第2章 工件的定位和機(jī)床夾具

第二章工件的定位和機(jī)床夾具

一、基準(zhǔn)：零件上用來確定某些點(diǎn)、線、面的位置所依據(jù)的點(diǎn)、線、面。二、分類：1.設(shè)計(jì)基準(zhǔn)在設(shè)計(jì)圖樣上所采用的基準(zhǔn)

圖１定位支座零件2.1基準(zhǔn)的概念

2.工藝基準(zhǔn)：是在工藝過程中所采用的各種基準(zhǔn)。工序基準(zhǔn)：在工序圖上用來確定本工序被加工表面加工后的尺寸、位置的基準(zhǔn)。工序尺寸：聯(lián)系被加工表面與工序基準(zhǔn)的尺寸，是這道工序應(yīng)直接得到的尺寸。

粗基準(zhǔn)：用來作為定位基準(zhǔn)的是未經(jīng)過加工的表面。

定位基準(zhǔn)精基準(zhǔn)：用來作為定位基準(zhǔn)的是經(jīng)過加工的表面。輔助基準(zhǔn)：是基準(zhǔn)中的一個(gè)特例，專為定位而加工的。測量基準(zhǔn)：零件檢驗(yàn)時(shí)用以測量已加工表面尺寸和位置的基準(zhǔn)。裝配基準(zhǔn)：裝配時(shí)用以確定零件所在部件或產(chǎn)品中位置的基準(zhǔn)。定位基準(zhǔn)：是工件在機(jī)床上或夾具中定位時(shí)的基準(zhǔn)。體現(xiàn)定位基準(zhǔn)的表面稱為定位基面。

2.2機(jī)床夾具概述一、工件裝夾的實(shí)質(zhì)裝好：在機(jī)床上確定工件相對(duì)刀具的正確加工位置。在夾具設(shè)計(jì)的術(shù)語中，把工件裝好稱為定位。夾牢：在已經(jīng)定好的位置上將工件可靠地夾住。在夾具設(shè)計(jì)的術(shù)語中，把夾牢工件稱為夾緊。工件裝夾的實(shí)質(zhì)：在機(jī)床上對(duì)工件進(jìn)行定位和夾緊。裝夾工件的目的：通過定位和夾緊使工件在加工過程中始終保持其正確的加工位置。

二、工件裝夾的方法（一）找正裝夾方法

是以工件的有關(guān)表面或?qū)ｉT劃出的線痕作為找正依據(jù)，用劃針或指示表進(jìn)行找正，再將工件夾緊，進(jìn)行加工。這是常用于單件、小批生產(chǎn)中裝夾工件的方法。按找正方式裝夾工件的方法，能較好的適應(yīng)工序或加工對(duì)象的變換，夾具結(jié)構(gòu)簡單，但這種方法生產(chǎn)效率低，勞動(dòng)強(qiáng)度大，加工質(zhì)量不是很高。1）直接找正裝夾精度高，效率低，對(duì)工人技術(shù)水平高。2）劃線找正裝夾（二）專用機(jī)床夾具裝夾法專用機(jī)床夾具是為某零件的某道工序?qū)ｉT設(shè)計(jì)制造的夾具。

直接找正裝夾

圖2工件在夾具上裝夾（滾齒夾具）

43φDL零件工序簡圖圖專用夾具

1.特點(diǎn)：（1）工件直接裝入夾具，不再需要找正便可將工件夾緊。（2）工件通過夾具相對(duì)于機(jī)床也占有了正確的位置。（3）夾具上還有確定刀具位置的元件，工件通過夾具相對(duì)于刀具也有占有了正確的位置。2.作用：

保證加工精度，提高生產(chǎn)率，減輕工人勞動(dòng)強(qiáng)度。

鉆夾具的組成：2.3專用機(jī)床夾具的組成及分類銑夾具的組成：工件：撥叉對(duì)刀裝置夾具體定位元件(固定支承、平面及短銷)連接元件(定位鍵)夾緊裝置(螺母、開口墊圈)其他元件及裝置(防護(hù)、防錯(cuò)、分度…)圖3銑軸端槽夾具1—V型塊2—支撐套3—手柄4—定向鍵5—夾具體6—對(duì)刀塊1）定位元件及裝置123646）其他元件及裝置（防護(hù)、防錯(cuò)、分度…）5）夾具體4）連接元件3）對(duì)刀及導(dǎo)向元件2）夾緊元件及裝置一、專用機(jī)床夾具的組成

