工件定位与夹紧

1、第第5 5章章 金属切削机床夹具金属切削机床夹具n教学重点：教学重点：n掌握定位基准的概念及分类；掌握定位基准的概念及分类；n掌握工件定位的基本原理；掌握工件定位的基本原理；n理解常用定位原件所能限制的自由度；理解常用定位原件所能限制的自由度；n掌握定位基准的选择原则。掌握定位基准的选择原则。n教学难点：教学难点：n常用定位元件所能限制的自由度；常用定位元件所能限制的自由度；n定位基准的选择原则。定位基准的选择原则。第第5 5章章 金属切削机床夹具金属切削机床夹具定位：定位：加工前加工前，使，使工件在机床上或夹具上工件在机床上或夹具上占有正确的加工位置占有正确的加工位置的过程的过程，称为定位，

2、称为定位。夹紧：用施加外力的形式，把工件已确定夹紧：用施加外力的形式，把工件已确定的的定位位置固定定位位置固定下来的过程，下来的过程，称为夹紧称为夹紧。这个定位、夹紧的过程，称为装夹或安这个定位、夹紧的过程，称为装夹或安装。装。例：在墙上贴画例：在墙上贴画 装夹或安装：工件装夹或安装：工件定位、夹紧的定位、夹紧的全全过程，称过程，称为装夹或安装。为装夹或安装。 小结：小结： 定位在前，夹紧在后定位在前，夹紧在后 定位是首要的定位是首要的 定位定位 + + 夹紧夹紧 = = 安装安装机床夹具：机床夹具：在机床上用来完成工件在机床上用来完成工件定位、夹紧定位、夹紧任务的装置任务的装置，称，称为为机

3、床夹具机床夹具。 1.1.机床夹具的组成机床夹具的组成（1 1）定位装置）定位装置 ：是由定位元件及其组合构成的，用于确定：是由定位元件及其组合构成的，用于确定工件在夹具中的正确位置，常见的定位方式是以平面、圆孔、工件在夹具中的正确位置，常见的定位方式是以平面、圆孔、外圆定位。外圆定位。圆柱销圆柱销5、菱形销、菱形销9、支承板、支承板4（2 2）夹紧装置）夹紧装置 ： 保持工件在夹具中的确定位置，保证定位保持工件在夹具中的确定位置，保证定位可靠，使工件在切削力的作用下不产生移动。包括夹紧元件、可靠，使工件在切削力的作用下不产生移动。包括夹紧元件、传动装置及动力装置等。传动装置及动力装置等。螺杆

4、螺杆8、螺母、螺母7、开口垫圈、开口垫圈6（3 3）夹具体）夹具体 ： 连接夹具各元件及装置，使其成为一个整体连接夹具各元件及装置，使其成为一个整体基础件，以保证夹具精度、强度和刚度。基础件，以保证夹具精度、强度和刚度。 (4)其它导向元件和对刀装置 n 用来保证刀具相对于夹具的位置，对于钻头、扩孔钻、用来保证刀具相对于夹具的位置，对于钻头、扩孔钻、铰刀、镗刀等孔加工刀具用导向元件，对于铣刀、刨刀等用铰刀、镗刀等孔加工刀具用导向元件，对于铣刀、刨刀等用对刀装置。对刀装置。钻模板钻模板2、钻套、钻套1例子：例子：10孔尺寸由钻套孔尺寸由钻套1保证，距后端面距离由支承板保证，距后端面距离由支承板4

5、, 10与与30孔轴线垂直由钻套与圆柱销孔轴线垂直由钻套与圆柱销5保证，保证， 10与与5.8孔轴线同在一平面上由孔轴线同在一平面上由菱形销菱形销9保证保证图一：钻孔夹具图一：钻孔夹具1、机床夹具的组成、机床夹具的组成5.1.2 工件定位的基本原理工件定位的基本原理 2.4.2 工件定位的基本原理工件定位的基本原理 1. 六点定位原则六点定位原则 工件定位的实质，就是使工件在夹具中占有某一个工件定位的实质，就是使工件在夹具中占有某一个正确的加工位置。一个空间处于自由状态的刚体，具正确的加工位置。一个空间处于自由状态的刚体，具有六个自由度。要使工件在夹具中占有正确的位置，有六个自由度。要使工件在

