第三章 机床夹具设计原理-2012(9)

为延长定位元件的使用或更换周期，定位元件应具有良 好的耐磨性。 4. 工艺性好 定位元件的结构，应力求简单、合理、便于加工、装配 和更换。 四. 常用定位元件 （一）工件以平面定位时的定位元件 1. 主要支承 1）固定支承 支承钉， 图1-22 如图1-22所示： 支承板， 如图1-23所示：
图1-23
3. 对刀或导向装置 用于确定刀具相对定位元件及工件 加工表面的正确位置。 4. 连接元件 是夹具在机床上安装的连接元件。 5. 夹具体 是机床夹具的基础件，通过夹具体 将所有的元件连接组合成一个整体。
6. 其它装置及元件 指因特殊需要而设置的装置或元 件。如分度装置，吊装件，操作 件等。如图1-5所示。
图1-6
要想使工件在机床上有完全确定的位置，必须 分布合适的六个支承点，分别限制工件的六个 自由度，使工件有完全确定的位置。这一法则， 称为六点定则。
如图所示，在处在空间直角坐标系中的六方体的三个相 互垂直的平面上，分布有六个定位支承点。现试分析各 定位支承点，限制自由度的情况。如图1-7所示：
在XOY平面有定位支承点 1，2，3；限制了 Z , X , Y ; 三个自由度； 在XOZ平面有4，5 两个定位支承点，限制 了 Z , Y 两个自由度； 在YOZ平面有6一个定位
图1-11
三. 常用定位元件限制的自由度
四. 限制工件自由度与加工要求的关系
图1-12
影响加工要求的自由度，必须限制；不影响加工要求
的自由度可限制，可不限制。
0 60 如图1-12所示，在一工件上铣通槽。为保证尺寸 0.20 mm
及与底面的平行度两项要求，必须限制 Z , X ,Y 为保证尺寸 30±0· 1mm及槽侧面与B面的平行度，必须限 制 X , Z 两个自由度，至于 Y 则可限制可不限制。 五. 正确处理过定位 1. 改变定位元件的结构避免过定位
图1-10
如果连杆小头孔轴线与端面不垂直，夹紧后会造成连杆体的弯曲或 定位长销被拉弯，引起较大的加工误差，因此，过定位一般情况下 是不允许的，只有因过定位引起 的加工误差比不采用过定位引起的加工误差小时，过定位才是允许 的。如加工细长轴时，径向切削力会引起轴的弯曲变形，一般采用 加中心架或跟刀架的方法来减小因径向切削力引起的轴的弯曲变形， 加中心架或跟刀架属于过定位，但产生的加工误差小，因此，是允 许的。
图1-8
两个V形块相当于四个定位支承点，限制了 X , Z ; X , Z. 四个自由度，定位销相当于一个定位支承点，限制了 Y 一个自由度，定位支承相当于一个定位支承点，限制了 Y 一个自由度。这种用相当于六个定位支承点的定位元件 完全限制工件六个自由度的定位，称为完全定位。 2. 不完全定位 根据具体的加工方法，在满足加工要求的前提下，把限 制工件少于六个自由度的定位，称为不完全定位。
后浮动顶尖相当于两个定位支承点，限制 Y , Z
Y , Z,Y , Z
3. 结论
属于过定位。应改进为三爪卡盘夹持较短。 例2：如图1-17所示，为采用大平面、 固定V块、活动V块定位，加工连杆 的大小头孔。试分析定位元件限制 的自由度，属于那种定位情况，是 否合理，如需改进，应如何改进。 解：1. 分析加工要求需要 图1-17 限制的自由度。 需完全定位。 2. 分析定位元件所能限制的自由度 1）大平面限制 Z , X , Y
2）固定V块限制 X , Y 3）滑动V块限制 Z 3. 结论 属于完全定位。定位方案合理，不需改进。 例4：如图1-18所示，为采用大平面、固定V块、活动V块 定位，加工圆盘轴心孔。试分析定位元件限制的自由 度 属于那种定位情况，是否合理，如需改进，
应如何改进。 解：1. 分析加工要求需要限制的自由度。
4. 欠定位 当定位支承点的数目，少于应限制的自由度数目，工件不能正确定 位，不能满足加工要求。这种定位方式，称为欠定位。 如图1-11所示，为一欠定位的实例。在长V形块上定位，加工轴上距 一端为尺寸a的槽。
