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1、第第4章章 工件的定位夹紧与夹具设计工件的定位夹紧与夹具设计4.1 夹具的基本概念夹具的基本概念4.2 工件在夹具上的定位工件在夹具上的定位4.3 工件在夹具中的夹紧工件在夹具中的夹紧4.4 各类机床夹具举例各类机床夹具举例4.1 夹具的基本概念夹具的基本概念4.1.1机床夹具的定义及组成机床夹具的定义及组成1.机床夹具的定义机床夹具的定义： 广义上，为使工艺过程的任何工序保证质量、提高生产率、减轻工人劳动强度及工作安全等的一切附加装置都称为夹具。 机床夹具：机床夹具：是将工件进行定位、夹紧，将刀具进行导向或对刀，以保证工件和刀具间的相对位置关系的附加装置，简称夹具。 辅助工具辅助工具：将刀具
2、在机床上进行定位、夹紧的装置，简称辅具。2. 夹具的组成部分夹具的组成部分1）定位元件 起定位作用，保证工件相对于夹具的位置，可用六点定位原理来分析其所限制的自由度。2) 夹紧装置 将工件夹紧，以保证在加工时保持所限制的自由度。根据动力源的不同，可分为手动、气动、液动和电动等夹紧方式。3) 导向元件和对刀装置 用来保证刀具相对于夹具的位置，对于钻头、扩孔钻、铰刀、镗刀等孔加工刀具用导向元件，对于铣刀、刨刀等用对刀装置(图4-1、图4-2)。4) 连接元件 它保证夹具和机床工作台之间的相对位置。 对于铣床夹具有定位键与铣床工作台上的T形槽相配来进行定位，再用螺钉夹紧(图4-1)。5) 夹具体 是
3、夹具的关键零件。定位元件、夹紧装置、导向元件、对刀装置、连接元件等都装在它上面。 夹具体比较复杂，它保证各元件之间的相对位置。对于加工精度来说，主要是控制刀具相对于工件的位置，工件在夹具上进行加工时，这个相对位置关系是由定位元件、导向元件或对刀装置并通过夹具体来保证，所以夹具体的精度要求比较高。6) 其它元件及装置 如动力装置的操作系统等。 机床夹具和机床、刀具、工件之间的关系如图4-3所示。4.1.2 夹具的作用夹具的作用 1)保证加工精度 2)提高生产率 3)减轻劳动强度 4)扩大机床的工艺范围 4.1.3夹具的分类夹具的分类 1从通用化程度来分 (1) 通用夹具 与通用机床配套，作为通用
4、机床的附件、如三 爪卡盘、四爪卡盘、虎钳、分度头和转台等。 (2) 专用夹具 根据零件上艺过程中某工序的要求专门设计的 夹具，此夹具只用于该零件加工（如连杆镗孔夹具），一般都是成批和大量生产中所需，数量也比较大。(3) 成组夹具 适用于一组零件的夹具，一般都是同类零件，经过 调整(如更换、增加一些元件)可用来定位、夹紧一 组零件。(4) 组合夹具（拼凑夹具） 由许多标准件组合而成，可根据零件加工工序的需 要拼装，用完后再拆卸，可用于单件、小批生产。(5) 随行夹具 用于自动线上，工件安装在随行夹具上，随行夹具 由运输装置送往各机床，并在机床夹具或机床工作 台上进行定位夹紧。2.从使用机床的类型
5、来分从使用机床的类型来分 可分为车床夹具、磨床夹具、钻床夹具(包括钻模)、镗床夹具(包括镗模)、铣床夹具等。3.从用途来分从用途来分 可分为机床夹具、装配夹具和检验夹具等。4.从动力来源分从动力来源分 可分为手动夹具、气动夹具、液压夹具、气液夹具、电动夹具、电磁夹具、真空夹具、自紧夹具(靠切削力本身夹紧)等。4.1.4 工件在工件在夹夹具中加工具中加工时时加工加工误误差的差的组组成成1.工件在工件在夹夹具中加工具中加工时时的加工的加工误误差差 (2)对定误差 刀具导向或对刀误差，即夹具与刀具的相对位置误差。 夹具在机床上定位和夹紧误差即夹具与机床的相对位置误差。 (3)加工过程误差 如加工方法
