机械制造 第四章第7-8节

1、第第4章汽车零件机械加工工艺规程的制定章汽车零件机械加工工艺规程的制定 4.7 定位方案与夹具设计定位方案与夹具设计 围绕工件的装夹问题，介绍有关基准概念、围绕工件的装夹问题，介绍有关基准概念、 工件的装夹方法、工件的定位的基本规律和机工件的装夹方法、工件的定位的基本规律和机 床夹具等方面的知识。床夹具等方面的知识。 1 工件的装夹工件的装夹 汽车零件属于成批大量生产，工件的装夹是通汽车零件属于成批大量生产，工件的装夹是通 过机床夹具实现的。过机床夹具实现的。 机床夹具：用以装夹工件的装置。机床夹具：用以装夹工件的装置。 工件装夹的是否正确、迅速、方便和可靠，将工件装夹的是否正确、迅速、方便和

2、可靠，将 直接影响工件的加工质量、生产率、制造成本和操直接影响工件的加工质量、生产率、制造成本和操 作安全。作安全。 1 工件的装夹工件的装夹 工件的装夹工件的装夹将工件在机床上或机床夹具中将工件在机床上或机床夹具中定位、定位、 夹紧夹紧的过程。的过程。 （1）定位定位 通常将确定工件在机床上或机床夹具中占在正确位置的过通常将确定工件在机床上或机床夹具中占在正确位置的过 程，称为程，称为定位定位。 在机床上加工工件时，为了使工作在该工序所加工的表面能达到的尺寸和位在机床上加工工件时，为了使工作在该工序所加工的表面能达到的尺寸和位 置公差要求，在开动机床进行加工之前，必须首先使工件在机床或机床夹

3、具上占置公差要求，在开动机床进行加工之前，必须首先使工件在机床或机床夹具上占 有一正确位置。有一正确位置。 （2）夹紧夹紧 工件定位后将其固定，使其在加工过程中保持定位位置工件定位后将其固定，使其在加工过程中保持定位位置 不变的操作，称为不变的操作，称为夹紧夹紧。 当工件定位后，为了避免工件在加工中受到切削为、重力等力的作用而受到当工件定位后，为了避免工件在加工中受到切削为、重力等力的作用而受到 破坏，还应该用一定的机构或装置将工件固定住。破坏，还应该用一定的机构或装置将工件固定住。 1 工件的装夹工件的装夹 2 机床夹具的基础知识机床夹具的基础知识 机床夹具概念机床夹具概念 在机械加工过程中

4、，为了保证零件的加工 精度，固定工件、使之占有确定位置以接受加 工或检测的工艺装备统称为机床夹具机床夹具，简称夹，简称夹 具。具。 2 机床夹具的基础知识机床夹具的基础知识 机床夹具的作用机床夹具的作用 (1)工件装夹迅速，减少辅助时间，生产高效稳定。工件装夹迅速，减少辅助时间，生产高效稳定。 (2)保证加工精度。机床夹具可准确确定工件、刀具和机床之保证加工精度。机床夹具可准确确定工件、刀具和机床之 问的相对位置，从而保证被加工表面的工序尺寸和位置公问的相对位置，从而保证被加工表面的工序尺寸和位置公 差要求，加工精度的稳定性好。差要求，加工精度的稳定性好。 (3) 对加工成批工件效率十分显著。

5、减轻工人的劳动强度，对加工成批工件效率十分显著。减轻工人的劳动强度， 平衡工序时间，生产节拍稳定，便于生产过程自动化。平衡工序时间，生产节拍稳定，便于生产过程自动化。 (4)扩大机床的工艺范围。如在卧式车床刀架处安装一专用镗扩大机床的工艺范围。如在卧式车床刀架处安装一专用镗 孔夹具，车床可对箱体轴承座孔进行加工。孔夹具，车床可对箱体轴承座孔进行加工。 2 机床夹具的基础知识机床夹具的基础知识 夹具的组成夹具的组成 定位元件定位元件 夹紧装置夹紧装置 对刀、导向元件对刀、导向元件 夹具连接元件夹具连接元件 其他元件及装置其他元件及装置 夹具体夹具体 2 机床夹具的基础知识机床夹具的基础知识 夹具

6、的分类夹具的分类 3工件在夹具中的定位工件在夹具中的定位 工件的六点定位原理工件的六点定位原理 注：为方便分析，所 建立的坐标系，若不 特殊指明，以主视图 为准，即主视图为 XOZ平面，以左右方 向为X轴方向（右向 为其正方向）；上下 方向为Z轴方向（竖 直向上为其正方向）； 进出纸面方向为Y轴 方向（从纸中穿出为 其正方向）。 工件的六点定位原理工件的六点定位原理 工件的六点定位原理工件的六点定位原理 如果在直角坐标 系分布的六个点 位置不合适，就 可能出现“过定 位”和“欠定位” 的现象 直角坐标系分布不合适的六个点的位置 为保证某一工序的加工要求，工件必须正确定位。正确定位可以用对工件工

7、序基准限制一为保证某一工序的加工要求，工件必须正确定位。正确定位可以用对工件工序基准限制一 定的自由度来达到。但是工件应限制的并不一定是要将六个自由度全部被限制住，只要对加工定的自由度来达到。但是工件应限制的并不一定是要将六个自由度全部被限制住，只要对加工 要求有影响的自由度加以限制，而由刀具直接保证的加工要求和不影响加工要求的自由度，都要求有影响的自由度加以限制，而由刀具直接保证的加工要求和不影响加工要求的自由度，都 不必加以限制。不必加以限制。 （1）为保证加工精度，工件正确定位应限制的自由 度，称为第一类自由度第一类自由度； （2）对于加工要求无关的自由度，称为第二类自由第二类自由 度度

