第三章 机床夹具设计.ppt

1、第三章 机床夹具设计,为保证工件的加工要求，必须使工件在机床上处于准确的位置，夹具就是用来实现这一要求的。用夹具定位涉及到三层关系： （1）工件在夹具上的定位； （2）夹具相对于机床的定位； （3）工件相对于机床的定位间接通过夹具来保证的。 本章主要讨论工件在夹具上的定位原理。 工件定位以后必须通过一定的装置产生夹紧力，使工件保持在准确的位置上。这种产生夹紧力的装置就是夹紧装置。夹紧装置的设计与计算也是本章所讨论的主题。,本章提要,内容提纲,概述 定位原理及定位元件 定位误差的分析与计算 工件在夹具中的夹紧 机床夹具设计,3.1,3.2,3.3,3.4,3.5,定位：工件在机床上加工时，为保证

2、加工精度和提高生产率，必须使工件在机床上相对刀具占有正确的位置，这个过程称为定位。 夹紧：为克服切削过程中工件受外力的作用而破坏定位，必须对工件施加夹紧力，这个过程称为夹紧。 装夹：定位和夹紧综合称为装夹。 安装：使工件占有正确的加工位置，并使工件夹紧的过程。 夹具：将工件进行定位、夹紧，将刀具进行导向或对刀，以保证工件和刀具间的相对位置关系的附加装置。(安装工件的装置),第一节 概述,基本概念,保证加工精度 零件加工精度包括尺寸精度、几何形状和表面相互位置精度。夹具的最大功用是保证加工表面的位置精度，不受工人技术水平的影响，使一批工件的加工精度趋于一致 。 提高生产率，降低生产成本 使用夹具

3、装夹工件方便、快速，工件不需要划线找正，可显著地减少辅助工时；工件在夹具中装夹后提高了工件的刚性，可加大切削用量；可使用多件、多工位装夹工件的夹具，并可采用高效夹紧机构，进一步提高劳动生产率。,第一节 概述,一、夹具的作用,扩大机床的加工范围 根据加工机床的成形运动，附以不同类型的夹具，即可扩大机床原有的工艺范围。例如在车床的溜板上或摇臂钻床工作台上装上镗模，就可以进行箱体零件的镗孔加工。 减轻工人劳动强度 可用气动、电动夹紧。,第一节 概述,一、夹具的作用,机床夹具,1.按夹具 的应用分,2.按机床类型分,3.按夹具所用夹紧动力源分, 通用夹具 专用机床夹具 组合夹具 成组夹具 随行夹具,第

4、一节 概述,二、机床夹具的分类,1按专门化程度分 通用夹具 通用夹具是指已经标准化的，在一定范围内可用于加工不同工件的夹具。例如，车床上三爪卡盘和四爪单动卡盘，铣床上的平口钳、分度头和回转工作台等。这类夹具一般由专业工厂生产，常作为机床附件提供给用户。其特点是适应性广，生产效率低，主要适用于单件、小批量生产中。 专用机床夹具 专用夹具是指专为某一工件的某道工序而专门设计的夹具。其特点是结构紧凑，操作迅速、方便、省力，可以保证较高的加工精度和生产效率，但设计制造周期较长、制造费用也较高。当产品变更时，夹具将由于无法再使用而报废。只适用于产品固定且批量较大的生产中。,第一节 概述,二、机床夹具的分

5、类,组合夹具 按零件的加工要求，由一套事先制造好通用性较好的标准元件和部件组装而成的夹具，只用于特定的工件和工序。由专业厂家制造，其特点是灵活多变，万能性强，制造周期短、元件能反复使用，特别适用于新产品的试制和单件小批生产。 通用可调夹具和成组夹具 其特点是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。用于相似零件的成组加工所用的夹具，称为成组夹具。通用可调夹具与成组夹具相比，加工对象不很明确，适用范围更广一些。 随行夹具 随行夹具是一种在自动线上使用的夹具。该夹具既要起到装夹工件的作用，又要与工件成为一体沿着自动线从一个工位移到下一个工位，进行不同工序的加工。,第一节 概述

6、,二、机床夹具的分类,2按机床类型分：由于各类机床自身工作特点和结构形式各不相同，对所用夹具的结构也相应地提出了不同的要求。按所使用的机床不同，夹具又可分为：车床夹具、钻床夹具、铣床夹具、镗床夹具、磨床夹具、齿轮机床夹具和其他机床夹具等。 3按夹具所用夹紧动力源：根据夹具所采用的夹紧动力源不同，可分为：手动夹具、气动夹具、液压夹具、气液夹具、电动夹具、磁力夹具、真空夹具等。,第一节 概述,二、机床夹具的分类,图为用于钻轴套工件上6H7孔的钻床夹具，工件以内孔及端面为定位基准，在夹具的定位销6及其端面上定位，即确定了工件在夹具中的正确位置。拧紧螺母5，通过开口垫圈4可将工件夹紧，然后由装在钻模板

7、3上的快换钻套1导引钻头进行钻孔。,第一节 概述,三、夹具的组成,定位元件：它与工件的定位基准相接触，用于确定工件在夹具中的正确位置，从而保证加工时工件相对于刀具和机床加工运动间的相对正确位置。如图的定位销； 夹紧装置：用于夹紧工件，在切削时使工件在夹具中保持既定位置。如图的螺母、开口垫圈；,第一节 概述,三、夹具的组成,导向元件和对刀元件：这些元件的作用是保证工件与刀具之间的正确位置。用于确定刀具在加工前正确位置的元件，称为对刀元件，如对刀块。用于确定刀具位置并导引刀具进行加工的元件，称为导向元件，如钻套； 连接元件：使夹具与机床相连接的元件，保证机床与夹具之间的相互位置关系。,第一节 概述