二、機(jī)床夾具的分類◆按夾具使用范圍劃分1）通用夾具：三爪、四爪卡盤，平口鉗等，一般由專業(yè)廠生產(chǎn)，常作為機(jī)床附件提供給用戶。（如圖４）2）專用夾具：為某一工件特定工序?qū)ｉT設(shè)計(jì)的夾具，多用于批量生產(chǎn)中。（如圖５）3）成組夾具：夾具的部分元件可以更換，部分裝置可以調(diào)整，以適應(yīng)不同零件的加工。（如圖６）4）組合夾具：由一套預(yù)先制造好的標(biāo)準(zhǔn)元件組合而成。根據(jù)工件的工藝要求，將不同的組合夾具元件像搭積木一樣，組裝成各種夾具。使用后，元件可拆開、洗凈后存放，待需要時(shí)重新組裝。組合夾具特別適用于新產(chǎn)品試制和單件小批生產(chǎn)。（如圖２-９）

（如圖７）

（如圖８）5）隨行夾具：在自動(dòng)線或柔性制造系統(tǒng)中使用的夾具。三爪卡盤四爪卡盤萬向平口鉗回轉(zhuǎn)工作臺(tái)分度頭圖4通用夾具

43φDL零件工序簡圖圖5專用夾具

圖6成組夾具KH1KH2KH3KH4零件工序簡圖43φDLLφD43φD43LφDL34φDL43φDL34

123456789101112131415161718圖7組合夾具1—加筋角鐵（2）2—槽用螺栓（6）3—平鍵（10）4—方形支承5—定位支承6—方形支承7—平墊圈8—六角螺母（8）9—槽用螺栓10—鉆套螺釘11—快換鉆套12—鉆模板13—圓形定位銷14—工件15—方形支承16—角鐵17—壓緊螺釘18—基礎(chǔ)板

圖8組合夾具實(shí)例

可分為鉆床夾具、銑床夾具、車床夾具、磨床夾具等?！舭词褂脵C(jī)床劃分可分為手動(dòng)夾具、氣動(dòng)夾具、液壓夾具、真空夾具、電動(dòng)夾具等?！舭磰A緊力源劃分氣動(dòng)虎鉗液壓夾具

2.4工件在夾具中定位的基本規(guī)律一、工件定位的六點(diǎn)規(guī)則用、、分別表示沿X軸、Y軸和Z軸的移動(dòng)自由度，X、Y、Z分別表示繞X、Y、Z軸的轉(zhuǎn)動(dòng)自由度。工件可近似看成自由剛體。六個(gè)定位點(diǎn)（支承釘）確定工件唯一確切位置的規(guī)則稱為六點(diǎn)定位規(guī)則。

例二如圖2—13例一如圖2—12二、確定工件位置應(yīng)限制的自由度

則此可見，從保證加工要求（尺寸、平行度、垂直度等）來看，工件的正確定位，并不是對(duì)工件的六個(gè)自由度都要加以限制，這是因?yàn)橛行┳杂啥炔⒉挥绊懠庸ひ?，在考慮工件定位方式時(shí)，首先要找出哪些自由度會(huì)影響加工要求（尺寸和位置公差），哪些自由度與保證加工尺寸或位置無關(guān)。前者稱為第一類自由度，后者稱為第二類自由度。對(duì)于工件定位，首先應(yīng)找出第一自由度，這是工件必須限制的自由度，至于第二類自由度，應(yīng)按照承受切削力、夾緊力等需要，考慮是否應(yīng)加以限制。

