第二章 机床夹具设计20130505

1、机械制造工艺学 机电工程学院 第二章第二章 2 机床夹具设计机床夹具设计 2.1 概述 2.2 工件的定位 2.3 工件的夹紧 2.4 夹具的其它元件及装置 2.5 典型机床夹具设计要求 2.6 专用夹具设计方法与步骤 2.1 概述概述 2.1.1 2.1.1 工件的安装工件的安装 安装安装是将工件在机床上或夹具中是将工件在机床上或夹具中定位定位并并夹紧夹紧的过程。的过程。 定位定位是指确定工件在机床或夹具是指确定工件在机床或夹具占有正确位置占有正确位置的过程。的过程。 夹紧夹紧是指工件定位后将其固定，使其在加工过程中是指工件定位后将其固定，使其在加工过程中保持定位保持定位 位置不变位置不变的

2、操作。的操作。 在各种不同的机床上加工时，一般可采用如下几种在各种不同的机床上加工时，一般可采用如下几种安装方法安装方法。 1. 直接安装直接安装 2. 找正安装找正安装 3. 夹具安装夹具安装 图2-1 找正装夹方法 直接安装是将工件的定位基准面直接靠紧在机床的装直接安装是将工件的定位基准面直接靠紧在机床的装 夹面上进行定位，然后将工件夹紧。夹面上进行定位，然后将工件夹紧。如：平磨工作台，等。平磨工作台，等。 找正安装是先将工件夹持在机床上，然后使机床缓慢运动，找正安装是先将工件夹持在机床上，然后使机床缓慢运动， 再利用划针或百分表在工件表面上划过的轨迹来调整工件，使工再利用划针或百分表在工

3、件表面上划过的轨迹来调整工件，使工 件处于正确的位置，然后夹紧。件处于正确的位置，然后夹紧。 夹具是机床的附加装置，其上备有专门的定位元件和夹具是机床的附加装置，其上备有专门的定位元件和 夹紧装置，加工工件可以在夹具上迅速而准确地安装。夹紧装置，加工工件可以在夹具上迅速而准确地安装。 夹具在机床上已预先调整好位置，故工件通过夹具相对夹具在机床上已预先调整好位置，故工件通过夹具相对 于机床就占据了正确的位置。于机床就占据了正确的位置。 2.1 概述概述 直接找正安装 精度高，效率低，对精度高，效率低，对 工人技术水平高工人技术水平高。 毛坯孔毛坯孔 加工线加工线 找正线找正线 划线找正安装 精度

4、不高，效率低，多精度不高，效率低，多 用于形状复杂的铸件。用于形状复杂的铸件。 对于对于形状复杂形状复杂、重重、大大的的铸铸、锻锻件，往往先件，往往先 在在待加工处划线待加工处划线，然后装上机床，再按所划的，然后装上机床，再按所划的 线进行找正定位。线进行找正定位。划线工序费时费力、效率低、划线工序费时费力、效率低、 精度差，精度差，故主要应用于故主要应用于单件小批生产单件小批生产。 2.1 概述概述 工件在夹具上装夹（滚齿夹具） 精度和效率精度和效率 均高，在批量生均高，在批量生 产上广泛采用。产上广泛采用。 2.1 概述概述 2.1.2 夹具的组成夹具的组成 1定位元件定位元件：起定位作用

5、，保证起定位作用，保证工件工件在机床上或夹具中占有在机床上或夹具中占有正确正确 的位置。的位置。 2夹紧装置夹紧装置：将工件夹紧，保证工件定位后的将工件夹紧，保证工件定位后的正确位置不变正确位置不变。 3导向元件和对刀装置导向元件和对刀装置：保证保证刀具刀具加工时的加工时的正确位置正确位置，对于钻、，对于钻、 镗等孔加工刀具用导向元件。对于铣刀、刨刀等用对刀装置。镗等孔加工刀具用导向元件。对于铣刀、刨刀等用对刀装置。 4连接元件连接元件：用来保证用来保证夹具和机床夹具和机床之间的之间的相对位置相对位置，如铣床夹具，如铣床夹具 的定位键，的定位键，车床卡盘类夹具有过渡盘等。车床卡盘类夹具有过渡盘

6、等。 5夹具体夹具体：它是夹具的它是夹具的基础件基础件，将上述各元件连成一个整体。，将上述各元件连成一个整体。 6其它元件：其它元件：如如对刀装置、对定装置、分度机构、对刀装置、对定装置、分度机构、起重吊环、排起重吊环、排 屑装置、机械传动屑装置、机械传动装置等装置等。 2.1 概述概述 图图2-2 铣床夹具铣床夹具图图2-3 钻床夹具钻床夹具 2.1 概述概述 2.1.3 2.1.3 夹具的作用及分类夹具的作用及分类 1.1.夹具的作用夹具的作用 （1 1）保证加工精度）保证加工精度 夹具与机床、工件与夹具的相对位置均已确定，从而使工件在夹具与机床、工件与夹具的相对位置均已确定，从而使工件在

7、 加工中的位置精度得到保证，且精度稳定；加工中的位置精度得到保证，且精度稳定； （2 2）提高生产率）提高生产率 减少了划线、找正、多次对刀、调刀等辅助时间，生产率提高减少了划线、找正、多次对刀、调刀等辅助时间，生产率提高； （3 3）减轻劳动强度）减轻劳动强度 如用气动、液压、电动等夹具，动作迅速、简单、省力；如用气动、液压、电动等夹具，动作迅速、简单、省力； （4 4）扩大机床的工艺范围）扩大机床的工艺范围 如在车床上安装镗模夹具，可以进行箱体孔系加工；在铣床上如在车床上安装镗模夹具，可以进行箱体孔系加工；在铣床上 加转台和分度装置，可加工有等分要求的零件。加转台和分度装置，可加工有等分要

