工程材料及成形工艺基础课件：第四章机床夹具原理与设计

1、第四章 机床夹具原理与设计第四章 机床夹具原理与设计第一节 机床夹具概述 第二节 工件在夹具中的定位第三节 定位误差分析 第四节 工件在夹具中的夹紧第五节 各类机床夹具第六节 现代机床夹具第七节 机床夹具设计的基本步骤内容提要概述主要内容：一、工件的装夹方法 二、机床夹具的工作原理三、机床夹具在机械加工过程中的作用三、夹具的分类与组成 第一节 机床夹具概述在机械加工过程中，为了保证的加工精度，使工件在机床上相对刀具占有正确的位置，并能迅速、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。概念：气缸体、气缸盖检测夹具第一节 机床夹具概述工件的装夹方法装夹是定位和夹紧过程的总和 定位：确定

2、工件在机床上或夹具中占有准确加工位置的过程夹紧：在工件定位后用外力将其固定，使其在加工过程中保持定位位置不变的操作轴线用于定位卡爪用于夹紧第一节 机床夹具概述双顶尖装夹气动装夹钻斜孔车刀在刀架上的装夹气缸盖在流水线上运输的装夹装夹第一节 机床夹具概述用找正法装夹工件 工件在机床上的装夹方法用夹具装夹工件 找正法与用夹具装夹工件的对比第一节 机床夹具概述a) 直接找正：把工件直接放在机床工作台上或四爪卡盘、机用台虎钳等机床附件中，根据工件的一个或几个表面用划针或指示表找正工件准确位置后再进行夹紧； 用找正法装夹工件 方法：b) 画线找正：先按加工要求进行加工面位置的划线工序，然后再按划出的线痕进

3、行找正实现装夹。第一节 机床夹具概述直接找正法直接找正：如图 ，零件在磨床上磨削内孔，若零件外圆与内孔有很高的同轴度要求，可用卡盘装夹工件，在加工前用百分表等控制外圆的径向圆跳动，从而保证加工后零件外圆与内孔的同轴度要求。 划线找正法：受划线精度和找正精度的限制，定位精度不高。主要用于批量小，毛坯精度低及大型零件等不便于使用夹具进行加工的粗加工找正法装夹工件 画线找正法第一节 机床夹具概述找正法只需使用通用性很好的机床附件和工具，因此能适用于加工各种不同零件的各种表面，特别适合于单件、小批量生产。特点：劳动强度大生产效率低要求工人技术等级高定位精度低适用范围：找正法装夹工件 第一节 机床夹具概

4、述工件装在夹具上，不再进行找正，便能直接得到准确加工位置的装夹方式。 用夹具装夹工件方法：在机床主轴装夹非轴类零件，利用花盘弯板使加工孔轴心与主轴轴心自动重合第一节 机床夹具概述广泛用于大批量生产，中批生产及单件小批生产，尤其是无夹具安装就无法保证精度的工件。适用范围：特点：效率高，成本低易保证重复精度减轻劳动强度，对工人技术要求低扩大机床使用范围夹具装夹工件 第一节 机床夹具概述画线找正法装夹利用花盘弯板装夹直接找正装夹几种装夹方法图示第一节 机床夹具概述几种装夹方法比较 装夹方法直接找正画线找正夹具装夹夹具类型通用夹具专用夹具效率、成本费时、成本较高、画线不便迅速方便、成本低定位精度取决于

5、量具精度、工人技术水平精度高，可达0.01mm，且较稳定一般不高，使用高精器具、操作精准也可获得较高精度约0.20.5mm，与画线粗细有关适用零件形状简单、加工面少形状复杂、位置要求不高、大件夹具设计适应加工零件生产批量单件小批量大批量第一节 机床夹具概述机床夹具的工作原理 以钻模为例，首先借助夹具体1的底面A1及钻套2的内孔A2实现钻模在机床上的定位；工件以孔基准S1和端面S2为定位基准，放在心轴3的J1及J2表面上；定位螺母5夹紧工件；最后刀具插入钻套2的导向套孔A2进行钻削加工， 工件装在夹具上， 不再进行找正， 便能直接得到 准确加工位置。第一节 机床夹具概述回转式钻模将钻模心轴安装在

6、分度台上，分度台可实现心轴周向的精确定位，因此与心轴固定的工件同样可周向精确定位，适用于工件周向孔加工。回转式钻模第一节 机床夹具概述采用调整法保证尺寸精度调整法：预先用样件或标准件调整好机床、夹具、刀具和工件的准确相对位置，以保证工件的尺寸精度。所以加工时，不用试切，尺寸自动获得，并在一批零件加工过程中保持不变。以铣槽夹具为例说明调整法的基本原理。第一节 机床夹具概述工件的A面是支承在支承板2的工作面上的，因而最终达到了铣出的糟底面与A面平行的要求。对位置精度的保证夹具利用两定位键1与铣床工作台的T型槽配合，保证了与铣床纵向进给方向平行。加工槽加工工件第一节 机床夹具概述利用塞尺10塞入对刀

7、块(5)工作面与立铣刀切削刃之间来确定铣刀相对夹具的位置，此时可相应调整工作台来达到刀具相对对刀块的正确位置。对尺寸精度的保证对刀块的两个工作面与相应夹具定位支承板2和齿纹顶支承钉3的各自支承面已保证和尺寸，因而最终保证铣出槽子的a和b尺寸。第一节 机床夹具概述槽的长度尺寸c,通过调整工作台纵向进给行程挡块，改变工作台纵向进给的终结位置，保证铣刀距支承钉4的距离等于c。由于工件以端面与支承钉4的工作面相接触，因而最终使铣出槽子的长度位置达到尺寸的要求。第一节 机床夹具概述夹具工作原理的要点保证工件在夹具中占有正确的加工位置保证夹具对于机床应先保证有准确的相对位置保证刀具相对有关的定位元件的定位

