1、数控加工工艺学第3章 工件的定位和夹紧3.1 机床夹具概述3.2 工件的定位3.3 定位方式及定位元件3.4 工件的夹紧3.5 常用夹紧机构一、工件的安装工件在机床上加工时，为保证加工精度和提高生产率，必须使工件在机床上相对刀具占有正确的位置，这个过程称为定位。为了防止切削过程中定位受外力作用而遭到破坏，还必须对工件施加夹紧力，这个过程称为夹紧。定位和夹紧两个过程合称为安装，有时也称为装夹。3.1 机床夹具概述二、安装方法根据工件不同的生产条件，可以有不同的安装方法，大致可以归纳为直接找正安装法、划线找正安装法和夹具安装法3种。1直接找正安装法操作人员借助于划针盘上的划针、角尺、百分表等工具，
2、通过目测，一边校验，一边调整，来找正工件在机床上的位置，然后将其夹紧，这种安装法叫做直接找正安装法。3.1 机床夹具概述2划线找正安装法对于一些批量不大的重、大、复杂的工件，或使用夹具有困难时，往往先在待加工表面划好线，然后装上机床按所划的线进行找正定位，最后将其夹紧。这种方法叫做划线找正安装法。3夹具安装法机械加工中所使用的机床夹具是一种能使工件在机床上快速实现定位并夹紧的附加工艺装置。它在工件未安装已预先调整好机床与刀具间正确的相对位置，所以加工一批工件时，不必逐个找正定位，将工件直接安装在夹具中就能保证加工技术要求。3.1 机床夹具概述三、机床夹具的分类机床夹具的分类方法很多，根据夹具的
3、通用化程度和使用范围，机床夹具可分为通用夹具、专用夹具、通用可调夹具与成组夹具、组合夹具和随行夹具5大类。(1)通用夹具。通用夹具是指已经标准化的，在一定范围内可用于加工不同工件的夹具。其特点是适应性广，生产效率低，主要适用于单件、小批量的生产中。(2)专用夹具。专用夹具是指专为某一工件的某道工序而专门设计的夹具。其特点是结构紧凑，操作迅速、方便、省力，可以保证较高的加工精度和生产效率，但设计制造周期较长、制造费用也较高。3.1 机床夹具概述(3)通用可调夹具和成组夹具。其特点是夹具的部分元件可以更换，部分装置可以调整，以适应不同零件的加工。用于相似零件的成组加工所用的夹具，称为成组夹具。(4
4、)组合夹具。组合夹具是指按零件的加工要求，由一套事先制造好的标准元件和部件组装而成的夹具。由专业厂家制造，其特点是灵活多变，万能性强，制造周期短、元件能反复使用，特别适用于新产品的试制和单件小批量生产。(5)随行夹具。随行夹具是自动线夹具的一种。自动线夹具基本可分为两类：一类为固定式夹具，它与一般专用夹具相似；另一类为随行夹具。此外，按使用机床类型可分为车床夹具、铣床夹具、钻床夹具、镗床夹具、磨床夹具、齿轮机床夹具和其他机床夹具等。按驱动夹具工作的动力源可分为气动夹具、液压夹具、气液夹具、电动夹具、磁力夹具和真空夹具等。3.1 机床夹具概述四、机床夹具的组成机床夹具通常由定位元件、夹紧装置、安
5、装连接元件、导向元件、对刀元件和夹具体等几个部分组成，如图3-1所示。3.1 机床夹具概述图3-1 钻床夹具（1）定位元件。用于确定工件在夹具中的位置。如图3-1中的定位销6。（2）夹紧装置。用于将工件压紧夹牢，保证工件在加工过程中受到外力作用时不离开已经占据的正确位置。如图3-1中的螺母5和开口垫圈4。(3)安装连接元件。用于确定夹具在机床上的位置，从而保证工件与机床直接的正确位置。(4)导向元件和对刀元件。用于确定刀具位置并引导刀具进行加工的元件，称为导向元件，如图3-1所示的快换钻套1。用于确定刀具在加工前正确位置的元件，称为对刀元件，如对刀块。(5)夹具体。夹具体是夹具的基础件，用来连
6、接夹具上各个元件或装置，使之成为一个整体。3.1 机床夹具概述五、机床夹具的功用机械加工中所使用的机床夹具，其主要功能归纳如下。(1)保证产品的加工质量。(2)提高生产率和降低加工成本。(3)扩大机床的工艺范围。(4)改善工人劳动条件。3.1 机床夹具概述一、六点定位原理1自由度的概念由刚体运动学可知，一个自由刚体，在空间有且仅有6个自由度。如图3-2所示。3.2 工件的定位图3-2 工件的6个自由度2六点定位原则在机械加工中，要完全确定工件在夹具中的正确位置，必须用六个相应的支承点来限制工件的六个自由度，称为“六点定位原理”。如图3-3中所示。3.2 工件的定位图3-3 工件的6点定位3定位
