专用夹具设计方法zjf课件

1、第二章 专用夹具设计方法典型零件工艺 张军峰2014专用夹具设计方法【本章学习目标】了解机床夹具分类及专用夹具组成；掌握工件在夹具中的定位方法;定位误差计算,定位方案设计；掌握夹紧力的确定方法，夹紧装置的设计与选用；掌握各类机床专用夹具的特点及专用夹具设计方法。机床夹具机床夹具 机床上用来装夹工件的一种装置，其作用是使工件相对于机床或刀具有一个正确的加工位置，并在加工过程中保持这个位置不变。2、 装夹、定位、夹紧的基本概念装夹：将工件安放在机床上或夹具上进行定位和夹 紧的操作过程。定位：使一批工件在机床上或夹具上相对于刀具处 在正确的加工位置的操作过程。夹紧：工件在夹具中定位后，将其压紧、夹牢

2、，使 工件在加工过程中，始终保持定位时所取得 的正确加工位置。2.1 夹具概述2.1.1 夹具的分类1.按专门化程度分类通用夹具：三爪、四爪卡盘，平口钳等，一般由专业厂生产，常作为机床附件提供给用户。专用夹具：为某一工件特定工序专门设计的夹具，多用于批量生产中。可调夹具：夹具的部分元件可以更换，部分装置可以调整，以适应不同零件的加工。组合夹具：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，将不同的组合夹具元件像搭积木一样，组装成各种专用夹具。使用后，元件可拆开、洗净后存放，待需要时重新组装。组合夹具特别适用于新产品试制和单件小批生产。随行夹具：在自动线或柔性制造系统中使用的夹具。通用

3、夹具专用夹具 4 3D L零件工序简图组合夹具夹具的组成夹具的组成1）定位元件及装置5）其他元件及装置（防护、防错、分度）4）夹具体3）对刀及导向元件2）夹紧元件及装置图2-12 工件在夹具上装夹（滚齿夹具）夹具概述3夹具的作用（1）保证加工精度夹具的最大功用是保证加工表面的位置精度。（2）提高生产率，降低生产成本快速将工件定位夹紧，免除了找正、对刀等，缩短辅助时间，提高了成品率，降低了成本。（3）扩大机床的加工范围如在车床上加镗夹具，可完成镗孔加工。 （4）减轻工人劳动强度夹具概述3夹具的作用图1-2 在车床上镗机体阶梯孔示意图1三爪自定心卡盘 2镗杆 3夹具 4床鞍 5尾座2.2 工件的定

4、位设计2.2.1 工件的定位原理1、空间物体的自由度2、限制空间物体的自由度要确定其空间位置，就需要限制其 6 个自由度。接触可以滑动， 不可脱开2.2 工件的定位设计3、六点定位原理 将 6 个支承抽象为6个“点”，6个点分别同时限制了工件的6 个自由度，使工件在空间中唯一确定的位置。图 六点定位原理XZY2.2 工件的定位设计两点注意：“点”的含义对自由度的限制，与实际接触点不同与理论力学、机构学自由度概念差别位置不定度夹紧与定位概念分开工件、夹具是弹性体图 工件以平面3点定位XYZ工件定位原理【例1 】在球面上加工平面：应限制 工件定位原理球面上加工不通孔：图2-8 应限制 工件定位原理

5、【例4 】车光轴yxzD图2-10 车光轴应限制工件定位原理【例5 】铣沟槽 b由铣刀保证 L： h：定位方法及定位元件工件以平面定位 平面定位的主要形式是支承定位。常用的定位元件有支承钉、支承板、夹具支承件和夹具体的凸台及平面等。下图给出了平面定位的几种情况。1）支承钉A、 结构A型是平头支承钉：B型是球头支承钉：C型是齿纹顶面的 支承钉：定位方法及定位元件工件以平面定位B 定位情况定位方法及定位元件工件以平面定位2）支承板A 结构A型：所以常用于侧面或顶面的定位。B型：支承板的工作平面上开有斜槽，B型支承板应用较多，用于底面的定位更合适。定位方法及定位元件平面定位的几种情况。ZXYZXYZ

6、XYZXY工件以平面定位ZXYZXY定位方法及定位元件工件以平面定位对粗基准：使用三个支承銷（三点构成一个平面）作为定位元件，限制工件三个自由度对精基准：可用一支承板代替三个支承銷定位，同样限制工件的三个自由度定位方法及定位元件2、工件以圆孔定位工件以圆孔定位多属于定心定位（定位基准为圆柱孔轴线）。常用定位元件是定位销和心轴。定位销有圆柱销、圆锥销、菱形销等形式；心轴有刚性心轴（又有过盈配合、间隙配合和小锥度心轴等）、弹性心轴之分。1）圆柱销A 结构定位方法及定位元件2、工件以圆孔定位B 定位情况定位方法及定位元件2、工件以圆孔定位2）菱形销A 结构定位方法及定位元件2、工件以圆孔定位3）圆锥

7、销A 结构B 定位分析定位方法及定位元件2、工件以圆孔定位4）定位心轴A 结构B 定位分析定位方法及定位元件3、工件圆锥孔定位工件以圆锥孔定位时，所用定位元件为圆锥心轴或圆锥销以及双顶尖。圆锥心轴限制工件5个自由度，圆锥销限工件3个自由度。A 定位形式定位方法及定位元件3、工件圆锥孔定位B 定位分析定位方法及定位元件3、工件圆锥孔定位双顶尖定位固定顶尖限制工件三个自由度： 活顶尖限制工件二个自由度： 定位方法及定位元件4、工件以外圆柱面定位 工件以外圆柱面定位两种形式：定心定位和支承定位。工件以外圆柱面定心定位的情况与工件以圆孔定位的情况相仿（用套筒和卡盘代替心轴或柱销）。支承定位时用支承板、

