4 工件定位与夹紧方案的确定

（3）改善工人的劳动条件,降低生产成本
（4）扩大机床使用范围和改变机床用途
如：铣床加分度头，就可以加工有等分要求的工件。 利用镗模，可以用车床或摇臂钻床镗削箱体的孔系。
12
§4.1.2 机床夹具的分类
按夹具应用范围划分
➢（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。
防转菱形销限制: Z 方向转动自由度
63
4.3 任务3 选择夹具定位元件
➢工件定位时，首先要根据加 工要求，确定工件需要限制 的自由度，选择合适的表面 作为定位基准面。 ➢工件的定位基准面有多种形 式，如平面、外圆柱面、内 孔等。 ➢根据定位基准面的不同，采 用不同的夹具定位元件，使 定位元件的定位面和工件的 定位基准面相接触或配合， 从而实现工件的定位。
顶尖限制: Y、Z 方向转动自 由度
61
过定位问题分析 ➢ 图示工件要在端面加工螺孔时，如何进行定位？
62
➢使用长圆柱销时，X、Y方 向的转动自由度重复限制， 当夹紧时，连杆会产生变形。
短长圆柱销限制: X、 Y 方向的移动自由度 X、 Y 方向的转动自由度
大端面限制: Z 方向的移动自由度 X、 Y 的转动自由度
图4-1 轴套零件图
9
4.1 任务1 认识机床夹具
本节要点
机床夹具的功能 机床夹具在机械加工中的作用 夹具的分类 机床夹具的组成
10
§4.1.1 机床夹具的功能与作用
1.机床夹具的功能
机床夹具的主要功能: ➢定位——工件在夹具中相对于刀具和机床占有正确的加 工位置。 ➢夹紧——把工件压紧夹牢，并保持这个确定的位置在加 工过程中稳定不变。
2）夹紧元件及装置
3）对刀及导向 元件
4）连接元件 5）夹具体
6）其他元件及 装置（防护、防 错、分度…）
6
1
2
3
4
图2-42 铣轴端槽夹具
1 — V型块 2 — 支撑套 3 — 手柄 4 — 定向键
5 — 夹具体 6 — 对刀块
32
思考
请指出下图轴套钻孔夹具的 定位元件、夹紧元件、导向 元件、夹具体。
学习情境4 工件定位与夹紧方案的确定
什么是机床夹具？
——按照工艺规程 规定的工序要求， 使同一批工件在机 加工前，能迅速进 行安装并使工件相 对于机床、刀具具 有正确位置且在整 个加工过程中保持 上述位置关系的一 种工艺装置。
常见的机床பைடு நூலகம்具
三爪卡盘
四爪卡盘
万向平口钳
回转工作台
分度头
3
组合夹具实例
51
答案
应该限制: Y、Z方向的移动自由度 X、Y、Z的转动自由度
52
考考你 铣图所示的槽时，应限制哪些自由度数？
应该限制: X、Y、Z方向的移动自由度 X、Y、Z的转动自由度
53
小结：
➢工件定位时，影响加工精度要求的自由度必须 限制。 ➢不影响加工精度要求的自由度可以限制也可以 不限制，视加工时的具体情况而定。 ➢因此，工件定位中应解决的首要问题——按照 工件加工要求确定工件必须限制的自由度数。
7
工作任务
按零件图要求，确定每道工序零件在机床上的定 位、夹紧方案，分析定位方案是否合理，将夹具 图画出（如果需要专用夹具）。
8
工作任务案例
如图4-1所示轴套零件，其内外圆表面和端面均已加工完毕， 现需要在其外圆柱面上钻一Φ6孔。此工件的生产批量为500件， 材料为Q235。请确定该钻孔工序的定位、夹紧方案，并将夹具 装配图画出。
4
气动虎钳
液压夹具
5
6
知识目标
1. 掌握定位的原理。 2. 掌握常用的定位方式及相应的定位元件。 3. 掌握定位误差的分析与计算方法。 4. 掌握典型夹紧装置。 5. 掌握专用机床夹具设计的基本方法与步骤。
能力目标
1. 能根据零件的结构和加工要求，合理确定零件的定位 与夹紧方案。
2. 能设计简单的专用机床夹具。
正确安装——定位后夹紧。
机床夹具的特殊功能: ➢对刀——夹具对刀具有正确的位置。 ➢导向——引导刀具进行加工。
11
2.机床夹具在机械加工中的作用
（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。 如：在摇臂钻加工孔系 ①夹具：可达0.10～0.20mm
