机械制造技术基础 课件 【ch05】 工件的定位与夹紧

工件的定位与夹紧“普通高等教育机械类系列教材机械制造技术基础第五章01概述5.1概述01020304稳定地保证加工质量减轻工人的劳动强度，保证安全生产扩大机床的使用范围提高生产率01夹具的作用根据夹具的使用范围，可将其划分为以下几类。1)通用夹具：指在一定范围内可用于加工不同工件的夹具。2)专用夹具：指专为某一工件的某一道工序而设计和制造的夹具。3)成组夹具：一台夹具稍加调整或更换个别零件，便可适用于一组相似工件的装夹，称为成组夹具。4)组合夹具：由标准化夹具零部件组装而成的专用夹具。5.1概述5)随行夹具：是自动化生产线上应用的一种夹具。0102030506定位装置用于确定工件在夹具中占据正确的位置，它由各种定位元件构成。定位装置对刀、导向元件用于确定刀具相对于夹具的正确位置和引导刀具进行加工。。对刀、导向元件夹紧装置用于保持工件在夹具中的正确位置，保证工件在加工过程中受到外力(如切削力、重力、惯性力)作用时，已经占据的正确位置不被破坏。夹紧装置夹具体用于连接夹具上各个元件或装置，使之成为一个整体，并与机床的有关部位相连接，是机床夹具的基础件。夹具体将夹具各个零部件连接为一个整体，确定夹具在机床上正确位置的元件，称为连接元件，如定位键、定位销及紧固螺栓等。连接元件5.1概述02定位基准及定位原理在确定工件的定位方案时，定位基准的选择是否合理，意义十分重大。它不仅影响到工件装夹是否准确、可靠和方便，工件的加工精度是否易于保证，而且影响到工件上各加工表面的加工顺序，甚至还会影响到所采用的工艺装备的复杂程度。5.2定位基准及定位原理基准根据其作用的不同可分为设计基准和工艺基准。设计基准是设计图样上所采用的基准，是标注设计尺寸或位置公差的起点。工艺基准是在工艺过程中所采用的基准。工艺基准按用途不同可分为定位基准、测量基准、工序基准和装配基准。1.设计基准5.2定位基准及定位原理2.工艺基准0102031)定位基准定位基准是在加工中用于工件定位的基准，用该基准可以使工件在机床或夹具上占据确定的位置。2)测量基准测量基准是工件在测量、检验时所使用的基准。3)工序基准工序基准是在工序简图上用来确定本工序加工表面加工后的尺寸、形状、位置的基准，也是该工序所要达到的加工尺寸(工序尺寸)的起点。5.2定位基准及定位原理044)装配基准装配基准是装配时用来确定零件或部件在产品中的相对位置所采用的基准。有时作为基准的点、线、面在工件上不一定具体存在，例如孔或轴的中心线、槽的对称面等。这些假定的基准，必须由零件上某些相应的具体表面来体现，这样的表面称为基准面。例如，图5.2(b)所示钻套零件的内孔中心线并不具体存在，而是由内孔圆柱面来体现的，内孔中心线是基准，而内孔圆柱面是基准面。5.2定位基准及定位原理也就是说，当选择工件上的平面作为定位基准时，该平面也是定位基准面；当选择工件上的内孔或外圆的中心线作为定位基准时，内孔或外圆柱面为定位基准面。任何一个未受约束的物体，在空间都具有六个自由度，即沿三个互相垂直坐标轴的移动(又、Y、Z)和绕这三个坐标轴的转动(又、下、Z),如图5.4(a)所示。因此要使物体在空间具有确定的位置，就必须对这六个自由度加以约束。理论上讲，工件的六个自由度可用六个支承点加以限制，前提是这六个支承点在空间按一定规律分布，并保持与工件的定位基准面相接触。5.2定位基准及定位原理如图5.4(b)所示，在空间直角坐标系的XOY面上布置三个定位支承点1、2、3,使工件的底面与这三个支承点相接触，则工件的乙、又、了三个自由度就被限制。同理，在XOZ面上布置两个定位支承点4、5,并使其与工件侧面相接触，则可限制工件的豆和乙两个自由度。在YOZ面上布置一个定位支承点6与工件的另一侧面接触，就可限制工件的又自由度，从而使工件的位置完全确定。