第一章夾具和工件的定位與夾緊1.8

機械制造工程學機械制造及其自動化研究室許虹（xuhong@）64學時（58理論+6實驗）機械制造工程學科的發(fā)展機械工業(yè)在國民經(jīng)濟中的地位機械工業(yè)的技術(shù)水平和規(guī)模（技術(shù)裝備、質(zhì)量和可靠性）是衡量一個國家科技水平和經(jīng)濟實力的重要標志。與工業(yè)發(fā)達國家比，我國機械產(chǎn)品質(zhì)量和水平不夠高、技術(shù)開發(fā)能力不夠強、科技投入少。機械制造工程學科的發(fā)展制造技術(shù)的重要性是生產(chǎn)、國際競爭、產(chǎn)品革新的重要手段；不是單純的制造工藝方法和產(chǎn)品設計；是從產(chǎn)品概念到最終產(chǎn)品的集成活動和系統(tǒng)；是功能系統(tǒng)和信息處理系統(tǒng)；美國自50年代來只重視高技術(shù)和軍用技術(shù)的發(fā)展，忽視制造技術(shù)的作用，嚴重影響了國民經(jīng)濟的競爭力；日本二次大戰(zhàn)后，狠狠抓住制造技術(shù)的關(guān)鍵——精密工程、特種加工和制造系統(tǒng)自動化，戰(zhàn)后30年里成為經(jīng)濟大國。我國制造技術(shù)經(jīng)過40多年發(fā)展，已進入發(fā)展最迅速、實力增強最快的階段。機械制造工程學科的發(fā)展機械制造科學的發(fā)展熱加工：鑄造、塑性加工、焊接、表面處理等；冷加工：零件的機械加工工藝過程和裝配工藝過程、特種加工技術(shù)等。機械制造的基礎理論；機械加工和裝配工藝過程設計、工藝裝備設計，傳統(tǒng)加工方法、特種加工方法、精密加工和超精密加工方法等；機械制造系統(tǒng)的自動化、柔性化、集成化及智能化。計算機技術(shù)、微電子技術(shù)、控制技術(shù)、傳感技術(shù)與機電一體化技術(shù)的迅速發(fā)展深刻地影響了機械制造科學；機械制造科學與管理科學結(jié)合，更豐富了機械制造科學的內(nèi)容。課程性質(zhì)和任務性質(zhì)本課程在機械制造基礎、機械設計、金工實習等課程基礎上，將機械加工基礎理論和制造過程控制、自動化與智能化加工有機結(jié)合，并適當介紹現(xiàn)代制造系統(tǒng)模式，從而形成一個較完整體系的專業(yè)技術(shù)課。任務使學生在知識結(jié)構(gòu)上既掌握基礎理論，又能了解本學科當前發(fā)展趨向，為畢業(yè)后從事機械設計制造領域的工作或進一步的學習打好基礎。

