第五章夹具设计

1、第第5 5章章 夹具设计夹具设计第一节第一节 概述概述第二节第二节 工件在夹具中的定位工件在夹具中的定位第三节第三节 工具在夹具中的夹紧工具在夹具中的夹紧第四节第四节 专用夹具的设计方法专用夹具的设计方法第五节第五节 典型夹具设计典型夹具设计一、夹具的功用一、夹具的功用夹具虽是机床的一种附加工艺装置，但是它夹具虽是机床的一种附加工艺装置，但是它在生产中发挥的作用很大。在生产中发挥的作用很大。采用夹具装夹工件，有助于采用夹具装夹工件，有助于 保证工件的加工件质量；保证工件的加工件质量； 缩短辅助时间；缩短辅助时间； 提高生产效率；提高生产效率； 减轻工人劳动强度和降低对工人的技术水平减轻工人劳动

2、强度和降低对工人的技术水平要求；要求； 扩大机床工艺范围和改变机床用途。扩大机床工艺范围和改变机床用途。 第一节第一节 概述概述二、机床夹具的分类二、机床夹具的分类1 1、分类方法、分类方法：1)1)按夹具的应用范围：按夹具的应用范围：通用夹具、专用夹具、可调夹通用夹具、专用夹具、可调夹 具、组合夹具、随行夹具；具、组合夹具、随行夹具；2)2)按加工类型：按加工类型：车床夹具、钻床夹具、镗床夹具、磨车床夹具、钻床夹具、镗床夹具、磨床夹具、数控机床夹具等；床夹具、数控机床夹具等；3)3)按夹紧力来源：按夹紧力来源：手动夹具、气动夹具、液压夹具、手动夹具、气动夹具、液压夹具、电磁夹具、真空夹具。电

3、磁夹具、真空夹具。机床夹具通常按夹具的应用范围进行。机床夹具通常按夹具的应用范围进行。 (1) (1)通用夹具通用夹具：指已：指已标准化，通用化好标准化，通用化好，可用于加工，可用于加工同一类型，不同尺寸工件加工的夹具。同一类型，不同尺寸工件加工的夹具。 如：三爪长盘、四爪长盘、平口如：三爪长盘、四爪长盘、平口钳、回转工作台、万能分度头、磁铁钳、回转工作台、万能分度头、磁铁吸盘。吸盘。 适用场合：适用场合：广泛用于单件，小批广泛用于单件，小批量生产中。量生产中。 (2)(2)专用夹具：专用夹具：指的是指的是专为某一工件的某道工序而专为某一工件的某道工序而设计制造夹具设计制造夹具，这种夹具，这种

4、夹具“刚性刚性”大，即当产品变换大，即当产品变换或工序内容变更后，往住无法使用。因此适用于产品或工序内容变更后，往住无法使用。因此适用于产品固定、工艺相对稳定、批量大的加工过程。固定、工艺相对稳定、批量大的加工过程。 (3) (3)可调夹具：可调夹具：是是指经调整或更换指经调整或更换个别元件，即可加个别元件，即可加工多种工件的夹具。工多种工件的夹具。 这种夹具主要用了这种夹具主要用了加工形状相似，尺加工形状相似，尺寸相近的工件的加寸相近的工件的加工。工。 (4) (4)组合夹具（拼装夹具）：组合夹具（拼装夹具）：这种夹具是在夹具这种夹具是在夹具零部件完全标准化的基础上，根据积木化原理，针零部件

5、完全标准化的基础上，根据积木化原理，针对不同的工件对象和加工要求，拼装组合则成夹具。对不同的工件对象和加工要求，拼装组合则成夹具。构成夹具的各零部件，在工件加工完后，可拆散成构成夹具的各零部件，在工件加工完后，可拆散成各种元件，组合成适用其它产品加工要求的夹具各种元件，组合成适用其它产品加工要求的夹具。（图示见下页）（图示见下页）当今生产发展趋势：多品种、小批量。由此导当今生产发展趋势：多品种、小批量。由此导致对生产装备的要求是高效、快捷的柔性系统。致对生产装备的要求是高效、快捷的柔性系统。 (5) (5)随行夹具：随行夹具：切削加工中切削加工中隨帶安裝好的工件在各工位間隨帶安裝好的工件在各工

6、位間被自動運送轉移的機床夾具。被自動運送轉移的機床夾具。隨行夾具主要是在自動生產線隨行夾具主要是在自動生產線加工中心中、柔性生产加工中心中、柔性生产线。线。 三、机床夹具的组成三、机床夹具的组成1 1、机床夹具、机床夹具 机床夹具是在机机床夹具是在机床上用以床上用以装夹工件的装夹工件的一种装置，一种装置，其作用是其作用是使工件相对于机床或使工件相对于机床或刀具有个正确的位置，刀具有个正确的位置，并在加工过程中并在加工过程中保持保持这个位置不变。这个位置不变。 2 2、机床夹具的组成、机床夹具的组成 (1).(1).定位元件：定位元件：确定工件在夹具中位置的元件。确定工件在夹具中位置的元件。 (

7、2).(2).导向元件：导向元件：用以引导刀具或调整刀具相对于夹具用以引导刀具或调整刀具相对于夹具的位置。如：钻套、对刀块。的位置。如：钻套、对刀块。 (3).(3).夹紧元件：夹紧元件：确定夹具与机床或夹具与刀具的元件。确定夹具与机床或夹具与刀具的元件。 (4).(4).连接元件：连接元件：用以确定夹具在机床上的位置并与机用以确定夹具在机床上的位置并与机床相连接。床相连接。 (5).(5).夹具件：夹具件：基础件，用于安装其它元件，形成整体基础件，用于安装其它元件，形成整体 (4).(4).其它辅件：其它辅件：夹紧用的扳手，操作手柄，分度机构夹紧用的扳手，操作手柄，分度机构等。等。 如下图所