为保证尺寸a，需限制 y
但，没有被限制，属于欠定位。
欠定位，工件在夹具中不能正确定位， 不能满足加工要求。因此，是绝对不允 许的。
图1-1
图1-2
2）划线找正装夹
按照工件上划好的线，找正工件在机床上的正确位置，然后 再夹紧。这种方法称为划线找正装夹。如图1-3所示。
3. 专用夹具装夹
专用夹具是根据加工 某一零件的某一工序 的具体加工要求而设 计的。其上有专用的 定位夹紧装置，可迅 速的装夹工件。多用 于大批大量生产，如 图1-4所示。
图1-13
如图1-13所示，把长圆柱销改成短圆柱销，即可避免了 过定位。
2. 去掉多余的定位支承，消除过定位
图1-14
如图1-14所示，定位支承销3重复限制了 Y 把定位支承销 3撤消，增加一个辅助支承，即消除了过定位，也增加了 工件的装夹刚度。
3、提高定位基面的位置精度，消除过定位
如图1-15所示，只要提高齿轮内孔与端 面的垂直度，即可避免在夹紧时，拉弯 心轴，消除了过定位的影响。
如图1-9（a）所示， TH 为保证加工尺寸 H
2
及上下平面的平行度， 限制 Z, X ,Y
图1-9
三个自由度即可。
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
3. 过定位 几个定位支承点，同时限 制同一个自由度的定位， 称为过定位。
如图1-10所示，加工连杆大头孔 的定位。大平面相当于三个定 位支承点，限制了 Z , X , Y 三个 自由度；长圆柱销相当于四个 定位支承点，限制了 X , Y , X , Y 四个自由度，定位销3相当于一 个定位支承点，限制了 Z 一个自由度。 很显然 X , Y 被重复限制了。
图1-21
三. 对定位元件的基本要求 1. 足够的精度 工件的定位是通过定位副间的接触或配合实现的，定位 元件上的限位基面的精度，将直接影响定位精度。 2. 足够的强度和刚度 定位元件不仅限制工件自由度，还在加工过程中，承受 夹紧力、切削力等，为保证夹具不在各种力的作用下， 产生变形或破坏，因此定位元件要有足够的强度和刚度。 3. 耐磨性好 在大批大量生产中，频繁地装卸工件，定位元件的限位 基面因磨损而精度下降。
把工件的定位面，直接靠紧在机床的装夹面上，并密切 贴合，然后夹紧工件。这种方法称为直接装夹。 如工件在三爪卡盘或平面工作台上的装夹。如图1-1所示。 2. 找正装夹
1）直接找正装夹
用划针，百分表或目测直接找正工件在机床或夹具中的正确 位置，然后再夹紧。这种方法称为直接找正装夹。 如工件在四爪卡盘上装夹，通过采用测量工具找正工件在机 床上的正确位置，然后再夹紧。如图1-2所示。
图1-15
六. 定位实例分析 例1. 在车床上加工轴上外圆的定位方案如图1-16所示，试 分析定位元件限制的自由度，属于那种定位情况，是否 合理，如需改进，应如何改进。 解：1. 分析加工要求需要 限制的自由度。 要想加工出准确的圆柱面来， 必须限制 Y , Z , Y , Z 图1-16 2. 分析定位元件所能限制的自由度 三爪卡盘夹持较长，相当于四个定位支承点，限制
2. 能提高劳动生产率。
专用夹具装夹工件时，装夹工件方便，快速；不需找正， 可显著的减少辅助时间，提高了劳动生产率。 3. 扩大机床的使用范围。 如设计一镗模夹具即可在车床上实现镗床镗孔的功能，因 此专用夹具装夹工件，可扩大机床的使用范围。 （二）专用夹具的组成 1.定位装置 作用使工件在夹具中占据正确的位置。 2.夹紧装置 作用是将工件压紧夹牢，保证工件在加工过程中，受到外 力作用下，不偏离已经占据的正确位置。
图1-4
图1-3
二. 机床夹具及其分类
（一）机床夹具的概念
（二） 机床夹具分类
1、按适用工件范围和特点分类 1）通用夹具
可装夹一定尺寸范围内的工件。如，三爪卡盘，四爪卡盘，平 口虎钳等。
2）专用夹具 根据加工某一零件的某一工序的具体加工要求而设计的夹具。 3）可调夹具 通过更换或调整个别定位，夹紧或导向元件即可用于装夹多种 工件。 4）组合夹具 由预先制造的不同尺寸，形状，规格的标准件及合件组装而成， 以满足在不同的机床上装夹不同的工件。
