第三章 数控加工中工件的定位与装夹

3，自为基准原则 精加工或光整加工工序要求余量小而均匀， 选择加工表面本身作为定位基准，称为自为基 准原则。 采用自为基准原则时，只能提高加工表面本 身的尺寸精度，形状精度，而不能提高加工表 面的位置精度。
4，互为基准原则 为使各加工表面之间具有较高的位置精度， 或为使加工表面具有均匀的加工余量，可采用 两个加工表面互为基准反复加工的方法，称为 互为基准原则。 5，便于装夹原则 所选精基准应保证工件定位准确稳定，装夹 方便可靠，夹具结构简单适用，操作方便灵活。 同时，定位基准应有足够大的接触面积，以承 受较大的切削力。
1——引导部分； 2——工作部分。
（3）圆锥销 采用圆锥销定位时，圆锥销与工件圆孔的接 触线为一个圆，限制工件的三个移动自由度。
a.用于精基准
b.用于粗基准
3，工件以外圆柱面定位
工件以外圆柱面定位时的定位元件有支承板， V形块，定位套，半圆孔衬套，锥套和三爪自 动定心卡盘等形式，数控铣床上最常用的是V 形块。 V形块的优点是对中性好，安装方便。V形块 有窄V形块，宽V形块和两个窄V形块的组合三 种结构形式。窄V形块可以限制工件的2个自 由度，宽V形块或两个窄V形块可以限制工件 的4个自由度。
精基准的选择原则
1，基准重合原则 直接选择加工表面的设计基准作为定位基准， 称为基准重合原则。采用基准重合原则可以避 免由定位基准与设计基准不重合而引起的定位 误差（基准不重合误差）。
2，基准统一原则 同一零件的多道工序尽可能选择同一个定位 基准，称为基准统一原则。这样既可保证各加 工表面间的相互位置精度，避免或减少因基准 转换而引起的误差，还可以简化夹具的设计与 制造工作。 基准重合和基准统一原则是选择精基准的两 个重要原则，但在生产实际中有时会遇到两者 相互矛盾的情况。此时，若采用统一定位基准 能够保证加工表面的尺寸精度，则应遵循基准 统一原则；若不能保证尺寸精度，则应遵循基 准重合原则，以免使工序尺寸的实际公差值减 小，增加加工难度。
3.2.2 六点定位原理的应用
六点定位原理对于任何形状工件的定位都是 适用的，如果违背这个原理，工件在夹具中的 位置就不能完全确定。 工件定位中可能出现的情况有： （1）完全定位 工件的6个自由度全部被夹具中的定位元件所 限制的定位称为完全定位。

（2）不完全定位 根据工件加工表面的不同加工要求，定位支 承点的数目可以少于6个。因为有些自由度对 加工要求无影响，只要分布与加工要求有关的 支承点就可以用较少的定位元件达到定位的要 求。这种定位称为不完全定位。不完全定位是 允许的。
（5） 夹具体 夹具体是夹具的基础件，它用来连接夹具上 各个元件或装置，使之成为一个整体。夹具体 也用来与机床的有关部位相连接。 （6） 其他元件或装置 根据加工需要，有些夹具上还可有分度装置， 靠模装置，上下料装置，顶出器和平衡块等其 他元件或装置。
1－快换钻头； 2－导向套； 3－钻模板； 4－开口垫圈； 5－螺母； 6－工件； 7－定位销； 8－夹具体。
（3）工件以外圆柱面在V形块上定位时的定位 误差 （4）工件以一面两孔组合定位时的定位误差 一面两孔定位时，定位误差主要是基准位移 误差的计算，这时定位基准是两孔中心的连线， 限位基准是两销中心的连线。基准位移误差有 移动和转动两种可能。
4，工件以一面两孔 定位
一面两孔定位是 数控铣床加工中最 常用的定位方式之 一，即以工件上的 一个较大平面和平 面上相距较远的两 个孔组合定位。
一面两孔定位 1—圆柱销 2—削边销 3—定位平面
3.5 定位误差
定位误差
指一批工件在夹具中的位置不一 致而引起的误差。用△D表示。
误差产生原因：基准不重合误差△B与 基准 位移误差△Y。
铣 床 夹 具
钻 床 夹 具
镗 床 夹 具
磨 床 夹 具
齿 轮 机 床 夹 具
其 它 机 床 夹 具
销孔类组合夹具
槽类组合夹具
实 例 一
实 例 二
实 例 三
3.2 工件的定位

