机械制造工艺学(上)

1、机械制造工艺学（上）（机床夹具设计原理）1机械制造工艺学第1章 绪论1.1 机械制造工程学科21.1 机械制造工程学科一、机械制造工艺学的重要性机械制造业是一个国家重要的基础工业，它担负着为国民经济部门提供技术装备的任务。制造技术是所有工业的支柱。 （1）发达国家中，制造业创造的财富占国民经济的2/3； （2）机械制造业是制造业的基础, 是重中之重； （3）国力和国防的坚强后盾。 3纺织机械动力机械家用电器通讯设备出版印刷网络媒体文化娱乐冶金机械建筑机械交通工具环保设备军事装备医疗设备机器制造农业机械化工设备制造技术当今制造技术社会功能1.1 机械制造工程学科4 只有先进的制造业，才能生产出好

2、的产品，而好的产品要三方面来保证，最终达到质量、生产率、经济性三方面的统一。 好设计 好材料 好工艺工艺使各种原材料、半成品成为产品的方法和过程，如机械制造过程中的中的机械加工工艺、机械装配工艺、焊接工艺，其它行业中的化工工艺、食品工艺等。机械制造工艺各种机械制造方法和过程的总称。 工艺重要的实例： 蒸汽机 空心钢球 武器1.1 机械制造工程学科51.1 机械制造工程学科卡拉什尼科夫 斯通纳 朵英贤AK4795式M16 装备95式的人民解放军驻港部队6二、机械制造业发展简史 我国历史悠久、文化灿烂，“四大发明”为世界文明做出了巨大贡献。 1965年冬，湖北荆州望山楚墓，出土一柄青铜剑。拔剑出鞘

3、，寒气逼人，毫无锈蚀，锋利无比。剑长为56厘米，剑宽5厘米，剑身装饰精美菱形花纹。剑身镌刻： “越王勾践,自作用剑” 试之以纸，20 余层一划而破。乃稀世珍宝，表明了我国二千多年前春秋战国时代精湛的青铜制造工艺。1.1 机械制造工程学科 但是，以车、铣、刨、磨为代表的现代加工方法是从欧洲开始的。正是资本主义的建立，为机械制造业的发展奠定了社会基础。7年代发明人成果年代发明人成果1765瓦特蒸汽机1864美国磨床1775 英国 威尔金森 镗床 1834德国 雅可比直流电动机1780英国 莫兹里利自动进给车床1888南斯拉夫裔美国特斯拉 交流电动机1798美国 惠特尼互换性1898美国 泰勒高速钢

4、1818美国 惠特尼铣床1907德国硬质合金1832伏特、安培、亨利、法拉第永磁交流发电机 1952美国 NC1843法国 莫利埃尔龙门刨 CNC DNC1846法国 德利尤斯牛头刨 MC 1847法国 德利尤斯摇臂钻床 FMC 1855法国 贝默西新式炼钢炉 FMS 1855法国 勒努瓦内燃机 CIMS1.1 机械制造工程学科8NC （Numerical control） 硬件数控CNC (Computer control) 计算机数控DNC (Direct control) 计算机直接控制MC ( Machining center) 加工中心 CNC 刀库 ACT自动换刀装置 综合了多种机

5、床的功能，具有刀库和自动换刀装置，实现了单元内加工过程自动化。FMC ( Flexible manufacture cell) 柔性制造单元 MC + Robert 在单元加工过程自动化的基础上，实现了单元内装卸工件自动化，最终实现了单元自动化。FMS （Flexible manufacturing system）柔性制造系统 FMC + AGV小车 “无人加工车间” 实现了设备间工件的运输CIMS (Computer Integrated manufacturing system )计算机集成制造系统此外还有：CAPP CAFD PDF GT JIT CE LP ERP AM VM GM A

6、MT1.1 机械制造工程学科9 中华民族现代制造业的历史： 社会背景是1840年鸦片战争后的“洋务运动”。 1865年，由曾国藩支持，李鸿章在上海主办 江南机器制造局 1.1 机械制造工程学科101.1 机械制造工程学科1866年，左宗棠在福州马尾主办马尾造船厂11三、本课程的性质、内容、任务、特点及学习方法 （1）性质：主干专业课 （2）内容： 1）机床夹具设计原理 2）加工精度分析 3）表面质量控制 4）工艺规程制订 5）工艺尺寸链计算 （3）任务 1）掌握机械制造工艺的基本理论 2）初步具备设计机械加工工艺规程的能力 3）初步具备设计机床专用夹具的能力1.1 机械制造工程学科12（4）特

7、点：三多、一广、实践性强 三多 概念多、术语多、名词多 一广 专业涉及面广范、内容丰富 实践性强 本学科的内容来源于生产实践，上升为工艺理论后反过来指导生产实践，促进技术进步和生产发展。（5）学习方法 1）着重理解和掌握基本概念及其在实践中的应用，不少工艺原则只能用理论概括说明，很难用数学方法揭示其严密的关系。因此，在学习过程中应充分注意联系生实际，如各种机械加工方法、加工设备、工艺装备，常见的毛坯形式，制造方法等。 2）及时完成并交作业。1.1 机械制造工程学科13（6）关于考试 1）内容以课堂讲授的内容为主； 2）题型为：判断题 、填空题 、名词解释 、方案分析、简答题、计算题； 3）交作

