工件装夹与夹具设计原理课件

当用夹具装夹工件来对进行加工当用夹具装夹工件来对进行加工时，必须满足三个条件：时，必须满足三个条件：1、这批工件在夹具中占有正确的加工、这批工件在夹具中占有正确的加工位置；位置；2、夹具安装在机床上应具有准确的位、夹具安装在机床上应具有准确的位置；置；3、刀具相对夹具应具有准确的位置。、刀具相对夹具应具有准确的位置。2019-21当用夹具装夹工件来对进行加工时，必须满足三个条第二章第二章工件装夹工件装夹与与夹具设计夹具设计原理原理u为保证工件某工序的加工要求，必须在加为保证工件某工序的加工要求，必须在加工前，使工件在机床上相对刀具的切削或成工前，使工件在机床上相对刀具的切削或成形运动处于准确的相对位置。形运动处于准确的相对位置。u这项工作便是对工件的这项工作便是对工件的装夹（安装）装夹（安装）。u在成批加工工件时一般都通过夹具来进行。在成批加工工件时一般都通过夹具来进行。u机床夹具是机械加工工艺系统的一个重要机床夹具是机械加工工艺系统的一个重要组成部分。组成部分。2019-22第二章工件装夹与夹具设计原理为保证工件某工这里涉及了三层关系：这里涉及了三层关系：工件相对夹具，工件相对夹具，夹具相对于机床，夹具相对于机床，工件相对于机床。工件相对于机床。2019-23这里涉及了三层关系：2019-23工件的最终精度是由工件件相对于机床工件的最终精度是由工件件相对于机床获得的。所以获得的。所以“定位定位”也涉及到三层关系：也涉及到三层关系：工件在夹具上的定位；工件在夹具上的定位；夹具相对于机床的定位；夹具相对于机床的定位；工件相对于机床的定位；工件相对于机床的定位；而工件相对于机床的定位是通过夹具来间接而工件相对于机床的定位是通过夹具来间接保证的。保证的。2019-24工件的最终精度是由工件件相对于机床获工件定位以后必须通过一定的装置产生夹紧工件定位以后必须通过一定的装置产生夹紧力把工件固定，使工件在加工中保持在准确力把工件固定，使工件在加工中保持在准确定位的位置上，定位的位置上，否则，在加工过程中因受切削力，惯性力等否则，在加工过程中因受切削力，惯性力等力的作用而发生位置变化或引起振动，破坏力的作用而发生位置变化或引起振动，破坏了原来的准确定位，无法保证加工要求。了原来的准确定位，无法保证加工要求。这个过程称为这个过程称为夹紧夹紧。这种产生夹紧力的装置便是这种产生夹紧力的装置便是夹紧装置夹紧装置。2019-25工件定位以后必须通过一定的装置产生夹紧力把工件固定，使工件在一、机床夹具概述一、机床夹具概述1、机床夹具的概念、机床夹具的概念机床夹具是机床上用以装夹工件（和引导刀具）的机床夹具是机床上用以装夹工件（和引导刀具）的一种装置。一种装置。其其作用作用是将工件定位，以使工件获得相对于机床和是将工件定位，以使工件获得相对于机床和刀具的正确位置，并把工件可靠地夹紧。刀具的正确位置，并把工件可靠地夹紧。2019-26一、机床夹具概述1、机床夹具的概念2019-26装夹装夹=定位定位+夹紧夹紧定位：定位：使工件在机床或夹具中占有使工件在机床或夹具中占有正确位置正确位置的过程。的过程。夹紧：夹紧：工件定位后工件定位后对工件施加一定的外力，对工件施加一定的外力，使工件在加工过程中保持定位后的正确位置使工件在加工过程中保持定位后的正确位置不变动。不变动。2019-27装夹=定位+夹紧定位：使工件在机床或夹具中占装夹方式装夹方式工件在机床上的装夹方式，取决于生产批量、工件在机床上的装夹方式，取决于生产批量、工件大小及复杂程度、加工精度要求及定位的特点工件大小及复杂程度、加工精度要求及定位的特点等。等。主要装夹形式有三种：主要装夹形式有三种：直接找正装夹、直接找正装夹、划线找正装夹和划线找正装夹和夹具装夹。夹具装夹。2019-28装夹方式工件在机床上的装夹方式，取决于生产1）直接找正装夹）直接找正装夹 效率低，找正精度效率低，找正精度较高；适用单件小较高；适用单件小批量中形状简单的批量中形状简单的工件。工件。3）夹夹具具装装夹夹2）划线找正装夹）划线找正装夹通用性好，但效率通用性好，但效率低，精度不高；适低，精度不高；适用于单件小批量中用于单件小批量中形状复杂的铸件形状复杂的铸件。操作简单，效率高，操作简单，效率高，容易保证加工精度，容易保证加工精度，适用于各种生产类型适用于各种生产类型。装夹的方式装夹的方式2019-291）直接找正装夹效率低，找正精度3）夹具装夹直接找正装夹直接找正装夹将工件装在机床上，然后按工件的某个（或将工件装在机床上，然后按工件的某个（或某些）表面，用划针或用百分表等量具进行某些）表面，用划针或用百分表等量具进行找正，以获得工件在机床上的正确位置。找正，以获得工件在机床上的正确位置。直接找正装夹效率较低，但找正精度可以很直接找正装夹效率较低，但找正精度可以很高，适用于单件小批生产或定位精度要求特高，适用于单件小批生产或定位精度要求特别高的场合别高的场合。2019-210直接找正装夹将工件装在机床上，然后按工件的某个（或某些）表2019-2112019-211划线找正装夹划线找正装夹这种装夹方法是按图纸要求在工件表面上事先划这种装夹方法是按图纸要求在工件表面上事先划出位置线、加工线和找正线，装夹工件时，先按找出位置线、加工线和找正线，装夹工件时，先按找正线找正工件的位置，然后夹紧工件。正线找正工件的位置，然后夹紧工件。