数控加工工艺与编程 教学课件 作者 罗皓 第二章 机床夹具的基础知识

第二章　机床夹具的基础知识第二章　机床夹具的基础知识第一节　夹具的作用、分类及组成第二节　工件的装夹第三节　工件定位方法和定位元件第四节　定位误差的分析计算第五节　工件的夹紧一、夹具的作用在机械制造过程中，夹具的作用主要有以下几个方面。

(1) 稳定地保证工件的加工精度　用夹具装夹工件时，工件相对刀具、机床的位置由夹具保证，不受划线质量及工人技术水平的影响，因而精度高，稳定可靠。

(2) 缩短辅助时间，提高劳动生产率　采用夹具后，能使工件迅速地定位和夹紧，缩短了辅助时间和基本时间，提高了劳动生产率。

(3) 改善劳动条件，降低生产成本　用夹具装夹工件方便、省力、安全。

(4) 扩大机床工艺范围　在车床的溜板上或在摇臂钻床工作台上装上镗模就可以进行箱体的镗孔加工。

二、夹具的分类夹具按应用范围可分为以下五种基本类型。

(1) 通用夹具　通用夹具是指结构、尺寸已规格化，且具有一定的通用性，可以用来装夹一定形状和一定尺寸范围内的各种工件，而不需进行特殊调整的夹具。

(2) 专用夹具　为满足某一工件的某道工序加工而专门设计的夹具。

(3) 可调夹具　可调夹具是指加工完一种工件后，通过调整或更换原夹具上个别元件就可加工形状相似，尺寸相近工件的夹具。

(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。

(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。

三、夹具的组成各类机床夹具的结构不同，但一般由定位元件、夹紧装置、夹具体和其他装置或元件组成。

(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置。

图1-2-1　后盖零件图及后盖钻夹具a) 后盖零件图　b) 后盖钻夹具1—菱形销　2—螺杆　3—螺母　4—开口垫圈　5—圆柱销6—支承板　7—夹具体　8—钻模板　9—钻套(2) 夹紧装置　夹紧装置的作用是保证工件在夹具中已定位好的正确位置在加工过程中不因外力的影响而变化，使加工顺利进行。

(3) 夹具体　夹具体是夹具的基础件，如图1-2-1所示的件7，它将夹具的所有部分连接成一个整体。

(4) 其他装置或元件　夹具除上述三部分外，还有一些根据需要设置的其他装置或元件，如分度装置、导向元件以及夹具与机床之间的连接元件等。

一、工件的装夹方式定位和夹紧的整个过程称为装夹，工件的装夹方式有三种。

(1)直接找正法　此法是用百分表、划针或目测在机床上直接找正工件，使其获得正确位置的一种装夹方法。

图1-2-2　工件装夹法a)磨孔时工件的找正　b)刨削时工件的找正　c)划线找正装夹法　d)夹具装夹法(2)划线找正法　划线找正法是先在毛坯上按照零件图划出中心线、对称线和各待加工表面的加工线，然后将工件装在机床上，按照划好的线找正工件在机床上的装夹位置，如图1-2-2c所示。

(3)夹具装夹法　此法是用夹具上的定位元件使工件获得正确位置的一种方法，如图1-2-2d所示，此时工件与定位元件相接触的面即为定位基准。

二、六点定位原理图1-2-3　工件的六个自由度图1-2-4　六点定位原理三、完全定位与不完全定位1.完全定位2.不完全定位四、欠定位与过定位1.欠定位2.过定位图1-2-5　连杆定位分析a)完全定位　b)过定位　c)过定位的不良后果1—短圆柱销　1′—长圆柱销　2—平面支承　3—挡销一、工件以平面定位1.固定支承(1)支承钉图1-2-6　支承钉(2)支承板　图1-2-7所示是标准支承板结构(JB/T 8029.1—1999)，用于定位精基准平面。

图1-2-7　支承板2.可调支承图1-2-8　常用的可调支承3.自位支承图1-2-9　可调支承的应用图1-2-10　两点式自位支承4.辅助支承(1)辅助支承的作用　辅助支承不起定位作用，但能预定位；能够提高工件的装夹稳定性和刚性。

