第四章机床夹具设计基础

1、 在机械加工过程中，为了保证工在机械加工过程中，为了保证工件的加工精度，使之相对于机床、件的加工精度，使之相对于机床、刀具占有确定的位置，并能迅速、刀具占有确定的位置，并能迅速、可靠地夹紧工件，以接受加工或可靠地夹紧工件，以接受加工或检测的工艺装备称为机床夹具，检测的工艺装备称为机床夹具，简称夹具。简称夹具。第一节 概述l机床夹具的主要功能是使工件定位和夹紧。l定位使工件相对于刀具及机床占有正确的加工位置，保证其被加工表面达到工序所规定的各项技术要求。l夹紧工件定位后，经夹紧装置施力于工件，将其固定夹牢，使其在加工过程中保持正确位置不变。l安装工件从定位到夹紧的整个过程。l找正安装法：按工件的

2、有关表面或专门划出的线痕作为找正依据，用划针或指示表，逐个地找正工件相对于刀具及机床的位置，然后将工件夹紧。l专用夹具安装法：靠专用夹具保证工件相对于刀具及机床所需的位置，并使其夹紧。用夹具装夹工件的特点l工件在夹具中的正确定位，是通过工件上的定位基准面与夹具上的定位元件相接触而实现的l夹具预先在机床上已调整好位置，工件通过夹具对于机床也就占有了正确的位置l通过夹具上的对刀装置，保证了工件加工表面相对于刀具的正确位置 1按夹具的通用特性分类l通用夹具：指结构、尺寸已标准化、系列化，且具有一定通用性的机床附件l专用夹具：针对某一种工件的某一工序的加工要求而专门设计和制造的夹具l成组专用（可调）夹

3、具：采用成组加工工艺，将工件按形状、尺寸和工艺的共性分组，再为每组工件设计组内通用的专用夹具l组合夹具：是一种模块化的夹具，由一套预先制造好的标准元件组装成的专用夹具l随行夹具：自动线夹具，既担负装夹任务，又担负沿自动线输送工件的任务。 2.按夹具使用的机床分类l可分为车床、铣床、钻床、镗床、磨床、齿轮机床、数控机床夹具等。 3.按夹具的动力源分类l按夹具夹紧动力源可将夹具分为手动夹具和机动夹具两大类。l手动夹具应有扩力机构与自锁性能，以减轻劳动强度与确保安全生产l常用的机动夹具有：气动、液压、气液增压、电动、电磁、真空、离心力、自夹紧夹具等 三、机床夹具的组成定位元件：用于确定工件在夹具中的

4、位置；夹紧装置：将工件压紧夹牢，并保证工件在加工过程中位置不变；联接元件：用于确定夹具对机床主轴、工作台或导轨的相对位置；对刀或导向元件：用于保证工件加工表面与刀具之间的位置其它装置或元件：定向键、操作件、分度装置、靠模装置、上下料装置、平衡块等，以及标准化了的其它联接元件；夹具体：是夹具的基座和骨架，用来配置、安装各夹具元件及装置。保证加工精度，并使之稳定缩短辅助时间，提高生产效率，降低成本扩大机床的工艺范围减轻劳动强度，降低技术要求便于变更工位、引导刀具或进行仿形加工。 五、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，以缩短生产准备周期，降低生产成本l

5、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l适用于各种现代化制造技术的新型机床夹具l采用以液压站等为动力源的高效夹紧装置，以进一步提高劳动生产率l提高机床夹具的标准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l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l柔性化：通过调整、组合等方式，以适应工艺可变因素l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，有利于夹具的商品化生产，有利于缩短生产准备周期，降低生产总成本。一、工件定位的基本原理 1定位基准的基本概念工件定位工件定位按照加工工艺要求，将按照加工工

6、艺要求，将工件置于夹具中，使工件在夹紧前相工件置于夹具中，使工件在夹紧前相对于机床和刀具就占有一个预定的位对于机床和刀具就占有一个预定的位置，或者是使同一批工件逐次放置到置，或者是使同一批工件逐次放置到夹具中时都能占据同一位置。夹具中时都能占据同一位置。第二节 工件定位定位基准定位基准在机械加工中用作定在机械加工中用作定位的基准。位的基准。定位基面定位基面工件定位时，作为定工件定位时，作为定位基准的点和线，往往由某些具体位基准的点和线，往往由某些具体表面体现出来，这种表面称为定位表面体现出来，这种表面称为定位基面。基面。 2自由度的概念所谓自由度，即空间位置的不确所谓自由度，即空间位置的不确定

7、性定性一个位于空间自由状态的物体，一个位于空间自由状态的物体，对于空间直角坐标系来说，具有对于空间直角坐标系来说，具有六个自由度：三个位移自由度和六个自由度：三个位移自由度和三个转动自由度。三个转动自由度。注意：注意：1 1）机械加工中关于自由度的概念与力学中自由度的概念不完全）机械加工中关于自由度的概念与力学中自由度的概念不完全相同。机械加工中的自由度实际上是指工件在空间位置的不确定性。相同。机械加工中的自由度实际上是指工件在空间位置的不确定性。这里特别要注意将定位与夹紧的概念区分开来。工件一经夹紧，其空这里特别要注意将定位与夹紧的概念区分开来。工件一经夹紧，其空间位置就不能再改变，但这并不

8、意味着其空间位置是间位置就不能再改变，但这并不意味着其空间位置是确定的确定的。2 2）六点定位原则中）六点定位原则中 点点 的含义是限制自由度，不要机械地理解的含义是限制自由度，不要机械地理解成接触点。成接触点。3、六点定位法则、六点定位法则 采用六个定位支承点合理采用六个定位支承点合理布置，使工件有关定位基面与布置，使工件有关定位基面与其相接触，每一个定位支承点其相接触，每一个定位支承点限制了工件的一个自由度，便限制了工件的一个自由度，便可将工件六个自由度完全限制，使工件在空间的位置被唯可将工件六个自由度完全限制，使工件在空间的位置被唯一地确定。这就是通常所说的工件的六点定位原理。一地确定。

