工件的定位夹紧与夹具设计.ppt

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1、4 工件的定位夹紧与夹具设计,本章提要,为保证工件的加工要求，必须使工件在机床上处于准确的位置，夹具就是用来实现这一要求的。用夹具定位涉及到三层关系： （1）工件在夹具上的定位； （2）夹具相对于机床的定位； （3）工件相对于机床的定位间接通过夹具来保证的。 本章主要讨论工件在夹具上的定位原理。 工件定位以后必须通过一定的装置产生夹紧力，使工件保持在准确的位置上。这种产生夹紧力的装置就是夹紧装置。夹紧装置的设计与计算也是本章所讨论的主题。,内容提纲,机床夹具概述 工件的定位 工件的夹紧 夹具的基本要求和设计步骤,4.1,4.2,4.3,4.4,4.1夹具的基本概念,一、定义 定位：工件在机床上

2、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。 夹紧：为克服切削过程中工件受外力的作用而破坏定位，必须对工件施加夹紧力，这个过程称为夹紧。 装夹：定位和夹紧综合称为装夹。 机床夹具：完成装夹的工艺设备称为机床夹具。,二、夹具的组成,图为用于钻轴套工件上6H7孔的钻床夹具，工件以内孔及端面为定位基准，在夹具的定位销6及其端面上定位，即确定了工件在夹具中的正确位置。拧紧螺母5，通过开口垫圈4可将工件夹紧，然后由装在钻模板3上的快换钻套1导引钻头进行钻孔。,定位元件：它与工件的定位基准相接触，用于确定工件在夹具中的正确位置，从而保证加工时工件相对于刀

3、具和机床加工运动间的相对正确位置。如图的定位销7； 夹紧装置：用于夹紧工件，在切削时使工件在夹具中保持既定位置。如图的螺母5、开口垫圈4； 导向元件和对刀元件：这些元件的作用是保证工件与刀具之间的正确位置。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。用于确定刀具位置并导引刀具进行加工的元件，称为导引元件。如图的钻套1； 连接元件：使夹具与机床相连接的元件，保证机床与夹具之间的相互位置关系。,夹具体8：夹具的关键部件，保证各元件之间的相对位置，控制刀具相对于工件的位置，用于连接或固定夹具上各元件及装置，使其成为一个整体的基础件。它与机床有关部件进行连接、对定，使夹具相对机床具有确

4、定的位置。 其它元件和装置：有些夹具根据加工要求，有分度机构，铣床夹具还要有定位键（连接元件）等。 以上这些组成部分，并不是对每种机床夹具都是缺一不可的，但是任何夹具都必须有定位元件和夹紧装置，它们是保证工件加工精度的关键，目的是使工件定准、夹牢。,三、夹具的作用,保证加工精度 零件加工精度包括尺寸精度、几何形状和表面相互位置精度。夹具的最大功用是保证加工表面的位置精度，不受工人技术水平的影响，使一批工件的加工精度趋于一致 。 提高生产率，降低生产成本 使用夹具装夹工件方便、快速，工件不需要划线找正，可显著地减少辅助工时；工件在夹具中装夹后提高了工件的刚性，可加大切削用量；可使用多件、多工位装

5、夹工件的夹具，并可采用高效夹紧机构，进一步提高劳动生产率。,扩大机床的加工范围 根据加工机床的成形运动，附以不同类型的夹具，即可扩大机床原有的工艺范围。例如在车床的溜板上或摇臂钻床工作台上装上镗模，就可以进行箱体零件的镗孔加工。 减轻工人劳动强度 可用气动、电动夹紧。,机床夹具,1.按夹具 的应用分,2.按机床类型分,四、机床夹具的分类,3.按夹具所用夹紧动力源分, 通用夹具 专用机床夹具 组合夹具 成组夹具 随行夹具,1按专门化程度分 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。例如，车床上三爪卡盘和四爪单动卡盘，铣床上的平口钳、分度头和回转工作台等。这类夹具一