8、,三、夹具的组成,夹具体：夹具的关键部件，保证各元件之间的相对位置，控制刀具相对于工件的位置，用于连接或固定夹具上各元件及装置，使其成为一个整体的基础件。它与机床有关部件进行连接、对定，使夹具相对机床具有确定的位置。 其它元件和装置：有些夹具根据加工要求，有分度机构，铣床夹具还要有定位键（连接元件）等。,第一节 概述,三、夹具的组成,以上这些组成部分，并不是对每种机床夹具都是缺一不可的，但是任何夹具都必须有定位元件和夹紧装置，它们是保证工件加工精度的关键，目的是使工件定准、夹牢。 一般来说，定位元件、夹紧装置和夹具体是夹具的基本部分。,第一节 概述,三、夹具的组成,连接元件,第一节 概述,三、

9、夹具的组成,第一节 概述,三、夹具的组成,对刀装置,第一节 概述,三、夹具的组成,引导元件,第一节 概述,三、夹具的组成,引导元件,第一节 概述,三、夹具的组成,引导元件,第一节 概述,三、夹具的组成,引导元件,第一节 概述,三、夹具的组成,第一节 概述,三、夹具的组成,第二节 定位原理及定位元件,为了达到工件被加工表面的技术要求，必须保证工件相对刀具和机床处于正确的加工位置。 夹具保证加工精度的原理是工件加工时需要满足三个条件： （1）一批工件在夹具中占有正确的位置； （2）夹具在机床上的正确位置； （3）刀具相对夹具的正确位置。 显然，工件的定位是其中极为重要的一个环节。分析工件的定位问题

10、，必须首先了解定位所涉及的基准问题。,在讨论工件的表面位置精度或误差时，总是相对工件本身的其他一些表面（点、线）而言，因此后者就成为研究表面位置精度或误差的出发点，即所谓基准。 基准就是确定生产对象上的某些点、线、面的位置所依据的那些点、线、面。,第二节 定位原理及定位元件,一、基准及其分类,第二节 定位原理及定位元件,一、基准及其分类,设计基准 设计者在设计零件时，很据零件在装配结构中的装配关系以及零件本身结构要素之间的相互位置关系，确定标注尺寸（或角度）的起始位置。 设计基准是设计工作图上所采用的基准.可通过零件设计图上尺寸的标注方式看出。,第二节 定位原理及定位元件,一、基准及其分类,第

11、二节 定位原理及定位元件,一、基准及其分类,设计基准,第二节 定位原理及定位元件,一、基准及其分类,设计基准,第二节 定位原理及定位元件,一、基准及其分类,设计基准,工艺基准 工艺基准是加工过程中所采用的基准。又分为有工序基准、定位基准、测量基准和装配基准等。 工序基准 工序图上用来确定本工序所加工表面加工后的尺寸、形状和位置的基准。通常有两项相对位置要求：一是加工表面对工序基准的距离要求，即工序尺寸要求；二是加工表面对工序基准的角度位置要求，如平行度、垂直度等。,第二节 定位原理及定位元件,一、基准及其分类,第二节 定位原理及定位元件,一、基准及其分类,工序基准,定位基准 定位基准是在加工中

12、用作定位的基准。一般指与定位元件的表面相接触的工件表面，某些情况下可是工件的几何中心、对称面或对称线。其位置误差应该是诸表面中最小的。,第二节 定位原理及定位元件,一、基准及其分类,第二节 定位原理及定位元件,一、基准及其分类,度量基准：在测量工件已加工表面的尺寸和位置时所依据的基准,第二节 定位原理及定位元件,一、基准及其分类,装配基准：在机器装配时，确定零件在部件或产品中的位置时所依据的基准。,注意,作为基准的点、线、面在工件上不一定存在，如中心、对称面或对称线等。 体现工艺基准的具体表面称为基面。 作为基准，可以是没有面积的点和线，但体现该基准具体表面总是有一定面积的。 对表面位置精度的

13、关系同样具有基准问题。 基准不重合，产生定位误差。,第二节 定位原理及定位元件,一、基准及其分类,第二节 定位原理及定位元件,二、定位基面（基准）的选择原则,1、尽量用精加工过的表面作为定位基面，并尽可能使定位基准与工序基准重合，以保证有足够的定位精度。 2、应使工件装夹方便、稳定、便于操作，且变形小。 3、遵守基准统一的原则，以减少夹具的种类，提高各被加工表面的位置精度。设计夹具时，从减小加工误差考虑，应尽可能选用工序基准为定位基准，即遵循所谓基准重合原则。当用多个表面定位时，应选择其中一个较大的表面为主要定位基准。,第二节 定位原理及定位元件,二、定位基面（基准）的选择原则,选装配基准作为

14、零件的设计基准；选设计基准作为零件的工艺基准； 选工序基准作为夹具的定位基准；选工序基准作为零件的测量基准。,六点定位原理,第二节 定位原理及定位元件,三、工件定位的基本原理,六点定位原理,第二节 定位原理及定位元件,三、工件定位的基本原理,物体在空间具有六个自由度，即沿三个坐标轴的移动和绕三个坐标轴的转动，如果完全限制了物体的这六个自由度，则物体在空间的位置就完全确定了。 工件的定位应使工件在空间相对于机床占有某一正确的位置，这个正确位置是根据工件的加工要求确定的。,第二节 定位原理及定位元件,三、工件定位的基本原理,六点定位原理,要确定其空间位置，就需要限制其 6 个自由度。,将 6 个支

