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1、第2章 机械制造工艺装备,21 金属切削刀具 22 金属切削机床 23 机床夹具,一、基本概念 二、工件在夹具中的定位（重点和难点） 三、定位误差的分析与计算 四、工件在夹具中的夹紧 五、常用的典型夹紧机构 六、机床夹具的设计方法,2.3 机床夹具,定位：使一批工件在机床上或夹具上相对于刀具处在正确的加工位置的操作过程。 夹紧：工件在夹具中定位后，将其压紧、夹牢，使工件在加工过程中，始终保持定位时所取得的正确加工位置。 装夹：将工件安放在机床上或夹具上进行定位和夹紧的操 作过程。,基本概念,划线找正装夹 精度不高，效率低，多用于形状复杂的铸件,直接找正装夹 精度高，效率低，对工人技术水平高,夹

2、具装夹 精度和效率均高，广泛采用,基本概念,基本概念,工件在夹具上装夹（滚齿夹具）,机床夹具的作用： （1）保证加工精度 夹具的最大功用是保证加工表面的位置精度。 （2）提高生产率，降低生产成本 快速将工件定位夹紧，免除了找正、对刀等，缩短 辅助时间，提高了成品率，降低了成本。 （3）扩大机床的加工范围 如在车床上加镗夹具，可完成镗孔加工。 （4）减轻工人劳动强度,基本概念,夹具的分类,1）通用夹具：三爪、四爪卡盘，平口钳等，一般由专业厂生产，常作为机床附件提供给用户。 2）专用夹具：为某一工件特定工序专门设计的夹具，多用于批量生产中。 3）组合夹具：由一套预先制造好的标准元件组合而成。根据工

3、件的工艺要求，将不同的组合夹具元件像搭积木一样，组装成各种专用夹具。使用后，元件可拆开、洗净后存放，待需要时重新组装。组合夹具特别适用于新产品试制和单件小批生产。 4）通用可调夹具与成组夹具：夹具的部分元件可以更换，部分装置可以调整，以适应不同零件的加工。 5）随行夹具：在自动线或柔性制造系统中使用的夹具。,按夹具使用范围划分,三爪卡盘,四爪卡盘,万向平口钳,回转工作台,分度头,1）通用夹具：三爪、四爪卡盘，平口钳等，一般由专业厂生产，常作为机床附件提供给用户。,2）专用夹具：为某一工件特定工序专门设计的夹具，其特点是结构紧凑，操作迅速，方便，可以保证高加工精度和生产率。缺点：设计制造的周期长

4、，制造费用高。多用于批量生产中。,夹具的分类,3）组合夹具：由一套预先制造好的标准元件组合而成。根据工件的工艺要求，将不同的组合夹具元件像搭积木一样，组装成各种专用夹具。使用后，元件可拆开、洗净后存放，待需要时重新组装。组合夹具特别适用于新产品试制和单件小批生产。,组合夹具,槽系组合夹具 1基础件 2支承件 3定位件 4导向件 5夹紧件 6紧固件 7其它件 8合件,孔系组合夹具,铣拨叉槽组合夹具 1方形基础板 2小长方支承 3，14，20六角螺母 440圆形定位盘 5大长方支承 6螺钉 7右支承角铁 8，10厚六角螺母 9垫圈 11槽用螺栓 12侧中孔定位支承 13小长方支承 15回转压板 1

5、6双头螺栓 1724圆形定位销 18圆螺母 19工件,组合夹具实例,4）通用可调夹具与成组夹具：夹具的部分元件可以更换，部分装置可以调整，以适应不同零件的加工。,成组技术：将多种零件（部件或产品）按其相似性分类成组，并以这些零件组（部件组或产品组）为基础组织生产，实现多品种、中小批量生产的产品设计、制造工艺和生产管理的合理化。,KH1,KH3,KH4,成组夹具：,5）随行夹具：在自动线或柔性制造系统中使用的夹具。,5）随行夹具：在自动线或柔性制造系统中使用的夹具。,5）随行夹具：在自动线或柔性制造系统中使用的夹具。,夹具的分类,气动虎钳 液压夹具,1）定位元件及装置,6）其他元件及装置（防护、

