第六章 概述 定位.ppt

1、第六章机床夹具的设计,第一节 机床夹具概述 第二节 工件在夹具上的定位 第三节 工件的夹紧 第四节 各类机床夹具 第五节 柔性夹具 第六节 机床夹具设计步骤和方法 第七节 计算机辅助夹具设计,第一节 概述,夹具是一种装夹工件的工艺装备，它广泛地应用于机械制造过程的切削加工、热处理、装配、焊接和检测等工艺过程中。利用夹具，可以提高劳动生产率，提高加工精度，减少废品；可以扩大机床的工艺范围，改善操作的劳动条件。,机床夹具：在金属切削机床上使用的夹具统称。,车孔夹具动画,一、机床夹具及其组成,工件的装夹方法 定位：确定工件在机床上或夹具中占有准确加工位置的过程； 夹紧：在工件定位后用外力将其固定，使

2、其在加工过程中保持定位位置不变的操作叫夹紧。 装夹就是定位和夹紧过程的总和。,工件在机床上的安装方法,找正安装法：按工件的有关表面或专门划出的线痕作为找正依据，用划针或指示表，逐个地找正工件相对于刀具及机床的位置，然后将工件夹紧。 专用夹具安装法：靠专用夹具保证工件相对于刀具及机床所需的位置，并使其夹紧。,找正安装,直接找正安装：操作者利用划针、百分表等量具直接校准待加工面或相关表面以获得正确位置。,划线找正安装：钳工先按加工要求在工件表面划好线，机加工时工人按划线找正后再夹紧。,特点: 1) 可保证各加工面有足够的加工余量及位置精度； 2)可及时发现毛坯缺陷，采取补救措施； 3)增加了划线工

3、序、浪费工时； 4) 划线具有一定的宽度（0.20.3），安装精度不高,夹具安装,特点 1）安装效率高成本低； 2）可保证重复精度； 3）减轻劳动强度，保证生产节拍； 4）扩大机床使用范围。,用夹具装夹工件的特点 工件在夹具中的正确定位，是通过工件上的定位基准面与夹具上的定位元件相接触而实现的 夹具预先在机床上已调整好位置，工件通过夹具对于机床也就占有了正确的位置 通过夹具上的对刀装置，保证了工件加工表面相对于刀具的正确位置,1按夹具的通用特性分类 （1）通用夹具：指已经标准化、无需调整或稍加调整就可以用来装夹不同工件的夹具。如三爪卡盘、四爪卡盘、平口虎钳和万能分度头等。这类夹具主要用于单件小

4、批生产 。,二、机床夹具的分类,液压三爪卡盘：用于回转工件的自动装卡,四爪单动卡盘：用于非回转体或偏心件的装卡,（2）专用夹具：指专为某一工件的某一加工工序而设计制造的夹具。结构紧凑，操作方便，主要用于固定产品的大批大量生产。,连杆加工专用夹具：该夹具靠工作台T形槽和夹具体上定位键确定其在数控铣床上的位置，并用T形螺栓紧固。,孔系组合夹具,孔系组合夹具实例,（3）成组专用（可调）夹具：采用成组加工工艺，将工件按形状、尺寸和工艺的共性分组，再为每组工件设计组内通用的专用夹具 （4）组合夹具：是一种模块化的夹具，由一套预先制造好的标准元件组装成的专用夹具 （5）随行夹具：自动线夹具，既担负装夹任务

5、，又担负沿自动线输送工件的任务。,2.按夹具使用的机床分类 可分为车床、铣床、钻床、镗床、磨床、齿轮机床、数控机床夹具等。 3.按夹具的动力源分类 按夹具夹紧动力源可将夹具分为手动夹具和机动夹具两大类。 手动夹具应有扩力机构与自锁性能，以减轻劳动强度与确保安全生产 常用的机动夹具有：气动、液压、气液增压、电动、电磁、真空、离心力、自夹紧夹具等,三、机床夹具的组成 定位元件：用于确定工件在夹具中的位置； 夹紧装置：将工件压紧夹牢，并保证工件在加工过程中位置不变； 联接元件：用于确定夹具对机床主轴、工作台或导轨的相对位置； 对刀或导向元件：用于保证工件加工表面与刀具之间的位置； 其它装置或元件：定