8、示：如下图所示： 定位方式定位方式用六点定位原理进行定位分析时，以定位点来用六点定位原理进行定位分析时，以定位点来消除自由度，在实际应用中，不可能是点，而应该消除自由度，在实际应用中，不可能是点，而应该是各种定位元件是各种定位元件, ,工件的定位表面有各种形式：如工件的定位表面有各种形式：如平面，内孔，外圆，成型面，组合表面等，对这些平面，内孔，外圆，成型面，组合表面等，对这些表面应采用不同的方法来实现。表面应采用不同的方法来实现。第二节第二节 工件在夹具中的定位工件在夹具中的定位 定位设计时应做的工作及步骤：定位设计时应做的工作及步骤：A A）根据加工零件的工序要求合理布置支承点）根据加工零

9、件的工序要求合理布置支承点B B）正确考虑定位方法）正确考虑定位方法C C）选用恰当的定位元件）选用恰当的定位元件 一、常用定位方式与定位元件一、常用定位方式与定位元件工件常用定位表面工件常用定位表面 以平面定位以平面定位以内孔定位以内孔定位以外圆表面定位以外圆表面定位以平面定位以平面定位 基本支承基本支承辅助支承辅助支承固定支承固定支承可调支承可调支承自位支承自位支承 支承钉、支承板支承钉、支承板基本支承：基本支承：限制自由度，真正起定位作用限制自由度，真正起定位作用辅助支承：辅助支承：不限制自由度，起预定位、增加工件和夹不限制自由度，起预定位、增加工件和夹具刚性等作用具刚性等作用 （一）工

10、件以平面定位（一）工件以平面定位 1 1基本支承基本支承 (1)(1)固定支承：固定支承：安装到夹具上后，不可拆卸或调节。安装到夹具上后，不可拆卸或调节。分为支承板和支承钉。分为支承板和支承钉。 支承钉：支承钉：用于小平面未加工或已加工表面的定位。用于小平面未加工或已加工表面的定位。 a.a.分类：分类： 平头：平头：用于经过精加工的表面，面接触。用于经过精加工的表面，面接触。 球头：球头：点接触，可保证接触位置相对稳定，但易点接触，可保证接触位置相对稳定，但易磨损，夹紧时使加工表面产生压陷，产生较大安装误磨损，夹紧时使加工表面产生压陷，产生较大安装误差，不易使几个支承钉保持在同一平面内，用于

11、精加差，不易使几个支承钉保持在同一平面内，用于精加工中。工中。 网纹顶面：网纹顶面：与定位面摩擦力较大，可住阻碍工件与定位面摩擦力较大，可住阻碍工件移动，加强定位稳定性，易积屑，多用在粗糙表面的移动，加强定位稳定性，易积屑，多用在粗糙表面的侧面定位。侧面定位。 支 承 钉 b. b.支承钉尾部与基体孔的配合：支承钉尾部与基体孔的配合： 过盈配合：过盈配合：H7/r6 H7/r6 或或H7/n6H7/n6 加中间套加中间套( (可换可换) )：套与夹具体上孔为过盈配合，：套与夹具体上孔为过盈配合，套与支承钉尾部可选过渡配合套与支承钉尾部可选过渡配合H7/js6H7/js6 c. c.支承钉布置原

12、则：支承钉布置原则： 三点：组成的平面面积尽可能大三点：组成的平面面积尽可能大 二点：距离尽可能长二点：距离尽可能长 一点：应与切削力方向对应一点：应与切削力方向对应 支承板支承板 用于较大已加工平面的定位，所以常出现在精用于较大已加工平面的定位，所以常出现在精基准定位中，一个支承板的作用，相当于两个支承基准定位中，一个支承板的作用，相当于两个支承钉，消除两个自由度。钉，消除两个自由度。 a. a.结构形式及应用场合：结构形式及应用场合： A A型型 制造简单，常用于底面定位制造简单，常用于底面定位 B B型型 切有斜槽，易于清屑，常用于侧面定位切有斜槽，易于清屑，常用于侧面定位支 承 板B

13、型A 型 b. b.应用场合：应用场合：用于难以用支承钉布置成合适的、用于难以用支承钉布置成合适的、稳定的定位中。稳定的定位中。 工件刚度不足，定位面又小工件刚度不足，定位面又小, ,并且切削力不能恰好并且切削力不能恰好作用在支承上。图作用在支承上。图(a)(a) 薄板上钻孔，支随钉使工件变形。图薄板上钻孔，支随钉使工件变形。图(b)(b) 承受较大力的场合，保护精加工表面。承受较大力的场合，保护精加工表面。 方便安装：如侧面支承板取代两支承钉，可避免方便安装：如侧面支承板取代两支承钉，可避免长死。长死。 (a)(b)不宜用三个钉支承定位的情况c. c. 材料：材料：D12D12的支承钉和小型

14、支承板，用较好的的支承钉和小型支承板，用较好的T7AT7A钢，钢，淬硬淬硬HRC60-64HRC60-64对对D D1212的支承钉和大型支承板，一般用的支承钉和大型支承板，一般用20#20#钢钢渗碳淬火，渗碳深度为渗碳淬火，渗碳深度为0.80.81.2mm,1.2mm,硬度至硬度至HRC60HRC6064 64 d.d.注意：注意：为保持几块支承板在同一平面上，在装配后应将顶为保持几块支承板在同一平面上，在装配后应将顶部进行统磨。部进行统磨。有精度要求或使支承板装配牢固，需加定位销。有精度要求或使支承板装配牢固，需加定位销。(2)(2)可调支承可调支承 可调支承可调支承: :适用于毛坯分批制

15、造，其形状和尺寸适用于毛坯分批制造，其形状和尺寸变化较大的粗基准定位并适用于同一夹具加工形状变化较大的粗基准定位并适用于同一夹具加工形状相同而尺寸不同的工件及专用可调夹具或组合夹具相同而尺寸不同的工件及专用可调夹具或组合夹具中。中。 方法：方法：一批工件调一批工件调整一次，调整一次，调整后应锁紧。整后应锁紧。(3)(3)自位支承自位支承 （浮力支承）（浮力支承）123(a)(b)(c)自 位 支 承 特点：特点：有定位元件有多个工作点与工件接触，定有定位元件有多个工作点与工件接触，定位元件在定位过程中位元件在定位过程中 所处的位置，随工件定位基准所处的位置，随工件定位基准面位置的变化而自动与之

