第四章工件的定位和機床夾具

第四章工件的定位和機床夾具第一節(jié)基準的概念和工件的安裝一、基準的含義:用來確定其它點、線、面的位置所依據(jù)的那些點、線、面稱為基準。一）設計基準：零件圖上使用的基準。二）工藝基準：零件在加工、測量、裝配等工藝過程中所使用的基準。1.工序基準：確定本工序被加工表面加工后的尺寸、位置的基準。圖4—2所示2.定位基準：工件在機床上或夾具中占有正確位置所采用的基準。3.測量基準：用來確定被測量尺寸、形狀和位置的基準。4.裝配基準：裝配時用來確定零件或部件在產品中相對位置所采用的基準。二、工件的裝夾方法一）定位與裝夾1.定位：確定工件在機床上或夾具中占據(jù)正確的位置的過程。2.夾緊：將定位后的工件固定，使其在加工中保持位置不變的過程。3.裝夾：工件在機床上或夾具中定位、夾緊的過程。4.機床夾具：用來裝夾工件的裝置。二）工件裝夾方法1.找正裝夾方法2.夾具自動裝夾方法第二節(jié)機床夾具的組成及其分類一、夾具的組成（圖4-8）1.定位元件和夾緊裝置2.對刀、導向元件3.夾具連接元件4.其它裝置和元件5.夾具體二、夾具的分類1.專用夾具（圖4-9）2.組合夾具3.成組夾具（4-10圖）第三節(jié)工件的定位原理一、工件定位原理工件定位，就是要使工件在夾具中占據(jù)某個確定的正確加工位置。工件定位可歸納為以下三點：1、一個工件在空間有六個不定度；2、運用各種定位元件限制工件某一方向上的不定度，工件在該方向上的位置就確定了。3、通過多個定位元件的組合，限制一定數(shù)目的不定度，才可滿足該工序的加工精度要求。工件定位一般有下述四種情況：

完全定位部分定位欠定位重復定位在工件定位分析中，常將定位元件抽象為定位支承點。（一）完全定位：工件在夾具中定位時，六個不定度均被限制，稱為完全定位。（二）部分定位：工件在夾具中定位時，六個不定度沒有被全部限制，稱為部分定位。此時可能有兩種情況：1、由于工件結構特點，不必限制所有不定度2、由于加工精度要求，不必限制所有不定度（三）欠定位：工件在夾具中定位時，若定位支承點數(shù)目少于工序加工所要求的數(shù)目，工件定位不足，稱為欠定位。（四）重復定位：工件在夾具中定位時，若幾個定位支承點重復限制一個或幾個不定度，稱為部分定位。*當以形、位精度較低的毛坯面定位時，不允許重復定位。*為提高定位穩(wěn)定性和剛度，以加工過的表面定位時，可以出現(xiàn)重復定位。當以兩個或兩個以上的組合表面定位時，重復定位可能造成不良后果。

為減少重復定位造成的加工誤差，可采取如下措施：（1）改變定位元件結構（2）撤消重復定位的定位元件：（3）提高工件定位基準之間、定位元件定位面之間的位置精度。常見加工形式應限制的自由度見表4-2。第四節(jié)常見定位元件和工件在夾具中的定位誤差分析一、定位元件的選擇定位表面不同，應選擇不同的定位元件（一）平面定位元件1、主要支承：工件定位時起主要定位支承作用（1）固定支承：定位支承點的位置固定不變的定位元件，稱為固定支承。（2）可調支承：定位支承點的位置可以調節(jié)的定位元件，稱為可調支承。主要用于以制造精度不高的毛坯面定位的場合。（3）自位支承：定位支承點的位置隨工件定位基準位置變化而自動與之適應的定位元件，稱為自位支承。自位支承一般只起一個定位支承點的作用。2、輔助支承：只起提高工件支承剛性或輔助定位作用的定位元件，稱為輔助支承。（二）圓孔表面定位元件

