第二篇 第二章 工件的定位夹紧及夹具设计08

第二篇汽车拖拉机制造工艺学第二章工件定位夹紧与机床夹具设计1第二章工件的定位夹紧与机床夹具设计机床夹具概述工件的定位及定位元件工件的夹紧及夹紧机构其他机构与典型夹具设计定位误差的分析与计算2第一节机床夹具概述拨叉－工件；快换钻套－导向元件；短V块、大平面－定位元件；压块、螺钉－夹紧装置；底座－夹具体；金工实习中：车床——三爪卡盘、顶针、鸡心夹头;铣床——平口钳，分度头，回转台;图2-1钻床夹具的组成3机床夹具——凡是机械加工中用来迅速装夹工件，使工件对机床、刀具保持正确相对位置的装置称为机床夹具。第一节机床夹具概述机床夹具的定义装夹的含义装夹又称安装，包括定位和夹紧两项内容。安装——使工件占有正确的加工位置，并使工件夹紧的过程称为安装。安装=定位+夹紧4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。工件安装方法第一节机床夹具概述5工件的安装方法图2-2直接找正安装毛坯孔加工线找正线图2-3划线找正安装6图2-4工件在夹具上装夹（滚齿夹具）工件的安装方法7保证加工精度夹具能使工件对机床，刀具保持正确的相对位置，从而保证了工件的加工精度。提高生产效率避免了手工操作用划线等方法来定位工件，缩短了安装工件的时间。降低劳动强度如可用气动、电动、液动夹紧。扩大机床的使用范围如在车床的溜板上或在摇臂钻床工作台上，装上镗模就可以进行箱体的镗孔加工，以代替镗床加工。降低了对工人的技术水平要求第一节机床夹具概述机床夹具的作用8机床夹具的组成第一节机床夹具概述机床工件刀具联接元件定位元件其它机构与装置夹紧装置导向元件；对刀装置夹具体图2-5机床夹具的组成9定位元件及定位装置用于确定工件在夹具中位置的元件。通过它使工件加工时，相对于刀具及切削成形运动处于正确位置。如上例中的V形块、平面支承、心轴等。夹紧装置用于保持工件在夹具中的既定位置，使它在重力惯性力及切削力等的作用下不致产生位移的装置。它通常是一种机构，包括夹紧元件（如夹爪、压板等），增力传动装置（如：杠杆、螺旋增力机构、斜楔、凸轮等）以及动力装置（如：气缸、油缸）等。导向元件和对刀装置用于确定夹具相对于刀具的位置。如对刀块、钻套、镗套等。联接元件用来保证夹具和机床工作台之间的相对位置。如铣夹具的定向键。其它元件及装置

