机械制造之机床夹具设计课件.ppt

1、第九章第九章 机床夹具设计原理机床夹具设计原理 工件在机床上加工时，为保证加工精度和提高生产率，必须使工件在工件在机床上加工时，为保证加工精度和提高生产率，必须使工件在机床上相对刀具占有正确的位置，这个过程称为机床上相对刀具占有正确的位置，这个过程称为定位定位。在切削过程中，。在切削过程中，为了克服工件受外力为了克服工件受外力(惯性力、切削力、重力等惯性力、切削力、重力等)的作用而破坏定位，还必的作用而破坏定位，还必须对工件施加夹紧力，这个过程称为须对工件施加夹紧力，这个过程称为夹紧夹紧。定位和夹紧两个过程的综合称为装夹，完成工件装夹的工艺装备称为定位和夹紧两个过程的综合称为装夹，完成工件装夹

2、的工艺装备称为机床夹具机床夹具。机床夹具作用的实现必须满足三个条件：。机床夹具作用的实现必须满足三个条件：(1)夹具在机床上的夹具在机床上的准确装夹；准确装夹；(2)工件在夹具中占有正确的加工位置；工件在夹具中占有正确的加工位置；(3)刀具相对夹具具有刀具相对夹具具有准确位置。工件的最终精度是由零件相对于机床获得的。准确位置。工件的最终精度是由零件相对于机床获得的。9.1 机床夹具概述机床夹具概述9.1.1 机床夹具的分类机床夹具的分类 按通用化程度机床夹具可分为两大类，即按通用化程度机床夹具可分为两大类，即通用夹具通用夹具和和专用夹具专用夹具。通用夹具是由机床附件厂或专门的工具制造厂制造的，

3、如三爪卡盘、通用夹具是由机床附件厂或专门的工具制造厂制造的，如三爪卡盘、四爪卡盘、顶尖、平口钳、分度头等。四爪卡盘、顶尖、平口钳、分度头等。专用夹具是指为某工件的某工序专门设计和制造的夹具；或在小批生专用夹具是指为某工件的某工序专门设计和制造的夹具；或在小批生产及新产品试制时由一套预先制造好的标准元件，根据被加工工件的需产及新产品试制时由一套预先制造好的标准元件，根据被加工工件的需要组装成的组合夹具；或在多品种小批量生产时，夹具零件可以更换的要组装成的组合夹具；或在多品种小批量生产时，夹具零件可以更换的成组专用夹具。成组专用夹具。9.1.2 夹具的作用和组成夹具的作用和组成对刀块对刀块大圆柱销

4、大圆柱销菱形销菱形销1夹具的作用夹具的作用 (1)保证加工精度的稳定保证加工精度的稳定 (2)缩短辅助时间，提高劳动生产率缩短辅助时间，提高劳动生产率 (3)扩大机床的使用范围扩大机床的使用范围 (4)减轻劳动强度，保证安全生产。减轻劳动强度，保证安全生产。2夹具的组成夹具的组成 (1)定位元件定位元件 它与工件的定位基准相接触，用于确定工件在夹具它与工件的定位基准相接触，用于确定工件在夹具中的正确位置。中的正确位置。(2)夹紧装置夹紧装置 这是用于夹紧工件的装置，在切削时使工件在夹具这是用于夹紧工件的装置，在切削时使工件在夹具中保持既定位置。中保持既定位置。(3)对刀元件对刀元件 这种元件用

5、于确定夹具与刀具的相对位置。这种元件用于确定夹具与刀具的相对位置。(4)夹具体夹具体 这是用于联接夹具各元件及装置，使其成为一个整体的这是用于联接夹具各元件及装置，使其成为一个整体的基础件。它与机床相结合，使夹具相对机床具有确定的位置。基础件。它与机床相结合，使夹具相对机床具有确定的位置。(5)其它元件及装置其它元件及装置 根据工件的加工要求，有些夹具要有分度机根据工件的加工要求，有些夹具要有分度机构，铣床夹具还要有定位键等。构，铣床夹具还要有定位键等。9.2 工件的定位原理工件的定位原理 任何一个自由刚体（工件），在空间直角坐标系中均有六个自由度，任何一个自由刚体（工件），在空间直角坐标系中

6、均有六个自由度，即沿三个互相垂直坐标轴的移动（用即沿三个互相垂直坐标轴的移动（用 表示）和绕三个坐标轴表示）和绕三个坐标轴的转动（用的转动（用 表示）。要定位，就必须限制这六个自由度。限制表示）。要定位，就必须限制这六个自由度。限制自由度的办法是采用定位支承。自由度的办法是采用定位支承。ZYX、ZYX、“六点定位原理六点定位原理”采用六个按一定规则布置的支承点，限制工件的六个自由度，使采用六个按一定规则布置的支承点，限制工件的六个自由度，使工件在机床或夹具中占有正确的位置。工件在机床或夹具中占有正确的位置。实际上工件加工时并不一定要求限制其全部自由度。工件需要限制实际上工件加工时并不一定要求限

