第四章第2、3节机床夹具及工件定位- (2)课件

机床夹具与工件定位机床夹具为保证工件某工序的加工要求，必须在加工前，使工件在机床上相对刀具的切削或成形运动处于准确的相对位置。

这项工作便是对工件的装夹（安装）。在成批加工工件时一般都通过夹具来进行。机床夹具是机械加工工艺系统的一个重要组成部分。机床夹具所谓机床夹具，是指在机械加工过程中，根据工件机械加工工艺规程的要求，使工件相对机床、刀具保持正确的位置，并能迅速可靠地夹紧工件的机床附加装置，简称夹具。再简单地说，所谓机床夹具，就是用以使工件定位和夹紧的机床附加装置。

当用夹具装夹工件来对工件进行加工时，必须满足三个条件：1、这批工件在夹具中占有正确的加工位置；2、夹具安装在机床上应具有准确的位置；3、刀具相对夹具应具有准确的位置。这里涉及了三层关系：工件相对夹具，夹具相对于机床，刀具相对夹具。上述三层关系即它们之间的正确定位都是通过夹具来间接保证的。2、机床夹具的分类（1）按专门化程度分类1）通用夹具

通用夹具是指已经标准化的，在一定范围内可用于加工不同工件的夹具。例如，车床上三爪卡盘和四爪单动卡盘，铣床上的平口钳、分度头和回转工作台等。这类夹具一般由专业工厂生产，常作为机床附件提供给用户。其特点是适应性广，生产效率低，主要适用于单件、小批量的生产中。

2）专用夹具专用夹具是指专为某一工件的某道工序而专门设计的夹具。其特点是结构紧凑，操作迅速、方便、省力，可以保证较高的加工精度和生产效率，但设计制造周期较长、制造费用也较高。当产品变更时，夹具将由于无法再使用而报废。只适用于产品固定且批量较大的生产中。

钻床夹具---专用夹具钻孔用专用夹具：保证尺寸L和D，以零件一个端面和其内孔进行定位。3）成组夹具

可使用于一组同类(结构相似)零件加工的一套夹具。当从加工工件组中的某一种工件转为加工另一种工件时，只要调整(或更换)夹具中的个别元件(或专用调整件)即可进行装夹和加工。在多品种、中、小批量生产中采用成组加工时，大多采用成组夹具。

如图4-10所示为车削盘、套类零件内、外圆面的成组夹具。它用于加工与端面J垂直的孔、外圆面及其他端面，或两端面有同轴度(表面P与内孔、外圆面)要求的工件。压板座组件KTl可根据工件大小在槽内作径向移动以调整钩形螺栓夹紧位置。钩形螺栓KH1可视工件大小更换。根据工件定位基准不同，定位元件KH2也可以更换。图示的加工零件组简图就是这套成组夹具所能装夹和加工的零件。4）组合夹具

组合夹具是指按零件的加工要求，由一套事先制造好的标准元件和部件组装而成的夹具。组装后可完成某工件的某一道工序的加工，加工完后再拆开、清洗和储存，以便多次反复使用的机床专用夹具。由专业厂家制造，其特点是灵活多变，万能性强，制造周期短、元件能反复使用，特别适用于新产品的试制和单件小批生产。

5）随行夹具

随行夹具是一种在自动线上使用的夹具。该夹具既要起到装夹工件的作用，又要与工件成为一体沿着自动线从一个工位移到下一个工位，进行不同工序的加工。

（2）按使用的机床分类

由于各类机床自身工作特点和结构形式各不相同，对所用夹具的结构也相应地提出了不同的要求。按所使用的机床不同，夹具又可分为：车床夹具、铣床夹具、钻床夹具、镗床夹具、磨床夹具、齿轮机床夹具和其他机床夹具等。

钻床夹具

钻床夹具简称钻模，主要用于加工孔及螺纹。它主要由钻套、钻模板、定位及夹紧装置、夹具体组成。6---钻模5---夹紧装置2、3、4—定位（一面两孔）1---夹具体镗床夹具

