工件定位与装夹

辅助基准典型实例
4 常见定位方式及定位元件
北京市工贸技师学院 白晓杰
（1）工件以平面定位 ① 固定支承
支承钉和支承板 a)平头支承钉；b)球头支承钉；c)齿纹头支 承钉；d)、e)支承板
② 可调支承如图所示 ③ 浮动支承三点式［如图（a）］和二点式 ［如图（b）］只限制一个自由度,主要目的是提 高工件的刚性和稳定性.
① 基准位移误差
定位基准相对于其理想位置的最大变 动量，称为基准位移误差，用Y表示。
Dmax dmin Dmin dmax TD Td Y Amax Amin 2 2 2 2
② 基准不重合误差
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，用B表 示。
⑤夹具体 夹具体是夹具的基础件，用 来联接夹具上各个元件或装置， 使之成为一个整体，它也用来与 机床的有关部件相联接。 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。
（3）机床夹具的作用与分类
① 机床夹具的作用 a. 易于保证工件的加工精度。 b. 使用夹具可改变和扩大原机床的 功能，实现“一机多用” c. 使用夹具后，不仅省去划线找正 等辅助时间，而且有还可采用高效率的 多件、多位、机动夹紧装置，缩短辅助 时间，从而大大提高劳动生产率。
②在四爪单动卡盘上找正工件
a. 找正操作须知
b. 盘类工件找正方法
c. 轴类工件找正方法
（3）其他常用装夹方法见下表
北京市工贸技师学院 白晓杰
北京市工贸技师学院 白晓杰
（4）复杂畸形、精密工件装夹
复杂工件的种类 (对开轴承座 (b)、(e)十字孔工件 (c)双孔连杆 (d)环首螺栓 (f)齿轮油泵体
工件在空间的六个自 由度
工件的六点定位
2.2 六点定位原理的应用
① 完全定位——工件的六个自由度全 部被夹具中的定位元件所限制，而在夹 具中占有完全确定的唯一位置，称为完 全定位。
z
P N
Aa
xHale Waihona Puke Baidu
b
Bb
M
y
北京市工贸技师学院 白晓杰
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 以少于六个。
数控加工工件的定位与装夹
1 机床夹具概述
（1）机床夹具的定义
在机床上加工工件时，为了在工件的某一部 位加工出符合工艺规程要求的表面，加工前需 要使工件在机床上占有正确的位置——定位。 由于在加工过程中工件受到切削力、重力、振 动、离心力、惯性力等作用，所以还应采用一 定的机构，使工件在加工过程中始终保持在原 先确定的位置上——夹紧。在机床上使工件占 有正确的加工位置并使其在加工过程中始终保 持不变的工艺装备称为机床夹具。
（3）几种典型定位方式的定位误差
① 工件以平面定位——定位误差主要是有基 准不重合误差引起的，一般不计算基准位移 误差。 ② 工件以圆孔定位——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和工序基准与定位 基准是否重合等因素密切相关。
③ 工件以外圆在V形块上定位
③ 安装联接元件
安装联接元件用于确定夹 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
a. 用于确定刀具位置并引导刀具 进行加工的元件，称为导向元件， 如图3-1中的钻套3就是引导钻头用的 导向元件。 b. 用于确定刀具在加工前正确位 置的元件，称为对刀元件，如对刀 块。
限 制 P
z 限制 y z y z
x
y z
x
y
长轴大平面定位
z
限 制 P
限制 y z
x
x
y z
y 短轴、大平面定位
z
限 制
限制 y z y z
x
x
y 长轴、小平面定位
3.2.3 定位与夹紧的关系
下图为定位与夹紧的 关系图，工件在平面支承 1和两个长圆柱销2上定位， 工件放在实线和虚线位置 都可以夹紧，但是工件在 x方向的位置不能确定， 钻出的孔其位置也不确定 （出现尺寸A1和A2）。
3.7.1 车床夹具 (1)三爪自定心卡盘
图3-32 三爪自定心卡盘 —卡爪 2—卡盘体 3—锥齿端面螺纹圆盘 4—小锥齿轮
图3-33 装夹方料 1—带V形槽的半圆件 2—带V形槽 的矩形件 3、4—带其他形状矩形件
（2）四爪单动卡盘
四爪单动卡盘 1—卡爪 2—螺杆 3—卡盘体
放V形架装夹圆棒料
①四爪单动卡盘装夹操作须知
B =2L
（2）定位误差的计算方法
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“+”号；反之取“-” 号。 注意：基准位移误差和基准不重合误差并不 是在任何情况下都存在，当定位基准与工序 基准重合时，B =0；当基准无变动时，Y =0。定位误差只产生在用调整法加工一批工 件的条件下，采用试切法加工，不存在定位 误差。
B
D 12.5 A
H
B
辅 助 支 承
（2）工件以圆孔定位
① 定位销——定位削分为短销和长销。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。 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，不用另设夹紧装置，但装拆 工件不方便。 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。
（2）机床夹具 的组成
钻模板 钻套 定位销
快卸垫圈
夹具体 螺母
工件
① 定位元件
定位元件用于确定工件在 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，其定位精度将直 接影响工件的加工精度。
② 夹紧装置
夹紧装置用于保持工件 在夹具中的既定位置，使工 件不致因加工时受到外力而 改变原定的位置，通常包括 夹紧元件、增力装置和动力 源等组成部分。
根据余量小的表面找正