8、业记录作为获得考试成绩的必要依据。（7）参考教材： 1）机械制造艺学 王先逵主编 机械工业出版社 2）机械制造工艺学课程设计指导书 王栋主编 机械工业出版社141.2 工艺过程与工艺系统151.2.1 机械产品生产过程 机械产品生产过程生产过程指从原材料开始到成品出厂的全部劳动过程 包括毛坯的制造、零件的机械加工和热处理、机器的装配、检验、测试和油漆等主要劳动过程称为直接生产过程 还包括专用工具、夹具、量具和辅具的制造、机器的包装、工件和成品的储存和运输、加工设备的维修，以及动力（电、压缩空气、液压等）供应等辅助劳动过程称为辅助生产过程 生产过程可以由一个车间或一个工厂完成，也可以由多个工厂协

9、作完成 16定义一： 在生产过程中，凡是直接改变零件的形状、尺寸、相对位置和材料性质等，使其成为成品或半成品的过程。定义二： 在生产过程中，那些与原材料变为产品直接有关的过程，如毛坯制造、机械加工、热处理和装配等。 工艺过程1.2.1 机械产品生产过程171.2.2 机械加工工艺过程 是机械产品直接生产过程的一部分，传统上是指采用金属切削刀具或磨具来加工零件，使之达到所要求的形状、尺寸、表面粗糙度和力学物理性能、成为合格零件的生产过程。 现在是指各种加工方法除切削和磨削外，还包括其它加工方法，如电加工、超声加工、电子束加工、离子束加工、激光束加工，以及化学加工等 。 机械加工工艺过程18 工序

10、是指由一个或一组工人在同一台机床或同一个工作地，对一个或同时对几个工件所连续完成的那一部分机械加工工艺过程。机械加工工艺过程组成1.2.2 机械加工工艺过程阶梯轴零件19工序号工序内容设备加工小端面，对小端面钻中孔，粗车小端外圆，对小端倒角；加工大端面，对大端面钻中心孔，粗车大端外圆，对大端倒角，精车外圆车床铣键槽，手工去毛刺铣床表1-2 阶梯轴单件生产的工艺过程1.2.2 机械加工工艺过程20工序号工序内容设备加工小端面，对小端钻中心孔，粗车小端外圆，对小端倒角车床加工大端面，对大端钻中心孔，粗车大端外圆，对大端倒角车床精车外圆车床铣键槽，手工去毛刺铣床表1-3 阶梯轴大批大量生产的工艺过程

11、1.2.2 机械加工工艺过程21 安装在一道工序中，工件每经一次装夹后所完成的那部分工序称为安装。 装夹工件在加工前，在机床或夹具中相对刀具应有一个正确的位置并给予固定，这个过程称为装夹。1.2.2 机械加工工艺过程 每一个工序可能有一次安装，也可能有几次安装。 如表1-4中工序1，若对一个工件的两端连续进行车端面、钻中心孔，就需要两次安装（分别对两端进行加工），每次安装有两个工步（车端面和钻中心孔）。原则 在同一工序中，安装次数应尽量少，既可以提高生产效率，又可以减少由于多次安装带来的加工误差。221.2.2 机械加工工艺过程工序号安装号安装内容设备11加工小端面，对小端钻中心孔，粗车小端外

12、圆，对小端倒角车 床2加工大端面，对大端钻中心孔，粗车大端外圆，对大端倒角3精车大端外圆4精车小端外圆21铣键槽,手工去毛刺铣床表1-4 工序和安装23 工位在一次安装中，工件在机床上占据每一个位置所完成的那部分工序称为工位。1.2.2 机械加工工艺过程原则 为减少工序中的装夹次数，常采用回转工作台或回转夹具，使工件在一次安装中，可以先后在机床上的不同位置进行连续加工。采用多工位加工，可以提高生产率和保证被加工表面间的相互位置精度。结论24多工位加工1：装卸工件 2：钻孔 3：扩孔 4：铰孔1.2.2 机械加工工艺过程25工步在被加工的表面、切削刀具、切削用量（仅指切削速度和进给量）都不变的情

13、况下所完成的那部分工序。1.2.2 机械加工工艺过程 底座零件底孔加工工序2627复合工步在一个工步内，若有几把刀具同时加工几个不同表面，称此工步为复合工步）a）立轴回转车床回转刀架 b）立轴转塔车床的一个复合工步 1.2.2 机械加工工艺过程28c) 钻孔、扩孔复合工步d) 组合铣刀铣平面复合工步29 走刀在一个工步内，如果要切掉的金属层很厚，可分几次切削，刀具对工件的每一次切削就称为一次走刀。 1.2.2 机械加工工艺过程车削阶梯轴301.2.3 机械加工工艺系统零件进行机械加工时，必须具备一定的条件，即要有一个系统来支持，称之为机械制造工艺系统。通常，一个系统是由物质分系统、能量分系统和

14、信息分系统所组成。机械制造工艺系统的物质分系统（系统硬件）由工件、机床、工具和夹具所组成，即机械加工工艺系统。机械制造工艺系统的信息分系统（系统软件）包括加工方法、工艺过程、数控程序等。能量分系统是指动力供应。 研究机械制造工艺系统的组成及其内在的规律，其目的是为了使工艺系统的软、硬件有机地结合起来，以达到工艺过程最佳化的目标。 31机械制造工艺学1.3 生产类型与工艺特点321.3.1 生产纲领 生产纲领在计划期内，应当生产的产品产量和进度计划 年生产纲领（产品的年产量）式中 N 年生产纲领（件/年） ； Q 产品年产量（台/年）； n 每台产品中该零件数量（件/台）； 备品率； 废品率。