7、与夹紧的关系定位与夹紧的任务是不同的，夹紧不能取代定位。若认为工件被夹紧，位置不能动，工件的自由度都已限制，这种理解是错误的。另一方面，若认为工件在夹紧前仍可在定位元件的反方向有运动的可能，因而自由度并未限制，位置也不确定，这种理解也是错误的。夹紧的作用是使工件不离开各个定位元件。3.2 工件的定位二、定位支承点的演化定位点是以定位元件来体现的，即支承点不一定用点或销的顶端，而常用面或线来代替。2个点决定一条直线，3个点决定一个平面，即一条直线可以代替2个支承点，一个平面可代替3个支承点。在常用的定位元件中，长V型块相当于4个定位点，短V型块相当于两个定位点；固定顶尖相当于3个定位点，而活动（
8、浮动、移动）顶尖相当于两个定位点；固定短锥面相当于3个定位点，活动短锥面相当于两个定位点；小平面（含挡销、止销）相当于一个定位点；长圆柱面相当于4个定位点，短圆柱面相当于两个定位点；长三爪卡盘相当于4个定位点，而短三爪卡盘（工件被夹持部分较短）相当于两个定位点。3.2 工件的定位三、定位的类型1完全定位与不完全定位（1）完全定位。工件的6个自由度完全被限制的定位情况，如图3-4(c)所示。（2）不完全定位。工件的6个自由度不需完全被限制的定位情况，如图3-4(a)和图3-4(b)所示。完全定位和不完全定位，这两种定位类型都是正确可行的，生产中被广泛采用。3.2 工件的定位3.2 工件的定位图3
9、-4 工件应限自由度的确定2欠定位与过定位(1)工件加工时必须限制的自由度未被完全限制，称为欠定位。欠定位不能保证工件的正确安装位置，因而是不允许的。3.2 工件的定位图3-5 欠定位示例(2)过定位。工件的同一自由度被两个或两个以上的支撑点重复限制的定位，称为过定位。在通常情况下，应尽量避免出现过定位。如图3-6所示给出常见的几种过定位的例子。3.2 工件的定位图3-6 常见的几种过定位实例3.2 工件的定位如图3-6(b)所示为孔与端面联合定位。由于大端面可以限制3个自由度（、），而长销可以限制4个自由度（x、z、），因此，、受到重复限制而出现过定位。此时可采取如下措施解决。长销与小端面组
10、合，此时小端面只限制一个自由度y（图3-7(a)）。短销与大端面组合，此时短销只限制两个自由度x与z（图3-7(b)）。长销与球面垫圈组合，此时球面垫圈只限制一个自由度y（图3-7(c)）。xyzxzxz3.2 工件的定位图3-7 改善过定位的措施第三节定位方式及定位元件一、工件以平面定位平面定位的主要形式有固定支承、可调支承、自位支承和辅助支承等4种。（1）固定支承。支承的高矮尺寸是固定的，使用时不能调整高度。常用的有支承钉和支承板两种。支承钉。如图3-8所示为用于平面定位的几种常用支承钉，常用于工件平面定位的3点支承和侧面支承。支承板。如图3-9所示为两种常用的支承板3.3 工件方式及定位
11、元件3.3 工件方式及定位元件(a)平顶支承钉；(b)圆顶支承钉；(c)网纹顶支承钉；(d)带衬套支承钉 图3-8 几种常用支承钉 3.3 工件方式及定位元件(a)为平板式支承板；(b)斜槽式支承板 图3-9 两种常用的支承板（2）可调支承。可调支承的顶端位置可以在一定的范围内调整。如图3-10所示为几种常用的可调支承典型结构。3.3 工件方式及定位元件1可调支承螺钉；2螺母图3-10 几种常见可调支承（3）自位支承。自位支承是一种支承本身可随工件定位表面位置的变化而自动与之相适应的一种定位支承。如图3-11所示是几种常见的自位支承结构。3.3 工件方式及定位元件图3-11 几种常见的自位支承
