机械制造第四章

1、第四章 机床夹具原理与设计教学目标：在机械加工中，必须使工件、夹具、刀具和机床之间保持正确的相互位置，才能加工出合格的零件。即：工件在夹具中定位正确和夹紧可靠、夹具在机床上安装正确、刀具相对于工件的位置正确。本章主要介绍专用夹具设计的基本知识和方法，包括:定位元件的选择；定位误差的分析与计算；加紧力的确定及典型夹紧装置；专用机床夹具设计的基本方法与步骤。通过本章的学习，能根据零件的结构和加工要求，合理确定零件的定位和夹紧方案，初步掌握机床专用机床夹具的设计方法与技巧。教学重点和难点：定位误差的分析与计算典型定位和夹紧元件特点和设计要点专用夹具的设计方法一.工件的装夹物体的六个自由度任何一个工件

2、，如果对其不加任何限制，那么，它在空间的位置是不确定的，可以向任意方向移动或转动那么所具有的这种运动的可能性称为工件的自由度。一个物体在空间可以有六个独立的运动，在直角座标系中分别为3个平移运动和3个转动(沿三坐标轴的移动记作： X,Y,Z;,绕三坐标轴的转动记作：X,Y,Z.）。习惯上，把上述6个独立运动称作六个自由度。同一零件上的不同加工表面，由于加工要求的不同，这一相对位置是不同的。但对于某一零件的具体加工表面，这一相对位置是唯一的。把工件加工时相对机床、刀具这一唯一的相对位置，称为正确位置。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。装夹有两个含义，即定位

3、和夹紧。 定位:使工件在机床上或夹具中占有某一正确位置的过程。(工件定位的实质就是限制自由度) 夹紧：为了使定位好的工件在加工过程中始终保持正确的位置，不受切削力、惯性力等力的作用而发生位移，需要将工件压紧夹牢，这个过程称为夹紧。工件定位、夹紧的全过程，称为装夹或安装。一.工件的装夹定位：双联齿轮2的内孔套在心轴3上将大齿轮端面靠在靠4垫上。夹紧：螺母1将双联齿轮2它固紧在靠垫4上。一.工件的装夹定位在前，夹紧在后,定位是首要的装夹有三种主要的方法：1. 直接找正装夹2. 划线找正装夹3. 夹具装夹一.工件的装夹1）直接找正装夹工件的定位过程可以由操作工人直接在机床上利用千分表、划线盘等工具，

4、找正某些有相互位置要求的表面，使工件获得正确位置，然后夹紧工件，称之为直接找正装夹。一.工件的装夹直接找正装夹效率低，但找正精度可以很高，适合于单件小批量生产或在精度要求特别高的生产中使用。2）划线找正装夹此法是先在毛坯上按照零件图划出中心线、对称线和各待加工表面的加工线及找正线（找正线和加工线之间的距离一般为5mm），然后将工件装上机床，按照划好的线找正工件在机床上的正确位置。划线找正时工件的定位基准是所划的线。这种定位方法生产率低，精度低，一般多用于单件小批生产中加工复杂而笨重的零件，或毛坯精度低而无法直接采用夹具定位的场合。一.工件的装夹划线找正法示例一.工件的装夹2）划线找正装夹图a)

5、为某箱体的加工要求（局部），划线过程如下：找出铸件孔的中心0，并划出孔的中心线和，按尺寸A和B检查E、F面的余量是否足够，如果不够再调整中心线；按照图纸尺寸A要求，以孔中心为划线基准，划出E面的找正线；按照图纸尺寸B划出F面的找正线，见图b)。加工时，将工件放在可调支承上，通过调整可调支承的高度来找正划好的线，见图c)。3）夹具装夹为保证加工精度要求和提高生产率，通常多采用夹具装夹，用夹具装夹工件，不再需要划线对找正，直接由夹具来保证工件在机床上的正确位置，并在夹具上直接夹紧工件。一般情况下操作比较简单，也比较容易保证加工精度要求，在各种生产类型中都有应用。机床夹具：在机床上用来完成工件定位、

6、夹紧任务的装置，称为机床夹具。一.工件的装夹专用夹具安装工件支承板支承钉钻套支承板支承钉支承钉优点：1）易于保证加工精度；2）能大大地提高生产率，缩短辅助时间；3）装夹方便，能大大地减轻工人劳动强度。一.工件的装夹3）夹具装夹支承钉在实际应用中，常把接触面积很小的支承钉看作是约束点。二.定位原理六点定位原理：一个物体在空间可以有六个独立的运动，若采用六个按一定规则布置的约束点，就可以限制工件的六个自由度，实现完全定位，称为六点定位原理。 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。现分析各定位支承点，限制自由度的情况。如图下所示：在XOY平面有定位支承

7、点1，2，3；限制了Z, X,Y;三个自由度；在XOZ平面有4，5两个定位支承点，限制了Z,Y两个自由度；在YOZ平面有6一个定位支承点，限制了X二.定位原理限制工件自由度与加工要求的关系工件在空间有6个自由度，但并不是每次加工都要限制6个自由度，而是应根据加工要求，限制那些对加工尺寸有影响的自由度，对加工精度无影响的，则可以限制，也可以不限制，视具体情况来确定。对于工件的定位，可能会有两种误解:1.工件只要被夹紧，其位置不能移动了，就定位了（刚性接触）这里的工件定位，是指一批工件在夹紧前要占有一致的、正确的位置 (暂不考虑定位误差的影响)。而工件在任何位置均可被夹紧，并没有保证一批工件在夹具

