第3章 工件在夾具中的定位與夾緊

1、3.1 工件的定位3.2 工件的夾緊3.3 夾具的連接元件、對(duì)刀裝置和引導(dǎo)元件3.4 常見機(jī)床夾具,工件在夾具中的 定位與夾緊,第3章,3.1 工件的定位,工件定位目的：使同批工件在機(jī)床或夾具上有正確位置,工件的定位方法 (1)直接找正定位 效率低，適于單件小批生產(chǎn)和定位精度要求較高的情況,(2)劃線找正定位 適于單件小批生產(chǎn)或毛坯精度較低、大型工件粗加工,(3)夾具中定位 效率高，易保證質(zhì)

2、量，廣泛用于批量生產(chǎn),2. 工件的定位,(1)六點(diǎn)定位原理 未定位工件在空間有六個(gè)自由度， 定位就是限制其自由度。,合理布置六個(gè)定位支承點(diǎn)，使工件上的定位基面與其接觸，一個(gè)支承點(diǎn)限制工件一個(gè)自由度，使工件六個(gè)自由度被完全限制，在空間得到唯一確定的位置，此即六點(diǎn)定位原理。,實(shí)際中一個(gè)定位元件可體現(xiàn)一個(gè)或多個(gè)支承點(diǎn)， 視具體工作方式及其與工件接觸范圍大小而定,定位與夾緊的區(qū)別： 定位是使工件占有一個(gè)正確的位置，夾緊是使工

3、件保持這個(gè)正確位置。,(2)完全定位與不完全定位工件的六個(gè)自由度被完全限制的定位稱完全定位，允許少于六點(diǎn)的定位稱為不完全定位。都是合理的定位方式。,考慮定位方案時(shí)，先分析必須消除哪些自由度，再以相應(yīng)定位點(diǎn)去限制。,(3)欠定位與過(guò)定位工件應(yīng)限制的自由度未被限制的定位，為欠定位，在實(shí)際生產(chǎn)中是絕對(duì)不允許的。工件一個(gè)自由度被兩個(gè)或以上支承點(diǎn)重復(fù)限制的定位稱為過(guò)定位或重復(fù)定位。一般來(lái)說(shuō)也是不合理的。,過(guò)定位造成的后果：

4、（1）使工件或夾具元件變形，引起加工誤差；（2）使部分工件不能安裝，產(chǎn)生定位干涉（如一面兩銷） 過(guò)定位一般是不允許的，但在精加工時(shí)也可看到。,消除過(guò)定位及其干涉的途徑： 1. 改變定位元件結(jié)構(gòu)，消除對(duì)自由度的重復(fù) 限制，如長(zhǎng)銷改成短銷；,2. 提高工件定位基面之間的位置精度，提高 夾具定位元件之間的位置精度，減少或消 除過(guò)定位引起的干涉，精加工時(shí)可增加剛 度和定位穩(wěn)定性。,3. 常見定位方法與定位元件

5、 (1) 工件以平面定位,1) 固定支承（支承釘、支承板）,1) 固定支承（支承釘、支承板）,2) 可調(diào)支承 多用于毛面定位，每批調(diào)整一次，以補(bǔ)償各批 毛坯誤差,3) 自位支承支承本身可隨工件定位基準(zhǔn)面的變化而自動(dòng)適應(yīng)，一般只限制一個(gè)自由度，即一點(diǎn)定位。,4) 輔助支承 在工件定位后才參與支承的元件，不限制自由度， 主要用于提高工件的剛度和定位穩(wěn)定性。,(2) 工件以圓孔定位 1）定位銷 分

6、固定式和可換式，圓柱銷和菱形銷,2）圓錐銷 常用于工件孔端的定位，可限制三個(gè)自由度,3）定位心軸 主要用于盤套 類零件的定位,圓孔定位分析,(3) 工件以外圓表面定位 1）定位套筒,2）半圓定位座 常用于大型軸類工件的定位,3）V形塊定位 結(jié)構(gòu)尺寸已標(biāo)準(zhǔn)化，斜面夾角有60°90°120°,4）外圓定心夾緊 三爪卡盤、雙V形鐵定心夾緊、彈簧夾頭,外圓定位分析,圓錐孔定位分析,(5)