12、结构（4）辅助支承。辅助支承是在工件实现定位后才参与支承的定位元件。图3-12为常用的几种辅助支承类型。3.3 工件方式及定位元件1支承；2螺母；3手轮；4楔块图3-12 常见的几种辅助支承二、工件以外圆定位工件以外圆柱面作定位基准时，可以在V形块、定位套、半圆套及圆锥套中定位。其中最常用的是在V形块中定位。1V形块定位V形块俗称元宝铁。V形块有固定式和活动式两种。如图3-13(a)所示用于较短的精基准定位；如图3-13(b)所示用于较长或阶梯轴的粗基准定位；如图3-13(c)所示用于较长或阶梯轴的精基准定位；如图3-13(d)所示用于工件较长且定位基面较粗的场合。3.3 工件方式及定位元件3
13、.3 工件方式及定位元件图3-13 常用固定式V形块3.3 工件方式及定位元件图3-14 活动式V形块应用实例2定位套定位3.3 工件方式及定位元件（a）短定位套定位；（b）长定位定位图3-15 工件在定位套内定位 3半圆套定位3.3 工件方式及定位元件（a）可卸式；（b）铰链式 图3-16 半圆套结构简图 4圆锥套定位3.3 工件方式及定位元件1夹具体锥柄 2传动螺钉 3定位圆锥套 4工件 5后顶尖 图3-17 工件在圆锥套中定位 三、工件以圆柱孔定位1圆柱销定位3.3 工件方式及定位元件图3-18 几种常用的圆柱定位销 2圆锥销定位如图3-19(a)所示用于粗基准，如图3-19(b)所示用
14、于精基准。3.3 工件方式及定位元件图3-19 圆锥销3.3 工件方式及定位元件图3-20 双圆锥销定位3定位心轴定位定位心轴也是一种常见的孔用定位元件，如图3-21所示。3.3 工件方式及定位元件图3-21 几种常见的圆柱心轴(1)间隙定位心轴（图3-21a）(2)过盈配合心轴（图3-21b）(3)小锥度心轴（图3-21c）四、工件以组合表面定位 3.3 工件方式及定位元件1平面；2短圆柱销；3短削边销图3-22 组合表面定位示例一、对夹紧机构的基本要求工件夹紧对夹紧机构的基本要求如下。（1）夹紧过程平稳。夹紧时不破坏工件在定位时所占据的正确位置。（2）夹紧作用可靠。夹紧力既要足以防止工件在
15、加工中的移动和振动，又要使工件不产生变形。夹紧机构要有自锁作用，即当原始作用力去除后，工件仍能保持夹紧状态而不松开，安全可靠。(3)夹紧迅速简单。夹紧机构力求简单、紧凑、操作方便，便于制造和维修。3.4 工件的夹紧二、夹紧装置的组成夹紧装置的组成，如图3-23所示，由以下3部分组成。1动力源装置；2传力机构；3夹紧元件3.4 工件的夹紧1气缸；2杠杆；3压板图3-23 夹紧装置的组成三、确定夹紧力的基本原则1夹紧力的方向（1）夹紧力的方向应朝向主要定位基面。如图3-24(a)所示。3.4 工件的夹紧图3-24夹紧力方向示意(2)夹紧力的方向应有利于减小夹紧力。如图3-25所示为工件在夹具中加工
16、时常见的几种受力情况。显然，图3-25(a)为最合理，如图3-25(f)情况为最差。3.4 工件的夹紧图3-25 夹紧力方向与夹紧力大小的关系(3)夹紧力的方向应尽量使工件变形减小。3.4 工件的夹紧图3-26 套筒夹紧方向选择2夹紧力作用点的选择(1)夹紧力的作用点应落在定位元件的支承面内。如图3-27所示，夹紧力作用在支承面之外，导致工件倾斜和移动，破坏工件的定位。3.4 工件的夹紧图3-27 夹紧力作用点应在支承面内(2)夹紧力的作用点应选在工件刚性较好的部位，如图3-28所示。3.4 工件的夹紧图3-28 夹紧力作用点应在刚性较好的部位(3)夹紧力的作用点应尽量靠近加工表面。如图3-2
17、9所示。3.4 工件的夹紧图3-29 夹紧力作用点应靠近加工表面3夹紧力大小的估算式中，为实际所需的夹紧力；为理论上所需夹紧力；K为安全系数，粗加工时，取K2.53；精加工时，取K1.52。3.4 工件的夹紧QKQ理实Q实Q理一、斜楔式夹紧机构3.5 常用夹紧机构1夹具体；2斜楔；3工件图3-30 夹紧力作用点应在刚性较好的部位二、螺旋夹紧机构3.5 常用夹紧机构1夹紧手柄；2螺纹衬套；3防转螺钉4夹具体；5浮动压块；6工件图3-31 单螺旋夹紧机构三、螺旋与压板的组合夹紧机构3.5 常用夹紧机构1基座；2钩形压板；3夹紧螺母；4双头螺母5弹簧；6固定螺钉；7螺钉图3-32 螺旋压板组合夹紧机构四、偏心夹紧机构3.5 常用夹紧机构图3-33 圆偏心夹紧偏