8、中的一致位置。2.工件定位后，仍具有与定位支承相反方向的移动或转动可能这是没有注意到定位原理中所称的限制自由度，必须是工件的定位面与定位支承点保持接触。如果始终保持接触，就不会有相反方向的移动或转动可能性了。二.定位原理2）工件的实际定位Y、ZZ、X、Y Z、X、Y3 个支承钉工件的定位面平面支承钉限制的自由度 一块条形支承板二块条形支承板一块矩形支承板定位情况图示平面支承钉限制的自由度 定位情况图示 夹 具 的 定 位元 件1 个支承钉 2 个支承钉 二.定位原理注意：定位元件所限制的自由度与其大小、长度、数量及X Y、Z Z、X、Y其组合有关-长短关系、大小关系、数量关系、组合关系。表 4

9、-1 典型定位元件的定位分析圆定位情况短圆柱销长圆柱销两段短圆柱销图示限制的自菱形销长销小平面组合短销大平面组合圆孔由度柱 定位情况销图示限制的自由度二.定位原理定位情况固定锥销浮动锥销固定锥销与浮动锥销组合图示圆锥销限制的自由度二.定位原理短圆柱心轴小锥度心轴心轴位 长圆柱心情 轴况图示限制的自由度二.定位原理定定位情况一块短V形块两块短V形块一块长V形块图示V形块限制的自由度定位情况一个短定位销两个短定位销一个长定位销图示外圆柱面定位销限制的自由度二.定位原理定位情况固定顶尖浮动顶尖锥度心轴图示圆锥孔限制的自由度二.定位原理3）完全定位和不完全定位加工时，工件的六个自由度完全被限制的定位称

10、为完全定位。如图所示，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。二.定位原理一个自由度。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。 两个V形块相当于四个定位支承点，限制了 X,Z, X,Z四个自由度；定位销相当于一个定位支承点，限制了 Y一个自由度；定位支承相当于一个定位支承点，限制了Y二.定位原理3）完全定位和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，但对加工要求有影响的自由度都已限制，能够保证加工要求的定位称为不完全定位。生产中并不是任何工序都需要采用完全定

11、位的。究竟应该限制几个自由度和哪几个自由度，应由工件的加工要求决定。完全定位和不完全定位都是实际加工中最常使用的定位方式。二.定位原理a) Z方向移动自由度（球体铣平面）b) x,y方向移动自由度（球体钻通孔）zx y 二.定位原理c) X,Y方向转动自由度,Z方向移动自由度（长方体上通铣平面）x y z 二.定位原理d) X，Z方向移动自由度,X，Z方向转动自由度（轴上通铣键槽） x zx z 二.定位原理e)X, Z方向移动自由度X, Y, Z方向转动自由度（长方体上铣通槽） x zx y z 二.定位原理e) X, Y, Z方向移动自由度X, Y, Z方向转动自由度（长方体上铣不通槽）

12、z x yx y z 二.定位原理二.定位原理1）完全定位：侧挡销短圆柱销平面支承平面支承侧挡销图2-54 连杆钻孔定位方案短圆柱销2）不完全定位注意：有时为了使定位元件帮助承受切削力、夹紧力或为了保证一批工件的进给长度一致，常常对无位置尺寸要求的自由度也加以限制。二.定位原理4）欠定位和过定位A、欠定位根据加工要求应该限制的自由度而没有限制是不允许的，它必然不能保证加工要求，这种现象称为欠定位。欠定位，工件在夹具中不能正确定位，不能满足加工要求，因此是绝对不允许的。二.定位原理如右图所示，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 y，但没有被限制，

13、属于欠定位。加工孔，有限制5个自由度的要求。二.定位原理B）过定位工件的一个或几个自由度被不同的的定位元件重复限制的定位方式称为过定位（或称定位干涉）。通常情况下，应尽量避免出现过定位。不允许：如果工件的定位面为没有经过机械加工的毛坯面，或虽经过了机械加工、但仍然很粗糙，这时过定位是不允许的。允许：如果工件的定位面经过了机械加工，并且定位面和定位元件的尺寸、形状和位置都做得比较准确，比较光整，则过定位不但对工件加工面的位置尺寸影响不大，反而可以增强加工时的刚性，这时过定位是允许的。二.定位原理如右图所示，加工连杆大头孔的定位。大平面相当于三个定位支点，限制了 一个自由度。 承点，限制了 Z,X

14、,Y 三个自由度；长圆柱销相当于四个定位支 承点，限制了 X,Y,X,Y 四个自由度；定位销3相当于一个定位支承 很显然 X,Y被重复限制了。Z过定位示例二.定位原理过定位示例二.定位原理过定位示例二.定位原理如果工件孔与端面垂直度保证很好，则此过定位是允许的。但若工件孔与端面垂直度误差较大，且孔与销的配合间隙又很小时，定位后会造成工件歪斜及端面接触不好的情况，压紧后就会使工件产生变形或圆柱销歪斜。结果将导致加工后的小头孔与大头孔的轴线平行度达不到要求，这种情况下应避免过定位的产生。在讨论工件定位的合理性问题时，主要应研究的三个问题： 1）满足加工工件的需求：研究满足工件加工面位置度要求所必须