6、夹具中占有正确的位置，就是要对工件的就是要对工件的 六个自由度加以六个自由度加以必要的限制必要的限制即约束。即约束。 夹具用一个支承点限制工件的一个自由度，用合夹具用一个支承点限制工件的一个自由度，用合理分布的六个支承点限制工件的六个自由度，使工件理分布的六个支承点限制工件的六个自由度，使工件在夹具中的位置完全确定。这就是六点定位原则。在夹具中的位置完全确定。这就是六点定位原则。 x5.1.2 工件定位的基本原理工件定位的基本原理 图2 -8 工件定位时支承点的分布5.1.2 工件定位的基本原理工件定位的基本原理 2.工件的定位方式工件的定位方式 （1）完全定位：）完全定位： 工件的六个支承点

7、全部被限制，工件的六个支承点全部被限制，工件在空间占有完全确定的惟一位置，称完工件在空间占有完全确定的惟一位置，称完全定位。全定位。 （2）不完全定位：）不完全定位： 有些工件，根据加工要求，并有些工件，根据加工要求，并不需要限制其全部自由度。不需要限制其全部自由度。 （3）欠定位：）欠定位： 工件的实际定位所限制的自由度数工件的实际定位所限制的自由度数少于按其加工要求所必须限制的自由度数目。少于按其加工要求所必须限制的自由度数目。欠定位的结果将会导致工件应该被限制的自欠定位的结果将会导致工件应该被限制的自由度不被限制的不合理现象，在夹具中的位由度不被限制的不合理现象，在夹具中的位置不能满足加

8、工要置不能满足加工要求。求。 2. 2. 常见定位分析常见定位分析 1 1） 完全定位：完全定位： 图图2-54 2-54 连杆钻孔定位方案连杆钻孔定位方案平面支平面支承承侧挡销侧挡销短圆柱销短圆柱销5.1.2 工件定位的基本原理工件定位的基本原理 不完全定位例子：不完全定位例子： 为保证槽底面与为保证槽底面与A面的平行度和尺寸面的平行度和尺寸60mm两项加工要求，两项加工要求，必须限制必须限制 、 、 三个自由度三个自由度;为保证槽侧面与为保证槽侧面与B面的平面的平行度及尺寸行度及尺寸300.1 mm两项加工要求，必须限制两项加工要求，必须限制 两两个自由度个自由度;至于至于 ，从加工要求的

9、角度看，从加工要求的角度看， 可以不限制可以不限制 图2 -9 加工零件通槽工序图5.1.2 工件定位的基本原理工件定位的基本原理 （4）过定位（重复定位）：是指定位时几个定位支承点重复限制工件的同 一个自由度。有时是必要的。 图2 -11 工件过定位及改进措施3.3.常见定位方式及定位元件常见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 主要支承主要支承 辅助支承辅助支承 固定支承固定支承可调支承可调支承浮动支承浮动支承支承钉支承钉支承板支承板3.3.常见定位方式及定位元件常见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 支承钉：支承钉：工件以粗基准（毛面）定位时

10、，对于作为主工件以粗基准（毛面）定位时，对于作为主要定位面的粗基准，一般采用三点支承方式，使用的是球要定位面的粗基准，一般采用三点支承方式，使用的是球头支承钉或锯齿头支承钉。头支承钉或锯齿头支承钉。 3.3.常见定位方式及定位元件常见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 支承板：支承板： 工件用精基准定工件用精基准定位时，不能采用与工件上的位时，不能采用与工件上的精基准全面接触的整体大平精基准全面接触的整体大平面的定位元件来定位。实际面的定位元件来定位。实际上使用的是小平面式的定位上使用的是小平面式的定位元件、平头支承钉或支承板。元件、平头支承钉或支承板。 第第5 5章章

