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1、机械制造技术,主讲人：李爱芝,1.金属切削基础 2.金属切削的基本规律及其应用 3.机械加工工艺规程的制定 4. 机床夹具设计 5.金属切削机床与刀具 6.机械加工精度 7.机械加工表面质量 8.机械装配工艺基础,4 机床夹具设计原理,4.1 机床夹具的基本概念4.1.1 机床夹具的分类 4.1.2 机床夹具的作用 4.1.3 机床夹具组成4.2 工件定位的基本原理4.2.1 六点定位原理 4.2.2 六点定位原理的应用,4 机床夹具设计,4.3 定位方式与定位元件4.3.1 工件以平面定位及其定位元件4.3.2 工件以圆柱孔定位及其定位元件 4.3.3 工件以外圆柱面定位及其定位元件4.3.
2、4 工件以组合平面定位4.4 定位误差的分析与计算4.4.1 定位误差产生原因及组成4.4.2 定位误差的计算方法 4.4.3 典型表面定位时的基准位移误差,4.3 定位方式与定位元件,设计定位元件应满足基本要求： 具有较高的制造精度保证工件定位准确； 耐磨性好延长定位元件的更换周期，夹具的使用寿命； 有足够的强度和刚度保证在夹紧力、切削力等外力作用下，不产生影响加工精度的变形； 工艺性好定位元件的结构尽量简单、合理，便于加工、装配和更换。,4.3.1 工件以平面定位及其定位元件 1定位方式: 根据其限制自由度数目分：主要支承面（第一定位基准或基面）限制三个自由度；导向支承面（第二定位基准或基
3、面）限制两个自由度；止推支承面（第定位基准或基面）限制一个自由度。图9-2所示定位元件应与夹具体分开。 支承定位。 2定位元件： 主要支承用来限制工件的自由度，起定位作用的支承。 辅助支承用来提高工件的装夹刚度和定位稳定性，不起定位作用的支承。,4.3 定位方式与定位元件,标准支承板（GB/223691）：用作精基准。 图d）平板式支承板主要用于侧面和顶面定位。 图e）斜槽式支承板用于底面定位。由于斜槽（标准为45）的存在，便于清理切屑。 非标准结构支承钉和支承板：台阶式支承板、圆形支承板、三角支承板。,4.3 定位方式与定位元件,（1）主要支承固定支承：支承钉、支承板在使用过程中固定不动。,
4、标准支承钉（GB/T222691）： 图a）平头支承钉主要用于精基准； 图b）球头支承钉主要用于粗基准，可减小与工件的接触面积，提高定位稳定性； 图c）齿纹头支承钉主要用于侧面定位。不能用于水平面定位。,4.3 定位方式与定位元件,固定支承主要技术要求：用于精基准应用几个平头支承钉或两个以上支承板，装配后应磨平工作表面，保证等高要求（0.01mm）；支承钉与夹具体配合 （或 ）；大批量生产时，可加衬套支承钉与衬套配合为 ，衬套与夹具体配合为 （ ）；小型支承钉和支承板T 8制造，整体淬火5560HRC；大型支承钉、支承板20、20Cr，渗碳S 0.81.2，淬火5560HRC 。,4.3 定位
5、方式与定位元件,可调支承（GB/T2227-91 GB/T2230-91）：工件定位过程中，支承钉的高度可以调整的支承。可调支承的支承点位置，一经调节合适，需用锁紧螺母锁紧，以防止松动使其支承点的位置发生变化，作用相当于固定支承。其结构已经标准化,图a）直接用手或拨杆转动球头螺钉轻型工件； 图b）用扳手调节较重的工件； 图c）带有压角的可调支承避免损坏工件定位面； 图d）顶压支承侧面定位。 应用：常用于粗基准定位；用于可调整夹具中，加工形状相同而尺寸不同工件。,可调支承应用的示例,4.3 定位方式与定位元件,4.3 定位方式与定位元件,浮动支承（自位支承）在工件定位过程中，能自动调整位置的支承
6、。常见的浮动支承结构,4.3 定位方式与定位元件,图a）球面三点式（或多点式）浮动支承：绕球面活动，与工件作三点（或多点）接触，作用相当于一点。 图 b）、c）两点式浮动支承：绕销轴活动，与工件作两点接触，作用相当于一点。,工作特点：支承点是活动的或浮动的，支承点的位置能随工件定位基面的不同而自动调节，定位基面压下其中一点，其余点便上升，直至与工件工件定位基面接触（取其平均值）；与工件作两点、三点（或多点）接触，作用都相当于一个定位支承点，只限制工件的一个自由度；接触点数的增加，提高了工件的装夹刚度和定位稳定性。,应用：用于工件以毛坯面定位，或工件刚性不足的场合。,4.3 定位方式与定位元件,
7、（2）辅助支承：用来提高工件的装夹刚度和定位稳定性，不起定位作用的支承。由于工件形状、夹紧力、切削力或工件本身重力等原因，可能使工件定位后产生变形或定位不稳定此时经常采用辅助支承，提高工件的装夹刚度和定位稳定性。,辅助支承的特点： 工件定位或定位夹紧后参与作用，不起定位作用； 有调整和锁紧机构。 图a）拧动螺母进行调整，螺杆本身具有自锁性能； 图c）靠弹簧力自动调整，通过支承1与顶柱3上7 10斜面自锁； 图b）推动手轮调整，支承5与楔块锁紧。,4.3 定位方式与定位元件,图a）螺旋式辅助支承：工件定位时，支承高度低于主要支承，工件定位后，必须逐个调整，以适应工件定位表面位置的变化。 特点：结
