《械制造技术基础》第7章机床夹具设计

机械制造技术基础1第七章机床夹具设计基本内容：基准及其分类，工件安装方法，工件的定位原理和方法，定位误差，工件夹紧方式，机床夹具重点内容：基准（设计基准、工艺基准）定位方式和定位元件难点内容：典型定位方法（一面两销）机械制造技术基础27.1概述7.1.1基准及其分类

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。

设计基准

在设计图样上所采用的基准

图7-1定位支座零件机械制造技术基础3工艺基准

在工艺过程中所采用的基准。又可分为：工序基准、定位基准、测量基准与装配基准。

图7-2a支座零件第1工序（车削）7.1.1基准机械制造技术基础47.1.1基准图7-2b支座零件第1工序（钻孔）机械制造技术基础57.1.1基准图7-2c支座零件第3工序（钻、锪4分布孔）机械制造技术基础67.1.1基准图7-2d支座零件第4工序（磨内孔、端面）图7-2e支座零件第5工序（磨外圆、台阶面）机械制造技术基础77.1.2工件在工艺系统内的安装划线找正装夹（图7-4）——

精度不高，效率低，多用于形状复杂的铸件直接找正装夹（图7-3）——

精度高，效率低，对工人技术水平高夹具装夹（图7-5）——

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机械制造技术基础87.1.2工件装夹

图7-3直接找正安装flash毛坯孔加工线找正线

图7-4划线找正安装flash机械制造技术基础97.1.2工件装夹图7-5工件在夹具上装夹（滚齿夹具）机械制造技术基础107.2工件在夹具中的定位

图7-11六点定位原理XZY

7.2.1六点定位原理

要确定其空间位置，就需要限制其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。

任何一个物体在空间直角坐标系中都有6个自由度——用表示机械制造技术基础11图7-12工件以平面3点定位XYZ

与理论力学、机构学自由度概念差别

——位置不定度

——夹紧与定位概念分开

——工件、夹具是弹性体

两点注意：“点”的含义

——对自由度的限制，与实际接触点不同7.2.1定位原理

机械制造技术基础12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：

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。7.2.1定位原理

机械制造技术基础137.2.1

定位原理

完全定位与不完全定位ZYXa）ZYXb）ZYXc）ZYXd）e）ZYXf）ZYX图2-15工件应限制的自由度机械制造技术基础14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。图2-16欠定位示例XZYa）b）BBB7.2.1

定位原理

机械制造技术基础15过定位

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。7.2.1

定位原理

机械制造技术基础16

过定位分析（桌子与三角架）图2-17过定位分析7.2.1

定位原理

机械制造技术基础17

过定位分析图2-18过定位示例a）ZYXY7.2.1

定位原理

b）ZYYX机械制造技术基础18

过定位分析图2-18过定位示例c）ZYXY7.2.1

定位原理

机械制造技术基础19

过定位分析图2-19过定位示例XYa）ZYb）ZYXY7.2.1

定位原理

机械制造技术基础20

一面两孔定位分析D1D2d2d1b图2-20一面两孔定位干涉分析7.2.1

定位原理

机械制造技术基础21刀柄主轴拉杆涨套

过定位应用图2-21HSK刀柄与传统刀柄结构HSK刀柄传统刀柄1:107:24间隙主轴拉杆刀柄7.2.1定位原理

定位端面配合锥面机械制造技术基础22

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2-22过定位示例7.2.1

定位原理

机械制造技术基础23图2-22a过定位引起夹紧变形7.2.1

定位原理

机械制造技术基础24橡胶垫图2-22b过定位处理分析7.2.1

定位原理

机械制造技术基础25

讨论分析图示定位方案：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2-23过定位分析7.2.1

定位原理

机械制造技术基础26a）YXZa1）YXZa2）YXZa3）YXZ图2-23a过定位示例分析7.2.1

定位原理

机械制造技术基础27b）XZYXb1）XZYXXZb2）YXXZb3）YX图2-23b过定位示例分析7.2.1

定位原理

机械制造技术基础28c）XZYXc’）XZYXc1）YXXZ图2-23c过定位示例分析7.2.1

定位原理

机械制造技术基础29ZXYZXYZXYZXY图2-24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。ZXYZXY7.2.2定位方法与定位元件

工件以平面定位机械制造技术基础307.2.2定位方法与定位元件

(1)主要支承：必须的，限制工件必须现在的自由度

固定支承：支承钉和支承板图2-57

可调支承：图2-58

自位支承(浮动支承）：图2-59(2)辅助支承：图2-60

提高工件的装夹刚度和稳定性，不起定位作用

工件以平面定位的定位元件机械制造技术基础31机械制造技术基础32机械制造技术基础33机械制造技术基础34机械制造技术基础35机械制造技术基础36图2-25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。XYZXYZXYZXYZXYZXYZ7.2.2定位方法与定位元件

工件以圆孔定位机械制造技术基础37机械制造技术基础38机械制造技术基础39机械制造技术基础40图2-26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。XYZXYZXYZXYZXYZ7.2.2定位方法与定位元件

工件以外圆柱面定位机械制造技术基础41机械制造技术基础42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2-27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2-27工件以锥孔定位7.2.2定位方法与定位元件

工件以其他表面定位机械制造技术基础43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。7.2.2定位方法与定位元件

定位表面的组合XZY图2-28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2-28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。机械制造技术基础447.3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2-29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。机械制造技术基础451）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2-30由于基准不重合引起的定位误差工序基准

定位基准7.3定位误差

定位误差的来源机械制造技术基础467.3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。1.用几何方法计算定位误差机械制造技术基础47

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】7.3定位误差

【例2-4】图2-31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2-31孔与销间隙配合时的定位误差DmaxdminOΔDWO1O2机械制造技术基础487.3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2-32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。机械制造技术基础497.3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)1

d(d)－Sin(α/2)1

d(α)图2-33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：机械制造技术基础50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：7.3定位误差

定位（2-8）式中Td

——工件外圆直径公差；

Tα——V型块两斜面夹角角度公差。若忽略V型块两斜面夹角的角度公差，可以得到用V型块对外圆表面定位，当工序基准为外圆中心时，在垂直方向（图2-33中尺寸H方向）上的定位误差为：（2-9）机械制造技术基础51对于第2项要求，若忽略工件的圆度误差和V型块角度偏差，可以认为工序基准（工件外圆中心）在水平方向上的位置变动量为零，即使用V型块对外圆表面定位时，在垂直于V型块对称面方向上定位误差为零。7.3定位误差

若工件工序基准为外圆下母线或上母线时，用同样方法可求出其定位误差分别为：图2-34外圆表面在V型块上的定位误差b）a）H2BdOH1BOAC（2-10）机械制造技术基础52机械制造技术基础53机械制造技术基础54图2-42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7.4机床夹具1）定位元件及装置123646）其他元件及装置（防护、防错、分度…）5）夹具体4）连接元件3）对刀及导向元件2）夹紧元件及装置夹具的组成机械制造技术基础55夹具的分类1）通用夹具：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。2）专用夹具：为某一工件特定工序专门设计的夹具，多用于批量生产中。3）通用可调整夹具及成组夹具：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。4）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。组合夹具特别适用于新产品试制和单件小批生产。5）随行夹具：在自动线或柔性制造系统中使用的夹具。◆按夹具使用范围划分7.4

机床夹具机械制造技术基础567.4

机床夹具三爪卡盘四爪卡盘万向平口钳回转工作台分度头图2-43通用夹具机械制造技术基础57图2-44专用夹具

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