第三節(jié) 機床夾具定位機構的設計

第三節(jié)機床夾具定位機構的設計1---定位原理分析補充：工件的裝夾1、工件裝夾的概念

在機床上對工件進行加工時，為了保證加工表面相對于其他表面的尺寸和位置精度，首先需要使工件在機床上占有準確的位置，并在加工過程中承受各種力的作用而始終保持這一準確位置不變。

定位：使工件獲得正確的加工位置

夾緊：固定工件的正確加工位置定位夾緊的過程統(tǒng)稱為工件的裝夾。

工件的裝夾的方式有：先定位后夾緊和夾緊過程中同時實現(xiàn)定位兩種2、工件裝夾的方法方法一：找正安裝法直接找正法和劃線找正法方法二：夾具安裝

采用第一種方法裝夾工件時，一般要先按圖樣要求在工件表面劃線，劃出加工表面的尺寸和位置，裝夾時用劃針或百分表找正后再夾緊。這種方法無需專用裝備，但效率低，一般用于單件和小批生產。批量較大時，大都采用夾具裝夾工作

直接找正安裝毛坯孔加工線找正線劃線找正安裝直接找正裝夾——

精度高，效率低，對工人技術水平要求高劃線找正裝夾——精度不高，效率低，多用于形狀復雜的鑄件3、定位的概念

定位：工件加工前，在夾具中占據(jù)“確定”、“正確”加工位置的過程?；蛘哒f：一批工件先后裝到夾具中，都能占據(jù)一致正確加工位置的過程。注：本節(jié)主要講什么是“確定”、“正確”的加工位置。

基準定位基準工序基準裝配基準測量基準設計基準工藝基準用于確定零件上其它點、線、面位置所依據(jù)的那些點、線、面。設計圖樣上所采用的基準就是設計基準。（圖）在加工時用于工件定位的基準，稱為定位基準。（圖）1、粗基準2、精基準3、輔助基準4、主要基準5、附加基準在加工中或加工后用來測量工件時采用的基準在裝配時用來確定零件或部件在產品中相對位置所采用的基準在工序圖上使用的基準。加工、測量、裝配過程中使用的基準。4、基準的相關概念圖2鉆套的設計基準圖3齒輪的裝配基準圖4工件鉆孔工序簡圖一、六點定位原理：工件在沒有采取定位措施之前，與空間自由狀態(tài)的剛體相似，每個工件在夾具中的位置可以是任意的、不確定的。存在6個方向的自由度一、六點定位原理：

六點定位原理是指用六個適當分布支撐點來分別限制工件的六個自由度，從而使工件在空間得到確定位置的方法。六點定位原理的四點說明1、“點”的含義：“點”表示對自由度的限制，與直接接觸點不同2、支承點必須適當分布三個支承點在一直線上沒有限制三個自由度六點定位原理的四點說明3、夾具上的定位元件與工件的定位基準始終保持緊密接觸或配合，才能起到限制自由度的作用。六點定位原理的四點說明4、定位與夾緊的概念應分清將夾具上定位元件抽象轉化為相應的定位支承點，每個支承點限制某一方面的自由度，并不是說工件已失去了在該方面移動或轉動的可能性。這種可能性需要用夾緊裝置來限制。六點定位原理的四點說明2006-2162）六點定位原則中“點”的含義是限制自由度，不要機械地理解成接觸點。例如，下圖所示板狀工件安放工作臺上限制了3個自由度，是三點定位。實際上，工件與工作臺面接觸點可能有多個。

2006-217定位是工件在夾具中獲得正確的位置；夾緊是保證定好的位置不因外力的作用而發(fā)生改變。例如，板狀工件安放在平面磨床的磁性工作臺上，扳動磁性開關后，工件即被夾緊，其位置就被固定。但工件放在工作臺什么位置上并不確定，既可以放在1的位置上，也可以放在2的位置上。