划线找正装夹不需要专用设备，通用性好，但划线找正装夹不需要专用设备，通用性好，但效率低，精度也不高，通常划线找正精度只能达到效率低，精度也不高，通常划线找正精度只能达到0.10.5mm。此方法多用于单件小批生产中铸件的粗加工工序。此方法多用于单件小批生产中铸件的粗加工工序。2019-212划线找正装夹这种装夹方法是按图纸要求在工件表面上事2019-2132019-213使用夹具装夹使用夹具装夹使用夹具装夹，工件在夹具中可迅速而正使用夹具装夹，工件在夹具中可迅速而正确的定位和夹紧。确的定位和夹紧。这种装夹方式效率高、定位精度好而可靠，这种装夹方式效率高、定位精度好而可靠，还可以减轻工人的劳动强度和降低对工人技还可以减轻工人的劳动强度和降低对工人技术水平的要求，因而广泛应用于各种生产类术水平的要求，因而广泛应用于各种生产类型。型。2019-214使用夹具装夹使用夹具装夹，工件在夹具中可迅速而正确的2019-2152019-2152、机床夹具的分类、机床夹具的分类（1）按专门化程度分类）按专门化程度分类1）通用夹具）通用夹具通用夹具是指已经标准化的，在一定范围内可用于通用夹具是指已经标准化的，在一定范围内可用于加工不同工件的夹具。加工不同工件的夹具。例如，车床上三爪卡盘和四爪单动卡盘，铣床上的例如，车床上三爪卡盘和四爪单动卡盘，铣床上的平口钳、分度头和回转工作台等。这类夹具一般由平口钳、分度头和回转工作台等。这类夹具一般由专业工厂生产，常作为机床附件提供给用户。专业工厂生产，常作为机床附件提供给用户。其特点是适应性广，生产效率低，主要适用于单件、其特点是适应性广，生产效率低，主要适用于单件、小批量的生产中。小批量的生产中。2019-2162、机床夹具的分类（1）按专门化程度分类2019-2162）专用夹具）专用夹具专用夹具是指专为某一工件的某道工序而专门设计专用夹具是指专为某一工件的某道工序而专门设计的夹具。的夹具。其特点是结构紧凑，操作迅速、方便、省力，可以其特点是结构紧凑，操作迅速、方便、省力，可以保证较高的加工精度和生产效率，但设计制造周期保证较高的加工精度和生产效率，但设计制造周期较长、制造费用也较高。较长、制造费用也较高。当产品变更时，夹具将由于无法再使用而报废。当产品变更时，夹具将由于无法再使用而报废。只适用于产品固定且批量较大的生产中。只适用于产品固定且批量较大的生产中。2019-2172）专用夹具2019-2172019-2182019-2183）通用可调夹具和成组夹具）通用可调夹具和成组夹具其特点是夹具的部分元件可以更换，部分装置可以其特点是夹具的部分元件可以更换，部分装置可以调整，以适应不同零件的加工。调整，以适应不同零件的加工。用于相似零件的成组加工所用的夹具，称为成组夹用于相似零件的成组加工所用的夹具，称为成组夹具。具。通用可调夹具与成组夹具相比，加工对象不很明确，通用可调夹具与成组夹具相比，加工对象不很明确，适用范围更广一些。适用范围更广一些。2019-2193）通用可调夹具和成组夹具2019-2192019-2202019-2204）组合夹具）组合夹具组合夹具是指按零件的加工要求，由一套事先制造组合夹具是指按零件的加工要求，由一套事先制造好的标准元件和部件组装而成的夹具。好的标准元件和部件组装而成的夹具。由专业厂家制造，由专业厂家制造，其特点是灵活多变，万能性强，制造周期短、元件其特点是灵活多变，万能性强，制造周期短、元件能反复使用，特别适用于新产品的试制和单件小批能反复使用，特别适用于新产品的试制和单件小批生产。生产。2019-2214）组合夹具2019-2212019-2222019-2225）随行夹具）随行夹具随行夹具是一种在自动线上使用的夹具。随行夹具是一种在自动线上使用的夹具。该夹具既要起到装夹工件的作用，又要与工件成为该夹具既要起到装夹工件的作用，又要与工件成为一体沿着自动线从一个工位移到下一个工位，进行一体沿着自动线从一个工位移到下一个工位，进行不同工序的加工。不同工序的加工。2019-2235）随行夹具2019-223（2）按使用的机床分类）按使用的机床分类由于各类机床自身工作特点和结构形式各不相同，由于各类机床自身工作特点和结构形式各不相同，对所用夹具的结构也相应地提出了不同的要求。对所用夹具的结构也相应地提出了不同的要求。按所使用的机床不同，夹具又可分为：车床夹具、按所使用的机床不同，夹具又可分为：车床夹具、铣床夹具、钻床夹具、镗床夹具、磨床夹具、齿轮铣床夹具、钻床夹具、镗床夹具、磨床夹具、齿轮机床夹具和其他机床夹具等。机床夹具和其他机床夹具等。2019-224（2）按使用的机床分类由于各类机床自身工作特点和结构形式各钻床夹具钻床夹具钻床夹具简称钻模，主要用于加工孔及螺纹。它主要由钻套、钻模板、定位及夹紧装置夹具体组成。2019-225钻床夹具钻床夹具简称钻模，主要用于加工孔及螺纹。它主要由钻镗床夹具镗床夹具镗床夹具又称为镗模，主要用于加工箱体或支座类零件上的精密孔和孔系。主要由镗模底座、支架、镗套、镗杆及必要的定位和夹紧装置组成。2019-226镗床夹具镗床夹具又称为镗模，主要用于加工箱体或支座类零件上（3）按夹紧动力源分类）按夹紧动力源分类根据夹具所采用的夹紧动力源不同，可分为：手动根据夹具所采用的夹紧动力源不同，可分为：手动夹具、气动夹具、液压夹具、气液夹具、电动夹具、夹具、气动夹具、液压夹具、气液夹具、电动夹具、磁力夹具、真空夹具等。