定位与夹具教材

1、普通高等教育汽车专业规划教材普通高等教育汽车专业规划教材汽车制造工艺学工件定位和机床夹具工件定位和机床夹具授课：张传伟工件定位和机床夹具工件定位和机床夹具 1定位基准 2工件在夹具中的定位 3机床夹具 4定位原理 5定位误差分析 6工件的夹紧 7夹具设计1 定位基准 基准：基准：是用以确定生产对象上几何要素间的几何关系所依据的点，线，面。 定位基准：定位基准：在加工中用以定位的基准。 基准存在基准存在：设计、加工、检验、装配。二、基准及其分类二、基准及其分类基准定位基准定位基准工序基准工序基准装配基准装配基准测量基准测量基准设计基准设计基准工艺基准用于确定零件上用于确定零件上其它点、线、面其它

2、点、线、面位置所依据的那位置所依据的那些点、线、面。些点、线、面。设计图样上所采设计图样上所采用的基准就是设用的基准就是设计基准。计基准。在加工时用于工件在加工时用于工件定位的基准，称为定位的基准，称为定位基准。定位基准。1、粗基准、粗基准2、精基准、精基准3、辅助基准、辅助基准4、主要基准、主要基准5、附加基准、附加基准在加工中或加工在加工中或加工后用来测量工件后用来测量工件时采用的基准时采用的基准在装配时用来确定零在装配时用来确定零件或部件在产品中相件或部件在产品中相对位置所采用的基准对位置所采用的基准在工序图上使用的基准。在工序图上使用的基准。加工、测量、加工、测量、装配过程中使装配过程

3、中使用的基准。用的基准。工艺基准 工艺基准是指在工艺过程中所采用的基准。又可分为：工序基准、定位基准、测量基准与装配基准。1）工序基准 工序基准是在工序图上用来确定本道工序所加工的表面加工后位置尺寸和位置关系的基准。工序基准的选择应主要考虑如下两个方面的问题： 尽可能用设计基准作工序基准。当采用设计基准为工序基准有困难时，可另选工序基准，但必须可靠地保证零件的设计尺寸和技术要求。 所选工序基准应尽可能用于工件的定位和工序尺寸的检查。工艺基准2）定位基准定位基准是加工中用作定位的基准。定位基准可进一步分为粗基准、精基准和附加基准。 粗基准 使用未经机械加工的表面作定位基准，称为粗基准。 精基准

4、使用已经机械加工的表面作定位基准，称为精基准。 附加基准 仅仅是为了机械加工工艺需要设计的定位基准，称为附加基准。例如，轴类零件常用的顶尖孔，某些箱体零件加工所用的工艺孔，支架类零件用到的工艺凸台（下图）等都属于附加基准。工艺基准3）测量基准 零件测量时所采用的基准，称为测量基准。4）装配基准 装配时用来确定零件或部件在机器中的相对位置所采用的基准，称为装配基准。装配基准一般与零件的主要设计基准相一致。钻套的设计基准钻套的设计基准设计基准箱体零件箱体零件（1）顶面B的设计基准为底面A（尺寸H）；（2）孔I的设计基准为底面A与角尺面C（尺寸X1、Y1）；（3）孔的设计基准为底面A孔I的中心（尺寸

5、Y2、R1）；（4）孔的设计基准为孔I与孔的中心（尺寸R2、R3）。设计人员是从零件的工作性能要求出发而确定设计基准的。图中孔I与孔、孔之间，孔与孔之间均有齿轮啮合传动关系。为保证齿侧啮合间隙量，孔采用了孔I中心作设计基准，孔采用了孔I与孔的中心作为的设计基准。设计基准分析设计基准 思考题思考题 试指出图中零件的设计基准。 外圆表面和的设计基准为中心线， 平面的设计基准为母线C。答案答案设计基准（1）端面和的设计基准为端面（2）外圆表面D2的设计基准是内孔D1。 思考题思考题 试指出图中零件的设计基准。 答案答案 齿轮的装配基准齿轮的装配基准2 2 工件在夹具中的定位工件在夹具中的定位 工件的