16、适应，面位置的变化而自动与之适应，其作用相当于一个固其作用相当于一个固定支承，因此，只限制一个自由度。定支承，因此，只限制一个自由度。由于增加了与工由于增加了与工件定位基准面接触的点数，故可提高工件的安装刚件定位基准面接触的点数，故可提高工件的安装刚 性，适用于以粗基准定位，刚性不足或不连续表面的性，适用于以粗基准定位，刚性不足或不连续表面的定位。定位。 注意：设计自位支承时，应考虑可动部分有足注意：设计自位支承时，应考虑可动部分有足够的摆动余动。够的摆动余动。 2 2、辅助支承、辅助支承 a. a. 特点：特点：根据六点定位原理，工件定位原理，根据六点定位原理，工件定位原理，工件定位夹紧后，

17、若工件刚性很差，在切削力和工件定位夹紧后，若工件刚性很差，在切削力和夹紧力的影响下，会发生变形和振动。为此，需夹紧力的影响下，会发生变形和振动。为此，需增加辅助支承，减小变形，以提高刚性和稳定性。增加辅助支承，减小变形，以提高刚性和稳定性。辅助支承的作用0+TAA312 b.b.作用：作用：由于辅助支承是由于辅助支承是在工件定位后才参与支在工件定位后才参与支承，因此不起任何消除自由度作用，只起减小工件变承，因此不起任何消除自由度作用，只起减小工件变形和振动的作用。形和振动的作用。各种辅助支承在每次卸下工件后，各种辅助支承在每次卸下工件后，必须松开，装上工件后再进行调整和锁紧，另外，辅必须松开，

18、装上工件后再进行调整和锁紧，另外，辅助支承不应破坏原有定位。助支承不应破坏原有定位。 c. c.应用场合：应用场合： 起预定位作用起预定位作用 提高夹具工件的稳定性提高夹具工件的稳定性 提高工件的刚性提高工件的刚性d.d.结构形式：结构形式：螺旋式：螺旋式：结构简单，易顶起工件，用限力板手，逐结构简单，易顶起工件，用限力板手，逐个调整、效率低、常用于单件小批生产中个调整、效率低、常用于单件小批生产中自位式：自位式：效率高，弹簧力不可太大，效率高，弹簧力不可太大，tgtgf f，保证，保证自锁自锁推引式：推引式：适用于工件较重，切削负荷大的场合适用于工件较重，切削负荷大的场合（二）工件以外圆定位

19、（二）工件以外圆定位 工件以外圆定位时，常用的有工件以外圆定位时，常用的有V V形块、定位套筒形块、定位套筒及剖分套筒、自动定心机构及剖分套筒、自动定心机构（三爪长盘、弹簧夹头、（三爪长盘、弹簧夹头、锥孔、自动定心夹头）锥孔、自动定心夹头）1. V1. V形块形块V V形块的定位情况：形块的定位情况：a. Va. V形块结构：形块结构：( (已标准已标准化）化） 常取常取9090或或120120 工艺槽：降低应力集工艺槽：降低应力集中，便于中，便于v v形工作面加工。形工作面加工。 支承面和底面精度要支承面和底面精度要求较高求较高 安装时，需采用定位安装时，需采用定位销孔销孔( (有定位销孔和

20、安装有定位销孔和安装孔孔) )b.b.特点：特点：对中性好（水平方向）对中性好（水平方向）所定位的水平轴中心位置（垂直方向），随所定位的水平轴中心位置（垂直方向），随V V形块形块夹角夹角 及工件直径的误差而发生变化及工件直径的误差而发生变化V V形块装在夹具体形块装在夹具体C C时，除用螺钉紧固外，还要加装时，除用螺钉紧固外，还要加装定位销定位销 c. c. 材料：材料：2020钢钢, , 热处理：渗碳深度热处理：渗碳深度0.8-1.2mm, 0.8-1.2mm, 淬硬淬硬HRC60-HRC60-6464，大型，大型V V形块，可用铸铁在支承面形块，可用铸铁在支承面C C镶以碎硬耐磨镶以碎硬

21、耐磨的钢板的钢板 d. d.主要结构参数：主要结构参数： V V形块已标准化，绘制形块已标准化，绘制V V形块工作图时，可不绘制形块工作图时，可不绘制图形，但应注明尺寸图形，但应注明尺寸C C、H H、h hhH+D/2HCaD尺寸尺寸h h：h0.5Dh0.5D用于大用于大直径定位直径定位 h1.2D h1.2D 用于小直径定用于小直径定位位H H：用于检验形块精度：用于检验形块精度2.2.定位套筒及剖分套筒定位套筒及剖分套筒 定位套筒定位套筒 特点：特点：元件结构简单，定心精度不变；元件结构简单，定心精度不变；当工件外圆与定位圆孔配合较松时，易使工件倾斜，当工件外圆与定位圆孔配合较松时，易

22、使工件倾斜，可考虑利用套筒内孔及端面一起定位；可考虑利用套筒内孔及端面一起定位；当端面大时，定位孔应短些，以避免产生过定位。当端面大时，定位孔应短些，以避免产生过定位。 定位套与夹具体配合：定位套与夹具体配合： 小：小：H7/r6H7/r6或或H7/s6 H7/s6 较紧较紧大：大：N7/R6N7/R6或或H7/js6 H7/js6 较较松，装入后再用螺钉拧紧松，装入后再用螺钉拧紧剖分套筒剖分套筒 主要用于大型轴类零件主要用于大型轴类零件的精密轴经定位，以便于安的精密轴经定位，以便于安装。装。结构结构: :下半孔起定位作下半孔起定位作用上半孔起夹紧作用用上半孔起夹紧作用剖分套筒剖分套筒3.3.