据需要而定。如分度装置等。机床夹具的组成第一节机床夹具概述10工件的安装——使工件占有正确的加工位置，并使工件夹紧的过程。第二节工件的定位及定位元件三者间的区别：定位：仅使工件占有某一正确位置；夹紧：是保持工件不离开这个正确位置；夹紧了并不一定位置正确，所以夹紧≠定位安装=定位+夹紧夹紧——工件定位后，在不破坏定位的条件下，用一些元件或部件将工件夹紧压牢的过程（使其已确定的位置在加工过程中保持不变）。定位——同一批工件逐次放置到夹具中，使工件在夹具中对机床、刀具占有正确的相对位置称为定位。11要确定其空间位置，就需要限制其6个自由度一个物体在空间可以有六个独立的运动第二节工件的定位及定位元件六点定位原理图2-6自由刚体在空间的自由度XZYO它在直角坐标系oxyz中可以用3个平移运动和3个转动来表示12546123六点定位原理——采用适当分布的六个支承点与工件相接触来限制工件的六个自由度的方法叫六点定位原理。第二节工件的定位及定位元件六点定位原理图2-7六点定位原理XZYO在底面（XOY）布置3个不共线的约束点1、2、3限制Z移动，X转动和Y转动三个自由度在侧面（YOZ）布置两个约束点4、5限制X移动和Z转动两个自由度在端面（XOZ）布置一个约束点6限制Y移动一个自由度13六个支承点：少一个支承点都不能限制六个自由度六点定位原理——采用适当分布的六个支承点与工件相接触来限制工件的六个自由度的方法叫六点定位原理。第二节工件的定位及定位元件六点定位原理适当分布：XOY面内三点在一条直线上，则不能限制三个自由度；YOZ面内两点靠的非常近，则相当于一点；六个支承点在一个平面内；或将YOZ和XOZ面内的三个点并在一个平面内，则不能限制六个自由度相接触：即定位元件与定位面必须紧贴而不得互相脱离图2-7六点定位原理XZYO14ZYXa）ZYXb）ZYXc）ZYXd）e）ZYXf）ZYX图2-8工件应限制的自由度完全定位与不完全定位第二节工件的定位及定位元件是否每个工件均需要限制六个自由度，采用六点定位呢？工件定位时，需要限制哪几个自由度，首先与工序的加工内容有关，其次还与所采用的工件上的定位基面的形状有关15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。不完全定位主要有两种情况：①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。②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。第二节工件的定位及定位元件完全定位与不完全定位16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。b）BBB欠定位与过定位第二节工件的定位及定位元件图2-9欠定位示例XZYa）O17过定位——工件某一个自由度（或某几个自由度）被两个（或两个以上）约束点约束，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、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。第二节工件的定位及定位元件欠定位与过定位18过定位分析（桌子与三角架）图2-10过定位分析第二节工件的定位及定位元件19过定位分析图2-11过定位示例a）ZYXYc）ZYXYb）ZYYX第二节工件的定位及定位元件20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。4A0.02A间隙配合刚性心轴图2-12a过定位示例第二节工件的定位及定位元件21图2-12b过定位引起夹紧变形第二节工件的定位及定位元件22橡胶垫图2-12c过定位处理分析第二节工件的定位及定位元件23第二节工件的定位及定位元件区分：不完全定位与欠定位；完全定位与过定位；问题：欠定位与过定位是否会同时存在？24实例分析分析图示定位方案：①各方案限制的自由度②有无欠定位或过定位③对不合理的定位方案提出改进意见。

