机械制造技术基础课件最新版第四章机床夹具原理与设计第3节
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机械制造技术基础课件机床夹具设计原理
消除或减少过定位的方法主要有：
(1) 提高工件定位基准之间及定位元件工作表面之间的位置精度，减少过定位对加 工精度的影响，使不可用过定位变为可用过定位；
(2) 改变定位方案，避免过定位。改变定位元件的结构，如圆柱销改为菱形销、长 销改为短销等；或将其重复限制作用的某个支承改为辅助支承（或浮动支承）。
4．过定位
图4．5 连杆大头孔加工时工件在夹具中的定位
如图4．5所示的连杆定位方案，长销限制了
、 4个自由度，支承板
限制了
、 3个自由度，其中 被两个定位元件重复限制，这就产生了过定
位。当连杆小头孔与端面有较大的垂直度误差时，夹紧力F将使长销弯曲或使连杆
变形，见图4.5(ｂ)、(ｃ)，造成连杆加工误差，这时为不可用过定位。若采用图4.5
4.1 机床夹具概述
4.1.4 机床夹具的功能
（1）保证工件的加工精度，稳定产品质量。机床夹具的首要任务是 保证加工精度，特别是保证被加工工件的加工面与定位面之间以及被加工 表面相互之间的尺寸精度和位置精度。使用夹具后，这种精度主要靠夹具 和机床来保证，不再依赖于工人的技术水平。
（2）提高劳动生产率、降低成本。使用夹具后可减少划线、找正等 辅助时间，而且易于实现多件、多工位加工。在现代夹具中，广泛采用气 动、液压等机动夹紧等装置，还可使辅助时间进一步减小。因而可以提高 劳动生产率、降低生产成本。
（3）通用可调夹具和成组夹具
（4）组合夹具
（5）随行夹具
4.1 机床夹具概述
4.1.2 机床夹具的分类
2）按使用的机床分类
按所使用的机床不同，夹具可分为车床夹具、铣床夹具、钻床夹 具、镗床夹具、磨床夹具、齿轮机床夹具和其他机床夹具等。
3）按夹紧动力源分类
机械制造技术基础课件：第4章-1
图4-7 通用夹具
分度头
3
4.1.3 机床夹具
L φD
4 零件工序简图
图4-8 专用夹具
4.1.3 机床夹具
KH1 KH2 KH3
KH4
L φD
L φD
3
3
4 L
φD
4 L
φD
3
3
4 L φD
4 L φD
3
3
图4-9 成组夹具
4
4
零件工序简图
4.1.3 机床夹具
78 9
10 11 12 13 14 15
机械制造技术基础
第4章 机床夹具设计原理
Design Principle of Machine Tool Clamp
4.2 工件在夹具中的定位
Workpiece Fixed Position in the Clamp
4.2.1 定位原理
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——
Z
Y X
图 4-13 工件以平面3点定位
4.2.1 定位原理
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，称为不完全定 位。
➢不完全定位主要有两种情况： ①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。
机械制造技术基础
第4章 机床夹具设计原理
Design Principle of Machine Tool Clamp
4.1 概述
Summarize
机械制造技术基础第四章
4 ．分析下图所示在轴上铣槽保证尺寸H和L时所必须限制的自 由度
4.2.2 定位方式和定位元件
定位元件的主要技术要求和常用材料 主要技术要求