（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。
床身导轨加工粗基准的选择
（4）不重复使用原则
图3-13 粗基准重复使用的误差
（5）便于工件装夹原则
3.2 精基准的选择原则
（1）基准重合原则 如图（a）所示零件，欲加工孔3，其设计基 准是面2，要求保证尺寸A。
北京市工贸技师学院 白晓杰
c. 成组可调夹具是 针对通用夹具和专用夹 具的缺陷而发展起来的， 它是在加工某种工件后， 经过调整或更换个别定 位元件和夹紧元件，即 可加工另外一种工件的 夹具。 d. 组合夹具是一种 由一套标准元件组装而 成的夹具（如图）。
组合夹具
2 工件的定位 2.1 六点定位原理
d. 用夹具装夹工件方便、省力、 安全。当采用气动、液压等夹紧装置 时，可减轻工人的劳动强度，保证安 全生产。
e. 在批量生产中使用夹具时，由 于劳动生产率的提高和允许使用技术 等级较低的工人操作，故可明显地降 低生产成本。但在单件生产中，使用 夹具的生产成本仍较高。
② 机床夹具的分类
机床夹具
五点定位示例
四点定位
③ 欠定位
如工件定位的实际支承点数目少 于理论上应予限制的自由度数，不能 满足加工要求，称为欠定位。
限制自由度与加工要求的关系
④ 过定位——工件的一个或几个自由 度被不同的定位元件重复限制的定位 称为过定位。当过定位导致工件或定 位元件变形，影响加工精度时，应该 严禁采用。但当过定位并不影响加工 精度，反而对提高加工精度有利时， 也可以采用，要具体情况具体分析。
（2）夹紧力方向和作用点的选择
① 夹紧力应朝向主要定位基准。
② 夹紧力的作用点应落在定位元件 的支承范围内，并靠近支承元件的几 何中心。
③ 夹紧力的方向和作用点应施加于 工件刚性较好的方向和部位。
④ 夹紧力作用点应尽量靠近工件加 工表面。
⑤夹紧力的方向应有利于减小夹 紧力的大小。
（3）夹紧力大小的估算
可调支承 1—调整钉 2—锁紧螺母
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 增设的支承。因此，辅助支承只能起提高 工件支承刚性的辅助定位作用，而不起限 制自由度的作用，更不能破坏工件原有定 位。
定位基准——工件上用于定位的表面
就是确定工件位置的基准，称为定位 基准。以内外、圆柱面，内外圆锥面 定位时，其中心线为定位基准。
z
y
x
z x
y
定位的任务是限制工件的 自由度，通常是用一个支承点 来限制工件的一个自由度，用 合理分布的六个支承点来限制 工件的六个自由度，使工件在 夹具中的位置完全确定。这就 是六点定位原理。
用百分表检查花盘平面
（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。
（4）工件以一面两孔定位
削边销与孔的最小 配合间隙可由下式 计算：
b(TD Td ) D
X min
一面两孔定位 1—圆柱销； 2—削边销； 3—定位平面
设计基准与定位基准的关系
（2）基准统一原则
（3）自为基准原则 如图所示的床身导轨面磨削
自为基准实例 1—磁力表座；2—百分表；3—床身；4—垫铁
（4）互为基准原则
互为基准实例
1—卡盘；2—滚柱； 3—齿轮
（5）便于装夹原则
3.3 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，如轴类零件加工所用 的两个中心孔，它不是零 件的工作表面，只是出于 工艺上的需要才作出的。 又如图所示的零件，为安 装方便，毛坯上专门铸出 工艺搭子，也是典型的辅 助基准，加工完毕后应将 其从零件上切除。
削边销结构尺寸
D b B 3 6 2 D 0.5 6 8 3 D 1 8 20 4 D2 20 25 5 D3 25 32 6 D4 32 40 7 D5 40 50 8
5 定位误差
（1）定位误差的概念与类型
工件在夹具中的位置是以其定位基 面与定位元件的相互接触（配合）来确 定的，由于定位基面、定位元件的工作 表面本身存在一定的制造误差，导致一 批工件在夹具中的实际位置不可能完全 一样，使加工后各工件的加工尺寸存在 误差。这种因工件在夹具上定位不准而 造成的加工误差，称为定位误差，它包 括基准位移误差和基准不重合误差两种 类型。
定位与夹紧关系图
3 定位基准的选择原则 3.1 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。
粗基准的选择示例
（a）正确 （b）不正确
（2）加工余量合理分配原则——对所有表 面都需要加工的工件，应该根据加工余量 最小的表面找正，这样不会因位置的偏移 而造成余量太少的部位加工不出来。
夹紧力大小的计算是一个很复杂的问题， 一般只能作粗略的估算。为简化起见，在 确定夹紧力大小时，可只考虑切削力（矩） 对夹紧的影响，并假设工艺系统是刚性的， 切削过程是平稳的，根据加工过程中对夹 紧最不利的瞬时状态，按静力平衡原理求 出夹紧力的大小，再乘以安全系数作为实 际所需的夹紧力，即
FJ=kF
3.7 数控机床典型夹具简介
通用 专用 成组可 通用可 组合 夹具 夹具 调夹具 调夹具 夹具
数控 车床 铣床 钻床 镗床 其他 机床 夹具 夹具 夹具 夹具 夹具 夹具
a.通用夹具的结构、尺寸已规格化，且具有 很大的通用性，它无需调整或稍加调整就可用 于装夹不同的工件。 b. 专用夹具是针对某一工件的某一工序而 专门设计和制造的。因为不需考虑通用性，所 以夹具可设计得结构紧凑、操作方便。
④ 工件以一面两孔组合定位
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6 工件的夹紧
（1）夹紧装置应具备的基本要求 ① 夹紧过程可靠，不改变工件定位后 所占据的正确位置 ② 夹紧力的大小适当，既要保证工件 在加工过程中其位置稳定不变、振动小， 又要使工件不会产生过大的夹紧变形。 ③ 操作简单方便、省力、安全。 ④ 结构性好，夹紧装置的结构力求简 单、紧凑，便于制造和维修。