《机械制造工艺》课件-第17次课 铣床零件定位和夹紧

板类零件的定位与装夹专业课程/项目化课程机械制造工艺01夹具分类3铣削夹具分类：

◆1.按夹具使用范围划分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。

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通用夹具三爪卡盘四爪卡盘万向平口钳回转工作台分度头

专用夹具图钻后盖零件上Φ10mm的孔图加工Φ10mm的钻床夹具示意图6组合夹具7随行夹具82.按使用机床的类型分按使用机床的类型分，机床夹具可分为钻床夹具、铣床夹具、车床夹具、磨床夹具、镗床夹具、齿轮机床夹具等。3.按夹紧动力源分按夹紧动力源分，机床夹具可分为手动夹具、电磁夹具、液压夹具及气动夹具等。

图钻铣床夹具图快速虎钳手动夹具图液压夹具图气动夹具02工件定位一、工件定位的基本原理1．六点定位原理

工件的六个自由度

长方体形工件的定位①、概念：用合理分布的六个支承点限制工件六个自由度的法则，称为六点定位原理。②、“六点定位原理”应注意：(1)定位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始终保持紧贴接触。(2)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。(3)分析定位支承点的定位作用时，不考虑力的影响2．工件定位中的几种情况(1)完全定位（图）概念：工件的六个自由度全部被限制的定位。(2)不完全定位（图）概念：根据工件的加工要求，并不需要限制工件的全部自由度的定位。按照技术要求，工件的六个自由度没有被全部限制的定位方式。(3)欠定位（图）概念：根据工件的加工要求，应该限制的自由度没有完全被限制的定位(4)过定位（图）概念：夹具上的两个或两个以上的定位元件，重复限制工件的同一个或几个自由度的现象2．工件定位中的几种情况(1)完全定位(2)不完全定位(3)欠定位(4)过定位欠定位——应该消除的自由度没有消除，不允许过定位——几个支承点重复限制某个自由度，一般不允许，应用是有条件的工件限制几个、限制哪几个自由度完全取决于加工技术要求。完全定位示例分析欠定位示例(a)长销和大端面定位(b)平面和两短圆柱销定位过定位示例(a)四个支承钉定位(b)长销和大端面定位(c)平面和两短圆柱销定位过定位示例①过定位可能导致的后果：A、工件无法安装B、造成工件或定位元件变形②消除或减小过定位所引起干涉的方法：A、合理应用过定位，提高工件定位基准之间以及定位元件的工作表面之间的位置精度。（图）B、改变定位元件的结构，使定位元件重复限制自由度的部分不起定位作用。（改进图）改善过定位的措施(a)大端面加球面垫圈(b)大端面改为小端面03定位原件定位方法及常用定位元件工件上的定位基准面与相应的定位元件合称为定位副。定位副的选择及其制造精度直接影响工件的定位精度和夹具的工作效率以及制造使用性能等1．工件以平面定位(1)支承钉如图所示。当工件以粗糙不平的毛坯面定位时，采用球头支承钉(B型)，使其与毛坯良好接触。齿纹头支承钉(C型)用在工件的侧面，能增大摩擦系数，防止工件滑动。当工件以加工过的平面定位时，可采用平头支承钉(A型)。在支承钉的高度需要调整时，应采用可调支承。可调支承主要用于工件以粗基准面定位，或定位基面的形状复杂，以及各批毛坯的尺寸、形状变化较大时。如图是在规格化的销轴端部铣槽，用可调支承3轴向定位，达到了使用同一夹具加工不同尺寸的相似件的目的。(2)支承板工件以精基准面定位时，除采用上述平头支承钉外，还常用图所示的支承板作定位元件。A型支承板结构简单，便于制造，但不利于清除切屑，故适用于顶面和侧面定位；B型支承板则易保证工作表面清洁，故适用于底面定位。A型B型夹具装配时，为使几个支承钉或支承板严格共面，装配后，需将其工作表面一次磨平，从而保证各定位表面的等高性。2、工件以外圆柱表面定位(1)V形块

