第2章機床夾具設(shè)計

為保證工件的加工要求，必須使工件在機床上處于準(zhǔn)確的位置，夾具就是用來實現(xiàn)這一要求的。用夾具定位涉及到三層關(guān)系：

（1）工件在夾具上的定位；

（2）夾具相對于機床的定位；

（3）工件相對于機床的定位——間接通過夾具來保證的。本章主要討論工件在夾具上的定位原理。工件定位以后必須通過一定的裝置產(chǎn)生夾緊力，使工件保持在準(zhǔn)確的位置上。這種產(chǎn)生夾緊力的裝置就是夾緊裝置。夾緊裝置的設(shè)計與計算也是本章所討論的主題。

本章提要內(nèi)容提綱

概述定位原理及定位元件定位誤差的分析與計算工件在夾具中的夾緊機床夾具設(shè)計典型夾具應(yīng)用實例分析3.13.23.33.43.53.62.1概述1—快換鉆套；2—鉆模板；3—定位銷；4—螺母；5—開口墊圈；6—夾具體；7—鍵鉆床夾具定位：工件在機床上加工時，為保證加工精度和提高生產(chǎn)率，必須使工件在機床上相對刀具占有正確的位置，這個過程稱為定位。夾緊：為克服切削過程中工件受外力的作用而破壞定位，必須對工件施加夾緊力，這個過程稱為夾緊。裝夾：定位和夾緊綜合稱為裝夾。安裝：使工件占有正確的加工位置，并使工件夾緊的過程。夾具：將工件進行定位、夾緊，將刀具進行導(dǎo)向或?qū)Φ?，以保證工件和刀具間的相對位置關(guān)系的附加裝置。2.1概述

保證加工精度零件加工精度包括尺寸精度、幾何形狀和表面相互位置精度。夾具的最大功用是保證加工表面的位置精度，不受工人技術(shù)水平的影響，使一批工件的加工精度趨于一致

。提高生產(chǎn)率，降低生產(chǎn)成本使用夾具裝夾工件方便、快速，工件不需要劃線找正，可顯著地減少輔助工時；工件在夾具中裝夾后提高了工件的剛性，可加大切削用量；可使用多件、多工位裝夾工件的夾具，并可采用高效夾緊機構(gòu)，進一步提高勞動生產(chǎn)率。

2.1概述2.1.1夾具的作用擴大機床的加工范圍根據(jù)加工機床的成形運動，附以不同類型的夾具，即可擴大機床原有的工藝范圍。例如利用分度頭可以在萬能銑床上加工齒輪和花鍵，代替齒輪加工機床進行加工。減輕工人勞動強度

可用氣動、電動夾緊。

2.1概述2.1.1夾具的作用機床夾具1.按夾具的應(yīng)用分2.按機床類型分3.按夾具所用夾緊動力源分①通用夾具②專用機床夾具③組合夾具④成組夾具⑤隨行夾具2.1概述2.1.2夾具的分類1．按專門化程度分①通用夾具通用夾具是指已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化的，在一定范圍內(nèi)可用于加工不同工件的夾具。例如，車床上三爪卡盤和四爪單動卡盤，銑床上的平口鉗、分度頭和回轉(zhuǎn)工作臺等。這類夾具一般由專業(yè)工廠生產(chǎn)，常作為機床附件提供給用戶。其特點是適應(yīng)性廣，生產(chǎn)效率低，主要適用于單件、小批量生產(chǎn)中。②專用機床夾具專用夾具是指專為某一工件的某道工序而專門設(shè)計的夾具。其特點是結(jié)構(gòu)緊湊，操作迅速、方便、省力，可以保證較高的加工精度和生產(chǎn)效率，但設(shè)計制造周期較長、制造費用也較高。當(dāng)產(chǎn)品變更時，夾具將由于無法再使用而報廢。只適用于產(chǎn)品固定且批量較大的生產(chǎn)中。

2.1概述2.1.2夾具的分類③組合夾具按零件的加工要求，由一套事先制造好通用性較好的標(biāo)準(zhǔn)元件和部件組裝而成的夾具，只用于特定的工件和工序。由專業(yè)廠家制造，其特點是靈活多變，萬能性強，制造周期短、元件能反復(fù)使用，特別適用于新產(chǎn)品的試制和單件小批生產(chǎn)。

④通用可調(diào)夾具和成組夾具其特點是夾具的部分元件可以更換，部分裝置可以調(diào)整，以適應(yīng)不同零件的加工。用于相似零件的成組加工所用的夾具，稱為成組夾具。通用可調(diào)夾具與成組夾具相比，加工對象不很明確，適用范圍更廣一些。⑤隨行夾具隨行夾具是一種在自動線上使用的夾具。該夾具既要起到裝夾工件的作用，又要與工件成為一體沿著自動線從一個工位移到下一個工位，進行不同工序的加工。

2.1概述2.1.2夾具的分類2．按機床類型分：由于各類機床自身工作特點和結(jié)構(gòu)形式各不相同，對所用夾具的結(jié)構(gòu)也相應(yīng)地提出了不同的要求。按所使用的機床不同，夾具又可分為：車床夾具、鉆床夾具、銑床夾具、鏜床夾具、磨床夾具、齒輪機床夾具和其他機床夾具等。

