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自由度， 定位就是限制其自由度。,合理布置六個定位支承點(diǎn)，使工件上的定位基面與其接觸，一個支承點(diǎn)限制工件一個自由度，使工件六個自由度被完全限制，在空間得到唯一確定的位置，此即六點(diǎn)定位原理。,實(shí)際中一個定位元件可體現(xiàn)一個或多個支承點(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正確的位置，夾緊是使工

3、件保持這個正確位置。,(2)完全定位與不完全定位工件的六個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，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)中是絕對不允許的。工件一個自由度被兩個或以上支承點(diǎn)重復(fù)限制的定位稱為過定位或重復(fù)定位。一般來說也是不合理的。,過定位造成的后果：

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） 過定位一般是不允許的，但在精加工時也可看到。,消除過定位及其干涉的途徑： 1. 改變定位元件結(jié)構(gòu)，消除對自由度的重復(fù) 限制，如長銷改成短銷；,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 除過定位引起的干涉，精加工時可增加剛 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)面的變化而自動適應(yīng)，一般只限制一個自由度，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）一個平面和與其垂直的兩個孔組合,,這種定位屬于過定位,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，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量，以△dw 表示。,成批加工工件時，夾具相對機(jī)床的位置及切削運(yùn)動的行程調(diào)定后不再變動，可認(rèn)為加工面的位置是固定的。但因

10、一批工件中每個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。,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) 以平面定位時的定位誤差計(jì)算,(2)以圓孔定位時的定位誤差計(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，應(yīng)保證夾具的定位、制造和調(diào)整誤差 的總和不超過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),,以斜楔為研究對象，夾緊時根據(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)簡單，但操作不方便。主要用于機(jī)動夾緊，且毛坯質(zhì)量較高的場合。,（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，無振動，工件尺寸公差不大的場合。,（3）螺旋夾緊機(jī)構(gòu),螺旋夾緊特點(diǎn)： 1）結(jié)構(gòu)簡單，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；