家具与工装安装

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1、第三节第三节 夹具与工件安装 夹具与工件安装 一、工件安装的基本要求 一、工件安装的基本要求 工件的安装质量直接影响到工件表面的成形及成形表面间的位置精度， 而工件安装的方 便程度又将直接影响到生产效率和好生产成本的高低。 图 2-37a 为某轴套零件小孔加工工序图，由图可知，工序有尺寸要求：孔的直径尺寸6mm,孔的位置尺寸 360.1 mm ；工序有位置精度要求：小孔的轴线与轴套内孔轴线的垂直度为 0.05 mm，小孔相对轴套内孔的对称度 0.1mm。以上要求除小孔直径由刀具直径 保证，与安装无关外，其余均与安装有关。 020 0。图 237 钻床夹具 1快换钻套；2钻模板；3定位销；4螺母

2、；5开口垫圈；6夹具体；7定位键 根据工序要求，工件安装时，夹具应该提供的正确的刀具、工件相对位置关系有：工 件左端距钻头中心线轴向尺寸应在“360.1 mm”范围内，钻头中心线应与工件孔 25 中心 线共面并垂直（垂直度控制于 0.05mm 范围内） ，钻头中心线应与工件左端槽的对称面垂直。 图 2-37b为加工该零件小孔工序所用钻模。 （钻孔夹具动画钻孔夹具动画） 由钻模结构可知，钻套中心线至轴销凸肩距离为 360.02mm，可保证工件上孔的位置 尺寸 360.1mm；轴销中心线平行夹具底面，钻套中心线垂直于夹具底面并与轴销中心线共 面，可满足钻头中心线与工件 25 孔中心垂直、共面的要求

3、；横销对称于轴销，可实现工件 上槽的对称面与小孔中心垂直共面。 通过以上钻模工作过程的分析，不难发现的是：采用夹具安装工件，通过夹具上相关 尺寸、位置精度的提高，可保证工件相对应的位置尺寸和位置尺寸精度；工件在夹具中的定 位，往往通过工件上表面与夹具上对应面相接触、配合、对准等加以实现；同时，刀具由夹 具上钻套所引导，从而获得正确的刀具、工件相当位置；当然，夹具亦应在机床上占有正确 位置。 经过上述总结，可以得到为保证工序质量要求，其工件安装应有的基本要求： （1）一个工件应能在夹具中迅速占据一个固定的正确位置，一批工件应能占有同一个正确位置。 （2）夹具在机床上安装应有正确的位置。 （3）刀

4、具相对于夹具应有正确的位置。 二、工件定位 二、工件定位 1、工件定位原理 （1）工件的自由度 工件在安装前，其位置是不确定的，正如未被约束的刚体，置于空间直坐标系中，有任 何方向的移动和转动， 这些运动均可分解为相对于直角坐标系三坐标轴的移动和转动。 这种 沿某个方向的运动可能性称自由度。因此，一个定位前的工件在空间有六个自由度，分别以X 、Y 、Z 和X) 、Y) 、Z) 表示。其中，X 、Y 、Z 为沿 X、Y、Z 轴的移动自由度，X) 、Y) 、Z) 为绕 X、Y、Z 轴的转动自由度。 （2）工件自由度的限制 要使工件定位，首先应要限制工件的自由度。假设空间有一固定点，长方体工件的底面

5、 与该点相接触，则工件不能再沿 Z 轴移动，此时，Z 方向的移动自由度被限制。可见，设置 支承点可限制工件自由度。 如果在长方体的三面分别设置三个、 两个、 一个支承点 （共六点） 。 如图 2-38 所示，可使工件在坐标系中的位置确定下来。当工件为圆盘时，也可在工件适当 位置设置六个支承点得以确定，如图 2-39 所示。工件为长轴时，在工件外圆下方和一侧个 设两个支承点，轴端设一个支承点，外圆上键槽内再设一个支承点，同样可使长轴位置确定 下来，如图 2-40 所示。 图 238 长方体定位时支承分布 图 239 圆盘定位时的支承分布 图 240 长轴定位时的支承分布 （3）六点定则（机床夹具

