1、Chapter 6 Design of Clamp for Machine Tool 第六章第六章 机床夹具设计机床夹具设计第六章第六章 目录目录 第一节第一节 机床夹具概论机床夹具概论 第四节第四节 机床夹具的基本要求及设计步骤机床夹具的基本要求及设计步骤 第二节第二节 工件定位工件定位 第三节第三节 工件的夹紧工件的夹紧第六章第六章 机床夹具设计机床夹具设计 在机床上对工件进行加工时，首先需要使工件在机床上占有准确的位置，并在机床上对工件进行加工时，首先需要使工件在机床上占有准确的位置，并在加工过程中能承受各种力的作用而始终保持这一准确位置不变。前者称为工件在加工过程中能承受各种力的作用而
2、始终保持这一准确位置不变。前者称为工件的定位，后者称为工件的夹紧，这一整个过程统称为工件的装夹。在机床上装夹的定位，后者称为工件的夹紧，这一整个过程统称为工件的装夹。在机床上装夹工件所使用的工艺装备称为机床夹具。工件所使用的工艺装备称为机床夹具。第一节第一节 机床夹具概述机床夹具概述一、机床夹具的分类一、机床夹具的分类 机床夹具的种类很多，可按夹具的应用范围分类，也可按所使用的动力源进机床夹具的种类很多，可按夹具的应用范围分类，也可按所使用的动力源进行分类。行分类。 1. 按应用范围分类按应用范围分类 按应用范围，可将夹具分为通用夹具、专用夹具、成组夹具和组合夹具。按应用范围，可将夹具分为通用
3、夹具、专用夹具、成组夹具和组合夹具。 （1 1）通用夹具）通用夹具 第六章第六章 机床夹具设计机床夹具设计通用夹具 通用夹具是指在一般通用机床上所附有的一些使用性能较广泛的夹具，如车、磨床上的三爪和四爪卡盘、顶尖和鸡心夹头，铣、刨床上的平口钳、分度头和回转工作台等。 这类夹具一般已标准化，并由专业工厂生产作为机床附件供用户使用。它们在使用上有很大的通用性，往往无需调整或稍加调整就可用于装夹不同的工件。 通用夹具主要用于单件和中、小批生产、装夹形状比较简单和加工精度要求不太高的工件。第六章第六章 机床夹具设计机床夹具设计第六章第六章 机床夹具设计机床夹具设计连杆粗镗大头孔夹具第六章第六章 机床夹
4、具设计机床夹具设计十字轴架车夹具 （3 3）成组夹具）成组夹具 第六章第六章 机床夹具设计机床夹具设计成组夹具 这类夹具在使用时，只需对夹具上的部分定位、夹紧元件等进行调整或更换，就可用于组内不同工件的加工。 在生产中，有时由于加工批量较小，为每种零件都分别设计专用夹具很不经济，而使用通用夹具又往往不能满足加工精度和生产率的要求，故而采用成组加工工艺，并根据组内的典型代表零件设计成组夹具。 成组夹具适用于按照成组工艺进行生产时，同组零件的生产。第六章第六章 机床夹具设计机床夹具设计零件工序简图43DLLD43D43LDL34DL43DL34成组夹具KH1KH2KH3KH4 （4 4）组合夹具）
5、组合夹具 第六章第六章 机床夹具设计机床夹具设计组合夹具 一套由各种标准化元件、合件和部件组成的机床夹具系统。使用时按照工件的加工要求可从中选择适用的组件和部件以搭积木的方式组装成各种专用夹具。 组合夹具通用元件、合件和部件是由专业工厂生产供应的。使用单位可根据被加工工件的加工要求，很快地组装出所需要的夹具。夹具使用完毕后，可以将各组成元件、合件等拆开，清洗后入库以备下次组合使用。 由于这类夹具具有缩短生产准备周期，减少专用夹具的品种、数量和存放面积等优点，且组装后又可达到较高的精度，故在各种批量生产条件下都是适用的。第六章第六章 机床夹具设计机床夹具设计组合夹具实例第六章第六章 机床夹具设计
6、机床夹具设计123456789101112131415161718组合夹具1加筋角铁（2） 2槽用螺栓（6） 3平键（10） 4方形支承 5定位支承 6方形支承 7平垫圈 8六角螺母（8） 9 槽用螺栓 10钻套螺钉 11快换钻套 12钻模板 13圆形定位销 14工件 15方形支承 16角铁 17压紧螺钉 18基础板第六章第六章 机床夹具设计机床夹具设计孔系组合夹具槽系组合夹具 2. 按夹具上的动力源分类按夹具上的动力源分类 按夹具上的动力源，可将夹具分为手动夹具、气动夹具、液压夹具、电动夹按夹具上的动力源，可将夹具分为手动夹具、气动夹具、液压夹具、电动夹具、磁力夹具、真空夹具和切削力及离心力