6、向键、操作件、分度装置、靠模装置、上下料装置、平衡块等，以及标准化了的其它联接元件； 夹具体：是夹具的基座和骨架，用来配置、安装各夹具元件及装置。,铣床夹具,钻床夹具,四、机床夹具在机械加工中的作用,保证加工精度，并使之稳定 缩短辅助时间，提高生产效率，降低成本 扩大机床的工艺范围 减轻劳动强度，降低技术要求 便于变更工位、引导刀具或进行仿形加工。,五 机床夹具的设计特点和设计要求,设计特点,1、设计和制造周期较短。,2、夹具的精度一般比工件的精度高23倍。,3、夹具与生产条件和操作习惯密切结合。,4、设计者要熟悉夹具的制造方法。,设计要求,1、保证工件的加工精度要求。,2、保证工人的操作方便

7、、安全。,3、达到加工的生产率要求。,4、满足夹具一定的使用寿命和经济性要求,六、机床夹具的现状及发展方向 对机床夹具提出了如下新的要求： 能迅速而方便地装备新产品，以缩短生产准备周期，降低生产成本 能装夹一组具有相似性特征的工件 适用于精密加工的高精度机床夹具 适用于各种现代化制造技术的新型机床夹具 采用以液压站等为动力源的高效夹紧装置，以进一步提高劳动生产率 提高机床夹具的标准化程度,现代机床夹具的发展方向 精密化：如精密分度、高精度自定心 高效化：缩短加工的基本时间和辅助时间，以提高劳动生产率，减轻工人的劳动强度 柔性化：通过调整、组合等方式，以适应工艺可变因素 标准化： 按夹具零件及部

8、件的国家标准以及各类通用夹具、组合夹具标准制造，有利于夹具的商品化生产，有利于缩短生产准备周期，降低生产总成本。,一、工件定位的基本原理,1定位基准的基本概念 工件定位按照加工工艺要求，将工件置于夹具中，使工件在夹紧前相对于机床和刀具就占有一个预定的位置，或者是使同一批工件逐次放置到夹具中时都能占据同一位置。,第二节 工件在夹具上的定位,定位基准在机械加工中用作定位的基准。 定位基面工件定位时，作为定位基准的点和线，往往由某些具体表面体现出来，这种表面称为定位基面。,2自由度的概念 所谓自由度，即空间位置的不确定性 一个位于空间自由状态的物体，对于空间直角坐标系来说，具有六个自由度：三个位移自

9、由度和三个旋转自由度。,3六点定位原则 定位的实质：就是限制自由度。工件的六个自由度如果都加以限制了，工件在空间的位置就完全被确定下来了。,六点定位法则 通常，一个支承点限制工件的一个自由度。 使用合理设置的六个支承点，与工件的定位基准相接触，以限制工件的六个自由度，使工件在夹具中的位置完全被确定的方法，称为六点定位法则。,熟记表1-7,定位基准按自由度分类 主要定位基准面： 设置三个支承点，限制了工件的三个自由度的定位表面。要求：支承面积大；三个支承点要对称配置。,导向定位基准面： 设置二个支承点，限制了工件的二个自由度的定位表面。要求：应选狭长表面；支承点布置应尽可能远。,导向定位支承与转