8、。 工件实际定位时，第二类自由度可根据工件所承受切削力、夹紧力，重力等情况 和刀具在工件加工表面上运行的工作行程范围，考虑是否加以限制。 按照工件加工要求确定工件必须限制的自由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。度是工件定位中应解决的首要问题。 工件定位有以下几种情况：工件定位有以下几种情况： (1) 完全定位完全定位：工件的六个自由度全部被限制的定位。 (2) 不完全定位不完全定位（第一类自由度限制）：是指根据工件的 加工要求，仅限制对加工精度有影响的工件的部分自 由度，并不需要结工件的全部自由度进行限制的定位 (3) 欠定位欠定位：根据工件的加工要求，工

9、件定位时，应该限 制的自由度没有完全被限制的定位。这种情况在实际 定位时不允许发生。 (4) 过定位过定位(重复定位)：工件定位时，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 由度的定位。在通常情况下不允许出现这种定位方式。 工件正确定位的分析工件正确定位的分析 l工件的正确定位，就是工序基准的正确定位。工序基工件的正确定位，就是工序基准的正确定位。工序基 准的正确定位，可以转化为在直角坐标系中用限制工准的正确定位，可以转化为在直角坐标系中用限制工 件工序基准的自由度来分析和保证。件工序基准的自由度来分析和保证。 l为简化分析自由度，可将对工件工序各项加工要求应为简化分析

10、自由度，可将对工件工序各项加工要求应 限制的自由度分析，转化成对各项加工要求的工序基限制的自由度分析，转化成对各项加工要求的工序基 准的自由度分析。工序基准常见的有点、线、平面三准的自由度分析。工序基准常见的有点、线、平面三 种，它们在直角坐标系中的位置分别由：点种，它们在直角坐标系中的位置分别由：点一个一个 移动白由度；线移动白由度；线一个移动和一个转动自由度；平一个移动和一个转动自由度；平 面面一个移动和两个转动白由度决定的。一个移动和两个转动白由度决定的。 确定工件应限制的自由度确定工件应限制的自由度 l重要概念: 工件的定位（限制的自由度）问 题，可以转化成在直角坐标系中， 用限制工序

11、基准自由度的方法来 分析。 例：法兰盘工序图，确定工件应限制的自由度 工序尺寸：外径D、内径d、长度L1和L2 工序基准：工件中心线、F表面 思考： 1.哪些是工序 基准？ 2需要限制哪 几个自由度？ X、Z轴位移 绕X、Y、Z 轴转动 X 例：确定工件应限制的自由度 l工序尺寸：工序尺寸：B、b、H l工序基准：工序基准：K1是是H的工序基准的工序基准 l K2是是B的工序基准的工序基准 l工序基准工序基准类型类型：平面平面 l而尺寸而尺寸b，由三刃铣刀自身尺寸保，由三刃铣刀自身尺寸保 证。证。 同时保证同时保证b槽三个面与槽三个面与K1、 K2工序工序 基准的平行度。基准的平行度。 限制限

12、制K1：Z轴的位移，轴的位移，X 和和Y 轴的转轴的转 动动 限制限制K2: X轴的位移轴的位移, Z和和Y轴的转动轴的转动 共限制五个自由度共限制五个自由度 上述工件的加工可知，为了保证加工质量，必须限制五个自由度。 定义： 第一类自由度：限制Z、X轴的位移，限制X、Z和Y轴的转动。称为第一类 自由度，该自由度直接会影响加工要求。 第二类自由度：Y轴的位移没限制，该自由度与保证加工尺寸或位置公差 无关。 思考：需要限 制哪几个自由 度？ Z轴位移和绕X 轴的转动 例：用圆柱铣刀铣削轴上的平面，确定工件应限制的自由度 l加工面（铣削加工面（铣削)：F l工序尺寸：工序尺寸：H l工序基准：工件

13、园柱体中工序基准：工件园柱体中 心线心线 l工序基准类型：中心线工序基准类型：中心线 l坐标系建立在主视图坐标系建立在主视图 l限制工序基准自由度：限制工序基准自由度： l限制限制Z轴的位移，保证轴的位移，保证H尺尺 寸寸 l限制限制X轴的转动，保证加工轴的转动，保证加工 面面F和工件园柱体中心线平和工件园柱体中心线平 行。行。 思考：需要限制 哪几个自由度？ 限制X、Y轴的位移， 限制绕X、Y轴的转动 例：在钻床上钻孔加工，确定工件应限制的自由度例：在钻床上钻孔加工，确定工件应限制的自由度 l加工面加工面:钻圆孔钻圆孔,直径直径D l工序基准工序基准:工件圆柱体的中工件圆柱体的中 心线心线

14、l工序基准的类型工序基准的类型:中心线中心线 l工序尺寸工序尺寸:直径直径D,由钻头自由钻头自 身保证身保证 l限制工序基准限制工序基准(中心线中心线)自由自由 度度:限制限制X、Y轴的位移，限轴的位移，限 制饶制饶X、Y轴的转动。可保轴的转动。可保 证所钻圆孔直径证所钻圆孔直径D的中心线的中心线 和工件圆柱体的中心线同和工件圆柱体的中心线同 心，保证壁厚均匀。心，保证壁厚均匀。 在应用在应用“六点定位原理六点定位原理”分析工件的定位时，应注意以下几点分析工件的定位时，应注意以下几点： (1) 支承点限制工件自由度的作用，应理解为定位支承点与工支承点限制工件自由度的作用，应理解为定位支承点与工