課程內(nèi)容機械加工工藝過程與工藝規(guī)程制訂夾具和工件的定位與夾緊

機械加工精度機械加工表面質(zhì)量工藝尺寸鏈成組技術(shù)制造過程自動化現(xiàn)代制造系統(tǒng)第一章夾具和工件的定位與夾緊概述工件的定位定位誤差工件的夾緊機床夾具簡介§1-1概述工件的安裝夾具的定義及組成夾具的分類機床夾具的作用工件的安裝為了在工件的某一部位上加工出符合規(guī)定技術(shù)要求的表面，在機械加工前，必須使工件在機床上或夾具中占據(jù)某一正確的位置，這個過程稱為工件的“定位”。當工件定位后，由于在加工中會受到切削力、重力等的作用，還應采用一定的機構(gòu)將工件“夾緊”，使得先前確定的位置保持不變。使工件相對于刀具和機床占有正確的加工位置（即工件的定位），并把工件壓緊夾牢，以保持這個位置在加工過程中穩(wěn)定不變（即工件的夾緊），稱為工件的安裝。工件的安裝工件的安裝方式直接找正安裝定義：工件直接裝在機床上后，用千分表或劃針盤上的劃針，以目測法校正工件位置，一邊校驗一邊找正。缺點：費時、生產(chǎn)率低、憑經(jīng)驗、對工人技術(shù)要求高。用途：單件、小批生產(chǎn)，或?qū)ぜ亩ㄎ痪纫筝^高。工件的安裝工件的安裝方式劃線找正安裝定義：工件裝在機床上后，按事先所劃的線進行找正定位。缺點：多一道工序、精度不高（0.2~0.3mm）。用途：批量較小、毛坯精度較低、不易用夾具的大型工件的粗加工。工件的安裝工件的安裝方式采用夾具安裝定義：一批工件逐一安裝在已預先調(diào)整好位置的夾具上，依靠夾具在機床上與刀具間正確的相對位置定位。優(yōu)點：批量生產(chǎn)時，不必逐個找正定位、省事省時。用途：成批、大量生產(chǎn)。夾具的定義及組成夾具的概念在機械加工過程中，依據(jù)工件的加工要求，使工件相對機床、刀具占有正確的位置，并能迅速、可靠地夾緊工件的機床附加裝置，稱為機床夾具，簡稱為夾具。夾具的定義及組成夾具的組成定位元件：保證工件在夾具中處于正確位置的元件。夾緊裝置：保持工件在加工過程中不因外力而改變其正確位置的裝置，包括夾緊機構(gòu)和動力源。定位元件夾緊裝置夾具的定義及組成夾具的組成對刀——導引元件：保證刀具與工件夾工表面有準確的相對位置的元件。連接元件：保證夾具相對于機床有正確位置的元件。連接元件對刀－引導元件夾具的定義及組成夾具的組成夾具體：連接夾具各個組成部分為一整體，并使各元件間具有正確相互位置的基礎件。其它裝置：其它裝置包括按照加工要求所設置的一件或多件裝置，如分度裝置、上下料裝置等。夾具體夾具的定義及組成定位元件夾緊裝置夾具體連接元件對刀－引導元件夾具的分類按使用特點分類通用夾具指與通用機床配套，并作為其附件的夾具，如車床的三爪自定心卡盤、銑床的機床用平口虎鉗、分度頭等。專用夾具為某一工件的某道工序?qū)ｉT設計制造的夾具，專用夾具適用于產(chǎn)品固定、工藝相對穩(wěn)定、批量大的加工過程。組合夾具在夾具零部件標準化的基礎上，針對不同的加工對象和加工要求，拼裝而成的夾具。組合夾具組裝迅速，周期短，能重復使用，適用于多品種、小批量生產(chǎn)或新產(chǎn)品試制。成組夾具在成組加工中適用于一組同類零件的夾具，經(jīng)過調(diào)整或更換、增加一些元件，可用來定位、夾緊一組零件。隨行夾具用于自動線上的夾具。工件安裝在隨行夾具上，由運輸裝置送往各機床，并在機床工作臺或機床夾具上定位、夾緊。夾具的分類按使用機床分類車床夾具、銑床夾具，鉆床夾具、磨床夾具等。按動力源分類手動夾具、氣動夾具、液壓夾具、氣液夾具、電動夾具，電磁夾具和真空夾具等。機床夾具的作用保證加工精度對工件形狀復雜、加工精度要求高時，設計專用機床夾具就能很順利地達到加工精度要求。提高生產(chǎn)率，降低生產(chǎn)成本使用專用機床夾具可以提高單位時間的產(chǎn)量，降低單件工時，減少輔助時間，可大大提高生產(chǎn)效率。減輕勞動強度使用專用機床夾具可減輕和改善勞動條件，降低對工人操作技術(shù)水平的要求，保證安全。擴大機床的工藝范圍使用專用機床夾具可以完成機床本身所不能完成的任務，如以車代鏜，在普通銑床上使用靠模可代替靠模銑床加工成形表面。§1—2工件的定位工件定位使工件在機床上（或夾具中）占有加工所要求的正確的位置，也就是使它相對于刀具有正確的相對位置。工件定位的基本原理工件的“六點定位原則”要使工件完全定位（即工件在空間的位置被唯一地確定），就必須限制工件在空間的六個自由度。定位與夾緊的區(qū)別定位是限制工件的自由度，使工件在機床上（或夾具中）獲得加工所要求的正確位置。夾緊是使工件在外力作用下不能運動，以便在加工過程中保持原有的位置。夾緊并不意味著工件的所有自由度都被限制。常用定位元件所能限制的自由度常用定位元件所能限制的自由度常用定位元件所能限制的自由度常用定位元件所能限制的自由度常用定位元件所能限制的自由度常用定位元件所能限制的自由度常用定位元件所能限制的自由度常用定位元件所能限制的自由度在定位分析中的幾類情況完全定位限制了工件全部六個自由度，稱為工件的“完全定位”。不完全定位工作中允許的少于六點的定位稱為“不完全定位”，或“部分定位”。在定位分析中的幾類情況欠定位工件的定位支承點數(shù)少于應限制的自由度數(shù)，稱為“欠定位”，欠定位是不允許的。在定位分析中的幾類情況過定位

