汽车机械制造工艺学

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1、第 2章 夹具设计基础 2.1 基准 2.2工件的安装 2.3夹具概述 2.4定位原理 2.5定位方式 2.6定位误差 2.7工件的夹紧2.1 基准基准是用来确定生产对象上几何要素间的几何关系所依据的那 些点、线、面。基准可以是假象的，如球心、孔、轴中心线；也可 以是客观存在的，如平面等。根据基准使用场合不同，可将基准划分为设计基准和工艺基准两大类。用在设计图上的基准称为设计基 准；用在制造过程（加工和装配）当中的基准称为工艺基准。工艺 基准根据其作用不同又可分为工序基准、定位基准、测量基准和装 配基准。下面分别介绍：一、设计基准设计基准是零件图上用以确定其他它点、线或面位置的点、线或面 。

2、在零件图上，按零件在产品中的工作要求，用一定的位置尺寸或位置 关系来确定各表面间的相对位置。图21所示是三个零件的部分要求 。图21a中，对平面A来说，平面B是它的设计基准。对平面B来说 、A是它的设计基准。它们是互为设计基准，为此，设计基准有之间 可互为基准。图2-1b 中D是平面C的设计基准。在图2-1c中，虽然G和 H面之间没有标注一定的尺寸，但有一定的位置关系精度的要求。因 此，H是G面的设计基准。 二、工艺基准 （1）工序基准（2）定位基准定位基准是用以确定工件在机床或夹具中位置的点、线、面。当工件在夹具上（ 或直接在设备上）定位时，它使工件在工序尺寸方向上获得确定的位置。在定位 时

3、用于体现定位基准的面称为定位基面，当平面作为定位基准时定位基准与定位 基面重合，如图a所示；当用点、线作为定位基准时定位基准与定位基面不重合 ，如图b。(前页图中工件装在三爪卡盘中，工件外圆5与卡爪接触，端面6靠在卡盘端面上，从而实现定位）下图所示为加工某工件的两个工序简图。由于工序尺寸方向的不同，定位基 准的表面也就不同。在图a中，工序尺寸为H1，工件以底面定位。在图b中，工序 尺寸为H2和H3，所以工件要以底平面及内圆柱面作为定位基面。 关于定位基准的说明： （1）定位基准的点、线、面可以是实 际存在的，也可以是假想的； （2）定位基准尽可能与工序基准（设 计基准）重合； （3）定位基准可

4、按定位基面是否经过 加工，分为精基准和粗基准。（3）测量基准 测量基准是工件上的一个表面、表面的母线或表 面上的一个点、据此以测量被加工表面的位置。 下图所示为检测被加工平面时所用的两种方案， 工序尺寸不同，选择的测量基准也不相同。（4）装配基准 装配基准是产品装配过程中使用的基准。用以确定零件在产品中位 置的点、线、面。如图，变速箱齿轮中心的花键孔即该齿轮的装配基准2.2工件的安装一、工件的安装 （1）直接找正 零件的位置精度主要取决于机床与夹具的精度。图所示的套筒在 车床上用四爪卡盘安装，用百分表按工件外圆进行找正后夹紧镗 孔，以保证所要求的内外圆同轴度。此种安装方法生产率低，一 般只用于

5、单件小批生产。如果工人的技术水平高，用直接找正法 安装工件有时也能获得很高的定位精度。（2）按线找正找正安装方法的定位误差 （3）夹具安装 因为夹具是按照被加工工件的工序 要求（包括相互位置要求）专门设 计的，因此，只要将工件安装在夹 具上后，工件就相对于机床与刀具 占有正确的位置，就能够获得工件 的相互位置精度的要求。图2-7所示 为在一支架工件上钻孔，孔与支架 底面b的平行度要求是通过夹具钻套 孔a及夹具定位元件c对夹具底面d的 垂直度要求来获得的。 夹具安装生产率高，定位精度也 高，广泛用于成批生产，大量生产 2.3 机床夹具概述 一、机床夹具的作用1、夹具的作用：在机械加工过程中，为了