15、 件定位基准面始终保持接触。若二者脱离，则意味着失去定件定位基准面始终保持接触。若二者脱离，则意味着失去定 位作用。位作用。 (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。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。工件）分析定位支承点的定位作用时，不考虑力的影响。工件 的某一自由度被限制，并非指工件在受到使其脱离定位支承的某一自由度被限制，并非指工件在受到使其脱离定位支承 点的外力时不能运动；欲使其在外力作用下不能运动，是夹点

16、的外力时不能运动；欲使其在外力作用下不能运动，是夹 紧的任务。反之，工件在外力作用下不能运动，即被夹紧，紧的任务。反之，工件在外力作用下不能运动，即被夹紧， 也并非是说工件的所有自由度都被限制了。也并非是说工件的所有自由度都被限制了。 （4）工件定位时，影响加工精度要求的自由度必须限制；不影）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。况而定。 定位和夹紧是两个概念，绝不能混淆。定位和夹紧是两个概念，绝不能混淆。 定位是解决工件在夹紧前位置是否正确的 问题；夹紧是解决工件在

17、加工过程中，受到重 力、切削力等外力作用时，是否稳固地保持在 定位位置的问题； 换言之，定位是解决工件位置定不定的问 题，夹紧是解决工件在加工过程中动不动的问 题。 常见加工形式中，为保证加工要求必须限常见加工形式中，为保证加工要求必须限 制的自由度（第一类自由度），见下表所示。制的自由度（第一类自由度），见下表所示。 确定工件应限制的自由度的总结确定工件应限制的自由度的总结 l限制工件的自由度，是一个很重要的基本概念，具有限制工件的自由度，是一个很重要的基本概念，具有 广泛的应用前景，要引起足够的重视。广泛的应用前景，要引起足够的重视。 l限制工件的自由度的问题，可转化成限制工序基准的限制工

18、件的自由度的问题，可转化成限制工序基准的 自由度。自由度。 l工序基准的类型：平面、中心线、点。工序基准的类型：平面、中心线、点。 定位方案与夹具设计定位方案与夹具设计(续）续） 工件的定位方式与定位元件工件的定位方式与定位元件 在实际生产中，为了保证同一批工件在夹具中占据一个正确的位置，必须选择合理的定 位方式和设计相应的定位装置。 在实际应用时，工件正确定位时，是指对工在实际应用时，工件正确定位时，是指对工 件第一类自由度的限制，一般件第一类自由度的限制，一般不允许将工件的不允许将工件的 定位基面直接与夹具体接触，定位基面直接与夹具体接触，而是通过工件定而是通过工件定 位基准（或基面）与机

19、床夹具的定位元件的配位基准（或基面）与机床夹具的定位元件的配 合或接触来实现的。合或接触来实现的。 工件定位基面与定位元件的工作表面合称为工件定位基面与定位元件的工作表面合称为 定位副。定位副。 工件的定位方式与定位元件工件的定位方式与定位元件 1、工件以平面定位。、工件以平面定位。 2、工件以内孔定位。、工件以内孔定位。 3、工件以外圆定位。、工件以外圆定位。 4、工件以组合表面定位。、工件以组合表面定位。 定位元件必须满足以下几点要求定位元件必须满足以下几点要求 1足够的精度足够的精度 由于工件的定位是通过定位副的接触（或配合）实现的。定位元件工作由于工件的定位是通过定位副的接触（或配合）

20、实现的。定位元件工作 表面的精度直接影响工件的定位精度，因此定位元件工作表面应有足够的精表面的精度直接影响工件的定位精度，因此定位元件工作表面应有足够的精 度，以保证加工精度要求。度，以保证加工精度要求。 2足够的强度和刚度足够的强度和刚度 定位元件不仅限制工件的自由度，还起着支承工件、承受夹紧力和切削定位元件不仅限制工件的自由度，还起着支承工件、承受夹紧力和切削 力的作用。因此必须具备足够的强度和刚度，以免使用中发生变形和损坏，力的作用。因此必须具备足够的强度和刚度，以免使用中发生变形和损坏， 影响工作的加工精度。影响工作的加工精度。 3有较高的耐磨性有较高的耐磨性 批量生产中，工件的反复装

21、卸会磨损定位元件工件表面，导致定位元件批量生产中，工件的反复装卸会磨损定位元件工件表面，导致定位元件 工件表面精度下降，引起定位精度的下降。当定位精度下降至不能保证加工工件表面精度下降，引起定位精度的下降。当定位精度下降至不能保证加工 精度时则应更换定位元件。为延长定位元件更换周期，提高夹具使用寿命，精度时则应更换定位元件。为延长定位元件更换周期，提高夹具使用寿命， 定位元件工作表面应有较高的耐磨性。定位元件工作表面应有较高的耐磨性。 4.良好的工艺性良好的工艺性 定位元件的结构应力求简单、合理、便于制造加工、装配、维修和更换。定位元件的结构应力求简单、合理、便于制造加工、装配、维修和更换。

22、对于工件不同的定位基面的形式，定位元件的结构、形状、尺寸和布置方式对于工件不同的定位基面的形式，定位元件的结构、形状、尺寸和布置方式 也不同。也不同。 1、工件以平面定位 在机械加工中，利用工件上的一个或几个平面作为在机械加工中，利用工件上的一个或几个平面作为 定位基准来定位工件的方式，称为定位基准来定位工件的方式，称为平面定位平面定位。如箱体、。如箱体、 支架类零件等，常以工件的平面做为定位基准。支架类零件等，常以工件的平面做为定位基准。 平面定位常用的定位元件有：平面定位常用的定位元件有： (1)固定支承、固定支承、 (2)可调支承、可调支承、 (3)自位支承、自位支承、 (4)辅助支承。