②划线找正：0.4～1.0mm
（2）缩短辅助时间,提高劳动生产率
齿轮装在轴上，内孔是它的装配基准 轴装在箱体孔上，则轴颈是装配基准 主轴箱体装在床身上，则箱体的底面是装配基准
43
§4.2.2 工件的定位方法
1.装夹
装夹又称安装，包括定位和夹紧两项内容。
➢定位 —— 使工件在机床或夹具上占有正确位置。 ➢夹紧 ——为防止工件在切削力、重力、惯性力等的作用下 发生位移或振动，对工件施加一定的外力，使其已确定的位 置在加工过程中保持不变。 ➢定位与夹紧的区别
➢ 基准根据其功用不同分为设计基准与工艺基准。
35
(1) 设计基准
➢设计人员在零件图上标注尺寸或相互位置关系时所依据的
那些点、线、面称为设计基准。
例如右图中 ，端面Ｆ是端 面Ｅ、Ｄ的设 计基准；中心 线O—O是圆 柱面Ｂ、Ｃ的 设计基准
图5-7 定位支座
36
(2)工艺基准
零件在加工工艺过程中所采用的基准称为工艺 基准。
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
Z
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。
Y
X
图 2-13 六点定位原理
48
2. 六点定位原理的两点说明
➢ (1) 六点支承点必须适当分布
如果三个支承点在一直线上， 就没有限制三个自由度
49
➢(2) 如何理解工件某个自由度被限制
18
常见机床夹具
（1）钻床夹具
19
20
（2）铣床夹具
21
（3）车床夹具
22
§4.1.3 机床夹具的组成
一、 机床夹具的基本组成部分
1. 定位元件 ——用于确定工件正确位置的元件。 2. 夹紧装置 ——用于将工件压紧的机构（装置）。 3. 夹具体 ——连接、支承所有装置（或元件）并保持总装精度要 求的基础。
外力作用方向，应 使工件定位面与夹 具定位面紧密接触
工件在某个方向的自由度被限制 了，就是在该方向上有了确定的位 置，即每次安装时（先定位－确保 工件的定位面与夹具定位面紧密接 触，后再夹紧），工件在这个自由 度方向的坐标值是唯一的。但，这 并不表示在受到脱离支承点的外力 的作用下也不运动
50
3.由工件加工要求确定工件应限制的自由度数 现场加工问题：铣槽时，需要确定哪些自由度？
40
➢定位基准常用的是“面”，所以也称为定位面，常以符号 “ ”表示，其尖端指向定位面。 如图4．4为加工齿轮时的定位基准表示法。
图4.4 定位基准表示法
41
③ 测量基准
零件测量时所采用的基准，称为测量基准。
42
④ 装配基准
➢在装配时，用来确定零件或部件在机器中的位置 时所依据的点、线、面称为装配基准。 例如：
划线找正装夹法示例
46
③夹具定位法—— 利用夹具的定位元件使得工件获得正确
位置。 优点:精度和效率均高，在成批及大量生产中广泛采用 缺点:需要设计和制造专用的夹具
夹具装夹法示例
47
§4.2.3 工件的定位原理
1. 六点定位原理
用任X ,何Y一, 个Z,物x体, y在, 空z 表间示直角坐标系中都有 6 个自由度——
2）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。
60
过定位常见例子
重复限制: Y、Z 方向转动自由度
一夹一顶 夹持部分较长
夹持较长卡盘相当于套筒限制: Y、Z方向的移动自由度 Y、Z的转动自由度
利用百分表、划针等在机 床上直接找正工件，使其 获得正确位置。 特点:精度高，效率低，对 工人技术水平要求高，一 般用于单件小批量生产。
a)磨孔时工件的找正 b)刨削时工件的找正
45
②划线找正定位法—— 先在毛坯上按照零件图画出中心线
、对称线、待加工表面线，然后装上机床，按照划好的线找 正工件。 特点:精度不高，效率低，多用于形状复杂的铸件
工艺基准按用途不同又可分:
➢ 工序基准 ➢ 定位基准 ➢ 测量基准 ➢ 装配基准
37
① 工序基准
➢ 在工序图上，用以确定本工序被加工表面加工后的尺寸、 形状、位置的基准称为工序基准。
➢ 其所标注的加工面尺寸称为工序尺寸。
图 工序基准举例（支座零件车削工序） 38
② 定位基准