工件限制幾個(gè)、限制哪幾個(gè)自由度完全取決于加工技術(shù)要求。限制自由度與加工技術(shù)要求的關(guān)系

完全定位與不完全定位定位與夾緊的區(qū)別定位是工件在夾具中獲得正確的位置夾緊是保證定好的位置不因外力的作用而發(fā)生改變

完全定位——工件的六個(gè)自由度全被限制的定位方式。不完全定位——按照技術(shù)要求，工件的六個(gè)自由度沒有被全部限制的定位方式。

三、定位元件及其所限制的自由度

對(duì)夾具定位元件的要求：（1）一定的精度（2）良好的耐磨性（3）足夠的剛性

（一）工件以平面定位

（1）支承釘

（2）支承板

（3）可調(diào)支承

這種支承的高度是可調(diào)節(jié)的，可調(diào)支承主要用于毛坯質(zhì)量不高，而又以粗基準(zhǔn)定位時(shí)。

（4）自位支承

支承本身在定位過程中所處的位置是隨工件定位基準(zhǔn)面位置的變化而自動(dòng)與之適應(yīng)的。自位支承實(shí)質(zhì)上仍然是一個(gè)定位支承點(diǎn)的作用。在工件定位過程中，能自動(dòng)調(diào)整位置的支承稱為自位支承（也稱浮動(dòng)支承）。圖a、b所示為兩點(diǎn)式自定位支承。這類支承的特點(diǎn)是：支承點(diǎn)的位置能隨著工件定位基準(zhǔn)面的不同而自動(dòng)調(diào)節(jié)，工件定位基面壓下其中一點(diǎn)，其余點(diǎn)便上升，直至各點(diǎn)都與工件接觸。接觸點(diǎn)數(shù)的增加，提高了工件的裝夾剛度和穩(wěn)定性，但其作用仍相當(dāng)于1個(gè)固定支承，只限制工件1個(gè)自由度。圖自位支承

（5）輔助支承

只提高工作支承剛性的輔助定位作用。（二）工件以內(nèi)孔定位

1.心軸

（1）錐形心軸（2）過盈配合圓柱心軸，一般最大過盈量不超過H7/r6。（3）間隙配合心軸，其配合可按H7/h6或H7/f7。

2.定位銷

定位銷一般可分為固定式和可換式：

圖2-24a為固定式的，可直接以H7/r6壓入夾具體孔內(nèi)。圖2-24b為可換式的，在大量生產(chǎn)中方便地更換磨損了的定位銷，在夾具體中壓有固定襯套，定位銷以H7/h6、H6/h5配合裝在襯套內(nèi)，并用螺母拉緊。襯套外徑與夾具體為過渡配合。（H7/n6）。L/D1時(shí)，長定位銷，限制了四個(gè)自由度，L/D<1時(shí)，短定位銷，限制了兩個(gè)自由度。zxy

工件以外圓柱面定位時(shí)，常用的定位元件有V形塊、半圓套、定位套等。 V形塊的典型結(jié)構(gòu)圖所示為常用V形塊。圖a是用于精基準(zhǔn)的短V形塊；圖b是用于精基準(zhǔn)的長V形塊；圖c是用于粗基準(zhǔn)的長V形塊，也可定位兩段精基準(zhǔn)外圓相距較遠(yuǎn)的階梯軸；圖d為大重量工件用鑲淬硬墊塊或鑲硬質(zhì)合金V形塊。采用這種結(jié)構(gòu)除制造經(jīng)濟(jì)性好外，又便于V形塊定位工作面磨損后更換，還可通過更換不同厚度的墊塊以適應(yīng)不同直徑的工件定位，使結(jié)構(gòu)通用化。（三）工件以外圓定位

工件在以V形塊定位時(shí)，當(dāng)工件外圓與V形塊接觸線較長時(shí)，相當(dāng)于長V形塊與外圓接觸，它限制了四個(gè)自由度，當(dāng)接觸線較短時(shí)，相當(dāng)于短V形塊，限制兩個(gè)自由度。

V形塊：zxy

(四)工件以組合表面定位 欠定位與過定位

欠定位欠定位是指工件實(shí)際定位所限制的自由度少于按其加工要求所必須限制的自由度時(shí)的定位狀態(tài)。由于應(yīng)限制的自由度未被限制，必然無法保證工序所規(guī)定的加工要求，因此欠定位在生產(chǎn)中是不允許的。 過定位定位元件重復(fù)限制工件同一自由度的定位狀態(tài)稱為過定位。這種定位狀態(tài)是否允許采用，主要從它產(chǎn)生的后果來判斷。當(dāng)過定位導(dǎo)致工件或定位元件變形，工件與定位元件干涉，明顯影響工件的定位精度時(shí)，不能采用。

過定位分析XYa）ZYb）ZYXY圖9過定位示例圖連桿定位分析a）完全定位b）過定位c）過定位的不良后果1—短圓柱銷1ˊ—長圓柱銷2—平面支承3—擋銷

如圖a所示加工連桿小頭孔的定位方案，平面支承2限制、、3個(gè)自由度，短圓柱銷1限制、2個(gè)自由度，擋銷3限制自由度從而實(shí)現(xiàn)完全定位。若將銷1改成長圓柱銷1ˊ因其限制工件的、、、4個(gè)自由度，從而引起、2個(gè)自由度被重復(fù)限制形成過定位。造成工件定位時(shí)如圖b所示的不確定情況。更嚴(yán)重的后果是發(fā)生在施加夾緊力后，使連桿產(chǎn)生彈性變形，如圖c，加工完畢松夾后，工件變形恢復(fù)，就形成加工表面嚴(yán)重的位置或形狀誤差。

