機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)(第4章)機(jī)床夾具設(shè)計(jì)原理

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1、科學(xué)出版社高等教育出版中心,,2020/10/1,科學(xué)出版社高等教育出版中心,2,第4章 機(jī)床夾具設(shè)計(jì)原理,2020/10/1,科學(xué)出版社高等教育出版中心,3,4.1 機(jī)床夾具概述,4.1.1機(jī)床夾具及其分類 在機(jī)床上用來(lái)確定工件位置并將其夾緊的工藝裝備稱為機(jī)床夾具（簡(jiǎn)稱夾具）。研究機(jī)床夾具分類的目的是為了更好地了解各類夾具的不同特點(diǎn)和應(yīng)用范圍，進(jìn)而掌握各類夾具設(shè)計(jì)中的普遍性原理和特殊性問(wèn)題。機(jī)床夾具一般按專門化程度、使用的機(jī)床和夾緊動(dòng)力源進(jìn)行分類。 1. 按專門化程度分類（5類） （1）通用夾具。指具有較高通用性的夾具，其結(jié)構(gòu)尺寸已經(jīng)系列化。這類夾具一般由專門廠家生產(chǎn)制造，有些已經(jīng)作為

2、機(jī)床附件隨機(jī)床一起供應(yīng)。如：三爪卡盤、四爪卡盤、虎鉗等。通用夾具均具有適應(yīng)性強(qiáng)、成本低、可縮短生產(chǎn)準(zhǔn)備周期的優(yōu)點(diǎn)；但其效率較低、定位精度較差也是不容忽視的。因此，通用夾具多用于加工精度要求不高、中、小批和單件生產(chǎn)的場(chǎng)合。 （2）專用夾具。針對(duì)某一工件的某一工序的加工精度要求而專門設(shè)計(jì)、制造的夾具稱為專用夾具。由于具有非常高的針對(duì)性，所以其效率很高，結(jié)構(gòu)緊湊，定位精度較高；但制造周期較長(zhǎng)，成本較高，不具有通用性。專用夾具多用于生產(chǎn)批量較大場(chǎng)合；小批量生產(chǎn)中，當(dāng)工件加工精度較高或加工困難時(shí)也采用專用夾具。,4.1 機(jī)床夾具概述,（3）可調(diào)夾具。通過(guò)更換和調(diào)整夾具上的個(gè)別元件，就可滿足相同或相似類型

3、、但具有不同結(jié)構(gòu)尺寸工件裝夾需要的一類夾具稱為可調(diào)夾具。可調(diào)夾具又分為通用可調(diào)夾具和成組夾具兩種。通用可調(diào)夾具是指具有一定通用性的可調(diào)夾具，如：滑柱鉆模；成組夾具是專門應(yīng)用于成組工藝的夾具，要求夾具在同組工件裝夾中能夠可調(diào)。 （4）組合夾具。由預(yù)先制造好的標(biāo)準(zhǔn)元件、合件組裝而成的夾具，組成夾具的元件、合件可多次拆裝，重復(fù)利用。組合夾具的特點(diǎn)就是夾具組裝極快；可減少夾具品種，降低夾具的保管、維護(hù)費(fèi)用；可降低工件的加工成本。因此，組合夾具非常適合于新產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)試制和單件、小批生產(chǎn)類型。 （5）隨行夾具。隨行夾具是指在自動(dòng)線加工中，可隨同工件按加工工藝需要一起移動(dòng)的夾具。隨行夾具必須要與固定安裝在各

4、加工工位的工位夾具配套使用。隨行夾具不同于一般夾具的地方就是具有兩套定位基準(zhǔn)，一套用于對(duì)工件進(jìn)行定位，另一套用于在工位夾具上對(duì)其本身定位。加工時(shí)，先將工件裝夾在隨行夾具上，然后隨行夾具帶著工件沿自動(dòng)線依次完成在各工位的裝夾和加工。隨行夾具適用于被加工工件無(wú)可靠定位基準(zhǔn)或無(wú)可靠輸送基面的情況。,4.1 機(jī)床夾具概述,2.按使用的機(jī)床分類 根據(jù)所使用的機(jī)床，夾具可分為車床夾具，銑床夾具，鉆床夾具，鏜床夾具，拉床夾具、齒輪加工機(jī)床夾具等。 3.按夾緊動(dòng)力源分類 根據(jù)夾具所使用的夾緊動(dòng)力源，夾具可分為手動(dòng)夾具，電動(dòng)夾具，氣動(dòng)夾具，液壓夾具，電磁夾具，真空夾具等。 4.1.2機(jī)床夾具的功用 （1）可

5、以穩(wěn)定保證工件的加工精度。采用夾具裝夾工件，工件相對(duì)于刀具及機(jī)床的位置精度由夾具保證，不受工人技術(shù)水平的影響，使一批工件的加工精度趨于一致。,4.1 機(jī)床夾具概述,（2）可以減少輔助時(shí)間，提高勞動(dòng)生產(chǎn)率。采用夾具后，可以省去對(duì)工件的逐個(gè)找正和對(duì)刀，使輔助時(shí)間顯著減少；另外，用夾具裝夾工件，比較容易實(shí)現(xiàn)多件、多工位加工，以及使機(jī)動(dòng)時(shí)間與輔助時(shí)間重合等；當(dāng)采用機(jī)械化、自動(dòng)化程度較高的夾具時(shí)，可進(jìn)一步減少輔助時(shí)間，從而可以大大提高勞動(dòng)生產(chǎn)率。 （3）可以擴(kuò)大機(jī)床的使用范圍，實(shí)現(xiàn)一機(jī)多能。在機(jī)床上配備專用夾具，可以使機(jī)床使用范圍擴(kuò)大例如在車床床鞍上或在搖臂鉆床工作臺(tái)上安放鏜模后，可以進(jìn)行箱體孔系的鏜削

6、加工，使車床、鉆床具有鏜床的功能。 （4）可以改善工人的勞動(dòng)條件，降低勞動(dòng)強(qiáng)度。,4.1 機(jī)床夾具概述,盡管夾具的種類繁多,夾具結(jié)構(gòu)形式各異，但夾具一般由下列幾部分組成： （1）定位元件。定位元件指與工件定位表面相接觸或配合，用以確定工件在夾具中準(zhǔn)確位置的元件。如圖5-1中的定位心軸1。 （2）夾緊裝置。夾緊裝置用以?shī)A緊工件，防止加工中其它作用力對(duì)工件已定好位的破壞。如圖5-1中的螺母11和開(kāi)口墊圈10。 （3）對(duì)刀、引導(dǎo)元件。對(duì)刀、引導(dǎo)元件用來(lái)保證刀具相對(duì)于夾具或工件之間準(zhǔn)確位置的元件。如圖5-1中的鉆套9。此外，銑床夾具中的對(duì)刀塊和鏜床夾具中的鏜套也屬此類元件。 （4）連接元件。連接元件用

7、以確定夾具相對(duì)于機(jī)床之間準(zhǔn)確位置，并將夾具緊固在機(jī)床上的元件。如夾具與機(jī)床工作臺(tái)之間連接用T型槽螺栓。,4.1 機(jī)床夾具概述,（5）其它元件和裝置。為了滿足工件裝卸和加工中其它需要所設(shè)置的元件及裝置。如：為提高工件局部剛度的輔助支承；裝卸工件用的上下料裝置、頂出器；為實(shí)現(xiàn)多分布面加工用的分度裝置；為了讓刀的抬起裝置等。如圖5-1中的對(duì)定銷5及相關(guān)元件。 （6）夾具體。夾具體是用來(lái)連接夾具其它各部分使之成為一個(gè)有機(jī)整體的基礎(chǔ)件。一般情況下，夾具體是夾具中最大的一個(gè)元件。如圖5-1中的件4。 在夾具中，定位元件和夾緊機(jī)構(gòu)是必有的，其它各組成部分并不是每一夾具所必須的。,4.1 機(jī)床夾具概述

8、,4.1.3機(jī)床夾具的組成（舉例） 要求：欲在一批量生產(chǎn)的盤狀零件上鉆-鉸3-6H9均布孔，該孔距右端面為360.1mm，且與大孔40中心線的垂直度為0.1 mm、位置度為0.2 mm。 現(xiàn)采用圖4-1所示的鉆床夾具來(lái)加工。工件2以內(nèi)孔40和右端面在心軸1及其臺(tái)肩面上定位；采用螺母11和開(kāi)口墊圈10可實(shí)現(xiàn)對(duì)工件的快速夾緊和裝卸；通過(guò)對(duì)定銷5實(shí)現(xiàn)工件回轉(zhuǎn)分度，以加工3-6H9孔，回轉(zhuǎn)分度完成后，可以通過(guò)手柄螺母7對(duì)定位心軸1實(shí)現(xiàn)鎖緊固定；鉆套9用來(lái)引導(dǎo)鉆頭，以保證加工孔的位置尺寸要求。 由此可見(jiàn)，被加工孔的尺寸精度（6H9）直接由定尺寸刀具（鉆頭、鉸刀）保證，孔的位置尺寸360.1