镗床夹具又称为镗模，主要用于加工箱体或支座类零件上的精密孔和孔系。主要由镗模底座、支架、镗套、镗杆及必要的定位和夹紧装置组成。（3）按夹紧动力源分类

根据夹具所采用的夹紧动力源不同，可分为：手动夹具、气动夹具、液压夹具、气液夹具、电动夹具、磁力夹具、真空夹具等。

机床夹具的组成定位元件夹紧装置或元件对刀、引导元件其它装置或元件夹具体连接元件3、机床夹具的组成图为用于钻轴套工件上φ6H7孔的钻床夹具，工件以内孔及端面为定位基准，在夹具的定位销6及其端面上定位，即确定了工件在夹具中的正确位置。拧紧螺母5，通过开口垫圈4可将工件夹紧，然后由装在钻模板3上的快换钻套1导引钻头进行钻孔。(1)定位元件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。如图中的定位销6。(2)夹紧装置或元件

用于夹紧工件，在切削时使工件在夹具中保持既定位置。如图中的螺母5和开口垫圈4。(3)对刀、引导元件或装置

这些元件的作用是保证工件与刀具之间的正确位置。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。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。如图中的快换钻套1。(4)连接元件使夹具与机床相连接的元件，保证机床与夹具之间的相互位置关系。

(5)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。如图中的夹具体7。

(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。以上这些组成部分，并不是对每种机床夹具都是缺一不可的，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。

定位元件：1---菱形销；5---圆柱销；4---夹具底板（一面两孔定位）夹紧装置：7、8、9、10对刀、导向元件：2---对刀块夹具连接元件：3---定位键----负责夹具与机床的定位夹具体：4---夹具底板定位元件夹紧装置夹具连接元件夹具体对刀元件4、机床夹具的功用

1）能稳定地保证工件的加工精度用夹具装夹工件时，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）能减少辅助工时，提高劳动生产率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）能扩大机床的使用范围，实现一机多能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。定位原理学习要点：

定位是机械加工中一个极为重要的问题。要深刻理解和牢固掌握定位原理，熟知常用的定位方法。深刻理解欠定位与过定位的概念，能正确分析和处理有关欠定位与过定位的问题。深刻理解定位误差的概念，能正确计算定位误差。

(一)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。任一物体在空间都有六种宏观运动的可能性，称为六个自由度，即沿X、Y、Z轴的移动和绕此三轴的转动，欲使工件在空间取得唯一位置，则必须限制六个自由度。这就是六点定位原理。工件的位置可近似地看成处在空间的自由刚体，要使工件在某个方向有确定的位置，就必须限制该方向的自由度。反过来说，如果在三个相互垂直的平面上，按一定规律分布六个定位点(支承钉)就可以限制工件的全部自由度，如图所示。上述用六个定位点就能确定工件唯一确切位置的规则，就称为六自由度(或六点定位)规则。

1、2、3点：4、5点：6点：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。

图工件在空间的自由度与工件六点定位几个需特别注意的问题1）定位与夹紧的区别工件夹紧后在空间的六个自由度基本上都无法活动，那么是否可以认为定位系统限制了工件的全部自由度呢?定位和夹紧是两个完全不同的概念，起作用的时域也不同。定位是解决工件在夹紧前位置是否正确、是否到位的问题；而夹紧是解决工件在加工过程中，受到切削力、重力等外力的作用下，是否稳定地保持在定位位置的问题。即定位是解决工件的位置定不定(对不对或准不准)的问题，而夹紧是解决工件受力后位置动不动的问题。一定要搞清楚两者的区别。定位是工件在夹具中获得正确的位置；即工件在夹具中的位置对不对。夹紧是保证定好的位置不因外力的作用而发生改变。例如，板状工件安放在平面磨床的磁性工作台上，扳动磁性开关后，工件即被夹紧，其位置就被固定。但工件放在工作台什么位置上并不确定，既可以放在1的位置上，也可以放在2的位置上。

2）六点定位原则中“点”的含义是限制自由度，不要机械地理解成接触点。例如，下图所示板状工件安放工作台上限制了3个自由度，是三点定位。实际上，工件与工作台面接触点可能有多个。

