第4章 机床夹具原理与设计2
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第四章第1节机床夹具原理与设计
2.夹具的组成 根据图4-1和 图4-4（具有分度功 能的钻床夹具 ）可 归纳出夹具的主要 组成部分有： 1）定位元件 2）夹紧装置 3）对刀元件 4）导引元件 5）其他装置 6）连接元件和连接 表面 7）夹具体
图4-4 分度钻床夹具 1—分度操纵手柄 2—钻模板 3—分度板(棘轮) 4—钻 套 5—定位心轴6—开口垫圈 7—夹紧螺母 8—工件 9—对定机构(棘爪) 10—夹具体
采用调整法达到尺寸精度的原理：利用对刀塞尺10塞入对刀块5工 作面与立铣刀切削刃之间来确定铣刀相对位置，此时可相应横向调整铣 床工作台的位置和垂直升降工作台来达到刀具相对对刀块的位置。由于 对刀块的两工作面与相应夹具定位支承板2和支承钉3的各自支撑面已保 证h1和a1尺寸，因而最终保证键槽尺寸。长度位置尺寸则依靠调整铣床 工作台纵向进给的行程挡块的位置，使铣床工作台纵向进给的终结位置 保证铣刀距支承钉4的距离等于c
二、机床夹具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
（1）夹具保证位置精度的原 理：夹具上支承板2的支承 工作面与夹具底板7的底面 保持平行，保证A面与铣床 工作台面的平行，最终达 到键槽底面的平行度。夹 具定位键1与铣床工作台的 T形槽配合，保证与铣床纵 向进给方向平行。B面与1 侧面保持平行，保证B面与 铣床纵向进给方向平行。 最终保证键槽侧面的 夹 具 液 压 夹 具
按夹紧动力源分类 气 液 夹 具 电 动 夹 具 液 压 夹 具
齿 轮 机 床 夹 具
其 他
真 空 夹 具
其 他
三爪自定心卡盘、四爪单动卡盘、虎钳、电磁工作台 这一类属于机床附件的夹具，通用化程度高，可适用 于多种类型不同尺寸工件的装夹。 通用可调夹具和成组夹具统称可调夹具，通用性好。 随行夹具是自动和半自动生产线上使用的夹具，只适 用于某一种工件，但毛坯装上随行夹具后，可从生产 线开始一直到结束在各位置上进行各种不同工序的加 工 组合夹具的零部件具有高度的通用性，可用来组装成 各种不同的夹具，一经组装成一个夹具以后，其结构 是专用的，只适用于某个工件的某到工序的加工。 专用夹具是为某个工件某到工序专门设计的。
机床夹具原理与设计
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
保证了位置精度--平行度的要求 保证了位置精度 平行度的要求
支撑板2的支撑工作面与夹具底板7 保持平行； 底板7与工作台接触； A面与支撑板2的工作面接触； 保证了铣出的槽与A面平行； 支撑钉3的支撑工作面与两定位键1 侧面平行； 两个定位键1与铣床的T型槽相配合， 即定位键1 与铣床的纵向进给方向平行； B面与支撑定3的工作面接触； 保证了铣出的槽侧面与B面平行；
通用可调夹具
成组夹具
4．组合夹具 组合夹具是指按某种工序的加工要求，将一套专门设计、制 造的标准元件组装而构成的夹具。其灵活多变、功能强、制造周期短、元 件可重复使用。因此，特别适用于新产品的试制和单件小批生产，在数控 加工中应用较多，是夹具发展的方向。
5．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。工件安装在随行夹具上，除完成对工件的定位 和夹紧外，还载着工件由运输装置送往各机床，并在各机 ห้องสมุดไป่ตู้上被定位和夹紧，从生产线开始到生产线终端在各位置 上进行不同工序的加工。 也可按使用的机床类型分为：车床夹具、铣床夹具、 钻床夹具、镗床夹具、磨床夹具等。
图4-5 工件在空间中的自由度
用相当于六个支承点的定位元件与工件的定位基准面接 触，如图所示。在底面 在底面xoy内，三个支承点限制了x和y方向旋 在底面 内 转自由度、z 方向移动自由度；在侧面 在侧面xoz内，两个支承点限 在侧面 内 制了y方向移动自由度、 z 方向旋转自由度；在端面 在端面yoz内， 在端面 内 一个支承点限制了x方向移动自由度。 用正确分布的六个支承点来限制工件的六个自由度， 用正确分布的六个支承点来限制工件的六个自由度，使 工件在夹具中得到正确位置的规律称为六点定位原理 六点定位原理。 工件在夹具中得到正确位置的规律称为六点定位原理