8、支承钉。 1）圆定位套A 定位情况定位方法及定位元件4、工件以外圆柱面定位B 定位分析定位方法及定位元件4、工件以外圆柱面定位2）V形块用于完整的外圆柱面和非完整的外圆柱面的定位，是外圆定位中最常用的定位元件。A 结构定位方法及定位元件4、工件以外圆柱面定位B 定位分析定位方法及定位元件4、工件以外圆柱面定位C： V形块的特点 1、V形块对外圆柱面定位，形式上是支承定位，但其实质是定心定位。 2、V形块能起对中作用 3、可以用于非完整外圆的定位 4、活动V形块常常起着定位和夹紧的双重作用（既是定位元件，又是夹紧元件）。定位方法及定位元件4、工件以外圆柱面定位支承板支承板对外圆柱面的定位就是平面

9、与外圆母线的接触.定位方法及定位元件三爪卡盘定位的定位分析主要看工件的定位表面与三爪卡盘的相对夹持长度的多少：当相对夹持长度长时，限制工件四个自由度： 当相对夹持长度短时，限制工件二个自由度： 生产中常采用在三爪与工件之间设置一钢丝圆环，以减少相对夹持长度。 定位方法及定位元件几种不同的定位形式1固定支承：2可调支承：可调支承的结构定位方法及定位元件几种不同的定位形式自位支承结构定位分析 自位支承虽然增加了与工件定位面的接触点数目，但通过其内部的浮动联系起到的是单点支承的作用，即自位支承只限制工件一个自由度。用途：常用于毛坯表面，断续表面，阶梯表面的定位。 定位方法及定位元件几种不同的定位形式

10、4辅助支承：辅助支承的应用定位方法及定位元件几种不同的定位形式4辅助支承：辅助支承结构定位方法及定位元件几种不同的定位形式4辅助支承：辅助支承定位分析： 辅助支承是在工件定位后才参与支承的元件，其高度是由工件确定的，因此它不起定位作用，但辅助支承锁紧后就成为固定支撑，能承受切削力。 定位方法及定位元件（五）工件定位时的几种情况1、完全定位:工件在夹具中相对于刀具的六个自由度全部被限制的定位方法称为完全定位。举例：连杆工件在由定位支承板、短銷和挡銷组成的夹具中定位，试对此定位方案进行定位分析。（如下图所示）定位方法及定位元件（五）工件定位时的几种情况2、部分定位（不完全定位）: 限制了影响工件加

11、工精度的自由度，且又少于六点的定位方法称为部分定位。重要概念：不能片面地理解为“少于六点定位的定位方法称为部分定位”。因为下面讲到的“欠定位”也是少于六点的定位，两者不能混淆。影响该加工表面加工精度的自由度也称必须限制的自由度。换句话说, 必须限制的自由度如果不限制的话，必将影响工件的加工精度而出现废品工件，这是绝对不允许的。不影响工件加工精度的自由度允许不被限制。定位方法及定位元件（五）工件定位时的几种情况举例：在长方形工件毛坯上，用铣刀铣槽、铣台阶面和铣平面。试分析必须限制的自由度有哪些？允许不限制的自由度又有哪些？定位方法及定位元件（五）工件定位时的几种情况不完全定位可能有两种情况：1）

12、由于工件结构特点，不必限制所有自由度2）由于加工精度要求，不必限制所有自由度定位方法及定位元件（五）工件定位时的几种情况3、欠定位b）B欠定位示例XZYa）B定位方法及定位元件（五）工件定位时的几种情况4、过定位1）如果工件的定位面经过机械加工，且形状、尺寸、位置精度均较高，则过定位是允许的。因为合理的过定位不仅不会影响加工精度，还会起到加强工艺系统刚度和增加定位稳定性的作用。2）如果工件的定位面是毛坯面，或虽经过机械加工，但加工精度不高，这时过定位一般是不允许的，因为它可能造成定位不准确，或定位不稳定，或发生定位干涉等情况。定位方法及定位元件（五）工件定位时的几种情况过定位情况：两种情况均会

13、引起加工的左孔的位置精度，使连杆大小头孔轴线不能平行。定位方法及定位元件常用组合定位三平面定位方法及定位元件常用组合定位一面两孔定位方法及定位元件常用组合定位孔+端面外圆+端面定位方法及定位元件常用组合定位两中心孔外圆+中心孔定位方法及定位元件（六）组合定位的概念及定位基准的主次之分 1. 定位基准的主次之分主要定位面： 限制工件自由度数最多的定位表面称第一基准面；次要定位面： 限制工件自由度数次多的定位面称第二基准面；第三定位面： 限制工件自由度数为1的定位称第三基准面。三基面组合基准定位定位方法及定位元件（六）组合定位的概念及定位基准的主次之分 2组合定位的定位分析要点 （1）先分析限制工

14、件自由度数最多的那个定位元件（或定位元件的典型组合）限制工件的具体自由度，再分析限制工件自由度次多的那个定位元件限制的具体自由度， （2）定位元件组合时限制工件自由度的总数目等于各个定位元件单独定位时限制工件自由度数目之和，但具体限制哪些自由度却会随组合情况的不同而发生变化。 （3）定位元件单独使用时限制移动自由度，在组合定位中常会转换成限制转动自由度（重点、难点！）一经转化，将不再起单独定位时的作用。定位方法及定位元件3.组合定位举例分析（注意转换）a) b) 组合定位分析图例 解：1）定位原理分析支承板限制的自由度：短销限制的自由度：固定短V形块限制的自由度：故属过定位。 2）改进方案：将