6、的原理误差，工艺系统的受力变形、工艺系统的受热变形、工艺系统各组成部分(如机床、刀具、量具等)的静精度和磨损等。 工件在夹具中加工时的加工误差，由三部分组成。 (1)安装误差 工件在夹具中的定位和夹紧误差。2.误差值的估算误差值的估算 一般夹县的制造精度，其误差值取该零件尺寸公差值的1/31/5。 上述误差中，安装误差和对定误差都是和夹具有关的误差，一般约占整个加工误差的三分之一。4.2.1 工件的安装工件的安装这里安装有两个含义即定位和夹紧。定位：工件在机床上加工时，首先要把工件安放在机 床工作台上或夹具中，使它和刀具之间有相对 正确的位置，这个过程称为定位。夹紧：工件定位后，应将工件固定，
7、使其在加工过程 中保持定位位置不变，这个过程称为夹紧。安装：工件从定位到夹紧的整个过程称为安装。正确 的安装是保证工件加工精度的重要条件。4.2工件在夹具上的定位工件在夹具上的定位 安装一般有三种方式安装一般有三种方式: 1.直接找正安装直接找正安装 工件的定位过程可以由操作工人直接在机床上利用千分表、划线盘等工具，找正某些有相互位置要求的表面，然后夹紧工件，称之为直接找正安装。直接找正安装生产效率低，一般用于单件小批量生产。 2.划线找正安装划线找正安装 3.夹具安装夹具安装 优点：操作比较简单，容易保证加工精度要求，在各种生产类型中都有应用，持别是成批和大量生产中。4.2.2 定位原理定位
8、原理 1.六点定位原理六点定位原理 采用采用6 6个按一定规则布置的约束点，可以限制工件个按一定规则布置的约束点，可以限制工件的的6 6个自由度，实现完全定位，称为六点定位原理。个自由度，实现完全定位，称为六点定位原理。2.典型定位元件及限制的自由度典型定位元件及限制的自由度 （1）定位元件：用于代替约束点的定位元件的种类很多，常用的有：支承钉、支承板、长销、短销、菱形销、长V形块、短V形块、长定位套、短定位套、固定锥销、浮动锥销等。 （2）限制自由度以及分析 从表4-2中可以看出，有时候研究定位元件及其组合能限制哪些自由度不如研究它们不能限制哪些自由度更方便。 表4-2 典型定位元件的定位分
9、析(续）表4-2 典型定位元件的定位分析（续）表4-2 典型定位元件的定位分析（续）3.完全定位和不完全定位完全定位和不完全定位3.完全定位和不完全定位完全定位和不完全定位3.完全定位和不完全定位完全定位和不完全定位 (2)过定位 工件在定位时，同一个自由度被两个或两个以上约束点约束，这样的定位被称为过定位(或称定位干涉)。过定位是否允许，应根据具体情况进行具体分析。(2)可调支承支承点位置可以调整的支承称为可调支承。(3)自位支承（浮动支承） 自位支承在定位过程中，支承本身可以随工件定位基准面的变化而自动调整井与之相适应。如图4-17所示。自位支承常用于毛坯表面、断续表面、阶梯表面的定位以及
10、有角度误差的平面定位。(4)辅助支承 辅助支承是在工件定位后才参与支承的元件，其高度是由工件确定的，因此它不起定位作用，但辅助支承锁紧后就成为固定支承，能承受切削力。辅助支承的结构形式很多，图4-18是其中的3种。 2.工件以圆柱孔定位 工件以圆柱孔定位大都属于定心定位(定位基准为孔的轴线)，夹具上相应的定位元件是心轴和定位销。(1)心轴 (2)定位销 圆柱定位销通常限制工件的2个移动自由度。 当要求孔销配合只在一个方向上限制工件自由度时，可用菱形销，如图4-21(a)所示。 工件也可以用圆锥销定位，如图4-2l(b)和(c)所示。图示圆锥销定位限制了工件的3个移动自由度。3.工件以外圆表面定
11、位 工件以外圆表面定位有两种形式，一种是定心定位，一种是支承定位。参考图4-22。2)长度：V形块有长短之分，长V形块(或两个短V形块 的组合)限制工件的4个自由度，而短V形块 一般只限制2个自由度。3）V形块又有固定和活动之分，活动V形块在可移动 方向上对工件不起定位作用。4）设计参数：V形块在夹具中的安装尺寸T是V形块 的主要设计参数，该尺寸常用作V形块检验和 调整的依据。由图4-23可以求出： 工件以外圆表面支承定位常用的定位元件是V形块。1）角度： V形块的角度有60，90和120，90最为多且已标准化。 特点：对中性好；可用于非完整外圆表面的定位。4.工件以其它表面定位工件以其它表面
