工件的安裝和夾具設計.ppt

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1、第六章 機床夾具設計 6. 1 機床夾具概述 一、機床夾具及其組成 1、機床夾具 機床夾具是在機床 上用以 裝夾工件的一種裝 置 ，其作用是 使工件相對 于機床或刀具有個正確的 位置 ，并在加工過程中 保 持這個位置不變。 2、機床夾具的組成 (1).定位元件： 確定工件在夾具中位置的元件。 (2).導向元件： 用以引導刀具或調整刀具相對于夾具的位置。 如：鉆套、對刀塊。 (3).夾緊元件： 確定夾具與機床或夾具與刀具的元件。 (4) .連接元件： 用以確定夾具在機床上的位置并與機床相連接。 (5).夾具件：

2、 基礎件，用于安裝其它元件，形成整體 (6).其它輔件： 夾緊用的扳手，操作手柄，分度機構等。 如下圖所示： 二、機床夾具的分類 1、分類方法 ： 1)按夾具的應用范圍： 通用夾具、專用夾具、可調夾具、組合 夾具、隨行夾具； 2)按加工類型： 車床夾具、鉆床夾具、鏜床夾具、磨床夾具、 數(shù)控機床夾具等； 3)按夾緊力來源： 手動夾具、氣動夾具、液壓夾具、電磁夾具、 真空夾具。 機床夾具通常按夾具的應用范圍進行。 (1)通用夾具 ： 指已 標準化，通用化好 ，可用于加工同一

3、類型，不 同尺寸工件加工的夾具。 如：三爪長盤、四爪長盤、平口鉗、回轉工 作臺、萬能分度頭、磁鐵吸盤。 適用場合：廣泛用于單件，小批量生產(chǎn)中。 (2)專用夾具 ： 指的是 專為某一工件的某道工序而設計制造夾具 ， 這種夾具“剛性”大，即當產(chǎn)品變換或工序內(nèi)容變更后，往住 無法使用。因此適用于產(chǎn)品固定、工藝相對穩(wěn)定、批量 大的加 工過程。 (3)可調夾具： 是 指經(jīng)調 整或更換個別元件，即 可加工多種工件的夾具。 這種夾具主要用了加工 形狀相似，尺寸相近的 工件的加工。 (4)組合夾具（拼裝夾具）： 這種夾具是在夾具零部件完全標準 化的基 礎上，根據(jù)積木化原理，針對不同的工件 對象

4、和加 工要求，拼裝組合則成夾具。構 成夾具的各零部件，在工件 加工完后，可拆散成各種元件，組合成適用其它產(chǎn)品加工要 求的夾具。 （圖示見下頁） 當今生產(chǎn)發(fā)展趨勢：多品種、小批量。由此導致對生產(chǎn) 裝備的要求是高效、快捷的柔性系統(tǒng)。 (5)隨行夾具： 切削加工中隨帶安裝 好的工件在各工位間被自動運送轉 移的機床夾具。隨行夾具主要是在 自動生產(chǎn)線 加工中心中、柔性生 產(chǎn)線。 三、機床夾具的作用 (1)保證加工精度，降低工人等級 加工精度包括：尺寸精度、幾何形狀精度、表面相互位置 精度。使用夾具最有利于保證表面相互位置精度。 如：在搖臂鉆加工孔系 夾具：可達 0.10 0.20mm

5、 劃線找正： 0.4 1.0mm (2) 提高勞動生產(chǎn)率，降低加工成本 無找正，對刀等時間，工件裝卸迅速，從而大大減少了工件 安裝的輔助時間，同時易于實現(xiàn)多件加工，多工位加工，特別 適用于加工時間短，輔助時間長的中、小工件的加工。 (3) 擴大機床工藝范圍 擴大機床的功能，實現(xiàn)一機多用。如在車床上利用鏜夾具， 進行鏜孔。利用銑夾具，進行銑槽。 (4) 減輕工人勞動強度，保證安全生產(chǎn)。 定位方式 用六點定位原理進行定位分析時，以定位點來消除自由 度，在實際應用中，不可能是點，而應該是各種定位元件 , 工件的定位表面有各種形式：如平面，內(nèi)孔，外圓，成型面， 組合表面等，

6、對這些表面應采用不同的方法來實現(xiàn)。 定位設計時應做的工作及步驟： A）根據(jù)加工零件的工序要求合理布置支承點 B）正確考慮定位方法 C）選用恰當?shù)亩ㄎ辉? 6. 2 工件在夾具上的定位 一、常用定位方式與定位元件 工件常用定位表面 以平面定位 以內(nèi)孔定位 以外圓表面定位 以平面定位 基本支承 輔助支承 固定支承 可調支承 自位支承 支承釘、支承板 基本支承： 限制自由度，真正起定位作用 輔助支承： 不限制自由度，起預定位、增加工件和夾具剛性等作用 （一）工件以平面定位 1基本支承 (1)固定支承： 安裝到夾具上后，不可拆卸或調

7、節(jié)。分為支承板 和支承釘。 支承釘： 用于小平面未加工或已加工表面的定位。 a.分類： 平頭： 用于經(jīng)過精加工的表面，面接觸。 球頭： 點接觸，可保證接觸位置相對穩(wěn)定，但易磨損，夾緊時 使加工表面產(chǎn)生壓陷，產(chǎn)生較大安裝誤差，不易使幾個支承釘 保持在同一平面內(nèi)，用于精加工中 網(wǎng)紋頂面： 與定位面摩擦力較大，可住阻礙工件移動，加強定 位穩(wěn)定性，精中易積屑，多用在粗糙表面的側面定位。 b.支承釘尾部與基體孔的配合： 過盈配合： H7/r6 或 H7/n6 加中間套 (可換 )：套與夾具體上孔為過盈配合，套與支承釘 尾部可選過渡配合 H7/js6 c.支承釘布置原則： 三點：組成