15、承抽象为6个“点”，6个点限制了工件的6 个自由度，这就是六点定位原理。,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,第二节 定位原理及定位元件,三、工件定位的基本原理,六点定位原理,合理布置六个定位支承点，使工件上的定位基面与其紧密接触或配合，一个支承点限制工件一个自由度，使工件六个自由度被完全限制，在空间得到唯一确定的位置，此即六点定位原理。 在多个表面同时参与定位情况下，各定位表面所起作用有主次之分。通常称定位点数最多的表面为主要定位面或支承面，称定位点数次多的表面为第二定位基准面或导向面，称定位点数为 1 的表面为第三定位基准面或止动面。,第二节 定位原理及定位元件,三、

16、工件定位的基本原理,六点定位原理,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,几点注意：,“点”的含义 对自由度的限制，与实际接触点不同；定位支撑与工件的定位基面保持紧密接触或配合，才能起到限制自由度的作用。,第二节 定位原理及定位元件,三、工件定位的基本原理,六点定位原理,从定位位置的自由度数来判断是几点定位。,为了达到某一工序的加工要求，有时不一定要完全限制工件的六个自由度，或工件加工不一定非要使工件的位置达到完全确定的程度。 工件的六个自由度被完全限制的定位称完全定位， 允许少于六点的定位称为不完全定位。 完全定位和不完全定位都是合理的定位方式。

17、 例如：在下图所示工件上铣一个通槽。,第二节 定位原理及定位元件,四、限制工件自由度与加工要求的关系,1、完全定位与不完全定位,第二节 定位原理及定位元件,四、限制工件自由度与加工要求的关系,1、完全定位与不完全定位,按照铣槽工序的加工要求，就只需限制5个自由度就足够了。工件在机床夹具上定位究竟需要限制哪几个自由度，可根据工序的加工要求确定。 分析工件定位所限制的自由度数时，必须把定位与夹紧区别开来，在上图中，工件限制了5个自由度，y自由度可以不限制；但工件在夹紧后沿y轴确实是不能再移动了，这能不能说自由度也被限制了呢？不能这样认为，因为工件相对于机床的定位位置是在夹紧动作之前就已确定了的，夹

18、紧的任务只是保持原先的定位位置不变。,第二节 定位原理及定位元件,四、限制工件自由度与加工要求的关系,1、完全定位与不完全定位,注意的问题： 定位支撑与工件的定位基面保持紧密接触或配合，才能起到限制自由度的作用； 注意区分“定位”与“夹紧”的概念； 从定位位置的自由度数来判断是几点定位。,第二节 定位原理及定位元件,四、限制工件自由度与加工要求的关系,1、完全定位与不完全定位,第二节 定位原理及定位元件,图(a)是在工件上加工不通槽。糟宽由刀具直径保证，但是要保证尺寸x、尺寸y、尺寸z ，就需要限制x、y、 z方向的移动和x、y、 z的旋转六个自由度。这种定位方法，称为完全定位。 图(b)是在

19、工件上加工通槽，不需要保证y，所以也不必限制y方向的移动自由度，只需要限制其它五个自由度就可以了。 图(c)是在工件上加工平面，不需要保证尺寸x、y，所以也不必限制x方向的移动、 z 方向的旋转自由度，只需要限制其它三个自由度就可以了。 这种没有完全限制六个自由度而仍然保证有关工序尺寸的定位方法，称为不完全定位。,四、限制工件自由度与加工要求的关系,1、完全定位与不完全定位,第二节 定位原理及定位元件,不完全定位主要有两种情况： 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（即使被限制也无意义）。例如球体绕过球心轴线的转动，圆柱体绕自身轴线的转动等。 工件加工要

20、求不需要限制某一个或某几个自由度。如加工平板上表面，要求保证平板厚度及与下平面的平行度，则只需限制 3 个自由度就够了。,四、限制工件自由度与加工要求的关系,1、完全定位与不完全定位,考虑工件的形状特点 完整的球形工件，可不必考虑消除绕三根轴的不定度问题； 光滑的轴、套及盘形工件，不必考虑消除其绕本身轴心线的不定度问题 根据工序的加工要求确定必须消除的不定度 选择或设计适当的定位元件对工件进行定位，以保证不定度的消除,第二节 定位原理及定位元件,分析自由度的方法 (a)明确工序的加工要求(包括工序尺寸和位置精度)与对应的工序基准； (b)建立空间直角坐标系。 当工序基准为球心时，取球心为坐标原

21、点；当工序基准为线(轴线)时，以该直线为坐标轴；当工序基准为面时，以该平面为坐标面。 (c)依次找出影响各项加工要求的自由度。 在已建立的坐标系中，加工表面的位置是一定的，若工件某项加工要求的工序基准在某一方向上偏离理想位置时，该项加工要求的数值发生变化，则该方向的自由度便影响该项加工要求，否则便不是。一般情况下，要对6个自由度逐个进行判断。 (d)把影响所有加工要求的自由度累计起来。,四、限制工件自由度与加工要求的关系,1、完全定位与不完全定位,第二节 定位原理及定位元件,四、限制工件自由度与加工要求的关系,1、完全定位与不完全定位,第二节 定位原理及定位元件,球体上通铣平面理论上只需限制一

