第四章 机床夹具原理与设计

工件被夹持在三爪卡盘上 车外圆D和镗内孔d，此时 D和d的设计基准与定位基 准皆为中心线，而定位基 面则为外圆面E。
3）测量基准 工件在加工中或加 工后，测量尺寸和形 位误差所依据的基准， 称为测量基准.
4）装配基准 装配时用来确定零件 或部件在产品中相对位置 所依据的基准．称为装配 基准。
1.3 定位原理
H B1 B2 AB2 AB1 ( AO2 O2 B2 ) ( AO1 O1B1 )
1
=
d2 d2 d1 d1 ( )( ) 2 2sin 2 2sin 2 2
＝
d 1 (1 ) 2 sin 2
2）尺寸H2的定位误差 设计基准 为C，定位基准为E、F，其最大 的位置变动量为 1C2 即定位误差： C
第5节 工件在夹具中的加紧 1.夹紧装置的组成及要求
组 成 作 用
基 本 要 求
（1）动力装置 （2）中间传力机构 （3）夹紧元件
1）改变作用力的方向； 2）改变作用力的大小； 3）使夹紧实现自锁。 1）夹紧时不破坏工件定位后的正确位置； 2）夹紧力大小要适当； 稳 牢
3）夹紧动作要迅速、可靠；
4）结构紧凑，易于制造与维修。
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、真空夹具等
3.机床夹具的功用
（1）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。 （2）提高生产率，降低生产成本
快速将工件定位夹紧，免除了找正、对刀等，缩短
1.六点定位原理
任一物体在空间都有六个自由度，即 x、 y、 z三个坐标 轴的移动自由度，以及绕此三个坐标轴的转动自由度。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。
自由度示意图
限制工件在空间的六个 自由度，使工件完全正确 定位即工件的 “六点定位 原理”。
l 应用六点定位原理时的注意事项：
工艺过程中所使用的基准，称为工艺基准。按其用途之不 同，又可分为工序基准、定位基准、测量基准和装配基准。 1）工序基准 在工序图上用来确定本工序加工表面尺寸、形状和位置 所依据的基准，称为工序基准(又称原始基准)。 一个工人或一组工人，在一个工作地对同一工件或同时对 几个工件所连续完成的那一部分工艺过程，称为工序。
辅助时间，提高了成品率，降低了成本。 （3）扩大机床的加工范围 如在车床上加镗夹具，可完成镗孔加工。 （4）减轻工人劳动强度
第3节 典型定位方式及定位元件
定位元件的设计要求：
要有与工件相适应的精度； 足够的刚度，受力后不允许变形； 耐磨性好，使用中保持精度。
1 工件以平面定位
1）固定支承：支承钉（限1个）、支承板（限2个）
平面1是平面2与孔的设计基准， 孔3是孔 4和 5的设计基堆
中心线是内孔、齿轮分度圆 和顶圆 的设计基难。
2 工艺基准 在生产过程中凡属直接改变生产对象的尺寸、形状、物理 化学性能以及相对位置关系的过程，统称为工艺过程。 工艺过程又可分为铸造、锻造、冲压、焊接、机械加工、 热处理、装配等工艺过程。
H C1C2 AC2 AC1
2
( AO2 O2C2 ) ( AO1 O1C1 )
3）尺寸H3的定位误差 设计基准 ＝ 为O，定位基准为E、F，其最大 的位置变动量为 O1O2 即定位误差：
3
d 1 (1 ) 2 sin 2
H O1O2 AO2 AO1
D TD d Td D d 轴最小孔最大时极限位置oo2 ( )( ) TD Td 2
轴最大孔最小时极限位置oo1
2 2 2 oo2 2 oo1为孔的中心的变动量
来自百度文库
心轴垂直放置
孔与心轴可以在任意方向接触，孔的中心最大变动量即为 基准位移误差：
j .w O1O2 D d ( D TD ) (d Td ) TD Td X min
