機(jī)械制造基礎(chǔ)模塊8定位和夾緊

本節(jié)要點(diǎn)機(jī)床夾具概述機(jī)床夾具的組成夾具的分類(lèi)工件定位方法工件定位原理認(rèn)識(shí)機(jī)床夾具1裝夾裝夾又稱安裝，包括定位和夾緊兩項(xiàng)內(nèi)容。定位

——

使工件在機(jī)床或夾具上占有正確位置。夾緊

——為防止工件在切削力、重力、慣性力等的作用下發(fā)生位移或振動(dòng)，對(duì)工件施加一定的外力，使其已確定的位置在加工過(guò)程中保持不變。定位與夾緊的區(qū)別定位不準(zhǔn)確，會(huì)影響零件加工的尺寸精度與位置精度。夾緊不合理，會(huì)產(chǎn)生受力變形，影響零件的形狀精度。如:在車(chē)床上鏜削薄壁套筒的內(nèi)孔時(shí)，應(yīng)該用均布力夾緊（例如彈簧卡頭），而不能用集中力（例如三爪卡盤(pán)）夾緊。

一、機(jī)床夾具概述2

六點(diǎn)定位原理

要確定其空間位置，就需要限制其6個(gè)自由度

將6個(gè)支承抽象為6個(gè)“點(diǎn)”，6個(gè)點(diǎn)限制了工件的6個(gè)自由度，這就是六點(diǎn)定位原理。

任何一個(gè)物體在空間直角坐標(biāo)系中都有6個(gè)自由度——用

表示工件的定位原理物體的六個(gè)自由度六點(diǎn)定位原理簡(jiǎn)圖344六點(diǎn)定位原理的兩點(diǎn)說(shuō)明一、六點(diǎn)支承點(diǎn)必須適當(dāng)分布5六點(diǎn)定位原理的兩點(diǎn)說(shuō)明二、關(guān)于定位方向的確定在外力作用下，與基準(zhǔn)緊密結(jié)觸我們認(rèn)為工件在某個(gè)方向的自由度被限制了，就是在該方向上有了正確的位置，并不表示在受到脫離支承點(diǎn)的外力的作用下也不運(yùn)動(dòng)67工件的6個(gè)自由度均被限制，稱為完全定位。工件6個(gè)自由度中有1個(gè)或幾個(gè)自由度未被限制，但能保證加工要求，稱為不完全定位。1.完全定位與不完全定位工件的定位形式78完全定位舉例

大端面限制:X方向的移動(dòng)自由度Y、Z的轉(zhuǎn)動(dòng)自由度

短銷(xiāo)限制:Y、Z方向的移動(dòng)自由度

防轉(zhuǎn)銷(xiāo)限制:X方向轉(zhuǎn)動(dòng)自由度89910不完全定位舉例

應(yīng)該限制:Y、Z方向的移動(dòng)自由度Y、Z的轉(zhuǎn)動(dòng)自由度1011不完全定位舉例圖2-7圖2-61112過(guò)定位2、過(guò)定位的概念：

某一個(gè)自由度同時(shí)由多于一個(gè)的定位元件來(lái)限制，這種定位方式稱為過(guò)定位。

12夾持較長(zhǎng)卡盤(pán)相關(guān)于套筒限制:Y、Z方向的移動(dòng)自由度Y、Z的轉(zhuǎn)動(dòng)自由度頂尖限制:Y、Z方向轉(zhuǎn)動(dòng)自由度一夾一頂夾持部分較長(zhǎng)重復(fù)限制:Y、Z

方向轉(zhuǎn)動(dòng)自由度增強(qiáng)工件定位的穩(wěn)定性13舉一反三短銷(xiāo)限制:Y、Z方向的移動(dòng)自由度端面限制:X方向的移動(dòng)自由度Y、Z的轉(zhuǎn)動(dòng)自由度大平面限制:Z方向的移動(dòng)自由度Y、X的轉(zhuǎn)動(dòng)自由度14結(jié)果分析H＞H1,