10、角误差的关系,双导向定位基准面： 限制四个自由度的圆柱定位面 双支承定位基准面： 限制二个移动自由度的圆柱定位面,止推定位基准面： 限制一个移动自由度的定位基准面。要求：应选窄小且与切削力相对的表面；支承方向平行于导向方向。 防转定位基准面： 限制一个旋转自由度的定位表面。 要求：支承点布置应离回转线尽可能远。,定位时应注意的几个主要问题 定位支承点必须与工件的定位基准面始终保持紧贴接触； 分析定位支承点的定位作用时，不考虑力的影响； 定位支承点是定位元件抽象而来的。,4工件定位中的几种情况 通常，自由度限制大于3，小于、等于6。 完全定位：不重复地限制了工件的六个自由度的定位。 不完全定位：

11、根据实际加工要求，并不需要限制工件全部自由度的定位。 欠定位：定位点少于应消除的自由度、工件定位不足的定位。,铣台阶面时，由于台阶面长度只与工作台的移动长度有关。此方向上的自由度Y移动可不限制，只需保证台阶的高和宽，采用部分定位即去掉限制Y移动的支承钉，限制5个自由度即可。 铣不通槽时，由于除需保证槽的高和宽外，还要保证槽的长度，Y移动也需要限制，所以必须采用如图所示的完全定位。,欠定位：定位点少于应消除的自由度、工件定位不足的定位。,图a如车一小轴，只用三爪卡盘夹很短的外圆，限制Y移动、Z移动，属于欠定位。 图b的工件只限制X移动、Y移动、Z移动，也属于欠定位。,图a 应将工件夹长一些,限制

12、四个自由度。若工件长度方向也需要控制,还要在前面加挡销限X的移动。 图b 一种方案是将心轴加长一些，以增加对Y、Z的旋转的限制； 另一种方案是将心轴左面台阶直径加大，以增加对Y、Z的旋转的限制，这两种方案都可限制除X的旋转以外的5个自由度。,显然欠定位是绝对不可以使用的，因为它影响加工精度。,图a中铣台阶面时只限制下面三点，图b)中铣不通槽时只限制下面3点和左侧面2点都属于欠定位。,过定位：工件同一个自由度分别被几个支承点重复限制的定位。 过定位的不良后果： 使接触点不稳定，增加了不同性； 增加了夹紧变形； 部分工件不能顺利与定位元件配合。,车长轴用双顶尖与三爪装夹，Y 和Z的移动超定位。若顶

13、尖孔与工件外圆不同轴，就会造成顶尖与工件的变形。 改进：将前顶尖改为挡销，只限制X移动。 加工连杆时，在两孔中都使用圆柱销定位，则X移动超定位,工件可能不能顺利安装。 改进：将圆柱销2改为菱形销或在右边加一活动V形块，只限制Z的旋转。,超定位可能带来定位不可靠或工件不能顺利安装，是否绝对不能使用呢? 只要装夹的外圆是以顶尖孔定位车过的，具有较高的同轴度，就不会发生干涉,反而可以传递较大的扭矩。,如加工齿形时往往用大端面和长轴定位也是超定位。但是，由于工件孔与端面和心轴与端面有较高的垂直度，不会发生干涉，且可承受较大的切削力，对加工有利。 可见只要不发生干涉,对提高工件的支承刚度有利，还是可用的

14、。,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,练习,图a所示是过定位，应尽量避免。 图b所示，以轴肩支承工件端面，以短圆柱面对孔定位，避免了过定位。 图c、d所示，孔用长圆柱面定位，工件端面以小台肩面支承或用球面自位支承，以避免过定位。,即采用两个短圆柱定位销与两孔配合，a所示。 这种定位是过定位，沿连心线方向的自由度被重复限制了。只能用于加工要求不高的场合，使用较少。,作业： 记P16-17 表1-7 典型定位元件的定位分析 复习P20-22 下节课上交作业： P25-26