23、外圆定心夹紧机构外圆定心夹紧机构（三）工件以内孔定位（三）工件以内孔定位 工件以内孔定位时，常用的有：定位销、定位心工件以内孔定位时，常用的有：定位销、定位心轴、自动定心机构（如三爪卡盘、弹簧心轴等轴、自动定心机构（如三爪卡盘、弹簧心轴等。 1.1.定位销：定位销：通常结合端面定位通常结合端面定位 结构形式：结构形式：a. da. d10 10 d d太小，不宜开退刀槽，轴肩下埋；太小，不宜开退刀槽，轴肩下埋；b. db. d1010 带有台肩，端面定位可避免夹具体磨损；带有台肩，端面定位可避免夹具体磨损；c. dc. d16 16 凸肩与退刀槽合二为一；凸肩与退刀槽合二为一；d. d. 可换

24、式可换式：用于大量生产中，易于更换，更换时为避：用于大量生产中，易于更换，更换时为避免免 破坏夹具体加上衬套，定位销与衬套配合破坏夹具体加上衬套，定位销与衬套配合H7/js6H7/js6、H7/n7H7/n7( a)(b)( c)(d)定 位 销 另外还有一种定位销：另外还有一种定位销：圆锥销圆锥销特点：特点：定心好，轴向定位精度不高，常用于浮动定位中定心好，轴向定位精度不高，常用于浮动定位中 圆锥销削 边 销2.2.刚性心轴刚性心轴根据工件的形状和用途的不同，定位心轴的根据工件的形状和用途的不同，定位心轴的结论形式很多，常用的有下列几种形式：结论形式很多，常用的有下列几种形式： a.a.带小

25、锥度的心轴（带小锥度的心轴（1/50001/50001/10001/1000）：）：限限5 5个自个自由度，定心精度高，可达由度，定心精度高，可达0.0050.0050.01mm0.01mm，但轴向，但轴向位移大，传递扭矩小，使用于精加工中。位移大，传递扭矩小，使用于精加工中。b.b.圆柱形心轴：圆柱形心轴：工件与心轴定位部分为过盈配合采工件与心轴定位部分为过盈配合采用用r6r6、s6s6配合，轴向位置较固定（通过限位套）前配合，轴向位置较固定（通过限位套）前编加有导向部分，与工件为间隙配合的保证工件用编加有导向部分，与工件为间隙配合的保证工件用手能自由套入。手能自由套入。 c. c.心轴：心

26、轴：工件与心轴为间隙配合，心轴采用工件与心轴为间隙配合，心轴采用h6h6、g6g6、f7f7制造，同心度不高，装卸方便，端部夹紧。制造，同心度不高，装卸方便，端部夹紧。d.d.花键心花键心轴轴 3.3.内圆定心夹紧机构内圆定心夹紧机构用于内孔的定心夹紧机构，其作用原理与用于内孔的定心夹紧机构，其作用原理与外圆定位时是一样的。区别仅在于孔定位时，外圆定位时是一样的。区别仅在于孔定位时，支承等速远离中心移动，与工件孔表面接触。支承等速远离中心移动，与工件孔表面接触。 孔用涨紧套孔用涨紧套（四）工件以组合表面定位（四）工件以组合表面定位 以上所述的定位方法，全指工件以单一表面定位。以上所述的定位方法

27、，全指工件以单一表面定位。实际上，零件往往是以几个表面同时定位的，例如实际上，零件往往是以几个表面同时定位的，例如: :用用两个平行孔、两个平行阶梯表面、阶梯轴的两个外圆两个平行孔、两个平行阶梯表面、阶梯轴的两个外圆等等，这都称为等等，这都称为“工件以组合表面定位工件以组合表面定位”。工件以组合表面定位时，几个定位表面间的相互工件以组合表面定位时，几个定位表面间的相互位置，总是具有一定的误差，若将所有的支承元件都位置，总是具有一定的误差，若将所有的支承元件都做成固定的，工件将不能正确定位甚至无法定位。做成固定的，工件将不能正确定位甚至无法定位。因因而，在组合表面定位时，必须将其中的一个（或几个

28、）而，在组合表面定位时，必须将其中的一个（或几个）支承做成浮动的，或虽是固定的，但能补偿其定位面支承做成浮动的，或虽是固定的，但能补偿其定位面间的误差。间的误差。1.1.以轴心线平行的两孔定位（一面两孔）以轴心线平行的两孔定位（一面两孔） 工件以两工件以两孔定位的方式，孔定位的方式，在生产中普遍在生产中普遍用于箱体类大、用于箱体类大、中型零件的加中型零件的加工中，如机床工中，如机床主轴箱、发动主轴箱、发动机机体。机机体。 以一面两孔定位以一面两孔定位用箱体的两孔及平面定位的分析用箱体的两孔及平面定位的分析 若以两个圆柱销作定位件时，常会产生过定位现若以两个圆柱销作定位件时，常会产生过定位现象，

29、象，造成后果：工件可能无法安装。造成后果：工件可能无法安装。D10+DS12D0+S2Dd1- dS1- dX12d- d- dXS222122工 件 以 两 孔 定 位（ a）（ b） LLg LLxLL-x L+gLLxgL 解决办法：解决办法：(1)(1)右孔与右销间给予较大的配合间隙，足以补偿工右孔与右销间给予较大的配合间隙，足以补偿工件两孔和两销中心距的误差，但这样定位误差较大有件两孔和两销中心距的误差，但这样定位误差较大有时也会造成工件位置的偏斜。时也会造成工件位置的偏斜。(2)(2)将右边定位销在两销连心线的垂直方面削去两边，将右边定位销在两销连心线的垂直方面削去两边，做成削边销

