工件的定位夹紧与夹具设计

2021/8/1414 4 工件的定位夹紧与夹具设计工件的定位夹紧与夹具设计2021/8/142本章提要本章提要 为保证工件的加工要求，必须使工件在机床上处于准为保证工件的加工要求，必须使工件在机床上处于准确的位置，夹具就是用来实现这一要求的。用夹具定位涉确的位置，夹具就是用来实现这一要求的。用夹具定位涉及到三层关系：及到三层关系： （1 1）工件在夹具上的定位；工件在夹具上的定位； （2 2）夹具相对于机床的定位；夹具相对于机床的定位； （3 3）工件相对于机床的定位工件相对于机床的定位间接通过夹具来保证间接通过夹具来保证的。的。 本章主要讨论本章主要讨论工件在夹具上的定位原理工件在夹具上的定位原理。 工件定位以后必须通过一定的装置产生夹紧力，使工工件定位以后必须通过一定的装置产生夹紧力，使工件保持在准确的位置上。这种产生夹紧力的装置就是夹紧件保持在准确的位置上。这种产生夹紧力的装置就是夹紧装置。装置。夹紧装置的设计与计算夹紧装置的设计与计算也是本章所讨论的主题。也是本章所讨论的主题。 2021/8/143内容提纲内容提纲 机床夹具概述机床夹具概述工件的定位工件的定位工件的夹紧工件的夹紧夹具的基本要求和设计步骤夹具的基本要求和设计步骤2021/8/1444.14.1夹具的基本概念夹具的基本概念一、定义一、定义 定位：定位：工件在机床上加工时，为保证加工精度和提高生产工件在机床上加工时，为保证加工精度和提高生产率，必须使工件在机床上相对刀具占有正确的位置，这个率，必须使工件在机床上相对刀具占有正确的位置，这个过程称为过程称为定位定位。 夹紧夹紧：为克服切削过程中工件受外力的作用而破坏定位，：为克服切削过程中工件受外力的作用而破坏定位，必须对工件施加夹紧力，这个过程称为必须对工件施加夹紧力，这个过程称为夹紧夹紧。 装夹装夹：定位和夹紧综合称为：定位和夹紧综合称为装夹装夹。 机床夹具机床夹具：完成装夹的工艺设备称为机床夹具。：完成装夹的工艺设备称为机床夹具。2021/8/145二、夹具的组成二、夹具的组成2021/8/146 图为用于钻轴套工件上图为用于钻轴套工件上6H76H7孔的钻床夹具，工件孔的钻床夹具，工件以以内孔内孔及及端面端面为定位基准，在夹具的定位销为定位基准，在夹具的定位销6 6及其端面上定位，即确定了工件在夹及其端面上定位，即确定了工件在夹具中的正确位置。拧紧螺母具中的正确位置。拧紧螺母5 5，通过开口垫圈，通过开口垫圈4 4可将工件夹紧，然后可将工件夹紧，然后由装在钻模板由装在钻模板3 3上的快换钻套上的快换钻套1 1导引钻头进行钻孔。导引钻头进行钻孔。 2021/8/147 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：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相对正确位置。如图的工运动间的相对正确位置。如图的定位销定位销7 7； 夹紧装置夹紧装置：用于夹紧工件，在切削时使工件在夹具中保持既：用于夹紧工件，在切削时使工件在夹具中保持既定位置。如图的螺母定位置。如图的螺母5 5、开口垫圈、开口垫圈4 4； 导向元件和对刀元件导向元件和对刀元件：这些元件的作用是保证工件与刀具之：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，称为为对刀元件对刀元件，如对刀块。用于确定刀具位置并导引刀具进行，如对刀块。用于确定刀具位置并导引刀具进行加工的元件，称为加工的元件，称为导引元件导引元件。如图的。如图的钻套钻套1 1； 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：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。间的相互位置关系。 2021/8/148 夹具体夹具体8 8：夹具的关键部件，保证各元件之间的相对位置，夹具的关键部件，保证各元件之间的相对位置，控制刀具相对于工件的位置，用于连接或固定夹具上各元件控制刀具相对于工件的位置，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。它与机床有关部件进及装置，使其成为一个整体的基础件。它与机床有关部件进行连接、对定，行连接、对定，使夹具相对机床具有确定的位置使夹具相对机床具有确定的位置。 其它元件和装置其它元件和装置：有些夹具根据加工要求，有分度机构，铣有些夹具根据加工要求，有分度机构，铣床夹具还要有定位键（连接元件）等。床夹具还要有定位键（连接元件）等。 以上这些组成部分，并不是对每种机床夹具都是缺一不以上这些组成部分，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可的，但是任何夹具都必须有定位元件定位元件和和夹紧装置夹紧装置，它们是，它们是保证工件加工精度的关键，目的是使工件定准、夹牢。保证工件加工精度的关键，目的是使工件定准、夹牢。 2021/8/1492021/8/1410三、夹具的作用三、夹具的作用 保证加工精度保证加工精度 零件加工精度包括尺寸精度、几何形状和表面相互位置零件加工精度包括尺寸精度、几何形状和表面相互位置精度。夹具的最大功用是保证加工表面的精度。夹具的最大功用是保证加工表面的位置精度，位置精度，不受工人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技术水平的影响，使一批工件的加工精度趋于一致 。 提高生产率，降低生产成本提高生产率，降低生产成本 使用夹具装夹工件方便、快速，工件不需要划线找正，可使用夹具装夹工件方便、快速，工件不需要划线找正，可显著地显著地减少辅助工时减少辅助工时；工件在夹具中装夹后提高了工件的刚性，；工件在夹具中装夹后提高了工件的刚性，可可加大切削用量加大切削用量；可使用多件、多工位装夹工件的夹具，并可；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，进一步采用高效夹紧机构，进一步提高劳动生产率提高劳动生产率。 