第2章 24 机床夹具(4)

1、2021-11-20武汉理工大学机电工程学院1/712-3 2-3 机床夹具机床夹具 一、一、夹具概述夹具概述二、基准及其分类二、基准及其分类三、工件在夹具中的定位三、工件在夹具中的定位四、常见的定位方式及定位元件四、常见的定位方式及定位元件五、定位误差分析五、定位误差分析六、工件在夹具中的夹紧六、工件在夹具中的夹紧七、夹具设计七、夹具设计2021-11-20武汉理工大学机电工程学院2/711 1、定位误差的概念、定位误差的概念2 2、定位误差分析计算、定位误差分析计算五、定位误差分析五、定位误差分析重点介绍下列情形：重点介绍下列情形：q 以圆孔定位时的定位误差计算；以圆孔定位时的定位误差计算

2、；q 以外圆定位时的定位误差计算；以外圆定位时的定位误差计算；q 以一面两销定位时的定位误差计算。以一面两销定位时的定位误差计算。2021-11-20武汉理工大学机电工程学院3/711、定位误差的概念、定位误差的概念定位误差（定位误差（D D）是指由于定位不准而造成工序尺寸在）是指由于定位不准而造成工序尺寸在加工方向上的最大变动量。加工方向上的最大变动量。定位误差定位误差基准位移误差基准位移误差( (Y Y) ) 基准不重合误差基准不重合误差( (B B) ) 零件定位基准不准确零件定位基准不准确夹具上定位元件不准确夹具上定位元件不准确动画演示动画演示movie2-412021-11-20武汉

3、理工大学机电工程学院4/71判断定位方案是否合理可行的依据判断定位方案是否合理可行的依据TD31式中：式中：T 工序尺寸的公差；工序尺寸的公差； D 定位误差。定位误差。2021-11-20武汉理工大学机电工程学院5/71定位误差的计算定位误差的计算 定位误差由基准不重合误差以及基准位移误差所定位误差由基准不重合误差以及基准位移误差所造成。计算定位误差时，先分别求出基准不重合误差造成。计算定位误差时，先分别求出基准不重合误差与基准位移误差，然后再将两项误差组合后得出定位与基准位移误差，然后再将两项误差组合后得出定位误差。即：误差。即：D D = B BY Y 公式中公式中“” 、“”号的确定方

4、法：号的确定方法：如果在上述判断中两者的变动方向相同时，取如果在上述判断中两者的变动方向相同时，取“”号，号，而两者的变动方向相反时，取而两者的变动方向相反时，取“”号。号。2021-11-20武汉理工大学机电工程学院6/71定位误差的计算（续）定位误差的计算（续）极限位置法（几何作图法）极限位置法（几何作图法） 先根据工件的定位方案，画出工序（设先根据工件的定位方案，画出工序（设计）基准相对起始（调刀、限位）基准最计）基准相对起始（调刀、限位）基准最大与最小的两个极限位置，再根据几何关大与最小的两个极限位置，再根据几何关系求出这两个极限位置间的距离，即得出系求出这两个极限位置间的距离，即得出

5、定位误差。定位误差。1 1）基准不重合误差基准不重合误差jb 其大小等于设计基准与定位基其大小等于设计基准与定位基准间联系尺寸在加工尺寸方向上的变动量（公差）。准间联系尺寸在加工尺寸方向上的变动量（公差）。 一次安装加工两孔一次安装加工两孔 A 和和 B ，孔，孔 B 在在 X 方向定位基准方向定位基准 C 与设计与设计基准基准 A 不重合，基准不重合误差为联系尺寸不重合，基准不重合误差为联系尺寸22的公差的公差0.2 本工序加工直角上表面，设计尺寸为本工序加工直角上表面，设计尺寸为A1，用下平，用下平面定位。由于定位基准与设计基准不重合，从而产生面定位。由于定位基准与设计基准不重合，从而产生