7、制其全部自由度。工件需要限制的自由度数由工件形状和在该工序中的加工要求而定。在定位中可能出的自由度数由工件形状和在该工序中的加工要求而定。在定位中可能出现的情况有四种：现的情况有四种：1完全定位完全定位；2不完全定位不完全定位；3欠定位欠定位；4过定位过定位 XYXYYXZ 消除过定位的干涉，一般有两种途径：消除过定位的干涉，一般有两种途径：（1 1）提高定位基面之间以及定位元件工作表面之间的位置精度；提高定位基面之间以及定位元件工作表面之间的位置精度；（2 2）改变定位元件的结构）改变定位元件的结构。典型定位元件的定位分析典型定位元件的定位分析 XZYYXZ工件的定位面夹 具 的 定 位 元

8、 件平平 面面支承钉定位情况1个支承钉2个支承钉3个支承钉图示限制的自由度ZYYXZYXZ工件的定位面夹 具 的 定 位 元 件平平 面面支承板定位情况一块条形支承板二块条形支承板一块矩形支承板图示限制的自由度ZYZYZYZYZYZZYZYXZYZYX圆圆圆柱销定位情况短圆柱销长圆柱销两段短圆柱销图示限制的自由度定位情况菱形销长销小平面组合短销大平面组合图示限制的自由度ZYXZYZYZYX工件的定位面夹 具 的 定 位 元 件孔孔圆锥销定位情况固定锥销浮动锥销固定锥销和浮动锥销组合图示限制的自由度ZXZXZXZXZXZXZXZXZXZX外外 圆圆 柱柱 面面V形块定位情况一块短V形块两块短V形

9、块一块长V形块图示限制的自由度定位套定位情况一个短定位套两个短定位套一个长定位套图示限制的自由度ZYXZYZYZYX圆圆 锥锥 孔孔锥顶尖和锥度心轴定位情况固定顶尖浮动顶尖锥度心轴图示限制的自由度9.3 工件用夹具定位装夹时的基准位置误差工件用夹具定位装夹时的基准位置误差 设计夹具时，必须根据工件的加工要求和已确定的定位基面，选择设计夹具时，必须根据工件的加工要求和已确定的定位基面，选择定位方法及定位元件并分析定位精度。定位方法及定位元件并分析定位精度。9.3.1 工件以平面定位工件以平面定位1定位元件的布置定位元件的布置 习惯上把限习惯上把限制自由度最多的制自由度最多的定位基面称第一定位基面

10、称第一定位基面，依次定位基面，依次就是第二、第三就是第二、第三定位基面。或者定位基面。或者分别称为主要定分别称为主要定位基面、导向基位基面、导向基面和止推基面。面和止推基面。三个基面的选择及其定位元件的布置，一般应遵守下述原则：三个基面的选择及其定位元件的布置，一般应遵守下述原则：（1）主要定位基面（第一定位基面）应是工件上最大且较精确的平面。）主要定位基面（第一定位基面）应是工件上最大且较精确的平面。在主要定位基面范围内布置的支承钉或支承板等定位元件，应能限制三在主要定位基面范围内布置的支承钉或支承板等定位元件，应能限制三个自由度。个自由度。（2）导向基面（第二定位基面）应选择工件上窄长的平

11、面，一般布置两）导向基面（第二定位基面）应选择工件上窄长的平面，一般布置两个定位支承个定位支承,限制二个自由度。限制二个自由度。（3）止推基面（第三定位基面）一般选面积较小的面，布置一个定位）止推基面（第三定位基面）一般选面积较小的面，布置一个定位支承，限制一个自由度。支承，限制一个自由度。2支承元件的结构形式支承元件的结构形式一般常用的支承元件，已有国家标准，可在机床夹具手册中查找一般常用的支承元件，已有国家标准，可在机床夹具手册中查找。（1）主要支承主要支承 主要支承是指能起限制工件自由度作用的支承，它主要支承是指能起限制工件自由度作用的支承，它可分为：可分为：固定支承固定支承 可调支承可

12、调支承 自位支承（浮动支承）。自位支承（浮动支承）。固定支承固定支承属于固定支承的定元件有：属于固定支承的定元件有：支承钉支承钉和和支承板。支承板。可调支承可调支承 支承的高度尺寸在一定范围内可以进行调整。这种支承主要用于下支承的高度尺寸在一定范围内可以进行调整。这种支承主要用于下列情况：当毛坯质量不高，特别是不同批的毛坯尺寸差别较大时，往往列情况：当毛坯质量不高，特别是不同批的毛坯尺寸差别较大时，往往在加工每批毛坯的最初几件时，需要按划线来找正工件的位置；或者在在加工每批毛坯的最初几件时，需要按划线来找正工件的位置；或者在产品系列化的情况下，可用同一夹具加工结构相同而尺寸规格不同的零产品系列

13、化的情况下，可用同一夹具加工结构相同而尺寸规格不同的零件，这时在夹具上常采用可调支承。件，这时在夹具上常采用可调支承。自位支承（浮动支承）自位支承（浮动支承）指支承本身的角向位置在工件定位过程中能随工件定位基面位置变指支承本身的角向位置在工件定位过程中能随工件定位基面位置变化而自动与之适应。化而自动与之适应。（2 2）辅助支承辅助支承 辅助支承是在夹具中对工件不起限制自由度作用的支承。它主要用辅助支承是在夹具中对工件不起限制自由度作用的支承。它主要用于提高工件的支承刚性，防止工件因受力产生变形。于提高工件的支承刚性，防止工件因受力产生变形。辅助支承结构形式辅助支承结构形式 3平面定位时的基准位