6、般由专业工厂生产，常作为机床附件提供给用户。其特点是适应性广，生产效率低，主要适用于单件、小批量生产中。 专用机床夹具 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。当产品变更时，夹具将由于无法再使用而报废。只适用于产品固定且批量较大的生产中。,组合夹具 组合夹具是指按零件的加工要求，由一套事先制造好通用性较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生产。 通用可调夹具和成组夹具 其特

7、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。通用可调夹具与成组夹具相比，加工对象不很明确，适用范围更广一些。 随行夹具 随行夹具是一种在自动线上使用的夹具。该夹具既要起到装夹工件的作用，又要与工件成为一体沿着自动线从一个工位移到下一个工位，进行不同工序的加工。,2按机床类型分：由于各类机床自身工作特点和结构形式各不相同，对所用夹具的结构也相应地提出了不同的要求。按所使用的机床不同，夹具又可分为：车床夹具 、钻床夹具 、铣床夹具 、镗床夹具、磨床夹具、齿轮机床夹具和其他机床夹具等。 3按夹具所用夹紧动力源：根据夹具所采用的夹

8、紧动力源不同，可分为：手动夹具、气动夹具、液压夹具、气液夹具、电动夹具、磁力夹具、真空夹具等。,示例,2,1,安装误差 对定误差 刀具的导向或对刀误差即夹具与刀具的相对位置误差； 夹具在机床上的定位和夹紧误差即夹具与机床的相对位置误差。 加工过程误差 加工方法的原理误差，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。,五、加工误差的组成,4.2、工件在夹具上的定位,一、工件的安装 安装即定位和夹紧。 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，这个过程成为定位； 工件定位后，应将工件固定，使其

9、在加工过程中保持定位位置不变，这个过程称为夹紧。,定位的任务：使工件相对于机床及刀具占有某一正确的位置。 夹紧的任务：是保持工件的定位位置不变。 定位与夹紧的区别：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。 工件定位目的：使同批工件在机床或夹具上有正确位置。 定位过程与夹紧过程都可能使工件偏离所要求的正确位置而产生定位误差与夹紧误差。 装夹误差：定位误差与夹紧误差之和。,工件定位时应解决的两个问题： 解决工件位置“定与不定”的问题； 解决工件位置定得“准与不准”得问题。,二、工件的定位方法,(1) 直接找正定位 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

10、位置要求的表面，然后夹紧工件的过程。 效率低，适于单件小批生产和定位精度要求较高的情况。 (2) 划线找正定位 按图纸要求在工件表面上划出位置线以及加工线和找正线，安装工件时，先在机床上按找正线找正工件的位置，然后夹紧工件。 适于单件小批生产或毛坯精度较低、大型工件粗加工。 (3) 夹具中定位 不再需要划线和找正，直接由夹具来保证工件在机床上的正确位置，并在夹具上直接夹紧工件。 效率高，易保证质量，广泛用于批量生产。,一次装夹获得法 在工件的同一次装夹中将加工面连同其设计基面（如需加工)一并加工出来。 可获得很高的位置精度。 多次装夹获得法 如轴类零件上的键槽、箱体上的孔和各表面等,二、工件的

11、定位方法,1）直接装夹：在机床上直接装夹工件，来保证加工面与定位基面的位置精度。,应用: （1）、工件批量小，采用专用夹具不经济； （2）、采用通用夹具装夹比较方便时。,2）、找正装夹：通过找正工件相对切削成形运动的准确位置，来保证加工面与定位基面之间的位置精度。 a)直接找正装夹:用找正工具(划针,百分表,精密量具等)在机床上直接找正工件位置,效率低,用于单件小批生产,形状简单的零件 定位精度取决于找正工具和工人的技术水平 用划针找正定位精度0.5mm左右 用百分表达0.02mm左右 用精密量具可达0.010.005m b)按划线找正装夹: 按加工前在工件上划好的线找正工件在机床上位置,应用