7、夹具等几类。具、磁力夹具、真空夹具和切削力及离心力夹具等几类。第六章第六章 机床夹具设计机床夹具设计气动虎钳 液压夹具二、机床夹具的组成和作用二、机床夹具的组成和作用 1. 夹具的组成夹具的组成 通过上面的例子可以看出，虽然加工工件的形状、技术要求不同，所使用的通过上面的例子可以看出，虽然加工工件的形状、技术要求不同，所使用的机床不同，但在加工时所使用的夹具大多由以下五个部分组成。机床不同，但在加工时所使用的夹具大多由以下五个部分组成。 （1 1）定位元件及定位装置）定位元件及定位装置 第六章第六章 机床夹具设计机床夹具设计定位元件 在夹具中确定工件位置的一些元件称为定位元件，如支承板、支承钉
8、、定位心轴、定位键等。 定位元件的作用是使一批工件在夹具中占有同一位置，只要将工件的定位基面与夹具上的定位元件相接触或相配合，就可以使工件定位。 （2 2）夹紧装置）夹紧装置第六章第六章 机床夹具设计机床夹具设计夹紧装置 在夹具中由动力装置（如气缸、油江等）、中间传力机构（如杠杆、螺纹传动副、斜楔、凸轮等）和夹紧元件（卡爪、压板、压块等）组成的装置称为夹紧装置。 夹紧装置的作用是用以保持工件在夹具中已确定的位置，并承受加工过程中各种力的作用而不发生任何变化。 （3 3）对刀及导向装置）对刀及导向装置 对刀、导向 在夹具中，用来确定加工时所使用刀具位置的元件称为对刀或导向元件，如钻套、对刀块等。
9、 它们的作用是用来确定夹具相对刀具（铣刀、刨刀等）的位置，或引导刀具（如孔加工用的钻头、扩孔钻，铰刀及镗刀等）的方向。 （4 4）夹具体）夹具体 第六章第六章 机床夹具设计机床夹具设计夹具体 在夹具中，用于连接上述各元件及装置，使其成为一个整体的基础零件称为夹具体。 夹具体的作用，除用于连接夹具上的各种元件和装置外，还用于夹具与机床有关部位进行连接。 （5 5）其它元件及装置）其它元件及装置 在夹具中，除上述元件外，还有一些其它的元件及装置，如定向键、分度转位装置等。它们的作用是确定夹具在机床上的方向，或实现工件在夹具同一次装夹中的分度转位。第六章第六章 机床夹具设计机床夹具设计对刀块第六章第
10、六章 机床夹具设计机床夹具设计钻套第六章第六章 机床夹具设计机床夹具设计定向键 2. 夹具的作用夹具的作用第六章第六章 机床夹具设计机床夹具设计 （1）易于保证加工精度，并使一批工件的加工精度稳定 （2）缩短辅助时间，提高劳动生产率，降低生产成本 （3）减轻工人操作强度，降低对工人的技术要求 （4）扩大机床的工艺范围，实现一机多能 （5）减少生产准备时间，缩短新产品试制周期第二节第二节 工件的定位工件的定位 工件在夹具中定位的作用和意义，对单个工件来说就是使工件准确占据定工件在夹具中定位的作用和意义，对单个工件来说就是使工件准确占据定位元件所规定的位置；而对一批逐次放入夹具的工件来说，则是使它
11、们都占有位元件所规定的位置；而对一批逐次放入夹具的工件来说，则是使它们都占有一致的位置。一致的位置。一、六点定位原理一、六点定位原理 工件在夹具中的定位问题，可以采用类似于确定刚体在空间直角坐标系工件在夹具中的定位问题，可以采用类似于确定刚体在空间直角坐标系中位置的方法加以分析。中位置的方法加以分析。 工件在没有采取定位措施以前，每个工件在夹具中的位置可以是任意的、工件在没有采取定位措施以前，每个工件在夹具中的位置可以是任意的、不确定的。对一批工件来说，它们的位置是不一致的。这种状态在空间直角坐不确定的。对一批工件来说，它们的位置是不一致的。这种状态在空间直角坐标系中可以用如下六个方面的独立部
12、分来加以表示，如图所示。标系中可以用如下六个方面的独立部分来加以表示，如图所示。第六章第六章 机床夹具设计机床夹具设计 沿沿X轴位置的不确定，称为沿轴位置的不确定，称为沿X轴的移动自由度，以轴的移动自由度，以 表示；表示； 沿沿Y轴位置的不确定，称为沿轴位置的不确定，称为沿Y轴的移动自由度，以轴的移动自由度，以 表示；表示； 沿沿Z轴位置的不确定，称为沿轴位置的不确定，称为沿Z轴的移动自由度，以轴的移动自由度，以 表示；表示； 绕绕X轴位置的不确定，称为绕轴位置的不确定，称为绕X轴的转动自由度，以轴的转动自由度，以 表示；表示； 绕绕Y轴位置的不确定，称为绕轴位置的不确定，称为绕Y轴的转动自由
13、度，以轴的转动自由度，以 表示；表示； 绕绕Z轴位置的不确定，称为绕轴位置的不确定，称为绕Z轴的转动自由度，以轴的转动自由度，以 表示。表示。X Y ZYZX 工件在空间最多有六个自由度。限制工件在空间最多有六个自由度。限制工件在某一方面的自由度，工件在夹具中工件在某一方面的自由度，工件在夹具中某一方向的位置就得以确定。工件在夹具某一方向的位置就得以确定。工件在夹具中定位的任务，就是通过定位元件限制工中定位的任务，就是通过定位元件限制工件的自由度，以求满足工序的加工精度要件的自由度，以求满足工序的加工精度要求。求。 用合理分布的六个支承点，即可限制用合理分布的六个支承点，即可限制工件的六个自由