9、mm以及其他要求均由鉆套相對(duì)于有關(guān)定位元件的位置精度來(lái)保證，而3-6H9孔的相互位置則由夾具上設(shè)置的分度裝置保證。,4.1 機(jī)床夾具概述,圖4-1 鉆36H9孔的鉆床夾具,1定位心軸；2工件； 3對(duì)定套； 4夾具體； 5對(duì)定銷； 6把手； 7手柄螺母； 8襯套； 9鉆套； 10開(kāi)口墊圈； 11螺母,2020/10/1,科學(xué)出版社高等教育出版中心,11,4.2 工件在夾具中的定位 工序加工時(shí)，必須先要保證工件相對(duì)于機(jī)床或夾具的正確幾何位置關(guān)系，這一操作過(guò)程稱為“定位”。定位的目的是為了保證工序的加工精度（位置尺寸精度和位置精度）要求。 4.2.1工件定位原理 1. 六點(diǎn)定位原理 工件

10、在夾具中定位的實(shí)質(zhì)就是解決工件相對(duì)于夾具應(yīng)占有的準(zhǔn)確幾何位置問(wèn)題。在定位前，工件相對(duì)于夾具的位置是不確定的，正如自由剛體在空間直角坐標(biāo)系中一樣。 而一個(gè)自由剛體在空間直角坐標(biāo)系中有六個(gè)獨(dú)立活動(dòng)的可能性。其中有三個(gè)是沿坐標(biāo)軸方向的移動(dòng)，另外三個(gè)是繞坐標(biāo)軸的轉(zhuǎn)動(dòng)（正反方向的活動(dòng)均認(rèn)為是一個(gè)活動(dòng)），這種獨(dú)立活動(dòng)的可能性稱為自由度，活動(dòng)可能性的個(gè)數(shù)就是自由度的數(shù)目。,4.2 工件在夾具中的定位,4.2 工件在夾具中的定位,工件可以看作是一個(gè)自由剛體，它在空間直角坐標(biāo)系中有六個(gè)自由度，其中有三個(gè)是沿坐標(biāo)軸x、y、z方向的移動(dòng)自由度，分別用 表示；另外三個(gè)是繞坐標(biāo)軸x、y、z的轉(zhuǎn)動(dòng)自由度，分

11、別用 表示，這就是工件在空間的六個(gè)自由度。如圖5-2所示。,,,,,,圖4-2自由剛體在空間的六個(gè)自由度 圖4-3 工件的六點(diǎn)定位,4.2 工件在夾具中的定位,要使工件在某方向具有確定的位置，就必須在該方向上對(duì)工件施加約束。當(dāng)工件的六個(gè)自由度均被限制后，工件在空間的位置就唯一地被確定下來(lái)。而每個(gè)自由度可以用相應(yīng)的支承點(diǎn)來(lái)加以限制。對(duì)于圖5-2所示的工件，如果按圖5-3所示那樣布置六個(gè)支承點(diǎn)，工件的三個(gè)面分別與這些點(diǎn)保持接觸，工件的六個(gè)自由度就都被限制了。這些用來(lái)限制工件自由度的支承點(diǎn)，稱為定位支承點(diǎn)。 用合理分布的六個(gè)定位支承點(diǎn)限制工件的六個(gè)自由度，使工件在空間得到唯一確

12、定的位置的方法，稱為工件的六點(diǎn)定位原理。 2. 加工要求決定必須限制的自由度 工件在夾具中定位的目的是為了保證工件的工序加工精度要求，所以影響工件工序加工精度的自由度必須加以限制。但有些不影響工序加工精度要求的自由度在夾具設(shè)計(jì)時(shí)也需要加以限制。 因此，需要限制的自由度有兩類：第一類自由度是指影響工件的工序加工精度要求必須要限制的自由度；第二類自由度是指為了抵消切削力、夾緊力等其它方面要求而需要限制的自由度。,4.2 工件在夾具中的定位,在分析限制工件第一類自由度時(shí)，工件的工序尺寸和位置精度往往幾項(xiàng)并存，應(yīng)逐一分析每項(xiàng)加工要求所需限制的第一類自由度，然后加以綜合，剔除重復(fù)限制的自由度

13、，從而確定必須限制的第一類自由度數(shù)目。如果已分析限制的第一類自由度數(shù)目達(dá)到六個(gè)，就不需再分析第二類自由度的限制；如果第一類自由度數(shù)目少于六個(gè)，就要根據(jù)具體加工情況考慮是否需要限制第二類自由度。事實(shí)上，工件的六個(gè)自由度不一定都要加以限制，那些對(duì)工件加工精度要求及其它要求不產(chǎn)生影響的自由度可以不限制。 3. 工件在夾具中的幾種定位方式 根據(jù)夾具定位元件限制工件自由度的情況，將工件在夾具中的定位分為下列幾種定位方式： （1）完全定位。工件的六個(gè)自由度均被夾具定位元件所限制，使工件在夾具中處于完全確定的位置。這種定位方式顯然是合理的。圖4-4所示為幾種不同工件的完全定位。,4.2 工件在夾

14、具中的定位,(a) 板類零件的完全定位,(b) 軸類零件的完全定位,(c) 桿類零件的完全定位,圖4-4 完全定位示例,4.2 工件在夾具中的定位,（2）不完全定位。根據(jù)工件加工精度要求不需限制的自由度沒(méi)有被夾具定位元件限制或沒(méi)有被全部限制的定位。這種定位雖然沒(méi)有完全限制工件的六個(gè)自由度，但保證加工精度的自由度已全部限制，因此也是合理的定位，在實(shí)際夾具定位中普遍存在。如圖4-5所示為幾種不完全定位方式。,(a) 限制五個(gè)自由度 (b) 限制五個(gè)自由度 (c) 限制四個(gè)自由度 圖4-5 不完全定位示例,4.2 工件在夾具中的定位,（3）欠定位。根據(jù)工件加工精度要求需要限制的自由度而未加限制的定位

15、。這種定位顯然不能保證工件的加工精度要求，在工件加工中是絕對(duì)不允許的。如圖4-4中沿Y軸移動(dòng)的自由度不限制的話，則出現(xiàn)欠定位，就無(wú)法保證尺寸L的要求。 （4）過(guò)定位。工件的同一自由度被兩個(gè)或兩個(gè)以上的定位支承點(diǎn)重復(fù)限制的定位方式，稱為過(guò)定位。過(guò)定位可能導(dǎo)致定位干涉或工件裝不上定位元件，進(jìn)而導(dǎo)致工件或定位元件產(chǎn)生變形、定位誤差增大，因此在定位設(shè)計(jì)中應(yīng)該盡量避免過(guò)定位。但另一方面，過(guò)定位可以提高工件的局部剛度和工件定位的穩(wěn)定性，所以當(dāng)加工剛性差的工件時(shí)，過(guò)定位又是非常必要的，在精密加工和裝配中也時(shí)有應(yīng)用。 圖4-6(a)為一工件以一面兩孔在兩個(gè)圓柱銷上的定位情況。由于兩個(gè)短圓柱銷均限制了

16、自由度，產(chǎn)生了過(guò)定位。其后果會(huì)造成部分工件無(wú)法同時(shí)裝入兩定位銷內(nèi)。圖4-6(b)所示的定位方案解決了過(guò)定位問(wèn)題。,4.2 工件在夾具中的定位,圖4-6(c)為孔與端面組合定位的情況。由于長(zhǎng)銷可限制工件 四個(gè)自由度，大端面限制工件 三個(gè)自由度，其中 兩個(gè)自由度被重復(fù)限制，因此該定位是過(guò)定位。如果工件孔與其端面間、長(zhǎng)銷與其臺(tái)肩面間存在垂直度誤差，則在軸向夾緊力作用下，將導(dǎo)致定位銷和工件產(chǎn)生變形。此時(shí)，可采用圖d、e、f中的一種定位方案。,圖4-6 工件過(guò)定位情況及改善措施,4.2 工件在夾具中的定位,4.常見(jiàn)定位元件 （1）工件以平面定位：以平面作定位基準(zhǔn)所用定位元件主要包

17、括固定支承（支承釘、支承板）、可調(diào)支承和自位支承，另外還有輔助支承。 圖4-7 常用支撐釘結(jié)構(gòu)形式 （a）用于支撐精基準(zhǔn)面；（b）用于支撐粗基準(zhǔn)面； （c）用在工件以粗基準(zhǔn)定位且要求較大摩擦力的側(cè)面定位。 圖4-8 常用支撐板結(jié)構(gòu)形式,2020/10/1,科學(xué)出版社高等教育出版中心,19,,（a）多用于側(cè)面和頂面定位；（b）適用于做底面定位。 圖4-9 可調(diào)支撐結(jié)構(gòu)形式 圖4-10 自位支撐結(jié)構(gòu)形式 在同一批工件加工中位置保持不變， 自動(dòng)調(diào)整位置，提高工件定位 等同于固定支撐 剛度和穩(wěn)定性 （2）

