第3章 工件在夹具中的定位与夹紧.ppt

3.1 3.1 工件的定位工件的定位3.2 3.2 工件的夹紧工件的夹紧3.3 3.3 夹具的连接元件、对刀装置和引导元件夹具的连接元件、对刀装置和引导元件3.4 3.4 常见机床夹具常见机床夹具工件在夹具中的 定位与夹紧第3章 3.1 3.1 工件的定位工件的定位工件定位目的：工件定位目的：使同批工件在机床或夹具上有正确位置使同批工件在机床或夹具上有正确位置1.1.工件的定位方法工件的定位方法 (1)(1)直接找正定位直接找正定位 效率低，适于单件小批生产和定位精度要求较高的情况效率低，适于单件小批生产和定位精度要求较高的情况 (2)(2)划线找正定位划线找正定位 适于单件小批生产或毛坯精度较低、大型工件粗加工适于单件小批生产或毛坯精度较低、大型工件粗加工 (3)(3)夹具中定位夹具中定位 效率高，易保证质量，广泛用于批量生产效率高，易保证质量，广泛用于批量生产 2.2.工件的定位工件的定位 (1)(1)六点定位原理六点定位原理 未定位工件在空间有六个自由度，未定位工件在空间有六个自由度，定位就是限制其自由度。定位就是限制其自由度。合理布置六个定位支承点，使工合理布置六个定位支承点，使工件上的定位基面与其接触，一个件上的定位基面与其接触，一个支承点限制工件一个自由度，使支承点限制工件一个自由度，使工件六个自由度被完全限制，在工件六个自由度被完全限制，在空间得到唯一确定的位置，此即空间得到唯一确定的位置，此即六点定位原理六点定位原理。实际中一个定位元件可体现一个或多个支承点，实际中一个定位元件可体现一个或多个支承点，视具体工作方式及其与工件接触范围大小而定视具体工作方式及其与工件接触范围大小而定定位与夹紧的区别：定位与夹紧的区别：定位是使工件占有一个正定位是使工件占有一个正确的位置，夹紧是使工件保持这个正确位置。确的位置，夹紧是使工件保持这个正确位置。(2)(2)完全定位与不完全定位完全定位与不完全定位工件的六个自由度被完全限制的定位称工件的六个自由度被完全限制的定位称完全定位，完全定位，允许少于六点的定位称为允许少于六点的定位称为不完全定位。不完全定位。都是合理的定位方式。都是合理的定位方式。考虑定位方案时，先分析必须消除哪些自由度，考虑定位方案时，先分析必须消除哪些自由度，再以相应定位点去限制。再以相应定位点去限制。(3)(3)欠定位与过定位欠定位与过定位工件应限制的自由度未被限制的定位，为工件应限制的自由度未被限制的定位，为欠定位，欠定位，在实际生产中是绝对不允许的。在实际生产中是绝对不允许的。工件一个自由度被两个或以上支承点重复限制的工件一个自由度被两个或以上支承点重复限制的定位称为定位称为过定位过定位或重复定位或重复定位。一般来说也是不合。一般来说也是不合理的。理的。过定位造成的后果：过定位造成的后果：（1 1）使工件或夹具元件变形，引起加工误差；）使工件或夹具元件变形，引起加工误差；（2 2）使部分工件不能安装，产生定位干涉（如一面两销）使部分工件不能安装，产生定位干涉（如一面两销）过定位一般是不允许的，但在精加工时也可看到。过定位一般是不允许的，但在精加工时也可看到。消除过定位及其干涉的途径：消除过定位及其干涉的途径：1.1.改变定位元件结构，消除对自由度的重复改变定位元件结构，消除对自由度的重复 限制，如长销改成短销；限制，如长销改成短销；2.2.提高工件定位基面之间的位置精度，提高提高工件定位基面之间的位置精度，提高 夹具定位元件之间的位置精度，减少或消夹具定位元件之间的位置精度，减少或消 除过定位引起的干涉，精加工时可增加刚除过定位引起的干涉，精加工时可增加刚 度和定位稳定性。度和定位稳定性。3.3.