用图中六个合理布置的定位支承点分别去限制工件的六个自由度，从而使工件在空间得到正确位置的方法，称为工件的六点定位原理。5.2定位基准及定位原理值得注意的是，底面上布置的三个支承点不能在同一条直线上，且三个支承点所形成的三角形面积越大越好。侧面上布置的两个支承点的连线不能垂直于底面上三点所形成的平面，且两点之间的距离越远越好，这就是上述所提到的“合理布置”的含义。六点定位原理可用于任何形状、任何类型的工件，具有普遍性。无论工件的具体形状和结构如何，其六个自由度均可由六个定位支承点来限制，只是六个支承点的具体分布形式有所不同。5.2定位基准及定位原理工件的六个自由度完全被限制的定位称为完全定位。按加工要求，允许有一个或几个自由度不被限制的定位，称为不完全定位。在实际生产中，工件被限制的自由度数一般不少于三个。1.完全定位和不完全定位按工序的加工要求，工件应该限制的自由度而未予限制的定位，称为欠定位。工件的同一自由度被两个或两个以上的支承点重复限制的定位，称为过定位(又称重复定位)。2.欠定位和过定位5.2定位基准及定位原理图5.4中工件的定位即为完全定位。5.2定位基准及定位原理工件定位时，并非在任何情况下都要对其六个自由度全部加以限制，要限制的只是那些影响工件加工精度的自由度。如图5.5所示，若在工件上铣键槽，要求保证工序尺寸X、Y、Z及键槽侧面和底面分别与工件侧面和底面平行，那么加工时必须限制六个自由度，即采用完全定位[见图5.5(a)];若在工件上铣台阶面，则要求保证工序尺寸X、Z及其两平面分别与工件底面和侧面平行，那么加工时只要限制除了以外的五个自由度就够了[见图5.5(b)],因为对工件的加工精度并无影响；若在工件上铣顶平面，仅要求保证工序尺寸Z及该平面与工件底面平行，那么只要限制乙、又、三个自由度就够了[见图5.5(c)]。5.2定位基准及定位原理在确定工件定位方案时，欠定位是绝对不允许的。例如在图5.5(a)中，若对沿X轴移动自由度未加限制，则尺寸X就无法保证，因而是不允许的。图5.6所示为两种常见的过定位实例。5.2定位基准及定位原理图5.6(a)所示为用四个支承钉支承一个平面的定位。四个支承点只限制了文、了和乙三个自由度，所以这是重复定位。如果定位表面粗糙，甚至未经加工，这时实际上可能只是三点接触。对于一批工件来说，有的工件与这三点接触，有的工件则与另三点接触，这样，工件在夹具中占有的位置就不是唯一的了。为避免这种情况，可撤去一个支承点，再将三个支承点重新布置，也可将四个支承钉之一改为辅助支承，使该支承钉只起支承作用而不起定位作用。5.2定位基准及定位原理图5.6(b)所示为孔与端面组合定位的情况。由于大端面可限制三个自由度(立、又、艺),而长销可限制四个自由度(X、乙、文、Z),因此又、乙受重复限制而出现了过定位。此时如果工件端面与轴线不垂直，则在轴向夹紧力的作用下，将使工件或定位销产生变形而引起较大误差。为改善此种情况，可采取如下措施：(1)将长销与小端面组合，此时小端面只限制一个自由度ア,如图5.7(a)所示；(2)将短销与大端面组合，此时短销只限制两个自由度，即又和乙，如图5.7(b)所示；(3)将长销与球面垫圈组合，此时球面垫圈也只限制一个自由度了，如图5.7(c)所示。5.2定位基准及定位原理通常情况下，应尽量避免出现过定位。消除过定位及其干涉一般有两种途径：一是改变定位元件的结构，以消除对自由度的重复限制；二是提高工件定位基准面之间及夹具定位元件工作表面之间的位置精度，以减小或消除过定位引起的误差。5.2定位基准及定位原理03常见的定位方式和定位元件及设计要求与材料1.平面定位方式及定位元件3.内孔定位方式及定位元件2.外圆定位方式及定位元件4.