第六章 机床夹具设计(2015版)

第六章机床夹具设计机械工程学院李玲芳如何编制一个合理的工艺规程？看懂以下几个图片，你就明白了做个练习吧你知道什么是夹具吗？夹具是一种装夹工件的工艺装备，他的主要功用是实现工件定位和夹紧，是工件加工时相对于机床、刀具有正确的位置，以保证工件的加工精度。盘点机械加工中最伟大的“十大夹具”

第一名；卡盘，及变种卡盘。百年老夹具依然在机械车间忙碌。其经典程度不言而喻。第二名；T型工作台。不要看他平时不起眼；如果你发现你的机床没有T型工作台你一定会茫然的。第三名；T型块；螺杆；压板；和螺帽；的组合；其他夹具做得再牛X没有T型块；螺杆；压板；和螺帽；的组合你很难装到工作台上去。第四名：EROWA夹具1970年瑞士EROWA公司成立，随之而来的是对工模具制造和精密机械领域的不断探索与创新。凭借革新及实践为导向的系统解决方法和全面广泛的服务体系，在短短的三十几年时间内，EROWA公司已从一个小公司发展壮大为成功的国际集团公司--瑞士欧令达集团，拥有十几个世界专利，分支机构遍布全球。EROWA--源于德语中放电加工、工模具制造和自动化三个词首字母的缩写。EROWA，一个如此简洁干净的图案，却标志着世界最顶尖水平的工装夹具定位系统，饱含着瑞士精密机械加工的成果，代表着精准与经典。EROWA享有世界专利的工装定位元件将柔性和刚性完美结合，保证工件工装的重复定位精度为2μm，从源头上控制累积误差，同时大幅降低机床停机时间，使设备利用率达到最高点。产品主要应用在各类机床、模具制造，以及电子、汽车、制表、医疗技术、航空航天及切削工具等领域的产品生产。优良的性价比使得EROWA得到了众多国际厂商的推崇，业内用过EROWA系统的朋友都称赞她是“定位专家，精准之源”。第五名；虎钳；和他弟弟麦司（平口钳）。第六名；主轴与刀柄。07；磁力平台如何更加简便的把没有装夹位置的零件放在工作台上任你加工？看他是如何做到的？08：弹簧夹套/夹筒

规格繁多的刀具怎么用更少的刀把来解决装夹问题？在这里你可以找到答案。09；气压缸夹具众多夹具中劳动者应该是最喜欢气压夹具的了。10；分度头曾经那么的风光如今没落啦。都是分度主轴惹的祸。所以请你屈居第十啦。再看看它们。。。。实在是太多了，你想知道如何设计它们吗？你知道夹具是如何设计的吗？——钻床夹具研究原始资料，明确设计任务加工零件：杠杆加工任务：加工杠杆臂上两个相互垂直的φ10mm和φ13mm孔。夹具设计——钻床夹具定位方案根据零件的构造，最容易想到的是以Φ22mm的孔为定位基准，这样可以避免基准不重合误差，同时可以限定可以限定四个自由度。再用一个螺母限定零件的上下窜动的自由度和用一个支撑钉限定零件沿Φ22mm中心线转动的自由度就可以实现完全定位。定位销Φ22mm的孔，用来限制X,Y方向的移动和转动，共四个自由度可调支承钉：限定Z方向的转动用一辅助支承来提高工件的安装刚度和定位的稳定性钻模板类型选择根据工件和夹具体的结构，选用固定式钻模板。固定式钻模板虽然有时装卸工件不便，但它结构简单、制造方便、定位精度高。钻套的选择由于孔φ10mm和φ13mm，一次钻孔就可达到要求，因此采用固定式钻套。Φ10mm选无肩，Φ13mm选有肩夹紧方案设计采用锁紧螺母和开口垫圈来实现快速锁紧夹紧机构，它与一个加工面位置靠近，增加了刚性，零件夹紧变形也小；但对于另一个加工面较远，为提高刚性，故采用辅助定位元件来固定，该设计采用了螺旋辅助支承夹具体与总装图第六章机床夹具设计§6-1机床夹具概述§6-2工件在夹具上的定位§6-3工件的夹紧§6-4各类机床夹具

划线找正加工方法

夹具定位加工方法

以上分析可以看出，机床夹具的作用是：（1）保证加工精度夹具的最大功用是保证加工表面的位置精度。（2）提高生产率，降低生产成本快速将工件定位夹紧，免除了找正、对刀等，缩短辅助时间，提高了成品率，降低了成本。（3）扩大机床的加工范围如在车床上加镗夹具，可完成镗孔加工。（4）减轻工人劳动强度

6.1夹具基本概念

1.什么是夹具？

夹具是机床的附加装置，是安装工件的工艺装备。

为了使工件成形，工件与刀具之间要有相对运动。因此工件相对于刀具的位置要确定，并且在切削过程中，工件的相对位置需保持不变。图3-4铣床夹具图3-3钻床夹具图3-3钻床夹具①确定工件的位置②将工件夹紧③确定工件与刀具的相对位置④将所选定的各元件连成一体2.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。(4)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。(5)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。(6)其他装置：如分度元件等。3.夹具的功能

夹具的功能有以下几点：

(1)保证加工精度。

(2)提高生产效率、降低成本。

(3)减轻工人劳动强度。

(4)扩大机床的使用范围。

4.夹具分类4.夹具分类（1）通用夹具

4.夹具分类（1）通用夹具

4.夹具分类（2）专用夹具

图3-3钻床夹具（3）通用可调整夹具和成组夹具（4）随行夹具这是一种在自动线或柔性制造系统中使用的夹具。工件安装在随行夹具上，除完成对工件的定位和夹紧外，还载着工件由运输装置送往各机床，并在各机床上被定位和夹紧。镗孔组合夹具（5）组合夹具