23、辅助支承。 (1)固定支承 固定支承固定支承是指高度尺寸固定，不能调整的是指高度尺寸固定，不能调整的 支承，包括支承，包括支承钉和支承板支承钉和支承板两类，在使用过程两类，在使用过程 中它们都是固定不动的。中它们都是固定不动的。 支承钉、支承板均已标准化，其公差配合、支承钉、支承板均已标准化，其公差配合、 材料、热处理等可查国家标准材料、热处理等可查国家标准机床夹具零件机床夹具零件 及部件及部件。 A型平头支承钉用于支承精基准，当工件以加工过的平面定位时，可采用平型平头支承钉用于支承精基准，当工件以加工过的平面定位时，可采用平 头支承钉头支承钉(A型型)；B型球头支承钉用于支承粗基准，当工件以

24、粗糙不平的毛型球头支承钉用于支承粗基准，当工件以粗糙不平的毛 坯面定位时，采用球头支承钉坯面定位时，采用球头支承钉(B型型)，使其与毛坯良好接触；，使其与毛坯良好接触；C型齿纹平面型齿纹平面 支承钉常用于要求摩擦力大的工件侧面的支承，能增大摩擦系数，防止工件支承钉常用于要求摩擦力大的工件侧面的支承，能增大摩擦系数，防止工件 滑动。滑动。 需要经常更换的支承钉应加衬套需要经常更换的支承钉应加衬套 . 一个支承钉相当于一点支承，限制一个自由度；在一个平面内，两个支承钉一个支承钉相当于一点支承，限制一个自由度；在一个平面内，两个支承钉 限制两个自由度；不在同一条直线上的三个支承钉限制三个自由度。限制

25、两个自由度；不在同一条直线上的三个支承钉限制三个自由度。 常用支承板的结构形式如图所示。当工件 以加工过的平面定位时，可采用图a所示的平 头支承板，该支承板结构简单，制造方便，由 于埋头螺钉孔处落入的切屑不易清除，故适用 于工件侧面和顶面的定位；图b为带斜槽型支 承板，易保证工作表面清洁，便于清除槽内落 人的切屑，适用于工件底面的定位。 限制三个自由度，限制三个自由度， 一般称为一般称为主要支承；主要支承； 一个支承板相当于两一个支承板相当于两 个支承点，限制两个个支承点，限制两个 自由度，一般称为自由度，一般称为导导 向支承，向支承，如图所示。如图所示。 一般将限制一个自由一般将限制一个自由

26、 度的支承称为度的支承称为止推支止推支 承。承。 (2)可调支承 可调支承可调支承是指顶端位置能够在一定高度范围内调整的支承。是指顶端位置能够在一定高度范围内调整的支承。可调支承多用于支承工可调支承多用于支承工 件的粗基准面件的粗基准面，支承高度可根据需要进行调整，调整到位后用螺母锁紧。支承高度可根据需要进行调整，调整到位后用螺母锁紧。一个可调支承 限制一个自由度。 在图中，工件为砂型铸件，先以在图中，工件为砂型铸件，先以A 面定位铣面定位铣B面，再以面，再以B面定位镗双孔。铣面定位镗双孔。铣B面时若用固定支面时若用固定支 承，由于定位基面承，由于定位基面A的尺寸和形状误差较大，铣完后的的尺寸

27、和形状误差较大，铣完后的B面与两毛坯孔（图中的点划线）的距面与两毛坯孔（图中的点划线）的距 离尺寸离尺寸H1、H2变化也大，致使镗孔时余量很不均匀，甚至可能使余量不够。因此图中可采用变化也大，致使镗孔时余量很不均匀，甚至可能使余量不够。因此图中可采用 可调支承，定位时适当调整支承钉的高度，便可避免出现上述情况。对于中小型零件，一般可调支承，定位时适当调整支承钉的高度，便可避免出现上述情况。对于中小型零件，一般 每批调整一次，调整好后，用锁紧螺母拧紧固定，此时其作用与固定支承完全相同。若工件每批调整一次，调整好后，用锁紧螺母拧紧固定，此时其作用与固定支承完全相同。若工件 较大且毛坯精度较低时，也

28、可能每件都要调整。在同一夹具上加工形状相同但尺寸不同的工较大且毛坯精度较低时，也可能每件都要调整。在同一夹具上加工形状相同但尺寸不同的工 件时，可用可调支承，如图件时，可用可调支承，如图b所示，在轴上钻径向孔，对于孔至端面的距离不等的工件，只要所示，在轴上钻径向孔，对于孔至端面的距离不等的工件，只要 调整支承钉的伸出长度，便可进行加工。调整支承钉的伸出长度，便可进行加工。 可调支承的应用可调支承的应用 (3)自位支承（浮动支承）（浮动支承） 自位支承是指支承本身的位置在定位过程自位支承是指支承本身的位置在定位过程 中能自动适应工件定位基准面位置变化的一类中能自动适应工件定位基准面位置变化的一类

29、 支承。支承。 自位支承能增加与工作定位面的接触点数自位支承能增加与工作定位面的接触点数 目，使单位面积压力减小，自位支承适用于工目，使单位面积压力减小，自位支承适用于工 件以毛坯面定位或定位刚性较差的场合。（刚件以毛坯面定位或定位刚性较差的场合。（刚 度不足的毛坯表面或不连续平面的定位）度不足的毛坯表面或不连续平面的定位） a、b是两点式自位支承。图是两点式自位支承。图c是三点式自位支承。这类支承的工作特点是：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，是三点式自位支承。这类支承的工作特点是：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

30、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。个固定支承，只限制了工件的一个自由度。 由于自位支承是摆动的或浮动的结构，所以结构是以两点或=点与工件支承表面接触，其实质只起一个点的支承作用， 限制一个自由度。自位支承用以增加与工件表面的支承点，以减小工件的变形或减小接触应力。 (4)辅助支承 在生产中有时为了提高工件的刚度和定位在生产中有时为了提高工件的刚度和定位 稳定性，常采用辅助支承。辅助支承用来提高