3．按夾具所用夾緊動力源：根據(jù)夾具所采用的夾緊動力源不同，可分為：手動夾具、氣動夾具、液壓夾具、氣液夾具、電動夾具、磁力夾具、真空夾具等。2.1概述2.1.2夾具的分類2.1概述2.1.3夾具的組成定位元件（裝置）夾緊元件（裝置）刀具導(dǎo)向元件（裝置）連接元件夾具體其他元件（裝置）定位元件：它與工件的定位基準(zhǔn)相接觸，用于確定工件在夾具中的正確位置，從而保證加工時工件相對于刀具和機床加工運動間的相對正確位置。如圖的定位銷；夾緊裝置：用于夾緊工件，在切削時使工件在夾具中保持既定位置。如圖的螺母、開口墊圈；導(dǎo)向元件和對刀元件：這些元件的作用是保證工件與刀具之間的正確位置。用于確定刀具在加工前正確位置的元件，稱為對刀元件，如對刀塊。用于確定刀具位置并導(dǎo)引刀具進行加工的元件，稱為導(dǎo)向元件，如鉆套；連接元件：使夾具與機床相連接的元件，保證機床與夾具之間的相互位置關(guān)系。2.1概述2.1.3夾具的組成夾具體：夾具的關(guān)鍵部件，保證各元件之間的相對位置，控制刀具相對于工件的位置，用于連接或固定夾具上各元件及裝置，使其成為一個整體的基礎(chǔ)件。它與機床有關(guān)部件進行連接、對定，使夾具相對機床具有確定的位置。其它元件和裝置：有些夾具根據(jù)加工要求，有分度機構(gòu)，銑床夾具還要有定位鍵（連接元件）等。以上這些組成部分，并不是對每種機床夾具都是缺一不可的，但是任何夾具都必須有定位元件和夾緊裝置，它們是保證工件加工精度的關(guān)鍵，目的是使工件定準(zhǔn)、夾牢。一般來說，定位元件、夾緊裝置和夾具體是夾具的基本部分。

2.1概述2.1.3夾具的組成2.1概述2.1.3夾具的組成為了達到工件被加工表面的技術(shù)要求，必須保證工件相對刀具和機床處于正確的加工位置。夾具保證加工精度的原理是工件加工時需要滿足三個條件：（1）一批工件在夾具中占有正確的位置；（2）夾具在機床上的正確位置；（3）刀具相對夾具的正確位置。顯然，工件的定位是其中極為重要的一個環(huán)節(jié)。2.2定位原理及定位元件2.2.1定位原理

物體在空間具有六個自由度，即沿三個坐標(biāo)軸的移動和繞三個坐標(biāo)軸的轉(zhuǎn)動，如果完全限制了物體的這六個自由度，則物體在空間的位置就完全確定了。工件的定位應(yīng)使工件在空間相對于機床占有某一正確的位置，這個正確位置是根據(jù)工件的加工要求確定的。1、工件定位的基本原理2.2定位原理及定位元件2.2.1定位原理六點定位原理XZY

要確定其空間位置，就需要限制其6個自由度。

將6個支承抽象為6個“點”，6個點限制了工件的6個自由度，這就是六點定位原理。

任何一個物體在空間直角坐標(biāo)系中都有6個自由度——用表示1、工件定位的基本原理2.2定位原理及定位元件2.2.1定位原理

合理布置六個定位支承點，使工件上的定位基面與其緊密接觸或配合，一個支承點限制工件一個自由度，使工件六個自由度被完全限制，在空間得到唯一確定的位置，此即六點定位原理。在多個表面同時參與定位情況下，各定位表面所起作用有主次之分。通常稱定位點數(shù)最多的表面為主要定位面或支承面，稱定位點數(shù)次多的表面為第二定位基準(zhǔn)面或?qū)蛎?，稱定位點數(shù)為1的表面為第三定位基準(zhǔn)面或止動面。1、工件定位的基本原理2.2定位原理及定位元件2.2.1定位原理工件以平面3點定位XYZ

需要說明的是：“點”的含義

“六點定位原理”是將夾具中的定位元件抽象成了支承點，但實際上夾具有時使用的是一些具體的定位元件，是通過元件上具體定位表面體現(xiàn)出來的。1、工件定位的基本原理2.2定位原理及定位元件2.2.1定位原理為了達到某一工序的加工要求，有時不一定要完全限制工件的六個自由度，或工件加工不一定非要使工件的位置達到完全確定的程度。工件的六個自由度被完全限制的定位稱完全定位，允許少于六點的定位稱為不完全定位。

完全定位和不完全定位都是合理的定位方式。完全定位與不完全定位2、限制工件自由度與加工要求的關(guān)系2.2定位原理及定位元件2.2.1定位原理2、限制工件自由度與加工要求的關(guān)系2.2定位原理及定位元件2.2.1定位原理

按照銑槽工序的加工要求，就只需限制5個自由度就足夠了。工件在機床夾具上定位究竟需要限制哪幾個自由度，可根據(jù)工序的加工要求確定。分析工件定位所限制的自由度數(shù)時，必須把定位與夾緊區(qū)別開來，在上圖中，工件限制了5個自由度，y自由度可以不限制；但工件在夾緊后沿y軸確實是不能再移動了，這能不能說自由度也被限制了呢？不能這樣認為，因為工件相對于機床的定位位置是在夾緊動作之前就已確定了的，夾緊的任務(wù)只是保持原先的定位位置不變。2、限制工件自由度與加工要求的關(guān)系2.2定位原理及定位元件2.2.1定位原理2、限制工件自由度與加工要求的關(guān)系2.2定位原理及定位元件2.2.1定位原理

圖(a)是在工件上加工不通槽。糟寬由刀具直徑保證，但是要保證尺寸x、尺寸y、尺寸z，就需要限制x、y、z方向的移動和x、y、z的旋轉(zhuǎn)六個自由度。這種定位方法，稱為完全定位。2、限制工件自由度與加工要求的關(guān)系2.2定位原理及定位元件2.2.1定位原理

圖(b)是在工件上加工通槽，不需要保證y，所以也不必限制y方向的移動自由度，只需要限制其它五個自由度就可以了。2、限制工件自由度與加工要求的關(guān)系2.2定位原理及定位元件2.2.1定位原理圖(c)是在工件上加工平面，不需要保證尺寸x、y，所以也不必限制x、y方向的移動、z方向的旋轉(zhuǎn)自由度，只需要限制其它三個自由度就可以了。2、限制工件自由度與加工要求的關(guān)系2.2定位原理及定位元件2.2.1定位原理這種沒有完全限制六個自由度而仍然保證有關(guān)工序尺寸的定位方法，稱為不完全定位。不完全定位主要有兩種情況：①工件本身相對于某個點、線是完全對稱的，則工件繞此點、線旋轉(zhuǎn)的自由度無法被限制（即使被限制也無意義）。例如球體繞過球心軸線的轉(zhuǎn)動，圓柱體繞自身軸線的轉(zhuǎn)動等。②工件加工要求不需要限制某一個或某幾個自由度。如加工平板上表面，要求保證平板厚度及與下平面的平行度，則只需限制3個自由度就夠了。2、限制工件自由度與加工要求的關(guān)系2.2定位原理及定位元件2.2.1定位原理ZYXZYX除XZYX全部ZYXX,Y