14、度，使工件的空间位置完工件的六个自由度，使工件的空间位置完全确定下来，这一原理称为六点定位原理。全确定下来，这一原理称为六点定位原理。 但需要注意的是，在加工过程中并不但需要注意的是，在加工过程中并不一定要求要将工件的六个自由度全部限制，一定要求要将工件的六个自由度全部限制，这要根据加工要求而定。这要根据加工要求而定。第六章第六章 机床夹具设计机床夹具设计第六章第六章 机床夹具设计机床夹具设计完全定位 工件的六个自由度都被限制的情况，称为完全定位。不完全定位 工件被限制的自由度少于六个的情况，称为不完全定位或部分定位。不同加工要求的工件简图第六章第六章 机床夹具设计机床夹具设计欠定位 工件在夹
15、具中定位时，若实际限制的自由度个数少于工序加工要求应予限制的自由度个数，则工件定位不足，称为欠定位。 在设计夹具时，若应限制的自由度没有被全部限制而出现欠定位，则不能保证一批工件在夹具中定位的一致性和工序加工精度要求，因而是不允许的。过定位 工件在夹具中定位，若几个定位支承点重复限制同一个或同几个自由度时，称为过定位。 当出现过定位时，将可能产生工件变形、定位元件损坏或定位精度降低等不良后果。在设计夹具时，是否允许过定位，应根据工件的不同情况进行分析。一般来说，对工件上用毛坯表面作为定位表面时，是不允许出现过定位的；对用已工过的工件表面作为定位表面时，为了提高工件定位的稳定性和刚度，在一定的条
16、件下是允许采用过定位的。第六章第六章 机床夹具设计机床夹具设计过定位分析YZ第六章第六章 机床夹具设计机床夹具设计第六章第六章 机床夹具设计机床夹具设计第六章第六章 机床夹具设计机床夹具设计第六章第六章 机床夹具设计机床夹具设计Z第六章第六章 机床夹具设计机床夹具设计第六章第六章 机床夹具设计机床夹具设计第六章第六章 机床夹具设计机床夹具设计Z二、定位方式及定位元件二、定位方式及定位元件 工件的定位表面有各种形式，如平面、外圆、内孔和成形表面等。对于这些工件的定位表面有各种形式，如平面、外圆、内孔和成形表面等。对于这些表而需采用不同的方法来实现定位，并要选用恰当的定位元件。表而需采用不同的方法
17、来实现定位，并要选用恰当的定位元件。 1. 定位元件的主要技术要求和常用材料定位元件的主要技术要求和常用材料 定位元件除了应具有高的定位精度之外，还要有较高的耐磨性和刚度。定位定位元件除了应具有高的定位精度之外，还要有较高的耐磨性和刚度。定位元件的定位精度取决于它本身的制造精度和它的装配精度两个方面。元件的定位精度取决于它本身的制造精度和它的装配精度两个方面。第六章第六章 机床夹具设计机床夹具设计 一般定位元件及它在夹具体上的装配基准的加工精度要高于工件的精度，常取其加工误差为工件加工误差的1/31/5。定位元件常用的材料有： 低碳钢 如20钢或20Cr钢，进行表面渗碳淬火，深度0.81.2m
18、m，硬度HRC5565。 高碳钢 如T7、T8、T10等，进行整体淬火，硬度5565。 2. 工件以平面定位的定位元件工件以平面定位的定位元件 工件以平面定位时，所用的定位元件（即支承件），可分为工件以平面定位时，所用的定位元件（即支承件），可分为基本支承基本支承和和辅助辅助支承支承两大类。前者用来限制工件的自由度，是真正具有独立定位作用的定位元件；两大类。前者用来限制工件的自由度，是真正具有独立定位作用的定位元件；而后者则是用来加强工件的刚性，不起限制工件自由度的作用。而后者则是用来加强工件的刚性，不起限制工件自由度的作用。 （1 1）基本支承）基本支承 它有固定支承、可调支承、浮动支承三种
19、形式。它们的结构尺寸都已标准化，它有固定支承、可调支承、浮动支承三种形式。它们的结构尺寸都已标准化，可在有关夹具设计手册中查到，这里只介绍它们的应用和结构特点。可在有关夹具设计手册中查到，这里只介绍它们的应用和结构特点。 固定支承固定支承 这种支承与夹具体作固定联结，使用中不拆卸、不调节，常用的有这种支承与夹具体作固定联结，使用中不拆卸、不调节，常用的有支承钉支承钉和和支承板支承板两种。两种。第六章第六章 机床夹具设计机床夹具设计第六章第六章 机床夹具设计机床夹具设计支承钉 常用于工件平面定位的支承元件，其结构形式有平头、圆头、网纹头三种类型。 平头支承钉常用于定位面较平整（已加工表面）的工件