8、工作面有准确位置第一节 机床夹具概述保证稳定可靠地达到各项加工精度要求缩短加工工时，提高劳动生产率降低生产成本减轻工人劳动强度可由较低技术等级的工人进行加工能扩大机床工艺范围机床夹具在机械加工中的作用第一节 机床夹具概述夹具的分类与组成夹具的分类夹具机床夹具检验夹具装配夹具焊接夹具其它夹具（按工艺过程分类）a）按机床种类分b）按夹紧动力源分c）按结构通用性分车床夹具铣床夹具齿轮机床床夹具手动夹具液压夹具气动夹具电动夹具磁力夹具真空夹具第一节 机床夹具概述机床夹具可调夹具机床附件类夹具随行夹具组合夹具专用夹具机床夹具的分类通用可调夹具成组夹具机床附件类夹具回转工作台第一节 机床夹具概述万向平口钳

9、通用可调夹具数控分度盘第一节 机床夹具概述组合夹具第一节 机床夹具概述专用夹具连杆大头倒角夹具气缸体卧加工夹具发动机前罩铣加工夹具第一节 机床夹具概述气动回转台液压夹具手动夹具第一节 机床夹具概述各类机床夹具的特点通用夹具通用性强，被广泛应用于单件小批量生产专用夹具专为某一工序设计，结构紧凑、操作方便、生产效率高、加工精度容易保证，适用于定型产品的成批和大量生产。组合夹具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。通用可调夹具不对应特定的加工对象，适用范围宽，通过适当的调整或更换夹具上的个别元件，即可用于加工形状、尺寸和加工工艺相似的多种工件。成组夹具专为某一组零件的成组加工而设计，加

10、工对象明确,针对性强。通过调整可适应多种工艺及加工形状、尺寸。第一节 机床夹具概述夹具的组成定位元件：用于确定工件在夹具中的位置夹紧装置：用于夹紧工件对刀、导引元件：确定刀具相对夹具定位元件的位置其它装置：如分度元件等连接元件和连接表面：用于确定夹具本身在机床主轴 或工作台上的位置夹具体：用于将夹具上的各种元件和装置连接成一个有机整体第一节 机床夹具概述分度板定位心轴夹紧螺母开口垫圈钻套棘轮棘爪夹具体连接表面定位元件夹紧装置导引元件分度装置第一节 机床夹具概述钻模的组成（动画）钻模的组成第四章 机床夹具原理与设计第一节 机床夹具概述 第二节 工件在夹具中的定位第三节 定位误差分析 第四节 工件

11、在夹具中的夹紧第五节 各类机床夹具第六节 现代机床夹具第七节 机床夹具设计的基本步骤第二节 工件在夹具中的定位 定位的目的是使工件在夹具中相对于机床、刀具占有确定的正确位置，并且应用夹具定位工件，还能使同一批工件在夹具中的加工位置一致性好。 在夹具设计中，定位方案不合理，工件的加工精度就无法保证。工件定位方案的确定是夹具设计中首先要解决的问题。第二节 工件在夹具中的定位一.基准的概念 定位方案的分析与确定，必须按照工件的加工要求合理的选择工件的定位基准。 基准：零件上用来确定点、线、面位置时，作为参考的其它的点、线、面。 基准可分为设计基准和工艺基准。 第二节 工件在夹具中的定位设计基准：在零

12、件图上，确定点、线、面位 置的基准。 工艺基准：在加工和装配中使用的基准，按照用途不同又可分为： 1)定位基准：在加工中使工件在机床夹具上占有正确位置所采用的基准。 2)度量基准：在检验时所使用的基准。 3)装配基准：装配时用来确定零件或部件在机器中位置所采用的基准。 4) 调刀基准：调整加工刀具位置时所采用的基准。 第二节 工件在夹具中的定位确定基准时需注意以下几点：作为基准的点、线、面在工件上不一定存在，如孔的中心线、外圆的轴线以及对称面等，而是常常由某些具体的表面来体现，这些面称为基准面。例如在车床上用三爪卡盘定位工件时，基准是工件的轴线，而实际使用的是外圆柱面。因此选择定位基准就是选择

13、恰当的基准面。 作为基准，可以是没有面积的点或线，但是基准面总是有一定面积的，如代表轴心线的是中心孔面 。基准的定义不仅涉及尺寸之间的联系，还涉及到位置精度（平行度、垂直度等）。第二节 工件在夹具中的定位二.六点定位原理 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,即沿三个坐标轴的移动自由度 和绕三个坐标轴的转动自由度 。 第二节 工件在夹具中的定位“六点定位原理”的注意问题 定位就是限制自由度，通常用合理布置定位支承点的方法来限制工件的自由度。 定位支承点限制工件自由度的作用，应理解为定位支承点与工件定位基准面始终保持紧贴接触。若二者脱离，则意味着失去定位作用。 一个定位支承点仅限制

14、一个自由度，一个工件仅有六个自由度，所设置的定位支承点数目，原则上不应超过六个。第二节 工件在夹具中的定位分析定位支承点的定位作用时，不考虑力的影响，定位和夹紧是两个概念，不能混淆：工件的某一自由度被限制，是指工件在这一方向上有确定的位置，并非指工件在受到使其脱离定位支承点的外力时，不能运动，即夹紧。 定位支承点是由定位元件抽象而来的，在夹具中，定位支承点总是通过具体的定位元件体现。常见典型定位方式及定位元件所限制的自由度定位基准面定位元件的定位方式及所限制的自由度平面支承钉支承板固定支承与自位支承固定支承与辅助支承常见典型定位方式及定位元件所限制的自由度定位基准面定位元件的定位方式及所限制的