组合定位通常工件多以两个或者多个表面组合起来作为定位基准来定位，称为组合表面定位，简称组合定位，5.3常见的定位方式和定位元件及设计要求与材料1)平面定位方式平面作为定位基准，通常根据其限制自由度的数目，分为主要支承面、导向支承面和止推支承面，如图5.8所示。限制工件的三个自由度的定位平面，称为主要支承面。1.平面定位方式及定位元件5.3常见的定位方式和定位元件及设计要求与材料当平面的精度很高时，可以直接将定位元件设计为平面；更多的情况下，往往布置彼此相距较远的三个支承点，使工件的中心落在三个支承点之间，保证工件定位的稳定可靠。限制工件的两个自由度的定位平面，常常做成窄长面，称为导向支承面。在工件定位表面精度不高时，甚至将窄长面的中间部分切除，只保留尽可能远位置上的短面，以确保定位效果的一致性。限制一个自由度的平面，称为止推支承面。这时，为了确保定位准确，往往将平面做得尽可能小。5.3常见的定位方式和定位元件及设计要求与材料2)平面定位元件工件以平面作为定位基准时，常用的定位元件有以下几种。(1)固定支承。固定支承有支承钉和支承板两种形式。在使用过程中，它们都是固定不动的。一个支承钉相当于一个支承点，可限制工件的一个自由度。图5.9所示为三种标准支承钉，其中平头支承钉多用于工件以精基准定位；球头支承钉和齿纹支承钉适用于工件以粗基准定位，可减少接触面积，以便与粗基准有稳定的接触，但球头支承钉较易磨损而失去精度；齿纹支承钉能增大接触面间的摩擦力，但落入齿纹中的切屑不易清除，故多用于侧面和顶面的定位。5.3常见的定位方式和定位元件及设计要求与材料支承板适用于工件以精基准定位的场合。工件以大平面与一大(宽)支承板相接触定位时，该支承板相当于三个不在一条直线上的定位支承点，可限制工件的三个自由度。一个窄长支承板相当于两个定位支承点，可限制工件的两个自由度。工件以一个大平面同时与两个窄长支承板相接触定位时，这两个窄长支承板相当于一个大(宽)支承板，限制工件的三个自由度。宽、窄支承板是根据支承板的宽度相对于工件定位基准面宽度的大小来划分的，当支承板的宽度与一个大的工件定位基准面的宽度相差不大时，认为该支承板是宽支承板，否则认为是窄支承板。5.3常见的定位方式和定位元件及设计要求与材料图5.10所示为两种标准支承板。其中A型支承板结构简单、紧凑，但切屑易落入螺钉头周围的缝隙中，且不易清除，因此多用于侧面和顶面的定位。B型支承板在工作面上有45°的斜槽，且能保持与工件定位基准面连续接触，清除切屑方便，所以多用于底面定位。根据定位的需要，也可按照工件定位基准面的具体轮廓形状，设计非标准的定位支承板，如图5.11所示的圆形支承板。5.3常见的定位方式和定位元件及设计要求与材料可调支承的工作位置可以在一定范围内调整，并可用螺母锁紧。当工件的定位基准面的形状复杂(如成形面、台阶面等)或者各批毛坯的尺寸、形状变化较大且以粗基准定位时，多采用这类支承。可调支承一般仅对一批零件调整一次，其典型结构如图5.12所示。其中，图5.12(a)所示的可调支承可用手直接调节或用扳手拧动进行调节，适用于支承小型工件；图5.12(b)所示的可调支承具有衬套，可防止磨损夹具体。图5.12(b)、(c)所示的可调支承必须用扳手调节，这两种可调支承适用于支承较重的工件。(2)可调支承。5.3常见的定位方式和定位元件及设计要求与材料工件在定位过程中，能自动调整位置的支承。常见的浮动支承如图5.13所示：图5.13(a)是球面多点式浮动支承，绕球面活动，与工件做多点接触，作用相当于一点；图5.13(b)、(c)是两点式浮动支承，绕销轴活动，与工件做两点接触，作用相当于一点。(3)浮动支承(或自位支承)。5.3常见的定位方式和定位元件及设计要求与材料这类支承的工作特点是支承点是活动的或浮动的，支承点的位置随工件定位基准面的不同而自动调节；与工件做两点、三点(或多点)接触，作用相当于一个定位支承点，只限制工件的一个自由度；接触点数的增加，提高了工件的装夹刚度和定位稳定性。