14、置误差平面定位时的基准位置误差 由于定位副（工件的定位基准和定位元件工作表面）的制造误差或由于定位副（工件的定位基准和定位元件工作表面）的制造误差或定位方式，引起同批工件中的定位基准在夹具中的位置的最大变动量，定位方式，引起同批工件中的定位基准在夹具中的位置的最大变动量，称为基准位置误差称为基准位置误差（用（用 表示）。表示）。在工件以平面作为主要定位基准时，只要定位基面为精基面，夹具上在工件以平面作为主要定位基准时，只要定位基面为精基面，夹具上的定位元件工作面又处在同一平面上，则定位基面与定位平面接触较的定位元件工作面又处在同一平面上，则定位基面与定位平面接触较好，同批工件中的定位基准的位置

15、基本上是一致的，所以基准位置误好，同批工件中的定位基准的位置基本上是一致的，所以基准位置误差很小，可以忽略不计，即差很小，可以忽略不计，即 。当工件以粗基准定位时，由于通常都不以严格的要求来规定此平面的当工件以粗基准定位时，由于通常都不以严格的要求来规定此平面的精度，在这种情况下也就没有必要计算基准位置误差。精度，在这种情况下也就没有必要计算基准位置误差。0jwjw9.3.2工件以圆孔定位工件以圆孔定位工件以圆孔为定位基准时，常用的定位元件是各种心轴和定位销。工件以圆孔为定位基准时，常用的定位元件是各种心轴和定位销。1间隙配合圆柱心轴间隙配合圆柱心轴 为便于工件的装卸，孔与心轴采用间隙配合。因

16、孔、轴之间存在间隙，为便于工件的装卸，孔与心轴采用间隙配合。因孔、轴之间存在间隙，会产生基准位置误差，其值可按两种情况考虑。会产生基准位置误差，其值可按两种情况考虑。（1）定位基准孔与心轴任意接触）定位基准孔与心轴任意接触 当心轴垂直放置，定位孔与心轴可以在任意方向接触时，当孔径最大而当心轴垂直放置，定位孔与心轴可以在任意方向接触时，当孔径最大而轴径最小时，则定位孔的几何中心（即定位基准）在夹具中位置的变动量轴径最小时，则定位孔的几何中心（即定位基准）在夹具中位置的变动量为为O1O2，即该种情况下所产生的基准位置误差，用，即该种情况下所产生的基准位置误差，用 表示，因此：表示，因此：jwmin

17、maxminminmax21)()(xTTTdTDdDOOdDdDjw（2）定位基准孔与心轴固定边接触）定位基准孔与心轴固定边接触 当心轴水平放置时，因受重力影响或在夹紧力作用下定位孔只能单当心轴水平放置时，因受重力影响或在夹紧力作用下定位孔只能单向位移而与心轴固定边接触时，在孔径最大（向位移而与心轴固定边接触时，在孔径最大（Dmin+TD）、轴径最小、轴径最小（dmax Td）的情况下，孔的中心（即定位基准）会下移到）的情况下，孔的中心（即定位基准）会下移到O2处；而处；而当孔径最小为当孔径最小为Dmin、轴径最大为、轴径最大为dmax时，则上移到时，则上移到O1处。在两种可能的处。在两种可

18、能的极限情况下，孔中心位置的最大变动量，即基准位置误差为：极限情况下，孔中心位置的最大变动量，即基准位置误差为：222minmin1221dDdDjwTTxxTTOOOOOO2过盈配合圆柱心轴过盈配合圆柱心轴 圆柱心轴中间的定位部分与工件孔用过盈配合。心轴前端有一导向圆柱心轴中间的定位部分与工件孔用过盈配合。心轴前端有一导向部分，与工件作间隙配合，其作用是使工件易于套上心轴，并在压入定部分，与工件作间隙配合，其作用是使工件易于套上心轴，并在压入定位部分时起导向作用。心轴末端是传动部分。心轴两端都打有中心孔，位部分时起导向作用。心轴末端是传动部分。心轴两端都打有中心孔，加工时安装在机床前后顶尖上

19、。加工时安装在机床前后顶尖上。采用过盈心轴，装卸工件比较费时，但由于孔与轴间无间隙，基准采用过盈心轴，装卸工件比较费时，但由于孔与轴间无间隙，基准位置误差为零，所以定心精度较高。位置误差为零，所以定心精度较高。Dmaxd14定位销定位销 图为常用的定位销结构，其中图图为常用的定位销结构，其中图a、b、c定位销大多采用过盈配定位销大多采用过盈配合直接压入夹具体孔中，定位销头部均有合直接压入夹具体孔中，定位销头部均有15倒角，以便引导工件套倒角，以便引导工件套入。当定位销的工作部分直径入。当定位销的工作部分直径d10mm时，为增加刚性，通常在工作时，为增加刚性，通常在工作部分的根部倒成大圆角部分的