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
第4章定位原理和机床夹具设计2
间隙配合心轴
H7 g 6( f 7)
Z
△Z≠ 0 △Y≠ 0
Y
圆柱心轴
X
y
4.2 工件的定位原理及定位元件
3.工件以外圆柱面定位
V形块 定位套 半圆套 支承定位
3.工件以外圆柱面定位
V形块
固定V形块 活动V形块 长V形块 短V形块
3.工件以外圆柱表面定位
3.工件以外圆柱表面定位
定位套
工件以外圆定位的定位套
yz
销2
x y
销1
y 0
x
支承平面
z x y
(3) 过定位
案例4 一面两销定位方案
B 削边销
(3) 过定位
z
案例4 一面两销定位方案
z x y
销1 削边销
y 0
x
支承平面
z x y
(3) 过定位
案例5
滚齿加工的定位方案
x y x y
待加工 的齿轮
z x y
(3) 过定位
案例5
滚齿加工的定位方案
（1）正确的定位 工件定位面与夹具定位元件的定位工 作面相接触或配合来限制工件的自由度， 二者一旦脱离接触或配合，则定位元件就 丧失了工件自由度的作用。
2.应用六点定位原理应注意的问题
（2）一个定位支撑点仅限制一个自由度：原 则上不超过六个。 （3）分析定位支撑点的定位作用时，不考虑 力的影响
2.应用六点定位原理应注意的问题
常用的定位元件
1.工件以平面定位
主要支承
固定支承 可调支承 自位支承
支承钉 支承板
辅助支承
1.工件以平面定位
固定支承
支承钉和支承板
钻套
支承板
支承板
H7 g 6( f 7)
Z
△Z≠ 0 △Y≠ 0
Y
圆柱心轴
X
y
4.2 工件的定位原理及定位元件
3.工件以外圆柱面定位
V形块 定位套 半圆套 支承定位
3.工件以外圆柱面定位
V形块
固定V形块 活动V形块 长V形块 短V形块
3.工件以外圆柱表面定位
3.工件以外圆柱表面定位
定位套
工件以外圆定位的定位套
yz
销2
x y
销1
y 0
x
支承平面
z x y
(3) 过定位
案例4 一面两销定位方案
B 削边销
(3) 过定位
z
案例4 一面两销定位方案
z x y
销1 削边销
y 0
x
支承平面
z x y
(3) 过定位
案例5
滚齿加工的定位方案
x y x y
待加工 的齿轮
z x y
(3) 过定位
案例5
滚齿加工的定位方案
（1）正确的定位 工件定位面与夹具定位元件的定位工 作面相接触或配合来限制工件的自由度， 二者一旦脱离接触或配合，则定位元件就 丧失了工件自由度的作用。
2.应用六点定位原理应注意的问题
（2）一个定位支撑点仅限制一个自由度：原 则上不超过六个。 （3）分析定位支撑点的定位作用时，不考虑 力的影响
2.应用六点定位原理应注意的问题
常用的定位元件
1.工件以平面定位
主要支承
固定支承 可调支承 自位支承
支承钉 支承板
辅助支承
1.工件以平面定位
固定支承
支承钉和支承板
钻套
支承板
支承板
第4章 机床夹具设计原理 学习指导
第4章机床夹具设计原理一、本章知识要点及要求4.1 机床夹具概述1．了解机床夹具的概念，掌握组成机床夹具的各元件或装置及其在机床夹具中所起的作用。
2．了解工件在夹具上定位和夹紧的概念。
3．了解机床夹具的分类。
4.2 工件在夹具中的定位1．能根据工件工序图的加工要求，利用定位基本原理，确定保证加工要求应该限制工件的哪些自由度；能够较熟练的分析工件定位方案的合理性，判断其属于完全定位、不完全定位、欠定位和过定位，对不合理的定位方案能进行改正。
2．了解常用的定位基准面（平面、圆柱孔、外圆、圆锥孔）经常采用的定位元件和特点，针对给定的定位基准面能够正确的选择定位元件。
3．掌握常用的定位元件能够限制工件的自由度数目和在给定的坐标系下能够限制哪些自由度。
4．掌握组合定位，对给定的组合定位方案能够进行合理性分析，对给定的组合定位表面能够拟订组合定位方案，并能选择合适的定位元件。
例题4.1在例题4.1图中，注有“”的表面为要求加工的表面，试分析确定应限制的自由度。
例题4.1图解：图a要求在球体上铣平面，由于是球体，所以三个转动自由度不必限制，此外该平面在x方向和y方向均无位置尺寸要求，因此这两个方向的移动自由度也不必限制。
因为z方向有位置尺寸要求，所以必须限制z方向的移动自由度，即球体铣平面(通铣)只需限制1个自由度。