18、工件以圓孔定位：工件以圓孔定位所用定位元件有定位銷、定位心軸等。 （3）工件以外圓柱面定位：常用的定位元件有V形塊、定位套、半圓定位座等。 實(shí)際應(yīng)用中，工件定位方式常為組合表面定位（實(shí)際生產(chǎn)中為滿足加工要求，有時(shí)采用幾個(gè)定位面相結(jié)合的方式進(jìn)行定位，稱之為組合表面定位）。常見(jiàn)的組合形式有：兩頂尖孔、一端面一孔、一端面一外圓、一面兩孔等，與之相對(duì)應(yīng)的定位元件也是組合式的。例如，長(zhǎng)軸類零件采用雙頂尖組合定位；箱體類零件采用一面雙銷組合定位,2020/10/1,科學(xué)出版社高等教育出版中心,20,4.2 工件在夾具中的定位,設(shè)計(jì)定位元件時(shí)，應(yīng)滿足以下基本要求，具有較高的制造精度，以保證工件定位準(zhǔn)確

19、，耐磨性好，以延長(zhǎng)定位元件的更換周期，提高夾具的使用壽命；應(yīng)有足夠的強(qiáng)度和剛度，以保證在夾緊力、切削力等外力作用下，不產(chǎn)生較大變形而影響加工精度；工藝性好，定位元件的結(jié)構(gòu)應(yīng)力求簡(jiǎn)單、合理、便于加工、裝配和更換。 定位元件的設(shè)計(jì)主要取決于工件的加工要求和工件定位基準(zhǔn)的形狀、尺寸、精度等因素，故定位設(shè)計(jì)時(shí)要注意分析定位基準(zhǔn)的形態(tài)。定位元件的工作表面的結(jié)構(gòu)形狀，必須與工件的定位基準(zhǔn)面形狀特點(diǎn)相適應(yīng)，常用定位元件的結(jié)構(gòu)和尺寸已經(jīng)制定了國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)其規(guī)格、尺寸和技術(shù)要求等都作了具體規(guī)定，設(shè)計(jì)者可參照這些標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行設(shè)計(jì)。,2020/10/1,科學(xué)出版社高等教育出版中心,21,4.2 工件在夾具中的定位

20、,2020/10/1,科學(xué)出版社高等教育出版中心,22,4.2 工件在夾具中的定位,2020/10/1,科學(xué)出版社高等教育出版中心,23,4.2 工件在夾具中的定位,2020/10/1,科學(xué)出版社高等教育出版中心,24,4.2 工件在夾具中的定位,2020/10/1,科學(xué)出版社高等教育出版中心,25,4.2 工件在夾具中的定位,2020/10/1,科學(xué)出版社高等教育出版中心,26,4.2 工件在夾具中的定位,4.2.2定位誤差的分析與計(jì)算 工件在夾具中定位的任務(wù)是使同一工序中的一批工件都能在夾具中占據(jù)正確的位置。用來(lái)確定加工對(duì)象上幾何要素之間的幾何關(guān)系所依據(jù)的那些點(diǎn)、線或面稱為基準(zhǔn)。從設(shè)

21、計(jì)和工藝兩方面看，基準(zhǔn)可分為設(shè)計(jì)基準(zhǔn)和工藝基準(zhǔn)兩大類。 零件在加工和裝配過(guò)程中所采用的基準(zhǔn)稱為工藝基準(zhǔn)。工藝基準(zhǔn)又進(jìn)一步可分為： 工序基準(zhǔn) 在工序圖上用來(lái)確定本道工序所加工的表面加工后的尺寸、形狀、位置的基準(zhǔn)，稱為工序基準(zhǔn)。 定位基準(zhǔn) 在加工時(shí)用于工件定位的基準(zhǔn)，稱為定位基準(zhǔn)。定位基準(zhǔn)還可以進(jìn)一步分為：粗基準(zhǔn)、精基準(zhǔn)及輔助基準(zhǔn)。使用未經(jīng)機(jī)械加工的表面作定位基準(zhǔn)，稱為粗基準(zhǔn)；使用已經(jīng)過(guò)機(jī)械加工的表面作定位基準(zhǔn)，稱為精基準(zhǔn)；而零件上僅僅是根據(jù)機(jī)械加工工藝需要專門設(shè)計(jì)的定位基準(zhǔn)，稱為輔助基準(zhǔn)。,4.2 工件在夾具中的定位,測(cè)量基準(zhǔn) 裝配基準(zhǔn) 作為基準(zhǔn)的點(diǎn)、線、面有時(shí)在工件上并不一定實(shí)際存

22、在（如孔和軸的軸心線，兩平面之間的對(duì)稱中心面等），而常常是由某些具體表面來(lái)體現(xiàn)的，這些表面稱為定位基面。,2020/10/1,科學(xué)出版社高等教育出版中心,28,4.2 工件在夾具中的定位,用定位元件可以解決工件相對(duì)于夾具的定位問(wèn)題。但對(duì)大批工件定位而言，即使單一定位副，由于不同工件的定位面尺寸存在差異，而且定位元件因磨損需要更換，不同的定位元件同樣存在尺寸差異，因此用定位元件對(duì)一批工件定位時(shí)，不同的工件相對(duì)于夾具所占有的空間幾何位置是不一樣的。這種位置的變化就導(dǎo)致了調(diào)整法加工時(shí)工件工序尺寸和位置精度的變化。定位誤差是指一批工件在夾具中定位時(shí)，工件的工序基準(zhǔn)在工序尺寸方向或加工要求方向上的最大變

23、化量。定位誤差如何產(chǎn)生、如何計(jì)算、如何用定位誤差評(píng)定定位方案的合理性是本節(jié)要重點(diǎn)解決的問(wèn)題。 1. 定位誤差產(chǎn)生的原因 工件在夾具中定位時(shí)會(huì)產(chǎn)生定位誤差，為了有效地控制和最大限度地減小定位誤差對(duì)加工精度的影響，必須要徹底搞清楚定位誤差產(chǎn)生的原因。關(guān)于產(chǎn)生定位誤差的原因有兩種，詳述如下：,2020/10/1,科學(xué)出版社高等教育出版中心,29,4.2 工件在夾具中的定位,（1） 基準(zhǔn)不重合誤差B 在調(diào)整法加工一批工件中，由于工序基準(zhǔn)與調(diào)刀基準(zhǔn)不重合，而導(dǎo)致工序基準(zhǔn)有可能產(chǎn)生的最大位置變化量稱作基準(zhǔn)不重合誤差，用符號(hào)“B”表示。 如圖4-7所示。刀具以支承釘3的支承面，即定位基

24、準(zhǔn)E面作調(diào)刀基準(zhǔn)，一次調(diào)整好刀具位置，保證調(diào)刀尺寸T不變。而工序尺寸A的工序基準(zhǔn)為D面。顯然工序基準(zhǔn)與調(diào)刀基準(zhǔn)（定位基準(zhǔn)）不重合，它們之間的尺寸為Cc。由于尺寸Cc是在本工序之前已加工好，因此在本工序定位中，對(duì)一批工件而言，其工序基準(zhǔn)D相對(duì)于調(diào)刀基準(zhǔn)（定位基準(zhǔn)E）有可能產(chǎn)生的最大位置變化量就是2c。因?yàn)楣ば蚧鶞?zhǔn)的變化方向與工序尺寸A同向，所以這一位置變化會(huì)導(dǎo)致工序尺寸A產(chǎn)生2c的加工誤差。這一加工誤差就是由于基準(zhǔn)不重合誤差B導(dǎo)致產(chǎn)生的定位誤差dw。即： dwB2c,4.2 工件在夾具中的定位,圖4-7 基準(zhǔn)不重合誤差產(chǎn)生的原因,由此可見(jiàn)，基準(zhǔn)不重合誤差的大小就等于工件上從工序基準(zhǔn)到定位基準(zhǔn)之間

25、的距離公差。顯然，基準(zhǔn)不重合誤差是由于工序基準(zhǔn)選擇不當(dāng)引起的，可以通過(guò)不同的工序尺寸標(biāo)注加以消除。,4.2 工件在夾具中的定位,（2） 基準(zhǔn)位移誤差Y 調(diào)整法加工一批工件中，由于定位副制造誤差和兩者的最小配合間隙的影響，使工件定位基準(zhǔn)在工序尺寸方向上相對(duì)于調(diào)刀基準(zhǔn)產(chǎn)生的最大位置變動(dòng)量稱為基準(zhǔn)位移誤差，用符號(hào)“Y”表示。 如圖4-8所示為某工件加工的定位方案示意圖。設(shè)工件定位孔尺寸為 ，定位銷直徑尺寸為 。由于孔和銷（即定位副）的制造誤差，當(dāng)孔在銷上定位時(shí)，孔的軸線（即定位基準(zhǔn)）就會(huì)相對(duì)于銷的軸線（即理想位置）發(fā)生位置移動(dòng)。若移動(dòng)的方向是任意的，即孔和銷的母線可能在任意方向上接

