機床夾具原理與設(shè)計

第一節(jié)概述

機床夾具是機械加工工藝系統(tǒng)的重要組成部分，是機械制造中的一項重要工藝裝備。工件在機床上進行加工時，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，完成這一功能的輔助裝置稱為機床夾

具。機床夾具在機械加工中起著重要的作用，它直接影響機械加工的質(zhì)量、生產(chǎn)率和生產(chǎn)成本以及工人的勞動強度等。因此機床夾具設(shè)計是機械加工工藝準備中的一項重要工作。機床夾具第一節(jié)概述

一、工件的裝夾方法

在機床上進行加工時，必須先把工件安裝在準確的加工位置上，并將其可靠固定，以確保工件在加工過程中不發(fā)生位置變化，才能保證加工出的表面達到規(guī)定的加工要求（尺寸、形狀和位置精度），這個過程叫做裝夾。簡言之，確定工件在機床上或夾具中占有準確加工位置的過程叫定位：在工件定位后用外力將其固定，使其在加工過程中保持定位位置不變的操作叫夾緊。裝夾就是定位和夾緊過程的總和。裝夾第一節(jié)概述

工件在機床上的裝夾方法主要有兩種：

把工件直接放在機床工作臺上或放在四爪單動卡盤、機用臺虎鉗等機床附件中。根據(jù)工件的一個或幾個表面用劃針或指示表找正工件準確位置后再進行夾緊。也有先按加工要求進行加工面位置的劃線工序，然后再按劃出的線痕進行找正實現(xiàn)裝夾。這類裝夾方法勞動強度大、生產(chǎn)效率低、要求工人技術(shù)等級高。定位精度較低，由于常常需要增加劃線工序，所以增加了生產(chǎn)成本。但由于只需使用通用性很好的機床附件和工具，因此能適用于加工各種不同零件的各種表面，特別適合于單件、小批量生產(chǎn)。1.用找正法裝夾工件第一節(jié)概述

工件裝在夾具上，不再進行找正，便能直接得到準確加工位置的裝夾方式。如圖4-1a所示的一批工件，除鍵槽外其余各表面均已加工合格，現(xiàn)要求在立式銑床上銑出保證圖示加工要求的鍵槽。若采用找正法裝夾工件，則須先進行劃線，劃出槽的位置，再將工件安裝在立式銑床的工作臺上，按劃出的線痕進行找正，找正完成后用壓板或臺虎鉗夾緊工件。然后根據(jù)槽的線痕位置調(diào)整銑刀相對工件的位置，調(diào)整好后才能開始加工。圖4-1ａ）銑槽工序用的銑床夾具2.用夾具裝夾工件第一節(jié)概述

加工中還需先試切一段行程，測量尺寸，根據(jù)測量結(jié)果再調(diào)整銑刀的相對位置，直至達到要求為止。加工第二個工件時又須重復(fù)上述步驟。這種裝夾方法不但費工費時，而且加工出一批工件的加工誤差分散范圍較大。硬質(zhì)合金銑刀銑刀片第一節(jié)概述

采用圖4-1b所示的夾具裝夾，則不需要進行劃線就可把工件直接放入夾具中去。工件的A面支承在兩支承板2上：B面支承在兩齒紋頂支承釘3上：端面靠在支承釘4上，這樣就確定了工件在夾具中的位置，然后旋緊螺母9通過壓板8把工件夾緊，完成了工件的裝夾過程。下一工件進行加工時，夾具在機床上的位置不動，只需松開螺母9進行裝卸工件即可。圖4-1ｂ）銑槽工序用的銑床夾具1—定位鍵2—支承板3—齒紋頂支承釘4—平頭支承釘5—側(cè)裝對刀塊6—夾具底座7—底板8—螺旋壓板9—夾緊螺母10—對刀塞尺第一節(jié)概述

二、機床夾具的工作原理和在機械加工過程中的作用

1．夾具的主要工作原理

用圖4-2來說明圖4-1b所示的銑槽夾具的主要工作原理。圖中表示銑槽夾具安裝在立式銑床的工作臺上的情況。夾具上支承板2的支承工作面與夾具底板7的底面（圖4-1b）保持平行，當夾具安裝在銑床工作臺上后，就相應(yīng)保證了支承板2的支承工作面與銑床工作臺臺面的平行。因為工件的A面是支承在支承板2的工作面上的，因而最終達到了銑出的槽底面與A面平行的要求。圖4-2銑槽夾具在立式銑床上的工作原理1—銑床床身2—銑床升降臺3—立銑刀4—銑槽夾具5—夾具的定位鍵6—銑床工作臺7—銑床溜板第一節(jié)概述

夾具利用兩定位鍵1（圖4-1b）與銑床工作臺的T形槽配合，保證了與銑床縱向進給方向平行。夾具的兩個齒紋頂支承釘3的支承工作面（圖4-1b）與兩定位鍵側(cè)面保持平行，也就使支承釘3的支承工作面與銑床縱向進給方向平行。由于工件以B面與兩支承釘3的支承工作面相接觸，因而最終保證了銑出的槽的側(cè)面與工件B面平行，以上就是夾具保證工件加工表面的位置精度的工作原理。第一節(jié)概述

從圖4-1b可見夾具上裝有對刀塊5，利用對刀塞尺10塞入對刀塊工作面與立銑刀切削刃之間來確定銑刀相對夾具的位置，此時可相應(yīng)橫向調(diào)整銑床工作臺的位置和垂直升降工作臺來達到刀具相對對刀塊的正確位置。由于對刀塊的兩個工作面與相應(yīng)夾具定位支承板2和齒紋頂支承釘3的各自支承面已保證h1和a1尺寸，因而最終保證銑出槽的h±[T（h）/2]和a±[T（a）/2]尺寸。至于槽的長度的位置尺寸c±[T（c）/2]，則依靠調(diào)整銑床工作臺縱向進給的行程擋塊的位置，使立式銑床工作臺縱向進給的終結(jié)位置保證銑刀距支承釘4的距離等于c。第一節(jié)概述

由于工件以端面與支承釘4的工作面相接觸，因而最終使銑出槽的長度位置達到c±[T（c）/2]尺寸的要求。加工一批工件時，只要在允許的刀具尺寸磨損限度內(nèi)，都不必調(diào)整刀具位置，不需進行試切，直接保證加工尺寸要求。這就是用夾具裝夾工件時，采用調(diào)整法達到尺寸精度的工作原理。精密夾具-手動定位座組合第一節(jié)概述

從以上實例中，可歸納出夾具工作原理的要點如下：1）使工件在夾具中占有正確的加工位置。這是通過工件各定位面與夾具的相應(yīng)定位元件的定位工作面（定位元件上起定位作用的表面）接觸、配合或?qū)蕘韺崿F(xiàn)的。2）夾具對于機床應(yīng)先保證有準確的相對位置，而夾具結(jié)構(gòu)又保證定位元件的定位工作面對夾具與機床相連接的表面之間的相對準確位置，這就保證了夾具定位工作面相對機床切削運動形成表面的準確幾何位置，也就達到了工件加工面對定位基準的相互位置精度要求。3）使刀具相對有關(guān)的定位元件的定位工作面調(diào)整到準確位置，這就保證了刀具在工件上加工出的表面對工件定位基準的位置尺寸。第一節(jié)概述

2.夾具的作用夾具是機械加工中不可缺少的一種工藝裝備，應(yīng)用十分廣泛。它能起下列作用：1）保證穩(wěn)定可靠地達到各項加工精度要求。2）縮短加工工時，提高勞動生產(chǎn)率。3）降低生產(chǎn)成本。4）減輕工人勞動強度。5）可由較低技術(shù)等級的工人進行加工。6）能擴大機床工藝范圍。夾具示意圖第一節(jié)概述

三、夾具的分類與組成

1.夾具的分類

圖4-3所示是夾具的幾種分類方法，按工藝過程的不同，夾具可分為機床夾具、檢驗夾具、裝配夾具、焊接夾具等。機床夾具是本書討論的對象。按機床種類的不同，機床夾具又可分為車床夾具、銑床夾具、鉆床夾具等：按所采用的夾緊動力源的不同又可分為手動夾具、氣動夾具等。下面著重討論按夾具結(jié)構(gòu)與零部件的通用性程度來分類的方法。第一節(jié)概述