工件無(wú)法裝入

H<H1,工件底面無(wú)法與夾具底座貼合1516

過(guò)定位是否允許，要視具體情況而定：1）如果工件的定位面經(jīng)過(guò)機(jī)械加工，且形狀、尺寸、位置精度均較高，則過(guò)定位是允許的。有時(shí)還是必要的，因?yàn)楹侠淼倪^(guò)定位不僅不會(huì)影響加工精度，還會(huì)起到加強(qiáng)工藝系統(tǒng)剛度和增加定位穩(wěn)定性的作用。2）反之，如果工件的定位面是毛坯面，或雖經(jīng)過(guò)機(jī)械加工，但加工精度不高，這時(shí)過(guò)定位一般是不允許的，因?yàn)樗赡茉斐啥ㄎ徊粶?zhǔn)確，或定位不穩(wěn)定，或發(fā)生定位干涉等情況。1617欠定位工件加工時(shí)必須限制的自由度未被完全限制，稱為欠定位。欠定位不能保證工件的正確安裝，因而是不允許的。圖欠定位示例1XZYa）b）BBB1718欠定位示例2

欠定位:如果沒(méi)有防轉(zhuǎn)銷(xiāo)屬欠定位1819對(duì)定位元件的基本要求（1）足夠的精度（2）良好的耐磨性（3）足夠的強(qiáng)度和剛度（4）較好的工藝性（5）便于清除切屑

定位元件的基本要求與常用材料19

支承形式：根據(jù)所用定位元件是否起限制自由度作用、能否調(diào)節(jié)等分為：

固定支承；可調(diào)支承；自位支承（或稱浮動(dòng)支承）輔助支承?？烧{(diào)支承—支承點(diǎn)位置可調(diào)

自位支承—支承點(diǎn)可以自動(dòng)調(diào)整其位

置以適應(yīng)定位表面變化支承釘支承板限制自由度的支承支承定位輔助支承—不限制自由度，不起定位作用，只起支承作用以加強(qiáng)支承剛度的支承固定支承一、工件以面定位時(shí)的定位元件201.固定支承固定支承定位元件：支承釘、支承板。支承釘形式：用于工件側(cè)面定位，防止工件滑動(dòng)用于工件已經(jīng)加工過(guò)的平面定位用于工件以毛坯面定位a）平頭支承釘b）球頭支承釘c）齒紋頭支承釘21支承板形式：

都可用于工件已加工表面定位。A型支承板結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但孔邊切屑不易清除干凈，適用于側(cè)面和頂面定位；B型支承板便于清除切屑，適用于底面定位。支承板結(jié)構(gòu)形式支承板定位簡(jiǎn)圖A型B型222.可調(diào)支承多用于毛坯面定位，每批調(diào)整一次，以補(bǔ)償各批毛坯誤差

a)圓頭可調(diào)支承b)錐頂可調(diào)支承c)網(wǎng)狀平頭可調(diào)支承1—調(diào)整螺釘2—緊固螺母

調(diào)節(jié)到位后應(yīng)用螺母將支承釘鎖緊。多用于粗基準(zhǔn)。定位作用與支承釘相同。23242.可調(diào)支承

可調(diào)支承

24■可調(diào)支承應(yīng)用實(shí)例可通過(guò)調(diào)整右方支承釘高度，控制2個(gè)毛坯孔與銑削后的B面的距離誤差大小，以保證鏜孔工序余量均勻?？赏ㄟ^(guò)調(diào)整支承釘?shù)妮S向位置，在軸上鉆與左端面不同距離要求的徑向孔。25263.自位支承在工件定位過(guò)程中，能自動(dòng)調(diào)整位置的支承稱為自位支承（也稱浮動(dòng)支承）?？商岣吖ぜ难b夾剛度和穩(wěn)定性。一般只限制一個(gè)自由度，即一點(diǎn)定位。2627