二、由工件加工要求確定工件應限制的自由度數(shù)生產現(xiàn)場

應該限制:Y、Z方向的移動X、Y、Z的轉動舉一反三考考你

應該限制:X、Y、Z方向的移動X、Y、Z的轉動2006-220小結：

工件定位時，影響加工精度要求的自由度必須限制，不影響加工精度要求的自由度可以限制也可不限制，視加工時的具體情況而定。

因此，按照工件加工要求確定工件必須限制的自由度數(shù)是工件定位中應解決的首要問題。三、定位的分類

大端面限制:X方向的移動Y、Z的轉動

短銷限制:Y、Z方向的移動

防轉銷限制:X方向轉動1、完全定位：定位元件限制的自由度＝6個

應該限制:Y、Z方向的移動Y、Z的轉動2、不完全定位：①定位元件限制的自由度<6個②定位元件限制的自由度≥工件所需限制的自由度完全定位與不完全定位ZYXa）ZYXb）ZYXc）ZYXd）圖2-15工件應限制的自由度2006-226工件定位時，以下幾種情況允許采用不完全定位

1、加工通孔或通槽時，沿貫通軸的位置自由度可不限制。

2、毛坯（本工序加工前）是軸對稱時。

3、繞對稱軸的轉動自由度可不限制。

4、加工貫通的平面時，除可不限制沿兩個貫通軸的位置自由度外，還可不限制繞垂直加工面的軸的角度自由度。3、欠定位工件所需限制的自由度沒有全部限制。欠定位不能保證工件的正確安裝，因而是不允許的。圖2-16欠定位示例XZYa）b）BBB4、過定位

過定位——工件某一個自由度（或某幾個自由度）被兩個（或兩個以上）約束點約束，稱為過定位。

過定位分析（桌子與三角架）圖2-17過定位分析4、過定位

過定位是否允許，要視具體情況而定：1）如果工件的定位面經(jīng)過機械加工，且形狀、尺寸、位置精度均較高，則過定位是允許的。有時還是必要的，因為合理的過定位不僅不會影響加工精度，還會起到加強工藝系統(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)過機械加工，但加工精度不高，這時過定位一般是不允許的，因為它可能造成定位不準確，或定位不穩(wěn)定，或發(fā)生定位干涉等情況。2006-231

第三節(jié)機床夾具定位機構的設計2---典型表面的定位方法圖2.12輔助支承應用實例

圖2.13輔助支承應用實例如下2.20(a)圖固定式定位銷，中批量以下生產用如下2.20(b)圖可換式定位銷，大批量以上生產用；圖2.15剛性心軸圖a動配合心軸圖b靜配合心軸小結1、平面定位支承釘支承板2、圓孔定位圓柱銷圓錐銷心軸3、外圓定位

V形塊4、圓錐孔定位頂尖組合定位中各定位元件限制自由度分析組合定位：工件以兩個或兩個以上定位基準的定位，稱為組合定位。一、判斷準則1）轉動不變2）移動若不重復，則不變若重復，則重新判斷①根據(jù)限制自由度的多少，選定首參和次參②首參不變③移動次參，看工件能否轉動。若工件不能轉動，則該移動不能轉換；若工件能轉動，則該移動轉換為轉動。二應用舉例例1

如圖2.28工件以兩孔一面在兩銷一面上定位，分析各元件限制的自由度。圖2.28兩銷一面過定位及其改進圖2.29三個V形塊組合定位分析例2：如圖2.29工件以外圓柱在3個短V形塊上定位，分析各元件限制的自由度。例3：如圖2.30工件以內孔面、平面在圓柱銷、支承平面上定位，分析各元件限制的自由度

