第2章 工件的定位与机床夹具

1、 图 定位支座零件2.12.1基准的概念基准的概念 工序基准：在工序图上用来确定本工序被加工表面加工后的尺寸、位置的基准。 工序尺寸：联系被加工表面与工序基准的尺寸，是这道工序应直接得到的尺寸。 粗基准：用来作为定位基准的是未经过加工的表面。 定位基准 精基准：用来作为定位基准的是经过加工的表面。 辅助基准：是基准中的一个特例，专为定位而加工的。 测量基准：零件检验时用以测量已加工表面尺寸和位置的基准。 装配基准：装配时用以确定零件所在部件或产品中位置的基准。定位基准：是工件在机床上或夹具中定位时的基准。 体现定位基准的表面称为定位基面。 装好：在机床上确定工件相对刀具的正确加工位置。在夹具设

2、计的术语中，把工件装好称为定位。夹牢：在已经定好的位置上将工件可靠地夹住。在夹具设计的术语中，把夹牢工件称为夹紧。工件装夹的实质：在机床上对工件进行定位和夹紧。装夹工件的目的：通过定位和夹紧使工件在加工过程中始终保持其正确的加工位置。（一）找正装夹方法 是以工件的有关表面或专门划出的线痕作为找正依据，用划针或指示表进行找正，再将工件夹紧，进行加工。这是常用于单件、小批生产中装夹工件的方法。 按找正方式装夹工件的方法，能较好的适应工序或加工对象的变换，夹具结构简单，但这种方法生产效率低，劳动强度大，加工质量不是很高。（二）专用机床夹具装夹法 专用机床夹具是为某零件的某道工序专门设计制造的夹具。

3、直接找正装夹 图2 工件在夹具上装夹（滚齿夹具） 4 3D L零件工序简图图 专用夹具 1.特点： （1）工件直接装入夹具，不再需要找正便可将工件夹紧。 （2）工件通过夹具相对于机床也占有了正确的位置。 （3）夹具上还有确定刀具位置的元件，工件通过夹具相对于刀具也有占有了正确的位置。2.作用： 保证加工精度，提高生产率，减轻工人劳动强度。 钻夹具的组成：钻夹具的组成：铣夹具的组成：铣夹具的组成：工件：拨叉工件：拨叉o对刀装置对刀装置o夹具体夹具体o定位元件定位元件( (固定支承、固定支承、平面及短销平面及短销) )o连接元件连接元件( (定位键定位键) )o夹紧装置夹紧装置( (螺母、开螺母、

4、开口垫圈口垫圈) )1.1.其他元件及装置其他元件及装置( (防防护、防错、分度护、防错、分度)图3 铣轴端槽夹具1 V型块 2 支撑套 3 手柄 4 定向键 5 夹具体 6 对刀块1）定位元件及装置1236 646）其他元件及装置（防护、防错、分度）5）夹具体4）连接元件3）对刀及导向元件2）夹紧元件及装置一、专用机床夹具的组成 按夹具使用范围划分1）通用夹具：三爪、四爪卡盘，平口钳等，一般由专业厂生产，常作为机床附件提供给用户。（如图）2）专用夹具：为某一工件特定工序专门设计的夹具，多用于批量生产中。（如图）3）成组夹具：夹具的部分元件可以更换，部分装置可以调整，以适应不同零件的加工。（如

5、图）4）组合夹具：由一套预先制造好的标准元件组合而成。根据工件的工艺要求，将不同的组合夹具元件像搭积木一样，组装成各种夹具。使用后，元件可拆开、洗净后存放，待需要时重新组装。组合夹具特别适用于新产品试制和单件小批生产。（如图-）（如图）（如图）5）随行夹具：在自动线或柔性制造系统中使用的夹具。三爪卡盘四爪卡盘万向平口钳回转工作台分度头图4 通用夹具 4 3D L零件工序简图图5 专用夹具 图6 成组夹具KH1KH2KH3KH4零件工序简图43DLLD43D43LDL34DL43DL34 123456789101112131415161718图7 组合夹具1加筋角铁（2） 2槽用螺栓（6） 3平