图b要求在球体上钻通孔，仿照同样的分析，只需要限制2个自由度，即x方向和y方向的移动自由度。
图c要求在圆轴上通铣键槽，只需限制4个自由度，即、、、。
图d要求在长方体上通铣槽，只需限制五个自由度，即、、、、。
这里必须强调指出，有时为了使定位元件帮助承受切削力、夹紧力或为了保证一批工件的进给长度一致，常常对无位置尺寸要求的自由度也加以限制。
如本例中图a，虽然从定位分析上看，球体上通铣平面只需限制1个自由度，但在决定定位方案的时候，往往要考虑工件装夹方便（如本例中用平板限制1个自由度，工件会乱滚动。
），一般情况下，工件至少应限制3个自由度。
机械制造技术基础-第4章-机床夹具设计原理-课后答案
第4章机床夹具设计原理1.何谓机床夹具？试举例说明机床夹具的作用及其分类？答：所谓机床夹具，就是将工件进行定位、加紧，将刀具进行导向或对刀，以保证工件和刀具间的相对位置关系的附加装置。
机床夹具的功用：①稳定保证工件的加工精度；②减少辅助工时，提高劳动生产率；③扩大机床的使用范围，实现一机多能。
夹具的分类：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。
2.工件在机床上的安装方法有哪些？其原理是什么？答：工件在机床上的安装方法分为划线安装和夹具安装。
划线安装是按图纸要求，在加工表面是上划出加工表面的尺寸及位置线，然后利用划针盘等工具在机床上对工件找正然后夹紧；夹具安装是靠夹具来保证工件在机床上所需的位置，并使其夹紧。
3.夹具由哪些元件和装置组成？各元件有什么作用？答：1）定位元件及定位装置：用来确定工件在夹具上位置的元件或装置；2）夹紧元件及夹紧装置：用来夹紧工件，使其位置固定下来的元件或装置；3）对刀元件：用来确定刀具与工件相互位置的元件；4）动力装置：为减轻工人体力劳动，提高劳动生产率，所采用的各种机动夹紧的动力源；5）夹具体：将夹具的各种元件、装置等连接起来的基础件；6）其他元件及其他装置。
4.机床夹具有哪几种？机床附件是夹具吗？答：机床夹具有通用夹具、专用夹具、成组夹具、组合夹具和随行夹具。
5.何谓定位和夹紧？为什么说夹紧不等于定位？答：工件在夹具中占有正确的位置称为定位，固定工件的位置称为夹紧。
工件在夹具中，没有安放在正确的位置，即没有定位，但夹紧机构仍能将其夹紧，而使其位置固定下来，此时工件没有定位但却被夹紧，所以说夹紧不等于定位。
6.什么叫做六点定位原理？答：采用六个按一定规则布置的约束点，限制工件的六个自由度，即可实现完全定位，这称为六点定位原理。
7.工件装夹在夹具中，凡是有六个定位支承点，即为完全定位，凡是超过六个定位支承点就是过定位，不超过六个定位支承点就不会出现过定位，这种说法对吗，为什么？答：不对；过定位是指定位元件过多，而使工件的一个自由度同时被两个以上的定位元件限制。
机床夹具设计原理(2)
重复限制工件上的同一个自由度则称为过定位。
过定位会导致重复限制同一个自由度的定位支承点之 间产生干涉现象，从而导致定位不稳定、破坏定位精度、 造成工件或定位元件受力变形、甚至出现部分工件无法安 装的局面。因此，在确定工件定位方案时，应避免出现造 成不良后果的过定位。
在实际生产中，有时为减少工件变形或提高加工刚性 而采用过定位方式。但要用其利而避其害，使采用过定位 带来的好处大于其害处。
（4）工件上的某一个自由度原则上只能被一个定位支承 点所限制，不得出现重复限的现象。在一个完整的定位方案 中定位支承点的数目不得多于六个。
1）在球体零件上过中心钻一通孔。
2）加工齿轮两端面，保证尺寸A及两端面与内孔的垂直度。
3）在轴的径向上铣槽，保证尺寸H和L 。
4）在阶梯轴上钻一通孔，保证尺寸L 。
3. 机床夹具定位法
是先将机床夹具以正确位置安装于机床上，工件按定位
原理在夹具上定位并夹紧。当工件以精基准在夹具上定位
时，工件的重复定位误差可以小至0.01 ~ 0.02mm。 用夹具安装的重复定位误差稳定且小，装卸方便，节省
辅助时间，操作技术要求低，但夹具设计、制造周期长，费 用高，只有在大批、大量生产中才得以广泛使用。
2. 工件定位基本原理
（1）工件在夹具中的定位，可转化为在空间直角坐标系 中，用相应的定位支承点来限制工件自由度的方式进行分析。
（2）工件定位时应限制的自由度的数目，是根据工件在 本工序的加工要求以及考虑提高工件定位稳定性和加工刚性 等方面来确定的。
