实例分析定位实例分析例1. 在车床上加工轴上外圆的定位方案如图1-16所示，试分析定位元件限制的自由度，属于那种定位情况，是否合理，如需改进，应如何改进。解：1. 分析加工要求需要分析加工要求需要限制的自由度。限制的自由度。要想加工出准确的圆柱面来，必须限制2. 分析定位元件所能限制的自由度分析定位元件所能限制的自由度三爪卡盘夹

15、持较长，相当于四个定位支承点，限制ZYZY,ZYZY,后浮动顶尖相当于两个定位支承点，限制ZY,3. 结论结论属于过定位。应改进为三爪卡盘夹持较短。例2：如图1-17所示，为采用大平面、固定V块、活动V块定位，加工连杆的大小头孔。试分析定位元件限制的自由度，属于那种定位情况，是否合理，如需改进，应如何改进。解：解：1. 分析加工要求需要分析加工要求需要限制的自由度。需完全定位。2. 分析定位元件所能限制的自由度分析定位元件所能限制的自由度1）大平面限制YXZ,图图1-172）固定V块限制 3）滑动V块限制3. 结论结论属于完全定位。定位方案合理，不需改进。例4：如图1-18所示，为采用大平面、

16、固定V块、活动V块定位，加工圆盘轴心孔。试分析定位元件限制的自由YX,Z属于那种定位情况，是否合理，如需改进，应如何改进。解：解：1. 分析加工要求需要限制的自由度。分析加工要求需要限制的自由度。根据加工要求应限制2. 分析定位元件所能限制的自由度分析定位元件所能限制的自由度1）大平面限制YXZ,YXYX,图图1-18度2）固定）固定V块限制块限制 3）滑动）滑动V块限制（如存在圆度误差）块限制（如存在圆度误差）3. 结论结论属于过定位。如不存在圆度误差，则滑动属于过定位。如不存在圆度误差，则滑动V块不限制块不限制属于不完全定位。属于不完全定位。YX,YY第三节第三节 定位副及定位元件定位副及

17、定位元件一一. . 定位副定位副（一）定位副概念（一）定位副概念1. 1. 定位基准、定位基面定位基准、定位基面1 1）工件以回转体定位时）工件以回转体定位时如图如图1-191-19所示：回转体表面为定位基面；回转体的轴线所示：回转体表面为定位基面；回转体的轴线为定位基准。为定位基准。2 2）工件以平面定位时）工件以平面定位时实际存在的那个表面为定位基面；定位平面的理想状态实际存在的那个表面为定位基面；定位平面的理想状态为定位基准。如图为定位基准。如图1-201-20所示：所示：2. 2. 限位基准、限位基面限位基准、限位基面1 1）工件以回转体定位时）工件以回转体定位时图图1-19图图1-2

18、0定位元件的回转体表面为限位基面，定位元件的回转轴线定位元件的回转体表面为限位基面，定位元件的回转轴线为限位基准。为限位基准。2）工件以平面定位时）工件以平面定位时定位元件上实际存在的那个表面为限位基面；其定位平面定位元件上实际存在的那个表面为限位基面；其定位平面的理想状态称为限位基准。当平面的精度较高时，限位基的理想状态称为限位基准。当平面的精度较高时，限位基面与限位基准重合。面与限位基准重合。3. 定位副定位副定位基面与限位基面合称为定位副。定位基面与限位基面合称为定位副。当工件上有几个定位基面时，限制自由度最多的那个定位当工件上有几个定位基面时，限制自由度最多的那个定位基面，称为主要的定

19、位基面。基面，称为主要的定位基面。二二. 定位符号定位符号定位、夹紧符号已有部颁标准（定位、夹紧符号已有部颁标准（JB/T506191），可参），可参看下列图看下列图1-21示例。示例。图图1-21三三. . 对定位元件的基本要求对定位元件的基本要求1. 1. 足够的精度足够的精度工件的定位是通过定位副间的接触或配合实现的，定位工件的定位是通过定位副间的接触或配合实现的，定位元件上的限位基面的精度，将直接影响定位精度。元件上的限位基面的精度，将直接影响定位精度。2. 2. 足够的强度和刚度足够的强度和刚度定位元件不仅限制工件自由度，还在加工过程中，承受定位元件不仅限制工件自由度，还在加工过程中

20、，承受夹紧力、切削力等，为保证夹具不在各种力的作用下，夹紧力、切削力等，为保证夹具不在各种力的作用下，产生变形或破坏，因此定位元件要有足够的强度和刚度。产生变形或破坏，因此定位元件要有足够的强度和刚度。3. 3. 耐磨性好耐磨性好在大批大量生产中，频繁地装卸工件，定位元件的限位在大批大量生产中，频繁地装卸工件，定位元件的限位基面因磨损而精度下降。基面因磨损而精度下降。为延长定位元件的使用或更换周期，定位元件应具有良好的耐磨性。4. 工艺性好工艺性好定位元件的结构，应力求简单、合理、便于加工、装配和更换。四四. 常用定位元件常用定位元件（一）工件以平面定位时的定位元件（一）工件以平面定位时的定位

