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1、机床夹具设计原理机床夹具设计原理一、机床夹具的组成一、机床夹具的组成 机床夹具的基本组成部分，依据其功用一般分为：1.定位元件或装置：用以确定工件在夹具中的位置。2.刀具导向元件或装置：用以引导刀具或用以调整刀具相对于夹具的位置。3.夹紧元件或装置：用以夹紧工作。4.4.连接元件：用以确定夹具在机床上的连接元件：用以确定夹具在机床上的位置并与机床相连接。位置并与机床相连接。5.5.夹具体：用以连接夹具各元件及装夹具体：用以连接夹具各元件及装置，使之成为一个整体，并通过它将夹具安置，使之成为一个整体，并通过它将夹具安装在机床上。装在机床上。6.6.其它元件或装置：除上述各部分以外其它元件或装置：
2、除上述各部分以外的元件或装置，如某些夹具上的分度装置。的元件或装置，如某些夹具上的分度装置。防错装置，平安疼惜装置等。防错装置，平安疼惜装置等。二、工件在夹具中的定位二、工件在夹具中的定位 （一）工件定位的基本原理（一）工件定位的基本原理 1.1.六点定位原理六点定位原理 一个工件在空间可以有六个独立的运一个工件在空间可以有六个独立的运动，即在空间有动，即在空间有6 6自由度，接受自由度，接受6 6个按确定规个按确定规则布置的约束点，可以限制工件的则布置的约束点，可以限制工件的6 6个自由个自由度，实现完全定位，称为六点定位原理。度，实现完全定位，称为六点定位原理。用定位元件代替约束点限制自由
3、度，由用定位元件代替约束点限制自由度，由于工件的形态五千变万化的，用于代替约束于工件的形态五千变万化的，用于代替约束点的定位元件的种类也很多，常用的有：支点的定位元件的种类也很多，常用的有：支承钉、支承板，长销，短销，长承钉、支承板，长销，短销，长V形块，短形块，短V形块，长定位套，短定位套，固定锥销，浮形块，长定位套，短定位套，固定锥销，浮动锥销等。动锥销等。2.2.工件的四种定位形式工件的四种定位形式 工件在夹具中定位时可能出现四种定位工件在夹具中定位时可能出现四种定位形式形式 完全定位：工件的六个自由度都限制了完全定位：工件的六个自由度都限制了的定位称为完全定位。的定位称为完全定位。不完
4、全定位：工件被限制的自由度少于不完全定位：工件被限制的自由度少于六个，但能保证加工要求的定位称为不完全六个，但能保证加工要求的定位称为不完全定位。定位。工件定位时，以下几种状况允许接受不工件定位时，以下几种状况允许接受不完全定位加工通孔或通槽时，沿贯穿轴的位完全定位加工通孔或通槽时，沿贯穿轴的位置自由度可不限制。置自由度可不限制。毛胚（本工序加工前）是轴对称时。毛胚（本工序加工前）是轴对称时。绕对称轴的角度自由度可不限制。绕对称轴的角度自由度可不限制。加工贯穿的平面时，除可不限制沿两个加工贯穿的平面时，除可不限制沿两个贯穿轴的位置自由度外，还可不限制绕垂直贯穿轴的位置自由度外，还可不限制绕垂直
5、加工面的轴的角度自由度。加工面的轴的角度自由度。欠定位：依据加工要求应限制的自由度欠定位：依据加工要求应限制的自由度没有被限制的定位称为欠定位。确定工件在没有被限制的定位称为欠定位。确定工件在夹具中的定位方案时，欠定位是决不允许发夹具中的定位方案时，欠定位是决不允许发生的。因为欠定位保证不了工件的加工要生的。因为欠定位保证不了工件的加工要求。求。过定位：工件在定位时，同一个自由度被两个过定位：工件在定位时，同一个自由度被两个或两个以上约束点约束，这样的定位被称为过定或两个以上约束点约束，这样的定位被称为过定位。位。过定位是否允许，应依据具体状况进行具体分过定位是否允许，应依据具体状况进行具体分