2021/8/1411 扩大机床的加工范围扩大机床的加工范围 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。例如在车床的溜板上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，就可以进行箱体零件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。的镗孔加工。 减轻工人劳动强度减轻工人劳动强度 可用气动、电动夹紧。可用气动、电动夹紧。2021/8/1412机床夹具机床夹具1.按夹具按夹具的应用分的应用分2.按机床类型分按机床类型分 四、机床夹具的分类四、机床夹具的分类3.按夹具所用夹紧动力源分按夹具所用夹紧动力源分 通用夹具通用夹具 专用机床夹具专用机床夹具 组合夹具组合夹具 成组夹具成组夹具 随行夹具随行夹具 2021/8/1413 1 1按专门化程度分按专门化程度分 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加工不同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。例如，车床上三爪卡盘和四爪单动卡盘，铣床上的工件的夹具。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，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。其特点是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，适应性广，生产效率低，主要适用于单件、小批量生产中主要适用于单件、小批量生产中。 专用机床夹具专用机床夹具 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。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。其特点是结构紧凑，操作迅速、方便、省力，可以保证较高的加其特点是结构紧凑，操作迅速、方便、省力，可以保证较高的加工精度和生产效率，但设计制造周期较长、制造费用也较高。当工精度和生产效率，但设计制造周期较长、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。只适用于产品变更时，夹具将由于无法再使用而报废。只适用于产品固定产品固定且批量较大的生产中且批量较大的生产中。 2021/8/1414 组合夹具组合夹具 组合夹具是指按零件的加工要求，由一套事先制造好通用性较组合夹具是指按零件的加工要求，由一套事先制造好通用性较好的标准元件和部件组装而成的夹具。由专业厂家制造，其特好的标准元件和部件组装而成的夹具。由专业厂家制造，其特点是灵活多变，万能性强，制造周期短、元件能反复使用，特点是灵活多变，万能性强，制造周期短、元件能反复使用，特别别适用于新产品的试制和单件小批生产适用于新产品的试制和单件小批生产。 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，部分装置可以调整，以适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。用于相似零件的成组加工所用的夹具，称应不同零件的加工。用于相似零件的成组加工所用的夹具，称为成组夹具。通用可调夹具与成组夹具相比，为成组夹具。通用可调夹具与成组夹具相比，加工对象不很明加工对象不很明确，适用范围更广一些确，适用范围更广一些。 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。该夹具既要起到装夹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，又要与工件成为一体沿着自动线从一个工位移到工件的作用，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，进行不同工序的加工。下一个工位，进行不同工序的加工。 2021/8/1415 2 2按机床类型分按机床类型分：由于各类机床自身工作特点和结构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。按所使用的机床不同，夹具又可分为：车床夹具求。按所使用的机床不同，夹具又可分为：车床夹具 、钻床夹具钻床夹具 、铣床夹具、铣床夹具 、镗床夹具、磨床夹具、镗床夹具、磨床夹具、齿轮机床夹具和其他机床夹具等。齿轮机床夹具和其他机床夹具等。 3 3按夹具所用夹紧动力源：按夹具所用夹紧动力源：根据夹具所采用的夹紧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、磁力夹具、真空夹具等。液夹具、电动夹具、磁力夹具、真空夹具等。示例示例212021/8/1416 安装误差安装误差 对定误差对定误差 刀具的导向或对刀误差即夹具与刀具的相对位置误差；刀具的导向或对刀误差即夹具与刀具的相对位置误差； 夹具在机床上的定位和夹紧误差即夹具与机床的相对位置误夹具在机床上的定位和夹紧误差即夹具与机床的相对位置误差。差。 加工过程误差加工过程误差 加工方法的原理误差，工艺系统的受力变形、工艺系统的受加工方法的原理误差，工艺系统的受力变形、工艺系统的受热变形、工艺系统各组成部分（如机床、刀具、量具等）的静热变形、工艺系统各组成部分（如机床、刀具、量具等）的静精度和磨损等。精度和磨损等。五、加工误差的组成五、加工误差的组成2021/8/14172021/8/14184.24.2、工件在夹具上的定位、工件在夹具上的定位一、工件的安装一、工件的安装 安装即安装即定位定位和和夹紧夹紧。 