6、及工件定位录象机床夹具及工件定位录象） 工件定位时，用一个支承点限制工件一个自由度。因此，无论工件形状、结构如何，其 六个自由度均可用六个支承点限制。 用合理分布的六个支承点限制工件的六个自由度，使工件位置完全确定的法则称为工件 定位的六点定则。 按照数学观点，工件表面支承点的接触形态分别有面、线、点三种方式，为确保接触质 量，提高接触稳定性，各接触形态支承点位置不得随意分布。接触形态为面接触时，三个支 承点构成的受力三角形面积越大，定位越稳定，故三个支承点布置越远越好，且相对工件接 触面对称布置。线接触时，两支承点越近越易引起较大转角误差，故两支承点越远越好。点 接触时，分两种情况，当该支承

7、点阻止工件轴向移动时，该点应位于工件几何中心处；当支 承点阻止工件轴转动时，该点应位于工件外缘处，可增加限制自由度的可靠性。 （4）工件在夹具中的定位形态 根据工件构形，加工要求不同，工件要求限制的自由度及数目不同，使工件在夹具中的定位有如下四种不同的形态。 完全定位 当工件在夹具中的六个自由度都被限制时， 称完全定位， 一般在工件被 加工表面位置需由三个坐标方向的工序尺寸确定时，往往需限制工件全部自由度。 不完全定位 当工件加工前构形有回转面时，可能会允许保留绕轴转动的自由度， 如图 2-41 中的 a、b、c；或者在某些加工要求下，一些自由度无需限制，如图 2-41 中的 d、 e、f。工

8、件自由度未被全部限制的形态称不完全定位。 图 2-41 工件的不完全定位 欠定位 当工件安装中实际限制的自由度数少于满足加工要求所必须限制的自由度 数时，称欠定位。由于工件定位不足，会无法满足工序加工要求。加工中，工件的安装绝不 允许出现欠定位。 过定位 工件定位中，工件的一个或几个自由度被重复限制时称过定位。 图 2-42 所示为一个连杆零件的定位状况。零件以底面及两孔作定位面，以平面及两 圆柱销用以限位，其中 X、Y 方向的转动自由度及 X 方向的移动自由度被重复限制造成过定 位。由于加工前零件所存在的问题，此时，很可能造成零件底面与平面贴合不好，且一批零 件定位不一致，使定位精度降低；也

9、有可能在大的夹紧力作用下有了很好的贴合，都使零件 的定位产生明显的变形，严重时将导致工件无法完成安装。为使工件能正常安装，连杆零件 的定位方案可作如下调整：将左孔中长销改为短销，可消除 X、Y 方向移动的过定位； 将左孔中圆柱销改成菱形销或作成挡于外表面的挡销。 图 242 连杆零件的定位状况 （a） 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挡销图 243 齿轮加工时的定位 1心轴；2支承凸台；3工作台 图 2-43 为加工齿轮时的定位情况。其中 X、Y 方向的转动自由度被重复限制，造成零件 过定位。 而由于齿轮加工从齿坯开始时， 齿轮的端面与孔加工一

10、般都是在一次安装中进到的， 两者垂直度的保证依靠机床本身精度，不至造成较大误差。故零件安装中不会因过定位而造 成定位不准、不可靠或夹紧变形，甚至无法安装的局面。相反，此时工件刚度得到加强，承 受加工中切削的能力提高，加工中稳定性得以巩固，从而更有利于保证零件的精度。 由以上分析可知，零件的过定位形态，在生产过程中是否允许采用，主要由之产生的 后果来区分。若定位后易造成定位不稳定，夹紧变形，甚至无法安装等情形时，应尽量避免 过定位。若合理利用过定位，给加工带来好处，生产中是允许的。所谓合理应有两个层面的 含义：一是定位前用作定位的表面间有较好位置精度，形状精度；二是定位后能给零件加工 带来刚度，

11、精度的改善和提高。 2、定位基准的选择 按照零件的加工精度要求，确定保证零件的加工时应限制的工件自由度数后，就需在工 件上选择合理定位基准面，准备实施工件安装。定位基准面选择的合理与否，将直接影响到 零件加工精度的高低，由于定位方案的不同，夹具结构亦随之不同，有时零件加工工序数目 的多少也会受到影响。 （1）定位基准选择的重要性及基本要求 如图 2-44 为某直角零件加工工序图，要求保证的工序尺寸有A-a、B+b。根据零件构 形特征，为保证零件安装稳定可靠，选择零件大底面A作为该尺寸方向上的定位基准面，并 采用调整法进行加工。加工B面时，只需调整好刀具离定位面的距离尺寸A，使可方便获得较 为稳