21、元件1. 主要支承主要支承1）固定支承）固定支承支承钉，如图1-22所示：支承板，如图1-23所示：图图1-22图图1-232）可调支承）可调支承支承的高度可以根据需要进行调整。如图1-24（a）、（b）所示图图1-24（a）图图1-24 （b）3）自位支承）自位支承在工件的定位过程中，能自动调整位置的支承。如图1-25所示：图图1-252）可调支承）可调支承辅助支承用来提高工件的装夹刚度，不起定位作用。如图1-26所示：图图1-26（二）工件以圆柱孔定位时的定位元件（二）工件以圆柱孔定位时的定位元件1. 圆柱销圆柱销2. 圆柱心轴圆柱心轴图图1-283. 圆锥销圆锥销4. 圆锥心轴圆锥心轴图

22、图1-29图图1-30图1-29 圆锥销（三）工件以外圆定位时的定位元件（三）工件以外圆定位时的定位元件1. V形块形块图图1-312. 定位套定位套3. 半圆套半圆套图图1-32图图1-334. 圆锥套圆锥套图图1-34第三章第三章 机床夹具设计原理机床夹具设计原理 3-1 3-1 机床夹具概述机床夹具概述 3-1 3-1 机床夹具概述机床夹具概述一一 机床夹具及其组成机床夹具及其组成1 1、机床夹具的作用、机床夹具的作用 机床夹具机床上用以装夹工件的一种装置。 作用使工件相对于机床或刀具有一个正确的加工位置且在加工中始终 保持其正确的位置不变。2 2、夹具的组成、夹具的组成1.定位元件或装

23、置2.夹紧元件或装置3.刀具导向元件或装置4.连接元件5.夹具体第三章第三章 机床夹具设计原理机床夹具设计原理夹具的分类及功用夹具的分类及功用二二. .机床夹具的分类机床夹具的分类 1.按使用特点分按使用特点分 1）万能通用夹具应用广，能较好的适应加工工序及加工对象变换，结构已定型，尺寸已系列化，大多数成为机床的一种标准附件。（如机用虎钳，三爪卡盘、四爪卡盘，花盘等） 2）专用夹具为某种产品零件在某道工序上的装夹需要而专门设计制造的。服务对象专一，针对性很强，一般自行设计和制造。 3）组合夹具、拼装专用夹具由一套完全标准化的元件拼装而成。避免了专用夹具设计制造周期长，产品改型后又无法利用的缺点

24、 4）成组夹具和通用可调夹具部分元件更换、部分装置可调。可用于相似零件或不同零件加工。 5）随行夹具在自动线或柔性制造系统中使用。2.2.按使用的机床区分按使用的机床区分3.3.按夹具所采用的夹紧动力源分按夹具所采用的夹紧动力源分：手动夹具，气动夹具，液压夹具，气液夹具，电动夹具 三三. .机床夹具的功用机床夹具的功用 1. 1.保证加工质量保证加工质量 2.2.提高生产率、降低成本，减轻劳动强度提高生产率、降低成本，减轻劳动强度 3.3.扩大机床工艺范围扩大机床工艺范围3-2 3-2 工件在夹具中的定位工件在夹具中的定位一、一、常用定位方法与定位元件常用定位方法与定位元件工件以平面定位工件以

25、平面定位3-2 3-2 工件在夹具中的定位工件在夹具中的定位 为对工件进行正确加工，要求：（1）工件在夹具中正确定位；（2）夹具在机床上正确安装；（3）刀具相对夹具正确对刀、引刀；（4）调整工艺系统 工件在夹具中正确定位目的工件在夹具中正确定位目的：同一批工件在夹具中占有一致的正确位置。一、常用定位方法与定位元件一、常用定位方法与定位元件 工件以平面定位工件以平面定位 1、定位元件的布置根据限制的自由度数分为：三点、两点、一点 2、定位（支承）元件的结构 1） 固定支承定位元件高度方向上的尺寸固定不变精基准（光面）定位：用平头支承钉和精基准（光面）定位：用平头支承钉和支承板支承板 平头支承钉：