6、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。（保证加工精度、提过 效率、减轻劳动强度、扩大机床使用范围）l机床夹具的主要功能是使工件定位和夹紧。机床夹具概述 二、机床夹具的组成 (1) 定位元件 其作用是使工件在夹具中占据正 确的位置。如图2-8所示，钻后盖零件上的径向 孔（10mm），其钻夹具如图2-9所示。 (2) 夹紧装置 其作用使将工件压紧夹牢，保证 工件在加工过程中受到外力（切削力等）作用时 不离开已经占据的正确位置。 （3）对刀、导向元件（钻套、对刀块）： (4) 夹具体 是机床夹具的基础体

7、，通过它将夹 具的所有元件连接成一个整体。 （5）其他元件：如分度盘、机械传动装置图1-18 钻后盖零件上的径向孔 图2-9 后盖径向孔钻夹具 1钻套，2钻模板，3夹具体，4支承板，5 圆柱，6开口垫圈，7螺母，8螺杆，9菱形销 专用机床夹具的组成及与机床、工件、刀具的关系三、机床夹具的分类 1、通用夹具 2、专用夹具：如前图2-9，钻床夹具。 3、组合夹具：如后图2-9，钻床夹具 4、成组夹具：如图2-102.4定位原理 2.4.1.六点定位原理 在机械加工中，要完全确定工件在夹具中 的正确位置，必须用六个相应的支承点来限制 工件的六个自由度，称为“六点定位原理”。图2-11 工件的六个自由

8、度 图2-12 长方体定位时支撑点的分布示例 2.4.2确定工件应限制的自由度夹紧力等其它方面的需要，决定是否加以限制 限制工件自由度与加工要求的关系完全定位：不重复地限制了工件的六个自由度的定位 。不完全定位：根据实际加工要求，并不需要限制工件 全部自由度的定位。欠定位：定位点少于应消除的自由度、工件定位不足 的定位。 过定位：工件同一个自由度分别被几个支承点重复限 制的定位。2.4.3常见定位元件及其所限制的自由度 见书表2-12.5常见定位方式 (1) 工件以平面定位 1) 固定支承 有支承钉和支承板两种，如图2- 13所示图2-13 支承钉和支承板 2) 可调支承 是指在夹具上支撑点的

9、位置可调节的定位元件，图2- 14所示 。图2-14 可调支承 3) 自位支承 （浮动支承） 是指在工件定位过程中能 自动调整支承点位置的定位元件，图2-15 。图2-15 自位支承 4) 辅助支承 辅助支承用来提高工件的装夹刚 度和稳定性，它不起定位作用，也不属于定位 元件。图2-16所示为几种典型的辅助支承结构 。 图2-16 辅助支承结构 1滑柱，2弹簧，3滑块，4斜楔，5手柄 (2) 工件以圆柱孔定位 1) 定位销 图2-17所示为常用定位销结构，其 中，图2-17 （a）、（b）、（c）三种为固定式 ；图2-17 （d）为可换式 。图2-17 定位销 2) 定位心轴 图2-18所示为

10、常 用的几种定位心轴的 结构形式。 （a）间隙配合心 轴 （b）过盈配合心 轴 （c）小锥度心轴 ， （d）花键心轴。 图2-18 定位心轴的结构形式 (3) 工件以圆锥孔定位 顶尖 在轴类加工中，常在两端钻有定位用的 中心孔，采用前、后顶尖作为定位元件。图2- 19给出几种常见形式。 图2-19 顶尖结构 圆锥销 当圆锥销的长径比较小时，称为短圆 锥销，与其配合的定位基准可以时圆锥孔，也 可以时圆柱孔，如图2-20所示。当圆锥销的长 径比较大时，称为长圆锥销，如图2-21所示。 2-20 短圆锥销结构 2-21 长圆锥销结构 （4）工件以外圆表面定位 V形块 V形块的典型结构如图2-22所示

11、，两 斜面的夹角通常做成90，也有做成60或120 的。 图2-22 V形块结构 定位套 图2-23所示为常用的两个定位套。定 位时，把工件的定位基面直接放入定位套的内 孔中，即可实现定位。为了限制工件沿轴向的 自由度，常与端面组合定位。定位套结构简单 ，制造容易，但定心精度不高，只适用于精基 准。图2-23 定位套 （5）工件以组合表面定位1）一面一孔定位长销小圆环面定位短销小圆环面定位 2）一面两孔定位大平面和一个短圆柱销、一个削边销 3）一外圆一端面定位 4）两顶尖孔定位2.6定位误差的分析与计算对于一批工件来说，由于每个工件彼此在尺寸、形状和相互位 置上均有差异，使得同一批工件在同一个