这类支承主要用于工件以毛坯面定位、定位基准面不连续或为台阶面，以及工件刚性不足的场合。5.3常见的定位方式和定位元件及设计要求与材料2.外圆定位方式及定位元件1)外圆定位方式外圆定位是常见的一种定位方式，其广泛应用在车、磨、铣、钻等加工中。在夹具设计中，常用于外圆定位的定位元件有V形块和定位套等2)外圆定位元件(1)V形块。工件外圆以V形块定位是常见的定位方式之一。V形块的结构尺寸已标准化，两斜面夹角有60°、90°、120°。其中，90°V形块使用最广泛。5.3常见的定位方式和定位元件及设计要求与材料使用V形块定位的优点是对中性好，能使工件的定位基准处在V形块两斜面的对称面内，而不受定位基准面直径误差的影响，且装夹方便。此外，V形块的应用范围较广，既可用于以粗、精基准定位，也可用于完整的圆柱面或局部的圆弧面。图5.14所示为固定V形块的结构，如在轴类工件上铣键槽时，会用到V形块5.3常见的定位方式和定位元件及设计要求与材料图5.15为常用V形块的结构形式。其中图5.15(a)用于较短的外圆表面定位，短V形块相当于两个定位支承点，可限制工件的两个移动自由度；其余三种用于较长的外圆柱表面或阶梯轴，长V形块相当于四个定位支承点，可限制工件的四个自由度，即两个移动自由度和两个旋转自由度。其中图5.15(b)用于以粗基准定位，图5.15(c)用于以精基准定位，图5.15(d)用于工件较长、直径较大的重型工件，这种V形块一般做成在铸铁底座上镶淬硬支承板或硬质合金板的结构形式。5.3常见的定位方式和定位元件及设计要求与材料如图5.16所示，活动V形块可用于定位机构中，能够消除工件的一个移动自由度。此外，它还可用于定位夹紧机构中，可消除工件的一个移动自由度，还有夹紧工件的作用。5.3常见的定位方式和定位元件及设计要求与材料(2)定位套。工件以外圆表面作为定位基准面在圆孔中定位时，外圆表面的轴线是定位基准，外圆表面是定位基准面。定位套有圆定位套、半圆套和圆锥套三种结构形式。图5.17所示为常用的定位套结构形式，为保证工件的轴向定位，常与端面组合定位，限制工件的五个自由度。5.3常见的定位方式和定位元件及设计要求与材料图5.17(a)、(b)为圆定位套结构，其中，长半圆套相当于四个定位支承点，短半圆套相当于两个定位支承点，与工件的配合是间隙配合。图5.17(c)为圆锥套的结构，相当于三个定位支承点。图5.17(d)为半圆套结构，主要用于大型轴类工件及不便于轴向装夹的工件；定位元件是下半圆套，固定在夹具上，起定位作用，它与工件之间的配合是间隙配合；上半圆套是活动的，起夹紧作用。定位套结构简单、制造容易，但定心精度不高，主要用于以精基准定位。5.3常见的定位方式和定位元件及设计要求与材料3.内孔定位方式及定位元件1)内孔定位方式以工件的圆柱孔作为定位基准面，定位可靠，使用方便，在实际生产中获得广泛使用。如齿轮、气缸套、杠杆类工件，常以孔的中心线作为定位基准。常用的定位方法有在圆柱体上定位、在圆锥体上定位、在定心夹紧机构中定位等。工件以圆孔作为定位基准面，与定位元件多是圆柱面与圆柱面配合，具体定位限制的工件自由度数，不仅与两者之间的配合性质有关，还与定位基准孔与定位元件的配合长度L及直径D有关。根据L/D的大小分为两种情形：当L/D>1时，为长销定位，相当于四个定位支承点，限制工件的四个自由度，能够确定孔的中心线的位置；若配合长度较短(L/D≤1),为短销定位，相当于两个定位支承点，限制工件的两个自由度，只能确定孔的中心点的位置。5.3常见的定位方式和定位元件及设计要求与材料2)定位元件(1)定位销。图5.18所示为标准定位销，图5.18(a)、(b)、(c)所示是固定式定位销；图5.18(d)所示是可换式定位销。