6、安装方式（ 装夹）在机械加工时，工件在机床上或者夹具中需装夹好以后才能进行加工。装夹应实现两个方面：定位与夹紧。 尺寸精度的获得（1）装夹的目的）装夹的目的实现工件的定位与夹紧实现工件的定位与夹紧工件的装夹工件的装夹定位：定位：使工件在机床或夹具中占有使工件在机床或夹具中占有正确位置正确位置的过程。的过程。 夹紧：夹紧：工件定位后将其固定，使其在加工过程中工件定位后将其固定，使其在加工过程中保持定保持定位位置不变位位置不变的操作。的操作。 工件在机床上的装夹方式，取决于生产批量、工件大小及复杂程度、加工精度要求及定位的特点等。主要装夹形式有三种：直接找正装夹、划线找正装夹和夹具装夹。1）直接找

7、正装夹将工件装在机床上，然后按工件的某个（或某些）表面，用划针或用百分表等量具进行找正，以获得工件在机床上的正确位置。装夹方式装夹方式1）直接找正装夹）直接找正装夹 效率低，找正精度较高；适用单件小批量中形状简单的工件或定位精度要求特别高的场合。 装夹的方法装夹的方法(位置精度位置精度)划线找正划线找正2）划线找正装夹这种装夹方法是按图纸要求在工件表面上事先划出位置线、加工线和找正线，装夹工件时，先按找正线找正工件的位置，然后夹紧工件。划线找正装夹不需要专用设备，通用性好，但效率低，精度也不高，通常划线找正精度只能达到0.10.5mm。此方法多用于单件小批生产中铸件的粗加工工序。 2）划线找正

8、装夹）划线找正装夹通用性好，但效率低，精度不高；适用于单件小批量中形状复杂的铸件。夹具装夹夹具装夹3）使用夹具装夹使用夹具装夹，工件在夹具中可迅速而正确的定位和夹紧。这种装夹方式效率高、定位精度好而可靠，还可以减轻工人的劳动强度和降低对工人技术水平的要求，因而广泛应用于各种生产类型。 3） 夹夹 具具 装装 夹夹 操作简单，效率高，容易保证加工精度，适用于各种生产类型 。 3 机床夹具的概念机床夹具的概念为了加工出符合规定技术要求的表面，必须在加工前将工件装夹在机床上或夹具中。工件的装夹包括定位和夹紧两个过程。机床夹具机床夹具：机床上用以装夹工件（和引导刀具）的一种装置。其作用是将工件定位，以

9、使工件获得相对于机床和刀具的正确位置，并把工件可靠地夹紧。 机床夹具的组成机床夹具的组成定位元件定位元件夹紧装置夹紧装置对刀、引导元件对刀、引导元件其它装置或元件其它装置或元件夹具体夹具体连接元件连接元件机床夹具的组成机床夹具的组成机床夹具的组成机床夹具的组成 (1)定位元件定位元件: 定位装置的作用是使工件在夹具中占据正定位装置的作用是使工件在夹具中占据正确的位置。确的位置。 (2)夹紧装置夹紧装置 : 夹紧装置的作用是将工件压紧夹牢，保夹紧装置的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时不离开证工件在加工过程中受到外力作用时不离开已经占据的正确位置。已经占据的正确位置。 (3

10、)夹具体夹具体 : 夹具上的所有组成部分，需要通过一个基夹具上的所有组成部分，需要通过一个基础件使其联接成为一个整体，这个基础件称础件使其联接成为一个整体，这个基础件称为夹具体。为夹具体。 (4)对刀、引导元件对刀、引导元件 为了调整刀具的位置，在夹具上设有确定为了调整刀具的位置，在夹具上设有确定刀具（如铣刀等）位置或引导刀具（孔加工用刀具（如铣刀等）位置或引导刀具（孔加工用刀具）方向的元件。刀具）方向的元件。 (5)连接元件连接元件 (6)其它元件及装置其它元件及装置 如分度装置等。如分度装置等。机床夹具的分类之一机床夹具的分类之一根据所使用的机床可将夹具分为： 车床夹具 铣床夹具 钻床夹具

11、（钻模） 镗床夹具（镗模） 磨床夹具 齿轮机床夹具等，机床夹具的分类之二机床夹具的分类之二 根据产生加紧力的动力源可将夹具分为： 手动夹具 气动夹具 液压夹具 电动夹具 电磁夹具 真空夹具等。机床夹具的分类之三机床夹具的分类之三机床夹具可根据其使用范围分为: 通用夹具 专用夹具 成组夹具 组合夹具 随行夹具等类型。通用夹具通用夹具 能够较好地适应加工工序和加工对象变换的夹具。 标准化结构 三爪卡盘、四爪卡盘、平口钳、万能分度头 适用范围：单件小批生产专用夹具专用夹具 为某一工件的某一道工序专门设计和制造的夹具。 适用范围：使用范围窄，大批生产尾座套筒铣键槽夹具尾座套筒铣键槽夹具1 V形块；形块