12、： （1）、单件小批量，形状复杂的铸件； （2）、尺寸和重量都很大的铸锻件； （3）、毛坯的尺寸公差很大，表面很粗糙，一般无法直接使用夹具时。,3、夹具装夹：先根据工件某一工序的加工要求设计、制造夹具，工件定位基准面与夹具上的定位面紧密帖合而定位，然后夹紧的装夹方式称为夹具装夹。 特点：精度高且稳定，效率高。 适用于成批大量生产,三、 基 准,在讨论工件的表面位置精度或误差时，总是相对工件本身的其他一些表面（点、线）而言，因此后者就成为研究表面位置精度或误差的出发点，即所谓基准。 基准就是确定生产对象上的某些点、线、面的位置所依据的那些点、线、面。,基准的分类 设计基准 设计者在设计零件时，很

13、据零件在装配结构中的装配关系以及零件本身结构要素之间的相互位置关系，确定标注尺寸（或角度）的起始位置。 设计基准是设计工作图上所采用的基准.可通过零件设计图上尺寸的标注方式看出。,工艺基准 工艺基准是加工过程中所采用的基准。又分为有工序基准、定位基准和测量基准等。 工序基准 工序图上用来确定本工序所加工表面加工后的尺寸、形状和位置的基准。通常有两项相对位置要求：一是加工表面对工序基准的距离要求，即工序尺寸要求；二是加工表面对工序基准的角度位置要求，如平行度、垂直度等。,定位基准 定位基准是在加工中用作定位的基准。一般指与定位元件的表面相接触的工件表满，某些情况下可是工件的几何中心、对称面或对称

14、线。其位置误差应该是诸表面中最小的。 测量基准 此外还有装配过程中用于确定零、部件间相互位置的装配基准。,度量基准：在测量工件已加工表面的尺寸和位置时所依据的基准。 装配基准：在机器装配时，确定零件在部件或产品中的位置时所依据的基准。,注意,作为基准的点、线、面在工件上不一定存在，如中心、对称面或对称线等。 体现工艺基准的具体表面称为基面。 作为基准，可以是没有面积的点和线，但体现该基准具体表面总是有一定面积的。 对表面位置精度的关系同样具有基准问题。 基准不重合，产生定位误差。,四、定位原理,1、 六点定位原理,物体在空间具有六个自由度，即沿三个坐标轴的移动和绕三个坐标轴的转动，如果完全限制

15、了物体的这六个自由度，则物体在空间的位置就完全确定了。 工件的定位应使工件在空间相对于机床占有某一正确的位置，这个正确位置是根据工件的加工要求确定的。,合理布置六个定位支承点，使工件上的定位基面与其之接触，一个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，在空间得到唯一确定的位置，此即六点定位原理。 为了达到某一工序的加工要求，有时不一定要完全限制工件的六个自由度，或工件加工不一定非要使工件的位置达到完全确定的程度 例如：在下图1-6所示工件上铣一个通槽。,按照铣槽工序的加工要求，就只需限制5个自由度就足够了。工件在机床夹具上定位究竟需要限制哪几个自由度，可根据工序的加工要求确定。 分

16、析工件定位所限制的自由度数时，必须把定位与夹紧区别开来，在上图中，工件限制了5个自由度，y自由度可以不限制；但工件在夹紧后沿y轴确实是不能再移动了，这能不能说自由度也被限制了呢？不能这样认为，因为工件相对于机床的定位位置是在夹紧动作之前就已确定了的，夹紧的任务只是保持原先的定位位置不变。,注意的问题： 定位支撑与工件的定位基面保持紧密接触或配合，才能起到限制自由度的作用； 注意区分“定位”与“夹紧”的概念； 从定位位置的自由度数来判断是几点定位。,2、 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完全定位， 允许少于六点的定位称为不完全定位。 都是合理的定位方式。,考虑定位方案时，