6、键（10） 4方形支承 5定位支承 6方形支承 7平垫圈 8六角螺母（8） 9 槽用螺栓 10钻套螺钉 11快换钻套 12钻模板 13圆形定位销 14工件 15方形支承 16角铁 17压紧螺钉 18基础板 图8 组合夹具实例 可分为钻床夹具、铣床夹具、车床夹具、磨床夹具等。按使用机床划分可分为手动夹具、气动夹具、液压夹具、真空夹具、电动夹具等。按夹紧力源划分气动虎钳 液压夹具 一、工件定位的六点规则 用 、 、 分别表示沿X轴、Y轴和Z轴的移动自由度， X、 Y、 Z 分别表示绕X、Y、Z轴的转动自由度。工件可近似看成自由刚体。XZY六个定位点（支承钉）确定工件唯一确切位置的规则称为六点定位规

7、则。 例二 如图213例一 如图212 则此可见，从保证加工要求（尺寸、平行度、垂直度等）来看，工件的正确定位，并不是对工件的六个自由度都要加以限制，这是因为有些自由度并不影响加工要求，在考虑工件定位方式时，首先要找出哪些自由度会影响加工要求（尺寸和位置公差），哪些自由度与保证加工尺寸或位置无关。前者称为第一类自由度，后者称为第二类自由度。对于工件定位，首先应找出第一自由度，这是工件必须限制的自由度，至于第二类自由度，应按照承受切削力、夹紧力等需要，考虑是否应加以限制。 工件限制几个、限制哪几个自由度 完全取决于加工技术要求。限制自由度与加工技术要求的关系 完全定位与不完全定位定位与夹紧的区别

8、定位是工件在夹具中获得正确的位置夹紧是保证定好的位置不因外力的作用而发生改变 完全定位工件的六个自由度全 被限制的定位方式。不完全定位按照技术要求，工件的六个自由度没有被全部限制的定位方式。 对夹具定位元件的要求： （1）一定的精度 （2）良好的耐磨性 （3）足够的刚性 （1）支承钉 （2）支承板 （3）可调支承 这种支承的高度是可调节的，可调支承主要用于毛坯质量不高，而又以粗基准定位时。 （4）自位支承 支承本身在定位过程中所处的位置是随工件定位基准面位置的变化而自动与之适应的。 自位支承实质上仍然是一个定位支承点的作用。 在工件定位过程中，能自动调整位置的支承称为自位支承（也称浮动支承）。

9、图a、b所示为两点式自定位支承。这类支承的特点是：支承点的位置能随着工件定位基准面的不同而自动调节，工件定位基面压下其中一点，其余点便上升，直至各点都与工件接触。接触点数的增加，提高了工件的装夹刚度和稳定性，但其作用仍相当于1个固定支承，只限制工件1个自由度。图 自位支承 （5）辅助支承 只提高工作支承刚性的辅助定位作用。 1.心轴 （1）锥形心轴 （2）过盈配合圆柱心轴，一般最大过盈量不超过H7/r6。 （3）间隙配合心轴，其配合可按H7/h6或H7/f7。 2.定位销 定位销一般可分为固定式和可换式： 图2-24a为固定式的，可直接以H7/r6压入夹具体孔内。 图2-24b为可换式的，在大

10、量生产中方便地更换磨损了的定位销，在夹具体中压有固定衬套，定位销以H7/h6、H6/h5配合装在衬套内，并用螺母拉紧。衬套外径与夹具体为过渡配合。（H7/n6）。 L/D 1时，长定位销，限制了四个自由度， L/D 1时，短定位销，限制了两个自由度。zxy 工件以外圆柱面定位时，常用的定位元件有V形块、半圆套、定位套等。 V形块的典型结构 图所示为常用V形块。图a是用于精基准的短V形块；图b是用于精基准的长V形块；图c是用于粗基准的长V形块，也可定位两段精基准外圆相距较远的阶梯轴；图d为大重量工件用镶淬硬垫块或镶硬质合金V形块。采用这种结构除制造经济性好外，又便于V形块定位工作面磨损后更换，还