26、觸，則該位置移動(dòng)的范圍是一圓，圓直徑就是其可能產(chǎn)生的最大移動(dòng)量，大小為： 式中 Xmin定位銷與定位孔的最小配合間隙。,4.2 工件在夾具中的定位,,圖4-8 孔、銷定位時(shí)的基準(zhǔn)位移誤差,4.2 工件在夾具中的定位,由于工序尺寸 的工序基準(zhǔn)與定位基準(zhǔn)（孔軸線）重合，因此定位基準(zhǔn)的位置移動(dòng)會(huì)導(dǎo)致工序基準(zhǔn)產(chǎn)生具有與其相同的移動(dòng)。當(dāng)Y在工序尺寸 方向上發(fā)生時(shí)，就導(dǎo)致工序尺寸 產(chǎn)生Xmax的加工誤差，這一加工誤差就是由于基準(zhǔn)位移誤差Y導(dǎo)致產(chǎn)生的定位誤差dw。即： dwY D +d + Xmin (4-1) 從上述分析可知：基準(zhǔn)不重合和基準(zhǔn)位移是導(dǎo)致定位誤差產(chǎn)生的原因。但基

27、準(zhǔn)不重合和基準(zhǔn)位移均是通過(guò)導(dǎo)致工序基準(zhǔn)發(fā)生位置變動(dòng)，進(jìn)而使工序尺寸產(chǎn)生加工誤差。因此可以說(shuō)，定位誤差產(chǎn)生的根本原因是由于工序基準(zhǔn)的位置變化，即定位誤差均是由于工序基準(zhǔn)位置變化引起的。,4.2 工件在夾具中的定位,由定位誤差原因分析知道：基準(zhǔn)位移誤差是由于定位副制造誤差及其最小配合間隙引起的，而基準(zhǔn)不重合誤差是由于工序基準(zhǔn)選擇不當(dāng)產(chǎn)生的。在工件定位時(shí)，上述兩項(xiàng)誤差可能同時(shí)存在，也可能只有一項(xiàng)存在，但無(wú)論如何，定位誤差應(yīng)是兩項(xiàng)誤差共同作用的結(jié)果。這種由于基準(zhǔn)不重合和基準(zhǔn)位移的存在而導(dǎo)致調(diào)整法加工一批工件時(shí)，工序尺寸（或位置精度）有可能產(chǎn)生的最大變化量稱為定位誤差，用符號(hào)“dw”表示。由于誤差具有方

28、向性，那么定位誤差的一般計(jì)算公式應(yīng)寫(xiě)成： (4-2) (4-3) 式中 基準(zhǔn)不重合誤差B方向與工序尺寸方向間的夾角； 基準(zhǔn)位移誤差Y方向與工序尺寸方向間的夾角；,,,4.2 工件在夾具中的定位,利用上式計(jì)算定位誤差稱為誤差合成法。當(dāng)B和Y是由同一誤差因素因素導(dǎo)致產(chǎn)生的，這時(shí)稱B和Y關(guān)聯(lián)。當(dāng)B和Y關(guān)聯(lián)時(shí)：如果Bcos和Y cos方向相同，合成時(shí)取“+”號(hào)；如果Bcos和Y cos方向相反，合成時(shí)取“”號(hào)。當(dāng)兩者不關(guān)聯(lián)時(shí)，可直接采用兩者的和疊加計(jì)算定位誤差。

29、 綜上說(shuō)述，定位誤差產(chǎn)生的前提是調(diào)整法加工一批工件。也就是說(shuō)，只有采用調(diào)整法加工一批工件時(shí)，才可使用該定位誤差理論分析計(jì)算。調(diào)整法加工時(shí)，調(diào)刀基準(zhǔn)一般和定位基準(zhǔn)重合。在定位誤差計(jì)算中，應(yīng)當(dāng)清楚調(diào)刀基準(zhǔn)的含義。在實(shí)際應(yīng)用中，應(yīng)當(dāng)注意下列幾種尺寸精度保證方法的調(diào)刀基準(zhǔn)和定位誤差的產(chǎn)生情況。 采用鉆、鏜套加工系列孔時(shí)。如圖4-9所示，工序尺寸l1和l2分別由夾具中的刀具引導(dǎo)尺寸L1和L2保證。此時(shí)對(duì)工序尺寸l1而言，工序基準(zhǔn)、調(diào)刀基準(zhǔn)和定位基準(zhǔn)三者重合，不存在基準(zhǔn)不重合誤差的影響；而工序尺寸l2只是工序基準(zhǔn)和調(diào)刀基準(zhǔn)重合，其調(diào)刀尺寸不受定位基準(zhǔn)影響，因此工序尺寸l2不但不存在基準(zhǔn)不重合誤

30、差，同時(shí)也不存在基準(zhǔn)位移誤差。,4.2 工件在夾具中的定位, 多刀加工時(shí)，某一刀具可以用另一刀具位置作為其調(diào)刀基準(zhǔn)，如圖4-10所示。刀具1的軸向加工位置可依刀具2的刀尖為調(diào)刀基準(zhǔn)。此時(shí)，工序尺寸l的調(diào)刀基準(zhǔn)與工序基準(zhǔn)重合，而與定位基準(zhǔn)不重合。但工序尺寸l不受定位誤差影響。,圖4-9 孔系加工的定位誤差 圖4-10 多刀加工時(shí)的調(diào)刀基準(zhǔn),4.2 工件在夾具中的定位,除上述尺寸精度獲得方法外，試切法、定尺寸刀具法、靠模法等非調(diào)整法保證的尺寸亦不存在定位誤差。 在分析計(jì)算定位誤差時(shí)必須清楚：定位誤差與工序尺寸（或位置精度）是一一對(duì)應(yīng)的關(guān)系，即某一個(gè)定位誤差一定是某一個(gè)工序尺寸（

31、或位置精度）的定位誤差，某一個(gè)工序尺寸（或位置精度）一定有它自己的定位誤差。 2. 常見(jiàn)典型單一面定位時(shí)的定位誤差分析計(jì)算 工件的結(jié)構(gòu)、形狀、尺寸可以千變?nèi)f化，但構(gòu)成工件的表面不外乎平面、孔、外圓、特型面，而工件定位時(shí)尤以平面、圓柱孔和外圓柱面最為常用。以工件這三種常見(jiàn)單一面定位時(shí)的定位誤差分析計(jì)算如下。,4.2 工件在夾具中的定位,1）平面定位時(shí)的定位誤差計(jì)算 當(dāng)工件以單一平面定位時(shí)，基準(zhǔn)位移誤差由平面度誤差引起，而對(duì)工序加工而言，平面度誤差的影響一般可以忽略不計(jì)。因此，單一平面定位時(shí)，定位誤差只受基準(zhǔn)不重合誤差影響。即： dwBcos (4-4) 2）孔、

32、銷單邊接觸定位時(shí)的定位誤差計(jì)算 工件以單一圓柱孔定位時(shí)常用的定位元件是圓柱銷（心軸），此時(shí)定位誤差的計(jì)算有兩種情形：任意邊接觸和單邊接觸。任意邊接觸時(shí)的定位誤差計(jì)算已在基準(zhǔn)位移誤差Y分析時(shí)已知，此處不再贅述。單邊接觸是指在工件重力或其它外力作用下，定位孔和銷的母線總在固定方位上相接觸。,4.2 工件在夾具中的定位,如圖4-11所示。定位銷水平設(shè)置：圖（a）為理想定位狀態(tài)，工序基準(zhǔn)（孔軸線）與定位基準(zhǔn)（銷軸線）重合，B=0；但在工件重力作用下，定位孔和銷總在銷的上母線處接觸，孔軸線相對(duì)于銷軸線將總是下移，圖（b）是可能產(chǎn)生的最小下移狀態(tài)，圖（c）是最大下移狀態(tài)，孔軸線在垂直方向上的最大位置

33、變動(dòng)量為：,4.2 工件在夾具中的定位,此例的計(jì)算是通過(guò)分析工件在工序尺寸方向上的極限位置，然后根據(jù)幾何關(guān)系計(jì)算定位基準(zhǔn)（孔軸線）的最大位置變動(dòng)量（定位誤差）。這種分析計(jì)算定位誤差的方法稱為“極限位置法”。 需要注意：基準(zhǔn)位移誤差Y是最大位置變化量，而不是最大位移量，所以基準(zhǔn)位移誤差Y計(jì)算結(jié)果中沒(méi)有包含Xmin/2。這是因?yàn)?，Xmin/2是常值系統(tǒng)誤差，可以通過(guò)調(diào)刀消除。因此，在確定調(diào)刀尺寸時(shí)應(yīng)加以注意。 3）外圓柱面在V形塊上定位時(shí)的定位誤差計(jì)算 如圖4-12所示，若不考慮V形塊的制造誤差，則工件定位基準(zhǔn)（工件軸線）總是處于V形塊的對(duì)稱面上，這就是V形塊的對(duì)中作用。因此，在水平

34、方向上，工件定位基準(zhǔn)不會(huì)產(chǎn)生基準(zhǔn)位移誤差。但在垂直方向上，由于工件定位直徑尺寸的加工誤差，將導(dǎo)致工件定位基準(zhǔn)產(chǎn)生位置變化，其可能產(chǎn)生的最大位置變化量為：,4.2 工件在夾具中的定位,圖4-12 V形塊定位誤差計(jì)算,4.2 工件在夾具中的定位,由上式可知：基準(zhǔn)位移誤差Y與V形塊夾角成反比，即夾角越大，Y反而越小。當(dāng)180時(shí)，Y=d/2為最小，但V形塊的對(duì)中作用也最差（無(wú)對(duì)中作用）。所以，一般多采用90的V形塊定位。 圖4-13所示為一外圓直徑為 的軸類零件在夾角為的V形塊上定位銑鍵槽。求工序尺寸分別為H1、H2、H3時(shí)的定位誤差。,(b) (c) 圖4-13 不同工序尺寸標(biāo)注