自位支承的結(jié)構(gòu)形式a）b）c）27

指在工件定位過(guò)程中，不限制工件自由度、用于輔助定位的支承。它不是定位元件。作用：提高工件的裝夾剛度、穩(wěn)定性和可靠性，防止工件產(chǎn)生變形或定位不穩(wěn)定。

注意：支承位置應(yīng)選在有利于工件承受夾緊力和切削力的位置。4.輔助支承

輔助支承應(yīng)用實(shí)例加工面

輔助支承28

定位元件有：圓柱定位銷(xiāo)、定位心軸、圓錐銷(xiāo)。

1.圓柱定位銷(xiāo)

結(jié)構(gòu)形式及特點(diǎn)：如圖示。按與工件孔配合長(zhǎng)徑比分為長(zhǎng)、短圓柱銷(xiāo)。長(zhǎng)圓柱銷(xiāo)可限制4個(gè)自由度；短圓柱銷(xiāo)可限制2個(gè)自由度。圓柱定位銷(xiāo)典型結(jié)構(gòu)用于較小內(nèi)孔用于較大內(nèi)孔以內(nèi)孔和端面組合定位時(shí)（帶支承環(huán)）二、工件以內(nèi)孔定位時(shí)的定位元件293030

2.定位心軸結(jié)構(gòu)形式及特點(diǎn)，除圖示三種結(jié)構(gòu)外，還有花鍵心軸。限制五個(gè)自由度，限制四個(gè)自由度，限制五個(gè)自由度，a）錐形心軸（錐度1／1000-1／5000）定位心軸結(jié)構(gòu)1-導(dǎo)向部分2-傳動(dòng)部分12-定位部分b）過(guò)盈配合圓柱心軸c）間隙配合心軸（帶軸肩）3112.圓錐銷(xiāo)圖示為工件以圓孔在圓錐銷(xiāo)上定位的示意圖。固定圓錐銷(xiāo)限制工件三個(gè)移動(dòng)自由度。圖a)用于粗基準(zhǔn)定位，圖b)用于精基準(zhǔn)定位。

圓錐銷(xiāo)定位a)粗基準(zhǔn)定位用圓錐銷(xiāo)b)精基準(zhǔn)定位用圓錐銷(xiāo)32三、工件以外圓柱面定位常用的定位元件主要有：V形塊、定位套、半圓套。1.V形塊

結(jié)構(gòu)形式、特點(diǎn)及應(yīng)用，如圖示。工作面夾角常取60°、90°、120°，90°應(yīng)用最多。

用于短圓柱面。限制用于較長(zhǎng)或兩段較遠(yuǎn)圓柱面限制，工作面鑲有淬硬鋼或硬質(zhì)合金塊接觸面2-5㎜兩側(cè)為斜面用于粗基準(zhǔn)a）短V形塊b）2個(gè)短V形塊組合c）V形工作面鑲塊d）窄工作面V形塊33工件以V形塊定位應(yīng)用實(shí)例◆2個(gè)短V形塊組合定位長(zhǎng)圓柱工件34定位基準(zhǔn)的選擇定位準(zhǔn)的選擇定位基準(zhǔn)的選擇不僅影響工件的加工精度，而且對(duì)同一個(gè)被加工表面所選的定位基準(zhǔn)不同，其加工工藝路線也可能不同。因此，選擇定位基準(zhǔn)是十分重要的。加工毛坯時(shí)，只能用工件毛坯上未經(jīng)加工的表面作定位基準(zhǔn)，這種定位基準(zhǔn)稱為粗基準(zhǔn)。用已經(jīng)加工過(guò)的表面作定位基準(zhǔn)，稱為精基準(zhǔn)。35（1）粗基準(zhǔn)的選擇選擇粗基準(zhǔn)主要考慮如何保證各加工表面都有足夠的加工余量，保證不加工表面與加工表面之間的位置尺寸要求，同時(shí)為后續(xù)工序提供精基準(zhǔn)。選擇粗基準(zhǔn)的原則：①選擇不加工表面作粗基準(zhǔn)，以保證加工面與不加工面的位置尺寸要求。裝夾A面，并找正A面軸線與車(chē)床回轉(zhuǎn)中心同軸。從而保證不加工面的位置尺寸。若工件上有幾個(gè)不需加工的表面，應(yīng)選其中與加工表面間的位置精度要求較高者為粗基準(zhǔn)。36保證相互位置要求原則：如果必須保證工件上加工面與不加工面的相互位置要求，則應(yīng)以不加工面作為粗基準(zhǔn)。

