机械制造技术基础 第四章 机床夹具原理与设计

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 +
• (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。
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。
∆ 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。
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。
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
• (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。
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。
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
�� XY
�⌢⌢ Z XY
⌢ Z
� ⌢ ⌢ X Y Z
⌢ X
� Y
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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
• 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
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
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
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
• 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
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
• 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。 •
∆ 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。
• 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
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• 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。