ZYXZYX工件應(yīng)限制的自由度Z,X,Y除X，X除X2、限制工件自由度與加工要求的關(guān)系2.2定位原理及定位元件2.2.1定位原理球體上通銑平面理論上只需限制一個自由度。限制自由度越少，則夾具越簡單，但夾緊越困難。若考慮加工穩(wěn)定性，則限制自由度不少于3個。2、限制工件自由度與加工要求的關(guān)系2.2定位原理及定位元件2.2.1定位原理欠定位與過定位欠定位示例XZYa）b）BBB

工件應(yīng)限制的自由度未被限制的定位，為欠定位。

在實際生產(chǎn)中欠定位是絕對不允許的。2、限制工件自由度與加工要求的關(guān)系2.2定位原理及定位元件2.2.1定位原理在研究確定定位方案時，原則上不允許出現(xiàn)某一自由度出現(xiàn)重復(fù)限制的情況。工件一個(或幾個)自由度被兩個(或兩個以上)約束點約束，稱為過定位或重復(fù)定位。過定位造成的后果：使接觸點（定位點）不穩(wěn)定，使定位不準(zhǔn)確或不穩(wěn)定；增加了工件和夾具的夾緊變形，引起加工誤差；導(dǎo)致部分工件不能順利地與定位件配合，產(chǎn)生定位干涉（如一面兩銷）；干擾了設(shè)計意圖的實現(xiàn)。2、限制工件自由度與加工要求的關(guān)系2.2定位原理及定位元件2.2.1定位原理

過定位是否允許，要視具體情況而定：1）如果工件的定位面經(jīng)過機械加工，且形狀、尺寸、位置精度均較高，則過定位是允許的。有時還是必要的，因為合理的過定位不僅不會影響加工精度，還會起到加強工藝系統(tǒng)剛度和增加定位穩(wěn)定性的作用。2）如果工件的定位面是毛坯面，或雖經(jīng)過機械加工，但加工精度不高，這時過定位一般是不允許的，因為它可能造成定位不準(zhǔn)確，或定位不穩(wěn)定，或發(fā)生定位干涉等情況。2、限制工件自由度與加工要求的關(guān)系2.2定位原理及定位元件2.2.1定位原理消除過定位及其干涉的途徑：

1.改變定位元件結(jié)構(gòu)，消除對自由度的重復(fù)限制，如長銷改成短銷；2.提高工件定位基面之間的位置精度，提高夾具定位元件之間的位置精度，減少或消除過定位引起的干涉，精加工時可增加剛度和定位穩(wěn)定性。2、限制工件自由度與加工要求的關(guān)系2.2定位原理及定位元件2.2.1定位原理

過定位分析如圖所示，存在過定位嗎？2、限制工件自由度與加工要求的關(guān)系2.2定位原理及定位元件2.2.1定位原理過定位示例a）ZYXYb）ZYYX圖a采用4個支承釘，相當(dāng)于兩條形支承板，如圖b所示，屬過定位。若工件定位表面較粗糙，則該定位面實際上只能與3個支承釘接觸，造成定位不穩(wěn)定。若施加夾緊力強行使工件定位面與4個支承釘均接觸，則必然導(dǎo)致工件變形而影響加工精度。2、限制工件自由度與加工要求的關(guān)系2.2定位原理及定位元件2.2.1定位原理過定位示例c）ZYXY2、限制工件自由度與加工要求的關(guān)系2.2定位原理及定位元件2.2.1定位原理

過定位應(yīng)用HSK刀柄與傳統(tǒng)刀柄結(jié)構(gòu)HSK刀柄傳統(tǒng)刀柄1:107:24HSK刀柄，是德語Hohlschaftkegel的縮寫，字面意思是空心、圓錐形。此刀柄是由德國亞琛工業(yè)大學(xué)機床研究所（WZL）在20世紀90年代初開發(fā)的，它是最具有代表性的一種雙面夾緊刀柄。

HSK刀柄錐度比為1:10，比普通刀柄7:24更為貼緊，這樣刀柄錐部彈性變性與主軸完全貼緊，使抗彎強度好，而徑向和軸向精度也高，所以HSK適合于高速機。它相對于老式BT刀柄，優(yōu)點在于：特殊的雙面加緊設(shè)計，大大加強了刀柄和主軸的結(jié)合剛度；錐部長度短，質(zhì)量輕，使得重復(fù)精度高，易于實現(xiàn)自動化換刀；具有良好的高速鎖緊性。2、限制工件自由度與加工要求的關(guān)系2.2定位原理及定位元件2.2.1定位原理刀柄主軸拉桿漲套

過定位應(yīng)用HSK刀柄與傳統(tǒng)刀柄結(jié)構(gòu)HSK刀柄傳統(tǒng)刀柄1:107:24間隙主軸拉桿刀柄定位端面配合錐面2、限制工件自由度與加工要求的關(guān)系2.2定位原理及定位元件2.2.1定位原理如圖示，齒輪坯以內(nèi)孔和一小端面定位，車削外圓和大端面。加工后檢測發(fā)現(xiàn)大端面與內(nèi)孔垂直度超差。試分析原因，提出改進意見。4A0.02A間隙配合剛性心軸過定位示例