6、基准不重合误差基准不重合误差B 。 D（A1） = B （A1） = A2动画演示动画演示movie2-422 2）基准位移误差）基准位移误差jw 是指工件的定位基准在加工尺寸方是指工件的定位基准在加工尺寸方 向上的变动量。由工件定位面和夹具定位元件的制造误差向上的变动量。由工件定位面和夹具定位元件的制造误差 以及两者之间的间隙所引起。以及两者之间的间隙所引起。孔中心孔中心O是铣削上平面时的设计基准是铣削上平面时的设计基准 及工序基准；及工序基准；定位心轴中心定位心轴中心 O1为对刀基准。为对刀基准。2021-11-20武汉理工大学机电工程学院10/71(1)(1)以平面定位时的定位误差计算以

7、平面定位时的定位误差计算(2)(2)以圆孔定位时的定位误差计算以圆孔定位时的定位误差计算2 2 常见定位方式定位误差计算常见定位方式定位误差计算(3)(3)以外圆定位时的定位误差计算以外圆定位时的定位误差计算(4)(4)以一面两销定位时的定位误差计算以一面两销定位时的定位误差计算2021-11-20武汉理工大学机电工程学院11/71 平面度误差很小，定位副制造不准确误差可平面度误差很小，定位副制造不准确误差可忽略，此时，定位误差主要由基准不重合引起。忽略，此时，定位误差主要由基准不重合引起。(1) (1) 以平面定位时的定位误差计算以平面定位时的定位误差计算2021-11-20武汉理工大学机电

8、工程学院12/71 工件孔与定位心轴无间隙配合，不存在定位副工件孔与定位心轴无间隙配合，不存在定位副制造不准确误差，定位精度较高；制造不准确误差，定位精度较高； 工件单向靠紧定位，如定位心轴水平放置，或工件单向靠紧定位，如定位心轴水平放置，或在夹紧力作用下单向推移工件靠紧定位；在夹紧力作用下单向推移工件靠紧定位； 工件进行回转加工； 定位心轴垂直放置。(2)(2)以内孔在心轴上定位时的定位误差计算以内孔在心轴上定位时的定位误差计算定位心轴水平放置定位心轴水平放置单向推移工件靠紧定位单向推移工件靠紧定位A孔孔 Dmax=D+TD Dmin=D 轴轴 dmax=d dmin=d Td O1Omax

9、= OAO1A=(D+TD)/2 (d Td) /2（孔极大值，轴极小值）（孔极大值，轴极小值） O1Omin= D/2d/2 （孔（孔极小值，轴极大值）极小值，轴极大值）因基准位移造成的定位误差为：因基准位移造成的定位误差为： jw= O1Omax O1Omin = (TD + Td) /2O1：轴中心O： 孔中心工件进行回转加工工件进行回转加工孔孔 Dmax=D+TD Dmin=D 轴轴 dmax=d dmin=d Td影响同轴度的基准位移误差为：影响同轴度的基准位移误差为：jw= O1Omax = OAO1A =(D+TD)/2 (d Td) /2= (TD + Td + Xmin) /

10、2AXmin最小间隙（Dd）O1：轴中心O： 孔中心定位心轴垂直放置定位心轴垂直放置 jw =2 O1Omax =TD + Td + XminO1Omax=已知：工件定位孔与定位销的配合已知：工件定位孔与定位销的配合为固定单边接触，加工上表面。为固定单边接触，加工上表面。 定位孔直径为定位孔直径为 定位销直径为定位销直径为解：解：分析分析 B B （5959） 0 ；Y Y （5959） 0B B （5959） mm Y Y （5959） mm D D （59） B B （5959） + Y Y （5959） 0.115mm1 . 004. 0212. 0015. 0201. 002. 002

11、. 003. 020 02. 0020 【例例1 】加工一批工件如图所示，除了加工一批工件如图所示，除了A、B处台阶处台阶面其余各表面均已加工完成，现在采用如图所示夹面其余各表面均已加工完成，现在采用如图所示夹具定位方案加工具定位方案加工A、B面，保证尺寸面，保证尺寸300.1mm和和600.06mm，试分析此定位方案产生的定位误差能，试分析此定位方案产生的定位误差能否满足加工要求。否满足加工要求。520.02300.10600.06?12H8AB CD0.04(a)(b) 铣台阶面工序定位误差的分析计算0jw04. 0jb04. 0jwjbdw1300.1，定位基准定位基准是是C，设计设计基