① 较高的精度，尺寸精度不低于IT6-IT8，表面粗糙 度值为Ra0.2-0.8； ② 足够的刚度，避免受力后引起变形； ③ 较好的耐磨性，以便长期的保持精度，一般采用 淬火处理，硬度为HRC55～62 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。
定位元件单独使用时限制移动自由度，在组合定位中常会转化成限制转动 自由度。一经转化，将不再起原来限制工件移动自由度的作用。
单个表面的定位是组合定位分析的基本单元。工件上的单个定位表面与那 些定位元件相接触，就分析这些定位元件能限制工件哪些自由度。
（1）端面与孔组合定位
图 端面与孔定位
（2）端面与外圆柱面组合定位
车床夹具、铣床夹具、 钻床夹具、镗床夹具 按动力源分： 手动夹具、气动夹具、液压夹具、 电动夹具、磁力夹具等
4.2 工件在夹具中的定位
4.2.1 工件定位的概念
1.工件的自由度与定位
任何一个物体在空间直角坐标系中都有 6 个自由度—— 用 x, y, z , x, y, z 表示 要确定其空间位置，就需要限制其 6 个自由度
Y
X
图 六点定位原理
几点注意：
“点”的含义 ——对自由度的限制，与实际接触点不同
定位就是限制自由度，一个定位支承点仅限制一个自由度，一个工
件仅有六个自由度，所设置的定位支承点数目，原则上不超过六个。
定位支承点限制工件自由度的作用，应理解为定位支承点与工件
上的定位表面始终保持相互接触的状态。若两者脱离，则意味着失去 定位作用。 定位后一个自由度的两个可能运动方向均被限制。
机械制造基础课件第四章：机床夹具设计基础
• △ ZJ+ △ DD +△ GC ≤T • △ DW ≤T/3
第4章 机床夹具设计基础
• 六点定位原理：
第4章 机床夹具设计基础
长方体工件的六点定位
第4章 机床夹具设计基础
圆盘工件的六点定位
第4章 机床夹具设计基础
轴类工件的六点定位
第4章 机床夹具设计基础
第4章 机床夹具设计基础
• 4.3 定位误差 • 4.3.1 定位误差的概念及其产生的原因 • 定位误差ΔDW：由于定位不准而造成工序尺寸
第4章 机床夹具设计基础
4.1 概述 4.1.1 夹具的定义及组成 1. 定义
机械加工过程中，依据工件的加工要求，使工 件相对机床、刀具占有正确的位置，并能迅速、可靠 地夹紧工件的机床附加装置。称为机床夹具，简称为 夹具。 2. 组成
（1）定位元件 （2）夹紧装置 （3）对刀—引导元件 （4）连接元件 （5）夹具体 （6）其它装置
具、电动夹具、电磁夹具和真空夹具等。
第4章 机床夹具设计基础
4.1.3 机床夹具的作用 1. 保证加工精度 2. 提高生产率，降低生产成本 3. 减轻劳动强度 4. 扩大机床的工艺范围
第4章 机床夹具设计基础
•4.1.4 夹具装夹时的加工误差
1. 工件装夹误差△ ZJ 它包括定位误差△ DW和夹紧误差△ JJ 。
图 4-6 各种固定支承钉
第4章 机床夹具设计基础
图 4-7 固定支承板
第4章 机床夹具设计基础
图 4-8 可调支承
第4章 机床夹具设计基础
图 4-9 自位支承
第4章 机床夹具设计基础
（2）辅助支承
图 4-10 辅助支承的作用
第4章 机床夹具设计基础
第4章 机床夹具设计基础
• 六点定位原理：
第4章 机床夹具设计基础
长方体工件的六点定位
第4章 机床夹具设计基础
圆盘工件的六点定位
第4章 机床夹具设计基础
轴类工件的六点定位
第4章 机床夹具设计基础
第4章 机床夹具设计基础
• 4.3 定位误差 • 4.3.1 定位误差的概念及其产生的原因 • 定位误差ΔDW：由于定位不准而造成工序尺寸
第4章 机床夹具设计基础
4.1 概述 4.1.1 夹具的定义及组成 1. 定义