（3）一个定位支承点只能限制工件的一个自由度。为保 证工件定位的稳定性，在一个完整的定位方案中定位支承点 的数目不得少于三个。
5）在支座件上加工两个通孔，保证尺寸A和H。
过定位会导致重复限制同一个自由度的定位支承点之 间产生干涉现象，从而导致定位不稳定、破坏定位精度、 造成工件或定位元件受力变形、甚至出现部分工件无法安 装的局面。因此，在确定工件定位方案时，应避免出现造 成不良后果的过定位。
在实际生产中，有时为减少工件变形或提高加工刚性 而采用过定位方式。但要用其利而避其害，使采用过定位 带来的好处大于其害处。
（4）工件上的某一个自由度原则上只能被一个定位支承 点所限制，不得出现重复限的现象。在一个完整的定位方案 中定位支承点的数目不得多于六个。
1）在球体零件上过中心钻一通孔。
2）加工齿轮两端面，保证尺寸A及两端面与内孔的垂直度。
3）在轴的径向上铣槽，保证尺寸H和L 。
4）在阶梯轴上钻一通孔，保证尺寸L 。
3. 机床夹具定位法
是先将机床夹具以正确位置安装于机床上，工件按定位
原理在夹具上定位并夹紧。当工件以精基准在夹具上定位
时，工件的重复定位误差可以小至0.01 ~ 0.02mm。 用夹具安装的重复定位误差稳定且小，装卸方便，节省
辅助时间，操作技术要求低，但夹具设计、制造周期长，费 用高，只有在大批、大量生产中才得以广泛使用。
2. 工件定位基本原理
（1）工件在夹具中的定位，可转化为在空间直角坐标系 中，用相应的定位支承点来限制工件自由度的方式进行分析。
（2）工件定位时应限制的自由度的数目，是根据工件在 本工序的加工要求以及考虑提高工件定位稳定性和加工刚性 等方面来确定的。
（3）一个定位支承点只能限制工件的一个自由度。为保 证工件定位的稳定性，在一个完整的定位方案中定位支承点 的数目不得少于三个。
5）在支座件上加工两个通孔，保证尺寸A和H。
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。
4机床夹具设计原理
四、机床夹具的分类 3.按通用程度分
1）通用夹具 2）专用夹具
专为某一工件的某一道工序设计制造的夹具（专 门夹具） • 不考虑通用性、以便使夹具设计的结构简单、紧凑， 定位精度高，操作迅速，维护方便。 • 主要用于产品固定、工艺稳定的大批大量生产。
四、机床夹具的分类 3.按通用程度分
1）通用夹具 2）专用夹具 3）成组夹具
机床夹具概述 工件在夹具中的定位 定位误差 工件在夹具中的夹紧 各类机床夹具简介
§4-2 工件在夹具中的定位
一、基本概念 1.工件的安装
1）定位 使工件在机床中（相对刀具）占有正确位置的 过程。
2）夹紧 使工件在加工过程中，保持准确位置不变的过程。
一、基本概念 1.工件的安装
1）定位 2）夹紧 安装：完成工件定位和夹紧的过程称为安装（或 装夹）。
在车床尾座上安装板牙浮动套筒，可实现套扣加 工。
二、机床夹具的作用
• （1）保证发挥机床的基本性能 • （2）扩大机床的工艺范围 • （3）提高生产率和降低加工成本
减少辅助时间，使用夹具后，安装工件可以不划 线，不找正。
多刀切削（如组合钻、组合铣） 多件加工、多工位加工（如转盘铣）
二、机床夹具的作用
按工件形状、尺寸、材料和工艺的相似性进行分 组，为每组工件的某道工序设计的组内通用的专用夹 具。 • 夹具中部分元件可进行快速更换或调整。 • 主要用于品种多样、小批生产。
四、机床夹具的分类 3.按通用程度分
1）通用夹具 2）专用夹具 3）成组夹具 4）组合夹具
采用结构、尺寸规格化、系列化的夹具零、部件， 根据工艺需要临时组装的专用夹具。 • 设计制造周期短、成本低； • 可重复使用； • 结构相对庞大、刚性较差。 • 主要用于品种多样、小批生产，新产品试制阶段。
机械制造 第四章机床夹具设计原理
3、快换 钻套
4、特殊钻套
（三）钻模板 1、固定式钻模板
2、铰链式钻模板
3、可卸式 钻模板
4、悬挂式钻模板
第六节 各类机床夹具简介 一、车床夹具
二、铣床夹具 （一）直线进给式铣床夹具 1、多件装夹的铣床夹具
2、多工位加工的铣床夹具
3、摆式铣的铣床夹具
4、双工位回转铣的铣床夹具
二、定位的基本原理 要使每个工件相对夹具（机床、刀具） 都占有同一正确加工位置，则就要限制工 件的六个自由度，即X位移、Y位移、Z位 移、和X旋转、Y旋转、Z旋转，这就称为 工件的“六点定位原则”。如图示。