三爪自定心卡盤、四爪單動卡盤、機用臺虎鉗、電磁工作臺這一類已屬于機床附件的夾具，其結(jié)構(gòu)的通用化程度高，可適用于多種類型不同尺寸工件的裝夾，又能適應(yīng)在各種不同機床上使用，由于它們已由專門的機床附件廠生產(chǎn)供應(yīng)，因此在本章中不再進行介紹。通用可調(diào)夾具和成組夾具統(tǒng)稱可調(diào)夾具，它們的結(jié)構(gòu)通用性很好，只要對可調(diào)夾具上的某些零部件進行更換和調(diào)整，便可適應(yīng)多種相似零件的同種工序使用。

三爪自定心卡盤四爪單動卡盤機用臺虎鉗電磁工作臺第一節(jié)概述

隨行夾具是自動或半自動生產(chǎn)線上使用的夾具，雖然它只適用于某一種工件，但毛坯裝上隨行夾具后，可從生產(chǎn)線開始一直到生產(chǎn)線終端在各位置上進行各種不同工序的加工。根據(jù)這一點，隨行夾具的結(jié)構(gòu)也具有適用于各種不同工序加工的通用性。組合夾具的零部件具有高度的通用性，可用來組裝成各種不同的夾具，但一經(jīng)組裝成一個夾具以后，其結(jié)構(gòu)是專用的，只適用于某個工件的某道工序的加工，目前，組合夾具已開始出現(xiàn)向結(jié)構(gòu)通用化方向發(fā)展的趨勢。隨行夾具示意圖第一節(jié)概述

圖4-1所介紹的夾具是專為某個工件某道工序設(shè)計的，稱為專用夾具，它的結(jié)構(gòu)和零部件都沒有通用性，專用夾具需專門設(shè)計、制造，夾具生產(chǎn)周期長。若產(chǎn)品改型，原有專用夾具就要報廢，因此難以適應(yīng)當前機械制造工業(yè)向多品種，中、小批生產(chǎn)發(fā)展的方向，但其優(yōu)點是工作精度高，能減輕工人操作夾具的勞動強度。第一節(jié)概述

圖4-4所示是具有分度功能的鉆床夾具。圖4-4a是工件，要求沿圓周鉆16個等分?2的孔，孔軸線距左端面的位置尺寸為L。在圖4-4b的夾具中，工件以內(nèi)孔在心軸5上定位，端面緊靠在分度板（棘輪）3的平面上，螺母7通過開口墊圈6夾緊工件。鉆模板2上裝有鉆套4，其導(dǎo)引鉆頭的孔軸線距分度板平面的位置尺寸為L，以保證鉆出孔達到位置尺寸加工的要求。圖4-4分度鉆床夾具1—分度操縱手柄2—鉆模板3—分度板（棘輪）4—鉆套5—定位心軸6—開口墊圈7—夾緊螺母8—工件9—對定機構(gòu)（棘爪）10—夾具體第一節(jié)概述

2.夾具的組成鉆好一孔后，順時針轉(zhuǎn)動手柄1，帶動棘輪連同工件一起轉(zhuǎn)動。棘輪（齒數(shù)為16）把棘爪9壓下，使棘爪與第二齒嚙合，帶動工件轉(zhuǎn)過22.5°，繼續(xù)鉆第二孔。如此重復(fù)一周，就可完成16等分的鉆孔。由于工件材料是黃銅，孔徑又小，因此分度裝置沒有鎖緊機構(gòu)，加工中依靠工人用手緊握手柄1并略向逆時針方向轉(zhuǎn)動，使棘輪的徑向齒面緊靠住棘爪，以防止分度板在加工過程中轉(zhuǎn)動。夾具以夾具體10的底面安裝在鉆床工作臺上，根據(jù)鉆頭能順利伸入鉆套導(dǎo)引孔來調(diào)整夾具的位置，調(diào)整好后再用壓板將其壓緊在工作臺上。第一節(jié)概述

根據(jù)圖4-1和圖4-4可歸納出夾具的主要組成部分有：（1）定位元件如圖4-1中的支承板2，支承釘3和4，圖4-4中的5是定位元件。它們以定位工作面與工件的定位基準面相接觸、配合或?qū)?，使工件在夾具中占有準確位置，起到定位作用。（2）夾緊裝置如圖4-1中的壓板8和夾緊螺母9等組成的螺釘壓板部件，圖4-4中的螺母7和開口墊圈6都是能將外力施加到工件上來克服切削力等外力作用，使工件保持在正確定位位置上不動的夾緊裝置或夾緊元件。（3）對刀元件如圖4-1的對刀塊5。根據(jù)它來調(diào)整銑刀相對夾具的位置。（4）導(dǎo)引元件如圖4-4的鉆套4。它導(dǎo)引鉆頭加工，決定了刀具相對夾具的位置。第一節(jié)概述（5）（其他裝置如圖4-4中由棘爪9和棘輪3組成的分度裝置。利用它進行分度加工。（6）連接元件和連接表面圖4-1中的定位鍵1與銑床工作臺的T形槽相配合決定夾具在機床上的相對位置，它就是連接元件。圖4-1和圖4-4中與機床工作臺面接觸的夾具體的底面則是連接表面。此外，圖4-1中夾具體兩側(cè)的U形耳座，可供T形螺柱穿過，并用螺母把夾具緊固，其U形槽面也屬于連接表面。（7）夾具體它是夾具的基礎(chǔ)元件，夾具上其他各元件都分別裝配在夾具體上形成一個夾具的整體，如圖4-1b中由夾具底座6和夾具底板7焊接成的夾具體和圖4-4b中的鑄造夾具體10。第二節(jié)工件在夾具中的定位定位的目的是使工件在夾具中相對于機床、刀具占有確定的正確位置，并且應(yīng)用夾具定位工件，還能使同一批工件在夾具中的加工位置一致性好。在夾具設(shè)計中，定位方案不合理，工件的加工精度就無法保證。工件定位方案的確定是夾具設(shè)計中首先要解決的問題。第二節(jié)工件在夾具中的定位

一、基準的概念定位方案的分析與確定，必須按照工件的加工要求合理的選擇工件的定位基準。零件是由若干表面組成的，這些表面之間必然有尺寸和位置之間的要求，這就引出基準的概念。所謂基準就是零件上用來確定點、線、面位置時，作為參考的其他的點、線、面。根據(jù)基準的功用不同，可分為設(shè)計基準和工藝基準。第二節(jié)工件在夾具中的定位

1）設(shè)計基準是在零件圖上，確定點、線、面位置的基準，設(shè)計基準是由該零件在產(chǎn)品結(jié)構(gòu)中的功用所決定的。2）工藝基準是在加工和裝配中使用的基準，按照用途不同又可分為：定位基準：在加工中使工件在機床夾具上占有正確位置所采用的基準。測量基準：在檢驗時所使用的基準。裝配基準：裝配時用來確定零件或部件在機器中位置所采用的基準。調(diào)刀基準：在加工中用以調(diào)整加工刀具位置所采用的基準，詳見第三節(jié)。第二節(jié)工件在夾具中的定位

在確定基準時，需注意以下幾點:1）作為基準的點、線、面在工件上不一定存在，如孔的中心線、外圓的軸線以及對稱面等，而常常由某些具體的表面來體現(xiàn)，這些面稱為基準面。例如在車床上用三爪自定心卡盤定位工件時，基準是工件的軸線，而實際使用的是外圓柱面。因此選擇定位基準就是選擇恰當?shù)幕鶞拭妗?）作為基準，可以是沒有面積的點或線，但是基準面總是有一定面積的，如代表軸心線的是中心孔面。3）基準的定義不僅涉及尺寸之間的聯(lián)系，還涉及到位置精度（平行度、垂直度等）。第二節(jié)工件在夾具中的定位

二、六點定位原理

如圖4-5a所示，任一剛體在空間都有六個自由度，即x、y、z三個坐標軸的移動自由度，

，及繞此三個坐標軸的轉(zhuǎn)動自由度。假設(shè)工件也是一個剛體，要使它在機床上（或夾具中）完全定位，就必須限制它在空間的六個自由度。如圖4-5b所示，用六個定位支承點與工件接觸，并保證支承點合理分布，每個定位支承點限制工件的一個自由度，便可將工件六個自由度完全限制，工件在空間的位置也就被唯一地確定。由此可見，要使工件完全定位，就必須限制工件在空間的六個自由度，即工件的“六點定位原理”圖4-5工件在空間中的自由度第二節(jié)工件在夾具中的定位