(2)辅助支承的工作特点　待工件定位夹紧以后，再调整支承钉的高度，使其分别与工件的有关表面接触并锁紧。

(3)辅助支承的典型结构　常用的辅助支承如图1-2-11所示。

图1-2-11　辅助支承a)螺旋式　b)自位式　c)推引式1—支承　2—顶柱　3—手柄　4—弹簧　5—滑销　6—斜楔　7—手轮二、工件以圆孔定位工件以圆孔表面作为定位基面时，常用以下元件定位。

1.圆柱定位销图1-2-12　常用圆柱定位销结构2.圆柱定位心轴图1-2-13　常用圆柱心轴的结构形式1—安装部分　2—工作部分　3—导向部分3.小锥度心轴图1-2-14　小锥度心轴图1-2-15　圆锥销定位4.圆锥销定位三、工件以外圆柱面定位工件以外圆柱面定位时，常用的定位元件有V形块、半圆套、定位套等。

1. V形块(1) V形块的典型结构　图1-2-16所示为常用V形块的典型结构。

图1-2-16　常用V形块的典型结构图1-2-17　V形块的结构参数(2) V形块的结构参数　标准V形块(JB/T 8018.1—1999)的结构参数如图1-2-17所示。

(3)V形块的定位特性1) V形块定位的最大优点是对中性好，它可使一批工件的定位基准轴线始终对中在V形块两斜面的对称面上，而不受定位基准直径误差的影响。

2) V形块定位的另一个特点是无论定位基准是否经过加工，是完整的圆柱面还是局部的圆弧面，都可以采用V形块定位。

3) V形块以两斜面与工件的外圆接触起定位作用。

(4)活动V形块与固定V形块　V形块还有固定式和活动式之分。

图1-2-18　定位套a) 短定位套　b) 长定位套2. 定位套3.半圆套图1-2-19　半圆套定位装置1—上半圆套　2—下半圆套表1-2-1　常见定位元件及其组合所能限制的自由度表1-2-1　常见定位元件及其组合所能限制的自由度表1-2-1　常见定位元件及其组合所能限制的自由度一、产生定位误差的原因产生定位误差的原因是定位基准与工序基准不重合，以及定位基准的位移误差两个方面。

1.基准不重合误差图1-2-20　基准不重合误差2.基准位移误差ΔY图1-2-21 对工件位置公差的影响(1)用圆柱定位销、圆柱心轴中心定位　当圆柱定位销、圆柱心轴与被定位的工件内孔为过盈配合时，不存在间隙，定位基准(内孔轴线)相对定位元件没有位置变化，则ΔY=0。

(2)以平面定位　由于工件定位面与定位元件工作面以平面接触时，二者的位置不会发生相对变化，因此认为其基准位移误差为零。

图1-2-22　工件以外圆在V形块上定位(3)工件以外圆柱定位　用定位套定位外圆的定位误差，其分析计算与用圆柱心轴定位圆孔的定位误差计算完全相同。

1) 用夹具装夹加工一批工件时，一批工件某加工精度参数(尺寸、位置)的工序基准在加工尺寸方向上的最大变化范围称为该加工精度参数的定位误差。

2) 引起一批工件加工精度参数产生定位误差的原因有：由于定位基准与工序基准不重合，引起的一批工件的工序基准相对定位基准产生的位置变化，即产生基准不重合误差；由于工件定位面和定位元件的定位工作面的制造误差，引起一批工件的定位基准相对定位元件发生的位置变化，即产生基准位移误差。

3) 分析计算定位误差时注意的问题有：①　某工序的定位方案可以对本工序的几个不同加工精度参数产生不同定位误差，因此，应该对这几个加工精度参数逐个分析计算其定位误差。

