第三节机床夹具定位机构的设计

第三节机床夹具定位机构的设计1---定位原理分析补充：工件的装夹1、工件装夹的概念

在机床上对工件进行加工时，为了保证加工表面相对于其他表面的尺寸和位置精度，首先需要使工件在机床上占有准确的位置，并在加工过程中承受各种力的作用而始终保持这一准确位置不变。

定位：使工件获得正确的加工位置

夹紧：固定工件的正确加工位置定位夹紧的过程统称为工件的装夹。

工件的装夹的方式有：先定位后夹紧和夹紧过程中同时实现定位两种2、工件装夹的方法方法一：找正安装法直接找正法和划线找正法方法二：夹具安装

采用第一种方法装夹工件时，一般要先按图样要求在工件表面划线，划出加工表面的尺寸和位置，装夹时用划针或百分表找正后再夹紧。这种方法无需专用装备，但效率低，一般用于单件和小批生产。批量较大时，大都采用夹具装夹工作

直接找正安装毛坯孔加工线找正线划线找正安装直接找正装夹——

精度高，效率低，对工人技术水平要求高划线找正装夹——精度不高，效率低，多用于形状复杂的铸件3、定位的概念

定位：工件加工前，在夹具中占据“确定”、“正确”加工位置的过程。或者说：一批工件先后装到夹具中，都能占据一致正确加工位置的过程。注：本节主要讲什么是“确定”、“正确”的加工位置。

基准定位基准工序基准装配基准测量基准设计基准工艺基准用于确定零件上其它点、线、面位置所依据的那些点、线、面。设计图样上所采用的基准就是设计基准。（图）在加工时用于工件定位的基准，称为定位基准。（图）1、粗基准2、精基准3、辅助基准4、主要基准5、附加基准在加工中或加工后用来测量工件时采用的基准在装配时用来确定零件或部件在产品中相对位置所采用的基准在工序图上使用的基准。加工、测量、装配过程中使用的基准。4、基准的相关概念图2钻套的设计基准图3齿轮的装配基准图4工件钻孔工序简图一、六点定位原理：工件在没有采取定位措施之前，与空间自由状态的刚体相似，每个工件在夹具中的位置可以是任意的、不确定的。存在6个方向的自由度一、六点定位原理：

六点定位原理是指用六个适当分布支撑点来分别限制工件的六个自由度，从而使工件在空间得到确定位置的方法。六点定位原理的四点说明1、“点”的含义：“点”表示对自由度的限制，与直接接触点不同2、支承点必须适当分布三个支承点在一直线上没有限制三个自由度六点定位原理的四点说明3、夹具上的定位元件与工件的定位基准始终保持紧密接触或配合，才能起到限制自由度的作用。六点定位原理的四点说明4、定位与夹紧的概念应分清将夹具上定位元件抽象转化为相应的定位支承点，每个支承点限制某一方面的自由度，并不是说工件已失去了在该方面移动或转动的可能性。这种可能性需要用夹紧装置来限制。六点定位原理的四点说明2006-2162）六点定位原则中“点”的含义是限制自由度，不要机械地理解成接触点。例如，下图所示板状工件安放工作台上限制了3个自由度，是三点定位。实际上，工件与工作台面接触点可能有多个。

2006-217定位是工件在夹具中获得正确的位置；夹紧是保证定好的位置不因外力的作用而发生改变。例如，板状工件安放在平面磨床的磁性工作台上，扳动磁性开关后，工件即被夹紧，其位置就被固定。但工件放在工作台什么位置上并不确定，既可以放在1的位置上，也可以放在2的位置上。

二、由工件加工要求确定工件应限制的自由度数生产现场

应该限制:Y、Z方向的移动X、Y、Z的转动举一反三考考你

应该限制:X、Y、Z方向的移动X、Y、Z的转动2006-220小结：

工件定位时，影响加工精度要求的自由度必须限制，不影响加工精度要求的自由度可以限制也可不限制，视加工时的具体情况而定。

因此，按照工件加工要求确定工件必须限制的自由度数是工件定位中应解决的首要问题。三、定位的分类

大端面限制:X方向的移动Y、Z的转动

短销限制:Y、Z方向的移动

防转销限制:X方向转动1、完全定位：定位元件限制的自由度＝6个

应该限制:Y、Z方向的移动Y、Z的转动2、不完全定位：①定位元件限制的自由度<6个②定位元件限制的自由度≥工件所需限制的自由度完全定位与不完全定位ZYXa）ZYXb）ZYXc）ZYXd）图2-15工件应限制的自由度2006-226工件定位时，以下几种情况允许采用不完全定位