8、的平面面積盡可能大 二點：距離盡可能長 一點：應與切削力方向對應 支 承 釘 支承板 用于較大已加工平面 的定位，所以常出現(xiàn)在精 基準定位中，一個支承板 的作用，相當于兩個支承 釘，消除兩個自由度。 支承板 B 型 A 型 a.結構形式及應用場合： A型 制造簡單，常用于 底面定位 B型 切有斜槽，易于 清屑，常用于側面定位 b.應用場合： 用于難以用支承釘布置成合適的、穩(wěn)定的定位中。 工件剛度不足，定位面又小 ,并且切削力不能恰好作用在支承 上。圖 (a) 薄板上鉆孔，支隨釘使工件變形。圖 (b) (a) (b) 不宜用三個釘支

9、承定位的情況 承受較大力 的場合，保護 精加工表面。 方便安裝： 如側面支承板 取代兩支承釘， 可避免長死。 c. 材料： D12的支承釘和小型支承板，用較好的 T7A鋼，淬硬 HRC60-64 對 D 12的支承釘和大型支承板，一般用 20#鋼滲碳淬火， 滲碳深度為 0.8 1.2mm,硬度至 HRC60 64 d.注意 為保持幾塊支承板在同一平面上，在裝配后應將頂部進行統(tǒng) 磨。 有精度要求或使支承板裝配牢固，需加定位銷。 (2)可調支承 可調支承 :適用于毛坯分批制造，其形狀和尺寸變化較 大的粗基準定位并適用于同一夾具加工形狀相同而尺寸 不同的工件及專用可

10、調夾具或組合夾具中。 方法： 一批工件調 整一次，調 整后應鎖緊。 (3)自位支承 （浮力支承） 1 2 3 (a) (b) (c) 自 位 支 承 特點： 有定位元件有多個工作點與工件接觸，定位 元件在定位過程中 所處的位置，隨工件定位基準 面位置的變化而自動與之適應， 其作用相當于一 個固定支承，因此，只限制一個自由度。 由于增 加了與工件定位基準面接觸的點數(shù)，故可提高工 件的安裝剛 性，適用于以粗基準定位，剛性不足 或不連續(xù)表面的定位。 注意：設計自位支承時，應考慮可動部分有 足夠的擺動余動。 2、輔助支承 a. 特點： 根據(jù)六點定位原理，工件定位原理，工件定位夾緊 后

11、，若工件剛性很差，在切削力和夾緊力的影響下，會發(fā) 生變形和振動。為此，需增加輔助支承，減小變形，以提 高剛性和穩(wěn)定性。 輔助支承的作用 0+ TA A3 1 2 b.作用： 由于輔助支承是 在工件定位后才參與支承，因此不起 任何消除自由度作用，只起減小工件變形和振動的作用。 各 種輔助支承在每次卸下工件后，必須松開，裝上工件后再進 行調整和鎖緊，另外，輔助支承不應破壞原有定位。 c.應用場合： 起預定位作用 提高夾具工件的穩(wěn)定性 提高工件的剛性 d.結構形式： 螺旋式： 結構簡單，易頂起工件，用限力板手，逐個調整、 效率低、常用于單件小批生產(chǎn)中

12、 自位式： 效率高，彈簧力不可太大， tg f，保證自鎖 推引式： 適用于工 件較重， 切削負荷 大的場合 （二）工件以外圓定位 工件以內(nèi)孔定位時，常用的有 V形塊、定位套筒及剖分套筒、 自動定心機構 （三爪長盤、彈簧夾頭、錐孔、自動定心夾 頭） 1. V形塊 V形塊的定位情況： a. V形塊結構： (已標 準化） 常取 90 或 120 工藝槽：降低應力 集中，便于 v形工作面 加工。 支承面和底面精度 要求較高 安裝時，需采用定 位銷孔 (有定位銷孔和 安裝孔 ) b.特點： 對中性好（水平方向） 所定位的水平軸中心位置（垂直方向），隨 V形塊夾角 及

13、工 件直徑的誤差而發(fā)生變化 V形塊裝在夾具體時，除用螺釘緊固外，還要加裝定位銷 c. 材料： 20鋼 , 熱處理：滲碳深度 0.8-1.2mm, 淬硬 HRC60-64， 大型 V形塊，可用鑄鐵在 夾具體支承面鑲以淬硬耐 磨的鋼板 d.主要結構參數(shù)： V形塊已標準化，繪制 V形塊工作圖時，可不繪制圖形， 但應注明尺寸 C、 H、 h h H+D/2 H C a D 尺寸 h： h0.5D用 于大直徑定位 h1.2D 用于小直 徑定位 H：用于檢驗形 塊精度 2.定位套筒及剖分套筒 定位套筒 特點： 元件結構簡單，定心精度 不變； 當工件外圓與定位圓孔配 合

14、較松時，易使工件傾斜， 可考慮利用套筒內(nèi)孔及端 面一起定位； 當端面大時，定位孔應短 些，以避免產(chǎn)生過定位。 定位套與夾具體配合： ?。?H7/r6或 H7/s6 較緊 大： N7/R6或 H7/js6 較松， 裝入后再用螺釘擰緊 剖分套筒 主要用于大型軸類零件的精密 軸經(jīng)定位，以便于安裝。 結構 :下半孔起定位作用 上半孔起夾緊作用 剖分套筒 3.外圓定心夾緊機構 （三）工件以內(nèi)孔定位 工件以內(nèi)孔定位時，常用的有：定位銷、定位心軸、自動定 心機構（如三爪卡盤、彈簧心軸等 。 1.定位銷 ： 通常結合端面定位 結構形式： a. d 10 d太小，不宜開