20、根部倒成大圆角R（a），这时在夹具体上锪出沉孔，使圆角部），这时在夹具体上锪出沉孔，使圆角部分埋入孔内，不致妨碍定位。分埋入孔内，不致妨碍定位。5圆锥销圆锥销 图为工件以孔在圆锥销上的定位情况。图图为工件以孔在圆锥销上的定位情况。图a用于精基准，图用于精基准，图b用于粗用于粗基准。由于孔与锥销只能在圆周上作线接触，工件容易倾斜，为避免基准。由于孔与锥销只能在圆周上作线接触，工件容易倾斜，为避免这种现象产生。常和其它元件组合定位。这种现象产生。常和其它元件组合定位。9.3.3 工件以外圆柱面定位工件以外圆柱面定位 工件以外圆作为定位基准时，可以在工件以外圆作为定位基准时，可以在V形块、圆孔、半圆

21、孔、定心形块、圆孔、半圆孔、定心夹紧装置中定位，其中常用的是在夹紧装置中定位，其中常用的是在V形块中定位。形块中定位。1在在V 形块中定位形块中定位 定位基准不论是完整的圆柱表面还是局部圆弧面，都可以采用定位基准不论是完整的圆柱表面还是局部圆弧面，都可以采用V形形块定位，它的块定位，它的最大特点是对中性好最大特点是对中性好，即工件定位圆的轴线与，即工件定位圆的轴线与V形块形块两斜面对称轴线保证重合，不受定位外圆直径误差的影响。对加工表两斜面对称轴线保证重合，不受定位外圆直径误差的影响。对加工表面与外圆轴线有对称度要求的工件，常采用面与外圆轴线有对称度要求的工件，常采用V形块定位。形块定位。（1

22、）V形块的结构形块的结构（2）V 形块在夹具中的安装尺寸形块在夹具中的安装尺寸T V形块已标准化，有关结构尺寸可参照标准选用。在设计形块已标准化，有关结构尺寸可参照标准选用。在设计V形块时，形块时，主要由设计者确定安装尺寸主要由设计者确定安装尺寸T。在。在V形块上放置有一个直径为形块上放置有一个直径为d的检验的检验心轴，以检验心轴的中心心轴，以检验心轴的中心O来调整刀具的位置，而尺寸来调整刀具的位置，而尺寸T就是定位基准就是定位基准的高度尺寸，标注在的高度尺寸，标注在V形块的工作图上，用作检验形块的工作图上，用作检验V形块制造和调整精形块制造和调整精度的依据。度的依据。当当 为为 时则：时则：

23、T=H+0.707d-0.5N T=H+0.707d-0.5N 22sin21tgNdHT90 （3）工件以外圆在）工件以外圆在V形块上定位时的基准位置误差形块上定位时的基准位置误差 jw2sin211djwTAAOO 在标准在标准V V形块中，夹角规定有形块中，夹角规定有6060、9090、120120三种。一般常选三种。一般常选夹角为夹角为9090的的V V形块。形块。2在圆在圆柱柱孔中定位孔中定位 工件以外圆在圆柱孔中定位，与前述的孔在心轴或定位销上定位工件以外圆在圆柱孔中定位，与前述的孔在心轴或定位销上定位情况相似，只是外圆与孔的作用正好对换。情况相似，只是外圆与孔的作用正好对换。3在

24、半圆孔中定位在半圆孔中定位 定位元件为切成两半的定位套，其下半部固定在夹具体上，上半定位元件为切成两半的定位套，其下半部固定在夹具体上，上半部装在铰链盖板上，前者起定位作用，后者起夹紧作用。部装在铰链盖板上，前者起定位作用，后者起夹紧作用。半圆孔的定位情况与半圆孔的定位情况与V形块的基本相同，但工件与形块的基本相同，但工件与V形块只有两条形块只有两条母线接触，当夹紧力大时，接触应力很大，容易损坏工件表面。母线接触，当夹紧力大时，接触应力很大，容易损坏工件表面。而工件与半圆孔的接触面积较而工件与半圆孔的接触面积较大，避免了上述缺点。但应注意，大，避免了上述缺点。但应注意，工件定位直径精度不应低于

25、工件定位直径精度不应低于IT8IT9级，否则与定位半圆接触不良，级，否则与定位半圆接触不良，以致实际上只有一条母线接触。以致实际上只有一条母线接触。9.3.4 工件以一面两孔定位工件以一面两孔定位 在实际生产中，仅用前述的一个基准（平面、孔、外圆柱面）定在实际生产中，仅用前述的一个基准（平面、孔、外圆柱面）定位并不能满足工艺上的要求，通常要求用一组基准来进行定位，或者位并不能满足工艺上的要求，通常要求用一组基准来进行定位，或者说是用几个基准加以组合来定位。说是用几个基准加以组合来定位。采用一组基准定位时，最容采用一组基准定位时，最容易出现的问题是过定位。易出现的问题是过定位。在加工箱体、壳体等