3.2.1 六点定位原理
如右图所示，工件在空间具有 六个自由度，即沿X、Y、Z三个 直角坐标轴方向的移动自由度 和 绕这三个坐标轴的转动自由度 。 因此，要完全确定工件的位置， 就需要按一定的要求布置六个支 承点（即定位元件）来限制工件 的六个自由度，其中每一个支承 点限制相应的一个自由度。这就 是工件定位的“六点定位原理”。
辅助基准的选择
辅助基准是为了便于装夹或易于实现基准统一而 人为制成的一种定位基准。
3.4 常见定位方式及定位元件

1，工件以平面定位
工件以平面定位时，常用定位元件有固定支 承，可调支承，浮动支承和辅助支承4类。 （1）固定支承 固定支承有支承钉和支承板两种形式。

平头支承钉和支承板用于已加工平面的定位； 球头支承钉主要用于毛坯面定位；齿纹头支承 钉用于侧面定位，以增大摩擦系数。
筒夹卡盘
扇形面三爪
三爪中实气动卡盘
3.1 机床夹具概述
一、基本概念： 定位：工件在机床上加工时，为保证加工精度 和提高生产率，必 须使工件在机床上相对刀 具占有正确的位置，这个过程称为定位。 夹紧：为克服切削过程中工件受外力的作用而 破坏定位，必须对工件施加夹紧力，这个过程 称为夹紧。 装夹：定位和夹紧综合称为装夹。 机床夹具：完成装夹的工艺设备称为机床夹具。
二 机床夹具的组成
（1） 定位元件 定位元件是用于确定工件在夹具中的位置，使 工件在加工时相对刀具及运动轨迹有一个正确 的位置。常用的定位元件有V形块，定位销， 定位块等。 （2） 夹紧装置 夹紧装置是用于保持工件在夹具中的既定位置， 使工件不致因加工时受到外力影响而改变原定 的位置。它通常包括夹紧元件（压板，压块）， 增力装置（杠杆，螺旋，偏心轮）和动力源 （汽缸，液压缸）等组成部分。
粗基准的选择原则
1，相互位置要求原则 选取与加工表面相互位置精度要求较高的不加 工表面作为粗基准，以保证不加工表面与加工 表面的位置要求。 2，加工余量合理分配原则 对所有表面都需要加工的工件，应根据加工余 量最小的表面找正，这样就不会因位置偏移而 造成余量太少的部位加工不出来。
3，重要表面原则 为保证重要表面的加工余量均匀，应选择重要加工面 为粗基准。 4，不重复使用原则 粗基准未经加工，表面比较粗糙且精度低，二次安装 时，其在机床上的实际位置可能与第一次安装时的不 一样，从而产生定位误差，导致相应加工表面出现较 大的位置误差。因此，粗基准一般不应重复使用。 5，便于工件装夹原则 作为粗基准的表面，应尽量平整光滑，以使工件定位 准确，夹紧可靠。
工件在空间的自由度
工件的六点定位 (a)长方形工件 (b) 盘类工件 (c) 轴类工件
由图可知，工件形状不同，定位表面不同，定位点的布 置情况会各不相同。
限制工件自由度与加工要求的关系
工件应限制自由度的确定 在机械加工中，一般为了简化夹具的定位元件结构，只要对影响 本工序加工尺寸的自由度加以限制即可。

2，工件以圆孔定位
工件以圆孔定位时，常用的定位元件有定位 销，圆柱心轴和圆锥销。 （1）定位销 定位销分为短销和长销。短销只能限制两个 移动自由度，而长销除限制两个移动自由度外， 还可限制两个转动自由度，主要用于零件上的 中小孔定位，一般直径不超过50mm 。
（2）圆柱心轴 圆柱心轴定位有 间隙配合和过盈配 合两种。间隙配合 拆卸方便，但定心 精度不高；过盈配 合定心精度高，但 装卸工件不方便。
（1）基准位移误差△Y 是指工件的定位基准在 加工尺寸方向上的变动量。
（2）基准不重合误差△B 定位基准和工序基 准不重合而造成的加工误差，称为基准不重合 误差。其大小等于工序基准与定位基准间联系 尺寸在加工尺寸方向上的变动量（公差）。
定位误差的计算方法
计算定位误差时，先分别计算出基准不重合误 差△B 和基准位移误差△Y ，然后根据具体情 况按下述方法进行合成得到定位误差△D。 （1）当工序基准不在定位面上时， △D＝ △Y ＋△B。 （2）当工序基准在定位面上时， △D＝ ︱△Y ±△B︳。当基准位移和基准不重合引起的加 工尺寸变化方向相同时，取正好，反之取负号。
1）定位元件，如图的定位销2； 2）夹紧装置，如图的螺母4、开口垫圈3； 3）夹具体6；
讨论：分析以下夹具的组成及作用
钻径向孔的零件工序图
三 机床夹具的作用与分类