11、 金属切削机床夹具金属切削机床夹具 可调支承：主要用于工件的毛坯制造精度不高，以未加工可调支承：主要用于工件的毛坯制造精度不高，以未加工过的毛面作为定位基准的工序中。可调支承点的位置一经适过的毛面作为定位基准的工序中。可调支承点的位置一经适当调节后，便通过锁紧螺母锁紧，以防止夹具在使用过程中当调节后，便通过锁紧螺母锁紧，以防止夹具在使用过程中由于定位支承螺钉的松动而使支承点的位置发生变化。由于定位支承螺钉的松动而使支承点的位置发生变化。 图5-7 可调支承结构 第第5 5章章 金属切削机床夹具金属切削机床夹具 浮动支承：浮动支承：也称为自位支承，是指支承点的位置在工件定位过程中，随工件定位基准

12、面位置变化而自动与之适应的定位元件。因此，这类支承在结构上均需设计成活动或浮动的。 图5-8 几种常用的自位支承结构 1钢球;2心轴;3支承销 3.3.常见定位方式及定位元件常见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 辅助支承辅助支承 辅助支承辅助支承3.3.常见定位方式及定位元件常见定位方式及定位元件2) 2) 工件以圆孔定位工件以圆孔定位 定位销定位销 定位心轴定位心轴 定心夹紧装置定心夹紧装置 3.3.常见定位方式及定位元件常见定位方式及定位元件2) 2) 工件以圆孔定位工件以圆孔定位 定位销定位销 圆柱销圆柱销圆锥销圆锥销长定位销长定位销短定位销短定位销图图2-64

13、 工件以圆柱孔定位的定位套工件以圆柱孔定位的定位套常见的圆柱销结构：常见的圆柱销结构：常见的圆锥销结构：常见的圆锥销结构：图图2-65 2-65 锥销定位锥销定位3.3.常见定位方式及定位元件常见定位方式及定位元件2) 2) 工件以圆孔定位工件以圆孔定位 定位心轴定位心轴 锥度心轴锥度心轴 圆柱心轴圆柱心轴 过盈过盈配合配合心轴心轴 间隙配合心轴间隙配合心轴 3.3.常见定位方式及定位元件常见定位方式及定位元件2) 2) 工件以圆孔定位工件以圆孔定位 锥度心轴锥度心轴 图图2-67 2-67 锥度心轴锥度心轴3.3.常见定位方式及定位元件常见定位方式及定位元件2) 2) 工件以圆孔定位工件以圆

14、孔定位 过盈配合心轴过盈配合心轴 间隙配合心轴间隙配合心轴图图2-66 2-66 圆柱心轴圆柱心轴67rH)7(67fgH3.3.常见定位方式及定位元件常见定位方式及定位元件3) 3) 工件以外圆表面定位工件以外圆表面定位 V V形块形块 半圆环半圆环 定位套定位套 支承定位支承定位 3.3.常见定位方式及定位元件常见定位方式及定位元件3) 3) 工件以外圆表面定位工件以外圆表面定位 V V形块形块 图图2-61 2-61 型块型块3.3.常见定位方式及定位元件常见定位方式及定位元件3) 3) 工件以外圆表面定位工件以外圆表面定位 V V形块形块图图2-62 活动活动V型块的应用型块的应用3.

15、3.常见定位方式及定位元件常见定位方式及定位元件3) 3) 工件以外圆表面定位工件以外圆表面定位 定位套：定位套：内孔轴线是限位基准，内孔面是限位表面，内孔轴线是限位基准，内孔面是限位表面，为了限制工件沿轴向的自由度，常与端面联合定为了限制工件沿轴向的自由度，常与端面联合定位。位。 图图2-63 工件以圆孔定位的定位套工件以圆孔定位的定位套半圆套半圆套下面的半圆套是定位元件，上面的半圆套起夹紧作下面的半圆套是定位元件，上面的半圆套起夹紧作用。主要用于：大型轴类零件及不便于轴向装夹的用。主要用于：大型轴类零件及不便于轴向装夹的零件。零件。3.3.常见定位方式及定位元件常见定位方式及定位元件4)