17、先分析必须消除哪些自由度，再以相应定位点去限制。,考虑工件的形状特点 完整的球形工件，可不必考虑消除绕三根轴的不定度问题； 光滑的轴、套及盘形工件，不必考虑消除其绕本身轴心线的不定度问题 根据工序的加工要求确定必须消除的不定度 选择或设计适当的定位元件对工件进行定位，以保证不定度的消除,3、 欠定位与过定位 工件应限制的自由度未被限制的定位，为欠定位，在实际生产中是绝对不允许的。 工件定位是通过定位元件来实现的，在选择定位元件时，原则上不允许出现几个定位元件同时限制工件某一自由度的情况。 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过定位或重复定位。 一般来说也是不合理的。,过定位造成的

18、后果： 使接触点（定位点）不稳定，增加了同批工件在夹具中位置的不同一性 增加了工件和夹具的夹紧变形 导致部分工件不能顺利地与定位件配合 干扰了设计意图的实现 （1）使工件或夹具元件变形，引起加工误差 （2）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。,在一定条件下，重复定位不仅是允许的，而且还会带来一定的好处。 条件：工件定位基准和夹具定位元件都具有较高的形状和位置精度。,消除过定位及其干涉的途径： 1. 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；,2. 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，减少或消除过

19、定位引起的干涉，精加工时可增加刚度和定位稳定性。,出现过定位情况，通常会使加工误差增大。在研究确定定位方案时，原则上不允许出现某一自由度出现重复限制的情况；只有在需要增强工件系统的刚度而各定位面间又具有较高位置精度的条件下才允许采用过定位定位方案。,四、典型定位元件,平面定位常用定位元件,支承板,可调支承 自位支承 辅助支承,平面型支承板：侧面和顶面定位 带斜槽型支承板：适于作底面定位准面,平头支承钉：用于支承精基准面 球头支承钉：用于支承粗基准面 网纹顶面支承钉：用在工件以粗基准 定位且要求较大摩擦力的表面定位,支承钉,固定支承（支承钉、支承板、定位分析）,自位支承：支承本身可随工件定位基准

20、面的变化而自动适应，是活动的或是浮动的，只起一个支承点的作用，只限制一个自由度。,可调支承：多用于毛面定位，每批调整一次，以补偿各批毛坯误差；支承工件的粗基准面，限制一个自由度。,辅助支承：不作定位元件，不限制自由度，只用以增加工件在加工过程中的刚性。,用定位销定位时，短圆柱销限制两个自由度；长圆柱销可以限制四个自由度；端圆锥销限制三个自由度。,工件以孔定位常用定位元件 1定位销 下图是几种常用固定式定位销的结构形式,圆锥销 常用于工件孔端的定位，可限制三个自由度,2心轴 几种常用的心轴结构形式如下图：,定位心轴 主要用于盘套类 零件的定位,圆孔定位分析,过盈配合心轴，限制工件四个自由度；间隙

21、配合心轴，限制工件五个自由度（心轴外圆部分限制四个自由度，轴肩面限制一个自由度）；小锥锥度心轴，装夹工件时，通过工件孔和心轴接触表面的弹性变形夹紧工件，使用小锥度心轴定位可获得较高的定位精度，它可以限制五个自由度。,工件以外圆定位常用定位元件 lV形块,结构尺寸已标准化，斜面夹角有6090120,用V形块定位，工件的定位基准始终在V形块两定位面的对称中心平面内，对中性能好。 一个短V形块限制两个自由度；两个短V形块组合或一个长V形块限制四个自由度；浮动式V形块只限制一个自由度。,在工件以端面为主要定位基面的场合，短定位套孔限制工件的两个自由度；在工件以外圆柱表面为主要定位基面的场合，长定位套孔