8、求的零件。 2.1 概述概述 2. 夹具的分类夹具的分类 （1）按）按夹具的使用范围夹具的使用范围来分来分 三爪、四爪卡盘，平口钳等。三爪、四爪卡盘，平口钳等。 为某一工件特定工序专门设计的夹具。为某一工件特定工序专门设计的夹具。 夹具的部分元件可以更换，部分装夹具的部分元件可以更换，部分装 置可以调整，以适应同一组（类）零件的加工。有一定的柔性。置可以调整，以适应同一组（类）零件的加工。有一定的柔性。 由一套预先制造好的标准元件组合而成。根据工件的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，组装成各种专用夹具。使用后，元件可拆开、洗净后工艺要求，组装成各种专用夹具。使用后，元件

9、可拆开、洗净后 存放，待需要时重新组装。适用于新产品试制和单件小批生产。存放，待需要时重新组装。适用于新产品试制和单件小批生产。 在自动线或柔性制造系统中使用的夹具。在自动线或柔性制造系统中使用的夹具。 2.1 概述概述 三爪卡盘三爪卡盘四爪卡盘四爪卡盘 回回 转转 工工 作作 台台 万向平口钳万向平口钳 通用夹具示例通用夹具示例 分分 度度 头头 2.1 概述概述 组合夹具组合夹具 实例实例 2.1 概述概述 （2） 按使用机床划分按使用机床划分 可分为可分为钻床夹具钻床夹具、铣床夹具铣床夹具、车床夹具车床夹具、磨床夹具磨床夹具等等 （3）按用途来分）按用途来分 可分为可分为机床夹具机床夹具

10、、装配夹具装配夹具、检验夹具检验夹具等等 （4 4）按夹紧力源划分按夹紧力源划分 可分为可分为手动夹具手动夹具、气动夹具气动夹具、液压夹具液压夹具、真空夹具真空夹具、电动夹具电动夹具等等 气动虎钳气动虎钳 液压夹具液压夹具 2.1 概述概述 2.1.4 2.1.4 工件在夹具中加工时加工误差的组成工件在夹具中加工时加工误差的组成 工件的加工误差是指工件加工后的工件的加工误差是指工件加工后的实际几何参数实际几何参数 (尺寸、形状、相互位置尺寸、形状、相互位置)偏离偏离理想几何参数理想几何参数的大小。采的大小。采 用夹具安装加工工件时，产生的用夹具安装加工工件时，产生的加工误差加工误差由由三部分因

11、素三部分因素 产生。产生。 1.工件安装误差工件安装误差 包括工件在夹具中的包括工件在夹具中的定位误差定位误差和和夹紧误差夹紧误差。 2.夹具对定误差夹具对定误差 包括包括夹具相对刀具夹具相对刀具位置的对刀误差和位置的对刀误差和夹具相对机床切削成形运夹具相对机床切削成形运 动动的误差。的误差。 3.加工过程误差加工过程误差 包括工艺系统包括工艺系统几何精度几何精度、受力变形受力变形、受热变形受热变形及及磨损磨损等因素造等因素造 成的误差。成的误差。 2.1 概述概述 为保证零件加工精度，必须使上述各误差之和小于或为保证零件加工精度，必须使上述各误差之和小于或 等于零件的相应公差等于零件的相应公

12、差 T ，即，即 T 对定安装过程 1 3 T 安装 1 3 T 对定 2 3 T 对定安装 此式称为加工误差不等式。通常可粗略地平均分配，此式称为加工误差不等式。通常可粗略地平均分配， 各项均在公差要求的各项均在公差要求的1/3之内，并给过程误差留有余地：之内，并给过程误差留有余地： 也可综合考虑，按也可综合考虑，按 Z移动，移动，X、Y 轴旋转自由度轴旋转自由度 2.2 工件的定位工件的定位 图图 2-4 六点定位原理六点定位原理 X Z Y 任何一个物体在任何一个物体在 空间直角坐标系中都空间直角坐标系中都 有有 6 个自由度个自由度用用 表示。表示。 X ,Y , Z, X ,Y ,

13、Z Y移动，移动，Z轴轴 转动自由度转动自由度 X移动自由度移动自由度 2.2.1 六点定位原理六点定位原理 2.2 工件的定位工件的定位 工件在空间的六个自由度，可以用合理设置的六个支承 点与其保持接触来限制，从而使工件在空间得到确定位置的 方法，称为称为六点定位原理六点定位原理。 工件的定位通常有如下几种情况：工件的定位通常有如下几种情况： 1.1.完全定位完全定位 工件的六个自由度完全被限制的定位。如六方体零 件在中的定位。 2.2.不完全定位（部分定位）不完全定位（部分定位） 允许有一个或几个自由度不被限制的定位称为不 完全定位。在实际生产中，工件被限制的自由度数一般 不少于三个。 2

14、.2 工件的定位工件的定位 Z Y X a） 限制限制3个个 自由度自由度 Z Y X b） 限制限制5个个 自由度自由度 Z Y X c） 限制限制6个个 自由度自由度 d） Z Y X 限制限制2个个 自由度自由度 e） Z Y X 限制限制4个个 自由度自由度 f） Z Y X 限制限制5个个 自由度自由度 X Z Y a） 2.2 工件的定位工件的定位 3. 3.欠定位欠定位 按工序的加工要求，工件应该限制的自由度而未被限 制的定位，称为欠定位。欠定位是绝对不允许的。 B 欠定位欠定位 b） B 正确定位正确定位 2.2 工件的定位工件的定位 4. 4.过定位过定位 工件的同一自由度被

15、重复限制的定位，称为过定 位或称重复定位、超定位。过定位应尽量避免，消除过 定位一般有两种方法：其一是改变定位元件结构，以消 除重复限制的自由度；其二是提高定位基面之间及夹具 定位元件工作表面之间的位置精度，以减小或消除过定 位引起的误差。 2.2 工件的定位工件的定位 （桌子与三角架）（桌子与三角架） 2.2 工件的定位工件的定位 b） Z Y Y X a） Z Y X Y 2.2 工件的定位工件的定位 刀柄与传统刀柄结构刀柄与传统刀柄结构 刀柄刀柄 传统刀传统刀 柄柄 1:10 7:24 拉杆拉杆 刀柄刀柄 主主 轴轴 拉拉 杆杆 涨涨 套套 主轴主轴 刀柄刀柄 过定位应用过定位应用 2.

