机械制造 第四章第7-8节教材

1、第4章汽车零件机械加工工艺规程的制定 4.7 定位方案与夹具设计 围绕工件的装夹问题，介绍 有关基准概念、工件的装夹方法、工件的定 位的基本规律和机床夹具等方面的知识。 1 工件的装夹 汽车零件属于成批大量生产，工件的装夹是通 过机床夹具实现的。 机床夹具：用以装夹工件的装置。 工件装夹的是否正确、迅速、方便和可靠，将 直接影响工件的加工质量、生产率、制造成本和操 作安全。 1 工件的装夹 工件的装夹将工件在机床上或机床夹具中定位 、夹紧的过程。 （1）定位 通常将确定工件在机床上或机床夹具中占在正确位置的过 程，称为定位。 在机床上加工工件时，为了使工作在该工序所加工的表面能达到的尺寸和位置 公差要求，在开动机床进行加工之前，必须首先使工件在机床或机床夹具上占有一 正确位置。 （2）夹紧 工件定位后将其固定，使其在加工过程中保持定位位置不 变的操作，称为夹紧。 当工件定位后，为了避免工件在加工中受到切削为、重力等力的作用而受到破 坏，还应该用一定的机构或装置将工件固定住。 1 工件的装夹 2 机床夹具的基础知识 机床夹具概念 在机械加工过程中，为了保证零件 的加工精度，固定工件、使之

2、占有确定位置 以接受加工或检测的工艺装备统称为机床夹 具，简称夹具。 2 机床夹具的基础知识 机床夹具的作用 (1)工件装夹迅速，减少辅助时间，生产高效稳定。 (2)保证加工精度。机床夹具可准确确定工件、刀具和 机床之问的相对位置，从而保证被加工表面的工序尺寸 和位置公差要求，加工精度的稳定性好。 (3) 对加工成批工件效率十分显著。减轻工人的劳动 强度，平衡工序时间，生产节拍稳定，便于生产过程自 动化。 (4)扩大机床的工艺范围。如在卧式车床刀架处安装一 专用镗孔夹具，车床可对箱体轴承座孔进行加工。 2 机床夹具的基础知识 夹具的组成 定位元件 夹紧装置 对刀、导向元件 夹具连接元件 其他元件及装置 夹具体 2 机床夹具的基础知识 夹具的分类 3工件在夹具中的定位 工件的六点定位原理 注：为 方便分 析，所 建立的 坐标系 ，若不 特殊指 明，以 主视图 为准， 即主视 图为 XOZ平 面，以 左右方 向为X 轴方向 （右向 为其正 方向） ；上下 方向为 Z轴方 向（竖 直向上 为其正 方向） ；进出 纸面方 向为Y 轴方向 （从纸 中穿出 为其正 方向） 。 工件的六点定位原理

3、工件的六点定位原理 如果在直角坐标 系分布的六个点 位置不合适，就 可能出现“过定位 ”和“欠定位”的现 象 直角坐标系分布不合适的六个点的位置 为保证某一工序的加工要求，工件必须正确定位。正确定位可以用对工件工序基 准限制一定的自由度来达到。但是工件应限制的并不一定是要将六个自由度全部被限制住， 只要对加工要求有影响的自由度加以限制，而由刀具直接保证的加工要求和不影响加工要求 的自由度，都不必加以限制。 （1）为保证加工精度，工件正确定位应限制的 自由度，称为第一类自由度； （2）对于加工要求无关的自由度，称为第二类 自由度。 工件实际定位时，第二类自由度可根据工件所承受切削力、夹紧力，重 力等情况和刀具在工件加工表面上运行的工作行程范围，考虑是否加以限制。 按照工件加工要求确定工件必须限制 的自由度是工件定位中应解决的首要问题。 工件定位有以下几种情况： (1) 完全定位：工件的六个自由度全部被限制的定 位。 (2) 不完全定位（第一类自由度限制）：是指根据 工件的加工要求，仅限制对加工精度有影响的工件的 部分自由度，并不需要结工件的全部自由度进行限制 的定位 (3) 欠定位：根据