6、析。一般状况下，假如工件的定位面为没有经过机析。一般状况下，假如工件的定位面为没有经过机械加工的毛坯面，或虽经过了机械加工，但照旧很械加工的毛坯面，或虽经过了机械加工，但照旧很粗糙，这时过定位是不允许的。假如工件的定位面粗糙，这时过定位是不允许的。假如工件的定位面经过了机械加工，并且定位面和定位元件的尺寸、经过了机械加工，并且定位面和定位元件的尺寸、形态和位置都做得比较精确，比较光整，则过定位形态和位置都做得比较精确，比较光整，则过定位不但对工件加工面的位置尺寸影响不大，反而可以不但对工件加工面的位置尺寸影响不大，反而可以增加加工时的刚性，这时过定位是允许的。增加加工时的刚性，这时过定位是允许
7、的。如插齿时常用的夹如插齿时常用的夹具，如图所示，工件具，如图所示，工件3 3以以内孔在心轴上定位，限内孔在心轴上定位，限制工件的四个自由度，制工件的四个自由度，又以端面在支承凸台又以端面在支承凸台2 2上上定位，限制工件三个自定位，限制工件三个自由度。由度。重复限制重复限制:X X转动转动 Y Y转动转动 （二）常用定位方法与定位元件定位方法与定位元件 机床夹具设计的首要任务是选择和设计机床夹具设计的首要任务是选择和设计相应的定位元件来实现工序图上（工艺文相应的定位元件来实现工序图上（工艺文件）所要求的定位方案。件）所要求的定位方案。1.1.工件以平面定位工件以平面定位 平面定位的主要形式是
8、支承定位。平面定位的主要形式是支承定位。夹具上常用的支承元件有以下几种：夹具上常用的支承元件有以下几种：固定支承固定支承 固定支承要限制工件的自由度。固定支承要限制工件的自由度。固定支承有支承钉和支承扳两种形式。固定支承有支承钉和支承扳两种形式。国家标准规定了三种形式的支承钉和两种支承国家标准规定了三种形式的支承钉和两种支承板。板。支承钉：支承钉：A A型平头（精基准）；型平头（精基准）；B B型球头（粗基型球头（粗基准）；准）；C C型齿纹头（侧面防滑）型齿纹头（侧面防滑）支承板：支承板：A A型无斜槽（侧面、顶面）；型无斜槽（侧面、顶面）；B B型带型带槽（底面）槽（底面）可调支承可调支承
9、 支承点位置可以调整的支承称为可调立支承点位置可以调整的支承称为可调立承。当工件定位表面不规整以及工件批与批承。当工件定位表面不规整以及工件批与批之间毛坯尺寸变更较大时，常运用可调支之间毛坯尺寸变更较大时，常运用可调支承。可调支承要限制工件的自由度。承。可调支承要限制工件的自由度。留意：调好后应锁紧留意：调好后应锁紧 自位支承自位支承 自位支承在定位过程中，支承本身可以自位支承在定位过程中，支承本身可以随工件定位基准面的变更而自动调整并与之随工件定位基准面的变更而自动调整并与之相适应。自位支承一般只起一个自由度的定相适应。自位支承一般只起一个自由度的定位作用；即一点定位，常用于毛坯表面、续位作
10、用；即一点定位，常用于毛坯表面、续表面、阶梯表制的定位以及有角度误差的平表面、阶梯表制的定位以及有角度误差的平面定位。自位支承要限制工件的自由度。面定位。自位支承要限制工件的自由度。帮助支承帮助支承 用来提高装夹刚度和稳定性，不起定位用来提高装夹刚度和稳定性，不起定位作用。作用。帮助上承是在工件定位后才参与支承的帮助上承是在工件定位后才参与支承的元件。元件。留意：在工件定位后才与工件接触，然留意：在工件定位后才与工件接触，然后锁紧，否则会产生过定位。后锁紧，否则会产生过定位。2 2工件以圆柱孔定位工件以圆柱孔定位 工件以圆柱孔定位大都属于定心定位工件以圆柱孔定位大都属于定心定位（定位基面为内孔
11、表面，定位基准为孔的轴（定位基面为内孔表面，定位基准为孔的轴线），夹具上相应的定位元件是心轴和定位线），夹具上相应的定位元件是心轴和定位销。销。心轴心轴 心轴结构形式很多，有过盈协作心轴、心轴结构形式很多，有过盈协作心轴、间隙协作心轴、小锥度心轴、弹性心轴、液间隙协作心轴、小锥度心轴、弹性心轴、液塑心轴、自动定心心轴等。塑心轴、自动定心心轴等。工件在心轴上的定位通常限制了工件除工件在心轴上的定位通常限制了工件除绕自身轴线转动和沿自身轴线移动以外的四绕自身轴线转动和沿自身轴线移动以外的四个自由度，是四点定位。个自由度，是四点定位。定位销定位销 国家标准规定的圆柱定位销的形态和各国家标准规定的圆柱