工件在机床上加工时，首先要把工件安放在机床工件在机床上加工时，首先要把工件安放在机床工作台上或夹具中，使它和刀具之间有相对正确的位工作台上或夹具中，使它和刀具之间有相对正确的位置，这个过程成为置，这个过程成为定位定位； 工件定位后，应将工件固定，使其在加工过程中工件定位后，应将工件固定，使其在加工过程中保持定位位置不变，这个过程称为保持定位位置不变，这个过程称为夹紧夹紧。2021/8/1419 定位的任务：定位的任务：使工件相对于机床及刀具占有某一正确使工件相对于机床及刀具占有某一正确的位置。的位置。 夹紧的任务：是保持工件的定位位置不变。夹紧的任务：是保持工件的定位位置不变。 定位与夹紧的区别：定位与夹紧的区别：定位是使工件占有一个正确的位定位是使工件占有一个正确的位置，夹紧是使工件保持这个正确位置。置，夹紧是使工件保持这个正确位置。 工件定位目的：工件定位目的：使同批工件在机床或夹具上有正确位使同批工件在机床或夹具上有正确位置。置。 定位过程与夹紧过程都可能使工件偏离所要求的正确定位过程与夹紧过程都可能使工件偏离所要求的正确位置而产生位置而产生定位误差定位误差与与夹紧误差夹紧误差。 装夹误差：定位误差与夹紧误差之和。装夹误差：定位误差与夹紧误差之和。2021/8/1420工件定位时应解决的两个问题：工件定位时应解决的两个问题：解决工件位置解决工件位置“定与不定定与不定”的问题；的问题；解决工件位置定得解决工件位置定得“准与不准准与不准”得问题。得问题。2021/8/14212021/8/1422二、工件的定位方法二、工件的定位方法(1) (1) 直接找正定位直接找正定位 由操作工人直接在机床上利用由操作工人直接在机床上利用千分表千分表、划线盘划线盘等工具，找正等工具，找正某些有相互位置要求的表面，然后夹紧工件的过程。某些有相互位置要求的表面，然后夹紧工件的过程。 效率低，适于单件小批生产和定位精度要求较高的情况效率低，适于单件小批生产和定位精度要求较高的情况。(2) (2) 划线找正定位划线找正定位 按图纸要求在工件表面上划出位置线以及加工线和找正线，按图纸要求在工件表面上划出位置线以及加工线和找正线，安装工件时，先在机床上按找正线找正工件的位置，然后夹紧安装工件时，先在机床上按找正线找正工件的位置，然后夹紧工件。工件。 适于单件小批生产或毛坯精度较低、大型工件粗加工。适于单件小批生产或毛坯精度较低、大型工件粗加工。(3) (3) 夹具中定位夹具中定位 不再需要划线和找正，直接由夹具来保证工件在机床上的正不再需要划线和找正，直接由夹具来保证工件在机床上的正确位置，并在夹具上直接夹紧工件。确位置，并在夹具上直接夹紧工件。 效率高，易保证质量，广泛用于批量生产。效率高，易保证质量，广泛用于批量生产。2021/8/1423 一次装夹获得法一次装夹获得法 在工件的同一次装夹中将加工面连同其设计基面在工件的同一次装夹中将加工面连同其设计基面（如需加工（如需加工) )一并加工出来。一并加工出来。 可获得很高的位置精度。可获得很高的位置精度。 多次装夹获得法多次装夹获得法 如轴类零件上的键槽、箱体上的孔和各表面等如轴类零件上的键槽、箱体上的孔和各表面等二、工件的定位方法二、工件的定位方法2021/8/14241 1）直接装夹）直接装夹：在机床上直接装夹工件，来保证加工面与定：在机床上直接装夹工件，来保证加工面与定位基面的位置精度。位基面的位置精度。2021/8/1425 应用应用: :（1 1）、工件批量小，采用专用夹具不经济；）、工件批量小，采用专用夹具不经济；（2 2）、采用通用夹具装夹比较方便时。）、采用通用夹具装夹比较方便时。2021/8/14262）、找正装夹：）、找正装夹：通过找正工件相对切削成形运动的准确通过找正工件相对切削成形运动的准确位置，来保证加工面与定位基面之间的位置精度。位置，来保证加工面与定位基面之间的位置精度。 a)直接找正装夹直接找正装夹:用找正工具用找正工具(划针划针,百分表百分表,精密量具精密量具等等)在机床上直接找正工件位置在机床上直接找正工件位置2021/8/14272021/8/14282021/8/1429 效率低效率低, ,用于单件小批生产用于单件小批生产, ,形状简单的零件形状简单的零件 定位精度取决于找正工具和工人的技术水平定位精度取决于找正工具和工人的技术水平 用划针找正定位精度用划针找正定位精度0.5mm0.5mm左右左右 用百分表达用百分表达0.02mm0.02mm左右左右 用精密量具可达用精密量具可达0.010.005m0.010.005m b)按划线找正装夹按划线找正装夹: 按加工前在工件上划好的线找正工件在机床上位置按加工前在工件上划好的线找正工件在机床上位置2021/8/1430l 应用：应用：（1 1）、单件小批量，形状复杂的铸件；）、单件小批量，形状复杂的铸件；（2 2）、尺寸和重量都很大的铸锻件；）、尺寸和重量都很大的铸锻件；（3 3）、毛坯的尺寸公差很大，表面很粗糙，一般无法）、毛坯的尺寸公差很大，表面很粗糙，一般无法直接使用夹具时。直接使用夹具时。2021/8/14312021/8/14323 3、夹具装夹：夹具装夹：先根据工件某一工序的加工要求设计、制先根据工件某一工序的加工要求设计、制造夹具，工件定位基准面与夹具上的定位面紧密帖合而造夹具，工件定位基准面与夹具上的定位面紧密帖合而定位，然后夹紧的装夹方式称为夹具装夹。定位，然后夹紧的装夹方式称为夹具装夹。 特点：精度高且稳定，效率高。特点：精度高且稳定，效率高。 适用于成批大量生产适用于成批大量生产2021/8/1433三、三、 基基 准准 在讨论工件的表面位置精度或误差时，总是相对工件在讨论工件的表面位置精度或误差时，总是相对工件本身的其他一些表面（点、线）而言，因此后者就成为本身的其他一些表面（点、线）而言，因此后者就成为研究表面位置精度或误差的出发点，即所谓研究表面位置精度或误差的出发点，即所谓基准基准。 