26、用于接触面较小时； 支承板：用于接触面较大（开槽支承板：开有排屑槽，易清屑）。粗基准平面（毛面）定位：用圆头支承粗基准平面（毛面）定位：用圆头支承钉和网纹支承钉钉和网纹支承钉 可适当减少接触面积，以便与毛面稳定接触；网纹形结构能增大接触面间的摩擦力，以防止工件受力走动。 注意：注意：平头支承钉或者支承板，一般在安装后须进行最终磨削。 目的：目的：1）保证等高，2）与夹具体底部保持一定的位置精度，所以在高度上应预留最终磨削余量。（一）工件以平面定位（一）工件以平面定位2）可调支承可调支承支承的高度是可以调节的 应用应用工件定位表面不规整或不同批量的毛坯尺寸差别较大时 3）自位支承（浮动支承）自位

27、支承（浮动支承）一个自位支承实质上只起一个定位支承点的作用应用应用常用于毛坯表面、断续表面、阶梯表面以及有角度误差的平面定位4）辅助支承辅助支承 在工件定位后才参与支承(注意c图自锁角度校核) 应用应用只能起提高工件支承刚性的辅助定位作用，不限自由度。（一）工件以平面定位（一）工件以平面定位3、平面定位时的基准位置误差1）基准位置误差基准位置误差jw由于定位副（工件的定位基准和夹具的定位元件工作表面）的制造误差，引起同批工件中的定位基准在夹具中的位置的最大变动量定位基准在夹具中的位置的最大变动量2）工件以平面为主要定位基准定位时的基准位置误差 定位面为精基面同批工件中的定位基准的位置基本上是一

28、致的， jw 视为零 定位面为粗基面一般不以严格的要求来规定粗基面的精度，因此没有必要计算基准位置误差（二）工件以孔定位（二）工件以孔定位 工件以孔定位定位基准一般为孔的轴线孔定位常用定位元件及基准位置误差jw 1. 圆柱心轴定位 （1）刚性心轴 过盈配合心轴定位精度较高（基准位置误差=0） 小锥度心轴锥度1：50001：1000；定位精度较高（0.0050.01mm）； 要求工件定位孔的精度较高 间隙配合心轴便于工件的装卸 工件孔径为最大Dmax,定位销直径为最小dmin时，孔心（定位基准）在任意方向上的最大变动量均为： jwDmaxdmin间隙配合心轴的基准位置误差间隙配合心轴的基准位置误

29、差jw ： 定位基准孔与心轴在任意点接触（参P99）：（二）工件以孔定位（二）工件以孔定位 定位基准孔与心轴固定边保持接触（如心轴水平放置时）： 若不考虑心轴尺寸变动，则基准位置误差： jw（DmaxDmin) /2 TD /2若考虑心轴尺寸变动，则基准位置误差： jw (TD+Td) /2（3）心轴限制的自由度（2 2）其它心轴）其它心轴如弹性心轴、液塑心轴、自动定心心轴（二）工件以孔定位（二）工件以孔定位2.2.定位销定位销 1）圆柱定位销： 基准定位误差与心轴定位相同 固定式: 直接用过盈配合装在夹具体上,图 a)、b)、c) 可换式： 图d) 限制的自由度数限制工件 2 个移动自由度

30、制造精度工作部分直径 d 按g5、g6、f6、f7 2）菱形销：只限制一个自由度 3）圆锥定位销：限制工件 3 个移动自由度（三）工件以外圆定位（三）工件以外圆定位 工件以外圆面定位工件以外圆面定位两种形式：定心定位、支承定位， 注意：两斜面根部的凹槽的作用用于加工两斜面时让刀2. 2. 支承定位支承定位常用V形块定位，两斜面夹角：60，90，120 ； 90夹角V形块已标准化定位基准圆D很大时，V形块不一定采用整体结构的钢件，而可以改用铸铁底座上镶嵌硬支承板或者硬质合金（1）V形块定位的特点： 1）既适于完整的圆柱面定位，又适于非完整的圆柱面定位 2）对中心好，且不受外圆尺寸误差的影响，常用

31、于加工表面与轴线有对称度要求的工件1. 1. 定心定位定心定位类似以圆柱孔定位：套筒或卡盘代替心轴或柱销；锥套代替锥销（2） V形块的结构及应用a)用于以精基准定位，且基准面较短b)用于基准面较长，因为中部与V形块不接触，定位稳定c)用于粗基准定位（工作面较窄）（三）工件以外圆定位（三）工件以外圆定位（3 3）V V形块的主要设计尺寸形块的主要设计尺寸T TD: 检验心轴直径工件定位外圆的平均直径(4) V(4) V形块限制的自由度形块限制的自由度 长V形块限制 4 个自由度；短V形块限制 2 个自由度 生产中常通过检验心轴的中心O（即工件定位外圆中心）来调整刀具位置，此时V形块定位的定位基准