②　分析计算定位误差的前提是采用夹具装夹加工一批工件，并采用调整法保证加工要求，而不是用试切法保证加工要求。

③　分析计算得出的定位误差值是指加工一批工件时可能产生的最大定位误差范围，它是一个界限值，而不是指某一个工件的定位误差的具体数值。

二、定位误差的计算定位误差由基准不重合误差ΔB和基准位移误差ΔY组成。

1)当ΔB=0，ΔY≠0时，产生定位误差的原因是基准位移，故2)当ΔB≠0，ΔY=0时，产生定位误差的原因是基准不重合，故3) 当ΔB≠0，ΔY≠0时，如果工序基准不在定位基面上，故例1-2-1　如图1-2-23所示三种定位方案，本工序需钻ϕ1孔，试计算被加工孔的位置尺寸L1、L2、L3的定位误差。

图1-2-23　心轴定位误差的分析计算1)在图1-2-23a中，尺寸L1的工序基准为孔轴线，定位基准也为孔轴线，二者重合，则ΔB=0。

2)在图1-2-23b中，尺寸L2的工序基准为外圆左母线，定位基准为孔轴线，二者不重合，以5/2mm尺寸相联系。

3)在图1-2-23c中，同理可得基准位移误差ΔY=0.041mm。

1) 在图1-2-23b方案中，尺寸L2的定位误差占工序公差的比例为0.0 66/0.1=66%，其所占比例过大，不能保证加工要求，需改进定位方案，可采用图1-2-24所示方案实现钻孔加工。

图1-2-24　钻孔定位误差计算2) 分析计算定位误差，就会遇到定位误差占工序公差的合适比例问题。

三、组合面定位实际生产中，常用几个定位元件组合起来同时定位工件的几个定位面，以达到定位要求，这就是组合面定位。

图1-2-25　两圆柱销定位方法1、2—圆柱销1.以两个圆柱销及平面支承2.以一圆柱销和一削边销及平面支承定位图1-2-26　菱形销结构一、夹紧装置的组成如图1⁃2⁃27所示，夹紧装置主要由以下三个部分组成。

图1-2-27　夹紧装置组成1—工件　2—夹紧元件3—中间传动机构　4—力源装置1.力源装置2.中间传动机构(1)改变作用力的方向　如图1-2-27所示的气缸内作用力的方向通过铰链杠杆机构后改变为垂直方向的夹紧力。

(2)改变作用力的大小　为了把工件牢固地夹住，有时需要较大的夹紧力，这时可利用中间传动机构(如斜楔、杠杆等)改变作用力的大小，以满足夹紧工件的需要。

(3)自锁作用　在力源消失之后，工件仍能得到可靠的夹紧。

3.夹紧元件二、夹紧装置的基本要求1) 夹紧过程中，不能改变工件定位后所占据的正确位置。

2) 夹紧力的大小要适当，既要保证工件在整个加工过程中位置稳定不变，又要保证工件不产生明显的变形或损伤工件表面。

3) 工艺性要好，夹紧装置的结构力求简单，便于制造、调整和维修。

4) 夹紧装置的操作应当方便，夹紧迅速，安全省力。

三、夹紧力的确定设计夹紧装置的基本问题主要是合理确定夹紧力，确定夹紧力就要确定夹紧力的方向、作用点和大小。

1.夹紧力方向的确定图1-2-28　夹紧力方向的选择1)夹紧力的方向应垂直于主要定位基准面。

图1-2-29　夹紧力与切削力方向2)夹紧力的方向应尽量与切削力、工件重力方向相同，这样可以减小所需夹紧力。

3)夹紧力的方向应尽量与工件刚度最大的方向相一致，以减小工件变形。

2.夹紧力作用点的确定1)夹紧力的作用点应落在定位元件的支承范围内，以保证工件已获得的定位位置不变。

图1-2-30　夹紧力作用点的位置1—支承点　2—工件　3—夹具2)夹紧力的作用点应落在工件刚度最好的部位，以减小工件的夹紧变形。

图1-2-31　夹紧力的作用点应落在工件刚性最好的部位3)夹紧力作用点应尽量靠近被加工面，以减小对工件造成的翻转力矩。