基准就是确定生产对象上的某些点、线、面的位置所基准就是确定生产对象上的某些点、线、面的位置所依据的那些点、线、面。依据的那些点、线、面。2021/8/1434基基 准准设计基准设计基准工艺基准工艺基准工艺基准工艺基准定位基准定位基准测量基准测量基准装配基准装配基准粗基准粗基准精基准精基准辅加基准辅加基准2021/8/1435基准的分类基准的分类l 设计基准设计基准 设计者在设计零件时，很据零件在装配结构中的装设计者在设计零件时，很据零件在装配结构中的装配关系以及零件本身结构要素之间的相互位置关系，确配关系以及零件本身结构要素之间的相互位置关系，确定标注尺寸（或角度）的起始位置。定标注尺寸（或角度）的起始位置。 设计基准是设计工作图上所采用的基准设计基准是设计工作图上所采用的基准. .可通过零可通过零件设计图上尺寸的标注方式看出。件设计图上尺寸的标注方式看出。2021/8/14362021/8/14372021/8/14382021/8/1439l 工艺基准工艺基准 工艺基准是加工过程中所采用的基准。又分为有工艺基准是加工过程中所采用的基准。又分为有工序工序基准基准、定位基准定位基准和和测量基准测量基准等。等。 工序基准工序基准 工序图上用来确定本工序所加工表面加工后的尺寸、工序图上用来确定本工序所加工表面加工后的尺寸、形状和位置的基准形状和位置的基准。通常有两项相对位置要求：一是加工。通常有两项相对位置要求：一是加工表面对工序基准的距离要求，即工序尺寸要求；二是加工表面对工序基准的距离要求，即工序尺寸要求；二是加工表面对工序基准的角度位置要求，如平行度、垂直度等。表面对工序基准的角度位置要求，如平行度、垂直度等。2021/8/14402021/8/14412021/8/1442 定位基准定位基准 定位基准是在加工中用作定位的基准。一般指与定位定位基准是在加工中用作定位的基准。一般指与定位元件的表面相接触的工件表满，某些情况下可是工件的几元件的表面相接触的工件表满，某些情况下可是工件的几何中心、对称面或对称线。其位置误差应该是诸表面中最何中心、对称面或对称线。其位置误差应该是诸表面中最小的。小的。 测量基准测量基准 此外还有装配过程中用于确定零、部件间相互位置此外还有装配过程中用于确定零、部件间相互位置的装配基准。的装配基准。2021/8/14432021/8/1444 度量基准：度量基准：在测量工件已加工表面的尺寸和位置时所依据的在测量工件已加工表面的尺寸和位置时所依据的基准。基准。 装配基准：装配基准：在机器装配时，确定零件在部件或产品中的位置在机器装配时，确定零件在部件或产品中的位置时所依据的基准。时所依据的基准。2021/8/14452021/8/14462021/8/1447 注意注意作为基准的点、线、面在工件上不一定存在，如中心、对作为基准的点、线、面在工件上不一定存在，如中心、对称面或对称线等。称面或对称线等。 体现工艺基准的具体表面称为基面。体现工艺基准的具体表面称为基面。作为基准，可以是没有面积的点和线，但体现该基准具体作为基准，可以是没有面积的点和线，但体现该基准具体表面总是有一定面积的。表面总是有一定面积的。对表面位置精度的关系同样具有基准问题。对表面位置精度的关系同样具有基准问题。基准不重合，产生定位误差。基准不重合，产生定位误差。2021/8/1448四、定位原理四、定位原理 1 1、 六点定位原理六点定位原理2021/8/1449 物体在空间具有物体在空间具有六个六个自由度，即沿三个坐标轴的自由度，即沿三个坐标轴的移动和绕三个坐标轴的转动，如果完全限制了物体的移动和绕三个坐标轴的转动，如果完全限制了物体的这六个自由度，则物体在空间的位置就完全确定了。这六个自由度，则物体在空间的位置就完全确定了。 工件的定位应使工件在空间相对于机床占有某一工件的定位应使工件在空间相对于机床占有某一正确的位置，这个正确位置是根据工件的加工要求确正确的位置，这个正确位置是根据工件的加工要求确定的。定的。2021/8/14502021/8/1451 合理布置六个定位支承点，使工件上的定位基面与合理布置六个定位支承点，使工件上的定位基面与其之接触，一个支承点限制工件一个自由度，使工件六其之接触，一个支承点限制工件一个自由度，使工件六个自由度被完全限制，在空间得到唯一确定的位置，此个自由度被完全限制，在空间得到唯一确定的位置，此即即六点定位原理。六点定位原理。 为了达到某一工序的加工要求，有时为了达到某一工序的加工要求，有时不一定不一定要完全要完全限制工件的六个自由度，或限制工件的六个自由度，或工件加工不一定非要使工件工件加工不一定非要使工件的位置达到完全确定的程度的位置达到完全确定的程度 例如：在下图例如：在下图1-61-6所示工件上铣一个通槽。所示工件上铣一个通槽。2021/8/14522021/8/1453 按照铣槽工序的加工要求，就只需限制按照铣槽工序的加工要求，就只需限制5 5个自由度就个自由度就足够了。工件在机床夹具上定位究竟需要限制哪几个自由足够了。工件在机床夹具上定位究竟需要限制哪几个自由度，可根据工序的加工要求确定。度，可根据工序的加工要求确定。 分析工件定位所限制的自由度数时，必须把定位与夹分析工件定位所限制的自由度数时，必须把定位与夹紧区别开来，在上图中，工件限制了紧区别开来，在上图中，工件限制了5 5个自由度，个自由度，y y自由度自由度可以不限制；可以不限制；但工件在夹紧后沿但工件在夹紧后沿y y轴确实是不能再移动了，轴确实是不能再移动了，这能不能说自由度也被限制了呢？这能不能说自由度也被限制了呢？不能这样认为，因为工不能这样认为，因为工件相对于机床的定位位置是在夹紧动作之前就已确定了的，件相对于机床的定位位置是在夹紧动作之前就已确定了的，夹紧的任务只是保持原先的定位位置不变。夹紧的任务只是保持原先的定位位置不变。 2021/8/1454注意的问题：注意的问题： 定位支撑与工件的定位基面保持紧密接触或配合，才定位支撑与工件的定位基面保持紧密接触或配合，才能起到限制自由度的作用；能起到限制自由度的作用； 注意区分注意区分“定位定位”与与“夹紧夹紧”的概念；的概念； 从定位位置的自由度数来判断是几点定位。