22、限制工件的四个自由度；工件以圆柱面端部轮廓为定位基面，椎孔限制工件的三个自由度。,2定位套 常用的定位套结构形式如下图：,当工件尺寸较大，用圆柱孔定位不方便时，可将圆柱孔改成两半，下半孔用作定位，上半孔用于压紧工件。 短半圆孔定位限制工件的二个自由度；长半圆孔定位限制工件的四个自由度。,3. 半圆孔 下图所示是半圆孔定位装置，常用于大型轴类工件的定位。,4. 外圆定心夹紧 三爪卡盘、双V形铁定心夹紧、弹簧夹头,外圆定位分析,5. 工件以其它表面定位,6. 工件以组合表面定位常用定位元件 在实际生产中，为满足加工要求，有时采用几个定位面相组合的方式进行定位。常见的组合形式有：两顶尖孔、一端面一孔

23、、一端面一外圆、一面两孔等，与之相对应的定位元件也是组合式的。,1）一个平面和与其垂直的两个孔组合,这种定位属于过定位,解决办法是： 将销2做成 削边销,2）一平面和与其垂直的两外圆柱面组合,3）一孔和一平行于孔中心线的平面组合,几个表面同时参与定位时，各定位基准（基面）在定位中所起的作用有主次之分。例如，轴以两顶尖孔在车床前后顶尖上定位的情况，前顶尖孔为主要定位基面，前顶尖限制三个自由度，后顶尖只限制两个自由度。,工件在定位时要解决两个问题： 工件位置的“定与不定”。根据六点定位原理，通过消除工件相应的“不定度”来解决； 工件位置的”准与不准”.通过选择合适的定位基准和选择、设计相应的定位元

24、件来实现。,四、定位误差的分析与计算,为了保证加工精度的要求，我们加工时应满足如下关系式： 总 其中总为多种原因产生的误差总和，是工件被加工尺寸的公差，总包括夹具在机床上的装夹误差，工件在夹具中的定位误差和夹紧误差，机床调整误差，工艺系统的弹性变形和热变形误差，机床和刀具的制造误差及磨损误差等。 定+ 其中，除定位误差外，其他因素引起的误差总和，可按加工经济精度查表确定。 定- （是验算加工工件合格与否的公式） 或 定1/3 （也是验算加工工件合格与否的公式）,1、定位误差概念 定位误差是工件在夹具中定位，由于定位不准造成的加工面相对于工序基准沿加工要求方向上的最大位置变动量。,成批加工工件时

25、，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 (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)。 工序基准的位置变动将对加工精度有直接影响。,2、 定位误差的组成,基准不重合误差 定位基准与工序基准不一致所引起的定位误差。工序基准相对定位基准的理想位置的最大位置变动量。,设e面已加工好，今在铣床上用调整法加工f面和g面。 在加工f面时若选e面为定位基准，则f面的设计基准和定位基准都是e面，基准重合，没有基准不重合误差，尺寸A的制造公差为TA。 加工g面时，定位基准有两种不同的选择方案： 一种方案（方案）加工时

26、选用f面作为定位基准，定位基准与设计基准重合，没有基准不重合误差，尺寸B的制造公差为TB；但这种定位方式的夹具结构复杂，夹紧力的作用方向与铣削力方向相反，不够合理，操作也不方便。 另一种方案（方案）是选用e面作为定位基准来加工g面，此时，工序尺寸C是直接得到的，尺寸B是间接得到的，由于定位基准e与设计基准f不重合而给g面加工带来的基准不重合误差等于设计基准f面相对于定位基准e面在尺寸B方向上的最大变动量TA。 定位基准与设计基准不重合时所产生的基准不重合误差，只有在采用调整法加工时才会产生，在试切法加工中不会产生。,一次安装加工两孔A和B，孔B在X方向定位基准C与设计基 准A不重合，基准不重合