16、4) 工件以组合表面定位工件以组合表面定位 图图2-68 2-68 一面两销定位一面两销定位 一面两孔：一面两孔：在加工箱体类零件时经常采用一面两孔在加工箱体类零件时经常采用一面两孔组合组合( (一个大平面及与该平面相垂直的两个圆孔组合一个大平面及与该平面相垂直的两个圆孔组合) )定位、夹具上相应的定位元件是一面两销。为了避定位、夹具上相应的定位元件是一面两销。为了避免由于过定位而引起的工件安装时的干涉，两销中免由于过定位而引起的工件安装时的干涉，两销中一个应采用菱形销。菱形销的宽度可以通过简单的一个应采用菱形销。菱形销的宽度可以通过简单的几何关系导出。几何关系导出。3.3.常见定位方式及定位

17、元件常见定位方式及定位元件 P P1 16 60 0 表表5 51 1 作作 业业1.简述基准、设计基准、工艺基准的概念。简述基准、设计基准、工艺基准的概念。2.什么是定位基准？精基准与粗基准的选择各有何原则？什么是定位基准？精基准与粗基准的选择各有何原则？3. 如图所示的零件，如图所示的零件， 在加工过程中将在加工过程中将A面面 放在机床工作台上加放在机床工作台上加 工工B、C、D、E、F表表 面，在装配时将面，在装配时将A面与面与 其他零件连接。试说明：其他零件连接。试说明：A面是那些表面的尺寸面是那些表面的尺寸 和相互位置的设计基准？和相互位置的设计基准？哪个表面是装配基准和哪个表面是装

18、配基准和 定位基准？定位基准？9一、零件的基准及其分类一、零件的基准及其分类什么是基准？ 基准就是用来确定生产对象基准就是用来确定生产对象上几何要素间的几何关系所依上几何要素间的几何关系所依据的点、线、面。据的点、线、面。一、零件的基准及其分类一、零件的基准及其分类1. 设计基准 在零件设计图上用以确定其在零件设计图上用以确定其它点、线、面位置的基准它点、线、面位置的基准( (点、点、线、面），称为设计基准。线、面），称为设计基准。 图图2-47 2-47 零件的设计基准与工艺基准示例零件的设计基准与工艺基准示例一、零件的基准及其分类一、零件的基准及其分类2. 工艺基准 零件在加工、检验和装配

19、过零件在加工、检验和装配过程中所采用的基准，称为工艺程中所采用的基准，称为工艺基准。基准。 2. 工艺基准（1 1）定位基准）定位基准 加工时，使工件在机床或夹加工时，使工件在机床或夹具中占据正确位置所用的基准。具中占据正确位置所用的基准。 图图2-47 2-47 零件的设计基准与工艺基准示例零件的设计基准与工艺基准示例2. 工艺基准（2 2）工序基准）工序基准 在工艺文件上用以确定本工在工艺文件上用以确定本工序被加工表面加工后的尺寸、序被加工表面加工后的尺寸、形状和位置的基准。形状和位置的基准。图图2-47 2-47 零件的设计基准与工艺基准示例零件的设计基准与工艺基准示例2. 工艺基准（3

20、 3）测量基准）测量基准 检验零件时，用以测量加工检验零件时，用以测量加工表面的尺寸表面的尺寸、形状形状、位置位置等等误误差差所依据的基准所依据的基准。 图图2-47 2-47 零件的设计基准与工艺基准示例零件的设计基准与工艺基准示例2. 工艺基准（4 4）装配基准）装配基准 装配时用以确定零件、组件装配时用以确定零件、组件和部件相对于其他零件、组件和部件相对于其他零件、组件和部件的位置所采用的基准。和部件的位置所采用的基准。图图2-48 2-48 齿轮的装配基准齿轮的装配基准传动轴传动轴传动齿轮传动齿轮键键(二二)精基准及其选择原则精基准及其选择原则 1、精基准的定义：、精基准的定义： 已经