15、年生产纲领是设计或修改工艺规程的重要依据，是车间（或工段）设计的基本文件 331.3.3 生产类型及工艺特点 零件年生产纲领（件/年）重型机械 中型机械 轻型机械单件生产小批量生产中批量生产大批量生产大量生产5510010030030010001000生产类型202020020050050050005000100100500500500050005000050000生产类型单件生产批量生产大量生产小批量生产中批量生产大批量生产单件小批生产中批生产大批大量生产 生产类型划分 生产类型规范34单件生产 单个的生产不同结构和不同尺寸的产品，并且很少重复；例如重型机器制造、专业设备制造和新产品试制等。

16、 成批生产 一年中分批地制造相同的产品，制造过程有一定的重复性；例如机床制造就是比较典型的成批生产。 每批制造的相同产品的数量称为批量。根据批量的大小，成批生产又可分为：小批生产-中批生产-大批生产大量生产 产品数量很大，大多数工作地点经常重复地进行某一个零件的某一道工序的加工。例如，汽车、拖拉机、轴承等的制造通常都是以大量生产的方式进行。1.3.3 生产类型及工艺特点 351.3.3 生产类型及工艺特点 生产类型单件小批生产 中批生产 大批大量生产加工对象毛坯制造方法及加工余量机床及布置形式夹具刀具和量具装夹方法装配方法工人技术水平生产率成本工艺文件经常变换木模手工造型，自由锻，毛坯精度低，

17、加工余量大通用机床，机群式排列布置通用夹具，组合夹具通用刀具和量具画线找正，通用夹具配置，调整法，修配法高 低高简单工艺过程卡周期性变换部分金属膜、锻模，毛坯精度中等，加工余量中等部分通用、部分专用机床机群式或生产线排列布置专用夹具，可调整夹具刀具和量具部分通用、部分专用部分画线找正，通用或专用夹具少量配置，多数互换装配中中中详细工艺过程卡，关键工序工序卡相对固定不变金属膜、模锻，毛坯精度高，加工余量小专用高效机床，流水线或自动线排列布置专用、高效夹具专用、高效刀具和量具专用、高效夹具互换装配法低高低详细工艺过程卡，工序卡项目 不同生产类型工艺特点36在大批、大量生产中，常采用生产率较高的毛坯

18、制造方法，如金属型铸造、精密铸造、模锻、冷冲压、粉末冶金等，使毛坯的形状更接近于零件的形状。这样可以大量减少切削加工的劳动量，从而提高了材料的利用率，降低机械加工的成本。在单件小批生产中，一般采用木模手工砂型铸造和自由锻造，因此毛坯的精度低，成本高、废品率高、切削加工劳动量大。1.3.3 生产类型及工艺特点 37机械制造工艺学1.4 装夹、定位与基准381.4.1 工件装夹划线找正装夹精度不高，效率低，多用于形状复杂的铸件。直接找正装夹精度高，效率低，对工人技术水平高。夹具装夹 精度和效率均高，广泛采用。装夹的含义 装夹又称安装，包括定位和夹紧两项内容。定位 使工件在机床或夹具上占有正确位置夹

19、紧 对工件施加一定的外力，使其已确定的位置在加工过程中保持不变工件装夹方法391.4.1 工件装夹刨槽时直接找正滚齿时直接找正40划线找正法示例411.4.1 工件装夹毛坯孔加工线找正线划线找正安装421.4.1 工件装夹工件在夹具上装夹1夹紧螺母2双联齿轮(工件)3定位心轴4基座5螺杆6插齿刀6431.4.1 工件装夹工件在夹具上装夹（滚齿夹具）441.4.1 工件装夹铣键槽工序的装夹451.4.2 六点定位原理 从机械加工工艺系统的角度来看，要保证加工精度，必须使工艺系统中的工件、机床、夹具、刀具四个环节之间具有正确的相对位置，如工件与夹具的相对正确位置；夹具与机床、刀具的相对正确位置。我

20、们所讨论的定位主要是指工件在夹具中的正确位置。 要使工件在夹具中的位置得到确定，必须解决两个问题或矛盾：首先要解决工件在夹具中“定与不定”的矛盾，即对工件的定位进行定性分析，所使用的重要工具就是“六点定位原理”。应用“六点定位原理”对工件进行定位分析，以提出正确的定位方案，使一批工件中的每一个工件，在夹具中都能占据一个统一的、正确的位置。其次，即使工件定位满足了“六点定位原理”，也不一定能够保证加工要求，还必须解决工件在夹具中定位时“准与不准”的矛盾，即对工件的定位进行定量分析，此时所使用的重要工具就是“定位误差的分析与计算”。只有在正确的定位前提下，所计算出的定位误差满足定位误差不等式，最终

21、才能保证工件的加工精度要求。461.4.2 六点定位原理 工件在夹具中的定位实质，就是要使工件在夹具中占有一个正确的、统一的位置，这个正确的位置是通过定位支承限制相应的自由度来实现的。对于单个工件来说，定位的任务就是使该工件准确占据定位元件所规定的位置；对于一批工件来说，定位的任务就是使一批工件中的每个工件逐次放入夹具中时，都能占据一个统一的、一致的位置。因为专用机床夹具通常是用于加工一批工件的，所以设计夹具时，保证一批工件在夹具中位置的一致性，就是工件定位的本质问题。六点定位原理： 工件在空间直角坐标系中，有分别沿三个坐标轴的移动自由度和分别绕三个坐标轴的转动自由度，共六个自由度。这六个自由

