1、第四章第四章 机床夹具设计机床夹具设计时间：56学时教学内容导读第一节 认识机床夹具（2学时）第二节 工件的定位方案设计（12学时）第三节 工件的夹紧方案设计（10学时）第四节 典型机床夹具的结构特点（32学时）导 读本章主要介绍工件在机床夹具中的定位与夹紧基本知识和方法、典型机床夹具的设计要点，包括对机床夹具的认识、工件的定位方案设计、工件夹紧方案设计以及典型机床夹具的结构特点等。重点与难点：定位与夹紧的概念、工件定位基本原理的应用、定位基准的选择和定位误差的计算、典型机床夹具的结构与设计要点。通过本章内容的学习，应能熟练地应用工件定位的基本原理，根据工件加工的技术要求，确定工件定位时应被限
2、制的自由度；合理选择定位基准；根据定位基准面的具体情况，合理选择或设计定位元件；会进行定位误差的计算，并能根据计算结果初步判断该定位方案是否能保证工件加工精度的要求；能合理确定夹紧力的方向和作用点位置；知道夹紧力大小的计算方法；了解典型夹紧机构的结构及应用；掌握典型机床夹具的结构及设计要点。学习本章时，应多看一些实际典型专用夹具，注意观察其结构特点，了解其设计关键。对于专用夹具的设计方法，还可通过后续的课程设计、毕业设计逐步掌握。第一节第一节 认识机床夹具认识机床夹具主要内容：主要内容：一、工件的装夹与机床夹具一、工件的装夹与机床夹具二、机床夹具的作用二、机床夹具的作用三、机床夹具的分类三、机
3、床夹具的分类四、机床夹具的组成四、机床夹具的组成五、机床夹具设计步骤五、机床夹具设计步骤一、工件的装夹与机床夹具一、工件的装夹与机床夹具 工件的装夹工件的装夹 为了保证工件的加工精度，工件加工前，使其在机床或夹具中占据某一正确加工位置，并予以压紧工件的过程，即定位和夹紧过程的综合。一般先定位、后夹紧；特殊情况下定位、夹紧同时实现，如三爪卡盘装夹工件。其中：定位定位就是将工件放在机床上，使它相对于机床或刀具占 有某一正确位置的过程。夹紧夹紧就是工件定位后，合理施加一定的作用力压紧工件，以保证工件在加工过程中保持其正确位置不变的过程。定位与定位与夹夹紧对加工精度的影响紧对加工精度的影响有可能使工件
4、偏离所要求的 正确位置而产生定位误差与夹紧误差，需高度重视。一、工件的装夹与机床夹具一、工件的装夹与机床夹具 找正装夹夹具装夹以工件某表面在通用夹具上定位与夹紧。效率低，对操作者的技术水平要求高，找正精度高，适用于单件小批生产或定位精度要求特别高的场合。直接找正装夹 按照图样要求划出位置线、加工线和找正线，装夹工件时，先按找正线找正工件的位置，然后夹紧工件。不需专用设备，通用性好，但效率低，精度低，用于单件小批生产中铸件的粗加工工序。划线找正装夹 装夹效率高，定位精度及可靠性高，可减轻工人的劳动强度和降低对操作者技术水平的要求，广泛用于生产批量较大或有特殊需要的场合。一、工件的装夹与机床夹具一
5、、工件的装夹与机床夹具 四爪卡盘（以工件外圆找正）平口钳装夹（划线找正）一、工件的装夹与机床夹具一、工件的装夹与机床夹具 一、工件的装夹与机床夹具一、工件的装夹与机床夹具 图4-2 车削齿轮泵体两孔的夹具1夹具体 2转盘 3对定销 4削边销 5螺旋压板 6L形压板二、机床夹具的作用二、机床夹具的作用 1能稳定保证工件的加工精度2能减少辅助时间，提高劳动生产率3能减轻操作者的劳动强度4能扩大机床的使用范围5减少生产准备时间，缩短新产品开发周期三、机床夹具的分类三、机床夹具的分类 三、机床夹具的分类三、机床夹具的分类 组合夹具 四、机床夹具的组成四、机床夹具的组成 基基本本组组成成 1.定位元件：
6、与工件定位基准接触的元件，用来确定工 件在夹具中的正确位置；2.夹紧装置：压紧工件的装置，是由多个元件组合而成；3.夹 具 体：基本骨架，连接所有夹具元件。4.连接元件：连接机床与夹具的元件，用来确定夹具在 机床中的正确位置；5.对刀、导向元件：用来确定夹具与刀具相对位置的元件；6.其它元件：起辅助作用。选选择择元元件件 四、机床夹具的组成四、机床夹具的组成 图4-3 铣床夹具1螺钉 2、4滑柱 3介质（液性塑料）5框架 6拉杆 7定位轴 8钩 9压板 10对刀块 11键 12夹具体 13弹簧 14定位销(a)被加工工件 (b)夹具零件的作用、结构特点和技术要求加工件的工艺规程使用的机床和刀具