15、限制的自由度 2）从加工的角度分析：从承受切削力、设置夹紧机构以及提高生产率的角度分析在不完全定位中还应限制哪些自由度。 3）欠、过定位问题：在定位方案中，是否有欠定位和过定位问题，能否允许过定位的存在。二.定位原理（1）总体分析法从工件定位的总体来分析限制了那些自由度。 （2）分件分析法分别从各个定位面的所受约束来分析所限制的自由度。设计定位方案时的考虑因素： 1）根据加工面的尺寸、形状和位置要求确定所需限制的自由度。 2）利用总体分析法和分件分析法来分析是否有欠定位和过定位，若有过定位，应分析是否允许。 3）从承受切削力、夹紧力、重力，以及为装夹方便，易于加工尺寸调整等角度考虑，在不完全定

16、位中是否应有附加自由度的限制。二.定位原理5）定位分析方法6）限制工件自由度与加工要求的关系如上图所示，在一工件上铣通槽。为保证尺寸 600 0.20mm及与底面的平行二.定位原理影响加工要求的自由度，必须限制；不影响加工要求的自由度可限制，可不限制。 度两项要求，必须限制 Z, X,Y ，为保证尺寸3001mm及槽侧面与B面的平行度，必须限制 X两个自由度，至于 则可限制可不限制。Y ,Z7) 正确处理过定位1.改变定位元件的结构避免过定位如图所示，把长圆柱销改成短圆柱销，即可避免了过定位。二.定位原理辅助支承，即消除了过定位，也增加了工件的装夹刚度。3.提高定位基面的位置精度，消除过定位如

17、图所示，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。2.去掉多余的定位支承，消除过定位如图所示，定位支承销3重复限制了 Y 把定位支承销3撤消，增加一个二.定位原理7) 正确处理过定位二.定位原理根据六点定位原理分析图a,b,c,d中各定位元件所限制的自由度。零件是由若干表面组成的，他们之间有一定的相互位置和距离尺寸的要求。在加工过程中，也必须相应地以某个或某几个表面为依据来加工有关表面，以保证零件图上所规定的要求。零件表面间的各种相互依赖关系，就引出了基准的概念。基准是机械制造中用来确定生产对象上几何要素之间的几何关系所依据的那些点，线或面。三.工件基准分

18、析基准时，必须注意下面三点：基准可以是可见的点、线、面，也可以是不可见但客观存在的点、线、面（例如孔的中心线和对称中心平面等）。作为基准的点、线、面在工件上不一定具体存在，其作用是由某些具体表面（如内孔圆柱面）体现的，这种体现基准作用的表面称为基面。作为基准，可以是没有面积的点和线或者很小的面，但是代表这种基准的点和线的工件上具体的基面是有一定面积的。上面所分析的虽是尺寸关系的基准问题，对表面位置精度（平行度、垂直度等）的关系也一样。三.工件基准一. 定位副1. 定位基准、定位基面1）工件以回转体定位时，如图所示：回转体表面为定位基面；回转体的轴线为定位基准。2）工件以平面定位时，实际存在的那

19、个表面为定位基面；定位平面的理想状态为定位基准，如图所示。2. 限位基准、限位基面1）工件以回转体定位时，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。三.工件基准2）工件以平面定位时定位元件上实际存在的那个表面称为限位基面；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，限位基面与限位基准重合。3. 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基面，称为主要的定位基面。二. 定位符号定位、夹紧符号已有部颁标准（JB/T506191），可参看下列图示例。三.工件基准三.工件基准从设计和工艺两个方面看基准，可把基准分为两大类：设计

20、基准和工艺基准。（一）设计基准在产品或零件图上使用的基准称为设计基准。它是标注设计尺寸的起点，或中心线、对称线、圆心等。设计基准可以是点，也可以是线或者面。三.工件基准三.工件基准（一）设计基准例如:(1)在图a所示的钻套，轴线O-O是外圆40h6及内孔D的设计基准；端面A是端面B、C的设计基准；内孔D的轴心线是40h6外圆的径向圆跳动和B面端面圆跳动的设计基准。(2)图b中的D面是F面的设计基准，也是两孔和在Y方向的设计基准；E面是两孔和在X方向的设计基准；而孔的设计基准是孔和。工艺基准工序基准定位基准测量基准装配基准粗基准精基准辅助基准三.工件基准（二）工艺基准在零件的加工和装配等工艺过程

21、中所使用的基准称为工艺基准。工艺基准按用途又可分为以下4种：工序基准，定位基准，测量基准和装配基准。1.工序基准在工序图上使用的基准，称为工序基准。三.工件基准（二）工艺基准如图a所示的套筒零件钻孔工序图中，25H7的内孔轴线和左端面（工序尺寸为37.50.02）为加工6H7孔的工序基准。1)应尽量用设计基准作为工序基准；2)工序基准应尽可能用于工件的定位和工序尺寸的检查；3)当采用设计基准为工序基准有困难时，可另选工序基准，但必须可靠的保证零件设计尺寸的技术要求。（工序基准或者定位基准与设计基准不重合，则需要计算。）三.工件基准（二）工艺基准在设计工序基准时，主要应考虑如下三个方面的问题：2

