工件装夹及夹具设计

Z
将 6 个支承抽象 为6个“点”，6 个点限制了工件 的6 个自由度，这 就是六点定位原 理。
Y X
六点定位原理
两点注意： “点”的含义 ——对自由度的限制，与实际接触点不同 ——夹紧与定位概念分开
二、根据加工精度要求，确定工件应该限
制的自由度数目
【例1 】在球面上加工平面：如图2-7 应限制
（3）定位元件单独使用时限制移动自由度，在组合
定位中常会转化成限制转动自由度。一经转化，将不
再起单独定位时的作用。 (4)单个表面的定位是组合定位分析的基本单元。工 件上的单个定位表面与那些定位元件相接触，就分
析这些定位元件能限制工件哪些自由度。
a)
b)
组合定位分析图例
3、组合定位时过定位现象的消除方法
为设计基准（工序基准）在加工精度参数方 向上的最大变动量。定位误差用 △D 表示。
dw
2．定位误差产生的原因：
【例1 】如图工件加工一个通槽，工件所要保证 的加工尺寸为a±△a，因此设计夹具时只需要限制 a 所在方向的自由度 , 从定位角度看，以 B 、 C 面为 定位基准,限制的自由度是一样的。 工件以夹具定位加工，按调整法进行，刀具位置 按限位基准调整。
加工过程中始终保持正确的加工位置，以保证该
工序所规定的加工技术要求。
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图 2-1
3．工件装夹的方法 1）直接找正法：如图2-2 2）划线找正法：如图2-3
3）夹具装夹：
图 图 2-3 2-2
表2-1为各种装夹方法的比较
直接找正 夹具类型 生产率、成 本 通用夹具 费时、成本较高、划线更甚 取决于量仪精度工人技术水平方法是否 得当 定位精度 一般不高使用高精 度量仪、 技术高，也可达到 很高 形状简单、加工面 少 一般不高约 0.2～0.5 还与划线粗细等 有关 形状复杂、加工 面多、 位置要求不高、 大重件 可达0.01较高且稳 定 划线找正 定位元件法
a± △a
a±△a
B
L± △L Amin
C
a)
Baidu Nhomakorabea
2△L产生的原因： a 尺寸的工序基准
是 B ，定位基准是 C ，
两者是不重合的。
Amin 2△L
b)
基准不重合误差产生原因
1）基准不重合误差： 当定位基准和工序基准不重合时，工序基准 相对于定位基准在加工尺寸方向上的最大位移量， B 用 表示。 定位基准与工序基准之间必然存在一个联系 尺寸 L ，称为定位尺寸，基准不重合误差就是定 位尺寸的公差。在设计夹具时，应尽量使两者重 合。
（1）使定位元件在产生过定位的方向上可移动，以 消除该方向的移动过定位。
a)
b)
过定位消除方法之一
（2）采用自位支承，消除定位元件绕某个（或某两
个）坐标轴转动方向的过定位。
c)
a)
b)
d)
自位支承 a)三点球面式 b)两点摆动式 c)两点杠杆式 d)两点均
（3）改变定位元件的结构形式来消除过定位。
工件 定位元件
定位面
定位工作面
定位基准
限位基准
定位基准和对刀基准的关系
d：测量基准：
e：装配基准：
（二）定位误差及其产生原因
1．定位误差： 1)概念 用夹具装夹加工一批工件时，由于定位不准确 引起该批工件在某加工精度参数（尺寸、位置）的 加工误差，称为该加工精度参数的定位误差（简称 定位误差）。 2)表示形式
1、工件以平面定位
平面定位的主要形式是支承定位。常用的定位 元件有支承钉、支承板、夹具支承件和夹具体的凸 台及平面等。下图给出了平面定位的几种情况。 1）支承钉
A 结构
A型是平头支承钉： B型是球头支承钉： C型是齿纹顶面的支 承钉：
B 定位情况
2）支承板
A 结构