它们分圆柱销和菱形销两种类型。对于直径为3～10mm的小定位销，根部倒圆，可以提高其强度；定位销的头部应做出15°的倒角，以方便工件的装卸。大批生产中，工件装卸频繁，定位销容易磨损而丧失定位精度，可将可换式定位销与衬套配合使用。圆柱销限制工件的两个移动自由度；菱形销(削边销)限制工件的一个移动自由度。5.3常见的定位方式和定位元件及设计要求与材料(2)圆锥销。圆锥销常用于工件孔端的定位，其结构如图5.19所示。圆孔与圆锥销的接触线是一个圆，可限制工件的三个移动自由度。其中图5.19(a)用于以粗基准定位，图5.19(b)用于以精基准定位。根据需要可以设计菱形锥销，以限制工件的两个移动自由度。5.3常见的定位方式和定位元件及设计要求与材料工件以圆孔与圆锥销定位能实现无间隙配合，但是单个圆锥销定位时容易倾斜，因此圆锥销一般不单独使用。图5.20(a)所示为用活动锥销与平面组合定位(圆锥销沿轴线方向可移动);图5.20(b)所示为双圆锥销组合定位(其中一个圆锥销沿轴线方向可移动),共限制工件的五个自由度。5.3常见的定位方式和定位元件及设计要求与材料(3)定位心轴。常用的定位心轴分为圆柱心轴和锥度心轴。图5.21所示为圆柱心轴的常见结构形式。图5.21(a)所示是间隙配合心轴，其工作部分一般按h6、g6或f7制造，与工件孔的配合属于间隙配合。其特点是装卸工件方便，但定心精度不高。工件常以孔与端面组合定位，因此要求工件孔与定位端面、定位元件的圆柱面与端面之间都有较高的位置精度。切削力矩靠端部螺纹夹紧产生的夹紧力传递。5.3常见的定位方式和定位元件及设计要求与材料图5.21(b)所示是过盈配合心轴，由导向部分1、工作部分2和传动部分3组成。其特点是结构简单，定心准确，不需要另设夹紧机构；但装卸工件不方便，易损坏工件定位孔，因此多用于定心精度高的精加工。导向部分的作用是使工件方便地装入心轴。工作部分起定位作用。传动部分的作用是与机床传动装置相连接，以传递运动。图5.21(c)所示是花键心轴，用于带花键孔工件的定位。当工件定位孔的长径比L/D>1时，心轴工作部分应稍带锥度。设计花键心轴时，应根据工件的不同定位方式确定心轴的结构：5.3常见的定位方式和定位元件及设计要求与材料当工件既要求定心精度高，又要求装卸方便时，常以圆柱孔在小锥度心轴上定位，如图5.22所示。这类心轴工作表面的锥度很小，常为1:1000～1:5000。工件装在心轴上楔紧后，靠孔产生的弹性变形而有少许过盈，从而消除间隙并产生摩擦力带动工件回转，不需另行夹紧，但因传递的转矩较小，所以仅适用于工件定位孔公差等级不低于IT7的精车和磨削加工。心轴的锥度越小，定心精度越高，夹紧越可靠，但工件轴向位置有较大的变动。因此应根据定位孔的精度和工件的加工要求合理地选择锥度。5.3常见的定位方式和定位元件及设计要求与材料1)组合定位类型(1)工件以一面两孔定位。在加工箱体、杠杆、盖板和支架等零件时，工件常以两个轴线平行的孔及与两孔轴线相垂直的大平面为定位基准。如图5.23所示，所用的定位元件为一大支承板，它限制了工件的三个自由度；一个圆柱销，限制了工件的两个自由度；一个菱形销(也称为削边销),可限制工件绕圆柱销转动的一个自由度。工件以一面两孔定位，共限制了工件的六个自由度，属于完全定位，而且易于做到在工艺过程中基准统一，便于保证工件的位置精度。2.外圆定位方式及定位元件5.3常见的定位方式和定位元件及设计要求与材料工件以一面两孔定位时，如不采用一个圆柱销和一个菱形销，而是采用两个圆柱销，则由于两个圆柱销均限制工件的两个相同的自由度(又和Y),其中右侧定位销限制的沿X轴的移动自由度转换为绕Z轴的转动自由度，重复限制的沿Y轴的移动自由度会造成工件在两孔中心连线方向上出现过定位。