討論2、限制工件自由度與加工要求的關(guān)系2.2定位原理及定位元件2.2.1定位原理過定位引起夾緊變形2、限制工件自由度與加工要求的關(guān)系2.2定位原理及定位元件2.2.1定位原理橡膠墊過定位處理分析2.2定位原理及定位元件2、限制工件自由度與加工要求的關(guān)系2.2定位原理及定位元件2.2.1定位原理2、限制工件自由度與加工要求的關(guān)系2.2定位原理及定位元件2.2.1定位原理a）YXZa2）YXZa3）YXZ過定位示例分析一般情況下，三爪卡盤限制工件四個自由度(除沿Z向轉(zhuǎn)動和移動外)；若卡盤夾持長度減少一些，則僅限制兩個移動。2.2定位原理及定位元件

討論分析圖示定位方案：①各方案限制的自由度②有無欠定位或過定位③對不合理的定位方案提出改進意見。

自由度：活動的可能性3、典型的定位元件及其限制的自由度2.2定位原理及定位元件2.2.1定位原理3、典型的定位元件及其限制的自由度2.2定位原理及定位元件2.2.1定位原理長銷限制4個自由度，小平面相當(dāng)于支承釘，只限制1個移動3、典型的定位元件及其限制的自由度2.2定位原理及定位元件2.2.1定位原理2.2定位原理及定位元件2.2.1定位原理3、典型的定位元件及其限制的自由度2.2定位原理及定位元件2.2.1定位原理3、典型的定位元件及其限制的自由度2.2定位原理及定位元件2.2.1定位原理XZY工件在兩頂尖上定位在分析多個表面定位情況下各表面限制的自由度時，分清主次定位面很重要。如圖所示工件在兩頂尖上的定位，應(yīng)首先確定前頂尖限制的自由度，他們是。然后再分析后頂尖限制的自由度。此時，應(yīng)與前頂尖一起綜合考慮，可以確定其限制的自由度是。3、典型的定位元件及其限制的自由度2.2定位原理及定位元件2.2.1定位原理如圖所示孔與端面組合定位，大端面限制3個自由度，長銷限制4個自由度。被重復(fù)限制，屬過定位?？刹捎么蠖嗣娑啼N、小端面長銷、球面墊圈與長銷組合定位方式(即該PPTP42)。若孔與端面及銷與端面有嚴格的垂直度關(guān)系，且銷和孔有較松的動配合性質(zhì)，則該過定位允許存在。3、典型的定位元件及其限制的自由度2.2定位原理及定位元件2.2.1定位原理銷1銷2平面限制Z，X，Y

短圓柱銷1限制X，Y短圓柱銷2限制Y，Z屬典型過定位，應(yīng)改圓柱銷2為菱形銷（即削邊銷）。3、典型的定位元件及其限制的自由度2.2定位原理及定位元件2.2.1定位原理解決辦法：

將銷2做成削邊銷“一面二孔”組合定位2.2定位原理及定位元件2.2.2定位元件分析自由度的方法(a)明確工序的加工要求(包括工序尺寸和位置精度)與對應(yīng)的工序基準(zhǔn)；(b)建立空間直角坐標(biāo)系。當(dāng)工序基準(zhǔn)為球心時，取球心為坐標(biāo)原點；當(dāng)工序基準(zhǔn)為線(軸線)時，以該直線為坐標(biāo)軸；當(dāng)工序基準(zhǔn)為面時，以該平面為坐標(biāo)面。(c)依次找出影響各項加工要求的自由度。在已建立的坐標(biāo)系中，加工表面的位置是一定的，若工件某項加工要求的工序基準(zhǔn)在某一方向上偏離理想位置時，該項加工要求的數(shù)值發(fā)生變化，則該方向的自由度便影響該項加工要求，否則便不是。一般情況下，要對6個自由度逐個進行判斷。(d)把影響所有加工要求的自由度累計起來。2.2定位原理及定位元件2.2.1定位原理對定位元件的基本要求工件在夾具中定位時，一般并不是把工件的定位基面直接與夾具體接觸，通常是放在定位元件上，所以對定位元件提出了以下基本要求：（1）定位元件的工作表面有足夠的精度，以適應(yīng)加工要求；（2）有足夠的剛度和強度；（3）耐磨性好。為了延長定位元件的使用壽命，定位元件的工作表面應(yīng)該熱處理淬硬，以長期保持尺寸精度和位置精度；（4）工藝性要好，便于制造、裝配和維修。

2.2定位原理及定位元件2.2.2定位元件平面定位常用定位元件

支承板可調(diào)支承

自位支承輔助支承

平面型支承板：側(cè)面和頂面定位帶斜槽型支承板：適于作底面定位準(zhǔn)面平頭支承釘：用于支承精基準(zhǔn)面球頭支承釘：用于支承粗基準(zhǔn)面網(wǎng)紋頂面支承釘：用在工件以粗基準(zhǔn)定位且要求較大摩擦力的表面定位支承釘2.2定位原理及定位元件2.2.2定位元件用于支承精基準(zhǔn)面用于支承粗基準(zhǔn)面用在粗基準(zhǔn)定位且要求較大摩擦力表面定位/側(cè)面支承側(cè)面和頂面定位底面定位，開斜槽便于清除切屑表面越粗糙，則定位面積越小越好2.2定位原理及定位元件2.2.2定位元件ZXYZXYZXYZXY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釘、支承板、夾具支承件和夾具體的凸臺及平面等。下圖給出了平面定位的幾種情況。ZXYZXY三角形面積越大，支承越穩(wěn)定，可減少定位誤差2.2定位原理及定位元件2.2.2定位元件自位支承：