20、。 圆头支承钉与定位平面为点接触，可保证接触点位置的相对稳定、但它易磨损，且使定位面产生压陷，给工件夹紧后带来较大的安装误差，装配时也不易使几个支承处于所需的同一平面上，故园头支承仅适用于未经加工的平面定位。 网纹头支承钉与定位面间的摩擦力较大，阻碍工件移动，加强定位的稳定性，但槽内易积肩，常用在粗糙表面的侧面定位。支承钉第六章第六章 机床夹具设计机床夹具设计第六章第六章 机床夹具设计机床夹具设计支承板 多用于工件上已加工平面的定位，一般用2个3个M6M12的螺钉紧固在夹具体上。 支承板的结构有A型和B型两种。 A型结构简单、制造方便，但因沉头孔与螺钉头间隙处易嵌切屑，不易清除，会影响定位精度
21、、故常适用于侧而和顶面定位。 B型结构易于保证上作表面清洁，可用于底面定位。 当工件定位基准面较大时，夹具上常设置多个支承板，为确保各支承板工作面的等高性，工艺上是用装配后再统一“终磨”一次保证的。第六章第六章 机床夹具设计机床夹具设计支承板A型支承板B型支承板 可调支承可调支承 支承的高度尺寸要求可调整时，就需采用可调支承。支承的高度尺寸要求可调整时，就需采用可调支承。 当工件毛坯尺寸有较大变化时，每更换一批毛坯，就要调整一次。当工件毛坯尺寸有较大变化时，每更换一批毛坯，就要调整一次。 可调支点也可用于同一夹具，加工形状相同而尺寸不同的工件。可调支承也可调支点也可用于同一夹具，加工形状相同而
22、尺寸不同的工件。可调支承也广泛地用于成组夹具和组合夹具中。广泛地用于成组夹具和组合夹具中。 可调支承在一批工件加工前调整一次，但在同一批工件加工中不再调整，此可调支承在一批工件加工前调整一次，但在同一批工件加工中不再调整，此时它相当于固定支承，所以可调支承在调整后都需用锁紧螺母锁紧。时它相当于固定支承，所以可调支承在调整后都需用锁紧螺母锁紧。第六章第六章 机床夹具设计机床夹具设计第六章第六章 机床夹具设计机床夹具设计可调承板 浮动支承浮动支承 浮动支承是指支承点的位置在工件定位过程中，随工件定位基准面位置变化浮动支承是指支承点的位置在工件定位过程中，随工件定位基准面位置变化而自动与之适应的定位
23、元件。而自动与之适应的定位元件。 由于浮动支承是活动或浮动的，因此虽然与工件定位表面可能是三点或两点由于浮动支承是活动或浮动的，因此虽然与工件定位表面可能是三点或两点接触，但实质上仍然只能起到一个支承点的作用，这祥，当以工件的粗基准定位接触，但实质上仍然只能起到一个支承点的作用，这祥，当以工件的粗基准定位时，由于增加了浮动支承与工件的接触点数，故可提高工件定位时的刚度、减少时，由于增加了浮动支承与工件的接触点数，故可提高工件定位时的刚度、减少工件受外力后的变形和改善加工时的余量分配。工件受外力后的变形和改善加工时的余量分配。第六章第六章 机床夹具设计机床夹具设计第六章第六章 机床夹具设计机床夹
24、具设计 （2 2）辅助支承）辅助支承 在夹具中，只能起提高工件支承刚性或起辅助作用的定位元件，称为辅助支在夹具中，只能起提高工件支承刚性或起辅助作用的定位元件，称为辅助支承。在夹具设计中，为了实现工件的预定位或提高工件定位的稳定性，常采用辅承。在夹具设计中，为了实现工件的预定位或提高工件定位的稳定性，常采用辅助支承，如图所示。助支承，如图所示。第六章第六章 机床夹具设计机床夹具设计第六章第六章 机床夹具设计机床夹具设计 3. 工件以圆孔定位的定位元件工件以圆孔定位的定位元件 在夹具设计中常用于圆孔表面的定位元件有定位销、刚性心轴和锥度心轴在夹具设计中常用于圆孔表面的定位元件有定位销、刚性心轴和
25、锥度心轴等。等。 定位销定位销 在夹具中，工件以圆孔表面定位时使用的定位销一般有固定式和可换式两在夹具中，工件以圆孔表面定位时使用的定位销一般有固定式和可换式两种。在大批大量生产中，由于定位销磨损较快，为保证工序加工精度需定期维种。在大批大量生产中，由于定位销磨损较快，为保证工序加工精度需定期维修更换，此时常采用便于更换的可换式定位销。修更换，此时常采用便于更换的可换式定位销。 若被定位工件同时以其上的圆柱孔和端面组合定位时，还可选用带有支承若被定位工件同时以其上的圆柱孔和端面组合定位时，还可选用带有支承垫圈的定位销结构。支承垫圈与定位销可做成整体式的，也可做成组合式的。垫圈的定位销结构。支承