15、自由度圆孔定位销（心轴）锥销常见典型定位方式及定位元件所限制的自由度定位基准面定位元件的定位方式及所限制的自由度外圆柱面支承板或支承钉V形块常见典型定位方式及定位元件所限制的自由度定位基准面定位元件的定位方式及所限制的自由度外圆柱面定位套半圆孔常见典型定位方式及定位元件所限制的自由度定位基准面定位元件的定位方式及所限制的自由度外圆柱面锥套锥孔顶尖锥心轴第二节 工件在夹具中的定位完全定位与不完全定位1)完全定位：工件的六个自由度完全被限制的定位。第二节 工件在夹具中的定位2)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。不完全定位是合理的定位方式，在实际生产中，工件被限制的自由度

16、数一般不少于三个。第二节 工件在夹具中的定位欠定位与过定位1)欠定位：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。欠定位是绝对不允许的。第二节 工件在夹具中的定位2)过定位：工件的同一自由度被二个或二个以上的支承点重复限制的定位。可能造成工件的定位误差，或者造成部分工件装不进夹具的情况。过定位不是绝对不允许，要由具体情况决定。第二节 工件在夹具中的定位消除过定位及其干涉的两种途径： a)改变定位元件的结构，以消除被重复限制的自由度。 b)提高工件定位基面之间及定位元件工作表面之间的位置精度，以减小或消除过定位引起的干涉。定位销过定位的消除 V型块过定位的消除 第二节 工件在夹具中的

17、定位三.常见的定位方式和定位元件定位元件的设计应满足下列要求：要有与工件相适应的精度；要有足够的刚度，不允许受力后发生变形；要有耐磨性，以便在使用中保持精度。一般多采用低碳钢渗碳淬火或中碳钢淬火，硬度为5862HRC。第二节 工件在夹具中的定位典型表面的定位方法 工件的定位表面有各种形式，如平面、外圆、内孔等，对于这些表面，总是采用一定结构的定位元件。常见的定位方法有：平面定位、圆孔定位、外圆柱面定位、组合表面定位。 第二节 工件在夹具中的定位1.工件以平面定位概念：在机械加工中，利用工件上的一个或几个平面作为定位基面来定位工件的方式，称为平面定位。 定位元件：固定支承、可调支承和自位支承。第

18、二节 工件在夹具中的定位(1)固定支承：包括固定支承钉、固定支承板。固定支承钉第二节 工件在夹具中的定位固定支承板 固定支承板多用于工件上已加工表面的定位，有时可用一块支承板代替两个支承钉。左图A型结构简单，但埋头螺钉处易堆积切屑，故用于工件侧面或顶面定位。而右图B型支承板可克服这一缺点，主要用于工件的底面定位。 第二节 工件在夹具中的定位(2)可调支承 可调支承是顶端位置可在一定高度范围内调整的支承。多用于未加工平面的定位，以调节和补偿各批毛坯尺寸的误差，一般每批毛坯调整一次。第二节 工件在夹具中的定位(3)自位支承 支承本身的位置在定位过程中，能自动适应工件定位基准面位置变化的一类支承。自

19、位支承能增加与工件定位面的接触点数目，使单位面积压力减小，故多用于刚度不足的毛坯表面或不连续的平面的定位。一个定位支承点，限制一个自由度。第二节 工件在夹具中的定位(4)辅助支承 在生产中，有时为了提高工件的刚度和定位稳定性，常采用辅助支承。如图所示阶梯零件，当用平面1定位铣平面2时，于工件右部底面增设辅助支承3，可避免加工过程中工件的变形。第二节 工件在夹具中的定位2.工件以圆孔定位 有些工件，如套筒、法兰盘、拨叉等以孔作为定位基准，此时采用的定位元件有定位销、定位心轴等。 第二节 工件在夹具中的定位(1)定位销定位销头部应做出倒角或圆角，以便于装入工件定位孔。主要用于直径小于50mm的中小

20、孔定位。 第二节 工件在夹具中的定位(2)锥销常用于工件孔端的定位可限制工件三个自由度 第二节 工件在夹具中的定位(3)定位心轴心轴定心精度高，但装卸费时，有时易损伤工件孔，多用于定心精度要求高的情况。定位时，工件楔紧在心轴上，多用于车或磨同轴度要求高的盘类零件，小锥度 心轴实际上起不到 定位的作用。第二节 工件在夹具中的定位3.工件以外圆柱面定位 工件以外圆柱面定位在生产中是常见的，如轴套类零件等。常用的定位元件有V形块、定位套、半圆孔定位座。 第二节 工件在夹具中的定位(1)V形块V形块是用得最广泛的外圆表面定位元件。第二节 工件在夹具中的定位在V形块上定位时，工件具有自动对中作用。D标准

21、心轴直径，即工件定位用外圆直径 (mm);HV形块高度(mm);NV形块的开口尺寸 (mm);T对标准心轴而言，V形块的标准高度，V形块两工作平面间的夹角。 设计V形块时T值的计算： 第二节 工件在夹具中的定位(2)定位套筒定位套筒装在夹具体上，用以支承外圆表面，起定位作用。定位元件结构简单，但定心精度不高，当工件外圆与定位孔配合较松时，还易使工件偏斜，因而常采用套筒内孔与端面一起定位，以减少偏斜。若工件端面较大，为避免过定位，定位孔应做短些。 第二节 工件在夹具中的定位(3)半圆孔定位座将同一圆周面的孔分成两半圆，下半圆部分装在夹具体上，起定位作用，上半圆部分装在可卸式或铰链式盖上，起夹紧作