支承本身可隨工件定位基準(zhǔn)面的變化而自動適應(yīng)，是活動的或是浮動的，只起一個支承點的作用，只限制一個自由度。2.2定位原理及定位元件2.2.2定位元件（a）和（b）杠桿式兩點自位支承；（c）球面三點式自位支承可調(diào)支承：多用于毛面定位，每批調(diào)整一次，以補償各批毛坯誤差；支承工件的粗基準(zhǔn)面，限制一個自由度。2.2定位原理及定位元件2.2.2定位元件輔助支承：在工件定位后才參與支承，不作定位元件，不限制自由度，只用以增加工件在加工過程中的剛性。與可調(diào)支承形式一樣，但作用不同。2.2定位原理及定位元件2.2.2定位元件工件以圓孔定位多屬于定心定位（定位基準(zhǔn)為圓柱孔軸線）。常用定位元件是定位銷和心軸。定位銷有圓柱銷、圓錐銷、菱形銷等形式；心軸有剛性心軸（又有過盈配合、間隙配合和小錐度心軸等）、彈性心軸之分。工件以圓孔定位所限制的自由度見下圖。XYZXYZXYZXYZXYZXYZ工件以孔定位常用定位元件

2.2定位原理及定位元件2.2.2定位元件工件以孔定位常用定位元件

1．定位銷

定位銷

圓柱銷圓錐銷長定位銷短定位銷2.2定位原理及定位元件2.2.2定位元件1、圓柱銷——

短圓柱銷限制兩個自由度；長圓柱銷（長徑比>0.8）可以限制四個自由度；D>10注意：若圓柱銷與孔之間有間隙，以某母線接觸，則變?yōu)橹С卸ㄎ?。過盈配合間隙配合工件以孔定位常用定位元件2.2定位原理及定位元件2.2.2定位元件

1、圓錐銷——常用于工件孔端的定位，可限制三個移動自由度

光孔定位毛坯孔定位工件以孔定位常用定位元件2.2定位原理及定位元件2.2.2定位元件工件以孔定位常用定位元件

2．心軸——用于盤套類零件的定位

定位心軸

錐度心軸圓柱心軸

過盈配合心軸間隙配合心軸

2.2定位原理及定位元件2.2.2定位元件工件以孔定位常用定位元件

2．心軸——用于盤套類零件的定位，屬定心定位

（限制四個自由度）過盈配合心軸限制工件四個自由度；定心精度高，裝卸困難間隙配合心軸限制工件五個自由度（心軸外圓部分限制四個自由度，軸肩面限制一個自由度，用于定心精度不高的場合裝夾方便，有誤差）2.2定位原理及定位元件2.2.2定位元件工件以孔定位常用定位元件

2．心軸——用于盤套類零件的定位，屬定心定位小錐度心軸，裝夾工件時，通過工件孔和心軸接觸表面的彈性變形夾緊工件，使用小錐度心軸定位可獲得較高的定位精度，它可以限制五個自由度一般具有很小的錐度K，通常K=1:5000～1:1000。對于磨床用的圓錐心軸，其錐度可以更小，如K＝1:10000～1:5000。采用圓錐心軸，孔、軸間的間隙得以消除，定心精度較高，可達0.005～0.01mm。2.2定位原理及定位元件2.2.2定位元件工件以外圓柱面定位兩種形式：定心定位和支承定位。工件以外圓柱面定心定位的情況與工件以圓孔定位的情況相仿（用套筒和卡盤代替心軸或柱銷）。工件以外圓柱面支承定位的元件常采用V型塊，短V型塊限制2個自由度，長V型塊（或兩個短V型塊組合）限制4個自由度。XYZXYZXYZXYZXYZ

工件以外圓定位常用定位元件2.2定位原理及定位元件2.2.2定位元件V形塊在夾具中的安裝尺寸T是V形塊的主要設(shè)計參數(shù)，也是V形塊的檢驗和調(diào)整依據(jù)。

工件以外圓定位常用定位元件

1．V形塊——結(jié)構(gòu)尺寸已標(biāo)準(zhǔn)化，斜面夾角有60°、90°、120°2.2定位原理及定位元件2.2.2定位元件用V形塊定位，工件的定位基準(zhǔn)始終在V形塊兩定位面的對稱中心平面內(nèi)，對中性能好，可用于非完整外圓表面的定位。一個短V形塊限制兩個自由度；兩個短V形塊組合或一個長V形塊限制四個自由度；浮動式V形塊只限制一個自由度。2.2定位原理及定位元件2.2.2定位元件當(dāng)工件尺寸較大，用圓柱孔定位不方便時，可將圓柱孔改成兩半，下半孔用作定位，上半孔用于壓緊工件。短半圓孔定位限制工件的二個自由度；長半圓孔定位限制工件的四個自由度。

工件以外圓定位常用定位元件2．半圓孔——2.2定位原理及定位元件2.2.2定位元件

工件以外圓定位常用定位元件3．外圓定心夾緊——三爪卡盤、雙V形鐵定心夾緊、彈簧夾頭2.2定位原理及定位元件2.2.2定位元件除平面、圓孔、外圓柱面外，工件有時還可能以其它表面（如圓錐面、漸開線齒面、曲面等）定位。下圖為工件以錐孔定位的例子，錐度心軸限制了除繞工件自身軸線轉(zhuǎn)動外的5個自由度。工件以錐孔定位工件以其它表面定位2.2定位原理及定位元件2.2.2定位元件

在實際生產(chǎn)中，為滿足加工要求，有時采用幾個定位面相組合的方式進行定位。常見的組合形式有：兩頂尖孔、一端面一孔、一端面一外圓、一面兩孔等，與之相對應(yīng)的定位元件也是組合式的。工件以組合表面定位常用定位元件2.2定位原理及定位元件2.2.2定位元件

工件在定位時要解決兩個問題：①工件位置的“定與不定”。根據(jù)六點定位原理，通過消除工件相應(yīng)的“自由度”來解決；②工件位置的“準(zhǔn)與不準(zhǔn)”。通過選擇合適的定位基準(zhǔn)和選擇、設(shè)計相應(yīng)的定位元件來實現(xiàn)。

2.3定位誤差分析2.3.1定位誤差及其產(chǎn)生的原因安裝誤差△安裝工件在夾具中的定位和夾緊誤差。對定誤差△對定①刀具的導(dǎo)向或?qū)Φ墩`差即夾具與刀具的相對位置誤差；②夾具在機床上的定位和夾緊誤差即夾具與機床的相對位置誤差。加工過程誤差△過程