12、定位销的形态和各部分尺寸。圆柱定位销通常限制工件的部分尺寸。圆柱定位销通常限制工件的2 2个移个移动自由度。当要求孔销协作只在一个方向上动自由度。当要求孔销协作只在一个方向上限制工件自由度时，可运用菱形销。限制工件自由度时，可运用菱形销。圆锥销圆锥销 工件也可以用圆锥销定位，圆锥销定位工件也可以用圆锥销定位，圆锥销定位限制了工件的限制了工件的3 3个移动自由度。个移动自由度。3 3工件以外圆表面定位工件以外圆表面定位 工件以外圆表面定位有两种形式，一种工件以外圆表面定位有两种形式，一种是定心定位，一种是支承定位。工件以外圆是定心定位，一种是支承定位。工件以外圆表面定限位的状况与工件以圆柱孔定位
13、的情表面定限位的状况与工件以圆柱孔定位的情况相仿，只是用套简或卡盘代替了心轴或柱况相仿，只是用套简或卡盘代替了心轴或柱销。销。V V型块型块 对中心性好，适用于粗、精基准面，圆对中心性好，适用于粗、精基准面，圆柱面和圆弧面；柱面和圆弧面；V V型块两斜面夹角为型块两斜面夹角为6060、9090、120120。其中。其中9090最常用。最常用。V V形块有长短之分，长形块有长短之分，长V V形块（或两个短形块（或两个短V V形块的组合）限制工件的形块的组合）限制工件的4 4个自由度，而短个自由度，而短V V形块一般只限制形块一般只限制 2 2个自由度。个自由度。V V形块又有固定和活动之分，活动
14、形块又有固定和活动之分，活动V V形块形块在可移动方向上对工件不起定位作用。在可移动方向上对工件不起定位作用。定位套定位套 内孔轴线是限位基准，内孔面是限位基内孔轴线是限位基准，内孔面是限位基面。为了限制工件沿轴向的自由度，常与端面。为了限制工件沿轴向的自由度，常与端面联合定位。用端面作为主要限位面时，应面联合定位。用端面作为主要限位面时，应限制套的长度，以免夹紧时工件产生不允许限制套的长度，以免夹紧时工件产生不允许的变形。的变形。定位套结构简洁、简洁制造，但定心精定位套结构简洁、简洁制造，但定心精度不高，故只适用于精定位基面。度不高，故只适用于精定位基面。4.4.工件以一面两孔定位工件以一面
15、两孔定位属于组合定位方式，即定位面是工件上一个平面属于组合定位方式，即定位面是工件上一个平面及该平面上的两个圆孔，这种定位方式，在箱体、及该平面上的两个圆孔，这种定位方式，在箱体、杠杆、盖板等类零件的加工中应用很广。杠杆、盖板等类零件的加工中应用很广。工件的定位平面一般是加工过的精基面，两定位工件的定位平面一般是加工过的精基面，两定位孔可能是工件上原有的，也可能是专为定位须要孔可能是工件上原有的，也可能是专为定位须要而设置的工艺孔。定位元件是一面两销，即一个而设置的工艺孔。定位元件是一面两销，即一个平面、一个圆柱销和一个菱形销。平面、一个圆柱销和一个菱形销。一面两孔定位符合基准统一原则，定位简
16、洁，夹一面两孔定位符合基准统一原则，定位简洁，夹紧便利。紧便利。例题例题1 1依据六依据六点定则，试写点定则，试写出下图各定位出下图各定位元件的名称并元件的名称并分析各定位元分析各定位元件所限制的自件所限制的自由度，如有重由度，如有重复定位，是否复定位，是否是可用重复定是可用重复定位？位？（二）常用定位方法与定位元件（二）常用定位方法与定位元件 例题例题2 2 试分析图中各工件，为满足工试分析图中各工件，为满足工件的加工要求须要限制的自由度，选择定位件的加工要求须要限制的自由度，选择定位基准及各定位基准所限制的自由度，为各定基准及各定位基准所限制的自由度，为各定位基准选择相应的定位元件及各定位
17、元件所位基准选择相应的定位元件及各定位元件所限制的自由度。限制的自由度。（三）定位误差的分析与计算（三）定位误差的分析与计算 一批工件逐个在夹具上定位时，由于工一批工件逐个在夹具上定位时，由于工件及定位元件存在公差，使各个工件所占据件及定位元件存在公差，使各个工件所占据的位置不完全一样即定位不精确，加工后形的位置不完全一样即定位不精确，加工后形成加工尺寸的不一样，为加工误差。这种只成加工尺寸的不一样，为加工误差。这种只与工件定位有关的加工误差，称为定位误与工件定位有关的加工误差，称为定位误差，用差，用DD表示。表示。1.1.造成误差的缘由：造成误差的缘由：造成定位误差的缘由有两个。造成定位误差
