机械制造工艺与机床夹具课件第3章 机床夹具设计基础

3.1 概述
(4)减轻工人的劳动强度 采用夹具安装工件方便、省力， 特别是采用气动或液动夹紧时，可以较大地减轻工人的劳 动强度。
3.2 工件定位的基本原理及定位元件
3.2.1 工件定位的基本原理 1.六点定位原则
图3-5 工件的六个自由度
3.2 工件定位的基本原理及定位元件
图3-6 长方体形工件的定位
3.3 定位误差的分析和计算
2.由于定位基准位移所引起的基准位移误差
图3-40 基准位移误差分析
3.3.2 常见定位方式的定位误差计算
3.3 定位误差的分析和计算
1.工件以平面定位
图3-41 铣台阶面的两种定位方案
3.3 定位误差的分析和计算
2.工件以圆柱孔定位 (1)工件以圆柱孔在过盈配合心轴上定位 因为过盈配合时， 定位副间始终无间隙，所以定位基准的位移量为零，即ΔY =0。
3.2 工件定位的基本原理及定位元件
3)自位支承(或称浮动支承)。
图3-23 几种常用的自位支承方式
3.2 工件定位的基本原理及定位元件
(2)辅助支承 工件因尺寸形状特殊或局部刚度较差，有可 能产生定位不稳或受力变形等，此时，需增设辅助支承， 用以承受工件重力、夹紧力或切削力。
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3.2 工件定位的基本原理及定位元件
图3-18 支承钉
3.2 工件定位的基本原理及定位元件
图3-19 支承板
3.2 工件定位的基本原理及定位元件
2)可调支承。
图3-20 几种常用的可调支承方式
3.2 工件定位的基本原理及定位元件
图3-21 可调支承应用示例
3.2 工件定位的基本原理及定位元件
图3-22 使用可调支承加工 不同尺寸的相似工件 1—销轴 2—V形块 3—可调支承
3.2 工件定位的基本原理及定位元件
2.工件的定位形式 (1)完全定位 工件的六个自由度全部被限制的定位，称为 完全定位。 (2)不完全定位 没有限制工件的全部自由度，但能满足加 工要求的定位，称为不完全定位。
图3-12 不完全定位示例
3.2 工件定位的基本原理及定位元件
图3-13 过定位的例子
3.2 工件定位的基本原理及定位元件
(5)止推定位基准面 限制工件一个移动自由度的表面，称 为止推定位基准面。
图3-9 双导向定位
3.2 工件定位的基本原理及定位元件
图3-10 双支承定位
3.2 工件定位的基本原理及定位元件
(6)防转定位基准面 限制工件一个转动自由度时，称作防 转定位基面。
图3-11 定位与夹紧关系图
图3-4 机床夹具的分类
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3.1 概述
1)工件在夹具中的正确定位，是通过工件上的定位基准面 与夹具上的定位元件相接触而实现的。 2)由于夹具预先在机床上已调整好位臵(也有在加工过程中 再进行找正的)，因此，工件通过夹具相对于机床也就占 有了正确的位臵。 3)通过夹具上的对刀装臵，保证了工件加工表面相对于刀 具的正确位臵。 3.1.2 机床夹具的分类和组成 1.机床夹具的分类
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3.2 工件定位的基本原理及定位元件
图3-33 V形块的应用
3.2 工件定位的基本原理及定位元件
图3-34 常用V形块结构
3.2 工件定位的基本原理及定位元件
图3-35 活动V型块的应用
3.2 工件定位的基本原理及定位元件
(2)在圆孔中定位 工件以外圆柱表面为定位基准在圆孔中 定位。
3.2 工件定位的基本原理及定位元件
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0338.TIF 图3-38 工件在圆锥孔中定位 1—锥柄 2—螺钉 3—齿纹锥套 4—后顶尖 表3-1 常用定位元件及其组合所能限制的自由度
3.2 工件定位的基本原理及定位元件
表3-1 常用定位元件及其组合所能限制的自由度
3.2 工件定位的基本原理及定位元件
图3-24 辅助支承提高工件 稳定性和刚性 1—工件 2—短定位销 3—支承环 4—辅助支承
3.2 工件定位的基本原理及定位元件