15、退刀槽， 軸肩下埋； b. d 10 帶有臺肩，端面定位可避 免夾具體磨損； c. d 16 凸肩與退刀槽合二為一； d. 可換式 ：用于大量生產(chǎn)中，易于 更換，更換時為避免 破壞夾具體 加上襯套，定位銷與襯套配合 H7/js6、 H7/n7 ( a ) ( b ) ( c ) ( d ) 定 位 銷 另外還有一種定位銷：圓錐銷 特點：定心好，軸向定位精度不高，常用于浮動定位中 圓錐銷 削邊銷 2.剛性心軸 根據(jù)工件的形狀和用途的不同，定位心軸的結論形式 很多，常用的有下列幾種形式： a.帶小錐度的心軸（ 1/5000 1/1000）： 限 5個自由度，定心 精度高，可達

16、0.005 0.01mm，但軸向位移大，傳遞扭矩 小，使用于精加工中。 b.圓柱形心軸： 工件與心 軸定位部分為過盈配合采 用 r6、 s6配合，軸向位置 較固定（通過限位套）前 編加有導向部分，與工件 為間隙配合的保證工件用 手能自由套入 c.心軸： 工件與心軸為間隙配合，心軸采用 h6、 g6、 f7制造， 同心度不高，裝卸方便，端部夾緊。 d.花鍵心軸 3.內(nèi)圓定心夾緊機構 用于內(nèi)孔的定心夾緊機構，其作用原理與外圓定位 時是一樣的。區(qū)別僅在于孔定位時，支承等速遠離中心 移動，與工件孔表面接觸。 孔用漲緊套 （四）工件以組合表面定位 以上所述的定位方法，全指

17、工件以單一表面定位。實 際上，零件往往是以幾個表面同時定位的，例如 :用兩個 平行孔、兩個平行階梯表面、階梯軸的兩個外圓 等等，這 都稱為“工件以組合表面定位”。 工件以組合表面定位時，幾個定位表面間的相互位置， 總是具有一定的誤差，若將所有的支承元件都做成固定的， 工件將不能正確定位甚至無法定位。 因而，在組合表面定 位時，必須將其中的一個（或幾個）支承做成浮動的，或 雖是固定的，但能補償其定位面間的誤差。 1.以軸心線平行的兩孔定位（一面兩孔） 工件 以兩孔定 位的方式， 在生產(chǎn)中 普遍用于 箱體類大、 中型零件 的加工中， 如機床主 軸箱、發(fā) 動機機體。 以一面兩孔

18、定位 用箱體的兩孔及平面定位的分析 若以兩個圓柱銷作定位件時，常會產(chǎn)生過定位現(xiàn)象， 造成后果：工件可能無法安裝。 D 1 0 + DS 1 2D 0 + S 2 D d 1 - d S 1 - d X 1 2d - d - d X S 2 2 2 1 2 2 工件以兩孔定位 （a） （b） L L g L L x LL- x L+ gL L xgL 解決辦法： (1)右孔與右銷間給予較大的配合間隙，足以補償工件兩孔和 兩銷中心距的誤差，但這樣定位誤差較大有時也會造成工件位 置的偏斜。 (2)將右邊定位銷在兩銷連心線的垂直方面削去兩邊，做成削 邊銷，這樣在此

19、連心線方向上獲得間隙補償；能使工件兩孔與 兩銷順利安裝且使定位較準確。 比較： 方法 1簡單，但增大轉角誤差。 方法 2更為科學。 削邊銷的寬度計算，應考慮在圖紙規(guī)定公差范圍內(nèi)的任一 工件，都能保證裝到夾具的兩定位銷上，這要分析可能出定位 削邊銷的寬度計算 干涉的極限 情況。 圖中 為工件裝在 夾具上的一 種極限位置， 這時為： （ O1為孔 1及 銷 1的中心； O2為銷 2的中 心， O2 為銷 2的中心） 2 1 2 2 LL- x L+ gL L xgL d 2 max D 2 min D 1 min d 1 max O 2O 2 BA E C 干涉

20、最容易發(fā)生在： 工件兩孔的直徑最小： D1min, D2min 夾具兩銷的直徑最大： d1max, d2max 且銷距與孔距偏差向相反方向。 如： 工件兩孔的孔距最大： L+ Lg， 而夾具兩銷的銷距最?。?L Lx 工件兩孔順利裝到銷上的條件： 工件兩孔與順利裝到夾具兩銷上的最小間隙為： 1 = D1min d1max 2 = D2min d2max 若假定工件安裝時，左邊的孔、銷兩中心 O1重合；右邊 孔中心 的偏移量這時為： xg LLOO 22 由于這一偏移，使銷 2與孔 2產(chǎn)生了新月形的干涉區(qū)（圖中

21、的陰影部分）。如果將銷 2的削邊后寬度 b ，便不再發(fā)生干 涉。而 b的大小，即可按幾何關系進行計算： BC xg LLOO dD BO b EO d BO BEOOEOBOEOBO BEOBEO 2 2 2ma x2mi n2 2 2 ma x2 2 2 2 2 22 2 2 2 2 2 2 22 ; 22 ; 2 ; 2 : )( 式中 等高，和 （ 1） 代入（ 1）式，得： )(2 ) 2 ( 2max22 xg LL d b 約去高階微量，得削邊銷寬度為： )(2 m i n22 xg LL Db 生產(chǎn)中，削邊銷寬度 b常按工件孔