加工方法的原理誤差，工藝系統(tǒng)的受力變形、工藝系統(tǒng)的受熱變形、工藝系統(tǒng)各組成部分（如機床、刀具、量具等）的靜精度和磨損等。加工誤差的組成通常：△安裝+△對定+△過程≤T工件2.3定位誤差分析2.3.1定位誤差及其產(chǎn)生的原因工件在夾具中的定位和夾緊誤差夾具與刀具的相對位置誤差夾具與機床的相對位置誤差2.3定位誤差分析2.3.1定位誤差及其產(chǎn)生的原因為了保證加工精度的要求，我們加工時應(yīng)滿足如下關(guān)系式：△總=

△安裝+△對定+△過程≤T

其中△總為多種原因產(chǎn)生的誤差總和，T是工件被加工尺寸的公差。初步計算時，可考慮三項誤差平均分配，即：

△安裝≤T/3△對定≤

T/3多數(shù)情況下，夾緊誤差可忽略不計，因此有：△定位≤T/3

上式用以判斷夾具設(shè)計是否滿足要求。2.3定位誤差分析2.3.1定位誤差及其產(chǎn)生的原因

定位誤差是工件在夾具中定位，由于定位不準(zhǔn)造成的加工面相對于工序基準(zhǔn)沿加工要求(加工尺寸)方向上的最大位置變動量。

成批加工工件時，夾具相對機床的位置及切削運動的行程調(diào)定后不再變動，可認為加工面的位置是固定的(但因一批工件中每個工件在尺寸形狀及表面相互位置上均存在差異，所以定位后各表面有不同的位置變動)。工序基準(zhǔn)的位置變動將對加工精度有直接影響。2.3定位誤差分析2.3.1定位誤差及其產(chǎn)生的原因1、定位誤差的概念

例如在軸上銑鍵槽，要求保證槽底至軸心的距離H。若采用V型塊定位，鍵槽銑刀按規(guī)定尺寸H調(diào)整好位置。實際加工時，由于工件直徑存在公差，會使軸心位置發(fā)生變化。不考慮加工過程誤差，僅由于軸心位置變化而使工序尺寸H也發(fā)生變化。此變化量（即加工誤差）是由于工件的定位而引起的，故稱為定位誤差。定位誤差HOAO22.3定位誤差分析2.3.1定位誤差及其產(chǎn)生的原因1、定位誤差的概念1）由于工件定位表面或夾具定位元件制作不準(zhǔn)確引起的定位誤差，稱為基準(zhǔn)位置誤差，如上圖所示例子。2）由于工件的工序基準(zhǔn)與定位基準(zhǔn)不重合而引起的定位誤差，稱為基準(zhǔn)不重合誤差。右圖所示工件以底面定位銑臺階面，要求保證尺寸a，即工序基準(zhǔn)為工件頂面。如刀具已調(diào)整好位置，則由于尺寸b的誤差會使工件頂面位置發(fā)生變化，從而使工序尺寸a產(chǎn)生誤差。bΔDWa由于基準(zhǔn)不重合引起的定位誤差工序基準(zhǔn)

定位基準(zhǔn)2、定位誤差的來源2.3定位誤差分析2.3.1定位誤差及其產(chǎn)生的原因定位誤差基準(zhǔn)位移誤差(△y)

基準(zhǔn)不重合誤差(△b)

零件定位基準(zhǔn)不準(zhǔn)確夾具上定位元件不準(zhǔn)確2、定位誤差的來源2.3定位誤差分析2.3.1定位誤差及其產(chǎn)生的原因

基準(zhǔn)位置誤差Δy

定位基準(zhǔn)面和定位元件本身的制造誤差所引起的定位誤差，即：定位基準(zhǔn)相對于其理想位置的最大位置變動量。

2、定位誤差的來源2.3定位誤差分析2.3.1定位誤差及其產(chǎn)生的原因工件的孔裝夾在水平放置的心軸上銑削平面，要求保證尺寸h，由于定位基準(zhǔn)與設(shè)計基準(zhǔn)重合，故無基準(zhǔn)不重合誤差；但由于工件的定位基面（內(nèi)孔D）和夾具定位元件（心軸d1）皆有制造誤差，如果心軸制造得剛好為d1min，而工件的內(nèi)孔剛好為Dmax（如圖示），當(dāng)工件在水平放置的心軸上定位時，工件內(nèi)孔與心軸在P點接觸，工件實際內(nèi)孔中心的最大下移量△ab＝（Dmax－d1min）/2，△ab就是定位副制造不準(zhǔn)確而引起的誤差。

基準(zhǔn)不重合誤差的方向和定位副制造不準(zhǔn)確誤差的方向可能不相同，定位誤差取為基準(zhǔn)不重合誤差和定位副制造不準(zhǔn)確誤差的矢量和。

2、定位誤差的來源2.3定位誤差分析2.3.1定位誤差及其產(chǎn)生的原因

基準(zhǔn)位置誤差Δy定位基準(zhǔn)與工序基準(zhǔn)不一致所引起的定位誤差。即：工序基準(zhǔn)相對定位基準(zhǔn)的理想位置的最大位置變動量。定位基準(zhǔn)與工序基準(zhǔn)不重合時所產(chǎn)生的基準(zhǔn)不重合誤差，只有在采用調(diào)整法加工時才會產(chǎn)生，在試切法加工中不會產(chǎn)生。

基準(zhǔn)不重合誤差Δb2、定位誤差的來源2.3定位誤差分析2.3.1定位誤差及其產(chǎn)生的原因

一次安裝加工兩孔A和B，孔B在X方向定位基準(zhǔn)C與設(shè)計基準(zhǔn)A不重合，基準(zhǔn)不重合誤差為聯(lián)系尺寸22的公差0.2。2、定位誤差的來源