3)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。

4)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，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。欲使其在外力作用下不能运动，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。所以，定位和夹紧是两个概念，绝不能混淆。5）限制自由度与加工技术要求的关系工件需限制几个自由度？需限制哪几个自由度？完全取决于加工技术要求。在一个球体工件上加工一个平面，且有如图所示的工序尺寸要求。应该限制哪些自由度呢?对于这样的工件和加工要求，三个转动自由度不必限制，因为被加工平面在球体上的加工部位没有要求；x、y轴方向的移动无尺寸要求，也无需限制，故只要限制z方向的移动自由度，即球体铣平面(通铣)，只需限制1个自由度言。球体上钻孔，只需限制2个自由度在长方体上通铣平面，只需限制个自由度

限制上平面与下平面(或与侧面)的平行度(或垂直度)。即保证形位精度限制高度尺寸。即保证尺寸精度在圆柱轴上通铣键槽，需限制几个自由度？在长方体上通铣键槽，需限制几个自由度？在长方体上铣不通键槽，需限制几个自由度？由上述实例分析可见，从保证加工要求(尺寸、平行度、垂直度等)的角度，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。因此，不影响加工要求的自由度，就不一定加以限制。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)，哪些自由度与加工要求无关。前者称为第一类自由度，后者称为第二类自由度。对于第一类自由度，工件定位时必须全部限制，不能遗漏，这是因为它对加工要求有直接影响。至于第二类自由度是否应加以限制，应按照加工系统所承受的切削力、夹紧力和定位方案的方便实现等因素，决定限制还是放弃。由前述分析可知，球体上通铣平面只需限制1个自由度，这是从定位分析角度得出的结论，但是在决定定位方案的时候，为了使得定位系统能够实现，承受切削力、夹紧力，方便安排定位元件等原因，往往考虑限制2个自由度(见图4-13a)，或限制3个自由度(见图4-13b)。在这种情况下，对第二类自由度也加以了限制，不仅是允许的，且是必要的。分析下列常见加工形式为保证加工要求应限制的自由度，即第一类自由度。工件的四种定位形式1、完全定位2、不完全定位3、欠定位4、过定位完全定位工件的六个自由度完全被限制的定位称为完全定位。不完全定位（部分定位）只限制那些影响加工精度的自由度（第一类自由度），称为部分定位。如果图8-9的箱体只加工上平面，则只需限制3个自由度，在下面设置三个支承钉即可。而图8-10a)铣台阶面则需限制除Y以外的5个自由度。这些都是采用部分定位。图8-9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，称为欠定位。

在确定工件定位方案时，欠定位时绝对不允许的。例如，在加工如图8-12所示的连杆孔时，只有平面定位或用平面与一短圆销定位都属于欠定位。因为两孔的位置没有确定。又如车一小轴，只用三爪卡盘夹很短的外圆，限制Y移动、Z移动，属于欠定位。欠定位：如在图8-15a)中铣台阶面时只限制下面三点，图b)中铣不通槽时只限制下面3点和左侧面2点都属于欠定位。显然欠定位是绝对不可以使用的，因为它影响加工精度。过定位工件的同一自由度被二个或二个以上的支撑点重复限制的定位，称为过定位。在通常情况下，应尽量避免出现过定位。过定位实例如下图车长轴用双顶尖与三爪装夹，Y和Z的移动超定位。若顶尖孔与工件外圆不同轴，就会造成顶尖与工件的变形。改进：将前顶尖改为挡销，只限制X移动。又如加工连杆时，在两孔中都使用圆柱销定位，则X移动超定位,工件可能不能顺利安装。

改进：将圆柱销2改为削边销或在右边加一活动V形块，只限制Z的旋转。削边销超定位可能带来定位不可靠或工件不能顺利安装，是否绝对不能使用呢?并非如此。只要装夹的外圆是以顶尖孔定位车过的，具有较高的同轴度，就不会发生干涉,反而可以传递较大的扭矩。又如加工齿形时往往用大端面和长轴定位，（见图8-13）也是超定位。但是，由于工件孔与端面和心轴与端面有较高的垂直度，不会发生干涉，且可承受较大的切削力，对加工有利。