15、固定V形块改为活动V形块。解： 1）定位原理分析：右边两短V形块相当于一长形块，限制：左边短V形块限制：故属完全定位。定位方法及定位元件（七）定位符号的表示方法可调支承定位方法及定位元件（六）组合定位的概念及定位基准的主次之分 判断定位方案是否正确分析下列图示定位方案：各方案限制的自由度？有无欠定位或过定位?对不合理的定位方案提出改进意见。 定位方法及定位元件（六）组合定位的概念及定位基准的主次之分 b）XZYX定位方法及定位元件根据工件加工表面的加工要求，设计定位方案（重点）【例3 】分析图示零件加工两个小孔时必须限制的自由度，选择定位基准和定位元件，并在图中示意画出；确定夹紧力作用点的位置

16、和作用方向，用规定的符号在图中标出。 判断定位方案是否正确时，要把握二点：一是定位方案必须合理（无重复定位和欠定位）；二是该定位方案必须能够保证工件的加工精度（定位误差应为最小）； 如不能同时满足以上二点，则该方案是错误的。定位方法及定位元件解：定位原理图选择定位元件定位方法及定位元件【例4 】 当两小孔的设计基准改为大孔中心时（如下图），应如何来设计定位方案？ 提示：应使两小孔的设计基准大孔中心与定位基准重合。第一定位基准：底平面（支承板）第二定位基准：大孔（短销）第三定位基准：下侧面（限制1个自由度）（活动窄支承板）2.3 定位误差及其分析计算2.3.1 基本概念要保证零件加工精度，则需满

17、足以下条件： 总 其中总为多种原因产生的误差总和；是工件被加工尺寸的公差。总包括（1）夹具在机床上的装夹误差，（2）工件在夹具中的定位误差和夹紧误差，（3）机床调整误差，（4）工艺系统的弹性变形和热变形误差，（5）机床和刀具的制造误差及磨损误差等 。2.3 定位误差及其分析计算2.3.1 基本概念为了方便分析定位误差，常将总化作三个部分：定位误差定安装、调整误差安-调:包括夹具在机床上的装夹误差、机床调整误差、夹紧误差以及机床和刀具的制造误差等。加工过程误差过：包括工艺系统的弹性变形和热变形误差以及磨损误差等。为保证加工要求，上述三项误差合成后应小于或等于工件公差。2.3 定位误差及其分析计算

18、2.3.1 基本概念即： 定+ 安-调+ 过 在对定位方案进行分析时，可以假设上述三项误差各占工件公差的1/3。则有： 定 /3 此就是夹具定位误差验算公式。2.3 定位误差及其分析计算2.3.1 基本概念1）定位误差的基本概念用夹具装夹加工一批工件时，由于定位不准确引起该批工件在某加工精度参数（尺寸、位置）的加工误差，称为该加工精度参数的定位误差（简称定位误差）。2)定位误差的大小：定位误差指一批工件在夹具中定位时，工件的设计基准（或工序基准）在加工尺寸方向上的最大变动量，以dw 表示。（工序基准的位置变动将对加工精度有直接影响）问题？用逐件试切法加工是否存在定位误差？2.3 定位误差及其分

19、析计算2.3.2 定位误差产生的原因12200.1500.2B200.1500.2Axz30假设调刀尺寸：30但总长500.2，加工后尺寸200.2图纸要求200.1，产生废品？注：1、根据一批工件的定位由一种可能的极端位置变为另一种极端位置时， 和 的方向的异同，以确定公式中的加减号。 2、定位基准无位置变动，基准位移误差为零；定位基准与工序基准重合，基准不重合误差为零。2.3 定位误差及其分析计算2.3.2 定位误差产生的原因定位误差包括基准不重合误差 和基准位移误差 即：2.3 定位误差及其分析计算基准不重合误差： 当定位基准和工序基准不重合时，工序基准相对于定位基准在加工尺寸方向上的最

20、大位移量，用 表示。定位基准与工序基准之间必然存在一个联系尺寸L，称为定位尺寸，基准不重合误差就是定位尺寸的公差。在设计夹具时，应尽量使两者重合。2.3 定位误差及其分析计算基准不重合误差： 基准不重合误差jb ：其大小等于工序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）。一次安装加工两孔A和B，孔B在X方向定位基准C与设计基准A不重合，基准不重合误差为联系尺寸22的公差0.22.3 定位误差及其分析计算基准位移误差 ：定位基准相对对刀基准的位置移动产生的定位误差称为基准位移误差。用 表示。基准位移误差与定位基准相对对刀基准的最大位置移动量密切相关。对刀基准：就是调整刀具位置时所用

21、的基准。如图为一套筒类零件放在水平心轴上定位而铣键槽的例子，加工时要保证尺寸b和h，b是由刀具本身的宽度尺寸决定，尺寸h则按心轴中心调整好铣刀的高度位置h1来保证。（即心轴中心就是对刀基准！）基准分析：当保证尺寸h1时：2.3 定位误差及其分析计算 定位基准:工件内孔中心线；工序基准: 工件内孔中心线；对刀基准: 定位心轴的外圆中心线。bbh-h? Dmax?dminhmin基准位移误差产生原因hmax2.3 定位误差及其分析计算由上分析可知：当定位基准和工序基准不重合时，工序基准相对定位基准产生位移，会产生基准不重合误差 当定位副制造不准确时，会引起定位基准相对于对刀基准产生位移，从而产生基