6、防错、分度）,5）夹具体,4）连接元件,3）对刀及导向元件,2）夹紧元件及装置,夹具的组成,确定加工对象上几何要素间几何关系所依据的那些点、线、面称为基准。,在设计图样上所采用的基准,图2-8 定位支座零件,在工艺过程中所采用的基准。又可分为：工序基准、定位基准、测量基准与装配基准。,图2-9a 支座零件第1工序（车削）,工件在夹具中的定位,定位的目的是使同一批工件的同一个工序在夹具中相对于机床、刀具都有一个确定的正确位置。工件上用来定位的表面称为定位基准面。,工件的定位要解决两个问题： 一是工件的位置确定还是不确定的问题，使工件在宏观上得到定位。 一是工件的位置准与不准的问题，是定位精度问题

7、。,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”，合理布局的6个点限制了工件的6 个自由度，这就是六点定位原理(Theory of six-point locating of workpiece),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,六点定位原理,工件在夹具中的定位,与理论力学、机构学自由度概念差别 位置不定度 夹紧与定位概念分开 工件、夹具是弹性体,两点注意：,“点”的含义 对自由度的限制，与实际接触点不同,六点定位原理,工件在夹具中的定位,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，称为不完

8、全定位。,不完全定位主要有两种情况： 工件加工工序不要求限制全部六个自由度。 工件自身形状特征决定了工件的某个（或某几个）自由度不能被限制，或者说限制了也无意义。如工件本身相对于某个点、线是完全对称的，则工件绕此点、线旋转的自由度无法被限制。,完全定位与不完全定位,工件在夹具中的定位,完全定位与不完全定位,工件在夹具中的定位,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。,欠定位,工件在夹具中的定位,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）重复限制，称为过定位。,过定位是否允许，要视具体情况而定： 如果工件的定位面经过机械

9、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。 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。,过定位,工件在夹具中的定位,过定位分析,工件在夹具中的定位,过定位分析,图2-4 过定位示例,2.3.4 工件在夹具中的定位,工件在夹具上装夹（滚齿夹具）,定位原理分析举例,定位元件的设计应满足下列要求： 要有与工件相适应的精度； 要有足够的刚度，不允许受力后发生变形； 要有耐磨性，以

10、便在使用中保持精度。,定位元件和定位方法,典型表面的定位方法: 工件的定位表面有各种形式，如平面、外圆、内孔等，对于这些表面，总是采用一定结构的定位元件。常见的定位方法有：平面定位、圆孔定位、外圆柱面定位、组合表面定位。,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、夹具支承件和夹具体的凸台及平面等。,定位元件和定位方法,工件以圆孔定位,工件以圆孔定位多属于定心定位（定位基准为圆柱孔轴线）。常用定位元件是定位销和心轴。,定位心轴 短心轴限制工件2个移动自由度（不能限制转动自由度） 长心轴限制工件4个自由度 a)图为带台阶面的定位心轴： 限制5个自由度。,工件以外圆柱面定位,工件

11、以外圆柱面定位两种形式：定心定位和支承定位。工件以外圆柱面定心定位的情况与工件以圆孔定位的情况相仿（用套筒和卡盘代替心轴或柱销）。工件以外圆柱面支承定位的元件常采用V型块.,定位元件和定位方法,常用于大型工件的定位，其定位原理与定位套相同。,三爪卡盘,三爪卡盘,用三爪卡盘定位的定位分析，主要看工件的定位表面与三爪卡盘的相对长度的多少：,当相对夹持长度长时，限制工件四个自由度： 当相对夹持长度短时，限制工件二个自由度：,生产中常采用在三爪与工件之间设置一钢丝圆环，以减少相对夹持长度。,例一：工件上的孔与端面联合定位。试对下图所示工件的定位方案进行定位分析，指出定位性质。如不合理，提出改进意见。,

12、过定位,定位原理分析举例,过定位处理分析,定位原理分析举例,解：定位分析 ： 心轴的大端面限制的自由度为： 心轴的长銷限制的自由度为： 分析可知：两个自由度被重复限制。故属过定位。 改进方案有两个： 方案一(工件孔作为主要基准时)：采用长銷与小端面组合 定位(长銷限制工件四个自由度；心轴的小端面限制工件 一个自由度)。 方案二(工件端面作为主要基准时)：采用短銷与大端面组 合定位(短銷限制两个自由度，大端面限制三个自由度)。,过定位示例,一面两孔定位,一面两孔定位分析,一面两孔定位干涉分析,b 菱形销的宽度； D2 工件上与菱形销配合孔的最小直径； 菱形销与其配合孔之间的最小间隙； 工件上两孔