22、用，半圆孔定位座适用于大型轴类工件的定位。 第二节 工件在夹具中的定位(4)外圆定心夹紧机构 在实现定心的同时，能将工件夹紧的机构，称为定心夹紧机构，如三爪自定心卡盘、弹簧夹头等。 弹簧夹头的速度是有弹性的，如果工件尺寸是一致的，弹簧夹头的速度会更快。如果工件尺寸的变化大，可能需要采用卡爪卡盘以适应尺寸范围宽的加工工件。第二节 工件在夹具中的定位4.工件以组合表面定位实际加工过程中，工件往往是以几个表面同时定位的，称为“组合表面定位”。 (1)一个平面和二个与其垂直的孔的组合在箱体、连杆、盖板等类零件加工中，常采用这种组合定位，俗称“一面二孔”定位。(会出现定位干涉问题)第二节 工件在夹具中的

23、定位 “一面两销”的两圆柱销重复限制了沿方向的移动自由度，属于过定位。由于工件上两孔的孔心距和夹具上两销的销心距均会有误差，因而会出现上图所示的相互干涉现象。 第二节 工件在夹具中的定位解决“一面两孔”的定位干涉问题的途径：(1)减小一个销的直径；(2)将一个销做成削边销。第二节 工件在夹具中的定位(2)一个平面和二个与其垂直的外圆柱面的组合 工件在垂直平面定位后，再将工件左端用圆孔或V形块定位，工件右端外圆所用的V形块必须做成浮动结构，使其只能限制工件一个自由度，否则就会出现过定位。 第二节 工件在夹具中的定位(3)一个孔和一个平行于孔中心线的平面的组合 图中所示两个零件，均需以大孔及底面定

24、位，加工两小孔。视其加工尺寸要求的不同，图a零件选用图定位方案，图b零件选用图d定位方案，均能避免过定位，并保证工件要求。 第四章 机床夹具原理与设计第一节 机床夹具概述 第二节 工件在夹具中的定位第三节 定位误差分析 第四节 工件在夹具中的夹紧第五节 各类机床夹具第六节 现代机床夹具第七节 机床夹具设计的基本步骤第三节 定位误差分析调刀基准的概念 定位误差及其产生原因定位误差的计算保证加工精度的条件第三节 定位误差分析定位基本原理进行夹具定位分析，重点是解决单个工件在夹具中占有准确加工位置的问题。要达到一批工件在夹具中占有准确加工位置，还必须对一批工件在夹具中定位时会不会产生误差进行分析计算

25、，即定位误差的分析与计算。第三节 定位误差分析计算的目的是依据所产生的误差的大小，判断该定位方案能否保证加工要求，从而证明该定位方案的可行性。何为夹具误差？第三节 定位误差分析夹具误差定位误差基本概念由于夹具设计、制造与使用中引起的各项有关误差称为夹具误差。它是工序加工误差的一个组成部分，对保证加工精度起着重要作用。 设计基准在工序尺寸方向上的最大位置变动量。它是夹具误差的一个重要组成部分。定位误差的大小往往成为评价一个夹具设计质量的重要指标。第三节 定位误差分析基本概念根据定位误差分析计算的结果，便可看出影响定位误差的因素，从而找到减少定位误差和提高夹具工作精度的途径。由此可见，分析计算定位

26、误差是夹具设计中的一个十分重要的环节。夹具误差定位误差第三节 定位误差分析调刀基准的概念在零件加工前对机床进行调整时，为了确定刀具的位置，还要用到调刀基准。由于最终目的是为了确定刀具相对工件的位置，所以调刀基准往往选在夹具上定位元件的某个工作面。因此它与其它各类基准不同，不是体现在工件上，而是体现在夹具中，是由夹具定位元件的定位工作面体现。 第三节 定位误差分析调刀基准的概念由以上得出调刀基准应具备的两个条件：它是由夹具定位元件的定位工作面体现的；它是在加工精度参数（尺寸、位置）方向上调整刀具位置的依据。若加工精度参数是尺寸时，则夹具图上应以调刀基准标注调刀尺寸。 第三节 定位误差分析调刀基准

27、的概念选取调刀基准时，应尽可能不受夹具定位元件的制造误差的影响。例1：右上图为定位心轴。1是定位部分，2是与夹具体配合部分。选取定位心轴的轴线OO为调刀基准时，可不受定位外圆直径制造误差的影响。即使在夹具维修后更换了定位心轴，虽然定位外圆直径发生变化但OO轴线位置仍不变（假设不考虑定位心轴上1与2的同轴度误差）。 但若选用定位外圆上母线A为调刀基准时，则由于外圆直径制造误差的影响，将使调刀尺寸产生A的变化。第三节 定位误差分析调刀基准的概念例2：图4-31a是零件图（或工序图）。在其上钻孔，要求保证尺寸和孔轴线对内孔轴线的对称度。 图4-31b是加工孔的钻床夹具部分视图，为保证尺寸要求，工件以

28、端面紧靠心轴2的端面定位。 使导引钻头的钻套轴线到心轴2的A端面的位置尺寸调整成相应尺寸（一般应为 的平均尺寸），即可保证钻出一批工件 孔轴线的位置尺寸。第三节 定位误差分析调刀基准的概念在图4-31b的夹具俯视图中可以看出：为保证孔轴线对工件内孔轴线的对称，必须保证钻套轴线对定位心轴2的轴线OO对称（垂直相交）。这时工件 尺寸的设计基准是 端面，定位基准也是 端面，二者重合。夹具上的调刀基准则是定位心轴2的A端面。 对于对称度要求，工件内孔 轴线 是设计基准，工件以内孔在心轴2上定位，内孔轴线 又是定位基准。而定位心轴轴线OO则是调刀基准。 第三节 定位误差分析调刀基准的概念由上面的分析可知