22、准位移误差当两项误差同时发生时，所产生的定位误差为工序基准相对于对刀基准的最大位移 定位误差应表示为： 2.3 定位误差及其分析计算2.3.3 定位误差的计算（1） 平面定位时的定位误差定位基准和对刀基准是重合的，不存在基准位移误差，其可能产生的误差是基准不重合误差。 = 02.3 定位误差及其分析计算2.3.3 定位误差的计算【例1 】加工一批工件如图所示，除了A、B处台阶面其余各表面均已加工完成，现在采用由图所示夹具定位方案加工A、B面，保证尺寸300.1mm和600.06mm，试分析此定位方案产生的定位误差能否满足加工要求。2.3 定位误差及其分析计算2.3.3 定位误差的计算1300.

23、1，定位基准是C，工序基准是孔的轴线，定位尺寸为520.02， （定位基准与对刀基准是同一平面） （工序基准相对于定位基准的位移量） 故可以满足要求 2600.06，定位基准D，工序基准为D，定位基准和工序基准重合，定位基准与对刀基准重合。 ， 所以 2.3 定位误差及其分析计算2.3.3 定位误差的计算【例2 】如下图所示零件的定位方案，求铣A、B两平面时L1、L2、L3、L4的定位误差L1、L2、L3、L4？解：工序基准 ：工序图上工序尺寸的设计基准。对刀基准：调整刀具位置时所用的基准。定位基准 ：在加工过程中使工件占据正确加工位置所使用的基准：定位基准相对对刀基准的最大移动量：工序基准相

24、对于定位基准在加工尺寸方向上的最大位移量。2.3 定位误差及其分析计算2.3.3 定位误差的计算（2） 工件以内孔定位时的定位误差2.3 定位误差及其分析计算2.3.3 定位误差的计算（2） 工件以内孔定位时的定位误差定位面与定位工作面是过盈配合，不存在配合间隙。则：定位面和定位工作面为间隙配合a.心轴（或定位销）水平放置，孔中心线的最大变动量（在铅垂方向上）即为定(固定边接触）2.3 定位误差及其分析计算孔 Dmax=D+TD Dmin=D 轴 dmax=d dmin=d- Td O2O= O2A-OA=(D+TD)/2-(d- Td) /2 O1O= O1A-OA =D/2-d/2 因基准

25、位移造成的加工误差为：jw= O2O- O1O=(TD + Td) /2A定位面和定位工作面为间隙配合a.心轴（或定位销）垂直放置（任意边接触） ，按最大孔和最小轴求得孔中心线位置的最大变动量为：2.3 定位误差及其分析计算jw =TD + Td + Xmin孔 Dmax=D+TD 轴 dmax=d Dmin=D dmin=d- Tdo1oo22.3 定位误差及其分析计算工件以内孔定位时的定位误差（实例）所选定位心轴（或定位销）尺寸当定位孔与心轴过盈配合，或采用自动定心心轴时。 bH1H2H3OBA2e工件圆孔与外圆的同轴度 jw(O)=0dw(H1)=jb(O)=0dw(H2)=jb(B)=

26、dw(H3)=jb(A)=工件以内孔定位时的定位误差（实例）所选定位心轴（或定位销）尺寸当定位孔与心轴指定边接触，（如心轴水平放置）。2.3 定位误差及其分析计算bH1H2H3AOB2e工件圆孔与外圆的同轴度dw(H1)=jw(O) =dw(H2)=jw(O)-jb(B) =dw(H3)= jw(O)+jb(A) =工件以内孔定位时的定位误差（实例）2.3 定位误差及其分析计算所选定位心轴（或定位销）尺寸当定位孔与心轴任意边接触，（如心轴垂直放置）。bH1H2H3OAdw(H1)=jw(O) =dw(H2)=jw(O)jb(B) = =dw(H3)= jw(O)+jb(A) =2.3 定位误差

27、及其分析计算说明 由于定位误差为基准不重合误差与基准位移误差组合而成。计算时，先算出jb和jw，然后将两者组合而得dw。 jb0，jw0时，dwjb； jb0，jw0时，dwjw； jb0，jw0时：如果工序基准不在定位基面上，即jb与jw无关联时，dw=jb+jw；如工序基准在定位基面上，即jb与jw有相关性时，dw=jbjw。2.3 定位误差及其分析计算“+”“-”号的确定方法： 分析定位基面直径由大变小 (或由小变大)时，定位基准的变动方向；当定位基面直径作相同变化时，设定位基准的位置不变动，分析工序基准的变动方向；两者的变动方向相同时，取“+”号，两者的变动方向相反时，取“-”号。或者

28、 ：在工序尺寸方向上，工件的工序基准与工件与定位元件的定位接触点位于工件定位基准同侧时，合成，异侧时，合成+。97【例3 】有一批如图所示的工件，外圆为 ， 内孔为 ，两端面均已加工合格，并保证外圆对内孔的同轴度误差 在范围内。今按图示的定位方案，用 心轴定位，在立式铣床上用顶尖顶住心轴铣槽子。除槽宽要求外，还应保证下列要求：（1）槽的轴向位置尺寸：（2）槽底位置尺寸：试分析计算定位误差，判断定位方案的合理性。用心轴定位内孔铣槽工序的定位误差分析计算 98解：（1）对尺寸 而言： 工序基准、定位基准和对刀基准都是工件左端面，平面定位。所以 ， ，(2)对尺寸 来说： 尺寸 的定位误差： 工序基