9、这就是通常所说的工件的六点定位原理。定位基准按自由度分类定位基准按自由度分类 主要定位基准面：l设置三个支承点，限制了工件的三个自设置三个支承点，限制了工件的三个自由度的定位表面。由度的定位表面。l要求：支承面积要大；三个支承点要对要求：支承面积要大；三个支承点要对称配置；三个支承点不能在一条直线上。称配置；三个支承点不能在一条直线上。 导向定位基准面：l设置二个支承点，限制了工件的二个设置二个支承点，限制了工件的二个自由度的定位表面。自由度的定位表面。l要求：应选狭长表面；支承点布置应要求：应选狭长表面；支承点布置应尽可能远；两支承点的连线不能与主尽可能远；两支承点的连线不能与主要定位及面垂

10、直。要定位及面垂直。 双导向定位基准面：l限制四个自由度的圆柱定位面限制四个自由度的圆柱定位面 双支承定位基准面：l限制二个移动自由度的圆柱定位面限制二个移动自由度的圆柱定位面 止推定位基准面：l限制一个移动自由度的定位基准面。限制一个移动自由度的定位基准面。l要求：应选窄小且与切削力相对的表要求：应选窄小且与切削力相对的表面；支承方向平行于导向方向。面；支承方向平行于导向方向。防转定位基准面：l限制一个旋转自由度的定位表面。限制一个旋转自由度的定位表面。l要求：支承点布置应离回转线尽可能要求：支承点布置应离回转线尽可能远。远。定位时应注意的几个主要问题l定位支承点必须与工件的定位基准面定位支

11、承点必须与工件的定位基准面始终保持紧贴接触；始终保持紧贴接触；l分析定位支承点的定位作用时，不考分析定位支承点的定位作用时，不考虑力的影响；虑力的影响；l定位支承点是定位元件抽象而来的。定位支承点是定位元件抽象而来的。归纳分析 1、工件在夹具中定位，可以用定位支撑点、工件在夹具中定位，可以用定位支撑点约束自由度来分析；约束自由度来分析； 2、支撑点的数目（所需限制自由度数）由、支撑点的数目（所需限制自由度数）由加工技术要求确定；加工技术要求确定； 3、一个支撑点只能限制一个自由度，即使、一个支撑点只能限制一个自由度，即使全部自由度都被限制，支撑点数目也不会全部自由度都被限制，支撑点数目也不会多

12、于六个多于六个六点定位原理六点定位原理。典型定位元件的定位分析典型定位元件的定位分析 典型定位元件的定位分析典型定位元件的定位分析 典型定位元件的定位分析典型定位元件的定位分析 限制工件自由度与加工要求的关系：需要限制的自由度必须都得到恰当地限制；保证必要的定位精度和稳定性。因此：确定定位方案时，要根据工件的加工精度要求，遵循六点定则原则，分析工件应该限制的自由度，确定定位方法，选择定位元件，并进行定位误差的分析计算。 4工件定位中的几种情况 通常，自由度限制大于通常，自由度限制大于3，小于、等于，小于、等于6。l完全定位：不重复地限制了工件的六个自不重复地限制了工件的六个自由度的定位。由度的

13、定位。l不完全定位：根据实际加工要求，并不需根据实际加工要求，并不需要限制工件全部自由度的定位。要限制工件全部自由度的定位。ZYXa）ZYXb）ZYXc）ZYXd）图 工件应限制的自由度图 欠定位示例XZYa）b）BB Bl过定位：夹具上的两个或两个以上的定位元件，夹具上的两个或两个以上的定位元件，重复限制工件的同一个或几个自由度的现象。重复限制工件的同一个或几个自由度的现象。过定位的不良后果：（1）工件无法安装）工件无法安装（2）造成工件或定位元件变形过定位是否允许，要视具体情况而定：1）如果工件的定位面是毛坯面，或虽经过机械加工，但加工精度不高，这时过定位一般是不允许的，因为它可能造成定位

14、不准确，或定位不稳定，或发生定位干涉等情况。2）反之，如果工件的定位面经过机械加工，且形状、尺寸、位置精度均较高，则过定位是允许的。有时还是必要的，因为合理的过定位不仅不会影响加工精度，还会起到加强工艺系统刚度和增加定位稳定性的作用。消除或减少过定位干涉的方法：如图使定位元件沿某一坐标轴可移动，来消除其限制沿该坐标轴移动方向自由度的作用。 图采用自位支承结构，消除定位元件限制绕某个(或两个)坐标轴转动方向的自由度的作用。 改变定位元件的结构，消除重复限制自由度的支承，把圆柱销改为削边销就是典型的例子(如图4-18)。提高定位基准之间、定位元之间的位置精度，避免重复定位的干涉（如图4-19）。

15、4A0.02 A间隙配合刚性心轴过定位示例过定位引起夹紧变形图2-22b 过定位处理分析1、在下列零件的加工中需限制几个自由度？工序简图位置要求机床及刀具1尺寸B2尺寸H3槽侧面与N面平行4槽底面与M面平行立式铣床立铣刀加工面D对d须同轴2. 尺寸L车床1. 尺寸L2. 加工孔中心与轴D的轴线垂直并相交 立式钻床钻头1. 尺寸R 2. 对孔d的角度位置 3. 圆孔与底面垂直立式钻床钻头组合定位中各定位元件限制自由度分析 判断准则判断准则定位元件单个定位时，限制转动自由度的作用在组合定位中不变；组合定位中各定位元件单个定位时限制的移动自由度，相互间若无重复，则在组合定位中该元件限制该移动自由度的

