机械加工工艺规程设计-机床夹具与工件定位

工件以平面作为定位基准是最常见的一种形式。如箱体零件、盘状零件。定位元件以平面支承的，通常称为支承件。分为基本支承和辅助支承。基本支承：用来限制工件自由度的，即是具有独立定位作用的定位元件。辅助支承：用来加强工件的支承刚性的，它不起限制工件自由度的作用。一、工件以平面定位工件以平面定位1．基本支承 它有固定支承、可调支承、自位支承三种形式。（1）固定支承 该种支承装上夹具后，一般不再拆卸或调节。 分为支承钉、支承板两种。工件以平面定位1）支承钉

通常每个支承钉可视为一点，只能限制一个自由度。根据支承钉分布的位置而产生不同的作用。 多用作工件平面定位的三点支承或侧面支承，其结构形式有平头、球头（圆头）、齿纹平面（网状）顶面三种。

图4-14支承钉结构

a)平头支承钉b)球头支承钉c)齿纹平面支承钉4-15a图中支承钉限制X轴；b图中支承钉限制绕X轴旋转支承钉不同类型支承钉的使用场合：平头支承钉：定位平面较光滑的工件；圆头支承钉：适用于未经机械加工的平面定位；网状顶面支承钉：常用在粗糙表面的侧面定位。支承钉布置的注意事项：对组成主要支承的大平面，应尽可能面积大些；对侧面两点的导向支承应尽可能有较长的距离，这样定位可靠。工件以平面定位2）支承板

支承板多用于工件上已加工平面的定位。 一般说来，支承钉用于较小平面，支承板用于较大平面，有时可用一块支承板代替两个支承钉。 支承板有两种结构形式：A型、B型。支承板A型支承板：结构简单、制造省工，但埋头螺钉处清理切屑比较困难；适用于侧面和顶面定位；B型支承板：螺钉处带有斜凹槽，易于保持工作面清洁，适用于底面定位。图4-16支承板结构工件以平面定位（2）可调支承

可调支承基本形式：由螺钉及螺母组成。适用场合:工件上未经机械加工的定位面及形状变化较大的场合。图4-18可调支承及其应用

a)可调支承示例b)可调支承应用

1—调节支承钉2—锁紧螺母工件以平面定位（3）自位支承（浮动支承）

它与工件接触的几个工作面能随工件定位面形状自行浮动的支承。 常见的有双接触点、三接触点两种。 适用场合：刚度不足的毛坯平面或不连续表面的定位中。 注意：每个自位支承，一般只相当于一个定位点，即限定一个自由度。（当工件以粗基准平面定位时，即要求增加支承点数目，以减少工件变形或减少接触应力时，又要求只限制一个自由度时，可使用自位支承。图4-19自位支承结构

a)、b)二转一c)三转一d)、e)一个小平面转一工件以平面定位2．辅助支承 辅助支承不是定位元件，但它可以在定位过程中增加工件定位的刚性及稳定性。 注意： 辅助支承不应限制工件的自由度，或破坏工件原来已经限制的自由度。 每一工件加工完毕后，一定要将所有辅助支承退回到和新装上去的工件保证不接触的位置。图4-20辅助支承应用

1—加工面2—辅助支承图4-21推式辅助支承

1—支承滑柱2—推杆3—半圆键4—手柄5—钢球图4-22弹性辅助支承

1—手柄2—螺杆3—滑块4—支承滑柱1、找正装夹法找正装夹法是一种简单易行的方法，它可分为直接找正装夹和划线找正装夹。（1）直接找正装夹法

工件在机床上应有的位置，是通过一系列的尝试而获得的。

方式：工件直接装上机床，用千分表或划线盘上的划针，以目测法校正工件位置。

缺点：费时太多，生产率低，对工人技术要求高。

适用场合：单件、小批生产中或定位精度要求比较高的场合。(二)工件的安装方式图4-5套筒的装夹简图工件的装夹方法（2）划线找正安装

有些重、大、复杂的工件，往往先在待加工处划线，然后装上机床，按所划的线进行找正定位。

适用场合：生产批量较小，毛坯精度较低，以及大型工件等不宜使用夹具的粗加工中。图4-6工件的划线找正装夹工件的装夹方法2．机床专用夹具装夹法所谓机床专用夹具，是指为某零件的某道工序而专门设计制造的夹具。方法：用工件定位基准或定位基面与夹具上确定工件位置的定位元件接触或配合来实现定位，用夹具的加紧装置将工件夹牢。适用场合：产品相对稳定，产量较大的场合。特点：保证加工精度；提高生产率；减轻工人劳动强度。返回图4-7工件的机床专用夹具装夹