31、稳定性，常采用辅助支承。辅助支承用来提高 装夹刚度和稳定性，不起定位作用。辅助支承装夹刚度和稳定性，不起定位作用。辅助支承 不是定位元件，只是用以增加工件在加工中的不是定位元件，只是用以增加工件在加工中的 支承刚性作用，支承刚性作用， 无论采用哪种形式的辅助支承，它都不无论采用哪种形式的辅助支承，它都不 起定位作用，因此不限制工件的自由度。起定位作用，因此不限制工件的自由度。 如图4.55所示，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，

32、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。 2、工件以圆孔定位、工件以圆孔定位 （工件以内孔为定位基面）（工件以内孔为定位基面） 有些工件，如套筒、法兰盘等类工件常以内有些工件，如套筒、法兰盘等类工件常以内 孔作为定位基准，以内孔作为定位基面。孔作为定位基准，以内孔作为定位基面。 常用的定位元件有两类：常用的定位元件有两类： （1）定位销）定位销 （2）定位心轴。）定位心轴。 （1）定位销 定位销所限制的自由度，一般可根据工件 定位面与定位元件工作表面相接触的长度L与 孔的直径D之比而定。 当L/D1时,认为是长定位销配合,它限制了 四个自由度:X、

33、Y、绕X、绕Y。 当L/D1时，是短定位销配合，它限制了两 个自由度： X、Y。 工件以内孔定位工件以内孔定位/ 刚性心轴刚性心轴 锥形心轴锥形心轴 除了绕除了绕X轴转动轴转动 外外,其它其它5个自由个自由 度限制度限制 过盈配合圆柱心轴过盈配合圆柱心轴 除了绕除了绕X轴转动和位移外轴转动和位移外,其它其它 4个自由度限制个自由度限制 间隙配合心轴间隙配合心轴 除了绕除了绕X轴转动外轴转动外,其它其它5个自由度个自由度 限制限制 工件以内孔定位工件以内孔定位 （2）刚性心轴 锥形心轴 工件定位时，是依靠心轴的锥体定心和涨紧。 所限定的自由度为五个（除了心轴本身的转动之 外）。 常用在车削或磨削

34、中，外圆要求同轴度高的盘类零 件。 刚性心轴刚性心轴 过盈配合圆柱心轴， 可以克服锥度心轴轴向位置不固定的缺点，常可以克服锥度心轴轴向位置不固定的缺点，常 用于多刀车床精车盘套类零件用于多刀车床精车盘套类零件； 所限制的自由度：所限制的自由度：Y，Z，绕，绕Y，绕，绕Z。 刚性心轴刚性心轴 间隙配合心轴间隙配合心轴 以心轴轴肩作轴向定位，安装方便，但定心精 度较差。 所限制的自由度：X，Y，Z，绕Z，绕Y。 3 工件以外圆定位 工件以外圆柱面作为定位基准时，根据外圆工件以外圆柱面作为定位基准时，根据外圆 柱面的完整程度、加工要求和安装方式，常用柱面的完整程度、加工要求和安装方式，常用 定位元件

35、有定位元件有V形块、半圆定位块、定位套及定心形块、半圆定位块、定位套及定心 夹紧机构等。其中最常用的是在夹紧机构等。其中最常用的是在V形块上定位。形块上定位。 一个短一个短V形块限制两个自由度；两个短形块限制两个自由度；两个短V形块形块 的组合或一个长的组合或一个长V形块均限制四个自由度。形块均限制四个自由度。 V形块定位的优点是：形块定位的优点是： 对中性好，即能使工件的定位基准轴线对中在对中性好，即能使工件的定位基准轴线对中在 V形块两斜面的对称平面上，在左右方向上不会形块两斜面的对称平面上，在左右方向上不会 发生偏移，且安装方便；发生偏移，且安装方便； 应用范围较广。不论定位基准是否经过

36、加工，应用范围较广。不论定位基准是否经过加工， 不论是完整的圆柱面还是局部圆弧面，都可采不论是完整的圆柱面还是局部圆弧面，都可采 用用V形块定位。形块定位。 V形块形块上两斜面间的夹角一般选用上两斜面间的夹角一般选用60、 90和和120，其中，其中以以90应用最多应用最多。 4 工件以组合表面定位工件以组合表面定位 在实际生产中，工件往往不是采用单一表面定位，在实际生产中，工件往往不是采用单一表面定位， 而是以组合表面定位。为满足工序的加工要求，一般而是以组合表面定位。为满足工序的加工要求，一般 都采用几个定位基准（基面）的组合方式进行定位，都采用几个定位基准（基面）的组合方式进行定位， 即

37、即组合定位组合定位。 常用的组合定位基准（基面）有常用的组合定位基准（基面）有：前后顶尖孔、一：前后顶尖孔、一 孔一端面、一端面一外圆、两阶梯外圆及一端面、一孔一端面、一端面一外圆、两阶梯外圆及一端面、一 长孔一外圆、一面两孔等；长孔一外圆、一面两孔等；相应地采用定位元件的组相应地采用定位元件的组 合定位，合定位，如前后顶尖、定位销（或心轴）与支承钉如前后顶尖、定位销（或心轴）与支承钉 （或小支承环）组合、（或小支承环）组合、V形块与支承钉（或小支承环）形块与支承钉（或小支承环） 组合、长定位销与组合、长定位销与V形块组合和支承板与双销组合等。形块组合和支承板与双销组合等。 使用几个定位元件共