7、 組合表面定位 1）一個(gè)平面和與其垂直的兩個(gè)孔組合,,這種定位屬于過(guò)定位,解決辦法是：將銷2做成削邊銷,2）一平面和與其垂直的兩外圓柱面組合,3）一孔和一平行于孔中心線的平面組合,,（1）基準(zhǔn)分類 1）設(shè)計(jì)基準(zhǔn),4.定位基準(zhǔn)的選擇,,2）工藝基準(zhǔn) ① 工序基準(zhǔn) 工序圖上用來(lái)確定本工序所加工 表面加工后的尺寸、形狀、位置的基準(zhǔn) ② 定位基準(zhǔn) a.粗基準(zhǔn)和精基準(zhǔn) b.附加基準(zhǔn) ③ 測(cè)量基準(zhǔn)

8、 ④ 裝配基準(zhǔn),基準(zhǔn)分類歸納如下：,,,,,在保證得到所選精基準(zhǔn)的前提下確定粗基準(zhǔn) 選擇粗基準(zhǔn)一般應(yīng)遵循以下原則： 1）選擇不加工面為粗基準(zhǔn) 2）合理分配加工余量的原則 3）便于工件裝夾原則 4）同方向上粗基準(zhǔn)不得重復(fù)使用,（2）粗基準(zhǔn)的選擇,主要應(yīng)保證加工精度和裝夾方便選擇精基準(zhǔn)一般應(yīng)遵循以下原則： 1）基準(zhǔn)重合原則 設(shè)計(jì)(

9、工序)與定位 2）基準(zhǔn)統(tǒng)一原則 各工序的基準(zhǔn)相同 3）互為基準(zhǔn)原則 兩表面位置精度高 4）自為基準(zhǔn)原則 加工余量小而均勻,（3）精基準(zhǔn)的選擇,5. 定位誤差的分析計(jì)算 定位誤差概念 指一批工件在夾具中定位時(shí)，工件的設(shè)計(jì)基準(zhǔn)（或工序 基準(zhǔn)）在加工尺寸方向上的最大變動(dòng)量，以△dw 表示。,成批加工工件時(shí)，夾具相對(duì)機(jī)床的位置及切削運(yùn)動(dòng)的行程調(diào)定后不再變動(dòng)，可認(rèn)為加工面的位置是固定的。但因

10、一批工件中每個(gè)工件在尺寸形狀及表面相互位置上均存在差異，所以定位后各表面有不同的位置變動(dòng)。,定位誤差包括基準(zhǔn)不重合誤差和基準(zhǔn)位移誤差,1）基準(zhǔn)不重合誤差△B 其大小等于設(shè)計(jì)基準(zhǔn)與定位基準(zhǔn)間聯(lián)系尺寸在加工尺寸方向上的變動(dòng)量（公差）。,一次安裝加工兩孔A和B，孔B在X方向定位基準(zhǔn)C與設(shè)計(jì)基準(zhǔn)A不重合，基準(zhǔn)不重合誤差為聯(lián)系尺寸22的公差0.2,2）基準(zhǔn)位移誤差△Y 是指工件的定位基準(zhǔn)在加工尺寸方 向上的變動(dòng)量。由工件定

11、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。,常見定位方式定位誤差計(jì)算,(1) 以平面定位時(shí)的定位誤差計(jì)算,(2)以圓孔定位時(shí)的定位誤差計(jì)算,平面度誤差很小，定位副制造不準(zhǔn)確誤差可忽略，所以定位誤差主要由基準(zhǔn)不重合引起。,① 工件孔與定位心軸無(wú)間隙配合，不存在定位副制造 不準(zhǔn)確誤差，定位精度較高。,② 工件單向靠緊定位，如定位心軸水平放置，或在夾 緊力作用下單向推移工件靠緊定位。,定位心軸水平放置,單向推移