21、机械加工的表面作为的定位基准。已经机械加工的表面作为的定位基准。 选择精基准需要考虑的主要问题选择精基准需要考虑的主要问题: 满足零件的加工要求；满足零件的加工要求； 减少定位误差；减少定位误差； 保证安装准确、可靠与方便。保证安装准确、可靠与方便。 精基准选择的原则精基准选择的原则: 基准重合基准重合 基准统一基准统一 自为基准自为基准 互为基准互为基准便于装夹的原则便于装夹的原则 基准重合 在直接选择加工表面的设计基准作为定位基准。在直接选择加工表面的设计基准作为定位基准。 1 1）设计零件时应尽量以装配基准作为设计基准，）设计零件时应尽量以装配基准作为设计基准，以便保证装配技术要求；以便

22、保证装配技术要求； 2 2）在制定加工工艺路线时，应尽量以设计基准）在制定加工工艺路线时，应尽量以设计基准作工序基准，以保证零件加工精度；作工序基准，以保证零件加工精度； 3 3）在加工和测量零件时，要尽量使定位基准、）在加工和测量零件时，要尽量使定位基准、测量基准和工序基准重合，以减少加工误差和测测量基准和工序基准重合，以减少加工误差和测量误差。量误差。基准重合的原则：基准重合的原则：尽可能选择被加工表面的设计基准为精基准尽可能选择被加工表面的设计基准为精基准 D1及及M面均已加工面均已加工 现加工孔现加工孔 2 D2定位方案定位方案1： 孔孔 D1作为定位基准，作为定位基准， 2 D2的设

23、计基准：的设计基准： D1定位基准与设计基准重定位基准与设计基准重合合定位方案定位方案2： 将将M面为定位基准，面为定位基准， 定位基准与设计基准不重合定位基准与设计基准不重合基准统一的原则基准统一的原则多数工序中以同一组精基准多数工序中以同一组精基准 作为加工各表面的定位基准作为加工各表面的定位基准1.常用的统一基准常用的统一基准 2.轴类零件：两顶尖孔；轴类零件：两顶尖孔； 3.盘盘 类类 件：孔端面；件：孔端面； 4.箱箱 体体 件：一面二销孔件：一面二销孔(大批量大批量) 5. 三个垂直平面三个垂直平面(小批小批) 统一基准会产生基准不重合统一基准会产生基准不重合的问题，工艺设计中应解

24、决此的问题，工艺设计中应解决此问题；问题； 基准统一不能排除在个别工基准统一不能排除在个别工序中采用其它的基准定位。序中采用其它的基准定位。采用统一基准的优点：采用统一基准的优点： 简化工艺过程和夹具设计；节省工艺与夹具设计费用。简化工艺过程和夹具设计；节省工艺与夹具设计费用。 能在一次装夹中加工出多个表面，减少由于基准转换能在一次装夹中加工出多个表面，减少由于基准转换 形成的加工误差。形成的加工误差。互互 为基为基 准的原则准的原则当相关表面位置精度要求很高但精加工余量很小，加工时当相关表面位置精度要求很高但精加工余量很小，加工时要用这些表面互相作为定位基准。要用这些表面互相作为定位基准。精

25、度高于精度高于6级的淬火齿轮，齿形级的淬火齿轮，齿形相对于轴线的位置精度要求很相对于轴线的位置精度要求很高，加工需用磨齿工艺。因淬高，加工需用磨齿工艺。因淬火后齿轮孔和齿面均产生变形，火后齿轮孔和齿面均产生变形，而孔和磨齿的加工余量都很小，而孔和磨齿的加工余量都很小，故先以齿面为定位基准磨孔；故先以齿面为定位基准磨孔；再以孔为基准磨齿面。再以孔为基准磨齿面。 齿面和齿轮孔互为基准。齿面和齿轮孔互为基准。自自 为基为基 准的原则准的原则加工余量很小的精加工或光整加工中，常以被加工余量很小的精加工或光整加工中，常以被加工表面本身为定位基准，以保证余量的均匀加工表面本身为定位基准，以保证余量的均匀