基準(zhǔn)不重合誤差Δb2.3定位誤差分析2.3.1定位誤差及其產(chǎn)生的原因基準(zhǔn)的位移誤差：基準(zhǔn)不重合誤差：2.3定位誤差分析2.3.1定位誤差及其產(chǎn)生的原因定位誤差只產(chǎn)生在采用調(diào)整法加工一批零件的條件下。定位誤差是由于工件定位不準(zhǔn)而產(chǎn)生的加工誤差。表現(xiàn)形式為工序基準(zhǔn)相對加工面可能產(chǎn)生的最大尺寸或位置的變動范圍。

△D=△y±△b

需要根據(jù)兩者對一批工件定位由一種可能的極端位置變?yōu)榱硪环N可能的極端位置時工序尺寸變化的影響同異來確定公式中的加減號。首先分析定位基面直徑由小變大（或由大變?。r，定位基準(zhǔn)的變化方向；再分析當(dāng)定位基面直徑作同樣變化時（設(shè)定位基準(zhǔn)的位置不變化），分析工序基準(zhǔn)的變動方向，最后判斷兩者的變化方向、相同時，取“+”號，相反時，取“-”號。注意：定位基準(zhǔn)、定位基面和工序基準(zhǔn)都在工件上。結(jié)論：2.3定位誤差分析2.3.1定位誤差及其產(chǎn)生的原因在采用調(diào)整法加工時，工件的定位誤差實質(zhì)上就是工序基準(zhǔn)在加工尺寸方向上的最大變動量。因此計算定位誤差，首先要找出工序尺寸的工序基準(zhǔn)，然后求其在工序尺寸方向上的最大變動量即可。用幾何方法計算定位誤差通常要畫出工件的定位簡圖，并在圖中夸張地畫出工件變動的極限位置；然后運用三角幾何知識，求出工序基準(zhǔn)在加工尺寸方向上的最大變動量，即為定位誤差。（一）

用幾何方法計算定位誤差2.3定位誤差分析2.3.2定位誤差的計算以平面定位時的定位誤差：對于尺寸A3：對于尺寸A1：2.3定位誤差分析2.3.2定位誤差的計算以外圓在V形塊上定位時的定位誤差：工序基準(zhǔn)在加工尺寸方向上的最大變動量對于這個例子，定位誤差的分析方法有兩種：

a）定位基準(zhǔn)看做是與V形塊相接觸的母線，即看做支承定位；

b）定位基準(zhǔn)看做是工件外園表面的中心，即看做定心定位。

兩種方法分析的結(jié)果相同。下面根據(jù)定心定位來分析定位誤差：2.3定位誤差分析2.3.2定位誤差的計算以外圓在V形塊上定位時的定位誤差：對于尺寸H1：或根據(jù)：△D=△Y+△B工序基準(zhǔn)在加工尺寸方向上的最大變動量2.3定位誤差分析2.3.2定位誤差的計算E以外圓在V形塊上定位時的定位誤差：對于尺寸H2：工序基準(zhǔn)在加工尺寸方向上的最大變動量2.3定位誤差分析2.3.2定位誤差的計算以外圓在V形塊上定位時的定位誤差：對于尺寸H3：工序基準(zhǔn)在加工尺寸方向上的最大變動量2.3定位誤差分析2.3.2定位誤差的計算

當(dāng)工件孔徑為最大，定位銷的直徑為最小時，孔心在任意方向上的最大變動量等于孔與銷配合的最大間隙量以內(nèi)孔在圓柱心軸上定位時的定位誤差：【1】孔與銷間隙配合(銷垂直)，工件的工序基準(zhǔn)為孔心2.3定位誤差分析2.3.2定位誤差的計算以內(nèi)孔在圓柱心軸上定位時的定位誤差：【2】孔與銷間隙配合(銷水平)，工件孔與夾具定位銷保持固定邊接觸：分析時，保持銷的中心不變2.3定位誤差分析2.3.2定位誤差的計算對于尺寸H1：對于尺寸H2：對于尺寸H3：以定位心軸水平放置時為例：對于尺寸H4：2.3定位誤差分析2.3.2定位誤差的計算基準(zhǔn)位移誤差：轉(zhuǎn)角誤差：工序基準(zhǔn)在加工尺寸方向上的最大變動量2.3定位誤差分析2.3.2定位誤差的計算一面兩孔組合定位時的定位誤差：

為了使工件加工時在切削力、慣性力、重力等外力作用下，仍然保持已定好的位置，在夾具上還須設(shè)有夾緊裝置，對工件產(chǎn)生適當(dāng)?shù)膴A緊力。夾緊裝置的設(shè)計和選擇是否合理，將直接影響工件的加工質(zhì)量和生產(chǎn)率。2.4工件的夾緊及夾緊裝置組成（1）動力源裝置（2）中間傳力機構(gòu)（3）夾緊元件作用改變力的大小，通常為增力機構(gòu)；改變夾緊力的方向；使夾具具有一定的自鎖性，以保證夾緊可靠。產(chǎn)生原始的作用力執(zhí)行夾緊的最終元件，直接與工件接觸。將原動力以一定的大小和方向傳遞給夾緊元件2.4工件的夾緊及夾緊裝置2.4.1夾緊裝置的組成和基本要求1）夾緊時不破壞工件定位后的正確位置；穩(wěn)2）夾緊力大小要適當(dāng)；牢3）夾緊動作要迅速、可靠；

快4）結(jié)構(gòu)緊湊，易于制造與維修?；疽?.4工件的夾緊及夾緊裝置2.4.1夾緊裝置的組成和基本要求2.4工件的夾緊及夾緊裝置2.4.2設(shè)計夾緊裝置的基本準(zhǔn)則