22、定位基准在加工时用于工件定位的基准，称为定位基准。定位基准是获得零件机械加工尺寸的直接基准，占有很重要的地位。粗基准：使用未经机械加工的表面作定位基准精基准：使用已经机械加工的表面作定位基准附加基准：仅仅是为了机械加工工艺需要设计的定位基准。三.工件基准（二）工艺基准例如: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等都属于附加基准。三.工件基准（二）工艺基准如图b所示的套筒零件钻孔夹具中，工件25H7的内孔轴线（25H7的内孔表面称为定位基面）和左端面是加工6H7孔的定位基准。3测量基准在加工中或加工后用来测量工件的形状、位置和尺寸误差，测量时所采用的基准，称

23、为测量基准。三.工件基准（二）工艺基准三.工件基准（二）工艺基准三.工件基准（二）工艺基准4.装配基准在装配时用来确定零件或部件在产品中的相对位置所采用的基准，称为装配基准。传动轴传动齿轮三.工件基准工件在机床上的定位实际上包括工件在夹具上的定位和夹具在机床上的定位两个方面。这里只讨论工件在夹具上的定位问题，即着重讨论具体的定位方法与定位元件以及定位误差的分析计算。工件的定位是通过工件上的定位基面与夹具上的定位元件的配合或接触来实现的。定位基准是确定工件位置时所依据的基准，它通过定位基面所体现。四.工件定位（1）足够的精度位精度。（2）较好的耐磨性定位元件应具有足够的精度，以保证工件的定由于定

24、位元件的工作表面经常与工件接触和磨擦，容易磨损，为此，要求定位元件工作表面的耐磨性要好，以保持使用寿命和定位精度。（3）足够的强度和刚度定位元件在受工件重力、夹紧力和切削力的作用时，不应变形和损坏，因此，要求定位元件有足够的刚度和强度，否则会影响工件定位精度。（4）较好的工艺性（5）便于清除切屑定位元件应便于制造、装配和维修。定位元件的工作表面形状应有利于清除切屑，以防切屑嵌入影响精度。四.工件定位(1)对定位元件的基本要求（1）用于平面定位的定位元件包括固定支承（支承钉和支承板）、自位支承、可调支承和辅助支承等。（2）用于外圆柱面定位的定位元件 包括V形块、定位套和半圆定位座等。（3）用于孔

25、定位的定位元件 包括定位销（圆柱定位销和圆锥定位销）、圆柱心轴和小锥度心轴等。应根据工件定位基面的形状和定位元件的结构特点选择定位元件。常用定位元件所能限制的自由度见教材表4-1。四.工件定位(2)常用定位元件及所能限制的自由度常用定位元件可按工件定位基准面的形状分为以下几种：四.工件定位1）支承钉支承钉有平头、球头、齿纹头三种。其中平头支承钉用于面积较小、且经过加工的平面定位，如图a所示；球头支承钉用于未经加工的平面定位，如图b所示；网状支承钉用于侧面定位或未经加工的平面定位，如图c所示。四.工件定位(1)工件以平面定位时的定位元件A.主要支承用来限制工件的自由度，起定位作用。常用的元件有固

26、定支承、自位支承和可调支承三种。（1）固定支承 固定支承有支承钉和支承板两种形式，其结构合尺寸均已标准化。2）支承板支承板用于面积较大、经过加工的平面定位，有不带斜槽和带斜槽两种。如图所示。其中带斜槽的支承板（如图b所示），便于清除切屑，采用较多；不带斜槽的支承板（如图a所示）则主要用于侧面定位。四.工件定位（2）自位支承自位支承又称浮动支承，在定位过程中能自动调整位置。自位支承虽有两个或三个支承点，由于自位和浮动作用，只相当于一个支承点，如图所示。四.工件定位（3）可调支承 可调支承用于在工件定位过程中，支承钉的高度需要调整的的场合，其结构见图。四.工件定位B.辅助支承用来提高工件的装夹刚度

27、和稳定性，如图所示。辅助支承不起限制工件自由度的作用(不定位)，且每批工件都要调整支承点高度，效率低。四.工件定位(1)工件以平面定位时的定位元件1)圆柱销圆柱销的结构和尺寸已标准化，不同直径的定位销有其相应的结构形式，可根据工件定位内孔的直径选用，其工作表面的直径尺寸与相应工件定位孔的基本尺寸相同。如图a、b、c）所示是固定式定位销，可直接用过盈配合装配在夹具体上，当定位销的工作表面直径d310mm时，为增加强度，避免定位销因撞击而折断或热处理时淬裂，通常采用图a的形式。图d所示为可换式定位销，便于定位销磨损后进行更换，用于大批量生产中。为便于工件的顺利装入，定位销的头部应有15倒角。四.工