16、2 工件的定位工件的定位 A 0.02 A 间隙配合刚间隙配合刚 性心轴性心轴 2.2 工件的定位工件的定位 过定位引起夹紧变形过定位引起夹紧变形 2.2 工件的定位工件的定位 2.2 工件的定位工件的定位 解决过定位的措施：解决过定位的措施：以教材图以教材图2-62-6（b b）为例）为例 图2-7 改善过定位的措施 2.2 工件的定位工件的定位 思考：思考： 不完全定位就是欠定位不完全定位就是欠定位? 过定位不一定就是完全定位过定位不一定就是完全定位? 多于六个定位点的定位一定是过定位多于六个定位点的定位一定是过定位? 常见的典型定位元件分析常见的典型定位元件分析，见教材，见教材表表2-1

17、2-1 2.2 工件的定位工件的定位 2.2.2 2.2.2 典型的定位方式及定位元件典型的定位方式及定位元件 1 1工件以平面定位工件以平面定位 箱体、床身、机座、支架箱体、床身、机座、支架类零件的加工，常以类零件的加工，常以平面为定位基准平面为定位基准。 图图28(a)为为粗基准定位，采用支承钉粗基准定位，采用支承钉；图；图28(b)为为精基准定位，精基准定位， 采用支承板。采用支承板。 图2-8 平面定位 2.2 工件的定位工件的定位 (1)主要支承主要支承 在工件定位时起主要的支承作用在工件定位时起主要的支承作用，有如下几种：，有如下几种： 固定支承固定支承 在夹具中定位支承点的在夹具

18、中定位支承点的位置固定不变位置固定不变的定位元件。根据工件上定位的定位元件。根据工件上定位 平面的不同，可选取图平面的不同，可选取图29所示的所示的支承钉或支承板支承钉或支承板。 图2-9 各类固定支承 A型支承钉型支承钉平头平头，已加工表面，已加工表面 B型支承钉型支承钉球头球头，未加工表面，未加工表面 C型支承钉型支承钉网纹网纹，要求摩擦大，要求摩擦大 的侧面的侧面 A型支承板型支承板结构简单、结构简单、难于难于 清理清理 积屑，积屑， 多用于多用于侧面侧面； B型支承板型支承板易于清理积屑，易于清理积屑， 广泛用于平面定位。广泛用于平面定位。 2.2 工件的定位工件的定位 可调支承可调支

19、承 在夹具中定位支承点的在夹具中定位支承点的位置可调节位置可调节的定位元件。的定位元件。 图图2l0所示即为常用的几种可调支承。所示即为常用的几种可调支承。可调支承一般可调支承一般 只对一批毛坯只对一批毛坯调整一次调整一次。 图2-10 各种可调支承 2.2 工件的定位工件的定位 自位支承自位支承 定位支承点的位置在工件定位过程中，定位支承点的位置在工件定位过程中，随工件定位基准位置变随工件定位基准位置变 化而自动与之适应的定位元件化而自动与之适应的定位元件。图。图211所示即为经常采用的自位所示即为经常采用的自位 支承结构。支承结构。定位基面不连续、台阶面、有角度误差时，或多个支定位基面不连

20、续、台阶面、有角度误差时，或多个支 承组合只限制一个自由度而提高支承刚度，可采用自位支承。承组合只限制一个自由度而提高支承刚度，可采用自位支承。 图图2-11 自位支承自位支承 2.2 工件的定位工件的定位 (2) 辅助支承辅助支承 在工件定位时只起提高工件支承刚性或辅助定位作用的定位在工件定位时只起提高工件支承刚性或辅助定位作用的定位 元件元件称为称为辅助支承辅助支承。图。图212所示为辅助支承的结构。所示为辅助支承的结构。 图图2-12 辅助支撑辅助支撑 导 向 导 向 斜面 2.2 工件的定位工件的定位 思考辨析：思考辨析：辅助支承辅助支承与与可调支承可调支承的区别的区别 辅助支承有些结

21、构与可调支承相近，辅助支承有些结构与可调支承相近，但有区但有区 别别。可调支承起定位作用可调支承起定位作用，而，而辅助支承不起定位辅助支承不起定位 作用，不限制自由度作用，不限制自由度。可调支承是先调整，而后可调支承是先调整，而后 定位，最后夹紧工件定位，最后夹紧工件；辅助支承是先定位，夹紧辅助支承是先定位，夹紧 工件，最后调整辅助支承。工件，最后调整辅助支承。 2.2 工件的定位工件的定位 2. 工件以孔定位工件以孔定位 当工件上的当工件上的孔为定位基准孔为定位基准时，即采用这种定位方式，其基本特时，即采用这种定位方式，其基本特 点是定位孔和定位元件之间处于点是定位孔和定位元件之间处于配合状

22、态配合状态。常用的定位元件是各常用的定位元件是各 种心轴和定位销。种心轴和定位销。 (1)心轴定位心轴定位 小锥度心轴小锥度心轴 这类心轴外圆表面锥度为这类心轴外圆表面锥度为1:1000一一1:5000，定心精度高定心精度高达达 0.0050.01mm，要求工件定位孔有较高的精度。，要求工件定位孔有较高的精度。工件安装是工件安装是从从 小端楔入小端楔入，楔紧后孔表面，楔紧后孔表面产生产生局部弹性变形局部弹性变形，使其与心轴在，使其与心轴在长度长度 LK上产生上产生过盈配合过盈配合，保证工件定位后不倾斜。同时工件不需再夹，保证工件定位后不倾斜。同时工件不需再夹 紧紧。如图。如图213所示。所示。