机械加工过程中，依据工件的加工要求，使工 件相对机床、刀具占有正确的位置，并能迅速、可靠 地夹紧工件的机床附加装置。称为机床夹具，简称为 夹具。 2. 组成
（1）定位元件 （2）夹紧装置 （3）对刀—引导元件 （4）连接元件 （5）夹具体 （6）其它装置
具、电动夹具、电磁夹具和真空夹具等。
第4章 机床夹具设计基础
4.1.3 机床夹具的作用 1. 保证加工精度 2. 提高生产率，降低生产成本 3. 减轻劳动强度 4. 扩大机床的工艺范围
第4章 机床夹具设计基础
•4.1.4 夹具装夹时的加工误差
1. 工件装夹误差△ ZJ 它包括定位误差△ DW和夹紧误差△ JJ 。
图 4-6 各种固定支承钉
第4章 机床夹具设计基础
图 4-7 固定支承板
第4章 机床夹具设计基础
图 4-8 可调支承
第4章 机床夹具设计基础
图 4-9 自位支承
第4章 机床夹具设计基础
（2）辅助支承
图 4-10 辅助支承的作用
第4章 机床夹具设计基础
机械制造技术基础_机床夹具设计原理课件
不正常定位
欠定位 超定位
超定位的几个例子 ①平面定位：
四个支撑钉→三个
②平面长销 平面→3个；长销→4个 改进措施
长销与小端面
短销与大端面
长销与浮动端面垫
③一面两销 两个短销均限制了 Y →将其中一销改为削边销
过定位益处
增加稳定性 增加刚性
具体情况具体分析： 该限制的没有限制→欠定位，不允许；限制自由度 小于六时，是欠定位或不完全定位 一个自由度被多个定位元件限制→超定位，一般不 允许 工件定位面精度、夹具定位元件精度较高→允许过 定位→提高刚度 工件刚度低，过定位→提高刚度 根据加工要求确定定位 欠定位和过定位可能同时存在
①使工件占有正确的加工位置
②保证夹具定位工作面相对机床切削运动形成表面的
准确几何位置，满足加工面对定位基准的相互位置精 度要求 ③保证加工面对定位基准的位置尺寸
机床夹具和机床、刀具、工件之间关系图
四、夹具的作用
（1）保证加工精度 （2）提高生产率 （3）减轻工人劳动强度 （4）扩大机床使用范围 （5）降低生产成本 （6）可由较低技术等级的工人加工
5、复合定位——一个平面和两个与平面垂直的孔组合；
一个平面和一个与其垂直的孔组合 （1）一个平面和两个与其垂直的孔 A 、采用两个圆柱销和一个平面的情况 使工件两个孔中一个准确定位，两孔中心距误差和两 销中心距误差由另一个定位销来补偿
L-δLx L+δLx
设孔1和销1准确定位，两者最小间隙△1 ，要将孔2套 入定位销2，而两个中心距又有误差，则只能将定位销2 减小。从图中可以看出，当两孔中心距最大两销中心距 最小或反之
广义 机床夹具 辅助——将刀具在机床上进行定位、夹紧的装置。
机械制造技术基础(第4章)机床夹具设计原理
3. 工件在夹具中的几种定位方式
根据夹具定位元件限制工件自由度的情况，将工件在夹 具中的定位分为下列几种定位方式：
（1）完全定位。工件的六个自由度均被夹具定位元件所限制， 使工件在夹具中处于完全确定的位置。这种定位方式显然是合理的 。图4-4所示为几种不同工件的完全定位。
4.2 工件在夹具中的定位
图4-6 工件过定位情况及改善措施
4.2 工件在夹具中的定位 4.常见定位元件
（1）工件以平面定位：以平面作定位基准所用定位元件主要包 括固定支承（支承钉、支承板）、可调支承和自位支承，另 外还有辅助支承。
图4-7 常用支撑钉结构形式 （a）用于支撑精基准面；（b）用于支撑粗基准面； （c）用在工件以粗基准定位且要求较大摩擦力的侧面定位。
4.2 工件在夹具中的定位