22、的基本尺寸 D2選定。 此時，由上式可得最小間隙 2： m i n2 2 )(2 D LLb xg ? D2 b B 2 D 36 68 820 2025 2532 3240 4050 b 2 3 4 5 5 6 8 B D 0.5 2 D 1 2 D 2 2 D 3 2 D 4 2 D 5 2 2 削 邊 銷 的 尺 寸 再根據(jù) ， d2max D2min 2可算出削邊銷的尺寸及偏差。 例：已知某工件用兩個 孔定位，孔間距要求 110 0.03。試設 計一個圓柱銷、一個削邊銷的各有關定位尺寸。 解： （ 1） 確定兩定位銷的中心距尺寸及偏差 銷距的基本尺寸 （ Lx）

23、與孔距的基本尺寸 （ Lg） 相同 ， 其偏差 為： Lx Lg。 ?。?L Lx 110 （ 0.03） Lg 110 0.01 注意： 若工件孔間距上 、 下偏差在零件圖上非對稱分布時 ， 應 將其轉化為對稱形式 。 )3151( 3 1 （ 2） 確定圓柱銷直徑尺寸 （ d1） 及偏差 通常以該工件孔的最小尺寸 （ D1min） 作為圓柱銷的基本尺寸 （ d1） ， 其配合的偏差一般以 g6（ 或 f7） 選取 。 故選： d1 8.035 g6 （ 3） 選定削邊銷基本尺寸 （ d2） 及偏差 首先

24、 ， 查表得削邊銷寬度 （ b） 及其它結構尺寸 當 D2 8時 ， 得 b 3， B D2 1 8 1 7。 d2max D2min 2 D2min 8.035 8.005 一般以 d2max作為削邊銷的基本尺寸 ， 與該孔的配合可選取為 h6。 所以?。?d2 8.005 h6= 005.0 014.0035.8 030.0 021.08 m i n2 )(2 D LLb xg 0 3 5.8 )01.003.0(32 0 009.0005.8 005.0 004.08 若工件在垂直平面 定位后，再將工

25、件左 端外圓、用圓孔或 V 形定位時，則工件右 端外所用的 V形塊， 一定要做成浮動結構， 這時只起限制一個自 由度的作用，否則就 會過定位。 2.以軸心線平行的兩個圓表面定位 兩個零件（ a）、 (b)，均需以大孔及底面定位，加工兩個小 孔?？梢杂袃煞N定位方案，視其加工尺寸要求而定。根據(jù)其準重 合原則，如圖（ a）零件應選用圖 (c)方案：即平面用支承板定位， 3.以一個孔和一個平行于孔中心線的平面定位 A2 A2 H dh A1 A2 H dh A2 A1 孔用削邊銷定位，且削 邊方向應平行于定位平 面，以補償孔中心線與 底面間距離的尺寸誤差 公差。再如圖（ b）零件

26、 則宜采用圖（ d）的方案， 即孔用圓銷定位，而平 面下方則加入梯形塊可 使定位平面升降，以補 償工件孔與平面間的尺 寸誤差。 6. 3 定位誤差 1、定位誤差 把工件上被加工表面的設計基準相對于定位元件工作表 面在加工尺寸方向上的最大變動量，稱為 “定位誤差” 。 一、定位誤差的產(chǎn)生 分析： 右圖齒輪輪齒加工 中定位對下兩項技 術坐標的影響 節(jié)圓中心與內(nèi)孔中心 的同軸度 輪齒周節(jié)誤差 2、定位誤差產(chǎn)生原因 a.一批工件彼此在尺寸、形狀及相互位置上均存在差異，而夾 具定位元件也有制造誤差。 b.工件的定位基準與設計基準不重合，或工件的定位基準與定 位元件的工作

27、表面之間存在間隙。 c.工件用夾具定位加工時，只按定程法（即調整法）加工一批 工件，如果按逐件試切法加工，則根本不存在定位誤差。 （僅有加工誤差等） 誤差來源 a.基準不重合誤差 b.定位元件制造誤差 c.基準位移誤差 圖中零件，底面 3與側面 4已加工好，需加工平 面 1、 2，均用底面及側面定位。 1、基準不重合誤差 H + - H A + - A C H H + - A A + - C - H H H H + 1 2 3 4 (a) 工作 （ b) 工序一 (c) 工序 二 (d) 工序 二 改進 基準不重合產(chǎn)生的定位誤差 工序二： 加工平面

28、 1時，圖紙要求的設計尺寸為 A A，而 加工時刀具調整尺寸 CA A 。因此，即使不考慮本工序 的加工誤差，這種定位方法也將可能使加工尺寸 A發(fā)生變化 （在工序一留下的誤差 范圍 H內(nèi)波動），因而也就產(chǎn)生 了定位誤差（ A ）。 工序一： 加工平面 2時，定位基準與設計基準重合，其圖紙的 設計尺寸 與加工時刀具調整控制尺寸 （對一批工件說，可看 作為常量不變）兩者一致，則定位誤差 A=0 。 定位誤差大小計算 （ 1） 畫出被加工零件定位時的兩個極限尺寸的位置 （ 2） 從圖形中的幾何關系，找出零件圖上被加工尺寸方向上 之設計基準的最大變動量（最大值與最小值之差）。因此， 工序二尺