13、中心距公差； 夹具上两孔中心距公差； 圆柱销与其配合孔的最小间隙。,定位原理分析举例,分析图示定位方案： 各方案限制的自由度 有无欠定位或过定位 对不合理的定位方案提出改进意见。,定位原理分析举例,a2）,a3）,图a 过定位示例分析,解：定位分析： 三爪卡盘限制工件四个自由度（三爪与工件的相对夹持长度较长）： 左顶尖限制工件三个自由度： 右顶尖限制工件二个自由度： 分析可知，这属于过定位。 改进方案：去掉三爪定位，采用双顶尖定位。（部分定位）,图b 过定位示例分析,定位销的长短界限,定位销长短的区分条件是看其在定位时, 是起限制2 个自由度还是4 个自由度的作用, 而这个作用完全取决于下述两

14、个因素:一个是销孔配合间隙的制约, 另一个则是销与相关定位平面垂直度的影响。,某连杆端面对小孔轴线垂直度为(1000. 2) ,两孔轴线的平行度为( 1500. 3) ,在本工序中,需镗大孔至 100H6,定位销的长短界限,端面对小孔轴线垂直度为100 0. 2,tan =0. 2/100 = 0. 115 a = (280 +70/2) tan = 0. 63 mm,Xmin = E I - es = 0 - ( - 0. 030) = 0. 030mm tan =0. 03/52 = 0. 033 - = 0. 115- 0. 033= 0. 082 a= (280 +70/2) tan0

15、. 082= 0. 045mm,小孔内表面与短销有一合理的接触长度, 工件的端面与支承板平面恰好全部接触。此时为短销的临界长度,在本例中定位销的临界长度为: L =Xmin/tan =0. 030/0. 002= 15 mm,图2-23c 过定位示例分析,如图所示：支承板限制3个自由度；左面固定的短定位套限制2个自由度；右面活动的短V形块限制1个自由度。,一平面和与其垂直的两外圆柱面组合,如图所示：支承板限制3个自由度；左面固定的短V形块限制2个自由度；右面活动的短V形块限制1个自由度。,图：定位方案分析,分析下图所示加工零件，加工两个小孔时必须限制的自由度，选择定位基准和定位元件，并在图中用

16、示意图画出；,要求保证的工序尺寸和工序要求： 1.保证两小孔的轴心线垂直于工件底面 2.保证工件二小孔的位置尺寸H 3.保证工件二小孔与大孔中心的对称位置尺寸A,提示：解此类题目，要把握二点：一是定位方案必须合理（无重复定位和欠定位）；二是该定位方案必须能够保证加工精度（尺寸精度和位置精度），如不能同时满足以上二点，则该定位方案是错误的。 解:必须限制的自由度： 支承板定位，限制工件的三个自由度： （保证各孔的轴心线垂直于工件底面）； 两支承销定位，限制工件二个自由度： (保证工件二小孔的位置尺寸H）； 削边销定位，限制一个自由度： (保证工件二小孔与大孔中心的对称位置尺寸A)。 属于完全定位

17、，且能保证工件的加工精度要求，方案正确。,图c)定位方案能保证图a)零件中 尺寸（支承板限制工件3个自由度、削边销限制1个自由度、下侧面限制2个自由度）以及工件尺寸 对称于大孔中 心线。 图d)定位方案能保证图b)零件中 尺寸，支承板限制工件3个自由度、短销限制工件2个自由度，窄斜楔限制1个自由度（转动自由度）。,定位误差分析与计算,定位误差的概念,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。,定位误差指一批工件在夹具中定位时，工件的设计基准（或工序基准）在加工尺寸方向上的最大变动量，以dw 表示。 定位误差包括基准不重合误差和基准位置误差,1）由于工件定位表面或夹具定位

18、元件制作不准确引起的定位误差，称为基准位置误差，,2）由于工件的工序基准与定位基准不重合而引起的定位误差，称为基准不重合误差。,基准不重合误差bc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）。,1)基准不重合误差bc,bc=0,bc=0.2,一次安装加工两孔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,由于工件的工序基准与定位基准不重合而引起的定位误差，同批工件工序基准位置相对于定位基准的最大变动量，称为基准不重合误差。,基准位置误差jw,基准位移误差jw 是指工件的工序基准在加工尺寸方向上的变动量。由工件定位面和夹具定位

