机械制造技术基础 第四章 机床夹具原理与设计

∆ DW ( L2 ) = ∆ JB( N ) = L1 max − L1 min = 45 .2 − 44. 8 = 0 .4
5 提高工件在夹具中定位精度的主要措施误差 （1 ）消除或减少基准误差的措施 选用基准位置误差小的定位元件；合理布置定位元件 在夹具中的位置；提高工件定位表面与定位元件的配合精 度；正确选取工件上的第一、第二和第三定位基准。 （2 ）消除或减少基准不重合误差的措施 在夹具设计时，为了消除或减少基准不重合误差，应 尽可能选择该工序的工序基准为定位基准。当一个工件在一 道工序的加工中，对加工表面有几项加工精度要求时，则应 根据各项加工精度要求的高低相应选取工件定位时的第一、 第二和第三定位基准。
d 1 Td − ( d − Td ) = O1 O2 + 2 2 2
按定位误差组成进行计算
∆ DW = ∆ JW + ∆ JB = O1O 2 +
Td 2
三、典型表面定位时的定位误差
1 平面定位时的定位误差 平面定位的主要方式是支承定位。 当工件以未加工过的毛坯表面定位时，一般只能采用三 点支承方式，定位元件为球头支承钉，可减少支承与工件的 接触面积，以便能与粗糙不平的毛坯表面稳定接触。 当基准重合时，定位误差就等于基准位置误差，等于基 准位置在一定范围内变动 △ H。即 : ∆ DW = ∆ JW = △H 当工件以已加工过的精基准定位时，由于定位基准面 本身的形状精度较高，可采用多块支承板，甚至采用精磨过 的整块大面积支承板定位。当基准重合时，定位误差就等于 基准位置误差，等于零。如果工序基准与定位基准不重合 时，计算定位误差时，再加上基准不重合误差这项。
第四节 工件在夹具中的夹紧
一、夹紧装置的组成及基本要求
夹紧装置组成：
力源装置 中间传力机构 夹紧元件
夹紧装置的基本要求：
（1）在夹紧过程中应能保持工件的既定位置或更 好地使工件得到定位。 （2）夹紧应可靠和适当，使工件在加工过程中不 产生移动和振动，同时又不使工件产生不允许的 变形和表面损伤，夹紧力要稳定。 （3）夹紧装置应有足够的夹紧行程，操作应安全、 方便、省力。 （4）夹紧装置的自动化程度及复杂程度应与工件 的产量和批量相适应。 （5）夹紧装置的结构要便于制造、调整、使用和 维修，尽可能使用标准夹具零件和部件。
• (3) 夹紧力的作用点应尽量靠近加工表面，以 减小切削力对夹紧点的力矩，防止或减小工 件的加工振动或弯曲变形。
• 一、基准的概念
• 基准就是依据，是零件上用来确定其它点、 线、面所依据的那一些点、线、面。 • 一般基准关系是可逆的。 • 1. 设计基准：产品设计 图( 零件图) 上尺寸标注 的起点。 • 根据零件的功用、位置、 加工工艺性确定。 • 2. 工艺基准：在加工和 装配过程中所采用的基 准。 • 根据用途不同可分为： • 装配基准：确定零件或 部件在机器中的位置。 • 定位基准：加工时安装工件用，与夹具定位 元件直接接触的工件表面。
• 工序基准：工艺文件上尺寸标注的起点
• 度量基准：用于加工或加工完毕进行测量所 用的。
• 二、六点定位原理
� X
�⌢ YZ
�⌢⌢ ZX Y
• 六点定位(完全定位)：用六个独立作用的支 承点与工件接触 ，每个支承点限制工件一个 自由度，便可把六个自由度完全限制，从而 确定工件在空间的正确位置
• 必须指出： 定位支承点必须与工件定位基准始终保持 • 紧密贴合，不得脱离 。 • 在分析工件定位时，不考虑夹紧力的影响。 • 定位和夹紧是两个概念，不要混淆。 • 在具体的夹具中，支承 点是由定位元件来体现 的。 • 定位元件相当支承点的 数目，由该定位元件限 制的工件自由度数来判 断。
例题 ：在卧式铣床上，用三面刃铣刀加工如图所示零件 的缺口。本工序为最后工序。试设计一个能满足加工要求的 定位方案。
∆ DW =
0.021 2
×(
0. 075 3
1 sin
α 2
+ 1)
∆ DW ≤