28、件定位(2)工件以内孔定位时的定位元件四.工件定位2)圆锥销图a）所示的结构用于未经加工的孔定位；图b）所示的结构用于已加工孔的定位；图c）所示形式为浮动圆锥销，用于工件需平面和圆孔同时定位的情况。(2)工件以内孔定位时的定位元件四.工件定位3)心轴常用的心轴有圆柱心轴和小锥度心轴。它主要用于套类、盘类零件的车削、磨削和齿轮加工中。为了便于夹紧和减小工件因间隙造成的倾斜，常以孔和端面联合定位。因此，工件定位内孔与基准端面应有较高的垂直度。图a）为间隙配合心轴，装卸方便，但定心精度不高。图b）所示为小锥度心轴，采取过盈配合，制造简单，定位准确，不用另设夹紧装置，但装卸不便，适于工件定位精度不低于

29、IT7的精车和磨削加工，不能加工端面。图c）为花键心轴，用于以花键孔定位的工件。1)V形块V形块工作面间的夹角常取60、90、120三种。其中90V形块应用的最多，典型结构和尺寸已标准化，使用时可根据定位圆柱面的长度和直径进行选择。V形块结构有多种形式：图a）用于较短的经过加工的外圆面定位；图b）用于较长的未经加工的圆柱面定位；图c）用于较长的加工过的圆柱面定位；如图d）用于工件较长、直径较大的重型工件的圆柱面定位，这种V形块一般做成在铸铁底座上镶淬硬支承板或硬质合金板的结构形式。四.工件定位(3)工件以外圆定位时的定位元件V形块的结构四.工件定位2)定位套定位套常用作工件定位圆柱面精度较高（

30、一般不低于IT8）时的定位元件，有定位套或半圆形定位座另种形式。如图所示，为了限制工件的轴向移动自由度，定位套常与其端面配合使用。四.工件定位(3)工件以外圆定位时的定位元件组合定位的分析要点：（1）组合定位元件能限制的自由度数等于单个定位元件可限制自由度的总和，但限制哪个自由度会按照不同组合情况而变化；（2）组合定位中，定位元件限制的自由度不同组合情况变化后，该定位元件就不再起原来单独定位元件时限制的那个自由度的作用了；（3）单个表面的定位是组合定位分析的基本单元。四.工件定位(4)组合定位分析600 0.20mm及与底面如上图所示，在一工件上铣通槽。为保证尺寸 的平行度两项要求，必须限制

31、Z,X,Y为保证尺寸3001mm及槽侧面与B面的平行度，必须限制两个自由四.工件定位(5)工件定位分析影响加工要求的自由度，必须限制；不影响加工要求的自由度可限制，可不限制。例1.三爪卡盘夹持较长，相当于四个定位支承点，限制 Z Y Z Y , , ,例2. 在车床上加工轴上外圆的定位方案如下图所示，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.分析加工要求需要限制的自由度。2.分析定位元件所能限制的自由度属于过定位。应改进为三爪卡盘夹持较短。 要想加工出准确的圆柱面来，必须限制 Y,Z,Y,Z 后浮动顶尖相当于两个定位支承点，限制 Y,Z四.工件定位(

32、5)工件定位分析四.工件定位(5)工件定位分析例3：如右图所示，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：1. 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 1）大平面限制 Z,X,Y2）固定V块限制 X,Y3）滑动V块限制 Z四.工件定位(5)工件定位分析习题试分析习图示各零件加工所必须限制的自由度。图a）在球上打盲孔B，保证尺寸H；图b）在套筒零件上加工B孔，要求与D孔垂直相交，且保证尺寸L；图c）在轴上铣横槽，保证槽宽B以及尺寸H和L；图d）在支座零件上铣槽，

33、保证槽宽B和槽深H及与4分布孔的位置度。五.定位误差在前面几部分内容中，我们分别讨论了根据工件的加工要求，确定工件应被限制的自由度，以及选择工件定位基准和根据工件定位面的情况选择合适的定位元件等问题。但还没讨论是否能满足工件加工精度的要求，要解决这一问题，需要进行工件定位误差的分析和计算来判断。如果工件的定位误差不大于工件加工尺寸公差值的1/3，一般认为该定位方案能满足本工序加工精度的要求。五.定位误差六点定位解决了工件自由度的限制问题，即工件在夹具中位置“定与不定” 的问题，现在需要研究定位精度问题，即工件位置定得“准与不准”的问题。一批工件逐个在夹具上定位时，由于工件及定位元件存在制造公差

34、，使各个工件在夹具上所占据的位置不完全一致，加工后形成的加工尺寸大小不一，产生加工误差。由于工件在夹具上（或机床上）的定位不准确而引起的加工误差，称为定位误差。定位误差是指一批工件采用调整法加工时因定位不正确而引起的尺寸或位置的最大变动量。工件“准”与“不准”更确切的地说应是加工尺寸的工序基准位置是否一致。影响工件工序基准位置不一致的原因有两种：定位基准与设计基准不重合；定位基准与限位基准不重合。1.定位误差及其产生原因定位误差是由于工件在夹具上（或机床上）定位不准确而引起的加工误差。以dw表示。引起定位误差的原因为： 由基准不重合误差jb引起的定位误差由于工件的定位基准与设计基准不重合而引起