1—夹具体2—工件3—钻模板

4—引导孔(钻套)5—定位

元件(支承钉、支承板)一般情况下，在加工过程中工件需要夹紧。若不夹紧，工件在外力作用下就可能发生移动；同时，工件在定位过程中获得的既定位置，也要依靠夹紧来保持；有时工件的定位也是在夹紧过程中实现的。设计夹紧装置时，首先要合理选择夹紧点、夹紧力作用方向，并正确确定所需夹紧力大小。然后设计合适的夹紧机构予以保证。一、工件的夹紧及对夹紧装置的基本要求

夹紧装置：为保证加工精度和安全生产，工件定位以后必须采用一定的装置把工件加牢在定位元件上。这种把工件压紧夹牢的装置，称为夹紧装置。夹紧装置是夹具的重要组成部分，由于夹紧工件的方式是多种多样的，因而，夹紧装置的结构形式也就种类繁多。一般夹紧装置由动力装置、中间传动结构和夹紧元件组成。

(一)夹紧装置的组成与基本要求夹紧装置图4-38夹紧装置的组成实例

1—液压缸2—杠杆3—压块4—工件

夹紧装置组成：（1）动力装置：产生夹紧力的动力源；所产生的力为原始动力。分为机动夹紧（气动、液压、电力）和手动夹紧。（2）中间传力机构：变原始动力为夹紧力的中间传力环节称为中间传力机构。如铰链杠杆、斜楔等。作用主要有三个：①改变夹紧力的大小；②改变夹紧力的方向；③实现自锁。（3）夹紧元件：是执行夹紧的最终元件，直接与工件接触的元件。如各种螺钉、压板等。 一般情况把夹紧元件和中间传动机构统称为夹紧机构。有的时候以上三者也会混在一起，很难区别。对夹紧装置的基本要求1)夹紧时应保证工件的定位，而不能破坏工件的定位。

2)夹紧力的大小应适宜，既要保证工件在整个加工过程中位置稳定不变，还不能产生振动、变形和表面损伤。

3)应根据生产类型设计相应的夹紧机构。

4)为防止夹紧后自动脱开，夹紧机构须具备良好的自锁性能。夹紧力三要素设计夹具的夹紧机构时，所需夹紧力的确定包括三方面的内容：夹紧力的作用点、作用点方向及力的大小。(二)夹紧力的确定原则1、夹紧力的作用点夹紧时，夹紧元件与工件表面的接触位置即为夹紧力作用点。

2、夹紧力的方向在确定夹紧力的方向时，要考虑工件定位基准所处的位置，以及工件所受外力的作用方向等。

3、夹紧力的大小在确定了夹紧力的作用点和方向之后，还要认真确定夹紧力的大小。1)夹紧力应落在支承元件上或几个支承元件所形成的支承平面内，这样夹紧力才不会使工件倾斜而破坏定位。

1、夹紧力的作用点

夹紧时，夹紧元件与工件表面的接触位置即为夹紧力作用点。图4-39夹紧力的作用点

1—夹具体2—工件3—支承钉夹紧力的作用点2）夹紧力的作用点应落在工件刚性较好的部位上，这对刚性差的工件尤为重要。图4-40夹紧力的作用点应落在工件刚性强的部位上

a)一个夹紧力作用点b)两个夹紧力作用点夹紧力的作用点3)为提高夹紧的可靠性，防止和减少工件的振动，夹紧力应尽可能靠近加工面。图4-41夹紧力尽可能靠近加工面2．夹紧力的方向