29、：设计基准和定位基准都是体现在工件上的，而调刀基准却是由夹具定位元件的定位工作面来体现的。从上面的示例中还可归纳出调刀基准的特点及其与相应定位基准的对应关系如下,如下图所示。调刀基准与定位基准的关系图 第三节 定位误差分析定位误差及其产生原因定位误差由基准不重合误差和定位副制造不准确误差组成当夹具在机床上的定位精度已达到要求时，如果工件在夹具中定位的不准确，将会使设计基准在加工尺寸方向上产生偏移。往往导致加工后工件达不到要求。 定位误差由 表示。第三节 定位误差分析定位误差及其产生原因需要明确的概念设计基准工序基准在零件图上用来确定某一表面的尺寸、位置所依据的基准。在工序图上用来确定本工序被加

30、工表面加工后的尺寸、位置所依据的基准。第三节 定位误差分析定位误差及其产生原因基准不重合误差定位基准与设计基准不重合产生的定位误差底面3和侧面4已加工好，现需加工台阶面1和顶面2。工序一：加工顶面2，以底面和侧面定位；工序二：加工台阶面1。定位同工序一 工序一中调刀基准是与底面3相接触的定位平面，而定位基准和设计基准都是底面3，二者与调刀基准重合。 加工时，使刀具调整尺寸与工序尺寸一致，即 (对于一批工件来说，可视为常量)，则定位误差为零。 第三节 定位误差分析定位误差及其产生原因基准不重合误差定位基准与设计基准不重合产生的定位误差工序二中定位基准为底面3，与调刀基准重合，而设计基准为顶面2，

31、即定位基准与设计基准不重合。 即使本工序刀具以底面为基准调整得绝对准确，且无其它加工误差，仍会由于上一工序加工后顶面2 在 范围内变动加工尺寸 变为其误差为2H该误差完全是由于定位基准与设计基准不重合引起的，称为“基准不重合误差”，以 表示，即 =2H。将定位基准到设计基准间的尺寸称为联系尺寸，则基准不重合误差就等于联系尺寸的公差。 第三节 定位误差分析定位误差及其产生原因基准不重合误差定位基准与设计基准不重合产生的定位误差工序二改进后如右图所示。使其基准重合，即 =0。这种方案虽然提高了定位精度，但夹具结构复杂，工件安装不便，并使加工稳定性和可靠性变差，因而有可能产生更大的加工误差。 从多方

32、面考虑，在满足加工要求的前提下，基准不重合的定位方案在实践中也可以采用。第三节 定位误差分析定位误差及其产生原因定位副制造不准确产生的基准位移误差 工件定位工作面与夹具定位元件的定位工作面合称为定位副，则由于定位副制造误差，也直接影响定位精度。由于定位副制造不准确，使得定位基准相对夹具的调刀基准发生位移而产生的定位误差，称为“基准位移误差”，用 表示。 第三节 定位误差分析定位误差及其产生原因定位副制造不准确产生的基准位移误差 如右图所示，工件以内孔轴线O为定位基准，套在心轴 上，铣上平面，工序尺寸为 。尺寸H的设计基准为内孔轴线O，设计基准与定位基准重合。调刀基准是定位心轴轴线 ，从定位角度

33、看，此时内孔轴线与心轴轴线重合，即设计基准与定位基准以及调刀基准重合， =0。 第三节 定位误差分析定位误差及其产生原因定位副制造不准确产生的基准位移误差 实际上，定位心轴和工件内孔都有制造误差，而且为了便于工件套在心轴上，还应留有配合间隙，故安装后孔和轴的中心必然不重合 (如右图所示)。这就使得定位基准O相对调刀基准发生位置变动。第三节 定位误差分析定位误差及其产生原因定位副制造不准确产生的基准位移误差 计算：如右图所示，孔径为 ，轴径为 ，则最小间隙为 。当心轴如右图水平放置时 ，O与O1之间最大与最小距离分别为：第三节 定位误差分析定位误差及其产生原因定位副制造不准确产生的基准位移误差

34、基准发生位移而造成的加工误差为：即此定位误差为内孔公差D与心轴公差d之和的一半，且与最小配合无关。第三节 定位误差分析定位误差及其产生原因定位副制造不准确产生的基准位移误差 若心轴垂直放置，则工件孔与心轴可能在任意边接触，此时定位误差为第三节 定位误差分析定位误差及其产生原因定位副制造不准确产生的基准位移误差 根据上面的分析，可以看出：在用夹具装夹加工一批工件时，一批工件的设计基准相对夹具调刀基准发生最大位置变化是产生定位误差的原因，包括两方面：由于定位基准与设计基准不重合，引起一批工件的设计基准相对定位基准发生位置变化；由于定位副的制造误差，引起一批工件的定位基准相对夹具调刀基准发生位置变化

35、。 定位误差的定义可进一步概括为：一批工件某加工参数（尺寸、位置）的设计基准相对夹具的调刀基准在该加工参数方向上的最大位置变化量 ，称为该加工参数的定位误差。第三节 定位误差分析定位误差及其产生原因定位误差及其产生原因第三节 定位误差分析定位误差的计算两种方法： 合成法分析计算极限法分析计算计算思路：合成法： 计算基准不重合误差 计算基准位移误差 ： 1、工件以平面定位： ； 第三节 定位误差分析2、工件以内孔定位： a、定位原件为刚性心轴，水平放置，如图1所示：则在接触点切向方向 ，在法向方向 。 b、刚性心轴垂直放置，如图2所示：在任意方向上 (X为间隙值) c、定位元件为可胀心轴： 第三