要点：

工件的定位理解六点定位原理。常用定位元件限制的自由度。工件定位方式：完全定位、不完全定位、过定位和欠定位。常用定位元件的设计。定位误差的分析和计算。

1.1工作场景导入

如图1.1所示，钢套零件在本工序中需钻φ

5mm孔，工件材料为Q235A钢，批量N=2000件。钢套零件三维图如图1.2所示。图1.1钢套零件钻φ

5mm工序图

图1.2钢套零件三维图

1.2基础知识

1.2.1工件定位的基本原理

1.概述为了达到工件被加工表面的技术要求，必须保证工件在加工过程中的正确位置。夹具保证加工精度的原理是加工需要满足3个条件：①一批工件在夹具中占有正确的位置；②夹具在机床上的正确位置；③刀具相对夹具的正确位置。显然，工件的定位是极为重要的一个环节。

1.2基础知识

1）工件在夹具中定位和夹紧的任务工件在夹具中定位的任务是：使同一工序中的所有工件都能在夹具中占据正确的位置。将工件定位后的位置固定下来，称为夹紧。2)定位与夹紧的关系1.2基础知识

图1.3定位基准3)定位基准定位基准的选择是定位设计的一个关键问题。（通常定位基准是在制订工艺规程时选定的

）1.2基础知识

4)工件的自由度一个自由的物体，它对三个相互垂直的坐标系来说，有六个活动可能性，其中三种是移动，三种是转动。习惯上把这种活动的可能性称为自由度，因此空间任一自由物体共有六个自由度。1.2基础知识

图1.4未定位工件的六个自由度

（4）绕X轴转动，用表示；（5）绕Y轴转动，用表示；（6）绕Z轴转动，用表示。（1）沿X轴移动，用表示；（2）沿Y轴移动，用表示；（3）沿Z轴移动，用表示；2.六点定位原则工件定位的实质就是限制对工件加工有不良影响的自由度。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。工件安装时主要紧靠机床工作台或夹具上设置的六个固定点，它的六个自由度即全部被限制，工件便获得一个完全确定的位置。

用来限制工件自由度的固定点称为支承点1.2基础知识如图1.5所示，在空间直角坐标系的XOY面上布置三个支承点1、2、3，使工件的底面与三点保持接触，则这三个点就限制了工件的、、三个自由度。

图1.5六位支承点分布

1.2基础知识轴类零件的六点定位图1.6轴类零件六点定位

（a）轴类零件位置图

（b）轴类零件定位图

1.2基础知识盘类零件的六点定位图1.7盘类零件六点定位1.2基础知识应用六点定位原则时的5个主要问题：（1）支承点分布必须适当，否则六个支承点限制不了工件的六个自由度。（2）工件定位面与夹具的定位元件的工作面保持接触。（3）工件定位后，要用夹紧装置将工件紧固。（4）定位支承点所限制的自由度名称，通常可按定位接触处的形态确定。

1.2基础知识

在外力作用下，与基准紧密结触

我们认为工件在某个方向的自由度被限制了，就是在该方向上有了正确的位置，并不表示在受到脱离支承点的外力的作用下也不运动3.常见定位元件所能限制的自由度在实际生产中，理论上的定位支承点是用具体的定位元件或找正的方法来实现的。如图1.9所示：图1.9圆环工件的定位分析常用定位元件能限制的工件自由度

1.2基础知识

4.限制工件自由度与加工要求的关系(定位方式)工件定位时，影响加工精度要求的自由度必须限制；不影响加工精度要求的自由度可以限制也可以不限制，视具体情况而定。按照工件加工要求确定工件必须限制的自由度是工件定位中应解决的首要问题。完全定位：工件的六个自由度被全部限制了的定位称为完全定位。（图1.10（a））不完全定位（准定位）：没有完全限制六个自由度而仍然能保证工件加工要求的定位称为不完全定位。（图1.10（b））欠定位：按照工件加工要求应限制的自由度没有被限制的定位称为欠定位。（图1.11）过定位（重复定位）：工件的某个自由度被重复限制的现象称为过定位。（图1.12）图1.10工件应限制自由度的确定生产中并不是任何工序都需要采用完全定位的。究竟应该限制几个自由度和哪几个自由度，应由工件的加工要求决定。允许不完全定位的几种情况：加工通孔或通槽时，沿贯通轴的位置自由度可不限制毛坯（本工序加工前）是轴对称时，绕对称轴的角度自由度可不限制加工贯通的平面时，除可不限制沿两个贯通轴的位置自由度外，绕垂直加工面的轴的角度自由度也可不限制图1.13镗车床床头箱孔系的定位简图

1—短圆柱销；2—窄长支承板；3—止推支承

在满足加工要求的前提下，采用不完全定位是允许的。但是欠定位（即根据加工要求应该限制的自由度而没有限制）是不允许的，欠定位不能保证加工要求。5.根据加工要求分析工件应该限制的自由度