12、夹具中进行定位时，工件 的各个表面具有不同的位置精度。使用夹具装夹工件按调整法进行 加工时，即夹具（定位元件）相对于刀具的位置经调整后，加工一 批工件时不再变动（对刀尺寸不变）。因此，对于这一批工件而言 ，如不计加工过程中的其他误差，则刀具成形表面（工件的被加工 表面）在机床上的位置是不变的。因此，产生工序尺寸误差的原因 ，就在于由于定位造成的同一批工件的每个工件的工序基准位置不 一致。所以，定位误差是由于工件定位造成的被加工表面的工序基 准在沿工序尺寸或位置要求方向上的最大可能变动范围，用d 表示。若按试切法加工则不考虑定位误差。 一、定位误差产生的原因及计算 造成定位误差的原因有两个： v

13、 基准不符误差基准不符误差是由于定位基准与设计 基准不重合而产生的误差，以jb来表示。v 基准位移误差基准位移误差是由于定位副制造误差 而引起定位基准的位移，以以jY来表示。（一）基准不重合误差及计算图2-24显然基准不重合误差的大小应等于定位基准 与设计基准不重合而造成的加工尺寸的变动范 围，由图可知： jb=Amax-Amin =Smax-Smin=S S是定位基准E与工序基准F间的距离尺寸。 当工序基准的变动方向与加工尺寸的方向相同 时，基准不重合误差就等于定位基准与工序基 准间尺寸的公差，如图4-37，当S的公差为S， 即jb=S 当工序基准的变动方向与加工尺寸方向有 一夹角（其夹角为

14、）时，基准不重合误差等于 定位基准与工序基准间距离尺寸公差在加工尺 寸方向上的投影，即 jb=Scos 当定位基准与设计基准之间有几个相关 尺寸的组合，应将各相关联的尺寸公差 在加工尺寸方向上投影取和，即式中 i定位基准与工序基准之间 各相关联尺寸的公差（mm）；ii的方向与加工尺寸方向 之间的夹角（0）。（二）基准位移误差的计算下面分析几种常见的定位方式产生的基准位移误 差的计算方法： 1.工件以平面定位工件以平面定位时的基准位移误差计算较方便。如 图2-24所示的工件以平面定位时，定位基面的位置 可以看成是不变动的，因此基准位移误差为零，即 工件以平面定位时jY=02.工件以圆孔在圆柱销上

15、定位工件以圆孔在圆柱销定位、其定位基准为 孔的中心线，定位基面为内孔表面。 定位基准偏移的方向有两种可能： 一是可以在任意方向上偏移； 二是只能在某一方向上偏移。当定位基准在任意方向偏移时，其最大偏移量即为定位副直 径方向的最大间隙，即jY=Xmax=Dmaxd0min=D+d0+Xmin 当基准偏移为单方向时，在其移动方向最大偏移量为半 径方向的最大间隙，即如果基准偏移的方向与工件加工尺寸的方向不一致时， 应将基准的偏移量向加工尺寸方向上投影，投影后的值 才是此加工尺寸的基准位移误差。 3.工件以外柱圆在V形块上定位 工件以外圆柱面在V形块上定 位时，其定位基准为工件外圆柱面 的轴心线，定位基面为外圆柱面。 由右图可知，若V形块的夹角 =900，且不计V形块的误差， 仅考虑工件的外圆尺寸公差d 的影响，使工件中心沿Z向从O1 移至O2，即在Z向的基准位移量 可由下式计算位移量的大小与外圆柱面直径公差有关，因此对于较 精密的定位，需适当提高外圆的精度。V形块的对中性好 ，所以沿其X方向的位移量为零。 如工件的加工尺寸方向与Z方向相同，则在加工 尺寸方向上的基准位移误差为：如在加工尺寸方向上与Z有一夹角，则在加工尺 寸方向上的基准位移误差为 （三）定位误差的计算 由于定位误差d是由基准不重合误差和基准位移误差组合而成的。因此在计算定 位误差时，先分别算出