A型：所以常用于侧面或顶面的定位。 B型：支承板的工作平面上开有斜槽，B型支承 板应用较多，用于底面的定位更合适。
B 定位情况
平面定位的几种情况。
Z Z Z
Y X Z X Z
Y X Z
Y
Y X
Y
Y X
X
工件以平面定位
2、工件以圆孔定位 工件以圆孔定位多属于定心定位（定位基准 为圆柱孔轴线）。常用定位元件是定位销和心轴。 定位销有圆柱销、圆锥销、菱形销等形式；心轴 有刚性心轴（又有过盈配合、间隙配合和小锥度 心轴等）、弹性心轴之分。
a：工序基准 工序图上的设计基准。 b：定位基准 在加工过程中使工件占据正确加工位置所依据 的基准，亦即工件与夹具定位元件定位工作面接触 或配合的表面。 c：限位基准 由夹具定位元件的定位工作面体现的，用来调 整加工刀具位置所依据的基准。有时称为起始基准。
限位基准的特点及相应定位基准的对应关系如图 所示
第一章 机床夹具设计原理
本章要点
机床夹具概述 工件在夹具中的定位 工件在夹具中的夹紧 各类机床夹具 成组夹具、组合夹具、随行 夹具 机床夹具设计步骤与 方法
第一节 机床夹具概述
一、机加工工艺装备用具作用
1．机床： 2．刀具：
3．量具：
4．工辅具： 5．机床夹具：
二．机床夹具及其组成
1．机床夹具
机床上用来装夹工件的一种装置，其作用是
T
D 2 sin 2

N 2tg 2
H
B 定位分析
C： V形块的特点 1 、 V 形块对外圆柱面定位，形式上是支承定 位，但其实质是定心定位。
2、V形块能起对中作用
3、可以用于非完整外圆的定位 4 、活动 V 形块常常起着定位和夹紧的双重作 用（既是定位元件，又是夹紧元件。
Z
X
X
Y
专用夹具或通用改 造
迅速方便、成本低
适用零件
生产批量
单件小批量
大批大量
三．机床夹具的分类：
1．按使用范围分：
1）通用夹具
2）专用夹具
3）组合夹具：
4）成组夹具
5）随行夹具：
三爪卡盘
四爪卡盘
万向平口钳
回转工作台 通用夹具
分度头
组合夹具实例
KH1 KH2 KH3 KH4
L 3 φD 3 L φD
4 L 3
4 L
φD
φD
4 L 3
3
4
L φD
φD 3
4
4
成组夹具
零件工序简图
2．按机床分类
1）车床夹具
2）铣床夹具 3）钻床夹具
4）磨床夹具
5）数控机床夹具
3．按动力源分类
1）手动夹紧 2）气动夹紧 3）液动夹紧 4）电磁夹紧 5）真空夹紧
气动虎钳
液压夹具
四．机床夹具的功能
1．保证加工质量
y
图2-11 铣沟槽
【例6 】铣不通槽 如图2-12
应限制
z L±△L
h±△h
b
x
y
图2-12 铣不通槽
（三）定位元件限制工件自由度
首先讲解单个典型表面的定位元件，单个 典型表面是指平面、内外圆柱面、内外圆锥面等。 单个典型表面是组成各种不同复杂工件的基本单 元，分析单个典型表面的定位及定位元件设计是 进行夹具定位分析和夹具定位方案设计的基础
过定位分析（桌子与三角架）
图2-17 过定位分析
（六）定位表面的组合（组合定位分析）
工件上常见的定位基准是以组合的形式出现。 如面与面的组合，内、外圆柱面与端面的组合， 圆柱孔与平行于孔轴线的平面的组合，锥面与锥 面的组合（中心孔定位），两平行圆柱孔与垂直
于圆柱孔轴线的平面的组合（简称一面两孔定位）
工件以外圆柱面定位两种形式 ：定心定位和支承 定位。工件以外圆柱面定心定位的情况与工件以圆 孔定位的情况相仿（用套筒和卡盘代替心轴或柱 销）。支承定位时用支承板、支承钉。
1）圆定位套
A 定位情况
B 定位分析
2）V形块 用于完整的外圆柱面和非完整的外圆柱面的 定位，是外圆定位中最常用的定位元件。 A 结构
c’）
4）支承板 支承板对外圆柱面的定位就是平面与外圆母线 的接触.