磁力夹具、真空夹具等。2019-227（3）按夹紧动力源分类根据夹具所采用的夹紧动力源不同，可分机床夹具的组成机床夹具的组成定位元件定位元件夹紧装置或元件夹紧装置或元件对刀、引导元件对刀、引导元件其它装置或元件其它装置或元件夹具体夹具体连接元件连接元件3、机床夹具的组成、机床夹具的组成机床夹具的组成定位元件夹紧装置或元件对刀、引导元件其它装置或282019-2292019-229图为用于钻轴套工件上图为用于钻轴套工件上6H7孔的钻床夹具，孔的钻床夹具，工件以内孔及端面为定位基准，在夹具的定工件以内孔及端面为定位基准，在夹具的定位销位销6及其端面上定位，即确定了工件在夹具及其端面上定位，即确定了工件在夹具中的正确位置。中的正确位置。拧紧螺母拧紧螺母5，通过开口垫圈，通过开口垫圈4可将工件夹紧，可将工件夹紧，然后由装在钻模板然后由装在钻模板3上的快换钻套上的快换钻套1导引钻头导引钻头进行钻孔。进行钻孔。2019-230图为用于钻轴套工件上6H7孔的钻床夹具，工件以内孔及端(1)定位元件定位元件它与工件的定位基准相接触，用于确定工件在夹具中的正确它与工件的定位基准相接触，用于确定工件在夹具中的正确位置，从而保证加工时工件相对于刀具和机床加工运动间的位置，从而保证加工时工件相对于刀具和机床加工运动间的相对正确位置。如图中的定位销相对正确位置。如图中的定位销6。2019-231(1)定位元件它与工件的定位基准相接触，用于确定工件在(2)夹紧装置或元件夹紧装置或元件用于夹紧工件，在切削时使工件在夹具中保持既定用于夹紧工件，在切削时使工件在夹具中保持既定位置。位置。如图中的螺母如图中的螺母5和开口垫圈和开口垫圈4。2019-232(2)夹紧装置或元件用于夹紧工件，在切削时使工件在夹具(3)对刀、引导元件或装置对刀、引导元件或装置这些元件的作用是保证工件与刀具之间的正确位置。这些元件的作用是保证工件与刀具之间的正确位置。用于确定刀具在加工前正确位置的元件，称为对刀用于确定刀具在加工前正确位置的元件，称为对刀元件，如对刀块。元件，如对刀块。用于确定刀具位置并导引刀具进行加工的元件，称用于确定刀具位置并导引刀具进行加工的元件，称为导引元件。为导引元件。如图中的快换钻套如图中的快换钻套1。2019-233(3)对刀、引导元件或装置这些元件的作用是保证工件与(4)连接元件连接元件使夹具与机床相连接的元件，保证机床与夹具之间使夹具与机床相连接的元件，保证机床与夹具之间的相互位置关系。的相互位置关系。(5)夹具体夹具体用于连接或固定夹具上各元件及装置，使其成为一用于连接或固定夹具上各元件及装置，使其成为一个整体的基础件。个整体的基础件。它与机床有关部件进行连接、对定，使夹具相对机它与机床有关部件进行连接、对定，使夹具相对机床具有确定的位置。床具有确定的位置。如图中的夹具体如图中的夹具体7。2019-234(4)连接元件2019-234(6)其它元件及装置其它元件及装置有些夹具根据工件的加工要求，要有分度机构，铣有些夹具根据工件的加工要求，要有分度机构，铣床夹具还要有定位键等。床夹具还要有定位键等。以上这些组成部分，并不是对每种机床夹具都是缺以上这些组成部分，并不是对每种机床夹具都是缺一不可的，但是任何夹具都必须有定位元件和夹紧一不可的，但是任何夹具都必须有定位元件和夹紧装置，它们是保证工件加工精度的关键，目的是使装置，它们是保证工件加工精度的关键，目的是使工件定准、夹牢。工件定准、夹牢。2019-235(6)其它元件及装置有些夹具根据工件的加工要求，要2019-2362019-2364、机床夹具的功用、机床夹具的功用1）能稳定地保证工件的加工精度）能稳定地保证工件的加工精度用夹具装夹工件时，工件相对于刀具及机床的位置精度由夹用夹具装夹工件时，工件相对于刀具及机床的位置精度由夹具保证，不受工人技术水平的影响，使一批工件的加工精度具保证，不受工人技术水平的影响，使一批工件的加工精度趋于一致。趋于一致。2）能减少辅助工时，提高劳动生产率）能减少辅助工时，提高劳动生产率使用夹具装夹工件方便、快速，工件不需要划线找正，可显使用夹具装夹工件方便、快速，工件不需要划线找正，可显著地减少辅助工时；著地减少辅助工时；工件在夹具中装夹后提高了工件的刚性，可加大切削用量；工件在夹具中装夹后提高了工件的刚性，可加大切削用量；可使用多件、多工位装夹工件的夹具，并可采用高效夹紧机可使用多件、多工位装夹工件的夹具，并可采用高效夹紧机构，进一步提高劳动生产率。构，进一步提高劳动生产率。2019-2374、机床夹具的功用1）能稳定地保证工件的加工精度20193）能扩大机床的使用范围，实现一机多能）能扩大机床的使用范围，实现一机多能根据加工机床的成形运动，附以不同类型的夹具，根据加工机床的成形运动，附以不同类型的夹具，即可扩大机床原有的工艺范围。即可扩大机床原有的工艺范围。例如在车床的溜板上或摇臂钻床工作台上装上镗模，例如在车床的溜板上或摇臂钻床工作台上装上镗模，就可以进行箱体零件的镗孔加工。就可以进行箱体零件的镗孔加工。2019-2383）能扩大机床的使用范围，实现一机多能2019-238基准定位基准定位基准工序基准工序基准装配基准装配基准测量基准测量基准设计基准设计基准工艺基准用于确定零件上用于确定零件上其它点、线、面其它点、线、面位置所依据的那位置所依据的那些点、线、面。些点、线、面。