第四章工件的定位和机床夹具

第四章工件的定位和机床夹具第一节基准的概念和工件的安装一、基准的含义:用来确定其它点、线、面的位置所依据的那些点、线、面称为基准。一）设计基准：零件图上使用的基准。二）工艺基准：零件在加工、测量、装配等工艺过程中所使用的基准。1.工序基准：确定本工序被加工表面加工后的尺寸、位置的基准。图4—2所示2.定位基准：工件在机床上或夹具中占有正确位置所采用的基准。3.测量基准：用来确定被测量尺寸、形状和位置的基准。4.装配基准：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。二、工件的装夹方法一）定位与装夹1.定位：确定工件在机床上或夹具中占据正确的位置的过程。2.夹紧：将定位后的工件固定，使其在加工中保持位置不变的过程。3.装夹：工件在机床上或夹具中定位、夹紧的过程。4.机床夹具：用来装夹工件的装置。二）工件装夹方法1.找正装夹方法2.夹具自动装夹方法第二节机床夹具的组成及其分类一、夹具的组成（图4-8）1.定位元件和夹紧装置2.对刀、导向元件3.夹具连接元件4.其它装置和元件5.夹具体二、夹具的分类1.专用夹具（图4-9）2.组合夹具3.成组夹具（4-10图）第三节工件的定位原理一、工件定位原理工件定位，就是要使工件在夹具中占据某个确定的正确加工位置。工件定位可归纳为以下三点：1、一个工件在空间有六个不定度；2、运用各种定位元件限制工件某一方向上的不定度，工件在该方向上的位置就确定了。3、通过多个定位元件的组合，限制一定数目的不定度，才可满足该工序的加工精度要求。工件定位一般有下述四种情况：

完全定位部分定位欠定位重复定位在工件定位分析中，常将定位元件抽象为定位支承点。（一）完全定位：工件在夹具中定位时，六个不定度均被限制，称为完全定位。（二）部分定位：工件在夹具中定位时，六个不定度没有被全部限制，称为部分定位。此时可能有两种情况：1、由于工件结构特点，不必限制所有不定度2、由于加工精度要求，不必限制所有不定度（三）欠定位：工件在夹具中定位时，若定位支承点数目少于工序加工所要求的数目，工件定位不足，称为欠定位。（四）重复定位：工件在夹具中定位时，若几个定位支承点重复限制一个或几个不定度，称为部分定位。*当以形、位精度较低的毛坯面定位时，不允许重复定位。*为提高定位稳定性和刚度，以加工过的表面定位时，可以出现重复定位。当以两个或两个以上的组合表面定位时，重复定位可能造成不良后果。

为减少重复定位造成的加工误差，可采取如下措施：（1）改变定位元件结构（2）撤消重复定位的定位元件：（3）提高工件定位基准之间、定位元件定位面之间的位置精度。常见加工形式应限制的自由度见表4-2。第四节常见定位元件和工件在夹具中的定位误差分析一、定位元件的选择定位表面不同，应选择不同的定位元件（一）平面定位元件1、主要支承：工件定位时起主要定位支承作用（1）固定支承：定位支承点的位置固定不变的定位元件，称为固定支承。（2）可调支承：定位支承点的位置可以调节的定位元件，称为可调支承。主要用于以制造精度不高的毛坯面定位的场合。（3）自位支承：定位支承点的位置随工件定位基准位置变化而自动与之适应的定位元件，称为自位支承。自位支承一般只起一个定位支承点的作用。2、辅助支承：只起提高工件支承刚性或辅助定位作用的定位元件，称为辅助支承。（二）圆孔表面定位元件