从定位位置的自由度数来判断是几点定位。2021/8/14552 2、 完全定位与不完全定位完全定位与不完全定位工件的六个自由度被完全限制的定位称工件的六个自由度被完全限制的定位称完全定位，完全定位，允许少于六点的定位称为允许少于六点的定位称为不完全定位不完全定位。都是合理的定位方式。都是合理的定位方式。2021/8/1456 考虑定位方案时，考虑定位方案时，先先分析必须消除哪些自由度，分析必须消除哪些自由度，再再以相以相应定位点去限制。应定位点去限制。2021/8/1457 考虑工件的形状特点考虑工件的形状特点 完整的球形工件，可不必考虑消除绕三根轴的不定度问题；完整的球形工件，可不必考虑消除绕三根轴的不定度问题； 光滑的轴、套及盘形工件，不必考虑消除其绕本身轴心线光滑的轴、套及盘形工件，不必考虑消除其绕本身轴心线的不定度问题的不定度问题 根据工序的加工要求确定必须消除的不定度根据工序的加工要求确定必须消除的不定度 选择或设计适当的定位元件对工件进行定位，以保证不定选择或设计适当的定位元件对工件进行定位，以保证不定度的消除度的消除2021/8/14582021/8/14593 3、 欠定位与过定位欠定位与过定位 工件应限制的自由度未被限制的定位，为工件应限制的自由度未被限制的定位，为欠定位，欠定位，在在实际生产中是绝对不允许的。实际生产中是绝对不允许的。 工件定位是通过定位元件来实现的，在选择定位元件工件定位是通过定位元件来实现的，在选择定位元件时，原则上不允许出现几个定位元件同时限制工件某一自时，原则上不允许出现几个定位元件同时限制工件某一自由度的情况。由度的情况。 工件一个自由度被两个或以上支承点重复限制的定位工件一个自由度被两个或以上支承点重复限制的定位称为称为过定位过定位或或重复定位。重复定位。 一般来说也是不合理的。一般来说也是不合理的。2021/8/14602021/8/1461过定位造成的后果：过定位造成的后果： 使接触点（定位点）不稳定，增加了同批工件在夹具中位使接触点（定位点）不稳定，增加了同批工件在夹具中位置的不同一性置的不同一性 增加了工件和夹具的夹紧变形增加了工件和夹具的夹紧变形 导致部分工件不能顺利地与定位件配合导致部分工件不能顺利地与定位件配合 干扰了设计意图的实现干扰了设计意图的实现（1 1）使工件或夹具元件变形，引起加工误差）使工件或夹具元件变形，引起加工误差（2 2）使部分工件不能安装，产生定位干涉（如一面两销）使部分工件不能安装，产生定位干涉（如一面两销） 过定位一般是不允许的，但在精加工时也可看到。过定位一般是不允许的，但在精加工时也可看到。2021/8/1462 在一定条件下，重复定位不仅是允许的，而且还会带在一定条件下，重复定位不仅是允许的，而且还会带来一定的好处。来一定的好处。 条件：条件：工件定位基准和夹具定位元件都具有较高的形工件定位基准和夹具定位元件都具有较高的形状和位置精度。状和位置精度。2021/8/1463消除过定位及其干涉的途径：消除过定位及其干涉的途径： 1. 1. 改变定位元件结构，消除对自由度的重复限制，如改变定位元件结构，消除对自由度的重复限制，如长销改成短销；长销改成短销；2. 2. 提高工件定位基面之间的位置精度，提高夹具定位提高工件定位基面之间的位置精度，提高夹具定位元件之间的位置精度，减少或消除过定位引起的干涉，元件之间的位置精度，减少或消除过定位引起的干涉，精加工时可增加刚度和定位稳定性。精加工时可增加刚度和定位稳定性。2021/8/1464 出现过定位情况，通常会使加工误差增大。在研究出现过定位情况，通常会使加工误差增大。在研究确定定位方案时，原则上不允许出现某一自由度出现重确定定位方案时，原则上不允许出现某一自由度出现重复限制的情况；只有在需要增强工件系统的刚度而各定复限制的情况；只有在需要增强工件系统的刚度而各定位面间又具有较高位置精度的条件下才允许采用过定位位面间又具有较高位置精度的条件下才允许采用过定位定位方案。定位方案。2021/8/14652021/8/14662021/8/14672021/8/14682021/8/14692021/8/1470四、典型定位元件四、典型定位元件平面定位常用定位元件平面定位常用定位元件 支承板支承板可调支承可调支承 自位支承自位支承辅助支承辅助支承 平面型支承板平面型支承板：侧面和顶面定位：侧面和顶面定位带斜槽型支承板带斜槽型支承板：适于作底面定位准面：适于作底面定位准面平头支承钉平头支承钉：用于支承精基准面：用于支承精基准面球头支承钉球头支承钉：用于支承粗基准面：用于支承粗基准面网纹顶面支承钉网纹顶面支承钉：用在工件以粗基准：用在工件以粗基准定位且要求较大摩擦力的表面定位定位且要求较大摩擦力的表面定位支承钉支承钉2021/8/1471固定支承（支承钉、固定支承（支承钉、支承板支承板、定位分析定位分析）2021/8/14722021/8/1473自位支承：自位支承：支承本身可随工件定位基准面的变化而自动适应，支承本身可随工件定位基准面的变化而自动适应，是活动的或是浮动的，只起一个支承点的作用，只限制一个是活动的或是浮动的，只起一个支承点的作用，只限制一个自由度。自由度。2021/8/1474可调支承：可调支承：多用于毛面定位，每批调整一次，以补偿各批毛坯多用于毛面定位，每批调整一次，以补偿各批毛坯误差；支承工件的粗基准面，限制一个自由度。误差；支承工件的粗基准面，限制一个自由度。 2021/8/1475辅助支承：辅助支承：不作定位元件，不限制自由度，只用以增加工不作定位元件，不限制自由度，只用以增加工件在加工过程中的刚性。件在加工过程中的刚性。 2021/8/14762021/8/1477 用定位销定位时，短圆柱销限制两个自由度；用定位销定位时，短圆柱销限制两个自由度；长圆柱销可以限制四个自由度；端圆锥销限制三长圆柱销可以限制四个自由度；端圆锥销限制三个自由度。个自由度。