机械制造基础模块8定位和夹紧

本节要点机床夹具概述机床夹具的组成夹具的分类工件定位方法工件定位原理认识机床夹具1装夹装夹又称安装，包括定位和夹紧两项内容。定位

——

使工件在机床或夹具上占有正确位置。夹紧

——为防止工件在切削力、重力、惯性力等的作用下发生位移或振动，对工件施加一定的外力，使其已确定的位置在加工过程中保持不变。定位与夹紧的区别定位不准确，会影响零件加工的尺寸精度与位置精度。夹紧不合理，会产生受力变形，影响零件的形状精度。如:在车床上镗削薄壁套筒的内孔时，应该用均布力夹紧（例如弹簧卡头），而不能用集中力（例如三爪卡盘）夹紧。

一、机床夹具概述2

六点定位原理

要确定其空间位置，就需要限制其6个自由度

将6个支承抽象为6个“点”，6个点限制了工件的6个自由度，这就是六点定位原理。

任何一个物体在空间直角坐标系中都有6个自由度——用

表示工件的定位原理物体的六个自由度六点定位原理简图344六点定位原理的两点说明一、六点支承点必须适当分布5六点定位原理的两点说明二、关于定位方向的确定在外力作用下，与基准紧密结触我们认为工件在某个方向的自由度被限制了，就是在该方向上有了正确的位置，并不表示在受到脱离支承点的外力的作用下也不运动67工件的6个自由度均被限制，称为完全定位。工件6个自由度中有1个或几个自由度未被限制，但能保证加工要求，称为不完全定位。1.完全定位与不完全定位工件的定位形式78完全定位举例

大端面限制:X方向的移动自由度Y、Z的转动自由度

短销限制:Y、Z方向的移动自由度

防转销限制:X方向转动自由度89910不完全定位举例

应该限制:Y、Z方向的移动自由度Y、Z的转动自由度1011不完全定位举例图2-7图2-61112过定位2、过定位的概念：

某一个自由度同时由多于一个的定位元件来限制，这种定位方式称为过定位。

12夹持较长卡盘相关于套筒限制:Y、Z方向的移动自由度Y、Z的转动自由度顶尖限制:Y、Z方向转动自由度一夹一顶夹持部分较长重复限制:Y、Z

方向转动自由度增强工件定位的稳定性13举一反三短销限制:Y、Z方向的移动自由度端面限制:X方向的移动自由度Y、Z的转动自由度大平面限制:Z方向的移动自由度Y、X的转动自由度14结果分析H＞H1,

工件无法装入

H<H1,工件底面无法与夹具底座贴合1516

过定位是否允许，要视具体情况而定：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。有时还是必要的，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）反之，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。1617欠定位工件加工时必须限制的自由度未被完全限制，称为欠定位。欠定位不能保证工件的正确安装，因而是不允许的。图欠定位示例1XZYa）b）BBB1718欠定位示例2

欠定位:如果没有防转销属欠定位1819对定位元件的基本要求（1）足够的精度（2）良好的耐磨性（3）足够的强度和刚度（4）较好的工艺性（5）便于清除切屑

定位元件的基本要求与常用材料19

支承形式：根据所用定位元件是否起限制自由度作用、能否调节等分为：

固定支承；可调支承；自位支承（或称浮动支承）辅助支承。可调支承—支承点位置可调

自位支承—支承点可以自动调整其位

置以适应定位表面变化支承钉支承板限制自由度的支承支承定位辅助支承—不限制自由度，不起定位作用，只起支承作用以加强支承刚度的支承固定支承一、工件以面定位时的定位元件201.固定支承固定支承定位元件：支承钉、支承板。支承钉形式：用于工件侧面定位，防止工件滑动用于工件已经加工过的平面定位用于工件以毛坯面定位a）平头支承钉b）球头支承钉c）齿纹头支承钉21支承板形式：