38、同限制第一类自由度，保证工件使用几个定位元件共同限制第一类自由度，保证工件 的正确定位。的正确定位。 工件以组合表面定位工件以组合表面定位/一面一孔定位一面一孔定位 长圆柱体限制4 个自由度,小端面 限制1个自由度 短圆柱体限制2 个自由度,大端面 限制3个自由度 工件以组合表面定位工件以组合表面定位 /一面一面二二孔定位孔定位 平面限制3个自由度 (2个转动,1个位移) 短销限制2个位移自由度菱形销限制1个绕Z 轴转动自由度 工件以组合表面定位工件以组合表面定位(例题分析例题分析) 如果菱形销如果菱形销4被短圆柱销代替，将出现何种结果？被短圆柱销代替，将出现何种结果？ l短圆柱销限制Z、X轴

39、的位移，而支承板1也限制Z轴的位移，当 两个定位元件，同时限制一个自由度时，过定位就发生。 工件以组合表面定位工件以组合表面定位 两端以顶尖定位的组合表面定位 工件以组合表面定位工件以组合表面定位分析分析 l细长轴类零件的两端采用“顶尖”加工，其中靠车头一 侧的顶尖，限制三个位移（X、Y、Z轴）自由度，而尾 端顶尖则限制二个转动（ 绕Y和Z轴）自由度，并非向 前顶尖一样（要求同学们灵活应用，千万不能从概念到 概念）。 l中间如果加了“跟刀架”，则是过定位，又限制三个位 移（X、Y、Z轴）自由度，但这是为了避免让刀的需要, 但对于细长轴的加工是允许其有效的。 两端以顶尖定位的组合表面定位 工件以

40、组合表面定位工件以组合表面定位 l过定位的问题在一般情况都应该避免,否则会引起定位误差,或者定位 困难。 l但是在有一些特殊零件的加工过程中，则有意识的要用到过定位的概 念，如细长轴类零件的两端采用“顶尖”加工的方法，有的在加工时， 还设置“跟刀架”。 l这种是明显的过定位，但为了避免“让刀”，保证质量，效果则更好。 两端以顶尖定位的组合表面定位 工件常见的定位方法、定位元件及所能限制的工件自由度工件常见的定位方法、定位元件及所能限制的工件自由度 工件常见的定位方法、定位元件及所能限制的工件自由度工件常见的定位方法、定位元件及所能限制的工件自由度 3. 定位误差的分析与计算定位误差的分析与计算

41、 工件定位的目的是为了保证工件的加工质工件定位的目的是为了保证工件的加工质 量，即保证工件加工面与其设计基准之间的位量，即保证工件加工面与其设计基准之间的位 置精度（如同轴度、平行度、垂直度等）和尺置精度（如同轴度、平行度、垂直度等）和尺 寸精度。寸精度。 工件定位的本质，工件定位的本质，是使加工面的设计基准是使加工面的设计基准 在工艺系统中占据一个正确位置。在工艺系统中占据一个正确位置。 使用夹具时造成工件加工误差的因素包括如下四个方面： （1）与工件在夹具上定位有关的误差，称为定位误差）与工件在夹具上定位有关的误差，称为定位误差D； （2）与夹具在机床上安装有关的误差，称为安装误差）与夹具

42、在机床上安装有关的误差，称为安装误差A； （3）与刀具同夹具定位元件有关的误差，称为调整误差）与刀具同夹具定位元件有关的误差，称为调整误差T； （4）与加工过程有关的误差，称为过程误差）与加工过程有关的误差，称为过程误差G ，包括机床误，包括机床误 差和刀具误差、变形误差和测量误差等。差和刀具误差、变形误差和测量误差等。 为了保证工件的加工要求，上述误差合成后不应超出为了保证工件的加工要求，上述误差合成后不应超出 工件的加工公差工件的加工公差K，即：，即： D+A+T+GK 3. 定位误差的分析与计算定位误差的分析与计算 3. 定位误差的分析与计算定位误差的分析与计算 由定位引起的同一批工件的

43、设计基准在加由定位引起的同一批工件的设计基准在加 工尺寸方向上的最大变动量，称为工尺寸方向上的最大变动量，称为定位误差定位误差。 定位误差的值为工件的工序基准沿工序尺定位误差的值为工件的工序基准沿工序尺 寸方向发生的最大位移量，用符号寸方向发生的最大位移量，用符号D表示。表示。 当定位误差当定位误差D1/3K，一般认为选定的，一般认为选定的 定位方式可行。定位方式可行。 定位误差产生的原因及计算 造成定位误差的原因有两个：造成定位误差的原因有两个： 1.是是由于定位基准与设计基准不重合由于定位基准与设计基准不重合，称为基准不重合，称为基准不重合 误差（基准不符误差）；误差（基准不符误差）；B

44、2.是是由于定位副制造误差而引起定位基准的位移由于定位副制造误差而引起定位基准的位移，称为，称为 基准位移误差。基准位移误差。Y D=B+Y 工件定位基面与定位元件的工作表面合称为工件定位基面与定位元件的工作表面合称为定位副。定位副。 l组合时可有如下情况： 1Y0，B=0时，D=B 2Y=0，B0时，D=Y 3Y0，B0时， 如果工序基准不在定位基面上：如果工序基准不在定位基面上：D=B+Y 如果工序基准在定位基面上，如果工序基准在定位基面上，D=BY l“+”、“”的判别方法为： 分析定位基面尺寸由大变小（或由小变大）时，定位基 准的变动方向； 当定位基面尺寸作同样变化时，设定位基准不动，