26、类零件时，常用一个平面和两个圆柱孔定位。在加工箱体、壳体等类零件时，常用一个平面和两个圆柱孔定位。两个圆柱孔可以是工件结构上原有的，也可以是为满足定位需要而专两个圆柱孔可以是工件结构上原有的，也可以是为满足定位需要而专门加工的工艺孔。门加工的工艺孔。图为一箱体用一面二孔定位。支承板图为一箱体用一面二孔定位。支承板3限制三个自由度；定位销限制三个自由度；定位销1限制二个自由度，定位销限制二个自由度，定位销2限制二个自由度，被重复限制产生了过定限制二个自由度，被重复限制产生了过定位。由于一批工件中两孔及两销之间的中心距都在一定公差范围内变位。由于一批工件中两孔及两销之间的中心距都在一定公差范围内变

27、动，在极限情况下，就有可能使工件两孔无法套入两个定位销中。为动，在极限情况下，就有可能使工件两孔无法套入两个定位销中。为解决此问题，可采用两种办法：解决此问题，可采用两种办法：1减小第二定位销的直径减小第二定位销的直径 这可使孔与销之间的间隙增大，这可使孔与销之间的间隙增大，用以补偿中心距的误差。用以补偿中心距的误差。1减小第二定位销的直径减小第二定位销的直径 假定工件两个孔径最小极限尺寸分别为假定工件两个孔径最小极限尺寸分别为D1、D2；两定位销最大直径分；两定位销最大直径分别为别为d d1、d2；销与孔间最小间隙为；销与孔间最小间隙为两定位孔中心距及偏差为两定位孔中心距及偏差为 ；两定位销

28、中心距及偏差为；两定位销中心距及偏差为 。当在一种极端情况下，即两定位孔的孔径及孔心距都是最。当在一种极端情况下，即两定位孔的孔径及孔心距都是最小极限尺寸，而两定位销的直径及销心距都是最大极限尺寸时，仍能保证小极限尺寸，而两定位销的直径及销心距都是最大极限尺寸时，仍能保证工件顺利装卸，工件顺利装卸，11min1dDx；，22min2dDxDLLdLL则由图的几何关系得：则由图的几何关系得：即即设设则则由上式可知，第二定位销与孔之间的最小间隙为由上式可知，第二定位销与孔之间的最小间隙为显然，显然，减小后，减小后，值增大，这样沿值增大，这样沿X X轴移动自由度（轴移动自由度（）仅由）仅由第一定位销

29、限制，第二定位销此时只起限制一个自由度（第一定位销限制，第二定位销此时只起限制一个自由度（）的作用。）的作用。2222dLLDLLdDdDLLDd222dDLLaaDd222adDx222min22dmin2xXZ这种定位方法产生的基准位置误差如下：这种定位方法产生的基准位置误差如下：由于孔与销是属间隙配合，对单个孔来说，基准位置误差即为孔的由于孔与销是属间隙配合，对单个孔来说，基准位置误差即为孔的中心位置变动量，由式中心位置变动量，由式计算；对两孔来说，基准位置误差为两孔连心线相对两销连心线偏转时计算；对两孔来说，基准位置误差为两孔连心线相对两销连心线偏转时所造成的转角误差。当定位孔对定位销

30、分别作上、下错移时，产生的转所造成的转角误差。当定位孔对定位销分别作上、下错移时，产生的转角误差为：角误差为：最大的转角误差是最大的转角误差是2 2 。在工件加工精度不高时才使用这种方法。在工件加工精度不高时才使用这种方法。minmaxminminmax21)()(xTTTdTDdDOOdDdDjwLOOOOarctg2211LxTTxTTarctgdDdD2min222min1112将第二定位销作成菱形销（削边销）将第二定位销作成菱形销（削边销）只在垂直于连心线方向上保留局部圆柱面，其直径的基本尺寸与孔只在垂直于连心线方向上保留局部圆柱面，其直径的基本尺寸与孔径的相同，公差带按径的相同，公差

31、带按f7或或g6选取，这样使得孔与销间的最小间隙减小，选取，这样使得孔与销间的最小间隙减小，从而减小转角误差。从而减小转角误差。菱形销的圆柱部分，只限制一个自由度，其宽度菱形销的圆柱部分，只限制一个自由度，其宽度b的计算式为：的计算式为：菱形销结构尺寸已标准化菱形销结构尺寸已标准化。axDb2min22 作为一面两孔定位的特例是一面一孔定位，但定位方案应依工序要作为一面两孔定位的特例是一面一孔定位，但定位方案应依工序要求不同而有所区别。求不同而有所区别。9.3.5 9.3.5 节圆夹具节圆夹具9 94 4 工件用夹具装夹时的加工误差分析工件用夹具装夹时的加工误差分析9.4.1 9.4.1 工件