4、工件的加工要求，工件定位时， 应该限制的自由度没有完全被限制的定位。这种情况 在实际定位时不允许发生。 (4) 过定位(重复定位)：工件定位时，夹具上的两个 或两个以上的定位元件，重复限制工件的同一个或几 个自由度的定位。在通常情况下不允许出现这种定位 方式。 工件正确定位的分析 l工件的正确定位，就是工序基准的正确定位。工 序基准的正确定位，可以转化为在直角坐标系中用 限制工件工序基准的自由度来分析和保证。 l为简化分析自由度，可将对工件工序各项加工要 求应限制的自由度分析，转化成对各项加工要求的 工序基准的自由度分析。工序基准常见的有点、线 、平面三种，它们在直角坐标系中的位置分别由： 点一个移动白由度；线一个移动和一个转 动自由度；平面一个移动和两个转动白由度决 定的。 确定工件应限制的自由度 l重要概念: 工件的定位（限制的自由度 ）问题，可以转化成在直角坐标 系中，用限制工序基准自由度的 方法来分析。 例：法兰盘工序图，确定工件应限制的自由度 工序尺寸：外径D、内径d、长度L1和L2 工序基准：工件中心线、F表面 思考： 1.哪些是工序 基准？ 2需要限制哪 几个自由度？ X

5、、Z轴位移 绕X、Y、Z 轴转动 例：确定工件应限制的自由度 l工序尺寸：B、b、H l工序基准：K1是H的工序基准 l K2是B的工序基准 l工序基准类型：平面 l而尺寸b，由三刃铣刀自身尺 寸保证。 同时保证b槽三个面与K1、 K2工序基准的平行度。 限制K1：Z轴的位移，X 和Y 轴的转动 限制K2: X轴的位移, Z和Y轴 的转动 共限制五个自由度 上述工件的加工可知，为了保证加工质量，必须限制五个自由 度。 定义： 第一类自由度：限制Z、X轴的位移，限制X、Z和Y轴的转动。 称为第一类自由度，该自由度直接会影响加工要求。 第二类自由度：Y轴的位移没限制，该自由度与保证加工尺寸或 位置公差无关。 思考：需要限 制哪几个自由 度？ Z轴位移和绕X 轴的转动 例：用圆柱铣刀铣削轴上的平面，确定工件应限制的自由度 l加工面（铣削)：F l工序尺寸：H l工序基准：工件园柱体 中心线 l工序基准类型：中心线 l坐标系建立在主视图 l限制工序基准自由度： l限制Z轴的位移，保证 H尺寸 l限制X轴的转动，保证 加工面F和工件园柱体中 心线平行。 思考：需要限制 哪几个自由度？ 限制X、Y

6、轴的位移， 限制绕X、Y轴的转动 例：在钻床上钻孔加工，确定工件应限制的自由度 l加工面:钻圆孔,直径D l工序基准:工件圆柱体 的中心线 l工序基准的类型:中心 线 l工序尺寸:直径D,由钻 头自身保证 l限制工序基准(中心线) 自由度:限制X、Y轴的位 移，限制饶X、Y轴的转 动。可保证所钻圆孔直径 D的中心线和工件圆柱体 的中心线同心，保证壁厚 均匀。 在应用“六点定位原理”分析工件的定位时，应注意以下 几点： (1) 支承点限制工件自由度的作用，应理解为定位支承点与 工件定位基准面始终保持接触。若二者脱离，则意味着失去 定位作用。 (2) 一个定位支承点仅限制一个自由度，一个工件仅有 六个自由度，所设置的定位支承点数目原则上不应超过六个 。 （3）分析定位支承点的定位作用时，不考虑力的影响 。工件的某一自由度被限制，并非指工件在受到使其脱离定 位支承点的外力时不能运动；欲使其在外力作用下不能运动 ，是夹紧的任务。反之，工件在外力作用下不能运动，即被 夹紧，也并非是说工件的所有自由度都被限制了。 （4）工件定位时，影响加工精度要求的自由度必须限制 ；不影响加工精度要求的自由度可以