三、定位的类型 （一）完全定位 工件的六个自由度全部被限制而在空间占 有完全确定的唯一位置，称为完全定位。
（2）多向联动夹紧机构
（3）多件联动夹紧机构
（七）定心夹紧机构 1、按定位-夹紧元件的等速移动来实现定心 夹紧
2、按定位-夹紧元件均匀弹性变形来实现定 心夹紧
3、液性塑料夹具
四、夹紧动力源装置 （一）气动夹紧装置
（二）液压夹紧装置 工作原理与结构和气动夹紧装置相似。 和气动夹紧装置相比液压夹紧装置有如下 特点。 1、工作压力高、结构间单，紧凑。 2、夹紧刚性大，工作平稳。 3、噪声小。劳动条件好。
第四章
机床夹具设计原理
第一节 概述 一、夹具的定义及组成 在机械加工中,根据工件的加工要求,使工 件相对机床、刀具占有正确位置（定位）， 并能快速，可靠地夹紧工件（夹紧）的装 置称为夹具。
夹具由以下部分组成 （一）定位元件：使工件相对机床、刀具占 有正确位置的元件。 （二）夹紧装置：快速，可靠地夹紧工件的 装置。 （三）对刀——引导元件：保证刀具与工件 加工表面有正确相对位置的装置。 （四）连接元件：保证夹具相对机床有正确 位置的元件。 （五）夹具体：将夹具各部分连接在一起的 零件。
第4章 机床夹具设计原理
4.2.2 定位原理 自由度：未定位的工件在空间直角坐标系中都具有六 个自由度。三个方向的位移，绕三个坐标轴的转动。 x、、z、x、y、z y 定位就是约束自由度,采 取约束措施分别消除工件 的六个自由度，工件在空 间的运动就被限制了。 六点定位原理：分别用6 个按一定规则布置的约束 点，限制工件的6个自由 度，使工件运动形态确定 的过程称为～
工件刚度低时，用过定位可提高工件连接刚度；
根据加工要求来确定定位形式； 欠定位和过定位可能同时存在。
第4章 机床夹具设计原理
§4.3 典型的定位方式、定位元件及定位装置
4.3.1 定位元件的要求P204 ①有与工件相应的精度； ②有足够的刚度； ③有足够的耐磨性。
4.3.2 常见的定位方式及定位元件
一般先定位、后夹紧，特殊情况下定位、夹紧可同时 实现，如三爪自动卡盘装夹工件。
第4章 机床夹具设计原理
4.1.4夹具的作用 P196 （1）保证加工精度 保证工件的尺寸、形状和相互位置精度。夹具 的最大功用是保证加工内容的位置精度； （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 刀等过程，缩短辅助时间，提高了成品率， 降低了成本。 （3）扩大机床的加工范围 如在车床上加装镗夹具，可完成镗孔加工。 （4）减轻工人劳动强度，降低对工人的技术要 求
限制，解决了过定位问题
过定位的益处
增加稳定性
增加刚性
第4章 机床夹具设计原理
具体情况具体分析 该限制的没有限制→欠定位，不允许；
限制自由度小于六个时，是欠定位或不完全定位；
一个自由度被多个定位元件限制→过定位，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→可提高定位部位的刚度；
§4.2 工件在夹具中的定位
标准化，斜面夹角
有60°90°120°。 长V形块定位限制工
件四个自由度：短V
形块定位限制工件 二个自由度。
机械工程学院
机械制造技术——第四章 机床夹具原理与设计 §4.2 工件在夹具中的定位
定位套筒
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，定位套应做短些。长定位套限制工件四个自由 度；短定位套限制工件四个自由度。
如图所示，用六个定位支承点与工件接触，并保证定位支承点合理分布，
每个定位支承点限制工件的一个自由度，便可将工件六个自由度完全限制， 工件在夹具中的位置就被唯一确定，即要使工件完全定位，就必须限制工件
在空间的六个自由度——“六点定位原理”。
机械工程学院
机械制造技术——第四章 机床夹具原理与设计 §4.2 工件在夹具中的定位
4.2.3 组合定位分析