26、垫圈与定位销可做成整体式的，也可做成组合式的。定位销与夹具体的连接一般采用过盈配合。定位销与夹具体的连接一般采用过盈配合。第六章第六章 机床夹具设计机床夹具设计第六章第六章 机床夹具设计机床夹具设计圆柱销第六章第六章 机床夹具设计机床夹具设计圆锥销 刚性心轴刚性心轴 对套类零件，为了简化定心定位装置，常常采用刚性心轴作为定位元件。对套类零件，为了简化定心定位装置，常常采用刚性心轴作为定位元件。 刚性心轴有与工件圆孔过盈配合的心轴，工件用油压机压入心轴。这种类型刚性心轴有与工件圆孔过盈配合的心轴，工件用油压机压入心轴。这种类型的心轴，定位精度高，但装卸工件麻烦，生产效率较低。的心轴，定位精度高，
27、但装卸工件麻烦，生产效率较低。 另一种类型的刚性心轴与工件的圆孔是间隙配合的，工件用螺母夹紧，这种另一种类型的刚性心轴与工件的圆孔是间隙配合的，工件用螺母夹紧，这种心轴与工件孔为间隙配合，所以定位精度较差。心轴与工件孔为间隙配合，所以定位精度较差。 第六章第六章 机床夹具设计机床夹具设计刚性心轴第六章第六章 机床夹具设计机床夹具设计间隙配合心轴过盈配合心轴第六章第六章 机床夹具设计机床夹具设计 锥度心轴锥度心轴 为了消除工件与心轴的配合间隙，提高定心定位精度，在夹具设计中还可选为了消除工件与心轴的配合间隙，提高定心定位精度，在夹具设计中还可选用小锥度心轴。用小锥度心轴。 为防止工件在心轴上定位
28、时的倾斜，此类心轴的锥度及通常取为防止工件在心轴上定位时的倾斜，此类心轴的锥度及通常取K=1/10001/5000，心轴的长度则根据被定位工件圆孔的长度、孔径尺寸公差和心轴锥度等，心轴的长度则根据被定位工件圆孔的长度、孔径尺寸公差和心轴锥度等参数确定。参数确定。 定位时，工件楔紧在心轴锥面上，楔紧后由于孔的局部弹性变形，使它与心定位时，工件楔紧在心轴锥面上，楔紧后由于孔的局部弹性变形，使它与心轴在一定长度上产生过盈配合，从而保证工件定位后不致倾斜。此外，加工时也轴在一定长度上产生过盈配合，从而保证工件定位后不致倾斜。此外，加工时也靠此楔紧所产生的过盈部分带动工件，而不需另外再夹紧工件。靠此楔紧
29、所产生的过盈部分带动工件，而不需另外再夹紧工件。锥度心轴第六章第六章 机床夹具设计机床夹具设计 4. 工件以外柱面定位的定位元件工件以外柱面定位的定位元件 工件以外圆柱面作定位基准时、可使用工件以外圆柱面作定位基准时、可使用V形块、圆孔、半圆孔、圆锥孔及定形块、圆孔、半圆孔、圆锥孔及定心夹紧装置定位。心夹紧装置定位。 V型块型块 V形块用两侧面定位，两支承面的夹角通常做成形块用两侧面定位，两支承面的夹角通常做成90，个别也有做成，个别也有做成60或或120的。的。90V形块的结构和尺寸均已标准比，可查阅有关手册。形块的结构和尺寸均已标准比，可查阅有关手册。 V形块定位的特点是对中性好，即能使工
30、件圆柱面的轴心线始终置于形块定位的特点是对中性好，即能使工件圆柱面的轴心线始终置于V形块形块两斜面的对称中心面上，而不受外圆直径误差的影响，并且安装方便。两斜面的对称中心面上，而不受外圆直径误差的影响，并且安装方便。 V形块制造工作图中应注明尺形块制造工作图中应注明尺C、H、h。高度。高度h及及V形开口尺寸形开口尺寸C，可参照标，可参照标准选定。准选定。第六章第六章 机床夹具设计机床夹具设计第六章第六章 机床夹具设计机床夹具设计V形块 工件在圆孔中定位工件在圆孔中定位 此时定位元件可做成定位套筒形式，如图所示。工件以其定位基准面（圆柱此时定位元件可做成定位套筒形式，如图所示。工件以其定位基准面
31、（圆柱面）插入套筒内孔中。定位元件结构简单，定心精度与孔、轴配合精度有关。面）插入套筒内孔中。定位元件结构简单，定心精度与孔、轴配合精度有关。第六章第六章 机床夹具设计机床夹具设计定位套筒 工件在半圆孔中定位工件在半圆孔中定位 对于某些不便轴向插入的工件，如大型轴类零件需起重吊装时；或者有些特对于某些不便轴向插入的工件，如大型轴类零件需起重吊装时；或者有些特殊形状零件根本无法轴向插入，如曲轴以其当中的主轴颈定位时，定位元件常采殊形状零件根本无法轴向插入，如曲轴以其当中的主轴颈定位时，定位元件常采用剖分套筒形式（半圆定位座），如图所示。用剖分套筒形式（半圆定位座），如图所示。第六章第六章 机床夹