16、作用不变；若有重复，其限制自由度的作用要重新分析判断，方法如下： 1)在重复限制移动自由度的元件中，按各元件实际参与定位的先后顺序，分首参和次参定位元件，若实际分不出，可假设； 2)首参定位元件限制移动自由度的作用不变； 3)让次参定位元件相对首参定位元件在重复限制移动自由度的方向上移动，引起工件的动向就是次参定位元件限制的自由度。分析下面各定位元件都限制了哪几个自由度，是否存在过定位，如何改进。1两支承板： 两支承钉： 菱形销：2三爪1： 中心架2： 3固定顶尖1： 活动顶尖2： 中心架3：4浮动长V形块： 活动锥坑：5长心轴： 支承钉： 浮动双支承：6支承大平面： 活动锥坑： 活动短V形块

17、：7固定长V形块： 活动顶尖：8支承环：活动球面：11三个支承钉1： 辅助支承钉2：12大支承面： 活动锥销： 活动短V形块：13大支承面： 活动锥坑： 活动圆锥：14长圆柱销： 定承块： 自位双支承：有一批如题图所示的零件，圆孔和平面均已加工合格，现需在铣床上铣削宽度为b0-b的槽子。要求保证槽底到底面的距离为h0-h；槽侧面到面的距离为a+ao，且与A面平行，图示定位方案是否合理? 有无改进之处? 试分析之。二、常用定位元件及选用 1对定位元件的基本要求l足够的精度；足够的精度；l较好的耐磨性；较好的耐磨性；l足够的强度和刚度；足够的强度和刚度；l较好的工艺性；较好的工艺性；l便于清除切屑

18、。便于清除切屑。 2常用定位元件所能限制的自由度 常用定位元件可按工件典型定位基准面常用定位元件可按工件典型定位基准面分为：分为：l用于平面定位的用于平面定位的l用于外圆柱面定位的用于外圆柱面定位的l用于孔定位的用于孔定位的 3常用定位元件的选用 工件以平面定位l面积较小的基准平面选用支承钉l面积较大、平面度精度较高的基准平面定位选用支承板l毛坯面、阶梯平面和环形平面作基准平面定位时，选用自位支承l毛坯面作基准平面，调节时可按定位面质量和面积大小分别选用可调支承l当工件定位基准面需提高定位刚度、稳定性和可靠性时，可选用辅助支承1. 1. 支承钉支承钉2. 2. 支承板支承板3. 3. 可调支承

19、可调支承 多用于毛面定位，每批调整一次多用于毛面定位，每批调整一次，以补偿各批毛坯误差以补偿各批毛坯误差4. 4. 自位支承自位支承 支承本身可随工件定位基准面的变化而支承本身可随工件定位基准面的变化而自动适应，一般只限制一个自由度，即一点定位。自动适应，一般只限制一个自由度，即一点定位。a)两点式 ：用于断续表面或阶梯表面的定位；b）滑柱式：用于基面不直或倾斜时；c)球面三点式：基面在两个方向上均不平或倾斜时，可实现三点接触。工作特点：定位过程中支承点位置能随工件定位基面的变化而自行浮动并与之适应，当一个点被压下时，其余点上升，直至这些点都与定位基面接触。作用仍相当于一个固定支承，限制一个自

20、由度；增加了接触点数，提高了工件的支承刚度和稳定性；适用于工件以毛坯面定位或刚性不足的场合。5. 5. 辅助支承辅助支承 在工件定位后才参与支承的元件，不限制自由度，主要用于提高工件的刚度和定位稳定性。主要用于因尺寸形状或局部刚性较差，使定位不稳或受力变形，用以承受工件重力、夹紧力或切削力。辅助支承的应用工件每安装一个就调整一次。工件以圆柱孔定位l特点：定位孔与定位元件之间处于配合状态，并要求确保孔中心线与夹具规定的轴线相重合。常与平面联合使用。l工件上定位内孔较小时，常选定位销l在套类、盘类零件的车削、磨削和齿轮加工中，大都选用心轴设计：为便于工件顺利装入，头部应有15度倒角；定位销按过盈配

21、合压入夹具体孔中，衬套外径与夹具体为过渡配合，内径与定位销为间隙配合；图a）为增加刚性避免销子因撞击折断，或热处理时淬裂，通常将根部倒成圆角。此时，夹具体上应有沉孔。1.1.圆柱销圆柱销根据定位需要可设计非标准定位销。图a带有较大的凸肩，可从正面用螺钉紧固，便于拆装，适用于大型夹具；图b为空心结构，适用于孔径较大的工件定位。2.2.圆锥销圆锥销 常用于工件孔端的定位，可限制三个自由度 图a用于粗基准，图b用于精基准定位。由于单个定位不稳，常成对使用，或与其他元件联合使用。图a为成对使用；圆锥圆柱组合定位：圆锥定心，圆柱部分可减小因圆锥锥度过大而倾斜，且装卸方便；浮动圆锥和固定支承组合定位：圆锥

22、径向定心，浮动消除过定位。3.3.定位心轴定位心轴 主要用于盘套类零主要用于盘套类零件车、铣、磨及齿轮件车、铣、磨及齿轮加工的定位。加工的定位。图a为间隙配合。切削力矩靠夹紧力传递，装卸方便，定心精度不高；为减小倾斜，常以孔和端面联合定位，故要求孔和端面垂直，心轴的定位圆柱面和端面垂直，并在一次安装中加工；为装卸方便可使用开口垫圈，两端面应相互平行，当垂直度误差较大时，采用球面垫圈。图b为过盈配合心轴设计：导向部分使心轴迅速装卸，其基本尺寸为基准孔的最小尺寸，长度为基准孔长度的一半；心轴工作部分的基本尺寸取定位孔直径的最大尺寸，对于工件孔的长径比L/D1时，其工作部分略带锥度；凹槽为供车削时退