12、准基准是孔的轴线，是孔的轴线，定位尺寸定位尺寸为为520.02， （定位基准与定位基准与对刀基准是同一平面）对刀基准是同一平面） （工序基准相对于定位基准的位移量）（工序基准相对于定位基准的位移量） 故故定位可以满足要求。定位可以满足要求。066. 02 . 031dw0jb0jw 2600.06，定位基准定位基准D，设计设计基准为基准为D，定位，定位基准和设计基准和设计基准重合基准重合，定位基准与对刀基准重合。定位基准与对刀基准重合。 ， 所以所以 0jwjbdw 工序尺寸以工序尺寸以H1标注，其定位误差为：标注，其定位误差为： d1=O1O2=O1C O2C = = d2sin21d-Td

13、2sin21sin21Td2(3)(3)以外圆定位时的定位误差计算以外圆定位时的定位误差计算（与工序尺寸有关）（与工序尺寸有关） 工序尺寸以工序尺寸以H2标注，其定位误差为：标注，其定位误差为： d2=A1A2=A1O1+O1O2 A2O2 = = d2+Td2sin21d-Td2sin21Td2+ 1 工序尺寸以工序尺寸以H3标注，其定位误差为：标注，其定位误差为： d3=B1B2=O2B2+O1O2 O1B1 = =sin21Td2d-Td2 d2+sin21Td2 1 定位误差分析：定位误差分析： a) 定位误差定位误差d 随上道工序尺寸误差随上道工序尺寸误差Td 的增大而增大；的增大而

14、增大； b) 定位误差定位误差d 随随V形块夹角形块夹角 增大而减小，但稳定性变差；增大而减小，但稳定性变差； c) 定位误差定位误差d 与工序尺寸标注方式有关，与工序尺寸标注方式有关，d2 d1 d3。 d3=sin21Td2 1 d2=sin21Td2+ 1d1=sin21Td22021-11-20武汉理工大学机电工程学院25/71 1）在平面内任意方向的位移误差）在平面内任意方向的位移误差 孔孔O1中心偏移在直径为中心偏移在直径为dw1 圆内，圆内，dw1 =TD1 + Td1 + X1min 孔孔O2在在X方向偏心与孔方向偏心与孔O1相同（不限位），为相同（不限位），为dw1 在在Y方

15、向偏心在直径为方向偏心在直径为dw2 ，dw2 =TD2 + Td2 + X2 min 2）转角误差）转角误差 =arctan(TD1 + Td1 + X1min+ TD2 + Td2 + X2 min )/2L 要减小角度定位误差，提高孔销精度，减小配合间隙；要减小角度定位误差，提高孔销精度，减小配合间隙； 增大孔（销）中心距增大孔（销）中心距(4)(4)以一面两销定位时的定位误差计算以一面两销定位时的定位误差计算2021-11-20武汉理工大学机电工程学院26/71保证加工精度实现的条件保证加工精度实现的条件工件工件工件的加工允差；工件的加工允差；夹具夹具与所采用的夹具有关的误差；与所采用

16、的夹具有关的误差；加工加工除夹具外与工艺系统其它因素（如机床误差、除夹具外与工艺系统其它因素（如机床误差、刀具误差、受力受热变形等）有关的加工误差。刀具误差、受力受热变形等）有关的加工误差。为保证工件的加工精度要求，必须满足误差计算不等式为保证工件的加工精度要求，必须满足误差计算不等式 ： 工件工件夹具夹具加工加工 制订夹具公差时，应保证夹具的定位误差不超过零件公差的制订夹具公差时，应保证夹具的定位误差不超过零件公差的三分之一。三分之一。10thTD312021-11-20武汉理工大学机电工程学院27/711.1.夹紧装置的组成及基本要求夹紧装置的组成及基本要求2.2.夹紧力的确定夹紧力的确定

17、3.3.常用夹紧机构常用夹紧机构六六、工件在夹具中的夹紧、工件在夹具中的夹紧2021-11-20武汉理工大学机电工程学院28/71组成（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1. 1. 夹紧装置的组成及基本要求夹紧装置的组成及基本要求2021-11-20武汉理工大学机电工程学院29/71作用1 1）改变作用力的方向；）改变作用力的方向；2 2）改变作用力的大小；）改变作用力的大小；3 3）使夹紧实现自锁。）使夹紧实现自锁。1 1）夹紧时不破坏工件定位后的正确位置；）夹紧时不破坏工件定位后的正确位置； 稳稳2 2）夹紧力大小要适当；）夹紧力大小要适当； 牢牢3