27、误差为联系尺寸22的公差0.2。,基准位置误差,定位基准面和定位元件本身的制造误差所引起的定位误差，定位基准相对于其理想位置的最大位置变动量。,工件的孔装夹在水平放置的心轴上铣削平面，要求保证尺寸h，由于定位基准与设计基准重合，故无基准不重合误差；但由于工件的定位基面（内孔D）和夹具定位元件（心轴d1）皆有制造误差，如果心轴制造得刚好为d1min，而工件得内孔刚好为Dmax（如图示），当工件在水平放置的心轴上定位时，工件内孔与心轴在P点接触，工件实际内孔中心的最大下移量ab（Dmaxd1min）/2，ab就是定位副制造不准确而引起的误差。 基准不重合误差的方向和定位副制造不准确误差的方向可能不

28、相同，定位误差取为基准不重合误差和定位副制造不准确误差的矢量和。,结论： 1）定位误差是基准位置误差和基准不重合误差的代数和。如果与工序尺寸方向不一致，用在工序尺寸方向上的投影来计算,基准重合时 ，基准位置没有变动时 ； 2）按可能产生最大定位误差的两种极限情况来计算； 3）定位误差产生的原因是基准不重合和工件、定位元件的加工误差； 4）定位误差应控制在工序公差的1/31/5之内； 5）定位误差仅出现在调整法加工当中。,3、 常见定位方式定位误差计算,(1) 以平面定位时的定位误差计算,定位基准：平面； 定位元件工作面：平面 =易加工平整，接触良好= 所以基=0 定=不 注：若为毛坯面，则仍有

29、基。 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。,(2) 以V型块定位,对H2尺寸：不=0，基为定位基准线0的在加工方向的最大变动量，即OO 所以基=OO=OE-OE=dmax/2sin（/2）- dmin/2sin(/2)=d/2sin(/2） 即：定=不+基=0+d/2sin(/2） =d/2sin(/2）,对H1尺寸：不=d/2，基=d/2sin(/2） 或：定=AA=AO+OO-AO=dmax/2+d/2sin(/2）-dmin/2 =d/21+1/sin(/2） 对H3尺寸：定=BB=BO+OO-OB=(dmin/2)+d/2sin(/2）-dma

30、x/2 =d/21/sin(/2）-1 综上所述：定（H3)定(H2)定(H1) ，所以标注尺寸H3最好。,(2) 以V型块定位,对于这个例子定位误差的分析方法有两种：a）定位基准看做是与V形块相接触的母线，即看做支承定位；b）定位基准看做是工件外园表面的中心，即看做定心定位。两种方法分析的结果完全相同。下面根据定心定位来分析定位误差：,1、 以工件的中心为工序基准 定位基准与工序基准重合 所以,2、以下母线为工序基准,3、以上母线为工序基准,分析可知,定位心轴水平放置,单向推移工件靠紧定位,A,孔 Dmax=D+TD Dmin=D 轴 dmax=d dmin=d- Td,O1Omax= OA

31、-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： jw= O1Omax- O1Omin=(TD + Td) /2, 工件进行回转加工,孔 Dmax=D+TD Dmin=D 轴 dmax=d dmin=d- Td,影响同轴度的基准 位移误差为： jw= O1Omax = OA-O1A =(D+TD)/2-(d- Td) /2 = (TD + Td + Xmin) /2,A, 工件孔与垂直放置的心轴间隙配合,jw =TD + Td + Xmin,(3)以外圆定位时的定位误差计算,工件在V形块上定位, 定位误差分析： a) 定位误差d 随

32、毛坯误差Td 的增大而增大； b) 定位误差d 随V形块夹角 增大而减小，但稳定性变差； c) 定位误差d 与工序尺寸标注方式有关，d2 d1 d3,(4)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 孔O1中心偏移在直径为dw1 圆内，dw1 =TD1 + Td1 + X1min 孔O2在X方向偏心与孔O1相同（不限位），为dw1 在Y方向偏心在直径为dw2 ，dw2 =TD2 + Td2 + X2 min,2）转角误差 =arctan(TD1 + Td1 + X1min+ TD2 + Td2 + X2 min )/2L 要减小角度定位误差，提高孔销精度，减小配合间隙； 增