设计图样上所采设计图样上所采用的基准就是设用的基准就是设计基准。（计基准。（图图）在加工时用于工件在加工时用于工件定位的基准，称为定位的基准，称为定位基准。（定位基准。（图图）1、粗基准、粗基准2、精基准、精基准3、辅助基准、辅助基准4、主要基准、主要基准5、附加基准、附加基准在加工中或加工在加工中或加工后用来测量工件后用来测量工件时采用的基准时采用的基准在装配时用来确定零在装配时用来确定零件或部件在产品中相件或部件在产品中相对位置所采用的基准对位置所采用的基准在工序图上使用的基准。在工序图上使用的基准。加工、测量、加工、测量、装配过程中使装配过程中使用的基准。用的基准。二、基准及其分类二、基准及其分类基准定位基准工序基准装配基准测量基准设计基准工艺基准用于确定39图图2钻套的设计基准钻套的设计基准图2钻套的设计基准40图图3齿轮的装配基准齿轮的装配基准图3齿轮的装配基准41图图4工件钻孔工序简图工件钻孔工序简图图4工件钻孔工序简图42设计合理的定位方法与设计合理的定位方法与定位装置；定位装置；有足够的定位精度。有足够的定位精度。六点定位原理六点定位原理定位的任务定位的任务定位的原理定位的原理三、工件在夹具中的定位三、工件在夹具中的定位设计合理的定位方法与六点定位原理定位的任务定位的原43定位原理定位原理学习要点：学习要点：定位是机械加工中一个极为重要的问题。定位是机械加工中一个极为重要的问题。要深刻理解和牢固掌握定位原理，熟知常要深刻理解和牢固掌握定位原理，熟知常用的定位方法。用的定位方法。深刻理解欠定位与过定位的概念，能正确深刻理解欠定位与过定位的概念，能正确分析和处理有关欠定位与过定位的问题。分析和处理有关欠定位与过定位的问题。深刻理解定位误差的概念，能正确计算定深刻理解定位误差的概念，能正确计算定位误差。位误差。2019-244定位原理学习要点：2019-244(一一)六点定位原理六点定位原理任何未定位的工件在空间直角坐标系中都具有六个任何未定位的工件在空间直角坐标系中都具有六个自由度。自由度。工件定位的任务就是根据加工要求限制工件的全部工件定位的任务就是根据加工要求限制工件的全部或部分自由度。或部分自由度。工件的六点定位原理是指用六个支撑点来分别限制工件的六点定位原理是指用六个支撑点来分别限制工件的六个自由度，从而使工件在空间得到确定定工件的六个自由度，从而使工件在空间得到确定定位的方法。位的方法。2019-245(一)六点定位原理2019-245图图工件在空间的自由度与工件六点定位工件在空间的自由度与工件六点定位图工件在空间的自由度与工件六点定位46几个需特别注意的问题几个需特别注意的问题1 1）定位与夹紧的区别）定位与夹紧的区别机械加工中关于自由度的概念与力学中机械加工中关于自由度的概念与力学中自由度的概念不完全相同。自由度的概念不完全相同。机械加工中的自由度实际上是指工件在机械加工中的自由度实际上是指工件在空间位置的不确定性。空间位置的不确定性。这里特别要注意将定位与夹紧的概念区这里特别要注意将定位与夹紧的概念区分开来。工件一经夹紧，其空间位置就不能再改变，分开来。工件一经夹紧，其空间位置就不能再改变，但这并不意味着其空间位置是确定的。但这并不意味着其空间位置是确定的。2019-247几个需特别注意的问题1）定位与夹紧的区别2019-247定位是工件在夹具中获得正确的位置；定位是工件在夹具中获得正确的位置；夹紧是保证定好的位置不因外力的作用而发生改变。夹紧是保证定好的位置不因外力的作用而发生改变。例如，板状工件安放在平面磨床的磁性工作台上，例如，板状工件安放在平面磨床的磁性工作台上，扳动磁性开关后，工件即被夹紧，其位置就被固定。扳动磁性开关后，工件即被夹紧，其位置就被固定。但工件放在工作台什么位置上并不确定，既可以放但工件放在工作台什么位置上并不确定，既可以放在在1 1的位置上，也可以放在的位置上，也可以放在2 2的位置上。的位置上。2019-248定位是工件在夹具中获得正确的位置；2019-2482 2）六点定位原则中）六点定位原则中“点点”的含义是限制自由度，不的含义是限制自由度，不要机械地理解成接触点。要机械地理解成接触点。例如，下图所示板状工件安放工作台上限制了例如，下图所示板状工件安放工作台上限制了3 3个自个自由度，是三点定位。由度，是三点定位。实际上，工件与工作台面接触点可能有多个。实际上，工件与工作台面接触点可能有多个。2019-2492）六点定位原则中“点”的含义是限制自由度，不要机械地理解成3 3）限制自由度与加工技术要求的关系）限制自由度与加工技术要求的关系工件需限制几个自由度？工件需限制几个自由度？需限制哪几个自由度？需限制哪几个自由度？完全取决于加工技完全取决于加工技术要求。术要求。2019-2503）限制自由度与加工技术要求的关系完全取决于加工技术要求。22019-2512019-251图图2-34a所示为铣削长方体工件上平面工序，所示为铣削长方体工件上平面工序，要求保证要求保证Z方向上的高度尺寸及上平面与底面方向上的高度尺寸及上平面与底面的平行度，只需限制的平行度，只需限制、3个自由度即可。个自由度即可。而图而图2-34b所示为铣削一个通槽，需限制除了所示为铣削一个通槽，需限制除了外的其他外的其他5个自由度。个自由度。