b）XZYXc）XZYXa）YXZ图2-13过定位分析第二节工件的定位及定位元件25a）YXZa1）YXZa2）YXZa3）YXZ图2-13a过定位示例分析第二节工件的定位及定位元件26b）XZYXXZb1）YXXZb3）YX图2-13b过定位示例分析第二节工件的定位及定位元件XZb2）YX27c）XZYXc’）XZYXc1）YXXZ图2-13c过定位示例分析第二节工件的定位及定位元件28工件在夹具中的定位，可以转化在空间直角坐标系中，用定位支承点约束工件自由度的方式来分析。工件在定位时应该被限制的运动自由度数目，完全由工件在该工序的加工技术要求所确定。通常，支承点的数目≤6（一般地，一个定位支承点只能限制工件的一个自由度）。据加工技术要求确定工件定位时所应限制的自由度数目，只是保证如此定位能满足加工技术要求的必要条件，但并不是满足工件在夹具中合理装夹的充分条件。欠定位是不允许的；过定位原则上也是不允许的。在实际中为了考虑夹紧刚度等问题，在满足①重复限制自由度的支承之间，不会使工件的安装发生干涉；②满足精度要求的前提下；可适当采取过定位。第二节工件的定位及定位元件小结29（主要定位面上）三个定位支承点的分布，必须尽量使彼此远离和分散，这样所形成的受力三角形的面积便愈大，三点分布过近，受力△面积小，外力作用点若稍微偏出此△，工件便会倾倒；选作导向定位面的定位基准面，应力求其面积愈狭而长，则其导向作用愈好，（导向定位面上）两个定位支承点在定位面的纵长方向上，也必须彼此相距愈远愈好。第二节工件的定位及定位元件小结30ZXYZXY图2-14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。图2-24给出了平面定位的几种情况。ZXY工件以平面定位第二节工件的定位及定位元件ZXYZXYZXY31第二节工件的定位及定位元件工件以平面定位支承钉32第二节工件的定位及定位元件工件以平面定位图2-15固定支承钉结构33第二节工件的定位及定位元件工件以平面定位图2-16可调支承结构34第二节工件的定位及定位元件工件以平面定位图2-17自位支承结构35第二节工件的定位及定位元件工件以平面定位图2-18辅助支承的结构形式36第二节工件的定位及定位元件工件以平面定位图2-19辅助支承应用示例37第二节工件的定位及定位元件工件以平面定位支承板38第二节工件的定位及定位元件工件以平面定位图2-20支承板的结构支承板39图2-21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。工件以圆孔定位所限制的自由度见图2-25。XYZXYZXYZXYZXYZXYZ工件以圆孔定位第二节工件的定位及定位元件40第二节工件的定位及定位元件工件以圆孔定位圆柱定位销41第二节工件的定位及定位元件工件以圆孔定位圆柱定位销（续）42第二节工件的定位及定位元件工件以圆孔定位图2-22圆柱定位销的结构圆柱定位销43第二节工件的定位及定位元件工件以圆孔定位圆锥销44第二节工件的定位及定位元件工件以圆孔定位粗基准使用精基准使用图2-23工件圆孔在圆锥销上的定位圆锥销45第二节工件的定位及定位元件工件以圆孔定位心轴46第二节工件的定位及定位元件工件以圆孔定位图2-24常用刚性心轴结构47图2-25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。XYZXYZXYZXYZXYZ工件以外圆柱面定位第二节工件的定位及定位元件48第二节工件的定位及定位元件工件以外圆柱面定位V形块49第二节工件的定位及定位元件工件以外圆柱面定位定位套50第二节工件的定位及定位元件工件以外圆柱面定位定位套图2-25工件外圆以套筒和锥套定位51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。图2-26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。图2-26工件以锥孔定位工件以其他表面定位接触面较长时——锥形心轴，相当于五个定位支承点限制除绕工件自身轴线转动外的5个自由度。接触面较短时——顶针，相当于三个定位支承点限制三个自由度。第二节工件的定位及定位元件52第二节工件的定位及定位元件工件圆锥孔定位顶尖与心轴53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。定位表面的组合XZY图2-27工件在两顶尖上定位在分析多个表面定位情况下各表面限制的自由度时，分清主次定位面很重要。如图2-27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。第二节工件的定位及定位元件54定位误差的来源组成工件采用夹具定位来加时所产生的与夹具有关的误差，主要由下述三个部分所组成：△j=△a.z+△dw+△j.j△j——与夹具有关的误差△a.z——夹具安装在机床上产生的安装误差△dw——工件在夹具中定位时产生的定位误差△j.j——工件在夹具中夹紧时产生的夹紧误差这里，我们主要讨论其中的定位误差△d.w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。第三节定位误差的分析与计算第二章工件的定位夹紧与机床夹具设计551）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△B

。如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。bΔDWa图2-28由于基准不重合引起的定位误差工序基准