工件定位时，其自由度可分为以下两种：

一种是影响加工要求的自由度，称第一种自由度；另一种是不影响加工要求的自由度，称第二种自由度。第一种自由度都必须严格限制

第二种自由度由具体的加工情况决定。

【例1-1】图1.18(a)所示为在长方体工件上铣键槽的工序图。槽宽W由刀的宽度保证。需要限制几个自由度？图1.18在长方体工件上铣键槽

1.2.2定位设计的基本原则和定位元件的基本要求1.基准及定位副基准：用来确定生产对象上几何要素间的几何关系所依据的点、线、面

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、形状、位置的基准

定位基准：在加工中作定位用的基准。当工件以回转面（圆柱面、圆锥面、球面等）与定位元件接触（或配合）时，工件上的回转面称为定位基面，轴线称为定位基准。定位副：工件上的定位基面和与之相接触（或配合）的定位元件的限位基面合称。主要定位面：当工件有几个定位基面时，限制自由度最多的定位基面。相应的限位基面称为主要限位面1.2基础知识2.定位设计的基本原则(1)遵循基准重合原则(2)合理选择主要定位基准(3)便于工件的装夹和加工

1.2基础知识3.对定位元件的基本要求1)足够的精度2)足够的强度和刚度3)耐磨性好4)应协调好与有关元件的关系5)良好的结构工艺性1.2基础知识4.定位符号和夹紧符号的标注选定定位基准及确定了夹紧力的方向和作用点后，应在工序图上标注定位符号和夹紧符号(附表1定位夹紧符号)图1.20所示为典型零件定位符号和夹紧符号的标注。1.2基础知识定位夹紧符号标注位置分类独立联动标注在视图轮廓线上标注在视图正面上标注在视图轮廓线上标注在视图正面上主要定位点固定式活动式辅助定位点机械夹紧1.2基础知识液压夹紧气动夹紧电磁夹紧1.2基础知识

1.2.3定位元件设计定位元件常用材料：低碳钢：如20钢或20Cr钢，工作表面经渗碳淬火，达到HRC55—65；碳素工具钢：如T8、T10、T8A、T10A等，淬硬至HRC43—48。

1.工件以平面定位 工件以平面为定位基面时常用的定位元件：

1)

基本支承(主要支承) 主要支承用来限制工件的自由度，起定位作用。（1）固定支承

固定支承有支承钉和支承板两种型式。在使用过程中，它们都是固定不动的。在定位过程中，支承钉一般只限制工件的一个自由度，而支承板相当于两个支承钉。图1.21支承钉(JB/T8029.2—1999)A型支承钉与工件接触面大，常用于定位平面较光滑的工件，即适用于精基准。B型、C型支承钉与工件接触面小，适用于粗基准平面定位。C型齿纹支承钉的突出优点是定位面间摩擦力大，可阻碍工件移动，加强定位稳定性；缺点是齿纹槽中易积屑，一般常用于粗糙表面的侧面定位。图1.22衬套的应用1—衬套；2—支承钉；3—夹具体

支承钉磨损后，如需要更换则应在夹具体与支承钉之间加衬套，如图1.22所示。衬套内孔与支承钉采用H7/js6过渡配合。图1.23支承板(JB/T8029.1—1999)图1.24其他定位方法和元件（2）可调支承在工件定位过程中，支承钉的高度需要调整时，则可采用图1.25所示的调节支承(JB/T8026.4—1999)。

可调支承适用于工件以粗基准面定位或定位基面的形状复杂（如成型面、台阶面等），以及各批毛坯的尺寸、形状变化较大时的情况。每个工件调整一次或每批工件调整一次。注意：调好后应锁紧。图1.25可调节支承(JB/T8026.4—1999)在可调夹具上加工形状相同而尺寸不等的工件时，用调节支承工件以粗基准面定位，毛坯的尺寸形状变化较大时图1.26调节支承的应用（3）自位支承(浮动支承)在工件定位过程中，能自动调整位置的支承称为自位支承，或称浮动支承。特点：支承点的位置能随着工件定位基面位置的变动而自动调整，定位基面压下其中一点，其余点便上升，直至各点均与工件接触。接触点数的增加，提高了工件装夹刚度和稳定性，但其作用相当于一个固定支承，只限制了工件的一个自由度。适用于工件以毛坯面定位或定位刚性较差的场合。图1.27自位支承2)辅助支承

辅助支承用来提高工件的装夹刚度和稳定性，不起定位作用。工件以内孔及端面定位钻右端小孔。若右端不设支承，工件装夹后，右臂为一悬臂，刚性差。若在A点设置固定支承则属过定位，有可能破坏左端定位。在这种情况下，宜在右端设置辅助支承。工件定位时，辅助支承是浮动的（或可调的），待工件夹紧后再把辅助支承固定下来，以承受切削力。图1.29辅助支承的应用图1.30辅助支承l—弹簧；2—滑柱；3—顶柱；4—手轮；5—斜楔；6—滑销

2.工件以圆柱孔定位工件以圆柱孔为定位基面时，常用圆柱体和圆锥体作为定位元件。

1）定位销短圆柱销可限制两个自由度，而长圆柱销可限制四个自由度。从结构上看，定位销一般可分为固定式和可换式两种（如图1.32所示）。固定式定位销是直接用过盈配合装在夹具体上使用的。图1.32定位销图1.33定位插销(GB/T2205—91)

2)定位轴通常定位轴为专用结构，其主要定位面可限制工件的4个自由度，若再设置防转支承等，即可实现完全定位。图1.34所示为钻模所用的定位轴。定心部分2与夹具体1联接部分有多种结构。图1.35(a)所示为采用骑缝螺钉紧固联接；图1.35(b)所示为用六角螺钉紧固联接的结构，其具有较高的强度；图1.35(c)所示的定位轴由圆柱销承受扭矩，并且便于维修。图1.34钻模所用定位轴