在應(yīng)用工件“六點定位原理”進行定位問題分析時，應(yīng)注意如下幾點：1）定位就是限制自由度，通常用合理布置定位支承點的方法來限制工件的自由度。2）定位支承點限制工件自由度的作用，應(yīng)理解為定位支承點與工件定位基準面始終保持緊貼接觸。若二者脫離，則意味著失去定位作用。3）一個定位支承點僅限制一個自由度，一個工件僅有六個自由度，所設(shè)置的定位支承點數(shù)目，原則上不應(yīng)超過六個。第二節(jié)工件在夾具中的定位4）分析定位支承點的定位作用時，不考慮力的影響。工件的某一自由度被限制，是指工件在這一方向上有確定的位置，并非指工件在受到使其脫離定位支承點的外力時，不能運動，欲使其在外力作用下不能運動，是夾緊的任務(wù)：反之，工件在外力作用下不能運動，即被夾緊，也并非是說工件的所有自由度都被限制了。所以，定位和夾緊是兩個概念，不能混淆。5）定位支承點是由定位元件抽象而來的，在夾具中，定位支承點總是通過具體的定位元件體現(xiàn)，至于具體的定位元件應(yīng)轉(zhuǎn)化為幾個定位支承點，需結(jié)合其結(jié)構(gòu)進行分析。如表4-1所示為常見的典型定位方式及定位元件轉(zhuǎn)化的支承點數(shù)目和限制的自由度數(shù)。需注意的是，一種定位元件轉(zhuǎn)化成的支承點數(shù)目是一定的，但具體限制的自由度與支承點的布置有關(guān)。第二節(jié)工件在夾具中的定位

工件定位基準面定位元件定位方式及所限制的自由度工件定位基準面定位元件定位方式及所限制的自由度

平面支承釘

平面支承釘

平面固定支承與自位支承

外圓柱面V形塊注:□內(nèi)點數(shù)表示相當于支承點的數(shù)目，□外注表示定位元件所限制工件的自由度。第二節(jié)工件在夾具中的定位

工件定位基準面定位元件定位方式及所限制的自由度工件定位基準面定位元件定位方式及所限制的自由度

平面固定支承與自位支承

圓孔定位銷（心軸）

外圓柱面V形塊注:□內(nèi)點數(shù)表示相當于支承點的數(shù)目，□外注表示定位元件所限制工件的自由度。第二節(jié)工件在夾具中的定位

工件定位基準面定位元件定位方式及所限制的自由度工件定位基準面定位元件定位方式及所限制的自由度

外圓柱面錐銷

固定錐銷與浮動錐銷組合

短定位套支承板或支承釘

長定位套

半圓孔

外圓柱面注:□內(nèi)點數(shù)表示相當于支承點的數(shù)目，□外注表示定位元件所限制工件的自由度。第二節(jié)工件在夾具中的定位

工件定位基準面定位元件定位方式及所限制的自由度工件定位基準面定位元件定位方式及所限制的自由度

外圓柱面

固定錐銷與浮動錐銷組合

頂尖

錐心軸

錐孔注:□內(nèi)點數(shù)表示相當于支承點的數(shù)目，□外注表示定位元件所限制工件的自由度。第二節(jié)工件在夾具中的定位

在夾具設(shè)計和定位分析中，還經(jīng)常會遇到以下幾個問題：1）完全定位和不完全定位。對于圖4-5b中的長方體工件，xOy平面上的定位支承點限制了工件的三個轉(zhuǎn)動自由度，xOz平面上的兩個定位支承點限制了工件的兩個自由度，yOz平面上的一個定位支承點限制了工件沿y軸移動的自由度。因而，這樣分布的六個定位支承點，限制了工件全部六個自由度，稱為工件的“完全定位”。然而，工件在夾具中并非都需要完全定位，究竟應(yīng)限制哪幾個自由度，需根據(jù)具體加工要求確定。完全定位第二節(jié)工件在夾具中的定位

如圖4-6a所示，在工件上銑鍵槽，在沿三個軸的移動和轉(zhuǎn)動方向上都有尺寸及位置要求，所以加工時必須限制全部六個自由度，即要“完全定位”。圖4-6b中，在工件上銑臺階面，在y方向無尺寸要求，故只需限制五個自由度，即不限制工件沿y軸的移動自由度，對工件的加工精度無影響，工件在這一方向上的位置不確定只影響加工時的進給行程而已。第二節(jié)工件在夾具中的定位

這種允許少于六點的定位稱為“不完全定位”或“部分定位”。圖4-6c中銑削工件上平面，只需保證z方向的高度尺寸及上平面與工件底面的位置要求，因此只要在底平面上限制三個自由度就已足夠，亦為“不完全定位”。顯然，在此情況下，不完全定位是合理的定位方式。圖4-6工件應(yīng)限制自由度的確定第二節(jié)工件在夾具中的定位

2）過定位和欠定位。在加工中，如果工件的定位支承點數(shù)少于應(yīng)限制的自由度數(shù)，必然導(dǎo)致達不到所要求的加工精度。這種工件定位點不足的情況，稱為“欠定位”。例如圖4-6中，若在zOx平面內(nèi)不設(shè)置定位支承點，則在定程切削中就難以保證y方向尺寸要求。顯然，欠定位在實際生產(chǎn)中，是絕對不允許的。反之，若工件的某一個自由度同時被一個以上的定位支承點重復(fù)限制，則對這個自由度的限制會產(chǎn)生矛盾，這種情況被稱為“過定位”或“重復(fù)定位”。過定位第二節(jié)工件在夾具中的定位

如圖4-7所示，加工連桿大孔的定位方案中，長圓柱銷1限制，，，四個自由度，支承板2限制三個轉(zhuǎn)動自由度。其中，被兩個定位元件重復(fù)限制，產(chǎn)生過定位。若工件孔與端面垂直度誤差較大，且孔與銷間隙又很小，則定位情況如圖4-7b所示，定位后工件歪斜，端面只有一點接觸。若長圓柱銷剛度好，壓緊后連桿將變形，若剛度不足，壓緊后長圓柱銷將歪斜，工件也可能變形（圖4-7c），二者都會引起加工大孔的位置誤差，使連桿兩孔的軸線不平行。

圖4-7連桿的過定位1—長圓柱銷2—支承板第二節(jié)工件在夾具中的定位

消除過定位及其干涉有兩種途徑:其一是改變定位元件的結(jié)構(gòu)，以減少轉(zhuǎn)化支撐點的數(shù)目，消除被重復(fù)限制的自由度。如生產(chǎn)中常用的一面兩銷定位方案，其中一銷為削邊銷，其限制的自由度數(shù)目由原來的2個減少為1個。其二是提高工件定位基面之間及夾具定位元件工作表面之間的位置精度，以消除過定位引起的干涉。如上例中保證銷與基面、孔與連桿端面的垂直度。再如以一個精確平面代替三個支承點來支承已加工過的平面，可提高定位穩(wěn)定性和工藝系統(tǒng)剛度，對保證加工精度是有利的，這種表面上的過定位在生產(chǎn)實際中仍然應(yīng)用。因此，過定位不是絕對不允許，要由具體情況決定。定位銷過定位的消除

V型塊過定位的消除

第二節(jié)工件在夾具中的定位

三、常見的定位方式和定位元件工件的定位表面有各種形式，如平面、外圓、內(nèi)孔等。對于這些表面，總是采用一定結(jié)構(gòu)的定位元件，以保證定位元件的定位面和工件定位基準面相接觸或配合，實現(xiàn)工件的定位。一般來說，定位元件的設(shè)計應(yīng)滿足下列要求：1）要有與工件相適應(yīng)的精度。2）要有足夠的剛度，不允許受力后發(fā)生變形。3）要有耐磨性，以便在使用中保持精度。一般多采用低碳鋼滲碳淬火或中碳鋼淬火，硬度為5862HRC。第二節(jié)工件在夾具中的定位

下面分析各種典型表面的定位方法和定位元件。

1.工件以平面定位

在機械加工中，利用工件上的一個或幾個平面作為定位基面來定位工件的方式，稱為平面定位。如箱體、機座、支架、板盤類零件等，多以平面為定位基準。所用的定位元件稱為基本支承，包括固定支承、可調(diào)支承和自位支承。第二節(jié)工件在夾具中的定位

（1）固定支承它指高度尺寸固定，不能調(diào)整的支承，包括固定支承釘和固定支承板兩類。固定支承釘用于較小平面的支承，而固定支承板用于較大平面的支承。圖4-8表示了四種固定支承釘。圖4-8a為平頭支承釘，用于已加工平面：圖4-8b為球頭支承釘，用于未加工平面，以便保證良好的接觸：圖4-8c為網(wǎng)紋頭支承釘，用于未加工平面，可減小實際接觸面積，增大摩擦，使定位穩(wěn)定可靠，但由于槽中易積屑，故多用于側(cè)面定位：圖4-8d是帶套筒的支承釘，用于大批大量生產(chǎn)，便于磨損后更換。圖4-8各種固定支承釘?shù)诙?jié)工件在夾具中的定位

