夹具和工件的定位与夹紧

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1、机械制造工程学,机械制造及其自动化研究室 许虹（） 64学时（58理论+6实验）,机械制造工程学科的发展,机械工业在国民经济中的地位 机械工业的技术水平和规模（技术装备、质量和可靠性）是衡量一个国家科技水平和经济实力的重要标志。 与工业发达国家比，我国机械产品质量和水平不够高、技术开发能力不够强、科技投入少。,机械制造工程学科的发展,制造技术的重要性 是生产、国际竞争、产品革新的重要手段； 不是单纯的制造工艺方法和产品设计； 是从产品概念到最终产品的集成活动和系统； 是功能系统和信息处理系统； 美国自50年代来只重视高技术和军用技术的发展，忽视制造技术的作用，严重影响了国民经济的竞争力； 日本

2、二次大战后，狠狠抓住制造技术的关键精密工程、特种加工和制造系统自动化，战后30年里成为经济大国。 我国制造技术经过40多年发展，已进入发展最迅速、实力增强最快的阶段。,机械制造工程学科的发展,机械制造科学的发展 热加工：铸造、塑性加工、焊接、表面处理等； 冷加工：零件的机械加工工艺过程和装配工艺过程、特种加工技术等。 机械制造的基础理论； 机械加工和装配工艺过程设计、工艺装备设计，传统加工方法、特种加工方法、精密加工和超精密加工方法等； 机械制造系统的自动化、柔性化、集成化及智能化。 计算机技术、微电子技术、控制技术、传感技术与机电一体化技术的迅速发展深刻地影响了机械制造科学； 机械制造科学与

3、管理科学结合，更丰富了机械制造科学的内容。,课程性质和任务,性质 本课程在机械制造基础、机械设计、金工实习等课程基础上，将机械加工基础理论和制造过程控制、自动化与智能化加工有机结合，并适当介绍现代制造系统模式，从而形成一个较完整体系的专业技术课。 任务 使学生在知识结构上既掌握基础理论，又能了解本学科当前发展趋向，为毕业后从事机械设计制造领域的工作或进一步的学习打好基础。,课程内容,第一章 夹具和工件的定位与夹紧,概述 工件的定位 定位误差 工件的夹紧 机床夹具简介,1-1 概述,工件的安装 夹具的定义及组成 夹具的分类 机床夹具的作用,工件的安装,为了在工件的某一部位上加工出符合规定技术要求

4、的表面，在机械加工前，必须使工件在机床上或夹具中占据某一正确的位置，这个过程称为工件的“定位”。 当工件定位后，由于在加工中会受到切削力、重力等的作用，还应采用一定的机构将工件“夹紧”，使得先前确定的位置保持不变。 使工件相对于刀具和机床占有正确的加工位置（即工件的定位），并把工件压紧夹牢，以保持这个位置在加工过程中稳定不变（即工件的夹紧），称为工件的安装。,工件的安装,工件的安装方式 直接找正安装 定义：工件直接装在机床上后，用千分表或划针盘上的划针，以目测法校正工件位置，一边校验一边找正。 缺点：费时、生产率低、凭经验、对工人技术要求高。 用途：单件、小批生产，或对工件的定位精度要求较高。

5、,工件的安装,工件的安装方式 划线找正安装 定义：工件装在机床上后，按事先所划的线进行找正定位。 缺点：多一道工序、精度不高（0.20.3mm）。 用途：批量较小、毛坯精度较低、不易用夹具的大型工件的粗加工。,工件的安装,工件的安装方式 采用夹具安装 定义：一批工件逐一安装在已预先调整好位置的夹具上，依靠夹具在机床上与刀具间正确的相对位置定位。 优点：批量生产时，不必逐个找正定位、省事省时。 用途：成批、大量生产。,夹具的定义及组成,夹具的概念 在机械加工过程中，依据工件的加工要求，使工件相对机床、刀具占有正确的位置，并能迅速、可靠地夹紧工件的机床附加装置，称为机床夹具，简称为夹具。,夹具的定

6、义及组成,夹具的组成 定位元件：保证工件在夹具中处于正确位置的元件。 夹紧装置：保持工件在加工过程中不因外力而改变其 正确位置的装置，包括夹紧机构和动力源。,夹具的定义及组成,夹具的组成 对刀导引元件：保证刀具与工件夹工表面有准确的相对位置的元件。 连接元件：保证夹具相对于机床有正确位置的元件。,夹具的定义及组成,夹具的组成 夹具体：连接夹具各个组成部分为一整体，并使各元件间具有正确相互位置的基础件。 其它装置：其它装置包括按照加工要求所设置的一件或多件装置，如分度装置、上下料装置等。,夹具体,夹具的定义及组成,夹具的分类,按使用特点分类 通用夹具 指与通用机床配套，并作为其附件的夹具，如车床