18、3）夹紧动作要迅速、可靠；）夹紧动作要迅速、可靠； 快快4 4）结构紧凑，易于制造与维修。）结构紧凑，易于制造与维修。基基本本要要求求2021-11-20武汉理工大学机电工程学院30/71 夹紧力的三要素：大小、方向和作用点夹紧力的三要素：大小、方向和作用点 (1)(1)夹紧力方向的确定夹紧力方向的确定(2)(2)夹紧力作用点的确定夹紧力作用点的确定(3)(3)夹紧力大小的估算夹紧力大小的估算2. 2. 夹紧力的确定夹紧力的确定2021-11-20武汉理工大学机电工程学院31/711 1）主要夹紧力方向应垂直于主要定位面）主要夹紧力方向应垂直于主要定位面 (1)(1)夹紧力方向的确定夹紧力方向

19、的确定2021-11-20武汉理工大学机电工程学院32/71 2 2）夹紧力的作用方向应使所需夹紧力最小）夹紧力的作用方向应使所需夹紧力最小2021-11-20武汉理工大学机电工程学院33/71夹紧力与切削力同向夹紧力与切削力同向 夹紧力与切削力反向夹紧力与切削力反向 2021-11-20武汉理工大学机电工程学院34/71 3 3）夹紧力的作用方向应使工件变形尽可能小）夹紧力的作用方向应使工件变形尽可能小2021-11-20武汉理工大学机电工程学院35/71 1 1）夹紧力应作用在刚度较好部位）夹紧力应作用在刚度较好部位( () )夹紧力作用点的确定夹紧力作用点的确定 2 2）夹紧力作用点应正

20、对支承元件或位于支承元件）夹紧力作用点应正对支承元件或位于支承元件 形成的支承面内，形成的支承面内，以免引起工件移动或偏转而以免引起工件移动或偏转而 破坏工件的正确定位。破坏工件的正确定位。 3 3）夹紧力作用点应尽可能靠近加工表面）夹紧力作用点应尽可能靠近加工表面2021-11-20武汉理工大学机电工程学院38/71 夹紧力的大小根据切削力、工件重力的大小、夹紧力的大小根据切削力、工件重力的大小、方向和相互位置关系具体计算，并乘以安全系数方向和相互位置关系具体计算，并乘以安全系数K ，一般精，一般精加工加工K =1.52 2，粗加工，粗加工K = 2 2.53。 ( () )夹紧力大小的估算

21、夹紧力大小的估算0jjkFF 式中式中 F Fj j实际所需夹紧力实际所需夹紧力 F Fj0j0按静力平衡求出的夹紧力按静力平衡求出的夹紧力 k k安全系数安全系数2021-11-20武汉理工大学机电工程学院39/71（1）斜楔夹紧机构）斜楔夹紧机构（2）偏心夹紧机构）偏心夹紧机构（3）螺旋夹紧机构）螺旋夹紧机构（4）其它夹紧机构）其它夹紧机构3.3.常用夹紧机构常用夹紧机构2021-11-20武汉理工大学机电工程学院40/71（1）斜楔夹紧机构）斜楔夹紧机构 sjjFtgFtgF)(21)(21tgtgFFsj在水平方向上：式中, Fj工件获得的夹紧力（N）；Fs施加在斜楔上的原始作用力（N

22、）；斜楔的斜角（）；1作用在斜楔基面上的摩擦角作用在斜楔基面上的摩擦角，摩擦系数f1=tg1；2作用在斜楔面上的摩擦角作用在斜楔面上的摩擦角，摩擦系数f2=tg2。12tantan1SJpFFi2021-11-20武汉理工大学机电工程学院42/71自锁条件)sin(21RF自锁：自锁：指工件被夹紧之后，在不再施加原始作用力的情况下工件依然被夹紧的现象。图1-63 斜楔机构自锁时受力分析图FJF11FJNF22-2若N和F2的合力为R，则由自锁条件：自锁条件：)cos()cos(2211jjjFRRFtgFF)(21tgtg2121一般取斜角一般取斜角=6=61010。2021-11-20武汉理