定位基准定位误差的来源与组成第三节定位误差的分析与计算第二章工件的定位夹紧与机床夹具设计56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。不考虑加工过程误差，仅由于轴心位置变化而使工序尺寸H也发生变化。此变化量（即加工误差）是由于工件定位的外圆面制造不准确而引起的，故称为基准制造误差。图2-29定位误差HOAO1O2ΔDW2）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，称为基准制造（位移）误差△Z。第三节定位误差的分析与计算定位误差的来源与组成第二章工件的定位夹紧与机床夹具设计57在采用调整法加工时，工件的定位误差实质上就是工序基准在加工尺寸方向上的最大变动量。因此计算定位误差，首先要找出工序尺寸的工序基准，然后求其在工序尺寸方向上的最大变动量即可。用几何方法计算定位误差通常要画出工件的定位简图，并在图中夸张地画出工件变动的极限位置；然后运用三角几何知识，求出工序基准在加工尺寸方向上的最大变动量，即为定位误差。用几何方法计算定位误差第三节定位误差的分析与计算定位误差的计算第二章工件的定位夹紧与机床夹具设计58由上面两例我们可以得出如下结论：1、工件在定位时，不仅需要根据定位基本定律，保证工件在加工尺寸所在方向上有确定位置，而且还必须保证足够的定位精度。2、工件的定位误差由基准不重合误差，基准制造不准确误差组成即：△dw=△B+△Z3、定位误差主要发生在按调整法加工一批工件时，而按逐件试切法来加工时，根本不存在定位误差。4、不论由何种原因引起定位误差，则其最终结果都是使工序基准在加工尺寸方向上发生位置的最大偏移。5、△B由工序基准与定位基准之间的定位尺寸公差所决定，△Z由定位付间的制造误差所决定：△B由于基准不重合而引起的工序基准在加工尺寸方向上的最大变动量，等于工序基准到定位基准之间的尺寸公差；△Z由于定位付制造不准，所引起的工序基准在加工尺寸方向上最大变动量第三节定位误差的分析与计算第二章工件的定位夹紧与机床夹具设计59第三节定位误差的分析与计算定位误差的计算－工件以平面定位时的定位误差计算△B－由于基准不重合引起的设计（工序）基准在加工尺寸方向上的最大变化量其大小等于设计（工序）基准到定位基准之间的尺寸公差。第二章工件的定位夹紧与机床夹具设计图2-30工件以平面定位时的基准不重合误差定位基准与工序基准重合，定位误差为零。定位基准与工序基准不重合，定位误差为δA2。60第三节定位误差的分析与计算定位误差的计算－工件以平面定位时的定位误差计算第二章工件的定位夹紧与机床夹具设计图2-31工件以平面定位时的基准不重合误差61第三节定位误差的分析与计算定位误差的计算－工件以平面定位时的定位误差计算第二章工件的定位夹紧与机床夹具设计图2-32工件以平面定位时的基准位移误差62第三节定位误差的分析与计算定位误差的计算－工件以外圆面定位时的定位误差计算△B－由于基准不重合引起的设计（工序）基准在加工尺寸方向上的最大变化量其大小等于设计基准到定位基准之间的尺寸公差。第二章工件的定位夹紧与机床夹具设计图2-33工件以外圆定位时的基准不重合误差63第三节定位误差的分析与计算定位误差的计算－工件以外圆面定位时的定位误差计算（V形块定位）第二章工件的定位夹紧与机床夹具设计图2-34-1V形块定位时的定位误差计算64第三节定位误差的分析与计算定位误差的计算－工件以外圆面定位时的定位误差计算（V形块定位）第二章工件的定位夹紧与机床夹具设计图2-34-2V形块定位时的定位误差计算65第二章工件的定位夹紧与机床夹具设计图2-34-3V形块定位时的定位误差计算66第二章工件的定位夹紧与机床夹具设计图2-34-4V形块定位时的定位误差计算67第二章工件的定位夹紧与机床夹具设计图2-34-5V形块定位时的定位误差计算68总结由上面公式可看出：1）V型块的α角↑，三种情况的定位误差↓，但α角不宜过大，这样V型块的对中性能变差。2）△dw2最小，所以以下母线为工序基准来标注定位误差最小。Sin90°=1α=90°、60°、120°当α由60°→120°α/2由30°→60°，Sinα/2↑,△dw↓第二章工件的定位夹紧与机床夹具设计69第三节定位误差的分析与计算第二章工件的定位夹紧与机床夹具设计这时，定位元件与工件间无径向间隙所以在径向有：△dw(x)=0，△dw(z)=0在轴向，若利用压力机的行程加以控制，则：△dw(y)=0，不控制行程，则：△dw(y)≠0由此可见，过盈配合圆柱心轴的定心精度是相当高的XYZ定位误差的计算－工件以圆孔定位时的定位误差计算

在过盈配合圆柱心轴上定位图2-35工件以圆孔在过盈配合圆柱心轴上定位时的定位误差计算70第三节定位误差的分析与计算定位误差的计算－工件以圆孔定位时的定位误差计算

在间隙配合圆柱心轴上定位－心轴水平放置第二章工件的定位夹紧与机床夹具设计这时，工件以自重下垂，心轴和孔始终以上母线相接触，但，这时的定位只存在单边间隙，这时的径向定位误差仅在Z轴方向上。设：工件圆孔的直径为D+δD；心轴外圆直径为d-δd；定位时的最小配合间隙为：△S则其定位误差为：图2-36心轴水平放置DmaxO1dminOΔdWO2对于一批工件在调刀时就已去掉了（1/2配合间隙）有：71