1、加工通孔或通槽时，沿贯通轴的位置自由度可不限制。

2、毛坯（本工序加工前）是轴对称时。

3、绕对称轴的转动自由度可不限制。

4、加工贯通的平面时，除可不限制沿两个贯通轴的位置自由度外，还可不限制绕垂直加工面的轴的角度自由度。3、欠定位工件所需限制的自由度没有全部限制。欠定位不能保证工件的正确安装，因而是不允许的。图2-16欠定位示例XZYa）b）BBB4、过定位

过定位——工件某一个自由度（或某几个自由度）被两个（或两个以上）约束点约束，称为过定位。

过定位分析（桌子与三角架）图2-17过定位分析4、过定位

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。2006-231

第三节机床夹具定位机构的设计2---典型表面的定位方法图2.12辅助支承应用实例

图2.13辅助支承应用实例如下2.20(a)图固定式定位销，中批量以下生产用如下2.20(b)图可换式定位销，大批量以上生产用；图2.15刚性心轴图a动配合心轴图b静配合心轴小结1、平面定位支承钉支承板2、圆孔定位圆柱销圆锥销心轴3、外圆定位

V形块4、圆锥孔定位顶尖组合定位中各定位元件限制自由度分析组合定位：工件以两个或两个以上定位基准的定位，称为组合定位。一、判断准则1）转动不变2）移动若不重复，则不变若重复，则重新判断①根据限制自由度的多少，选定首参和次参②首参不变③移动次参，看工件能否转动。若工件不能转动，则该移动不能转换；若工件能转动，则该移动转换为转动。二应用举例例1

如图2.28工件以两孔一面在两销一面上定位，分析各元件限制的自由度。图2.28两销一面过定位及其改进图2.29三个V形块组合定位分析例2：如图2.29工件以外圆柱在3个短V形块上定位，分析各元件限制的自由度。例3：如图2.30工件以内孔面、平面在圆柱销、支承平面上定位，分析各元件限制的自由度

例4：如图2.31工件以两顶尖孔在两顶尖上定位，分析各元件限制的自由度。图2.31两顶尖组合定位分析例5

如图2.32工件以外圆柱在两V形块上定位，分析各元件限制的自由度。

图2.32V形块组合定位分析右－V1、左－V2三、组合定位中重复定位现象的消除方法⑴如下2.33图使定位元件沿某一坐标轴可移动，来消除其限制沿该坐标轴移动方向自由度的作用。⑵如下2.34图采用自位支承结构，消除定位元件限制绕某个(或两个)坐标轴转动方向的自由度的作用。⑶改变定位元件的结构，消除重复限制自由度的支承，把圆柱销改为削边销就是典型的例子。

⑷提高定位基准之间、定位元之间的位置精度，避免重复定位的干涉。

第三节机床夹具定位机构的设计3---定位误差的分析计算工件加工误差的组成1、装夹误差把工件装夹到夹具上，工件位置不准确在工件上产生的加工误差。（1）定位误差（2）夹紧误差（一般近似为零）2、对定误差夹具在机床上安装位置不准确和夹具于刀具相对位置不准确，在工件上产生的加工误差。（1）夹具位置误差（2）夹具对刀误差3、过程误差加工过程中的磨损、变形、振动等因素造成工件上产生的加工误差。属于随机变量，无法量化。误差不等式：一般人为取：基准与定位副

