第五章 机床夹具设计(1)

工件安装的含义
包括定位和夹紧两项内容。 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
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5.2.1 工件的定位方法
1 直接找正定位法
操作工人利用千分表、卡
尺、划线盘等工具，找正
某些有相互位置要求的表 面，然后夹紧工件。
特点：
第五章 机床夹具设计 一、机床夹具概述 二、机床夹具定位机构的设计 三、机床夹具夹紧机构的设计 四、 主要机床夹具
1
5.1 机床夹具概述
何谓夹具？
L 2
φD
4
零件工序简图
2
在机械加工过程中，为了保证工 件的加工精度，使之相对于机床、 刀具占有确定的位置，并能迅速、 可靠地夹紧工件，以接受加工或 检测的工艺装备称为机床夹具， 简称夹具。
flash
工件在夹具上定位（滚齿夹具）
19
5.2.2 工件定位的基本原理
在研究和分析工件定位问题时，首先选择与夹具 定位元件接触的表面，即工件的定位基淮。 什么是基准？ 基准就是用来确定生产对象上几何要素间的几 何关系所依据的点、线、面。
L
设计基准 φD
4
定位基准 工序基准 测量基准
基准
2
工艺基准
2）专用夹具：针对某一工件的某道工序专门设
计制造的夹具。
Flash
特点:专用性强，结构紧凑，操作简单，效率高 ，当产品变更时，夹具将由于无法再使用而报 废。只适用于产品固定且批量较大的生产中。
7
3）组合夹具：由一套预先制造好的标准元件和
合件组装而成的夹具。 根据工件的工艺要求，将不同的组合夹具 元件像搭积木一样，组装成各种专用夹具。使 用后，元件可拆开、洗净后存放，待需要时重 新组装。 特点: 灵活多变，万能性强，制造周期短、元件能 反复使用，特别适用于新产品的试制和单件 小批生产。 Flash
0.02 A
3
4 A
间隙配合刚性心轴
图5-8 过定位示例
59
过定位讨论
图5-8 过定位引起夹紧变形
60
过定位讨论
橡胶垫
№
过定位处理分析
61
定位方案分析
分析图示定位方案： ①各方案限制的自由度
X Y Z
②有无欠定位或过定位
③对不合理的定位方案提出 Z 改进意见。 Z
X
a）
X
X X Y Y c）
62
b）
定位示例分析
Y
Z
X a）
X Y Z
Y
X
Y Z
X a2）
Z
a1）
63
定位示例分析
Z
X X、Y、Z X Y b）
X
Y
X、Z
Z X
X
Y
Z
X X
Z
b1）
X Y b2）
X Y
b3）
64
定位示例分析
X ;Y
X Z;Y; X
X Y c） Z Z
Y;
X
Z
X Y c’）
X
X
Y
定位示例分析 c1）
65
66
复习
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? 不完全定位和过定位是否均不允许存在?为什么？
67
定位示例分析
68
X X Y X
Z Z
X
X X Y Z
Z
Y Z
X Y Z X Y
69
X X
Y Y Z
X Y Z
X
Y Z
X Y Z X Y Z X
X Y Z Y Z
70
5.2.3 典型的定位方式及定位元件的选择
定位元件的设计应满足下列要求： ⑴ 要有与工件相适应的精度； ⑵ 要有足够的刚度，不允许受力后发生变形； ⑶ 要有耐磨性，以便在使用中保持精度。 一般多采用低碳钢渗碳淬火或中碳钢淬火，硬度 为58∼62HRC
71
1.工件以平面定位
平 面 定 位 常 用 定 位 元 件
支承钉
支承板 可调支承
自位支承
辅助支承
72
支承钉
平头支承钉：用于支承精基准面 球头支承钉：用于支承粗基准面 网纹顶面支承钉：用在工件以粗基准定位且要求较
大摩擦力的表面定位
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支承板
平面型支承板A型：侧面和顶面定位 带斜槽型支承板B型：适于作底面定位准面
示例
13
5．夹具体：用于联接夹具元件和有关装置使之成为 一个整体的基础件。 6.联接元件：用于确定夹具对机床主轴、工作台或导 轨的相对位置； 7. 其他元件及装置（防护、防错、分度…）
定位元件、夹紧装置和夹具体是 夹具的基本组成部分，其他部分 可根据需要设置
示例
15
5.2 机床夹具定位机构的设计
零件工序简图
装配基准
20
设计基准
在零件设计图上用以确定其它点、线、面位置的基
准(点、线、面），称为设计基准。
定位支座零件
21
22
工艺基准