【解】当工件孔径为最大，定位销的直径为最小时，孔心在任意方向上的最大变动量等于孔与销配合的最大间隙量，即无论工序尺寸方向如何，只要工序尺寸方向垂直于孔心轴线，其定位误差均为：设：工件内孔直径为:D+δD；心轴外径:d-δd;最小配间隙:δS;图2.3.3心轴垂直放置DmaxdminOΔdWO1O2第二章工件的定位夹紧与机床夹具设计定位误差的计算－工件以圆孔定位时的定位误差计算

在间隙配合圆柱心轴上定位－心轴垂直放置ΔdW=Dmax－dmin第三节定位误差的分析与计算72第二章工件的定位夹紧与机床夹具设计73第二章工件的定位夹紧与机床夹具设计74第二章工件的定位夹紧与机床夹具设计75第二章工件的定位夹紧与机床夹具设计76菱形销直径d3～6>6～8>8～20>20～25>25～32>32～40>40～50b234568md-0.5d-1d-2d-3d-4d-5在工件加工精度要求较高时，菱形销的尺寸b、m才有必要重新设计。采用一面两销(一个圆柱销，一个菱形销)定位方法时要注意两个问题：①菱形销的削边方向（⊥于连心线）②这种定位方法限制六个自由度菱形销的尺寸参数第二章工件的定位夹紧与机床夹具设计77第四节工件的夹紧与夹紧机构第二章工件的定位夹紧与机床夹具设计78§4-1夹紧装置的组成和基本要求

为了使工件加工时在切削力、惯性力、重力等外力作用下，仍然保持已定好的位置，在夹具上还须设有夹紧装置，对工件产生适当的夹紧力。夹紧装置的设计和选择是否合理，将直接影响工件的加工质量和生产率。因此对夹紧装置提出以下要求：①保证加工精度：夹紧工件时，不能改变工件已定好的正确位置，夹紧后，工件的变形表面受挤压后不可超过规定的限度，加工时，工件不应松动，并力求振动最小。②夹紧动作迅速准确：在成批大量生产时，尽可能采用气动液压夹具。③夹紧效果安全可靠：具有自锁性，保证力源除去后，不致松动。④操作方便省力⑤结构简单，容易制造第二章工件的定位夹紧与机床夹具设计79夹紧装置的组成