15、1-12 中的 a) f) P321 6-1 c) d) e),二、常用定位元件及选用,1对定位元件的基本要求 足够的精度； 较好的耐磨性； 足够的强度和刚度； 较好的工艺性； 便于清除切屑。,2常用定位元件所能限制的自由度 常用定位元件可按工件典型定位基准面分为： 用于平面定位的 用于外圆柱面定位的 用于孔定位的,3常用定位元件的选用 工件以平面定位 面积较小的基准平面选用支承钉 面积较大、平面度精度较高的基准平面定位选用支承板 毛坯面、阶梯平面和环形平面作基准平面定位时，选用自位支承 毛坯面作基准平面，调节时可按定位面质量和面积大小分别选用可调支承 当工件定位基准面需提高定位刚度、稳定性和

16、可靠性时，可选用辅助支承,1 固定支承 支承钉：平头形 用于较光洁的表面； 圆头形 用于毛坯表面； 网头形 用于侧毛坯表面。,支承板：大板， 支承面积大，定位面精度较低时稳定性差； 小板，光条板 螺钉处槽中切屑难以清理；斜槽板， 螺钉处槽中切屑易于清理，但制造困难。,2可调支承 在夹具中定位支承点的位置可调节的定位元件。当工件的定位基面形状复杂，各批毛坯尺寸、形状有变化时，多采用这类支承。可调支承一般只对一批毛坯 调整一次。,3 自位支承 可随工件表面误差浮动，以增加与工件的接触点，提高支承刚度，只限制一个自由度。有两点式和三点式。,如车削长轴时除了以双顶尖定位外，在中间增 加中心架支承。 平

17、面常用辅助支承有三种: 螺旋式 利用螺栓螺母调节与工件接触。（同可调支承） 自位式 利用弹簧推力保持与工件接触。 推引式 利用斜面推力保持与工件接触。,辅助支承 工件定位后,为提高支承刚度所增加的支承，不起定位作用。,工件以外圆柱定位 当工件对称度要求较高时，选用V形块 当工件定位圆柱面精度较高时，可选用定位套或半圆形定位座,一 V形块 (一) V形块的形式 1 短V形块 限制工件2个自由度。 2 长V形块 限制工件4个自由度。 (二) V形块的应用范围 应用广泛，对完整圆与非完整圆都适用主要作用是对中，可使工件上定位用的外圆中心对中在V形块两斜面的对称面上 1.用于精基准定位 2.用于粗基准

18、或阶梯圆柱面定位 3.用于基准面较长或两端基准面分布较远时定位,(三) V形块的特征 1.两斜面根部凹槽作用：加工斜面让刀用的 2.当外圆直径很大时，V形块可不用整体结构钢件，而改用铸铁底座上镶淬硬支撑板或硬质合金（节省材料） 3.V形块两侧面夹角有60、90、120常用，这些都已经标准化。,二 定位套筒 （一）圆柱面定位套 1 整体式 与工件之间有间隙，定心精度不高,用于小型工件。 2 剖分式 为无间隙配合，接触面积大，定位误差小,用于中、大型工件。 消除自由度数视与工件接触长短而定。 （二）锥套 与工件接触为一圆环，消除三个移动自由度。 （三）半圆定位套 装卸工件方便，消除自由度数视与工件

19、接触长短而定。,三 自动定心机构 1 三爪卡盘 2 弹簧夹头 可与其它机构联合自动定位、夹紧。 有三种：推式；拉式；不动式。,四支承板 （一）支承板的支承型式,（二）支承板的组合定位,工件以内孔定位 一 销、轴类 (一) 定位销 1.固定式 2.可换式 3.组合式定位销 4.削边销 5.锥销,箱体类零件加工时，往往以加工好的一个面及其上的两个工艺孔作为定位基准确性，通称一面二销定位。平面限制三个自由度，一个短圆柱销限制二个自由度，另一个是菱形销，限制一个自由度，实现完全定位。,削边定位销： D50mm,锥销,（二） 定位心轴 相对而言，定心精度高，装卸工件方便，但轴向误差较大，圆柱心轴 限制4