例4：如圖2.31工件以兩頂尖孔在兩頂尖上定位，分析各元件限制的自由度。圖2.31兩頂尖組合定位分析例5

如圖2.32工件以外圓柱在兩V形塊上定位，分析各元件限制的自由度。

圖2.32V形塊組合定位分析右－V1、左－V2三、組合定位中重復定位現(xiàn)象的消除方法⑴如下2.33圖使定位元件沿某一坐標軸可移動，來消除其限制沿該坐標軸移動方向自由度的作用。⑵如下2.34圖采用自位支承結構，消除定位元件限制繞某個(或兩個)坐標軸轉動方向的自由度的作用。⑶改變定位元件的結構，消除重復限制自由度的支承，把圓柱銷改為削邊銷就是典型的例子。

⑷提高定位基準之間、定位元之間的位置精度，避免重復定位的干涉。

第三節(jié)機床夾具定位機構的設計3---定位誤差的分析計算工件加工誤差的組成1、裝夾誤差把工件裝夾到夾具上，工件位置不準確在工件上產生的加工誤差。（1）定位誤差（2）夾緊誤差（一般近似為零）2、對定誤差夾具在機床上安裝位置不準確和夾具于刀具相對位置不準確，在工件上產生的加工誤差。（1）夾具位置誤差（2）夾具對刀誤差3、過程誤差加工過程中的磨損、變形、振動等因素造成工件上產生的加工誤差。屬于隨機變量，無法量化。誤差不等式：一般人為取：基準與定位副

基準：用來確定生產對象上的幾何要素之間的幾何關系所依據(jù)的那些點、線、面。

基面：基準不一定具體可見（如孔的中心線等），在零件上通常是通過有關具體表面表現(xiàn)出來的，這些表面稱為基面。1、基準與基面2、工序基準與定位基準

工序基準：在工序圖上用來確定本工序所加工表面的尺寸和形狀位置的基準。

定位基準：在加工中可用作定位的基準。3、定位基準（定位基面）與限位基準（限位基面）

定位基準（定位基面）在工件上限位基準（限位基面）在定位元件上4、定位副

將定位基面與限位基面合稱為定位副定位誤差（△D）是指由于定位不準而造成的加工誤差。定位誤差基準位移誤差(△Y)

基準不重合誤差(△B)

定位誤差的概念：定義：定位基準相對于限位基準的變動范圍在加工尺寸上的投影定義：工序基準與定位基準之間的聯(lián)系尺寸的公差在加工尺寸上的投影基準位移誤差△jw

(△Y)

：由于定位副的制造誤差使得定位基準在加工尺寸方向上的最大位移變動量。是由工件定位面和夾具定位元件的制造誤差以及兩者之間的間隙所引起。基準不重合誤差△jb

（△B）:由于工序基準與定位基準不重合導致的工序基準在加工尺寸方向上的最大位置變動量;其大小等于工序基準與定位基準間聯(lián)系尺寸在加工尺寸方向上的變動量（公差）?；鶞什恢睾险`差示例工序尺寸h1：基準不重合誤差ΔB為工序尺寸H1：基準不重合誤差ΔB為工序尺寸h2：基準不重合誤差ΔB為

定位誤差包括基準不重合誤差和基準位移誤差1）基準不重合誤差△jb

其大小等于設計基準與定位基準間聯(lián)系尺寸在加工尺寸方向上的變動量（公差）。一次安裝加工兩孔A和B，孔B在X方向定位基準C與設計基準A不重合，基準不重合誤差為聯(lián)系尺寸22的公差0.2基準不重合誤差示例基準不重合誤差示例基準不重合誤差的計算公式——定位基準與工序基準間的尺寸鏈組成環(huán)的公差(mm)；——的方向與加工尺寸方向間的夾角（°）。當定位基準的變動方向與工序尺寸的方向相同時，基準位移誤差等于定位基準的變動范圍，即：當定位基準的變動方向與工序尺寸的方向不同時，基準位移誤差等于定位基準的變動范圍在加工尺寸方向上的投影，即:

式中Δi為定位基準的變動范圍。2）基準位移誤差ΔY

定位誤差的計算

由于定位誤差ΔD是由基準不重合誤差和基準位移誤差組合而成的。因此在計算定位誤差時，先分別算出ΔB和ΔY，然后將兩者組合而得ΔD。組合時可有如下情況：

（1）ΔY≠0，ΔB＝0時，ΔD＝ΔY

（2）ΔY＝0，ΔB≠0時，ΔD＝ΔB

（3）ΔY≠0，ΔB≠0時，如果工序基準不在定位基面上：ΔD＝ΔB＋ΔY

如果工序基準在定位基面上：ΔD＝ΔB±ΔY

“＋”、“－”的判別方法為：

接觸點和工序基準相對于定位基準同負異正（或者：定位基準與工序基準的變動方向相同取“+”號，相反取“-”號。）三、單個典型表面定位誤差計算：以平面定位時的定位誤差：

工件以平面定位時，定位基面的位置可以看成是不變動的，因此基準位移誤差為零，即工件以平面定位時

ΔY=0例

如下圖所示，以A面定位加工φ30H7孔，求加工尺寸32±0.05mm的定位誤差。定位誤差分析：(a)圖工序基準為C面、定位基準為A面，工序基準與定位基準不重合(聯(lián)系尺寸L)，

有ΔB≠0，

通過尺寸鏈計算，L公差為0.05，ΔB=0.05，平面定位ΔY=0；所以ΔD＝ΔB=0.05例：如圖2.43兩種方案銑平面，試分析定位誤差。定位誤差分析：(a)圖工序基準為A面、定位基準為B面，工序基準與定位基準不重合，

有ΔB≠0，平面定位ΔY=0；ΔD＝ΔB（=0.28）

(b)圖工序基準為A面、定位基準為A面，工序基準與定位基準重合，

有ΔB=0，平面定位ΔY=0；ΔD＝0例3.如下圖所示，以A面定位加工φ20H8孔，求加工尺寸40±0.1mm的定位誤差。

解：設計基準B與定位基準A不重合，因此將產生基準不重合誤差。

Δdw=0.15mm2.以內孔在圓柱心軸上定位時的定位誤差：定位心軸水平放置：（單邊接觸）2.以內孔在圓柱心軸上定位時的定位誤差：定位心軸垂直放置：③定位心軸與圓孔過盈配合時：若孔與銷兩者的安裝不能保證單方向接觸時，則整批工件在同一銷上單位時，其定位孔的軸線在空間的變動范圍將會擴大一倍，基準位置誤差的最大值應為：以定位心軸水平放置時為例：定位誤差分析：工序尺寸為H1：定位基準（軸線）與工序基準（軸線）重合，ΔB=0，基準位移誤差ΔY=（TD+Td）/2，定位誤差ΔD=ΔY工序尺寸為H2：定位基準（軸線）與工序基準（基面上部）不重合，ΔB=TD/2，基準位移誤差ΔY=（TD+Td）/2，定位誤差ΔD=ΔY-ΔB=Td/2工序尺寸為H3：定位基準（軸線）與工序基準（基面下部）不重合，ΔB=TD/2，基準位移誤差ΔY=（TD+Td）/2，定位誤差ΔD=ΔB+ΔY工序尺寸為H4：定位基準（軸線）與工序基準（外圓面下部）不重合，ΔB=Td1/2，基準位移誤差ΔY=（TD+Td）/2，定位誤差ΔD=ΔB+ΔY例：如圖加工通槽，保證30°±20′計算定位誤差定位誤差分析：工序尺寸為角度30°±20′：定位基準（兩孔軸線連線）與工序基準（孔軸線與A連線）不重合，ΔB=10′，基準位移誤差ΔY=？，定位誤差ΔD=ΔY+ΔBΔY=（0.027+0.034）/60*（180/π）=0.05825°=3.5

