工件在夹具中的定位与夹紧

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1、3.1 工件的定位 3.2 工件的夹紧 3.3 夹具的连接元件、对刀装置和引导元件 3.4 常见机床夹具,工件在夹具中的 定位与夹紧,第3章,3.1 工件的定位,工件定位目的：使同批工件在机床或夹具上有正确位置,工件的定位方法 (1)直接找正定位 效率低，适于单件小批生产和定位精度要求较高的情况,(2)划线找正定位 适于单件小批生产或毛坯精度较低、大型工件粗加工,(3)夹具中定位 效率高，易保证质量，广泛用于批量生产,2. 工件的定位,(1)六点定位原理 未定位工件在空间有六个自由度， 定位就是限制其自由度。,合理布置六个定位支承点，使工 件上的定位基面与其接触，一个 支承点限制工件一个自由度

2、，使 工件六个自由度被完全限制，在 空间得到唯一确定的位置，此即 六点定位原理。,实际中一个定位元件可体现一个或多个支承点， 视具体工作方式及其与工件接触范围大小而定,定位与夹紧的区别： 定位是使工件占有一个正 确的位置，夹紧是使工件保持这个正确位置。,(2)完全定位与不完全定位 工件的六个自由度被完全限制的定位称完全定位， 允许少于六点的定位称为不完全定位。 都是合理的定位方式。,考虑定位方案时，先分析必须消除哪些自由度， 再以相应定位点去限制。,(3)欠定位与过定位 工件应限制的自由度未被限制的定位，为欠定位， 在实际生产中是绝对不允许的。 工件一个自由度被两个或以上支承点重复限制的 定位

3、称为过定位或重复定位。一般来说也是不合 理的。,过定位造成的后果： （1）使工件或夹具元件变形，引起加工误差； （2）使部分工件不能安装，产生定位干涉（如一面两销） 过定位一般是不允许的，但在精加工时也可看到。,消除过定位及其干涉的途径： 1. 改变定位元件结构，消除对自由度的重复 限制，如长销改成短销；,2. 提高工件定位基面之间的位置精度，提高 夹具定位元件之间的位置精度，减少或消 除过定位引起的干涉，精加工时可增加刚 度和定位稳定性。,3. 常见定位方法与定位元件 (1) 工件以平面定位,1) 固定支承（支承钉、支承板）,1) 固定支承（支承钉、支承板）,2) 可调支承 多用于毛面定位，

4、每批调整一次，以补偿各批 毛坯误差,3) 自位支承 支承本身可 随工件定位 基准面的变 化而自动适 应，一般只 限制一个自 由度，即一 点定位。,4) 辅助支承 在工件定位后才参与支承的元件，不限制自由度， 主要用于提高工件的刚度和定位稳定性。,(2) 工件以圆孔定位 1）定位销 分固定式和可换式，圆柱销和菱形销,2）圆锥销 常用于工件孔端的定位，可限制三个自由度,3）定位心轴 主要用于盘套 类零件的定位,圆孔定位分析,(3) 工件以外圆表面定位 1）定位套筒,2）半圆定位座 常用于大型轴类工件的定位,3）V形块定位 结构尺寸已标准化，斜面夹角有6090120,4）外圆定心夹紧 三爪卡盘、双V

5、形铁定心夹紧、弹簧夹头,外圆定位分析,圆锥孔定位分析,(5) 组合表面定位 1）一个平面和与其垂直的两个孔组合,这种定位属于过定位,解决办法是： 将销2做成 削边销,2）一平面和与其垂直的两外圆柱面组合,3）一孔和一平行于孔中心线的平面组合,（1）基准分类 1）设计基准,4.定位基准的选择,2）工艺基准 工序基准 工序图上用来确定本工序所加工 表面加工后的尺寸、形状、位置的基准 定位基准 a.粗基准和精基准 b.附加基准 测量基准 装配基准,基准分类归纳如下：,在保证得到所选精基准的前提下确定粗基准 选择粗基准一般应遵循以下原则： 1）选择不加工面为粗基准 2）合理分配加工余量的原则 3）便于