20、点，锥度心轴 限制5点。 采用间隙配合工件装卸方便，但定心精度低。而过盈配合，定心精度高，工件装卸不方便。,（三）小锥度心轴 这类心轴外圆表面锥度为1：10001：5000，定心精度高达0.0050.01mm，要求工件定位孔有较高的精度。 定位时工件楔紧在心轴上再Lk长度上工件与心轴产生过盈配合，加工时靠过盈配合带动工件。,小锥度心轴的优点： 1.消除了工件与心轴的配合间隙，提高了定心定位精度 .装卸工件方便（敲击），定位元件结构简单 .靠过盈带动工件，不需另外夹紧，又可避免工件在心 轴上定位时的倾斜,（四） 自动定心机构 三爪卡盘：弹性心轴靠压紧锥套使弹性套变大胀紧工件； 液性塑料心轴靠挤压

21、液体塑料使薄壁套变形挤紧工件； 碟形弹性心轴：靠碟形弹簧胀紧工件。,二 双顶尖装夹(限5点) 有三种组合方式： 1 前死顶尖+后死顶尖 2 前死顶尖+后活顶尖 3 前死顶尖+后弹簧顶尖,箱体类零件加工时，往往以加工好的一个面及其上的两个工艺孔作为定位基准，通称一面二销定位。平面限制三个自由度，一个短圆柱销限制二个自由度，另一个是菱形销(或削边销)，限制一个白出度，实现完全定位。,一面两孔定位,P266-268,定位误差（dw）计算 定位误差: 由于定位不准确造成的某一工序的工序基准确在工序尺寸方向上相对于其理想位置的最大位移量。 1 定位误差的产生 基准位置误差jw 1、定位元件的制造误差 2

22、、工件的制造误差（定位基准面） 3、定位元件和工件之间的配合间隙,二 基准不重合误差jb 定位基准与设计基准不重合导致的误差。 计算定位误差时,主要这两项,把它们限制在工件公差的1/3范围内,把2/3留给其它(安装误差、夹紧变形、热变形、磨损等）误差。 并不是在任何情况下这两部分误差都同时存在,2 平面定位误差,1 基准面位置误差jw : 工件以已经加工过的表面定位，其定位基准的位置可以认为没有变动，即jw=0。 2 基准不重合误差jb : 图a为零件图，图 b 铣顶面工序中，H尺寸定位基准与设计基准重合，不存在jb。而图c 铣台阶面工序中，A尺寸由于基准不重合而存在jb，设计基准在H+TH与

23、H-TH之间变化，jb=2TH 。 dw = jw +jb=2TH,如工件总高H=400.14mm,要求保证A=200.15mm.求加工阶梯面时的dw,dw=2TH=2X0.14=0.28mm,本工序要保证的尺寸A=200.15mm 其公差Tg=0.15-(-0.15)=0.30mm,不满足,3 内孔定位误差,内孔定位误差的计算比较复杂，尺寸的标注方式不同，定位误差计算方法也不一样,一般有以下不同的情况：,一、工件内孔以过盈配合在刚性心轴(或定位销)上定位 1.过盈配合，孔与轴无间隙，孔与轴（销）的同轴度误差等于零，即jw =0 2.孔中心线作定位基准，在心轴上定位， jb=0 所以dw =

24、0 3. 过盈配合时，孔在心轴上定位的定心精度是最高的。,二、工件内孔以间隙配合在刚性心轴（或销）上定位 1、心轴与内孔单边接触（心轴水平放置） 由于工件自重，工件内孔的上母线始终与 心轴上母线接触，由于孔中心定位，jb=0 设定位心轴（销）直径d1、工件外径d、工件内孔D,dw=jw=o1o2=o1 P-o2P= (Dmax-d1min)/2 =(D+D)/2-(d1-d1)/2 =S/2+D/2+d1/2 =(S+D+ d1)/2,2、心轴与内孔双边接触（心轴垂直放置） 同样以孔中心定位jb=0 dw = jw = Dmax-d1min=(D+D)-(d1-d1) =S+D+d1 定位误差