1—与夹具体联接部分；2—定心部分；3—引导部分；4—夹紧部分；5—排屑槽图1.35定位轴联接部分的设计

3)圆柱心轴

心轴可以做为一个单独的夹具，广泛应用于车、铣、磨床上加工套筒及盘类零件。心轴在定位过程中一般限制工件四个自由度。图1.36圆柱心轴1—引导部分；2—工作部分；3—传动部分1.2.3定位元件设计间隙配合心轴：公差h6,g6,f7，结构简单，定心精度低，常孔和端面组合定位；过盈配合芯轴：制造简单，定位准确，装卸工件不便，易损坏工件定位孔；花键心轴：用于加工以花键孔定位的工件。可涨心轴：适用于批量不大、定心精度要求高的较小工件。图1.37心轴在机床上的常用安装方式1.2.3定位元件设计4)圆锥销圆锥销一般只能限制工件的三个移动自由度。工件在单个圆锥销上容易倾斜，为此，圆锥销一般与其它定位元件组合适用。图1.38圆锥销定位1.2.3定位元件设计图1.39圆锥销组合定位1.2.3定位元件设计1.2.3定位元件设计1.2.3定位元件设计5)锥度心轴(GB/T12875-1991)图1.40锥度心轴1.2.3定位元件设计

锥度心轴定位的定心精度较高，可达0.01~0.02mm，但工件的轴向位移较大，适用于工件定位孔精度不低于IT7的精车和磨削加工，但加工端面较为困难。

锥度心轴具体结构与心轴尺寸设计可参阅相关标准手册。1.2.3定位元件设计3.工件以外圆柱面定位工件以外圆柱面作为定位基面时，最常用的定位元件有V形块、定位套和半圆套。

1）V形块工件以外圆柱面在V型块上定位的突出优点是对中性好，即工件上定位用的外圆柱面轴线始终处在V型块两斜面的对称面上，且不受定位基准直径误差的影响。1.2.3定位元件设计图1.41V形块1.2.3定位元件设计V形块用于较短的精基准定位，一般限制工件两个自由度。V形块用于较长的未加工过的定位基准，一般限制工件四个自由度。如果定位元件直径于长度较大，则V型块可不用整体钢件、而采用铸铁底座镶淬火钢片。V形块有固定式也有活动式。活动V形块限制工件一个转动自由度，其沿V形块对称面方向的移动可以补偿工件因毛坯尺寸变化而对定位的影响，同时兼有夹紧的作用。1.2.3定位元件设计V形块上两斜面间的夹角

，一般选用60°、90°和120°，以90º应用最广。其中，90ºV形块(JB/T8018.1—1999)的典型结构和尺寸均已标准化。设计非标准V形块时，可参考图1.42所示的有关尺寸进行计算。

图1.42V形块结构尺寸1.2.3定位元件设计图1.43活动V形块与固定V形块1.2.3定位元件设计2）定位套用定位套定位时内孔轴线是限位基准,内孔面是限位基面短定位套限制工件2个自由度长定位套限制工件4个自由度定位套结构简单，容易制造，定心精度不高，适用于精定位基面。为了限制工件沿轴向的自由度，常与端面联合定位。1.2.3定位元件设计图1.44常用定位套1.2.3定位元件设计3）半圆套主要用于大型轴类工件及不便轴向装夹的工件定位。下面的半圆套是定位元件，上面的半圆套起夹紧作用。半圆套的最小内径应取工件定位基面的最大直径。图1.45半圆套定位装置1.2.3定位元件设计4）圆锥套工件以圆柱面的端部在外拨顶尖的锥孔中定位，锥孔中有齿纹，以便带动工件旋转。顶尖体的锥柄部分插入机床主轴孔中。图1.46工件在外拨顶尖锥孔中的定位1.2.3定位元件设计4.工件以特殊表面定位1)工件以导轨面定位图1.47所示是3种燕尾形导轨定位的形式。

图1.47燕尾形导轨的定位1.2.3定位元件设计2)工件以齿形表面定位图1.48所示为用齿形表面定位的例子。定位元件是三个滚柱。

图1.48齿形表面定位

1-定心盘；2-卡爪；3-滚柱；4-齿轮1.2.3定位元件设计图1.49计算滚柱直径d和外公切圆直径D的简图

题型一：判断定位方案是否正确（重点内容）分析下列图示定位方案：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）XZYXa）图解：

1）定位分析左顶尖限制的自由度：右顶尖（活动顶尖）限制的自由度：三爪卡盘（夹持长度长）限制的自由度：2）定位性质：过定位3）改进方案：去掉三爪卡盘，采用双顶尖定位。【例1

】b）图解：1）定位分析支承板限制的自由度：左短V形块限制的自由度：右活动短V形块限制的自由度：2）定位性质：过定位3）改进方案：去掉活动短V形块，对工件直接夹紧。b）XZYX【例2

】【例3

】分析图示零件加工两个小孔时必须限制的自由度，选择定位基准和定位元件，并在图中示意画出；确定夹紧力作用点的位置和作用方向，用规定的符号在图中标出。题型二：根据工件加工表面的加工要求，设计定位方案（重点）判断定位方案是否正确时，要把握二点：一是定位方案必须合理（无重复定位和欠定位）；二是该定位方案必须能够保证工件的加工精度（定位误差应为最小）；如不能同时满足以上二点，则该方案是错误的。解：1）必须限制的自由度：2）定位原理设计：（参见定位原理图）工件的大底面定位，限制工件的三个自由度：（保证二各孔的轴心线垂直于工件底面）；工件的下侧面定位，限制工件二个自由度：（保证工件二孔的位置尺寸H）；而工件的大孔定位，限制一个自由度：