可见只要不发生干涉,对提高工件的支承刚度有利，过定位还是可用的。定位元件工件在机床上或夹具中定位时，其第一类自由度是通过工件的定位基准(或基面)与机床或夹具定位元件相接触或配合而被限制的。不同结构的定位基准(或基面)与不同结构类型的定位元件相接触或配合，所能限制的自由度是不同的。我们以定位基准(或基面)的不同类型为例来介绍各种常用的定位元件及其所限制的自由度(数量和方向)。工件上常用的定位基准(或基面)平面内圆面外圆面内锥面外锥面成形面(如渐开线表面)等夹具中常用的定位元件支承钉支承板定位销(心轴)定位套V形块等对定位元件的要求1)要有一定的精度。定位元件的制造精度直接影响被定位工件的加工精度。因此，对定位元件的尺寸及形位公差都提出了严格的要求。一般定位元件的尺寸及位置公差应当控制在被定位工件相应尺寸及位置公差的1/5-1/2。对定位元件的要求2)要有良好的耐磨性。在加工过程中，每一个工件的定位基准(或基面)都要与定位元件接触或配合一次，因此定位元件很容易引起磨损。为了能较长期地保持定位元件的定位精度，它必须具有良好的耐磨性。3)要有足够的刚性。为保证在受到夹紧力、切削力等力的作用下不致发生较大的变形而影响加工精度，定位元件必须具有足够的刚性。工件以平面定位工件的定位平面与定位元件相接触而实现定位。平面定位的定位元件有：

支承钉支承板可调支承自位支承辅助支承

支承钉平头支承钉常常用于支承精基准平面

球头支承钉常常用于支承粗基准平面

齿纹平面支承钉与定位面间的摩擦因数较大，从而增大了定位的可靠性。但槽中易积屑，多用于侧面定位支承钉的结构已标准化，使用时可直接查阅相关标准。通常将一个支承钉视为一个支承点，能限制一个自由度(一个移动或转动)，所限制自度的方向随定位系统的情况而定。此时支承钉限制一个移动自由度

此时支承钉限制限制一个转动自由度

支承板A型结构简单，但埋头螺钉处容易积屑，清理切屑比较麻烦，适宜用于侧面和顶面定位B型支承板在螺钉孔处开有斜凹槽，易于保持工作面清洁，适用于底面定位

单个支承板限制二个自由度(一个移动？，一个转动？)。支承板多用于支承己加工过的平面。当被支承定位的基准平面较大时，为了提高支承刚度，常用几块支承板组合成一个平面。为保证几块支承板的工作面(支承钉亦同)在同一个面上，在组装到夹具体上之后，应将其工作面一起再磨一次。

多个支承板联合工作限制的自由度可调支承可调支承就是支承高度可以调节的支承，其结构形式很多，多用来支承工件的粗基准面。可调支承的可调性完全是为了弥补粗基准面的制造误差。一般每加工一批毛坯时，根据粗基准的误差变化情况，相应加以调整。工件用两个未加工过的阶梯平面I及Ⅱ作为定位粗基准，在工件粗基准平面I上用两个固定支承钉定位，在平面Ⅱ处用了一个可调支承来定位。当不同批次的毛坯使得两个粗基准平面I与Ⅱ之间存在较大的尺寸误差时，为保证加工余量均匀或保证加工平面与非加工平面间的尺寸和位置公差，在加工不同批次的毛坯件时，就可以调整可调支承的高度，以弥补不同批次毛坯的制造误差，方便地保证加工质量。