固定支承板多用于工件上已加工表面的定位，有時可用一塊支承板代替兩個支承釘。圖4-9所示是支承板的結(jié)構(gòu)圖，其中A型結(jié)構(gòu)簡單，但埋頭螺釘處易堆積切屑，故用于工件側(cè)面或頂面定位。而B型支承板可克服這一缺點，主要用于工件的底面定位。圖4-9固定支承板a）A型b）B型第二節(jié)工件在夾具中的定位

固定支承釘與夾具體一般采用H7/n6或H7/m6配合，帶套筒的與套筒孔采用H7/js6配合。小型支承釘（直徑d≤12mm）或支承板采用T7A鋼：大型支承釘（d>12mm）或支承板采用20鋼。前者淬火處理，后者滲碳淬火，滲碳深度0.81.2mm，硬度6064HRC。兩個以上支承釘或支承板同時使用時，為保證工作面在同一平面上，裝配后應(yīng)將其頂面進行一次終磨。第二節(jié)工件在夾具中的定位

（2）可調(diào)支承它指頂端位置可在一定高度范圍內(nèi)調(diào)整的支承。多用于未加工平面的定位，以調(diào)節(jié)和補償各批毛坯尺寸的誤差，一般每批毛坯調(diào)整一次。圖4-10表示了兩種可調(diào)支承的基本形式，均為螺釘及螺母組成。支承高度調(diào)整后，用螺母鎖緊工件。圖4-10可調(diào)支承第二節(jié)工件在夾具中的定位

（3）自位支承指支承本身的位置在定位過程中，能自動適應(yīng)工件定位基準面位置變化的一類支承。自位支承能增加與工件定位面的接觸點數(shù)目，使單位面積壓力減小，故多用于剛度不足的毛坯表面或不連續(xù)的平面的定位。此時，雖增加了接觸點的數(shù)目，但未發(fā)生過定位。圖4-11所示為幾種自位支承的結(jié)構(gòu)形式，其中圖a和圖b為雙接觸點，圖c為三接觸點，無論哪一種，都只相當于一個定位支承點，限制工件的一個自由度。圖4-11自位支承第二節(jié)工件在夾具中的定位

（4）輔助支承在生產(chǎn)中，有時為了提高工件的剛度和定位穩(wěn)定性，常采用輔助支承。如圖4-12所示階梯零件，當用平面1定位銑平面2時，于工件右部底面增設(shè)輔助支承3，可避免加工過程中工件的變形。輔助支承的結(jié)構(gòu)形式很多，如圖4-13所示。無論采用哪一種，都應(yīng)注意，輔助支承不起定位作用，即不應(yīng)限制工件的自由度，同時更不能破壞基本支承對工件的定位，因此，輔助支承的結(jié)構(gòu)都是可調(diào)并能鎖緊的。圖4-12輔助支承的作用圖4-13輔助支承第二節(jié)工件在夾具中的定位

2.工件以圓孔定位有些工件，如套筒、法蘭盤、撥叉等以孔作為定位基準，此時采用的定位元件有定位銷、定位心軸等。定位銷定位心軸第二節(jié)工件在夾具中的定位

（1）定位銷定位銷的結(jié)構(gòu)如圖4-14所示。其中圖a、b、c是將定位銷以H7/r6或H7/n6配合，直接壓入夾具體孔中：圖d是用螺栓經(jīng)中間套H7/n6與夾具配合，以便于更換。定位銷頭部應(yīng)做出15°倒角或圓角，以便于裝入工件定位孔。定位銷工作部分直徑可按h5、h6、g5、g6、f6、f7制造。定位銷主要用于直徑小于50mm的中小孔定位。直徑小于16mm的定位銷，用T7A材料，淬火5358HRC：直徑大于16mm的定位銷，用20鋼，滲碳淬火5358HRC。圖4-14定位銷第二節(jié)工件在夾具中的定位

（2）錐銷常用于工件孔端的定位，其結(jié)構(gòu)如圖4-15所示。圖4-15a用于精基準，圖4-15b用于粗基準，均可限制工件三個自由度。圖4-15圓錐銷定位第二節(jié)工件在夾具中的定位

（3）定位心軸基本尺寸按e8制造如圖4-16所示，長度約為工件孔長之半。1為導(dǎo)向部分工作部分2的直徑以定位孔最大極限尺寸為基本尺寸，按r6制造。這類心軸定心精度高，但裝卸費時，有時易損傷工件孔，多用于定心精度要求高的情況：圖4-16c為小錐度心軸，錐度為1/（500100）。定位時，工件楔緊在心軸上，定心精度很高（可達0.005~0.01mm），多用于車或磨同軸度要求高的盤類零件，可獲得較高的定位精度。圖4-16定位心軸第二節(jié)工件在夾具中的定位

3.工件以外圓柱面定位工件以外圓柱面定位在生產(chǎn)中是常見的，如軸套類零件等。常用的定位元件有V形塊、定位套、半圓定位座等。（1）V形塊V形塊是用得最廣泛的外圓表面定位元件。典型的V形塊結(jié)構(gòu)如圖4-17所示，其中圖4-17b、c為長V形塊，用于定位基準面較長或分為兩段時的情況。在V形塊上定位時，工件具有自動對中作用。V形塊的材料用20鋼，滲碳淬火6064HRC，滲碳深度0.81.2mm。圖4-17各種V形塊結(jié)構(gòu)第二節(jié)工件在夾具中的定位

V形塊的結(jié)構(gòu)尺寸已經(jīng)標準化，其兩斜面的夾角有60°、90°和120°三種。設(shè)計非標準V形塊時，可按圖4-17a進行有關(guān)尺寸計算。V形塊的基本尺寸包括：D——標準心軸直徑，即工件定位用外圓直徑（mm）：H——V形塊高度（mm）：N——V形塊的開口尺寸（mm）：T——對標準心軸而言，V形塊的標準高度，通常可作為檢驗用（mm）：α——V形塊兩工作平面間的夾角（°）。第二節(jié)工件在夾具中的定位

設(shè)計V形塊應(yīng)根據(jù)所需定位的外圓直徑D計算，先設(shè)定α，N和H值，再求T值。T值必須標注，以便于加工和檢驗，其值計算如下：式中尺寸H:對于大直徑工件，H≤0.5D對于小直徑工件，H≤1.2D尺寸N:當α=90°，N=（1.091.13）D當α=120°，N=（1.451.52）D第二節(jié)工件在夾具中的定位

（2）定位套筒其結(jié)構(gòu)形式如圖4-18所示。它裝在夾具體上，用以支承外圓表面，起定位作用。這種定位方法，定位元件結(jié)構(gòu)簡單，但定心精度不高，當工件外圓與定位孔配合較松時，還易使工件偏斜，因而，常采用套筒內(nèi)孔與端面一起定位，以減少偏斜。若工件端面較大，為避免過定位，定位孔應(yīng)做短些。圖4-18定位套筒第二節(jié)工件在夾具中的定位

（3）半圓孔定位座將同一圓周面的孔分成兩半圓，下半圓部分裝在夾具體上，起定位作用，上半圓部分裝在可卸式或鉸鏈式蓋上，起夾緊作用，見圖4-19。工作表面是用耐磨材料制成的兩個半圓襯套，并鑲在基體上，以便于更換。半圓孔定位座適用于大型軸類工件的定位。圖4-19半圓孔定位座第二節(jié)工件在夾具中的定位

（4）外圓定心夾緊機構(gòu)在實現(xiàn)定心的同時，能將工件夾緊的機構(gòu)，稱為定心夾緊機構(gòu)，如三爪自定心卡盤、彈簧夾頭等。圖4-20所示是幾種彈簧夾頭的結(jié)構(gòu)示意圖，圖4-20a是拉式彈簧夾頭，圖4-20b是推式彈簧夾頭，圖4-20c是不動式彈簧夾頭。不動式夾頭的優(yōu)點是，夾緊工件時工件不會發(fā)生軸向移動，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜些。圖4-20彈簧夾頭第二節(jié)工件在夾具中的定位

4.組合定位分析實際生產(chǎn)中工件的形狀千變?nèi)f化各不相同，往往不能用單一定位元件定位單個表面就可解決定位問題的，而是要用幾個定位元件組合起來同時定位工件的幾個定位面。復(fù)雜的機器零件都是由一些典型的幾何表面（如平面、圓柱面、圓錐面等）作各種不同組合而形成的，因此一個工件在夾具中的定位，實質(zhì)上就是把前面介紹的各種定位元件作不同組合來定位工件相應(yīng)的幾個定位面，以達到工件在夾具中的定位要求，這種定位分析就是組合定位分析。定位元件組合第二節(jié)工件在夾具中的定位