12、；2压板；压板；3拉杆；拉杆；4限位螺钉；限位螺钉； 6手柄；手柄；7轴；轴；8杠杆；杠杆；9偏心轮；偏心轮；10定向键；定向键； 11夹具体夹具体车床专用夹具组合夹具 组合夹具组合夹具是由一套预先制造好的标准元件和合件组装而成的专用夹具。 适用范围：新产品试制，特殊零件的单件小批生产随行夹具 随行夹具随行夹具是大批量生产中在自动线上使用的一种移动式夹具。机床夹具的功用机床夹具的功用夹具的基本作用：定位和夹紧1保证加工质量 2提高劳动生产率，降低成本 3扩大机床工艺范围 4改善工人劳动条件，保障生产安全 4 工件定位的基本原理 六点定位原理 支承点与定位元件 完全定位与不完全定位 欠定位与过定

13、位六点定位原理 任何一个自由刚体，在空间均有六个自由度，即沿空间坐标轴X、Y、Z三个方向的移动和绕此三坐标轴的转动。 工件定位的实质就是限制工件的自由度。 工件安装时主要紧靠机床工作台或夹具上的这六个支承点，它的六个自由度即全部被限制，工件便获得一个完全确定的位置。 工件定位时，用合理分布的六个支承点与工件的定位基准相接触来限制工件的六个自由度，使工件的位置完全确定，称为“六点定位”。刚体自由度数目 工件的底面在xOy坐标平面内，三个支承点限制三个自由度此面称主定位面。主定位面。 工件的左侧面处在yoz坐标平面内，二个支承点起限制二个自由度，此面称为导向面导向面。 工件的后面处在xOz坐标平面

14、内，二个支承点限制一个自由度，此面称为为止推面止推面 从上述分析可知：要使工件在夹具中完全定位，可用合理分布的六个支承点限制工件的六个自由度，使工件在夹具中占有惟一正确的位置。Y 六点定位是工件定位的基本法则，用于实际生产时，起支承作用的是一定形状的几何体，这些用来限制工件自由度的几何体就是定位元件。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。 工件的六点定位原理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到确定定位的方法。图图2107 完全定位与不完全定位完全定位与不完全定位定位分

15、析定位分析图a所示为铣削长方体工件上平面工序，要求保证Z方向上的高度尺寸及上平面与底面的平行度，只需限制3个自由度即可。图b所示为铣削一个通槽，需限制5个自由度。图c所示在同样的长方体工件上铣削一个键槽，在三个坐标轴的移动和转动方向上均有尺寸及相互位置的要求，因此，这种情况必须限制全部的6个自由度，即完全定位。图d所示过球体中心打一通孔，定位基面为球面，则对三个坐标轴的转动自由度均无必要限制，所以限制2个移动就够了。图e只能采用外圆柱面作为定位基面。限制4个自由度就可以了。图f是在圆柱体工件上铣通槽，但图f的加工要求增加了一条，被铣通槽与下端槽需对中，需限制5个自由度才正确。 完全定位完全定位

16、 工件的六个自由度完全被限制的定位称为完全定位完全定位。不完全定位不完全定位 按加工要求，允许有一个或几个自由度不被限制的定位称为不完全定位不完全定位。欠定位与过定位欠定位与过定位 按工序的加工要求，工件应该限制的自由度而未予限制的定位，称为欠定位欠定位。在确定工件定位方案时，欠定位时绝对不允许的。 工件的同一自由度背二个或二个以上的支撑点重复限制的定位，称为过定位过定位。在通常情况下，应尽量避免出现过定位。 过定位过定位消除过定位的途径消除过定位及其干涉一般有两个途径： 其一是改变定位元件的结构，以消除被重复限制的自由度； 其二是提高工件定位基面之间及夹具定位元件工作表面之间的位置精度，以减