主要有：定位销、刚性心轴和小锥度心轴1、定位销固定式定位销：可换式定位销：

锥面定位销削边定位销：各种规格标准菱形定位销2、刚性心轴：常用于套类零件的定位元件刚性心轴一般由导向、定位及传动三部分组成3、小锥度心轴小锥度心轴可消除工件与心轴之间的配合间隙，提高定心精度。锥度一般取K=1/5000~1/1000（三）外圆表面定位元件常用的有三类定位套：实现定心定位支承板：给外圆定位V型块：实现外圆表面定心、对中定位（1）定位套：长套限制四个不定度，短套限制二个不定度，锥套限制三个不定度，半圆套长四、短二。2）支承板长板限制二个不定度，短板限制一个不定度。3）V型块长V型块限制四个不定度；短V型块限制二个不定度。（四）锥面定位元件当轴类零件要求精确定心时，可以工件上的锥孔作为定位基准。长锥心轴限制五个不定度。两个顶尖配合使用，限制五个不定度。二、定位误差的分析计算（一）定位误差及其计算方法1、定位误差的概念及产生原因：*定位误差：指由于工件定位不准确，而造成工序尺寸或位置要求方面的加工误差。*产生原因：

（1）工件有关表面本身及它们之间在尺寸、位置上存在着公差范围内的差异。（2）夹具定位元件本身及各定位元件之间存在尺寸和位置公差。分析：机床保证了小孔与销的轴线之间的尺寸，但因销孔之间存在间隙，销、孔、外圆均存在尺寸误差，均会引起尺寸H的变化。Hmax：当销最小、孔最大、外圆最大，销孔右边接触Hmin：当销最小、孔最大、外圆最小，销孔左边接触例：孔—销配合例子基准位置误差δ位置（O）：

定位基准O相对于其理想位置Oˊ的最大变动量δ位置（O）

=O1O2=O3O4=TD+Td1+Xmin=Xmax基准不重合误差δ不重合（A）：工序基准A相对于定位基准理想位置Oˊ的最大变动量δ不重（A）=A1A2

=Td/22、定位误差的组成及计算定位误差主要由基准位置误差δ位置（O）和基准不重合误差δ不重合（A）组成。即：δD=δ位置（O）+δ不重合（A）

δ定位（H）=A1A2=Hmax-Hmin=O1O2+d/2-(d-Td)/2=O1O2+Td/2即:δ定位（H）=δ位置（O）+δ不重（A）=O1O2+Td/23、结论（1）定位误差只产生在采用调整法加工一批工件的条件下，若一批工件逐个试切加工，则不存在定位误差。（2）定位误差是由于工件定位不准确而产生的加工误差。他的表现形式为工序基准相对于加工表面可能产生的最大尺寸或位置的变动范围。它的产生原因是工件的制造误差、定位元件的制造误差、两者的配合间隙及基准不重合等。（3）定位误差由基准位置误差和基准不重合误差两部分组成，但并非在任何情况下这两部分都存在。定位基准无位置变动，基准位置误差为零；定位基准与工序基准重合，基准不重合误差为零。（4）定位误差的计算可按定位误差的定义，根据所画出的一批工件定位可能产生定位误差的良种极端位置，再通过集合关系直接求得。也可按定位误差的组成，由公式：

δ定位=δ位置±

δ不重

计算得到，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δ位置和δ不重的方向的异同，以确定公式中的加减号。（二）几种典型表面定位时的定位误差1、平面定位时的定位误差*毛坯表面定位：由于实际表面相对于其理想位置有较大的变动范围，存在基准位置误差。δ定位（H）=

δ位置（M）=ΔH加工过的表面定位

加工过的表面形状误差较小，可以认为基准位置误差为零。δ定位（H）=

δ位置（M）=02、圆孔表面定位时的定位误差（1）工件上圆孔与刚性心轴或定位销过盈配合基准位置误差：δ位置（O）=0基准不重合误差（四）提高工件在夹具中定位精度的措施即如何减少或消除基准位置误差和基准不重合误差。1、减少或消除基准位置误差的措施（1）选用基准位置误差小的定位元件A、以毛坯平面作为定位基准时，可以多点自位支承取代球头支承钉。B、以内孔和端面定位时，可应用浮动球面支承，以减小轴向定位误差。（2）合理布置定位元件在夹具中的位置A、以毛坯平面定位时，尽力增大支承间的间距B、以外圆或外圆组合定位时，亦应尽力增大定位元件间的间距C、应用固定平面支承与活动锥面组合定位

