《机械制造工艺与机床夹具》课件-第三章 机床夹具设计基础

第3章工件的定位与夹紧定位夹紧加工前使工件在机床或夹具上占据某一正确位置的过程。定位后用一定的装置将工件固定，使其在加工过程中保持定位位置不点的操作。+安装=3.1工件的定位一、工件定位的基本原理1.六点定位原则◆自由度——一个自由的物体具有六个自由度。3.1工件的定位一、工件定位的基本原理1.六点定位原则◆用正确分布的六个支承点来限制工件的六个自由度，使工件在夹具中得到正确位置的规律称为六点定位原理。不能在同一条直线上两点连线不能垂直于底面是抽象的，不是定位元件，可通过定位元件实现。3.1工件的定位一、工件定位的基本原理2.工件的定位形式1）完全定位加工不通键槽，键槽宽度由刀具保证，同时需要保证A、B、C三个尺寸。此时应将工件完全定位。用六个合理布置的定位支承点限制工件的六个自由度，使工件位置完全确定。3.1工件的定位一、工件定位的基本原理2.工件的定位形式2）不完全定位加工通槽，需要保证A、B两个尺寸，即x、z方向上的尺寸，故y的移动方向可以不限制。故只需限制5个自由度。工件被限制的自由度少于6个，但能满足加工技术要求的定位。3.1工件的定位一、工件定位的基本原理2.工件的定位形式3）过定位（1）使工件或夹具元件变形，引起加工误差；（2）使部分工件无法进行装卸。★过定位一般是不允许的。V形块和两个支承钉均限制了z方向的移动自由度。两个或两个以上的定位支承点同时限制工件的同一个自由度的定位形式。3.1工件的定位一、工件定位的基本原理2.工件的定位形式3）过定位消除过定位的措施改变定位元件的结构形状3.1工件的定位一、工件定位的基本原理2.工件的定位形式3）过定位★过定位不一定必须避免，应正确对待。若工件上各定位基准面之间以及定位元件之间的位置精度都很高，可采用过定位。插齿和滚齿夹具即采用过定位。3.1工件的定位一、工件定位的基本原理3.欠定位加工技术要求应限制的自由度没有被限制的情况。★欠定位不允许出现，因其不能保证工件的加工技术要求。3.1工件的定位二、定位方式及定位元件1.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、支承板等。ZXYZXYZXYZXYZXYZXY主要支承和辅助支承。3.1工件的定位二、定位方式及定位元件1.工件以平面定位1）主要支承——限制自由度。3.1工件的定位二、定位方式及定位元件1.工件以平面定位1）主要支承——三种类型：固定支承——各种支承钉和支撑板。可调支承——指支承的高度可以调节。自位支承（浮动支承）支承钉以精基准面定位时，可采用a)平头支承钉；以粗基准面定位时，可采用b)球头支承钉；c)为齿纹支承钉，能增大摩擦系数，防止工件受力后滑动，用于侧面定位。支承板主要用于精基准面定位。A型支承板结构简单，便于制造，但不利于清除切屑，适用于顶面和侧面定位；B型支承板易保证工作表面清洁，适用于底面定位。支承板当工件定位表面不规整，以及工件各批次之间毛坯尺寸变化较大时，常用可调支承。可调支承一般在加工前调节，并用螺母锁紧，在同批工件加工中，不再调节，相当于固定支承。几种常用的可调支承方式

使用可调支承加工不同尺寸的相似工件

1—销轴2—V形块3—可调支承注意：由于自位支承是浮动的，尽管自位支承与工件之间可能作两点、三点或四点接触，但实质上只相当于一个固定支承，限制一个自由度。既要保证定位副接触良好，又要避免过定位时，常把支承做成浮动或联动结构，使之自位，称之为自位支承。自位支承在定位过程中，支承本身可随工件定位基准面的变化而自动调整并与之相适应，常用于毛坯表面、断续表面、阶梯表面的定位。3.1工件的定位二、定位方式及定位元件1.工件以平面定位2）辅助支承（1）应用工件尺寸形状特殊或局部刚性较差，使定位不稳定或受力变形，增设辅助支承以承受重力、夹紧力或切削力（图）；预定位作用（图）。

辅助支承提高工件稳定性和刚性

1—工件2—短定位销3—支承环

4—辅助支承辅助支承起预定位作用3.1工件的定位二、定位方式及定位元件1.工件以平面定位2）辅助支承（2）几种形式螺旋式自位式推引式液压锁紧式螺旋式辅助支承——结构简单，操作费时，效率低，用于小批生产。自位式辅助支承——特点同自位支承。推引式辅助支承——用于工件较重、切削负荷较大的情况。液压锁紧的辅助支承——结构紧凑，操作方便，需有液压动力源才能使用。3.1工件的定位二、定位方式及定位元件1.工件以平面定位2）辅助支承（3）工作特点待工件定位夹紧后，再调整辅助支承，使其与工件的有关表面接触并锁紧。每安装一个工件要调整一次辅助支承；辅助支承不限制自由度，不算是定位元件。3.1工件的定位二、定位方式及定位元件2.工件以圆柱孔定位3.1工件的定位二、定位方式及定位元件2.工件以圆柱孔定位·夹具上与之相适应的定位元件：定位销（圆柱销、圆锥销）心轴