零件在加工、检验和装配过程中所采用的基准， 称为工艺基准。
(1) 定位基准
加工时，使工件在机床
或夹具中占据正确位置
所用的基准，即用作定
位的基准。
23
支座零件第1工序（车削）
实际生产中欠定位是绝对不允许的！！
Z Y X
B
B
X、Y、Z
X、Y、Z、X、Y、Z
欠定位示例
49
过定位
过定位—— 工件某一个自由度（或某几个自由
度）被两个（或两个以上）约束点约束，称为 过定位。
示例
过定位造成的后果：
（1）使工件或夹具元件变形，引起加工误差；
（2）使部分工件不能安装，产生定位干涉 （如一面两销）
⑷分析定位支承点的定位作用时，不考虑外力的影响。
⑸ 定位支承点是由定位元件抽象而来的。在夹具中，
定位支承点总是通过具体的支承元件体现。
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支承点与定位元件
实际应用中，用定位 元件来实现定位。
一个定位元件可体
现一个或多个支承
点， 视具体工作方
式及其与工件接触 范围大小而定。
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表5-1 典型定位元件的定位分析
y y x
Y
z z
Y
z
Y
X
a）
X b）
X
X X、Y、Z 、Y、Z、X、Y、Z
X、Y、Z、X、Y、Z
45
c）
46
47
考虑定位方案时，先分析必须限制 哪些自由度，再以相应定位点去限
制。
48
3.过定位与欠定位
欠定位 工件加工时必须限制的自由度未被完全限制，称 欠定位不能保证工件的正确安装，在 为欠定位。
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可调支承
顶端位置可在一定高度范围内调整的支承，起定 位作用。 多用于未加工平面的定位，以调节和补偿 各批毛坯尺寸的误差。
先调整，然后定位，最后夹紧工件
75
自位支承
自位支承：支承本身是活动的或是浮动的，能自动
38
表5-1 典型定位元件的定位分析 工件以外圆表面定位 — V型块
39
表5-1 典型定位元件的定位分析 工件以外圆表面定位 — 定位套
40
表5-1 典型定位元件的定位分析 工件以圆锥孔定位
41
2.完全定位与不完全定位
工件的6个自由度均被限制，称为完全定位。
按加工要求，允许有一个或几个自由度不被 限制的定位称为不完全定位。
3
5.1.1.机床夹具的功能 （1）保证加工精度
工件通过机床夹具进行安装，
其作用有二个： 工件通过夹具上的定位元 件获得正确的位置 —定位 通过夹紧机构使工件的既定 位置在加工过程中保持不变 — 夹紧。
2
L
φD
4 零件工序简图
夹具的最大功用是保证加工表面的位置精度。
（2）提高生产率，降低生产成本
工件以平面定位 — 支承钉
34
表5-1 典型定位元件的定位分析 工件以平面定位 — 支承板
35
表5-1 典型定位元件的定位分析 工件以圆柱孔定位 —— 圆柱定位销
36
表5-1 典型定位元件的定位分析 工件以圆柱孔定位 —— 圆柱定位销
＋
37
表5-1 典型定位元件的定位分析 工件以圆柱孔定位—— 圆锥销
x
Y、Z、,Y、ZY , Z Y Z,
52
不许过定位的场合： 如果工件的定位面是毛坯面，或虽经过加工， 但加工精度不高，这时过定位一般是不允许的。 因为它可能造成定位不准确，或定位不稳定， 或发生定位干涉等情况。
53
消除过定位的措施：
1） 改变定位元件的结构，去除过定位。P55（图2—
1－斗式切屑提升机 2－链板式排屑装置 3－全线泵站 4－工件传送带机、工件装卸台 5－工件提升机 6－中央控制台
10
移动交换 式 APC.wmv
11
5.1.4 机床夹具的基本组成
机 床 夹 具 组 成 1. 定位元件及定位装置
示例1
２. 夹紧元件及夹紧装置
３.导向及对刀元件
示例2 示例3
４. 动力装置
任何一个物体在空间直角坐标系中都有 6 个自由度,
用
X、Y、Z、X、Y、Z
表示
物体的六个自由度
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工件Hale Waihona Puke Baidu定位任务： 就是根据加工要求限制工件的全部或部分 自由度。 1、六点定位原理
Z
Y X
图 5-4长方体工件的定位
28
图5-5 圆盘工件的定位
29
图5-6 轴类工件的定位
30
六点定位原理：
不完全定位主要有两种情况:
①工件本身相对于某个点、线是完全对称的，