般很少采用。 （2）工件圆孔与刚性心轴或销间隙配合 心轴水平放置（重力作用下孔与心轴固定上母线接触） 0 T 工件孔尺寸 D0 ，心轴尺寸 d Td 工件孔中心最大变动量即为基准位移误差：
D
孔 Dmax=D+TD
Dmin=D
轴 dmax=d dmin=d- Td j .w O1O2 OO2 OO1
保证加工精度实现的条件
若规定工件的加工允差为δ工件，以Δ夹具表示与采用
夹具有关的误差，以Δ加工表示除夹具外与工艺系统其它
因素（如机床误差、刀具误差、受力受热变形等）有关 的加工误差，为保证工件的加工精度要求，必须满足误 差计算不等式 ：
δ工件≥Δ夹具＋Δ加工
制订夹具公差时，应保证夹具的定位、制造和调整误差 的总和不超过零件公差的三分之一。
1） 定位支承点与工件的定位基准面必须始终保持紧 贴； 2） 一个定位支承点只能限制工件一个自由度，同时 一个自由度原则上不得有多个支承点重复限制，（支 承点数不应超过六个）； 3） 工件应限制几个自由度，由工件加工技术条件来 确定； 4） 工件的定位不是由夹紧力作用获得的。 5）工件的六个自由度被完全限制的定位称完全定位。
定位与夹紧的区别：
定位是使工件占有 一个正确的位置，夹 紧是使工件保持这个 正确位置。
2 不完全定位
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。
3 欠定位
限制自由度数少于加工技术要求限制的最少自由度数。
在实际生产中是绝对不允许的。
4 过定位/重复定位
工件的某一个或几 个自由度被多个定位 元件限制。
第4章 机床夹具原理与设计
3.1
工件的装夹
3.2
3.3 3.4 3.5 3.6
机床夹具概述
典型定位方式及定位元件 定位误差分析 工件在夹具中的加紧 典型机床夹具
3.7
机床夹具设计的基本步骤
第1节 工件的安装
1.1 工件的安装
必须使工件在机床上相 对刀具的切削运动处于准 确的相对位置 确定工件在机床上或夹 具中占有准确加工位置的 过程叫定位。 在工件定位后用外力将其固定，使其在加工过程中保持定 位位置不变的操作叫夹紧。 工件的安装就是定位和夹紧过程的总和。主要有用找正法装 夹和用夹具装夹(大批量,调整法)工件
第4节 定位误差分析
定位误差概念
指一批工件在夹具中定位时，工件的设计基准（或工序 基准）在加工尺寸方向上的最大变动量。
j .w
定位误差产生的原因
基准不重合误差和基准位移误差
1. 以平面定位时的定位误差计算
2. 工件以圆孔定位时的定位误差 （1）工件圆孔与刚性心轴或销过盈配合 孔与心轴始终同心，故 j .w 0 但由于工件装夹困难，一

2sin 2
d2

2sin 2
d1
＝
d 2 sin

2
提高工件定位精度的措施 1. 消除或减少基准不重合误差 要正确选择定位基准，经可能与工序基准重合。 2. 消除或减少基准位移误差 （1）选择精度高、位置误差小的表面为定位基 准，尤其是组合定位中的第一基准，位置误差要 小； （2）选用基准位置误差小的定位元件，提高定 位元件间的位置精度； （3）提高工件定位表面与定位元件的配合精度， 将销或消除配合间隙来减小基准位移误差。
2）一平面和与其垂直的两外圆柱面组合 3）一孔和一平行于孔中心线的平面组合
定位实例分析1
定位实例分析 2
夹紧力
定位实例分析 3
注意要点： 1）定位就是限制自由度，通常用合理布置定位支承点的方法 来限制工件的自由度。 2） 定位支承点与工件定位基准面始终保持紧贴接触限制工件 自由度的。 3）一个定位支承点仅限制一个自由度，一个工件所设置的定位 支承点数目，原则上不应超过六个。 4）分析定位支承点的定位作用时，不考虑力的影响。定位和夹 紧是两个概念 。 5）定位支承点是由定位元件抽象而来的，在夹具中，定位支承 点总是通过具体的定位元件体现，至于具体的定位元件应转化 为几个定位支承点，需结合其结构进行分析。
1.2 基准