29、准为外圆下母线， 定位基准为内孔中心线， 对刀基准为心轴中心线。 定位基准和工序基准不重合，定位尺寸为 （这仅是外圆下母线和外圆圆心之间的位置关系，没考虑同轴度！）99 内孔和外圆有同轴度误差，这项误差会引起的基准不重合误差为： 则（基准不重合误差是这两项之和！）内孔和心轴作间隙配合，所引起的基准位移误差为： 三个量都是独立变量，互不相干，又都在同一尺寸方向上，因此定位误差占尺寸公差的 ，能保证加工要求。1003、V形块定位外圆时的定位误差的分析计算 101 如上图，O为理论圆的中心，O，O”为外圆直径为dmax和dmin，时的圆心位置。在OCO中，oCdmaxdmindo1o1o V形块定位

30、外圆时的定位误差分析计算重要公式：(a) (b) (c) 工序尺寸以H1标注时：工序尺寸以H2标注，其定位误差为：工序尺寸以H3标注，其定位误差为：103【例4 】一批如图（a）所示工件，外圆已经加工合格，现在用V形块定位铣宽度为b的槽，若要求保证槽底的尺寸分别为L1，L2，L3，试分别计算这三种不同尺寸要求的定位误差。（a）bL1L3dT(d)/2L2oMN104d+T(d)/2d-T(d)/2L1minL1max （b）1o1o1dwD1）L1的定位误差105解：1）L1的定位误差 L1工序基准为外圆轴线， 定位基准为外圆轴线。两者不存在基准不重合误差，故 对刀基准为理论圆中心。存在基准位

31、移误差106d+T(d)/2d-T(d)/2L2maxL2min L3max（c）1o1o2dwDL3min 3dwD V形块定位外圆铣槽时的三种不同尺寸要求及其定位误差计算MMNN2）L2尺寸的定位误差107 L2的工序基准:外圆上母线， 定位基准:外圆中心，存在基准不重合误差(工序基准M由于定位圆柱面的制造误差引起的位移)： 对刀基准为理论圆中心。存在基准位移误差：L2尺寸的定位误差108 L2 的定位误差为两者的合成。两者都是由外圆直径的变化同时引起的。所以要判断两者的变动方向。 当外圆直径从大到小时，工序基准M相对定位基准O是向O方向即向下偏移的（如下图所示）。 当放入V形块中后，当外

32、圆直径由大变小时，定位基准（轴心线）相对对刀基准（理论轴中心）也是向下偏移的。 综合起来两者合成方向相同(取+号） 109d+T(d)/2d-T(d)/2L2maxL2min L3max（d）1o1o2dwDL3min 3dwD V形块定位外圆铣槽时的三种不同尺寸要求及其定位误差计算MMNN 3）L3尺寸的定位误差110 L3的工序基准为外圆下母线， L3的定位基准为外圆中心，存在基准不重合误差： 对刀基准为理论圆中心。存在基准位移误差 L3尺寸的定位误差同理：111 L3 的定位误差为两者的合成。两者都是由外圆直径的变化同时引起的。所以要判断两者的变动方向： 当外圆直径从大到小时，工序基准N

33、相对定位基准O是向O方向即向上偏移的（从零件图上看）。 当放入V形块中后，当外圆直径由大变小时，定位基准（轴心线）相对对刀基准（为理论圆中心）是向下偏移的。综合起来两者合成方向相反(取-号）。注意：两者中的大值减小值！工序基准为中心线定位误差极限位置法工序基准为下母线定位误差极限位置法极限位置法工序基准为上母线定位误差115【例5】如图所示，已知， 两外圆同轴度公差为0.02，V形块夹角=90。定位方案如图所示，试计算：（1）铣键槽时尺寸A及对称度的定位误差；（2）若键槽深度要求A= , 键槽对称中心对 轴线的对称度公差为t=0.25，问此定位方案可行否？116解：（1）定位误差的计算1）键槽

34、中心对称度的定位误差（仅有基准不重合误差）： 槽宽的定位基准：小外圆轴心， 槽宽的工序基准：大外圆中心， 槽宽的对刀基准：V形块上小圆的理论圆中心。 由于两外圆有同轴度误差，所以存在基准不重合误差 = 0.02对刀基准和定位基准存在的基准位移误差发生在垂直方向和对称度误差无关。因此在对称度方向上， =0117定位基准：小外圆 轴线，工序基准：大外圆 的下母线，对刀基准：V形块上小圆的理论圆中心 由于定位基准和工序基准不重合，且两外圆有同轴度误差，所以存在基准不重合误差：对刀基准和定位基准存在基准位移误差： 2）A尺寸的定位误差：118 两个误差对尺寸A的影响是相互独立的，因此总的定位误差为：故

35、此定位方案可行。 2）分析定位方案是否可行例6 如图所示三种定位方案，本工序钻1孔，试计算被加工孔的位置尺寸L1、L2、L3的定位误差。2.3 定位误差及其分析计算例6 讨论方案（b）中，定位误差所占工序尺寸公差的比例为？改进方案定位误差为？2.3 定位误差及其分析计算2.3 定位误差及其分析计算2.3 定位误差及其分析计算2.3.3 一面两孔定位误差分析组合表面定位分析: 两个圆柱销及平面支承定位2.3.3 一面两孔定位误差分析两个圆柱销及平面定位：过定位2.3.3 一面两孔定位误差分析 (1) 定位条件假设工件上的孔1与夹具上的定位销1中心重合，如图所示孔1装入的条件：d1maxD1min