12、工件靠緊定位,,A,孔 Dmax=D+TD Dmin=D 軸 dmax=d dmin=d- Td,O1Omax= OA-O1A=(D+TD)/2-(d- Td) /2 O1Omin= D/2-d/2 因基準(zhǔn)位移造成的加工誤差為： △jw= O1Omax- O1Omin=(TD + Td) /2,③ 工件進(jìn)行回轉(zhuǎn)加工,孔 Dmax=D+TD

13、 Dmin=D 軸 dmax=d dmin=d- Td,影響同軸度的基準(zhǔn)位移誤差為：△jw= O1Omax = OA-O1A =(D+TD)/2-(d- Td) /2= (TD + Td + Xmin) /2,A,④ 工件孔與垂直放置的心軸間隙配合,△jw =TD + Td + Xmin,(3)以外圓定位時(shí)的定位誤差計(jì)算,工件在V形塊上定位,④ 定位誤差分析： a) 定位

14、誤差Δd 隨毛坯誤差Td 的增大而增大； b) 定位誤差Δd 隨V形塊夾角α 增大而減小，但穩(wěn)定性變差； c) 定位誤差Δd 與工序尺寸標(biāo)注方式有關(guān)，Δd2 ＞Δd1 ＞ Δd3,(4)以一面兩銷定位時(shí)的定位誤差計(jì)算,1）在平面內(nèi)任意方向的位移誤差 孔O1中心偏移在直徑為△dw1 圓內(nèi)，△dw1 =TD1 + Td1 + X1min 孔O2在X方向偏心與孔O1相同（不限位），為△dw1 在Y方向

15、偏心在直徑為△dw2 ，△dw2 =TD2 + Td2 + X2 min,2）轉(zhuǎn)角誤差 △θ =arctan(TD1 + Td1 + X1min+ TD2 + Td2 + X2 min )/2L 要減小角度定位誤差，①提高孔銷精度，減小配合間隙； ②增大孔（銷）中心距,保證加工精度實(shí)現(xiàn)的條件 若規(guī)定工件的加工允差

16、為δ工件，以Δ夾具表示與采用夾具有關(guān)的誤差，以Δ加工表示除夾具外與工藝系統(tǒng)其它因素（如機(jī)床誤差、刀具誤差、受力受熱變形等）有關(guān)的加工誤差，為保證工件的加工精度要求，必須滿足誤差計(jì)算不等式 ： δ工件≥Δ夾具＋Δ加工 制訂夾具公差時(shí)，應(yīng)保證夾具的定位、制造和調(diào)整誤差 的總和不超過(guò)零件公差的三分之一。,3.2 工件的夾緊,夾緊裝置的組成及基本要求,組成,（1）力源裝置（2）中間傳

17、力機(jī)構(gòu)（3）夾緊元件,作用,1）改變作用力的方向；2）改變作用力的大??；3）使夾緊實(shí)現(xiàn)自鎖。,1）夾緊時(shí)不破壞工件定位后的正確位置； 穩(wěn)2）夾緊力大小要適當(dāng)； 牢3）夾緊動(dòng)作要迅速、可靠； 快4）結(jié)構(gòu)緊湊，易于制造與維修。,基本要求,2.夾緊力的確定,必須合理確定夾緊力的三要素：大小、方向和作用點(diǎn) (1)夾緊力方向的確定 1）主要夾緊

18、力方向應(yīng)垂直于主要定位面,2）夾緊力的作用方向應(yīng)使所需夾緊力最小,3）夾緊力的作用方向應(yīng)使工件變形盡可能小,(２)夾緊力作用點(diǎn)的確定,1）夾緊力應(yīng)作用在剛度較好部位,2）夾緊力作用點(diǎn)應(yīng)正對(duì)支承元件或位于支承元件 形成的支承面內(nèi),,3）夾緊力作用點(diǎn)應(yīng)盡可能靠近加工表面,(３)夾緊力大小的估算,夾緊力的大小根據(jù)切削力、工件重力的大小、方向和相互位置關(guān)系具體計(jì)算，并乘以安全系數(shù)K ，一般精加工K =1.5～2，粗加工K = 2.