7、工件的定位基准和工序尺寸五、机床夹具的设计步骤五、机床夹具的设计步骤 明确设计要求，收集、研究资料确定夹具的结构方案绘制夹具的装配草图和装配图标注尺寸、配合及技术要求绘制夹具零件图编写夹具设计说明书定位方案，计算定位误差对刀或导向夹紧方案，选择夹紧机构其它结构形式（分度、夹具与机床连接）夹具体的形式和夹具的总体结构主视图，尽量选取与操作者正对的位置。绘制步骤：用双点划线画出工件外形轮廓和定位面、加工面；画出定位元件和导向元件；按夹紧状态画出夹紧装置；画出其它元件或机构；画出夹具体，把上述各部分组合成一体，形成完整的夹具。在夹具装配图中，工件视为透明体。五、机床夹具的设计步骤五、机床夹具的设计步
8、骤 明确设计要求，收集、研究资料确定夹具的结构方案绘制夹具的装配草图和装配图标注尺寸、配合及技术要求绘制夹具零件图编写夹具设计说明书夹具装配图的尺寸夹具装配图的尺寸标注标注l 工件与定位元件间的联系尺寸l 夹具与刀具的联系尺寸l 夹具与机床连接部分的尺寸l 夹具内部联系尺寸及关键件配合尺寸l 夹具外形轮廓尺寸确定夹具确定夹具技术条件技术条件l 定位元件之间的相互位置要求；l 定位元件与连接元件（或找正基面）间的相互位置精度要求；l 对刀元件与连接元件（或找正基面）间的相互位置精度要求；l 定位元件与导向元件的位置精度要求。夹具精度夹具精度校核校核第二节第二节 工件的定位方案设计工件的定位方案设
9、计主要内容主要内容一一、工件定位的基本原理、工件定位的基本原理二、定位元件的选择与设计二、定位元件的选择与设计三、定位误差的分析与计算三、定位误差的分析与计算四、定位四、定位方案设计示例方案设计示例一、工件定位的基本原理一、工件定位的基本原理 1基准的概念基准的概念 用来确定生产对象几何要素间几何关系所依据的那些点线面称为基准。设计基准工艺基准指设计图样上标注设计尺寸所依据的基准工艺过程中使用的基准工序基准定位基准测量基准装配基准指在工序图上用来确定本工序加工表面尺寸、形状和位置所依据的基准。指与夹具定位元件接触的工件上的点、线、面，用来确定工件在夹具中的正确位置。指工件在加工中或加工后，测量
10、尺寸和形位误差所依据的基准。指装配时用来确定零件或部件在产品中相对位置所依据的基准。一、工件定位的基本原理一、工件定位的基本原理 图4-4 设计基准图4-5 工序简图一、工件定位的基本原理一、工件定位的基本原理 2.自由度的概念自由度的概念图4-6 工件的自由度一、工件定位的基本原理一、工件定位的基本原理 3.六点定位原则六点定位原则 由上可知，如果要使一个自由刚体在空间有一个确定的位置，就必须设置相应的六个约束，分别限制刚体的六个运动自由度。在讨论工件的定位时，工件就是我们所指的自由刚体。如果工件的六个自由度都被限制了，工件在空间的位置也就完全被确定下来了。因此，工件定位实质上就是限制工件的
11、自由度。工件定位时，常用一个支承点限制工件的一个自由度。六六点定位点定位原则原则就是用合理设置的六个支承点，限制工件的六个自由度，使工件在夹具中的位置完全确定。一、工件定位的基本原理一、工件定位的基本原理 (a)(b)图4-7 平面几何体工件的定位注意注意事项事项：l 用支承点限制工件自由度时，定位支承点必须与工件定位基准面始终保持紧密接触，二者一旦脱离，定位作用就自然消失。l 分析定位时不考虑力的影响，工件在某个方向的自由度被限制，是指工件在该方向上有了确定的位置，当工件受到脱离支承点的外力作用时将产生运动。l 使工件在外力作用下也不运动的是夹紧的结果。l 定位和夹紧是两个不同的概念。一、工
12、件定位的基本原理一、工件定位的基本原理 4.完全定位与不完全定位完全定位与不完全定位（1）完全定位 根据工件的工序加工要求（尺寸、位置精度），必须限制工件六个自由度的定位方式称为完全定位（图4-1、4-2）。（2）不完全定位 根据工件的工序加工要求，工件的部分自由度被限制的定位，称为不完全定位。采用不完全定位可以简化夹具的结构（图4-8）一、工件定位的基本原理一、工件定位的基本原理 (a)定位基准为外圆柱面的中心及槽 (b)定位基准为外圆柱面的中心图4-8 不完全定位示例一、工件定位的基本原理一、工件定位的基本原理 5.欠定位和过定位欠定位和过定位欠定位和过定位都是违反定位原理而造成的非正常定
13、位。（1）欠定位 指按照工件的工序加工要求，本应该被限制的自由度实际上没有完全被限制的现象（图4-8a）。（2）过定位（或重复定位）指工件的同一个（或同几个）自由度被多个定位元件重复限制的现象。过定位造成的后果是使工件产生定位不稳，工件或定位元件产生变形，从而降低加工精度，甚至使工件无法安装，以致不能进行加工。一、工件定位的基本原理一、工件定位的基本原理 为了消除或减小过定位的危害，可采取下列措施：l 减小接触面积（图4-9b）l 修改定位元件的形状，以减少定位点（图4-10）l 缩短圆柱面的接触长度（图4-11c）l 使过定位的定位元件在干涉方向上浮动，以减少实际定位点的数量（图4-11d）