17、少或消除过定位引起的干涉。图图2108 常见的几种过定位实例常见的几种过定位实例图图 改善过定位的措施改善过定位的措施图图2104 工件钻孔工序简图工件钻孔工序简图定位元件的特性 一定的精度 良好的耐磨性 足够的刚性（1） 工件以平面定位工件以平面定位 箱体和盘状零件箱体和盘状零件 固定支承固定支承_支承钉支承钉 固定支承固定支承_支承板支承板 可调支承可调支承 自位支承自位支承(浮动支承浮动支承) 辅助支承辅助支承 固定支承 固定支承有支承钉和支承板两种型式。固定支承有支承钉和支承板两种型式。 在使用过程中，它们都是固定不动的。在定位在使用过程中，它们都是固定不动的。在定位过程中，支承钉一般

18、只限制工件的一个自由度，过程中，支承钉一般只限制工件的一个自由度，而支承板相当于两个支承钉。而支承板相当于两个支承钉。 当工件以加工过的当工件以加工过的平面定位平面定位时，可采用时，可采用平头支平头支承钉承钉或支承板。或支承板。 当工件以粗糙不平的当工件以粗糙不平的毛坯面定位毛坯面定位时，采用时，采用球头球头支承钉支承钉。 齿纹头支承钉齿纹头支承钉用在用在工件的侧面工件的侧面，它能增大摩擦，它能增大摩擦系数，防止工件滑动。系数，防止工件滑动。固定支承 需要经常更换的支承钉应加衬套。需要经常更换的支承钉应加衬套。 支承钉、支承板和衬套都已标准化，其公差支承钉、支承板和衬套都已标准化，其公差配合、

19、材料、热处理等可查阅手册。配合、材料、热处理等可查阅手册。 工件以平面定位时，除采用上面介绍的标准工件以平面定位时，除采用上面介绍的标准支承钉和支承板之外，还可根据工件定位平支承钉和支承板之外，还可根据工件定位平面的具体形状设计相应的支承板，工件批量面的具体形状设计相应的支承板，工件批量不大时也可直接以夹具体作为限位平面。不大时也可直接以夹具体作为限位平面。 支承板(精基准定位)没开没开可调支承(粗基准定位) 在工件定位过程中，支承钉的高度需要调整时，可采用可调支承结构。 自位支承 自位支承(浮动支承) 在工件定位过程中，能自动调整位置的支承称为自位支承，或称浮动支承。 辅助支承 辅助支承用来

20、辅助支承用来提高工件的装夹刚度和稳定性提高工件的装夹刚度和稳定性，不起定位作用不起定位作用。 工件定位时，辅助支承是浮动的（或可调的），工件定位时，辅助支承是浮动的（或可调的），待工件夹紧后再固定下来，以承受切削力。待工件夹紧后再固定下来，以承受切削力。（1）手动式辅助支承）手动式辅助支承 （2）弹簧式辅助支承）弹簧式辅助支承（2） 工件以圆孔定位工件以圆孔定位 盘类和杆类零件盘类和杆类零件 工件以圆柱孔为定位基面时，常用圆柱工件以圆柱孔为定位基面时，常用圆柱体和圆锥体作为定位元件。体和圆锥体作为定位元件。 圆柱心轴圆柱心轴 锥度心轴锥度心轴 圆柱销（定位销）圆柱销（定位销） 圆锥销圆锥销锥度

21、心轴X锥度心轴 这种定位方式可限制五个自由度,定心精度较高，可达0.010.02mm，但工件的轴向位移较大，适用于工件定位孔精度不低于IT7的精车和磨削加工，但加工端面较为困难。具体结构与心轴尺寸设计可参阅相关标准手册 圆柱心轴圆柱心轴圆柱心轴 心轴可以做为一个单独的夹具，广泛应用于车、心轴可以做为一个单独的夹具，广泛应用于车、铣、磨床上加工套筒及盘类零件。心轴在定位铣、磨床上加工套筒及盘类零件。心轴在定位过程中一般限制工件四个自由度。过程中一般限制工件四个自由度。 定位销定位销 短圆柱销可限制两个自由度，而长圆柱销可限短圆柱销可限制两个自由度，而长圆柱销可限制四个自由度。制四个自由度。 从结