23、 图图2-13 小锥度心轴小锥度心轴 2.2 工件的定位工件的定位 刚性的心轴刚性的心轴 对套类工件，常用刚性心轴作定位元件对套类工件，常用刚性心轴作定位元件，如图，如图214214所示。刚性心所示。刚性心 轴由轴由导向部分导向部分1 1、定位部分定位部分2 2及及传动部分传动部分而组成。而组成。 导向部分导向部分的作用是使工件能快速正确地套在心轴的定位部分上，其直的作用是使工件能快速正确地套在心轴的定位部分上，其直 径尺寸按径尺寸按间隙配合选取间隙配合选取。心轴两端设有。心轴两端设有顶尖孔顶尖孔，一端铣扁，可插入拨盘方，一端铣扁，可插入拨盘方 孔，也可设计成带有孔，也可设计成带有莫氏锥柄莫氏

24、锥柄的结构，使用时直接插入主轴前锥孔内。的结构，使用时直接插入主轴前锥孔内。 图图214(a)214(a)和图和图214(b)214(b)为为过盈配合，采用基孔制过盈配合，采用基孔制r r、s s、u u，定心精，定心精 度高。图度高。图214(c)214(c)为为间隙配合，采用基孔制间隙配合，采用基孔制h h、g g、f f，装卸方便，装卸方便。 图图2-14 刚性心轴刚性心轴 其它心轴：其它心轴：弹性心轴弹性心轴、 液性塑料心轴液性塑料心轴，在完，在完 成定位的同时也夹紧成定位的同时也夹紧 了工件。使用方便、了工件。使用方便、 结构复杂。结构复杂。 2.2 工件的定位工件的定位 (2)(2

25、)定位销定位销 图图215215所示为常用的所示为常用的固定式定位销固定式定位销的几种典型结构。圆孔尺的几种典型结构。圆孔尺 寸较小时选用图寸较小时选用图(a)(a)所示结构；圆孔尺寸较大时选用图所示结构；圆孔尺寸较大时选用图(b)(b)所示结所示结 构；当工件同时以圆孔和端面组合定位时，选用图构；当工件同时以圆孔和端面组合定位时，选用图(c)(c)所示结构。所示结构。 定位销上端部定位销上端部有较长倒角有较长倒角，便于工件装卸。，便于工件装卸。直径部分与定位直径部分与定位 孔配合，按基孔制孔配合，按基孔制g g或或f f制造。制造。尾柄部分与夹具体过盈配合尾柄部分与夹具体过盈配合。 图2-1

26、5 固定式定位销 2.2 工件的定位工件的定位 图2-16 可换式定位销及锥面定位销 长圆柱销长圆柱销限制限制四个四个自由度；自由度；短圆柱销短圆柱销限制限制二个二个自由度；自由度； 短削边销短削边销限制限制一个一个自由度；自由度；锥面定位销锥面定位销限制限制三个三个自由度自由度。 2.2 工件的定位工件的定位 箱体类零件加工时的箱体类零件加工时的一面二销定位一面二销定位 以加工好的以加工好的一个面一个面及其面上的及其面上的两个工艺孔两个工艺孔作为定位基准。作为定位基准。 平面平面限制限制三个三个自由度，自由度，一个短圆柱销一个短圆柱销限制限制二个二个自由度，另一个是自由度，另一个是菱形销菱形

27、销 (或削边销或削边销)，限制，限制一个一个自由度，实现自由度，实现完全定位完全定位。 短圆柱销短圆柱销 菱形销菱形销 2.2 工件的定位工件的定位 一面二销定位的设计按下述步骤进行：一面二销定位的设计按下述步骤进行： 已知条件为已知条件为D D1min 1min、D D2min2min孔距及公差 孔距及公差L L T TL L工 工 。 。 确定两销中心距及公差确定两销中心距及公差 L L T TL L夹 夹 其中其中 T TL L夹 夹=(1/3 =(1/31/5) 1/5) T TL L工 工 确定圆销直径确定圆销直径d d1max 1max及其公差 及其公差 d d1max 1max

28、D D1min 1min，配合选 ，配合选H7/g6H7/g6或或H7/f6H7/f6。 确定菱形销直径确定菱形销直径d d2max 2max、宽度 、宽度b b及公差及公差 查表查表2222选定选定b b，按下式计算出菱形销与孔配合最小间隙，按下式计算出菱形销与孔配合最小间隙2min 2min，再计算菱形 ，再计算菱形 销直径。销直径。 2min 2min = = b b( (T TL L夹 夹+ +T TL L工工)/ )/D D2min 2min d d2max 2max D D2min 2min 2min 2min 菱形销公差可按菱形销公差可按H7/g6H7/g6选取。选取。 1 2

29、1 2 2 2.2 工件的定位工件的定位 3.3.工件以外圆定位工件以外圆定位 工件以外圆表面定位主要有两种形式。一种是工件以外圆表面定位主要有两种形式。一种是定心定位定心定位，常用各种，常用各种自定自定 心卡盘和弹簧夹头以及定位套心卡盘和弹簧夹头以及定位套；另一种是；另一种是支承定位支承定位，常用，常用支承板和支承板和V V型块型块。 (1)(1)定位套定位套 图图218218所示为各种定位套。图所示为各种定位套。图(a)(a)所示为所示为短定位套短定位套和和长定位筒长定位筒，其内孔，其内孔 分别限制分别限制二个自由度二个自由度和和四个自由度四个自由度。图。图(b)(b)为为锥面定位套锥面定

30、位套，限制，限制三个自由度三个自由度。 图图(c)(c)为便于装卸工件的为便于装卸工件的半圆定位套半圆定位套，限制的自由度视其长短而定。，限制的自由度视其长短而定。 图2-18 各种类型定位套 2.2 工件的定位工件的定位 (2)(2)支承板支承板 工件工件以外圆表面的侧母线定位以外圆表面的侧母线定位时，时，常采用支承板常采用支承板，此时属支承，此时属支承 定位。支承板与侧母线定位。支承板与侧母线接触接触长长限制限制二个二个自由度，自由度，接触接触短短限制限制个个自自 由度，如由度，如图图219219所示。所示。 图2-19 支承板对工件外圆表面定位 2.2 工件的定位工件的定位 (3)(3)