（保证工件二小孔与大孔中心的对称位置尺寸A）。定位原理图选择定位元件3）选择定位元件（参见右图，也可用文字表达）其它方案：窄支承板第一定位基准：底平面（支承板）第二定位基准：下侧面第三定位基准：大孔（窄支承板）（削边销）

【例3

】

当两小孔的设计基准改为大孔中心时（如下图），应如何来设计定位方案？

提示：应使两小孔的设计基准大孔中心与定位基准重合。第一定位基准：底平面（支承板）第二定位基准：大孔（短销）第三定位基准：下侧面（限制1个自由度）（活动窄支承板）解：解题要诀：将加工孔的设计基准作为定位基准！§2-3

定位误差的计算（重点、难点）（一）概述1、基准的概念1）定义：

基准是指工件上的一些点、线、面。（在零件设计或加工中，可以用这些点、线、面来确定其他点、线、面的位置）。2）基准分类（1）设计基准：（零件图中所使用的基准）（2）工艺基准：是指加工过程中所使用的工件上的一些线或面，但不能是点！（工艺基准必须具有一定大小的面积）c：对刀基准：调整刀具位置时所使用的基准。d：度量基准：测量时所用的基准。e:装配基准：装配零件所依据的基准。

a：工序基准

加工过程中工序尺寸的设计基准称为工序基准。

b：定位基准

在加工过程中使工件占据正确加工位置所依据的基准，亦即工件与夹具定位元件定位工作面接触或配合的表面。基准的判别：例如：下图中：下母线B是零件图中工序尺寸的设计基准；下母线B也是铣削键槽时的工序基准；

轴的中心O是V形块定位时的定位基准（位置随直径的大小而改变）；

工序尺寸零件图加工过程中又如：下图中：孔中心O是铣削上平面时的设计基准；

孔中心O是铣削上平面加工过程中的工序基准；

孔中心O也是心轴定位时的定位基准；定位心轴中心为对刀基准。孔与心轴间无间隙时孔与心轴间存在间隙时（二）定位误差及其产生原因

1．定位误差：

1)基本概念用夹具装夹加工一批工件时，由于定位不准确引起该批工件在某加工精度参数（尺寸、位置）的加工误差，称为该加工精度参数的定位误差（简称定位误差）。2)定位误差的大小：定位误差指一批工件在夹具中定位时，工件的设计基准（或工序基准）在加工尺寸方向上的最大变动量，以△dw表示。（工序基准的位置变动将对加工精度有直接影响）

定位误差包括基准不重合误差和基准位移误差即：

=±注：1、根据一批工件的定位由一种可能的极端位置变为另一种极端位置时，和的方向的异同，以确定公式中的加减号。

2、定位基准无位置变动，基准位移误差为零；定位基准与工序基准重合，基准不重合误差为零。2、基准不重合误差：

当定位基准和工序基准不重合时，工序基准相对于定位基准在加工尺寸方向上的最大位移量，用表示。

定位基准与工序基准之间必然存在一个联系尺寸L，称为定位尺寸，基准不重合误差就是定位尺寸的公差。在设计夹具时，应尽量使两者重合。基准不重合误差△jb：其大小等于工序基准与定位基准间联系尺寸在加工尺寸方向上的变动量（公差）。

Eg.一次安装加工两孔A和B，孔B在X方向定位基准C与设计基准A不重合，基准不重合误差为联系尺寸22的公差0.23、基准位移误差：对刀基准：就是调整刀具位置时所用的基准。如图为一套筒类零件放在水平心轴上定位而铣键槽的例子，加工时要保证尺寸b和h，b是由刀具本身的宽度尺寸决定，尺寸h则按心轴中心调整好铣刀的高度位置h1来保证。（即心轴中心就是对刀基准！）【例如】：当保证键槽尺寸h时：

定位基准:工件内孔中心线；工序基准:圆柱的下母线A；对刀基准:定位心轴的外圆中心线。基准分析:b±△bh-△h?

Dmax?dminhmin基准位移误差产生原因hmax基准分析：当保证尺寸h1时：

定位基准:工件内孔中心线；工序基准:工件内孔中心线；对刀基准:定位心轴的外圆中心线。由上分析可知：当定位基准和工序基准不重合时，工序基准相对定位基准产生位移，会产生基准不重合误差定位误差应表示为：

当两项误差同时发生时，所产生的定位误差为工序基准相对于对刀基准的最大位移

当定位副制造不准确时，会引起定位基准相对于对刀基准产生位移，从而产生基准位移误差误差不等式：

判断定位方案是否合理可行的依据是

式中：T-------工序尺寸的公差。例如：上例铣键槽时，定位误差不得大于键槽尺寸h公差的1/3,即。（三）定位单个典型表面时定位误差的分析计算

1．平面定位时的定位误差

定位基准和对刀基准是重合的，不存在基准位移误差，其可能产生的误差是基准不重合误差。

=052±0.0230±0.1060±0.06?12H8ABCD0.04(a)(b)铣台阶面工序定位误差的分析计算【例1】加工一批工件如图所示，除了A、B处台阶面其余各表面均已加工完成，现在采用由图所示夹具定位方案加工A、B面，保证尺寸30±0.1mm和60±0.06mm，试分析此定位方案产生的定位误差能否满足加工要求。1．30±0.1，定位基准是C，工序基准是孔的轴线，定位尺寸为52±0.02，