36、节 定位误差分析 3、工件以外圆定位 a、定位元件用V型块（忽略制造误差）如图3所示：在水平方向上 ，在垂直方向上第三节 定位误差分析3、工件以外圆定位 b、定位元件采用定位套，如图4所示，若孔与外圆单边接触，则：在水平方向上 ，在垂直方向上若孔与外圆任意边接触，则：任意方向上第三节 定位误差分析 计算定位误差将 和 合成，合成时有两种情况 ： 1、设计基准不在定位基面上，则 2、设计基准在定位基面上，则 的符号问题： 当由于基准位移和基准不重合分别引起尺寸作相同方向变化(同时增大或同时减少)时，取“+”号;而当引起加工尺寸彼此向相反方向变化时，取“-”号。第三节 定位误差分析例：图示为一带键

37、槽的轴，工件铣槽时以 外圆柱面在900V型块上定位，求加工尺寸为A1、A2、A3时的定位误差。 A1的定位误差：A1的工序基准：圆柱上母线，定位基准：圆柱轴线，两者不重合A1的工序基准在定位基准面上，两者的变化方向相同，故第三节 定位误差分析 A2的定位误差： 工序基准面为圆柱轴线，定位基准为圆柱轴线，两者重合，故：第三节 定位误差分析 A3的定位误差： A3的工序基准为圆柱下母线，定位基准为圆柱轴线，两者不重合。 A3的工序基准在定位基准面上，但是两者变动的方向是相反的，故：第三节 定位误差分析极限法: 确定一批工件设计基准的两个极限位置，再根据几何关系求出此二位置的距离，并将其投影到加工尺

38、寸方向上，便可求出定位误差。第三节 定位误差分析例：用极限法活动V型块的定位误差 图中大小2个圆分别为工件在定位结构结束下的2个极限状态,这2个极限状态下所得工序尺寸的差值就是由定位因素造成的工序尺寸的变动量,即定位误差。第三节 定位误差分析例：用极限法活动V型块的定位误差第三节 定位误差分析例：用极限法活动V型块的定位误差 对于工序基准位于上半圆的情况如工序尺寸L，同样可由该方法导出正确结构，由图可知，尺寸L的定位误差即是NK与NK之差：第三节 定位误差分析例：用极限法活动V型块的定位误差 图中大小2个圆分别为工件在定位结构结束下的2个极限状态,这2个极限状态下所得工序尺寸的差值就是由定位因

39、素造成的工序尺寸的变动量,即定位误差。 对于工序基准位于上半圆的情况如工序尺寸L，同样可由该方法导出正确结构，由图可知，尺寸L的定位误差即是NK与NK之差：第三节 定位误差分析保证加工精度的条件 采用夹具加工时的误差计算不等式： 减少与夹具有关的各项误差是设计夹具时必须认真考虑的问题之一。制订夹具公差时，应保证夹具的定位、制造和调整误差的总和不超过零件公差的1/3。 第三节 定位误差分析夹具误差：由夹具各元件、装置以及定位基面间位置不精确引起。定位元件相对安装基准的尺寸或位置误差；定位元件相对对刀或导向元件(包含导向元件之间)的尺寸或位置误差；导向元件相对安装基准的尺寸或位置误差；分度误差。第

40、三节 定位误差分析夹具误差之一：定位误差 工件在机床夹具定位时,由于工件定位基准与夹具定位元件的制造误差和其配合间隙、定位基准与工序基准不重合,工件以多基面定位时,基准之间的位置误差这三种原因,引起工序基准在工序尺寸方向上的最大位置变化量。定位误差计算方法： 公式法 全微分法 图形法 公式法D=R+BD定位误差,B基准不重合误差,R基准位移误差。 全微分法 首先找出工序基准到加工尺寸方向某一固定点的距离,建立两点间距离与工件尺寸的关系,两点间距离的全微分即为定位误差。求解含有角度尺寸的定位误差计算比较方便。 图形法 利用AUTOCAD精确画出工件的定位简图,并在图中放大画出工件尺寸变动的极限位

41、置,应用AUTOCAD的尺寸标注功能自动标注机床夹具定位误差。 图形法求解机床夹具定位误差的关键是找出引起工序尺寸变化的两个极限位置。第四章 机床夹具原理与设计第一节 机床夹具概述 第二节 工件在夹具中的定位第三节 定位误差分析 第四节 工件在夹具中的夹紧第五节 各类机床夹具第六节 现代机床夹具第七节 机床夹具设计的基本步骤第四节 工件在夹具中的夹紧夹紧装置： 工件在定位元件上定位后，必须采用一定的装置将工件压紧夹牢，使其在加工过程中不会因受切削力、惯性力或离心力等作用而发生振动或位移，从而保证加工质量和生产安全。 机械加工中所使用的夹具一般都必须有夹紧装置，在大型工件上钻小孔时，可不单独设计

42、夹紧装置。第四节 工件在夹具中的夹紧一、夹紧装置的组成及基本要求 夹紧装置的组成 力源装置 中间传力机构 夹紧元件 第四节 工件在夹具中的夹紧TRIBOS-全新的刀具夹紧装置第四节 工件在夹具中的夹紧 夹紧装置的基本要求夹紧时不能破坏工件夹具中占有正确位置。夹紧力要适当。夹紧机构要操作方便，夹压迅速、省力。结构要紧凑简单，有良好结构工艺性，尽量使用标准件。 第四节 工件在夹具中的夹紧现代机床的新式工件夹紧装置人可以走开的时间长 ：多工件装夹使机床能实现无人化运转快速更换装夹 ：使用了现代夹紧技术，避免了虎钳的固定爪偏位和倾斜等缺陷。快速更换可加工夹爪使各种零件的第1次加工和重复装夹的柔性大为增