32、为工件外圆中心，而尺寸T即定位基准的高度尺寸，必须标注在V形块的工作图上，以检验和调整V形块=90时：（5）V形块定位的基准位置误差jw_即工件定位外圆几何中心位置的最大变动量2sin2djwT从减小基准位置误差jw考虑，角应选最大的，但稳定性变差，兼顾考虑两方面，常选用= 90的V形块（三）工件以外圆定位（三）工件以外圆定位3. 3. 工件外圆在半圆孔中定位工件外圆在半圆孔中定位应用场合：工件直径较大或者定位外圆不便于直接插入定位圆孔定位元件：定位元件：固定在夹具体上的下部半圆夹紧元件：夹紧元件：上部半圆与与V V形块定位的比较：形块定位的比较： 1）接触面较大，不易损坏工件表面（V形块只有

33、两条母线接触） 2）但要求工件定位面直径精度不应低于IT8-IT9级（否则只在一条母线接触）（四）工件以其它表面定位（四）工件以其它表面定位（四）工件以其它表面定位（四）工件以其它表面定位1、以锥度心轴定位2、以齿轮分度圆定位（五）定位表面的组合（五）定位表面的组合（五）定位表面的组合（五）定位表面的组合 平面与平面、平面与圆孔、平面与外圆面、平面与其它表面等注意分清组合定位时的主次定位面 第一基准面：第一基准面：限制的自由度最多，应该是工件上面积最大且较精确的平面； 第二基准面：第二基准面：限自由度数次之，常用窄长的平面； 第三基准面：第三基准面：限一个自由度，可用较小平面；1）分析连杆铣槽

34、夹具定位时的第一、二、三基准2）分析工件在两顶尖上定位的主次定位面（五）定位表面的组合（五）定位表面的组合1）锥销平面加工箱体类零件时常采用“一面两孔”组合定位，为避免过定位，“两孔”应采用圆柱销菱形销定位2、其它定位表面组合举例：该种定位方式避免了以下问题：（）只用锥销工件易偏斜（）轴向过定位（弹簧的作用）一面两孔（五）定位表面的组合（五）定位表面的组合）一面一孔加工两小孔，工序尺寸分别如a)、b)图所示，两孔中心连线与底面有平行度要求。分析分别宜采用c、d哪种定位方案（五）定位表面的组合（五）定位表面的组合菱形销计算菱形销计算菱形销宽度菱形销宽度 b b 的计算：的计算： 考虑最不利的情况

35、：两孔中心距最大L1/2Tlk；两销中心距最小L-1/2Tlx ；两孔直径最小D1,D2；两销直径最大d1=D1-min ,d2=D2-min ； 则： 考虑孔1与销1之间间隙补偿作用，则有：菱形销设计步骤： 1）确定两销中心距尺寸及其公差：两定位销中心距基本尺寸工件上两孔中心距基本尺寸两定位销中心距公差（1/51/3）工件上两孔中心距 2）确定圆柱销直径及其公差：圆柱销直径基本尺寸相应孔的最小直径圆柱销直径公差取 g6 或 g7 3)确定菱形销宽度、直径及公差：菱形销宽度尺寸 b查有关标准（参考表21） 菱形销直径d2 ：计算菱形销与配合孔的最小间隙2min; d2 D2- 2min 菱形销

36、直径公差：取 h6 或 h7 4)其它尺寸已标准化，查手册即可二、定位误差的分析计算二、定位误差的分析计算 （一）定位误差及产生的原因（一）定位误差及产生的原因二、定位误差的分析计算 (一）定位误差dw及产生的原因 1、定位误差工序基准工序基准在工序尺寸方向工序尺寸方向的最大变动量 2、定位误差产生的原因 1）基准位置误差jw定位基准定位基准在夹具中的位置的最大变动 2）基准不重合误差jb定位基准定位基准与工序基准工序基准不重合，使工序基准相对定位基准的位置发生变化，其变化值即为jb一般 jb=定位基准到工序基准间的尺寸公差3、定位误差的大小dw= jw 与与jb在工序尺寸方向上的分量工序尺寸

37、方向上的分量之代数和（二）定位误差的计算（二）定位误差的计算解：1、分析是否存在基准不重合误差jb 因心轴（或圆柱销）定位的定位基准为工件孔心，因此jb=0 定位基准孔与心轴固定边保持接触例2-2：孔销间隙配合，工件的工序基准为孔心，分析并计算定位误差 2、分析是否存在基准位置误差jw 定位基准孔与心轴在任意点接触 3、计算定位误差dw： dw jwjwDmaxdminjw1/2（DmaxDmin)1/2 TD二、定位误差的计算二、定位误差的计算 用几何方法计算用几何方法计算P99 例2-3：求铣连杆槽时的定位误差仅考虑与使用夹具有关的工序尺寸 （1）槽深尺寸及其公差： 分析基准位置误差jw