6、工件装夹原则 4）同方向上粗基准不得重复使用,（2）粗基准的选择,主要应保证加工精度和装夹方便 选择精基准一般应遵循以下原则： 1）基准重合原则 设计(工序)与定位 2）基准统一原则 各工序的基准相同 3）互为基准原则 两表面位置精度高 4）自为基准原则 加工余量小而均匀,（3）精基准的选择,5. 定位误差的分析计算 定位误差概念 指一批工件在夹具中定位时，工件的设计基准（或工序 基准）在加工尺寸方向上的最大变动量，以dw 表示。,成批加工工件时，夹具相对机床的位置及切削运动 的行程调定后不再变动，可认为加工面的位置是固定的。 但因一批工件中每个工件在尺寸形状及表面相互位置上 均存在差异，所以

7、定位后各表面有不同的位置变动。,定位误差包括基准不重合误差和基准位移误差,1）基准不重合误差B 其大小等于设计基准与定位基 准间联系尺寸在加工尺寸方向上的变动量（公差）。,一次安装加工两孔A和B，孔B在X方向定位基准C与设计基 准A不重合，基准不重合误差为联系尺寸22的公差0.2,2）基准位移误差Y 是指工件的定位基准在加工尺寸方 向上的变动量。由工件定位面和夹具定位元件的制造误差 以及两者之间的间隙所引起。,常见定位方式定位误差计算,(1) 以平面定位时的定位误差计算,(2)以圆孔定位时的定位误差计算,平面度误差很小，定位副制造不准确误差可忽略，所 以定位误差主要由基准不重合引起。, 工件孔

8、与定位心轴无间隙配合，不存在定位副制造 不准确误差，定位精度较高。, 工件单向靠紧定位，如定位心轴水平放置，或在夹 紧力作用下单向推移工件靠紧定位。,定位心轴水平放置,单向推移工件靠紧定位,A,孔 Dmax=D+TD Dmin=D 轴 dmax=d dmin=d- Td,O1Omax= OA-O1A=(D+TD)/2-(d- Td) /2 O1Omin= D/2-d/2 因基准位移造成的加工误差为： jw= O1Omax- O1Omin=(TD + Td) /2, 工件进行回转加工,孔 Dmax=D+TD Dmin=D 轴 dmax=d dmin=d- Td,影响同轴度的基准 位移误差为： j

9、w= O1Omax = OA-O1A =(D+TD)/2-(d- Td) /2 = (TD + Td + Xmin) /2,A, 工件孔与垂直放置的心轴间隙配合,jw =TD + Td + Xmin,(3)以外圆定位时的定位误差计算,工件在V形块上定位, 定位误差分析： a) 定位误差d 随毛坯误差Td 的增大而增大； b) 定位误差d 随V形块夹角 增大而减小，但稳定性变差； c) 定位误差d 与工序尺寸标注方式有关，d2 d1 d3,(4)以一面两销定位时的定位误差计算,1）在平面内任意方向的位移误差 孔O1中心偏移在直径为dw1 圆内，dw1 =TD1 + Td1 + X1min 孔O2

10、在X方向偏心与孔O1相同（不限位），为dw1 在Y方向偏心在直径为dw2 ，dw2 =TD2 + Td2 + X2 min,2）转角误差 =arctan(TD1 + Td1 + X1min+ TD2 + Td2 + X2 min )/2L 要减小角度定位误差，提高孔销精度，减小配合间隙； 增大孔（销）中心距,保证加工精度实现的条件 若规定工件的加工允差为工件，以夹具表示与采用 夹具有关的误差，以加工表示除夹具外与工艺系统其它 因素（如机床误差、刀具误差、受力受热变形等）有关 的加工误差，为保证工件的加工精度要求，必须满足误 差计算不等式 ： 工件夹具加工 制订夹具公差时，应保证夹具的定位、制造