（定位基准与对刀基准是同一平面）

（工序基准相对于定位基准的位移量）

故可以满足要求2．60±0.06，定位基准D，工序基准为D，定位基准和工序基准重合，定位基准与对刀基准重合。

，所以

【例2

】如下图所示零件的定位方案，求铣A、B两平面时L1、L2、L3、L4的定位误差δL1、δL2、δL3、δL4？工序基准：工序图上工序尺寸的设计基准。对刀基准：调整刀具位置时所用的基准。定位基准：在加工过程中使工件占据正确加工位置所使用的基准解：：定位基准相对对刀基准的最大移动量：工序基准相对于定位基准在加工尺寸方向上的最大位移量。2．圆孔定位时定位误差的计算工件采用圆孔定位时，工件定位面是圆柱孔，定位工件的定位工作面是外圆柱面，两者以一定性质的配合实现工件定心定位，应根据配合性质的不同，分别计算定位误差。

1）定位面与定位工作面是过盈配合，不存在配合间隙。则：其中：为定位孔的最大值

为定位用心轴或销子的最小直径2）定位面和定位工作面为间隙配合根据前述，此时定位基准为孔的中心线；对刀基准为心轴的中心线，则位移误差：

（即等于定位的孔和心轴间最大间隙的一半！）b±△bh-△h?

Dmax?dminhmin基准位移误差产生原因hmax【例3】有一批如图所示的工件，外圆为，内孔为，两端面均已加工合格，并保证外圆对内孔的同轴度误差在范围内。今按图示的定位方案，用心轴定位，在立式铣床上用顶尖顶住心轴铣槽子。除槽宽要求外，还应保证下列要求：（1）槽的轴向位置尺寸；（2）槽底位置尺寸试分析计算定位误差，判断定位方案的合理性。

用心轴定位内孔铣槽工序的定位误差分析计算解：（1）对尺寸而言：

工序基准、定位基准和对刀基准都是工件左端面，平面定位。所以

，，(2)对尺寸来说：尺寸的定位误差：

工序基准为外圆下母线，

定位基准为内孔中心线，

对刀基准为心轴中心线。定位基准和工序基准不重合，定位尺寸为（这仅是外圆下母线和外圆圆心之间的位置关系，没考虑同轴度！）

内孔和外圆有同轴度误差，这项误差会引起的基准不重合误差为：则（基准不重合误差是这两项之和！）内孔和心轴作间隙配合，所引起的基准位移误差为：

三个量都是独立变量，互不相干，又都在同一尺寸方向上，因此

定位误差占尺寸公差的＜，能保证加工要求。3、V形块定位外圆时的定位误差的分析计算

如上图，O为理论圆的中心，O＇，O＇＇为外圆直径为dmax和dmin，时的圆心位置。在ΔO’CO’’中，oCdmaxdmindo'1o''1o

V形块定位外圆时的定位误差分析计算★重要公式：【例4】一批如图（a）所示工件，外圆已经加工合格，现在用V形块定位铣宽度为b的槽，若要求保证槽底的尺寸分别为L1，L2，L3，试分别计算这三种不同尺寸要求的定位误差。（a）bL1L3d±T(d)/2L2oMNd+T(d)/2d-T(d)/2L1minL1max

（b）''1o'1o1dwD1）L1的定位误差解：1）L1的定位误差

L1工序基准为外圆轴线，

定位基准为外圆轴线。两者不存在基准不重合误差，故

对刀基准为理论圆中心。存在基准位移误差d+T(d)/2d-T(d)/2L2maxL2min

L3max（c）'1o''1o2dwDL3min

3dwD

V形块定位外圆铣槽时的三种不同尺寸要求及其定位误差计算'M''M'N''N2）L2尺寸的定位误差

L2的工序基准:外圆上母线，

定位基准:外圆中心，存在基准不重合误差(工序基准M由于定位圆柱面的制造误差引起的位移)：

对刀基准为理论圆中心。存在基准位移误差：L2尺寸的定位误差L2的定位误差为两者的合成。两者都是由外圆直径的变化同时引起的。所以要判断两者的方向特点。

当外圆直径从大到小时，工序基准M相对定位基准O是向O方向即向下偏移的（如下图所示）。

当放入V形块中后，当外圆直径由大变小时，定位基准（轴心线）相对对刀基准（理论轴中心）也是向下偏移的。

综合起来两者合成方向相同(取+号）

d+T(d)/2d-T(d)/2L2maxL2min

L3max（d）'1o''1o2dwDL3min

3dwD

V形块定位外圆铣槽时的三种不同尺寸要求及其定位误差计算'M''M'N''N

3）L3尺寸的定位误差

L3的工序基准为外圆下母线，

L3的定位基准为外圆中心，存在基准不重合误差：

对刀基准为理论圆中心。存在基准位移误差

L3尺寸的定位误差同理：

L3的定位误差为两者的合成。两者都是由外圆直径的变化同时引起的。所以要判断两者的方向特点：

当外圆直径从大到小时，工序基准N相对定位基准O是向O方向即向上偏移的（从零件图上看）。

当放入V形块中后，当外圆直径由大变小时，定位基准（轴心线）相对对刀基准（为理论圆中心）是向下偏移的。综合起来两者合成方向相反(取-号）。注意：两者中的大值减小值！