35、的定位误差，称为基准不重合误差。 由基准位移误差jw引起的定位误差由于工件上的定位表面或夹具上的定位元件制作不准确引起的定位误差，称为基准位移误差（或者基准位置误差）。五.定位误差在采用调整法加工时，工件的定位误差实质：工序基准在加工尺寸方向上的最大变动量。计算思路：找出工序基准，求出加工尺寸方向上的最大变动量。1.基准不重合误差当定位基准与设计基准不重合时，将产生基准不重合误差，其大小对应于定位基准与设计基准之间尺寸的公差。五.定位误差设计基准与定位基准之间的尺寸就称为定位尺寸。如图所示，工件以底面定位铣台阶面，要求保证尺寸a，设计基准为工件顶面，定位基准为底面，这时刀具的位置按定位面到刀具

36、端面间的距离（调整尺寸）调整，由于一批工件中尺寸b的公差使工件顶面（设计基准）位置在一范围内变动，从而使加工尺寸a产生误差。的有关误差。 jb = 2L =TL当在一批零件逐个在夹具上定位时，受尺寸LL的影响，设计基准是F的位置是变动的。F的变动直接影响加工尺寸A的大小，造成B的尺寸误差。五.定位误差1.基准不重合误差例如 如图所示，图a中工件各面在前工序中都已加工好，现要求铣一通槽，要求保证工序尺寸A，B，C，其定位方案如图b所示。现分析尺寸B加工时当定位基准的变动方向与加工尺寸的变动方向不同时，基准误差等于定位基准的变动大小在加工尺寸方向上的投影，即：dw=jbcos式中定位尺寸与设计尺寸

37、方向间的夹角。注意：定位尺寸有可能是某一尺寸链中的封闭环，此时应按尺寸链原理计算出该尺寸公差。五.定位误差1.基准不重合误差例1工件以E、D两平面为基准铣平面F，要求保证工序尺寸A。设E、D两平面已精加工。求尺寸A的定位误差？五.定位误差1.基准不重合误差dw = 2csin +2bcosdw c 五.定位误差1.基准不重合误差在实际生产中，应尽量使以上各种基准重合，以消除基准不重合误差。1）设计零件时应尽量以装配基准作为设计基准，以便保证装配技术要求；2）在制定加工工艺路线时，应尽量以设计基准作工序基准，以保证零件加工精度；3）在加工和测量零件时，要尽量使定位基准、测量基准和工序基准重合，以

38、减少加工误差和测量误差。五.定位误差1.基准不重合误差2.基准位移误差工件在夹具中定位时，由于定位副（工件定位基面与夹具上定位元件限位基面）的制造不准确，使定位基准在加工尺寸方向上产生位移，导致各个工件的位置不一致而造成的加工误差，称为基准位移误差。当定位基准的变动方向与工序尺寸的方向不同时，jw在工序尺寸方向上的分量（投影），即为jw引起的定位误差：dw=jwcos式中 基准位移方向与工序尺寸方向间的夹角。五.定位误差2.基准位移误差五.定位误差如图所示为在圆柱面上铣键槽，加工尺寸为A和B，图b是加工示意图。（1）定位基准孔与心轴任意接触（双边）的基准位移误差当心轴垂直放置（轴心O点固定不动

39、)，定位孔与心轴可以在任意方向接触时，当孔径最大而轴径最小时，则定位孔的几何中心（即定位基准）在夹具中位置的变动量为O1O2，即为该种情况下所产生的基准位移误差，用jw 表示：五.定位误差 max) + ( min maxd TdD +TDd Td= Dmin dmax +Td +TD= xmin +Td +TD)222Dmin +TD2= (五.定位误差2. 基准位移误差孔径最大：（DminTD）轴径最小：（dmax-Td） jw =O1O2 =OO2 +OO1= (O2AOA)+(O1BOB) max) + ( min maxd TdD +TDd Td= Dmin dmax +Td +TD

40、= xmin +Td +TD式中：Dmax工件定位孔最大直径；Dmin工件定位孔最小直径；dmax定位心轴最大直径；dmin定位心轴最小直径；TD工件定位孔直径公差；Td 定位心轴直径公差；xmin孔与轴间的最小配合间隙。)222Dmin +TD2= (五.定位误差2. 基准位移误差 jw =O1O2 =OO2 +OO1= (O2AOA)+(O1BOB)2）定位基准孔与心轴固定边接触（单边）时的基准位置误差当心轴水平放置时，因受重力影响或在夹紧力作用下定位孔只能单向位移而与心轴固定边接触时，在孔径最大（DminTD）、轴径最小（dmax-Td）的情况下，孔的中心（即定位基准)会下移到处O2(接

41、触点为A)；而当孔径最小为Dmin，轴径最大为dmax时，则上移到O1 (接触点为B) 。在两种可能的极限情况下，孔中心位置的最大变动量，即基准位置误差为：2. 基准位移误差五.定位误差T D+Td2=D d)( min max )2 2d Td max2Dmin +TD2= ( jw = O1O2 =OO2 OO1= (O2AOA)(O1BOB)由上可见，由于定位副（定位孔与定位轴）的制造误差，导致产生了基准位置误差，降低了定心精度。五.定位误差2. 基准位移误差选得定位心轴得尺寸为029 010600. ，心轴竖直放置定位。TD = 0.03,T d= 0.019,xmin = 0.01