则工件绕此点、线旋转的自由度无法被限制 （即使被限制也无意义）。例如球体绕过球心 的转动，圆柱体绕自身轴线的转动等。
42
X
Z
Z X Z
43
限制几个自由度？
1
44
② 工件加工要求不需要限制某一个或某几个自由度。 如加工平板上表面，要求保证平板厚度z及与下平面 的平行度; 铣通槽，要求保证尺寸y、z及槽底和槽侧与底平面 及侧平面的平行度； 铣键槽，要求保证尺寸x、y、z及槽底和槽侧与底平 面及侧平面的平行度；Z 。 Z Z
是采用六个按一定规则布置的约束点（支撑点）， 限制工件的六个自由度，使工件实现完全定位。
31
“六点定位”的注意问题 ⑴ 定位就是限制自由度。 ⑵定位支承点与工件定位基准面始终保持紧贴接触。 ⑶ 一个定位支承点仅限制一个自由度，一个工件仅有 六个自由度，所设置的定位支承点数目，原则上不
应超过六个。
4）通用可调整夹具及成组夹具：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。
用于相似零件的成组加工所用的夹具，称为成组 夹具。
通用可调夹具与成组夹具相比，加工对象不很明 确，适用范围更广一些。
5）随行夹具： 在自动线或柔性制造系统中使用
的夹具。
该夹具既要起到装夹工件的作用，又要与工件成 为一体沿着自动线从一个工位移到下一个工位，进行 不同工序的加工。
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过定位是否允许，要视具体情况而定： 允许过定位的场合：
（1）工件刚度很差，在夹紧力、切削力作用下会产 生很大变形，此时过定位只是为了提高工件某些部件 的刚度，减小变形。
51
（2）工件的定位表面和定位元件在尺寸、形状、
位置精度已很高时，过定位不仅对定位精度影响不
大，而且有利于提高刚度。 X、Y X
24
（2）工序基准
在工艺文件上用以确定本工序被加工表面的尺寸、形状和位
置的基准。
（3）测量基准
检验零件时，用以测量加工表面的尺寸、形状、位置等误差 所依据的基准。
25
（4）装配基准
装配时用以确定零件、组件和部件相对于其他零
件、组件和部件的位置所采用的基准。
齿轮的装配基准
26
5.2.2 工件定位的基本原理
快速将工件定位夹紧，免除了找正、对刀等，
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 如在车床上加镗夹具，可完成镗孔加工。 （4）保证生产安全
5.1.3 机床夹具的类型
6
按夹具应用范围划分
1）通用夹具：指结构已经标准化，且有较大适
用范围的夹具。
三爪、四爪卡盘，平口钳等，一般由专业厂生产，常 作为机床附件提供给用户。
５. 夹具体 ６. 其他元件及装置
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1．定位元件及装置：
用于确定工件在夹具中的正确位置。
2．夹紧元件及夹紧装置：
用于夹紧工件、并保证工件在外力作用下仍能保持其
正确位置。 3．导向及对刀元件、元件： 用于确定（或引导）刀具相对于夹具定位元件具有正 确的位置关系。
4．动力装置：用于提供夹紧力的装置。
58）、P56（图2—59）
2） 提高定位基准和定位元件的精度。
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过定位一般是不允许的，为提高定位稳 定性和结构刚度，简化夹具 可用过定位
★前提
—提高工件定位面、夹具定位面的相
互位置精度
55
过定位分析
Z Z Y
Y
Y Y
X
X
a） 图5-7 过定位示例
b）
56
过定位分析
57
№
58
过定位讨论
如图示，齿轮毛坯以内孔和一端面定位，车削外圆和大 端面。加工后检测发现大端面与内孔垂直度超差。试分 析原因，提出改进意见。
直接找正定位
flash
精度高，效率低，对工人技术水平高
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2 划线找正装夹
找正线
按图纸要求在工件表面上 划出位置线以及加工线和 找正线，安装时首先按着 找正线找正工件位置，夹 紧工件。 特点： 精度不高，效率低，多用于形状复杂的铸件
划线找正定位法
加工线
毛坯孔
flash
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3.夹具装夹
直接由夹具保 证工件在机床 上的正确位置， 并直接在夹具 上夹紧工件。 特点： l效率高； l精度一致性好； l操作简单； l适合成批及大批 量生产。