12、定的尺寸A-a；加工C面时，即使能固定调好的刀具与定位面的距离（A面与C面距离不 变） ，亦无法使尺寸B保持不变（有a的变化） 。尺寸B不仅取决于加工面C的位置，与工序基 准B也密切相关，这将给尺寸B带来误差a的误差。这种由于定位基准（加工时依据的操作基 准）与工序基准（加工要求保证的尺寸的基准）不重合而造成的误差称为“定基误差” 。 B+b A-b 图 244 定位基准不重合时，造成定基误差。定基误差为两基面间的最大变化量。图 2-45 为 某圆盘零件的铣窝工序图。要求铣半径为R的窝，并保证尺寸A。定位方案有两种，一是以d 内孔定位，即得工件装于与d间隙配合的心轴并实施夹紧；二是以D外圆下母

13、线定位，即得 工件直接安装于虎钳，外圆下母线紧贴虎钳工作底平面。采用定位方案时，影响加工表面实 际位置误差的因素有：定位面、定位件、间隙、夹紧、定基、加工等六项；采用工定位方案时， 影响加工表面实际位置误差的因素只有定位面、夹紧、加工三项。可见，要保证工序尺寸A， 2 方案更容易满足，或在工艺条件类似时，2 方案较 1 方案更易获得高精度。 图 245 定位基准选择不同，使影响加工表面实际位置误差的因素不同，从而使加工难易程 度及加工质量不同。 选择定位基准时，首先应考虑的是确保工件质量，加工精度。对于工件上不加工表面， 应使其直接满足图纸要求，而对加工表面，则应有足够的余量，满足加工要求。另

14、外，定位 基准的确定，直接影响到加工方案实施。因此，所造定位基准应使定位稳定，可靠，如定位 面应足够大，定位支承点分布应足够远等等。 为满足以上对定位基准的要求， 在粗基准和精度基准选择过程中的体现和特点各不相同， 粗基准选择时关注的是加工表面余量的分配及其与不加工表面间的位置关系，精基准选择更 重视加工精度的提高。 （2）粗基准的选择 某套筒零件毛坯如图 2-46 所示，其外圆与内孔不同心，现对内孔进行加工，粗基准的 选择，可有两种方案：一是选择外圆作基准，即直线采用三爪卡盘夹持工件外圆加工内孔， 加工余量不均，同时造成一定的圆度误差，但加工后，工件壁厚基本均匀，且内孔与外圆同 心度提高；二

15、是选择内孔本身作粗基准，即采用四爪卡盘夹持外圆，对内孔进行找正，加工 内孔时，余量均匀，可获得较好的形状精度，但加工后，工件壁厚不均匀，内孔与外圆仍不 同心。通过该套筒的零件的加工实例分析，粗基准选择不同，主要影响到加工表面的余量分 配，表面本身形状精度及加工表面与不加工表面间的相互位置精度等几方面。因此，在满足 定位基准基本要求的基础上考虑到以上影响，选择粗基准时，一般遵循如原则： 图 246 某套筒毛坯 为保证不加工表面与加工表面间的位置精度，一般选择始终不加工表面作粗基准。若零 件上有不少不加工表面， 则应选择其中与加工表面位置精度要求高的表面 （或公差小的表面） 作粗基准，若工件上各表

16、面均需加工，为保证各加工表面都有足够的余量，应选择毛坯上余 量最小的表面作粗基准；例如某阶梯轴零件（零件图如图 2-47a，毛坯图如图 2-47b）的加 工，应选择工件小头作粗基准。当各加工表面余量均足够时，应选择工件上重要的表面或加 工面积大，形状复杂、劳动量大难加工的表面作粗基准，这样既保证重要表面的质量要求， 又可减轻劳动量提高加工效率。 如加工床身导轨时， 为获得硬度均匀， 耐磨性良好的导轨面， 要求导轨面余量小而均匀， 此时应选导轨面作轨面作粗基准。 无论是需加工或不需加工表面， 为尽量减小定位误差，保证工件安装可靠，都应考虑选择平整光滑的表面作粗基准，并注意 避免重复使用，原则上在一个尺寸方向上只用一次。 图 247 阶梯轴 （3）精基准的选择 选择精基准时，往往以保证加工精度、质量为核心，同时，注意使夹具设计尽量简单， 并降低加工成本，一般遵循