30、，这样在此连心线方向上获得间隙补偿；做成削边销，这样在此连心线方向上获得间隙补偿；能使工件两孔与两销顺利安装且使定位较准确。能使工件两孔与两销顺利安装且使定位较准确。比较：比较：方法方法1 1简单，但增大转角误差。简单，但增大转角误差。 方法方法2 2更为科学。更为科学。 削边销的宽度计算，应考虑在图纸规定公差范围削边销的宽度计算，应考虑在图纸规定公差范围内的任一工件，都能保证装到夹具的两定位销上，这内的任一工件，都能保证装到夹具的两定位销上，这要分析可能出定位要分析可能出定位削边销的宽度计算削边销的宽度计算 干涉的极限情况。干涉的极限情况。图中图中为工件装在夹具为工件装在夹具上的一种极限位置

31、，上的一种极限位置，这时为：（这时为：（O O1 1为孔为孔1 1及销及销1 1的中心；的中心；O O2 2为为销销2 2的中心，的中心，O O2 2 为销为销2 2的中心）的中心）2122LL-x L+gLLxgL d2 maxD2 minD1 mind1 maxO2O2BAEC干涉最容易发生在：干涉最容易发生在：工件两孔的直径最小：工件两孔的直径最小：D D1 1minmin, D, D2 2minmin夹具两销的直径最大：夹具两销的直径最大：d d1 1maxmax, d, d2 2maxmax且销距与孔距偏差向相反方向。且销距与孔距偏差向相反方向。 如：如：工件两孔的孔距最大：工件两孔

32、的孔距最大：L+L+ L Lg g，而夹具两销的销距最小：而夹具两销的销距最小：L L L Lx x工件两孔顺利装到销上的条件：工件两孔顺利装到销上的条件：工件两孔与顺利装到夹具两销上的最小间隙为：工件两孔与顺利装到夹具两销上的最小间隙为：1 1 = D = D1 1minmin d d1 1maxmax 2 2 = D = D2 2minmin d d2 2maxmax 若假定工件安装时，左边的孔、销两中心若假定工件安装时，左边的孔、销两中心O1O1重合；右边重合；右边孔中心孔中心 的偏移量这时为：的偏移量这时为： xgLLOO 22 由于这一偏移，使销由于这一偏移，使销2 2与孔与孔2 2

33、产生了新月形的干涉区（图中产生了新月形的干涉区（图中的阴影部分）。如果将销的阴影部分）。如果将销2 2的削边后宽度的削边后宽度bb ，便不再发，便不再发生干涉。而生干涉。而b b的大小，即可按几何关系进行计算：的大小，即可按几何关系进行计算： BCxgLLOOdDBObEOdBOBEOOEOBOEOBOBEOBEO 222max2min222max222222222222222;22;2;2:)(式式中中等等高高，和和（1）代入（代入（1 1）式，得：）式，得：)(2)2(2max22xgLLdb 约去高阶微量，得削边销宽度为：约去高阶微量，得削边销宽度为：)(2min22xgLLDb 生产中

34、，削边销宽度生产中，削边销宽度b b常按工件孔的基本尺寸常按工件孔的基本尺寸D D2 2选定。选定。此时，由上式可得最小间隙此时，由上式可得最小间隙2 2： min22)(2DLLbxg ?D2bB2D3 6 6 8 8 20 20 25 25 32 32 40 40 50b2345568BD 0.52D 12D 22D 32D 42D 522削削 边边 销销 的的 尺尺 寸寸再根据再根据 ，d d2 2maxmaxD D2 2minmin2 2可算出削边销的尺寸及偏差。可算出削边销的尺寸及偏差。 例：已知某工件用两个例：已知某工件用两个孔定位，孔间距要求孔定位，孔间距要求1101100.03

35、0.03。试。试设计一个圆柱销、一个削边销的各有关定位尺寸。设计一个圆柱销、一个削边销的各有关定位尺寸。 解：解：（1 1）确定两定位销的中心距尺寸及偏差）确定两定位销的中心距尺寸及偏差销距的基本尺寸（销距的基本尺寸（LxLx）与孔距的基本尺寸（）与孔距的基本尺寸（LgLg）相同，其偏差）相同，其偏差为：为：LxLx LgLg。取：取：L LLxLx110110（ 0.030.03）LgLg1101100.010.01注意：注意：若工件孔间距上、下偏差在零件图上非对称分布时，应若工件孔间距上、下偏差在零件图上非对称分布时，应将其转化为对称形式。将其转化为对称形式。)3151( 31（2）确定圆

36、柱销直径尺寸（）确定圆柱销直径尺寸（d1）及偏差）及偏差通常以该工件孔的最小尺寸（D1min）作为圆柱销的基本尺寸（d1），其配合的偏差一般以g6（或f7）选取。 故选：d18.035 g6 （3）选定削边销基本尺寸（）选定削边销基本尺寸（d2）及偏差）及偏差首先，查表得削边销宽度（b）及其它结构尺寸当D28时，得b3， BD21817。d2maxD2min2D2min 8.035 8.005一般以d2max作为削边销的基本尺寸，与该孔的配合可选取为h6。所以取：d28.005 h6= 005. 0014. 0035. 8 030. 0021. 08 min2)(2DLLbxg 035. 8)

37、01. 003. 0(32 0009. 0005. 8 005. 0004. 08 若工件在垂直平若工件在垂直平面定位后，再将工件面定位后，再将工件左端外圆、用圆孔或左端外圆、用圆孔或V V形定位时，则工件右形定位时，则工件右端外所用的端外所用的V V形块，一形块，一定要做成浮动结构，定要做成浮动结构，这时只起限制一个自这时只起限制一个自由度的作用，否则就由度的作用，否则就会过定位。会过定位。 2.2.以轴心线平行的两个圆表面定位以轴心线平行的两个圆表面定位 两个零件（两个零件（a a）、）、(b)(b)，均需以大孔及底面定位，加工两个小孔。可以有，均需以大孔及底面定位，加工两个小孔。可以有两