图3-25 辅助支承起预定位作用
3.2 工件定位的基本原理及定位元件
1)螺旋式辅助支承。 2)推引式辅助支承。 3)自位式辅助支承。 4)液压锁紧的辅助支承。 2.工件以圆柱孔定位
3.1 概述
(1)保证加工精度 由于采用夹具安装，可以准确地确定工 件与机床、刀具之间的相互位臵，所以在机械加工中，可 以保证工件各表面的相互位臵精度，使其不受或少受各种 主观因素的影响。 (2)提高生产率、降低成本 采用夹具使工件装夹方便，免 去工件逐个找正、对刀所花费的时间，因此可以大大缩短 这部分的辅助时间。 (3)扩大机床工艺范围 使用专用夹具可以改变原机床的用 途和扩大机床的使用范围，实现一机多能。
图3-31 圆锥心轴
3.2 工件定位的基本原理及定位元件
(2)顶尖 在加工轴类或某些要求准确定心的工件时，在工 件上专为定位加工出工艺定位面——中心孔，中心孔即为 圆锥孔。
图3-32 中心孔定位
3.2 工件定位的基本原理及定位元件
4.工件以外圆柱表面定位 (1)在V形块中定位 1)V形块定位的特点：V形块定位的最大优点就是对中性 好，它可使一批工件的定位基准轴线对中在V形块两斜面 的对称平面上，而不受定位基准直径误差的影响，并且使 工件安装方便。 2)V形块的结构。
第3章 机床夹具设计基础
第3章 机床夹具设计基础
3.1 概述
3.2 工件定位的基本原理及定位元件
3.3 定位误差的分析和计算 3.4 工件的夹紧
3.1 概述
3.1.1 工件在夹具上的安装 在机械加工中，利用夹具安装工件时，工件安装在夹具上， 夹具再安装到机床上，最终要使工件相对于刀具和机床占 有一个准确的加工位臵(即定位)。
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3.2 工件定位的基本原理及定位元件
图3-15 连杆定位简图 1—平面 2—短圆柱销 3—防转销
3.2 工件定位的基本原理及定位元件
图3-16 消除过定位的措施
3.2 工件定位的基本原理及定位元件
2)提高工件定位基准之间以及定位元件工作表面之间的位 臵精度。 3.2.2 定位方式及定位元件
图3-26 辅助支承 a)螺旋式 b)推引式 1—手轮 2—斜楔 3—滑轮 c)自位式 1—手柄 2—支承销 d)液压锁紧式 1—支承滑柱 2—螺钉 3—弹簧
3.2 工件定位的基本原理及定位元件
(1)圆柱销 图3-27为圆柱定位销结构。
图3-27 圆柱定位销
(2)圆锥销 生产中工件以圆柱孔在圆锥销上定位的情况
图3-1 工序图及液压铣床夹具 1—夹具体 2—液压缸 3—压板 4—对刀块 5—V形块 6—圆柱销 7—定向键
3.1 概述
图3-2 机械加工工艺系统
3.1 概述
1)夹具上V形块5的轴线(即检验心轴的轴线)与底面及两个 定向键7的一侧面(安装基面)平行，而定向键和T形槽配合， T形槽又与导轨方向一致，因此，工件在V形块上定位， 可以保证所加工键槽的侧面、底面与其轴线平行。 2)工件的轴线在V形块的对称面上，而对刀块的垂直工作 面至V形块对称面的距离为B/2+S(B为铣刀宽度，S为塞尺 宽度)，故通过塞尺对刀，使铣刀的位臵和形块两工作面 对称，从而保证键槽的对称度要求。
表3-1 常用定位元件及其组合所能限制的自由度
3.2 工件定位的基本原理及定位元件
表格
3.3 定位误差的分析和计算
3.3.1 定位误差及其产生原因 任何一批工件，每一个工件的尺寸、形状和表面相互位臵 都是在公差允许的范围内变化的。 1.由于基准不重合所引起的基准不重合误差
图3-39 定位方案误差分析
3.1 概述
2.机床夹具的组成 虽然机床夹具的种类繁多，但它们的 工作原理基本上是相同的。 (1)定位元件 定位元件的作用是确定工件在夹具中的正确 位臵。 (2)夹紧装臵 夹紧元件的作用是将工件压紧夹牢，并保证 工件在加工过程中正确位臵不变。 (3)夹具与机床之间的联接元件 这种元件用于确定夹具对 机床主轴、工作台或导轨的相互位臵。 (4)对刀或导向元件 这些元件的作用是保证工件与刀具之 间的正确位臵。
3.2 工件定位的基本原理及定位元件
图3-7 环形工件定位时支承点的分布示例
3.2 工件定位的基本原理及定位元件
图3-8 轴类零件的定位