定位分析
（四）几种不同的定位形式
1．固定支承： 2．可调支承：
可调支承 的结构
3．自位支承：
自位支承结 构
定位分析 自位支承虽然增加了与工件定位面的接触点数
目，但通过其内部的浮动联系起到的是单点支承的作 用，即自位支承只限制工件一个自由度。自位支承常 用于毛坯表面，断续表面，阶梯表面的定位。
使工件相对于机床或刀具有一个正确的位置，并 在加工过程中保持这个位置不变。
2．工件装夹的实质
在机床上加工工件时，为使该工序所加工表面
达到图纸规定的尺寸、几何形状及相对位置等技 术要求，加工前必须将工件装好、夹牢。如图2-1 装好：——定位 夹牢：——夹紧
工件装夹的实质是在机床上对工件进行定位
和夹紧，装夹的目的是通过定位和夹紧使工件在
（4）举例分析 【例1 】过定位引起夹紧变形
过定位引起夹紧变形
橡胶垫
过定位处理分析
【例2 】过定位分析
X
Z
Z
分析图示定位方案： ①各方案限制的自由度 ②有无欠定位或过定位 ③对不合理的定位方案 提出改进意见。
X X X Y Y X Y
Z
a） b） c）
二 定位误差 的计 算
（一）概述
1．计算定位误差的重要性 2．基准问题 1）定义： 指工件上的一些点、线、面，在零件设计或 加工中，可以用这些点、线、面来确定其他点、线、 面的位置。 2）分类 （1）设计基准： （2）工艺基准：
【例2 】如图为一套筒类零件放在水平心轴上 定位而铣键槽的例子，加工时要保证尺寸b和h，b 是由刀具本身的宽度尺寸决定，h则按心轴中心调 整好铣刀的高度位置h来保证。
面或导向面 第三定位面：
限制工件自由度数为1的定位称第三基准面
或止推面
三基面组合基准定位
2．组合定位的定位分析要点
（1）先分析限制工件自由度数最多的那个定位元 件（或定位元件的典型组合）限制工件的具体自由 度，再分析限制工件自由度次多的那个定位元件限 制的具体自由度， （2）定位元件组合时限制工件自由度的总数目等 于各个定位元件单独定位时限制工件自由度数目之 和，但具体限制哪些自由度却会随组合情况的不同 而发生变化。
2．提高生产率，降低成本 3．扩大机床工艺范围 4．减轻工人劳动强度，保证生产安全
五．专用夹具的组成（如图2-4）
1．定位元件 2．夹紧装置 3．对刀引导元件 4．连接元件 5．夹具体 6．其它件
图2-4钻床夹具
图2-5 表示了几种组成元件的关系
机床
工件
刀具
连接元件
定位元件
夹紧元件
其他元件
导引元件
第二节 工件在夹具中的定位
一．定位的原理
1．自由物体：
2．六个自由度：（动画） 沿x轴移动自由度 沿y轴移动自由度 沿z轴移动自由度 沿x轴转动自由度
沿y轴转动自由度 沿z轴转动自由度
3．定位支承点（约束点）如图2-6所示
图2-6
4、 六点定位原理
任何一个物体在空间直角坐标系中都有 6 个自 由度 要确定其空间位置，就需要限制其 6 个自由度
1 ）如果工件的定位面经过机械加工，且形状、尺 寸、位置精度均较高，则过定位是允许的。因为合 理的过定位不仅不会影响加工精度，还会起到加强
工艺系统刚度和增加定位稳定性的作用。
2 ）如果工件的定位面是毛坯面，或虽经过机械加
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。
等等。工件以多个表面组合定位时，夹具上的定 位元件也必须以组合的形式出现。如支承板与支 承板的组合，定位心轴或圆定位套与支承板的组 合，两销与一个支承板的组合等等。
1、组合定位的概念及定位基准的主次之分
主要定位面： 限制工件自由度数最多的定位表面称第一基
准面或支承面
次要定位面：
限制工件自由度数次多的定位面称第二基准
1）圆柱销 A 结构
B 定位情 况
2）菱形销
A 结构
B 定位分析如前图
3）圆锥销 A 结构
B 定位分析
4）定位心轴
A 结构
B 定位分析
3、工件圆锥孔定位
工件以圆锥孔定位时，所用定位元件为圆 锥心轴或圆锥销。圆锥心轴限制工件 5个自由度， 圆锥销限工件三个自由度 A 定位形式
B 定位分析
4、工件以外圆柱面定位
夹具体
夹具 图2-5 夹具各种组成元件之间 的关系
1．工件通过定位元件在夹具上占有一个正确的 位置
2．工件通过夹紧元件保证加工过程中始终保持
原有的正确位置
3．夹具通过对刀元件相对刀具保持正确位置
4．夹具通过连接元件，相对于机床保持一个正 确位置
5．夹具通过其他装置，完成其他要求
6．夹具体把上述的几种元件组合成一个整体。
【例2 】球面上加工不通孔：如图2-8 应限制
图2-8
【例3 】铣平面，如图2-9
应限制
z
h±△h
x y
图2-9 铣平面
【例4 】车光轴，如图2-10
应限制
z x
y φD
图2-10 车光轴
【例5 】铣沟槽 b由铣刀保证，如图2-11 应限制 b：由刀具保证 L： h：
z L±△L h±△h b x
4．辅助支承：
A 辅助支承 的应用
B 辅助支承结构
辅助支承定位分析 辅助支承是在工件定位后才参与支承的元件，
其高度是由工件确定的，因此它不起定位作用，
但辅助支承锁紧后就成为固定支撑，能承受切削
力。
（五）工件定位时的几种情况 1、完全定位 2、不完全定位 3、欠定位
Z
Y
X
B
B
a）
b）
4、过定位