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1、机床夹具设计,第一章 工件的装夹 第一节 工件定位的基本原理 第二节 基准、定位副及对定位元件的基本要求 第三节 定位基面与定位元件 第四节 定位误差的分析与计算 第五节 一面两孔定位 第六节 特殊表面定位 第七节 夹紧装置的组成和基本要求 第八节 夹紧力的确定 第九节 基本夹紧机构 第十节 工件装夹的实例分析,第一章 工件的装夹,工件的装夹是指工件的定位和夹紧 工件在夹具中定位的任务是：使同一工序中的一批工件都能在夹具中占据正确的位置。 将工件定位后的位置固定称为夹紧 工件夹紧的任务是：使工件在切削力，离心力，惯性力和重力的重用下不离开已经占据的正确位置，以保证机械加工的正常进行。,第一节
2、工件定位的基本原理,一、六点定则 一个尚未定位的工件，其空间 位置的不确定性如右图。 用以描述工件位置不确定性的， 称为工件的六个自由度。 工件定位的实质就是要限制对 加工有不良影响的自由度。,如图设置六个固定点，工件的三个面分别与这些点保持接触，工件的六个自由度表都限制了。用来限制工件自由度的点，称为定位支承点，简称支承点。,六点定则 用合理分布的六个支承点限制工件六个自由度的法则,二、限制工件自由度与加工要求的关系,工件定位时： 影响加工要求的自由度必须限制 不影响加工要求的自由度，视具体情况而定。,工件的六个自由度都限制了的定位称为完全定位 工件被限制的自由度少于六个，不能保证加工要求的
3、定位称不完全定位,在工件定位时，以下几种情况允许不完全定位： 1）加工通孔或通槽时，沿贯通轴的位置自由度可不限制。 2）毛胚(本工序加工前)是轴对称时，绕对称轴的角度自由度可不限制。 3）加工贯通的平面时，除可不限制沿两个贯通轴的位置自由度外，还 可不限制绕垂直加工面的轴的角度自由度。,按照加工要求应限制的自由度没有被限制的定位称为欠定位,三、重复定位,重复定位分一下两种情况： 当工件的一个或几个自由度被重复限制， 并对加工产生有害影响的重复定 位，称 为不可用重复定位。 当工件的一个或几个自由度被重复限制 仍能满足加工要求，不但不产生有害 影 响，反而可增加加工件装夹刚度的定位， 称为可用重
4、复定位。,轴与孔的的配合为一对定位副的情况下，判断可用重复定位的条件是：,（1-1） 式中 工件孔与断面的垂直度误差； 孔与定位心轴的最小配合间隙； 允许的定位副弹性变形量,不可用重复定位 避免不可用重复定位的方法是 改变定位装置结构,主轴箱孔系加工时的定位简图 符合这种可用重复定位的条件：V形面和A面的平行度误差/小于工件允许的弹性变形量，即,孔系组合夹具元件与元件之间的定位都采用一面两圆柱销定位,若孔间距的公差LD小于孔与定位销的最小配合间隙Xmin加上允许的弹 性变形量的两倍，即 则元件之间可以顺利装配，且由于的存在而是刚度提高，属于可用 重复定位。 当LD2(Xmin+), 则属不可用
5、重复定位。,第二节 基准，定位副及对定位元件的基本要求 一、基准及定位副 可通过工序图上标注的加工尺寸与形位公差来确定工序基准。 当工件有几个定位基面时，限制自由度最多的定位基面称为主要定位面，相应的限位基面称为主要限位面。,在工件加工的工序图中，用来确定本工序加工表面位置的基准，称为工序基准。,当工件以会转面（圆柱面、圆锥面、球面等）与定位元件接触（或配合）时，工件上的回转面称为定位基面，其轴线称为定位基准。,工件上的定位基面和与之想接触（或配合）的定位元件的限位基面合称为定位副。,二、定位符号和夹紧符号的标注 在选定定位基准及确定了夹紧的方向和作用点后，应在工序上标注定位符号和夹紧符号。,