图中图中c所示在同样的长方体工件上铣削一个键所示在同样的长方体工件上铣削一个键槽，在三个坐标轴的移动和转动方向上均有槽，在三个坐标轴的移动和转动方向上均有尺寸及相互位置的要求，因此，这种情况必尺寸及相互位置的要求，因此，这种情况必须限制全部的须限制全部的6个自由度，即完全定位。个自由度，即完全定位。2019-252图2-34a所示为铣削长方体工件上平面工序，要求保证Z方向上若将图若将图2-34中的中的e与与b相比较，图相比较，图e为圆柱体的工件，为圆柱体的工件，而图而图b为长方体工件。虽然，它们均是铣一个通槽，为长方体工件。虽然，它们均是铣一个通槽，加工内容、要求相同。但是，加工定位时，图加工内容、要求相同。但是，加工定位时，图b的的定位基面是一个底面与一个侧面，而图定位基面是一个底面与一个侧面，而图e只能采用只能采用外圆柱面作为定位基面。因此，图外圆柱面作为定位基面。因此，图e对于对于的限制就的限制就无必要，则限制无必要，则限制4个自由度就可以了。个自由度就可以了。再如图再如图2-34d所示过球体中心打一通孔，定位基面所示过球体中心打一通孔，定位基面为球面，则对三个坐标轴的转动自由度均无必要限为球面，则对三个坐标轴的转动自由度均无必要限制，所以，限制制，所以，限制、2个移动就够了。个移动就够了。2019-253若将图2-34中的e与b相比较，图e为圆柱体的工件，而图b为若将图若将图2-34的的f与与e对照：均是在圆柱体工件对照：均是在圆柱体工件上铣通槽，但图上铣通槽，但图f的加工要求增加了一条，被的加工要求增加了一条，被铣通槽与下端槽需对中。虽然，它们的定位铣通槽与下端槽需对中。虽然，它们的定位基面仍是外圆面，但图基面仍是外圆面，但图f需增加对需增加对自由度的限自由度的限制，共需限制制，共需限制5个自由度才正确。个自由度才正确。2019-254若将图2-34的f与e对照：均是在圆柱体工件上铣通槽，但图f(二二)工件的四种定位形式工件的四种定位形式1、完全定位与、完全定位与2、不完全定位、不完全定位工件的六个自由度完全被限制的定位称为完全定工件的六个自由度完全被限制的定位称为完全定位。位。按加工要求，允许有一个或几个自由度不被限制按加工要求，允许有一个或几个自由度不被限制的定位称为不完全定位。的定位称为不完全定位。2019-255(二)工件的四种定位形式1、完全定位与2、不完图图7完全定位与不完全定位完全定位与不完全定位图7完全定位与不完全定位56工件定位时，以下几种情况允许采用不完全工件定位时，以下几种情况允许采用不完全定位定位 1、加工通孔或通槽时，沿贯通轴的位置自由度可加工通孔或通槽时，沿贯通轴的位置自由度可不限制。不限制。2、毛坯（本工序加工前）是轴对称时。、毛坯（本工序加工前）是轴对称时。3、绕对称轴的转动自由度可不限制。、绕对称轴的转动自由度可不限制。4、加工贯通的平面时，除可不限制沿两个贯通轴、加工贯通的平面时，除可不限制沿两个贯通轴的位置自由度外，还可不限制绕垂直加工面的轴的的位置自由度外，还可不限制绕垂直加工面的轴的角度自由度。角度自由度。2019-257工件定位时，以下几种情况允许采用不完全定位2019-2573、欠定位与、欠定位与4、过定位、过定位按工序的加工要求，工件应该限制的自由度而未按工序的加工要求，工件应该限制的自由度而未予限制的定位，称为予限制的定位，称为欠定位欠定位。在确定工件定位方案时，欠定位时绝对不允许的。在确定工件定位方案时，欠定位时绝对不允许的。工件的同一自由度被二个或二个以上的支撑点重工件的同一自由度被二个或二个以上的支撑点重复限制的定位，称为复限制的定位，称为过定位过定位。在通常情况下，应尽量避免出现过定位。在通常情况下，应尽量避免出现过定位。2019-2583、欠定位与4、过定位2019-258图图常见的几种过定位实例常见的几种过定位实例图常见的几种过定位实例59消除过定位及其干涉一般有两个途径：消除过定位及其干涉一般有两个途径：提高工件定位表面与定位元件之间的位置精度，提高工件定位表面与定位元件之间的位置精度，以减少或消除过定位引起的干涉；以减少或消除过定位引起的干涉；改变定位元件的结构，以消除被重复限制的自改变定位元件的结构，以消除被重复限制的自由度由度。2019-260消除过定位及其干涉一般有两个途径：提高工件图图改善过定位的措施改善过定位的措施图改善过定位的措施61过定位是否允许，应根据具体情况进行具过定位是否允许，应根据具体情况进行具体分析。体分析。一般情况下，如果工件的定位面为没有经过机一般情况下，如果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，但仍然很械加工的毛坯面，或虽经过了机械加工，但仍然很粗糙，这时过定位是不允许的。粗糙，这时过定位是不允许的。如果工件的定位面经过了机械加工，并且定位如果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、形状和位置都做得比较准确，面和定位元件的尺寸、形状和位置都做得比较准确，比较光整，则过定位不但对工件加工面的位置尺寸比较光整，则过定位不但对工件加工面的位置尺寸影响不大，反而可以增强加工时的刚性，这时过定影响不大，反而可以增强加工时的刚性，这时过定位是允许的位是允许的。2019-262过定位是否允许，应根据具体情况进行具体分析。