22、构上看，定位销一般可分为固定式和可换从结构上看，定位销一般可分为固定式和可换式两种。固定式定位销是直接用过盈配合装在式两种。固定式定位销是直接用过盈配合装在夹具体上使用的。夹具体上使用的。 当定位销定位部分直径当定位销定位部分直径Dd2联系尺寸：同轴度联系尺寸：同轴度t 定位基准：定位基准：d1中心线中心线调刀基准：调刀基准：d1理想圆中心线理想圆中心线 mmdJ0148. 045sin*2021. 0)2sin(2mmdtB0325. 00125. 002. 02mmDBJ0473. 00325. 00148. 0例3 P272 EX15在轴上铣一平面,定位方案如图.试求尺寸A的定位误差.A

23、daBMNO分析 设计基准：工件轴线O 定位基准：1.侧平面M，2.母线N 调刀基准：1.支承侧平面M的竖直定位工作面，2.斜角为a的斜面定位工作面 由于是平面定位，没有基准移位误差J=0 d和B的变化独立不相关当工件外圆直径d不变时，B的变化对A的影响 当尺寸B变大时，A尺寸变小)tan(1bD 当B不变时，工件外圆直径d的变化对A的影响 当d尺寸变大时，A尺寸变小)90sin(22dD 当工件外圆直径不变时，B的变化对A的影响为 当B不变时，工件外圆直径的变化对A的影响为 二者相互独立，定位误差为二者之和解1：定义法)tan(1bD )90sin(22dDcos2tan)90sin(2ta

24、n21dbdbDDD解2：斜面定位转化法 对单斜面可以理解为V块定位的基准移位误差，其他同定义法 此时V块的夹角为 基准移位误差为：a902cos2)90sin(2)2sin(2dddJ解3：极限位置求解法解4：尺寸链法求A的尺寸变化的增量 尺寸链 不考虑夹具a角度的制造误差，对上式作全微分，负号表示d,B的变化和A方向相反 考虑夹具a角度的制造误差，对上式作全微分)cos2(cos2BtgdBtgdABtgdLAcos2)sec()cos2sincos2(22BBtgddA5.3.2.3工件以圆孔定位定位元件： 心轴 刚性心轴 锥形心轴(小锥度心轴) 过盈配合心轴 间隙配合心轴 弹性心轴 液

25、性塑料心轴 定位销 圆柱销GB2203-80 削边销 圆锥销属于定心夹紧机构刚性心轴刚性心轴定位分析1.锥形心轴(小锥度心轴) 直接限制除绕自身旋转外的5个自由度锥度小，锥面具有自动补偿孔径制造误差的作用，径向定位误差为0轴向位置变动大，轴向尺寸不易控制2.过盈配合圆柱心轴限制除绕自身旋转外的5个自由度(圆柱限制4个，轴肩限制1个)工件定位后没有间隙，定位误差为03.间隙配合心轴限制除绕自身旋转外的5个自由度(圆柱限制4个，轴肩限制1个)间隙配合心轴定位误差分析 心轴水平放置(单边接触) 设计基准：孔中心线 定位基准：孔中心线 调刀基准：理论孔中心线尺寸相同情形）（基孔、基轴制dDTTTdTD

26、dDdDd,)(21)()(21心轴竖直放置(双边接触) 由于工件孔可以在任意方向转动，最大定位误差比单边接触时大2倍尺寸相同情形）（dDTTTdTDdDdDd,)()(圆柱销定位 圆柱销(GB220380)为了方便定位孔套入定位销，圆柱销头部常做成15大倒角 可分为固定式和可换式两大类 长定位销限制除绕自身转动和沿着轴向移动外的4个自由度 短定位销(工件孔深度定位销长度)限制横截面内的2个移动自由度 定位误差和间隙配合心轴的相同5.3.2.4组合定位【定义】采用两个或两个以上的表面定位的方式分2大类：1.各个定位基准相互独立：按照单一定位分析，逐一计算；2.基准是组合相关几何要素常用的组合定位1.三个平面2.一面一孔3.一面两孔(或称为一面两销定位，最典型，相关要素)一面两孔定位的优点 使得各个工序基准统一，减少基准转换，提高加工精度 定位孔可以采用工件上的原有的孔,或加工的辅助工艺孔一面两孔定位分析 限制的自由度 定位平面3个（Z-,X,Y) 销1：2个(Y-,X-) 销2：2个(Z,X-) 属于过定位(重复限制X-) 解决方法1.缩小销2的直径造成转角误差太大，对定位精度影响较大，不常用2.对销2进行削边，解除重复限制(X)采用削边销的一面两孔定位误差分析暂不考虑基准不重合