工件的某一個自由度同時被兩個或更多的定位支承點重復限制，稱為“過定位”，也叫“重復定位”。實例分析分析以下各定位方案中各定位元件所消除自由度實例分析實例分析實例分析實例分析實例分析實例分析實例分析定位方式工件以平面定位工件以外圓定位工件以內(nèi)孔定位工件以組合表面定位工件以平面定位定位形式：支承定位定位元件（即支承件）基本支承：用來限制工件的自由度，即是真正具有獨立定位作用的定位元件。固定支承、可調(diào)支撐承、自位支承。輔助支承：用來增加工件的支承剛性，不起限制工件自由度的作用?；局С泄潭ㄖС兄С嗅敗嘤米鞴ぜ矫娑ㄎ坏娜c支承或側(cè)面支承，其結(jié)構(gòu)形式有平頭、圓頭、網(wǎng)紋頂面三種。支承板——多用于工件上已加工平面的定位?；局С锌烧{(diào)支承主要用于工件上未經(jīng)機械加工的定位面，當工件毛坯尺寸有較大變化時，每更換一批毛坯，就要調(diào)節(jié)一次。基本支承自位支承又稱“浮動支承”，與工件接觸的點能隨工件定位面形狀自行浮動的支承，每一個自位支承一般只相當于一個定位點，即限制一個自由度。通常用在剛度不足的毛坯平面或不連續(xù)表面的定位中。輔助支承工件剛度較差，按六點定位原則定位夾緊后，仍發(fā)生變形或振動。在基本支承外另加輔助支承，提高安裝剛度和穩(wěn)定性。輔助支承不應限制工件的自由度，或破壞工件原來已經(jīng)限制的自由度。工件以外圓定位定位形式：定心定位，支承定位。定位元件V形塊：不僅用于完整的外圓面定位，也常應用在不完整的外圓面要求對中性好的定位。工件以外圓定位定位套筒定位套筒方法，元件結(jié)構(gòu)簡單，但定心精度不高。工件以外圓定位剖分套筒剖分套筒為半圓孔定位，主要適用于大型軸類零件的精密軸頸定位。外圓定心夾緊機構(gòu)如三爪卡盤，彈簧夾頭等。