由于工件上两定位孔的孔距及夹具上两销的销距都有误差，当误差较大时，这种过定位会使工件无法准确装到夹具上进行定位。因此，实际生产中，工件以一面两孔定位时，一般不采用两个圆柱销，而是采用图5.23所示的一个圆柱销和一个菱形销。菱形销的结构如图5.24所示。5.3常见的定位方式和定位元件及设计要求与材料(2)工件以一个孔和一个端面定位。一个孔与端面组合定位时，孔与销或心轴定位采用间隙配合，此时应注意避免过定位以免造成工件和定位元件的弯曲变形，如图5.25所示。5.3常见的定位方式和定位元件及设计要求与材料①端面为第一定位基准，限制工件的了、文、乙三个自由度；孔中心线为第二定位基准，限制工件的又、Z两个自由度。定位元件是平面支承(大支承板或三个支承钉)和短圆柱销，实现五点定位，如图5.26所示。5.3常见的定位方式和定位元件及设计要求与材料②孔的中心线为第一定位基准，限制工件的又、乙、文、它四个自由度；端面为第二定位基准，限制工件的了自由度。所使用的定位元件是平面支承(小支承板或浮动支承)和长圆柱销或心轴，实现五点定位，如图5.27所示。5.3常见的定位方式和定位元件及设计要求与材料2)组合定位分析要点对组合定位问题进行分析时要注意如下几点：(1)几个定位元件组合起来定位一个工件相应的几个定位面，该组合定位元件能限制工件的自由度总数等于各个定位元件单独定位各自相应定位面时所能限制自由度的数目之和，不会因组合后而发生数量上的变化，但它们限制了哪些方向的自由度却会随不同组合情况而改变。(2)定位元件在单独定位某定位面时起限制工件移动自由度的作用，在组合定位中可能会转化成起限制工件转动自由度的作用。(3)单个表面的定位是组合定位分析的基本单元。(4)组合定位时，常会产生过定位现象。通常情况下，应尽量避免这种过定位，可通过改变定位元件的结构形式等来消除过定位。如图5.23所示，采用菱形销消除重复限制的工件沿Y轴的移动自由度。5.3常见的定位方式和定位元件及设计要求与材料定位元件要求具有一定的定位精度、表面粗糙度、耐磨性、硬度和刚度等。设计定位元件时，应满足以下基本要求：1)足够的精度定位元件的精度将直接影响工件的定位精度。可根据分析计算、查设计手册、参考工厂现有资料或根据经验合理确定定位元件的制造公差。2)耐磨性好定位元件在使用过程中会磨损，从而导致定位精度下降，当磨损到一定程度时，定位元件必须更换。为了延长定位元件的更换周期，提高夹具的使用寿命，定位元件应有较好的耐磨性。1.定位元件的设计要求5.3常见的定位方式和定位元件及设计要求与材料3)足够的强度和刚度定位元件不仅起到限制工件自由度的作用，而且在加工过程中还要承受工件的重力、切削力、夹紧力等，因此定位元件必须有足够的强度和刚度。4)工艺性好定位元件的结构应力求简单、合理，便于制造、装配和维修。1.定位元件的设计要求5.3常见的定位方式和定位元件及设计要求与材料定位元件的常用材料有：(1)低碳钢：如20钢或20Cr钢，工件表面经渗碳淬火，深度为0.8～1.2mm,硬度为HRC55～65。(2)高碳钢：如T7、T8、T10等，淬硬至HRC55～65。(3)中碳钢：如45钢，淬硬至HRC43～48。2.定位元件的常用材料5.3常见的定位方式和定位元件及设计要求与材料当工件既要求定心精度高，又要求装卸方便时，常以圆柱孔在小锥度心轴上定位，如图5.22所示。这类心轴工作表面的锥度很小，常为1:1000～1:5000。工件装在心轴上楔紧后，靠孔产生的弹性变形而有少许过盈，从而消除间隙并产生摩擦力带动工件回转，不需另行夹紧，但因传递的转矩较小，所以仅适用于工件定位孔公差等级不低于IT7的精车和磨削加工。心轴的锥度越小，定心精度越高，夹紧越可靠，但工件轴向位置有较大的变动。因此应根据定位孔的精度和工件的加工要求合理地选择锥度。