11、可通过更换不同厚度的垫块以适应不同直径的工件定位，使结构通用化。 工件在以V形块定位时，当工件外圆与V形块接触线较长时，相当于长V形块与外圆接触，它限制了四个自由度，当接触线较短时，相当于短V形块，限制两个自由度。l V形块：zxy (四) 工件以组合表面定位 欠定位与过定位欠定位与过定位 欠定位 欠定位是指工件实际定位所限制的自由度少于按其加工要求所必须限制的自由度时的定位状态。由于应限制的自由度未被限制，必然无法保证工序所规定的加工要求，因此欠定位在生产中是不允许的。 过定位 定位元件重复限制工件同一自由度的定位状态称为过定位。这种定位状态是否允许采用，主要从它产生的后果来判断。当过定位导

12、致工件或定位元件变形，工件与定位元件干涉，明显影响工件的定位精度时，不能采用。 XYa）ZYb）ZYXY图9 过定位示例图 连杆定位分析a）完全定位 b）过定位 c）过定位的不良后果1短圆柱销 1长圆柱销 2平面支承 3挡销 如图a所示加工连杆小头孔的定位方案，平面支承2限制 、 、 3个自由度，短圆柱销1限制 、 2个自由度，挡销3限制 自由度从而实现完全定位。若将销1改成长圆柱销1因其限制工件的 、 、 、 4个自由度，从而引起 、 2个自由度被重复限制形成过定位。造成工件定位时如图b所示的不确定情况。更严重的后果是发生在施加夹紧力后，使连杆产生弹性变形，如图c，加工完毕松夹后，工件变形恢

13、复，就形成加工表面严重的位置或形状误差。zxyxzy xy xyxy 实际生产中，在采取适当工艺措施的情况下，可利用过定位来提高定位刚度，这就是过定位的合理应用。仍以图为例来说明，若连杆大头孔与端面的垂直度误差很小，长销与台阶面的垂直度误差也很小，此时就可利用大头孔与长销的配合间隙来补偿这种较小的垂直度误差，并不致引起相互干涉仍能保证连杆端面与平面支承可靠接触，就不会产生图b的定位不确定情况，也不会造成图c夹紧后的严重变形，因而是允许采用的。采用这种方式定位由于整个端面接触，增强了切削时的刚度和定位稳定性，而且用长圆柱销定位大头孔，有利于保证被加工孔相对大头孔轴线的平行。 如果工件的定位面经过

14、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。2）反之，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不准确，或定位不稳定，或发生定位干涉等情况。 XZY 图10 工件在两顶尖上定位X Y Z 、X Y、 一、定位误差产生的原因 要求保证工序尺寸为b 及A T /2，工序尺寸b由铣刀宽度直接保证的，与定位无关。 在理想状态时，孔与心轴配合间隙为0，孔的轴线与心轴的轴线重合。但工序基准与定位基准是不重合的。 基准不重合误差，以

15、 表示： =bj ,2dgTTb0Abj , 心轴与孔存在最小间隙和孔及心轴本身的制造误差，如果不考虑外圆dg的误差。 定位基面（孔）和定位元件（心轴）制造不准确，而使定位基准在工序尺寸方向上产生最大位置变化，引起的加工误差称为基准位移误差，以 表示： 工件圆孔直径公差 轴外圆直径公差 X 最小配合间隙 定位误差yj,yjbjd,2,XTTdDyjdTDT式中：（2）工件的定位误差实质上就是工序基准在加工尺寸方向上的最大变动量。因此计算定位误差，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即可。 用几何方法计算定位误差通常要画出工件的定位简图，并在图中夸张地画出工件变动的

16、极限位置；然后运用三角几何知识，求出工序基准在加工尺寸方向上的最大变动量，即为定位误差。yjbjd, 1.工件以平面定位时的定位误差2.工件以圆孔定位时的定位误差（1）心轴(或定位销)水平放置 (2) 心轴(或定位销)垂直放置htgyjd2,)(21)(XTTAdDgdXTTAdDgd)( 工件以外圆定位时的定位误差 （1）以轴线0为工序基准 工序尺寸为 ， 通过 与 1hCCO11CCO222sin2 2sin22sin22sin2sin22112121)(1TTddCOCOCOCOOOddhd- （2）以外圆下母线B为工序基准工序尺寸为 ，（3）以外圆上母线A为工序基准工序尺寸为 ，) 1