主要有：定位銷、剛性心軸和小錐度心軸1、定位銷固定式定位銷：可換式定位銷：

錐面定位銷削邊定位銷：各種規(guī)格標準菱形定位銷2、剛性心軸：常用于套類零件的定位元件剛性心軸一般由導向、定位及傳動三部分組成3、小錐度心軸小錐度心軸可消除工件與心軸之間的配合間隙，提高定心精度。錐度一般取K=1/5000~1/1000（三）外圓表面定位元件常用的有三類定位套：實現(xiàn)定心定位支承板：給外圓定位V型塊：實現(xiàn)外圓表面定心、對中定位（1）定位套：長套限制四個不定度，短套限制二個不定度，錐套限制三個不定度，半圓套長四、短二。2）支承板長板限制二個不定度，短板限制一個不定度。3）V型塊長V型塊限制四個不定度；短V型塊限制二個不定度。（四）錐面定位元件當軸類零件要求精確定心時，可以工件上的錐孔作為定位基準。長錐心軸限制五個不定度。兩個頂尖配合使用，限制五個不定度。二、定位誤差的分析計算（一）定位誤差及其計算方法1、定位誤差的概念及產生原因：*定位誤差：指由于工件定位不準確，而造成工序尺寸或位置要求方面的加工誤差。*產生原因：

（1）工件有關表面本身及它們之間在尺寸、位置上存在著公差范圍內的差異。（2）夾具定位元件本身及各定位元件之間存在尺寸和位置公差。分析：機床保證了小孔與銷的軸線之間的尺寸，但因銷孔之間存在間隙，銷、孔、外圓均存在尺寸誤差，均會引起尺寸H的變化。Hmax：當銷最小、孔最大、外圓最大，銷孔右邊接觸Hmin：當銷最小、孔最大、外圓最小，銷孔左邊接觸例：孔—銷配合例子基準位置誤差δ位置（O）：

定位基準O相對于其理想位置Oˊ的最大變動量δ位置（O）

=O1O2=O3O4=TD+Td1+Xmin=Xmax基準不重合誤差δ不重合（A）：工序基準A相對于定位基準理想位置Oˊ的最大變動量δ不重（A）=A1A2

=Td/22、定位誤差的組成及計算定位誤差主要由基準位置誤差δ位置（O）和基準不重合誤差δ不重合（A）組成。即：δD=δ位置（O）+δ不重合（A）

δ定位（H）=A1A2=Hmax-Hmin=O1O2+d/2-(d-Td)/2=O1O2+Td/2即:δ定位（H）=δ位置（O）+δ不重（A）=O1O2+Td/23、結論（1）定位誤差只產生在采用調整法加工一批工件的條件下，若一批工件逐個試切加工，則不存在定位誤差。（2）定位誤差是由于工件定位不準確而產生的加工誤差。他的表現(xiàn)形式為工序基準相對于加工表面可能產生的最大尺寸或位置的變動范圍。它的產生原因是工件的制造誤差、定位元件的制造誤差、兩者的配合間隙及基準不重合等。（3）定位誤差由基準位置誤差和基準不重合誤差兩部分組成，但并非在任何情況下這兩部分都存在。定位基準無位置變動，基準位置誤差為零；定位基準與工序基準重合，基準不重合誤差為零。（4）定位誤差的計算可按定位誤差的定義，根據(jù)所畫出的一批工件定位可能產生定位誤差的良種極端位置，再通過集合關系直接求得。也可按定位誤差的組成，由公式：

δ定位=δ位置±

δ不重

計算得到，根據(jù)一批工件的定位由一種可能的極端位置變?yōu)榱硪环N極端位置時δ位置和δ不重的方向的異同，以確定公式中的加減號。（二）幾種典型表面定位時的定位誤差1、平面定位時的定位誤差*毛坯表面定位：由于實際表面相對于其理想位置有較大的變動范圍，存在基準位置誤差。δ定位（H）=

δ位置（M）=ΔH加工過的表面定位

加工過的表面形狀誤差較小，可以認為基準位置誤差為零。δ定位（H）=

δ位置（M）=02、圓孔表面定位時的定位誤差（1）工件上圓孔與剛性心軸或定位銷過盈配合基準位置誤差：δ位置（O）=0基準不重合誤差（四）提高工件在夾具中定位精度的措施即如何減少或消除基準位置誤差和基準不重合誤差。1、減少或消除基準位置誤差的措施（1）選用基準位置誤差小的定位元件A、以毛坯平面作為定位基準時，可以多點自位支承取代球頭支承釘。B、以內孔和端面定位時，可應用浮動球面支承，以減小軸向定位誤差。（2）合理布置定位元件在夾具中的位置A、以毛坯平面定位時，盡力增大支承間的間距B、以外圓或外圓組合定位時，亦應盡力增大定位元件間的間距C、應用固定平面支承與活動錐面組合定位