22、个自由度。,四、限制工件自由度与加工要求的关系,1、完全定位与不完全定位,2、 欠定位与过定位 工件应限制的自由度未被限制的定位，为欠定位，在实际生产中是绝对不允许的。 工件定位是通过定位元件来实现的，在选择定位元件时，原则上不允许出现几个定位元件同时限制工件某一自由度的情况。 工件一个自由度被两个或以上支承点重复限制的定位称为过定位或重复定位。 一般来说也是不合理的。,欠定位分析,过定位分析（桌子与三角架）,图4-17 过定位分析,过定位分析,过定位示例,过定位分析,过定位分析,过定位造成的后果： 使接触点（定位点）不稳定，增加了同批工件在夹具中位置的不同一性 增加了工件和夹具的夹紧变形 导

23、致部分工件不能顺利地与定位件配合 干扰了设计意图的实现 （1）使工件或夹具元件变形，引起加工误差 （2）使部分工件不能安装，产生定位干涉（如一面两销） 过定位一般是不允许的，但在精加工时也可看到。,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）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。,消除过定位及其干涉的途径：

24、 1. 改变定位元件结构，消除对自由度的重复限制，如长销改成短销；,2. 提高工件定位基面之间的位置精度，提高夹具定位元件之间的位置精度，减少或消除过定位引起的干涉，精加工时可增加刚度和定位稳定性。,出现过定位情况，通常会使加工误差增大。在研究确定定位方案时，原则上不允许出现某一自由度出现重复限制的情况；只有在需要增强工件系统的刚度而各定位面间又具有较高位置精度的条件下才允许采用过定位定位方案。,如图示，齿轮坯以内孔和一小端面定位，车削外圆和大端面。加工后检测发现大端面与内孔垂直度超差。试分析原因，提出改进意见。,过定位示例,4.2 工件在夹具上的定位,二、定位原理,讨论,过定位引起夹紧变形,

25、4.2 工件在夹具上的定位,二、定位原理,过定位处理分析,4.2 工件在夹具上的定位,二、定位原理,讨论,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。,二、定位原理,二、定位原理,过定位示例分析,二、定位原理,过定位示例分析,二、定位原理,第二节 定位原理及定位元件,2、欠定位与过定位,第二节 定位原理及定位元件,2、欠定位与过定位,过定位应用,第二节 定位原理及定位元件,HSK刀柄，是德语Hohlschaftkegel的缩写，字面意思是空心、圆锥形。此刀柄是由德国亚琛工业大学机床研究所（WZL）在20世纪90年代初开发的，它是最具有代表性的一种

26、双面夹紧刀柄。 HSK刀柄锥度比为1:10，比普通刀柄7:24更为贴紧，这样刀柄锥部弹性变形与主轴完全贴紧，使抗弯强度好，而径向和轴向精度也高，所以HSK适合于高速机。 它相对于老式BT刀柄，优点在于：特殊的双面夹紧设计，大大加强了刀柄和主轴的结合刚度；锥部长度短，质量轻，使得重复精度高，易于实现自动化换刀；具有良好的高速锁紧性。,四、限制工件自由度与加工要求的关系,过定位应用,第二节 定位原理及定位元件,四、限制工件自由度与加工要求的关系,第二节 定位原理及定位元件,五、常见的定位方式及定位元件,1、对定位元件的基本要求 工件在夹具中定位时，一般并不是把工件的定位基面直接与夹具体接触，通常是

27、放在定位元件上，所以对定位元件提出了以下基本要求： （1）定位元件的工作表面有足够的精度，以适应加工要求； （2）有足够的刚度和强度； （3）耐磨性好。为了延长定位元件的使用寿命，定位元件的工作表面应该热处理淬硬，以长期保持尺寸精度和位置精度； （4）工艺性要好，便于制造、装配和维修。,第二节 定位原理及定位元件,五、常见的定位方式及定位元件,2、 典型的定位元件及限制的自由度,第二节 定位原理及定位元件,2、 典型的定位元件及限制的自由度,五、常见的定位方式及定位元件,第二节 定位原理及定位元件,2、 典型的定位元件及限制的自由度,五、常见的定位方式及定位元件,第二节 定位原理及定位元件,2

28、、 典型的定位元件及限制的自由度,五、常见的定位方式及定位元件,第二节 定位原理及定位元件,2、 典型的定位元件及限制的自由度,五、常见的定位方式及定位元件,第二节 定位原理及定位元件,2、 典型的定位元件及限制的自由度,五、常见的定位方式及定位元件,在分析多个表面定位情况下各表面限制的自由度时，分清主次定位面很重要。如图所示工件在两顶尖上的定位，应首先确定前顶尖限制的自由度，他们是 。然后再分析后顶尖限制的自由度。此时，应与前顶尖一起综合考虑，可以确定其限制的自由度是 。,第二节 定位原理及定位元件,2、 典型的定位元件及限制的自由度,五、常见的定位方式及定位元件,平面定位常用定位元件,支承

29、板,可调支承 自位支承 辅助支承,平面型支承板：侧面和顶面定位 带斜槽型支承板：适于作底面定位准面,平头支承钉：用于支承精基准面 球头支承钉：用于支承粗基准面 网纹顶面支承钉：用在工件以粗基准 定位且要求较大摩擦力的表面定位,支承钉,第二节 定位原理及定位元件,五、常见的定位方式及定位元件,第二节 定位原理及定位元件,五、常见的定位方式及定位元件,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、夹具支承件和夹具体的凸台及平面等。下图给出了平面定位的几种情况。,第二节 定位原理及定位元件,五、常见的定位方式及定位元件,自位支承： 支承本身可随工件定位基准面的变化而自