常见定位方法与定位元件常见定位方法与定位元件(1)(1)工件以平面定位工件以平面定位1)1)固定支承（支承钉固定支承（支承钉、支承板支承板）1)1)固定支承（支承钉、支承板）固定支承（支承钉、支承板）2)2)可调支承可调支承 多用于毛面定位，每批调整一次多用于毛面定位，每批调整一次，以补偿各批以补偿各批 毛坯误差毛坯误差3)3)自位支承自位支承支承本身可支承本身可随工件定位随工件定位基准面的变基准面的变化而自动适化而自动适应，一般只应，一般只限制一个自限制一个自由度，即一由度，即一点定位。点定位。4)4)辅助支承辅助支承 在工件定位后才参与支承的元件，不限制自由度，在工件定位后才参与支承的元件，不限制自由度，主要用于提高工件的刚度和定位稳定性。主要用于提高工件的刚度和定位稳定性。(2)(2)工件以圆孔定位工件以圆孔定位 1 1）定位销）定位销 分固定式和可换式，圆柱销和菱形销分固定式和可换式，圆柱销和菱形销2 2）圆锥销）圆锥销 常用于工件孔端的定位，可限制三个自由度常用于工件孔端的定位，可限制三个自由度 3 3）定位心轴）定位心轴 主要用于盘套主要用于盘套 类零件的定位类零件的定位圆孔定位分析圆孔定位分析(3)(3)工件以外圆表面定位工件以外圆表面定位 1 1）定位套筒）定位套筒 2 2）半圆定位座）半圆定位座 常用于大型轴类工件的定位常用于大型轴类工件的定位3 3）V V形块定位形块定位 结构尺寸已标准化，斜面夹角有结构尺寸已标准化，斜面夹角有609012060901204 4）外圆定心夹紧）外圆定心夹紧 三爪卡盘、双三爪卡盘、双V V形铁定心夹紧、弹簧夹头形铁定心夹紧、弹簧夹头外外圆定位分析圆定位分析圆锥孔定位分析圆锥孔定位分析(5)(5)组合表面定位组合表面定位 1 1）一个平面和与其垂直的两个孔组合）一个平面和与其垂直的两个孔组合这种定位属于过定位这种定位属于过定位解决办法是：解决办法是：将销将销2 2做成做成削边销削边销 2 2）一平面和与其垂直的两外圆柱面组合）一平面和与其垂直的两外圆柱面组合3 3）一孔和一平行于孔中心线的平面组合）一孔和一平行于孔中心线的平面组合（1）基准分类）基准分类 1）设计基准）设计基准4.4.定位基准的选择定位基准的选择2 2）工艺基准）工艺基准 工序基准工序基准 工序图上用来确定本工序所加工工序图上用来确定本工序所加工 表面加工后的尺寸、形状、位置的基准表面加工后的尺寸、形状、位置的基准 定位基准定位基准 a.粗基准和精基准粗基准和精基准 b.附加基准附加基准 测量基准测量基准 装配基准装配基准基基 准准设计基准设计基准工艺基准工艺基准工序基准工序基准定位基准定位基准测量基准测量基准装配基准装配基准粗基准粗基准精基准精基准辅加基准辅加基准基准分类归纳如下：基准分类归纳如下：在保证得到所选精基准的前提下确定粗基准在保证得到所选精基准的前提下确定粗基准 选择粗基准一般应遵循以下原则：选择粗基准一般应遵循以下原则：1）选择不加工面为粗基准选择不加工面为粗基准 2）合理分配加工余量的原则合理分配加工余量的原则 3）便于工件装夹原则）便于工件装夹原则 4）同方向上粗基准不得重复使用）同方向上粗基准不得重复使用（2）粗基准的选择）粗基准的选择主要应保证加工精度和装夹方便主要应保证加工精度和装夹方便选择精基准一般应遵循以下原则：选择精基准一般应遵循以下原则：1 1）基准重合原则基准重合原则 设计设计(工序工序)与定位与定位 2）基准统一原则基准统一原则 各工序的基准相同各工序的基准相同 3）互为互为基准基准原则原则 两表面位置精度高两表面位置精度高 4）自为基准原则自为基准原则 加工余量小而均匀加工余量小而均匀（3）精基准的选择）精基准的选择5.5.定位误差的分析计算定位误差的分析计算 定位误差概念定位误差概念 指一批工件在夹具中定位时，工件的设计基准（或工序指一批工件在夹具中定位时，工件的设计基准（或工序 基准）在加工尺寸方向上的最大变动量，以基准）在加工尺寸方向上的最大变动量，以d dw w 表示。表示。