夾緊裝置設(shè)計和選擇的核心問題是夾緊力的大小、方向和作用點。夾緊力的方向：夾緊力的方向應(yīng)不破壞工件定位的準(zhǔn)確性和可靠性夾緊力的方向應(yīng)有利于減小夾緊力2.4工件的夾緊及夾緊裝置2.4.2設(shè)計夾緊裝置的基本準(zhǔn)則夾緊力的方向：夾緊力的方向應(yīng)不破壞工件定位的準(zhǔn)確性和可靠性夾緊力的方向應(yīng)有利于減小夾緊力2.4工件的夾緊及夾緊裝置2.4.2設(shè)計夾緊裝置的基本準(zhǔn)則夾緊力的方向：夾緊力的方向應(yīng)不破壞工件定位的準(zhǔn)確性和可靠性夾緊力的方向應(yīng)有利于減小夾緊力2.4工件的夾緊及夾緊裝置2.4.2設(shè)計夾緊裝置的基本準(zhǔn)則夾緊力的方向：夾緊力的方向應(yīng)不破壞工件定位的準(zhǔn)確性和可靠性夾緊力的方向應(yīng)有利于減小夾緊力2.4工件的夾緊及夾緊裝置2.4.2設(shè)計夾緊裝置的基本準(zhǔn)則夾緊力的方向：夾緊力的方向應(yīng)不破壞工件定位的準(zhǔn)確性和可靠性夾緊力的方向應(yīng)有利于減小夾緊力2.4工件的夾緊及夾緊裝置2.4.2設(shè)計夾緊裝置的基本準(zhǔn)則夾緊力的作用點：作用點應(yīng)保持工件的穩(wěn)定，不能使工件產(chǎn)生位移或偏轉(zhuǎn)作用點應(yīng)位于工件剛性較好的部位夾緊力應(yīng)盡可能靠近工件上被加工面，必要時應(yīng)加輔助支承夾緊力應(yīng)使夾具本身變形小2.4工件的夾緊及夾緊裝置2.4.2設(shè)計夾緊裝置的基本準(zhǔn)則3.夾緊力的大小

對工件所施加的夾緊力，要適當(dāng)。夾緊力過大，會引起工件變形；夾緊力過小，易破壞定位。

進行夾緊力計算時，通常將夾具和工件看作一剛性系統(tǒng)，以簡化計算。根據(jù)工件在切削力、夾緊力(重型工件要考慮重力，高速時要考慮慣性力)作用下處于靜力平衡，列出靜力平衡方程式，即可算出理論夾緊力。為安全起見，計算出的夾緊力應(yīng)乘以安全系數(shù)K，故實際夾緊力一般比理論計算值大2～3倍。

加工過程中切削力的作用點、方向和大小可能都在變化，估算夾緊力時應(yīng)按最不利的情況考慮。注：對于關(guān)鍵性的重要夾具，往往通過試驗的方法來測定所需的夾緊力。

2.4工件的夾緊及夾緊裝置2.4.2設(shè)計夾緊裝置的基本準(zhǔn)則F’摩擦系數(shù)f1夾緊力的大小：式中：W0：實際夾緊力；W：理論夾緊力；K：安全系數(shù)。粗加工時K=2.5~3，精加工時K=1.5~2如右圖所示，夾緊力的計算為:摩擦系數(shù)f22.4工件的夾緊及夾緊裝置2.4.2設(shè)計夾緊裝置的基本準(zhǔn)則

在生產(chǎn)中，很少單獨使用楔塊對工件直接夾緊，而是與桿杠、壓板、螺旋等組合使用，或是與氣壓、液壓傳動裝置聯(lián)用，不需要自鎖。如圖所示，斜楔夾緊主要用于增大夾緊力或改變夾緊力方向。

利用斜面移動時所產(chǎn)生的力來夾緊工件。

特點：

(1)有增力作用；

(2)夾緊行程??；

(3)結(jié)構(gòu)簡單，但操作不方便。

2.4工件的夾緊及夾緊裝置2.4.3常見的夾緊裝置斜楔夾緊裝置斜楔夾緊的特點：

1）有增力作用，擴力比i=FJ

/FQ

，約等于3；

2）夾緊行程小,h/s=tanα，故h遠小于s；

3）結(jié)構(gòu)簡單，但操作不方便。主要用于機動夾緊，且毛坯質(zhì)量較高的場合。2.4工件的夾緊及夾緊裝置2.4.3常見的夾緊裝置

螺旋夾緊裝置是從楔塊夾緊裝置轉(zhuǎn)化而來的，相當(dāng)于把楔塊繞在圓柱體上，轉(zhuǎn)動螺旋時即可夾緊工件。如圖所示為簡單的單螺旋夾緊機構(gòu)。特點：擴力比約為80,遠比斜楔夾緊力大結(jié)構(gòu)簡單，制造容易，夾緊可靠；夾緊行程不受限制；夾緊動作慢，效率低；螺旋升角小，自鎖性好。應(yīng)用場合：手動夾緊裝置常采用。2.4工件的夾緊及夾緊裝置2.4.3常見的夾緊裝置2.4工件的夾緊及夾緊裝置2.4.3常見的夾緊裝置

偏心夾緊裝置也是從楔塊夾緊裝置轉(zhuǎn)化而來的，它是將楔塊包在圓盤上，旋轉(zhuǎn)圓盤使工件得以夾緊。特點：夾緊行程小，夾緊力小，自鎖能力差；夾緊迅速，結(jié)構(gòu)緊湊。應(yīng)用場合：切削力不大，振動較小的場合，與其他元件聯(lián)合使用。

2.4工件的夾緊及夾緊裝置2.4.3常見的夾緊裝置

在切削加工中，若工件是以中心線或?qū)ΨQ面為工序基準(zhǔn)，為使定位誤差為0，可采用一種保證工件準(zhǔn)確定心或?qū)χ械难b置，使工件的定位和夾緊過程同時完成，而定位元件與夾緊元件合二為一。這種裝置稱為定心夾緊裝置，如三爪卡盤。這種機構(gòu)的定位夾緊元件能以相同的速度，同時趨近或退離工件的定位基準(zhǔn)，從而保證工件的定心、對中和對稱性的要求，使定位基準(zhǔn)面的公差對稱分布。2.4工件的夾緊及夾緊裝置2.4.3常見的夾緊裝置2.4工件的夾緊及夾緊裝置2.4.3常見的夾緊裝置2.4工件的夾緊及夾緊裝置2.4.3常見的夾緊裝置2.4工件的夾緊及夾緊裝置2.4.3