30、动适应，是活动的或是浮动的，只起一个支承点的作用，只限制一个自由度。主要用于毛坯表面、断续表面、阶梯表面的定位以及有角度误差的平面定位。,第二节 定位原理及定位元件,五、常见的定位方式及定位元件,可调支承：多用于毛面定位，每批调整一次，以补偿各批毛坯误差；支承工件的粗基准面，限制一个自由度。,第二节 定位原理及定位元件,五、常见的定位方式及定位元件,辅助支承：不作定位元件，不限制自由度，只用以增加工件在加工过程中的刚性。,第二节 定位原理及定位元件,五、常见的定位方式及定位元件,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。定位销有圆柱销、圆锥销、菱形销等形

31、式；心轴有刚性心轴（又有过盈配合、间隙配合和小锥度心轴等）、弹性心轴之分。工件以圆孔定位所限制的自由度见下图。,工件以孔定位常用定位元件,第二节 定位原理及定位元件,五、常见的定位方式及定位元件,短圆柱销限制两个自由度； 长圆柱销可以限制四个自由度； 短圆锥销限制三个自由度。,工件以孔定位常用定位元件 1定位销 下图是几种常用固定式定位销的结构形式,第二节 定位原理及定位元件,五、常见的定位方式及定位元件,圆柱销 ,第二节 定位原理及定位元件,五、常见的定位方式及定位元件,短圆柱销限制两个自由度； 长圆柱销可以限制四个自由度；,D10,圆锥销 常用于工件孔端的定位，可限制三个自由度,第二节 定

32、位原理及定位元件,五、常见的定位方式及定位元件,第二节 定位原理及定位元件,五、常见的定位方式及定位元件,间隙配合心轴,过盈配合心轴,小锥度心轴,工件以孔定位常用定位元件 2心轴用于盘套类零件的定位,过盈配合心轴，限制工件四个自由度； 间隙配合心轴，限制工件五个自由度（心轴外圆部分限制四个自由度，轴肩面限制一个自由度）； 小锥度心轴，装夹工件时，通过工件孔和心轴接触表面的弹性变形夹紧工件，使用小锥度心轴定位可获得较高的定位精度，它可以限制五个自由度。,第二节 定位原理及定位元件,五、常见的定位方式及定位元件,工件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

33、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，短V型块限制2个自由度，长V型块（或两个短V型块组合）限制4个自由度。,工件以外圆定位常用定位元件,第二节 定位原理及定位元件,五、常见的定位方式及定位元件,第二节 定位原理及定位元件,五、常见的定位方式及定位元件,V形块在夹具中的安装尺寸T是V形块的主要设计参数，也是V形块的检验和调整依据。,工件以外圆定位常用定位元件 1V形块结构尺寸已标准化，斜面夹角有60、90、120,用V形块定位，工件的定位基准始终在V形块两定位面的对称中心平面内，对中性能好，可用于非完整外圆表面的定位。 一个短V形块限制两个自

34、由度； 两个短V形块组合或一个长V形块限制四个自由度； 浮动式V形块只限制一个自由度。,第二节 定位原理及定位元件,五、常见的定位方式及定位元件,在工件以端面为主要定位基面的场合，短定位套孔限制工件的两个自由度；在工件以外圆柱表面为主要定位基面的场合，长定位套孔限制工件的四个自由度；工件以圆柱面端部轮廓为定位基面，锥孔限制工件的三个自由度。,第二节 定位原理及定位元件,五、常见的定位方式及定位元件,工件以外圆定位常用定位元件 2定位套 ,当工件尺寸较大，用圆柱孔定位不方便时，可将圆柱孔改成两半，下半孔用作定位，上半孔用于压紧工件。短半圆孔定位限制工件的二个自由度；长半圆孔定位限制工件的四个自由

35、度。,第二节 定位原理及定位元件,五、常见的定位方式及定位元件,工件以外圆定位常用定位元件 3半圆孔 ,第二节 定位原理及定位元件,五、常见的定位方式及定位元件,工件以外圆定位常用定位元件 4外圆定心夹紧 三爪卡盘、双V形铁定心夹紧、弹簧夹头,除平面、圆孔、外圆柱面外，工件有时还可能以其它表面（如圆锥面、渐开线齿面、曲面等）定位。下图为工件以锥孔定位的例子，锥度心轴限制了除绕工件自身轴线转动外的 5个自由度。,第二节 定位原理及定位元件,五、常见的定位方式及定位元件,工件以外圆定位常用定位元件 5工件以其它表面定位,第二节 定位原理及定位元件,五、常见的定位方式及定位元件,工件以外圆定位常用定

36、位元件 5工件以其它表面定位,在实际生产中，为满足加工要求，有时采用几个定位面相组合的方式进行定位。常见的组合形式有：两顶尖孔、一端面一孔、一端面一外圆、一面两孔等，与之相对应的定位元件也是组合式的。,第二节 定位原理及定位元件,五、常见的定位方式及定位元件,6工件以组合表面定位常用定位元件,1）一个平面和与其垂直的两个孔组合,第二节 定位原理及定位元件,五、常见的定位方式及定位元件,一面两孔定位属于属于过定位,第二节 定位原理及定位元件,五、常见的定位方式及定位元件,解决办法： 将销2做成削边销,第二节 定位原理及定位元件,五、常见的定位方式及定位元件,最不利情况：孔心距最大(L+TlK)，

37、销心距最小(L-Tlx)， 且孔径最小(D1,D2)，销径最大(d1=D1-1min, d2=D2-2min) 。 1min,为孔1与销1的最小间隙；TlK为孔心距公差。,一个平面和两个与其垂直的孔的组合（一面双销）,两孔中心距为：LTlk/2，两销中心距为：LTlX/2 。两孔与两销的最小间隙分别是1min， 2min。,由图中AO2B和AO2C可得：,整理后得：,去掉式中高阶无穷小量后得：,第二节 定位原理及定位元件,五、常见的定位方式及定位元件,孔半径 销半径,定位销的设计与选取：,确定两定位销的尺寸：,确定定位销中心距及公差：,确定圆柱销尺寸及公差：,第二节 定位原理及定位元件,五、常