38、种定位方案，视其加工尺寸要求而定。根据其准重合原则，如图（两种定位方案，视其加工尺寸要求而定。根据其准重合原则，如图（a a）零件）零件应选用图应选用图(c)(c)方案：即平面用支承板定位，方案：即平面用支承板定位，3.3.以一个孔和一个平行于孔中心线的平面定位以一个孔和一个平行于孔中心线的平面定位A2A2HdhA1A2HdhA2A1孔用削边销定位，且削边方向孔用削边销定位，且削边方向应平行于定位平面，以补偿孔应平行于定位平面，以补偿孔中心线与底面间距离的尺寸误中心线与底面间距离的尺寸误差公差。再如图（差公差。再如图（b b）零件则）零件则宜采用图（宜采用图（d d）的方案，即孔）的方案，即孔

39、用圆销定位，而平面下方则加用圆销定位，而平面下方则加入梯形块可使定位平面升降，入梯形块可使定位平面升降，以补偿工件孔与平面间的尺寸以补偿工件孔与平面间的尺寸误差。误差。二、定位误差及其分析计算二、定位误差及其分析计算 1 1、定位误差、定位误差 把工件上被加工表面的设计基准相对于定位元件工作表面把工件上被加工表面的设计基准相对于定位元件工作表面在加工尺寸方向上的最大变动量，称为在加工尺寸方向上的最大变动量，称为“定位误差定位误差”。定位误差的产生定位误差的产生 分析：分析：右图齿轮轮齿加工中右图齿轮轮齿加工中定位对下两项技术坐定位对下两项技术坐标的影响标的影响节圆中心与内孔中心节圆中心与内孔中

40、心的同轴度的同轴度轮齿周节误差轮齿周节误差2 2、定位误差产生原因、定位误差产生原因a.a.一批工件彼此在尺寸、形状及相互位置上均存在差异，而夹具定位元件一批工件彼此在尺寸、形状及相互位置上均存在差异，而夹具定位元件也有制造误差。也有制造误差。b.b.工件的定位基准与设计基准不重合，或工件的定位基准与定位元件的工工件的定位基准与设计基准不重合，或工件的定位基准与定位元件的工作表面之间存在间隙。作表面之间存在间隙。c.c.工件用夹具定位加工时，只按定程法（即调整法）加工一批工件，如果工件用夹具定位加工时，只按定程法（即调整法）加工一批工件，如果按逐件试切法加工，则根本不存在定位误差。（仅有加工误

41、差等）按逐件试切法加工，则根本不存在定位误差。（仅有加工误差等）误差来源误差来源 a.a.基准不重合误差基准不重合误差b.b.定位元件制造误差定位元件制造误差c.c.基准位移误差基准位移误差 工序二：工序二：加工平面加工平面1 1时，图纸要求的设计尺寸为时，图纸要求的设计尺寸为A AAA，而，而加工时刀具调整尺寸加工时刀具调整尺寸CACAA A 。因此，即使不考虑本工。因此，即使不考虑本工序的加工误差，这种定位方法也将可能使加工尺寸序的加工误差，这种定位方法也将可能使加工尺寸A A发生变发生变化（在工序一留下的误差化（在工序一留下的误差 范围范围HH内波动），因而也就产内波动），因而也就产生了

42、定位误差（生了定位误差（A A ）。）。 1 1、基准不重合误差、基准不重合误差工序一：工序一：加工平面加工平面2 2时，定位基准与设计基准重合，时，定位基准与设计基准重合，其图纸的设计尺寸其图纸的设计尺寸 与加工时刀具调整控制尺寸与加工时刀具调整控制尺寸 （对（对一批工件说，可看作为常量不变）两者一致，则定位一批工件说，可看作为常量不变）两者一致，则定位误差误差A A=0 =0 。 图中零件，底面图中零件，底面3 3与侧面与侧面4 4已加工好，需加工平面已加工好，需加工平面1 1、2 2，均用底面及侧面定位。，均用底面及侧面定位。H +-HA+-ACH H+-AA+-C-H HH H+123

43、4(a) 工作（b)工序一(c) 工序二 (d) 工序二 改进基准不重合产生的定位误差定位误差大小计算定位误差大小计算（1 1） 画出被加工零件定位时的两个极限尺寸的位置画出被加工零件定位时的两个极限尺寸的位置（2 2） 从图形中的几何关系，找出零件图上被加工尺从图形中的几何关系，找出零件图上被加工尺寸方向上之设计基准的最大变动量（最大值与最小寸方向上之设计基准的最大变动量（最大值与最小值之差）。因此，工序二尺寸值之差）。因此，工序二尺寸A A的定位误差的定位误差A A为：为： A A=(H+H)=(H+H)(H-H) = 2H (H-H) = 2H 上述的误差完全是由于定位基准和设计基准不重

44、合引上述的误差完全是由于定位基准和设计基准不重合引起的，可称这类定位误差为起的，可称这类定位误差为“基准不符误差基准不符误差”。为提高定位精度，设计夹具时尽量使定位基准与为提高定位精度，设计夹具时尽量使定位基准与加工表面之设计基准重合。但定位精度虽然提高了，加工表面之设计基准重合。但定位精度虽然提高了，有时使得夹具结构复杂，工件安装不便有时使得夹具结构复杂，工件安装不便, , 稳定性和可稳定性和可靠性变差。生产中只要在满足工艺的要求前提下，如靠性变差。生产中只要在满足工艺的要求前提下，如果能降低工序成本，基准不重合的定位方案，也允许果能降低工序成本，基准不重合的定位方案，也允许选用。选用。 2

45、 2、定位元件制造误差、定位元件制造误差 由于夹具定由于夹具定位元件和工件定位元件和工件定位基准本身有制位基准本身有制造误差，也可能造误差，也可能使工件被加工表使工件被加工表面的设计基准，面的设计基准，在加工尺寸方向在加工尺寸方向上产生变动而形上产生变动而形成定位误差。成定位误差。 CH H+ _CH0s H+DDs+0sd-dxdAoo1( a )( b ) 基 准 位 移 产 生 的 误 差1oo图（图（a a）如果心轴水平放置，工件以内孔中心）如果心轴水平放置，工件以内孔中心 O O为定位为定位基准，套在心轴中心基准，套在心轴中心O O1 1上，要求加工上平面上，要求加工上平面H HHH