202019-2632019-263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（工艺文件）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。所要求的定位方案。2019-264机床夹具设计的首要任务是选择和设计相应的定位四、定位方法与定位元件四、定位方法与定位元件n在具体的夹具中，与工件为点接触的支承点在具体的夹具中，与工件为点接触的支承点是由对工件起定位作用的定位元件如支承钉、是由对工件起定位作用的定位元件如支承钉、支承板、圆柱销等来体现的。支承板、圆柱销等来体现的。n一个定位元件可以体现一个或多个支承点。一个定位元件可以体现一个或多个支承点。某一定位元件相当支承点的数目，由该定位某一定位元件相当支承点的数目，由该定位元件限制的工件自由度数来判断。元件限制的工件自由度数来判断。四、定位方法与定位元件在具体的夹具中，与工件为点接触的支承点65正确配置支承点正确配置支承点一般按三、二、一布置。一般按三、二、一布置。主要定位表面受力面积越大越好。主要定位表面受力面积越大越好。2019-266正确配置支承点一般按三、二、一布置。2019-266常见的定位方式及其定位元件常见的定位方式及其定位元件见Word文档定位元件2019-267常见的定位方式及其定位元件见Word文档定位元件201图图连杆的定位连杆的定位1定位销定位销2支承板支承板3圆柱销圆柱销4工件工件图连杆的定位68工件装夹与夹具设计原理课件69工件装夹与夹具设计原理课件70工件装夹与夹具设计原理课件71应该限制五个自由度：应该限制五个自由度：1）、在长方体工件上铣通槽）、在长方体工件上铣通槽2）、在长方体工件上铣不通槽）、在长方体工件上铣不通槽OXYZ应该限制六个自由度应该限制六个自由度：不完全定位不完全定位完全定位完全定位六点定位原理应用举例六点定位原理应用举例应该限制五个自由度：1）、在长方体工件上铣通槽2）、在长方体72应该限制一个自由度：应该限制一个自由度：3）、在球面上铣平面）、在球面上铣平面4）、在车床上车外圆）、在车床上车外圆OXYZ应该限制四个自由度应该限制四个自由度：不完全定位不完全定位不完全定位不完全定位应该限制一个自由度：3）、在球面上铣平面4）、在车床上车外圆73分析下列定位方案中各定位元件限制了那些自由度？分析下列定位方案中各定位元件限制了那些自由度？车光轴外圆的三种安车光轴外圆的三种安装方式。装方式。a)b)c)分析下列定位方案中各定位元件限制了那些自由度？车光轴外742019-2752019-2752019-2762019-2762019-2772019-2772019-2782019-278例题例题2试分析图中各工件，为满足工件的加试分析图中各工件，为满足工件的加工要求需要限制的自由度，选择定位基准及工要求需要限制的自由度，选择定位基准及各定位基准所限制的自由度，为各定位基准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元件所限制的选择相应的定位元件及各定位元件所限制的自由度。自由度。2019-279例题2试分析图中各工件，为满足工件的加工要求需要限制的2019-2802019-2802019-2812019-2812019-2822019-282由动力装置和夹紧由动力装置和夹紧机构两大部分组成机构两大部分组成;有有的有中间传力装置。的有中间传力装置。图图夹紧装置组成示例夹紧装置组成示例1气缸（动力装置）气缸（动力装置）2压板（夹紧机构）压板（夹紧机构）3弹簧销弹簧销4偏心轮偏心轮5调整螺钉调整螺钉1.夹紧装置的组成夹紧装置的组成五、工件的夹紧与常用的夹紧装置五、工件的夹紧与常用的夹紧装置（一）夹紧装置（一）夹紧装置由动力装置和夹紧机构两大部分组成;有的有中间83l（1）夹紧时不能破坏工件在夹具中占有的正确位置；）夹紧时不能破坏工件在夹具中占有的正确位置；l（2）夹紧力要适当，既要保证工件在加工过程中）夹紧力要适当，既要保证工件在加工过程中不移动、不转动、不振动，又不因夹紧力过大而使工不移动、不转动、不振动，又不因夹紧力过大而使工件表面损伤、变形；件表面损伤、变形；l（3）夹紧机构的操作应安全、方便、迅速、省力；）夹紧机构的操作应安全、方便、迅速、省力；l（4）结构应尽量简单，制造、维修要方便。）结构应尽量简单，制造、维修要方便。2.2.对夹紧装置的基本要求对夹紧装置的基本要求2019-284（1）夹紧时不能破坏工件在夹具中占有的正确位置；2.对夹紧3、夹紧力的确定、夹紧力的确定（1 1）确定夹紧力作用点的原则确定夹紧力作用点的原则1）夹紧力的作用点应正对支承元件或位于支承元）夹紧力的作用点应正对支承元件或位于支承元件所形成的支承平面内；件所形成的支承平面内；2）夹紧力的作用点应位于工件刚性较好的部位。）夹紧力的作用点应位于工件刚性较好的部位。3）夹紧力的作用点应尽量靠近加工面，以减小切）夹紧力的作用点应尽量靠近加工面，以减小切削力对夹紧点的力矩，防止或减小工件的加工振动削力对夹紧点的力矩，防止或减小工件的加工振动或弯曲变形。或弯曲变形。