机械制造工艺与机床夹具第4章

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1、机械制造工艺与机床夹具,第四章 机床夹具设计基础 第一节 概述 第二节 工件的定位原则及定位元件 第三节 定位误差的分析和计算 第四节 工件的夹紧 第五节 分度装置,第一节 概述,机械加工过程中，为保证加工精度，固定工件，使之占有确定位置以接受加工或检测的工艺装备统称为机床夹具，简称夹具,一、工件的安装 定位工件应准确地安放在机床的合适位置上 夹紧工件定位后，还需对工件压紧夹牢 工件在机床上的安装方法一般有两种： 找正安装：按工件的有关表面或专门划出的线痕作为找正依据，用划针 或指示表，逐个找正工件相对于刀具及机床的位置，然后把工件夹紧。 用专用夹具安装：靠夹具来保证工件相对于刀具及机床所需的

2、位置，并 使其夹紧。,工件以圆柱面及端面C为定位基准，分别与夹具上的定位元件V形架5和圆柱销6接触而定位，由液压传动的压板3夹紧。夹具是通过定向键7与铣床工作台T形糟配合，安装在机床上。,工件以圆柱面及端面C为定位基准，分别 与夹具上的定位元件V形架5和圆柱销6接触而 定位，由液压传动的压板3夹紧。夹具是通过 定向键7与铣床工作台T形糟配合，安装在机 床上。,通过分析，可知用夹具安装工件的方法有如下特点： 1)工件在夹具中的正确定位，是通过工件上的定位基准面与夹具上的定位 元件相接触实现的。因此无需找正便可将工件夹紧。 2)由于夹具预先在机床上已调整好位置，因此工件通过夹具相对于机床也 就占有

3、了正确的位置。 3)通过夹具上的对刀装置，保证了工件加工表面相对于刀具的正确位置。,二、机床夹具的分类和组成 机床夹具的分类 机床夹具一般可按应用范围、使用机床、夹紧动力源来分类。 机床夹具的组成 定位元件 夹紧装置 夹具与机床之间的联接元件 对刀或导向元件 其它装置或元件 夹具体 其中定位元件、夹紧装置和夹具体为基本组成部分。,三、机床夹具在机械加工中的作用 保证加工精度 提高生产率、降低成本 扩大机床工艺范围 减轻工人的劳动强度,第二节 工件的定位原则及定位元件,一、概述 在机械加工中，必须使工件、夹具、刀具和机床之间保持正确的相互位置，才能加工出合格的零件。这种正确的相互位置关系，是通过

4、工件在夹具中的定位、夹具在机床上的安装、刀具相对于夹具的调整来实现的。 二、工件定位的基本原理 自由度的概念 一个位于空间自由状态的物体，对于直角坐标系来说，具有六个自由度。它的空间位置是任意的，即能沿X、Y、Z轴移动（移动自由度）。又能绕三个坐标轴转动（转动自由度）。,六点定位原则 定位就是限制自由度。分析工件定位时，通常用一个支承点限制工件的一个自由度，用合理设置的六个支承点，限制工件的六个自由度，使工件在夹具中的位置完全确定，这就是六点定位原则(六点定则)。,在分析限制工件在空间的自由度，即分析工件的定位时，需注意下面两点： 用定位支承点限制工件的自由度，可以理解为：定位支承点与工件的定

5、位基准必须始终保持紧贴接触，即工件上的定位基面与夹具的定位元件的工作表面要始终保持接触配合。 在分析定位支承点，即定位元件起定位作用时，不要考虑力的影响,不能把“定位”与“夹紧”两 个概念混淆。如图，工件在支承1和 两个圆柱销2上定位，工件在X方向 上的任一位置都可以夹紧，这就是 说工件在X方向上的位置不确定， 只有在X方向上设置一个止推销时， 在X的方向才能取得确定的位置。,通过以上分析，可将定位基准按其所限制的自由度数分为： 主要定位基准面 设置三个支承点，限制工件的三个自由度。,导向定位基准面 设置两个支承点，限制工件两个自由度的平面或圆柱面。,双导向定位基准面 限制工件四个自由度的圆柱