31、V形块形块 工件外圆以工件外圆以V V形块定位是最形块定位是最常见常见的定位方式一。的定位方式一。V V形块两斜面形块两斜面 夹角有夹角有6060、9090、120120等，等，其中其中9090V形块应用最广泛形块应用最广泛。V形块形块 定位的定位的优点是对中性好优点是对中性好，可用于非完整外圆柱表面定位。，可用于非完整外圆柱表面定位。长长V形块形块 或或两个短两个短V形块形块组合限制组合限制四个四个自由度；自由度；短短V形块形块则限制则限制二个二个自由度，自由度， 常见的常见的V V形块结构型式见图形块结构型式见图220220所示。所示。 图2-20 常见V形块的结构形式 2.2 工件的定位

32、工件的定位 4.4.工件以锥面定位工件以锥面定位 图图221221所示为锥孔套简在锥度心轴上定位磨外圆及精密齿轮在锥度所示为锥孔套简在锥度心轴上定位磨外圆及精密齿轮在锥度 心轴上定位进行滚齿加工的情况，此时心轴上定位进行滚齿加工的情况，此时锥形心轴将限制工件的五个自由度锥形心轴将限制工件的五个自由度。 相当于长心轴相当于长心轴+ +小平面小平面 图图222(a)222(a)所示为轴类零件以顶尖孔在顶尖上定位的情况，所示为轴类零件以顶尖孔在顶尖上定位的情况，左端固定左端固定 顶尖限制三个自由度顶尖限制三个自由度，右端可移动顶尖只限制二个自由度右端可移动顶尖只限制二个自由度。为提高工件轴。为提高工

33、件轴 向定位精度，可采用图向定位精度，可采用图222(b)222(b)所示的固定顶尖套和活动顶尖的结构，此所示的固定顶尖套和活动顶尖的结构，此 时时左端活动顶尖只限制二个自由度左端活动顶尖只限制二个自由度，固定顶尖套限制沿轴向移动的一个自固定顶尖套限制沿轴向移动的一个自 由度。由度。 图2-21 长圆锥孔在锥度心轴上的定位图2-22 工件上顶尖孔在顶尖上的定位 主要定位基准，限制主要定位基准，限制 X、Y、Z 自由度自由度 次次 基基 准，准， 与与 主主 基基 准准 一一 起起 限限 制制 X、 Y 自自 由由 度度 限制限制5个自由度个自由度 2.2 工件的定位工件的定位 2.2.3 2.

34、2.3 定位误差的分析与计算定位误差的分析与计算 1.1.定位误差的概念及组成定位误差的概念及组成 定位误差定位误差是指由于定位不准确造成的某一工序的工序基准在是指由于定位不准确造成的某一工序的工序基准在 工序尺寸方向上相对于其理想位置的工序尺寸方向上相对于其理想位置的最大位移量最大位移量。 (1)(1)基准位置误差基准位置误差 图2-23 平面定位的基准位置误差 2.2 工件的定位工件的定位 图图223(a)223(a)所示工件在相应垂直的三个平面内定位。对于工件上所示工件在相应垂直的三个平面内定位。对于工件上 的第二定位基准的第二定位基准 B B 面，则由于与面，则由于与 A A 面有角度

35、偏差面有角度偏差，将造成此，将造成此 定定 位基准的位置误差位基准的位置误差位置 位置和角度误差 和角度误差角度 角度。其值可由图示几何关系求得 。其值可由图示几何关系求得 11 tan 2 H HHH 位置 当 定位基准本身的定位基准本身的最大位置变动量最大位置变动量在在工序尺寸工序尺寸方向上造成的误差即为方向上造成的误差即为 基准位置误差。基准位置误差。 角度 11 tan 2 H HH 位置 当 2.2 工件的定位工件的定位 (2)(2)基准不重合误差基准不重合误差 基基准准不重不重合合误差是由于误差是由于定定 位基位基准准和工序基和工序基准准不重不重合合造成造成 的工序基的工序基准准在

36、在工序尺寸工序尺寸方向上方向上 的最大位置变动量。的最大位置变动量。 N 不重（ ）A1A2 T+T 2.2 工件的定位工件的定位 2.2.定位误差的计算定位误差的计算 (1)(1)定位误差只产生在用定位误差只产生在用调整法加工调整法加工的条件下，按的条件下，按 试切法加工时，则不存在定位误差；试切法加工时，则不存在定位误差； (2)(2)定位误差是由于工件定位不准而产生的加下误定位误差是由于工件定位不准而产生的加下误 差。其产生原因为差。其产生原因为基准位置变动和基准不重合基准位置变动和基准不重合。但两部但两部 分并不一定都存在；分并不一定都存在； (3)(3)定位误差计算可按其定义，画出工

37、件定位时的定位误差计算可按其定义，画出工件定位时的 两种极端位置两种极端位置，再通过几何关系直接求得，也可根据，再通过几何关系直接求得，也可根据 定位 定位= =位置 位置+ +不重 不重计算得到。但要注意， 计算得到。但要注意，定位 定位是 是位置 位置 和和不重 不重的 的几何和几何和。 2.2 工件的定位工件的定位 3.3.几种定位误差的计算几种定位误差的计算 (1)(1)工件上圆孔与刚性心轴或定位销间隙配合，定位元件水平工件上圆孔与刚性心轴或定位销间隙配合，定位元件水平 或垂直放置。或垂直放置。 图图225(a)225(a)所示，在套类工件上铣键槽，保证工序尺寸所示，在套类工件上铣键槽

38、，保证工序尺寸H H1 1、H H2 2 和和H H3 3，现分析计算采用定位销定位时的定位误差。，现分析计算采用定位销定位时的定位误差。 图2-25 套类工件铣键槽工序简图及定位误差分析 2.2 工件的定位工件的定位 1 121max1minmaxminmin()DdH OOHHDdTTX 定位 max min min d D d T X 工件上定位孔的最大直径； 夹具上定位销的最小直径； 刚性心轴或定位销公差； 工件内孔与销最小配合间隙。 122max2minmaxminmin(2)DdH BBHHDdTTX 定位 111 123max3min12112(3) 11 12min 22 22