22、度需要用按一定要求布置的六个支承点一一消除，其中每个支承点相应地消除一个自由度。 471.4.2 六点定位原理 六点定位原理 任何一个物体在空间直角坐标系中都有 6 个自由度用 表示48六点定位原理YZX 六点定位原理 要确定其空间位置，就需要用支承限制其 6 个自由度 将 6 个支承抽象为6个“点”，6个点限制了工件的6 个自由度，这就是六点定位原理。1.4.2 六点定位原理 49 当工件由多个表面定位时，可依据限制自由度数的多少，将各定位表面分为： 第一定位基准（主要定位面） 三角形分布，支承范围大 第二定位基准（导向定位面） 选大的面定位 两点连线不垂直主定位面，距离远选窄长的面定位 第

23、三定位基准（止推定位面）选可承受切削力的面1.4.2 六点定位原理 50运用“六点定位原理” 时要注意的问题： 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。1.4.2 六点定位原理 51分析定位支承点的定位作用时，不考虑力的影响。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。欲使其在外

24、力的作用下不能运动，是夹紧的任务；反之，工件在外力作用下不能运动，即被夹紧，也并非是说工件的所有自由度都被限制了。定位和夹紧是两个概念，不能混淆。 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。1.4.2 六点定位原理 52 正确理解夹具设计中，定位和夹紧两个重要概念： 定位的作用就是使同一批工件逐次放置到夹具中都能占据同一位置，它是依靠定位元件、定位装置在工件夹紧之前或夹紧过程中实现的。工件正确定位后，还须对其进行夹紧。 夹紧的作用是保证该正确位置在加工过程中受到切削力、惯性力和重力的作用而不发生改变，不至于损坏刀具和机床、伤害操作工人。 必须指出的是，工

25、件定位了，不一定得到夹紧；工件夹紧了，不一定得到了定位。装夹过程一般是先定位后夹紧，但定位和夹紧也可以同时进行。1.4.2 六点定位原理 53工件的6个自由度均被限制，称为完全定位。工件6个自由度中有1个或几个自由度未被限制，称为不完全定位。完全定位与不完全定位不完全定位主要有两种情况： 工件本身相对于某个点、线是完全对称的，则工件绕此点、线旋转的自由度无法被限制（即使被限制也无意义）。例如球体绕过球心轴线的转动，圆柱体绕自身轴线的转动等。 工件加工要求不需要限制某一个或某几个自由度。如加工平板上表面，要求保证平板厚度及与下平面的平行度，则只需限制 3 个自由度就够了。1.4.2 六点定位原理

26、 541.4.2 六点定位原理 完全定位与不完全定位zxyc）zxyb）zxya）zxyd） e）zxyf）zxy工件应限制的自由度55工件应限制的自由度xyzxyz1.4.2 六点定位原理561.4.2 六点定位原理附加自由度的限制57欠定位工件加工时必须限制的自由度未被完全限制，称为欠定位。欠定位不能保证工件的正确安装，因而是不允许的。欠定位示例xzya）b）BBB1.4.2 六点定位原理 581.4.2 六点定位原理 59过定位 过定位工件定位时，一个自由度同时被两个（或两个以上）约束点所限制，称为过定位。 过定位是否允许，要视具体情况而定：1）如果工件的定位面经过机械加工，且形状、尺寸

27、、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。1.4.2 六点定位原理 60 过定位分析（桌子与三角架）过定位分析1.4.2 六点定位原理 61 过定位分析过定位示例1.4.2 六点定位原理 a）ZXXYb）ZXYX62 过定位分析过定位示例yxa）zxb）zxyx1.4.2 六点定位原理 631.4.2 六点定位原理64 一面两孔定位分析D1D2

28、d2d1b一面两孔定位干涉分析1.4.2 六点定位原理 65 过定位讨论如图示，齿轮坯以内孔和一小端面定位，车削外圆和大端面。加工后检测发现大端面与内孔垂直度超差。试分析原因，提出改进意见。4A0.02 A间隙配合刚性心轴过定位示例1.4.2 六点定位原理 66过定位引起夹紧变形1.4.2 定位原理 67橡胶垫过定位处理分析1.4.2 六点定位原理 681.4.2 六点定位原理69 讨论分析图示定位方案：各方案限制的自由度有无欠定位或过定位对不合理的定位方案提出改进意见。 b）xzyxa）zyx过定位分析1.4.2 六点定位原理 70a）yyxa1）xyxa2）zyx过定位示例分析1.4.2

29、六点定位原理 71b）xzyxb1）xzyxxzb2）yxxzb3）yx过定位示例分析1.4.2 定位原理 72过定位危害：定位不准确；夹紧困难；会使工件及定位元件变形消除过定位及其干涉的措施:： 改变定位元件的结构，以消除被重复限制的自由度； 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，以减少或消除过定位引起的干涉。 特殊为提高定位稳定性和结构刚度，简化夹具可用 过定位。前提提高工件定位面、夹具定位面的相互位置精度。 1.4.2 六点定位原理73电冰箱的定位1.4.2 六点定位原理741.4.2 六点定位原理751.4.2 六点定位原理76应用六点定位原理可以解决三种类型的问题

30、： ）给出工序简图，其中表明了加工表面及加工要求，要求确定欲消 除的自由度； ）在）基础上，提出合理的定位方案； ）给出工序要求及定位方式，分析各个定位元件的定位作用。 分析方法： ）逐个分析法； ）排除法。 二者常常结合使用。1.4.2 六点定位原理77要 点按加工要求确定 注意：不欠定位 往往多于理论要求的 为承受切削力、简化夹具结构 注意：不过定位 理论联系实际 注重实际应用理论上要限制的自由度实际上要限制的自由度1.4.2 六点定位原理78zyxzyxzyxzyx工件以平面定位平面定位的主要形式是支承定位。常用的定位元件有支承钉、支承板、夹具支承件和夹具体的凸台及平面等。zyxzyx1