23、刀用；特点：定心准确，装卸不方便，易损伤工件定位孔；应用：用于定心精度要求高的场合设计：心轴锥度较小，常用锥度为1：10001：1500；工件装在心轴上楔紧后，靠孔产生的弹性变形有少许过盈，以消除间隙并产生摩擦力带动工件回转，不需夹紧，但传递的扭矩较小；应用：适用于工件定位孔精度较高的精车和磨削加工。如要对工件的端面进行加工，须在定位孔口预先作出大倒角，以便退刀。工件以圆锥孔定位1.圆锥形心轴2.顶尖优点：定心精度高，可实现定位基准统一，可加工出所有的外圆表面。当用半顶尖时，还可加工端面。缺点：轴向定位精度不高；减少轴向定位误差的办法：严格控制左顶尖孔的尺寸，放入标准钢球检验尺寸；改用轴向浮动

24、的前顶尖定位。此时工件端面为轴向定位基准面，紧贴顶尖套端面定位，使前顶尖只起定心作用。工件以外圆柱定位l当工件对称度要求较高时，选用当工件对称度要求较高时，选用V形块形块l当工件定位圆柱面精度较高时，当工件定位圆柱面精度较高时，可选用定位套或半圆形定位座可选用定位套或半圆形定位座1. 1. V V形块定位形块定位 结构尺寸已标准化，斜面夹角有结构尺寸已标准化，斜面夹角有60609090120120优点：对中心好，可使一批工件的定位基准轴线对中在V型架两斜面的对称平面上，而不受定位基准直径误差的影响，且安装方便；应用广泛。图a用于较短的精基准面的定位；图b、c用于较长的或阶梯轴的圆柱面，图b 用

25、于粗基准面，图c用于精基准面；图d用于工件较长且定位基准面直径较大的场合。分类：固定式：直接装配在夹具体上，一般用螺钉和两个定位销连接活动式：除定位外还有夹紧作用。非标准V型块的设计：2. 2. 在圆孔中定位在圆孔中定位 一般用于精基准定位。做成钢套装于夹具中。常一般用于精基准定位。做成钢套装于夹具中。常与端面联合定位。与端面联合定位。3. 3. 在半圆孔中定位在半圆孔中定位 应用：当工件尺寸较大，或在整体式定位套内定应用：当工件尺寸较大，或在整体式定位套内定位装卸不变时；位装卸不变时；下半圆孔的最小直径应取工件定位基准外圆的最下半圆孔的最小直径应取工件定位基准外圆的最大直径。大直径。3. 3

26、. 在圆锥孔中定位在圆锥孔中定位 相应定位元件为反顶尖；相应定位元件为反顶尖；工件以特殊表面定位工件以特殊表面定位NoImage1 1）一个平面和与其垂直的两个孔组合）一个平面和与其垂直的两个孔组合 组合表面定位组合表面定位 NoImage这种定位属于过定位这种定位属于过定位 1 1）一个平面和与其垂直的两个孔组合）一个平面和与其垂直的两个孔组合 组合表面定位组合表面定位 NoImage解决办法是：解决办法是： 将销将销2 2做成做成 削边销削边销 1 1）一个平面和与其垂直的两个孔组合）一个平面和与其垂直的两个孔组合（五）（五） 组合表面定位组合表面定位 NoImage2 2）一平面和与其垂

27、直的两外圆柱面组合）一平面和与其垂直的两外圆柱面组合组合表面定位组合表面定位 NoImage3 3）一孔和一平行于孔中心线的平面组合）一孔和一平行于孔中心线的平面组合组合表面定位组合表面定位 NoImage影响刀具与工件间正确位置关系的因素：定位误差：由于一批工件在夹具中的位置不一致引起的误差。用D D表示。安装误差和调整误差：安装误差指夹具在机床上安装时，引起定位元件与机床上安装夹具的装夹面之间位置不准确的误差。用A A表示。调整误差是指夹具上的对刀元件或导向元件与定位元件之间的位置不准确所引起的误差。用T T表示.调安误差以用A-TA-T表示。加工过程误差：由机床精度和工艺系统的变形等引起

28、的误差。以用G G表示。为保证加工要求，使三项之和三项之和小于等于工件公差，可小于等于工件公差，可假设各项误差分别占工件误差的假设各项误差分别占工件误差的1/31/3。NoImage（一）定位误差及其产生的原因当一批工件用夹具安装，以调整法加工时，一批工件的工序基准在加工尺寸方向上，相对定位基准的位置变动范围有多大，该加工尺寸便会产生多大的误差。这种由于定位引起的加工尺寸的最大变动范围称为定位误差。由基准不重合所引起的定位误差由定位基准发生位移所引起的定位误差 由基准不重合所引起的定位误差v由于工序基准与定位基准不重合所导致的工序基准由于工序基准与定位基准不重合所导致的工序基准在加工尺寸方向上

29、的最大位置变动量，称为基准不在加工尺寸方向上的最大位置变动量，称为基准不重合误差重合误差, ,用用B B表示表示. .v如图如图4-484-48，在工件上铣一通槽，要求保证尺寸，在工件上铣一通槽，要求保证尺寸a,b,ha,b,h，试分析选择不同定位时的基准不重合误差。试分析选择不同定位时的基准不重合误差。 （1）图a定位基准与工序基准重合。 B B=0=0 （2 2）图b基准不重合。 B B= L= Ld d如图如图,在工件上钻两个孔，要求保证尺寸在工件上钻两个孔，要求保证尺寸30,42,42，试分析选择以下定位方案时存在的基准不重合误差。试分析选择以下定位方案时存在的基准不重合误差。v基准不

30、重合误差的计算基准不重合误差的计算（1 1）当定位尺寸与工序尺寸方向一致时，定位误差就）当定位尺寸与工序尺寸方向一致时，定位误差就是定位尺寸的公差。是定位尺寸的公差。（2 2）若定位尺寸与工序尺寸方向不一致，定位误差就）若定位尺寸与工序尺寸方向不一致，定位误差就等于定位尺寸公差在加工尺寸（工序尺寸）方向的等于定位尺寸公差在加工尺寸（工序尺寸）方向的投影。若定位尺寸有两个或两个以上，基准不重合投影。若定位尺寸有两个或两个以上，基准不重合误差为定位尺寸各组成环的尺寸公差在加工尺寸方误差为定位尺寸各组成环的尺寸公差在加工尺寸方向上的投影和。向上的投影和。（3 3）例题：如图）例题：如图4-49.4-