43、加。 生产率高：减少了围绕切削时间的无效行为，增加了刀具在工件加工中所占的时间百分比。 第四节 工件在夹具中的夹紧二.夹紧力的确定：1.确定夹紧力方向的原则：夹紧力的方向应使定位基面与定位元件接触良好，保证工件定位准确可靠；当工件由几个表面组合定位时，在各相应方向都应施加夹紧力，且主要夹紧力的方向应朝向主要定位基面；第四节 工件在夹具中的夹紧应垂直主定位面，最好对着平面形定位件第四节 工件在夹具中的夹紧理想的夹紧力的方向应尽量与工件受到的切削力、重力等的方向一致，以减小夹紧力； 以上三种夹紧力、切削力、重力的三种方向关系中，图a)所需夹紧力最小，图c)所需夹紧力最大。夹紧力的方向应与工件刚度最

44、大的方向一致，以减小工件变形。夹紧薄壁工件时，尤应注意这种情况。 第四节 工件在夹具中的夹紧2.夹紧力作用点的确定原则夹紧力的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；如左图所示，夹紧力W的作用点可能会使工件翻转。第四节 工件在夹具中的夹紧第四节 工件在夹具中的夹紧以上两种夹紧方案，相较而言b)方案是合理的。第四节 工件在夹具中的夹紧夹紧力作用点应位于工件刚性较好的部位；通过对比以上两种方案，将作用在壳体中部的单点改为在工件外缘处的两点夹紧，工件的变形大大改善，夹紧也更可靠。此项原则对刚性差的工件尤为重要。 第四节 工件在夹具中的夹紧如下图所示，镗连杆大头孔时，W1加在杆身中间，会使

45、两头上翘，镗孔后，导致孔轴线与端面不垂直。第四节 工件在夹具中的夹紧夹紧力的作用点应尽量靠近加工表面，以减小切削力对夹紧点的力矩，防止或减少工件的加工振动或弯曲变形。第四节 工件在夹具中的夹紧3.夹紧力大小的确定原则 夹紧力的大小可根据切削力、工件重力的大小、方向和相互位置关系具体计算。为安全起见，计算出的夹紧力应乘以安全系数K，故实际夹紧力一般比理论计算值大23倍。 夹紧力的大小： W=K*WL 式中：K安全系数； 粗加工K=2.53,精加工K=1.52。 WL解静力学求得的理论值。W足够而不过大，即只要能够克服F切、F重等外力的影响，不破坏定位；W过大则工件变形愈大。第四节 工件在夹具中的

46、夹紧第四节 工件在夹具中的夹紧进行夹紧力计算时，通常将夹具和工件看作一刚性系统，以简化计算；根据工件在切削力、夹紧力 (重型工件要考虑重力，高速时要考虑惯性力)作用下处于静力平衡，列出静力平衡方程式，即可算出理论夹紧力；一般来说，手动夹紧时不必算出夹紧力的确切值，只有机动夹紧时，才进行夹紧力计算，以便决定动力部件 (如气缸、液压缸直径等)的尺寸。 第四节 工件在夹具中的夹紧三.典型夹紧机构 夹紧机构是夹紧装置的重要组成部分，因为无论采用何种动力源装置，都必须通过夹紧机构将原始力转化为夹紧力、各类机床夹具应用的夹紧机构多种多样，以下介绍几种利用机械摩擦实现夹紧，并可自锁的典型夹紧机构。 第四节

47、工件在夹具中的夹紧斜楔夹紧；螺旋夹紧；偏心夹紧。第四节 工件在夹具中的夹紧楔块夹紧机构是利用斜面来夹紧工件的，它是夹具的基本形式，其他一些机构实际上是由此派生出来的。1.斜楔夹紧第四节 工件在夹具中的夹紧特点：结构简单，升程小，扩力倍数不算大，操作情况不理想，但与机动装置联合应用较广。另外，增大行程和增大夹紧力使斜楔自锁是矛盾的，因此，选斜楔角时必须考虑这两方面因素，如果两者都要求很严，可将斜楔做成两个升角，前一段大升角用于加大工作行程，后一段小升角用于工件的加紧并自锁。第四节 工件在夹具中的夹紧斜楔夹紧的受力分析夹紧时，FP、FQ、FR三力平衡。夹紧力：第四节 工件在夹具中的夹紧工件夹紧后力

48、FP消失，则斜楔应能自锁。 斜楔夹角的自锁条件： 通常为安全起见:第四节 工件在夹具中的夹紧2.螺旋夹紧螺旋夹紧机构在生产中使用极为普遍。其结构简单，夹紧行程大，特别是它具有自锁性能和增力大两大特点。它主要有两种典型结构: 1、单个螺栓夹紧机构;2、螺旋压板夹紧机构 。 第四节 工件在夹具中的夹紧单个螺栓夹紧机构如图a所示为六角头压紧螺钉，它是用螺钉头部直接压紧工件。b图所示在螺钉头部装上摆动压块，可防止螺钉旋转时损伤工件表面或带动工件旋转。第四节 工件在夹具中的夹紧摆动压块结构如下图所示 。 第四节 工件在夹具中的夹紧螺旋压板夹紧机构图 a 、 b 两机构的施力螺钉位置不同。图 a 减力但增

49、加夹紧行程，图 b 不增力但可改变夹紧力方向。图 c 采用铰链压板增力，但减小夹紧行程，使用上受工件尺寸形状的限制。图 d 为钩形压板 , 其结构紧凑，适用于夹紧机构空间位置受到限制的场合。图e 为自调式压板，它能适应工件高度由 0 到一定范围内的变化，其结构简单，使用方便。 第四节 工件在夹具中的夹紧如图所示为螺旋压板夹紧机构，它的产生扩大了单螺旋夹紧机构的应用范围，实际中常采用螺旋与压板组合的螺旋压板夹紧机构。第四节 工件在夹具中的夹紧特点：(1)夹紧结构简单，夹紧可靠，在夹具中得到广泛应用；(2)夹紧力比斜楔夹紧力大，螺旋夹紧行程不受限制，所以在手动夹紧中应用极广；(3)螺旋夹紧动作慢，