在确定夹紧力的方向时，要考虑工件定位基准所处的位置，以及工件所受外力的作用方向等有关。夹紧力的方向1）夹紧力作用力方向应不破坏工件定位的准确性。垂直于工件的主要定位基面，以保证加工精度。图4-42夹紧力应朝向主要基面夹紧力的方向2)应选择所需夹紧力较小的方向。图4-43钻孔加工示意图

a)三者方向一致b)方向相反3．夹紧力的大小夹紧力的大小，对工件装夹的可靠性，工件和夹具的变形，夹紧装置的复杂程度等都有着很大的影响。夹紧力大小的计算方法（简化计算）：1）平衡计算法。只考虑切削力（或切削矩）对夹紧的影响，并假设工艺系统是刚性的，切削过程是稳定不变的，然后找出加工过程中对夹紧最不利的状态，按静力平衡原理求出夹紧力，最后乘上安全系数（粗加工取2.5-3，精加工取1.5-2）。

在实际夹具设计中，对于夹紧力的大小并非所有情况都要用计算确定。如手动夹紧用经验法或类比法。2）经验类比法。前面说过，精确计算夹紧力的大小是件很不容易的事，因此在实际夹具设计中，有时不用计算的方法来确定夹紧力的大小。如手动夹紧机构，常根据经验或用类比的方法确定所需夹紧力的数值。但对于需要比较准确地确定夹紧力大小的，如气动、液压传动装置或容易变形的工件等，仍有必要对夹紧状态进行受力分析，估算夹紧力的大小。(1)夹具定位元件与夹具安装基准应有正确位置关系因为机床夹具是通过夹具安装基准(钻床和铣床夹具的夹具体底面)装在机床工作台上的，所以机床夹具定位元件相对于机床夹具安装基准应具有正确的位置关系。

(2)机床夹具应正确定位机床夹具装到机床上时，应使机床夹具的安装基准相对于机床保持正确位置，即机床夹具相对于机床保持正确位置，这个过程称为机床夹具的定位。

(3)应正确对刀机床夹具装在机床上后，还应使刀具切削刃相对于工件或夹具定位元件具有正确位置关系，这一过程称为对刀。一、机床夹具的组成(1)定位元件从上节对机床专用夹具装夹工件过程的分析可知，夹具的首要任务是对工件进行快速定位和牢靠夹紧，因此不论何种夹具，都必须设置用以确定工件正确位置的定位元件。

(2)夹紧装置在工件定位好正确位置后，将工件牢靠地固定在定位位置的夹紧机构。

(3)对刀、导向元件用专用夹具装夹工件进行加工时，基本上都采用调整法加工。

(4)夹具连接元件夹具最终要安装在机床上。

(5)夹具体夹具体是夹具的骨架，夹具上的所有组成元件，都必须最终通过它连接成一个有机整体。

(6)其他装置或元件按照工序的加工要求，有些夹具上还设有其他装置或机构，如进行多工位加工用的分度机构、动力装置的操纵系统等。图4-8专用机床夹具的组成及其与工件、机床、刀具间的关系

1．机床专用夹具

通用夹具：指已标准化的，可用于加工同一类型、不同尺寸工件的夹具。机床专用夹具：根据零件加工工艺过程中专为某一工件的某道工序的需要而专门设计的夹具，不具备通用性。 优点：定位准确、装卸工件迅速、效率高、加工质量号。适用场合：产品固定，工艺相对稳定、批量又大的加工过程。二、机床夹具的分类夹具的分类2．组合夹具

组合夹具：在夹具零件、部件完全标准化的基础上，根据积木化原理，针对不同的加工对象和加工要求，拼装组合而成的专用夹具。

适用场合：单件小批生产或新产品试制。返回夹具的分类3．成组夹具 指当加工完一种工件后，经过调整或更换个别元件，既可加工另外一种工件的夹具。

主要用于：加工形状相似、尺寸相近的工件。

适用场合：中小批生产图4-10车削盘、套类零件内、外圆的成组夹具

１—锥柄２—定位衬套３—花盘KH1—钩形螺栓KH2—定位元件KT1—压板座组件一、工件定位的六自由度规则图4-11工件在空间的六点定位二、确定工件应限制的自由度第一类自由度：该自由度会影响加工要求；第二类自由度：该自由度与保证加工尺寸或位置公差无关。“完全定位”“不完全定位”