23、工大学机电工程学院44/711 1）有增力作用，扩力比）有增力作用，扩力比 i = FJ / FQ ，约等于约等于3 3；2 2）夹紧行程小）夹紧行程小, ,h/s =tan，故，故 h 远小于远小于 s ；3 3）结构简单，但操作不方便。）结构简单，但操作不方便。主要用于机动夹紧，且毛坯质量较高的场合。主要用于机动夹紧，且毛坯质量较高的场合。斜楔夹紧的特点：斜楔夹紧的特点：2021-11-20武汉理工大学机电工程学院45/71常见的偏心轮常见的偏心轮压板夹紧机构压板夹紧机构（2）偏心夹紧机构）偏心夹紧机构 1 1）圆偏心夹紧原理及其几何特性）圆偏心夹紧原理及其几何特性 偏心夹紧实质是一种斜楔

24、夹紧，但各点升角不等，偏心夹紧实质是一种斜楔夹紧，但各点升角不等， M、N处处 升角为为升角为为0 0， P处升角最大。处升角最大。 2 2）圆偏心夹紧的自锁条件）圆偏心夹紧的自锁条件 若 P P点夹紧时能自锁，则可保证其余各点均可自锁。点夹紧时能自锁，则可保证其余各点均可自锁。 自锁条件自锁条件 p 1 12 2 tanptanp=2e/D=2e/Dp 为安全起见取为安全起见取1 1 =0=0 2e/D 2e/D 2 22 2, , 取取2 2=0.1=0.1 0.15,0.15, D/e14 D/e142020自锁自锁, , D/e D/e称为偏心轮的偏心特性，表示偏心轮的工称为偏心轮的偏

25、心特性，表示偏心轮的工作可靠性作可靠性 3 3）圆偏心夹紧的夹紧力）圆偏心夹紧的夹紧力 M=P l =Q1 或或Q1 P l / 因为因为p很小，很小， Q1Q1cosp= FQ 根据斜楔夹紧原理，得根据斜楔夹紧原理，得P P点产生的夹紧力为点产生的夹紧力为QFJ P l / /(tan(tan1 1+tan+tan（p p2 2） 一般取一般取 l =(22.5)D， D /2 扩力比约为扩力比约为12121313 4 4）圆偏心的夹紧行程）圆偏心的夹紧行程 确定夹紧行程确定夹紧行程hPE需考虑如下因素：需考虑如下因素： 夹紧工件尺寸公差、装卸间隙、夹紧变形及磨损贮备量等。夹紧工件尺寸公差、

26、装卸间隙、夹紧变形及磨损贮备量等。 hPET+间间+ 贮贮偏心距偏心距e为为 e = hPE / (cosP - cosE )若取若取P P点左右各点左右各4545圆弧作为工作段，则圆弧作为工作段，则 e = hPE / (cos 4545 - cos 135 5) = hPE / 1.1414 圆偏心轮夹紧力小，行程小，自锁性不太好，用于圆偏心轮夹紧力小，行程小，自锁性不太好，用于 切削力小，无振动，工件尺寸公差不大的场合。切削力小，无振动，工件尺寸公差不大的场合。2021-11-20武汉理工大学机电工程学院51/71螺旋夹紧特点：螺旋夹紧特点： 1 1）结构简单，自锁性好，夹紧可靠；）结构简单，自锁性好，夹紧可靠； 2 2）扩力比约为扩力比约为80,80,远比斜楔夹紧力大；远比斜楔夹紧力大； 3 3）夹紧行程不受限制；）夹紧行程不受限制； 4 4）夹紧动作慢，辅助时间长，效率低。）夹紧动作慢，辅助时间长，效率低。（3）螺旋夹紧机构）螺旋夹紧机构2021-11-20武汉理工大学机电工程学院52/71（4）其它夹紧机构）其它夹紧机构1 1）螺旋压）螺旋压板夹紧机构板夹紧机构2 2）螺旋定）螺旋定心夹紧机构心夹紧机构3 3）联动夹）联动夹紧机构紧机构4 4）多件夹）多件夹紧机构紧机构2021-11-20