都可用于工件已加工表面定位。A型支承板结构简单，但孔边切屑不易清除干净，适用于侧面和顶面定位；B型支承板便于清除切屑，适用于底面定位。支承板结构形式支承板定位简图A型B型222.可调支承多用于毛坯面定位，每批调整一次，以补偿各批毛坯误差

a)圆头可调支承b)锥顶可调支承c)网状平头可调支承1—调整螺钉2—紧固螺母

调节到位后应用螺母将支承钉锁紧。多用于粗基准。定位作用与支承钉相同。23242.可调支承

可调支承

24■可调支承应用实例可通过调整右方支承钉高度，控制2个毛坯孔与铣削后的B面的距离误差大小，以保证镗孔工序余量均匀。可通过调整支承钉的轴向位置，在轴上钻与左端面不同距离要求的径向孔。25263.自位支承在工件定位过程中，能自动调整位置的支承称为自位支承（也称浮动支承）。可提高工件的装夹刚度和稳定性。一般只限制一个自由度，即一点定位。2627

自位支承的结构形式a）b）c）27

指在工件定位过程中，不限制工件自由度、用于辅助定位的支承。它不是定位元件。作用：提高工件的装夹刚度、稳定性和可靠性，防止工件产生变形或定位不稳定。

注意：支承位置应选在有利于工件承受夹紧力和切削力的位置。4.辅助支承

辅助支承应用实例加工面

辅助支承28

定位元件有：圆柱定位销、定位心轴、圆锥销。

1.圆柱定位销

结构形式及特点：如图示。按与工件孔配合长径比分为长、短圆柱销。长圆柱销可限制4个自由度；短圆柱销可限制2个自由度。圆柱定位销典型结构用于较小内孔用于较大内孔以内孔和端面组合定位时（带支承环）二、工件以内孔定位时的定位元件293030

2.定位心轴结构形式及特点，除图示三种结构外，还有花键心轴。限制五个自由度，限制四个自由度，限制五个自由度，a）锥形心轴（锥度1／1000-1／5000）定位心轴结构1-导向部分2-传动部分12-定位部分b）过盈配合圆柱心轴c）间隙配合心轴（带轴肩）3112.圆锥销图示为工件以圆孔在圆锥销上定位的示意图。固定圆锥销限制工件三个移动自由度。图a)用于粗基准定位，图b)用于精基准定位。

圆锥销定位a)粗基准定位用圆锥销b)精基准定位用圆锥销32三、工件以外圆柱面定位常用的定位元件主要有：V形块、定位套、半圆套。1.V形块

结构形式、特点及应用，如图示。工作面夹角常取60°、90°、120°，90°应用最多。

用于短圆柱面。限制用于较长或两段较远圆柱面限制，工作面镶有淬硬钢或硬质合金块接触面2-5㎜两侧为斜面用于粗基准a）短V形块b）2个短V形块组合c）V形工作面镶块d）窄工作面V形块33工件以V形块定位应用实例◆2个短V形块组合定位长圆柱工件34定位基准的选择定位准的选择定位基准的选择不仅影响工件的加工精度，而且对同一个被加工表面所选的定位基准不同，其加工工艺路线也可能不同。因此，选择定位基准是十分重要的。加工毛坯时，只能用工件毛坯上未经加工的表面作定位基准，这种定位基准称为粗基准。用已经加工过的表面作定位基准，称为精基准。35（1）粗基准的选择选择粗基准主要考虑如何保证各加工表面都有足够的加工余量，保证不加工表面与加工表面之间的位置尺寸要求，同时为后续工序提供精基准。选择粗基准的原则：①选择不加工表面作粗基准，以保证加工面与不加工面的位置尺寸要求。装夹A面，并找正A面轴线与车床回转中心同轴。从而保证不加工面的位置尺寸。若工件上有几个不需加工的表面，应选其中与加工表面间的位置精度要求较高者为粗基准。36保证相互位置要求原则：如果必须保证工件上加工面与不加工面的相互位置要求，则应以不加工面作为粗基准。

外圆面1的轴线内孔3的轴线以外圆面作为加工内孔时的粗基准37

冲压模座的粗基准选择如图所示，下模座上表面B是安装其他模板的基准面，要求其加工余量均匀。此时就需将上表面B作为粗基准，先加工出模座的下表面A，再以下表面A作为精基准加工上表面B，这时上表面B的加工余量就比较均匀，且又比较小。②选择要求加工重要表面作粗基准。3839粗基准在一个定位方向上只允许使用一次例如下图所示零件，如第一道工序以不加工外圆表面1定位，加工内孔2，若第二道工序仍以外圆表面定位加工均布孔4，则孔4将与孔2轴线产生较大的平行度误差。正确的工艺方案应以已加工过的内孔2定位加工均布孔4。40