18、的缘由有两个。定位基准与设计基准不重合，产生基定位基准与设计基准不重合，产生基准不重合误差准不重合误差BB。定位基准与限位基准不重合，产生基定位基准与限位基准不重合，产生基准位移误差准位移误差YY。基准不重合误差基准不重合误差B B 定位基准与设计基准不重合，产生的基准定位基准与设计基准不重合，产生的基准不重合误差不重合误差 B B 基准不重合误差的大小应等于定位基准基准不重合误差的大小应等于定位基准与设计基准之间全部尺寸的公差和。在工序与设计基准之间全部尺寸的公差和。在工序图上找寻这些尺寸的公差。图上找寻这些尺寸的公差。当设计基准的变动方向与加工尺寸的方当设计基准的变动方向与加工尺寸的方向不
19、一样，存在一夹角时，基准不重合误差向不一样，存在一夹角时，基准不重合误差等于定位基准与设计基准之间全部尺寸的公等于定位基准与设计基准之间全部尺寸的公差和在加工尺寸方向上的投影。差和在加工尺寸方向上的投影。B Bg cosa g cosa 当设计基准的变动方向与加工尺寸的方当设计基准的变动方向与加工尺寸的方向相同时，这时基准不重合误差等于定位基向相同时，这时基准不重合误差等于定位基准与设计基准之间全部尺寸的公差和。准与设计基准之间全部尺寸的公差和。基准位移误差基准位移误差Y Y 定位基准与限位基准不重合引起的误定位基准与限位基准不重合引起的误差。差。这是由于定位基面和限位基面的制造公这是由于定位
20、基面和限位基面的制造公差和间隙造成的。差和间隙造成的。若定位基准与限位基准的最大变动量为若定位基准与限位基准的最大变动量为ii。定位基准的变动方向与设计尺寸方向相定位基准的变动方向与设计尺寸方向相同时：同时：Y=i Y=i 定位基准的变动方向与加工尺寸的方向定位基准的变动方向与加工尺寸的方向不一样，两者之间成夹角时，基准位移误差不一样，两者之间成夹角时，基准位移误差等于定位基准的变动范围在加工尺寸方向上等于定位基准的变动范围在加工尺寸方向上的投影。的投影。Y Yicosa icosa 2 2定位误差的计算定位误差的计算 定位误差的常用计算方法是合成法。定位误差的常用计算方法是合成法。定位误差应
21、是基准不重合误差与基准位定位误差应是基准不重合误差与基准位移误差的合成。计算时，可先算出基准不重移误差的合成。计算时，可先算出基准不重合误差和基准位移误差，然后将两者合成。合误差和基准位移误差，然后将两者合成。合成时，若设计基准不在定位基面上合成时，若设计基准不在定位基面上（设计基准与定位基面为两个独立的表（设计基准与定位基面为两个独立的表面），即基准不重合误差与基准位移误差无面），即基准不重合误差与基准位移误差无相关公共变量。相关公共变量。D DYYB B 合成时，若设计基准在定位基面上，即合成时，若设计基准在定位基面上，即基准不重合误差与基准位移误差有相关的公基准不重合误差与基准位移误差有
22、相关的公共变量。共变量。D DYBYB +-+-确定方法：确定方法：定位基准与限位基面接触，定位基面直定位基准与限位基面接触，定位基面直径由小变大（或由大变小），分析定位基准径由小变大（或由大变小），分析定位基准变动方向。变动方向。定位基准不变，定位基面直径同样变定位基准不变，定位基面直径同样变化，分析设计基准的变动方向。化，分析设计基准的变动方向。Y Y（或定位基准）与（或定位基准）与BB（或工序基（或工序基准）的变动方向相同时，取准）的变动方向相同时，取“”号；变动号；变动方向相反时，取方向相反时，取“一一”号。号。3 3常见定位方式定位误差的计算常见定位方式定位误差的计算 工件以平面定位