典型的夹紧装置是由①力源装置；②中间递力机构；③夹紧元件；④夹紧机构这四部分组成。力源装置——产生夹紧作用力的装置，通常是指机动夹紧时所用的气动、液压、电动等动力装置，对于手动夹紧，不存在力源装置中间递力机构——介于力源和夹紧元件之间的递力机构，把力源装置的夹紧作用力传递给夹紧元件，由夹紧元件最终完成对工件的夹紧。作用：①改变夹紧作用力的方向②改变夹紧作用力的大小③保证夹紧机构的工作安全可靠而使之具有一定的自锁性能。以便在夹紧作用力一旦消失后，仍能使整个夹紧系统处于可靠的夹紧状态。夹紧元件——是夹紧装置的最终执行元件，通过它和工件受压面的直接接触而完成夹紧作用。夹紧机构——手动夹紧时用的，是由半间递力机构和夹紧元件所组成第二章工件的定位夹紧与机床夹具设计80第二章工件的定位夹紧与机床夹具设计81第二章工件的定位夹紧与机床夹具设计82第二章工件的定位夹紧与机床夹具设计83第二章工件的定位夹紧与机床夹具设计84§4-2设计和选用夹紧装置的基本准则夹紧力的组成：夹紧力力的大小力的方向力的作用点这三要素是夹紧装置设计和选择的核心问题。第二章工件的定位夹紧与机床夹具设计85夹紧力三要素的设计原则与夹紧力方向有关的原则夹紧力的方向与工件的装夹方式、工件受外力的方向以及工件的刚性等有关，可以从以下三方面考虑：（1）当工件用几个表面作为定位基准时，若工件是大型的，则为了保持工件的正确位置，朝向的每个定位面都要有夹紧力；若工件尺寸较小，切削力不大，则往往只要垂直朝向主要定位面有夹紧力，保证主要定位面与定位元件有较大的接触面积，就可以使工件装夹稳定可靠。第二章工件的定位夹紧与机床夹具设计86夹紧力三要素的设计原则与夹紧力方向有关的原则（2）夹紧力的方向应使工件夹紧后的变形小。如图(a)是用三爪卡盘将薄壁套筒零件用径向力夹紧,因刚性不足易引起工件变形。若改为图(b)用特定的螺母通过轴向力夹紧工件，则工件不易变形。第二章工件的定位夹紧与机床夹具设计87夹紧力三要素的设计原则与夹紧力方向有关的原则（3）夹紧力的方向应方便装夹和有利于减小夹紧力。下图为夹紧力Q、重力G、切削力F三者之间的组合关系。工件重力G的方向始终指向地面，因此从装夹工件出发，以图（a）、（b）最好，因为主要定位元件表面是水平朝上，使工件装夹稳定可靠。图（c）、（d）、（e）情况较差；图（f）情况最差，不便装夹。若从减小夹紧力出发，假定图中G和F大小相同，则所需要的Q力以图（a）最小，图（b）次之，图（f）最大。由此可见当Q、F、G方向相同时，所需夹紧力最小，此时施加夹紧力的目的就是防止工件在加工中的振动。88第二章工件的定位夹紧与机床夹具设计89第二章工件的定位夹紧与机床夹具设计90第二章工件的定位夹紧与机床夹具设计91夹紧力三要素的设计原则与夹紧力着力点有关的准则①夹紧力的着力点应能保持工件定位稳固不致引起工件发生位移或偏转②夹紧力的着力点应位于工件刚度较大处，以防止工件因夹紧而发生变形③夹紧力的着力点应尽量靠近工件被加工表面，以提高定位稳定性和夹紧可靠性第二章工件的定位夹紧与机床夹具设计92第二章工件的定位夹紧与机床夹具设计93第二章工件的定位夹紧与机床夹具设计94第二章工件的定位夹紧与机床夹具设计95夹紧力三要素的设计原则与夹紧力大小有关的准则①夹紧力不可过大，也不可过小②夹紧力大小的确定要把夹紧力的大小计算的十分正确，目前情况下还不大可能，因为在实际加工中，切削力不是个恒定不变的常值，它要受到工件材料性质（硬度、金相组织）的不均匀，加工余量的变动，刀具不断钝化后引起实际切削角度的变化等因素的影响，而且计算夹紧力的公式也是在实验条件下求得，实际生产条件与实验条件不可能完全一致。但在具体计算时，我们通常是据最不利的加工条件求出切削力P，然后按静力平衡条件，求出工件所需夹紧力W‘，然后再乘上一个安全系数作为实际所需夹紧力。第二章工件的定位夹紧与机床夹具设计96W=kW'W——实际所需夹紧力W'——计算得夹紧力K——安全系数K=K1•K2•K3•K4K1——基本安全系数，考虑工件材质和加工余量不均匀的安全系数K2——加工状态系数，考虑加工特点的安全系数K3——刀具钝化系数，考虑刀具钝化的安全系数K4——切削特点系数，考虑切削情况的安全系数上述各安全系数的选取可参考相关手册上的《安全系数表》通常：K=1.5～2.5；夹紧力与切削力相反时K=2.5～3然而，不同的夹紧机构，产生的夹紧力不同，其计算方法也不相同。