38、因定位基准误差为已精加工的平面定位， jw=0 分析基准不重合误差jb 工序基准槽顶端面；定位基准与工序基准相对的端面 jb 0.1mm 加工该尺寸的定位误差： dw jb 0.1mm （2）槽中心线与大小头孔中心连线夹角要求工序尺寸方向为角度标注方向 分析是否存在基准不重合误差 分析基准位置误差由于定位销与定位孔间有间隙，定位基准能偏移角度定位基准的最大偏移角度量出现在：两孔为最大，两销为最小时，此时：用几何方法计算定位误差用几何方法计算定位误差（3）槽中心平面过大头孔轴线（即对大头孔轴线的对称度误差）： 分析工序基准、定位基准是否重合： 无基准不重合误差： jb=0 分析基准定位误差：与

39、P99 例2-2图a同思考计算题： 1、教材上“用微分法计算定位误差”， 2、从概念分析教材例题中的定位误差，引出合成法，并与微分法比较注意：定位误差一般是针对成批生产，并采用调整法加工，若采用试注意：定位误差一般是针对成批生产，并采用调整法加工，若采用试 切法加工，一般不考虑定位误差切法加工，一般不考虑定位误差 先分析三个图中的工序基准和定位基准，分别计算三个图中的 jb和jw定位误差的计算方法定位误差的计算方法（一）合成法（一）合成法由于造成定位误差的原因是，基准不重合与基准位移，因此，定位由于造成定位误差的原因是，基准不重合与基准位移，因此，定位误差应为这两种误差的组合。误差应为这两种误

40、差的组合。jb=0 jw 0 dw= jw2. jb 0 jw = 0 dw= jb 3. jb 0 jw0 工序基准不在定位基面上工序基准不在定位基面上 dw= jb + jw 工序基准在定位基面上工序基准在定位基面上 dw= jb jw当定位基面直径由大变小（或由小变大）时，分析定位基准的当定位基面直径由大变小（或由小变大）时，分析定位基准的变动方向；变动方向；当定位基面直径作同样变化时，假定定位基准不动，分析工序当定位基面直径作同样变化时，假定定位基准不动，分析工序基准的变动方向，基准的变动方向，两者变动方向相同取两者变动方向相同取“+ +”号，变动方向相反取号，变动方向相反取“- -”

41、号。号。步骤：（1）找工序基准、定位基准； （2）分析是否有基准位置误差jw和基准不重合误差bc （3）计算jw和jb在工序尺寸上的分量 （4） 计算两分量之和即为定位误差dw需要增加需要增加“工序基准不在定位基面上工序基准不在定位基面上”的例子的例子用几何方法计算定位误差用几何方法计算定位误差( (参考参考) ) （2）对键槽高度方向尺寸的要求： a)、b)、c)三图表示的工序基准不同 a) 图： jb=0； dw = jw 例2-4 键槽的工序尺寸的标注如a)、b)、c)图三种形式，试分别计算在V形块上定位铣键槽时的定位误差解：与夹具有关的两项工序尺寸和要求是： 键槽高度方向上的尺寸； 键

42、槽对外圆中心的对称度 （1）键槽对外圆中心的对称度要求： 定位基准和工序基准重合， jb=0 用V形块定位对中心好，且不受外圆尺寸误差的影响，若忽略工件的圆度误差和V形块的角度误差，则工件中心在水平方向上的位置变动=0，即：jw=02sin2djwT b) 图： jb=Td/2； 2sin2djwT用微分方法计算定位误差（自学）用微分方法计算定位误差（自学）用微分方法计算定位误差步骤：（1）建立方程式 y =f(xi)y的方向与工序尺寸方向相同，y的坐标位置即工序基准所在位置，原点的选取应便于建立方程y =f(xi)，（2）计算定位误差（即计算工序基准在y坐标方向上的变动）对方程式取微分，用各

43、自的公差代替各个自变量的微分，用定位误差代替dy，并考虑尺寸公差的正负及计算可能的最大定位误差来调整微分式中的正负号例：铣加工下图一个不完全球，工序尺寸为A，工序基准相对于夹具上的某固定点在工序尺寸方向的坐标可用方程式表示如下：微分后得：最后得定位误差为：( (参考题参考题) )例2-4：如图，铣加工槽时，（a)若以 B 面为定位基准，刀具按距 B 面的尺寸a来调整的。对于同一批工件而言，按上述方式调整好刀具后，若不考虑加工过程中其他误差因素的影响，则刀具相对于 B 面间的尺寸a，应该是稳定不变的，即：这时不存在因定位引起的误差。(b)若以c面为定位基准，则刀具按距c面的尺寸来调整。尺寸a是间