6、三、对定位元件的基本要求 1.足够的精度 2.足够的强度和刚度 3.耐磨性好 4.工艺性好,第三节 定位基面与定位元件 一、工件以平面定位时的定位元件 1.主要支承用来限制工件的自由度，起定位作用。 固定支承 有支承钉和支承板两种形式。,需要经常更换的支承钉应加衬套。,调节支承,自位支承 在工件定位过程中，能自动调整位置的支承，又称浮动支承。,2.辅助支承用来提高工件的装夹刚度和稳定性，不起定位作用.,螺旋式辅助支承 螺旋式辅助支承的结构与调节支承相近，但操作过程不同，前者不起定位作用，后者其定位作用，结构上螺旋式辅助不用螺母锁紧。,自动调节支承,推引式辅助支承,二、工件以圆孔定位时的定位元件
7、 1. 定位销,A型称圆柱销，B型称菱形销，其尺寸见下表,2. 圆柱心轴 图1-20a为间隙配合心轴，图1-20b为过盈配合心轴，图1-20c为花键心轴,3.圆锥销 图1-22a用于粗定位基面，图1-22b用于精定位基面,圆锥销与其他定位元件组合定位,4.锥度心轴,三、工件以外圆柱面定位时的定位元件 V形块,主要参数有： DV形块的设计心轴直径 aV形块两限位基面间的夹角 HV形块的高度 TV形块的定位高度 NV形块的开口尺寸 T=H+OC=H+(OE-CE) 当a=900时，T=H+0.707d-0.5N,常用V形块的结构 图1-26a用于较短的精定位基面； 图1-26b用于粗定位基面和阶梯
8、定位面； 图1-26c用于较长的精定位基面和相距较远的两个定位面。,图1-27a活动V形块除了定位作用还起夹紧作用， 图1-27b中的V形块只起定位作用。,V形块有活动式，固定式和可调整式, 定位套 常用的几种定位套 定位套结构简单、容易制造，但定心精度不高，故只适用于精定位基面, 半圆套 下面的半圆套是定位元件，上面的半圆套起夹紧作用。, 圆锥套,第四节 定位误差的分析与计算 一、造成定位误差的原因 一是定位基准与工序基准不重合，由此产生基准不重合误差B 二是定位基准与限位基准不重合，由此产生基准位移误差Y,一批工件逐个在夹具上定位时，由于工件和定位元件存在公差，使各个工件所占据的位置不完全
9、一致，加工后形成加工尺寸的不一致，为加工误差。这种只与工件定位有关的加工误差，称为定位误差，用D表示,基准不重误差B,加工尺寸A的工序基准是F，定位基准是E，两者不重合。当一批工件逐个在夹具上定位时，受尺寸Ss/2的影响，工序基准F的位置是变动的。F的变动直接影响A的大小，造成A的尺寸误差，这个误差就是基准不重合误差。 显然，基准不重合误差的大小应等于因定位基准与工序基准不重合而造成的加工尺寸的变动范围。由上页图可知 S是定位基准E与工序基准F间的距离尺寸，称为定位尺寸。,B=Amax-Amin=Smax-Smin= s,当工序基准的变动方向与加工尺寸的方向不一致，存在一夹角a时，基准不重合误
10、差等于定位尺寸的公差在加工尺寸方向上的投影，既 (1-5) 当工序基准的变动方向与加工尺寸的方向相同时，即a=0，cosa=1,这时基准不重合误差就等于定位尺寸的公差，即 B= s (1-6) 因此，基准不重合误差B是一批工件逐个在夹具上定位时，定位基准与工序基准不重合而造成的加工误差，其大小为定位尺寸的公差s在加工尺寸方向上的投影。,B= scos a,基准位移误差Y 图1-32a是在圆柱面上铣槽的工序简图，加工尺寸为A和B。 图1-32b是加工示意图工件以内孔D在圆柱心轴（直径为d)上定位，O是心轴轴心，即限位基准，C是对刀尺寸。,当工件孔的直径为最大(Dmax)，定位销直径为最小(d0m