32、具设计机床夹具设计半圆定位座 工件在圆锥孔中定位工件在圆锥孔中定位 这时定位元件通常用反顶尖，它是一种具有内锥孔的套简。工件圆柱面左端这时定位元件通常用反顶尖，它是一种具有内锥孔的套简。工件圆柱面左端部在反顶尖（齿纹锥套）部在反顶尖（齿纹锥套）3中定位。夹具体锥柄中定位。夹具体锥柄1插入机床主轴孔中，插入机床主轴孔中，2为传动用为传动用螺钉。螺钉。第六章第六章 机床夹具设计机床夹具设计 用定心夹紧机构定位用定心夹紧机构定位 外圆柱柱面可以很方便地使用定心夹紧机构对其实现定心定位并夹紧。外圆柱柱面可以很方便地使用定心夹紧机构对其实现定心定位并夹紧。第六章第六章 机床夹具设计机床夹具设计弹性夹头
33、5. 工件以组合表面定位工件以组合表面定位 上面所讲的是工件以单一表面的定位方式和定位元件。实际上，工件往往是上面所讲的是工件以单一表面的定位方式和定位元件。实际上，工件往往是以几个表面同时定位的。几个表面同时定位叫组合表面定位，如图所示。此时必以几个表面同时定位的。几个表面同时定位叫组合表面定位，如图所示。此时必须考虑到所选定位元件不能出现过定位而无法安装。须考虑到所选定位元件不能出现过定位而无法安装。第六章第六章 机床夹具设计机床夹具设计组合表面定位第六章第六章 机床夹具设计机床夹具设计定位方案讨论 如图示，齿轮坯以内孔和一小端面定位，车削外圆和大端面。加工后检测发现大端面与内孔垂直度超差
34、。试分析原因，提出改进意见。4A0.02 A间隙配合刚性心轴存在过定位第六章第六章 机床夹具设计机床夹具设计过定位引起夹紧变形第六章第六章 机床夹具设计机床夹具设计定位方案的改进第六章第六章 机床夹具设计机床夹具设计定位方案讨论a）YXZb）XZYXc）XZYXd）YXZ第六章第六章 机床夹具设计机床夹具设计定位方案讨论a）YXZXZb）YXc）XZYXXZd）YX三、定位误差分析三、定位误差分析 定位误差是指由于定位不准而造成某一工序的工序尺寸或位置要求方面的加定位误差是指由于定位不准而造成某一工序的工序尺寸或位置要求方面的加工误差。夹具设计完成之后，要对其定位误差进行校核，定位误差必须满足
35、下列工误差。夹具设计完成之后，要对其定位误差进行校核，定位误差必须满足下列关系式：关系式：第六章第六章 机床夹具设计机床夹具设计定式中：式中：定定定位误差；定位误差； 除定位误差以外，由其它因素引起的加工误差，可按经济加工精度查除定位误差以外，由其它因素引起的加工误差，可按经济加工精度查表确定；表确定； 工件的工序公差。工件的工序公差。 1. 定位误差的组成定位误差的组成 定位误差是指一批工件在用调整法加工时，仅仅由于定位不准而引起工序尺定位误差是指一批工件在用调整法加工时，仅仅由于定位不准而引起工序尺寸或位置要求的最大可能变动范围。显然，定位误差主要是由基准位置误差和基寸或位置要求的最大可能
36、变动范围。显然，定位误差主要是由基准位置误差和基准不重合误差两项组成。准不重合误差两项组成。 定不基第六章第六章 机床夹具设计机床夹具设计基准不重合误差 由于定位基准与工序基准不重合引起的定位误差，称为基准不重合误差，即工序基准相对定位基准在加工尺寸方向上的最大变动量，以不表示。基准位置误差 由定位基准面和定位元件本身的制造误差引起的定位误差，称为基准位置误差，以基表示。定位误差定可用下式表示： 2. 各种定位方法的定位误差分析各种定位方法的定位误差分析 （1 1）工件以平面定位时的定位误差）工件以平面定位时的定位误差 如图所示为在镗床上加工箱体上如图所示为在镗床上加工箱体上A、B两个通孔时的
37、定位情况，工序尺寸为两个通孔时的定位情况，工序尺寸为A1、A2、B1、B2。由于定位元件的制造精度较高，且平面。由于定位元件的制造精度较高，且平面C为精基准，为了简化问题，为精基准，为了简化问题，可忽略定位元件的制造误差和平面可忽略定位元件的制造误差和平面C的平面度误差。的平面度误差。第六章第六章 机床夹具设计机床夹具设计 加工孔加工孔A时，尺寸时，尺寸A1的工序基准和定位基准重合，故：的工序基准和定位基准重合，故：01不(A ) 定位基准面定位基准面D存在角度制造误差存在角度制造误差，即平面，即平面D的角度最大变动量为的角度最大变动量为2 ，所，所以：以：2tanH1基(A ) 加工尺寸加工
38、尺寸A1的定位误差为：的定位误差为：11()()2tanAAH 1定(A )不基第六章第六章 机床夹具设计机床夹具设计 加工尺寸加工尺寸A2的工序基准是平面的工序基准是平面E，定位基准是平面，定位基准是平面C，基准不重合，则，基准不重合，则2L2不(A ) 由于忽略了定位基准平面由于忽略了定位基准平面C的平面度误差和定位元件的制造误差，则的平面度误差和定位元件的制造误差，则02基(A )222()()AAL 2定(A )不基 加工尺寸加工尺寸A2的定位误差为：的定位误差为：第六章第六章 机床夹具设计机床夹具设计思考题：按照同样的方法可分析求解出B1、B1的定位误差，请同学们自己分析。 （2 2