23、工件以平面定位 平面为精基面平面为精基面 基准位移误差基准位移误差 Y Y0 0 定位误差定位误差 D DBB 工件以内孔定位工件以内孔定位 工件以内孔在圆柱心轴、圆柱销上定工件以内孔在圆柱心轴、圆柱销上定位。由于孔与轴有协作间隙，有基准位移误位。由于孔与轴有协作间隙，有基准位移误差，分两种状况探讨：差，分两种状况探讨：第一种状况第一种状况 圆柱心轴、圆柱销水平放圆柱心轴、圆柱销水平放置或有固定方向的力作用，即圆柱心轴、圆置或有固定方向的力作用，即圆柱心轴、圆柱销与定位孔固定单边接触。柱销与定位孔固定单边接触。Y Y（DDgg）/2/2 其次种状况其次种状况 圆柱心轴、圆柱销竖放，圆柱心轴、圆
24、柱销竖放，即圆柱心轴、圆柱销与定位孔随意边接触即圆柱心轴、圆柱销与定位孔随意边接触（心轴垂直放置）。（心轴垂直放置）。基准位移误差基准位移误差 Y YDDggXminXmin工件以外圆表面定位工件以外圆表面定位 A.A.工件以外圆表面在工件以外圆表面在V V型块上定位型块上定位由于由于V V型块在水平方向有对中作用。型块在水平方向有对中作用。基准位移误差基准位移误差 Y Y 0 0 V V型块在垂直方向有基准位移误差型块在垂直方向有基准位移误差V V型块三种不同工序尺寸标型块三种不同工序尺寸标注的定位误差的计算：注的定位误差的计算：当设计基准为外圆轴线时当设计基准为外圆轴线时 当设计基准为外圆
25、下母线当设计基准为外圆下母线时时 当设计基准为外圆上母线当设计基准为外圆上母线时时 B B工件以外圆表面在定位套上定位工件以外圆表面在定位套上定位 定位误差的计算与工件以内孔在圆柱心定位误差的计算与工件以内孔在圆柱心轴、圆柱销上定位误差的计算相同。轴、圆柱销上定位误差的计算相同。4 4定位误差计算实例定位误差计算实例 例例1.1.某厂叶轮加的定位某厂叶轮加的定位方式如图所示，工件以方式如图所示，工件以外圆柱面在定位元件的外圆柱面在定位元件的止口中定位，加工均布止口中定位，加工均布的的4 4槽。求槽的对称度的槽。求槽的对称度的定位误差。若定位误差定位误差。若定位误差不得大于对称度公差不得大于对称
26、度公差的，试推断该定位方案的，试推断该定位方案能否满足加工要求。若能否满足加工要求。若不能满足加工要求，试不能满足加工要求，试提出一种改进方案。提出一种改进方案。解：解：定位基准与设计定位基准与设计基准不重合，有基准不基准不重合，有基准不重合误差重合误差BB0.02mm0.02mm定位副为间隙协作，定位副为间隙协作，有基准位移误差有基准位移误差YYDDdd Xmin Xmin 0.15 mm0.15 mm定位误差定位误差DDYY0.17mm0.17mm（0.21/20.21/20.1 mm0.1 mm）此定位方案不能满足加此定位方案不能满足加工要求。工要求。改进措施：改进措施：改用改用12H8
27、12H8孔定位，使孔定位，使定位基准与设计基准重定位基准与设计基准重合，消退基准不重合误合，消退基准不重合误差的影响，差的影响，BB0 0，若，若选定位心轴为选定位心轴为12g612g6，D=Y=0.044 D=Y=0.044 mmmm（0.21/20.21/20.1 0.1 mmmm），可满足加工要），可满足加工要求。求。例题例题2 2下图所示一批零件，外圆已加工合格下图所示一批零件，外圆已加工合格了今日设计钻模加工了今日设计钻模加工88孔。试分析图（孔。试分析图（b b）和）和图（图（C C）两定位方案的定位误差对加工要求的）两定位方案的定位误差对加工要求的影响。图中影响。图中1 1是钻模板；是钻模板；2 2是是V V形块。形块。解：解：图（图（b b）设计基准为外圆下母线）设计基准为外圆下母线 图图(c)(c)设计基准为外圆左母线定位基准与设计基准为外圆左母线定位基准与设计基准不重合，设计基准不重合，B B0.031 mm0.031 mm V V形块对中，无基准位移误差形块对中，无基准位移误差 Y Y0 0 定位误差定位误差DDYYBB0.031 mm0.031 mm 图（图（b b）定位误差小些。）定位误差小些。