工序尺寸以H3标注，其定位误差为：=B1B2=O2B2+O1O2-O1B1

==sinα21Td2d-Td2

d2+－sinα21Td2－1也可按定位误差定义推算：L3尺寸的定位误差：工序基准B在加工尺寸方向的变动量。【例5】如图所示，已知，两外圆同轴度公差为Φ0.02，V形块夹角α=90°。定位方案如图所示，试计算：（1）铣键槽时尺寸A及对称度的定位误差；（2）若键槽深度要求A=

,键槽对称中心对轴线的对称度公差为t=0.25，问此定位方案可行否？解：（1）定位误差的计算1）键槽中心对称度的定位误差（仅有基准不重合误差）：

槽宽的定位基准：小外圆轴心，槽宽的工序基准：大外圆中心，

槽宽的对刀基准：V形块上小圆的理论圆中心。由于两外圆有同轴度误差，所以存在基准不重合误差=0.02对刀基准和定位基准存在的基准位移误差发生在垂直方向和对称度误差无关。因此在对称度方向上，=0★定位基准：小外圆轴线，工序基准：大外圆的下母线，对刀基准：V形块上小圆的理论圆中心由于定位基准和工序基准不重合，且两外圆有同轴度误差，所以存在基准不重合误差：对刀基准和定位基准存在基准位移误差：

2）A尺寸的定位误差：

两个误差对尺寸A的影响是相互独立的，因此总的定位误差为：故此定位方案可行。

2）分析定位方案是否可行如图所示零件已加工好Φ100，40，α＝45°，求尺寸L的定位误差。【例6】

由100引起的基准位移误差：

L的定位误差为：

解：

由40引起的基准不重合误差：

（基准重合）立铣刀由尺寸40引起的定位误差：1.3回到工作场景

1.3.1项目分析完成项目任务需要学生掌握机械制图、公差与配合、机械设计基础、金属工艺学等相关专业基础课程，必须对机械加工工艺相关知识有一定理解，在此基础上还需要掌握如下知识：(1)机床夹具作用和分类、专用机床夹具的组成等。(2)六点定位原理。(3)定位方式(完全定位、不完全定位、过定位、欠定位)。(4)定位元件设计。(5)定位设计基本原则。(6)定位误差分析和计算。第四节机床夹具夹紧机构的设计一、夹紧机构设计应满足的要求二、夹紧力的确定三、常用夹紧机构四、其它夹紧机构五、夹紧机构的动力装置一夹紧机构设计应满足的要求夹紧机构的设计原则：

（1）保证定位准确、可靠（不能破坏定位）；（2）工件与夹具的变形要在允许的范围内；（3）夹紧机构必须可靠；（4）操作安全、省力、方便，符合习惯；（5）自动化程度与生产纲领适应。（一）夹紧力的方向（结合图例说明）二夹紧力的确定1、有利于工件的准确定位2、有利于减小工件变形3、有利于减小所需的夹紧力。（二）夹紧力的作用点（结合图例说明）1、保证定位稳定可靠2、有利于减小变形3、有利于减小振动4、夹紧力的反作用力不应使夹具产生影响加工精度的变形学习内容：一、斜楔夹紧机构二、螺旋夹紧机构三、偏心夹紧机构三、基本夹紧机构一、斜楔夹紧机构1点击一、斜楔夹紧机构2点击一、斜楔夹紧机构3点击一、斜楔夹紧机构4点击自锁条件为保证自锁，手动夹紧机构的升角一般取总结：斜楔夹紧机构：特点：有自锁性。通常斜角α=6°～8°有增力作用。增力比为i=2～5。能改变夹紧力的方向。夹紧行程小。主要用于机动夹紧，当机动夹紧时不需要自锁，可取α=15°～30°二、螺旋夹紧机构1点击二、螺旋夹紧机构2点击2、螺旋夹紧机构夹紧力的计算螺杆在三个力矩作用下，处于平衡状态：扩力比2典型螺旋压板夹紧机构特点：1增大夹紧行程2比较费力2典型螺旋压板夹紧机构1改变夹紧作用方向2夹紧力大于或等于作用力2典型螺旋压板夹紧机构1夹紧行程小2比较省力总结：螺旋夹紧机构：特点：自锁性好，可靠性高。增力比大。i=65~140广泛用于手动夹紧中，通常使用快速装夹结构提高工件安装速度。结构简单，应用广泛。三、偏心夹紧机构1点击三、偏心夹紧机构2点击三、偏心夹紧机构3点击