39、）工件以外圆柱面定位时的定位误差）工件以外圆柱面定位时的定位误差 如图所示为以如图所示为以V形块定位，在圆柱面上加工一平面。为便于分析，设形块定位，在圆柱面上加工一平面。为便于分析，设V形块的形块的夹角制造误差为夹角制造误差为0，外圆柱定位面的直径误差为，外圆柱定位面的直径误差为d。第六章第六章 机床夹具设计机床夹具设计第六章第六章 机床夹具设计机床夹具设计 图图a中，工序尺寸为中，工序尺寸为A，工序基准是中心线，工序基准是中心线O1，定位基准是母线，定位基准是母线M1、N1，基，基准不重合。反映在加工尺寸方向上的定位误差为准不重合。反映在加工尺寸方向上的定位误差为O1O2，即：，即：122s
40、in2dOO定(A) 图图b中，工序尺寸为中，工序尺寸为B，工序基准是上母线，工序基准是上母线C1，定位基准是，定位基准是V形块母线，基准形块母线，基准不重合。反映在加工尺寸方向上的定位误差为不重合。反映在加工尺寸方向上的定位误差为C1C2，即：，即：1221121211()22ddC CddOOOO定(A)第六章第六章 机床夹具设计机床夹具设计 同理，在图同理，在图c中，工序尺寸为中，工序尺寸为h，工序基准是下母线，工序基准是下母线D1，定位基准是，定位基准是V形块母形块母线，基准不重合。反映在加工尺寸方向上的定位误差为线，基准不重合。反映在加工尺寸方向上的定位误差为D1D2，即：，即：12
41、1212dD DOO定(A) 从上可以看出，工序基准为下母线时定位误差最小、中心线时次之、上母线从上可以看出，工序基准为下母线时定位误差最小、中心线时次之、上母线时最大。时最大。 同时，同时，V形块夹角越大时，定位误差也越小。但夹角过大时对中性不好，故形块夹角越大时，定位误差也越小。但夹角过大时对中性不好，故常取其夹角为常取其夹角为90。 （3 3）工件以内孔表面定位时的定位误差）工件以内孔表面定位时的定位误差 下面主要分析工件孔与定位心轴采用间隙配合，以孔中心线为工序基准时的下面主要分析工件孔与定位心轴采用间隙配合，以孔中心线为工序基准时的定位误差。定位误差。 设孔的直径为设孔的直径为D+D
42、，轴的直径为，轴的直径为d-d，最小间隙为，最小间隙为min。根据工件装夹时心轴。根据工件装夹时心轴放置位置的不同，分为心轴垂直放置和心轴水平放置两种情况，如下图放置位置的不同，分为心轴垂直放置和心轴水平放置两种情况，如下图a、b所示。所示。第六章第六章 机床夹具设计机床夹具设计 心轴垂直放置心轴垂直放置 当工件孔直径为最大，心轴直径为最小时，基准位置的变动量最大。即：当工件孔直径为最大，心轴直径为最小时，基准位置的变动量最大。即：maxminminminmax)DdDd 定基（ 心轴水平放置心轴水平放置 当心轴水平放置时，工件在自重作用下，工件孔壁与心轴表面始终是接触的。当心轴水平放置时，工
43、件在自重作用下，工件孔壁与心轴表面始终是接触的。显然，基准位置的变动量最大为最大间隙的显然，基准位置的变动量最大为最大间隙的1/2。即：。即：max12 定基第六章第六章 机床夹具设计机床夹具设计 （4 4）工件以）工件以“一面两孔一面两孔”定位时的定位误差定位时的定位误差 下图为一面两孔定位。通过分析可知，如果两个孔都采用圆柱销，则产生过下图为一面两孔定位。通过分析可知，如果两个孔都采用圆柱销，则产生过定位，有可能使工件无法装夹到夹具上。定位，有可能使工件无法装夹到夹具上。第六章第六章 机床夹具设计机床夹具设计第六章第六章 机床夹具设计机床夹具设计解决上述过定位的方法减小第二销的直径。使用棱
44、形销。使第二销可沿两孔连线方向移动。 减小第二销直径减小第二销直径 第二销直径可由下图求出。考虑到工件的孔距误差，第二销应在第二销直径可由下图求出。考虑到工件的孔距误差，第二销应在AB范围内变范围内变动。考虑到第二销的轴距误差，则第二销的直径大小应为动。考虑到第二销的轴距误差，则第二销的直径大小应为AD。 这种方法虽然可解决过定位问题，但会加大定位的转角误差，一般不宜采用。这种方法虽然可解决过定位问题，但会加大定位的转角误差，一般不宜采用。第六章第六章 机床夹具设计机床夹具设计第二销的直径 通过分析，第二销直径可由下式求出：通过分析，第二销直径可由下式求出：222()DdLLdD 为了使工件能