14、l 拆除多余的过定位元件l 提高定位副的加工精度（图4-12）一、工件定位的基本原理一、工件定位的基本原理 (a)定位不稳定 (b)改进方法图4-9 过定位及消除方法（一）(a)过定位 (b)完全定位图4-10 过定位及消除方法（二）1-菱形销 2-支承板 3-菱形销台阶面 4-圆柱定位销一、工件定位的基本原理一、工件定位的基本原理 (a)过定位 (b)减小接触面 (c)缩短圆柱面的长度 (d)浮动定位元件图4-11 过定位及消除方法（三）图4-12 滚齿夹具1-支承凸台 2-心轴 3-通用底盘 4-齿轮一、工件定位的基本原理一、工件定位的基本原理 6常用定位元件限制的自由度常用定位元件限制的
15、自由度表4-1 常用定位元件能限制的工件的自由度一、工件定位的基本原理一、工件定位的基本原理 二、定位元件的选择与设计二、定位元件的选择与设计 定位定位元件设计依据：元件设计依据：l 工件的加工要求l 工件定位基准面的形状、尺寸、精度等定位定位元件设计遵循的原则元件设计遵循的原则：l 利用六点定位原则正确选择定位方法定位元件设计的主要内容：定位元件设计的主要内容：l 定位元件的结构、形状、尺寸l 布置形式l 材料选择二、定位元件的选择与设计二、定位元件的选择与设计 1.对定位元件的基本对定位元件的基本要求要求l 足够的精度 l 足够的强度和刚度l 较高的耐磨性l 良好的工艺性二、定位元件的选择
16、与设计二、定位元件的选择与设计 2.典型表面的定位方法及其定位元件典型表面的定位方法及其定位元件工件的定位基准面有各种形式，如平面、外圆、内孔等，不同定位基准面，采用相应结构的定位元件，常见的定位方法有：平面定位圆孔定位外圆柱面定位组合表面定位二、定位元件的选择与设计二、定位元件的选择与设计 （1）工件以平面定位 平面定位的主要形式是支承定位，工件的定位基准面与定位元件表面相接触而实现定位。常见的支承元件有下列几种：固定支承可调支承（JB/T8026.14-1999，图4-15）浮动支承（自位支承，图4-16）辅助支承（图4-17、4-18）支承钉（JB/T8029.2-1999，图4-13）
17、支承板（JB/T8029.1-1999，图4-14）二、定位元件的选择与设计二、定位元件的选择与设计 A 型B型C 型图4-13 支承钉（JB/T8029.2-1999）规格规格：D=5、6、8、12、16、20、25、30、40材料材料：T8，HRC55-60与夹具体的连接与夹具体的连接：d(H7/r6、H7/n6)A型型（平头）（平头）较小精基准平面定位用，注意几块保证等高。B型（球头）型（球头）与工件定位面接触良好（水平面粗基准定位用）C型（齿纹）型（齿纹）与工件接触防滑（侧平面粗基准定位用）表面磨损后更换不便二、定位元件的选择与设计二、定位元件的选择与设计 A型 B型图4-14 支承板
18、（JB/T8029.1-1999）A型型：光面板垂直布置B型型：斜槽板水平布置，凹槽防切屑规格规格：厚度H=6、8、10、12、16、20、25材料材料：T8，HRC55-60与夹具体连接与夹具体连接：螺钉紧固多块运用时，注意几块保证等高。二、定位元件的选择与设计二、定位元件的选择与设计 图4-15 可调支承(a)、(d)圆柱头支承 （b）六角头支承 (c)活动块支承1-可调支承钉 2-锁紧螺母可调支承钉可调支承钉材料材料：45#钢材（头部HRC40-50）特点特点：保证工件加工余量足够、均匀用途用途：毛坯精度不高，而又以粗基准定位时；成组可调夹具中用。二、定位元件的选择与设计二、定位元件的选
19、择与设计 (a)(b)(c)图4-16 浮动支承(a)摆杆式浮动支承 （b）移动式浮动支承 (c)球形浮动支承浮动支承浮动支承只限制一个自由度。用途用途：大型零件（机体、箱体）或刚度 较低的薄板状零件作用：作用：减小工件变形和振动，提高工件 的稳定性，又不发生过定位。二、定位元件的选择与设计二、定位元件的选择与设计 图4-17 常见辅助支承结构(a)、(b)螺旋式辅助支承 (c)自位式辅助支承 (d)推引式辅助支承1-螺母 2-支承钉 3-止动销 4-套筒 5-弹簧 6-支承销 7-斜面顶销 8-锁紧螺钉 9、13-回转手柄 10-推杆 11-支承滑柱 12-半圆键 14-钢球二、定位元件的选