19、元件的制造误差以及两者之间的间隙所引起。,jb=0,由于工件定位表面或夹具定位元件制作不准确引起的定位误差，称为基准位置误差，,定位误差计算,在采用调整法加工时，工件的定位误差实质上就是工序基准在加工尺寸方向上的最大变动量。因此计算定位误差，首先要找出工序尺寸的工序基准，然后求其在工序尺寸方向上的最大变动量即可。,用几何方法计算定位误差通常要画出工件的定位简图，并在图中夸张地画出工件变动的极限位置；然后运用三角几何知识，求出工序基准在加工尺寸方向上的最大变动量，即为定位误差。,1. 用几何方法计算定位误差,定位误差的分析与计算,以平面定位时的定位误差计算 平面度误差很小，定位副制造不准确误差可

20、忽略，故 平面定位时的定位误差主要由基准不重合引起。 以工件圆孔定位时的定位误差计算 工件孔与定位心轴无间隙配合 不存在定位副制造不准确误差，定位精度较高。, 工件单向靠紧定位 如定位心轴水平放置，或在夹紧力作用下单向推移工件靠紧定位。,以工件圆孔定位时的定位误差计算,定位心轴水平放置,单向推移工件靠紧定位,单向推移工件靠紧定位,工件孔(为基孔制）： Dmax=D+TD Dmin=D 心轴 （为基轴制）： dmax=d dmin=d- Td,O1Omax=(D+TD)/2-(d- Td) /2 O1Omin= D/2-d/2 则基准位置误差：jw= O1Omax-O1Omin =(TD + T

21、d) /2 即销孔单向靠紧定位的基准位置误差为销和孔的公差的一半！,工件孔与垂直放置的心轴间隙配合,图所示为孔与销间隙配合的情况，若工件的工序基准为孔心，试确定其定位误差。,以外圆定位时的定位误差计算,工件在V型块上定位铣键槽，计算定位误差(用微分方法计算定位误差) 【解】要求保证的工序尺寸和工序要求：槽底至工件外圆中心的距离H（或槽底至外圆下母线的距离H1，或槽底至外圆上母线的距离H2 ）；键槽对工件外圆中心的对称度,对上式求全微分，得到：,对于第1项要求，考虑第1种情况（工序基准为圆心O，基准不重合误差为零），写出O点至加工尺寸方向上某一固定点（如V型块两斜面交点A）的距离：,以微小增量代

22、替微分，并将尺寸误差视为微小增量，且考虑到尺寸误差可正可负，各项误差均取绝对值 ，得到工序尺寸H的定位误差：,定位,（2-8）,式中 Td 工件外圆直径公差； T V型块两斜面夹角角度公差。 若忽略V型块两斜面夹角的角度公差，可以得到用V型块对外圆表面定位，当工序基准为外圆中心时，在垂直方向（尺寸H方向）上的定位误差为：,（2-9）,1）若工件的工序基准为外圆的下母线时（相应的工序尺寸为H1，C点至A点的距离为：,工序尺寸以H1标注，其定位误差为：,取全微分，并忽略V型块的角度误差（即将视为常量），可得到此种情况的定位误差：,1）若工件的工序基准为外圆的上母线时（相应的工序尺寸为H2，C点至A

23、点的距离为：,工序尺寸以H2标注，其定位误差为：,取全微分，并忽略V型块的角度误差（即将视为常量），可得到此种情况的定位误差：,保证加工精度实现的条件,夹具定位： 1、限制加工工序要求的自由度，保证正确定位 2、夹具的定位误差不超过零件公差的三分之一，保证定位精度,若规定工件的加工允差为 工件，以夹具表示与采用夹具有关的误差，以加工表示除夹具外与工艺系统其它因素（如机床误差、刀具误差、受力受热变形等）有关的加工误差，为保证工件的加工精度要求，必须满足误差计算不等式 ： 工件 夹具 加工,作业：P111-P115 2-32，2-33，2-34，2-35，2-36，2-38,四、工件在夹具中的夹紧,1、关于定位和夹紧的重要慨念 夹紧把工件放置在夹具中，压紧夹牢。 夹紧的作用保持工件在夹具中由定位所获得的正确加工位置，使工件在加工时不至于由于切削力等外力作用而破坏已取得的正确定位。 重要概念 ： 定位与夹紧在夹具设计中是两个非常重要的概念,两者既有紧密联系,缺一不可,但在概念上又有严格区别: 定位的作用是确定工件在夹具中相对于刀具处于一个正确的加工位置,而夹紧的作用是保证工件在加工过程中始终保持由定位所确定的正确加工位置, 夹紧不能代替定位 。,2.夹紧装置的组成及基本要求,阿,组 成,（1）力源装置 （2）中间传力机构 （3）夹紧元件,作 用,1）改变作用力