44、接获得的。对一批工件来说，当刀具按定位基准c面被调整好而处于一定位置时，其中每个工件的B面位置却是随尺寸的变化而改变的。这时一批工件的B面位置可能发生的最大变动范围为：minmax)()(dddLLL结论：结论：加工时定位基准选择不当，会给加工尺寸附加一种误差，从而降低加工精度。 3-3 3-3 工件在夹具中的夹紧工件在夹具中的夹紧夹紧力夹紧力的的确定确定第第三三节节 工件在夹具中的工件在夹具中的夹夹紧紧一、对夹紧装置的要求一、对夹紧装置的要求1) 在夹紧过程中应能保持工件定位时所获得的正确位置。2) 夹紧应可靠和适当。夹紧机构一般要有自锁作用，夹紧工件时,不允许工件产生不适当的变形和表面损伤

45、。3) 夹紧装置应操作方便、省力、安全。4) 夹紧装置的复杂程度和自动化程度应与生产批量和生产方式相适应。结构设计应力求简单、紧凑,并尽可能采用标准化元件。二、夹紧力的确定二、夹紧力的确定包括大小、方向和作用点三个要素 (一)夹紧力方向选择的原则:夹紧力的作用方向应有利于工件的准确定位。主要夹紧力应垂直指向主要定位面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。1)夹紧力的作用方向应尽可能与切削力、工件重力方向一致,以减小所需夹紧力一、一、夹紧力夹紧力的的确定确定（二）二）夹紧力夹紧力作用点作用点的确定的确定(二) 夹紧力作用点的选择 确定夹紧元件与工件接触点的位置和接触点

46、的数目。 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) 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。 3)夹紧力作用点尽可能靠近被加工面，以便减小切削力对工件造成的翻转力矩。必要时应在工件刚度差的部位增加辅助支承并施加夹紧力，以减小切削过程中的振动和变形。 （三）（三）夹紧力夹紧力大小大小的的估算估算(三) 夹紧力大小的估算 夹紧力不足将使工件在切割过程中产生位移并容易引起振动； 夹紧力过大将会造成工件或夹具不应有的变形或表面损伤。 估算夹紧力的一般方法：估算夹紧力的一般方法：将工件视为分离体，并分析作用在工件上的各种力根据

47、力系平衡条件,确定保持工件平衡所需的最小夹紧力将此最小夹紧力乘以一适当的安全系数,即可得到所需要的夹紧力。 例1：图2-24在车床上用三爪自定心卡盘装夹工件加工外圆表面，只考虑主切削力Fc 所产生的力矩与卡爪夹紧力Fj所产生的摩擦力矩相平衡 为卡爪与工件之间的摩擦系数, Fjmin为所需最小夹紧力，将最小夹紧力乘以安全系数k,得到所需的夹紧力为： （三）（三）夹紧力夹紧力大小大小的的估算估算例2：图2-25工件铣削加工 ，根据力矩平衡条件 Fj 所需夹紧力(N)；Fa 作用力(总切削力在工作平面上的投影,(N)； 工件与夹具支承面之间的摩擦系数；安全系数 k 通常取1.52.5。精加工和连续切

48、削时取较小值；粗加工或断续切削时取较大值 。当夹紧力与切削力方向相反时,k值可取2.53。 摩擦系数主要取决于工件与支承件或夹紧件之间的接触形式,具体数值可参考表2-2。 则最小夹紧力：考虑安全系数后有：三、常用夹紧机构三、常用夹紧机构（一）（一）斜斜楔楔夹紧夹紧机构机构三、常用夹紧机构三、常用夹紧机构 夹紧机构的种类虽然很多，但其结构大都以斜楔夹紧机构，螺旋夹紧机构夹紧机构的种类虽然很多，但其结构大都以斜楔夹紧机构，螺旋夹紧机构和偏心夹紧机构为基础，这三种夹紧机构合称为基本夹紧机构。和偏心夹紧机构为基础，这三种夹紧机构合称为基本夹紧机构。(一一) 斜楔夹紧机构斜楔夹紧机构1、几种典型的斜楔夹

49、紧机构、几种典型的斜楔夹紧机构如图如图 1-60所示。所示。1、可获得的夹紧力：Fj可获得的夹紧力(N)；Fs作用在斜楔上的原始力(N)；1斜楔与工件之间的摩擦角()；2斜楔与夹具体之间的摩擦角 ()；斜楔的楔角（） 2、斜楔的自锁条件为：1 十2 3、斜楔夹紧机构的特点：结构简单,增力比大,自锁性能好等特点,应用广泛。图图 1-601-602、 斜楔的夹紧力斜楔的夹紧力如下图如下图1-61所示所示:FQ加在斜楔上的外作用力。加在斜楔上的外作用力。斜楔的升角。斜楔的升角。FJ斜楔对工件的夹紧力。斜楔对工件的夹紧力。1斜楔与工件间的摩擦角。斜楔与工件间的摩擦角。2斜楔与夹具体之间的摩擦角。斜楔与