基准：用来确定生产对象上的几何要素之间的几何关系所依据的那些点、线、面。

基面：基准不一定具体可见（如孔的中心线等），在零件上通常是通过有关具体表面表现出来的，这些表面称为基面。1、基准与基面2、工序基准与定位基准

工序基准：在工序图上用来确定本工序所加工表面的尺寸和形状位置的基准。

定位基准：在加工中可用作定位的基准。3、定位基准（定位基面）与限位基准（限位基面）

定位基准（定位基面）在工件上限位基准（限位基面）在定位元件上4、定位副

将定位基面与限位基面合称为定位副定位误差（△D）是指由于定位不准而造成的加工误差。定位误差基准位移误差(△Y)

基准不重合误差(△B)

定位误差的概念：定义：定位基准相对于限位基准的变动范围在加工尺寸上的投影定义：工序基准与定位基准之间的联系尺寸的公差在加工尺寸上的投影基准位移误差△jw

(△Y)

：由于定位副的制造误差使得定位基准在加工尺寸方向上的最大位移变动量。是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。基准不重合误差△jb

（△B）:由于工序基准与定位基准不重合导致的工序基准在加工尺寸方向上的最大位置变动量;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）。基准不重合误差示例工序尺寸h1：基准不重合误差ΔB为工序尺寸H1：基准不重合误差ΔB为工序尺寸h2：基准不重合误差ΔB为

定位误差包括基准不重合误差和基准位移误差1）基准不重合误差△jb

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）。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0.2基准不重合误差示例基准不重合误差示例基准不重合误差的计算公式——定位基准与工序基准间的尺寸链组成环的公差(mm)；——的方向与加工尺寸方向间的夹角（°）。当定位基准的变动方向与工序尺寸的方向相同时，基准位移误差等于定位基准的变动范围，即：当定位基准的变动方向与工序尺寸的方向不同时，基准位移误差等于定位基准的变动范围在加工尺寸方向上的投影，即:

式中Δi为定位基准的变动范围。2）基准位移误差ΔY

定位误差的计算

由于定位误差ΔD是由基准不重合误差和基准位移误差组合而成的。因此在计算定位误差时，先分别算出ΔB和ΔY，然后将两者组合而得ΔD。组合时可有如下情况：

（1）ΔY≠0，ΔB＝0时，ΔD＝ΔY

（2）ΔY＝0，ΔB≠0时，ΔD＝ΔB

（3）ΔY≠0，ΔB≠0时，如果工序基准不在定位基面上：ΔD＝ΔB＋ΔY

如果工序基准在定位基面上：ΔD＝ΔB±ΔY

“＋”、“－”的判别方法为：

接触点和工序基准相对于定位基准同负异正（或者：定位基准与工序基准的变动方向相同取“+”号，相反取“-”号。）三、单个典型表面定位误差计算：以平面定位时的定位误差：

工件以平面定位时，定位基面的位置可以看成是不变动的，因此基准位移误差为零，即工件以平面定位时

ΔY=0例

如下图所示，以A面定位加工φ30H7孔，求加工尺寸32±0.05mm的定位误差。定位误差分析：(a)图工序基准为C面、定位基准为A面，工序基准与定位基准不重合(联系尺寸L)，

有ΔB≠0，

通过尺寸链计算，L公差为0.05，ΔB=0.05，平面定位ΔY=0；所以ΔD＝ΔB=0.05例：如图2.43两种方案铣平面，试分析定位误差。定位误差分析：(a)图工序基准为A面、定位基准为B面，工序基准与定位基准不重合，