38、见的定位方式及定位元件,确定菱销的宽度：,查表取：b=4mm,确定菱形销尺寸及公差：,根据式：,得：,取菱形销的精度为：IT6，Td2=0.011,d2min=d2max-Td2=11.947-0.011=11.936,第二节 定位原理及定位元件,五、常见的定位方式及定位元件,定位销的设计与选取：,2）一平面和与其垂直的两外圆柱面组合,第二节 定位原理及定位元件,五、常见的定位方式及定位元件,3）一孔和一平行于孔中心线的平面组合,第二节 定位原理及定位元件,五、常见的定位方式及定位元件,第二节 定位原理及定位元件,五、常见的定位方式及定位元件,第二节 定位原理及定位元件,五、常见的定位方式及定

39、位元件,A,第二节 定位原理及定位元件,五、常见的定位方式及定位元件,安装误差安装 工件在夹具中的定位和夹紧误差。 对定误差对定 刀具的导向或对刀误差即夹具与刀具的相对位置误差；夹具在机床上的定位和夹紧误差即夹具与机床的相对位置误差。 加工过程误差过程 加工方法的原理误差，工艺系统的受力变形、工艺系统的受热变形、工艺系统各组成部分（如机床、刀具、量具等）的静精度和磨损等。,第三节 定位误差的分析与计算,加工误差的组成,通常：安装+对定+过程T工件,工件在夹具中的 定位和夹紧误差,夹具与刀具的相对位置误差,夹具与机床的相对位置误差,第三节 定位误差的分析与计算,一、定位误差及其产生的原因,工件在

40、定位时要解决两个问题： 工件位置的“定与不定”。根据六点定位原理，通过消除工件相应的“自由度”来解决； 工件位置的“准与不准”。通过选择合适的定位基准和选择、设计相应的定位元件来实现。,第三节 定位误差的分析与计算,一、定位误差及其产生的原因,为了保证加工精度的要求，我们加工时应满足如下关系式： 总T 其中总为多种原因产生的误差总和，T是工件被加工尺寸的公差，总包括夹具在机床上的装夹误差，工件在夹具中的定位误差和夹紧误差，机床调整误差，工艺系统的弹性变形和热变形误差，机床和刀具的制造误差及磨损误差等。 定+T 其中，除定位误差外，其他因素引起的误差总和，可按加工经济精度查表确定。 定T- （是

41、验算加工工件合格与否的公式） 或 定1/3T （也是验算加工工件合格与否的公式）,第三节 定位误差的分析与计算,一、定位误差及其产生的原因,定位误差是工件在夹具中定位，由于定位不准造成的加工面相对于工序基准沿加工要求(加工尺寸)方向上的最大位置变动量。,成批加工工件时，夹具相对机床的位置及切削运动的行程调定后不再变动，可认为加工面的位置是固定的(但因一批工件中每个工件在尺寸形状及表面相互位置上均存在差异，所以定位后各表面有不同的位置变动)。 工序基准的位置变动将对加工精度有直接影响。,1、定位误差概念,第三节 定位误差的分析与计算,一、定位误差及其产生的原因,1、定位误差概念,第三节 定位误差

42、的分析与计算,一、定位误差及其产生的原因,1）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，如上图所示例子。,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。,左图所示工件以底面定位铣台阶面，要求保证尺寸a，即工序基准为工件顶面。如刀具已调整好位置，则由于尺寸b的误差会使工件顶面位置发生变化，从而使工序尺寸a产生误差。,2、定位误差的来源,第三节 定位误差的分析与计算,一、定位误差及其产生的原因,2、定位误差的来源,定位误差,基准位移误差(y),基准不重合误差(b),零件定位基准不准确,夹具上定位元件不准确,第三节 定位误差的分析与计算,

43、一、定位误差及其产生的原因,基准位置误差y,定位基准面和定位元件本身的制造误差所引起的定位误差，定位基准相对于其理想位置的最大位置变动量。,2、定位误差的来源,第三节 定位误差的分析与计算,一、定位误差及其产生的原因,工件的孔装夹在水平放置的心轴上铣削平面，要求保证尺寸h，由于定位基准与设计基准重合，故无基准不重合误差；但由于工件的定位基面（内孔D）和夹具定位元件（心轴d1）皆有制造误差，如果心轴制造得刚好为d1min，而工件得内孔刚好为Dmax（如图示），当工件在水平放置的心轴上定位时，工件内孔与心轴在P点接触，工件实际内孔中心的最大下移量ab（Dmaxd1min）/2，ab就是定位副制造不

44、准确而引起的误差。 基准不重合误差的方向和定位副制造不准确误差的方向可能不相同，定位误差取为基准不重合误差和定位副制造不准确误差的矢量和。,2、定位误差的来源,基准位置误差y,第三节 定位误差的分析与计算,一、定位误差及其产生的原因,定位基准与设计基准不一致所引起的定位误差。设计基准相对定位基准的理想位置的最大位置变动量。 定位基准与设计基准不重合时所产生的基准不重合误差，只有在采用调整法加工时才会产生，在试切法加工中不会产生。,2、定位误差的来源,基准不重合误差b,第三节 定位误差的分析与计算,一、定位误差及其产生的原因,2、定位误差的来源,基准不重合误差b,第三节 定位误差的分析与计算,一