35、的定位誤差計(jì)算,4.2 工件在夾具中的定位,1) 工序尺寸為H1時(shí)的定位誤差計(jì)算（圖4-13（a）） 由于工序基準(zhǔn)與定為基準(zhǔn)均為外圓的中心，二者重合，故B=0；而基準(zhǔn)位移誤差按式(5-6)計(jì)算。故影響工序尺寸H1的定位誤差為： 2) 工序尺寸為H2時(shí)的定位誤差計(jì)算（圖4-13（b）） 由于工序基準(zhǔn)在外圓的上母線B處，而定位基準(zhǔn)仍是外圓的中心，二者不重合，故基準(zhǔn)不重合誤差B0， B=d/2；基準(zhǔn)位移誤差Y同上。由于B和Y均含有d，即都是由工件直徑尺寸制造誤差引起的，屬于關(guān)聯(lián)性誤差，因此采用合成法計(jì)算定位誤差時(shí)需要判斷其正負(fù)。經(jīng)過(guò)分析得：,4.2 工件在夾具中的定位,3) 工序尺寸

36、為H3時(shí)的定位誤差計(jì)算（圖4-13（c）） 由于工序基準(zhǔn)在外圓的下母線C處，與定位基準(zhǔn)不重合，故基準(zhǔn)不重合誤差B0， B=d/2；基準(zhǔn)位移誤差Y同上。顯然B和Y也屬于關(guān)聯(lián)性誤差。經(jīng)過(guò)分析得： 3. 組合面定位時(shí)的定位誤差分析計(jì)算 單一表面定位是工件在夾具中定位的一種簡(jiǎn)單形式，更多情況下需要工件上多個(gè)表面共同參與定位。關(guān)于組合定位的定位誤差分析計(jì)算如下： 1） 獨(dú)立定位時(shí)的定位誤差計(jì)算 當(dāng)不同表面各自獨(dú)立定位用于約束工件不同的自由度時(shí)，可按單一面定位分別計(jì)算不同方向上的定位誤差。,4.2 工件在夾具中的定位,如圖4-14所示，工件以平面B和C定位，各自獨(dú)立約束工件不同的

37、自由度。工序尺寸H2只受平面C定位的影響。由前面（見(jiàn)圖5-7）的分析可知： 工序尺寸A只受平面B定位的影響，考慮平面B和C的夾角制造誤差，則工序尺寸A的定位誤差為： 該定位誤差是由于定位基準(zhǔn)之間的位置不準(zhǔn)確引起的，稱為“基準(zhǔn)位置誤差”，也可以看成是另一種基準(zhǔn)位移誤差。,4.2 工件在夾具中的定位,圖4-14 組合面獨(dú)立定位時(shí)的基準(zhǔn)位置誤差,2）關(guān)聯(lián)定位、獨(dú)立誤差因素的定位誤差計(jì)算,由組合面共同約束工件某自由度的定位稱為關(guān)聯(lián)定位。圖4-15(a)所示零件以側(cè)平面和部分外圓柱面和相應(yīng)的定位元件側(cè)平面1和斜平面2接觸，工件的某些自由度由它們共同限制。其中工件圓柱面和限位面2定位副所產(chǎn)生定

38、位誤差由外圓直徑誤差引起，而工件側(cè)平面和限位面1定位副的定位誤差由尺寸35的誤差引起，即各定位副產(chǎn)生的定位誤差分別由各自獨(dú)立的誤差因素引起。,4.2 工件在夾具中的定位,,圖4-15 獨(dú)立誤差因素的關(guān)聯(lián)定位,工件側(cè)平面定位副定位時(shí)，只有水平方向的基準(zhǔn)不重合誤差，即： B10.062（mm）,工件圓柱面定位副定位時(shí)，只有垂直于斜面2方向的基準(zhǔn)不重合誤差，大小為： B20.035/20.0175（mm）,4.2 工件在夾具中的定位,但由于限位面1定位的影響，該誤差只能沿平行于側(cè)面1的垂直方向變化，即：使工序基準(zhǔn)產(chǎn)生位置變化OO2，如圖4-16(b)所示。因此，其在垂直方向上導(dǎo)致工序尺寸40可能產(chǎn)生

39、的最大加工誤差為： dw2B2/cos 450.025（mm）,(b) (c) 圖4-16 獨(dú)立誤差因素、關(guān)聯(lián)定位的定位誤差計(jì)算,4.2 工件在夾具中的定位,由于dw1和dw2并不相互關(guān)聯(lián)，因此，工序尺寸40總的定位誤差應(yīng)是dw1和dw2的疊加，如圖4-16(c)所示，則：,dw1dw1 +dw20.062+0.0250.087（mm）,3)雙孔關(guān)聯(lián)定位的定位誤差計(jì)算,雙孔定位時(shí)常采用的定位元件是：一個(gè)短圓柱銷和一個(gè)短削邊銷，如圖4-17(a)所示。在不同的方向和不同的位置，其定位誤差的計(jì)算方法是不同的，定位誤差計(jì)算有下列幾種情況。,（1）X軸方向上的基準(zhǔn)位移誤差Y(X)。在X軸方

40、向上的定位是由定位孔1實(shí)現(xiàn)的，定位孔2不起定位作用。因此，工件所能產(chǎn)生的最大定位誤差是定位孔1相對(duì)于定位銷1的基準(zhǔn)位移誤差，即： Y(X) D1+ d1+ X1min,4.2 工件在夾具中的定位,（2）y軸方向上的基準(zhǔn)位移誤差Y(Y)。在y軸方向上，基準(zhǔn)位移誤差受雙孔定位的共同影響，其大小隨著位置的不同而不同，且在不同的區(qū)域內(nèi)計(jì)算方法也有所不同。如圖4-17 (b)所示。 在中心O1或O2處，其Y（Y）就等于該處單孔、銷定位的基準(zhǔn)位移誤差；在O1和O2的中間區(qū)域，應(yīng)按雙孔同向最大位移計(jì)算Y（Y），如圖4-17 (b)中n處的基準(zhǔn)位移誤差為 ；在O1和O2的外側(cè)區(qū)域，應(yīng)按雙孔的最大轉(zhuǎn)角計(jì)算

41、Y（Y），如圖4-21中m處的基準(zhǔn)位移誤差為 。,4.2 工件在夾具中的定位,(a) 工件以雙孔定位,(b) Y方向的基準(zhǔn)位移誤差,(c) 轉(zhuǎn)角誤差計(jì)算,圖4-17雙孔關(guān)聯(lián)定位的定位誤差計(jì)算,4.2 工件在夾具中的定位,（3）轉(zhuǎn)角誤差 如圖4-17 (c)所示。最大轉(zhuǎn)角發(fā)生的條件是：雙孔直徑最大D1+D1、D2+D2；兩銷直徑最小d1-d1、d2-d2；銷心距和孔心距應(yīng)取最小相等值，由于其對(duì)轉(zhuǎn)角誤差影響不大，且考慮計(jì)算方便起見(jiàn)，銷心距和孔心距一般取其基本尺寸。 圖中O1和O2分別為兩銷中心。當(dāng)雙孔順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，即孔1中心上移至O1，而孔2中心下移至O2時(shí)轉(zhuǎn)角有最大值。根據(jù)圖4-1

42、7(c)中的幾何關(guān)系得：,(4-7),式中,4.2 工件在夾具中的定位,由以上可得出：,(4-8),當(dāng)雙孔逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，具有相同的誤差，故總的轉(zhuǎn)角誤差應(yīng)為或2。即：,(4-9),4.2 工件在夾具中的定位,4. 對(duì)夾具的定位精度要求 合理的定位方案必須首先滿足工件對(duì)工序加工精度的需要，即定位精度是合理的定位方案設(shè)計(jì)必須要保證的。那么，合理的定位方案其定位精度應(yīng)是多少呢？事實(shí)上，影響加工精度的因素很多，但根據(jù)其影響程度，可將加工誤差產(chǎn)生的原因歸納為如下四個(gè)方面： （1）工件在夾具中裝夾時(shí)的定位誤差dw； （2）夾具在機(jī)床上安裝時(shí)產(chǎn)生的夾具安裝誤差ja； （3）由對(duì)刀、引導(dǎo)元件引起的對(duì)刀、引

43、導(dǎo)誤差yd； （4）加工中其它因素引起的加工誤差qt。 上述所有誤差的合成值不應(yīng)超出工件的工序加工公差Tw之值。即：,4.2 工件在夾具中的定位,dw+(ja+yd)+ qtTw (4-10) 上式稱為誤差計(jì)算不等式。在判定工件定位方案合理性時(shí)，一般按dw、(ja+yd)和qt各占工序公差Tw的三分之一。即：,(4-11),上式只能作為誤差估算時(shí)的初步分配方案，此后還必須根據(jù)具體情況進(jìn)行必要的調(diào)整。,4.3 工件在夾具中的夾緊,4.3工件在夾具中的夾緊 工件定位后將其固定，使其在加工過(guò)程中保持已定位的位置不發(fā)生改變的操作稱為夾緊。夾緊是工件裝夾過(guò)程的重要組成環(huán)