7、限制也可以不限制，视 具体情况而定。 定位和夹紧是两个概念，绝不能混淆。 定位是解决工件在夹紧前位置是否 正确的问题；夹紧是解决工件在加工过程中 ，受到重力、切削力等外力作用时，是否稳 固地保持在定位位置的问题； 换言之，定位是解决工件位置定不 定的问题，夹紧是解决工件在加工过程中动 不动的问题。 常见加工形式中，为保证加工要求 必须限制的自由度（第一类自由度），见下 表所示。 确定工件应限制的自由度的总结 l限制工件的自由度，是一个很重要的基本概念， 具有广泛的应用前景，要引起足够的重视。 l限制工件的自由度的问题，可转化成限制工序基 准的自由度。 l工序基准的类型：平面、中心线、点。 定位方案与夹具设计(续） 工件的定位方式与定位元件 在实际生产中，为了保证同一批工件在夹具中占据一个正确的位置，必须 选择合理的定位方式和设计相应的定位装置。 在实际应用时，工件正确定位时，是 指对工件第一类自由度的限制，一般不允许将 工件的定位基面直接与夹具体接触，而是通过 工件定位基准（或基面）与机床夹具的定位元 件的配合或接触来实现的。 工件定位基面与定位元件的工作表面 合称为定位副。 工件的定

8、位方式与定位元件 1、工件以平面定位。 2、工件以内孔定位。 3、工件以外圆定位。 4、工件以组合表面定位。 定位元件必须满足以下几点 要求 1足够的精度 由于工件的定位是通过定位副的接触（或配合）实现的。定位 元件工作表面的精度直接影响工件的定位精度，因此定位元件工作表面应 有足够的精度，以保证加工精度要求。 2足够的强度和刚度 定位元件不仅限制工件的自由度，还起着支承工件、承受夹紧 力和切削力的作用。因此必须具备足够的强度和刚度，以免使用中发生变 形和损坏，影响工作的加工精度。 3有较高的耐磨性 批量生产中，工件的反复装卸会磨损定位元件工件表面，导致 定位元件工件表面精度下降，引起定位精度的下降。当定位精度下降至不 能保证加工精度时则应更换定位元件。为延长定位元件更换周期，提高夹 具使用寿命，定位元件工作表面应有较高的耐磨性。 4.良好的工艺性 定位元件的结构应力求简单、合理、便于制造加工、装配、维修 和更换。对于工件不同的定位基面的形式，定位元件的结构、形状、尺寸 和布置方式也不同。 1、工件以平面定位 在机械加工中，利用工件上的一个或几个平面 作为定位基准来定位工件的方式，称为

9、平面定位。如 箱体、支架类零件等，常以工件的平面做为定位基准 。 平面定位常用的定位元件有： (1)固定支承、 (2)可调支承、 (3)自位支承、 (4)辅助支承。 (1)固定支承 固定支承是指高度尺寸固定，不能 调整的支承，包括支承钉和支承板两类，在 使用过程中它们都是固定不动的。 支承钉、支承板均已标准化，其公差 配合、材料、热处理等可查国家标准机床 夹具零件及部件。 A型平头支承钉用于支承精基准，当工件以加工过的平面定位时， 可采用平头支承钉(A型)；B型球头支承钉用于支承粗基准，当工件以粗糙 不平的毛坯面定位时，采用球头支承钉(B型)，使其与毛坯良好接触；C型 齿纹平面支承钉常用于要求摩擦力大的工件侧面的支承，能增大摩擦系数 ，防止工件滑动。 需要经常更换的支承钉应加衬套 . 一个支承钉相当于一点支承，限制一个自由度；在一个平面内，两 个支承钉限制两个自由度；不在同一条直线上的三个支承钉限制三个自由 度。 常用支承板的结构形式如图所示。 当工件以加工过的平面定位时，可采用图a所 示的平头支承板，该支承板结构简单，制造 方便，由于埋头螺钉孔处落入的切屑不易清 除，故适用于工件侧面和顶面的定位；图b为 带斜槽型支承板，易保证工作表面清洁，便 于清除槽内落人的切屑，适用于工件底面的 定位。 限制三个自 由度，一般称为主要 支承；一个支承板相 当于两个支承点，限 制两个自由度，一般 称为导向支承，如图 所示。一般将限制一 个自由度的支承称为 止推支承。 (2)可调支承 可调支承是指顶端位置能够在一定高度范围内调整的支承。可调支承多 用于支

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