20、择与设计二、定位元件的选择与设计 图4-18 辅助支承应用示例二、定位元件的选择与设计二、定位元件的选择与设计 （2）工件以圆孔定位 工件以圆孔定位是一种中心定位，定位基准面为圆柱孔，定位基准为孔的中心线，通常要求内孔基准面有较高的精度。常用的定位元件：定位销定位心轴圆锥销（图4-25、4-26）固定式（图4-19a、b、c）可换式（图4-19d）菱形销（图4-20）定位插销（图4-21）间隙配合心轴（图4-22a）过盈配合心轴（图4-22b）花键心轴（图4-22c）锥度心轴（JB/T10116-1999，图4-22d）专用定位心轴（图4-23、4-24）二、定位元件的选择与设计二、定位元件的
21、选择与设计 (a)D3-10 (b)D10-18 (c)D18 (d)图4-19 定位销（JB/T8014.2-1999）图4-20 菱形销二、定位元件的选择与设计二、定位元件的选择与设计 图4-21 定位插销（JB/T8015-1999）二、定位元件的选择与设计二、定位元件的选择与设计 图4-22 常见定位心轴二、定位元件的选择与设计二、定位元件的选择与设计 图4-23 钻模专用定位心轴1-与夹具体的连接部分 2-定位部分 3-引导部分 4-夹紧机构 5-排屑槽 6-台阶定位面(a)骑缝螺钉紧固 (b)六角螺钉紧固 (c)圆柱销与螺母组合图4-24 专用定位心轴与夹具体连接示例二、定位元件的
22、选择与设计二、定位元件的选择与设计 图4-25 圆锥销图4-26 圆锥销的应用二、定位元件的选择与设计二、定位元件的选择与设计 （3）圆柱面定位 以圆柱面定位的工件有轴类、套类、盘类、连杆类及小壳体类等。常用的定位元件：V形块（JB/T8018.1-1999）定位套（图4-30）半圆套（图4-31）圆锥套固定式（图4-27）活动式（图4-28）二、定位元件的选择与设计二、定位元件的选择与设计 图4-27 常用固定式V形块 (a)(b)(c)图4-28 活动V形块应用示例二、定位元件的选择与设计二、定位元件的选择与设计 图4-29 V形块结构尺寸（JB/T8018.1-1999）=600、900
23、、1200二、定位元件的选择与设计二、定位元件的选择与设计 图4-30 常用的定位套（a）以端面为主要定位基面 （b）以圆柱孔为主要定位基面 （c）以圆柱面端部为主要定位基面图4-31 半圆套定位装置二、定位元件的选择与设计二、定位元件的选择与设计 （4）工件以组合表面定位 实际生产中机器零件的结构形状复杂，仅以单一定位表面进行定位不能满足加工要求，工件上常采用几个定位表面相组合的方式进行定位，即组合定位。常见的组合定位方法：两顶尖孔一端面一孔一端面一外圆一面两孔二、定位元件的选择与设计二、定位元件的选择与设计 工件以工件以“一面两孔一面两孔”定位的定位元件选择与设计定位的定位元件选择与设计1
24、）定位元件的选择（图4-32）图4-32 一面两孔定位定位基准面定位基准面定位元件定位元件 限制的限制的自由度自由度平面支承板孔定位销孔定位销 如图所示工件是否能顺利装入定位销？二、定位元件的选择与设计二、定位元件的选择与设计 由于两孔、两销直径和中心距都存在制造误差，为了工件能顺利装卸，定位元件的设计可采取两种方案。第一种方案第一种方案：缩小第二定位销直径缺点缺点：增大了工件的转动误差用处用处：加工要求不高的场合直径缩小后的第二销与第二孔之间的最小间隙值为：图4-33 两圆柱销限位时工件顺利装卸的条件二、定位元件的选择与设计二、定位元件的选择与设计 图4-34 菱形销的宽度第二种第二种方案方
25、案：将定位销2削边为菱形结构优优点点：只增大连心线方向上的间隙，不增大工件的转动误差，因而定位精度较高。用处用处：加工要求高的场合2LdLDa削边销与孔的最小配合间隙为min22min2DabX（4-3）满足工件顺利装卸的条件（4-4）二、定位元件的选择与设计二、定位元件的选择与设计 2）定位元件的设计步骤l 确定两销中心距尺寸及公差l 确定圆柱销的尺寸及公差l 确定菱形销的尺寸及公差基本尺寸=工件孔的最小尺寸直径公差带取g6或f7 三、定位误差的分析与计算三、定位误差的分析与计算 在机械加工过程中，为保证工件的加工精度，工件加工前必须正确的定位。在设计定位方案时，工件除了正确地选择定位基准和