45、顺利装夹，第二销与侧壁间应有一个最小的间隙为了使工件能顺利装夹，第二销与侧壁间应有一个最小的间隙2min，这样第，这样第二销直径还要相应地减小二销直径还要相应地减小2min 。 同理，第一销与工件孔之间也存在间隙，可以让到第二销上，即可以使其直同理，第一销与工件孔之间也存在间隙，可以让到第二销上，即可以使其直径加大径加大1min。故第二销直径为：。故第二销直径为：222min1min2()DdLLdD 第六章第六章 机床夹具设计机床夹具设计 使用棱形销使用棱形销 下图为一面两孔定位中常使用的棱形销。由图中可知，只要令下图为一面两孔定位中常使用的棱形销。由图中可知，只要令AF=DE，则可，则可以
46、通过使用棱形销来消除过定位，且使转角误差大大减小。棱形销的关键尺寸为以通过使用棱形销来消除过定位，且使转角误差大大减小。棱形销的关键尺寸为宽度宽度b和和B。第六章第六章 机床夹具设计机床夹具设计 通过图形分析，可以建立如下关系：通过图形分析，可以建立如下关系：222222AOACFOFC222222()()()( )2222DdbbAF 因为：因为：222min2min1min221()222DdLLdDDEDd AF第六章第六章 机床夹具设计机床夹具设计 整理并忽略高次误差项，得：整理并忽略高次误差项，得：第六章第六章 机床夹具设计机床夹具设计LdLDLdLDDDb2222min22min1
47、min2min22 尺寸尺寸B应小于应小于d2，一般可取：，一般可取：24()DdLLBD 棱形销的尺寸棱形销的尺寸b和和B一般不用进行计算，可从夹具设计手册中根据工件孔直一般不用进行计算，可从夹具设计手册中根据工件孔直径选取。在定位精度要求高时，需要计算确定。径选取。在定位精度要求高时，需要计算确定。11max2max22tan2L 定( ) 第六章第六章 机床夹具设计机床夹具设计一面两销定位误差分析 由于工件为一刚体，其移动定位误差值为两孔定位中误差较小的值，分析方法和单孔心轴定位时的分析方法相同，不再重复。 一面两孔定位时，除了存在移动定位误差外，还有转角误差，可用下图求出。第三节第三节
48、 工件的夹紧工件的夹紧 工件在夹具中定位后，还必须将其夹紧，以保持其所取得的正确位置，防止工件在夹具中定位后，还必须将其夹紧，以保持其所取得的正确位置，防止工件在切削力、惯性力和重力的作用下产生振动和位移，将工件紧紧地固定在定工件在切削力、惯性力和重力的作用下产生振动和位移，将工件紧紧地固定在定位元件上。位元件上。一、对夹紧机构的基本要求一、对夹紧机构的基本要求 夹紧过程平稳。夹紧时不能破坏工件在定位时所取得的正确位置。 夹紧作用可靠。夹紧力要足够大，防止工件在加工中的移动或振动；同时夹紧力又不宜过大，太大将使工件变形影响加工精度；夹紧机构要有自锁作用，要安全可靠。 夹紧迅速简便。夹紧机构尽可
49、能简单、紧凑，操作方便，减轻工人劳动强度，缩短辅助时间，提高生产率。二、夹紧机构的组成二、夹紧机构的组成 夹紧机构由动力源和夹紧装置两部分组成。夹紧机构由动力源和夹紧装置两部分组成。 1. 1. 动力源部分动力源部分 动力源可分为手动和机动两大类。力源来自人力的，称为手动夹紧；机动夹动力源可分为手动和机动两大类。力源来自人力的，称为手动夹紧；机动夹紧时使用的动力源有气压传动、液压传动、电力传动等。紧时使用的动力源有气压传动、液压传动、电力传动等。 2. 2. 夹紧部分夹紧部分 夹紧部分是接受和传递原始作用力使之变为夹紧力的部分。它常由下列元件夹紧部分是接受和传递原始作用力使之变为夹紧力的部分。
50、它常由下列元件或机构组成。或机构组成。第六章第六章 机床夹具设计机床夹具设计 受力元件 直接感受原始作用力的元件，如手动夹紧中的手柄、螺母或气、液压传动装置中直接连接活塞杆的元件。 夹紧元件 直接对工件施加作用力的元件，如压板。 传力机构 将受力元件接受到的原始作用力传给夹紧元件的中间元件或机构。传力机构的作用是改变力的方向和大小三、夹紧力的确定三、夹紧力的确定 力具有三要素力具有三要素大小、方向和作用点。夹紧力也不例外。确定夹紧力的原则大小、方向和作用点。夹紧力也不例外。确定夹紧力的原则实际上就是指夹紧力的大小、方向和作用点的确定原则。实际上就是指夹紧力的大小、方向和作用点的确定原则。 1夹