有ΔB≠0，平面定位ΔY=0；ΔD＝ΔB（=0.28）

(b)图工序基准为A面、定位基准为A面，工序基准与定位基准重合，

有ΔB=0，平面定位ΔY=0；ΔD＝0例3.如下图所示，以A面定位加工φ20H8孔，求加工尺寸40±0.1mm的定位误差。

解：设计基准B与定位基准A不重合，因此将产生基准不重合误差。

Δdw=0.15mm2.以内孔在圆柱心轴上定位时的定位误差：定位心轴水平放置：（单边接触）2.以内孔在圆柱心轴上定位时的定位误差：定位心轴垂直放置：③定位心轴与圆孔过盈配合时：若孔与销两者的安装不能保证单方向接触时，则整批工件在同一销上单位时，其定位孔的轴线在空间的变动范围将会扩大一倍，基准位置误差的最大值应为：以定位心轴水平放置时为例：定位误差分析：工序尺寸为H1：定位基准（轴线）与工序基准（轴线）重合，ΔB=0，基准位移误差ΔY=（TD+Td）/2，定位误差ΔD=ΔY工序尺寸为H2：定位基准（轴线）与工序基准（基面上部）不重合，ΔB=TD/2，基准位移误差ΔY=（TD+Td）/2，定位误差ΔD=ΔY-ΔB=Td/2工序尺寸为H3：定位基准（轴线）与工序基准（基面下部）不重合，ΔB=TD/2，基准位移误差ΔY=（TD+Td）/2，定位误差ΔD=ΔB+ΔY工序尺寸为H4：定位基准（轴线）与工序基准（外圆面下部）不重合，ΔB=Td1/2，基准位移误差ΔY=（TD+Td）/2，定位误差ΔD=ΔB+ΔY例：如图加工通槽，保证30°±20′计算定位误差定位误差分析：工序尺寸为角度30°±20′：定位基准（两孔轴线连线）与工序基准（孔轴线与A连线）不重合，ΔB=10′，基准位移误差ΔY=？，定位误差ΔD=ΔY+ΔBΔY=（0.027+0.034）/60*（180/π）=0.05825°=3.5

′ΔD=10′+3.5′=13.5′对于90°±5′这个工序尺寸，ΔD=3.5′（为什么？）3.以外圆在V形块上定位时的定位误差：基准位移误差：3.以外圆在V形块上定位时的定位误差：对于尺寸H1：定位误差分析：工序尺寸为H1：定位基准（外圆轴线）与工序基准（外圆轴线）重合，ΔB=0，基准位移误差ΔY=？，定位误差ΔD=ΔY3.以外圆在V形块上定位时的定位误差：对于尺寸H2：定位误差分析：工序尺寸为H2：定位基准（外圆轴线）与工序基准（外圆下部表面）不重合，ΔB=TD/2，基准位移误差ΔY=0.707TD，定位误差ΔD=ΔY-ΔBΔD=ΔY-ΔB=0.207TD3.以外圆在V形块上定位时的定位误差：对于尺寸H3：定位误差分析：工序尺寸为H3：定位基准（外圆轴线）与工序基准（外圆下部表面）不重合，ΔB=TD/2，基准位移误差ΔY=0.707TD，定位误差ΔB=ΔY+ΔBΔD=ΔY+ΔB=1.207TD三种α角的V形块，在不同标注工序尺寸时的定位误差值（1）当工序尺寸由下素线注出，其定位误差最小；当工序尺寸由上素线注出，其定位误差最大。（2）V形块工作夹角α角越大，其垂直方向定位误差值越小。例：如图2.52加工通槽，已知d1=、d2=、两圆同轴度0.02，保证对称度0.1、A=，分析计算定位误差。定位误差分析：工序尺寸为A：定位基准（小轴外圆轴线）与工序基准（大轴外圆下部表面）不重合，ΔB=Td2/2+同轴度0.02=0.0325，基准位移误差ΔY=0.707Td1=0.0148，定位误差ΔD=ΔY+ΔB=0.0473工序尺寸对称度：定位基准（小轴外圆轴线）与工序基准（大轴外圆下部表面）不重合ΔB=同轴度0.02=0.02，基准位移误差ΔY=0，定位误差ΔD=ΔB=0.02例.如下图所示，用角度铣刀铣削斜面，求加工距离尺寸为39±0.04mm的定位误差。解：ΔB=0mm（定位基准与G工序基准重合ΔY=0.707Tdcosβ=(0.707×0.04×0.866)mm=0.024mmΔD=ΔY=0.024mm4、组合定位时定位误差的分析计算

基准不重合误差的计算与前方法相同，下面重点分析基准位移误差的计算。（1）工件以一面两孔组合定位时的定位误差计算在加工箱体、支架类零件时，常用工件的一面两孔定位，以使基准统一。这种组合定位方式所采用的定位元件为支承板、圆柱销和菱形销。工件以平面作为主要定位基准，限制三个自由度，圆柱销限制二个自由度，菱形销限制一个自由度。菱形销作为防转支承，其长轴方向应与两销中心连线相垂直。D1D2d2d1一面两孔定位误差产生的情形D1D2d2d1ΔD2ΔD1一面两孔定位误差的分析计算①平行于两销连线方向的尺寸该自由度由圆柱销1限制△Y1=△D1+△d1+△1min=△1max=