工件以內(nèi)孔定位定位形式：定心定位定位元件定位銷剛性心軸內(nèi)圓定心夾緊機構(gòu)工件以組合表面定位以軸心線平行的兩孔定位工件以兩孔定位的方式，在生產(chǎn)中普遍用于各種板狀、殼體、杠桿等零件，例如機床主軸箱、發(fā)動機缸體都用此法定位加工。工件以組合表面定位以軸心線平行的兩外圓表面定位以一個孔和一個平行于孔中心線的平面定位工件定位誤差定位誤差：工件在定位時不準確引起的位置誤差。工件在夾具中位置由定位元件確定，工件上的定位基準與夾具上的定位元件相接觸（相配合），工件的位置便確定?！ぜ校鱾€工件之間的相應表面，彼此在形狀、位置及表面狀況在一定公差變動范圍，定位元件具有一定的公差和使用中磨損，工件雖已定位，一批工件的每個具體表面，還會有一定的位置變動量，即定位時的位置誤差。定位誤差的產(chǎn)生原因基準不重合誤差由于定位基準和設計基準不重合引起的定位誤差。基準位移誤差由于夾具定位元件和工件定位基準本身有制造誤差，使工件被加工表面的設計基準在加工尺寸方向上產(chǎn)生變動而形成的定位誤差。定位誤差的計算基準不重合誤差的計算STEP1：畫出被加工零件定位時的兩個極限尺寸的位置。STEP2：從圖形中的幾何關(guān)系，找出零件圖上被加工尺寸之設計基準的最大變動量（最大值與最小值之差），即為基準不重合誤差。

定位誤差的計算基準位移誤差的計算基準位移誤差等于在工件加工尺寸方向上設計基準的最大變動量。

例題例：求工件用Ｖ形塊定位時的定位誤差計算三批直徑為的軸，在Ｖ形塊上定位銑平面，加工表面的設計尺寸，有三種不同的標注方法：用Ｖ形塊定位時的定位誤差(a)要求保證上母線到加工面尺寸H1，即設計基準為B；(b)要求保證下母線到加工面尺寸H2,即設計基準為C；(c)要求保證軸心線到加工面尺寸H3，即設計基準為O；例題解：尺寸H1的定位誤差：當工件從最小直徑變到最大直徑，這時設計基準的最大變動量為B1B2這就是尺寸H1的定位誤差，由圖中幾何關(guān)系可求出其大小為：尺寸H2的定位誤差：當工件從最小直徑變到最大直徑，這時設計基準的最大變動量為C1C2這就是尺寸H2的定位誤差，由圖中幾何關(guān)系可求出其大小為：尺寸H3的定位誤差：當工件從最小直徑變到最大直徑，這時設計基準的最大變動量為O1O2這就是尺寸H3的定位誤差，由圖中幾何關(guān)系可求出其大小為：保證加工精度得以實現(xiàn)的條件影響加工精度的誤差因素定位誤差、夾具的有關(guān)制造誤差、夾具安裝誤差、加工誤差。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范圍δ工件之內(nèi)，即：ε定位+ε制造+ε安裝+ε加工=δ工件此不等式即為保證規(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。

工件的夾緊工件夾緊的基本要求典型夾緊機構(gòu)動力夾緊裝置工件的夾緊的基本要求夾得穩(wěn)

不能破壞工件的正確定位；夾緊機構(gòu)的動作應平穩(wěn)，有足夠的剛度和強度。夾得牢

夾緊力要合適，過小易使工件移動或振動，過大則會使工件變形或損傷，影響加工精度。夾緊機構(gòu)要有自鎖作用，即原始作用力去除后，工件仍能保持夾緊狀態(tài)不松開。夾得快

夾緊機構(gòu)應簡單、緊湊、操作時安全省力，迅速方便，以減輕勞動強度，縮短輔助時間，提高生產(chǎn)效率。夾緊原理夾緊力三要素方向作用點（數(shù)量和位置）大小夾緊原理夾緊力方向確定的原則夾緊力作用方向應不破壞工件定位的準確性，一般主要夾緊力應垂直指向主要定位面；夾緊力方向應盡量與工件剛度最大方向一致，以使工件變形盡可能??；夾緊方向應盡可能與切削力、工件重力方向一致，以減小所需夾緊力。夾緊原理夾緊力的作用點在夾緊力方向已定情況下，夾緊元件與工件相接觸的部位和數(shù)目。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