31、.4.3 工件常见定位方式 工件以平面定位79工件以圆孔定位工件以圆孔定位多属于定心定位（定位基准为圆柱孔轴线）。常用定位元件是定位销和心轴。定位销有圆柱销、圆锥销、菱形销等形式；心轴有刚性心轴（又有过盈配合、间隙配合和小锥度心轴等）、弹性心轴之分。yxzyxzyxzyxzyxzyxz工件以圆孔定位1.4.3 工件常见定位方式 80工件以外圆柱面定位工件以外圆柱面定位两种形式：定心定位和支承定位。工件以外圆柱面定心定位的情况与工件以圆孔定位的情况相仿（用套筒和卡盘代替心轴或柱销）。工件以外圆柱面支承定位的元件常采用V型块，短V型块限制2个自由度，长V型块（或两个短V型块组合）限制4个自由度。y

32、xzyxzyxzyxzyxz工件以外圆柱面定位1.4.3 工件常见定位方式 81除平面、圆孔、外圆柱面外，工件有时还可能以其它表面（如圆锥面、渐开线齿面、曲面等）定位。下图为工件以锥孔定位的例子，锥度心轴限制了除绕工件自身轴线转动外的 5个自由度。工件以锥孔定位1.4.3 工件常见定位方式 工件以其他表面定位82在多个表面同时参与定位情况下，各定位表面所起作用有主次之分。通常称定位点数最多的表面为主要定位面或支承面，称定位点数次多的表面为第二定位基准面或导向面，称定位点数为 1 的表面为第三定位基准面或止动面。定位方法与定位元件 定位表面的组合yxz工件在两顶尖上定位在分析多个表面定位情况下各

33、表面限制的自由度时，分清主次定位面很重要。如下图所示工件在两顶尖上的定位，应首先确定前顶尖限制的自由度，他们是 。然后再分析后顶尖限制的自由度。此时，应与前顶尖一起综合考虑，可以确定其限制的自由度是 。83848586871.4.4 基准基准 确定加工对象上几何要素间几何关系所依据的那些点、线、面称为基准。可作为基准的表面称为基准面。 881.4.4 基准设计基准 在设计图样上所采用的基准，即标注设计尺寸的起点。 89钻套的设计基准1.4.4 基准90设计基准1.4.4 基准911.4.4 基准工艺基准 在工艺过程中所采用的基准。即零件在加工或装配过程中所使用的基准。又可分为：工序基准、定位基

34、准、测量基准与装配基准。 1、工序基准 在工序图上用来确定本工序所加工表面加工后的尺寸（称工序尺寸）、形状和位置关系时，所依据的点、线、面称为工序基准。92工序基准1.4.4 基准932、定位基准 工件在机床上加工时，在工件上用以确定被加工表面相对机床、夹具、刀具位置的点、线、面称为定位基准，确定位置的过程称为定位。 定位基准常用的是“面”，所以也称为定位面，常以符号“ ”表示，其尖端指向定位面。如右图为加工齿轮时的定位基准表示法。 定位基准表示法 1.4.4 基准94 定位基准1.4.4 基准95 定位基准1.4.4 基准96在加工时用于工件定位的基准称为定位基准。又可进一步分为：定位基准

35、使用未经机械加工表面作为定位基准，称为粗基准。零件上根据机械加工工艺需要而专门设计的定位基准。如用作轴类零件定位的顶尖孔，用作壳体类零件定位的工艺孔或工艺凸台等。粗基准使用经过机械加工表面作为定位基准，称为精基准。精基准附加基准97定位基准 98定位基准 工艺凸台A向A小刀架上的工艺凸台993、测量基准在工件上用以测量已加工表面位置时所依据的点、线、面称为测量基准。一般情况下常采用设计基准作为测量基准，如图。测量基准1004、装配基准在装配时，用来确定零件或部件在机器中的位置所依据的点、线、面称为装配基准。齿轮装配在轴上，内孔是它的装配基准；轴装配在箱体孔上，则轴颈是装配基准；主轴箱装配在床身

36、上，则主轴箱体的底面是装配基准。101齿轮的装配基准102注意区别基准与基面的概念区别： 作为基准的点、线、面在工件上不一定具体存在，如孔的中心线，而是由具体的表面来体现，这些表面称为基面。基面是客观存在的，是看得见、摸得着的。在生产实际中，常将基准和基面通称为基准。1.4.4 基准103第6章 机床夹具设计学习指南 机床夹具是机械加工中重要的工艺装备，对保证零件加工精度至关重要。本章首先介绍机床夹具的功能、组成与分类；然后重点讨论工件在夹具上的定位与夹紧，包括定位方法与定位元件，夹紧原则与夹紧机构等；再后介绍各类机床夹具的结构与特点；最后通过实例对机床夹具设计步骤与方法进行说明。 学习本章内

37、容，应深入理解和重点掌握夹具设计中的主要问题定位与夹紧，并通过一定的实践（包括课程设计）初步掌握机床夹具设计的步骤和方法。 机床夹具设计是一件实践性和经验性很强的工作，进行实际工程训练必不可少。为深入理解本章内容，学习者应注意与前面各章内容相联系。此外，安排夹具装配实验，对初学者正确把握夹具设计方法也很有必要。104第6章 机床夹具设计本章要点机床夹具组成、分类工件在夹具上的定位工件夹紧各类机床夹具夹具设计步骤与方法105第6章 机床夹具设计6.1 机床夹具概述106 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 机床上用