36、-Xmin2.3.3 一面两孔定位误差分析情况一：两孔是最小尺寸(D1min，D2min)、两销直径最大(d1max，d2max)、孔间距最小（L-LD），销间距最大（L+Ld），此时外侧相碰：考虑到了安装，在第2销的定位副中增加一最小间隙X2min2.3.3 一面两孔定位误差分析情况二：两孔是最小尺寸(D1min，D2min)、两销是最大尺寸(d1max，d2max)、孔间距最大（L+LD）、销间距最小（L-Ld），此时内侧相碰：2.3.3 一面两孔定位误差分析综合以上两种情况，可知定位销2的直径应满足：实际中，以上情况很少出现，X2min可不考虑，同时，X1min也可起到补偿中心偏差的作用

37、，故定位销2要补偿的中心距偏差值即：2.3.3 一面两孔定位误差分析定位误差分析：基准位移误差：分析计算定位误差时，应按最大间隙来考虑，这时孔心距和销心距相等，定位孔最大，定位销最小2.3.3 一面两孔定位误差分析转角误差：定位孔与销作上、下错位接触，造成工件两孔连心线相对夹具上两销连心线发生偏转，从而产生最大转角误差：由于2.3.3 一面两孔定位误差分析一圆柱销孔和一削边销及平面定位削边后，使孔壁与销相碰部分削去起到缩小定位销2直径的作用，使中心距误差得到补偿，而在垂直于连心线方向上销孔的直径没有变化，所以工件转角误差没有增大，提高了定位精度，有利于保证加工质量 削边销的结构2.3.3 一面

38、两孔定位误差分析 削边尺寸的确定补偿值的确定：削边销基本尺寸当考虑工件安装方便时：当加工精度要求较高时：在实际应用中：具体尺寸可参照有关手册和国标。2.3.3 一面两孔定位误差分析削边销结构削边销结构已经实现标准化2.3.3 一面两孔定位误差分析削边销定位误差计算：基准位移误差：转角误差=2.3.3 一面两孔定位误差分析削边销定位误差计算：在计算某一尺寸的基准位移误差时，要考虑加工尺寸的方向和位置。2.3.3 一面两孔定位误差分析削边销定位误差计算：2.3.3 一面两孔定位误差分析工件以一面两孔定位时的设计步骤和计算（1） 确定定位销的中心距和尺寸公差。销间距的基本尺寸和孔间距的基本尺寸相同，

39、销间距的公差可按下面公式计算：（2） 确定圆柱销的尺寸及公差。圆柱销直径的基本尺寸是该定位孔的最小极限尺寸，其配合一般按g6或f7选取。2.3.3 一面两孔定位误差分析工件以一面两孔定位时的设计步骤和计算 （3） 按表1-6选取削边销的宽度尺寸b1或b及B。 （4） 确定削边销的直径尺寸及公差配合。首先求出削边销与定位孔的最小配合间隙X2min，然后求出削边销工作部分的直径，即d2max=D2min-X2min。削边销与定位孔的配合一般按h6选取。 （5） 计算定位误差， 分析定位质量。 2.3.3 一面两孔定位误差分析工件以一面两孔定位时的设计步骤和计算例如图所示为连杆盖工序图， 欲加工其上

40、的4个定位销孔。根据加工要求， 用平面A和的孔定位。 试设计两定位销尺寸并计算其定位误差。 圆柱销尺寸按g6选取削边销尺寸表削边销尺寸按h6选取2.4 夹紧装置的设计夹紧装置的组成及基本要求（1）力源装置（2）中间传力机构（3）夹紧元件1）改变作用力的方向；2）改变作用力的大小；3）使夹紧实现自锁。1）夹紧时不破坏工件定位后的正确位置； 稳2）夹紧力大小要适当； 牢3）夹紧动作要迅速、可靠； 快4）结构紧凑，易于制造与维修。组成作用基本要求2.4 夹紧装置的设计2.4.2 夹紧力的确定：大小、方向和作用点 （1）夹紧力方向的确定主要夹紧力方向应垂直于主要定位面 。2.4 夹紧装置的设计（1）夹

41、紧力方向的确定夹紧力的作用方向应使所需夹紧力最小。(即尽量和切削力、工件重力方向一致。)2.4 夹紧装置的设计（1）夹紧力方向的确定夹紧力的作用方向尽量与工件刚度最大方向相一致。(减少变形。)薄壁套筒的夹紧a）三爪自定心卡盘夹紧 b）端面夹紧2.4 夹紧装置的设计（2）夹紧力作用点的确定与支承点“点对点”对应。（避免形成力偶、位于支撑面内）夹紧力作用点的位置2.4 夹紧装置的设计（2）夹紧力作用点的确定与支承点“点对点”对应。（避免形成力偶、位于支撑面内）夹紧力作用点的位置2.4 夹紧装置的设计（2）夹紧力作用点的确定作用在工件刚度高的部位。（避免变形）夹紧力作用点的位置2.4 夹紧装置的设计

42、（2）夹紧力作用点的确定作用在工件刚度高的部位。（避免变形）夹紧力作用点的位置2.4 夹紧装置的设计（2）夹紧力作用点的确定尽量靠近切削部位。（提高刚度和抗振性)2.4 夹紧装置的设计（2）夹紧力作用点的确定夹紧力反作用力不应使夹具产生影响加工精度的变形。夹紧引起导向支架变形a）不合理 b）合理1一工件 2导向支架 3一螺杆 4镗套2.4 夹紧装置的设计夹紧力过小夹紧不可靠工件产生移动，破坏定位；夹紧力过大变形增大jj增大。夹紧力大小的确定：理论夹紧力Fw :根据切削力F按静力平衡求得；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实际夹紧力Fwk :Fwk =KFw 一般精加工K =