12、定位 如图4-24为工件以锥孔定位的例子，锥度心轴限制了工件除绕自身轴线转动之外的5个自内度。5.定位表面的组合 常见的定位表面组合有平面与平面的组合，平面与圆孔的组合，平面与外圆表面的组合，平面与其它表面的组合，锥面与锥面的组合等。 在多个表面同时参与定位的情况下、各表面在定位中所起的作用有主次之分。一般称定位点数最多的定位表面为第一定位基准面或主要定位面或支承面，定位点数次多的定位表面称为第二定位基准面或导向面，定位点数为1的定位表面称为第三定位基准面或止动面。 在加工箱体类零件时经常采用一面两孔组合(一个大平面及与该平面相垂直的两个圆孔组合)定位、夹具上相应的定位元件是一面两销。为了避免
13、由于过定位而引起的工件安装时的干涉，两销中一个应采用菱形销。菱形销的宽度可以通过简单的几何关系导出。式中 b菱形销的宽度； D2工件上与菱形销配合孔的最小直径； 2min菱形销与其配合孔之间的最小间隙； Tlk工件上两孔中心距公差； Tlx夹具上两销中心距公差； 1min圆柱销与其配合孔的最小间隙。 在实际生产中，由于菱形销的尺寸已标准化，因而常按下面的步骤设计菱形销。 1)确定两销中心距尺寸及其公差 取工件上两孔中心距的基本尺寸为两定位销中心距的基本尺寸，其公差取工件孔中心距公差的1/51/3，即令：Tlx=(1/51/3)Tlk。 2)确定圆柱销直径及其公差 取相应孔的最小直径作为圆柱销直
14、径的基本尺寸，其公差一般取g6或f7。 3)确定菱形销宽度、直径及其公差 首先按有关标准(参考表4-3)选取菱形销的宽度b；然后按式(4-2)计算出菱形销与其配合孔的最小间隙2min；再计算菱形销直径的基本尺寸；d2D2-2min；最后按h6或h7选取菱形销直径的公差。4.2.4 定位误差的分析与计算 定位误差D包括定位基准与设计基准不重合误差C和定位基准位移误差，前者简称基准不重合误差，后者简称基准位移误差。 基准位移误差又可分为是由于工件定位表面不准确所引起的和由于夹具定位元件不准确所引起的两部分。工件定位表面不准确所引起的基准位移误差对一批零件来说，就有一个尺寸分布带，其中有系统误差和随
15、机误差；而夹具定位元件不准确所引起的基准位移误差r，对于一个夹具来说是系统误差，但如果有几个夹具同时在使用，则和随机误差在一起出现多峰状的尺寸分布曲线。(2)用支承定位平面4.3.1对夹紧装置的要求对夹紧装置的要求 1)在夹紧过程中能保持工件正确定位； 2)夹紧应可靠和适当：夹紧机构要有自锁作用，保证在加工过程中不产生松动或振动。夹紧工件时，工件不产生变形和表面损伤。 3)夹紧装置应操作方便、省力、安全； 4)夹紧装置的复杂程度和自动化程度应与工件的生产批量和生产方式相适应。结构设计应力求简单、紧凑，并尽可能采用标准化元件。4.3工件在夹具中的夹紧工件在夹具中的夹紧4.3.2 夹紧力的确定夹紧
16、力的确定1.夹紧力方向的选择夹紧力方向的选择 1)夹紧力的作用方向应有利于工件的准确定位，而不能破坏定位。 措施：夹紧力要垂直指向主要定位面。 2)夹紧力的作用方向应尽量与工件刚度最大的方向相一致，以减小工件变形。 3)夹紧力的作用方向应尽可能与切削力、工件重力方向一致，以减小所须的夹紧力。2.夹紧力作用点的选择夹紧力作用点的选择 1)夹紧力作用点应正对支承元件或位于支承元件所形成的支承面内，以保证工件已获得的定位不变。 2)夹紧力作用点应处在工件刚性较好的部位，以减小工件的夹紧变形。 3)夹紧力作用点应尽可能靠近被加工表面，以便减小切削力对工件造成的翻转力矩。3.夹紧力大小的估算夹紧力大小的估算 夹紧力不能过小过大。夹紧力不足，会使工件在切削过程中产生位移并容易引起振动；夹紧力过大又会造成工件或夹具不应有的变形或表面损伤。 夹紧力的大小可根据作用在工件上的各种力：切削力、工件重力的大小和相互位置方向来具体计算，确定保持工件平衡所需的最小夹紧力； 为安全起见将最小夹紧力乘以安全系数k，可得到所需要的夹紧力。夹具设计时，其夹紧力一般比理论值大23倍。 安全系数k通常取1.52.5。精加工