6、面。（左图） 双支承定位基准面 限制工件两个移动自由度的圆柱面。（右图）,止推定位基准面 限制工件一个自由度的表面。 防转定位基准面 限制工件一个转动自由度。,限制工件自由度与加工要求的关系 工批工件在夹具中定位时，只有满足以下两条要求，定位方案才是可行的。 一是需要限制的自由度，必须都得到恰当地限制 二是保证必要的定位精度和稳定性。 因此确定定位方案时，要根据工件的加工精度要求，遵循六点定位原则，分析工件应该限制的自由度，确定定位方法，选择定位元件，继而进行定位误差的分析和计算。,工件定位中的几种情况 完全定位工件的六个自由度全部被限制的定位 不完全定位根据加工要求，并不需要限制工件的全部自

7、由度。,欠定位根据工件的加工要求，应该限制的自由度没有完全被限制的定位。无法保证加工要求，所以是不允许的。 过定位夹具上的两个或两个以上的定位元件，重复限制工件的同一个或几个自由度。,23,过定位,过定位工件某一个自由度（或某几个自由度）被两个（或两个以上）约束点约束，称为过定位。,过定位是否允许，要视具体情况而定： 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。有时还是必要的，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）反之，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

8、，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。,24,(a)图 大平面限制： 圆柱销1限制： 圆柱销2限制： (b)图 大平面限制： 圆柱销1限制： 菱形销限制：,过 定 位,正常 定 位,25,(a) 大端面限制： 长销限制： 其中 被重复限制 (b) 小平面限制： 长销限制： (c) 大端面限制： 短销限制：,过定位会 使工件产 生不必要 的变形或 定位受到 破坏,过定位可能导致下列后果： 工件无法安装 造成工件或定位元件变形,由于过定位往往会带来不良 后果，一般确定定位方案时，应 尽量避免。消除或减小过定位所 引起的干涉，一般有两种方法： 改变定位元件的结构，使定位 元

9、件重复限制自由度的部分起 定位作用。,提高工件定位基准之间以及定位元件工作表面之间的位置精度。,三、定位方法及定位元件 工件上的定位基准面与相应的定位元件与合称为定位副。定位幅的选择及其制造精度直接影响工件定位精度和夹具的工作效率以及制造使用性能。 工件以平面定位 常用支承钉和支承板作定位元件来实现定位。 主要支承起限制自由度作用的支承。 固定支承：属固定支承的有各种支承钉和支承板 当工件定位基准面尺寸较小或刚性较差时可设计形状与基准面相仿的非标准的整体式支承板，这样可简化夹具结构，提高支承刚度。,可调支承：指支承的高度可以进行调节 可调支承主要用于工件以粗基准面定位，或定位基面的形状复杂，以

10、及各批毛坯的尺寸、形状变化较大时。 此外，在系列化产品的生产中，往往采用同一夹具来安装规格化了的零件。,自位支承：当既要保证定位副接触良好，又要避免过定位时，常把支承做成浮动或联动结构，使之定位。,辅助支承工件因尺寸形状或局部刚度较差，便其定位不稳或受力变形等原因，需增设辅助支承，用以承受工件重力、夹紧力或切削力。其特点是：待工件定位夹紧后，再行调整辅助支承，使其与工件的有关表面接触并锁紧。,辅助支承有以下几种： 螺旋式辅助支承（图A） 自位式辅助支承（图C） 推引式辅助支承（图B） 液压锁紧的辅助支承（图D） 辅助支承，不限制工件 的自由度，严格来说，辅助 支承不能算是定位元件。,工件以圆柱

11、孔定位 生产中，工件以圆柱孔定位应用较广，所采用的定位元件有圆柱销和各种心轴。 圆柱销,圆锥销 工件以单个圆锥销定位时易倾斜，故在定位时可成对使用，或与其它定位元件联合使用。,定位心轴 心轴主要用于套筒类和空心盘类工件的车、 铣、磨及齿轮加工。 圆柱心轴 小锥度心轴,工件以圆锥孔定位 工件以圆锥孔作为定位基准面，相应的定位元件为圆锥心轴，顶尖等 圆锥形心轴,顶尖中心孔与顶尖配合，即为锥孔与锥销配合。,工件以外圆柱表面定位 相应的定位元件有V形架、圆孔、半圆孔、圆锥孔及定心夹紧装置。 在V形架中定位 V形块定位的特点,V形块的结构,V形架上两斜面间的夹角一般选用60度、90度和120度。其中90