·基本特点定位孔与定位元件之间处于配合状态，并要求确保孔中心线和夹具规定的轴线相重合。3.1工件的定位二、定位方式及定位元件2.工件以圆柱孔定位（1）圆柱销大批大量生产时为便于更换定位销，采用d)带衬套的结构。圆柱定位销3.1工件的定位二、定位方式及定位元件2.工件以圆柱孔定位（2）圆锥销圆锥定位销限制三个自由度：XYZ三个方向的移动。前者用于粗基准，后者用于精基准。成对使用圆锥销，避免定位时倾斜。圆柱-圆锥组合，圆锥使定心准确，圆柱避免倾斜，且装卸方便。浮动圆锥销和固定支承组合，此时工件底面为主要定位基准，既保证轴向准确位置，又消除了过定位，圆锥销仍起径向定心作用。圆锥销组合定位3.1工件的定位二、定位方式及定位元件2.工件以圆柱孔定位（3）定位心轴——主要用于套筒类和空心盘类工件的车、铣、磨及齿轮加工。过盈配合心轴间隙配合心轴小锥度心轴装卸方便，定位精度不高定位精度高敲入工件，定位精度较高3.1工件的定位二、定位方式及定位元件3.工件以圆锥孔定位（1）圆锥形心轴定心精度与角向定位精度均较高，而轴向定位精度取决于工件孔和心轴的尺寸精度。圆锥角小于自锁角时，在心轴大端装一退出工件用的螺母。3.1工件的定位二、定位方式及定位元件3.工件以圆锥孔定位（2）顶尖

中心孔定位3.1工件的定位二、定位方式及定位元件4.工件以外圆柱表面定位1）在V形架中定位(1)V形架特点对中性好、安装方便;应用范围广泛。定位元件为V形架、圆孔、半圆孔、圆锥孔及定心夹紧装置。3.1工件的定位二、定位方式及定位元件4.工件以外圆柱表面定位1）在V形架中定位(2)V形架的结构3.1工件的定位二、定位方式及定位元件4.工件以外圆柱表面定位2）在圆孔中定位定位套结构简单、容易制造，但定心精度不高，只适用于工件精基准定位。

几种常见的定位套3.1工件的定位二、定位方式及定位元件4.工件以外圆柱表面定位3）在半圆孔中定位工件尺寸较大，或整体式定位衬套内定位装卸不便时，采用此方法。下半圆定位，上半圆夹紧。可卸式铰链式3.1工件的定位二、定位方式及定位元件4.工件以外圆柱表面定位4）在圆锥孔中定位3.1工件的定位二、定位方式及定位元件5.工件以一面两孔定位菱形销结合圆柱销、支承板应用在工件以一面两孔定位时。3.2定位误差的分析与计算一、定位误差及其产生原因1.概念2.产生原因定位误差是由于工件在夹具上（或机床上）定位不准确而引起的加工误差。应≤T/3.基准不重合误差ΔB基准位移误差ΔY±=定位误差ΔD3.2定位误差的分析与计算二、常见定位方式的定位误差计算1.心轴定位误差计算公式ΔB=0；为一批工件定位基准的最大变化量。3.2定位误差的分析与计算二、常见定位方式的定位误差计算1.心轴定位误差计算公式（1）当定位基准的变化方向和加工尺寸方向相同时，；（2）当定位基准的变化方向和加工尺寸方向不同时，；（3）当孔和轴为竖直放置时，3.2定位误差的分析与计算二、常见定位方式的定位误差计算2.V形架定位误差计算公式3.2定位误差的分析与计算二、常见定位方式的定位误差计算2.V形架定位误差计算公式当工序尺寸标注不同（即工序基准不同）时，基准不重合误差是不一样的。3.2定位误差的分析与计算二、常见定位方式的定位误差计算2.V形架定位误差计算公式不考虑V形块制造误差，由于对中性好的特点，故工件在垂直于V形架对称面方向上的基准位移误差为0；在V形架对称面方向上的基准位移误差为：44工件在V形块上定位④定位误差分析：