第二章工件的定位夹紧与机床夹具设计97§4-3常用的典型夹紧机构楔块夹紧装置在生产中，很少单独使用楔块对工件直接夹紧，而是与杆杠、压板、螺旋等组合使用，或是与气压、液压传动装置联用。如图所示，楔块夹紧主要用于增大夹紧力或改变夹紧力方向。第二章工件的定位夹紧与机床夹具设计98斜楔夹紧机构楔块在外力Fex作用下，以夹紧力Fc直接夹紧工件，其底面上有反作用力Fr2和摩擦力Ff2，斜面上有反作用力Fr1和摩擦力Ff1；Fr1和Ff1的合力为Fe1，Fr2和Ff2的合力为Fe2，Fe1可分解为垂直分力Fc和水平分力Q1，Fc即为作用在工件上的夹紧力。据静力平衡条件：Fex=Fe1sinφ1+Fe2sin（α＋φ2）Fe1＝Fc/cosφ1Fe2=Fc/cos（α＋φ2）所以Fc=Fex/tgφ1+tg（α＋φ2）Fc——夹紧力Fex——作用外力φ1φ2——工件与斜楔间以及机床夹具体与斜楔间的摩擦角；α－楔块升角，一般取6°～10°斜楔的自锁条件α≤φ1＋φ2第二章工件的定位夹紧与机床夹具设计99楔块夹紧机构的特点由上面我们可以看出楔块夹紧机构有如下特点：①楔块具有增加力作用对楔块作用一较小的外力Fc，可以得到比Fex大数倍的夹紧力Fc若φ1，φ2和α均取6°,则：可由上面公式计算得Fc≈3Fex且α愈小，增力作用愈大。②楔块的夹紧行程很小α愈小，夹紧行程也愈小，自锁性愈好α愈大，夹紧行程也愈大，自锁性愈差有时为了加大楔块的夹紧行程，而且也有较好的自锁性，往往采用双行程楔块。大升角用于快速行程小升角用于夹紧并自锁第二章工件的定位夹紧与机床夹具设计100螺旋夹紧装置螺旋夹紧装置是从楔块夹紧装置转化而来的，相当于把楔块绕在圆柱体上，转动螺旋时即可夹紧工件。如图所示为简单的单螺旋夹紧机构。第二章工件的定位夹紧与机床夹具设计101螺旋夹紧机构夹紧力计算见教材。特点①有很大的增力倍数若取L=24roα=3°φ1=6°则Fc≈160Fex显然增力倍数远比楔块夹紧机构大②自锁性能好一般α≤4°所以具有良好的自锁性③螺旋夹紧机构具有动作慢的缺点尽管其夹紧行程不受限制，但因螺距较小，需将螺杆拧动多周才能夹紧工件，增加了辅助时间。在一些高效率的机床和自动线机床夹具中，可采用自动进行夹紧或以液压马达直接带动螺杆旋转。适用范围因其夹紧机构的结构简单，夹紧可靠，所以在手动夹紧装置中用得极广，特别是和压板起组成螺钉压板机构，则更是一般手动机床夹具中的主要夹紧方式。第二章工件的定位夹紧与机床夹具设计102第二章工件的定位夹紧与机床夹具设计偏心夹紧装置偏心夹紧装置也是从楔块夹紧装置转化而来的，它是将楔块包在圆盘上，旋转圆盘使工件得以夹紧。103第二章工件的定位夹紧与机床夹具设计偏心夹紧装置偏心夹紧机构是一种快速动作的夹紧机构，工作效率高应用较广。常用偏心轮有两种形式：圆偏心：以圆弧曲线作为轮廓曲线曲线偏心：采用了阿基米德螺旋线或对数螺旋线作为轮廓曲线曲线偏心轮具有升角变化均匀等优点，但制造复杂，用得较少；圆偏心轮结构简单制造容易，应用较广，今天，我们主要介绍圆偏心轮组成的偏心夹紧机构。作用原理偏心夹紧机构的工作原理，主要是靠偏心轮的回转半径由小变大而产生夹紧作用，这和斜楔机构中，斜楔移动其斜面高度由小变大而产生楔紧作用的原理一样。圆偏心轮实际上等于把斜楔缠在一个圆盘上，所以圆偏心的实质也只是斜楔的一种变形。圆偏心轮夹紧力的计算见教材P47104第二章工件的定位夹紧与机床夹具设计圆偏心轮的结构特点圆偏心轮上各点的升角是变化的圆偏心的自锁条件：D/e≥20～14①夹紧力不大，行程受到限制②自锁性不好适用范围因为其夹紧力小，自锁性能又不好，一般只适用于切削负荷不大，且无振动的加工场合。又因为其夹紧行程小，故对工件受压面的表面质量和夹紧尺寸精度都有一定要求，以免工件夹不牢，夹不着或无法夹。105第二章工件的定位夹紧与机床夹具设计定心夹紧装置在切削加工中，若工件是以中心线或对称面为工序基准，可采用一种保证工件准确定心或对中的装置，使工件的定位和夹紧过程同时完成，而定位元件与夹紧元件合二为一。这种装置称为定心夹紧装置。如图所示，三爪卡盘就是一种定心夹紧装置。106第二章工件的定位夹紧与机床夹具设计107第五节其它机构与典型夹具设计第二章工件的定位夹紧与机床夹具设计108第二章工件的定位夹紧与机床夹具设计109第二章工件的定位夹紧与机床夹具设计110第二章工件的定位夹紧与机床夹具设计111第二章工件的定位夹紧与机床夹具设计112第二章工件的定位夹紧与机床夹具设计113第二章工件的定位夹紧与机床夹具设计114第二章工件的定位夹紧与机床夹具设计115机床夹具的基本要求和设计步骤