44、節(jié)。工件定位后必須進(jìn)行夾緊，才能保證工件不會(huì)因?yàn)榍邢髁Α⒅亓Α㈦x心力等外力作用而破壞定位。這種對(duì)工件進(jìn)行夾緊的裝置就稱為夾緊裝置。夾緊裝置設(shè)計(jì)要受到定位方案、切削力大小、生產(chǎn)率、加工方法、工件剛性、加工精度要求等因素的制約。,4.3 工件在夾具中的夾緊,4.3.1夾緊裝置的組成和要求 1. 夾緊裝置的組成 按照夾緊動(dòng)力源的不同一般把夾緊機(jī)構(gòu)劃分為兩類：手動(dòng)夾緊裝置和機(jī)動(dòng)夾緊裝置；而根據(jù)擴(kuò)力次數(shù)的多少，把具有單級(jí)擴(kuò)力的夾緊裝置稱為簡(jiǎn)單（基本）夾緊裝置，把具有兩級(jí)或更多級(jí)擴(kuò)力機(jī)構(gòu)的夾緊裝置稱為復(fù)合夾緊裝置。,圖4-18 夾緊裝置的組成 1氣缸 2斜楔 3滾輪 4壓板 5工件,4.3 工件在夾具

45、中的夾緊,由此可知，夾緊裝置的結(jié)構(gòu)形式是千變?nèi)f化的。但不管夾緊裝置的結(jié)構(gòu)形式如何變化，作為簡(jiǎn)單夾緊裝置一般有以下三部分組成： （1）力源裝置。力源裝置指產(chǎn)生夾緊力的裝置，它是機(jī)動(dòng)夾緊的必有裝置，如：氣動(dòng)、電動(dòng)、液壓、電磁等夾緊的動(dòng)力裝置。圖4-18中的氣缸1就是力源裝置。 （2）夾緊元件。夾緊元件是指與工件直接接觸用于夾緊的元件。如圖4-18中的壓板4即為夾緊元件。 （3）中間遞力機(jī)構(gòu)。介于力源裝置和夾緊元件之間的機(jī)構(gòu)叫中間遞力機(jī)構(gòu)。它把力源產(chǎn)生的力傳遞給夾緊元件以實(shí)施對(duì)工件的夾緊。為滿足夾緊設(shè)計(jì)需要，中間遞力機(jī)構(gòu)在傳力過(guò)程中，可以改變力的大小和方向并可具有自鎖功能。如圖4-18中的斜楔及相關(guān)

46、元件部分。,4.3 工件在夾具中的夾緊,不同的夾緊裝置會(huì)有不同的構(gòu)成。圖4-19所示為機(jī)動(dòng)和手動(dòng)夾緊裝置的不同構(gòu)成。,圖4-19 不同夾緊裝置的構(gòu)成,4.3 工件在夾具中的夾緊,2. 對(duì)夾緊裝置的基本要求 夾緊裝置設(shè)計(jì)的合理與否，直接影響著工件的加工質(zhì)量和工人的工作效率和勞動(dòng)強(qiáng)度等方面。為此，設(shè)計(jì)夾緊裝置時(shí)應(yīng)滿足下列基本要求： （1） 夾緊應(yīng)保證工件各定位面的定位可靠，而不能破壞定位； （2） 夾緊力大小要適中，在保證工件加工所需夾緊力大小的同時(shí)，應(yīng)盡量減小工件的夾緊變形； （3） 夾緊裝置要具有可靠的自鎖，以防止加工中夾緊突然松開(kāi)； （4） 夾緊裝置要有足夠的夾緊行程，以滿足工件裝卸空

47、間的需要； （5） 夾緊動(dòng)作要迅速，操作要方便、安全、省力； （6） 手動(dòng)夾緊裝置，工人作用力一般不超過(guò)80100N；,4.3 工件在夾具中的夾緊,（7） 夾緊裝置的設(shè)計(jì)應(yīng)與工件的生產(chǎn)類型相一致； （8） 結(jié)構(gòu)緊湊，工藝性要好，盡量采用標(biāo)準(zhǔn)化夾緊裝置及元件。 4.3.2夾緊力的確定原則 大小、方向和作用點(diǎn)是力的三要素。因此，夾緊力的大小、方向、作用點(diǎn)的確定就至關(guān)重要，它們直接影響著夾緊裝置工作的各個(gè)方面。但作為夾緊力，由于其作用的目的不同，所以?shī)A緊力是有所區(qū)別的。在確定夾緊力時(shí)首先要考慮夾具的整體布局問(wèn)題，其次要考慮加工方法、加工精度、工件結(jié)構(gòu)、切削力等方面對(duì)夾緊力的不同需要。 1. 夾

48、緊力方向的確定原則 夾緊力作用方向主要影響工件的定位可靠性、夾緊變形、夾緊力大小諸方面。選擇夾緊力作用方向時(shí)應(yīng)遵循下列原則：,4.3 工件在夾具中的夾緊,（1） 為了保證加工精度，主要夾緊力的作用方向應(yīng)垂直于工件的主要定位面，同時(shí)要保證工件其它定位面定位可靠。圖4-20所示鏜孔時(shí)要求孔中心線與A面垂直，夾緊力方向應(yīng)與A面垂直。故圖(a)方案正確，圖(b) 不正確。,圖4-20 夾緊力作用方向與工件主要定位面的關(guān)系,4.3 工件在夾具中的夾緊,（2） 夾緊力的作用方向應(yīng)盡量避開(kāi)工件剛性比較薄弱的方向，以盡量減小工件的夾緊變形對(duì)加工精度的影響。如圖4-21中應(yīng)避免圖(a)的夾緊方式，可采用

49、圖(b)的夾緊方式。,圖4-21 夾緊力作用方向?qū)ぜ冃蔚挠绊?4.3 工件在夾具中的夾緊,（3） 夾緊力的作用方向應(yīng)盡可能有利于減小夾緊力。假設(shè)機(jī)械加工中工件只受夾緊力Fj、切削力F和工件重力FG的作用，這幾種力的可能分布如圖4-22所示。為保證工件加工中定位可靠，顯然只有采用圖a）受力分布時(shí)夾緊力Fj最小。,圖4-22 夾緊力與切削力、工件重力的關(guān)系,4.3 工件在夾具中的夾緊,2. 夾緊力作用點(diǎn)的確定原則 夾緊力作用點(diǎn)選擇包括作用點(diǎn)的位置、數(shù)量、布局、作用方式。它們對(duì)工件的影響主要表現(xiàn)在：定位準(zhǔn)確性和可靠性及夾緊變形；同時(shí)，作用點(diǎn)選擇還影響夾緊裝置的結(jié)構(gòu)復(fù)雜性和工作效率。具體設(shè)計(jì)

50、時(shí)應(yīng)遵循下列原則： （1）夾緊力作用點(diǎn)應(yīng)正對(duì)定位元件定位面或落在多個(gè)定位元件所組成的支承面內(nèi)。圖4-23所示夾具的夾緊力作用點(diǎn)就違背了這項(xiàng)原則，夾緊力作用點(diǎn)位于定位元件之外，會(huì)使工件發(fā)生翻轉(zhuǎn)，從而破壞工件的定位。圖4-23中用箭頭指出了夾緊力作用點(diǎn)的正確位置。,圖4-23 夾緊力作用點(diǎn)對(duì)工件定位的影響,4.3 工件在夾具中的夾緊,（2）夾緊力作用點(diǎn)應(yīng)落在工件剛性較好的部位上，以盡量減小工件的夾緊變形。如圖4-24所示，圖(a)是錯(cuò)誤的，圖(b)是正確的。,圖4-24 工件剛性對(duì)夾緊力作用點(diǎn)選擇的影響,4.3 工件在夾具中的夾緊,（3） 夾緊力作用點(diǎn)應(yīng)盡量靠近加工部位，以提高夾緊的可靠性，必要時(shí)

51、應(yīng)在工件剛性差的部位增加輔助支承，以提高工件被加工部位的剛性，降低由切削力引起的加工振動(dòng)。如圖4-25所示，輔助支承應(yīng)盡量靠近加工部位，同時(shí)給予附加夾緊力Fj2，這樣可使夾緊剛度大大提高。,圖4-25 增加輔助支承和附加夾緊力,4.3 工件在夾具中的夾緊,（4）選擇合適的夾緊力作用點(diǎn)的作用形式，可有效的減小工件的夾緊變形、改善接觸可靠性、提高摩擦系數(shù)、增大接觸面積、防止夾緊元件破壞工件的定位和損傷工件表面等。圖4-26所示的作用形式中，圖(a)適合于對(duì)毛坯面夾緊；圖(b) 的工件是薄壁套筒，為了減小夾緊變形，應(yīng)增大夾壓面積以使工件受力均勻；圖(c)作用面積大，適用于對(duì)工件已加工面夾緊并可提高摩