′ΔD=10′+3.5′=13.5′對于90°±5′這個工序尺寸，ΔD=3.5′（為什么？）3.以外圓在V形塊上定位時的定位誤差：基準位移誤差：3.以外圓在V形塊上定位時的定位誤差：對于尺寸H1：定位誤差分析：工序尺寸為H1：定位基準（外圓軸線）與工序基準（外圓軸線）重合，ΔB=0，基準位移誤差ΔY=？，定位誤差ΔD=ΔY3.以外圓在V形塊上定位時的定位誤差：對于尺寸H2：定位誤差分析：工序尺寸為H2：定位基準（外圓軸線）與工序基準（外圓下部表面）不重合，ΔB=TD/2，基準位移誤差ΔY=0.707TD，定位誤差ΔD=ΔY-ΔBΔD=ΔY-ΔB=0.207TD3.以外圓在V形塊上定位時的定位誤差：對于尺寸H3：定位誤差分析：工序尺寸為H3：定位基準（外圓軸線）與工序基準（外圓下部表面）不重合，ΔB=TD/2，基準位移誤差ΔY=0.707TD，定位誤差ΔB=ΔY+ΔBΔD=ΔY+ΔB=1.207TD三種α角的V形塊，在不同標注工序尺寸時的定位誤差值（1）當工序尺寸由下素線注出，其定位誤差最?。划敼ば虺叽缬缮纤鼐€注出，其定位誤差最大。（2）V形塊工作夾角α角越大，其垂直方向定位誤差值越小。例：如圖2.52加工通槽，已知d1=、d2=、兩圓同軸度0.02，保證對稱度0.1、A=，分析計算定位誤差。定位誤差分析：工序尺寸為A：定位基準（小軸外圓軸線）與工序基準（大軸外圓下部表面）不重合，ΔB=Td2/2+同軸度0.02=0.0325，基準位移誤差ΔY=0.707Td1=0.0148，定位誤差ΔD=ΔY+ΔB=0.0473工序尺寸對稱度：定位基準（小軸外圓軸線）與工序基準（大軸外圓下部表面）不重合ΔB=同軸度0.02=0.02，基準位移誤差ΔY=0，定位誤差ΔD=ΔB=0.02例.如下圖所示，用角度銑刀銑削斜面，求加工距離尺寸為39±0.04mm的定位誤差。解：ΔB=0mm（定位基準與G工序基準重合ΔY=0.707Tdcosβ=(0.707×0.04×0.866)mm=0.024mmΔD=ΔY=0.024mm4、組合定位時定位誤差的分析計算

基準不重合誤差的計算與前方法相同，下面重點分析基準位移誤差的計算。（1）工件以一面兩孔組合定位時的定位誤差計算在加工箱體、支架類零件時，常用工件的一面兩孔定位，以使基準統(tǒng)一。這種組合定位方式所采用的定位元件為支承板、圓柱銷和菱形銷。工件以平面作為主要定位基準，限制三個自由度，圓柱銷限制二個自由度，菱形銷限制一個自由度。菱形銷作為防轉支承，其長軸方向應與兩銷中心連線相垂直。D1D2d2d1一面兩孔定位誤差產生的情形D1D2d2d1ΔD2ΔD1一面兩孔定位誤差的分析計算①平行于兩銷連線方向的尺寸該自由度由圓柱銷1限制△Y1=△D1+△d1+△1min=△1max=

②當加工要素位于兩孔之外時，轉動θ1后誤差最大；

③當加工要素位于兩孔之間時，轉動θ2后誤差最大；

例：如圖2.50工件以兩孔一面在兩銷一面上定位加工孔，試設計兩銷直徑并進行定位誤差分析〔10H7(+0.015)〕。

解：

1)銷1布右孔d1=10g6=△1=0.0052)∵LK±△K=70±0.05(工件)∴LJ±△J=70±0.02（夾具）3)查表2.1b=4△2=2b/D2（△k＋△J－△1/2）

=8/10×(0.05+0.02－0.005/2)=0.054

d2=(10－0.054)h6=

對30：△B=0△Y=△Y1=0.015+0.009+0.005=0.029∴△D=0.0294)定位誤差分析對20：△1max=0.029△2max=