11、in)时，定位基准 的位移量i为最大（imax=OO1)，加工尺寸A也最大（Amax)； 当工件孔的直径为最小（Dmin）,定位销直径为最大（d0max）时，定位 基准的位移量i为最小（imin=OO2）,加工尺寸也最小（Amin）。 因此 式中 i定位基准的位移量 i一批工件定位基准的变动范围,Y=Amax-Amin=imax-imin=i,当定位基准的变动方向与加工尺寸的方向不一致，两者之间成夹角a时，基准位移误差等于定位基准的变动范围在加工尺寸方向上的投影，即 (1-7) 当定位基准的变动方向与加工尺寸的方向一致时，即a=0，cosa=1，基准位移误差等于定位基准的变动范围，即 (1-8
12、) 因此，基准位移误差Y是一批工件逐个在夹具上定位时，定位基准相对于限位基准的最大变化范围i在加工尺寸方向上的投影。,Y=icosa,Y=i,例1-1 在图1-32中，设 ， , , 求加工尺寸A的定位误差。 解： 1)定位基准与工序基准重合， B=0. 2)在FJ作用下，定位基准相对限位基准作单向移动，方向与加工尺寸一 致，根据式（1-8）， Y=i=imax-imin。由图1-32可知 Imax=Xmax/2=(D+d0+Xmin)/2 式中 Xmax孔、轴配合最大间隙 Xmin孔、轴配合最小间隙 因此 Y=（D+d0）/2 （1-9） 本例中 Y=(0.03=0.03)/2=0.03,二
13、、定位误差D的计算方法 合称法 由于定位基准与工序基准不重合以及定位基准与限位基准不重合是造成定位误差的原因，因此，定位误差应是基准不重合误差与基准位移误差的合成。 合成时，若工序基准不再定位基面上，即B和Y无相关公共变量，则D= Y+ B. 若工序基准在定位基面上，即B和Y有相关公共变量，则D= Y B. 在定位基面尺寸变动方向一定（由大变小，或由小变大）的条件下， Y（或定位基准）与B(或工序基准）的变动方向相同时，取“+”号，变动方向相反时，取“-”号。,例1-2 用合成法求图1-32所示加工尺寸E的定位误差。 解： 1)加工尺寸E的工序基准为工件外圆面的下母线F,而定位基准为工件内 孔
14、轴线O,两者不重合，存在基准不重合误差B，其大小等于尺寸OF 的公差在加工尺寸方向上的投影，因OF与加工尺寸E方向一致，所以 B=d/2。 2)定位基准与限位基准不重合，根据式(1-9)， Y=(D+d0)/2. 3)因为工序基准不在定位基面上，即B与Y无相关公共变量，所以 D=Y+B=(D+d0+d)/2,例1-3 求图1-32中加工尺寸H的定位误差。 解 ： 1)工序基准是孔的上母线G，定位基准为孔的轴线O，基准不重合，基 准不重合误差为B=D/2。 2)定位基准与限位基准不重合，根据式（1-9），Y=（D+d0） /2。 3)工序基准在定位基面上，两者有相关的公共变量D，因此D= Y B
15、。当定位孔由小变大时， Y（或定位基准O）向下移动，而B （或工序基准G)则向上变动（考虑工序基准变动方向时，设定位基准 的位置不变），两者方向相反，故取“-”号，所以 D=Y-B=d0/2,极限位置法 此法直接计算出由于定位而引起的加工尺寸的最大变动范围。,DA=aO4=aO2+O2O4=Btga+d/2cosa,尺寸链分析计算法 其方法为：做工件定位图，确定加工尺寸D与有关的工件和夹具相应各几何参数xi的尺寸链关系式为 D=(x1,x2,.,xm) (1-10) 求全微分，即可求出加工尺寸D的定位误差 若组成环内有公共变量因素，应安公共变量的组成环对封闭环的影响方向求代数和，其它无公共变量项仍求绝对值和。,以1-33a所示工件的定位方式求加工尺寸A的定位误差DA，画出尺寸A与工件和夹具相应各几何参数的尺寸链,其尺寸链关系式为 A=L-Btga-d/2cosa 式中，B和d为变量。忽略a的误差，则各组成环不含公共变量。对上式全微分 考虑a角的误差，将a视作变量，则全微分为,三、定位误差计算实例 例1-4 如图，求加工尺寸A的定位误差。 解