29、寸 A的定位誤差 A為： A=(H+H) (H-H) = 2H 上述的誤差完全是由于定位基準和設計基準不重合引起的，可 稱這類定位誤差為 “基準不符誤差” 。 為提高定位精度，設計夾具時盡量使定位基準與加工表面 之設計基準重合。但定位精度雖然提高了，有時使得夾具結構 復雜，工件安裝不便 , 穩(wěn)定性和可靠性變差。生產(chǎn)中只要在滿足 工藝的要求前提下，如果能降低工序成本，基準不重合的定位 方案，也允許選用。 2、定位元件制造誤差 由于夾具定位 元件和工件定位基 準本身有制造誤差， 也可能使工件被加 工表面的設計基準， 在加工尺寸方向上 產(chǎn)生變動而形成定

30、位誤差。 C H H +_ C H 0 s H + D D s + 0 s d - - d x d A o o 1 (a) (b) 基準 位移產(chǎn)生的誤差 1o o 心線與軸心線重合，則 設計基準與套到心軸上， 還應留有最小間隙，故 孔和軸中心線必然不重 合圖（ b）也會使工件的 定件基準位置產(chǎn)生變動 而下移。所以通常稱這 另一類定位誤差為 “基 準位移誤差 ”。其大小 分析如下： 1o o A A o 圖（ a）如果心軸水平放置，工件以內(nèi)孔中心 O為定位基準，套 在心軸中心 O1上，要求加工上平面 H H。在理想狀態(tài)時，孔 當心軸如圖（ b）水平放置時：工件內(nèi)孔始終與心軸上母

31、 線 A單邊接觸。 當內(nèi)孔和心軸尺寸為 Dmax 及 dmin時，設計基 準 O在最下面（設計基準變動最大值）： OO1max OA O1A Dmax/2 dmin/2 =（ D sD） /2（ d xd） /2 =sD/2 sd/2 同理， 當內(nèi)孔和心軸尺寸為 Dmin及 dmax時，設計基準 O在最上 面（設計基準變動最小值）： OO1min Dmin/2 dmax/2=D/2 (d sd)/2=sd/2 所以， H的定位誤差，即為設計基準 0在 H尺寸方向上的最大變 動量，應為： H=OO1max OO1min（ sD/2+xd/2） (xd/2) =sD/2+(xd/2 sd/

32、2) TD/2 Td/2 假定：孔徑為 ， 銷徑為 sDD 0 sdxdd 結論： 這時的基準位移造成的定位誤差為內(nèi)孔公差和心軸公 差之和的一半，且與間隙 無關。 如果心軸垂直放置， 就可能心軸與工件內(nèi)孔任 意邊接觸，則應考慮加工 尺寸方向的二個極限位置 及孔軸間隙 ，故定位誤差 為： H TD Td 。 由此可見，工件定位基準和夾具定位元件本身的制造誤 差，也是直接影響定位精度的。在設計夾具時， 除應盡量滿 足基準重合原則外， 還應根據(jù)加工零件的精度要求，合理規(guī) 定定位元件的制造精度和限制加工零件上與定位基準有關的 公差值

33、。 二、定位誤差的計算 工件定位誤差的實質 是工件上被加工表面的設計基準相對 于定位元件工作表面在加工尺寸方向上的最大變動量，因此， 計算定位誤差時， 首先要找出工序尺寸的工序基準； 然后求其在工序尺寸方向上的最大變動量。 1、定位誤差計算的方法 定位誤差計算的方法 幾何法 微分法 2、用幾何方法計算定位誤差 例：工件在使用心軸、銷、定位時，常會考慮留有間隙而需 要進行定位誤差計算。 (以兩孔定位為例） (a) o 1 o 2 1 2 2 2 L e 1 e 2 e 3 (b) d 1 m a x D 1 m i n TD 1 Td 1 左端： 孔徑

34、 ， 公差為 TD1；銷 徑 ， 公差為 Td1；最小 間隙為 1。 101 DsD 1 11 dds xd 右端： 孔徑公差為 TD2； 銷徑公差為 Td2； 最小間隙為 2。 先單獨分析左端圓銷 1的定位情況。 銷與孔之間的最大 間隙為： 1 1 TD1 Td1 。 1將使一批工件安裝時孔的中心偏離銷的中心。其中偏心位 移誤差范圍，是以 1為直徑的圓，圓心即為銷的中心 O1（如 圖 b中所示）。 分析： 再分析削邊銷 2定位情況： 由于削邊銷不限制 X 的移動自由度，而限制 Z的轉動自由 度，所以孔 2與削邊銷 2的

35、中心偏移范圍為： 在 X方向： x 1 1 TD1 Td1 在 Y方向： y 2 2 TD2 Td2 。 這時的誤差范圍 近似為一個橢圓 （見圖 b）。 孔 1、 2的中心偏移誤差組合起來，將引起工件的兩種定位誤差： 綜合誤差 (1) 縱向定位誤差： 即在兩孔聯(lián)心線方向的最大可能移動量 （ x ）。 x 1 1 TD1 Td1 （相當于第一孔定位誤差） (2) 角度定 位誤差： 即 工件繞 O1和 O2的最大偏 轉角 。 2e y1 2e y2 (c) 一面兩孔定位時的定位誤差計算 o 1 o 2 L TDTDTdTd L

36、tg yy 2 )()()( 2 212121 21 角度定位誤差： 由上式看出，欲減小，可以從兩方面著手： （ i）提高孔與銷的加工精度， 減小配合間隙 ； （ ii） 增大孔間距 。故在選擇定位基準時，應盡可能選距離較 遠的兩孔；若工件上無合適的兩孔而需另設工藝孔時，兩工藝 孔也應布置在具有最大距離的適當部位。 若采用以上兩種措施還不能滿足要求，應 采用單邊靠 。此時， 角度誤差為： 分析： Ltg yy 2 || 21 2、用微分方法計算定位誤差 例、工件用 V形塊定位加工鍵槽時的定位誤差計算。 用 V形塊定位加工鍵槽時的定位誤差計算 D (c)(b