7、的三爪自定心卡盘、铣床的机床用平口虎钳、分度头等。 专用夹具 为某一工件的某道工序专门设计制造的夹具，专用夹具适用于产品固定、工艺相对稳定、批量大的加工过程。 组合夹具 在夹具零部件标准化的基础上，针对不同的加工对象和加工要求，拼装而成的夹具。组合夹具组装迅速，周期短，能重复使用，适用于多品种、小批量生产或新产品试制。 成组夹具 在成组加工中适用于一组同类零件的夹具，经过调整或更换、增加一些元件，可用来定位、夹紧一组零件。 随行夹具 用于自动线上的夹具。工件安装在随行夹具上，由运输装置送往各机床，并在机床工作台或机床夹具上定位、夹紧。,夹具的分类,按使用机床分类 车床夹具、铣床夹具，钻床夹具、

8、磨床夹具等。 按动力源分类 手动夹具、气动夹具、液压夹具、气液夹具、电动夹具，电磁夹具和真空夹具等。,机床夹具的作用,保证加工精度 对工件形状复杂、加工精度要求高时，设计专用机床夹具就能很顺利地达到加工精度要求。 提高生产率，降低生产成本 使用专用机床夹具可以提高单位时间的产量，降低单件工时，减少辅助时间，可大大提高生产效率。 减轻劳动强度 使用专用机床夹具可减轻和改善劳动条件，降低对工人操作技术水平的要求，保证安全。 扩大机床的工艺范围 使用专用机床夹具可以完成机床本身所不能完成的任务，如以车代镗，在普通铣床上使用靠模可代替靠模铣床加工成形表面。,12 工件的定位,工件定位 使工件在机床上（

9、或夹具中）占有加工所要求的正确的位置，也就是使它相对于刀具有正确的相对位置。,工件定位的基本原理,工件的“六点定位原则” 要使工件完全定位（即工件在空间的位置被唯一地确定），就必须限制工件在空间的六个自由度。,定位与夹紧的区别,定位 是限制工件的自由度，使工件在机床上（或夹具中）获得加工所要求的正确位置。 夹紧 是使工件在外力作用下不能运动，以便在加工过程中保持原有的位置。夹紧并不意味着工件的所有自由度都被限制。,常用定位元件所能限制的自由度,常用定位元件所能限制的自由度,常用定位元件所能限制的自由度,常用定位元件所能限制的自由度,常用定位元件所能限制的自由度,常用定位元件所能限制的自由度,常

10、用定位元件所能限制的自由度,常用定位元件所能限制的自由度,在定位分析中的几类情况,完全定位 限制了工件全部六个自由度，称为工件的“完全定位”。 不完全定位 工作中允许的少于六点的定位称为“不完全定位”，或“部分定位”。,在定位分析中的几类情况,欠定位 工件的定位支承点数少于应限制的自由度数，称为“欠定位”，欠定位是不允许的。,在定位分析中的几类情况,过定位 工件的某一个自由度同时被两个或 更多的定位支承点重复限制，称为 “过定位”，也叫“重复定位”。,实例分析,分析以下各定位方案中各定位元件所消除自由度,实例分析,实例分析,实例分析,实例分析,实例分析,实例分析,实例分析,定位方式,工件以平面

11、定位 工件以外圆定位 工件以内孔定位 工件以组合表面定位,工件以平面定位,定位形式：支承定位 定位元件（即支承件） 基本支承：用来限制工件的自由度，即是真正具有独立定位作用的定位元件。 固定支承、可调支撑承、自位支承。 辅助支承：用来增加工件的支承刚性，不起限制工件自由度的作用。,基本支承,固定支承 支承钉多用作工件平面定位的三点支承或侧面支承，其结构形式有平头、圆头、网纹顶面三种。 支承板多用于工件上已加工平面的定位。,基本支承,可调支承 主要用于工件上未经机械加工的定位面，当工件毛坯尺寸有较大变化时，每更换一批毛坯，就要调节一次。,基本支承,自位支承 又称“浮动支承”，与工件接触的点能随工