50、夹具体之间的摩擦角。 图图1-61在外作用力在外作用力FQ存在时的斜楔受力情况，根据静力平衡条件。存在时的斜楔受力情况，根据静力平衡条件。F1+FRX=FQF1=FJtg1 FRX=FJtg(+2) 设设1=2=当当很小时很小时(100)，可用下式作近似计算可用下式作近似计算: 3、斜楔自锁条件、斜楔自锁条件如图所示，外作用力如图所示，外作用力FQ去掉以后的斜楔去掉以后的斜楔受力情况。从图中看出，要自锁，必须：受力情况。从图中看出，要自锁，必须： F1FRX因因 F1=FJtg1 FRX=FJtg(-2)(21tgtgFFQJ)2(tgFFQJ代入上式，代入上式， FJtg1FJtg(-2)

51、tg1tg(-2)由于由于1、2、都很小，都很小，tg11，tg(-2)-2；上式；上式可简化成可简化成:1-2 或或 1+2为了保证自锁可靠，手动夹紧机构一般取为了保证自锁可靠，手动夹紧机构一般取=6080。气动或液动装置驱动的斜楔则不需自锁，可取气动或液动装置驱动的斜楔则不需自锁，可取=150300。4、扩力比与夹紧行程、扩力比与夹紧行程1) 扩力比扩力比夹紧力夹紧力FJ与外作用力与外作用力FQ之比称为斜楔的扩力比之比称为斜楔的扩力比i。)(121tgtgFFiQJ如取如取1=2=60 , =100代入上式得代入上式得: i=2.6。可见在。可见在FQ不很不很大的情况下，斜楔的夹紧力是不大

52、的。大的情况下，斜楔的夹紧力是不大的。2)夹紧行程夹紧行程 h=stg S斜楔在夹紧工件过程中移动的距离。斜楔在夹紧工件过程中移动的距离。 =6, h=stg 6=0.1S.由于由于S受到斜楔长度的限制，一般受到斜楔长度的限制，一般S较小，较小，h也较小。要想也较小。要想增大夹紧行程增大夹紧行程h，只能增大斜角，只能增大斜角。而。而太大，便不能自太大，便不能自锁。因此，在要求自锁，锁。因此，在要求自锁，又要求有较大行程时，可采用又要求有较大行程时，可采用双斜面斜楔。一段斜楔双斜面斜楔。一段斜楔较大，以增大夹紧行程，另一较大，以增大夹紧行程，另一段则段则较小以实现自锁。较小以实现自锁。5、能改变

53、外作用力的方向。、能改变外作用力的方向。（二）（二）螺旋夹紧机构 (二) 螺旋夹紧机构 1、螺旋夹紧 力的计算公式 ： Fj沿螺旋轴线作用的夹紧力(N)； Fs作用在扳手上的力(N)； L 作用力的力臂(mm)； do 螺纹中径(mm)； 螺纹升角()； 1螺纹副的当量摩擦角() 2螺杆(或螺母)端部与工件(或压块)的摩擦角()； r螺杆(或螺母)端部与工件(或压块)的当量摩擦半径(mm)（二）（二）螺旋夹紧机构 3、螺旋夹紧机构的特点： 优点优点结构简单,易于制作,增力比大,自锁性能好 缺点缺点动作较慢。为提高其工作效率,常采用一些快撤装置 应用应用 手动夹紧中应用最广泛的一种夹紧机构。 2

54、 2、需需准确准确地地确定螺旋夹紧力时确定螺旋夹紧力时, , 通常要求采用实验的方法。通常要求采用实验的方法。（因使用式(2-14)计算螺旋夹紧力时,由于1和2的数值是在一个很大的范围内变化的,要想获得准确的结果是很困难）（三）（三）偏心夹紧机构(三) 偏心夹紧机构 偏心夹紧机构靠偏心轮回转时回转半径变大而产生夹紧作用,其原理和斜楔工作时斜面高度由小变大而产生的楔紧作用一样，因此可将可将偏心轮视为一偏心轮视为一楔楔角变化的斜角变化的斜楔楔3、偏心夹紧的夹紧力可用下式估算： F Fj j=F=Fs sL/L/tg(+tg(+2+ tg2+ tg1)1) Fj夹紧力(N)； Fs作用在手柄上的原始