52、擦系數(shù)。,圖4-26 夾緊力作用點(diǎn)作用形式選擇,4.3 工件在夾具中的夾緊,3. 夾緊力的種類和設(shè)計(jì)注意事項(xiàng) 1） 夾緊力的種類 工件在夾具中裝夾時(shí)，有時(shí)有多個(gè)夾緊力作用于工件，這些夾緊力的作用目的可能不盡相同。根據(jù)其作用目的的不同，將夾緊力分為下列三種： (1) 基本夾緊力。為保證工件已定好的位免遭切削力、重力、離心力等作用力破壞而施加的作用力。一般是在工件定位后才開(kāi)始作用。如圖4-25中的Fj1和圖4-27中的Fj2。,圖4-27 基本夾緊力和輔助（定位）夾緊力的區(qū)別,4.3 工件在夾具中的夾緊,(2) 輔助（定位）夾緊力。定位過(guò)程中，為保證工件可靠定位而施加的作用力。這種力與工件定

53、位過(guò)程同步進(jìn)行。如圖4-27中的Fj1。 (3) 附加夾緊力。為提高工件局部剛性而施加的作用力。一般在基本夾緊力作用后才開(kāi)始作用。如圖4-25中的Fj2。 2）夾緊力設(shè)計(jì)注意事項(xiàng) 在設(shè)計(jì)夾緊力時(shí)，必須明確工件裝夾對(duì)上述三種夾緊力的要求，以及三種夾緊力作用的先后順序。同時(shí)作用的夾緊力，應(yīng)盡量采用聯(lián)動(dòng)或浮動(dòng)夾緊機(jī)構(gòu)。 4. 夾緊力大小的確定 為了保證夾緊的可靠性，選擇合適的夾緊裝置以及確定機(jī)動(dòng)夾緊裝置的動(dòng)力部件（如缸孔直徑）時(shí)，一般需要確定夾緊力的大小。夾緊力的大小應(yīng)當(dāng)適中。輔助（定位）夾緊力的大小一般以能保證工件可靠定位即可；附加夾緊力應(yīng)能保證工件局部剛性、避免加緊變形為實(shí)際原則；在實(shí)

54、際設(shè)計(jì)中，確定基本夾緊力大小的方法有兩種：經(jīng)驗(yàn)類比法和分析計(jì)算法。,4.3 工件在夾具中的夾緊,用分析計(jì)算法計(jì)算夾緊力時(shí)，實(shí)質(zhì)上是解靜力平衡的問(wèn)題。首先以工件作受力體進(jìn)行受力分析，受力分析時(shí)，一般只考慮切削力和工件重力；然后建立靜力平衡方程求出理論夾緊力FL；最后還要考慮到實(shí)際加工過(guò)程的動(dòng)態(tài)不穩(wěn)定性，需要將理論夾緊力乘上一個(gè)安全系數(shù)K，就得出工件加工所需要的實(shí)際夾緊力Fj。即： Fj=KFL (4-12) 一般取K =1.53，小值用于精加工，大值用于粗加工。 5.3.3幾種常用的夾緊機(jī)構(gòu) 夾緊裝置可由簡(jiǎn)單夾緊機(jī)構(gòu)直接構(gòu)成，大多數(shù)情況下使用的是復(fù)合夾緊機(jī)構(gòu)。夾緊

55、機(jī)構(gòu)的選擇需要滿足加工方法、工件所需夾緊力大小、工件結(jié)構(gòu)、生產(chǎn)率等方面的要求。因此，在設(shè)計(jì)夾緊機(jī)構(gòu)時(shí)，首先需要了解各種簡(jiǎn)單夾緊機(jī)構(gòu)的工作特點(diǎn)（能產(chǎn)生的夾緊力大小、自鎖性能、夾緊行程、擴(kuò)力比等）。本節(jié)主要介紹幾種常用的典型基本夾緊機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)問(wèn)題。,4.3 工件在夾具中的夾緊,1. 斜楔夾緊機(jī)構(gòu) 如圖4-28所示為斜楔夾緊機(jī)構(gòu)的工作原理圖。在夾緊源動(dòng)力FQ的作用下，斜楔向左移動(dòng)L的位移，由于斜楔斜面的作用，將導(dǎo)致斜楔在垂直方向上產(chǎn)生S的夾緊行程，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)工件的夾緊，。圖4-29為斜楔夾緊機(jī)構(gòu)的應(yīng)用實(shí)例簡(jiǎn)圖。,圖4-28 斜楔夾緊工作原理,圖4-29 斜楔夾緊機(jī)構(gòu)應(yīng)用舉例,4.3 工件在夾具

56、中的夾緊,1） 斜楔夾緊機(jī)構(gòu)所能產(chǎn)生的夾緊力計(jì)算 以圖4-28為例，夾緊時(shí)斜楔的受力分析如圖4-30所示。當(dāng)斜楔處于平衡狀態(tài)時(shí)，根據(jù)靜力平衡可列方程組如下：,F1FRxFQ F1FWtg1 FRx FWtg(2),圖4-30 斜楔夾緊受力分析,解上述方程組可得斜楔夾緊所能產(chǎn)生的夾緊力：,(4-13),4.3 工件在夾具中的夾緊,式中 FQ斜楔所受的源動(dòng)力（N）； FW斜楔所能產(chǎn)生的夾緊力的反力（N）； 1、2分別為斜楔與工件和夾具體間的摩擦角； 斜楔的楔角。 由于、1、2均很小，設(shè)1=2=， 式（5-13）可簡(jiǎn)化為： 2） 斜楔夾緊的自鎖條件,(4-14),手動(dòng)夾緊機(jī)構(gòu)必須具有自

57、鎖功能。自鎖是指對(duì)工件夾緊后，撤除源動(dòng)力時(shí)，夾緊機(jī)構(gòu)依靠靜摩擦力仍能保持對(duì)工件的夾緊狀態(tài)。根據(jù)這一要求，當(dāng)撤除源動(dòng)力后，斜楔受力分析如圖4-31所示。,4.3 工件在夾具中的夾緊,圖4-31 斜楔自鎖時(shí)的受力分析,由圖可知，要使斜楔能夠保證自鎖，必須滿足下列條件： F1 FRx 即 FWtg1 FWtg(2) 由于、1、2的值均很小，所以上式可近似寫(xiě)成： 1 2 即 12 (4-15),上式說(shuō)明了斜楔夾緊的自鎖條件是：斜楔的楔角必須小于或等于斜楔分別與工件和夾具體的摩擦角之和。,4.3 工件在夾具中的夾緊,對(duì)于鋼鐵表面，斜楔夾緊機(jī)構(gòu)滿足自鎖的條件是： 1117。為自鎖可靠起見(jiàn)，一般取

58、=68。由于氣動(dòng)、液壓系統(tǒng)本身具有自鎖功能，所以采用氣動(dòng)、液壓夾緊的斜楔楔角可以選取較大的值，一般取 =1530。 3) 斜楔夾緊的擴(kuò)力比（擴(kuò)力系數(shù)） 擴(kuò)力比指在夾緊源動(dòng)力FQ作用下夾緊機(jī)構(gòu)所能產(chǎn)生的夾緊力FW與FQ的比值，用符號(hào)“iF”表示。,iF FW / FQ (4-16),擴(kuò)力比反映的是夾緊機(jī)構(gòu)的省力與否。當(dāng)iF1時(shí)，表明夾緊機(jī)構(gòu)具有增力特性，即以較小的夾緊源動(dòng)力可以獲得較大的夾緊力；當(dāng)iF1時(shí)，則說(shuō)明夾緊機(jī)構(gòu)是縮力的。在夾緊機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)中，一般希望夾緊機(jī)構(gòu)具有擴(kuò)力作用。,4.3 工件在夾具中的夾緊,斜楔夾緊機(jī)構(gòu)是擴(kuò)力機(jī)構(gòu)，其擴(kuò)力比為： 顯然，、1、2越小，iF就越大

59、。當(dāng)取126時(shí)，iF3。 4）斜楔夾緊機(jī)構(gòu)的行程比 一般把斜楔的移動(dòng)行程L與工件需要的夾緊行程S的比值稱為行程比，用符號(hào)“iS”表示。行程比從一定程度上反映了夾緊機(jī)構(gòu)的尺寸大小。斜楔夾緊機(jī)構(gòu)的行程比為： i SL/ S1/ tg (4-18),(4-17),斜楔夾緊機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，有自鎖性，斜角越小，擴(kuò)力比越大，但夾緊行程變小。故一般用于工件毛坯質(zhì)量高的機(jī)動(dòng)夾緊裝置中，且很少單獨(dú)使用。,4.3 工件在夾具中的夾緊,2. 螺旋夾緊機(jī)構(gòu) 由螺釘、螺母、墊圈、壓板等元件組成的夾緊機(jī)構(gòu)，稱為螺旋夾緊機(jī)構(gòu)。螺旋夾緊機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，容易制造。由于螺旋升角小，螺旋夾緊機(jī)構(gòu)的自鎖性能好，夾緊