V形块定位的最大优点是对中性好。即使作为定位基面的外圆直径存在误差，仍可保证一批工件的定位基准轴线始终处在V形块的对称面上；并且使安装方便。见图。图为常用V形块结构。图(a)用于较短的精基准面的定位，图(b)和图(c)用于较长的或阶梯轴的圆柱面，其中图(b)用于粗基准面，图(c)用于精基准面；图(d)用于工件较长且定位基面直径较大的场合，V形块做成在铸铁底座上镶装淬火钢垫板的结构。V形块可分为固定式和活动式。固定式V形块在夹具体上的装配，一般用螺钉和两个定位销连接。活动V形块除限制工件一个自由度外，还兼有夹紧作用，其应用见图(2)定位套工件以外圆柱面在圆孔中定位，这种定位方法一般适用于精基准定位，常与端面联合定位。所用定位件结构简单，通常做成钢套装于夹具中，有时也可在夹具体上直接做出定位孔。工件以外圆柱面定位，有时也可用半圆套或锥套作定位元件。(a)(b)(c)(d)(1)圆柱销图为常用的标准化的圆柱定位销结构。图(a)、(b)、(c)是最简单的定位销，用于不经常需要更换的情况下。图(d)带衬套可换式定位销。3.工件以圆孔定位(2)圆柱心轴心轴主要用于套筒类和空心盘类工件的车、铣、磨及齿轮加工。图为常用圆柱心轴的结构形式。其中(a)为间隙配合心轴，(b)为过盈配合心轴，(c)是花键心轴。(a)间隙配合心轴(b)过盈配合心轴1—引导部分2—工作部分3—传动部分(c)花键心轴(3)圆锥销如图所示，工件以圆柱孔在圆锥销上定位。孔端与锥销接触，其交线是一个圆，相当于三个止推定位支承，限制了工件的三个自由度()。图(a)用于粗基准，图(b)用于精基准。(a)(b)但是工件以单个圆锥销定位时易倾斜，故在定位时可成对使用，或与其它定位元件联合使用。如图采用圆锥销组合定位，均限制了工件的五个自由度。(4)小锥度心轴这种定位方式的定心精度较高，但工件的轴向位移误差较大，适用于工件定位孔精度不低于IT7的精车和磨削加工，不能加工端面。(5)圆锥形心轴圆锥心轴限制了工件除绕轴线转动自由度以外的其它五个自由度。(6)顶尖在加工轴类或某些要求准确定心的工件时，在工件上专为定位加工出工艺定位面——中心孔。中心孔与顶尖配合，即为锥孔与锥销配合。两个中心孔是定位基面，所体现的定位基准是由两个中心孔确定的中心线。图示，左中心孔用轴向固定的前顶尖定位，限制了三个自由度()

；右中心孔用活动后顶尖定位，与左中心孔一起联合限制了两个自由度。中心孔定位的优点是定心精度高，还可实现定位基准统一，并能加工出所有的外圆表面。这是轴类零件加工普遍采用的定位方式。、4.工件以一面二孔定位以上所述定位方法，多为以单一表面定位。实际上，工件往往是以两个或两个以上的表面同时定位的，即采取组合定位方式。组合定位的方式很多，生产中最常用的就是“一面两孔”定位。如加工箱体、杠杆、盖板等。这种定位方式简单、可靠、夹紧方便，易于做到工艺过程中的基准统一，保证工件的相互位置精度。工件采用一面两孔定位时，定位平面一般是加工过的精基面，两孔可以是工件结构上原有的，也可以是为定位需要专门设置的工艺孔。相应的定位元件是支承板和两定位销。图3-48所示为某箱体镗孔时以一面两孔定位的示意图。支承板限制工件、、三个自由度；短圆柱销1限制工件的、两个自由度；短圆柱销2限制工件的、两个自由度。可见被两个圆柱销重复限制，产生过定位现象，严重时将不能安装工件。图3-48一面两孔组合定位图3-49削边销的形成一批工件定位可能出现干涉的最坏情况为：孔心距最大，销心距最小，或者反之。为使工件在两种极端情况下都能装到定位销上，可把定位销2上与工件孔壁相碰的那部分削去，即做成削边销。图3-49所示削边销的形成机理。为保证削边销的强度，一般多采用菱形结构，故又称为菱形销。图3-50常用削边销结构。安装削边销时，削边方向应垂直于两销的连心线。(a)(b)

(c)图3-50削边销结构(a)d＜3(b)d=3～50(c)d＞5004铣床夹具(三)数控铣床常用夹具及工件的装夹1.通用夹具及工件的装夹

(1)机床用平口虎钳机床用平口虎钳结构如图3-93所示。图3-93机床用平口虎钳1-底座；2-固定钳口；3-活动钳口；4-螺杆(2)压板对中型、大型和形状比较复杂的零件，一般采用压板将工件紧固在数控铣床工作台台面上，如图3-94所示。压板装夹工件时所用工具比较简单，主要是压板、垫铁、T型螺栓（或T型螺母和螺栓）及螺母。为满足不同形状零件的装夹需要，压板的形状种类也较多。另外，在搭装压板时应注意搭装稳定和夹紧力的三要素。图3-94用压板装夹工件(3)万能分度头万能分度头是数控铣床常用的通用夹具之一，如图3-95所示。通常将万能分度头作为机床附件，其主要作用是对工件进行圆周等分分度或不等分分度。许多机械零件（如花键等）在铣削时，需要利用分度头进行圆周等分。万能分度头可把工件轴线装夹成水平、垂直或倾斜的位置，以便用两坐标加工斜面。图3-95F125万能分度头1-顶尖2-分度头主轴3-刻度盘4-壳体5-分度叉6-分度头外伸轴7-插销8-分度手柄9-分度盘10-底座11-锁紧螺钉