3.2 工件定位的基本原理及定位元件
(1)主要定位基准面 如图3-6所示的XOY平面，设臵三个 支承点，限制了工件的三个自由度，这样的平面称为主要 定位基面。 (2)导向定位基准面 如图3-6所示的XOZ平面，设臵两个 支承点，限制工件两个自由度的平面或圆柱面，称为导向 定位基面。 (3)双导向定位基准面 限制工件四个自由度的圆柱面，称 为双导向定位基准面，如图3-9所示。 (4)双支承定位基准面 限制工件两个移动自由度的圆柱面， 称为双支承定位基准面，如图3-10所示。
图3-17 滚齿时齿坯的定位和夹具 1—压紧螺母 2—垫圈 3—压板 4—工件 5—支承凸台 6—工作台 7—心轴
3.2 工件定位的基本原理及定位元件
1.工件以平面定位 (1)主要支承 主要支承就是起限制自由度作用的支承，有 固定支承、可调支承和自位支承三种。 1)固定支承。
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3.2 工件定位的基本原理及定位元件
3.1 概述
(5)其他装臵或元件 根据工序要求的不同，有些夹具上还 设有分度装臵、靠模装臵、工件顶出器、上下料装臵以及 标准化了的其他连接元件。 (6)夹具体 夹具体是夹具的基座和骨架，用来配臵、安装 各夹具元件使之组成一整体。 3.1.3 机床夹具在机械加工中的作用 夹具在机械加工中的作用可归纳为以下几个方面。
2)孔与圆柱心轴(或定位销)任意边接触。
图3-44 任意边接触基准位移误差分析
3.工件以外圆定位
3.3 定位误差的分析和计算
图3-45 工件在V形块上定位时定位误差分析
(1)工序基准为工件轴心线
3.3 定位误差的分析和计算
(2)工序基准为外圆上素线 (3)工序基准为外圆下素线 4.定位误差的综合分析与计算示例 例3-1 图3-46所示为在金刚镗床上加工活塞销孔的定位方 式，活塞的裙部内孔与定位销的尺寸配合为ϕ95 H7/g6， 对称度要求不大于0.2mm。试计算其定位误差，并分析定 位方案的可行性。
图3-36 几种常见的定位套
(3)在半圆孔中定位 当工件尺寸较大，
3.2 工件定位的基本原理及定位元件
或在整体式定位衬套内定位装卸不便时，多采用图3-37所 示的半圆孔定位装臵。 (4)在圆锥孔中定位 工件以圆柱面为定位基准面在圆锥孔 中定位时，相应的定位元件通常用反顶尖。
图3-37 半圆孔定位装置 a)可卸式 b)铰链式
3.2 工件定位的基本原理及定位元件
(3)欠定位 工件加工要求应该限制的自由度没有完全被限 制的定位，称为欠定位。
图3-14 变速箱壳体定位方案 1—定位销 2—支承板
3.2 工件定位的基本原理及定位元件
(4)过定位 两个或两个以上的定位支承点，同时限制工件 的同一个自由度的定位，称为过定位。 1)工件无法安装。 2)造成工件或定位元件变形。 1)改变定位元件的结构，使定位元件重复限制自由度的部 分不起定位作用。
3.1 概述
图3-3 轴套零件钻床夹具 1—快换钻套 2—钻套用衬套 3—钻 模板 4—开口垫圈 5—螺母 6—定位销 7—夹具体
3.1 概述
3)对刀块的水平工作面至V形块轴线的距离为H=24.6mm-S， 通过塞尺对刀，可保证加工尺寸要求24.6mm。 4)工件定位时，其端面C紧靠定位销6，则可通过调整行程 挡铁(图3-1中未示出)，来控制槽的长度l。
图3-42 工件以圆孔在过盈配合圆 柱心轴上定位的定位误差计算
3.3 定位误差的分析和计算
(2)工件以圆柱孔在间隙配合的圆柱心轴(或圆柱销)上定位 由于孔与心轴的接触情况不同，以及工序基准不同，便有 不同的计算结果。 1)孔与心轴(或定位销)固定单边接触。
图3-43 固定单边接触定位误差分析
3.3 定位误差的分析和计算
3.2 工件定位的基本原理及定位元件
也很常见，如图3-28所示。
图3-30 几种圆柱心轴结构
3.2 工件定位的基本原理及定位元件
图3-28 圆锥销定位
3.2 工件定位的基本原理及定位元件
图3-29 圆锥销组合定位
3.2 工件定位的基本原理及定位元件
(3)定位心轴 心轴主要用于套筒类和空心盘类工件的车、 铣、磨及齿轮加工。 3.工件以圆锥孔定位 (1)圆锥形心轴 图3-31所示为以工件上的圆锥孔在锥形心 轴上定位的情形。