（1）易于保证工件的加工精度。使用夹具的 作用之一就是保证工件加工表面的尺寸与位置 精度。 （2）使用夹具可改变和扩大原机床的功能， 实现“一机多用”。 （3）使用夹具后，可以省去划线找正等辅助 时间，提高劳动生产率。 （4）用夹具装夹工件方便，省力，安全。像 现在一般都是采用气动，液压等夹紧装置，可 以减轻工人的劳动强度，保证生产安全。
第三章 数控加工中工件 的定位与装夹
3.1 机床夹具概述 3.2 工件的定位 3.3 定位基准的选择原则 3.4 常见定位方式及定位元件 3.5 定位误差 3.6 工件的夹紧 3.7 数控机床典型夹具简介

虎钳：常用于装夹定位 表面是平面的工件，属 于铣床类机床夹具。
立式中空卡盘
三点定位
（3）欠定位 按照加工要求应该限制的自由度没有被限制的 定位称为欠定位。欠定位是不允许的。因为欠 定位保证不了加工要求。
（4）过定位 工件的同一个或几个自由度被不同的定位元 件重复限制两次以上的定位称为过定位。 过定位有利也有弊，当过定位会导致工件或 定位元件变形时，应严禁采用；但当过定位并 不影响加工精度，反而可以提高加工精度时， 也可以使用，须具体情况具体分析。
a)平头支承钉 b)球头支承钉
c)齿纹头支承钉
d)简单型支承板
e)带斜槽支承板
（2）可调支承 可调支承用于工件 定位过程中，支承钉高 度需调整的场合，如图 所示。可调支承大多用 于毛坯尺寸、形状变化 较大以及粗加工定位， 以调整补偿各批毛坯尺 寸误差。一般不对每个 工件进行一次调整，而 是对一批毛坯调整一次。 在同一批工件加工中， 它的作用与固定支承相 同。
几种典型定位方式的定位误差
（1）工件以平面定位 定位基准为平面时，其定位误差主要是由基准 不重合误差引起的，一般不计算基准位移误差。 这是因为平面定位时的基准位移误差主要是由 平面度引起的，该误差很小，可忽略不计。
（2）工件以圆孔定位 工件以圆孔表面为定位基准时的定位误差， 与工件圆孔的制造精度，定位元件的放置形式， 工件圆孔与定位元件的配合性质以及工序基准 与定位基准是否重合等因素密切相关。
夹具的分类
按用途分类
通 Байду номын сангаас 夹 具
通 用 可 调 夹 具
专 用 夹 具
组 合 夹 具
成 组 夹 具
拼 拆 式 夹 具
夹具的分类
按动力源分类
手 动 夹 具
气 动 夹 具
液 压 夹 具
气 液 增 压 夹 具
电 动 夹 具
磁 力 夹 具
真 空 夹 具
离 心 力 夹 具
其
它
夹具的分类
按使用机床分类
车 床 夹 具
（3） 安装连接元件 安装连接元件是用于确定夹具在机床上的位 置，从而保证工件与机床之间的正确加工位置 （4） 导向元件和对刀元件 导向元件是用于确定刀具位置并引导刀具进 行加工的元件。 对刀元件是用于确定刀具在加工前正确位置 的元件。 导向元件与对刀元件共同用于确定夹具与刀 具之间所应具有的相互位置。
可调支承 1—调整钉 2—锁紧螺母
（3）浮动支承 浮动支承是在工件定位过程中，能随着工 件定位基准位置的变化而自动调节的支承。浮 动支承常用的有三点式浮动支承和两点式浮动 支承。
两点式浮动支承 三点式浮动支承
（4）辅助支承 辅助支承是指由于工件形状，夹紧力，切削 力和工件重力等原因，可能使工件在定位后还 产生变形或定位不稳，为了提高工件的装夹刚 性和稳定性而增设的支持。因此，辅助支承只 能起提高工件支承刚性的辅助定位作用，而不 限制自由度。
3.3 定位基准的选择原则
基准
零件上用以确定其它点、线、面 位置所依据的那些点、线、面。 零件图上用以确定其它点、线、 面位置的基准。 零件加工、测量和装配过程中 使用的基准。分为定位基准、 工序基准、测量基准和装配基 准。
设计基准
工艺基准
粗基准的选择原则
选择粗基准时，必须达到两个基本要求：一， 应保证所以加工表面都有足够的加工余量； 二，应保证工件加工表面与不加工表面之间具 有一定的位置精度。