45、分析 工序基准变动方向； 若两者变动方向相同即“+”，两者变动方向相反即“”。 D=B+Y 1 基准不重合误差及计算基准不重合误差及计算 由于定位基准与设计基准不重合由于定位基准与设计基准不重合，称为，称为 基准不重合误差（基准不符误差）基准不重合误差（基准不符误差）B 如如图图所示为零件简图，在工件上铣缺口，加工尺寸为所示为零件简图，在工件上铣缺口，加工尺寸为A、B。右。右 图为加工示意图，工件以底面和图为加工示意图，工件以底面和E面定位，面定位，C为确定刀具与夹具相互为确定刀具与夹具相互 位置的对刀尺寸，在一批工件的加工过程中位置的对刀尺寸，在一批工件的加工过程中C的位置是不变的。的位置是

46、不变的。 加工尺寸加工尺寸A的设计基准是的设计基准是F，定位基准是，定位基准是E，两者不重合。当一批工件，两者不重合。当一批工件 逐个在夹具上定位时，受尺寸逐个在夹具上定位时，受尺寸SS/2的影响，工序基准的影响，工序基准F的位置是变的位置是变 动的，动的，F的变动影响的变动影响A的大小，给的大小，给A造成误差，这个误差就是基准不造成误差，这个误差就是基准不 重合误差。重合误差。 1 基准不重合误差及计算基准不重合误差及计算 显然基准不重合误差的大小应等于定位基准与设计基准显然基准不重合误差的大小应等于定位基准与设计基准 不重合而造成的加工尺寸的变动范围，由图可知：不重合而造成的加工尺寸的变动

47、范围，由图可知： B=Amax-Amin =Smax-Smin=S S是定位基准是定位基准E与设计基准与设计基准F间的距离尺寸。当设计基准的间的距离尺寸。当设计基准的 变动方向与加工尺寸的方向相同时，基变动方向与加工尺寸的方向相同时，基准不重合误差就等于定准不重合误差就等于定 位基准与设计基准间尺寸的公差位基准与设计基准间尺寸的公差，如图，当如图，当S的公差为的公差为S，即，即 B=S 1 基准不重合误差及计算基准不重合误差及计算 当设计基准的变动方向与加工尺寸方向有一夹 角（其夹角为）时，基准不重合误差等于定位基 准与设计基准间距离尺寸公差在加工尺寸方向上的 投影，即 B=Scos 1 基准

48、不重合误差及计算基准不重合误差及计算 当定位基准与设计基准之间有几个相关 尺寸的组合，应将各相关连的尺寸公差在加 工尺寸方向上投影取和，即 式中 i定位基准与工序基准之间各相 关连尺寸的公差（mm） ii的方向与加工尺寸方向之间的夹 角 1 c o s ( 3 -4 ) n Bii i 1 基准不重合误差及计算基准不重合误差及计算 2 基准位移误差及计算基准位移误差及计算 由于定位副的制造误差而造成定位基准由于定位副的制造误差而造成定位基准 位置的变动，对工件加工尺寸造成的误差位置的变动，对工件加工尺寸造成的误差, 称为基准位移误差，用称为基准位移误差，用Y来表示。来表示。 显然不同的定位方式

49、和不同的定位副结显然不同的定位方式和不同的定位副结 构，其定位基准的移动量的计算方法是不构，其定位基准的移动量的计算方法是不 同的。同的。 （1）工件以平面定位）工件以平面定位 （2） 工件以圆孔在圆柱销、圆柱心轴上定位工件以圆孔在圆柱销、圆柱心轴上定位 （3）工件以外圆柱在）工件以外圆柱在V形块上定位形块上定位 2 基准位移误差及计算基准位移误差及计算 （1）工件以平面定位）工件以平面定位 工件以平面定位时的基准位移误差计算 较方便。如图所示的工件以平面定位时，定 位基面的位置可以看成是不变动的，因此基 准位移误差为零，即工件以平面定位时： Y=0 （2）工件以圆孔在圆柱销、圆柱心轴上定位工

50、件以圆孔在圆柱销、圆柱心轴上定位 工件以圆孔在圆柱销、圆柱心轴上定位、其工件以圆孔在圆柱销、圆柱心轴上定位、其 定位基准为孔的中心线，定位基面为内孔表面。定位基准为孔的中心线，定位基面为内孔表面。 如图所示，由于定位副 配合间隙的影响，会使 工件上圆孔中心线（定 位基准）的位置发生偏 移，其中心偏移量在加 工尺寸方向上的投影即 为基准位移误差Y。定 位基准偏移的方向有两 种可能：一是可以在任 意方向上偏移；二是只 能在某一方向上偏移。 （2）工件以圆孔在圆柱销、圆柱心轴上定位工件以圆孔在圆柱销、圆柱心轴上定位 l当定位基准在任意方向偏移时当定位基准在任意方向偏移时，其最大偏移量即为定位副直径

51、方向的最大间隙，即 Y=Xmax=Dmaxd0min=D+d0+Xmin 式中 Xmax定位副最大配合间隙（mm）； Dmax工件定位孔最大直径（mm）； d0min圆柱销或圆柱心轴的最小直径（mm）； D工件定位孔的直径公差（mm）； d0圆柱销或圆柱心轴的直径公差（mm）； Xmin定位所需最小间隙，由设计时确定（定位所需最小间隙，由设计时确定（mm）。）。 l当基准偏移为单方向时，当基准偏移为单方向时，在其移动方向最大偏移量为半径方向 的最大间隙，即 Y=（1/2）Xmax=（1/2）（Dmax-d0min）=（1/2） （D+d+Xmin） （2）工件以圆孔在圆柱销、圆柱心轴上定位）工