自位支承可随工件表面误差浮动，以增加与工件的接触点，提高支承刚度，只限制一个自由度。自位支承都有一个共同特点，即与工件是多点接触(两点或三点)，通过它们自身的浮动机构，实现对工件只起一个支承点的作用。所以自位支承只限制一个自由度。在有些定位系统中，既要求增加支承点数目，以减少工件变形或减小接触应力，又要求只限制一个自由度时，可使用自位支承。辅助支承在有些定位系统中，为了增加工件在加工过程中的刚度和提高工件的稳定性，需要增加支承点数以防止工件在加工中变形，故出现了辅助支承。辅助支承在定位系中不起定位作用，其高度锁定后就成为固定支承，可以承受切削力。辅助支承起作用前后都不允许破坏工件己定好的位置。在它的悬空一端增加辅助支承，这样就提高了工件的刚性和稳定性。对于本例中的辅助支承，一定要在装夹好以后再与工件接触起到辅助作用，否则，有可能破坏工件的正常定位。

车削长轴时除了以双顶尖定位外，在中间增加中心架支承。中心架支承也为辅助支承。平面常用辅助支承有三种:螺旋式利用螺栓螺母调节与工件接触。（同可调支承）自位式推引式自位式(弹性式)辅助支承利用弹簧推力保持与工件接触。推引式辅助支承利用斜面推力保持与工件接触。工件以内孔定位工件的内孔定位面是与定位元件相配合而实现定位。这样的定位元件常用的有：心轴圆柱定位销圆锥销。心轴锥形心轴：限制五个自由度过盈配合圆柱心轴：限制四个自由度间隙配合心轴：限制五个自由度圆柱定位销固定式

直接以过盈配合压入夹具体孔内不可换

圆柱定位销可换式

在大批量生产中，圆柱定位销的磨损是不可避免的。为方便地更换磨损了的圆柱定位销，采用这种可换式的。有时为了提高定位销安装孔的耐磨性，在夹具体上的安装孔中压有固定衬套，定位销以配合装在衬套内，并用螺母拉紧。圆柱定位销所能限制的自由度根据定位面与定位元件的有效接触长度L与定位孔直径D之比而定。

可认为是长圆柱定位销与圆孔配合，它限制了四个自由度

可认为是短圆柱定位销与圆孔配合，它限制了两个自由度

圆锥销a用于已加工的孔，b用于未加工过的孔。用圆锥销定位时限制三个自由度。圆锥销与夹具体的连接方式也可以做成像圆柱销一样，呈固定式可换式两种。工件以外圆定位常用的定位元件有：V形块半圆定位块定位套自动定心机构支承板支承钉等。V形块、支承板和支承钉是与外圆面相接触而实现定位的。半圆定位块、定位套和自动定心机构则是通过与外圆面相配合而实现定位的。实际使用中以V形块应用最广。因为结构简单，定位精度适中，它不仅适用于完整的外圆面定位，而且也适用于非完整的外圆面和多级台阶外圆面的定位。V形块定位短V形块常用于精基准且定位圆柱面为等直径的定位系统中用于粗基准或阶梯圆柱面定位组合式

可用于定位面较长或两段定位基面(直径可不相同)分布较远以及粗基准的定位系统中组合长V形块V形块的特征1.两斜面根部凹槽作用：加工斜面让刀用的2.当外圆直径很大时，V形块可不用整体结构钢件，而改用铸铁底座上镶淬硬支撑板或硬质合金（节省材料）3.V形块两侧面夹角有600、900、1200，900常用，这些都已经标准化。V形块在对工件定位时，具有起对中作用的特性，即能使工件外圆轴线与V形块两斜面对称平面重合。V形块限制的自由度它限制了四个自由度

它限制了两个自由度

V形块既可以做成固定式的，也可以做成可移动式的。移动式的V形块还兼起夹紧工件作用，也可以补偿毛坯尺寸变化对定位的影响。用工件上的两孔一面定位一般工件是很少以单一几何要素作为定位基准的，通常都是以两个以上的几何要素联合起来作为定位基准，即以组合表面定位，如用一个孔和一个端面、一个平面及其上的两个孔、一个外圆和一个端面、阶梯轴的两个外圆和一个端面定位等。如果工件以一组几何要素作为定位基准来定位，定位元件也应当由多个联合成为一个定位系统。由于多个定位元件彼此之间还有一定的尺寸或位置联系，使得定位系统