60、力和夾緊行程都較大，在手動(dòng)夾具上應(yīng)用較多。螺旋夾緊機(jī)構(gòu)可以看作是繞在圓柱表面上的斜面，將它展開(kāi)就相當(dāng)于一個(gè)斜楔。 圖4-32(a)是一個(gè)最簡(jiǎn)單的螺旋夾緊機(jī)構(gòu)，但在使用中容易壓壞工件表面，而且擰動(dòng)螺釘時(shí)容易使工件產(chǎn)生轉(zhuǎn)動(dòng)，一般應(yīng)用較少。圖4-32(b)中螺桿3的頭部通過(guò)活動(dòng)壓塊1與工件表面接觸，擰動(dòng)螺桿時(shí)，壓塊不隨螺桿轉(zhuǎn)動(dòng)，故不會(huì)帶動(dòng)工件轉(zhuǎn)動(dòng)；由于壓塊1面積大，不會(huì)壓壞工件表面。 1) 單螺旋夾緊機(jī)構(gòu)的夾緊力計(jì)算,螺旋可以視為繞在圓柱體上的斜楔，因此可以由斜楔的夾緊力計(jì)算公式直接導(dǎo)出螺旋夾緊力的計(jì)算公式。如圖4-33所示，工件處于夾緊狀態(tài)時(shí)，根據(jù)力的平衡、力矩的平衡可算得夾緊力Q：,4.3

61、 工件在夾具中的夾緊,圖4-32 單螺旋夾緊機(jī)構(gòu) 1壓緊螺釘 2螺母襯套 3止轉(zhuǎn)螺釘 4壓塊,圖4-33 螺旋夾緊受力分析和當(dāng)量摩擦角計(jì)算,4.3 工件在夾具中的夾緊,(4-19),式中 螺旋升角，一般為=24； 1螺母與螺桿間的摩擦角； 2 工件與螺桿頭部(或壓塊)間的摩擦角； rz螺旋中徑的一半； r1摩擦力矩計(jì)算半徑。其數(shù)值與螺桿頭部或壓塊的形狀有關(guān)。,2) 單螺旋夾緊機(jī)構(gòu)的擴(kuò)力比,單螺旋夾緊機(jī)構(gòu)具有擴(kuò)力作用，其擴(kuò)力比為：,(4-20),4.3 工件在夾具中的夾緊,3) 螺旋夾緊機(jī)構(gòu)的應(yīng)用 螺旋夾緊機(jī)構(gòu)由于具有較大的擴(kuò)力比和幾乎不受限制的大的夾緊行程；另外由于采用標(biāo)準(zhǔn)

62、螺紋副，而標(biāo)準(zhǔn)螺紋的螺旋升角一般為，所以其自鎖性能良好。因此在實(shí)際設(shè)計(jì)中得到廣泛應(yīng)用，尤其適合應(yīng)用于手動(dòng)夾緊裝置。 當(dāng)夾緊行程較大時(shí)，螺旋夾緊機(jī)構(gòu)的操作就顯得比較費(fèi)時(shí)。在實(shí)際應(yīng)用中，可以采用其它手段實(shí)現(xiàn)螺旋夾緊機(jī)構(gòu)對(duì)工件的快速裝卸。圖4-34所示是幾種實(shí)現(xiàn)快速裝卸的方法。 在實(shí)際應(yīng)用中，單螺旋夾緊機(jī)構(gòu)常與杠桿壓板構(gòu)成螺旋壓板夾緊機(jī)構(gòu)。常見(jiàn)螺旋壓板夾緊機(jī)構(gòu)的組合形式如圖4-35所示，組合形式不同，其擴(kuò)力比大小亦隨之不同。在實(shí)際設(shè)計(jì)中具體采用哪一種組合，除考慮擴(kuò)力比外，重點(diǎn)還要考慮工件結(jié)構(gòu)的需要。,4.3 工件在夾具中的夾緊,（a）快卸開(kāi)口墊圈 (b）快卸螺母 （c）墊板快卸 圖4-

63、34 單螺旋夾緊快卸結(jié)構(gòu),（a） （b） （c） 圖4-35 常見(jiàn)螺旋壓板夾緊機(jī)構(gòu),4.3 工件在夾具中的夾緊,3. 偏心夾緊機(jī)構(gòu) 偏心夾緊機(jī)構(gòu)是由偏心件來(lái)實(shí)現(xiàn)夾緊的一種夾緊機(jī)構(gòu)。偏心夾緊經(jīng)常與壓板聯(lián)合使用，如圖4-36所示。偏心件有偏心輪和凸輪兩種，其偏心方法分別采用了圓偏心和曲線偏心兩種。曲線偏心為阿基米德曲線或?qū)?shù)曲線，這兩種曲線的優(yōu)點(diǎn)是升角變化均勻或不變，可使工件夾緊穩(wěn)定可靠，但制造困難，故使用較少；圓偏心由于制造容易，因而使用較廣。在此主要介紹圓偏心夾緊的原理和方法。,圖4-36 幾種偏心夾緊機(jī)構(gòu),4.3 工件在夾具中的夾緊,1）圓偏心夾緊力計(jì)算 圓偏心夾緊實(shí)際

64、上是斜楔夾緊的另外一種形式變楔角斜楔。隨著楔角增大，斜楔的夾緊力減小，自鎖性能變差。因此，最大楔角處是偏心輪設(shè)計(jì)的重要依據(jù)。圖4-37是偏心輪在P點(diǎn)處夾緊時(shí)的受力情況。此時(shí)，P=max，夾緊力接近最小，一般只需校核該點(diǎn)的夾緊力。在P點(diǎn)處可以將偏心輪看作是一個(gè)楔角為的斜楔，該斜楔處于偏心輪回轉(zhuǎn)軸與工件墊塊夾緊面之間。圓偏心夾緊的夾緊力為：,圖4-37 圓偏心夾緊力計(jì)算,4.3 工件在夾具中的夾緊,式中 L手柄長(zhǎng)度(mm)； 1、2分別為偏心輪與工件、偏心輪與回轉(zhuǎn)軸之間的摩擦角； 夾緊點(diǎn)P到偏心輪回轉(zhuǎn)軸線的距離； 偏心輪在P點(diǎn)處的楔角。 由于P、1和2均很小，當(dāng)取12時(shí)，上式又可寫(xiě)成：,(4

65、-21),(4-22),2） 偏心輪夾緊的自鎖條件 由于偏心輪夾緊只是斜楔夾緊的另一種形式，因此要保證自鎖就必須滿足： P12 不計(jì)轉(zhuǎn)軸處摩擦，并使P2e / D、1f1，則有： 2e / D f1 (4-23) 當(dāng)f10.10.15時(shí)，上式又可寫(xiě)為： D/e1420 (4-24) 上式就是取不同摩擦系數(shù)時(shí)的偏心輪自鎖條件。D/e是偏心輪的重要特性參數(shù)。 3） 偏心輪夾緊機(jī)構(gòu)的擴(kuò)力比,4.3 工件在夾具中的夾緊,(4-25),4.3 工件在夾具中的夾緊,4) 偏心夾緊應(yīng)用場(chǎng)合 圓偏心夾緊操作方便，動(dòng)作迅速，結(jié)構(gòu)緊湊。但由于其夾緊力小，自鎖性能不是很好，且?jiàn)A緊行程小，

66、故多用于切削力小，無(wú)振動(dòng)，工件尺寸公差不大的場(chǎng)合。 4. 典型夾緊機(jī)構(gòu) （1）聯(lián)動(dòng)夾緊機(jī)構(gòu)。聯(lián)動(dòng)夾緊機(jī)構(gòu)是指由一個(gè)夾緊動(dòng)作使多個(gè)夾緊元件實(shí)現(xiàn)對(duì)一個(gè)或多個(gè)工件的多點(diǎn)、多向同時(shí)夾緊的夾緊機(jī)構(gòu)。聯(lián)動(dòng)夾緊機(jī)構(gòu)可有效地提高生產(chǎn)率、降低工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，同時(shí)還可滿足有多點(diǎn)、多向、多件同時(shí)夾緊要求的場(chǎng)合。 圖4-38(a)是一多點(diǎn)、單向聯(lián)動(dòng)夾緊機(jī)構(gòu)。當(dāng)向下旋轉(zhuǎn)螺母1時(shí)，可使兩個(gè)壓板9同時(shí)對(duì)工件夾緊。圖4-38(b)是一多件夾緊機(jī)構(gòu)。,4.3 工件在夾具中的夾緊,圖4-38 多位與多件夾緊裝置 （a）1-活節(jié)螺栓；2-球面帶肩螺釘；3-錐形墊圈；4-球頭支承；5-鉸鏈板； 6-圓柱銷；7-球頭支承釘；8-彈簧；9-轉(zhuǎn)動(dòng)壓板；10-六角扁螺母 （b）1、2-擺動(dòng)壓板,（2）定心夾緊機(jī)構(gòu)。保證工件的對(duì)稱中心不因工件尺寸的變化而變化就稱為定心。定心夾緊機(jī)構(gòu)就是利用夾緊元件的等量變形位移或等速相向運(yùn)動(dòng)保持工件的對(duì)稱中心不因夾持面尺寸變化而變化的定位、夾緊裝置。,4.3 工件在夾具中的夾緊,圖4-39中，1、2是起定位夾緊作用的V形塊，3為左、右螺紋的雙頭螺柱。旋轉(zhuǎn)螺柱3，就可使V形塊1、2作等速相向