工件以孔定位常用定位元件工件以孔定位常用定位元件 1 1定位销定位销 下图是几种常用固定式定位销的结构形式下图是几种常用固定式定位销的结构形式2021/8/14782021/8/1479 圆锥销圆锥销常用于工件孔端的定位，可限制三个自由度常用于工件孔端的定位，可限制三个自由度 2021/8/1480 2 2心轴心轴几种常用的心轴结构形式如下图：几种常用的心轴结构形式如下图：2021/8/1481 定位心轴定位心轴 主要用于盘套类主要用于盘套类 零件的定位零件的定位圆孔定位分析圆孔定位分析2021/8/1482 过盈过盈配合心轴，限制工件配合心轴，限制工件四个四个自由度；自由度；间隙间隙配合心轴，配合心轴，限制工件限制工件五个五个自由度（心轴外圆部分限制四个自由度，轴自由度（心轴外圆部分限制四个自由度，轴肩面限制一个自由度）；小锥肩面限制一个自由度）；小锥锥度锥度心轴，装夹工件时，通心轴，装夹工件时，通过工件孔和心轴接触表面的弹性变形夹紧工件，使用小锥过工件孔和心轴接触表面的弹性变形夹紧工件，使用小锥度心轴定位可获得较高的定位精度，它可以限制五度心轴定位可获得较高的定位精度，它可以限制五个个自由自由度。度。 2021/8/1483 工件以外圆定位常用定位元件工件以外圆定位常用定位元件 l lV V形块形块2021/8/1484结构尺寸已标准化，斜面夹角有结构尺寸已标准化，斜面夹角有606090901201202021/8/1485用用V V形块定位，工件的定位基准始终在形块定位，工件的定位基准始终在V V形形块两定位面的对称中心平面内，块两定位面的对称中心平面内，对中性能好对中性能好。一个短一个短V V形块限制两个自由度；两个短形块限制两个自由度；两个短V V形块形块组合或一个长组合或一个长V V形块限制四个自由度；浮动式形块限制四个自由度；浮动式V V形形块只限制一个自由度。块只限制一个自由度。2021/8/1486 在工件以端面为主要定位基面的场合，短定位套在工件以端面为主要定位基面的场合，短定位套孔限制工件的两个自由度；在工件以外圆柱表面为主孔限制工件的两个自由度；在工件以外圆柱表面为主要定位基面的场合，长定位套孔限制工件的四个自由要定位基面的场合，长定位套孔限制工件的四个自由度；工件以圆柱面端部轮廓为定位基面，椎孔限制工度；工件以圆柱面端部轮廓为定位基面，椎孔限制工件的三个自由度。件的三个自由度。2 2定位套定位套 常用的定位套结构形式如下图：常用的定位套结构形式如下图：2021/8/1487 当工件尺寸较大，用圆柱孔定位不方便时，可将圆当工件尺寸较大，用圆柱孔定位不方便时，可将圆柱孔改成两半，下半孔用作定位，上半孔用于压紧工件。柱孔改成两半，下半孔用作定位，上半孔用于压紧工件。 短半圆孔定位限制工件的二个自由度；长半圆孔定短半圆孔定位限制工件的二个自由度；长半圆孔定位限制工件的四个自由度。位限制工件的四个自由度。3.3. 半圆孔半圆孔下图所示是半圆孔定位装置，常用于大型轴类工件的定位。下图所示是半圆孔定位装置，常用于大型轴类工件的定位。2021/8/14882021/8/14894. 4. 外圆定心夹紧外圆定心夹紧 三爪卡盘、双三爪卡盘、双V V形铁定心夹紧、弹簧夹头形铁定心夹紧、弹簧夹头外圆定位分析外圆定位分析2021/8/14905. 5. 工件以其它表面定位工件以其它表面定位2021/8/14916. 6. 工件以组合表面定位常用定位元件工件以组合表面定位常用定位元件在实际生产中，为满足加工要求，有时采用几个定在实际生产中，为满足加工要求，有时采用几个定位面相组合的方式进行定位。常见的组合形式有：位面相组合的方式进行定位。常见的组合形式有：两顶尖两顶尖孔孔、一端面一孔一端面一孔、一端面一外圆一端面一外圆、一面两孔一面两孔等，与之相对等，与之相对应的定位元件也是组合式的。应的定位元件也是组合式的。2021/8/14921 1）一个平面和与其垂直的两个孔组合）一个平面和与其垂直的两个孔组合2021/8/1493这种定位属于过定位这种定位属于过定位2021/8/1494解决办法是：解决办法是：将销将销2 2做成做成削边销削边销 2021/8/14952 2）一平面和与其垂直的两外圆柱面组合）一平面和与其垂直的两外圆柱面组合2021/8/14963 3）一孔和一平行于孔中心线的平面组合）一孔和一平行于孔中心线的平面组合2021/8/1497几个表面同时参与定位时，各定位基准（基面）在定几个表面同时参与定位时，各定位基准（基面）在定位中所起的作用有位中所起的作用有主次主次之分。例如，轴以两顶尖孔在车床之分。例如，轴以两顶尖孔在车床前后顶尖上定位的情况，前顶尖孔为主要定位基面，前顶前后顶尖上定位的情况，前顶尖孔为主要定位基面，前顶尖限制尖限制三个三个自由度，后顶尖只限制自由度，后顶尖只限制两个两个自由度。自由度。2021/8/1498 工件在定位时要解决两个问题：工件在定位时要解决两个问题： 工件位置的工件位置的“定与不定定与不定”。根据六点定位原理，。根据六点定位原理，通过消除工件相应的通过消除工件相应的“不定度不定度”来解决；来解决； 工件位置的工件位置的”准与不准准与不准”. .通过选择合适的定位通过选择合适的定位基准和选择、设计相应的定位元件来实现。基准和选择、设计相应的定位元件来实现。 四、定位误差的分析与计算四、定位误差的分析与计算2021/8/1499 为了保证加工精度的要求，我们加工时应满足如下关为了保证加工精度的要求，我们加工时应满足如下关系式：系式： 总总 其中其中总总为多种原因产生的误差总和，为多种原因产生的误差总和，是工件被加是工件被加工尺寸的公差，工尺寸的公差，总包括夹具在机床上的装夹误差，工件总包括夹具在机床上的装夹误差，工件在夹具中的定位误差和夹紧误差，机床调整误差，工艺系在夹具中的定位误差和夹紧误差，机床调整误差，工艺系统的弹性变形和热变形误差，机床和刀具的制造误差及磨统的弹性变形和热变形误差，机床和刀具的制造误差及磨损误差等。损误差等。 定定+ 其中，其中，除定位误差外，其他因素引起的误差总和，除定位误差外，其他因素引起的误差总和，可按加工经济精度查表确定。