外圓面1的軸線內(nèi)孔3的軸線以外圓面作為加工內(nèi)孔時(shí)的粗基準(zhǔn)37

沖壓模座的粗基準(zhǔn)選擇如圖所示，下模座上表面B是安裝其他模板的基準(zhǔn)面，要求其加工余量均勻。此時(shí)就需將上表面B作為粗基準(zhǔn)，先加工出模座的下表面A，再以下表面A作為精基準(zhǔn)加工上表面B，這時(shí)上表面B的加工余量就比較均勻，且又比較小。②選擇要求加工重要表面作粗基準(zhǔn)。3839粗基準(zhǔn)在一個(gè)定位方向上只允許使用一次例如下圖所示零件，如第一道工序以不加工外圓表面1定位，加工內(nèi)孔2，若第二道工序仍以外圓表面定位加工均布孔4，則孔4將與孔2軸線產(chǎn)生較大的平行度誤差。正確的工藝方案應(yīng)以已加工過(guò)的內(nèi)孔2定位加工均布孔4。40

如圖所示導(dǎo)套零件的加工，如果重復(fù)使用毛坯表面B定位分別加工表面A和C，必將使A、C兩表面產(chǎn)生較大的同軸度誤差，因此該零件的粗基準(zhǔn)應(yīng)選擇表面A或C。只有零件的毛坯精度較高，相應(yīng)的加工面位置精度要求不高，重復(fù)裝夾產(chǎn)生的加工誤差能控制在允許的范圍內(nèi)，這時(shí)的粗基準(zhǔn)才允許重復(fù)使用。導(dǎo)套錯(cuò)誤裝夾41（2）精基準(zhǔn)的選擇選擇精基準(zhǔn)，主要應(yīng)考慮如何減少定位誤差，保證加工精度，使工件裝夾方便可靠。選擇精基準(zhǔn)的原則：①基準(zhǔn)重合原則：選擇設(shè)計(jì)基準(zhǔn)作為定位基準(zhǔn)，避免基準(zhǔn)不重合帶來(lái)誤差。42