2.组合夹具及工件的装夹组合夹具是一种标准化、系列化、通用化程度很高的工艺装备，我国目前已基本普及。组合夹具由一套预先制造好的不同形状、不同规格、不同尺寸的标准元件及部件组装而成。图3-97所示为被加工盘类零件的工序图，用来钻径向分度孔的组合夹具立体图及其分解图如图3-98所示。图3-97被加工盘类零件图3-98钻盘类零件径向孔的组合夹具1-基础件2-支承件3-定位件4-导向件5-夹紧件6-紧固件7-其他件8-合件组合夹具一般是为某一工件的某一工序而组装的专用夹具，也可以组装成通用可调夹具或成组夹具。组合夹具适用于各类机床，但以钻模和车床夹具用得最多。组合夹具把专用夹具的设计、制造、使用、报废的单向过程变为组装、拆散、清洗入库、再组装的循环过程，用几小时的组装周期代替几个月的设计制造周期，从而缩短了生产周期，节省了工时和材料，降低了生产成本，还可减少夹具库房面积，有利于管理。组合夹具的元件精度高、耐磨，并且实现了完全互换，元件精度一般为IT6～IT7。组合夹具加工的工件，位置精度一般可达到IT8～IT9，若精心调整，可以达到IT7级。由于很多优点，又特别适合于新产品试制和多品种小批量生产，所以近年来发展迅速，应用较广。组合夹具的主要缺点是体积较大，刚度较差，一次投资多，成本高，这使组合夹具的推广应用受到一定限制。（1）组合夹具的分类1）槽系组合夹具槽系组合夹具的开发和应用已超过半个世纪。槽系组合夹具就是指元件上制作有标准间距的相互平行及垂直的T形槽或键槽，通过键在槽中的定位，就能准确决定各元件在夹具中的准确位置，元件之间再通过螺栓连接和紧固。图3-98所示钻盘类零件径向孔的组合夹具是由基础底板、支承件、钻模板和V形块等元件组成，元件间的相互位置都由可沿槽滑动的键在槽中的定位来决定，所以槽系组合夹具有很好的可调整性。20世纪以来，世界上已生产了数以千万计的槽系组合夹具，其中著名的有英国的Wharton，俄罗斯的YCJI，中国的CATIC，德国的Halder等。为了适应不同工厂、不同产品的需要，槽系组合夹具分大、中、小型3种规格，其主要参数如表3-2所示。2）孔系组合夹具孔系组合夹具的元件用一面两圆柱销定位，属允许使用的过定位。孔系组合夹具的定位精度高。与槽系组合夹具相比较，孔系组合夹具的优缺点是：元件刚度高，制造和材料成本低，组装时间短，定位可靠，装配的灵活性差。在当今的世界制造业中，孔系和槽系组合夹具并存，但以孔系组合夹具更具有优势，已广泛用于NC铣床、立式和卧式加工中心，也用于FMS。目前许多发达国家都有自己的孔系组合夹具。图3-99为德国BIUCO公司的孔系组合夹具组装示意图。元件与元件间用两个销钉定位，用一个螺钉紧固。定位孔孔径有10、12、16、24mm4个规格；相应的孔距为30、40、50、80mm；孔径公差为H7，孔距公差为±0.Olmm。图3-99BIUCO孔系组合夹具组装示意图（2）槽系组合夹紧与孔系组合夹具比较有关槽系和孔系两种组合夹具的全面比较如表3-3所示。比较项目槽系组合夹具孔系组合夹具夹具刚度低高组装方便和灵活性好较差对工人装配技术要求高较低夹具定位元件尺寸调整方便，可作无级调节不方便，只能作有级调节夹具上是否具备NC机床需要的原点需要专门制作元件任何定位均可作为原点制造成本高低元件品种数量多较少合件化程度低较高（3）组合夹具的元件1）基础件如图3-100所示，基础件有长方形、圆形、方形及基础角铁等，常作为组合夹具的夹具体。图3-98中的基础件1为长方形基础板做的夹具体。图3-100基础件2）支承件如图3-101所示，支承件有V形支承、长方支承、加肋角铁和角度支承等。支承件是组合夹具中的骨架元件，数量最多，应用最广。支承件可作为各元件间的连接件，又可作为大型工件的定位件。图3-98中支承件2将钻模板与基础板连成一体，并保证钻模板的高度和位置。图3-101支承件3）定