37、)(a) C A A O O O FE A a H H H 1 2 3 加工鍵槽時，一般有兩項工序要求： 1）尺寸 H； 2）鍵槽對工件外圓中心的對稱度。 標注鍵槽設計尺寸 H時，有三種不同的標注方法： (a)要求保證上母線到加工面尺寸 H1； (b)要求保證下母線到加工面尺寸 H2； (c)要求保證上母線到加工面尺寸 H3。 若忽略工件的圓度誤差和 V形塊角度誤差，可認為工件外圓 中心在水平方向上的位置變動量為零 2s i n22s i n a d a OEOA ) 2 (s i n4 2 co s )( 2 s i n2 1 )( 2 a a d dd a OAd 已知

38、：工件外圓直徑為 d，公差為 Td， V形塊兩斜面夾角為 a，求 各種標準方式下的定位誤差？ 解： 首先：寫出 O點（工件基準點）至加工尺寸方向上某固定點 （通常取點 A）的距離 A (a) E O H 1 再對上式求全微分 2 s in2 1 a T d H Ta a a d Td a dh ) 2 (s i n4 2 co s 2 s i n2 1 2 用微小增量代替微分，并將尺寸誤差視為微小增量， 且考慮到尺寸誤差可正可負，各項誤差應取絕對值，故定 位誤差為： 若使用同一夾具進行加工，則 Ta 0 所以 1 2s i n 1 2 a dOCOACA 1 2 s

39、i n 1 22 aT dH 1 2s i n 1 2 adODOADA 1 2 s i n 1 23 aT dH 同理： A (c) H2 C a E D O F (b) A O H3 請用幾何解法求解上題 A O1 O2 r 2 1 r用幾何解法求上題： 2 s i n2 2 s i n2 2 s i n2 12 21211 a Td a d a d AOAOOO H 通過以上計算，可得出如下結論： （ 1） ，即定誤差隨毛坯誤差增大而增大。 （ 2） 與 V形塊夾角 有關。即定位誤差隨 增大而增減小， 但定 位穩(wěn)定性卻差了，故

40、一般選用 =90 。 （ 3） 與加工尺寸標注方法有關。 分析： Td H 注意： 定位誤差是對采用 調整法 加工的成批生產(chǎn)或小批生產(chǎn)中， 在數(shù)控機床上加工時也在定位誤差； 對采用 試切法 加工的小批生產(chǎn)中不存在定位誤差。 H 保證規(guī)定加工精度實現(xiàn)的條件 工件利用夾具加工時，影響加工精度的誤差因素除定位誤 差 外，尚有： 1.夾具的有關制造誤差（ 制造） 這個誤差主要包括夾具制造時的 兩項誤差： 確定刀具位置 的元件和引導刀具的元件與定位元件間的位置誤差；定位元件 與夾具安裝到機床上的安裝基面間的位置誤差。 2.夾具安裝誤差（ 安裝 ） 即是夾

41、具在機床上的定位誤差。 3.加工誤差（ 加工） 指上件在切削過程中所產(chǎn)生的誤差。如機床的工作精度， 刀具的磨損和跳動，刀具相對工件加工位置的調整誤差，以及 工藝系統(tǒng)在加工過程中的彈性變形等。 為了保證工件的加工精度，必須使上述所有誤差因素對工件 加工的綜合影響，控制在工件所允許的公差（ T公差）范圍之內(nèi)， 即： 制造 安裝 加工 T工件 上式即為保證規(guī)定加工精度實現(xiàn)的條件，也稱為用夾具安裝 加工時的誤差計算不等式。 為使 T工件 做到合理地分配給以上機械加工中產(chǎn)生誤差的各個 環(huán)節(jié)，通常在夾具設計時，夾具上定位元件之間，定位元件與引 導元件之間，以及其

42、他相關尺寸和相互位置的公差，一般取工件 上相應公差的 1/5 1/2，最常用的是 1/3 1/2，因粗加工的 T工件 大， 此時，夾具上相應公差取小的比例。 6. 3 工 件 的 夾 緊 一、工件夾緊的基本要求 夾得穩(wěn) ： 不破壞穩(wěn)定的正確定位，以作平衡，剛度足夠； 夾得牢： 夾緊力要合適，過大工件變形或損傷，影響加工 精度，過小工件加工中易移動或產(chǎn)生振動，同時，夾緊裝置 應保證自鎖，即原始夾緊力去除后，工件能保持夾緊狀態(tài)； 夾得快： 機構簡單、緊湊、操作安全、省力、迅速方便。 確定夾緊方案一般應與定位問題同時考慮，為達到以上 三個要求，正確設計夾緊機構，首先必須合

43、理確定夾緊力的 三要素： 大小、方向和作用點。 二、夾緊力方向的確定 1.夾緊力方向的確定 不破壞定位的準確性，朝向是定位基準； 夾緊力方向應使工件變形盡可能小； 夾緊力方面應使所需夾緊力盡可能小。 Q a 不合理合理 QB Q A Q Q Q Q 合理 不合理 W Q P W P Q W P Q P：切削力、 W：重力， Q：夾緊力 P、 W相同時，哪一情況 Q可最?。? 由此可見，夾緊力大小與夾緊力方向直接有關，在考慮 夾緊方向時， 只要滿足夾緊條件，夾緊力越小越好。 Q Q 2.夾緊力作用點的選擇 夾緊力應落在支承元件上或幾個支承元件所形成的平面內(nèi)