19、5～3。,3.常用夾緊機(jī)構(gòu),（1）斜楔夾緊機(jī)構(gòu),,以斜楔為研究對(duì)象，夾緊時(shí)根據(jù)靜力平衡原理，有 FQ = F1+ FRX F1 = FJ tanΦ1 FRX = FJ tan(α＋Φ2)FJ = FQ / [tanΦ1＋tan(α＋Φ2)]設(shè)Φ1 =Φ2 =Φ，當(dāng)α≤10°，可用下式近似計(jì)算FJ = FQ / ( tanα＋2Φ),夾緊力FQ去除，斜楔受到F1、FRX作用，要能自鎖

20、，必須滿足下式 F1 ＞FRX F1 = FJ tanΦ1 FRX = FJ tan(α－Φ2) tanΦ1 ＞ tan(α－Φ2) 即 Φ1 ＞ (α －Φ2) 或 α＜Φ1 ＋Φ2一般Φ1 =Φ2 =Φ =5～7°，故當(dāng)α＜10～14°時(shí)自鎖，一般取α=6～8°,斜楔夾緊的特點(diǎn)： 1）有增力作用，擴(kuò)力比 i = FJ / FQ ，約等于3；

21、 2）夾緊行程小,h/s =tanα，故 h 遠(yuǎn)小于 s ； 3）結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但操作不方便。主要用于機(jī)動(dòng)夾緊，且毛坯質(zhì)量較高的場(chǎng)合。,（2）偏心夾緊機(jī)構(gòu),常見的偏心輪—壓板夾緊機(jī)構(gòu),1）圓偏心夾緊原理及其幾何特性 偏心夾緊實(shí)質(zhì)是一種斜楔夾緊，但各點(diǎn)升角不等， M、N處 升角為為0， P處升角最大。,2）圓偏心夾緊的自鎖條件 P點(diǎn)夾緊時(shí)能自鎖，則可保證其余各點(diǎn)均可自鎖 自鎖條件 αp

22、 ≤ Φ1＋Φ2 tanαp=2e/D≈αp 為安全起見取Φ1 =0 2e/D ≤Φ2≈μ2, 取μ2=0.1~0.15, D/e≥14～20自鎖, D/e叫偏心輪的偏心特性，表示偏心輪的工作 可靠性,3）圓偏心夾緊的夾緊力,3）圓偏心夾緊的夾緊力 M=P l =Q1ρ 或Q1＝ P l /ρ 因?yàn)棣羛很小， Q1≈Q1cosαp= FQ

23、 根據(jù)斜楔夾緊原理，得P點(diǎn)產(chǎn)生的夾緊力為Q＝FJ ＝P l /〔ρ(tanΦ1+tan（αp＋Φ2））〕 一般取 l =(2～2.5)D， ρ ≈ D /2 擴(kuò)力比約為12～13,4）圓偏心的夾緊行程,確定夾緊行程hPE需考慮如下因素： 夾緊工件尺寸公差、裝卸間隙、夾緊變形及磨損貯備量等 hPE≥T+Δ間+ Δ貯偏心距e為 e = hPE / (cosγP - cosγE ) 若取P點(diǎn)左右

24、各45°圓弧作為工作段，則 e = hPE / (cos 45° - cos 135°) = hPE / 1.1414 圓偏心輪夾緊力小，行程小，自鎖性不太好，用于 切削力小，無(wú)振動(dòng)，工件尺寸公差不大的場(chǎng)合。,（3）螺旋夾緊機(jī)構(gòu),螺旋夾緊特點(diǎn)： 1）結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，自鎖性好，夾緊可靠； 2）擴(kuò)力比約為80,遠(yuǎn)比斜楔夾緊力大；