成批加工工件时，夹具相对机床的位置及切削运动成批加工工件时，夹具相对机床的位置及切削运动的行程调定后不再变动，可认为加工面的位置是固定的。的行程调定后不再变动，可认为加工面的位置是固定的。但因一批工件中每个工件在尺寸形状及表面相互位置上但因一批工件中每个工件在尺寸形状及表面相互位置上均存在差异，所以定位后各表面有不同的位置变动。均存在差异，所以定位后各表面有不同的位置变动。定位误差定位误差包括包括基准不重合误差和基准位移误差基准不重合误差和基准位移误差1 1）基准不重合误差）基准不重合误差B 其其大小等于设计基准与定位基大小等于设计基准与定位基准间联系尺寸在加工尺寸方向上的变动量（公差）。准间联系尺寸在加工尺寸方向上的变动量（公差）。一次安装加工两孔一次安装加工两孔A和和B，孔，孔B在在X方向定位基准方向定位基准C与设计基与设计基准准A不不重合，基准不重合误差为联系尺寸重合，基准不重合误差为联系尺寸22的公差的公差0.22 2）基准位移误差）基准位移误差Y 是是指工件的定位基准在加工尺寸方指工件的定位基准在加工尺寸方 向上的变动量。由工件定位面和夹具定位元件的制造误差向上的变动量。由工件定位面和夹具定位元件的制造误差 以及两者之间的间隙所引起。以及两者之间的间隙所引起。常见定位方式定位误差计算常见定位方式定位误差计算(1)(1)以平面定位时的定位误差计算以平面定位时的定位误差计算(2)(2)以圆孔定位时的定位误差计算以圆孔定位时的定位误差计算平面度误差很小，定位副制造不准确误差可忽略，所平面度误差很小，定位副制造不准确误差可忽略，所以定位误差主要由基准不重合引起。以定位误差主要由基准不重合引起。工件孔与定位心轴无间隙配合，不存在定位副制造工件孔与定位心轴无间隙配合，不存在定位副制造 不准确误差，定位精度较高。不准确误差，定位精度较高。工件单向靠紧定位，如定位心轴水平放置，或在夹工件单向靠紧定位，如定位心轴水平放置，或在夹 紧力作用下单向推移工件靠紧定位。紧力作用下单向推移工件靠紧定位。定位心轴水平放置定位心轴水平放置单向推移工件靠紧定位单向推移工件靠紧定位A孔孔 Dmax=D+TD Dmin=D 轴轴 dmax=d dmin=d-Td O1Omax=OA-O1A=(D+TD)/2-(d-Td)/2 O1Omin=D/2-d/2 因基准位移造成的加工误差为：因基准位移造成的加工误差为：jw=O1Omax-O1Omin=(TD+Td)/2 工件进行回转加工工件进行回转加工孔孔 Dmax=D+TD Dmin=D 轴轴 dmax=d dmin=d-Td影响同轴度的基准影响同轴度的基准位移误差为：位移误差为：jw=O1Omax=OA-O1A=(D+TD)/2-(d-Td)/2=(TD+Td+Xmin)/2A 工件孔与垂直放置的心轴间隙配合工件孔与垂直放置的心轴间隙配合 jw=TD+Td+Xmin(3)(3)以外圆定位时的定位误差计算以外圆定位时的定位误差计算工件在工件在V形块上定位形块上定位 定位误差分析：定位误差分析：a)定位误差定位误差d 随毛坯误差随毛坯误差Td 的增大而增大；的增大而增大；b)定位误差定位误差d 随随V形块形块夹角夹角 增大而减小，但稳定性变差；增大而减小，但稳定性变差；c)定位误差定位误差d 与与工序尺寸标注方式有关，工序尺寸标注方式有关，d2 d1 d3 工序尺寸以工序尺寸以H3标注，其定位误差为：标注，其定位误差为：d3=B1B2=O2B2+O1O2-O1B1 =sin21Td2d-Td2 d2+sin21Td2 1 工序尺寸以工序尺寸以H2标注，其定位误差为：标注，其定位误差为：d2=A1A2=A1O1+O1O2-A2O2 =d2+Td2sin21d-Td2sin21Td2+1 工序尺寸以工序尺寸以H1标注，其定位误差为：标注，其定位误差为：d1=O1O2=O1C-O2C =d2sin21d-Td2sin21sin21Td2(4)(4)以一面两销定位时的定位误差计算以一面两销定位时的定位误差计算 1）在平面内任意方向的位移误差）在平面内任意方向的位移误差 孔孔O1中心偏移在直径为中心偏移在直径为dw1 圆内，圆内，dw1=TD1+Td1+X1min 孔孔O2在在X方向偏心与孔方向偏心与孔O1相同（不限位），为相同（不限位），为dw1 在在Y方向偏心在直径为方向偏心在直径为dw2，dw2=TD2+Td2+X2 min 2）转角误差）转角误差 =arctan(TD1+Td1+X1min+TD2+Td2+X2 min)/2L 要减小角度定位误差，要减小角度定位误差，提高孔销精度，减小配合间隙；提高孔销精度，减小配合间隙；增大孔（销）中心距增大孔（销）中心距保证加工精度实现的条件保证加工精度实现的条件 若规定工件的加工允差为若规定工件的加工允差为工件工件，以，以夹具夹具表示与采用表示与采用夹具有关的误差，以夹具有关的误差，以加工加工表示除夹具外与工艺系统其它表示除夹具外与工艺系统其它因素（如机床误差、刀具误差、受力受热变形等）有关因素（如机床误差、刀具误差、受力受热变形等）有关的加工误差，为保证工件的加工精度要求，必须满足误的加工误差，为保证工件的加工精度要求，必须满足误差计算不等式差计算不等式 ：工件工件夹具夹具加工加工 制订夹具公差时，应保证夹具的定位、制造和调整误差制订夹具公差时，应保证夹具的定位、制造和调整误差 的总和不超过零件公差的三分之一。的总和不超过零件公差的三分之一。3.2 3.2 工件的夹紧工件的夹紧1.1.夹紧装置的组成及基本要求夹紧装置的组成及基本要求组成（1）力源装置力源装置（2）中间传力机构中间传力机构（3）夹紧元件夹紧元件作用1 1）改变作用力的方向；）改变作用力的方向；2 2）改变作用力的大小；）改变作用力的大小；3 3）使夹紧实现自锁。）使夹紧实现自锁。1 1）夹紧时不破坏工件定位后的正确位置；）夹紧时不破坏工件定位后的正确位置；稳稳2 2）夹紧力大小要适当；）夹紧力大小要适当；牢牢3 3）夹紧动作要迅速、可靠；）夹紧动作要迅速、可靠；快快4 4）结构紧凑，易于制造与维修。）结构紧凑，易于制造与维修。基基本本要要求求2.2.夹紧力的确定夹紧力的确定必须合理确定夹紧力的三要素：必须合理确定夹紧力的三要素：大小、方向和作用点大小、方向和作用点 (1)(1)夹紧力方向的确定夹紧力方向的确定 1 1）主要夹紧力方向应垂直于主要定位面）主要夹紧力方向应垂直于主要定位面 2 2）夹紧力的作用方向应使所需夹紧力最小）夹紧力的作用方向应使所需夹紧力最小 3 3）夹紧力的作用方向应使工件变形尽可能小）夹紧力的作用方向应使工件变形尽可能小 ()夹紧力作用点的确定夹紧力作用点的确定 1 1）夹紧力应作用在刚度较好部位）夹紧力应作用在刚度较好部位 2 2）夹紧力作用点应正对支承元件或位于支承元件）夹紧力作用点应正对支承元件或位于支承元件 形成的形成的支承面内支承面内3 3）夹紧力作用点应尽可能靠近加工表面）夹紧力作用点应尽可能靠近加工表面 ()夹紧力大小的估算夹紧力大小的估算 夹紧力的大小根据切削力、工件重力的夹紧力的大小根据切削力、工件重力的大小、方向和相互位置关系具体计算，并大小、方向和相互位置关系具体计算，并乘以乘以安全系数安全系数K，一般一般精精加工加工K=1.52 2，粗加工粗加工K=2 2.53。3.3.