（3）提高工件定位表面與定位元件的配合精度

例如：以內孔或外圓定位時，應盡量減小它與定位元件之間的最小間隙。（4）正確選取工件上的第一、第二和第三定位基準第一定位基準基準位置誤差最小，應以直接與加工精度有關的基準作為第一定位基準。2、消除或減小基準不重合誤差的措施（1）盡可能以工序基準作為定位基準（2）根據(jù)加工精度高低選擇第一、第二定位基準

三、工件定位方案設計及定位誤差計算舉例1、2、槽兩側面C、D對B面的垂直度公差0.05mm3、槽的對稱中心面與兩孔中心連線之間的夾角為（一）定位方案設計1、按加工精度要求，至少應限制五個不定度，從加工穩(wěn)定性來說，可限制六個不定度。2、為保證垂直度，應以B面作為定位基準，但因B面較小，為穩(wěn)定考慮，選擇A作為基準。3、為保證角度精度，應以兩孔軸線作為定位基準。定位方案銑槽工序（二）定位誤差計算1、槽的垂直度誤差較易保證，不必計算。2、角度誤差：A、基準重合，不存在基準不重合誤差。B、基準位置誤差：假定兩孔、銷的配合均為H7/g6圓柱定位銷的直徑為削邊定位銷的直徑為四、加工誤差不等式加工過程中，產生加工誤差的主要因素有以下幾方面：1.定位誤差δd2.對刀誤差δd.d調整刀具與對刀基準時產生的誤差。3.安裝誤差δa夾具安裝在機床時，由于安裝不準確引起的誤差。4.其他誤差δc為了保證工件的加工要求，以上四項誤差之和應滿足δd+δd.d+δa+δc≤T在夾具方案設計時，可將工件公差進行預分配，將工序公差分為三等分：1)定位誤差δd=1/3T2)δd.d+δa=1/3T3)δc=1/3T一般在對定位方案進行誤差計算時，所求的的定位誤差<1/3T就認為定位方案是可行的。第五節(jié)工件的夾緊及夾緊裝置一、夾緊裝置的組成及設計要求（一）夾緊裝置的組成：（兩個部分組成）1、動力源：手動夾緊：人力提供動力源機動夾緊：以氣動、液動、電動等提供動力源。2、夾緊機構：是接受和傳遞作用力的機構，包括中間遞力機構和夾緊元件中間遞力機構的作用：a、改變夾緊力方向；b、改變夾緊力大小；c、提供自鎖功能。(二)夾緊裝置的設計要求1、夾緊力不應破壞定位；2、足以抵抗加工中的各種力和振動；3、工件不應發(fā)生過度變形；4、有足夠的夾緊行程；5、具有自鎖性；6、結構簡單、易于操作。常見夾緊機構氣動夾緊機構在大批大量生產中廣泛采用氣動、液壓、電磁、真空等機動夾具。1氣壓傳動系統(tǒng)如圖所示，電動機帶動空壓機產生0.7～0.9MPa的壓縮空氣，經冷卻器進入儲氣罐備用，經水氣分離器濾去水分和雜質，再經過調壓閥使壓力降低到0.4～0.6MPa并穩(wěn)定在調定壓力，然后再經油霧器混以霧化油，保持系統(tǒng)中元件的潤滑。再經單向閥、換向閥和節(jié)流閥進入活塞式氣缸和薄膜式氣缸進行夾緊工作。氣壓傳動夾緊機構的組成可見氣壓傳動夾緊機構的組成如下：

動力裝置——電機+空壓機（壓縮空氣，0.7～0.9MPa）；

傳遞機構——氣缸、活塞；

執(zhí)行機構——杠桿、鉸鏈、楔塊等；

輔助裝置——水氣分離器、調壓器、油霧器、配氣閥等。3氣壓夾緊的特點▲操作方便迅速、反應靈敏，易于自動化；▲空氣取之不盡，廢氣直接排入大氣無污染，但有噪聲；▲空氣具有可壓縮性，夾緊剛度不高，需設置自鎖機構；▲因工作壓力不高，夾緊力不夠大，需借助擴力機構，結構比較龐大。液動夾緊機構用壓力油作為動力源，通過管道、液壓閥、液壓缸等元件夾緊工件如圖。1液壓傳動系統(tǒng)