8、构简单，但效率低。,图c）推引式辅助支承：支承5高度低于主要支承，当工件放在主要支承上后，推动手轮通过楔块的作用使支承5与工件定位基面接触，然后锁紧。,图b）自位式辅助支承（GB/T223891）：结构已经标准化，支承1的高度高于主要支承，当工件放在主要支承上后，支承1被工件定位基面压下，并与主要支承一起与工件定位基面保持接触，然后锁紧。 特点：作用力稳定；带有锁紧机构。转动手柄，通过顶柱3锁紧支承1，支承1上有710（自锁角）斜面，顶柱上有斜面（两斜面必须在同一平面），顶柱上有710防转的扁，与支承1上槽配合。,常见的辅助支承结构,4.3 定位方式与定位元件,4.3.2 工件以圆柱孔定位及其
9、定位元件 1定位方法：以圆柱孔作为定位基面的工件，如齿轮、气缸套、杠杆，圆柱孔是定位基面，孔的中心线是定位基准，常用定位方法：定心定位在圆柱体上定位、在圆锥体上定位、定心夹紧机构中定位等。 2定位元件定位销定位心轴（刚性心轴）圆柱心轴、锥度心轴。弹簧心轴、液料心轴、定心心轴用于薄壁零件加工。,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。,4.3 定位方式与定位元件,图a）固定式定位销（GB/T220391）：圆柱销、菱形销；,标准结构定位销属于短定位
10、销（与工件接触长度约510mm）：圆柱销消除工件的2个移动自由度；菱形销消除工件的1个移动自由度。,3mmD11.5）消除工件的4个自由度； 短圆柱销（L/D18mm： 20、20Cr，渗碳S0.81.2，淬火5560HRC。,4.3 定位方式与定位元件,定位心轴（刚性心轴）：圆柱心轴、锥度心轴。 圆柱心轴：,图a）间隙配合心轴：心轴工作部分按h6、g6或 f 7制造，与工件孔配合为间隙配合。 特点：装卸工件方便，但定心精度不高。 工件常以孔与端面组合定位，要求工件孔与定位端面、定位元件的圆柱面与端面之间都有较高的位置精度要求。切削力矩传递靠端部螺纹夹紧产生的夹紧力传递。,图8 圆柱心轴,图c
11、）花键心轴：用于以花键孔定位的工件。当 时，心轴的工作部分应稍带锥度。设计花键心轴应根据工件的不同定位方式确定定位心轴的结构。,4.3 定位方式与定位元件,锥度心轴（GB/T1287591）小锥度心轴,弹性心轴、液性塑料心轴,4.3 定位方式与定位元件,4.3.3 工件以外圆柱面定位及其定位元件 1定位方式：定心定位、支承定位。 定心定位：外圆柱面是定位基面，外圆柱面的中心线是定位基准。常用定位元件：定位套、V形块、定心夹紧卡盘、弹簧夹头。 支承定位：常用定位元件支承板、支承钉实现对外圆表面的支承定位。 2定位元件： V形块； 定位套； 支承板,工件以外圆柱面定位两种形式：定心定位和支承定位。
12、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）。工件以外圆柱面支承定位的元件常采用V型块，短V型块限制2个自由度，长V型块（或两个短V型块组合）限制4个自由度。,4.3 定位方式与定位元件,4.3 定位方式与定位元件,（1）V形块：定心对中定位 标准V形块： V形块两斜面夹角 。,固定V形块,固定V形块（GB/T2208-91、GB/T2209-91 ）：可用于粗、精基准，如轴类工件铣键槽。长V形块限制工件的两个位移自由度和2个旋转自由度； 短V形块限制工件的两个位移自由度。,4.3 定位方式与定位元件,活动V形块（GB/T2211-91）：活动V形块属于
13、窄V形块。 用于定位机构中，消除工件一个位移自由度； 用于定位夹紧机构中，起消除工件一个位移自由度的作用，并夹紧工件。,活动V形块的应用示例,调整V形块（GB/T2210-91）：用于同一类型加工尺寸有变化的工件，或用于可调整夹具中，调整后作用同固定V形块。,图a)用于精基准； 图b) 用于粗基准，接触面长度约25mm； 图c）用于精基准； 图d) 用于精基准，是镶装支承钉或支承板结构。属于长V形块，限制工件四个自由度。,非标准V形块：根据需要设计，V形块两斜面的夹角：,4.3 定位方式与定位元件,非标V 形块,V形块定位特点：对中性好，能使工件的定位基准处在V形块两斜面的对称面内；可用于粗、精基准；可用于完整或局部圆柱面；活动V形块还可兼作夹紧元件。,4.3 定位方式与定位元件,（2）定位套：外圆柱面轴线是定位基准，外圆柱面是定位基面定心定位。为保证工件的轴向定位，定位套常与端面组合定位，限制工件的5个自由度。定位套结构简单、制造容易，定心精度低用于精基准。,4.3 定位方式与定位元件,常用定位套结构,图c）半圆套：用于大型轴类工件及不便于轴向装夹的工件。定位元件是下半圆套，固定在夹具上，起定位作用。长套限制工件的四个自由度；短套限制工件的两个位移自由度。与工件的配合是间隙配合。基本尺寸为工件外圆的最大极限尺寸 。上半圆套是活动的，起夹紧作用（夹紧元件）,