25、为单边接触定位误差的两倍,例：在一批零件上钻孔（心轴垂直放置），距中心的尺寸要求为，问能否满足加工要求？其中 230.1mm 内孔直径 mm 心轴直径 d1= mm,设计尺寸的起点为，jb dw = jw Dmax-d1min 40.25-39.950.3mm 加工孔 的最大允许公差 0.1-(-0.1)=0.2mm 此方案不能满足加工要求,解决方法 提高定位元件心轴（销）和工件定位基准面（内孔）的精度 将间隙配合的定心定位进行转化 以上所讲两种情况，无论心轴与孔（销）单边接触还是双边接触，都是jb=0,3、零件以下母线为设计基准加工键槽时的定位误差。 此时既有基准位置误差，又有基准不重合误差

26、 （1）取定位心轴（销）尺寸最小、工件内孔最大，且与定位心轴（销）下母线接触，而工件外圆尺寸最小 （2）取定位心轴（销）尺寸最小、工件内孔最大，且与定位心轴（销）上母线接触，而工件外圆尺寸最大,dw=Hmax-Hmin =A1A2=A2O1-A1O1=O1O2+A2O2-A1O1 =jw+A2O2-A1O1=jw+d/2-(d-d)/2 =jw+d/2 jb=d/2,4、零件以上母线为设计基准加工键槽时的定位误差 此时既有基准位置误差，也有基准不重合误差 （1）取定位心轴（销）尺寸最小、工件内孔最大，且与定位心轴（销）下母线接触，而工件外圆尺寸最大 （2）取定位心轴（销）尺寸最小、工件内孔最大

27、，且与定位心轴（销）上母线接触，而工件外圆尺寸最小,dw=Hmax-Hmin=A1A2 =A1O2-A2O2 =O1O2+A1O1-A2O2 =jw+d/2-(d-d)/2=jw+d/2 jb=d/2,4 外圆定位误差,工件以外圆定位，有定心定位和支承定位，最常见的就是V形块定位， 从定位作用看， V形块定位属于对中定心定位，其定位基准为工件外圆中心线。,dw=jw=A1A=AE-A1E AE=AF/sin(/2) =d/2sin(/2) A1E=A1F1/sin(/2) =(d-d)/2sin(/2) dw=(d-d+ d)/2sin(/2) = d/ 2sin(/2) 设 KA=1/ 2s

28、in(/2),一、设计基准为工件的中心 定位基准也是轴心线，没有基准不重合误差 jb=0 dw =jw,dw =KAd 1、当工件外圆直径公差d一定时，角增加， dw 减小 2、当=180 ，dw min= d/ 2，此时V形块为一平面，失去对中作用，另外，太大时，定位不稳定 通常=90 ,二、设计基准为工件的上母线,定位基准是轴心线，同时存在jb 和jw dw=BB1=BE-B1E =(BA+AE)-(B1A1+A1E) =BA+AE-B1A1-A1E =d/2+d/2sin(/2) - (d/2-d/2) - (d-d)/2sin(/2) =d/2 1+1/sin(/2) 设KB=1 /2

29、 1+1/sin(/2) dw=KBd,二、设计基准为工件的下母线,dw=CC1=EC-EC1 =(AE-AC)-(A1E-A1C1) =AE-AC-A1E+A1C1 =d/2sin(/2)-d/2 -(d- d)/2sin(/2) +(d-d)/2 = d/2 -1+1/ sin(/2) 设 KC=1/2 -1+1/ sin(/2) dw=KCd,dw（A）= d/ 2sin(/2)=KAd dw（B）= d/2 1+1/sin(/2) =KBd dw（C）= d/2 -1+1/ sin(/2) =KCd 其中KA、 KB、 KC分别与有关 dw（B） dw（A） dw（C） 控制轴类零件的加工表面时，多以下母线标注或以轴心标注，以上母线为设计基