2019-2853、夹紧力的确定（1）确定夹紧力作用点的原则1）夹紧图图夹紧力作用点的选择夹紧力作用点的选择1夹具体夹具体2工件工件3定位支承定位支承图夹紧力作用点的选择86图图夹紧力作用点对工件变形的影响夹紧力作用点对工件变形的影响图夹紧力作用点对工件变形的影响87图图夹紧点靠近加工表面夹紧点靠近加工表面图夹紧点靠近加工表面88（2）确定夹紧力作用方向的原则确定夹紧力作用方向的原则n1）夹紧力的方向应使定位基面与定位元件接）夹紧力的方向应使定位基面与定位元件接触良好，以保证工件定位准确可靠；触良好，以保证工件定位准确可靠；n2）夹紧力的方向应与工件刚度最大的方向一）夹紧力的方向应与工件刚度最大的方向一致，以减小工件变形；致，以减小工件变形；n3）夹紧力的方向应尽量与工件受到的切削力、）夹紧力的方向应尽量与工件受到的切削力、重力等的方向一致，以减小夹紧力。重力等的方向一致，以减小夹紧力。（2）确定夹紧力作用方向的原则1）夹紧力的方向应使定位基面89图图夹紧力垂直指向主要支承面夹紧力垂直指向主要支承面图夹紧力垂直指向主要支承面90图图夹紧力方向与工件刚性关系夹紧力方向与工件刚性关系图夹紧力方向与工件刚性关系91一般采用机动（气动、液动）夹紧装置时，一般采用机动（气动、液动）夹紧装置时，需对夹紧力进行计算；需对夹紧力进行计算；而采用手动夹紧机构时，常根据经验或类而采用手动夹紧机构时，常根据经验或类比法确定所需的夹紧力。比法确定所需的夹紧力。4.夹紧力的计算夹紧力的计算一般采用机动（气动、液动）夹紧装置时，需对夹92常用的夹紧装置常用的夹紧装置夹具中夹具中常用的夹紧装置常用的夹紧装置有楔块有楔块,螺旋螺旋,偏心轮等偏心轮等,它们它们都是根据斜面夹紧原理而夹紧工件的。都是根据斜面夹紧原理而夹紧工件的。1、楔块夹紧装置、楔块夹紧装置2019-293常用的夹紧装置夹具中常用的夹紧装置有楔块,螺旋,偏心轮2019-2942019-294楔块夹紧装置是最基本的夹紧装置形式之楔块夹紧装置是最基本的夹紧装置形式之一一,其他夹紧装置均是它的变形。其他夹紧装置均是它的变形。它主要用于增大夹紧力或改变夹紧力方向。它主要用于增大夹紧力或改变夹紧力方向。2019-295楔块夹紧装置是最基本的夹紧装置形式之一,其他夹紧装置均是（1）楔块夹紧装置特点）楔块夹紧装置特点:自锁性自锁性(自锁条件自锁条件1+2)，斜楔能改变夹紧作用力方向，斜楔能改变夹紧作用力方向，斜楔具有扩力作用斜楔具有扩力作用,夹紧行程小，夹紧行程小，效率低效率低(因为斜楔与夹具体及工件间是滑动摩擦因为斜楔与夹具体及工件间是滑动摩擦,所以夹紧效率低所以夹紧效率低)，所以适用范围所以适用范围:多用于机动夹紧装置中多用于机动夹紧装置中2019-296（1）楔块夹紧装置特点:自锁性(自锁条件1夹紧力计算夹紧力计算:=P/tan2+tan(+1)其中其中P为原始力为原始力,为楔块升角为楔块升角,常数常数6度度-10度度1:工件与楔块的摩擦角工件与楔块的摩擦角2:夹具体与楔块的摩擦角夹具体与楔块的摩擦角2019-297夹紧力计算:=P/tan2+tan(+自锁条件自锁条件:原始力原始力P撤除后撤除后,楔块在摩擦力作用下仍楔块在摩擦力作用下仍然不会松开工件的现象称为自锁然不会松开工件的现象称为自锁.1+2,一般一般取取10-15度或更小度或更小2019-298自锁条件:原始力P撤除后,楔块在摩擦力作用传力系数（扩力比）传力系数（扩力比）:夹紧力与原始力之比称为传力系数。夹紧力与原始力之比称为传力系数。用用ip表示表示ip=/P=1/tan2+tan(+1)2019-299传力系数（扩力比）:夹紧力与原始力之比称为传力系数。20楔块尺寸与材料楔块尺寸与材料:升角升角确定后确定后,其工作长度应满足夹紧要求，其工作长度应满足夹紧要求，其厚度保证热处理不变形，小头厚应为其厚度保证热处理不变形，小头厚应为75mm。材料一般用材料一般用20钢或钢或20Cr，渗碳厚为渗碳厚为0.8-1.2mm；HRC:5662；Ra为为1.6m。2019-2100楔块尺寸与材料:升角确定后,其工作长度应满足夹紧要求2、螺旋夹紧装置、螺旋夹紧装置螺旋夹紧装置是从楔块夹紧装置转化而来的，相当于螺旋夹紧装置是从楔块夹紧装置转化而来的，相当于把楔块绕在圆柱体上，转动螺旋时即可夹紧工作。把楔块绕在圆柱体上，转动螺旋时即可夹紧工作。2019-21012、螺旋夹紧装置螺旋夹紧装置是从楔块夹紧装置转化而来的，相当（1）螺旋夹紧装置特点）螺旋夹紧装置特点:结构简单、制造容易、夹紧可靠；结构简单、制造容易、夹紧可靠；扩力比（传力系数）大，夹紧行程不受扩力比（传力系数）大，夹紧行程不受限制；限制；夹紧动作慢，效率低；夹紧动作慢，效率低；应用场合应用场合:手动夹紧装置常采用。手动夹紧装置常采用。2019-2102（1）螺旋夹紧装置特点:2019-2102螺杆夹紧力计算螺杆夹紧力计算:=PL/r中中tan(+1)+r1tan2其中其中:P是原始力是原始力,L是原始力作用点到螺杆中心距离是原始力作用点到螺杆中心距离,r中中是螺旋中经的一半是螺旋中经的一半,是螺旋升角是螺旋升角,1螺母于螺杆的摩擦角螺母于螺杆的摩擦角,r1摩擦力矩计算半径摩擦力矩计算半径,2工件与螺杆头部工件与螺杆头部(或压块或压块)间的摩擦角间的摩擦角2019-2103螺杆夹紧力计算:=PL/r中tan(+自锁性能自锁性能:因为楔块的自锁条件为因为楔块的自锁条件为11.5-17,而螺旋而螺旋夹紧装的螺旋升角夹紧装的螺旋升角(2-4)很小很小,所以自锁性很所以自锁性很好好.