a)定位误差Δd

随毛坯误差Td的增大而增大；

b)定位误差Δd

随V形块夹角α

增大而减小，但稳定性变差；

c)定位误差Δd

与工序尺寸标注方式有关，Δd2＞Δd1＞

Δd3③工序尺寸以H3标注，其定位误差为：

Δd3=B1B2=O2B2+O1O2-O1B1

==sinα21Td2d-Td2d2+－sinα21Td2－1②工序尺寸以H2标注，其定位误差为：

Δd2=A1A2=A1O1+O1O2-A2O2

==d2+Td2sinα21－d-Td2sinα21Td2+

1①工序尺寸以H1标注，其定位误差为：

Δd1=O1O2=O1C-O2C==d2sinα21－d-Td2sinα21sinα21Td23.2定位误差的分析与计算二、常见定位方式的定位误差计算2.V形架定位误差计算公式（1）当工序尺寸为H1时，定位基准与工序基准重合，故3.2定位误差的分析与计算二、常见定位方式的定位误差计算2.V形架定位误差计算公式（2）当工序尺寸为H3时，定位基准与工序基准不重合，故3.2定位误差的分析与计算二、常见定位方式的定位误差计算2.V形架定位误差计算公式（3）当工序尺寸为H2时，定位基准与工序基准不重合，故48工件在V形块上定位④定位误差分析：

a)定位误差Δd

随毛坯误差Td的增大而增大；

b)定位误差Δd

随V形块夹角α

增大而减小，但稳定性变差；

c)定位误差Δd

与工序尺寸标注方式有关，Δd2＞Δd1＞

Δd3③工序尺寸以H3标注，其定位误差为：

Δd3=B1B2=O2B2+O1O2-O1B1

==sinα21Td2d-Td2d2+－sinα21Td2－1②工序尺寸以H2标注，其定位误差为：

Δd2=A1A2=A1O1+O1O2-A2O2

==d2+Td2sinα21－d-Td2sinα21Td2+

1①工序尺寸以H1标注，其定位误差为：

Δd1=O1O2=O1C-O2C==d2sinα21－d-Td2sinα21sinα21Td23.2定位误差的分析与计算二、常见定位方式的定位误差计算3.定位误差计算实例例3-1：如图所示，工件以平面定位铣削A、B表面，要求保证尺寸60±0.05mm和30±0.1mm，分析计算定位误差（忽略D面对C面的垂直度误差）。解3-1：（1）尺寸60±0.05的定位误差：⊿B=0（定位基准与工序基准重合，均为C面）；⊿Y=0（定位面C与支承钉接触不产生位移）；故⊿D=0﹤（2*0.05）/3（2）尺寸30±0.01的定位误差：⊿B=0.02*2=0.04；⊿Y=0；故⊿D=⊿B﹢⊿Y=0.04﹤（2*0.1）/3故该定位方式满足加工尺寸要求。例3-2：如图所示，工件以孔mm定位加工孔mm，定位销直径为mm，要求保证尺寸40±0.1mm，计算定位误差。例3-3：如图所示，阶梯轴在V形架上定位铣键槽，已知mm，mm；两外圆柱面的同轴度为mm；V形架夹角为90°；键槽深度尺寸为H=mm，试计算其定位误差，并分析定位质量。解：故此方案可以保证加工要求。何为定位误差？定位误差是由哪些因素引起的？定位误差的数值一般应控制在零件公差的什么范围内？3.3工件的夹紧一、夹紧装置的组成和基本要求1.组成夹紧装置示意图

1—工件2—夹紧元件3—中间传力机构

4—力源装置3.3工件的夹紧一、夹紧装置的组成和基本要求2.要求保证定位后获得正确位置；夹紧力大小适当；工艺性好，便于制造和维修；使用性好，方便、安全、省力。3.3工件的夹紧二、夹紧力的确定★三要素：力的方向、作用点、大小。1.夹紧力的方向（1）夹紧力应朝向主要定位基准；3.3工件的夹紧二、夹紧力的确定1.夹紧力的方向（2）夹紧力应朝向工件刚度较好的方向，使工件变形尽可能小；3.3工件的夹紧二、夹紧力的确定1.夹紧力的方向（3）夹紧力应尽可能“三力”同向，以减小夹紧力。3.3工件的夹紧二、夹紧力的确定2.夹紧力作用点的选择（1）夹紧力作用点应落在支承点上或几个支承元件所形成的支承区域内。3.3工件的夹紧二、夹紧力的确定2.夹紧力作用点的选择（2）夹紧力作用点应落在工件刚性好的部位。3.3工件的夹紧二、夹紧力的确定2.夹紧力作用点的选择（3）夹紧力作用点应尽量靠近加工部位，以提高加工部位的夹紧刚度，放置或减少工件振动。3.3工件的夹紧二、夹紧力的确定3.夹紧力大小的确定可根据切削力、工件重力的大小、方向和相互位置关系进行计算，并乘以安全系数。对于手动加紧，可不必算出夹紧力的确切值。而机动夹紧时，需进行夹紧力计算，以确定动力部件（如汽缸、液压缸）的尺寸。3.3工件的夹紧三、基本夹紧机构1.斜楔夹紧机构利用其斜面移动时产生压力夹紧工件。一般与其他机构如杠杆、压板等组合使用