38、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。6.1.1 机床夹具及其组成107 连杆铣槽夹具1 菱形销 2 对刀块 3 定位键 4 夹具底板 5 圆柱销 6 工件 7 弹簧 8 螺栓 9 螺母 10 压板 11 止动销 1081）定位元件及装置 它与工件的定位基准相接触，用于确定工件在夹具中的正确位置，从而保证加工时工件相对于刀具和机床加工运动间的相对正确位置。如V型块、定位销、定位支承等。 2）夹紧元件及装置 用于夹紧工件，在切削时使工件在夹具中保持既定位置。 3）对刀及导向元件 这些元件的作用是保证工件与刀具之间的正

39、确位置。用于确定刀具在加工前正确位置的元件，称为对刀元件，如对刀块、钻套、镗套。用于确定刀具位置并导引刀具进行加工的元件，称为导引元件。 4）连接元件 用以确定夹具在机床上的位置并与机床相连接。 6.1.1 机床夹具及其组成夹具的组成1095）夹具体 用于连接或固定夹具上各元件及装置，使其成为一个整体的基础件。它与机床有关部件进行连接、对定，使夹具相对机床具有确定的位置。如底座。 6）其它元件及装置 有些夹具根据工件的加工要求，要有分度机构，铣床夹具还要有定位键等。如某些夹具中的分度装置、防错（防止错误安装）装置、为便于卸下工件而设置的顶出器等。 以上这些组成部分，并不是对每种机床夹具都是缺一

40、不可的，但是任何夹具都必须有定位元件和夹紧装置，它们是保证工件加工精度的关键，目的是使工件定准、夹牢。6.1.1 机床夹具及其组成110工件以外圆和端面为定位基准，放在一个固定V形块1和支承套2上定位，转动手柄3，偏心轮推动活动V形块夹紧工件。对刀块6用来确定铣刀相对工件的位置。所有的装置和元件都装在夹具体5上。为了方便地确定夹具在机床上的正确位置，在夹具底部装有定向键（图中件4）。安装夹具时只要将两个定向键放入铣床工作台的T型槽中并靠向一侧，则不需再进行找正便可将夹具固紧在机床工作台上。 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6.1.1 机床夹具及其

41、组成1116.1.2 机床夹具功能1）保证加工质量 用夹具装夹工件时，工件相对于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。2）提高生产效率，降低生产成本 使用夹具装夹工件方便、快速，工件不需要划线找正，可显著地减少辅助工时；工件在夹具中装夹后提高了工件的刚性，可加大切削用量；可使用多件、多工位装夹工件的夹具，并可采用高效夹紧机构，进一步提高劳动生产率。3）扩大机床工艺范围 根据加工机床的成形运动，附以不同类型的夹具，即可扩大机床原有的工艺范围。例如在车床的溜板上或摇臂钻床工作台上装上镗模，就可以进行箱体零件的镗孔加工。4）减轻工人劳动强度，保证安全生

42、产 夹具功能1121）通用夹具：已经标准化的、在一定范围内可用于加工不同工件的夹具。如三爪、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。特点：通用性强、应用广泛，适于工件简单、单件小批量生产中。 2）专用夹具：为某一工件特定工序专门设计的夹具。特点：结构紧凑、使用方便、生产效率高，但需要专门设计制造，周期长、成本高，产品变更时便报费。适合于成批，大量生产。本课程主要讨论这种夹具。3）可调整夹具及成组夹具：以成组技术为基础，对所有的零件按相似性进行分类，对每一类设计制造出一种夹具。 特点：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。 按夹具使用范围划分6.

43、1.3 机床夹具分类1134）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，组装成各种专用夹具。使用后，元件可拆开、洗净后存放，待需要时重新组装。特点：大大缩短了设计制造周期，但由于组成零件多，因而结构刚性差，尤其适合于大厂的新产品试制及单件小批生产中。5）随行夹具：在自动线或柔性制造系统中使用的夹具。与工件一起从生产线的一个工位移动到另外一个工位，以进行不同工序的加工。 6.1.3 机床夹具分类114三爪卡盘四爪卡盘万向平口钳回转工作台分度头通用夹具6.1.3 机床夹具分类115专用夹具 4 3D L零件工序简图6.1.3 机床夹具分类1

44、16零件工序简图43DLLD43D43LDL34DL43DL34成组夹具KH1KH2KH3KH46.1.3 机床夹具分类117组合夹具实例6.1.3 机床夹具分类118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6.1.3 机床夹具分类119机械制造工艺学6.2 工件在夹具上的定位120足够的精度。足够的硬度和耐磨性。足够的刚度和强度。工艺性要好。便于清除切屑。定位元件的基本要求6.2.1 定位方法与定位元件1216.2.1 定位方法与定位元件 工件以平面定位 固定支承支承钉支承板A

45、 型B 型C 型A 型B 型固定支承支承钉支承板1226.2.1 定位方法与定位元件为保持几个支承板的等高性应:严格控制其高度公差装配后统一磨削 支承板定位表面应被工件定位表面完全遮盖，即其面积小于工件定位表面面积，以使定位元件均匀磨损。1236.2.1 定位方法与定位元件 可调支承支承点的位置可以在一定高度范围内调整的支承。当工件定位表面不规整或工件批与批之间毛坯尺寸变化较大时，常用可调支承。可调支承注意：每一批工件都要对可调支承进行调整，且调整完后一定要锁紧，即将该位置固定。124125自位支承6.2.1 定位方法与定位元件 自位支承又称浮动支承。在定位过程中，支承点可以自动调整其位置以适