图1-5
第二节 工件定位的基本原理
一. 六点定则 一个尚未定位的工件，其空间位置 是不确定的。可沿X、Y、Z轴移动 和绕X、Y、Z轴转动。沿三坐标轴 的移动记作： X , Y , Z ; 绕三坐标轴的 转动记作：X , Y , Z. 如图1-6所示： 要想使工件在某一方向上有确定的 位置，必须在某一方向上分布一个 支承点，来限制该方向上的自由度。
5） 随行夹具 加工自动线夹具，即能装夹工件，也起到输送工件的作用。 2、按适用的机床不同分类 1）车床夹具。2）铣床夹具。3）镗床夹具。--3、按夹紧的动力源不同分类 可分为手动夹具，气动夹具，液压夹具，气-液夹具，电磁夹 具，及真空夹具等。
三. 专用夹具装夹的优点及专用夹具组成
（一）专用夹具装夹的优点 1. 能稳定可靠的保证加工精度。 用专用夹具装夹工件时，工件相对刀具及机床的位置精度由 夹具保证，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。
图1-19
图1-20
定位元件的回转体表面为限位基面，定位元件的回转轴线 为限位基准。 2）工件以平面定位时
定位元件上实际存在的那个表面为限位基面；其定位平面 的理想状态称为限位基准。当平面的精度较高时，限位基 面与限位基准重合。 3. 定位副 定位基面与限位基面合称为定位副。 当工件上有几个定位基面时，限制自由度最多的那个定位 基面，称为主要的定位基面。 二. 定位符号 定位、夹紧符号已有部颁标准（JB/T5061—91），可参 看下列图1-21示例。
（二）工件以圆柱孔定位时的定位元件 1. 圆柱销
2. 圆柱心轴
图1-28
3. 圆锥销
图1-29
图1-29 圆锥销
4. 圆锥心轴
图1-30
（三）工件以外圆定位时的定位元件 1. V形块
图1-31
2. 定位套
图1-32
第一章 机床夹具设计基础
第一节 概述 一. 工件的装夹及装夹方法 (一) 装夹的概念 1. 定位~为保证加工精度，在加工前，工件在机床的装 夹面上或夹具中，必须相对刀具及其切削成形运动，占 据一正确位置。这一过程就称为定位。 2. 夹紧~加工过程中，为避免在各种力的作用下，使工 件偏离已经确定的正确位置，还必须把它压紧，夹牢。 这一过程称为夹紧。 3. 装夹~工件从定位到加紧的全过程。称为装夹。 （二）装夹方法 1.直接装夹
根据加工要求应限制 X , Y , X , Y
2. 分析定位元件所能限制的自由度 Z, X ,Y 1）大平面限制
图1-18
2）固定V块限制 X , Y 3）滑动V块限制（如存在圆度误差） Y 3. 结论 属于过定位。如不存在圆度误差，则滑动V块不限制 Y 属于不完全定位。
第三节 定位副及定位元件 一. 定位副 （一）定位副概念 1. 定位基准、定位基面 1）工件以回转体定位时 如图1-19所示：回转体表面为定位基面；回转体的轴线 为定位基准。 2）工件以平面定位时 实际存在的那个表面为定位基面；定位平面的理想状态 为定位基准。如图1-20所示： 2. 限位基准、限位基面 1）工件以回转体定位时
图1-7
支承点，限制了
X
一个自由度。恰好六个定位支承点，分别限制了六个自由度， 使六方体在空间直角坐标系中有完全确定的位置。 二. 几种定位情况 1. 完全定位 工件六个自由度被分别完全限制的定位，称为完全定位。 如图1-8所示，在长圆柱体工件上，钻一个与已加工的键槽 对称且与端面的距离为a的小孔。夹具上的定位元件有：两 个V形块，一个定位支承，一个定位销。
2）可调支承 支承的高度 可以根据需 要进行调整。 如图1-24（a）、 （b）所示
图1-24（a）
图1-24 （b）
3）自位支承 在工件的定位过程中，能自动调整位置的支承。如图1-25 所示：
图1-25
2）可调支承 辅助支承用来提高工件的装夹刚度，不起定位作用。 如图1-26所示：
图1-26