32、用夹具装夹时加工误差的组成工件用夹具装夹时加工误差的组成 在调整好的机床上加工一批工件时，造成工件加工误差的因素很在调整好的机床上加工一批工件时，造成工件加工误差的因素很多。如夹具在机床上的装夹误差、工件在夹具中的装夹误差、机床的多。如夹具在机床上的装夹误差、工件在夹具中的装夹误差、机床的调整误差、刀具的制造和磨损误差、工艺系统的受力变形和受热变形调整误差、刀具的制造和磨损误差、工艺系统的受力变形和受热变形的影响、机床的制造误差和磨损等。的影响、机床的制造误差和磨损等。因此，为了保证加工中不出废品，就必须满足下列不等式：因此，为了保证加工中不出废品，就必须满足下列不等式：其中其中TjgddZj

33、jjdwZj由于各误差的大小和方向都具有随机性时，则合成后的总误差应为。由于各误差的大小和方向都具有随机性时，则合成后的总误差应为。=此时，加工精度判定式为：此时，加工精度判定式为：一般按经验取：一般按经验取：z222jgdddwTjgdddw222Tdw51319.4.2 定位误差分析计算定位误差分析计算1定位误差及其产生原因定位误差及其产生原因 同批工件在夹具中定位时，工序基准位置在工序尺寸方向上的最同批工件在夹具中定位时，工序基准位置在工序尺寸方向上的最大变动量，称为定位误差，以表示大变动量，称为定位误差，以表示 。引起定位误差的原因为：。引起定位误差的原因为：（1）由基准不重合误差引起

34、的定位误差）由基准不重合误差引起的定位误差本例为本例为由由 引起的定误差，应注意取其引起的定误差，应注意取其在工序尺寸方向上的分量（投影）在工序尺寸方向上的分量（投影）即即 dwLbcTL 2cosbcdwbc（2）由基准位置误差引起的定位误差）由基准位置误差引起的定位误差 如如V形块定位，若在工件轴端钻孔，会产生基准位置误差，形块定位，若在工件轴端钻孔，会产生基准位置误差，同同样在加工工序尺寸方向上的分量（投影），就是引起的定位误差，即样在加工工序尺寸方向上的分量（投影），就是引起的定位误差，即 jwcosjwdw2 2定位误差的分析计算定位误差的分析计算定位误差的计算，一般有两种方法：定位

35、误差的计算，一般有两种方法：（1 1）用）用 和和 两项误差合成法计算定位误差两项误差合成法计算定位误差 bcjwcoscosjwbcdw例例9-1 9-1 在一圆盘形工件在在一圆盘形工件在V V形块上定位钻孔，孔的位置尺寸的标注方法假形块上定位钻孔，孔的位置尺寸的标注方法假定有三种，其相应工序尺寸为定有三种，其相应工序尺寸为A A、B B、C C（图（图a a），显然此时工序基准分别是），显然此时工序基准分别是外圆中心、上母线和下母线，定位基准是外圆中心。外圆中心、上母线和下母线，定位基准是外圆中心。2sin2323221djwTEEDDOO对工序尺寸对工序尺寸A A，因工序基准与定位基准重

36、合，因工序基准与定位基准重合，又因方向，又因方向与工序尺寸方向一致，即两者间的夹角与工序尺寸方向一致，即两者间的夹角 ，所以，所以 0bc0 2sin221djwAdwTAA对工序尺寸对工序尺寸B B，因工序基准是外圆上母线，与定位基准不重合，因工序基准是外圆上母线，与定位基准不重合，和和 同时存在，且两者方向相同，并与工序尺寸方向一致，因此同时存在，且两者方向相同，并与工序尺寸方向一致，因此 bcjw 12sin12322121djwbcBdwTDDDDBB 12sin212213212dbcjwCdwTEEEECC对工序尺寸对工序尺寸C C，工序基准为下母线，和同时存在，但两者方向正好相反

37、，工序基准为下母线，和同时存在，但两者方向正好相反，所以所以综合上述三种情况，在综合上述三种情况，在与与Td相同的条件下，有相同的条件下，有 BdwAdwCdw例例9-2 9-2 工件以工件以E E、D D两平面为定位基准铣平面两平面为定位基准铣平面F F，要求保证工序尺寸，要求保证工序尺寸A A。工序。工序基准是孔中心，假定基准是孔中心，假定E E、D D两平面已经精加工，与定位元件接触良好，可两平面已经精加工，与定位元件接触良好，可以认为，因此只存在基准不重合误差。以认为，因此只存在基准不重合误差。在极端情况下，即当定位尺寸在极端情况下，即当定位尺寸b b、都为最大（、都为最大（b+bb+

38、b，c+cc+c）时，工）时，工序基准在处，获得工序尺寸序基准在处，获得工序尺寸AlAl；若尺寸；若尺寸b b变到最小（变到最小（b-bb-b），工序基准），工序基准则由移到则由移到O O1 1,再因尺寸再因尺寸c c变到最小（变到最小（c-cc-c），），O O1 1又移至又移至O O2 2 ，此时得工序，此时得工序尺寸尺寸A2A2；得：；得：90coscos21112OOOOAAdwsincos90coscoscbcbTTTT （2 2）用微分法计算定位误差）用微分法计算定位误差例如在一轴上铣平面，要求保证的工序尺寸为例如在一轴上铣平面，要求保证的工序尺寸为A A，求对，求对A A的定位误