用来确定生产对象几何要素间几何关系所依据的那些点、 线、面，称为基准。基准可分为设计基准和工艺基准两大类； 工艺基准又可分为工序基准、定位基准、测量基准和装配基准 等。 1 设计基准 设计图样上标注设计尺寸所依据的基准，称为设计基准。
A与B互为设计基准
Ø40 外圆是Ø60外圆的设计基准
2）可调支承 批 毛坯误差 多用于毛面定位，每批调整一次，以补偿各
3）自位支承（浮动支承）支承本身可随工件定位基准面的 变化而自动适应，一般只限制一个自由度，即一点定位。 4）辅助支承 在工件定位后才参与支承的元件，不限制自由 度， 主要用于提高工件的刚度和定位稳定性。
2 工件以孔定位
1） 工件以内圆定位 （1）心轴：短的限两个自由度，长的限四个自由度，锥 度多限一个。 • （2）定位销 分固定式和可换式，圆柱销、菱形销和 圆锥销（ 常用于工件孔端的定位） 2） 工件以圆锥孔定位 （1）锥心轴 （2）顶尖
端面C是端面T的工序基准，端面T是 端面A、B的工序基准，孔中心线为 外圆D和内孔d的工序基准。为减少 基准转换误差，应尽量使工序基准 和设计基准重合。
2）定位基准 在加工中用作定位的基准，称为定位基准。作为定位基 准的点、线、面．在工件上有时不一定具体存在(例如:孔 的中心线、轴的中心线、平面的对称中心面等)，面常由某 些具体的定位表面来体现，这些定位表面称为定位基面。
过定位造成的后果： （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。
消除过定位及其干涉的途径： 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。
其中 Xmin=(Dmin-dmax) 为孔与 轴的最小配合间隙 （3）工件圆孔与弹性（自动定心）心轴定位
j .w 0
3. 工件以外圆定位时的定位误差
主要分析工件外圆在V形块上定位情况： 由于工件设计基准不同，可能出现以下三种情况， 即设计基准分别为B、C 、O 。
1）尺寸H1的定位误差 设计基准为B，定位基准为E,F。其 最大的位置变动量为 B1 B2 即定位误差：
3
工件以外圆表面定位
1）定位套筒 2）V形块定位 结构尺寸已标准化，斜面夹角有60°90°120° 3) 支承平面
4）半圆定位座
常用于大型轴类工件的定位 5）外圆定心夹紧 三爪卡盘、双V形铁定心夹紧、弹簧夹头
4
工件以其它表面定位
5
组合表面定位
1）一个平面和与其垂 直的两个孔组合
过定位的解决办 法是： 将销2做成削边销
第2节 机床夹具概述
在机床上用于装夹工件或 引导刀具，具有使工件在机床 上相对刀具占有正确的位置功 能的辅助装置。
1. 夹具的组成
（1）定位元件
（2）夹紧元件
（3）导向元件（钻套、对刀块） （4）夹具体 此外有连接元件、分度机构、 操作元件等。
2.机床夹具的分类
按使用特点分： （1）通用夹具 （2）专用夹具 （3）成组夹具 （4）组合夹具 （5）随行夹具 按使用机床分：
定位方案限定自由度的选择原则：
采用完全定位还是部分定位，主要根据工件的形状特点和工 序加工要求来确定，一般应遵循以下几条原则： ①由于工件的形状特点，限制工件某些方向的自由度没有必 要，也无法限制，则可不必限制该方向的自由度。 ②由于加工特点，工件某些方向自由度的存在并不影响加工 精度要求，则该方向的自由度可以不必限制。 ③在保证加工要求的条件下，限制自由度的数目应尽量少， 使夹具结构简单。 ④在实际加工中，对工件限制的自由度数目一般不少于三个。 ⑤欠定位是不允许的。 ⑥应尽量避免重复定位，但在有利于减小加工误差时可采用 重复定位方式定位的。
快
2.夹紧力的确定
必须合理确定夹紧力的三要素：大小、方向和作用点 (1)夹紧力方向的确定 1）主要夹紧力方向应垂直于主要定位面 可靠； 保证定位准确、
2）夹紧力的作用方向应使所需夹紧力最小 尽量与切削力、 重力方向一致 3）夹紧力的作用方向应使工件变形尽可能小