常用夹紧机构常用夹紧机构（1 1）斜楔夹紧机构）斜楔夹紧机构以斜楔为研究对象，夹紧时以斜楔为研究对象，夹紧时根据静力平衡原理，有根据静力平衡原理，有 FQ=F1+FRX F1=FJ tan1 FRX=FJ tan(2)FJ=FQ/tan1tan(2)设设1=2=，当当10，可用下式近似计算可用下式近似计算FJ=FQ/(tan2)夹紧力夹紧力FQ去除，斜楔受到去除，斜楔受到F1、FRX作用，要能自锁，必须满作用，要能自锁，必须满足下式足下式 F1 FRX F1=FJ tan1 FRX=FJ tan(2)tan1 tan(2)即即 1 (2)或或 1 2一般一般1=2=57，故当故当1014时时自锁，自锁，一般取一般取=68 斜楔夹紧的特点：斜楔夹紧的特点：1 1）有增力作用，扩力比）有增力作用，扩力比 i=FJ/FQ，约等于约等于3 3；2 2）夹紧行程小）夹紧行程小,h/s=tan，故故 h 远小于远小于 s；3 3）结构简单，但操作不方便。结构简单，但操作不方便。主要用于机动夹紧，且毛坯质量较高的场合。主要用于机动夹紧，且毛坯质量较高的场合。（2 2）偏心夹紧机构）偏心夹紧机构常见的偏心轮常见的偏心轮压板夹紧机构压板夹紧机构 1 1）圆偏心夹紧原理及其几何特性）圆偏心夹紧原理及其几何特性 偏心夹紧实质是一种斜楔夹紧，但各点升角不等，偏心夹紧实质是一种斜楔夹紧，但各点升角不等，M、N处处 升角为为升角为为0 0，P处升角最大。处升角最大。2 2）圆偏心夹紧的自锁条件）圆偏心夹紧的自锁条件 P P点夹紧时能自锁，则可保证其余各点均可自锁点夹紧时能自锁，则可保证其余各点均可自锁 自锁条件自锁条件 p 1 12 2 tanp=2e/Dtanp=2e/Dp 为安全起见取为安全起见取1 1=0=0 2e/D 2e/D 2 22 2,取取2 2=0.1=0.1 0.15,0.15,D/e14 D/e142020自锁自锁,D/e D/e叫偏心轮的偏心特性，表示偏心轮的工作叫偏心轮的偏心特性，表示偏心轮的工作 可靠性可靠性 3 3）圆偏心夹紧的夹紧力）圆偏心夹紧的夹紧力 3 3）圆偏心夹紧的夹紧力）圆偏心夹紧的夹紧力 M=P l=Q1 或或Q1 P l/因为因为p很小，很小，Q1Q1cosp=FQ 根据斜楔夹紧原理，得根据斜楔夹紧原理，得P P点产生的夹紧力为点产生的夹紧力为QFJ P l/(tan(tan1 1+tan+tan（p p2 2）一般取一般取 l=(22.5)D，D/2 扩力比约为扩力比约为12121313 4 4）圆偏心的夹紧行程）圆偏心的夹紧行程 确定夹紧行程确定夹紧行程hPE需考虑如下因素需考虑如下因素：夹紧工件尺寸公差、装卸间隙、夹紧变形及夹紧工件尺寸公差、装卸间隙、夹紧变形及磨损贮备量等磨损贮备量等 hPET+间间+贮贮偏心距偏心距e为为 e=hPE/(cosP-cosE)若取若取P P点左右各点左右各4545圆弧作为工作段，则圆弧作为工作段，则 e=hPE/(cos 4545-cos 1355)=hPE/1.1414 圆偏心轮夹紧力小，行程小，自锁性不太好，用于圆偏心轮夹紧力小，行程小，自锁性不太好，用于 切削力小，无振动，工件尺寸公差不大的场合。切削力小，无振动，工件尺寸公差不大的场合。（3 3）螺旋夹紧机构）螺旋夹紧机构螺旋夹紧特点：螺旋夹紧特点：1 1）结构简单，自锁性好，夹紧可靠；）结构简单，自锁性好，夹紧可靠；2 2）扩力比约为）扩力比约为80,80,远比斜楔夹紧力大；远比斜楔夹紧力大；3 3）夹紧行程不受限制；）夹紧行程不受限制；4 4）夹紧动作慢，辅助时间长，效率低）夹紧动作慢，辅助时间长，效率低（4 4）其它夹紧机构）其它夹紧机构1 1）螺旋压板夹紧机构）螺旋压板夹紧机构2 2）螺旋定心夹紧机构）螺旋定心夹紧机构3 3）联动夹紧机构）联动夹紧机构4 4）多件夹紧机构）多件夹紧机构（5 5）夹紧动力装置）夹紧动力装置气动、液压、电磁、真空等气动、液压、电磁、真空等气气液压组合夹紧液压组合夹紧3.3 3.3 夹具的连接元件、对刀装置和引导元件夹具的连接元件、对刀装置和引导元件1.1.连接元件连接元件2.2.对刀装置对刀装置3.3.引导元件引导元件 3.4 3.4 常见机床夹具常见机床夹具1.钻床夹具钻床夹具 2 铣床夹具铣床夹具3 车床夹具车床夹具4 成组夹具成组夹具5 组合夹具组合夹具6 随行夹具随行夹具