39、差。的定位误差。由于定位误差是工序基准位置在工序尺寸方向上的变动量，因此首先由于定位误差是工序基准位置在工序尺寸方向上的变动量，因此首先把工序基准与夹具上的把工序基准与夹具上的C C点相连，并找出点相连，并找出OCOC在工序尺寸方向上的分量在工序尺寸方向上的分量y y，然后由图示几何关系得然后由图示几何关系得y y的函数式：的函数式：对上式微分，得到：对上式微分，得到：最后所求定位误差为：最后所求定位误差为：adtgamysin2daadmaddadmtgadaaydddydmmydy)cos2(sin1sin2112)cos2(sinsin22admaTaTtgaTadmdw9.5 工件的夹

40、紧装置设计工件的夹紧装置设计9.5.1 夹紧装置的组成及设计要求夹紧装置的组成及设计要求 夹紧装置的任务，是保证工件在定位过程中取得的正确位置，不夹紧装置的任务，是保证工件在定位过程中取得的正确位置，不因受切削力、重力或惯性力的作用而发生变化。因受切削力、重力或惯性力的作用而发生变化。夹紧装置一般由以下几部分组成：夹紧装置一般由以下几部分组成：（1）力源装置。）力源装置。（2）中间传力机构。）中间传力机构。（3）夹紧元件。）夹紧元件。设计夹紧装置时应满足以下基本要求：设计夹紧装置时应满足以下基本要求：（1）保证加工质量保证加工质量。夹紧力的大小应适当，既保证工件夹紧的可靠性，。夹紧力的大小应适

41、当，既保证工件夹紧的可靠性，又使夹紧时不破坏工件的定位或使工件和夹具上的元件产生不允许的变形。又使夹紧时不破坏工件的定位或使工件和夹具上的元件产生不允许的变形。（2）保证生产率保证生产率。要求夹紧动作迅速，与生产率的要求相适应。要求夹紧动作迅速，与生产率的要求相适应。（3）操作方便、省力、安全操作方便、省力、安全。（4）具有良好的结构工艺性。具有良好的结构工艺性。上述要求中的核心问题是如何正确地施加夹紧力。即先要合理确定夹上述要求中的核心问题是如何正确地施加夹紧力。即先要合理确定夹紧力的紧力的方向、着力点方向、着力点和和大小大小，然后再选用或设计合适的夹紧机构。，然后再选用或设计合适的夹紧机构

42、。9.5.2 正确施加夹紧力正确施加夹紧力1夹紧力的方向夹紧力的方向（1）夹紧力的方向应不破坏工件的准确定位）夹紧力的方向应不破坏工件的准确定位 （2）夹紧力作用方向应指向主要定位基准）夹紧力作用方向应指向主要定位基准 工件以工件以A、B面定位镗孔面定位镗孔K，要求保证轴线与，要求保证轴线与B面垂直，显然面垂直，显然B面是主面是主要定位基准，主要夹紧力应朝向该面。如果压向要定位基准，主要夹紧力应朝向该面。如果压向A面，则因面，则因A、B两面的夹两面的夹角角有误差，会使镗孔后的孔有误差，会使镗孔后的孔K不能保证加工要求。不能保证加工要求。（3）夹紧力的方向应与工件刚度最大的方向一致，以减小）夹紧

43、力的方向应与工件刚度最大的方向一致，以减小工件变形工件变形 （4）夹紧力的方向尽量与切削力、工件重力的方向一致，）夹紧力的方向尽量与切削力、工件重力的方向一致，以减小夹紧力以减小夹紧力 这样可使夹紧装置结构紧凑，操作省力。假如夹紧力与重力、切这样可使夹紧装置结构紧凑，操作省力。假如夹紧力与重力、切削力的方向相反，就需要较大的夹紧力。削力的方向相反，就需要较大的夹紧力。2 2夹紧力的作用点夹紧力的作用点 确定夹紧元件与工件接触点的位置，应注意以下几点。确定夹紧元件与工件接触点的位置，应注意以下几点。（1 1）夹紧点应正对支承元件或位于支承元件所形成的支承面内，避免使）夹紧点应正对支承元件或位于支

44、承元件所形成的支承面内，避免使工件遭受翻转力矩。工件遭受翻转力矩。（2 2）夹紧力作用点应位于工件刚性最好的部位，以防工件变形。）夹紧力作用点应位于工件刚性最好的部位，以防工件变形。对于一些薄壁件，如果必须夹在刚性较差的部位，则采取防止变形措对于一些薄壁件，如果必须夹在刚性较差的部位，则采取防止变形措施。如图施。如图c c所示，可在压板下面加一厚度较大的锥面垫圈，使夹紧力均匀所示，可在压板下面加一厚度较大的锥面垫圈，使夹紧力均匀地分布在薄壁上。地分布在薄壁上。（3）夹紧点应尽量靠近加工部位，防止或减小工件的振动。）夹紧点应尽量靠近加工部位，防止或减小工件的振动。3夹紧力的大小夹紧力的大小 为了