5.3常见的定位方式和定位元件及设计要求与材料当工件既要求定心精度高，又要求装卸方便时，常以圆柱孔在小锥度心轴上定位，如图5.22所示。这类心轴工作表面的锥度很小，常为1:1000～1:5000。工件装在心轴上楔紧后，靠孔产生的弹性变形而有少许过盈，从而消除间隙并产生摩擦力带动工件回转，不需另行夹紧，但因传递的转矩较小，所以仅适用于工件定位孔公差等级不低于IT7的精车和磨削加工。心轴的锥度越小，定心精度越高，夹紧越可靠，但工件轴向位置有较大的变动。因此应根据定位孔的精度和工件的加工要求合理地选择锥度。5.3常见的定位方式和定位元件及设计要求与材料04定位误差分析5.4定位误差分析同批工件在夹具中定位时，工序基准位置在工序尺寸方向或沿加工要求方向上的最大变动量，称为定位误差。引起定位误差的原因如下。1.基准不重合误差△e在定位方案中，若工件的工序基准与定位基准不重合，则同一批工件的工序基准位置相对定位基准的最大变动量，称为基准不重合误差，用△。表示。如图5.28所示，图5.28(a)为在工件上加工通槽的工序简图，要求保证工序尺寸A、B、C。其定位方案如图5.28(b)所示。现仅分析对工序尺寸B的定位误差。5.4定位误差分析如图5.28(b)所示，在工序尺寸B方向上的定位基准为F面，而工序基准为D面，工序基准与定位基准不重合，使工序基准D的位置在尺寸L的公差范围内变动，引起工序尺寸B的误差，这是由基准不重合引起的工序尺寸B的定位误差。当工序基准仅与一个定位基准有关时，基准不重合误差的大小，一般等于定位基准与工序基准间的尺寸(简称定位尺寸)公差。本例中定位尺寸为L,所以△e=2△L=T式中，△L为尺寸L的偏差；T,为尺寸L的公差。由A。引起的定位误差，应注意取其在工序尺寸方向上的分量(投影),即4、=4。cosβ式中，β为定位尺寸方向(或基准不重合误差方向)与工序尺寸方向间的夹角。5.4定位误差分析2.基准位移误差4如图5.29所示，在工件上铣键槽，以外圆柱面d%在V形块中定位(V形块的夹角为α),定位基准是外圆柱面的中心线，外圆柱面是定位基准面。当工件基准外圆直径为最大值d时(Ta=0),外圆中心在Q;当直径为最小值d-Ta时(Ta>0),工件显然要下移才能与V形块接触，即外圆中心下移到O₂。外圆中心位置的变动量QO₂即为基准位移误差4。可以证明因此，定位基准面和定位元件本身的制造误差，会引起同一批工件的定位基准相对位置的变动，这一变动的最大范围称为基准位移误差4。由4.引起的定位误差，需要将4在加工工序尺寸方向上投影，即4…=4

。cosy式中，γ为基准位移误差方向与工序尺寸方向间的夹角。对于其他定位方式，基准位移误差的大小可根据定位元件与工件定位基准面的配合情况分析确定。5.4定位误差分析定位误差是由基准不重合误差和基准位移误差两部分产生的定位误差的合成。其具体计算方法如下。(1)当工序基准与定位基准为两个独立的表面，即△.、△无相关的公共变量时4.=4.cosβ+4wcosy(2)当工序基准在定位基准面上，即△e、△。有相关的公共变量时4w=△。cosβ±Awcosy在定位基准面尺寸变动方向一定的条件下，当△。和△的变动方向相同，即对加工

尺寸影响相同时，取“+”号；当二者变动方向相反，即对加工尺寸影响相反时，取“-”号。5.4定位误差分析1.合成法根据定位误差的定义，直接计算出一批工件的工序基准在工序尺寸方向上的相对位置最大位移量，即加工尺寸的最大变动范围。具体计算时，先画出工件定位时工序基准变动的两个极限位置，然后直接按几何关系确定工序尺寸的最大变动范围。5.4定位误差分析2.极限位置法05工件在夹具中的夹紧1)力源装置提供原始作用力的装置称为力源装置，常用的力源装置有液压装置、气动装置、电磁装置、电动装置、真空装置等。以操作者的人力为力源时，称为手动夹紧，没有专门的力源装置。