43、1.52，粗加工K = 2.53。2.4 夹紧装置的设计常用夹紧机构（一）斜楔夹紧机构工作原理：利用楔块的斜面将楔块的推力转变为夹紧力，从而夹紧工件2.4 夹紧装置的设计（一）斜楔夹紧机构夹紧力的大小：夹持原则：楔块夹紧工件后应能自锁，1 +2 为自锁条件一般钢铁的摩擦系数为0.10.15，取1 =2 = 57，故1014为了安全可靠，取= 572.4 夹紧装置的设计斜楔夹紧机构受力分析设1 =2 =，当10，可用下式近似计算FJ = FQ / tan（2)1 2一般1 =2 = =57，故当1014时自锁，一般取=68以斜楔为研究对象，夹紧时根据静力平衡原理，有 FQ = F1+ FRX F

44、1 = FJ tan1 FRX = FJ tan(2)FJ = FQ / tan1tan(2)设1 =2 =，当10，可用下式近似计算FJ = FQ / tan（2)夹紧力FQ去除，斜楔受到F1、FRX作用，要能自锁，必须满足下式 F1 FRX F1 = FJ tan1 FRX = FJ tan(2) tan1 tan(2) 即 1 ( 2) 或 1 2一般1 =2 = =57，故当1014时自锁，一般取=68常用夹紧机构斜楔夹紧的特点：结构简单，有增力作用。 一般扩力比Q/F2.5。楔块夹紧行程小，增大行程会使自锁性能变差操作不便，夹紧和松开均需敲击楔块材料：通常用20钢渗碳，淬硬5862H

45、RC 偏心轮、凸轮、螺钉为楔块的变种常用夹紧机构（二）螺旋夹紧机构2.4 夹紧装置的设计（二）螺旋夹紧机构工作原理：螺旋相当于斜楔绕在圆柱体上形成，所以夹紧工件仍是楔紧作用。 结构形式： a) 结构简单，但易压伤工件表面，且易带动工件旋转；b)带有摆动压块，克服了上述不足 2.4 夹紧装置的设计（二）螺旋夹紧机构结构形式：光面用a)，毛面用b)2.4 夹紧装置的设计（二）螺旋夹紧机构夹紧力计算：W夹紧力；Q原动力；L作用力臂；螺纹升角；d0螺纹中径；1螺母摩擦角；2端部摩擦角；r端部当量摩擦半径。圆周分力T=T1+T2此页为备注 2、螺旋夹紧机构原始作用力为Q，则施加在手柄上的力矩TQL。摩擦

46、力矩T1= F2 r= rW tan2。 圆周分力对螺杆产生的力矩T=T1+T2圆周分力2.4 夹紧装置的设计（二）螺旋夹紧机构特点：1）结构简单，多数用在手动夹紧的夹具中;2）具有良好的自锁性，夹紧可靠；3）具有较大的增力比，约为80，远比斜楔夹紧力大；4）夹紧行程不受限制；5）但夹紧行程大时，操作时间长。夹紧动作较慢，效率低。所以通常使用一些快撤装置。2.4 夹紧装置的设计（二）螺旋夹紧机构常用的几种快撤装置：2.4 夹紧装置的设计（二）螺旋夹紧机构常用的几种快撤装置（实物照片）：2.4 夹紧装置的设计（三）偏心夹紧机构工作原理：利用转动中心与几何中心偏移的圆盘或轴作为夹紧元件2.4 夹紧

47、装置的设计（三）偏心夹紧机构圆偏心夹紧原理及其几何特性偏心夹紧实质是一种斜楔夹紧，可将偏心轮视为一种楔角变化的斜率，如图各点升角不等， M、N处升角为为0， P处升角最大。2.4 夹紧装置的设计（三）偏心夹紧机构圆偏心夹紧的夹紧力W夹紧力；Q原动力；L动力力臂； 夹紧楔角；转动中心O2到作用点P间的距离；1轮周作用点的摩擦角；2转轴处的摩擦角。M=P l =Q1 或 Q1 P l /因为p很小，Q1Q1cosp= FQ 2.4 夹紧装置的设计（三）偏心夹紧机构圆偏心夹紧的自锁条件P点夹紧时能自锁，则可保证其余各点均可自锁，即p 12tanp=2e/Dp 为安全起见取1=02e/D 22, 取2

48、=0.10.15,D/e1420自锁,D/e叫偏心轮的偏心特性，表示偏心轮的工作可靠性2.4 夹紧装置的设计（三）偏心夹紧机构圆偏心夹紧的扩力比一般取 l =(22.5)D D /2 扩力比约为1213圆偏心的夹紧行程 02e内变化2.4 夹紧装置的设计（三）偏心夹紧机构偏心夹紧的优点：结构简单、操作方便、动作迅速。缺点：圆偏心轮夹紧力小，行程小，自锁性能较差，用于切削力小，无振动，工件尺寸公差不大的场合。 常用夹紧机构（四）其它夹紧机构1）螺旋压板夹紧机构图a)减力增大行程 图b)改变力向 图c) 增力减小行程常用夹紧机构（四）其它夹紧机构定心夹紧机构：定位和夹紧同时实现的夹紧机构。采用定心