33、大孔（销）中心距,保证加工精度实现的条件 若规定工件的加工允差为工件，以夹具表示与采用 夹具有关的误差，以加工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 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 ： 工件夹具加工 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。,4、定位误差计算实例,在套筒零件上铣槽，如图（a）所示，要求保持尺寸100.08、8-0.12，其它尺寸已在前工序完成。若采用图（b）的定位方案，孔与销子配合按H7g6，问能否保持加工精度要求？否则应如何改进？,解: 按的配合精度H7g6，则销子

34、的直径应为 ，因销子为水平放置，故有： 对于尺寸8-0.12 得： 在铣床上加工，其平均经济精度为10级，查表 得w 0.05，所以： 即可满足尺寸8-0.12 的要求。,对于尺寸10-0.08，又因： 得所以即不能满足尺寸10-0.08的要求。,改进方案： 以端面A和右端孔为定位基准，销子与孔的配合仍然按H7g8。,为了使工件加工时在切削力、惯性力、重力等外力作用下，仍然保持已定好的位置，在夹具上还须设有夹紧装置，对工件产生适当的夹紧力。 夹紧装置的设计和选择是否合理，将直接影响工件的加工质量和生产率。,4.3、工件在夹具中的加紧,一、夹紧装置的组成及基本要求,组 成,（1）力源装置 （2）

35、中间传力机构 （3）夹紧元件,作 用,1）改变作用力的方向； 2）改变作用力的大小； 3）使夹紧实现自锁。,1）夹紧时不破坏工件定位后的正确位置； 稳 2）夹紧力大小要适当； 牢 3）夹紧动作要迅速、可靠； 快 4）结构紧凑，易于制造与维修。,基 本 要 求,二、夹紧力的确定,必须合理确定夹紧力的三要素：大小、方向和作用点 (1) 夹紧力方向的确定 当工件用几个表面作为定位基准时，若工件是大型的，则为了保持工件的正确位置，朝向每个定位元件都要有夹紧力；若工件尺寸较小，切削力不大，则往往只要垂直朝向主要定位面有夹紧力，保证主要定位面与定位元件有较大的接触面积，就可使工件装夹稳定可靠。,下图为夹紧

36、力Q、重力G、切削力F三者之间的组合关系。工件重力G的方向始终指向地面，因此从装夹工件出发，以图（a）、（b）最好，因为主要定位元件表面是水平朝上，使工件装夹稳定可靠。图（c）、（d）、（e）情况较差；图（f）情况最差，不便装夹。若从减小夹紧力出发，假定图中G和F大小相同，所需要的Q力以图（a）最小，图（b）次之，图（f）最大。由此可见当Q、F、G方向相同时，所需夹紧力最小，此时施加夹紧力的目的就是防止工件在加工中的振动。,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工件变形尽可能小,如图 (a)是用三爪卡盘将薄壁套筒零件用径向力夹紧,因刚性不足易引起工件变形。若改为图 (b)用特

37、定的螺母通过轴向力夹紧工件，则工件不易变形。,力的作用点的位置应能保持工件的正确定位而不发生位移或偏转。为此，作用点的位置应靠近支承面的几何中心，使夹紧力均匀分布在接触面上。如图应将夹紧力Q改为Q1。,()夹紧力作用点的确定,夹紧力的作用点应位于工件刚性较大处，而且作用点应有足够的数目，这样可使工件的变形量最小。如图应将夹紧力Q改为Q1。,夹紧力的作用点应尽量靠近工件被加工表面，这样可使切削力对该作用点的力矩减小，工件的振动也可以减小。,()夹紧力大小的估算,工件的夹紧力过大，会引起工件变形，达不到加工精度要求，而且使夹紧装置结构尺寸加大，造成结构不紧凑；夹紧力过小，会造成夹不牢工件，加工时易