45、、定位误差及其产生的原因,设e面已加工好，今在铣床上用调整法加工f面和g面。 在加工f面时若选e面为定位基准，则f面的设计基准和定位基准都是e面，基准重合，没有基准不重合误差，尺寸A的制造公差为TA。 加工g面时，定位基准有两种不同的选择方案： 方案：加工时选用f面作为定位基准，定位基准与设计基准重合，没有基准不重合误差，尺寸B的制造公差为TB；但这种定位方式的夹具结构复杂，夹紧力的作用方向与铣削力方向相反，不够合理，操作也不方便。 方案：是选用e面作为定位基准来加工g面，此时，工序尺寸C是直接得到的，尺寸B是间接得到的，由于定位基准e与设计基准f不重合而给g面加工带来的基准不重合误差等于设计

46、基准f面相对于定位基准e面在尺寸B方向上的最大变动量TA。,2、定位误差的来源,第三节 定位误差的分析与计算,一、定位误差及其产生的原因,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。,2、定位误差的来源,基准不重合误差b,第三节 定位误差的分析与计算,一、定位误差及其产生的原因,基准位置误差,定位基准面和定位元件本身的制造误差所引起的定位误差，定位基准相对于其理想位置的最大位置变动量。,2、基准位置误差：定位基准相对于其理想位置的最大位置变动量。,本例题 3、基准不重合误差：工序基准相对定位基准的理想位置的最大位置变动量。,定位误

47、差：,结论： 1）定位误差是基准位置误差和基准不重合误差的代数和。如果与工序尺寸方向不一致，用在工序尺寸方向上的投影来计算,基准重合时 ，基准位置没有变动时 ； 2）按可能产生最大定位误差的两种极限情况来计算； 3）定位误差产生的原因是基准不重合和工件、定位元件的加工误差； 4）定位误差应控制在工序公差的1/31/5之内； 5）定位误差仅出现在调整法加工当中。,3、 常见定位方式定位误差计算,(1) 以平面定位时的定位误差计算,定位基准：平面； 定位元件工作面：平面 =易加工平整，接触良好= 所以基=0 定=不 注：若为毛坯面，则仍有基。 平面度误差很小，定位副制造不准确误差可忽略，所以定位误

48、差主要由基准不重合引起。,对于尺寸A3：,对于尺寸A1：,(2) 以V型块定位,对于这个例子定位误差的分析方法有两种：a）定位基准看做是与V形块相接触的母线，即看做支承定位；b）定位基准看做是工件外园表面的中心，即看做定心定位。两种方法分析的结果完全相同。下面根据定心定位来分析定位误差：,对于尺寸H1：,或根据：D=Y+B,对于尺寸H2：,对于尺寸H3：,基准的位移误差：,基准不重合误差：,第三节 定位误差的分析与计算,一、定位误差及其产生的原因,定位误差只产生在采用调整法加工一批零件的条件下。 定位误差是由于工件定位不准而产生的加工误差。表现形式为工序基准相对加工面可能产生的最大尺寸或位置的

49、变动范围。 D=yb 需要根据两者对一批工件定位由一种可能的极端位置变为另一种可能的极端位置时工序尺寸变化的影响同异来确定公式中的加减号。,结 论：,第三节 定位误差的分析与计算,一、定位误差及其产生的原因,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,第三节 定位误差的分析

50、与计算,二、定位误差的计算,当工件孔径为最大，定位销的直径为最小时，孔心在任意方向上的最大变动量等于孔与销配合的最大间隙量，即无论工序尺寸方向如何，只要工序尺寸方向垂直于孔心轴线，其定位误差均为： DW = Dmax dmin 式中 DW 定位误差 Dmax工件定位孔最大直径 dmin夹具定位销最小直径,【解】,【例】如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。,第三节 定位误差的分析与计算,二、定位误差的计算,某些情况，工件孔与夹具定位销保持固定边接触（如图），此时孔心在接触点与销子中心连线方向上的最大变动量为孔径公差的一半。若工件的定位基准仍为孔心，且工序尺寸

51、方向与接触点和销子中心连线方向相同，则其定位误差为：,DW = （Dmax Dmin ）= TD,此时，孔在销上的定位已由定心定位转化为支承定位的形式，定位基准也由孔心变成了与定位销固定边接触的一条母线。这种情况下，定位误差是由于定位基准与工序基准不重合所造成的，属于基准不重合误差，与定位销直径无关。,第三节 定位误差的分析与计算,二、定位误差的计算,以平面定位时的定位误差：,对于尺寸A3：,对于尺寸A1：,第三节 定位误差的分析与计算,二、定位误差的计算,以外圆在V形块上定位时的定位误差：,对于尺寸H1：,或根据：D=Y+B,第三节 定位误差的分析与计算,二、定位误差的计算,以外圆在V形块上

52、定位时的定位误差：,对于尺寸H2：,第三节 定位误差的分析与计算,二、定位误差的计算,以外圆在V形块上定位时的定位误差：,对于尺寸H3：,第三节 定位误差的分析与计算,二、定位误差的计算,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：,定位心轴垂直放置：,第三节 定位误差的分析与计算,二、定位误差的计算,对于尺寸H1：,对于尺寸H2：,对于尺寸H3：,以定位心轴水平放置时为例：,对于尺寸H4：,第三节 定位误差的分析与计算,二、定位误差的计算,2. 用微分方法计算定位误差,【例】工件在V型块上定位铣键槽，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

53、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：,第三节 定位误差的分析与计算,二、定位误差的计算,以微小增量代替微分，并将尺寸误差视为微小增量，且考虑到尺寸误差可正可负，各项误差均取最大值，得到工序尺寸H的定位误差：,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（图中尺寸H方向）上的定位误差为：,第三节 定位误差的分析与计算,二、定位误差的计算,对于第2项要求，若忽略工件的圆度误差和V型块角度偏差，可以认为工序