52、件以圆孔在圆柱销、圆柱心轴上定位 当工件用圆柱心轴定位时，定位副的配合 间隙还会使工件孔的轴线发生歪斜，并影响工 件的位置精度，如图所示。 工件除了孔距公差还有平行度误差工件除了孔距公差还有平行度误差： 即式中L1加工面长度（mm）； L2定位孔长度（mm） 0 1 m in 2 (3-7) YDd L X L （2）工件以圆孔在圆柱销、圆柱心轴上定位）工件以圆孔在圆柱销、圆柱心轴上定位 （3）工件以外柱圆在）工件以外柱圆在V形块上定位形块上定位 工件以外圆柱面在工件以外圆柱面在V形块上定位时，其定位基准为形块上定位时，其定位基准为 工件外圆柱面的轴心线，定位基面为外圆柱面。工件外圆柱面的轴心

53、线，定位基面为外圆柱面。 若不计V形块的误差，而仅 有工件基准面的形状和尺 寸误差时，工件的定位基 准会产生偏移，如图a、b 所示,仅由于工件的尺寸公 差d的影响，使工件中心 沿Z向从O1移至O2，即在 Z向的基准位移量可由下式 计算 式中 d工件定位基面的 直径公差（mm）； /2V形块的半角（0）。 1 2 (2 -8 ) 2sin 2 d O O （3）工件以外柱圆在）工件以外柱圆在V形块上定位形块上定位 如在加工尺寸方向上与如在加工尺寸方向上与Z有一夹角有一夹角，则在，则在 加工尺寸方向上的基准位移误差为加工尺寸方向上的基准位移误差为 1 2 coscos0.707cos 2-11 2

54、sin 2 d Yd OO （3）工件以外柱圆在）工件以外柱圆在V形块上定位形块上定位 l位移量的大小与外圆柱面直径公差有关，因 此对于较精密的定位，需适当提高外圆的精 度。V形块的对中性好，所以沿其形块的对中性好，所以沿其X方向的方向的 位移为零位移为零。 l当用=900的V形块，定位基准在Z向的位移 量可由下式计算： Y=O1O2=0.707d （3）工件以外柱圆在）工件以外柱圆在V形块上定位形块上定位 定位误差分析计算示例定位误差分析计算示例 定位误差分析计算示例定位误差分析计算示例 第第4章汽车零件机械加工工艺规程的制定章汽车零件机械加工工艺规程的制定 工件在夹具中的夹紧工件在夹具中的

55、夹紧 1夹紧装置的组成和基本要求夹紧装置的组成和基本要求 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（夹紧装置由（1）力源装置、（）力源装置、（2）中间传力结）中间传力结 构和（构和（3）夹紧元件组成。）夹紧元件组成。 1夹紧装置的组成和基本要求夹紧装置的组成和基本要求 力源装置力源装置 力源装置是产生夹紧作用力的装置，其动力 可用气动、液动、电动、人力等。图4.78中所示 的力源装置是气缸。

56、 夹紧装置组成示意图夹紧装置组成示意图 1-力源装置，力源装置，2-中间传力机构，中间传力机构，3-夹紧元件，夹紧元件，4-工件工件 1夹紧装置的组成和基本要求夹紧装置的组成和基本要求 中间传力机构 中间传力机构是介于力源和夹紧元件之间传递力的机 构，在传递力的过程中，它起到的作用是： 改变作用力 的方向； 改变作用力的大小，通常起增力作用； 使夹紧 实现自锁，保证力源提供的原始力消失后，仍能可靠地 夹紧工件，这对手动夹紧尤为重要。 1夹紧装置的组成和基本要求夹紧装置的组成和基本要求 夹紧元件 夹紧元件是最终执行元件，与工件直接接触完成 夹紧作用。如图4.78所示，动力装置为气缸，压板为夹 紧

57、元件，由斜楔2、滚子3等组成的斜楔铰链传力机构。 2 夹紧方式的确定夹紧方式的确定 设计夹具的夹紧机构时，所需夹紧力的确夹紧力的确 定包括三方面的内容：定包括三方面的内容： （1）夹紧力的作用点夹紧力的作用点 （2）夹紧力作用点的方向）夹紧力作用点的方向 （3）夹紧力的大小。）夹紧力的大小。 （1）夹紧力的作用点 A、夹紧力的作用点应落在支承元件上或几个支承元 件所形成的平面内。 （1）夹紧力的作用点）夹紧力的作用点 B、 夹紧力的作用点应落在工件刚性较好的部位上。 （1）夹紧力的作用点）夹紧力的作用点 C、夹紧力的作用点应尽量靠近加工面，以增加夹紧 的可靠性，防止和减小工件的振动。 （2）夹

58、紧力的方向 夹紧力的方向是与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。 （2）夹紧力的方向）夹紧力的方向 A、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。 夹紧力应朝向主要定位基准夹紧力应朝向主要定位基准 （2）夹紧力的方向）夹紧力的方向 B、有利于减少所需要的夹紧力大小。 夹紧力和切削力的方向夹紧力和切削力的方向 (3) 夹紧力的大小夹紧力的大小 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）：夹紧力大小的计算方法（简化计算）： 只考虑切削力（或切削矩）

59、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。 夹具的分类夹具的分类 1通用夹具通用夹具 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。寸工件的夹具。 比如：三爪卡盘、回转工作台、磁铁吸盘等。比如：三爪卡盘、回转工作台、磁铁吸盘等。 适用场合：单件、小批生产。适用场合：单件、小批生产。 夹具

60、的分类夹具的分类 2专用夹具专用夹具 专用夹具：专为某以工件的某道工序而设计制造的夹具。专用夹具：专为某以工件的某道工序而设计制造的夹具。 适用场合：产品固定，工艺相对稳定、批量又大的加工过程。适用场合：产品固定，工艺相对稳定、批量又大的加工过程。 夹具的分类夹具的分类 3成组夹具成组夹具 指当加工完一种工件后，经过调整或更换个别元件，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。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。主要用于：加工形状相似、尺寸相近的工件。 适用场合：中小批生产适用场合：中小批生产 夹具的分类夹具的分类 4.自动线