在分析限制工件第一类自由度时，工件的工序尺寸和位置精 度往往几项并存，应逐一分析每项加工要求所需限制的第一类自由 度，然后加以综合，剔除重复限制的自由度，从而确定必须限制的 第一类自由度数目。如果已分析限制的第一类自由度数目达到六个 ，就不需再分析第二类自由度的限制；如果第一类自由度数目少于 六个，就要根据具体加工情况考虑是否需要限制第二类自由度。事 实上，工件的六个自由度不一定都要加以限制，那些对工件加工精 度要求及其它要求不产生影响的自由度可以不限制。
在夹具中，定位元件和夹紧机构是必有的，其它各组成 部分并不是每一夹具所必须的。
4.1 机床夹具概述
4.1.3机床夹具的组成（举例）
要求：欲在一批量生产的盘状零件上钻-铰3-φ6H9均布孔， 该孔距右端面为36±0.1mm，且与大孔φ40中心线的垂直度为 0.1 mm、位置度为0.2 mm。 现采用图4-1所示的钻床夹具来加工。工件2以内孔φ40和 右端面在心轴1及其台肩面上定位；采用螺母11和开口垫圈10 可实现对工件的快速夹紧和装卸；通过对定销5实现工件回转 分度，以加工3-φ6H9孔，回转分度完成后，可以通过手柄螺 母7对定位心轴1实现锁紧固定；钻套9用来引导钻头，以保证 加工孔的位置尺寸要求。
机械制造技术基础课件第四章
2
2
4.2 工件在夹具中的定位
（2）定位套筒
• 定位元件结构简单，但定心精度不高，当工件外圆与 定位孔配合较松时，还易使工件偏斜，因而，常采用 套筒内孔与端面一起定位，以减少偏斜。若工件端面 较大，为避免过定位，定位孔应做短些。
4.2 工件在夹具中的定位
(3)半圆孔定位座
下半圆部分装在夹具体上，起定位作用，上半圆 部分装在可卸式或铰链式盖上，起夹紧作用，半圆孔 定位座适用于大型轴类工件的定位。
4.2 工件在夹具中的定位
(4)外圆定心夹紧机构
在实现定心的同时，能将工件夹紧的机构，称为 定心夹紧机构，如三爪自定心卡盘、弹簧夹头等。
4.2 工件在夹具中的定位
4.工件以组合表面定位
实际加工过程中，工件往往是以几个表面同时定 位的，称为“组合表面定位”。
(1)“一面二孔”定位
4.2 工件在夹具中的定位
某些有相互位置要求的表面，然后夹紧工件。 ▪ 特点： ✓ 效率低； ✓ 应用于单件小批量生产； ✓ 如找正仪器精度高，被找正工件表面加工精度也高，可
达到很高的定位精度，因此适于精度要求高的场合。
4.1 机床夹具概述
➢ 划线找正安装
按图纸要求在工件表面上划出位置线以及加工线和 找正线，安装时首先按着找正线找正工件位置，夹紧工 件。
机械制造技术基础课 件第四章
机床夹具原理与设计
4.1 机床夹具概述 4.2 工件在夹具中的定位 4.3 定位误差分析 4.4 工件在夹具中的夹紧 4.7 机床夹具设计的基本步骤
4.1 机床夹具概述
4.1 机床夹具概述
机床夹具是机床上用以装夹工件（和引导刀具）的 一种装置。其作用是将工件定位，以使工件获得相对的 于机床和刀具的正确位置，并把工件可靠地夹紧。
机械制造工程原理--工件的定位夹紧与夹具设计PPT课件
组合夹具实例
21
孔系组合夹具
22
孔系组合夹具实例
23
槽系组合夹具
l一长方形基础板；2一方形支撑件；3一菱形定位盘；4一快换钻套； 5一叉形压板；6一螺栓；7一手柄杆；8一分度合件。
24
KH1 KH2 KH3 KH4
L φD
L φD
3
3
4 L
φD
4 L
φD
3
3
4 L
成组（部分元件可更 换）夹具
首先讲解单个典型表面的定位元件，单个典型 表面是指平面、内外圆柱面、内外圆锥面等。单 个典型表面是组成各种不同复杂工件的基本单元， 分析单个典型表面的定位及定位元件设计是进行 夹具定位分析和夹具定位方案设计的基础
46
1、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。 1）支承钉
限制了工件的6 个