39、 d H dd Dd dTd A AHHO AO AOO TT OOTTX 定位 键槽的对键槽的对 称度误差称度误差 多大？多大？ 如果销与如果销与 孔是过盈孔是过盈 配合，定配合，定 位误差是位误差是 多少？多少？ 2.2 工件的定位工件的定位 (2)工件以外圆表面在工件以外圆表面在V形块中定位形块中定位 图图226(a)所示，在一轴所示，在一轴 类工件上铣键槽，要求键类工件上铣键槽，要求键 槽与外圆中心线对称，并槽与外圆中心线对称，并 保证工序尺寸保证工序尺寸H1 、H2或或 H3，现分别计算各工序尺，现分别计算各工序尺 寸的定位误差。寸的定位误差。 图2-26 轴类工件铣键槽工序简图及定

40、位误差分析 上母线上母线 变动变动 下母线下母线 变动变动 2.2 工件的定位工件的定位 1 121max1min() 2sin 2 d H T OOHH 定位 2 122max2min() 1 (1) 22 2sinsin 22 ddd H TTT D DHH 定位 工序尺寸工序尺寸H H1 1的定位误差分析如图的定位误差分析如图226(b)226(b)所示，图中所示，图中1 1和和2 2为一批工件在为一批工件在V V形块中形块中 定位的两种极端位置，根据图中几何关系可知定位的两种极端位置，根据图中几何关系可知 工序尺寸工序尺寸H H2 2的定位误差分析如图的定位误差分析如图226(c)所示

41、，图中所示，图中1及及2为一批工件在为一批工件在V形块形块 中定位的两个极端位置，根据图示几何关系可知中定位的两个极端位置，根据图示几何关系可知 工序尺寸工序尺寸H H3 3的定位误差分析如图的定位误差分析如图226(d)所示，图中所示，图中1及及2为一批工件在为一批工件在V形块形块 上定位的两种极端位置，极据图示几何关系可知上定位的两种极端位置，极据图示几何关系可知 3 123max3min() 1 (1) 22 2sinsin 22 ddd H TTT C CHH 定位 2.2 工件的定位工件的定位 图图227所示为工件以一所示为工件以一 面二孔定位的情况，夹具采用面二孔定位的情况，夹具采

42、用 一面二销。工件底面一面二销。工件底面A为第一为第一 定位基准限制三个自由度，孔定位基准限制三个自由度，孔 O1用用短圆销短圆销定位限制二个自由定位限制二个自由 皮，孔皮，孔O2用用短削边销短削边销定位限制定位限制 一个自由度。一个自由度。 图2-27 长方体工件在夹 具中的一面两销上定位 (3)工件以一面二孔组合定位工件以一面二孔组合定位 长削边销限制几个自由度？长削边销限制几个自由度？ 2.2 工件的定位工件的定位 图2-28 两销位定位基准的位置误差和角度误差 横向横向 纵向纵向 2.2 工件的定位工件的定位 1 12111min() () DdO O OTTX 位置 任意方向 2 2

43、211111min() () LDdLO O OO OTTTXT 工工位置 横向 D1 T 由于与由于与定位销配合间隙定位销配合间隙及及两孔、两销中心距误差两孔、两销中心距误差将引起基准位置误将引起基准位置误 差。如图差。如图228(a)所示，当所示，当O1孔径最大、孔径最大、d1销径最小，且考虑两孔中销径最小，且考虑两孔中 心距误差，根据图示的心距误差，根据图示的两种极端位置（即极值情况）两种极端位置（即极值情况）可知可知 式中 工件上内孔D1公差 夹具上短圆销d1公差 工件内孔O1与销最小配合间隙 工件两孔中心矩公差 d1 T 1 mi n x L T 工工 2.2 工件的定位工件的定位

44、如图如图228(b)228(b)所示，当工件所示，当工件O O2 2孔径最大，削边销孔径最大，削边销d d2 2直径最小，直径最小， 根据图示的两种极端位置可求得两孔中心连线根据图示的两种极端位置可求得两孔中心连线O O1 1O O2 2的角度误差，即的角度误差，即 12 12 OO () arctan 2 O O L 位置位置 角度 2 222min() () DdO TTX 位置 垂直方向 式中 工件上内孔D2公差 夹具上短圆销d2公差 工件内孔O2与削边销最小配合间隙 两孔、两销中心矩 D2 T d2 T 2min X L 什么情况下，什么情况下， 产生最大的角产生最大的角 度误差？度误

45、差？ 2.3 工件的夹紧工件的夹紧 2.3.1 夹紧装置的组成及设计要求夹紧装置的组成及设计要求 1. 夹紧装置的组成夹紧装置的组成 包括包括中间传力机构中间传力机构和和夹紧元件夹紧元件。 中间传力机构作用：中间传力机构作用：改变原始力大小（增力）；改变原始力大小（增力）； 改变原始力方向；改变原始力方向； 具有自锁性能具有自锁性能 人力人力、气动气动、液动液动、电磁电磁、电动电动 等。等。 2. 夹紧装置的设计要求夹紧装置的设计要求 (1) 应保证应保证定位准确定位准确而不能破坏定位；而不能破坏定位； (2) 夹紧后工件与夹具的夹紧后工件与夹具的变形变形应在允许的范围内；应在允许的范围内；

46、(3) 夹紧机构安全夹紧机构安全可靠可靠，有足够的，有足够的刚度和强度刚度和强度，手动夹紧应自锁，夹紧，手动夹紧应自锁，夹紧行程行程 要足够；要足够； (4) 结构结构简单简单、制造和操作方、制造和操作方便便、快速和、快速和省力省力。 2.3 工件的夹紧工件的夹紧 2.3.2 夹紧力的确定夹紧力的确定 夹紧力包括夹紧力包括方向方向、作用点作用点和和大小大小三个要素，这是夹紧机构设计中首先三个要素，这是夹紧机构设计中首先 要解决的问题。要解决的问题。 1夹紧力方向的确定夹紧力方向的确定 (1)夹紧力方向夹紧力方向应有利于工件的准确定位应有利于工件的准确定位，一般，一般应朝向应朝向主要定位基准主要