31、49.要求保证加工尺寸要求保证加工尺寸h h，工件以平工件以平面面A A、B B为定位基准，工序基准为孔的中心，求基准为定位基准，工序基准为孔的中心，求基准不重合误差。不重合误差。 由定位基准发生位移所引起的定位误差v定义：定义：由于定位副的制造误差或定位副配合间隙所导致的定位基准在加工尺寸方向上最大位置变动量，称为基准位移误差，用Y表示。v举例：举例：要求保证尺寸H、b。其中b由铣刀保证， H按心轴中心调整好铣刀的高度位置来保证。 Y Y=1/2=1/2（D Dmaxmax-d-d0min0min）= T= TD D /2+ T /2+ Td d/2/2 定位误差的计算1） Y0， B=0时

32、， D= Y ；2） Y=0， B0时， D = B ；3） Y0、 B0时，此时两者的合成要看工序基准是否在定位基面上：（1）如果工序基准不在定位基面上，则D = Y + B ；（2）如果工序基准在定位基面上，则D = Y B 。式中“+、-”号判断的方法和步骤如下： 分析定位基面直径由小变大（或由大变小）时，定位基准的变动方向； 当定位基面直径作相同变化时，设定位基准的位置不动，分析工序基准的变动方向； 如果两者的变动方向相同时，取“+”号，如果两者的变动方向相反时，则取“-”号。NoImage（二）常见定位方式的定位误差的计算工件以平面定位如图，按图a定位方案铣工件上的台阶面C，要求保证

33、尺寸（200.15）mm，试分析计算其定位误差。并判断这一方案是否可行。 解：解： （1 1）B B=0.28mm=0.28mm。 （2 2）Y Y=0=0 （3 3）D DB B =0.28mm =0.28mm 由于：由于：D D=0.28mm0.3/3=0.28mm0.3/3 所以：定位误差太大，实际加工中易所以：定位误差太大，实际加工中易出现废品。出现废品。NoImage（二）常见定位方式的定位误差的计算工件以圆柱孔定位工件以圆柱孔在过盈配合心轴上定位工件以圆柱孔在过盈配合心轴上定位 Y Y=0=0因此：因此：D DB B v工序基准与定位基准重合工序基准与定位基准重合 D DB B =

34、 0= 0v工序基准在工件定位孔的母线上工序基准在工件定位孔的母线上 D DB B = T= TD D/2/2v工序基准在工件外圆母线上工序基准在工件外圆母线上 D DB B = T= Td d/2/2工件以圆柱孔在间隙配合心轴上定位工件以圆柱孔在间隙配合心轴上定位v孔与心轴或定位销固定单边接触孔与心轴或定位销固定单边接触 Y Y=1/2=1/2（D Dmaxmax-d-d0min0min）= T= TD D /2+ T /2+ Td0d0/2/2 (1) (1)工序基准与定位基准重合工序基准与定位基准重合 B B = 0= 0 D DY Y=T=TD D /2+ T /2+ Td0d0/2/

35、2NoImage工件以圆柱孔在间隙配合心轴上定位工件以圆柱孔在间隙配合心轴上定位v孔与心轴或定位销固定单边接触孔与心轴或定位销固定单边接触 Y Y=1/2=1/2（D Dmaxmax-d-d0min0min）= T= TD D /2+ T /2+ Td0d0/2/2 (2) (2)工序基准在工件外圆母线上工序基准在工件外圆母线上 B B = T= Td d/2/2 D DY Y+B B =T=TD D /2+T /2+Td d/2+T/2+Td0d0/2/2(3)(3)工序基准在定位孔的下母线上工序基准在定位孔的下母线上 B B = T= TD D/2/2 D DY Y+B B =T=TD D

36、 +T +Td d/2/2（4 4）工序基准在定位孔的上母线上）工序基准在定位孔的上母线上 B B = T= TD D/2/2 D DY Y-B B =T=Td0d0/2/2 定位误差的计算1） Y0， B=0时， D= Y ；2） Y=0， B0时， D = B ；3） Y0、 B0时，此时两者的合成要看工序基准是否在定位基面上：（1）如果工序基准不在定位基面上，则D = Y + B ；（2）如果工序基准在定位基面上，则D = Y B 。式中“+、-”号判断的方法和步骤如下： 分析定位基面直径由小变大（或由大变小）时，定位基准的变动方向； 当定位基面直径作相同变化时，设定位基准的位置不动，分

37、析工序基准的变动方向； 如果两者的变动方向相同时，取“+”号，如果两者的变动方向相反时，则取“-”号。NoImage（二）常见定位方式的定位误差的计算工件以圆柱孔定位v孔与心轴或定位销任意边接触孔与心轴或定位销任意边接触 此时应考虑加工尺寸方向的两个极限位置及孔轴线的最小此时应考虑加工尺寸方向的两个极限位置及孔轴线的最小配合间隙配合间隙X Xminmin的影响，此时的影响，此时X Xminmin无法通过调整刀具尺寸预先补偿，无法通过调整刀具尺寸预先补偿，所以：所以： Y Y=D=Dmaxmax-d-dminmin=T=TD D + T + Td d+ X+ XminminNoImage工件以外

38、圆定位主要分析工件以外圆在V型架上的定位。（不考虑V型架的制造误差），由于工件定位基准在V型架的对称面上，所以工件中心线在水平方向上的位移为零。但在垂直方向上，因工件外圆有制造误差，从而产生基准位移误差： 2sin22sin22sin221ddYTTddOO例题 铣图所示工件上的键槽，以圆柱面铣图所示工件上的键槽，以圆柱面 在在 的的V形块形块上定位，求加工尺寸分别为上定位，求加工尺寸分别为A1、A2、A3时的定位误差。时的定位误差。 1）工序尺寸为）工序尺寸为 时的定位误差：时的定位误差： （1）工序基准是圆柱轴线，定位基准也是圆柱轴线，两者重合， =0。（2）定位基准与限位基准不重合，由图