传力系数传力系数:ip=/P=L/r中中tan(+1)+r1tan2楔块楔块的的ip2019-2104自锁性能:2019-2104多位或多件夹紧多位或多件夹紧:为了减小夹压的辅助时间和提高生产率，可采为了减小夹压的辅助时间和提高生产率，可采用多位或多件夹紧装置。用多位或多件夹紧装置。压块的材料一般为压块的材料一般为45钢，钢，HRC:43-48螺杆的材料一般为螺杆的材料一般为45钢，钢，HRC:33-382019-2105多位或多件夹紧:2019-21053、偏心夹紧装置、偏心夹紧装置偏心夹紧装置也是由楔块夹紧装置的一种变形。偏心夹紧装置也是由楔块夹紧装置的一种变形。2019-21063、偏心夹紧装置偏心夹紧装置也是由楔块夹紧装置的一种变形。圆偏心夹紧力圆偏心夹紧力:=PL/tan(+1)+tan2其中其中L为手柄长度；为手柄长度；支承轴中心支承轴中心(回转中心回转中心)到夹紧点距离；到夹紧点距离；1，2分别为偏心轮与支承轴及偏心轮与工件间分别为偏心轮与支承轴及偏心轮与工件间的摩擦角。的摩擦角。2019-2107圆偏心夹紧力:=PL/tan(+传力系数传力系数ip:ip=L/tan(+1)+tan2，远小于螺旋夹紧的远小于螺旋夹紧的ip特点及应用场合特点及应用场合:偏心夹紧与螺旋夹紧相比，夹紧行程小，偏心夹紧与螺旋夹紧相比，夹紧行程小，夹紧力小，自锁能力差，但夹紧迅速，结构夹紧力小，自锁能力差，但夹紧迅速，结构紧凑，紧凑，所以常用与切削力不大，振动较小的的场所以常用与切削力不大，振动较小的的场合，常与其他夹紧元件联合使用。合，常与其他夹紧元件联合使用。2019-2108传力系数ip:2019-21084、定心夹紧结构、定心夹紧结构2019-21094、定心夹紧结构2019-21092019-21102019-2110定心夹紧结构是一种利用定位夹紧元件等速定心夹紧结构是一种利用定位夹紧元件等速移动或弹性变形来保证工件准确定心或对中移动或弹性变形来保证工件准确定心或对中的装置。的装置。使工件的定位和夹紧过程同时完成，而定位使工件的定位和夹紧过程同时完成，而定位元件与夹紧元件合二为一。元件与夹紧元件合二为一。2019-2111定心夹紧结构是一种利用定位夹紧元件等速移动或弹性变形来保证工机床夹具的基本要求和设计步骤机床夹具的基本要求和设计步骤一、对机床夹具的基本要求一、对机床夹具的基本要求对机床夹具的基本要求可总括为四个方面对机床夹具的基本要求可总括为四个方面：稳定地保证工件的加工精度；稳定地保证工件的加工精度；提高机械加工的劳动生产率；提高机械加工的劳动生产率；结构简单，有良好的结构工艺性和劳动条件；结构简单，有良好的结构工艺性和劳动条件；应能降低工件的制造成本应能降低工件的制造成本。2019-2112机床夹具的基本要求和设计步骤一、对机床夹具的基本要求201二、夹具设计的工作步骤二、夹具设计的工作步骤研究原始资料，明确设计任务研究原始资料，明确设计任务考虑和确定夹具的结构方案，绘制结构草图考虑和确定夹具的结构方案，绘制结构草图绘制夹具总图绘制夹具总图确定并标注有关尺寸和夹具技术要求确定并标注有关尺寸和夹具技术要求绘制夹具零件图绘制夹具零件图2019-2113二、夹具设计的工作步骤2019-2113小小结结1.机床夹具是由定位元件，夹紧装置，对刀机床夹具是由定位元件，夹紧装置，对刀元件，夹具体部分组成，元件，夹具体部分组成，机床夹具设计也就是针对夹具组成的各个部机床夹具设计也就是针对夹具组成的各个部分进行设计，分进行设计，其中定位与夹紧两个环节是夹具设计的重点。其中定位与夹紧两个环节是夹具设计的重点。2019-2114小结1.机床夹具是由定位元件，夹紧装置，对刀元件，夹2.定位就是确定工件在夹具种的正确位置，定位就是确定工件在夹具种的正确位置，是通过在夹具上设置正确的定位元件与工件是通过在夹具上设置正确的定位元件与工件定位面的接触来实现的。定位面的接触来实现的。工件的定位有完全定位和不完全定位，要根工件的定位有完全定位和不完全定位，要根据其具体加工要求而定，欠定位在夹具设计据其具体加工要求而定，欠定位在夹具设计种是不容许的，而过定位则有条件地采用。种是不容许的，而过定位则有条件地采用。2019-21152.定位就是确定工件在夹具种的正确位置，是通过在夹具上设置正3.通常，由于定位副制造不准确或采用了基通常，由于定位副制造不准确或采用了基准不重合定位等原因，定位过程中会引入定准不重合定位等原因，定位过程中会引入定位误差，位误差，定位误差的计算要根据具体情况分析计算。定位误差的计算要根据具体情况分析计算。2019-21163.通常，由于定位副制造不准确或采用了基准不重合定位等原因，4.夹紧是为了克服切削力等外力干扰而使工夹紧是为了克服切削力等外力干扰而使工件在空间中保持正确的定位位置的一种手段。件在空间中保持正确的定位位置的一种手段。夹紧一般在定位步骤之后，有时定位与夹紧夹紧一般在定位步骤之后，有时定位与夹紧是同时进行的，入膨胀式定心夹紧机构。是同时进行的，入膨胀式定心夹紧机构。2019-21174.夹紧是为了克服切削力等外力干扰而使工件在空间中保持正确的5.车，铣，钻，磨等不同的机床其夹具设计车，铣，钻，磨等不同的机床其夹具设计具有各自典型特点，应根据具体设计任务，具有各自典型特点，应根据具体设计任务，遵循夹具设计的基本要求和步骤进行设计。遵循夹具设计的基本要求和步骤进行设计。2019-21185.车，铣，钻，磨等不同的机床其夹具设计具有各自典型特点，应工件装夹与夹具设计原理课件119