46、应工件定位表面的变化。只限制一个自由度，可提高工件的安装刚性和稳定性。1266.2.1 定位方法与定位元件 辅助支承在工件完成定位后才参与支承，它不起定位作用，而只起支承作用，常用于在加工过程中加强被加工部位的刚度，提高切削稳定性。 辅助支承注意：对一批工件的每一个工件都要进行调整（与可调支承相比）。127辅助支承的应用6.2.1 定位方法与定位元件 128辅助支承的应用6.2.1 定位方法与定位元件 129平面定位元件的选用面积较小的基准平面选用支承钉面积较大、平面度精度较高的基准平面定位选用支承板毛坯面、阶梯平面和环形平面作基准平面定位时，选用自位支承毛坯面作基准平面，调节时可按定位面质量

47、和面积大小分别选用可调支承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6.2.1 定位方法与定位元件1306.2.1 定位方法与定位元件 工件以圆柱孔定位 心轴在车、铣、磨、齿轮加工等机床上加工套筒类和盘类零件。心轴刚性心轴弹性心轴自动定心心轴液塑心轴过盈配合间隙配合小锥度心轴过盈配合心轴间隙配合心轴小锥度心轴1316.2.1 定位方法与定位元件 工件以圆柱孔定位 心轴弹性心轴1326.2.1 定位方法与定位元件 工件以圆柱孔定位 心轴自动定心心轴1螺母 2弹簧 3活块123AB1336.2.1 定位方法与定位元件 工件以圆柱孔定位 心轴液塑心轴1346.2.1 定位方法与

48、定位元件 工件以圆柱孔定位 定位销：工件上定位内孔较小时，常选定位销定位销圆柱定位销圆锥定位销菱形定位销圆柱定位销1356.2.1 定位方法与定位元件 工件以圆柱孔定位 定位销菱形销锥形销1366.2.1 定位方法与定位元件 工件以外圆柱面定位 套筒（定心定位）套筒定位当工件对称度要求较高时，选用V形块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1376.2.1 定位方法与定位元件138对于有些大型工件，不便从轴向安装，此时可利用半圆套定位。如下图上半圆夹紧，下半圆定位。6.2.1 定位方法与定位元件 半圆套139V形块的结构类型 6.2.1 定位方法与定位元件图a用于短精基准图b用

49、于较长粗基准图c用于长基准，精基准图d较粗大工件，可镶钢垫，提高耐磨性，节约钢材工件以外圆柱面定位 V 形块（支承定位）1401416.2.1 定位方法与定位元件 工件以外圆柱面定位 V 形块（支承定位）V 形块 当90时，有： 1426.2.1 定位方法与定位元件 工件以其他表面定位 工件以锥面定位工件以齿面定位143生产中最常见的“一面两孔”定位“一面两孔”定位的特点：容易实现基准统一；位置精度高；存在过定位现象（支承平面限制三个自由度，每根短销限制两个自由度）一面两孔定位6.2.1 定位方法与定位元件1446.2.1 定位方法与定位元件145销、孔安装时，必须有一定的间隙，此时 dmax

50、=Dmin mind 轴径；D 孔径； 间隙146一圆销、一削边销及一平面定位削边销的形成147为了保证销的强度，通常使用菱形销。图a用于直径很小时图b用于直径为350mm时图c用于大于50mm时1486.2.1 定位方法与定位元件 一面两孔定位 一面两孔定位菱形销宽度尺寸计算BbD2d2O2O2ACL1/2TLKL1/2TLXD1d1O1式中 b 菱形销宽度； D1，D2 与圆柱销和菱形销配合孔最小直径； 1min ，2min 孔1、2与销1、2的最小间隙； TLK ，TLX 两孔和两销中心距的公差。 1496.2.1 定位方法与定位元件 一面两孔定位设计计算 1）确定两销中心距尺寸及公差：

51、取工件两孔中心距基本尺寸为两销中心距基本尺寸，其公差取工件孔中心距公差的1/51/32）确定圆柱销直径及其公差：取相应孔的最小直径作为圆柱销直径的基本尺寸，其公差一般取g6或f7。3）确定菱形销宽度、直径及其公差：按有关标准（见下表）选取菱形销的宽度b；然后按前式计算菱形销与其配合孔的最小间隙2min ；再计算菱形销直径的基本尺寸：d2D22min ；最后按h6或h7确定菱形销直径公差。 菱形销结构尺寸d36688202025253232404050Bd0.5d1d2d3d4d5d6b11233345b2345568（单位：mm）b 削边销计算宽度 b1 修圆后留下的圆柱部分宽度150151加

52、工误差不等式 使用机床夹具时，影响加工精度有哪些因素呢？换句话说，使用夹具时，加工误差有几部分组成呢？由三部分组成： 基准位置误差JW 定位误差 DW 1、安装误差 AZ 基准不重合误差BC 夹紧误差JJ 对刀误差DO 2、对定误差DD 夹具位置误差W 力变形、热变形3、过程误差GC 机床、夹具、刀具的磨损6.2.2 定位误差计算152 要保证加工精度, 必须满足加工误差不等式：AZ+ DD+GC T T工件公差 一般可平均分配 AZ（1/3）T DD（1/3）T GC（1/3）T 也可给GC留（1/3）T、（2/3）T在AZ、 DD之间进行调整 153调整法 按零件规定的尺寸预先调整好刀具与

53、工件的相对位置来保证加工表面尺寸的方法。154 定位误差是一批工件在夹具中定位时，因定位不准确所引起的加工误差。定位误差是一个重要的概念，必须明确以下几点： 1. 只有用“调整法”加工一批工件时，才存在定位误差，用“试切法”加工工件时不存在定位误差，或者说讨论定位误差没有意义； 2. 从误差的性质上看，定位误差属于随机性误差。对于定位误差，即使可以计算出具体的数值，但它是一批工件因定位而可能出现的最大的加工误差。对于一批工件中的某一个来说，其定位误差有可能没有计算出的数值大，也可能恰好为零； 3. 定位误差产生的原因在于一批工件在定位过程中，定位基准位置发生了变化或定位基准与工序基准不重合，导