可按加工经济精度查表确定。 定定- （是验算加工工件合格与否的公式）（是验算加工工件合格与否的公式） 或或 定定1/31/3 （也是验算加工工件合格与否的公式）（也是验算加工工件合格与否的公式） 2021/8/14100 1 1、定位误差概念、定位误差概念 定位误差是工件在夹具中定位，由于定位不准造成的定位误差是工件在夹具中定位，由于定位不准造成的加加工面相对于工序基准沿加工要求方向上的最大位置变动量工面相对于工序基准沿加工要求方向上的最大位置变动量。 成批加工工件时，夹具相对机床的位置及切削运动成批加工工件时，夹具相对机床的位置及切削运动的行程调定后不再变动，可认为加工面的位置是固定的的行程调定后不再变动，可认为加工面的位置是固定的( (但因一批工件中每个工件在尺寸形状及表面相互位置上但因一批工件中每个工件在尺寸形状及表面相互位置上均存在差异，所以定位后各表面有不同的位置变动均存在差异，所以定位后各表面有不同的位置变动) )。 工序基准的位置变动将对加工精度有直接影响。工序基准的位置变动将对加工精度有直接影响。2021/8/141012 2、 定位误差的组成定位误差的组成 基准不重合误差基准不重合误差 定位基准定位基准与与工序基准工序基准不一致所引起的定位误差。不一致所引起的定位误差。工序基准相对定位基准的理想位置的最大位置变动工序基准相对定位基准的理想位置的最大位置变动量。量。b2021/8/141022021/8/14103 设设e e面已加工好，今在铣床上用调整法加工面已加工好，今在铣床上用调整法加工f f面面和和g g面面。 在加工在加工f f面时若选面时若选e e面为定位基准，则面为定位基准，则f f面的设计基准和定位基面的设计基准和定位基准都是准都是e e面，基准重合，没有基准不重合误差，尺寸面，基准重合，没有基准不重合误差，尺寸A A的制造公差的制造公差为为TATA。 加工加工g g面时，定位基准有两种不同的选择方案：面时，定位基准有两种不同的选择方案： 一种方案（方案一种方案（方案）加工时选用）加工时选用f f面作为定位基准，定位基准面作为定位基准，定位基准与设计基准重合，没有基准不重合误差，尺寸与设计基准重合，没有基准不重合误差，尺寸B B的制造公差为的制造公差为TBTB；但这种定位方式的夹具结构复杂，夹紧力的作用方向与铣削力方但这种定位方式的夹具结构复杂，夹紧力的作用方向与铣削力方向相反，不够合理，操作也不方便。向相反，不够合理，操作也不方便。 另一种方案（方案另一种方案（方案）是选用）是选用e e面作为定位基准来加工面作为定位基准来加工g g面，面，此时，工序尺寸此时，工序尺寸C C是直接得到的，尺寸是直接得到的，尺寸B B是间接得到的，由于定位是间接得到的，由于定位基准基准e e与设计基准与设计基准f f不重合而给不重合而给g g面加工带来的基准不重合误差等于面加工带来的基准不重合误差等于设计基准设计基准f f面相对于定位基准面相对于定位基准e e面在尺寸面在尺寸B B方向上的最大变动量方向上的最大变动量TATA。 定位基准与设计基准不重合时所产生的基准不重合误差，只定位基准与设计基准不重合时所产生的基准不重合误差，只有在采用调整法加工时才会产生，在试切法加工中不会产生。有在采用调整法加工时才会产生，在试切法加工中不会产生。 2021/8/14104 一次安装加工两孔一次安装加工两孔A A和和B B，孔，孔B B在在X X方向定位基准方向定位基准C C与设计基与设计基准准A A不重合，基准不重合误差为联系尺寸不重合，基准不重合误差为联系尺寸2222的公差的公差0.20.2。2021/8/14105 基准位置误差基准位置误差 定位基准面和定位元件本身的制造误差所引起的定位定位基准面和定位元件本身的制造误差所引起的定位误差，定位基准相对于其理想位置的最大位置变动量。误差，定位基准相对于其理想位置的最大位置变动量。 w2021/8/14106 工件的孔装夹在水平放置的心轴上铣削平面，要求保工件的孔装夹在水平放置的心轴上铣削平面，要求保证尺寸证尺寸h h，由于定位基准与设计基准重合，故无基准不重，由于定位基准与设计基准重合，故无基准不重合误差；但由于工件的定位基面（内孔合误差；但由于工件的定位基面（内孔D D）和夹具定位元）和夹具定位元件（心轴件（心轴d1d1）皆有制造误差，如果心轴制造得刚好为）皆有制造误差，如果心轴制造得刚好为d1mind1min，而工件得内孔刚好为，而工件得内孔刚好为DmaxDmax（如图示），当工件在（如图示），当工件在水平放置的心轴上定位时，工件内孔与心轴在水平放置的心轴上定位时，工件内孔与心轴在P P点接触，点接触，工件实际内孔中心的最大下移量工件实际内孔中心的最大下移量abab（DmaxDmaxd1mind1min）/2/2，abab就是定位副制造不准确而引起的误差。就是定位副制造不准确而引起的误差。 基准不重合误差的方向和定位副制造不准确误差的基准不重合误差的方向和定位副制造不准确误差的方向可能不相同，定位误差取为方向可能不相同，定位误差取为基准不重合误差基准不重合误差和和定位副定位副制造不准确误差制造不准确误差的矢量和。的矢量和。 2021/8/141072021/8/14108 结论：结论：1 1）定位误差是基准位置误差和基准不重合误差的）定位误差是基准位置误差和基准不重合误差的代数和代数和。如果与工序尺寸方向不一致，用在工序尺寸方向上的投影如果与工序尺寸方向不一致，用在工序尺寸方向上的投影来计算来计算, ,基准重合时基准重合时 ，基准位置没有变动时，基准位置没有变动时 ； 2 2）按可能产生最大定位误差的两种极限情况来计算；）按可能产生最大定位误差的两种极限情况来计算；3 3）定位误差产生的原因是基准不重合和工件、定位元件的）定位误差产生的原因是基准不重合和工件、定位元件的加工误差；加工误差；4 4）定位误差应控制在工序公差的）定位误差应控制在工序公差的1/31/31/51/5之内；之内；5 5）定位误差仅出现在调整法加工当中。）