49、夹紧机构可减少dw。工作原理：利用“定位夹紧”元件的等速移动或均匀弹性变形来实现定心或对中。特点：“定位夹紧”元件合二为一；始终有：jb=0 主要用在要求定心和对中的场合定心夹紧机构常用夹紧机构（四）定心夹紧机构 1）以等速移动原理工作的定心夹紧机构 （1）三爪卡盘 在夹紧工件的同时实现定心定位。三爪卡盘常用于工件的粗加工和半精加工。 三爪卡盘的结构如图1-74a），定心夹紧原理如图1-74b）。a) b)图1-74 三爪自定心卡盘常用夹紧机构1）以等速移动原理工作的定心夹紧机构(2) 螺旋定心夹紧机构螺旋定心夹紧机构1、2V型块 3螺杆 4、5、6螺钉 7叉型件 8、9、10螺钉常用夹紧机构

50、（四）其它夹紧机构实物照片常用夹紧机构1）以等速移动原理工作的定心夹紧机构(3) 楔式定心夹紧机构 图1-75 斜楔定心夹紧心轴例11滑块 2螺母常用夹紧机构 2）以均匀的弹性变形原理工作的定心夹紧机构 （1）弹簧夹头 工件以外圆柱面定位，用弹簧夹头。图1-77 加工气门用的弹簧夹头1夹具体 2螺母 3销子 4外罩 5弹性套筒 6工件常用夹紧机构 2）以均匀的弹性变形原理工作的定心夹紧机构 （2）液性塑料定心夹紧机构1夹具体；2簿壁套筒；3液性塑料；4滑柱；5螺钉；6限位螺钉常用夹紧机构联动夹紧机构 在夹紧机构设计中，有时需要对一个工件的几个点或多个工件同时进行夹紧，为减少工件装夹时间，简化结

51、构，常采用各种联动夹紧机构，这种机构可以从一处施加作用力，同时在几处或几个方向上对一个或几个工件同时进行夹紧。 常用夹紧机构联动夹紧机构 双向联动夹紧机构1螺母 3工件 2杠杆 5螺杆 8夹具体 9、10压块下图所示的联动夹紧机构，夹紧力作用在两互相垂直的方向上，称为双向联动夹紧机构。常用夹紧机构联动夹紧机构 平行联动夹紧机构1螺母 2、6压板 3工件 4杠杆 5、7螺杆 8夹具体 9、10压块 下图所示的夹紧机构两夹紧点的方向相同，称为平行联动夹紧常用夹紧机构联动夹紧机构 多件联动夹紧机构 下图所示的夹紧机构为多件联动夹紧机构，图a为串联式，图b为并联式。2.5 各类机床夹具及设计要点车床夹

52、具车床夹具一般都安装在车床主轴端部，加工时夹具随机床主轴一起旋转，装在刀架上的切削刀具作进给运动。 CA6140 普通卧式车床车床夹具车床夹具的类型根据工件的定位基准和夹具本身的结构特点，车床夹具可分为以下4类： 1)以工件外圆定位的车床夹具，如各类夹盘和夹头。 2)以工件内孔定位的车床夹具，如各种心轴。 3)以工件顶尖孔定位的车床夹具，如顶尖、拨盘 等。 4)用于加工非回转体的车床夹具，如各种弯板式、花盘式车床夹具。车床夹具心轴类车床夹具图725 手动弹簧心轴1锥体 2防转销 3锥套 4一螺母 5一弹性筒夹车床夹具心轴类车床夹具车床夹具角铁类车床夹具车床夹具角铁类车床夹具车床夹具卡盘类车床夹

53、具车床夹具卡盘类车床夹具车床夹具卡盘类车床夹具车床夹具花盘类车床夹具车床夹具卡盘类车床夹具车床夹具注意事项： 设计卡、花盘类车床夹具应注意事项：结构要紧凑，轮廓尺寸要小，夹具重心尽可能靠近回转轴线，以减少离心力和回转力矩；应设有平衡块，并能调节；避免尖角、突出部分，要加防护罩；夹紧装置应安全可靠。车床夹具车床夹具设计要点(1)车床夹具总体结构为保证夹具工作平稳，夹具的结构应尽量紧凑，重心应尽量靠近主轴端，一般要求夹具悬伸不大于夹具轮廓外径。对于弯板式车床夹具和偏重的车床夹具，通常采用加平衡块(配重)的方法进行平衡。为保证工作安全，夹具上所有元件或机构不应超出夹具体的外廓必要时应加防护罩。要求车

54、床夹具的夹紧机构要能提供足够的夹紧力，且有较好的自锁性，以确保工件在切削过程中不会松动。车床夹具(2)夹具与机床主轴的联接 车床夹具与机床主轴的联接方式取决于机床主轴轴端的结构以及夹具的体积和精度要求。（a）适用于径向尺寸D140mm或D(2-3)d的小型夹具。 （b）、（c）适用于径向尺寸较大的夹具。2.5.2 铣床夹具设计普通卧式铣床立式铣床2.5.2 铣床夹具设计铣床夹具的特点工件安装在夹具上随同机床工作台一起作送进运动铣削为断续切削，冲击、振动大，夹紧力要求较大夹具要有足够的刚度和强度，本体应牢固地固定在机床工作台上铣削加工效率高，工件安装应迅速，要有快速对刀元件铣床夹具的构造主要由夹具体、定位板、夹紧机构、对刀块、定向键等组成2.5.2 铣床夹具设计铣床夹具的主要类型直线进给铣床夹具由于工作台按直线进给方式运动，可加工平面、直