②当加工要素位于两孔之外时，转动θ1后误差最大；

③当加工要素位于两孔之间时，转动θ2后误差最大；

例：如图2.50工件以两孔一面在两销一面上定位加工孔，试设计两销直径并进行定位误差分析〔10H7(+0.015)〕。

解：

1)销1布右孔d1=10g6=△1=0.0052)∵LK±△K=70±0.05(工件)∴LJ±△J=70±0.02（夹具）3)查表2.1b=4△2=2b/D2（△k＋△J－△1/2）

=8/10×(0.05+0.02－0.005/2)=0.054

d2=(10－0.054)h6=

对30：△B=0△Y=△Y1=0.015+0.009+0.005=0.029∴△D=0.0294)定位误差分析对20：△1max=0.029△2max=0.078

△B=0∴Y=｛［(△2max－△1max)/2］/70｝×30=0.0105△Y=△1max+2Y=0.029+0.021=0.05∴△D=0.05（2）工件以两平面组合定位时的定位误差计算w5、与夹具有关的因素产生的定位误差1）定位基准面与定位元件表面的形状误差；2）导向、对刀元件与定位元件间的位置误差及其本身的形状误差；3）夹具安装误差（与机床之间）；4）夹紧变形（工件、夹具）；5）定位元件之间的位置误差；其它：定位、导向、对刀、定向元件的磨损等。

各种因素产生的误差可按概率法求出总的定位误差：试切法加工时，不需计算定位误差。6、提高夹具定位精度的措施1、提高夹具制造精度2、提高上道工序尺寸或毛坯制造精度3、改变定位元件及定位方案4、改变设计基准5、改变工序尺寸方向例题1：

定位误差的计算方法举例例题2：如右图所示，以A面定位加工Φ20H8孔，求加工尺寸40±0.1mm的定位误差。定位误差的计算方法举例解：

（1）基准不重合误差ΔB：

工序基准为B，定位基准为A，故基准不重合。根据误差合成法方法，有：（2）基准位移误差ΔY：由于平面A与支承接触较好，ΔY＝0（3）定位误差ΔD：ΔD=ΔY+ΔBΔD＝ΔB＝0.15mm定位误差的计算方法举例例题3：定位误差的计算方法举例定位误差的计算方法举例本节结束二应用举例例1

如图2.28工件以两孔一面在两销一面上定位，分析各元件限制的自由度。图2.28两销一面单个定位时：支承平面：限制了：

圆柱销1：限制了：圆柱销2：限制了：

重复限制，分析知实际参与定位先后分不出，假设1首参，限制：综合结果：限制了：且重复限制。2次参，限制了过定位及其改进图2.29三个V形块组合定位分析例2：如图2.29工件以外圆柱在3个短V形块上定位，分析各元件限制的自由度。单个定位时：V1

限制了：V2

限制了：V3

限制了：

2次重复限制，3次重复限制按上准则分析，实际V1、V2较V3先参与，V1、V2参与分不出先后，假设Ｖ１为首参限制了，V2次参限制了；V3最后限制了。例3：如图2.30工件以内孔面、平面在圆柱销、支承平面上定位，分析各元件限制的自由度单个定位时：平面限制了：长销限制了：综合限制了且重复限制

例4：如图2.31工件以两顶尖孔在两顶尖上定位，分析各元件限制的自由度。图2.31两顶尖组合定位分析单个定位时：固定顶尖限制了：转化为：活动顶尖限制了：例5

如图2.32工件以外圆柱在两V形块上定位，分析各元件限制的自由度。

图2.32V形块组合定位分析右－V1、左－V2单个定位时：固定V形块限制了：活动V形块限制了：重复限制了：例

1如下图所示，以A面定位加工φ30H7孔，求加工尺寸32±0.05mm的定位误差。

解：

ΔY=0mm（定位基面为平面）

ΔD=ΔB=0.05mmΔB=0.01+0