定位误差仅出现在调整法加工当中。0b0w2021/8/141093 3、 常见定位方式定位误差计算常见定位方式定位误差计算(1) (1) 以平面定位时的定位误差计算以平面定位时的定位误差计算 定位基准：平面定位基准：平面 ； 定位元件工作面：平面定位元件工作面：平面 =易加工平整，接触良好易加工平整，接触良好= 所以所以基基=0 =0 定定= =不不 注：注：若为毛坯面，则仍有若为毛坯面，则仍有基。基。 平面度误差很小，定位副制造不准确误差可忽略，平面度误差很小，定位副制造不准确误差可忽略，所以所以定位误差主要由基准不重合引起定位误差主要由基准不重合引起。2021/8/141102021/8/14111(2) (2) 以以V V型块定位型块定位2021/8/14112 对对H2H2尺寸：尺寸：不不=0=0，基为定位基准线基为定位基准线0 0的在加工方的在加工方向的最大变动量，即向的最大变动量，即OOOO 所以所以基基=OO=OE-OE=dmax/2sin=OO=OE-OE=dmax/2sin（/2/2）- - dmin/2sin(/2)=d/2sin(/2dmin/2sin(/2)=d/2sin(/2） 即：即：定定= =不不+ +基基=0+d/2sin(/2=0+d/2sin(/2） =d/2sin(/2=d/2sin(/2）2021/8/14113对对H1H1尺寸：尺寸：不不=d/2=d/2，基基=d/2sin(/2=d/2sin(/2） 或：或：定定=AA=AO+OO-=AA=AO+OO-AO=dmax/2+d/2sin(/2AO=dmax/2+d/2sin(/2）-dmin/2-dmin/2 =d/21+1/sin(/2 =d/21+1/sin(/2） 对对H3H3尺寸：尺寸：定定=BB=BO+OO-=BB=BO+OO-OB=(dmin/2)+d/2sin(/2OB=(dmin/2)+d/2sin(/2）-dmax/2-dmax/2 =d/21/sin(/2 =d/21/sin(/2）-1-1综上所述：综上所述：定（定（H3)H3)定定(H2)(H2)定定(H1) (H1) ，所以标注尺，所以标注尺寸寸H3H3最好。最好。 2021/8/14114(2) (2) 以以V V型块定位型块定位2021/8/14115对于这个例子对于这个例子定位误差的分析方法有两种：定位误差的分析方法有两种：a a）定位基准看做是与）定位基准看做是与V V形块相接触的母线，即看做支形块相接触的母线，即看做支承定位；承定位；b b）定位基准看做是工件外园表面的中心，即看做定）定位基准看做是工件外园表面的中心，即看做定心定位。心定位。两种方法分析的结果完全相同。下面根据定心定位来两种方法分析的结果完全相同。下面根据定心定位来分析定位误差：分析定位误差：2021/8/141161 1、 以工件的中心为工序基准以工件的中心为工序基准 定位基准与工序基准重合定位基准与工序基准重合 所以所以111/sin/sin22/2( /2)sin2sin22DWWZddHHooo Ao Ao Ao AddTT0BCOCdd-tdKH1H1AAECOK2021/8/14117OCdd-tdKH1H1AAECOK2021/8/141182、以下母线为工序基准以下母线为工序基准DW222dHHooo coc1ooT2OCd-tdKAAECOKHH222021/8/14119OCd-tdKAAECOKHH222021/8/141203、以上母线为工序基准以上母线为工序基准DW333dHHoooko k1ooT2分分析可知析可知DW3DW1DW2 OCdd-tdKAAECOK3H3H2021/8/14121OCdd-tdKAAECOK3H3H2021/8/14122定位心轴水平放置定位心轴水平放置单向推移工件靠紧定位单向推移工件靠紧定位2021/8/14123A孔孔 Dmax=D+TD Dmin=D 轴轴 dmax=d dmin=d- Td O1Omax= OA-O1A=(D+TD)/2-(d- Td) /2 O1Omin= D/2-d/2 因基准位移造成的加工误差为：因基准位移造成的加工误差为： jw= O1Omax- O1Omin=(TD + Td) /22021/8/14124 工件进行回转加工工件进行回转加工孔孔 Dmax=D+TD Dmin=D 轴轴 dmax=d dmin=d- Td影响同轴度的基准影响同轴度的基准位移误差为：位移误差为：jw= O1Omax = OA-O1A =(D+TD)/2-(d- Td) /2= (TD + Td + Xmin) /2A2021/8/14125 工件孔与垂直放置的心轴间隙配合工件孔与垂直放置的心轴间隙配合 jw =TD + Td + Xmin2021/8/14126(3)(3)以外圆定位时的定位误差计算以外圆定位时的定位误差计算工件在工件在V V形块上定位形块上定位 定位误差分析：定位误差分析： a) 定位误差定位误差d 随毛坯误差随毛坯误差Td 的增大而增大；的增大而增大； b) 定位误差定位误差d 随随V形块夹角形块夹角 增大而减小，但稳定性变差；增大而减小，但稳定性变差； c) 定位误差定位误差d 与工序尺寸标注方式有关，与工序尺寸标注方式有关，d2 d1 d3 工序尺寸以工序尺寸以H3标注，其定位误差为：标注，其定位误差为： d3=B1B2=O2B2+O1O2-O1B1 = =sin21Td2d-Td2 d2+sin21Td2 1 工序尺寸以工序尺寸以H2标注，其定位误差为：标注，其定位误差为： d2=A1A2=A1O1+O1O2-A2O2 = = d2+Td2sin21d-Td2sin21Td2+ 1 工序尺寸以工序尺寸以H1标注，其定位误差为：标注，其定位误差为： d1=O1O2=O1C-O2C = = d2sin21d-Td2sin21sin21Td22021/8/14127(4)(4)以一面两销定位时的定位误差计算以一面两销定位时的定位误差计算 1）在平面内任意方向的位移误差