（3）提高工件定位表面与定位元件的配合精度

例如：以内孔或外圆定位时，应尽量减小它与定位元件之间的最小间隙。（4）正确选取工件上的第一、第二和第三定位基准第一定位基准基准位置误差最小，应以直接与加工精度有关的基准作为第一定位基准。2、消除或减小基准不重合误差的措施（1）尽可能以工序基准作为定位基准（2）根据加工精度高低选择第一、第二定位基准

三、工件定位方案设计及定位误差计算举例1、2、槽两侧面C、D对B面的垂直度公差0.05mm3、槽的对称中心面与两孔中心连线之间的夹角为（一）定位方案设计1、按加工精度要求，至少应限制五个不定度，从加工稳定性来说，可限制六个不定度。2、为保证垂直度，应以B面作为定位基准，但因B面较小，为稳定考虑，选择A作为基准。3、为保证角度精度，应以两孔轴线作为定位基准。定位方案铣槽工序（二）定位误差计算1、槽的垂直度误差较易保证，不必计算。2、角度误差：A、基准重合，不存在基准不重合误差。B、基准位置误差：假定两孔、销的配合均为H7/g6圆柱定位销的直径为削边定位销的直径为四、加工误差不等式加工过程中，产生加工误差的主要因素有以下几方面：1.定位误差δd2.对刀误差δd.d调整刀具与对刀基准时产生的误差。3.安装误差δa夹具安装在机床时，由于安装不准确引起的误差。4.其他误差δc为了保证工件的加工要求，以上四项误差之和应满足δd+δd.d+δa+δc≤T在夹具方案设计时，可将工件公差进行预分配，将工序公差分为三等分：1)定位误差δd=1/3T2)δd.d+δa=1/3T3)δc=1/3T一般在对定位方案进行误差计算时，所求的的定位误差<1/3T就认为定位方案是可行的。第五节工件的夹紧及夹紧装置一、夹紧装置的组成及设计要求（一）夹紧装置的组成：（两个部分组成）1、动力源：手动夹紧：人力提供动力源机动夹紧：以气动、液动、电动等提供动力源。2、夹紧机构：是接受和传递作用力的机构，包括中间递力机构和夹紧元件中间递力机构的作用：a、改变夹紧力方向；b、改变夹紧力大小；c、提供自锁功能。(二)夹紧装置的设计要求1、夹紧力不应破坏定位；2、足以抵抗加工中的各种力和振动；3、工件不应发生过度变形；4、有足够的夹紧行程；5、具有自锁性；6、结构简单、易于操作。常见夹紧机构气动夹紧机构在大批大量生产中广泛采用气动、液压、电磁、真空等机动夹具。1气压传动系统如图所示，电动机带动空压机产生0.7～0.9MPa的压缩空气，经冷却器进入储气罐备用，经水气分离器滤去水分和杂质，再经过调压阀使压力降低到0.4～0.6MPa并稳定在调定压力，然后再经油雾器混以雾化油，保持系统中元件的润滑。再经单向阀、换向阀和节流阀进入活塞式气缸和薄膜式气缸进行夹紧工作。气压传动夹紧机构的组成可见气压传动夹紧机构的组成如下：

动力装置——电机+空压机（压缩空气，0.7～0.9MPa）；

传递机构——气缸、活塞；

执行机构——杠杆、铰链、楔块等；

辅助装置——水气分离器、调压器、油雾器、配气阀等。3气压夹紧的特点▲操作方便迅速、反应灵敏，易于自动化；▲空气取之不尽，废气直接排入大气无污染，但有噪声；▲空气具有可压缩性，夹紧刚度不高，需设置自锁机构；▲因工作压力不高，夹紧力不够大，需借助扩力机构，结构比较庞大。液动夹紧机构用压力油作为动力源，通过管道、液压阀、液压缸等元件夹紧工件如图。1液压传动系统