46、。在理想状态时，孔心线与轴心线重合，则设计基准与在理想状态时，孔心线与轴心线重合，则设计基准与套到心轴上，还应留有最小间隙，故孔和轴中心线必套到心轴上，还应留有最小间隙，故孔和轴中心线必然不重合图（然不重合图（b b）也会使工件的定件基准位置产生变）也会使工件的定件基准位置产生变动而下移。所以通常称这另一类定位误差为动而下移。所以通常称这另一类定位误差为“基准位基准位移误差移误差”。其大小分析如下：其大小分析如下： 1ooAAo 当心轴如图（当心轴如图（b b）水平放置时：工件内孔始终与）水平放置时：工件内孔始终与心轴上母线心轴上母线A A单边接触。单边接触。当内孔和心轴尺寸为当内孔和心轴尺寸

47、为D Dmaxmax 及及 d dminmin时，设计基准时，设计基准O O在最下面（设计基准变动最在最下面（设计基准变动最大值）：大值）：OOOO1max1maxOAOAO O1 1A A Dmax/2Dmax/2 dmin/2dmin/2= =（D DsDsD）/2/2（d dxdxd）/2 =sD/2/2 =sD/2sd/2 sd/2 假定：孔径为假定：孔径为 销径为销径为sDD 0sdxdd 同理，同理，当内孔和心轴尺寸为当内孔和心轴尺寸为 DminDmin及及dmaxdmax时，设计基时，设计基准准O O在最上面（设计基准变动最小值）：在最上面（设计基准变动最小值）：OOOO1min

48、1minDmin/2Dmin/2dmax/2=D/2dmax/2=D/2(d(dsd)/2=sd/2 sd)/2=sd/2 所以，所以，H H的定位误差，即为设计基准的定位误差，即为设计基准0 0在在H H尺寸方向上的尺寸方向上的最大变动量，应为：最大变动量，应为：H H=OO=OO1 1maxmaxOOOO1 1minmin（sD/2+xd/2sD/2+xd/2）(xd/2) =sD/2+(xd/2(xd/2) =sD/2+(xd/2sd/2)sd/2)TD/2TD/2Td/2 Td/2 结论：结论： 这时的基准位移造成的定位误差为内孔公这时的基准位移造成的定位误差为内孔公差和心轴公差之和的

49、一半，且与间隙差和心轴公差之和的一半，且与间隙 无关。无关。 如果心轴垂直放置，就如果心轴垂直放置，就可能心轴与工件内孔任意边可能心轴与工件内孔任意边接触，则应考虑加工尺寸方接触，则应考虑加工尺寸方向的二个极限位置及孔轴间向的二个极限位置及孔轴间隙隙 ，故定位误差为：，故定位误差为：H HTDTDTdTd 。 由此可见，工件定位基准和夹具定位元件本身由此可见，工件定位基准和夹具定位元件本身的制造误差，也是直接影响定位精度的。在设计夹的制造误差，也是直接影响定位精度的。在设计夹具时，具时，除应尽量满足基准重合原则外，除应尽量满足基准重合原则外，还应根据加还应根据加工零件的精度要求，合理规定定位元

50、件的制造精度工零件的精度要求，合理规定定位元件的制造精度和限制加工零件上与定位基准有关的公差值。和限制加工零件上与定位基准有关的公差值。定位误差的计算定位误差的计算 工件定位误差的实质工件定位误差的实质是工件上被加工表面的设计是工件上被加工表面的设计基准相对于定位元件工作表面在加工尺寸方向上的最基准相对于定位元件工作表面在加工尺寸方向上的最大变动量，因此，计算定位误差时，大变动量，因此，计算定位误差时，首先要找出工序尺寸的工序基准；首先要找出工序尺寸的工序基准；然后求其在工序尺寸方向上的最大变动量。然后求其在工序尺寸方向上的最大变动量。1 1、定位误差计算的方法、定位误差计算的方法定位误差计算

51、的方法定位误差计算的方法 几何法几何法微分法微分法2 2、用几何方法计算定位误差、用几何方法计算定位误差例：工件在使用心轴、销、定位时，常会考虑留有间例：工件在使用心轴、销、定位时，常会考虑留有间隙而需要进行定位误差计算。隙而需要进行定位误差计算。( (以两孔定位为例）以两孔定位为例）(a)o1o21222Le1e2e3(b)d1maxD1minTD1Td1左端：左端：孔径 ，公差为TD1；销径 ，公差为Td1；最小间隙为1。 101DsD 111ddsxd 右端：右端：孔径公差为TD2；销径公差为Td2；最小间隙为2。 先单独分析左端圆销先单独分析左端圆销1 1的定位情况。的定位情况。销与孔

52、之间的最大销与孔之间的最大间隙为：间隙为：1 1 1 1 TDTD1 1 TdTd1 1 。 1 1将使一批工件安装时孔的中心偏离销的中心。其中偏心将使一批工件安装时孔的中心偏离销的中心。其中偏心位移误差范围，是以位移误差范围，是以 1 1为直径的圆，圆心即为销的中心为直径的圆，圆心即为销的中心O O1 1（如图（如图b b中所示）。中所示）。 分析：分析： 再分析削边销再分析削边销2 2定位情况：定位情况： 由于削边销不限制由于削边销不限制X X 的移动自由度，而限制的移动自由度，而限制Z Z的转动自的转动自由度，所以孔由度，所以孔2 2与削边销与削边销2 2的中心偏移范围为：的中心偏移范围