自由度，这就是
Y
六点定位原理。
X
六点定位原理
38
两点注意： “点”的含义 ——对自由度的限制，与实际接触点不同 ——夹紧与定位概念分开
39
二、根据加工精度要求，确定工件必须限制 的自由度数目
【例1 】在球面上加工平面：如下图
应限制
Z 3.2
φS
Y
X
40
【例2 】球面上加工不通孔：如图2-8 应限制
夹紧
工件定位后将其固定，使 其在加工过程中保持定位位置 不变的操作。
14
§4-1 夹具的基本概念
一、机床夹具的功用：
对刀 2、特殊功能
导向
调整刀具切削刃相对工 件或夹具的正确位置。
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图4-33 基准位移产生的定位误差
第三节定位误差分析
在用夹具装夹加工一批工件时,一批工件的设计基准相对夹具调刀基 准发生最大位置变化是产生定位误差的原因,包括两个方面:
➢由于定位基准与设计基准不重合,引起一批工件的设计基准相对于定位 基准发生位置变化; ➢由于定位副的制造误差,引起一批工件的定位基准相对于夹具调刀基准 发生位置变化。
定位误差的定义可进一步概括为:一批工件某加工参数(尺寸、位置) 的设计基准相对于夹具的调刀基准在该加工参数方向上的最大位置变化量 Δdw,称为该加工参数的定位误差。
图4-34 定位误差及其产生的原因
第三节 定位误差分析
三、定位误差的计算 通常,定位误差可按下述三种方法进行分析计算:
一是代数法,先分别求出基准位移误差和基准不重合误差,再求出其在 加工尺寸方向上的代数和, Δdw=,若设计基准与调刀基准位于定位基准异侧, 取“+”号,反之,取“-”号;
第三节 定位误差分析
一、调刀基准的概念
在零件加工前对机床进行调整时,为了确定刀具的位置,还要用到调刀 基准,由于最终的目的是确定刀具相对工件的位置,所以调刀基准往往选在夹 具上定位元件的某个工作面。因此它与其他各类基准不同,不是体现在工件 上,而是体现在夹具中,是通过夹具定位元件的定位工作面来体现的。
不准确,将会使设计基准在加工尺寸方向上产生偏移。往往导致加工后工件 达不到要求。设计基准在工序尺寸方向上的最大位置变动量,称为定位误差, 以Δdw表示。
产生定位误差的原因: 1.定位基准与设计基准不重合产生的定位误差
图4-32 基准不重合产生的定位误差
第三节 定位误差分析
2.定位副制造不准确产生的基准位移误差 若将工件定位工作面与夹具定位元件的定位工作面合称为“定位副”, 则由于定位副制造误差,也直接影响定位精度。这种由于定位副制造不准确, 使得定位基准相对于夹具的调刀基准发生位移而产生的定位误差,称为“基准 位移误差”,用Δjw表示。
二是极限位置法,确定一批工件设计基准(相对于调刀基准)的两个极 限位置,再根据几何关系求出此二位置的距离,并将其投影到加工尺寸方向上, 便可求出定位误差;
第三节 定位误差分析
三是微分法,应用这种方法的关键是建立设计基准与调刀基准之间距 离的函数关系,然后对此函数取其全微分。
（后两种方法在本质上是相同的。 ） 具体计算方法请参看书Page 119-121 （例4-3、例4-4）。 定位误差是分析比较定位方案并从中选择合理方案的重要依据。
第三节 定位误差分析
设计基准和定位基准都是体现在工件上的,而调刀基准却是由夹具定 位元件的定位工作面来体现的。
从上面的示例中还可归纳出调刀基准的特点及其与相应定位基准的 对应关系如下:
图4-31 调刀基准与定位基准的关系
第三节 定位误差分析
二、定位误差及产生原因 当夹具在机床上的定位精度已达到要求时,如果工件在夹具中定位得