（1）組合定位分析要點1）幾個定位元件組合起來定位一個工件相應(yīng)的幾個定位面，該組合定位元件能限制工件的自由度總數(shù)等于各個定位元件單獨定位各自相應(yīng)定位面時所能限制自由度的數(shù)目之和，不會因組合后而發(fā)生數(shù)量上的變化，但它們限制了哪些方向的自由度卻會隨不同組合情況而改變。2）組合定位中，定位元件在單獨定位某定位面時原起限制工件移動自由度的作用可能會轉(zhuǎn)化成起限制工件轉(zhuǎn)動自由度的作用。但一旦轉(zhuǎn)化后，該定位元件就不再起原來限制工件移動自由度的作用了。第二節(jié)工件在夾具中的定位

3）單個表面的定位是組合定位分析的基本單元。例如圖4-21所示的三個支承釘定位一平面時，就以平面定位作為定位分析的基本單元，限制三個方向自由度，而不再進一步去探討這三個方向的自由度分別由哪個支承釘來限制。否則易引起混亂，對定位分析毫無幫助。圖4-21三個支撐釘定位一平面的定位分析第二節(jié)工件在夾具中的定位

[例4-1]分析圖4-22所示定位方案。各定位元件限制了幾個方向自由度?按圖示坐標系限制了哪幾個方向的自由度?有無重復(fù)定位現(xiàn)象?圖4-22組合定位分析實例1、2、3—固定短V形塊第二節(jié)工件在夾具中的定位解：一個固定短V形塊能限制工件兩個自由度，三個固定短V形塊組合起來共限制工件六個即（2+2+2）自由度，不會因組合而發(fā)生數(shù)量上的增減。按圖示坐標系，短V形塊1限制，方向自由度，短V形塊2與之組合起限制，方向自由度的作用，即V形塊2由單獨定位時限制兩個移動自由度轉(zhuǎn)化成限制工件兩個轉(zhuǎn)動自由度。也可以把固定短V形塊1，2組合來視為一個長V形塊，用它來定位長圓柱體，共限制，，，四個方向自由度。兩種分析是等同的。固定短V形塊3限制了，方向自由度，其中單獨定位時限制方向自由度的作用在組合定位時轉(zhuǎn)化成限制方向自由度的作用。這是一個完全定位，沒有重復(fù)定位現(xiàn)象。第二節(jié)工件在夾具中的定位

（2）組合定位時重復(fù)定位現(xiàn)象的消除方法組合定位時，常會產(chǎn)生重復(fù)定位現(xiàn)象。若這種重復(fù)定位是不允許的話，則可采取下列消除重復(fù)定位的措施：1）使定位元件沿某一坐標軸可移動，來消除其限制沿該坐標軸移動方向自由度的作用，如圖4-23所示。由于圖示各定位元件沿y坐標軸可移動，它們與相對應(yīng)的固定定位元件相比，都相應(yīng)地減少了一個限制方向自由度的作用。圖4-23可移動定位元件第二節(jié)工件在夾具中的定位

2）采用自位支承結(jié)構(gòu)，消除定位元件限制繞某個（或兩個）坐標軸轉(zhuǎn)動方向自由度的作用，如圖4-11所示。3）變定位元件的結(jié)構(gòu)形式。把短圓柱銷改為削邊圓柱定位銷是最典型的例子，將在下面的“一面兩孔”定位中加以討論。第二節(jié)工件在夾具中的定位

[例4-2]分析在車床上用前后頂尖定位軸類工件的定位方案（圖4-24）。圖4-24用車床前后頂尖定位的分析1—固定前頂尖2—固定后頂尖第二節(jié)工件在夾具中的定位

解：單個固定頂尖定位頂尖孔能限制工件三個方向自由度，若車床后頂尖也是固定的話，則也要限制工件三個方向自由度。這樣，固定前、后頂尖組合起來共限制六個（3+3）自由度。但它們組合起來只能限制工件五個方向自由度（即方向自由度無法限制），因此有重復(fù)定位現(xiàn)象，即固定前頂尖要限制工件方向自由度，而固定后頂尖也要限制工件方向自由度，方向有重復(fù)定位。因為一批工件軸長度不同，要不是工件太短無法與固定前、后頂尖同時接觸，或就是工件太長根本無法裝入固定前、后頂尖之間。第二節(jié)工件在夾具中的定位

這種重復(fù)定位現(xiàn)象是不允許的，所以車床的后頂尖做成沿y軸可移動的，它能隨工件長度不同而與工件后頂尖孔接觸，因而只能限制工件兩個方向自由度，消除了方向重復(fù)定位現(xiàn)象。按圖示坐標系，固定前頂尖1限了，

，方向的自由度，可移動后頂尖單獨定位時起限制，方向自由度的作用，但與固定前頂尖組合定位時便轉(zhuǎn)化成起限制，方向自由度的作用。要注意的是，轉(zhuǎn)化后移動后頂尖就不再起限制，方向自由度的作用了。第二節(jié)工件在夾具中的定位

（3）幾種不同組合形式的定位分析1）一個平面和二個與其垂直的孔的組合在箱體、連桿、蓋板等類零件加工中，常采用這種組合定位，俗稱“一面二孔”定位。一面二孔定位時所用的定位元件是:平面采用支承板，二孔采用定位銷，故又稱為“一面兩銷”，如圖4-25所示。圖4-25“一面二孔”的組合定位第二節(jié)工件在夾具中的定位

這種情況下的兩圓柱銷重復(fù)限制了沿X方向的移動自由度，屬于過定位。由于工件上兩孔的孔心距和夾具上兩銷的銷心距均會有誤差（±ΔK和±ΔJ），因而會出現(xiàn)圖4-26所示的相互干涉現(xiàn)象，這是一面二孔定位需要解決的主要問題。圖4-26一面二孔定位時的相互干涉現(xiàn)象1—銷、孔12—銷、孔2第二節(jié)工件在夾具中的定位

解決這一問題的方式有兩種：①減小銷2的直徑，使其與孔2具有最小間隙以補償孔、銷的中心距偏差，式中的Δ1是孔1與銷1的最小間隙。第二節(jié)工件在夾具中的定位

②將銷2做成削邊銷，其結(jié)構(gòu)形狀如圖4-27所示。圖4-27a為用于孔徑很小的定位銷，圖4-27b為用于孔徑350mm的定位銷，圖4-27c為用于孔徑大于50mm的定位銷。圖4-27d中的b1為削邊銷留下的寬度，其取值b1式中D2為孔2的最小直徑，Δ2為孔2與銷2的最小配合間隙，一般可取a=ΔK+ΔJ。關(guān)于削邊銷的其他結(jié)構(gòu)尺寸，請參閱有關(guān)手冊和資料。圖4-27削邊銷結(jié)構(gòu)第二節(jié)工件在夾具中的定位

2）一個平面和二個與其垂直的外圓柱面的組合如圖4-28所示，工件在垂直平面定位后，再將工件左端用圓孔或V形塊定位，工件右端外圓所用的V形塊必須做成浮動結(jié)構(gòu)，使其只能限制工件一個自由度，否則就會出現(xiàn)過定位。圖4-28工件以端面和兩外圓定位第二節(jié)工件在夾具中的定位

3）一個孔和一個平行于孔中心線的平面的組合。圖4-29所示兩個零件，均需以大孔及底面定位，加工兩小孔。視其加工尺寸要求的不同，圖4-29a零件選用圖4-29c定位方案，圖4-29b零件選用圖4-29d定位方案，均能避免過定位，并保證工件要求。圖4-29工件以一孔和一平面定位第三節(jié)定位誤差分析

按照定位基本原理進行夾具定位分析，重點是解決單個工件在夾具中占有準確加工位置的問題。但要達到一批工件在夾具中占有準確加工位置，還必須對一批工件在夾具中定位時會不會產(chǎn)生誤差進行分析計算，即定位誤差的分析與計算，計算的目的是依據(jù)所產(chǎn)生的誤差的大小，判斷該定位方案能否保證加工要求，從而證明該定位方案的可行性。