2.液壓夾緊系統(tǒng)的組成動力裝置——電機11+油泵3（壓力油，5～6MPa）；傳遞機構——油缸、活塞6；執(zhí)行機構——杠桿、鉸鏈10、楔塊等；輔助裝置——油箱1、過濾網(wǎng)2、溢流閥4、單向閥8、換向閥7、儲能器5、壓力表9等。3液壓夾緊特點

優(yōu)點液壓具有氣壓夾緊的各種優(yōu)點，缺點對密封性能要求高，需要一套壓力油供應系統(tǒng)，為單一夾具設置此系統(tǒng)不經濟。圖8-51為直接作用式氣-液聯(lián)合增壓虎鉗示意圖，聯(lián)動夾緊機構為了提高生產率，充分利用機床的走刀行程，在批量較大的情況下，常采用多件同時加工，這時設計的夾具必須保證多件同時夾緊，且必須保證各個工件的加工精度。

形式有：多件平行夾緊和多件依次夾緊多件平行夾緊多件依次夾緊一多件平行夾緊

圖所示為多件平行夾緊夾具，在設計時應注意，由于一批工件尺寸大小不一，夾緊元件應作成浮動式，如圖b所示。否則有的工件可能夾不緊，如圖a所示，只能夾緊尺寸大的工件。二多件依次夾緊

圖8-54所示為多件依次（順序）夾緊夾具。設計時應注意的是，當工件由于尺寸誤差大，使定位兼夾緊元件的V形塊發(fā)生繞銷子的偏轉,導致工件也發(fā)生偏轉時,不得影響工件的加工精度。如果此工序是加工連桿蓋的上部，顯然此夾具不能用。因此，此夾具只能用于加工連桿蓋兩側面。二、夾緊力的確定大小、方向、作用點（一）夾緊力的方向1、夾緊力的方向應垂直于主要定位基準面主要定位基準面面積大、精度高、限制不定度數(shù)目多，二者垂直，有利于準確定位。多向施力與一力多用2、夾緊力的方向應有利于減小夾緊力

（二）夾緊力的作用點（選擇原則）1、所選作用點，應保證定位穩(wěn)定，不破壞定位2、應盡量減小夾緊變形措施：增大受力面積，合理布置作用點3、作用點盡量靠近切削部位，也可設輔助支承（三）夾緊力的大小夾緊力太小，不足以抵抗加工中的各種力；夾緊力太大，易造成工件、夾具的較大變形。實際夾緊力W0一般為理論夾緊力W乘以安全系數(shù)K，即：W0=KW一般安全系數(shù)K=1.5~3粗加工K=2.5~3精加工K=1.5~2三、夾緊機構設計常用夾緊機構：斜楔、螺旋、圓偏心、定心對中、聯(lián)動夾緊機構。（一）斜楔夾緊機構1、作用原理及夾緊力斜楔受力：Q：外力;W’：工件對斜楔的作用力，由夾緊反力W、摩擦力Fμ2合成；N’：夾具對斜楔的作用力，由反力N、摩擦力Fμ1合成。根據(jù)靜力平衡方程：ΣX=0Q-N’sin(α+φ1)-W’sinφ2=0-----1ΣY=0N’cos(α+φ1)-W’cosφ2=0-----2W=W’cosφ2=N’cos(α+φ1)W’=W/cosφ2N’=W/cos(α+φ1)將結果代入1式，則：Q-Wtg(α+φ1)-Wtgφ2=0得：W=Q/[tg(α+φ1)+tgφ2]由于α、φ1、φ2均很小，且一般取φ1=φ2=φ,則近似有：W=Q/(tgα+2tgφ)一般情況下，取φ1=φ2=4o~6o，α=6o~10o2、結構特點（1）自鎖性：外力Q消失后，機構在摩擦力作用下，仍能夾緊工件的能力。斜楔具有自鎖性的受力分析其鉛垂方向的受力需滿足：斜楔自鎖條件為：楔角小于斜楔與工件及斜楔與夾具體之間的摩擦角之和。一般φ1=φ2=6o，因此取α<=12o實際取α=6o，這時tg6o=0.1=1/10（2）斜楔能改變原始作用力的方向（3）斜楔具有增力作用：其增力比為：ip=W/Q=1/[tg(α+φ1)+tgφ2]α越小，增力比越大。（4）斜楔夾緊行程?。害猎酱?，夾緊行程越大，但自鎖性越差。雙升角斜楔具有較大的夾緊行程，