工件的形状千变万化各不相同，不能用单一定位元件定位单个表面就可解决定位 问题，而是要用几个定位元件组合起来同时定位工件的几个定位面。因此一个工件在 夹具中的定位，实质上就是把前面介绍的各种定位元件作不同组合来定位工件相应的 几个表面，以达到工件在夹具中的定位要求，对这种定位的分析就是组合定位分析。 组合定位分析要点 a）几个定位元件组合起来定位一个工件相应的几个定位面，该组合定位元件能 限制工件的自由度总数等于各个定位元件单独定位各自相应定位面时所能限制的 自由度的数目之和，不会因组合后而发生数目上的变化，但它们限制了哪些方向 的自由度却会随不同组合情况而改变。 b）组合定位中，定位元件在单独定位某定位面时原起限制工件移动自由度的作 用可能会转化成起限制工件转动自由度的作用。但一旦转化后，该定位元件就不
第四章第2、3节机床夹具及工件定位--- (2)
构，进一步提高劳动生产率。
3）能扩大机床的使用范围，实现一机多能
根据加工机床的成形运动，附以不同类型的夹具，
即可扩大机床原有的工艺范围。
例如在摇臂钻床工作台上装上镗模，就可以进行箱
体零件的镗孔加工。
定位原理
学习要点：
定位是机械加工中一个极为重要的问题。
要深刻理解和牢固掌握定位原理，熟知常用的定
1、2、3点：
6点： x
z x y
4、5点：
y z
工件定位的任务就是根据加工要求限制工
件的全部或部分自由度。 工件的六点定位原理是指用六个支撑点来 分别限制工件的六个自由度，从而使工件
在空间得到确定定位的方法。
图
工件在空间的自由度与工件六点定位
几个需特别注意的问题
它用于加工 与端面J垂 直的孔、外 圆面及其他 端面，或两 端面有同轴 度(表面P与 内孔、外圆 面)要求的 工件。
压板座组件 KTl 可根据 工件大小在 槽内作径向 移动以调整 钩形螺栓夹 紧位置。钩 形螺栓 KH1 可视工件大 小更换。
根据工件 定位基准 不同，定 位元件 KH2也可 以更换。
2、机床夹具的分类
（1）按专门化程度分类
1）通用夹具
通用夹具是指已经标准化的，在一定范围内可用于 加工不同工件的夹具。 例如，车床上三爪卡盘和四爪单动卡盘，铣床上的 平口钳、分度头和回转工作台等。这类夹具一般由 专业工厂生产，常作为机床附件提供给用户。 其特点是适应性广，生产效率低，主要适用于单件、 小批量的生产中。
由前述分析可知，球体上通铣平面只需限制 1个自由度，这是从定位分析角度得出的结 论，但是在决定定位方案的时候，为了使得 定位系统能够实现，承受切削力、夹紧力， 方便安排定位元件等原因，往往考虑限制2 个自由度(见图4-13a) ，或限制3个自由度(见 图4-13b)。在这种情况下，对第二类自由度 也加以了限制，不仅是允许的， 且是必要的。
第四章 机床夹具原理与设计
1、通用可调夹具 固定夹具
随行夹具
三、通用可调夹具和成组夹具
2、成组夹具
四、数控机床夹具
数控机床夹具对机床坐标原点有严格位置要
求，是通用可调夹具和组合夹具的结合与发展。
第七节 机床夹具设计的基本步骤
1、研究原始资料，明确设计任务
2、确定夹具结构方案，绘制结构草图
3、绘制夹具总图
4、确定并标注有关尺寸和夹具技术要求
5、绘制夹具零件图
(3)夹紧力应尽量靠近加工面
3、夹紧力大小
夹紧力大小估算：
一般只有机动夹紧时需计算夹紧力，把加工系统
看成刚体，根据工件在最不利情况下切削力的平
衡状态求夹紧力，再乘以安全系数K。
K值在粗加工时取2.5～3、精加工时取1.5～2。
三、典型夹紧机构 1．斜楔夹紧
斜楔夹紧的特点
1）斜楔夹紧的自锁条件：
对刀块
一、车床夹具
定位键
三、钻床夹具
（1）固定式钻模 （2）滑动式钻模
（3）回转式钻模
（4）移动式钻模
（5）翻转式钻模
（6）盖板式钻模
钻模板与钻套
可卸式钻 模板
钻套
（1）固定钻套
钻套
（2）可换钻套
钻套
（3）快换钻套
钻套
（4）特殊钻套
第六节 现代机床夹具
一、自动线夹具 固定夹具
随行夹具
测量基准—检验时用来确定被测量零件在度量工具上位置的基准；
装配基准—装配时用来确定零件或部件在机器上位置的基准。
二、调刀基准的概念
调刀基准往往选在夹具定位元件的某个
定位工作面，尽可能不受夹具定位元件的制
造误差影响。
三、定位误差及其产生原因
工件上被加工表面的设计基准（工
随行夹具
三、通用可调夹具和成组夹具
2、成组夹具
四、数控机床夹具
数控机床夹具对机床坐标原点有严格位置要
求，是通用可调夹具和组合夹具的结合与发展。
第七节 机床夹具设计的基本步骤
1、研究原始资料，明确设计任务
2、确定夹具结构方案，绘制结构草图
3、绘制夹具总图
4、确定并标注有关尺寸和夹具技术要求
5、绘制夹具零件图
(3)夹紧力应尽量靠近加工面
3、夹紧力大小
夹紧力大小估算：
一般只有机动夹紧时需计算夹紧力，把加工系统