47、定位基准。 如如图图229所示。所示。 2.3 工件的夹紧工件的夹紧 (2)夹紧力方向应夹紧力方向应与工件刚度大的方向一致与工件刚度大的方向一致，以，以减小工件夹紧变形减小工件夹紧变形，如，如图图 230所示。所示。 (3)夹紧力的方向尽可能夹紧力的方向尽可能与切削力方向、重力方向等一致与切削力方向、重力方向等一致，以，以减小夹紧力减小夹紧力。 图图231(a)所示情况是合理的，所示情况是合理的，图图231(b)则不尽合理。则不尽合理。 图2-31 夹紧力与切削力的方向 2.3 工件的夹紧工件的夹紧 2夹紧力作用点的选择夹紧力作用点的选择 (1)夹紧力作用点夹紧力作用点应作用在支承元件所形成的

48、支承面内应作用在支承元件所形成的支承面内，图，图232所示两种情所示两种情 况均况均破坏了定位破坏了定位。 (2)夹紧力作用点夹紧力作用点应位于工件刚性较好的部位应位于工件刚性较好的部位，如图，如图233(a)所示情况可造成所示情况可造成 工件底部较大变形，改进后情况如图工件底部较大变形，改进后情况如图(b)所示。所示。 (3)夹紧力作用点夹紧力作用点应尽量靠近加工表面应尽量靠近加工表面,以提高切削部分的刚度和抗振性以提高切削部分的刚度和抗振性，如图，如图 234所示夹具，在切削部位增加了辅助支承和辅助夹紧。所示夹具，在切削部位增加了辅助支承和辅助夹紧。 图2-32 夹紧力作用点的位置 2.3

49、 工件的夹紧工件的夹紧 图2-33 夹紧力的作用点与工件变形图2-34 辅助支承和辅助夹紧 2.3 工件的夹紧工件的夹紧 3夹紧力大小的估算夹紧力大小的估算 在估算夹紧力时，可将夹具和工件看成一个刚在估算夹紧力时，可将夹具和工件看成一个刚 性系统并视工件在切削力、夹紧力、重力和惯性性系统并视工件在切削力、夹紧力、重力和惯性 力作用下，处于力作用下，处于静力平衡静力平衡，然后列出平衡方程式，然后列出平衡方程式， 即可求出理论夹紧力。为使夹紧可靠，再乘以即可求出理论夹紧力。为使夹紧可靠，再乘以安全安全 系数系数K，即可得到实际所需的夹紧力。，即可得到实际所需的夹紧力。K值值在粗加在粗加 工时取工时

50、取2.53，精加工时取精加工时取1.52。 由于在加工过程中，切削力的由于在加工过程中，切削力的作用点、方向和作用点、方向和 大小大小可能都在可能都在变化变化，因此应按，因此应按最不利情况考虑。最不利情况考虑。 O点点 图2-35 卧式铣床上铣平面时 工件受力情况 图图2-35所示中，最不利的情况是开始铣削时，切所示中，最不利的情况是开始铣削时，切 削力矩削力矩FrL会使工件绕会使工件绕O点翻转，与之平衡的是点翻转，与之平衡的是A、B处处 的摩擦力对的摩擦力对O点的力矩。点的力矩。NA=NB=W/2， 力矩平衡得：力矩平衡得：FrL=MFA+MFB MFA=WL1/2 ， MFB=WL2/2

51、解得夹紧力解得夹紧力W= ，实际夹紧力，实际夹紧力WO=KW 2FrL （L1-L2） 2.3 工件的夹紧工件的夹紧 2.3.2 常用夹紧机构常用夹紧机构 1. 斜楔夹紧机构斜楔夹紧机构 斜楔斜楔夹紧机构是最基本的夹紧机构，夹紧机构是最基本的夹紧机构，螺旋螺旋和和偏心偏心夹紧机构都是斜楔夹紧的变形。夹紧机构都是斜楔夹紧的变形。 图2-36 斜楔夹紧机构的作用原理及受力分析 斜楔的楔角斜楔的楔角 手动一般为手动一般为 oo 6 8 2.3 工件的夹紧工件的夹紧 (2)自锁条件自锁条件 图图237(a)所示为所示为自锁斜楔自锁斜楔的一种结构，其的一种结构，其楔角一般取楔角一般取1:10。 图2-3

52、7 自锁斜楔结构及自锁条件分析 2.3 工件的夹紧工件的夹紧 (3)(3)斜楔特点斜楔特点 斜楔可斜楔可改变原始作用力方向改变原始作用力方向； 斜楔有斜楔有扩力作用扩力作用，一般扩力比，一般扩力比 当当 Q Q一定时，一定时，越小越小，扩力比越大；扩力比越大； 夹紧行程小，夹紧行程小，夹紧行程与楔角有关夹紧行程与楔角有关， 楔角越小，夹紧行程越小楔角越小，夹紧行程越小；当要求；当要求 具有较大的夹紧行程，且机构又要具有较大的夹紧行程，且机构又要 求自锁时，可采用图求自锁时，可采用图238238所示的所示的双双 升角的斜楔结构升角的斜楔结构。 图2-38 具有两个升角的斜楔 2.3 工件的夹紧工

53、件的夹紧 夹紧效率低，因斜楔与工件夹紧效率低，因斜楔与工件 和夹具体为和夹具体为滑动摩擦，故夹滑动摩擦，故夹 紧效率低紧效率低。为提高效率，可。为提高效率，可 采用带滚轮的斜楔夹紧机构，采用带滚轮的斜楔夹紧机构， 如图如图239所示。所示。 图2-39 带滚子的斜楔夹紧机构 2.3 工件的夹紧工件的夹紧 2螺旋夹紧机构螺旋夹紧机构 螺旋夹紧机构是斜楔夹紧机构的一种转化形式螺旋夹紧机构是斜楔夹紧机构的一种转化形式，螺纹相当于绕在圆柱体上的，螺纹相当于绕在圆柱体上的 楔块。通过转动螺旋，使绕在圆柱体上的斜楔高度发生变化来实现工件夹紧。楔块。通过转动螺旋，使绕在圆柱体上的斜楔高度发生变化来实现工件夹