44、夾緊力應落在工件剛性較好的部件上 夾緊力應盡量靠近加工面 Q 合理不合理 Q Q 合理不合理 Q 2 2 Q 夾緊力應落在工件剛性較好的部件上 夾緊力應盡量靠近加工面 Q 1 Q 1 2 Q 夾緊力要合適，過大工件變形或損傷，影響加工精度， 過小工件加工中易移動或產(chǎn)生振動。 3.夾緊力大小的估算 估算夾緊力的方法： 首先：將工件視為分離體，分析作用在工件上的各種力； 再根據(jù)力系平衡條件，確定保持工件平衡所需的最小夾緊力； 最后將乘以一合適的安全系數(shù)，以此作為所需的夾緊力。 典型夾緊機構 常見的有斜楔、偏心、螺旋和鉸鏈等夾緊機構，斜楔、偏 心、螺旋是利用機械

45、摩擦的斜楔自鎖原理。 1.斜楔夾緊 Q R P 斜楔夾緊的特點： (1)斜楔機構簡單，有增力作用。一般擴力比（約為 3） ， 愈 小增力作用愈大。 (2)斜楔夾緊行程小，且受斜楔升角 影響。增大 可加 大行程，但自鎖性能變差。 為解決增力、行程之間矛盾，斜楔還可采用雙升角形 式，大升角用 于夾緊前的快速行程，小升角則滿足增力和 自鎖條件 。 )( 21 atgtg PQ 1 2 與上表面的摩擦角 與下表面的摩擦角 夾緊行程 工件所要求的夾 緊行程 h 與斜楔相應 移動的距離 s 之比稱 為行程比 ,is 不考慮摩擦影響時： F Q 1i

46、= =P t a n 斜楔理想增力倍數(shù)等于夾緊行程的縮小倍數(shù)。因此， 選擇升角 時，必須同時考慮增力比和夾緊行程兩方面 的問題。 (3) 夾緊和松開要敲擊大、小端，操作不方便。 手動操作的簡 單斜楔夾 緊很少 應用，而在常見的 夾緊裝置中，改變 夾緊力方向和 作 為增力機構時則應 用較多。 ,如氣 液壓夾緊時，斜楔 上作用的動力源是 不間斷的，所以不 必自鎖， 可增大 到 15 30 。 材料： 斜楔一般用 20鋼滲碳，淬硬 HRC58 62。批量不大時也可用 45鋼， 淬硬 HRC42 46。 2. 螺旋夾緊 螺旋夾緊結構簡單，增力比大，自鎖性好，夾緊可靠， 所以

47、在夾具中得到最廣泛的應用。 螺桿 1在 2中轉動而起夾緊作用。 螺母 2采用可換式，其目的是為了 內(nèi)螺紋磨損后可及時更換。 螺釘 3用以防止 2的松動。 壓塊 4是防止在夾緊時帶動工件轉 動；并避免 1的頭部直接與工件接 觸而造成壓痕，同時也可增大夾 緊力作用面積，使夾緊更為可靠。 簡單的螺旋夾緊機構 : )( 21 atgrtgr PLQ 平均 式中： P 原始作用力； L 手柄長度； r 螺桿下端（或壓塊）與工件接觸處的當量摩 擦半徑； r平均 螺旋作用中徑之半；（作用中徑為 d平均 ）； 螺旋升角； 螺桿下端（或壓塊）與工件

48、接觸處的摩擦角； 螺旋配合面的摩擦角（常取 8 30）。 1 2 螺旋夾緊力的計算公式 實際生產(chǎn)中，采用螺旋 壓板的組合夾緊，在手動操作時 用得比單螺旋夾緊更為普遍。較典型有三種： 圖（ a）的擴比力最低； 圖（ c）的操作省力， 但結構受工件形狀限 制，圖（ b）基本不變。 故設計這類夾具時， 要注意合理布置杠桿 比例，尋求最省力、 最方便的方案。 3.偏心夾緊 螺旋夾緊的主要缺點安裝、拆卸工件的輔助時間太長，而 偏心夾緊是一種快速的夾緊機構。 常用的有圓偏心和 曲線偏心兩種，可 做成平面凸輪的形 狀。因圓偏心機構 簡單，制造方便， 較曲線偏心應用廣 泛。 在

49、設計圓偏心時，應注意以下三個問題： a）自鎖條件； b）保證足夠的夾緊力； c）保證足夠的夾緊距離（指偏心輪工作部分與工作間接觸點 的最大垂直位移）。 偏心夾緊必須保證自鎖條件 偏心夾緊必須保證自鎖，否則就不能應用。 D/e值反映了偏心輪的偏心特性，它可用來表示偏心輪工 作的可靠性；此值大，自鎖性能好，但結構尺寸也大。 滿足偏心輪 D/e14 20的條件時，機構即能自鎖。 4.多件夾緊 加工時采取多件夾緊，可以大大提高生產(chǎn)率，尤其在小 件加工時應用更為廣泛。 按夾緊力的方向及作用情況，多件夾緊可分為兩種： (1)連續(xù)式夾緊 由一個力的來源，以同樣大小的夾緊力

50、， 依次連續(xù)朝同一方向由一個工件傳遞到其他工件。 使用連續(xù)式夾緊 ，沿夾緊方向，每個工件與定位 夾緊元件接觸處的誤差，必定要傳到另一工件上。如此累 積，使最后一個工件沿此方向的定位精度非常低。因此， 連續(xù)式多件夾緊只適用于被加工表面與夾緊方向平行（即 工件加工尺寸的方向與夾緊方向相垂直）的時候。因此時 的定位誤差，并不影響工件的加工精度。 (2)平行式夾緊 總的原始力按幾個平行的相同方向，分 布在不同的多個夾緊位置上。 工件安裝在 V 形塊上，旋緊 螺母 1，通過一 特殊壓板 2，使 四個工件同時 夾緊。 圖（ c）是用液性塑料的平行式多件夾緊。 一、車床夾具 1