看成刚体，根据工件在最不利情况下切削力的平
衡状态求夹紧力，再乘以安全系数K。
K值在粗加工时取2.5～3、精加工时取1.5～2。
三、典型夹紧机构 1．斜楔夹紧
斜楔夹紧的特点
1）斜楔夹紧的自锁条件：
对刀块
一、车床夹具
定位键
三、钻床夹具
（1）固定式钻模 （2）滑动式钻模
（3）回转式钻模
（4）移动式钻模
（5）翻转式钻模
（6）盖板式钻模
钻模板与钻套
可卸式钻 模板
钻套
（1）固定钻套
钻套
（2）可换钻套
钻套
（3）快换钻套
钻套
（4）特殊钻套
第六节 现代机床夹具
一、自动线夹具 固定夹具
随行夹具
测量基准—检验时用来确定被测量零件在度量工具上位置的基准；
装配基准—装配时用来确定零件或部件在机器上位置的基准。
二、调刀基准的概念
调刀基准往往选在夹具定位元件的某个
定位工作面，尽可能不受夹具定位元件的制
造误差影响。
三、定位误差及其产生原因
工件上被加工表面的设计基准（工
机床夹具设计原理
（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 根据夹具所采用的夹紧动力源不同，夹具可分为手动夹具、气动 夹具、液压夹具、气液夹具、电动夹具、磁力夹具、真空夹具等。
如铣削图4．4所示工 如铣削图 ． 所示工 件上的通槽时，沿Y轴的移 件上的通槽时， 轴的移 动自由度 无需限制。因 无需限制。 加工一批工件时， 为，加工一批工件时，即 使各个工件沿Y轴的位置不 使各个工件沿 轴的位置不 同，也不会影响加工精度。 也不会影响加工精度。
4.2
工件的定位就是采取 一定的约束措施来限制自 由度，通常可用如图 4．2(b)所示的6个支承约 束的方法来描述。图中工 件以平面A、B、C为定位 基准，其中：
绕Ｙ轴转动3个自由度；
工件定位的基本原理
4.2.1 六点定位原理
图4．2 工件六点定位原理
* 工件的底面B放置在三个不共线的支承上，消除了工件沿Ｚ轴移动、绕Ｘ轴转动和 * 侧面Ａ靠在两个支承上，消除了工件沿Ｙ轴的移动和绕Ｚ轴的转动两个自由度； * 端面Ｃ与一个支承接触，消除了沿Ｘ轴移动一个自由度。 * 工件每次都放置在与6个支承相接触的位置，从而使每个工件得到确定的位置，一
图4.1 钻床夹具 快换钻套； 衬套； 钻模板； 1—快换钻套； 2—衬套； 3—钻模板； 开口垫圈； 螺母； 定位销； 4—开口垫圈； 5—螺母； 6—定位销； 7—夹具体
4.1
4.1.3
机床夹具概述
从图中可以看出，夹具一般由以下几部分组成。 （1）定位元件及定位装置 （2）夹紧装置 （3）对刀与导引元件 （4）夹具体 （5）连接元件 （6）其它装置
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定位基准与设计基准不重合
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O，定位基准与设计基 准重合Δjb=0，基准位移误差为Δjw
即定位误差：
d（w h1） O1O2 O1C1 O2C2
杠杆机构 气缸
夹紧装置组成
基本要求：➢夹紧不破坏工件正确的定位 ➢夹紧力大小合适 ➢夹紧动作迅速可靠 ➢结构简单，维修方便
第4节 工件在夹具中的夹紧
问题 如何实现工件夹紧的基本要求？
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
➢ 主要夹紧力方向应垂直于主要定位面，定位准确可靠；
L
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 ➢ 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； ➢ 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； ➢ 提高工件定位表面与定位元件的配合精度，将销
1.平面定位误差的分析与计算 （1）工件底面定位：定位基准与设计基准不重合Δjb= δa 定位基准位移误差为Δjw=δ2 定位误差Δdw=Δjb+Δjw = δa + δ2
2. 工件以圆孔定位误差 （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 Δjw=0（但由于工件装夹困难，一般 很少采用）
或消除配合间隙来减小基准位移误差。