45、保证夹紧的可靠性，选择合适的夹紧装置以及确定机动（如气动、液为了保证夹紧的可靠性，选择合适的夹紧装置以及确定机动（如气动、液压等）夹紧装置的动力部件尺寸（如缸孔直径）时，一般需要确定夹紧力的压等）夹紧装置的动力部件尺寸（如缸孔直径）时，一般需要确定夹紧力的大小。在确定夹紧力时，视工件在切削力、夹紧力、重力和惯性力作用下，大小。在确定夹紧力时，视工件在切削力、夹紧力、重力和惯性力作用下，出现最不利情况仍处于静力平衡，然后列出平衡方程式，即可求出理论夹紧出现最不利情况仍处于静力平衡，然后列出平衡方程式，即可求出理论夹紧力，为使夹紧可靠，应再乘以安全系数力，为使夹紧可靠，应再乘以安全系数K后作为实际

46、所需的夹紧力。后作为实际所需的夹紧力。K值在粗加工时取值在粗加工时取2.53.5，精加工时取，精加工时取1.52。在实际的夹具设计中，并非所有的情况都需要计算夹紧力。对于手动夹紧在实际的夹具设计中，并非所有的情况都需要计算夹紧力。对于手动夹紧机构，常根据经验或类比法进行设计。当需要准确计算夹紧力时，常常通过机构，常根据经验或类比法进行设计。当需要准确计算夹紧力时，常常通过工艺试验来实测切削力的大小，然后计算夹紧力。工艺试验来实测切削力的大小，然后计算夹紧力。JoJKFF 9.5.3 典型夹紧机构典型夹紧机构1斜楔夹紧机构斜楔夹紧机构（1）夹紧作用原理）夹紧作用原理（2）斜楔夹紧力的计算）斜楔夹

47、紧力的计算 根据静力平衡条件根据静力平衡条件 和和 可得可得 式中、式中、分别为斜楔与工件及夹具体间的摩擦角；分别为斜楔与工件及夹具体间的摩擦角；斜楔升角。斜楔升角。21tgtgFFsj 0X 0Y12一般取一般取 =6,=610。由此，可将上式变换以后得。由此，可将上式变换以后得斜楔的扩力比（放大倍数）斜楔的扩力比（放大倍数）122121tgtgFFisj（3 3）斜楔的自锁条件）斜楔的自锁条件 夹紧机构一般都要求能自锁，即当原始力夹紧机构一般都要求能自锁，即当原始力FsFs撤除后，夹紧机构在摩撤除后，夹紧机构在摩擦力作用下仍能保持其夹紧状态而不松开。要实现自锁，必须满足条擦力作用下仍能保持

48、其夹紧状态而不松开。要实现自锁，必须满足条件件 ，即，即因为因为 都很小，正切函数具有线性单调增的性质。都很小，正切函数具有线性单调增的性质。由此得自锁条件为由此得自锁条件为RXMFF121tgFtgFjj2112（4 4）斜楔夹紧机构的特点）斜楔夹紧机构的特点1 1）由于扩力比）由于扩力比iFiFj j/F/Fs s，故斜楔具有明显的增力特性。，故斜楔具有明显的增力特性。越小，增越小，增力效果越好。力效果越好。2 2）夹紧行程小。工件要求的夹紧行程）夹紧行程小。工件要求的夹紧行程h h和斜楔移动距离和斜楔移动距离S S的关系为：的关系为：。增大。增大 角可增加夹紧行程，但影响自锁性能。角可增

49、加夹紧行程，但影响自锁性能。可以采用双升角的斜楔，即大升角使可以采用双升角的斜楔，即大升角使 h h 增大，实现夹紧元件迅速进退；增大，实现夹紧元件迅速进退；小升角保证夹紧自锁。小升角保证夹紧自锁。3 3）自锁性。自锁条件为）自锁性。自锁条件为 。4 4）适用范围：主要作为增力自锁机构与气动、液压夹紧装置组合使用。）适用范围：主要作为增力自锁机构与气动、液压夹紧装置组合使用。Stgh 212 2螺旋夹紧机构螺旋夹紧机构（1 1）作用原理）作用原理 螺旋就像绕在圆柱体上的一个斜楔。转动螺旋，使绕在圆柱体上的斜楔螺旋就像绕在圆柱体上的一个斜楔。转动螺旋，使绕在圆柱体上的斜楔高度发生变化从而达到夹紧

50、或放松工件的目的。高度发生变化从而达到夹紧或放松工件的目的。（2 2）夹紧力计算）夹紧力计算 螺旋可看成是一个绕在圆柱体上的斜面。此时螺旋夹紧机构可以看螺旋可看成是一个绕在圆柱体上的斜面。此时螺旋夹紧机构可以看成是力臂为成是力臂为L和和r rz z（螺纹中径之半）的杠杆机构与斜楔夹紧机构的组合。（螺纹中径之半）的杠杆机构与斜楔夹紧机构的组合。此时螺旋夹紧机构的夹紧力计算公式为此时螺旋夹紧机构的夹紧力计算公式为 ZsjrLatgFF)(（3）螺旋夹紧的特点）螺旋夹紧的特点 螺旋夹紧的优点是结构简单紧凑，增力效果突出，自锁性能好，夹紧螺旋夹紧的优点是结构简单紧凑，增力效果突出，自锁性能好，夹紧行程