26、定位元件之外，还应使选择的定位方式所产生的误差在工件允许的误差范围内。因此，需要对定位方式所产生的定位误差进行分析与计算，以确定所选的定位方式是否合理。三、定位误差的分析与计算三、定位误差的分析与计算 1工件加工误差的组成工件加工误差的组成（4-5）为了保证具具有一定的使用寿命，在分析计算工件加工精度时，需要留出一定的精度储备量CJ（4-6）三、定位误差的分析与计算三、定位误差的分析与计算 2定位误差的产生原因及其计算定位误差的产生原因及其计算 l定位误差D由定位引起的同一批工件的工序基 准在工序尺寸方向工序尺寸方向上的最大变化量。l 定位误差产生的原因：基准不重合误差B定位基准与工序基准不重
27、合而 产生的误差基准位移误差Y定位副制造误差引起了定位基准 的位移l 定位误差的主要研究对象：工件的工序基准和定位基准 三、定位误差的分析与计算三、定位误差的分析与计算 （1）基准不重合误差B 由于定位基准与工序基准不重合而造成工序基准对于定位基准在工序尺寸方向上的最大变化量称为基准不重合误差。(a)基准重合 (b)基准不重合图4-35 铣通槽定位方案当工序基准的变动方向与工序尺寸方向相同时，基准不重合误差的大小应等于工序基准与定位基准之间的联系尺寸的公差，即niB1cosi（4-7）（4-8）三、定位误差的分析与计算三、定位误差的分析与计算 （2）基准位移误差Y 由于定位副制造误差而造成定位
28、基准对其规定位置的最大变动位移。由于定位副的结构形状不同，对于基准位移的影响也有区别，因此，不同的定位方式，Y的计算也不同。常见定位方式 的Y计算:用平面支承定位 的Y计算用 V形块定位 的Y计算用定位销或心轴定位 的Y计算用定位套定位 的Y计算“一面两孔”定位 的Y计算 三、定位误差的分析与计算三、定位误差的分析与计算 1）用平面支承定位 的Y计算 通常情况 Y=0 如果定位面间存在位置误差，应考虑位置误差对基准位移的影响，详见例4-2的案例分析2）用 V形块定位 的Y计算2sin2dY图4-36 V形块定位的基准位移误差221sin2dOO（4-9）三、定位误差的分析与计算三、定位误差的分
29、析与计算 3）用定位销或心轴定位 的Y计算 l 如果心轴水平安装（图4-37）图4-37 心轴水平安装时的Y Y22dD（4-10）图4-38 对刀块位置尺寸2minXhAH对于图4-37a，任何工件，其定位基准相对于限位基准至少要下降 ，在确定对刀块到定位基准的尺寸时，需预先加以考虑，图4-38 三、定位误差的分析与计算三、定位误差的分析与计算 3）用定位销或心轴定位 的Y计算 l 如果心轴垂直安装（图4-39）（a）定位销垂直安装(b)定位孔左右移动 (c)定位孔前后移动图4-39 非固定边任意接触的定位误差minmax21XXOOdDY（4-11）三、定位误差的分析与计算三、定位误差的分
30、析与计算 4）用定位套定位的Y计算 l 如果心轴水平安装l 如果心轴垂直安装 minmax21XXOOdDY（4-11）三、定位误差的分析与计算三、定位误差的分析与计算 5）“一面两孔”定位的Y计算 工件以“一面两孔”定位常用的定位元件是支承板、圆柱销和菱形销（削边销），工件在支承板上的运动方式：基准位移误差 Y分三种情况进行计算平移转动平移后转动 三、定位误差的分析与计算三、定位误差的分析与计算 第一种：工件在两销连线方向上任意平移（图4-40a）min111max1XXdDY（4-12）第二种：工件在垂直两销连线方向上转动（图4-40b）LOOOO2211arctanLXX2max2max
31、1arctan（4-13）第三种：工件在垂直两销连线方向上平移 后再转动 （图4-40c）2YLXX2max1max2arctanmin111max1XXdDY（4-14）（4-12）三、定位误差的分析与计算三、定位误差的分析与计算 图4-40“一面两孔”定位基准位移误差的分析（a）（b）（c）需要注意需要注意：图b/c，工件可任意方向移动，计算结果应按双向转角误差计。减小减小“一面两孔一面两孔”定位误差的定位误差的措施措施：在工件上加一外力，使其角位移向单边偏转；其次是提高定位副的制造精度，减小配合间隙或采用圆锥销、可胀销等，从而减小Y。三、定位误差的分析与计算三、定位误差的分析与计算 3定