第三節(jié)定位誤差分析

由于夾具設(shè)計、制造與使用中引起的各項有關(guān)誤差稱為夾具誤差，它是工序加工誤差的一個組成部分，對保證加工精度起著重要作用。而定位誤差又是夾具誤差的一個重要組成部分。因此，定位誤差的大小往往成為評價一個夾具設(shè)計質(zhì)量的重要指標。它也是合理選擇定位方案的一個主要依據(jù)。根據(jù)定位誤差分析計算的結(jié)果，便可看出影響定位誤差的因素，從而找到減少定位誤差和提高夾具工作精度的途徑。由此可見，分析計算定位誤差是夾具設(shè)計中的一個十分重要的環(huán)節(jié)。第三節(jié)定位誤差分析

一、調(diào)刀基準的概念

在零件加工前對機床進行調(diào)整時，為了確定刀具的位置，還要用到調(diào)刀基準，由于最終目的是為了確定刀具相對工件的位置，所以調(diào)刀基準往往選在夾具上定位元件的某個工作面。因此它與其他各類基準不同，不是體現(xiàn)在工件上，而是體現(xiàn)在夾具中，是由夾具定位元件的定位工作面體現(xiàn)。因此調(diào)刀基準應(yīng)具備兩個條件:①它是由夾具定位元件的定位工作面體現(xiàn)的：②它是在加工精度參數(shù)（尺寸、位置）方向上調(diào)整刀具位置的依據(jù)。若加工精度參數(shù)是尺寸時，則夾具圖上應(yīng)以調(diào)刀基準標注調(diào)刀尺寸。第三節(jié)定位誤差分析

選取調(diào)刀基準時，應(yīng)盡可能不受夾具定位元件制造誤差的影響。例如圖4-30所示的定位心軸，1是定位部分，2是與夾具體配合部分。選取定位心軸的軸線OO為調(diào)刀基準時，可不受定位外圓直徑制造誤差的影響。即使在夾具維修后更換了定位心軸，雖然定位外圓直徑發(fā)生變化但OO軸線位置仍不變（假設(shè)不考慮定位心軸上1與2的同軸度誤差）。若選用定位外圓上母線A為調(diào)刀基準時，則由于外圓直徑制造誤差的影響，將使調(diào)刀尺寸產(chǎn)生ΔA的變化。圖4-30調(diào)刀基準的選取第三節(jié)定位誤差分析

圖4-31a是零件圖（或工序圖）。在其上鉆孔?

d，要求保證L1尺寸和?d孔軸線對內(nèi)孔軸線的對稱度。圖4-31b是加工?d孔的鉆床夾具部分視圖，為保證L1尺寸要求，工件以A'端面緊靠心軸2的端面A定位。使導(dǎo)引鉆頭的鉆套軸線到心軸2的端面A的位置尺寸調(diào)整成相應(yīng)的Lj尺寸（一般應(yīng)為L1的平均尺寸），即可保證鉆出一批工件?d孔軸線的位置尺寸L1。這時工件L1尺寸的設(shè)計基準是A'端面，定位基準也是A'端面，二者重合。夾具上的調(diào)刀基準則是定位心軸2的A端面。對于對稱度要求，工件內(nèi)孔?D1軸線O'O'是設(shè)計基準，工件以內(nèi)孔在心軸2上定位，內(nèi)孔軸線O'O'又是定位基準。第三節(jié)定位誤差分析

而定位心軸軸線OO則是調(diào)刀基準。在圖4-31b的夾具俯視圖中可以看出:為保證?d孔軸線對工件內(nèi)孔軸線O'O'的對稱，必須保證鉆套軸線對定位心軸2的軸線OO對稱（垂直相交）。

圖4-31鉆孔夾具裝夾加工時的基準分析1—夾具體2—定位心軸3—鉆模板4—固定鉆套

由上面的分析可知:設(shè)計基準和定位基準都是體現(xiàn)在工件上的，而調(diào)刀基準卻是由夾具定位元件的定位工作面來體現(xiàn)的。第三節(jié)定位誤差分析

圖4-32調(diào)刀基準與定位基準的關(guān)系

從上面的示例中還可歸納出調(diào)刀基準的特點及其與相應(yīng)定位基準的對應(yīng)關(guān)系，如圖4-32所示。第三節(jié)定位誤差分析

二、定位誤差及其產(chǎn)生原因

當夾具在機床上的定位精度已達到要求時，如果工件在夾具中定位的不準確，將會使設(shè)計基準在加工尺寸方向上產(chǎn)生偏移。往往導(dǎo)致加工后工件達不到要求。設(shè)計基準在工序尺寸方向上的最大位置變動量，稱為定位誤差，以Δdw

表示。第三節(jié)定位誤差分析

下面討論產(chǎn)生定位誤差的原因:

1.定位基準與設(shè)計基準不重合產(chǎn)生的定位誤差

圖4-33所示零件，底面3和側(cè)面4已加工好，現(xiàn)需加工臺階面1和頂面2工序一：加工頂面2，以底面和側(cè)面定位，此時，調(diào)刀基準是與底面3相接觸的定位平面，而定位基準和設(shè)計基準都是底面3，二者與調(diào)刀基準重合。加工時，使刀具調(diào)整尺寸與工序尺寸一致，即C=H±ΔH

（對于一批工件來說，可視為常量），則定位誤差Δdw=0。第三節(jié)定位誤差分析

圖4-33中，工序二改進方案使基準重合了（Δjb=0）。這種方案雖然提高了定位精度，但夾具結(jié)構(gòu)復(fù)雜，工件安裝不便，并使加工穩(wěn)定性和可靠性變差，因而有可能產(chǎn)生更大的加工誤差。因此，從多方面考慮，在滿足加工要求的前提下，基準不重合的定位方案在實踐中也可以采用。圖4-33基準不重合產(chǎn)生的定位誤差第三節(jié)定位誤差分析

2.定位副制造不準確產(chǎn)生的基準位移誤差如圖4-34a所示，工件以內(nèi)孔軸線O為定位基準，套在心軸O1上，銑上平面，工序尺寸為。尺寸H的設(shè)計基準為內(nèi)孔軸線O，設(shè)計基準與定位基準重合，而調(diào)刀基準是定位心軸軸線O1，從定位角度看，此時內(nèi)孔軸線與心軸軸線重合，即設(shè)計基準與定位基準以及調(diào)刀基準重合，Δjb=0。但實際上，定位心軸和工件內(nèi)孔都有制造誤差，而且為了便于工件套在心軸上，還應(yīng)留有配合間隙，故安裝后孔和軸的中心必然不重合（圖4-34b），使得定位基準O相對調(diào)刀基準O1發(fā)生位置變動。圖4-34基準位移產(chǎn)生的定位誤差第三節(jié)定位誤差分析

設(shè)孔徑為軸徑為，最小間隙為Δ=D-d

。當心軸如圖4-34b水平放置時，工件孔與心軸始終在上母線A單邊接觸。則定位基準O與調(diào)刀基準O1間的最大和最小距離分別為:因此，由于基準發(fā)生位移而造成的加工誤差為:

Δjw

（ΔD+Δd）第三節(jié)定位誤差分析

即此定位誤差為內(nèi)孔公差ΔD與心軸公差Δd之和的一半，且與最小配合Δ無關(guān)。若將工件定位工作面與夾具定位元件的定位工作面合稱為“定位副”，則由于定位副制造誤差，也直接影響定位精度。這種由于定位副制造不準確，使得定位基準相對夾具的調(diào)刀基準發(fā)生位移而產(chǎn)生的定位誤差，稱為“基準位移誤差”，用Δjw表示。上例中，若心軸垂直放置，則工件孔與心軸可能在任意邊接觸，此時定位誤差為：Δjw=ΔD+Δd+Δ（4-2）。第三節(jié)定位誤差分析

根據(jù)上面的分析，可以看出:在用夾具裝夾加工一批工件時，一批工件的設(shè)計基準相對夾具調(diào)刀基準發(fā)生最大位置變化是產(chǎn)生定位誤差的原因，包括兩個方面：一是由于定位基準與設(shè)計基準不重合，引起一批工件的設(shè)計基準相對定位基準發(fā)生位置變化：二是由于定位副的制造誤差，引起一批工件的定位基準相對夾具調(diào)刀基準發(fā)生位置變化。而前面有關(guān)定位誤差的定義可進一步概括為:一批工件某加工參數(shù)（尺寸、位置）的設(shè)計基準相對夾具的調(diào)刀基準在該加工參數(shù)方向上的最大位置變化量Δdw，稱為該加工參數(shù)的定位誤差。第三節(jié)定位誤差分析關(guān)于定位誤差及其產(chǎn)生的原因，可以用圖4-35表示。圖4-35定位誤差及其產(chǎn)生的原因第三節(jié)定位誤差分析