2.液压夹紧系统的组成动力装置——电机11+油泵3（压力油，5～6MPa）；传递机构——油缸、活塞6；执行机构——杠杆、铰链10、楔块等；辅助装置——油箱1、过滤网2、溢流阀4、单向阀8、换向阀7、储能器5、压力表9等。3液压夹紧特点

优点液压具有气压夹紧的各种优点，缺点对密封性能要求高，需要一套压力油供应系统，为单一夹具设置此系统不经济。图8-51为直接作用式气-液联合增压虎钳示意图，联动夹紧机构为了提高生产率，充分利用机床的走刀行程，在批量较大的情况下，常采用多件同时加工，这时设计的夹具必须保证多件同时夹紧，且必须保证各个工件的加工精度。

形式有：多件平行夹紧和多件依次夹紧多件平行夹紧多件依次夹紧一多件平行夹紧

图所示为多件平行夹紧夹具，在设计时应注意，由于一批工件尺寸大小不一，夹紧元件应作成浮动式，如图b所示。否则有的工件可能夹不紧，如图a所示，只能夹紧尺寸大的工件。二多件依次夹紧

图8-54所示为多件依次（顺序）夹紧夹具。设计时应注意的是，当工件由于尺寸误差大，使定位兼夹紧元件的V形块发生绕销子的偏转,导致工件也发生偏转时,不得影响工件的加工精度。如果此工序是加工连杆盖的上部，显然此夹具不能用。因此，此夹具只能用于加工连杆盖两侧面。二、夹紧力的确定大小、方向、作用点（一）夹紧力的方向1、夹紧力的方向应垂直于主要定位基准面主要定位基准面面积大、精度高、限制不定度数目多，二者垂直，有利于准确定位。多向施力与一力多用2、夹紧力的方向应有利于减小夹紧力

（二）夹紧力的作用点（选择原则）1、所选作用点，应保证定位稳定，不破坏定位2、应尽量减小夹紧变形措施：增大受力面积，合理布置作用点3、作用点尽量靠近切削部位，也可设辅助支承（三）夹紧力的大小夹紧力太小，不足以抵抗加工中的各种力；夹紧力太大，易造成工件、夹具的较大变形。实际夹紧力W0一般为理论夹紧力W乘以安全系数K，即：W0=KW一般安全系数K=1.5~3粗加工K=2.5~3精加工K=1.5~2三、夹紧机构设计常用夹紧机构：斜楔、螺旋、圆偏心、定心对中、联动夹紧机构。（一）斜楔夹紧机构1、作用原理及夹紧力斜楔受力：Q：外力;W’：工件对斜楔的作用力，由夹紧反力W、摩擦力Fμ2合成；N’：夹具对斜楔的作用力，由反力N、摩擦力Fμ1合成。根据静力平衡方程：ΣX=0Q-N’sin(α+φ1)-W’sinφ2=0-----1ΣY=0N’cos(α+φ1)-W’cosφ2=0-----2W=W’cosφ2=N’cos(α+φ1)W’=W/cosφ2N’=W/cos(α+φ1)将结果代入1式，则：Q-Wtg(α+φ1)-Wtgφ2=0得：W=Q/[tg(α+φ1)+tgφ2]由于α、φ1、φ2均很小，且一般取φ1=φ2=φ,则近似有：W=Q/(tgα+2tgφ)一般情况下，取φ1=φ2=4º~6º，α=6º~10º2、结构特点（1）自锁性：外力Q消失后，机构在摩擦力作用下，仍能夹紧工件的能力。斜楔具有自锁性的受力分析其铅垂方向的受力需满足：斜楔自锁条件为：楔角小于斜楔与工件及斜楔与夹具体之间的摩擦角之和。一般φ1=φ2=6º，因此取α<=12º实际取α=6º，这时tg6º=0.1=1/10（2）斜楔能改变原始作用力的方向（3）斜楔具有增力作用：其增力比为：ip=W/Q=1/[tg(α+φ1)+tgφ2]α越小，增力比越大。（4）斜楔夹紧行程小：α越大，夹紧行程越大，但自锁性越差。双升角斜楔具有较大的夹紧行程，