32、位误差计算示例定位误差计算示例（1）B0，Y=0：D=B B=0，Y0：D=Y（2）B0，Y0，且工序基准不在定位基面上：D=B+Y（3）B0，Y0，且工序基准在定位基面上：D=BY 若B、Y引起的工序尺寸变化方向相同，取“+”若B、Y引起的工序尺寸变化方向相反，取“-”这种情况只可能出现在工件以曲面作为定位基准面时，如工件以平面定位，由于一般情况下Y=0，所以不存在两项误差的合成问题。（4-15）三、定位误差的分析与计算三、定位误差的分析与计算 （1）工件以平面定位时的定位误差例例4-1 如图4-41所示，以A面定位加工20H8孔，求工序尺寸400.1的定位误差。解 Y=0（平面A与支承钉接
33、触较好）由图4-41可知，工序基准为B面，定位基准为A面，故基准不重合，它们之间的联系尺寸为：200.025，1000.05，且与工序尺寸400.1间的夹角=00。按式（4-8）得 =（0.05+0.1）COS=0.15(mm)所以 D=B=0.15mm图4-41 定位误差计算示例（一）niB1cosi 三、定位误差的分析与计算三、定位误差的分析与计算 （1）工件以平面定位时的定位误差(a)(b)图4-42定位误差计算示例（二）三、定位误差的分析与计算三、定位误差的分析与计算 三、定位误差的分析与计算三、定位误差的分析与计算 三、定位误差的分析与计算三、定位误差的分析与计算 （2）工件以外圆柱
34、面在V形块上定位时的定位误差 当工件在夹具V形块上以外圆柱面为定位基面时，一般认为精密加工的V形块两工作面是对称的，即可保证定位基准处于V形块的假想对称平面上，则定位基准在水平方向上的位移误差为零，而垂直方向上的位移误差 可按公式（4-9）计算。同时，V形块的定位误差还与工序尺寸的标注有关。三、定位误差的分析与计算三、定位误差的分析与计算 例例4-3 图4-44a所示为钻孔时的工序尺寸标注方法，试计算不同标注情况下的定位误差。(a)(b)(c)图4-44定位误差计算示例（三）三、定位误差的分析与计算三、定位误差的分析与计算 三、定位误差的分析与计算三、定位误差的分析与计算 图4-45 定位误差
35、计算示例（四）三、定位误差的分析与计算三、定位误差的分析与计算 （3）工件以圆孔在心轴（或短圆销）上定位时的定位误差 由于定位心轴可以水平安装，也可以垂直安装，因此，工件的基准位移误差 Y的不同，导致其定位误差也不同。图4-46 定位误差计算示例（五）三、定位误差的分析与计算三、定位误差的分析与计算 三、定位误差的分析与计算三、定位误差的分析与计算 的定位误差为 三、定位误差的分析与计算三、定位误差的分析与计算 三、定位误差的分析与计算三、定位误差的分析与计算 （4）工件以“一面两孔”定位时的定位误差 由前面分析可知，工件以“一面两孔”定位时，工件在支承板上的运动方式有平移、转动、平移后转动等
36、三种，因此，基准位移误差Y 也分三种情况。在实际生产中，为了判定定位方案是否能保证某个工序尺寸，需要根据该工序尺寸在夹具中的具体位置可能产生的最大定位误差进行计算。三、定位误差的分析与计算三、定位误差的分析与计算 图4-47 定位误差计算示例（六）三、定位误差的分析与计算三、定位误差的分析与计算 图4-48加工孔A/B产生的基准位移误差示意图 三、定位误差的分析与计算三、定位误差的分析与计算 图4-48加工孔A/B产生的基准位移误差示意图 三、定位误差的分析与计算三、定位误差的分析与计算 图4-48加工孔A/B产生的基准位移误差示意图 四、定位方案设计示例四、定位方案设计示例 1定位方案设计的
37、基本原则定位方案设计的基本原则l 遵循基准重合原则 l 遵循基准统一 l 合理选择定位基准l 装夹方便 四、定位方案设计示例四、定位方案设计示例 2定位方案设计的步骤定位方案设计的步骤l 分析与加工要求有关的自由度l 选择定位基准并确定定位方式l 选择定位元件结构l 分析定位误差并审核定位精度l 绘图图4-49 拨叉钻孔工序简图图4-50 拨叉各定位元件的结构及布置 四、定位方案设计示例四、定位方案设计示例 图4-51 拨叉夹具的总体结构1-钻模板 2-钻套 3-定位轴 4-夹具体 5-支承钉 6-钩形压板 7-螺母 8-锁紧螺钉 9-定位销第三节第三节 工件的夹紧方案设计工件的夹紧方案设计主
38、要内容主要内容一、夹紧机构的设计一、夹紧机构的设计原则原则二、夹紧力的确定二、夹紧力的确定原则原则三、典型夹紧三、典型夹紧机构机构四、夹紧的动力装置四、夹紧的动力装置 一、夹紧机构的设计一、夹紧机构的设计原则原则 1夹紧装置的组成夹紧装置的组成 动力装置指动力源，常用的有气压、液压、电力中间传力机构夹紧元件 直接与工件接触的元件，它是最终执行元件手动夹紧装置用人的体力对工件夹紧机动夹紧装置用气动、液压、电动及机床运动对工件夹紧图4-52 夹紧装置的组成1-气缸 2-斜楔 3-滚子 4-压板 5-工件一、夹紧机构的设计一、夹紧机构的设计原则原则 2夹紧装置的设计原则夹紧装置的设计原则 在夹紧工件