因此调刀基准应具备两个条件: ①它是由夹具定位元件的定位工作面体现的; ②它是在加工精度参数(尺寸、位置)方向上调整刀具位置的依据。
若加工精度参数是尺寸时,则夹具图上应以调刀基准标注调刀尺寸。
第三节 定位误差分析
选取调刀基准时,应尽可能不受夹具定位元件制造误差的影响。
图4-29 调刀基准的选取
图4-30 钻孔夹具装夹加工时的基准分析 1—夹具体 2—定位心轴 3—钻模板 4—固定钻套
第三节定位误差分析
在用夹具装夹加工一批工件时,一批工件的设计基准相对夹具调刀基 准发生最大位置变化是产生定位误差的原因,包括两个方面:
➢由于定位基准与设计基准不重合,引起一批工件的设计基准相对于定位 基准发生位置变化; ➢由于定位副的制造误差,引起一批工件的定位基准相对于夹具调刀基准 发生位置变化。
定位误差的定义可进一步概括为:一批工件某加工参数(尺寸、位置) 的设计基准相对于夹具的调刀基准在该加工参数方向上的最大位置变化量 Δdw,称为该加工参数的定位误差。
图4-34 定位误差及其产生的原因
第三节 定位误差分析
三、定位误差的计算 通常,定位误差可按下述三种方法进行分析计算:
一是代数法,先分别求出基准位移误差和基准不重合误差,再求出其在 加工尺寸方向上的代数和, Δdw=,若设计基准与调刀基准位于定位基准异侧, 取“+”号,反之,取“-”号;
第三节 定位误差分析
一、调刀基准的概念
在零件加工前对机床进行调整时,为了确定刀具的位置,还要用到调刀 基准,由于最终的目的是确定刀具相对工件的位置,所以调刀基准往往选在夹 具上定位元件的某个工作面。因此它与其他各类基准不同,不是体现在工件 上,而是体现在夹具中,是通过夹具定位元件的定位工作面来体现的。
不准确,将会使设计基准在加工尺寸方向上产生偏移。往往导致加工后工件 达不到要求。设计基准在工序尺寸方向上的最大位置变动量,称为定位误差, 以Δdw表示。
产生定位误差的原因: 1.定位基准与设计基准不重合产生的定位误差
图4-32 基准不重合产生的定位误差
第三节 定位误差分析
2.定位副制造不准确产生的基准位移误差 若将工件定位工作面与夹具定位元件的定位工作面合称为“定位副”, 则由于定位副制造误差,也直接影响定位精度。这种由于定位副制造不准确, 使得定位基准相对于夹具的调刀基准发生位移而产生的定位误差,称为“基准 位移误差”,用Δjw表示。
二是极限位置法,确定一批工件设计基准(相对于调刀基准)的两个极 限位置,再根据几何关系求出此二位置的距离,并将其投影到加工尺寸方向上, 便可求出定位误差;
第三节 定位误差分析
三是微分法,应用这种方法的关键是建立设计基准与调刀基准之间距 离的函数关系,然后对此函数取其全微分。
（后两种方法在本质上是相同的。 ） 具体计算方法请参看书Page 119-121 （例4-3、例4-4）。 定位误差是分析比较定位方案并从中选择合理方案的重要依据。
第三节 定位误差分析
设计基准和定位基准都是体现在工件上的,而调刀基准却是由夹具定 位元件的定位工作面来体现的。
从上面的示例中还可归纳出调刀基准的特点及其与相应定位基准的 对应关系如下:
图4-31 调刀基准与定位基准的关系
第三节 定位误差分析
二、定位误差及产生原因 当夹具在机床上的定位精度已达到要求时,如果工件在夹具中定位得
因此调刀基准应具备两个条件: ①它是由夹具定位元件的定位工作面体现的; ②它是在加工精度参数(尺寸、位置)方向上调整刀具位置的依据。
若加工精度参数是尺寸时,则夹具图上应以调刀基准标注调刀尺寸。
第三节 定位误差分析
选取调刀基准时,应尽可能不受夹具定位元件制造误差的影响。
图4-29 调刀基准的选取
图4-30 钻孔夹具装夹加工时的基准分析 1—夹具体 2—定位心轴 3—钻模板 4—固定钻套