三、定位誤差的計算

通常，定位誤差可按下述方法進行分析計算：一是先分別求出基準位移誤差和基準不重合誤差，再求出其在加工尺寸方向上的代數(shù)和，即Δdw=Δjb+Δjw；二是按最不利情況，確定一批工件設(shè)計基準的兩個極限位置，再根據(jù)幾何關(guān)系求出此二位置的距離，并將其投影到加工尺寸方向上，便可求出定位誤差?，F(xiàn)舉例說明兩種計算方法的應(yīng)用。第三節(jié)定位誤差分析[例4-3]工件用V形塊定位時的定位誤差計算。如圖4-36所示，直徑為的軸在V形塊上定位銑平面，加工表面的工序尺寸有三種不同的標注方式：1）要求保證上母線到加工面的尺寸H1，即設(shè)計基準為B，見圖4-36a。2）要求保證下母線到加工面的尺寸H2，即設(shè)計基準為C，見圖4-36b。3）要求保證軸心線到加工面的尺寸H3，即設(shè)計基準為O，見圖4-36c。圖4-36用V形塊定位的誤差第三節(jié)定位誤差分析解：三種尺寸標注的工件均以外圓上的圓柱面為定位面，在V形塊上定位。此時，定位基準是外圓軸線O，而V形塊體現(xiàn)的調(diào)刀基準則是V形塊理論圓（其直徑等于工件定位外圓直徑的平均尺寸，圖中未畫出）的軸線。若工件尺寸有大有小，則將引起定位基準（外圓軸線）相對調(diào)刀基準（理論圓軸線）發(fā)生位置變化，接觸點E、F的位置也將會發(fā)生變化，為簡便起見，加工前以不變點A（V形塊兩工作表面的交點）作為調(diào)整刀具位置尺寸C的依據(jù)。因此，對于尺寸H1、H2、H3都有因基準不重合和定位工作面本身制造誤差而造成定位誤差?，F(xiàn)分別計算如下:第三節(jié)定位誤差分析1）尺寸H1的定位誤差這時設(shè)計基準的最大位置變動量為即定位誤差:Δdw1

（4-3）第三節(jié)定位誤差分析2）尺寸H2的定位誤差這時設(shè)計基準的最大位置變動量為即定位誤差：

Δdw2

（4-4）第三節(jié)定位誤差分析3）尺寸H3的定位誤差這時設(shè)計基準的最大位置變動量為即定位誤差：

Δdw3

（4-5）第三節(jié)定位誤差分析

H1和H2

的定位誤差都由兩項構(gòu)成：和，前者即定位基準和設(shè)計基準間的聯(lián)系尺寸的公差，亦即基準不重合誤差Δjb：后者即定位基準（外圓軸線）相對V形塊的調(diào)刀基準（理論圓軸線，此處以A點代替）發(fā)生的位置變化量，亦即基準位移誤差Δjw，而H3只由Δjw=組成，因為此時定位基準與設(shè)計基準重合，故Δjb=0。通過以上計算，可得出如下結(jié)論:1）Δdw

∝Δd，即定位誤差隨工件誤差的增大而增大：2）Δdw

與V形塊夾角α有關(guān)，隨α增大而減小，但定位穩(wěn)定性變差，故一般取α=90°：3）Δdw

與工序尺寸標注方式有關(guān)，本例中Δdw1>Δdw2>Δdw3。

第三節(jié)定位誤差分析

[例4-4]有一批如圖4-37所示的工件，?50h6（°-0.016）mm外圓，?30H7mm內(nèi)孔和兩端面均已加工合格，并保證外圓對內(nèi)孔的同軸度誤差在T（e）=?0.015mm范圍內(nèi)。今按圖示的定位方案，用?30g6mm心軸定位，在立式銑床上用頂尖頂住心軸，銑寬為12h9mm的鍵槽。除槽寬要求外，還應(yīng)滿足下列要求：1）槽的軸向位置尺寸l=25h12mm。2）槽底位置尺寸H=mm。3）槽兩側(cè)面對?50外圓軸線的對稱度公差T（c）=0.06mm。試分析計算定位誤差。

圖4-37用心軸定位內(nèi)孔銑槽工序的定位誤差分析計算第三節(jié)定位誤差分析

解：除槽寬由銑刀相應(yīng)尺寸保證外，現(xiàn)分別分析上面三個加工精度參數(shù)的定位誤差。1）l=25尺寸的定位誤差:設(shè)計基準是工件左端面，定位基準也是工件左端面（緊靠心軸的定位工作端面），基準重合，Δjb1=0，又Δjw1=0，所以Δdw1=0。第三節(jié)定位誤差分析

2）H=尺寸的定位誤差：該尺寸的設(shè)計基準是外圓的最低母線，定位基準是內(nèi)孔軸線，定位基準和設(shè)計基準不重合，兩者的聯(lián)系尺寸是外圓半徑d/2和外圓對內(nèi)孔的同軸度誤差T（e），并且與H尺寸的方向相同。故，基準不重合誤差：Δjb2=T（d）/2+T（e）=（0.016/2+0.015）mm=0.023mm工件內(nèi)孔軸線是定位基準，定位心軸軸線是調(diào)刀基準，內(nèi)孔與心軸作間隙配合。因此，一批工件的定位基準相對夾具的調(diào)刀基準在H尺寸方向上的基準位移誤差，按式（4-2），可求得:Δjw2=T（D）+T（d）+Δ=（0.021+0.013+0.007）mm=0.041mm因此，定位誤差:Δdw2=Δjb2+Δjw2=（0.023+0.041）mm=0.064mm第三節(jié)定位誤差分析

3）對稱度T（c）=0.06的定位誤差:外圓軸線是對稱度的基準軸線，即設(shè)計基準。定位基準是內(nèi)孔軸線，二者不重合，以同軸度T（e）聯(lián)系起來，故基準不重合誤差Δjb3=T（e）=0.015mm。而此時基準位移誤差仍如2）中所求，即Δjw3=0.041mm，只不過誤差的方向位于水平方向上，與對稱度誤差的方向一致，故，總的定位誤差為:Δjw3=Δjb3+Δjw3=（0.015+0.041）mm=0.056mm圖4-38用V形塊定位外圓的銑槽夾具方案1—支承釘2—V形塊第三節(jié)定位誤差分析

在本例中，尺寸H和同軸度T（c）的定位誤差占工序公差的比例過大，分別為:0.064/0.10=64%以及0.056/0.06=93%。從上面的分析過程可以看出，尺寸H和同軸度T（c）的設(shè)計基準分別是外圓母線和外圓軸線，但定位基準卻是內(nèi)孔軸線，因此帶來一系列誤差因素，形成較大的定位誤差。若采用圖4-38所示的V形塊定位方案，直接定位外圓柱面，此時，l尺寸的定位誤差仍為零。H尺寸的定位誤差，按式（4-4）計算為:

Δdw2=mm=0.003mm第三節(jié)定位誤差分析

只占工序公差的0.003/0.10=3%。對稱度的設(shè)計基準是外圓軸線，用V形塊定位外圓時定位基準也是外圓軸線，基準重合，Δjb=0。雖然因外圓直徑的變化引起外圓軸線在垂直方向（由于V形塊的對中作用只能在垂直方向）上產(chǎn)生的基準位移為（參考例1中的3）

δjw=mm=0.011mm

第三節(jié)定位誤差分析

但基準位移δjw的方向是垂直方向，而對稱度公差帶位于水平方向。因此，由基準位移產(chǎn)生的定位誤差Δjw=δjwcos=0。這就是V形塊對中作用的結(jié)果。最后得到:Δjw3=Δjb+Δjw=0+0=0完全可以保證對稱度的加工要求。本例同時也說明了:定位誤差是分析比較定位方案并從中選擇合理方案的重要依據(jù)。

第三節(jié)定位誤差分析

四、保證加工精度的條件機械加工過程中，產(chǎn)生加工誤差的因素很多。若規(guī)定工件的加工允差為δ工件，并以Δ夾具表示與采用夾具有關(guān)的誤差，以Δ加工表示除夾具外，與工藝系統(tǒng)其他一切因素（諸如機床誤差、刀具誤差、受力變形、熱變形等）有關(guān)的加工誤差，則為保證工件的加工精度要求，必須滿足:

δ工件≥Δ夾具+Δ加工此不等式即為保證加工精度的條件，稱為采用夾具加工時的誤差計算不等式。第三節(jié)定位誤差分析

上式中的Δ夾具包括了有關(guān)夾具設(shè)計與制造的各種誤差，如工件在夾具中定位、夾緊時的定位夾緊誤差、夾具在機床上安裝時的安裝誤差、確定刀具位置的元件和引導(dǎo)刀具的元件與定位元件之間的位置誤差等。因此，在夾具的設(shè)計與制造中，要盡可能設(shè)法減少這些與夾具有關(guān)的誤差。這部分誤差所占比例越大，留給補償其他加工誤差的比例就越小。其結(jié)果不是降低了零件的加工精度，就是增加了加工難度，導(dǎo)致加工成本增加。所以，減少與夾具有關(guān)的各項誤差是設(shè)計夾具時必須認真考慮的問題之一。制訂夾具公差時，應(yīng)保證夾具的定位、制造和調(diào)整誤差的總和不超過工序公差的1/3。

第四節(jié)工件在夾具中的夾緊

工件在定位元件上定位后，必須采用一定的裝置將工件壓緊夾牢，使其在加工過程中不會因受切削力、慣性力或離心力等作用而發(fā)生振動或位移，從而保證加工質(zhì)量和生產(chǎn)安全，這種裝置稱為夾緊裝置。機械加工中所使用的夾具一般都必須有夾緊裝置，在大型工件上鉆小孔時，可不單獨設(shè)計夾緊裝置。

第四節(jié)工件在夾具中的夾緊

一、夾緊裝置的組成及基本要求圖4-39所示為夾緊裝置組成示意圖，它主要由以下三部分組成:

圖4-39夾緊裝置組裝示意圖1—氣缸2—杠桿3—壓板第四節(jié)工件在夾具中的夾緊

（1）力源裝置產(chǎn)生夾緊作用力的裝置。所產(chǎn)生的力稱為原始力，如氣動、液動、電動等，圖中的力源裝置是氣缸1。對于手動夾緊來說，力源來自人力。（2）中間傳力機構(gòu)介于力源和夾緊元件之間傳遞力的機構(gòu)，如圖中的杠桿2。在傳遞力的過程中，它能起到如下作用:①改變作用力的方向：②改變作用力的大小，通常是起增力作用：③使夾緊實現(xiàn)自鎖，保證力源提供的原始力消失后，仍能可靠地夾緊工件，這對手動夾緊尤為重要。（3）夾緊元件夾緊裝置的最終執(zhí)行元件，與工件直接接觸完成夾緊作用，如圖中的壓板3。第四節(jié)工件在夾具中的夾緊

力源裝置中間傳力機構(gòu)夾緊元件第四節(jié)工件在夾具中的夾緊

必須指出，夾緊裝置的具體組成并非一成不變，須根據(jù)工件的加工要求、安裝方法和生產(chǎn)規(guī)模等條件來確定。但無論其具體組成如何，都必須滿足如下基本要求:1）夾緊時不能破壞工件定位后獲得的正確位置。2）夾緊力大小要合適，既要保證工件在加工過程中不移動、不轉(zhuǎn)動、不振動，又不得產(chǎn)生不能使工件產(chǎn)生變形或損傷工件表面。3）夾緊動作要迅速、可靠，且操作要方便、省力、安全。4）結(jié)構(gòu)緊湊，易于制造與維修。其自動化程度及復(fù)雜程度應(yīng)與工件的生產(chǎn)綱領(lǐng)相適應(yīng)。第四節(jié)工件在夾具中的夾緊

二、夾緊力的確定設(shè)計夾緊機構(gòu)，必須首先合理確定夾緊力的三要素:大小、方向和作用點。

1.夾緊力方向的確定確定夾緊力作用方向時，應(yīng)與工件定位基準的配置及所受外力的作用方向等結(jié)合起來考慮，其確定原則是:

（1）夾緊力的作用方向應(yīng)垂直于主要定位基準面圖4-40所示工件是以A，B面作為定位基準鏜孔C，要求保證孔C軸線垂直于A面。為此應(yīng)選擇A面為主要定位基準，夾緊力Q作用方向應(yīng)垂直于A面。第四節(jié)工件在夾具中的夾緊

這樣，無論A面與B面有多大的垂直度誤差，都能保證孔C軸線與A面垂直。否則，如圖4-40所示夾緊力方向垂直于B面，則因A、B面間有垂直度誤差，使鏜出的孔C軸線不垂直于A面，產(chǎn)生垂直度誤差。圖4-40夾緊力作用方向不垂直于主要定位基準面第四節(jié)工件在夾具中的夾緊

（2）夾緊力作用方向應(yīng)使所需夾緊力最小這樣可使機構(gòu)輕便、緊湊，工件變形小，對手動夾緊可減輕工人勞動強度。圖4-41表示了夾緊力FQ與切削力Fp、工件重力W之間三種不同方向的關(guān)系，其中圖4-41a所需夾緊力最小，較為理想：圖4-41b所需夾緊力FQ≥Fp+W，要比圖4-41a大得多：圖4-41c完全靠摩擦力克服切削力和重力，故所需夾緊力FQ≥

（μ為工件與定位元件間的摩擦因數(shù)）所需夾緊力最大。所以，最理想的夾緊力的作用方向是與重力、切削力方向一致。圖4-41夾緊力方向與夾緊力大小的關(guān)系第四節(jié)工件在夾具中的夾緊

（3）夾緊力作用方向應(yīng)使工件變形盡可能小由于工件不同方向上的剛度是不一致的，不同的受力面也會因其面積不同而變形各異，夾緊薄壁工件時，尤應(yīng)注意這種情況。如圖4-42所示套筒的夾緊，用三爪自定心卡盤夾緊外圓顯然要比用特制螺母從軸向夾緊工件的變形要大得多。圖4-42套筒夾緊第四節(jié)工件在夾具中的夾緊

2.夾緊力作用點的確定它對工件的可靠定位、夾緊后的穩(wěn)定和變形有顯著影響，選擇時應(yīng)依據(jù)以下原則:1）夾緊力的作用點應(yīng)落在支承元件或幾個支承元件形成的穩(wěn)定受力區(qū)域內(nèi)。圖4-43a中，夾緊力作用在支承面范圍之外，工件發(fā)生傾斜，因而不合理，而圖4-43b則是合理的。圖4-43夾緊力作用點應(yīng)在支承面內(nèi)a）不合理b）合理第四節(jié)工件在夾具中的夾緊

2）夾緊力作用點應(yīng)落在工件剛性好的部位。如圖4-44所示，將作用在殼體中部的單點改為在工件外緣處的兩點夾緊，工件的變形大大改善，夾緊也更可靠。此項原則對剛性差的工件尤為重要。圖4-44夾緊力作用點應(yīng)落在剛性較好部位a）不合理b）合理第四節(jié)工件在夾具中的夾緊

3）夾緊力作用點應(yīng)盡可能靠近加工面。這可減小切削力對夾緊點的力矩，從而減輕工件振動。圖4-45a中，若壓板直徑過小，則對滾齒時的防振不利。圖4-45b中工件形狀特殊，加工面距夾緊力FQ1作用點甚遠，這時應(yīng)增設(shè)輔助支承，并附加夾緊力FQ2，以提高工件夾緊后的剛度。圖4-45夾緊力應(yīng)靠近加工表面第四節(jié)工件在夾具中的夾緊

3.夾緊力的大小夾緊力的大小可根據(jù)切削力、工件重力的大小、方向和相互位置關(guān)系具體計算。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23倍。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。一般來說，手動夾緊時不必算出夾緊力的確切值，只有機動夾緊時，才進行夾緊力計算，以便決定動力部件（如氣缸、液壓缸直徑等）的尺寸。第四節(jié)工件在夾具中的夾緊

三、典型夾緊機構(gòu)夾緊機構(gòu)是夾緊裝置的重要組成部分，因為無論采用何種動力源裝置，都必須通過夾緊機構(gòu)將原始力轉(zhuǎn)化為夾緊力、各類機床夾具應(yīng)用的夾緊機構(gòu)多種多樣，以下介紹幾種利用機械摩擦實現(xiàn)夾緊，并可自鎖的典型夾緊機構(gòu)。

雙搖桿夾緊機構(gòu)第四節(jié)工件在夾具中的夾緊

1.斜楔夾緊圖4-46a所示為斜楔夾緊的鉆模，以原始作用力Fp

將斜楔推入工件和夾具之間實現(xiàn)夾緊。取斜楔為研究對象，其受力如圖4-46b所示:工件對它的反作用力FQ（等于夾緊力，但方向相反），由FQ引起的摩擦力F1，它們的合力FQ1=FQ+F1：夾具體對它的反作用力FR，由FR引起的摩擦力F2，它們的合力FR1=FR+F2。圖4-46斜楔夾緊原理及受力分析第四節(jié)工件在夾具中的夾緊