39、的过程中，夹紧作用的效果会直接影响工件的加工精度、表面粗糙度及生产效率，因此设计夹紧装置应遵循以下原则:l工件不移动原则 l工件不变形原则 l工件不振动l安全可靠原则 l经济实用原则二、夹紧力的确定原则二、夹紧力的确定原则 设计夹紧装置时，夹紧力的确定包括夹紧力的方向、方向、作用点和大小作用点和大小三个要素。这是一个综合性问题，必须结合工件的形状、尺寸、重量和加工要求，定位元件的结构及工件的形状、尺寸、重量和加工要求，定位元件的结构及布置方式，切削力的大小布置方式，切削力的大小等具体情况来考虑。二、夹紧力的确定原则二、夹紧力的确定原则 1.夹紧力方向的确定夹紧力方向的确定 夹紧力的方向主要与定
40、位元件的配置情况及工件所受外力的方向等有关，确定的原则是：l 夹紧力应垂直指向主要定位基准面（图4-54）l 夹紧力的方向有利于减少夹紧力（图4-55）l 夹紧力的方向应作用于工件刚性高的方向（图4-56）图5-54 夹紧力垂直指向主要定位基准面二、夹紧力的确定原则二、夹紧力的确定原则 二、夹紧力的确定原则二、夹紧力的确定原则 2.选择夹紧力作用点的原则选择夹紧力作用点的原则 选择夹紧力的作用点和数目，应遵循使工件夹紧稳定、可靠，不破坏工件定位，以及使夹紧变形尽量小的原则。l 夹紧力的作用点必须在定位元件支承面上或在几个定位元件所形成的支承面内（图4-57）l 夹紧力的作用点应在工件刚性较好的
41、部位上（图4-58）l 夹紧力作用点应靠近加工表面（图4-59）二、夹紧力的确定原则二、夹紧力的确定原则 图4-57 防止工件倾斜图4-58 夹紧力作用点对工件变形的影响二、夹紧力的确定原则二、夹紧力的确定原则 图4-59 夹紧点靠近加工表面图4-60 增设辅助支承和辅助夹紧力二、夹紧力的确定原则二、夹紧力的确定原则 3夹紧力大小的估算夹紧力大小的估算夹紧力FW可根据切削力和工件重力的大小、方向及相互位置关系，由静力平衡方程静力平衡方程计算。考虑到工件切削过程的变化因素和安全性，实际夹紧力为：FWK=KFWFWK实际夹紧力(N)FW 理论夹紧力（N)，K 安全系数，粗加工，K=2.53 精加工
42、，K=1.52 K=KOK1K2K3K4K5K6 详见表4-2、4-3（4-18）（4-19）二、夹紧力的确定原则二、夹紧力的确定原则 二、夹紧力的确定原则二、夹紧力的确定原则 二、夹紧力的确定原则二、夹紧力的确定原则 表4-4常见夹紧形式所需夹紧力的计算公式二、夹紧力的确定原则二、夹紧力的确定原则 表4-4常见夹紧形式所需夹紧力的计算公式（续）二、夹紧力的确定原则二、夹紧力的确定原则 表4-4常见夹紧形式所需夹紧力的计算公式（续）二、夹紧力的确定原则二、夹紧力的确定原则 表4-4常见夹紧形式所需夹紧力的计算公式（续）二、夹紧力的确定原则二、夹紧力的确定原则 表4-5 各种不同接触表面之间的摩
43、擦系数接触表面的形式摩擦系数接触表面的形式摩擦系数接触表面均为加工后的光滑表面0.120.25夹具夹紧元件的淬硬表面在垂直主切削力方向有齿纹0.4工件表面为毛坯，夹具支承面为球面0.20.3夹具夹紧元件的淬硬表面有相互垂直的齿纹0.40.5夹具夹紧元件的淬硬表面在沿主切削力方向有齿纹0.3夹具夹紧元件的淬硬表面有网状齿纹0.70.8 三、典型夹紧机构三、典型夹紧机构 斜楔夹紧机构螺旋夹紧机构偏心夹紧机构定心夹紧机构联动夹紧机构 三、典型夹紧机构三、典型夹紧机构 1.斜楔夹紧机构斜楔夹紧机构（1）工作原理 利用楔块上的斜面移动产生的压力来直接或间接将工件夹紧的机构。图4-61 斜楔夹紧机构1斜楔
44、 2工件 3夹具体 4压板 5滑柱 三、典型夹紧机构三、典型夹紧机构 （2）斜楔机构夹紧力的计算图4-62 斜楔受力分析)tan(tan21QFWF（4-20）三、典型夹紧机构三、典型夹紧机构 （3）斜楔机构的特点图4-62 斜楔受力分析l斜楔机构的自锁条件（4-21）手动夹紧=68 自锁机动12 非自锁机动=1530双斜面夹紧12（图4-61b）三、典型夹紧机构三、典型夹紧机构 （3）斜楔机构的特点图4-62 斜楔受力分析l具有自锁作用l能改变夹紧作用力的方向l具有增力作用l斜楔的夹紧行程小（4-22）三、典型夹紧机构三、典型夹紧机构 2.螺旋螺旋夹紧机构夹紧机构（1）工作原理 采用螺旋装置