对机床夹具的基本要求对机床夹具的基本要求可总括为四个方面：（1）稳定地保证工件的加工精度；（2）提高机械加工的劳动生产率；（3）结构简单，有良好的结构工艺性和劳动条件；（4）应能降低工件的制造成本。夹具设计的工作步骤（1）研究原始资料，明确设计任务；（2）考虑和确定夹具的结构方案，绘制结构草图；（3）绘制夹具总图；（4）确定并标注有关尺寸和夹具技术要求；（5）绘制夹具零件图。第二章工件的定位夹紧与机床夹具设计116第二章工件的定位夹紧与机床夹具设计1172.3定位误差

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（图2-29）。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。不考虑加工过程误差，仅由于轴心位置变化而使工序尺寸H也发生变化。此变化量（即加工误差）是由于工件的定位而引起的，故称为定位误差。图2.3.1定位误差HOAO1O2ΔDW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。1181）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，如图2-29所示例子。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。图2-30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。bΔDWa图2.3.2由于基准不重合引起的定位误差工序基准

定位基准2.3定位误差

定位误差的来源1192.3定位误差

定位误差计算在采用调整法加工时，工件的定位误差实质上就是工序基准在加工尺寸方向上的最大变动量。因此计算定位误差，首先要找出工序尺寸的工序基准，然后求其在工序尺寸方向上的最大变动量即可。用几何方法计算定位误差通常要画出工件的定位简图，并在图中夸张地画出工件变动的极限位置；然后运用三角几何知识，求出工序基准在加工尺寸方向上的最大变动量，即为定位误差。

用几何方法计算定位误差120当工件孔径为最大，定位销的直径为最小时，孔心在任意方向上的最大变动量等于孔与销配合的最大间隙量，即无论工序尺寸方向如何，只要工序尺寸方向垂直于孔心轴线，其定位误差均为：

ΔDW

=Dmax－dmin（2-6）式中ΔDW

——定位误差

Dmax——工件定位孔最大直径

dmin——夹具定位销最小直径【解】2.3定位误差

【例2-4】图2.3.3所示为孔与销间隙配合的情况，若工件的工序基准为孔心，试确定其定位误差。图2.3.3孔与销间隙配合时的定位误差DmaxdminOΔDWO1O21212.3定位误差

某些情况，工件孔与夹具定位销保持固定边接触（图2-32），此时孔心在接触点与销子中心连线方向上的最大变动量为孔径公差的一半。若工件的定位基准仍为孔心，且工序尺寸方向与接触点和销子中心连线方向相同，则其定位误差为：图2.3.4孔与销间隙配合固定边接触时定位误差DmaxO1DminOΔDWO2

ΔDW

=（Dmax－Dmin）=TD

（2-7）1212此时，孔在销上的定位已由定心定位转化为支承定位的形式，定位基准也由孔心变成了与定位销固定边接触的一条母线。这种情况下，定位误差是由于定位基准与工序基准不重合所造成的，属于基准不重合误差，与定位销直径无关。1222.3定位误差

2.用微分方法计算定位误差【例2-5】工件在V型块上定位铣键槽，计算定位误差【解】要求保证的工序尺寸和工序要求：①槽底至工件外圆中心的距离H（或槽底至外圆下母线的距离H1，或槽底至外圆上母线的距离H2）；②键槽对工件外圆中心的对称度OA=Sin(α/2)OB=Sin(α/2)d对上式求全微分，得到：d(OA)=Sin(α/2)1d(d)－Sin(α/2)1d(α)图2.3.5外圆表面在V型块上的定位误差HBαOA对于第1项要求，考虑第1种情况（工序基准为圆心O，见图2-33），写出O点至加工尺寸方向上某一固定点（如V型块两斜面交点A）的距离：123以微小增量代替微分，并将尺寸误差视为微小增量，且考虑到尺寸误差可正可负，各项误差均取最大值，得到工序尺寸H的定位误差：