11、和调整误差 的总和不超过零件公差的三分之一。,3.2 工件的夹紧,夹紧装置的组成及基本要求,组 成,（1）力源装置 （2）中间传力机构 （3）夹紧元件,作 用,1）改变作用力的方向； 2）改变作用力的大小； 3）使夹紧实现自锁。,1）夹紧时不破坏工件定位后的正确位置； 稳 2）夹紧力大小要适当； 牢 3）夹紧动作要迅速、可靠； 快 4）结构紧凑，易于制造与维修。,基 本 要 求,2.夹紧力的确定,必须合理确定夹紧力的三要素：大小、方向和作用点 (1)夹紧力方向的确定 1）主要夹紧力方向应垂直于主要定位面,2）夹紧力的作用方向应使所需夹紧力最小,3）夹紧力的作用方向应使工件变形尽可能小,()夹紧

12、力作用点的确定,1）夹紧力应作用在刚度较好部位,2）夹紧力作用点应正对支承元件或位于支承元件 形成的支承面内,3）夹紧力作用点应尽可能靠近加工表面,()夹紧力大小的估算,夹紧力的大小根据切削力、工件重力的 大小、方向和相互位置关系具体计算，并 乘以安全系数K ，一般精加工K =1.52， 粗加工K = 2.53。,3.常用夹紧机构,（1）斜楔夹紧机构,以斜楔为研究对象，夹紧时 根据静力平衡原理，有 FQ = F1+ FRX F1 = FJ tan1 FRX = FJ tan(2) FJ = FQ / tan1tan(2) 设1 =2 =，当10， 可用下式近似计算 FJ = FQ / ( ta

13、n2),夹紧力FQ去除，斜楔受到F1、 FRX作用，要能自锁，必须满 足下式 F1 FRX F1 = FJ tan1 FRX = FJ tan(2) tan1 tan(2) 即 1 ( 2) 或 1 2 一般1 =2 = =57， 故当1014时自锁， 一般取=68,斜楔夹紧的特点： 1）有增力作用，扩力比 i = FJ / FQ ，约等于3； 2）夹紧行程小,h/s =tan，故 h 远小于 s ； 3）结构简单，但操作不方便。 主要用于机动夹紧，且毛坯质量较高的场合。,（2）偏心夹紧机构,常见的偏心轮压板夹紧机构,1）圆偏心夹紧原理及其几何特性 偏心夹紧实质是一种斜楔夹紧，但各点升角不等，

14、 M、N处 升角为为0， P处升角最大。,2）圆偏心夹紧的自锁条件 P点夹紧时能自锁，则可保证其余各点均可自锁 自锁条件 p 12 tanp=2e/Dp 为安全起见取1 =0 2e/D 22, 取2=0.10.15, D/e1420自锁, D/e叫偏心轮的偏心特性，表示偏心轮的工作 可靠性,3）圆偏心夹紧的夹紧力,3）圆偏心夹紧的夹紧力 M=P l =Q1 或Q1 P l / 因为p很小， Q1Q1cosp= FQ 根据斜楔夹紧原理，得P点产生的夹紧力为 QFJ P l /(tan1+tan（p2） 一般取 l =(22.5)D， D /2 扩力比约为1213,4）圆偏心的夹紧行程,确定夹紧行

15、程hPE需考虑如下因素： 夹紧工件尺寸公差、装卸间隙、夹紧变形及 磨损贮备量等 hPET+间+ 贮 偏心距e为 e = hPE / (cosP - cosE ) 若取P点左右各45圆弧作为工作段，则 e = hPE / (cos 45 - cos 135) = hPE / 1.1414 圆偏心轮夹紧力小，行程小，自锁性不太好，用于 切削力小，无振动，工件尺寸公差不大的场合。,（3）螺旋夹紧机构,螺旋夹紧特点： 1）结构简单，自锁性好，夹紧可靠； 2）扩力比约为80,远比斜楔夹紧力大； 3）夹紧行程不受限制； 4）夹紧动作慢，辅助时间长，效率低,（4）其它夹紧机构,1）螺旋压板夹紧机构,2）螺旋定心夹紧机构,3）联动夹紧机构,4）多件夹紧机构,（5）夹紧动力装置,气动、液压、电磁、真空等,气液压组合夹紧,3.3 夹具的连接元件、对刀装置和引导元件,连接元件,2. 对刀装置,3. 引导元件,3.4 常见机床夹具,1. 钻床夹具,2 铣床夹具,3 车床夹具,4 成组夹具,5 组合夹具,6 随行夹具,