12、件定位面形状自行浮动的支承，每一个自位支承一般只相当于一个定位点，即限制一个自由度。通常用在刚度不足的毛坯平面或不连续表面的定位中。,辅助支承,工件刚度较差，按六点定位原则定位夹紧后，仍发生变形或振动。在基本支承外另加辅助支承，提高安装刚度和稳定性。 辅助支承不应限制工件的自由度，或破坏工件原来已经限制的自由度。,工件以外圆定位,定位形式：定心定位，支承定位。 定位元件 V形块：不仅用于完整的外圆面定位，也常应用在不完整的外圆面要求对中性好的定位。,工件以外圆定位,定位套筒 定位套筒方法，元件结构简单，但定心精度不高。,工件以外圆定位,剖分套筒 剖分套筒为半圆孔定位，主要适用于大型轴类零件的精

13、密轴颈定位。 外圆定心夹紧机构 如三爪卡盘，弹簧夹头等。,工件以内孔定位,定位形式：定心定位 定位元件 定位销 刚性心轴 内圆定心夹紧机构,工件以组合表面定位,以轴心线平行的两孔定位 工件以两孔定位的方式，在生产中普遍用于各种板状、壳体、杠杆等零件，例如机床主轴箱、发动机缸体都用此法定位加工。,工件以组合表面定位,以轴心线平行的两外圆表面定位 以一个孔和一个平行于孔中心线的平面定位,工件定位误差,定位误差：工件在定位时不准确引起的位置误差。 工件在夹具中位置由定位元件确定，工件上的定位基准与夹具上的定位元件相接触（相配合），工件的位置便确定。 批工件中，各个工件之间的相应表面，彼此在形状、位置

14、及表面状况在一定公差变动范围，定位元件具有一定的公差和使用中磨损，工件虽已定位，一批工件的每个具体表面，还会有一定的位置变动量，即定位时的位置误差。,定位误差的产生原因,基准不重合误差 由于定位基准和设计基准不重合引起的定位误差。 基准位移误差 由于夹具定位元件和工件定位基准本身有制造误差，使工件被加工表面的设计基准在加工尺寸方向上产生变动而形成的定位误差。,定位误差的计算,基准不重合误差的计算 STEP1：画出被加工零件定位时的两个极限尺寸的位置。 STEP2：从图形中的几何关系，找出零件图上被加工尺寸之设计基准的最大变动量（最大值与最小值之差），即为基准不重合误差。,定位误差的计算,基准位

15、移误差的计算 基准位移误差等于在工件加工尺寸方向上设计基准的最大变动量。,例题,例：求工件用形块定位时的定位误差计算 三批直径为的轴，在形块上定位铣平面，加工表面的设计尺寸，有三种不同的标注方法： 用形块定位时的定位误差 (a)要求保证上母线到加工面尺寸H1，即设计基准为B； (b) 要求保证下母线到加工面尺寸H2, 即设计基准为C； (c) 要求保证轴心线到加工面尺寸H3，即设计基准为O；,例题,解： 尺寸H1的定位误差： 当工件从最小直径变到最大直径，这时设计基准的最大变动量为B1B2 这就是尺寸H1的定位误差，由图中几何关系可求出其大小为： 尺寸 H2的定位误差： 当工件从最小直径变到最

16、大直径，这时设计基准的最大变动量为C1C2 这就是尺寸H2的定位误差，由图中几何关系可求出其大小为： 尺寸H3的定位误差： 当工件从最小直径变到最大直径，这时设计基准的最大变动量为O1O2 这就是尺寸H3的定位误差，由图中几何关系可求出其大小为：,保证加工精度得以实现的条件,影响加工精度的误差因素 定位误差、夹具的有关制造误差、夹具安装误差、加工误差。 为了保证工件的加工精度，必须使上述所有误差因素对工件加工的综合影响，控制在工件所允许的公差范围工件之内，即： 定位 + 制造 + 安装 + 加工 = 工件 此不等式即为保证规定加工精度实现的条件，也称为用夹具安装加工时的误差计算不等式。,工件的夹紧,工件夹紧的基本要求 典型夹紧机构 动力夹紧装置,工件的夹紧的基本要求,夹得稳 不能破坏工件的正确定位； 夹紧机构的动作应平稳，有 足够的刚度和强度。 夹得牢 夹紧力要合适，过小易使工件 移动或振动，过大则会使工件变形或损伤，影响加工精度。 夹紧机构要