偏心夹紧原理

偏心夹紧实质是一种斜楔夹紧，但各点升角不等，a、c处升角为为0，

P处升角最大。

自锁条件：D/e≥14～201、偏心夹紧机构自锁条件圆偏心在任一夹紧位置等效于一直线楔，所以夹紧力计算与斜楔夹紧相似。又从斜楔夹紧力计算公式知，α角越大，产生的夹紧力越小，所以α→αmax时，夹紧力最小：Fwmin——最小夹紧力(N)；FQ——原始作用力(N)L——手柄至偏心的距离(mm)；——圆偏心与工件的摩擦角(°)；——圆偏心与转轴的摩擦角(°)；D——圆偏心轮直径(mm)；2、偏心夹紧机构夹紧力的计算特点：自锁差，一般用于切削负荷不大的场合。有增力作用。增力比为i=12～14。夹紧迅速。夹紧行程小。一般用在切削力不大且无振动的场合，又夹紧行程小，对夹紧尺寸要求较严。总结：偏心夹紧机构：学习内容：一、铰链夹紧机构二、定心夹紧机构三、联动夹紧机构四、其他夹紧机构一铰链夹紧机构优点：动作迅速，増力比大，易于改变力的方向。缺点：自锁性差应用：一般常用于气动、液压夹紧二定心夹紧机构1等速位移原理2均匀弹性变形原理三联动夹紧机构联动夹紧机构：利用一个原始作用力实现单件或多件的多点、多向同时夹紧的机构。设计联动夹紧机构应注意如下几点：（1）仔细进行运动分析和受力分析，确保设计图能够实现；（2）保证各处夹紧均衡，运动不干涉；（3）各压板能很好的松夹，以便装卸工作；（4）注意整个机构和传动受力环节的强度和刚度；（5）提高可靠性，降低制造成本。（1）单件同向联动夹紧机构一、单件联动夹紧机构（2）单件对向联动夹紧机构（３）单件互垂力或斜交力联动夹紧机构２、多件联动夹紧机构（１）多件平行联动夹紧机构图3.26（2）多件连续夹紧机构图3.27（3）对称式多件联动夹紧机构图3.28（4）复合式多件联动夹紧机构图3.29五夹紧机构的动力装置(一)气动夹紧装置

优点：传输、分配方便，干净；缺点：尺寸较大，有排气噪音，夹紧力小。(二)液压夹紧装置

优点：装置紧凑，工作平稳，无噪音；缺点：成本高。(三)气－液联合夹紧装置（气液增压器）具有气动、液动的优点(四)其它动力夹紧装置真空夹紧（非导磁材料）电磁夹紧其它（重力、惯性力、弹性力等）夹具设计——夹具的其他装置导向装置（钻套、镗套等）增加钻头或镗杆的支承，以提高其刚度，确保孔的位置精度对刀装置刀具与工件加工面的位置准确调整。对定装置夹具在机床上的定位、固定。夹具设计——夹具设计步骤1.研究原始资料，明确设计任务2.确定夹具的结构方案，绘制结构草图—确定工件的定位方案、夹紧方案和引导方案。—确定其他元件或装置的结构型式，如定向键，分度装置等。—合理布置各元件或装置，确定夹具体和夹具的总体结构。3.绘制夹具总装配图—主视图应选面对操作者的工作位置。—绘制总装配图的顺序：先用双点划线将工件的外形轮廓、定位基面、夹紧表面及加工表面绘制在各个视图上;视工件为透明体，再绘出定位、对刀引导、夹紧元件及其它元件或装置；最后绘出夹具体，并填写明细表及标题栏.—标注有关的尺寸、公差和技术要求。4.绘制夹具零件图并按夹具总装配图的要求,确定各零件的尺寸、公差及技术要求。夹具设计——设计过程示例夹具设计实例：A）工件图B）设计定位装置C）设计钻套D）设计夹紧装置E）总装配图夹具设计——车床夹具车床夹具类型1、卡盘类车床夹具——大都是回转体或对称零件。2、角铁式车床夹具（两种情况）（1）工件的主要定位基准是平面，要求被加工表面的轴线对定位基准面保持一定的位置关系。（2）由于工件外形的限制，必须采用半圆孔或V形块定位件。3、花盘式车床夹具夹具体为一个大园盘形零件。在花盘式夹具上加工的工件一般形状比较复杂。工件的定位基准多数是用圆柱面与其垂直的端面，因而夹具对工件多数也是端面定位和轴向夹紧的。4、安装在拖板上或床身上的专用夹具对于某些形状不规则和尺寸较大的工件，常常把夹具安装在拖板上，刀具则安装在车床主轴上作旋转运动，夹具作进给运动。夹具设计——车床夹具车床夹具的设计要点：一般与机床主轴联接，工作时高速回转。精度之外，还应考虑：—夹具的结构应力要求紧凑，轮廓小，重量轻，且重心靠近回转轴线。—夹具应有平衡措施，以减小振动等不利影响。平衡块位置可调。—夹紧装置除应使夹紧迅速、可靠外，还应注意夹具旋转的惯性力不应使夹紧力由较小的趋势，以防回转过程种夹紧元件松脱。—夹具上的定位、夹紧元件及其他装置不应大于夹具体的直径；靠近夹紧外缘的元件，不应该有突出的棱角，必要时应加防护罩。—车床夹具与主轴联接精度对夹具的回转精度有决定性的影响。因此回转轴线与车床主轴轴线要有尽可能高的同轴度。—当主轴有高速转动、急刹车等情况时，夹具与主轴之间的联接应该有防松装置。—在加工过程中，工件在夹具上应能用量具测量。切屑能顺利排出。夹具设计——车床夹具实例研究原始资料，明确设计任务（40的孔）定位方案的确定—确定要限制的自由度—根据加工工序的尺寸,形状和位置精度要求，工件定位时需限制四个方向的自由度:沿X,Y方向的水平运动以及XY轴向转动。夹具设计——车床夹具定位方案的设计固定V形块：限制X方向的移动,X方向的转动，Y方向的移动和转动。活动V形块：限制X方向的转动。夹具设计——车床夹具夹紧方案的设计比如：根据零件的定位方案，采用移动压板式螺旋夹紧机构夹具设计——车床夹具夹具体的设计及连接——形成总装图和工程图比如：采用销钉固定，轴孔连接等（该方案不够好）夹具设计——铣床夹具设计铣床夹具类型1、直线进给铣床夹具——可加工平