39、b可知： （3） = =B2sin22sin22sin221ddYTTddOODY2sin2dT 2）当工序尺寸为）当工序尺寸为 时的定位误差：时的定位误差： 2A（1）工序基准是圆柱下母线，定位基准是圆柱轴线，两者不重合，且两基准之间的距离为轴的半径，因此有 : =Td/2 （2）由前面分析已知（3） 0 , 0 工序基准在定位基面上：当定位基面直径由大变小，定位基准朝下变动；当定位直径仍然由大变小，设定位基准不动时，工序基准朝上变动，两者的变动方向相反，取“-”号，所以: B2sin2dYTBY12sin1222sin2dddBYDTTT 3）当工序尺寸为）当工序尺寸为 时的定位误差时的定

40、位误差 ：3A （1）工序基准是圆柱上母线，定位基准是圆柱轴线，两者不重合，仍然有 =（2）同前分析， （3）工序基准在定位基面上，当定位基面直径由大变小，定位基准朝下变动；当定位直径做同样变化，设定位基准不动时，工序基准也朝下变动。两者的变动方向相同，取“+”号所以， B2dT2sin2dYT12sin1222sin2dddBYDTTTNoImage（三）定位误差的综合分析与计算实例 例例: : 如图是在金刚镗床上镗活塞销孔示意图，活塞销孔轴线对活塞裙部内孔轴线的对称度要求为0.2mm。现以裙部内孔及端面定位，内孔与定位销的配合为 ，求对称度的定位误差。6g7H95解：查表：解：查表： 95

41、H7= mm 95g6= mm035. 00 95012. 0034. 0951）对称度的工序基准是裙部内孔轴）对称度的工序基准是裙部内孔轴线，定位基准也是裙部内孔轴线，两线，定位基准也是裙部内孔轴线，两者重合，者重合， =0；2) 定位基准与限位基准不重合，定定位基准与限位基准不重合，定位基准可任意方向移动，但基准位移位基准可任意方向移动，但基准位移误差的大小应为定位基准变动范围在误差的大小应为定位基准变动范围在对称度方向上的投影，所以，对称度方向上的投影，所以， BminxTTdDY举例：如举例：如图在圆柱图在圆柱体上铣台体上铣台阶面，采阶面，采用用b)h)定位方案，定位方案，试分别进试分

42、别进行定位误行定位误差分析。差分析。 b）d）a）C） a） e） f） g） h） （四）组合表面定位生产中最常见的生产中最常见的“一面两孔一面两孔”定位定位“一面两孔一面两孔”定位的特点：定位的特点：l容易实现基准统一；容易实现基准统一；l位置精度高；位置精度高；l存在过定位现象（支承平面限制三个存在过定位现象（支承平面限制三个自由度，每个短销限制两个自由度）自由度，每个短销限制两个自由度）（四）组合表面定位定位方案的选择1.以两个圆柱销及平面支承定位v通过将定位销2直径缩小解除干涉；v假设圆柱孔1与定位销1的中心重合，所以第一个孔的装入条件：d1max=D1min X1mind 轴径；轴

43、径；D 孔径；孔径；X 间隙间隙v工件上孔心距误差和夹具上销心距误差均通过缩小定位销2的方法补偿，此时应考虑在图示两种情况工件均能装入；v考虑到安装顺序，第二个定位副中增加最小安装间隙X2min第二定位销装入的条件，求解定位销第二定位销装入的条件，求解定位销2的直径的直径：l(1) 当孔径、销径为：当孔径、销径为：D1min、D2min、d1max、d2max 孔间距最小、销间距最大：孔间距最小、销间距最大：(L LD)、 (L+ Ld)第一销孔中心到第二孔径的最大距离为：第一销孔中心到第二孔径的最大距离为：L LD+ D2min/2= L+ Ld+ d2max/2+X2min/2即：即：d2

44、max= D2min 2( LD+ Ld+ X2min/2)l(2) 当孔径、销径为：当孔径、销径为：D1min、D2min、d1max、d2max 孔间距最大、销间距最小：孔间距最大、销间距最小：(L+ LD)、 (L Ld)第一销孔中心到第二孔径的最小距离为：第一销孔中心到第二孔径的最小距离为：L+ LDD2min/2= L Ldd2max/2X2min/2即：即：d2max= D2min 2( LD+ Ld+ X2min/2)由此可知，只要将定位销的直径缩小到： d2max= D2min 2( LD+ Ld+ X2min/2)即可l实际定位时上述两种极限情况的机会是很少的，因此实际定位时

45、上述两种极限情况的机会是很少的，因此通常第二定位销孔不预留间隙，即通常第二定位销孔不预留间隙，即X2min=0；l此外，第一定位销、孔的最小配合间隙起补偿中心距此外，第一定位销、孔的最小配合间隙起补偿中心距偏差的作用。偏差的作用。l于是得到：于是得到：d2max= D2min 2( LD+ Ld X1min/2)或：或：X2min= 2( LD+ Ld X1min/2)式中式中2( LD+ Ld X1min/2)就是定位销就是定位销2要补偿的中心距偏差要补偿的中心距偏差值，也就是完全用缩小定位销值，也就是完全用缩小定位销2的直径，以增大定位副的直径，以增大定位副2最小间隙最小间隙X2min来补

46、偿。来补偿。第二定位销装入的条件，求解定位销第二定位销装入的条件，求解定位销2的直径的直径：定位误差的分析计算定位误差的分析计算v按最大配合间隙计算，此时孔心距和销心距相等，定位孔直径最大，定位销直径最小。v基准位移误差的计算定位误差的分析计算定位误差的分析计算定位误差的分析计算定位误差的分析计算分析：式中的为单边方向，而工件可做任意方向偏转，故最大转角误差为双向转角误差2 ；用这种缩小定位销2的直径来补偿中心距误差的方法，会使工件的转角误差增大，因为中含有 LD+ Ld 的部分，而孔心距较单孔加工较难保证，因此的部分，而孔心距较单孔加工较难保证，因此孔心距误差一般较大，从而使转角误差增大。孔