45、直接夹紧或与其他元件组合实现夹紧工件的机构。螺钉螺母垫圈压板组成图4-63 螺旋夹紧机构1螺杆 2螺母 3活动压块 4工件 5球面螺母 6锥面垫圈图4-64标准活动压块 三、典型夹紧机构三、典型夹紧机构 （2）单螺旋夹紧机构的夹紧力计算 图4-65 螺旋夹紧受力图2122tan)tan(rLFWdQF（4-23）三、典型夹紧机构三、典型夹紧机构 表4-6 螺杆端部的当量摩擦半径 三、典型夹紧机构三、典型夹紧机构 （3）螺旋夹紧机构的特点 l 自锁性好，夹紧可靠（40）l 螺旋夹紧的增力比较大l 夹紧行程不受限制（图4-66）l 结构简单，制造容易（图4-67）2122tan)tan(rLFFP
46、dQWi 三、典型夹紧机构三、典型夹紧机构 图4-66 快速螺旋夹紧机构1螺杆 2手柄 3活动压块 4开口垫圈 5螺母 6铰链板 7螺钉 三、典型夹紧机构三、典型夹紧机构 图4-67 典型螺旋压板夹紧机构（a）、（b）移动压板 （c）铰链压板 （d）钩形压板1工件 2压板 三、典型夹紧机构三、典型夹紧机构 3偏心夹紧机构偏心夹紧机构 结构简单，制造容易，使用较广阿基米德螺旋线对数螺旋线圆偏心曲线偏心升角变化均匀，夹紧稳定可靠，制造困难，很少采用 三、典型夹紧机构三、典型夹紧机构 （1）工作原理图4-68 圆偏心夹紧机构工作原理图 三、典型夹紧机构三、典型夹紧机构 （2）结构特点 l 圆偏心轮的
47、升角是变值l 圆偏心轮的夹紧行程及工作区域l 圆偏心轮的自锁条件 三、典型夹紧机构三、典型夹紧机构 （3）夹紧力的计算图4-69 圆偏心机构夹紧力分析)tan(tan21PQFWF)tan(tan21PQLF 三、典型夹紧机构三、典型夹紧机构 （4）适用范围图4-70 圆偏心组合夹紧机构（a）、（b）圆偏心轮与压板组合 （c）偏心轴与拉杆组合 （d）偏心圆弧与铰链压板组合 （e）凸轮与铰链组合 （f）凸轮与杆杠组合 三、典型夹紧机构三、典型夹紧机构 4定心夹紧机构定心夹紧机构l 属于特殊夹紧机构，具有定心和夹紧作用l 定位、夹紧元件“合二为一”l 工作原理是利用“定位夹紧”元件的等速移动或均匀
48、弹性变形来实现定心或对中。l 用途：因Y=0，适合于定位精度高的场合 三、典型夹紧机构三、典型夹紧机构 常见结构形式常见结构形式三爪卡盘斜楔式定心夹紧机构螺旋定心夹紧机构弹性筒夹液性塑料定心夹紧机构 三、典型夹紧机构三、典型夹紧机构 图4-71 斜楔定心夹紧机构1滑块 2滑套 3拉杆 三、典型夹紧机构三、典型夹紧机构 图4-72 螺旋式定心夹紧机构1、5滑座；2、4V形块钳口；3调节杆；6双向螺杆 三、典型夹紧机构三、典型夹紧机构 图4-73 弹性定心夹紧机构1夹具体 2弹性筒夹 3锥套 4螺母 5心轴 三、典型夹紧机构三、典型夹紧机构 图4-74 液性介质弹性夹具1夹具体 2薄壁套筒 3液性
49、塑料 4滑柱 5螺钉 6限位螺钉 三、典型夹紧机构三、典型夹紧机构 5联动夹紧机构联动夹紧机构图4-75 浮动压头夹紧机构单件多点联动夹紧机构（图4-75、76）多件联动夹紧机构（图4-77、78）联动夹紧机构必须设计浮动环浮动环节节 三、典型夹紧机构三、典型夹紧机构 图4-76 多点联动夹紧机构（a）、(b)双向联动夹紧机构 （c）平行联动夹紧机构 三、典型夹紧机构三、典型夹紧机构 图4-77 液性介质联动夹紧机构 三、典型夹紧机构三、典型夹紧机构 图4-78 多件联动夹紧机构四、夹紧的动力装置四、夹紧的动力装置 在大批量生产中，为提高生产率、降低操作者劳动强度，大多数夹具都采用机动夹紧装置
50、，按驱动方式分：气动液动气-液联合驱动（图4-81）电（磁）驱动真空吸附（4-82）活塞式气缸（4-79）薄膜式气缸（4-80）四、夹紧的动力装置四、夹紧的动力装置 图4-79 双作用固定式活塞气缸1前盖 2气缸体 3活塞 4密封圈 5后盖四、夹紧的动力装置四、夹紧的动力装置 图4-80 薄膜式气缸1气管街头 2薄膜 3左气缸壁 4右气缸壁 5推杆 6弹簧四、夹紧的动力装置四、夹紧的动力装置 图4-81 气-液联合夹紧工作原理图四、夹紧的动力装置四、夹紧的动力装置 图4-82 真空夹紧装置第四节第四节 典型机床夹具的结构特点典型机床夹具的结构特点 主要内容主要内容一一、车床夹具、车床夹具二、铣