42、jw =TD +Td + xmin = 0.059五.定位误差2. 基准位移误差例如：工件定位基准尺寸为60H7（600.03）,则按g6（3）过盈配合圆柱心轴圆柱心轴中间的定位部分与工件孔用过盈配合（如图）。采用过盈心轴，装卸工件比较费时，但由于孔与轴间无间隙，基准位移误差为零，所以定心精度较高。2. 基准位移误差五.定位误差3.定位误差的计算定位误差是由基准不重合误差和基准位移误差组合而成的。计算时，先分别计算出 和jb jw，然后按照如下规律将二者合成得到dw 。合成的方法分下面几种情况：1）jb0, 0时， dwjw jbjb0, 0时， dwjw jw2）jb0, jw0，设计基准不

43、在定位基面上时，dwjbjw3） 0,jb jw0，设计基准在定位基面上时，dwjb jw五.定位误差3.定位误差的计算3) jb 0,jw 0，设计基准在定位基面上时，dw jbjw式中“+”、“-”号的确定方法如下：1）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。2）当定位基面直径作同样变化时，设定位基准的位置不变动，分析设计基准的变动方向。3）两者的变动方向相同时，取“+”号，两者的变动方向相反时，取“-”号。这种情况只可能出现在工件以曲面作为定位基面时，如工件以平面定位，由于一般情况下jw=0，所以不存在两项误差的合成问题，故只计算jb 即可。五.定位误差例如图所示，

44、一圆盘形工件在V形块上定位钻孔，孔的位置尺寸的标注方法假定有三种，其相应工序尺寸为A，B，C（图a），求相应的定位误差。Td/23.定位误差的计算五.定位误差Td2sin( /2)= 0+dw = jb + jw五.定位误差3.定位误差的计算Td/2Td2sin( /2)Td2+=dw = jb + jw五.定位误差3.定位误差的计算Td2sin( /2)Td2=dw = jb jw五.定位误差3.定位误差的计算4. 定位误差计算实例例1：如图所示，求加工尺寸A的定位误差。解：1）计算jb定位基准为底面，设计基准为圆孔中心线，定位基准与设计基准不重合。jb=s=01=02mm设计基准的位移方向

45、与加工尺寸的方向间夹角为45，则：jb=scos45=02cos45=01414mm。2）计算jw定位基准与限位基准重合, jw=03）DW=jb=0.1414mm。五.定位误差dw=cos D +d2jw= i cos =0.866 = 0.02mm0. 033+0. 0212五.定位误差例2.钻铰凸轮上的两个小孔（2-16）的定位方式如图所示，定位销的直径为 220 0.021mm,定位孔的直径为220 +0.033mm,求加工尺寸1000.1mm的定位误差。解：1. 定位基准与工序基准重合，jb=02. 定位基准相对于限位基准单向移动，定位基准移动方向与加工尺寸间的夹角为3015E五.定

46、位误差作业：P146 ：4-10、4-11、4-12五.定位误差六.机床夹具及其组成工件定位之后，在切削加工之前，必须用夹紧装置将其夹紧，以保证工件在加工过程中，在切削力、重力、惯性力等的作用下不产生位移或振动，影响加工质量，甚至使加工无法顺利进行。因此，作为夹具重要组成部分的夹紧装置的合理选用与设计至关重要。夹紧装置也是机床夹具的重要组成部分，对夹具的使用性能和制造成本等有很大的影响。六.机床夹具及其组成1.机床夹具按其使用范围可分为：1) 通用夹具-可装夹一定尺寸范围内的工件，例如：三爪卡盘、四爪卡盘、工作台。2）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）可调整夹

47、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-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，以满足在不同的机床上装夹不同的工件。5）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。（1）机床夹具的分类六.机床夹具及其组成三爪卡盘回转工作台万向平口钳分度头四爪卡盘通用夹具六.机床夹具及其组成3DL4零件工序简图图2-44 专用夹具六.机床夹具及其组成333333零件工序简图LLLD4D4D4DDDLLL444成组夹具KH2KH3KH4六.机床夹具及KH 其 1 组成654378910111213 141516171821组合夹具1加筋角铁（

48、2） 2槽用螺栓（6） 3平键（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基础板六.机床夹具及其组成7857910111213141516171856123419634.720铣拨叉槽组合夹具1方形基础板 2小长方支承 3，14，20六角螺母 440圆形定位盘 5大长方支承6螺钉 7右支承角铁 8，10厚六角螺母 9垫圈 11槽用螺栓 12侧中孔定位支承13小长方支承 15回转压板 16双头螺栓 1724圆形定位销 18圆螺母 19工件组合夹具实

49、例六.机床夹具及其组成车床夹具铣床夹具钻床夹具镗床夹具磨床夹具自动机床夹具数控机床夹具等2.按加工类型和在使用机床上来分类六.机床夹具及其组成（1）机床夹具的分类3.按其夹紧装置的动力源来分类手动夹具气动夹具液动夹具电磁夹具真空夹具六.机床夹具及其组成（1）机床夹具的分类保证加工质量（保证加工面的位置精度）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，使一批工件的加工精度趋于一致。提高生产率，降低成本(缩短加工时间提高效率)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。扩大机床工艺范围如设计一镗模夹具即可在车床