如图所示导套零件的加工，如果重复使用毛坯表面B定位分别加工表面A和C，必将使A、C两表面产生较大的同轴度误差，因此该零件的粗基准应选择表面A或C。只有零件的毛坯精度较高，相应的加工面位置精度要求不高，重复装夹产生的加工误差能控制在允许的范围内，这时的粗基准才允许重复使用。导套错误装夹41（2）精基准的选择选择精基准，主要应考虑如何减少定位误差，保证加工精度，使工件装夹方便可靠。选择精基准的原则：①基准重合原则：选择设计基准作为定位基准，避免基准不重合带来误差。42

(a)工序简图(b)加工示意图(c)加工误差

基准不重合误差示例图

基准重合安装示意图图(b)定位基准A与设计基准B不重合。图(c)以B面定位加工C面，使得基准重合，此时尺寸a的误差对加工尺寸c无影响，尺寸c的公差容易保证。43②基准统一原则：选择几个被加工面或几道工序都能用的定位基准为精基准。基准统一，不仅可避免基准变换引起的定位误差，而且一次装夹能加工多个表面，有利于保证各加工表面的位置精度，有利于提高生产率。如图所示，选择两相邻的侧面做基准，加工全部孔，符合基准统一的原则。44③自为基准原则：加工表面余量小而均匀时应尽可能用加工表面自身为精基准。例如，铰刀铰孔、无心磨床磨外圆、都是以加工表面本身为定位基准。机床导轨精加工余量小而均匀，用百分表找正加工表面自身为基准，进行磨削加工，符合自为基准原则。45采用互为基准磨内孔和外圆a)工件简图b)磨内孔c)在心轴上磨外圆④互为基准原则：当两个表面之间的位置精度较高，加工余量小而均匀时，多以两表面互为基准加工。如导套的加工，先装夹外圆以外圆柱面定位，磨内孔；然后再以加工好的内孔在芯轴上定位，磨外圆，从而达到较高的同轴度。461.夹紧装置的组成和基本要求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装置，称为夹紧装置47夹紧装置的组成动力装置产生夹紧作用力的装置传力机构直接与工件接触完成夹紧作用的元件夹紧元件

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。作用直接与工件接触完成加紧作用48夹紧装置的设计原则工件不移动原则夹紧过程中，应不改变定位后所占据的正确位置工件不变形原则夹紧力的大小要适当，既要保证夹紧可靠，又应使工件产生加工精度不允许的变形49工件不振动原则对刚性差的工件，或进行断续切削，提高支承零件和夹紧零件的刚性，避免工件和夹紧系统的振动安全可靠原则夹紧传力机构夹紧行程应足够，操作方便、安全，劳动强度低，生产效率高经济实用原则夹紧装置的自动化和复杂程度与生产纲领相适应，有良好的工艺性和经济性5051夹紧力三要素：方向、大小和作用点确定夹紧力就要确定夹紧力的方向、作用点和大小确定时，应根据工件的结构特点、加工要求，并结合工件加工中的受力状况及定位元件的结构和布置方式等综合考虑二、夹紧力的确定5152

1.夹紧力方向的确定(1)夹紧力的方向应垂直于主要定位基准面。

图夹紧力方向的选择522）夹紧力的作用方向应使所需夹紧力最小5354(3）夹紧力的方向应尽量与工件刚度最大的方向相一致，以减小工件变形。例如薄壁套筒工件，它的轴向刚度比径向刚度大，用轴向夹紧工件，不易产生变形。541）夹紧力应作用在刚度较好部位2．夹紧力作用点的确定5556（2）夹紧力的作用点应落在定位元件的支承范围内，以保证工件已获得的定位位置不变。如下图所示，夹紧力的作用点不在支承元件范围内，产生了使工件翻转的力矩，破坏了工件的定位。图夹紧力作用点的位置2．夹紧力作用点的确定56