51、車床夾具的基本類型 安裝在車床主軸上的夾具 ： 各種卡盤 、 頂尖 、 各種心軸或其它專用夾具 。 加工 時夾具隨機床主軸一起旋轉 ， 切削刀具 作進給運動 。 三爪自定心卡盤和四爪單動卡盤 撥動頂尖 心軸式 6.4 常用機床夾具 圓盤式 角鐵式 花盤式 適用于形狀復雜的大型工件 需要平衡配重 通過過渡盤與主軸頭端連接 安裝在滑板或床身上的夾具 ： 用于某 些形狀不規(guī)則和尺寸較大的工件，刀 具安裝在車床主軸上作旋轉運動，夾 具作進給運動 2 車床夾具的設計特點 工件均為回轉體 ， 夾具隨機床主軸一起 旋轉 ， 因此要求夾具結構緊湊 、 輪廓尺 寸盡可能小

52、、 重量盡可能靠近回轉軸線 ， 以減少慣性力和回轉力矩 轉速高 ， 必須考慮平衡 、 夾緊力大小 、 元件剛度和強度 、 操作安全等問題 ， 注 意消除不平衡引起的振動現(xiàn)象 與機床的聯(lián)接視具體情況而定 ， 通 常有較準確的圓柱孔或圓錐孔 夾具帶動工件旋轉 ， 不允許工件相 對主軸位移 為使夾具使用安全，應盡可能避免 帶有尖角或凸出部分，必要時要加 防護罩 二、銑床類夾具 1銑床類夾具的特點 用途： 適用于銑床 、 平面磨床 。 特點： 工件安裝在夾具上隨同機床工作臺 一起作送進運動 銑削為斷續(xù)切削 ， 沖擊 、 振動大 ， 夾緊力要求較大 夾具要有足夠的剛度和強度 ，

53、本體 應牢固地固定在機床工作臺上 銑削加工效率高，工件安裝應迅速， 要有快速對刀元件 2、 銑床夾 具的構造 主要由夾 具體、定 位板、夾 緊機構、 對刀塊、 定向鍵等 組成 3 銑床夾具的設計 銑床夾具的安裝：主要依靠定向鍵和 百分表校正來提高安裝精度。定位鍵 的結構尺寸已標準化，應按銑床工作 臺的 T形槽尺寸選定，它和夾具底座 以及工作臺 T形槽的配合為 H7/h6、 H8/h8。兩定位鍵的距離應力求最大 銑床夾 具的對 刀裝置： 由對刀 塊、 （平、 圓）塞 尺等組 成 三、鉆床類夾具 1鉆床類夾具的種類及其構造 這類夾具主要是用來保證被加工孔的位 置精度 還可

54、用于某些鏜床 、 組合機床上 鉆床夾具的種類繁多，根據(jù)被加工孔的 分布情況和鉆模板的特點，一般分為固 定式、回轉式、移動式、翻轉式、復蓋 式和滑柱式等幾種類型 2 鉆床夾具的設計 鉆床夾具的設計主要考慮鉆套的設計 。 鉆套是用來引導鉆頭 、 擴孔鉆 、 鉸刀等 孔加工刀具 ， 加強刀具剛度 ， 并保證所 加工的孔和工件其它表面有準確的相對 位置 。 鉆套按結構和使用特點可分為以下四類 固定鉆套 可換鉆套 快換鉆套 特殊鉆套 四 、典型數(shù)控機床夾具 數(shù)控機床夾具 數(shù)控機床夾具有高效化 、 柔性化和 高精度等特點 ， 設計時 ， 除了應遵 循一般夾具設計的原

55、則外 ， 還應注 意以下特點： 應有較高的精度 應有利于實現(xiàn)加工工序的集中 夾緊應牢固可靠 、 操作方便 設計數(shù)控機床夾具時，應按坐標圖上 規(guī)定的定位和夾緊表面以及機床坐標 的起始點，確定夾具坐標原點的位置 數(shù)控銑床夾具 對數(shù)控銑床夾具的基本要求 夾具應能保證在機床上實現(xiàn)定向安裝， 還要求能協(xié)調零件定位面與機床之間保 持一定的坐標尺寸聯(lián)系。 夾緊機構元件與加工面之間應保持一定 的安全距離，同時要求夾緊機構元件能 低則低，從防止夾具與銑床主軸套筒或 刀套、刀具在加工過程中發(fā)生碰撞。 夾具的剛性與穩(wěn)定性要好。 數(shù)控銑削加工常用的夾具 組合夾具 專用銑削夾具 多工位夾具 氣動或液壓夾具 真空夾具 數(shù)控鉆床夾具 數(shù)控鉆床夾具設計原理與通用鉆床相同，選 用時應注意以下幾個問題 : 優(yōu)先選用組合夾具 盡量減少夾壓變形，合理選擇定位點及 夾緊點 單件加工應盡量減少裝卸夾壓時間；中 小型零件可考慮在工作臺面上同時裝夾 幾個零件進行加工 避免干涉 可在夾具上設置對刀點 加工中心機床夾具 在加工中心上，夾具的任務不僅是夾緊 工件，而且還要以各個方向的定位面為 參考基準，確定工件編程的零點 根據(jù)加工中心機床特點和加工需要，目 前常用的夾具結構類型有專用夾具、組 合夾具、可調整夾具和成組夾具