17、2sin1(222sin211222121)(2-2TdTdTBOBOOOBBdddhd) 12sin1(222sin2222211121)(3-dddhdTTdTdAOOOAOAA2h3h)()()(312hdhdhd可知： 一、夹紧装置的组成(1) 动力装置：是产生夹紧作用力的装置。(2) 夹紧元件：是夹紧装置的最后执行元件。 中间传动机构：变原始作用力为夹紧力的中间传力环节。 夹紧元件和中间传动机构统称为夹紧机构。 (如图11) 二、夹紧装置的基本要求 (1) 夹紧时不能破坏工件的定位。 (2) 夹紧准确、安全、可靠、动作迅速、操作方便省力。 (3) 夹紧变形小。 (4) 结构简单，制造

18、容易。 (5) 具有良好的自锁性能。 图图11 夹紧装置组成示例夹紧装置组成示例 1气缸（动力装置）气缸（动力装置）2压板压板 3弹簧销弹簧销 4偏心轮偏心轮 5调整螺钉调整螺钉 三、设计和选用夹紧装置的基本原则1.与夹紧力作用点有关的准则（1）夹紧力的作用点应能保持工件定位稳固（2）夹紧力应落在工件刚性较好的部位上（3）夹紧力的作用点应尽可能靠近工件被加工面，以以减小切削力对该作用点的减小切削力对该作用点的力矩，减小振动力矩，减小振动。 必要时，在工件刚性差必要时，在工件刚性差的部位增加辅助支承，的部位增加辅助支承，并施加夹紧力，以减小并施加夹紧力，以减小变形和振动。变形和振动。 2.与夹紧

19、力方向有关的准则（1）垂直于工件的主要定位基面，以保证加工精度。（2）有利于减少夹紧力 3.与夹紧力大小有关的准则式中 在最不利加工条件下，与切削力相平衡的计 算夹紧力。 所需夹紧力 安全系数，用于粗加工时：取K= 2.； 用于精加工时，取K=.CCKFFCFKCF 1.斜楔夹紧机构 、 、 三力处于平衡，将 代入上式，可得斜楔体所产生的夹紧力：式中: 工件与斜楔间的摩擦角 夹具体与斜楔间的摩擦角 斜楔的升角 作用在斜楔上的外力xeF,1eF2eF)sin(sin2211,eexeFFF)cos(,cos2211ceceFFFF)(21,tgtgFFxec12xeF,（1）夹紧力的计算：21h

20、fFF)(21-tgFtgFcc2211)(,-tgtg 自锁：当外加的夹紧作用 力一旦消失或撤除后，夹紧机构在纯摩擦力的作用下，仍应保持其处于夹紧状态而不松开。 （2）斜楔的自锁性故斜楔的自锁条件是：21002185 -故001610 -，通常取0075 - 特点：结构简单，有扩力作用，夹紧行程与斜楔升角 有关，增大，行程可增加，但自锁性能变坏。 夹紧力与原始外力之比，称为扩力比：xeccFFi,/2.螺旋夹紧机构 螺旋相当于把斜楔绕在圆柱体上。=1/2，图2-47b，=1，图2-47c中=2，但结构受工件形状限制。图2-47a的扩力比最小，cici在生产中，常与其它机构联合使用，如组成螺旋压板夹紧机构。ci 11111*tgrFrFMCf)(22*20022tgFddFMch式中：螺钉头部与工件（或压块）间的当量摩擦半径。式中：螺纹中径1r 0dM =2M+1M力矩为LFMxe*,)(22011,tgdtgrLFFxec1螺旋升角2螺杆头部与工件（或压块）间的摩擦角螺旋副的摩擦角 式中： 原始作用力L 手柄长度xeF,图2-49a为点接触1r1r=0；图2-49b为=2/3r，平面接触，c为锥面接触，图2-492/Rctg=1rv