2)夹紧机构要使力源装置所产生的原始作用力或操作者的人力正确地作用到工件上，还需要有最终夹紧工件的执行元件(夹紧元件)以及将原始作用力或操作者的人力传递给夹紧元件的中间递力机构。夹紧元件和中间递力机构组成了夹紧机构。最简单的夹紧机构就是一个元件，如夹紧螺钉，它既是夹紧元件，也是中间递力机构。中间递力机构在传递力的过程中起着改变力的大小、方向和自锁的作用。手动夹紧装置必须有自锁功能，以防在加工过程中工件松动而影响加工，甚至造成事故。5.5工件在夹具中的夹紧1.夹紧装置的组成(1)应保证在夹紧和加工过程中，工件定位后所获得的正确位置不会改变。(2)夹紧力大小要适当，既要保证工件被可靠夹紧，又要防止工件产生不允许的夹紧变形和表面损伤。(3)工艺性好。夹紧装置的复杂程度应与生产纲领相适应，在保证生产率的前提下，结构应力求简单；尽量采用标准化、系列化和通用化的夹紧装置，以便于设计、制造和维修。(4)使用性好。夹紧装置应操作方便、安全省力，以减轻操作者的劳动强度，缩短辅助时间，提高生产率。5.5工件在夹具中的夹紧2.对夹紧装置的基本要求确定夹紧力就是确定夹紧力的大小、方向和作用点三个要素。在确定夹紧力的三要素时，要分析工件的结构特点、加工要求、切削力及其他外力作用于工件的情况，而且必须考虑定位装置的结构形式和布置方式。5.5工件在夹具中的夹紧1.夹紧力方向的确定(1)夹紧力方向应朝向主要定位基准面。如图5.33所示，在直角支座上镗孔，本工序要求所镗孔与A面垂直，故应以A面为主要定位基准面，在确定夹紧力方向时，应使夹紧力朝向A面即主要定位基准面，以保证孔与A面的垂直度。反之，若朝向B面，当工件A、B两面有垂直度误差时，就无法实现以主要定位基准面定位，因而无法保证所镗孔与A面垂直的工序要求。5.5工件在夹具中的夹紧(2)夹紧力应朝向工件刚性较好的方向，使工件变形尽可能小。由于工件在不同的方向上刚度是不等的，不同的受力表面也因其接触面积大小不同而变形各异。尤其在夹紧薄壁零件时，更需注意。图5.34所示的套筒，由于其轴向刚度大于径向刚度，所以夹紧力应朝向轴向。用自定心卡盘夹紧外圆，显然要比用特制螺母从轴向夹紧工件变形要大。5.5工件在夹具中的夹紧(3)夹紧力方向应尽可能实现“三力”同向，以利于减小所需的夹紧力。当夹紧力和切削力、工件自身重力的方向均相同时，加工过程中所需的夹紧力为最小，从而能简化夹紧装置的结构，便于操作，且利于减少工件变形。图5.35所示为在钻床上钻孔的情况，由于夹紧力Fj与工件重力G和切削力F同向，工件重力和切削力也能起到夹紧作用，因此，这时所需的夹紧力为最小。5.5工件在夹具中的夹紧(1)夹紧力作用点应落在定位元件上或几个定位元件所形成的支承区域内。图5.36所示为夹紧力作用点位置不合理的实例。夹紧力作用点位置不合理，会使工件倾斜或移动，破坏工件的定位。(2)夹紧力作用点应作用在工件刚性较好的部位上。如图5.37(a)所示，若夹紧力作用点作用在工件刚性较差的顶部中点，工件就会产生较大的变形。图5.37(b)所示为夹紧2.夹紧力作用点的确定(3)夹紧力作用点应尽量靠近加工部位。夹紧力作用点靠近加工部位可提高加工部位的夹紧刚性，防止或减少工件振动。如图5.38所示，主要夹紧力F垂直作用于主要定位基准面，如果不再施加其他夹紧力，因夹紧力F没有靠近加工部位，加工过程中易产生振动。所以，应在靠近加工部位处采用辅助支承并施加夹紧力F,或采用浮动夹紧机构，这样既可提高工件的夹紧刚度，又可减小振动。5.5工件在夹具中的夹紧夹紧力的大小要适当，夹紧力太小，难以夹紧工件；夹紧力太大，将增大夹紧装置的结构尺寸，且会增大工件变形，影响加工质量。在加工过程中，工件受到切削力、离心力、惯性力及重力等的作用。理论上，夹紧力的大小应与上述力(矩)的大小相平衡。实际上，夹紧力的大小还与工艺系统的刚