47、心距误差一般较大，从而使转角误差增大。（四）组合表面定位定位方案的选择2.以一圆柱销和一削边销及平面支承定位l（1）为了保）为了保证销的强度，证销的强度，通常使用菱形通常使用菱形销。销。 图图a用于直径用于直径很小时很小时 图图b用于直径用于直径为为350mm时时 图图c用于大于用于大于50mm时时(2) 削边削边销尺寸销尺寸的确定的确定(2) 削边销尺寸的确定削边销尺寸的确定剩余圆柱部分的最大直径：d2max= D2minX2minAE和CF应能补偿 LD和 Ld，则：AE=CF=a= LD+ Ld+ X2min/2- X1min/2 当考虑工件安装方便时，取a= LD+ Ld+ X2min

48、/2 当加工精度要求较高时，取a= LD+ Ld- X1min/2 实际生产中一般取： a= LD+ Ld计算其他尺寸：b1=D2minX2min/2a其结构可参见夹具零部件(3) 定位误差分析定位误差分析l基准位移误差：为第一定位销、孔的基准位移误差：为第一定位销、孔的最大配合间隙最大配合间隙 Y= D1+ d1+X1minl转角误差：转角误差： 或或LXXtgdDdD2min222min1111LXXtg2max2max11（四）组合表面定位工件以一面两孔定位时的设计步骤和计算实例v1.首先确定定位销的中心距和尺寸误差销间距的基本尺寸和孔间距的基本尺寸相同；销心距公差取 Ld=（1/3-1

49、/5） LDv2.确定圆柱销的尺寸及公差确定圆柱销的尺寸及公差直径的基本尺寸为定位孔的最小极限尺寸；直径的基本尺寸为定位孔的最小极限尺寸；配合按配合按g6或或f7选取选取v3.按表选取削边销的尺寸按表选取削边销的尺寸v4.确定削边销的直径尺寸和公差以及与孔的配合性质确定削边销的直径尺寸和公差以及与孔的配合性质（四）组合表面定位工件以一面两孔定位时的设计步骤和计算实例v4.确定削边销的直径尺寸和公差以及与孔的配合性质确定削边销的直径尺寸和公差以及与孔的配合性质求最小配合间隙：X2min=2ab1 /D2min；求削边销工作部分的直径：d2max= D2min X2min削边销跟孔的配合按削边销跟

50、孔的配合按h6选取选取v5.计算定位误差，分析定位质量计算定位误差，分析定位质量（四）组合表面定位保证工件顺利安装时定位销的合理高度（四）组合表面定位举例：如图工件以2-12mm孔定位的方案。已知两定位孔的中心距为80，试设计两定位销尺寸并计算定位误差。解： （1）确定定位销的中心距和尺寸误差 取 Ld=1/3 LD= 1/3x0.12mm=0.04mm 故两定位销的中心距为：故两定位销的中心距为： 80 0.02mm （2）确定圆柱销尺寸及公差 取 12g6= 12 （3）按表选定削边销的b1及B之值 取 b1=4mm，B=d-2=12-2=10mm（四）组合表面定位（4）确定削边销的直径尺

51、寸及公差 取补偿值：a= Ld+ LD=0.06+0.02=0.08mm 则：则： X2min=2ab1 /D2min=2*0.08*4/12=0.053mm 削边销工作部分的直径： d2max= D2min X2min=12-0.053=11.947 削边销与孔的配合取削边销与孔的配合取h6，其下偏差为其下偏差为-0.011， 所以削边销的直径为所以削边销的直径为d2max 11.947 0-0.011= 12-0.064-0.053mm(5)计算定位误差：计算定位误差： Y= D1+ d1+X1min=0.027+（-0.006+0.017）+（0+0.006） =0.044mm（四）组合

52、表面定位LXXtg2max2max11=arctan(0.027+0.017)+(0.027+0.064)/2*80= arctan(0.135/160)=254一、夹紧装置的组成和设计要求工件定位后将其固定，使其在加工工件定位后将其固定，使其在加工过程中保持定位位置不变的装置，过程中保持定位位置不变的装置，称为夹紧装置称为夹紧装置第三节第三节 工件的夹紧工件的夹紧 1夹紧装置的组成夹紧装置的组成动力源装置：它是产生夹紧作用力的动力源装置：它是产生夹紧作用力的装置装置传力机构：传递力的机构，其作用是：传力机构：传递力的机构，其作用是：改变作用力的方向；改变作用力的大改变作用力的方向；改变作用力

53、的大小；具有一定的自锁性能，以保证夹小；具有一定的自锁性能，以保证夹紧可靠。紧可靠。夹紧元件：它是直接与工件接触完成夹紧元件：它是直接与工件接触完成夹紧作用的元件夹紧作用的元件 2对夹紧装置的设计要求对夹紧装置的设计要求l能保持工件定位时已获得的正确位置能保持工件定位时已获得的正确位置l夹紧要可靠和适当。夹紧要可靠和适当。l操作方便、安全，劳动强度低，生产操作方便、安全，劳动强度低，生产效率高效率高l夹紧装置的自动化和复杂程度与生产夹紧装置的自动化和复杂程度与生产批量与生产方式相适应批量与生产方式相适应l有良好的工艺性和经济性有良好的工艺性和经济性 3设计夹具时应考虑的问题设计夹具时应考虑的问