50、辅助时间长，效率低，在实际生产中，螺旋一压板组合夹紧比单螺旋夹紧用的更为普遍。第四节 工件在夹具中的夹紧夹紧力的计算22WWF21WRxRF1第四节 工件在夹具中的夹紧根据外力矩应与阻力矩相平衡M外力矩=QL； 螺杆与螺母之间的摩擦阻力矩； 螺杆与工件之间的摩擦阻力矩； 反力N与F1的合力在水平方向上的分力； r螺杆中径之半（mm）；F2螺杆与工件之间的摩擦力（N）；r当量摩擦半径；mm ；1、2摩擦角。将（2）、（3）代入（1）式第四节 工件在夹具中的夹紧可转位压板 螺旋夹紧动画 第四节 工件在夹具中的夹紧3.偏心夹紧偏心夹紧机构是由偏心件作为夹紧元件，直接夹紧或与其它元件组合实现对工件的夹

51、紧，常用的偏心件有圆偏心和偏心轴偏心两种。 第四节 工件在夹具中的夹紧当顺时针转动手柄2使偏心轮3绕轴4转动时，偏心轮的圆柱面紧压在垫板1上，由于垫板的反作用力，使偏心轮上移，同时抬起压板5右端，而左端下压夹紧工件。 一种常见的偏心轮一压板夹紧机构 第四节 工件在夹具中的夹紧特点：由于圆偏心夹紧时的夹紧力小，自锁性能不是很好，且夹紧行程小，故多用于切削力小，无振动，工件尺寸公差不大的场合，但是圆偏心夹紧机构是一种快速夹紧机构。 第四节 工件在夹具中的夹紧四.夹紧动力源装置1雾化器 2减压阀 3止回阀 4转向阀 5调速阀 6气压表 7气缸 1.气动夹紧气动夹紧的特点操作方便迅速、反应灵敏，易于自

52、动化；空气取之不尽，废气直接排入大气无污染，但有噪声；空气具有可压缩性，夹紧刚度不高，需设置自锁机构；因工作压力不高，夹紧力不够大，需借助扩力机构，结构比较庞大。第四节 工件在夹具中的夹紧如图所示，电动机带动空压机产生0.70.9MPa的压缩空气，经冷却器进入储气罐备用，经水气分离器滤去水分和杂质，再经过调压阀使压力降低到0.40.6MPa并稳定在调定压力，然后再经油雾器混以雾化油，保持系统中元件的润滑。再经单向阀、换向阀和节流阀进入活塞式气缸和薄膜式气缸进行夹紧工作。1 电动机 2 空压机 3 冷却器 4 储气罐 5 过滤器 6 开关 7 水气分离器 8 调压阀 9 油雾器10 单向阀 11

53、 换向阀 12 节流阀 13 活塞式气缸 14 薄膜式气缸 15 工件 第四节 工件在夹具中的夹紧 图为单作用气缸，夹紧靠气压顶紧，松开由弹簧推回，用于夹紧行程较短的情况。活塞在压缩空气作用下产生的原始推动力。 原始推动力：第四节 工件在夹具中的夹紧右图为双作用气缸，活塞的双向移动均由压缩空气驱动，用于行程较大或往复均需动力推动的情况。压缩空气进入无杆腔一侧时，活塞杆的推力： 压缩空气作用在有杆腔一侧时，活塞杆的拉力： 第四节 工件在夹具中的夹紧2.液压夹紧优点：(1)工作压力高，传动力大，不需增力机构，夹具结构简单；(2)油液不可压缩，夹紧刚性大，工作平稳，夹紧可靠；(3)噪声小，劳动条件好

54、。(4)适用于重力切削或加工大型工件时的多处夹紧。第四节 工件在夹具中的夹紧缺点：对密封性能要求高，需要一套压力油供应系统，为单一夹具设置此系统不经济。下图为直接作用式气-液联合增压虎钳示意图。第四节 工件在夹具中的夹紧液压夹紧系统的组成动力装置电机11+油泵3（压力油，56MPa）；传递机构油缸、活塞6；执行机构杠杆、铰链10、楔块等；辅助装置油箱1、过滤网2、溢流阀4、单向阀8、换向阀7、储能器5、压力表9等。第四节 工件在夹具中的夹紧气-液联合增压虎钳动画 第四节 工件在夹具中的夹紧3.气-液压组合夹紧1气缸 2增压缸 3活塞杆 4活塞杆 5工作缸 6活塞 第四节 工件在夹具中的夹紧 由

55、于 ，故增压器输出的油压比输入的气压增大 倍（ 为总效率），这是它的主要优点。其缺点是行程小。因油液容积不变，故活塞6的行程 和活塞3的行程 与相应的活塞、活塞杆面积成反比，即 第四节 工件在夹具中的夹紧为了提高生产率，充分利用机床的走刀行程，在批量较大的情况下，常采用多件同时加工，这时设计的夹具必须保证多件同时夹紧，且必须保证各个工件的加工精度。联动夹紧机构形式有：多件平行夹紧；多件依次夹紧。联动夹紧机构第四节 工件在夹具中的夹紧多件平行夹紧如图所示为多件平行夹紧夹具，在设计时应注意，由于一批工件尺寸大小不一，夹紧元件应作成浮动式，如图b所示。否则有的工件可能夹不紧，如图a所示，只能夹紧尺寸大的工件。第四节