12、度应有最多，设计非标准V形架时，可用下图尺寸计算。,在圆孔中定位 工件以外圆柱表面为定位基准在圆孔中定位。,在半圆孔中定位 当工件尺寸较大，或在整体式定位衬套内定位装卸不便时，多采用此种定位方法。,在圆锥孔中定位 工件以圆柱面为定位基准面在圆锥孔中定位时，相应的定位元件通常用反顶尖。 工件以特殊表面定位,第三节 定位误差的分析和计算,能否保证工件的加工精度，取决于刀具与工件间正确的相互位置。而影响这个正确位置关系的误差因素有几下几种。 定位误差D 安装误差和调整误差T-A 加工过程误差G 为保证加工要求，上述三项误差合成后应小于或等于工件公差K，即 D+T-A+GK 在对定位方案进行分析时，可

13、先假设上述三项误差各占工件公差的1/3。,一、定位误差及其产生的原因 这种由于定位引起的加工尺寸的最大变动范围称为定位误差，由D表示。 由基准不重合所引起的定位误差,即 若角为零，即是定位尺寸与工序尺寸方向一致的情况。,由定位基准发生位移所引起的定位误差 一批工件定位基准可能出现的最大位移范围，是由圆孔和心轴间最大间隙所决定。 即,二、常见定位方式的定位误差计算 工件以平面定位,工件以圆柱孔定位 工件以圆柱孔在过盈配合心轴上定位 若工序基准与定位基准重合，则定位误差为 若工序基准在工件定位孔 的母线上，则定位误差为 若工序基准在工件外圆母 线上，则定位误差为,工件以圆柱孔在间隙配合的圆柱心轴上

14、定位 孔与心轴固定单边接触,由于定位副的制造误差，将产生定位基准位移误差，即 在计算基准位移量时可不计Xmin的影响。由于D =0，所以定位误差为 此时除基准位移误差外，还有基准不重合误差，所以尺寸h的定位误差为,孔与圆柱心轴任意边接触 在加工尺寸方向上的最大基准位移误差为,工件以外圆定位 如不考虑V形架的制造误差，则工件定位基准在V形架的对称面上，因此工件中心线在水平方向上的位移为零。但在垂直方向上，因工件外圆有制造误差，而产生基准位移。其值为,工序基准为工件轴心线 此时为定位基准与工序基准重合，则基准不重合误差为零，而基准位移的方向又与加工尺寸方向一致，所以加工尺寸B2的定位误差为 工序基

15、准为外圆上母线 此时为定位基准与工序基准不重合。不仅有基准位移误差，而且还有基准不重合，又定位尺寸与加工尺寸方向一致，所以尺寸B1的定位误差为 即,工序基准为外圆下母线 此时亦为基准不重合，且基准位移和定位尺寸的方向均与加工尺寸方向一致，故工序尺寸B3的定位误差为 即,由上述关于工件以圆孔和外圆为定位基面，分别在心轴（或定位销）和V形架上定位时，定位误差计算公式的推导，可总结出以下定律： 当Y和B两项均为零时，则D亦为零。 当Y和B两项均不为零时，则 基准不重合误差B的正、负号可根据工序基准是否在定位基面上分别判断。,工序基准在定位基面上，即以定位基面的任一母线为工序基准，且为固 定单边接触。 工序基准不在定位基面上。此时基准不重合误差永远取正号，即定位误 差为基准位移误差和基准不重合误差之和。故总有 三、定位误差的综合分析与计算实例,四、组合表面定位 在实际生产中，通常都是以工件上的两个或两个以上的几何表面作为定位基准，即采取组合定位方式。常用的就是“一面两孔”。,