54、题l夹紧力（三要素：大小、方向、夹紧力（三要素：大小、方向、作用点）作用点）l传力方式（手动、气动、液力、传力方式（手动、气动、液力、电力等）电力等）l夹紧机构（增力、快速、机动等）夹紧机构（增力、快速、机动等）（1）夹紧力的作用方向应不破坏工件定位的准确性和可靠性。因此夹紧力的方向应垂直于工件的主要定位基准，把工件压向定位元件的主要定位表面上。（2）夹紧力的方向应使工件变形尽可能小。应与工件刚度最大的方向一致，以减小工件的夹紧。NoImage（3）夹紧力的方向应使所需夹紧力尽可能小，可减轻劳动强度、提高生产效率、使机构轻便、紧凑以及减少工件变形。尽量使夹紧力与工件的切削力、重力等的作用方向一

55、致，这样可以减小夹紧力。NoImage2夹紧力作用点的选择（1） 夹紧力的作用点应正对定位元件或位于定位元件所形成的支承面NoImage2夹紧力作用点的选择（2） 夹紧力的作用点应位于工件刚性较好的部位 NoImage（3） 夹紧力作用点应尽量靠近加工表面以减小切削力对工件造成的翻转力矩，使夹紧稳固可靠。2夹紧力作用点的选择 3夹紧力大小的确定夹紧力大小的确定l要足够防止加工时松动要足够防止加工时松动l使工件受压变形小，刚性差的工件应均匀加压使工件受压变形小，刚性差的工件应均匀加压l手动夹紧时，可凭人力控制夹紧力大小，不需要计手动夹紧时，可凭人力控制夹紧力大小，不需要计算夹紧力的具体数值，必要

56、时可估算算夹紧力的具体数值，必要时可估算l机动夹紧时应计算夹紧力的大小，以理论夹紧力乘机动夹紧时应计算夹紧力的大小，以理论夹紧力乘以安全系数以安全系数K 粗加工取粗加工取K2.53， 精加工取精加工取K1.52l计算时：可根据静力平衡将切削力、惯性力、离心计算时：可根据静力平衡将切削力、惯性力、离心力、重力及夹紧力等组成静平衡方程式进行求解。力、重力及夹紧力等组成静平衡方程式进行求解。2夹紧力大小的确定例题：如图示钻孔时，受切削力矩M和轴向力Fx。M使工件产生回转， Fx使工件压向支承表面，不及自重。若工件夹紧时与定位表面间的摩擦系数为f，摩擦力臂为r，试求夹紧力。2夹紧力大小的确定解：因为M

57、-(Q1+Q2+Fx)fr=0Q=Q1=Q2所以：Q=(M/fr)-Fx)/2Q实=(M/fr)-Fx)*K/2夹紧力三要素的确定，是一夹紧力三要素的确定，是一个综合性问题，必须考虑工个综合性问题，必须考虑工件的结构特点、加工工艺方件的结构特点、加工工艺方法、定位元件的结构和布置法、定位元件的结构和布置等多种因素。等多种因素。 三、典型夹紧机构 1斜楔夹紧机构斜楔夹紧机构工作原理：利用楔块的斜面将楔块的工作原理：利用楔块的斜面将楔块的推力转变为夹紧力，从而夹紧工件推力转变为夹紧力，从而夹紧工件夹紧力的大小：夹紧力的大小：21tgtgFQ夹持原则：夹持原则：l楔块夹紧工件后应能自锁，楔块夹紧工件

58、后应能自锁， 1 1 + +2 2 为自锁条件为自锁条件l一般钢铁的摩擦系数为一般钢铁的摩擦系数为0.10.15，取取1 1 =2 = 57，故故1014l为了安全可靠，取为了安全可靠，取= 57夹紧特点：夹紧特点：l结构简单，有增力作用。结构简单，有增力作用。 一般扩力比一般扩力比Q/ /F3。l楔块夹紧行程小，增大行程会使自锁楔块夹紧行程小，增大行程会使自锁性能变差性能变差l操作不便，夹紧和松开均需敲击操作不便，夹紧和松开均需敲击l楔块材料：通常用楔块材料：通常用20钢渗碳，淬硬钢渗碳，淬硬5862HRCl 偏心轮、凸轮、螺钉为楔块的变种偏心轮、凸轮、螺钉为楔块的变种21tgtgFQ 2螺

59、旋夹紧机构螺旋夹紧机构工作原理：类似楔块，是将楔块工作原理：类似楔块，是将楔块的斜面绕在圆柱体上形成螺旋面。的斜面绕在圆柱体上形成螺旋面。夹紧力大小：类似楔块夹紧力大小：类似楔块夹紧特点：夹紧特点：l结构简单，增力大结构简单，增力大l夹紧可靠，能保证自锁夹紧可靠，能保证自锁l夹紧动作慢，适合手动夹紧夹紧动作慢，适合手动夹紧螺旋夹紧的构造：螺钉、压块、螺旋夹紧的构造：螺钉、压块、手柄等手柄等l简单螺旋夹紧机构简单螺旋夹紧机构l螺旋压板夹紧机构螺旋压板夹紧机构简单螺旋夹紧机构简单螺旋夹紧机构:直接用螺钉或螺母夹紧工件直接用螺钉或螺母夹紧工件快速接近、退离工件的方法：快速接近、退离工件的方法：螺旋压

60、板机构：螺旋压板机构： 3偏心夹紧机构偏心夹紧机构工作原理：利用转动中心与几何中心工作原理：利用转动中心与几何中心偏移的圆盘或轴作为夹紧元件偏移的圆盘或轴作为夹紧元件夹紧特点：夹紧特点：l结构简单，制造方便结构简单，制造方便l夹紧迅速，操作灵活夹紧迅速，操作灵活l行程小，增力小，自锁能力差行程小，增力小，自锁能力差l适合夹紧力小、振动小的场合适合夹紧力小、振动小的场合自锁条件：自锁条件：D/ /e 1420设计计算：设计计算：l偏心距取偏心距取2e + （：工件尺寸公差；：工件尺寸公差；：装卸工件预留间隙）：装卸工件预留间隙）l偏心轮直径取偏心轮直径取D=14e20el手柄长取手柄长取L=(2