53、为： 在在X X方向：方向： x x 1 1 1 1 TDTD1 1 TdTd1 1 在在Y Y方向：方向： y y 2 2 2 2 TDTD2 2 TdTd2 2 。这时的误差范围这时的误差范围近似为一个椭圆近似为一个椭圆（见图（见图b b）。）。 孔孔1 1、2 2的中心偏移误差组合起来，将引起工件的两种定位误差：的中心偏移误差组合起来，将引起工件的两种定位误差：综合误差综合误差(1)(1) 纵向定位误差：纵向定位误差：即在两孔联心线方向的最大可能移动量即在两孔联心线方向的最大可能移动量（ x x ）。）。 x x 1 1 1 1 TDTD1 1 TdTd1 1 （相当于第一孔定位（相当于

54、第一孔定位误差）误差） (2)(2) 角度定角度定位误差：位误差：即即工件绕工件绕O1O1和和O2O2的最大偏的最大偏转角转角 。 2ey12ey2(c)一面两孔定位时的定位误差计算o1o2LTDTDTdTdLtgyy2)()()(221212121 角度定位误差：角度定位误差：由上式看出，欲减小，可以从两方面着手：由上式看出，欲减小，可以从两方面着手：（i i）提高孔与销的加工精度，）提高孔与销的加工精度，减小配合间隙减小配合间隙；（iiii）增大孔间距增大孔间距。故在选择定位基准时，应尽可能选距离较。故在选择定位基准时，应尽可能选距离较远的两孔；若工件上无合适的两孔而需另设工艺孔时，两工艺

55、远的两孔；若工件上无合适的两孔而需另设工艺孔时，两工艺孔也应布置在具有最大距离的适当部位。孔也应布置在具有最大距离的适当部位。 若采用以上两种措施还不能满足要求，应若采用以上两种措施还不能满足要求，应采用单边靠采用单边靠。此时，。此时，角度误差为：角度误差为：分析：分析：Ltgyy2|21 2 2、用微分方法计算定位误差、用微分方法计算定位误差例、工件用例、工件用V V形块定位加工键槽时的定位误差计算。形块定位加工键槽时的定位误差计算。 用用V V形块定位加工键槽时的定位误差计算形块定位加工键槽时的定位误差计算D(c)(b)(a)CAAOOOFEAaHHH123加工键槽时，一般有两项工序要求：

56、加工键槽时，一般有两项工序要求：1 1）尺寸）尺寸H H；2 2）键槽对工件外圆中心的对称度。）键槽对工件外圆中心的对称度。标注键槽设计尺寸标注键槽设计尺寸H H时，有三种不同的标注方法：时，有三种不同的标注方法：(a)(a)要求保证上母线到加工面尺寸要求保证上母线到加工面尺寸H H1 1；(b)(b)要求保证下母线到加工面尺寸要求保证下母线到加工面尺寸H H2 2；(c)(c)要求保证上母线到加工面尺寸要求保证上母线到加工面尺寸H H3 3。若忽略工件的圆度误差和若忽略工件的圆度误差和V V形块角度误差，可认为工件外圆形块角度误差，可认为工件外圆中心在水平方向上的位置变动量为零中心在水平方向

57、上的位置变动量为零2sin22sinadaOEOA )2(sin42cos)(2sin21)(2aadddaOAd 已知：工件外圆直径为已知：工件外圆直径为d d，公差为，公差为TdTd，V V形块两斜面夹角为形块两斜面夹角为a a，求，求各种标准方式下的定位误差？各种标准方式下的定位误差？解：解： 首先：写出首先：写出O O点（工件基准点）至加工尺寸方向上某固定点点（工件基准点）至加工尺寸方向上某固定点（通常取点（通常取点A A）的距离）的距离A(a)EOH1再对上式求全微分再对上式求全微分2sin21aTdH TaaadTdadh)2(sin42cos2sin212 用微小增量代替微分，并

58、将尺寸误差视为微小增量，用微小增量代替微分，并将尺寸误差视为微小增量，且考虑到尺寸误差可正可负，各项误差应取绝对值，故定且考虑到尺寸误差可正可负，各项误差应取绝对值，故定位误差为：位误差为：若使用同一夹具进行加工，则若使用同一夹具进行加工，则TaTa0 0所以所以12sin12 adOCOACA12sin122 aTdH 12sin12 adODOADA12sin123 aTdH 同理：A(c)H2CaEDOF(b)AOH3请用几何解法求解上题AO 1O 2r21r用几何解法求上题：用几何解法求上题：2sin22sin22sin21221211aTdadadAOAOOOH 通过以上计算，可得出

59、如下结论：通过以上计算，可得出如下结论：（1 1） ，即定误差随毛坯误差增大而增大。，即定误差随毛坯误差增大而增大。（2 2） 与与V V形块夹角形块夹角有关。即定位误差随有关。即定位误差随增大而增减小，增大而增减小， 但定但定 位稳定性却差了，故一般选用位稳定性却差了，故一般选用=90=90。（3 3） 与加工尺寸标注方法有关。与加工尺寸标注方法有关。分析：分析：Td H 注意：注意： 定位误差是对采用定位误差是对采用调整法调整法加工的成批生产或小批生产中，加工的成批生产或小批生产中，在数控机床上加工时也在定位误差；在数控机床上加工时也在定位误差； 对采用对采用试切法试切法加工的小批生产中不

60、存在定位误差。加工的小批生产中不存在定位误差。H 保证规定加工精度实现的条件保证规定加工精度实现的条件 工件利用夹具加工时，影响加工精度的误差因素除定位误工件利用夹具加工时，影响加工精度的误差因素除定位误差差外，尚有：外，尚有：1.1.夹具的有关制造误差（夹具的有关制造误差（制造）制造） 这个误差主要包括夹具制造时的这个误差主要包括夹具制造时的两项误差：两项误差：确定刀具位置确定刀具位置的元件和引导刀具的元件与定位元件间的位置误差；定位元件的元件和引导刀具的元件与定位元件间的位置误差；定位元件与夹具安装到机床上的安装基面间的位置误差。与夹具安装到机床上的安装基面间的位置误差。2.2.夹具安装误