55、力(N)； L作用力臂(mm)；偏心转动中心到作用点之间的距离(mm)；偏心轮楔角，1轮周作用点处摩擦角()； 2转轴处摩擦角()1、楔角计算公式：偏心轮的楔角()； e 偏心轮的偏心量(mm)；R 偏心轮的半径 (mm)； 偏心轮作用点 当=90时,接近最大值：maxarctg（e/R） 4、偏心夹紧的特点： 优点优点结构简单,操作方便,动作迅速； 缺点缺点自锁性能较差,增力比较小。 应用应用常用于切削平稳且切削力不大的场合。2、偏心夹紧的自锁条件： e/Rtge/Rtg1 1=1 1 1 轮周作用点处的摩擦力。（四）（四）铰链夹紧机构铰链夹紧机构（四）铰链夹紧机构 1、结构形式：单臂铰链夹

56、紧机构；单臂双作用铰链夹紧机构；双臂双作用铰链夹紧机构2、单臂铰链夹紧机构的夹紧力计算公式： Fj=Fs/tg(j+)+tg1Fj夹紧力(N)； Fs 原始作用力(N)；j夹紧时臂的倾斜角；臂两端铰链处的当量摩擦角 =arctg(2r/Ltg1)1滚子滚动当量摩擦角 1=arctg(r/Ltg1) r铰链和滚子轴承半径(mm)； L臂上两铰链孔中心距(mm)；1铰链轴承和滚子轴承的摩擦角； R滚子半径(mm)（五）定心夹紧机构（五）定心夹紧机构铰链夹紧机构的特点: 优点优点-动作迅速,增力比大,并易于改变力的作用方向； 缺点缺点-自锁性能差。 应用应用-多用于机动夹紧机构中(五) 定心夹紧机-

57、同时实现对工件定心定位和夹紧的夹紧机构 定心夹紧机构分类-按其工作原理分为两大类:1.以等速移动原理工作的定心夹紧机构 如斜楔定心夹紧机构,螺旋定心夹紧机构，杠杆定心夹紧机构等。 2.以均匀弹性变形原理工作的定心夹紧机构 如弹簧夹头、薄膜卡盘、液塑定心夹紧机构、碟形弹簧定心夹紧机构、折纹薄壁套定心夹紧机构等。 注意注意: :弹簧夹头结构简单,定心精度可达0.040.1mm。但由于弹簧套筒变形量不宜过大,故对工件的定位基准面有一定精度要求、其公差应控制在0.5mm以内。（六）（六）联动夹紧机构联动夹紧机构(六) 联动夹紧机构 在一处施力，对一个工件上的几个点或对多个工件同时进行夹紧的机构在设计联

58、动夹紧机构时,一般应设计浮动环节,以使各夹紧点获得均匀一致的夹紧力,特别是在多件夹紧时尤为重要。四、四、紧机构的动力装置紧机构的动力装置四、夹紧机构的动力装置四、夹紧机构的动力装置 有气动、液压、电磁、电动、真空等装置,气动与液压动力装置使用最广(一)气动夹紧装置 与活塞式气缸相比，薄膜式气缸具有密封性好、结构简单、寿命较长等优点；缺点是工作行程较短四、四、紧机构的动力装置紧机构的动力装置(二) 液压夹紧装置液压夹紧较气压压紧有以下优点：1) 工作压力可达56.5MPa，传动力大，可采用直接夹紧方式，结构尺寸小。2) 油液不可压缩，故夹紧刚性大，工作平稳、可靠。3) 噪声小。(三) 气、液增压

59、夹紧装置以压缩空气为动力源,通过压力油来传力和增力。它集合了气动和液压传动两者的优点,可获得很大的传动力而结构尺寸又较小 P1和P2的比值是增压器的重要性能指标增压系数ip五：工件装夹实例分析五：工件装夹实例分析如图如图1-871-87所示，在拨叉上铣槽，最后一道工序的加所示，在拨叉上铣槽，最后一道工序的加工要求有：槽宽工要求有：槽宽16H1116H11，槽深，槽深8mm8mm，槽侧面与，槽侧面与25H725H7孔轴线的垂直度孔轴线的垂直度0.08mm0.08mm，槽侧面与，槽侧面与E E面的距离为面的距离为11110.2mm0.2mm，槽底面与，槽底面与B B面平行。试设计其定为装置面平行。

60、试设计其定为装置及手动夹紧装置。及手动夹紧装置。图1-87（一）定位方案分析（一）定位方案分析1：确定要限制的自由度、选择定位基面及定位元件确定要限制的自由度、选择定位基面及定位元件1）确定要限制的自由度）确定要限制的自由度 分析工序加工要求需要限制的自由度，为保证尺寸分析工序加工要求需要限制的自由度，为保证尺寸110.2mm，须限制须限制 尺寸尺寸8mm须限制须限制 平衡铣平衡铣削力，须限制削力，须限制 为保证键槽侧面对为保证键槽侧面对25H7的垂直度，须的垂直度，须限制限制 总体分析，需完全定位。总体分析，需完全定位。2）定位方案分析）定位方案分析根据加工要求需要限制的自由度，选择定位基面