例题 ：加工工件的 M面时的定位情况。 N面、 P面已在 前工序加工完毕，定位基准为 P 面，工序基准为 N面。试计 算定位误差，并分析能否满足工序要求。
• 工件定位的基本定律： 也称 “六点定位定律 ” • 工件在夹具中的定位，可以转化为在空间直 角坐标系中 用定位支承点约束工件的自由度 。 • 定位点的确定要从加工要求出发，只要对影 响本工序加工尺寸的自由度加以限制即可， 不要求定全定位。 • 一般地说，一个定位支承点只能限制一个 自由度，因此，工件在夹具中定位时，即使 其全部自由度都被限制， 定位支承点的数目 充其量也决不会多于六个 。 • 定位支承点要合理分布 ，每个定位点所限 制的自由度，原则上 不允许重复或互相矛盾
�� XY
�⌢⌢ Z XY
⌢ Z
� ⌢ ⌢ X Y Z
⌢ X
� Y
� Z
工件定位中的几种情况
完全定位： 工件的六个自由度完全被限制的定位 不完全定位： 根据加工的技术要求，并不需要限制工件的 全部自由度 欠定位： 根据加工的技术要求，应该被限制的自由度 没有被限制的定位 过定位： 工件的同一自由度被两个或两个以上的支承 点重复限制的定位
二、常见的定位方式和定位元件
工件以平面定位 1. 1.工件以平面定位
固定支承 基本支承 可调支承 自位支承 辅助支承
工件在夹具中的定位，是通过工件 上的定位基准表面与夹具定位元件的工 作表面接触或配合而实现的 • 采用的定位方法和定位元件的具体结构 应与工件基面的形式相适应。 • 1. 工件以平面定位： • ⑴ 支承钉： •
第四章
机床夹具原理与设计
（一）教学的基本要求: 要求学生掌握工件定位概念和六点定位原 理、四种定位情况、常用定位元件及其所限制的自由度；掌握定位误 差的计算与分析方法；掌握夹紧力三要素的设计原则，初步掌握夹具 的设计方法。 （二）教学具体内容：工件在夹具中的定位；夹紧装置及夹具体； 各 类机床夹具的结构类型及设计要点；专用夹具的设计方法。 （三）教学重点和难点：六点定位原理的理解与应用，定位误差分析 与计算，各类机床夹具的结构类型及设计要点
2. 夹具的作用
1）易于保证加工精度； 2）能大大地提高生产率，缩短辅助时间； 3）装夹方便，能大大地减轻工人劳动强度。
三、机床的分类与组成
1. 夹具的分类
按夹具的应用范围分类 通用夹具：成为机床的一种标准附件 专用夹具：为加工某一零件的某一工序而设计 可调夹具：通用可调整夹具和成组夹具，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 随行夹具：这是一种在自动线或柔性制造系统中 使用的夹具 组合夹具：由一套完全标形化的元件，根据零件 的加工要求拼装而成
• 二、夹紧力的确定原则
夹紧的实质：通过一定的夹紧机构，对 工件施加一个大小、方向和作用点合适的夹 紧力，以保持工件在夹具中由定位元件所确 定的正确位置，不致因在加工过程中受到其 它力作用而发生变动。 • 1. 确定夹紧力作用方向的原则 • (1)夹紧力的方向应使定位基面与定位元件接 触良好，保证工件 定位准确可靠 。 • 主要夹紧力的方向应朝向主要定位基面。 •
3 外圆表面定位时的定位误差 工件外圆表面定位，采用 V 形块定心定位
4 表面组合定位时的定位误差 很多工件是以多个表面作为定位基准，在夹具中实现 表面组合定位的。 ①箱体类工件以三个相互垂直的平面或一面两孔作为 定位基准来组合定位； ②套类、盘类或连杆类工件以平面和内孔表面作为定 位基准来组合定位； ③阶梯轴类工件以两个外圆表面或两个顶尖孔作为定 位基准来组合定位的。
二、定位误差组成及其计算方法
定位误差 ∆ DW 由基准位置误差 ∆ JW 和基准不重合误差 ∆ JB 两部分组成。 定位基准的最大变化量称为 基准位置误差 。 工序基准相对定位基准理想位置的最大变动量称为 基准 不重合误差
按定位误差定义进行计算
∆ DW = A1 A2 = O1 A 2 − O1 A1 = O1O 2 + O 2 A2 − O1 A1 = O1 O2 +
第一节 机床夹具概述
:在机械加工过程中，为了保证加工精度， 夹具 夹具: 固定工件，使之占有确定位置以接受加工或检测的 工艺装备称为机床夹具。