實(shí)際生產(chǎn)中，在采取適當(dāng)工藝措施的情況下，可利用過定位來提高定位剛度，這就是過定位的合理應(yīng)用。仍以圖為例來說明，若連桿大頭孔與端面的垂直度誤差很小，長銷與臺(tái)階面的垂直度誤差也很小，此時(shí)就可利用大頭孔與長銷的配合間隙來補(bǔ)償這種較小的垂直度誤差，并不致引起相互干涉仍能保證連桿端面與平面支承可靠接觸，就不會(huì)產(chǎn)生圖b的定位不確定情況，也不會(huì)造成圖c夾緊后的嚴(yán)重變形，因而是允許采用的。采用這種方式定位由于整個(gè)端面接觸，增強(qiáng)了切削時(shí)的剛度和定位穩(wěn)定性，而且用長圓柱銷定位大頭孔，有利于保證被加工孔相對(duì)大頭孔軸線的平行。

過定位是否允許，要視具體情況而定：1）如果工件的定位面經(jīng)過機(jī)械加工，且形狀、尺寸、位置精度均較高，則過定位是允許的。有時(shí)還是必要的，因?yàn)楹侠淼倪^定位不僅不會(huì)影響加工精度，還會(huì)起到加強(qiáng)工藝系統(tǒng)剛度和增加定位穩(wěn)定性的作用。2）反之，如果工件的定位面是毛坯面，或雖經(jīng)過機(jī)械加工，但加工精度不高，這時(shí)過定位一般是不允許的，因?yàn)樗赡茉斐啥ㄎ徊粶?zhǔn)確，或定位不穩(wěn)定，或發(fā)生定位干涉等情況。

XZY圖10工件在兩頂尖上定位在分析多個(gè)表面定位情況下各表面限制的自由度時(shí)，分清主次定位面很重要。如圖10所示工件在兩頂尖上的定位，應(yīng)首先確定前頂尖限制的自由度，他們是。然后再分析后頂尖限制的自由度。此時(shí)，應(yīng)與前頂尖一起綜合考慮，可以確定其限制的自由度是。

一、定位誤差產(chǎn)生的原因

要求保證工序尺寸為b及AT/2，工序尺寸b由銑刀寬度直接保證的，與定位無關(guān)。在理想狀態(tài)時(shí)，孔與心軸配合間隙為0，孔的軸線與心軸的軸線重合。但工序基準(zhǔn)與定位基準(zhǔn)是不重合的。

基準(zhǔn)不重合誤差，以表示：

=2.5定位誤差的分析與計(jì)算

心軸與孔存在最小間隙和孔及心軸本身的制造誤差，如果不考慮外圓dg的誤差。定位基面（孔）和定位元件（心軸）制造不準(zhǔn)確，而使定位基準(zhǔn)在工序尺寸方向上產(chǎn)生最大位置變化，引起的加工誤差稱為基準(zhǔn)位移誤差，以表示：

——工件圓孔直徑公差——軸外圓直徑公差X——最小配合間隙

定位誤差2,XTTdDyj++=DdTDT式中：定位誤差計(jì)算兩種方法：(1）單項(xiàng)計(jì)算合成法:（2）工件的定位誤差實(shí)質(zhì)上就是工序基準(zhǔn)在加工尺寸方向上的最大變動(dòng)量。因此計(jì)算定位誤差，首先要找出工序尺寸的工序基準(zhǔn)，然后求其在工序尺寸方向上的最大變動(dòng)量即可。用幾何方法計(jì)算定位誤差通常要畫出工件的定位簡圖，并在圖中夸張地畫出工件變動(dòng)的極限位置；然后運(yùn)用三角幾何知識(shí)，求出工序基準(zhǔn)在加工尺寸方向上的最大變動(dòng)量，即為定位誤差。

二、定位誤差的分析與計(jì)算1.工件以平面定位時(shí)的定位誤差2.工件以圓孔定位時(shí)的定位誤差（1）心軸(或定位銷)水平放置

(2)心軸(或定位銷)垂直放置)(21)(XTTAdDgd++=DXTTAdDgd++=D)(

3.工件以外圓定位時(shí)的定位誤差（1）以軸線0為工序基準(zhǔn)工序尺寸為，通過與

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（2）以外圓下母線B為工序基準(zhǔn)工序尺寸為，（3）以外圓上母線A為工序基準(zhǔn)工序尺寸為，)12si