54、致工序基准沿加工方向上产生了变动。 可见，定位误差在本质上就是一批工件定位时工序基准在加工要求方向上最大的变动量，这也是我们计算定位误差的基本依据。 1556.2.2 定位误差计算 定位误差的概念 例如在轴上铣键槽，要求保证槽底至轴心的距离H。若采用V 型块定位，键槽铣刀按规定尺寸H调整好位置。实际加工时，由于工件直径存在公差，会使轴心位置发生变化。此变化量就是由于工件的定位而引起的加工误差，故称为定位误差。定位误差HOAO1DW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。1561）由于工件定位表面或夹具定位元件制作不准确引起的定位误差，称为基准位置误差，如前页图所示例子

55、。2）由于工件的工序基准与定位基准不重合而引起的定位误差，称为基准不重合误差。 DW= JB +Jw 矢量和 右图所示工件以底面定位铣台阶面，要求保证尺寸a ，即工序基准为工件顶面。如刀具已调整好位置，则由于尺寸 b 的误差会使工件顶面位置发生变化，从而使工序尺寸 a 产生误差。bDWa由于基准不重合引起的定位误差工序基准 定位基准6.2.2 定位误差计算 定位误差的来源1571）合成法 定位误差的来源主要有两方面：一是由于工件的定位表面或夹具上的定位元件制造不准确，导致工件在定位时定位基准本身的位置发生了变动而引起的定位误差，称为基准位置误差；二是由于工件的定位基准与工序基准不重合而引起的定

56、位误差，称为基准不重合误差。因此，可分别计算出基准不重合误差和基准位置误差，然后在加工要求方向上进行合成。式中 DW 定位误差； BC 基准不重合误差； JW 基准位置误差； 基准不重合误差与加工方向的夹角； 基准位置误差与加工方向的夹角。 注意式中“号”的选取：当某种因素引起的、变动趋势相同时，取“+”号；当、变动方向相反时，取“-”号。DWBCcosJW cos6.2.2 定位误差计算 158 2）定义法 定义法是根据定位误差的本质来计算的一种方法。采用定义法时，要明确加工要求的方向，找出工序基准，画出工件的定位简图，并在图中夸张地画出工序基准变动的极限位置，运用初等几何知识，求出工序基准

57、的最大变动量，然后向加工要求方向上进行投影，即为定位误差。这样，只要概念清楚，即可使复杂的定位误差计算转化为简单的初等几何计算。在许多情况下，定义法是一种简明有效的计算方法。 利用定义法计算DW步骤： 明确工序要求（加工要求方向） 找出工序基准 计算工序基准在加工方向上最大变动量 6.2.2 定位误差计算 159 要注意的是，对于加工要求方向是某一固定的方向，如尺寸要求、对称度要求的情况，可将工序基准的最大变动量向该方向投影；对于加工要求方向是任意的方向，如同轴度的情况，工序基准最大的变动量就是定位误差，不必进行投影。 此外，当有多个独立的因素影响工序基准变动时，可使用“各个击破”的方法，即固

58、定其它因素只分析其中的一个因素对工序基准造成的变动量，然后将各个独立因素所造成的工序基准的变动量简单相加即可。1603）微分法 根据定位误差的定义，要计算定位误差，必须确定工序基准在加工要求方向上最大的变动量，而这个变动量相对于基本尺寸而言是个微量，因而可将这个变动量视为某个基本尺寸的微分。微分法是把工序基准与夹具上在加工要求方向上某固定点相连后得到一线段，用几何的方法得出该线段的表达式，然后对该表达式进行微分，再将各尺寸误差视为微小增量，取绝对值后代替微分，最后以公差代替尺寸误差，就可以得到定位误差的表达式。 6.2.2 定位误差计算 161 在不同的加工要求、不同的定位方案条件下，上述三种

59、计算方法各有特点和利弊，都能在不同的侧面反映定位误差的本质及其产生的原因。定义法通过两个极限位置求解定位误差，既有效又简洁；合成法则避免了用极限位置求解定位误差时复杂的位移计算，还有助于正确理解定位误差产生的原因；而微分法在解决较复杂的定位误差分析计算问题时有明显的优势，但有时不易建立工序基准与夹具上固定点的关系式，无法进行计算。 必需指出的是，无论采用哪种计算方法最终得出的结果应是相同的、唯一的。对于较为复杂的定位情况，最好采用两种以上的方法进行计算，以确保计算结果正确、可靠。1626.2.2 定位误差计算工件以平面定位时的定位误差定位基准：平面； 定位元件工作面：平面 =易加工平整，接触良

60、好=所以JW=0 , DW=JB （注：若是毛坯面，则仍有JW）163【例1】 一批工件用“调整法”铣缺口，定位有a）、b）两种方案，如图所示。试计算两种情况下工序尺寸20的定位误差。【解】（1）合成法 a） DW|20 = BC +JW = T40 + 0 = 0.28 + 0 = 0.28 (mm) T20/3 = 0.3/3 = 0.1 (mm) 故不能够采用此种定位方案。 b） DW|20 =BC +JW = 0 + 0 = 0 故可以采用此种定位方案。工件以平面定位164（2）微分法 先建立工序基准到某一固定点距离的关系式，然后对其进行微分。 a）工序基准 A 到定位表面 B 的距离