一、工件的装夹方法
工件装夹的实质 工件装夹的方法 定位和夹紧 找正安装 用专用夹具安装
直接找正法示例 a）磨内孔时工件的找正 b）刨槽时工件的找正
钻套 支承板
• (2) 夹紧力的方向应与工 件刚度最大的方向一 致，以减小工件变形。 • (3) 夹紧力的方向应尽量与工件受到的切削力、 重力等的方向一致，以 减小夹紧力。
• 2. 确定夹紧力作用点的原则 • (1) 夹紧力的作用点应正对支承元件或位于支 承元件所形成的支承面内。
• (2) 夹紧力作用点应位于工件刚性较好的部位。 如果必须在工件刚性较差的部位夹紧时，应 采用多点夹紧或使夹紧力均匀分布。
∆ DD + ∆ AZ + ∆ GC ≤ T
一、定位误差及其产生的原因
定位误差
∆ DW
是指由于定位不准确而造成某一工序在工
序尺寸或位置要求方面的加工误差。它的表现形式为工序 基准相对加工表面可能产生的最大尺寸或位置变动量。 1. 定位基准与工序基准不重合产生的定位误差 2. 定位元件制造不准确产生的定位误差 定位误差产生的原因是工件的制造误差、定位元件的 制造误差，两者配合间隙及基准不重合等。定位误差在调 整法加工时存在，在试切法加工时不存在。
按机床分类 车床夹具 铣床夹具 钻床夹具 镗床夹具 按动力源分类 手动夹具 气动夹具 液压夹具 电动夹具 磁力夹具
2.夹具的组成
机 床 连 接 元 件 定 位 元 件
工 件 夹 紧 装 置 其 它 装 置
源自文库
刀 具 对刀 —导 引元件或 装置
夹具体
第二节 工件在夹具中的定位
一、基准的概念
基准的概念： 零件上用来确定其它点、线、面的位置时， 作为参考的其它的点、线、面。 设计基准 基准的分类 工艺基准 工序基准 定位基准 测量基准 装配基准
工件以几个表面同时定位的 , 称为“ 组合表面定位 ” 一个平面和两个与其垂直的孔的组合 一个平面和两个与其垂直的外圆柱的组合 一个孔和一个平行于孔中心线的平面的组合
第三节 定位误差分析
工件在夹具中加工时加工误差的组成
（ 1）对定误差 ∆ DD ：与夹具相对刀具及切削成形运动的位 置有关的加工误差。其中包括与夹具相对刀具位置有关的加 工误差 — 对刀误差 ∆ DA 和与夹具对成形运动的位置有关的加 工误差 — 夹具位置误差 ∆W 。 （ 2）安装误差 ∆ AZ ：与工件在夹具中安装有关的加工误差。 其中包括工件在夹具中定位不准确所造成的加工误差 —定位 ∆ DW 误差 以及工件夹紧时工件和夹具变形所造成的加工误 ∆J 差 —夹紧误差 。 （3） 过程误差 ∆ GC ：与加工过程中一些因素有关的加工 误差。包括工艺系统受力变形、热变形、磨损等因素所 造成的加工误差。 为了得到合格产品，必须使各项加工误差之总和等 于或小于规定的工件的工序尺寸公差。
2 圆孔表面定位时的定位误差 圆孔表面定位的主要方式是定心定位，常用的定位元件 为各种定位销、定位心轴和 V 形块。 ① 工件上圆孔与刚性心轴或定位销过盈配合；定位元件 水平或垂直放置。
2 圆孔表面定位时的定位误差 ② 工件上圆孔与刚性心轴或定位销间隙配合，定位元件 水平放置
2 圆孔表面定位时的定位误差 ③ 工件圆孔与刚性心轴或定位销间隙配合 ,定位元件垂直 放置
支承板
支承钉 支承钉 支承钉 用专用夹具安装工件
二、机床夹具的工作原理和在 机械加工过程中的作用
1. 夹具的主要工作原理 使工件在夹具上占有正确的位置 夹具对于机床应先保证有准确的相对位置 , 而夹具结 构又保证定位元件的定位工作面对夹具与机床相联 接的表面之间的相对准确位置 使刀具相对有 关的定位元件的定位工作面调整到准 确位置
• ⑵ 支承板：
• ⑶ 可调支承：
• ⑷ 自位支承(浮动支承)：
• ⑸ 辅助支承：
工件以圆孔定位 2. 2.工件以圆孔定位
定位销
定位心轴
工件以外圆定位 3. 3.工件以外圆定位
V形块 定位套筒 半圆孔定位座
V 形块结构形式
固定 V形块
活动V 形块
工件以组合表面定位 4. 4.工件以组合表面定位