➢ 定位基准是指加工时使工件在机床上或夹具中占据一 正确位置所依据的基准。
➢（5）随行夹具 在自动线或柔性制造系统中使用的夹具。
13
成组夹具
14
组合夹具
15
组合夹具
16
随行夹具在自动线上工作的情况
17
按使用机床划分：
钻床夹具 （图例） 铣床夹具 （图例） 车床夹具 （图例） 磨床夹具 （图例） 数控机床夹具
按夹具动力源划分：
手动夹具 气动夹具 液压夹具 （图例） 电磁夹具 真空夹具
23
二、 机床夹具的其它特殊元件或装置
1.连接元件——确定夹具相对于机床位置的元件 如：莫氏锥柄、法兰盘、定位（向）键等。 作用：确定夹具对主轴或机床工作台有正确的相互位置。
2. 对刀元件——用于确定刀具在加工前的正确位置的元件 3.导向元件——用于确定刀具位置并引导刀具进行加工
的元件 （确定夹具相对于刀具位置的元件）。 4. 其它元件或装置——针对某些特殊需要的装置或元件。
图4-2 轴套钻夹具
1—快换钻套；2—衬套；3— 钻模板；4—开口垫圈；5— 螺母；6—定位销；7 —夹具 体
33
4.2 任务2 确定工件的定位方式
本节要点
基准及工件装夹 定位原理 工件常用定位方法 定位常用的四种形式
34
§4.2.1 基准的概念
➢ 基准就是零件上用以确定其它点、线、面位置所依据 的那些点、线、面。
54
§4.2.4 工件的定位形式
1. 完全定位与不完全定位
➢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，但能保证加工要求，称为不完全定位。
55
完全定位举例
大端面限制: X 方向的移动自由度 Y、Z的转动自由度
短销限制: Y、Z方向的移动自由度
防转销限制: X 方向转动自由度
欠定位示例2
欠定位: 如果没有 防转销属欠定位
59
过定位
➢ 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）约束点约束，称为过定位。
➢ 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）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）通用可调整夹具 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。
➢（4）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。
39
➢ 作为定位基准的点、线、面，可 能是工件上的某些面，也可能是 看不见摸不着的中心线、对称线、 对称面、球心等。
➢ 工件定位时，往往需要通过某些 表面来体现，这些面称为定位基 准面。
❖ 例如：用三爪自定心卡盘夹持 工件外圆，体现以轴线为定位 基准，外圆面为定位基准面
❖ 严格地说，定位基准与定位基 准面并不相同，但可以替代， 这中间存在一个误差问题。定 位精度要求高时，替代后需计 入这个误差。
56
不完全定位举例
应该限制: Y、Z方向的移动自由度 Y、Z的转动自由度
当卡盘夹住的轴段较短时，会否影响加工质 量？怎么办？
57
2. 欠定位与过定位
欠定位
➢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。
Z Y
X
B
B
a）
b）
图 欠定位示例1 58
如：分度装置、上下料装置、工件顶出装置等。
24
1. 连接元件
25
26
2. 对刀装置
高度对刀块
直角对刀块
成形刀具对刀块
27
3. 导向元件
过渡 配合
间隙 配合
钻套材料:T10淬火或20钢渗碳淬火
28
29
H= (1~2.5)d h=(0.3~1.2)d
30
31
夹具的组成 举例
1）定位元件及装置
❖定位不准确，会影响零件加工的尺寸精度与位置精度。 ❖夹紧不合理，会产生受力变形，影响零件的形状精度。 如:在车床上镗削薄壁套筒的内孔时，应该用均布力夹紧 （例如弹簧卡头），而不能用集中力（例如三爪卡盘）夹 紧。
44
2.工件的定位方法
➢直接找正定位法 ➢划线找正定位法 ➢夹具定位法
①直接找正定位法——