(a)工序簡(jiǎn)圖(b)加工示意圖(c)加工誤差

基準(zhǔn)不重合誤差示例圖

基準(zhǔn)重合安裝示意圖圖(b)定位基準(zhǔn)A與設(shè)計(jì)基準(zhǔn)B不重合。圖(c)以B面定位加工C面，使得基準(zhǔn)重合，此時(shí)尺寸a的誤差對(duì)加工尺寸c無(wú)影響，尺寸c的公差容易保證。43②基準(zhǔn)統(tǒng)一原則：選擇幾個(gè)被加工面或幾道工序都能用的定位基準(zhǔn)為精基準(zhǔn)。基準(zhǔn)統(tǒng)一，不僅可避免基準(zhǔn)變換引起的定位誤差，而且一次裝夾能加工多個(gè)表面，有利于保證各加工表面的位置精度，有利于提高生產(chǎn)率。如圖所示，選擇兩相鄰的側(cè)面做基準(zhǔn)，加工全部孔，符合基準(zhǔn)統(tǒng)一的原則。44③自為基準(zhǔn)原則：加工表面余量小而均勻時(shí)應(yīng)盡可能用加工表面自身為精基準(zhǔn)。例如，鉸刀鉸孔、無(wú)心磨床磨外圓、都是以加工表面本身為定位基準(zhǔn)。機(jī)床導(dǎo)軌精加工余量小而均勻，用百分表找正加工表面自身為基準(zhǔn)，進(jìn)行磨削加工，符合自為基準(zhǔn)原則。45采用互為基準(zhǔn)磨內(nèi)孔和外圓a)工件簡(jiǎn)圖b)磨內(nèi)孔c)在心軸上磨外圓④互為基準(zhǔn)原則：當(dāng)兩個(gè)表面之間的位置精度較高，加工余量小而均勻時(shí)，多以兩表面互為基準(zhǔn)加工。如導(dǎo)套的加工，先裝夾外圓以外圓柱面定位，磨內(nèi)孔；然后再以加工好的內(nèi)孔在芯軸上定位，磨外圓，從而達(dá)到較高的同軸度。461.夾緊裝置的組成和基本要求工件定位后將其固定，使其在加工過(guò)程中保持定位位置不變的裝置，稱為夾緊裝置47夾緊裝置的組成動(dòng)力裝置產(chǎn)生夾緊作用力的裝置傳力機(jī)構(gòu)直接與工件接觸完成夾緊作用的元件夾緊元件

1）改變作用力的方向；

2）改變作用力的大小；

3）使夾緊實(shí)現(xiàn)自鎖。作用直接與工件接觸完成加緊作用48夾緊裝置的設(shè)計(jì)原則工件不移動(dòng)原則夾緊過(guò)程中，應(yīng)不改變定位后所占據(jù)的正確位置工件不變形原則夾緊力的大小要適當(dāng)，既要保證夾緊可靠，又應(yīng)使工件產(chǎn)生加工精度不允許的變形49工件不振動(dòng)原則對(duì)剛性差的工件，或進(jìn)行斷續(xù)切削，提高支承零件和夾緊零件的剛性，避免工件和夾緊系統(tǒng)的振動(dòng)安全可靠原則夾緊傳力機(jī)構(gòu)夾緊行程應(yīng)足夠，操作方便、安全，勞動(dòng)強(qiáng)度低，生產(chǎn)效率高經(jīng)濟(jì)實(shí)用原則夾緊裝置的自動(dòng)化和復(fù)雜程度與生產(chǎn)綱領(lǐng)相適應(yīng)，有良好的工藝性和經(jīng)濟(jì)性5051夾緊力三要素：方向、大小和作用點(diǎn)確定夾緊力就要確定夾緊力的方向、作用點(diǎn)和大小確定時(shí)，應(yīng)根據(jù)工件的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、加工要求，并結(jié)合工件加工中的受力狀況及定位元件的結(jié)構(gòu)和布置方式等綜合考慮二、夾緊力的確定5152

1.夾緊力方向的確定(1)夾緊力的方向應(yīng)垂直于主要定位基準(zhǔn)面。

圖夾緊力方向的選擇522）夾緊力的作用方向應(yīng)使所需夾緊力最小5354(3）夾緊力的方向應(yīng)盡量與工件剛度最大的方向相一致，以減小工件變形。例如薄壁套筒工件，它的軸向剛度比徑向剛度大，用軸向夾緊工件，不易產(chǎn)生變形。541）夾緊力應(yīng)作用在剛度較好部位2．夾緊力作用點(diǎn)的確定5556（2）夾緊力的作用點(diǎn)應(yīng)落在定位元件的支承范圍內(nèi)，以保證工件已獲得的定位位置不變。如下圖所示，夾緊力的作用點(diǎn)不在支承元件范圍內(nèi)，產(chǎn)生了使工件翻轉(zhuǎn)的力矩，破壞了工件的定位。圖夾緊力作用點(diǎn)的位置2．夾緊力作用點(diǎn)的確定56