26、精磨床身导轨，由于导轨长，磨削余量精磨床身导轨，由于导轨长，磨削余量很小，用找正导轨面的方法确定工件的很小，用找正导轨面的方法确定工件的位置位置即以导轨面自身作为定位基准即以导轨面自身作为定位基准一些光整加工工艺定位基准一些光整加工工艺定位基准选择均采用自为基准的原则选择均采用自为基准的原则n互为基准原则：采取两个加工表面互为基准反复互为基准原则：采取两个加工表面互为基准反复加工。加工。n便于装夹原则：选择能保证工件定位准确稳定，便于装夹原则：选择能保证工件定位准确稳定，装夹方便可靠表面作为定位基准。装夹方便可靠表面作为定位基准。 当重合原则和基准统一原则相互矛盾时，若采当重合原则和基准统一原

27、则相互矛盾时，若采用统一定位基准能够保证加工表面的尺寸精度，则用统一定位基准能够保证加工表面的尺寸精度，则应遵循基准统一原则；否则应遵循基准重合原则应遵循基准统一原则；否则应遵循基准重合原则第第5 5章章 金属切削机床夹具金属切削机床夹具 粗基准的选择应遵循以下原则进行选择：粗基准的选择应遵循以下原则进行选择：n相互位置原则n粗基准选择原则一：若需要保证加工面与不加工面的相互粗基准选择原则一：若需要保证加工面与不加工面的相互位置关系时，应以不加工表面作为粗基准。位置关系时，应以不加工表面作为粗基准。 图5-15 套筒粗基准的选择 1外圆;2内孔第第5 5章章 金属切削机床夹具金属切削机床夹具n

28、加工余量合理分配原则加工余量合理分配原则 n粗基准选择原则二粗基准选择原则二：若需要保证某重要表面的余量均匀，应若需要保证某重要表面的余量均匀，应选择该表面之毛坯面为粗基准。选择该表面之毛坯面为粗基准。n重要表面原则重要表面原则 粗基准选择原则三粗基准选择原则三：若需保证多个表面均有足够的余量，应选若需保证多个表面均有足够的余量，应选择余量小的表面作为粗基准。择余量小的表面作为粗基准。 图图5-16 阶梯轴粗基准的选择阶梯轴粗基准的选择 图图5-17 导轨面粗基准的选择导轨面粗基准的选择 第第5 5章章 金属切削机床夹具金属切削机床夹具粗基准选择原则粗基准选择原则四四：粗基准一般重复不得使用粗

29、基准一般重复不得使用。 若毛坯制造精度较高，若毛坯制造精度较高，工件工精度要求不高，工件工精度要求不高，则粗基准也可重复使用。则粗基准也可重复使用。粗基准选择原则粗基准选择原则五五：粗基准表面应尽可能平整、粗基准表面应尽可能平整、光滑和有足够的尺寸，光滑和有足够的尺寸，以保证定位的尽量准确和夹紧的可靠。以保证定位的尽量准确和夹紧的可靠。 图5-18 粗基准重复使用的误差 第第5 5章章 金属切削机床夹具金属切削机床夹具二、二、工件的夹紧工件的夹紧（1）夹紧装置的组成及要求）夹紧装置的组成及要求 夹紧装置主要结构由动力装置、传力机构和夹紧元件三夹紧装置主要结构由动力装置、传力机构和夹紧元件三部分

30、组成。部分组成。 夹紧装置的基本要求：夹紧装置的基本要求： 夹紧过程可靠，不改变工件定位后所占据的正确位置。夹紧过程可靠，不改变工件定位后所占据的正确位置。 夹紧力的大小适当，既要保证工件在加工过程中其位置夹紧力的大小适当，既要保证工件在加工过程中其位置稳定不变、振动小，又使工件不会产生过大的夹紧变形。稳定不变、振动小，又使工件不会产生过大的夹紧变形。 操作简单方便、省力、安全。操作简单方便、省力、安全。 结构性好，夹紧装置的结构力求简单、紧凑，便于制造结构性好，夹紧装置的结构力求简单、紧凑，便于制造和维修。和维修。 第第5 5章章 金属切削机床夹具金属切削机床夹具（2）夹紧力的确定）夹紧力的确定 夹紧力的确定包括夹紧力的方向、作用点和大小三要素，必夹紧力的确定包括夹紧力的方向、作用点和大小三要素，必须依据工件的结构特点、加工要求、切削力和其他外力作须依据工件的结构特点、加工要求、切削力和其他