保证加工精度实现的条件
若规定工件的加工误差为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。
第4章机床夹具原理与设计
2014-2015学年 第2学期
主要内容
1 概述 2 工件定位与误差分析 3 工件在夹具中夹紧 4 典型机床夹具 5 机床夹具设计
第3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。
定位误差产生的原因
基准不重合误差
dmax 2sin
dmin 2sin
2
2
Td
2 sin
2
（2）尺寸h2的定位误差 设计基准下母线，定位基准与设 计基准不重合Δjb=Td/2，基准位移误差为Δjw
即定位误差：
j（w hdmin
2sin 2sin
2
2
Td 2 sin
2
d（w h2）
3）+
（jb h
）
3
Td
2sin
Td 2
2
4.一面两孔定位误差计算
4.一面两孔定位误差计算
'
O1O1
D1min TD1 2
d1max Td1 2
TD1 Td1 2
X1
'
O2O2
D2min TD2 2
d2max Td 2 2
TD 2
Td 2 2
X2
= arctan O1O1' O2O2'
FJ3 W
（c）
（a）图 理想方案
第4节 工件在夹具中的夹紧
问题 如何实现工件夹紧的基本要求？
(1)夹紧力方向的确定 ➢夹紧力的作用方向应使工件变形尽可能小
j（w h2）
（jb h
）
2
Td
2sin
Td 2
2
（3）尺寸h3的定位误差 设计基准上母线，定位基准与设 计基准不重合Δjb=Td，基准位移误差为Δjw
即定位误差：
j（w h3） O1O2 O1A1 O2 A2
dmax
dmin
2sin 2sin
2
2
Td 2 sin
2
d（w h3）
j（w h
镗孔加工
FJ
FJ FJ FJ
错误
正确
第4节 工件在夹具中的夹紧
问题 如何实现工件夹紧的基本要求？
(1)夹紧力方向的确定
➢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 FJ1
FP
FP
FP
W
W
（a）
图（a） 夹紧力最小
F J2
（b）
图（b） 夹紧力 FQ FP W
图（c） 夹紧力 FQ (FP W) /
基准位移误差
第3节 定位误差分析
j.w
定位误差分析
1.设计基准与定位基准不 重合 定位基准不重合误差Δjb 2.定位副制造不准确；定位 副间的配合间隙 定位基准位移误差Δjw
定位误差： Δdw=Δjb+Δjw
1.平面定位误差的分析与计算
1.平面定位误差的分析与计算
（1）工件顶面定位：定位基准与设计基准重合Δjb=0； 定位基准位移误差为顶面和定位元件平面的平面度误差在工 序尺寸上的代数和Δjw=δ1
jw OO2 Dmin TD dmax Td 轴最大孔2最小时极限位2 置oo1 轴最T小D 孔 T最d 大时极s 限位置oo2 oo2 oo1为2孔的中心的变动量
➢ 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：
jw O1O2 (Dmin TD ) (dmax Td ) TD Td X min
第4节 工件在夹具中的夹紧
夹紧
➢定位 —— 使工件在机床或夹具上占有正确位置 ➢夹紧 —— 对工件施加一定的外力，使其已确定的位置 在加工过程中保持不变
第4节 工件在夹具中的夹紧
夹紧装置的组成及要求
组成： ➢动力装置 ➢中间传力机构 ➢夹紧元件
功能： ➢改变夹紧力方向 ➢改变夹紧力大小 ➢自锁
压板 工件
其中 Xmin=(Dmin-dmax) 为孔与 轴的最小配合间隙
2. 工件以圆孔定位误差 （2）工件圆孔与刚性心轴或销间隙配合
心轴水平放置
dw jb + jw
Td工件 + TD Td心轴 s
2
2
心轴垂直放置
dw jb jw
Td工件 / 2 (TD Td心轴 X min )
定位基准与设计基准重合Δjw=0
2. 工件以圆孔定位误差
（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）
工件孔尺寸
D0TD，心轴尺寸
d0 Td
工件孔中心最大变动量即为基准位移误差：
孔 Dmax=Dmin+TD Dmin=D 心轴 dmax=d dmin=dmax- Td