54、基准（工件外圆中心）在水平方向上的位置变动量为零，即使用V型块对外圆表面定位时，在垂直于V型块对称面方向上定位误差为零。,若工件工序基准为外圆下母线或上母线时，用同样方法可求出其定位误差分别为：,外圆表面在V型块上的定位误差,第三节 定位误差的分析与计算,二、定位误差的计算,为了便于解题，要掌握几种典型表面定位时定位误差的分析方法，特别要熟记：,第三节 定位误差的分析与计算,二、定位误差的计算,为了便于解题，要掌握几种典型表面定位时定位误差的分析方法，特别要熟记：,第三节 定位误差的分析与计算,二、定位误差的计算,为了便于解题，要掌握几种典型表面定位时定位误差的分析方法，特别要熟记：,第三节

55、定位误差的分析与计算,二、定位误差的计算,为了便于解题，要掌握几种典型表面定位时定位误差的分析方法，特别要熟记：,第三节 定位误差的分析与计算,二、定位误差的计算,为了便于解题，要掌握几种典型表面定位时定位误差的分析方法，特别要熟记：,第三节 定位误差的分析与计算,二、定位误差的计算,为了便于解题，要掌握几种典型表面定位时定位误差的分析方法，特别要熟记：,第三节 定位误差的分析与计算,二、定位误差的计算,基准位移误差：,转角误差：,第三节 定位误差的分析与计算,三、工件以一面两孔组合定位时的定位误差计算,第三节 定位误差的分析与计算,第三节 定位误差的分析与计算,第三节 定位误差的分析与计算,

56、第三节 定位误差的分析与计算,为了使工件加工时在切削力、惯性力、重力等外力作用下，仍然保持已定好的位置，在夹具上还须设有夹紧装置，对工件产生适当的夹紧力。 夹紧装置的设计和选择是否合理，将直接影响工件的加工质量和生产率。,第四节 工件在夹具中的夹紧,组 成,（1）力源装置 （2）中间传力机构 （3）夹紧元件,作 用,第四节 工件在夹具中的夹紧,一、夹紧装置的组成,改变力的大小，通常为增力机构； 改变夹紧力的方向； 使夹具具有一定的自锁性，以保证夹紧可靠。,产生原始的作用力,执行夹紧的最终元件，直接与工件接触。,将原动力以一定的大小和方向传递给夹紧元件,第四节 工件在夹具中的夹紧,夹紧装置设计和

57、选择的核心问题是夹紧力的大小、方向和作用点。,二、夹紧装置设计的基本要求,1）夹紧时不破坏工件定位后的正确位置； 稳 2）夹紧力大小要适当； 牢 3）夹紧动作要迅速、可靠； 快 4）结构紧凑，易于制造与维修。,基 本 要 求,第四节 工件在夹具中的夹紧,三、设计夹紧装置的基本准则,1、夹紧力的方向 夹紧力的方向选取考虑以下三方面： 工件用几个表面作为定位基准。大型工件为保持工件的正确位置，朝向各定位元件都要有夹紧力；小型工件尺寸，则只要垂直朝向主定位面有夹紧力，保证主要定位面与定位元件有较大的接触面积，就可以使工件装夹稳定可靠。 夹紧力的方向应方便装夹和有利于减小夹紧力。为夹紧力Q、重力G、切

58、削力F三者之间的方向组合关系。 夹紧力的方向应使工件夹紧后的变形小。由于工件在不同方向上刚性不同，因此对工件在不同方向施加夹紧力时所产生的变形也不同。,夹紧力的方向：,夹紧力的方向应不破坏工件定位的准确性和可靠性,夹紧力的方向应有利于减小夹紧力,第四节 工件在夹具中的夹紧,三、设计夹紧装置的基本准则,夹紧力的作用点：,第四节 工件在夹具中的夹紧,三、设计夹紧装置的基本准则,夹紧力方向确定后，夹紧力的作用点的位置和数目的选择将直接影响工件定位后的可靠性和夹紧力的变形。对作用点位置的选择和数目的确定应注意以下几个方面： 力的作用点的位置应能保持工件的正确定位而不发生位移或偏转。为此，作用点的位置应

59、靠近支承面的几何中心，使夹紧力均匀分布在接触面上。 夹紧力的作用点应位于工件刚性较大处。且作用点应有足够的数目，这样可使工件的变形量最小。 夹紧力的作用点应尽量靠近工件被加工表面。这样可使切削力对该作用点的力矩减小，同时减小工件的振动。若加工面远离夹紧作用点，可增加辅助支承并附加夹紧力以防止工件在加工中产生位置变动、变形或振动。,夹紧力的作用点：,作用点应保持工件的稳定，不能使工件产生位移或偏转,作用点应位于工件刚性较好的部位,夹紧力应尽可能靠近工件上被加工面，必要时应加辅助支承,夹紧力应使夹具本身变形小,第四节 工件在夹具中的夹紧,三、设计夹紧装置的基本准则,若用一个夹紧力使各支撑点均产生压力有困难，可用数个夹紧力分别作用。各夹紧力可通过一定的夹紧机构实现联合动作。 当各点分别用夹紧装置单独夹紧时，应注意夹紧的顺序及夹紧力的大小。对于那些仅为了使定位可靠的夹紧力应先作用，且力不宜过大，只要能使工件与支撑接触即可。对用以克服切削力的主要夹紧力则在最后作用，其大小应