38、破坏定位，同样也保证不了加工精度要求，甚至会引起安全事故。由此可见，必须对工件施加大小适当的夹紧力。,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，并乘以安全系数K ，一般精加工K =1.52，粗加工K = 2.53。 加工过程中切削力的作用点、方向和大小可能都在变化，估算夹紧力时应按最不利的情况考虑。 注：对于关键性的重要夹具，往往通过试验的方法来测定所需的夹紧力。,1、 楔块夹紧装置 在生产中，很少单独使用楔块对工件直接夹紧，而是与杆杠、压板、螺旋等组合使用，或是与气压、液压传动装置联用，不需要自锁。如图所示，楔块夹紧主要用于增大夹紧力或改变夹紧力方向。,4.4 常见

39、的夹紧装置,利用斜面移动时所产生的力来夹紧工件。 缺点：夹紧行程小，手动操作不方便。,2、 螺旋夹紧装置 螺旋夹紧装置是从楔块夹紧装置转化而来的，相当于把楔块绕在圆柱体上，转动螺旋时即可夹紧工件。如图所示为简单的单螺旋夹紧机构。 特点： 结构简单，制造容易，夹紧可靠； 夹紧行程不受限制； 夹紧动作慢，效率低； 螺旋升角小，自锁性好。 应用场合：手动夹紧装置常采用。,3、 偏心夹紧装置 偏心夹紧装置也是从楔块夹紧装置转化而来的，它是将楔块包在圆盘上，旋转圆盘使工件得以夹紧。 特点：夹紧行程小，夹紧力小，自锁能力差； 夹紧迅速，结构紧凑。 应用场合：切削力不大， 振动较小的场合，与其 他元件联合使

40、用。,4、 定心夹紧装置 在切削加工中，若工件是以中心线或对称面为工序基准，为使e定0，可采用一种保证工件准确定心或对中的装置，使工件的定位和夹紧过程同时完成，而定位元件与夹紧元件合二为一。这种装置称为定心夹紧装置。如图所示，三爪卡盘就是一种定心夹紧装置。,4.5 常见机床夹具,（1）钻床夹具,（2）铣床夹具,（3）车床夹具,（4）成组夹具,（5）组合夹具,（6）随行夹具,4.6 机床夹具的基本要求和设计步骤,对机床夹具的基本要求 （1）稳定地保证工件的加工精度； （2）提高机械加工的劳动生产率； （3）结构简单，有良好的结构工艺性和劳动条件； （4）应能降低工件的制造成本。 夹具设计的工作步

41、骤 （1）研究原始资料，明确设计任务； （2）考虑和确定夹具的结构方案，绘制结构草图； （3）绘制夹具总图； （4）确定并标注有关尺寸和夹具技术要求； （5）绘制夹具零件图。,本章小结,（1）机床夹具是由定位元件、夹紧装置、对刀元件、夹具体等部分组成，机床夹具设计也就是针对夹具组成的各部分进行设计，其中定位与夹紧两个环节是夹具设计的重点。 （2）定位就是确定工件在夹具中的正确位置，是通过在夹具上设置正确的定位元件与工件定位面的接触来实现的。工件的定位有完全定位和不完全定位，要根据其具体加工要求而定，欠定位在夹具设计中是不允许的，而过定位则有条件地使用。,（3）通常，由于定位副制造不准确或采用了基准不重合定位等原因，定位过程中会引用定位误差，定位误差的计算要根据具体情况分析计算。 （4）夹紧是为了克服切削力等外力干扰而使工件正确定位的一种手段。夹紧一般在定位步骤之后，有时定位与夹紧是同时进行的。 （5）车、铣、钻、磨等不同的机床其夹具设计具有各自典型特点，应根据具体设计任务，遵从夹具设计的基本要求和步骤进行设计。,