50、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。减轻工人劳动强度，保证生产安全六.机床夹具及其组成（2）夹具的功能1) 定位元件或装置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6）其它元件或装置六.机床夹具及其组成（3）夹具的组成机床夹具的种类和结构虽然繁多，但它们的组成均可概括为以下几个部分，这些组成部分既相互独立又相互联系。主要包括：1) 定位元件或装置定位元件保证工件在夹具中处于正确的位置。如右图所示，钻后盖上的10孔，其钻夹具如图所示。夹具上的圆柱销5、菱形销9和支承板4都是定位元件，通过它们使工件在夹具中占据正确的位置。六.机床夹具及其组成（3）

51、夹具的组成2）夹紧元件或装置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(切削力等)作用时不离开已经占据的正确位置。右图中的螺杆8(与圆柱销合成一个零件)、螺母7和开口垫圈6就起到了加紧作用。六.机床夹具及其组成（3）夹具的组成3）刀具导向元件或装置对刀或导向装置用于确定刀具相对于定位元件的正确位置。如图中钻套l和钻模板2组成导向装置，确定了钻头轴线相对定位元件的正确位置。上例图示铣床夹具上的对刀块和塞尺也是对刀装置。六.机床夹具及其组成（3）夹具的组成4）连接元件连接元件是确定夹具在机床上正确位置的元件。如图中连接钻模板与夹具体的螺栓等。夹具体3的底面为安装基面，保证了钻套1

52、的轴线垂直于钻床工作台以及圆柱销5的轴线平行于钻床工作台，因此夹具体可兼作连接元件。车床夹具上的过渡盘、铣床夹具上的定位键都是连接元件。六.机床夹具及其组成（3）夹具的组成5）夹具体夹具体是机床夹具的基础件，如图中的件3，通过它将夹具的所有元件连接成一个整体。6）其它元件或装置是指夹具中因特殊需要而设置的装置或元件。六.机床夹具及其组成（3）夹具的组成六.机床夹具及其组成定位件夹紧件对刀件连接件夹具体机床刀具六.机床夹具及其组成工件夹具1.夹紧装置的组成工件在夹具中正确定位后，由夹紧装置将工件夹紧。夹紧装置的组成有： 1）动力装置：产生夹紧动力的装置。 2）夹紧元件：直接用于夹紧工件的元件。

53、3）中间传力机构：将原动力以一定的大小和方向传递给夹紧元件的机构。七.工件夹具设计夹紧装置的组成1气缸，2斜楔，3滚子，4压板，5工件夹紧机构一般要有自锁作用保证在加工过程中不会产生松动或振动不允许工件产生不适当的变形和表面损伤，不能因夹紧变形而影响加工精度（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工件的生产批量和生产方式相适应。（5）结构设计应力求简单、紧凑，并尽可能采用标准化元件。七.工件夹具设计2. 对夹紧装置的要求（1）在夹紧过程中应有利于工件的定位而不能破坏工件在定位时所获得的正确位置。（2）夹紧应可靠和适当3.夹紧力的确定三个要素:大小方向作用点

54、七.工件夹具设计 夹紧力方向的确定原则：l）夹紧力的作用方向应有利于工件的准确定位，而不能破坏定位。为此一般要求主要夹紧力应垂直指向主要定位面。七.工件夹具设计夹紧力方向对镗孔位置精度的影响 夹紧力方向的确定2）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。夹紧力作用部位七.工件夹具设计夹紧力方向的确定3）夹紧力的作用方向应尽可能与切削力、工件重力作用方向一致，以减小所需夹紧力。七.工件夹具设计夹紧力作用点的选择指在夹紧力作用方向已定的情况下,确定夹紧元件与工件接触点的位置和接触点的数目。l）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

55、变。七.工件夹具设计夹紧力作用点的选择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。七.工件夹具设计夹紧力作用点的选择3）夹紧力作用点应尽可能靠近被加工表面，以便减小切削力对工件造成的翻转力矩。七.工件夹具设计4. 夹紧力大小的估算夹紧力方向和作用点位置确定以后，还需合理地确定夹紧力的大小。 夹紧力不足，会使工件在切削过程中产生位移并容易引起振动。 夹紧力过大又会造成工件或夹具不应有的变形或表面损伤。七.工件夹具设计估算夹紧力的一般方法1. 分析作用在工件上的各种力。2. 根据力系平衡条件，确定保持工件平衡所需的最小夹紧力。3. 最后将此最小夹紧力乘以一适当的安全系数，可得到

56、所需要的夹紧力。七.工件夹具设计d 02d2cj minF= 3FFcd3d0Fj min =Fcd3d0Fj= k七.工件夹具设计估算夹紧力的一般方法12Fj min(L1 + L2 ) = FcLFj min=2FcL(L1+L2)Fj =2kFcL(L1 + L2)七.工件夹具设计估算夹紧力的一般方法摩擦系数的取值也是近似的因此在需要准确地确定夹紧力大小时，通常要采用实验的方法。安全系数安全系数通常为1.52.5。当夹紧力与切削力方向相反时，k值可取2.53。由例子可以看出夹紧力的估算是很粗略的因为： 切削力大小的估算本身就是很粗略的七.工件夹具设计5. 典型夹紧机构夹紧力方向和作用点位置确定以后，还需合理地确定夹紧力的大小。 夹紧力不足，会使工