54、紧。 图2-40 典型螺旋夹紧机构及压块结构 2.3 工件的夹紧工件的夹紧 (1) 工作原理及夹紧力计算工作原理及夹紧力计算 图2-41 螺旋夹紧中的螺杆受力分析 M1 M2 (2) 螺旋夹紧机构特点螺旋夹紧机构特点 结构简单，制造容易，自锁性好结构简单，制造容易，自锁性好； 是增力机构；一般可达是增力机构；一般可达i ip p=75=75 动作慢，效率低，常用于手动夹紧。动作慢，效率低，常用于手动夹紧。 2.3 工件的夹紧工件的夹紧 (3) 螺旋压板夹紧机构螺旋压板夹紧机构 在夹具中除采用螺杆直接夹紧工作外，还经常采用在夹具中除采用螺杆直接夹紧工作外，还经常采用螺旋压板螺旋压板夹紧机构。常夹

55、紧机构。常 用的结构形式如用的结构形式如图图2-42所示所示 图2-42 螺旋压板夹紧机构 1 2 L Q W= L 2.3 工件的夹紧工件的夹紧 在中 = 故= 0 O X C s i n 180 -s i n D e 2 2e s i ns i n D 0 90 3圆偏心夹紧机构圆偏心夹紧机构 偏心夹紧也是斜楔夹紧的一种转化形式偏心夹紧也是斜楔夹紧的一种转化形式。常见的有。常见的有圆偏心圆偏心和和曲线偏心曲线偏心 (1) 圆偏心夹紧圆偏心夹紧工作原理和几何特性工作原理和几何特性 工作原理工作原理 几何特征几何特征 图2-43 圆偏心轮的分析 当当 时时 ， 2e D pm ax s i n

56、s i n 当当 较小时较小时， p ta p s i nn 2.3 工件的夹紧工件的夹紧 m ax12 + m ax 1 2 p (2)自锁条件自锁条件 圆偏心夹紧和斜楔夹紧一样，应满足如下条件圆偏心夹紧和斜楔夹紧一样，应满足如下条件 式中 偏心圆工作弧段最大升角偏心圆工作弧段最大升角 偏心圆与工件间摩擦角偏心圆与工件间摩擦角 偏心圆转轴处摩擦角偏心圆转轴处摩擦角 当当 较小时较小时， 2e D pm ax t ant an m ax12 t ant an+ m ax1 t ant an 2e D 1 1 0. 10. 15 D 1420 e 因 为确保自锁，为确保自锁，忽略转轴摩擦忽略转轴

57、摩擦， 0 2 则即 当时实际多采用实际多采用 D 14 e (3) 夹紧力计算见教材（夹紧力计算见教材（图图2-44） 2.3 工件的夹紧工件的夹紧 S 123 1 2 3 S + S + S S0. 3m m S0. 050. 15m m S0. 10. 3m m S e 2 (4) 偏心轮设计偏心轮设计 图2-45 圆偏心的夹紧行程 夹紧行程夹紧行程S： 偏心距偏心距e： 偏心轮直径偏心轮直径D: D1420 e 圆偏心轮作为夹紧机构的设计计算主圆偏心轮作为夹紧机构的设计计算主 要是以上三项内容要是以上三项内容 2.3 工件的夹紧工件的夹紧 (5) 圆偏心夹紧机构得特点圆偏心夹紧机构得特

58、点 结构简单、制造容易、操作方便、夹紧迅速；结构简单、制造容易、操作方便、夹紧迅速； 夹紧行程小、自锁性差，适合于加工负荷小、振动不大的场合夹紧行程小、自锁性差，适合于加工负荷小、振动不大的场合； 偏心轮是增力机构，可与其它元件联合使用偏心轮是增力机构，可与其它元件联合使用。 2.3 工件的夹紧工件的夹紧 4其它夹紧机构其它夹紧机构 (1) 铰链夹紧机构铰链夹紧机构 气缸 工件 滚 轮 铰 链 (a) 单臂铰链夹紧机构 2.3 工件的夹紧工件的夹紧 单臂铰链机构受力及行程分析简图单臂铰链机构受力及行程分析简图 2.3 工件的夹紧工件的夹紧 由销轴由销轴2处三力平衡，得到：处三力平衡，得到： 式

59、中：式中： 受力分析受力分析 2.3 工件的夹紧工件的夹紧 销轴销轴5处的垂直方向分力为：处的垂直方向分力为： 若压板若压板4的杠杆比为的杠杆比为1:1，则夹紧力：，则夹紧力： 2.3 工件的夹紧工件的夹紧 压板的夹紧总行程压板的夹紧总行程h和气缸的工作行程和气缸的工作行程x 压紧工件所需的总行程为：压紧工件所需的总行程为： 式中：式中： 气缸工作行程为：气缸工作行程为： 式中：式中： 可求得可求得 L 摆动气缸 (b) 双臂单作用铰链夹紧机构双臂单作用铰链夹紧机构 2.3 工件的夹紧工件的夹紧 工件 双作用气缸 铰链1 铰链2 (c) 双臂双作用铰链夹紧机构双臂双作用铰链夹紧机构 2.3 工

60、件的夹紧工件的夹紧 (2) 定心夹紧机构定心夹紧机构 螺杆 V形块 紧固 螺钉 调整螺钉 叉形件 定位夹紧元件等速移动实现定心、对中夹紧定位夹紧元件等速移动实现定心、对中夹紧 2.3 工件的夹紧工件的夹紧 手 柄 双面 凸轮 卡 爪 锥 体 卡 爪 推杆 拉杆 滑块 勾形杠杆 螺母 卡爪 2.3 工件的夹紧工件的夹紧 定位夹紧元件均匀弹性变形实现定心夹紧定位夹紧元件均匀弹性变形实现定心夹紧 工件 自动 工件 弹簧 膜片 压紧 螺钉 压紧 螺钉 压紧套 蝶形 簧片 工件 夹紧 螺钉 柱塞 液性 塑料 薄壁 套筒 工件 2.3 工件的夹紧工件的夹紧 (3) 联动夹紧机构联动夹紧机构 用一个原始作用