第二篇汽車拖拉機制造工藝學第二章工件定位夾緊與機床夾具設計1第二章工件的定位夾緊與機床夾具設計機床夾具概述工件的定位及定位元件工件的夾緊及夾緊機構其他機構與典型夾具設計定位誤差的分析與計算2第一節機床夾具概述撥叉－工件；快換鉆套－導向元件；短V塊、大平面－定位元件；壓塊、螺釘－夾緊裝置；底座－夾具體；金工實習中：車床——三爪卡盤、頂針、雞心夾頭;銑床——平口鉗，分度頭，回轉臺;圖2-1鉆床夾具的組成3機床夾具——凡是機械加工中用來迅速裝夾工件，使工件對機床、刀具保持正確相對位置的裝置稱為機床夾具。第一節機床夾具概述機床夾具的定義裝夾的含義裝夾又稱安裝，包括定位和夾緊兩項內容。安裝——使工件占有正確的加工位置，并使工件夾緊的過程稱為安裝。安裝=定位+夾緊4劃線找正裝夾——精度不高，效率低，多用于形狀復雜的鑄件。直接找正裝夾——精度高，效率低，對工人技術水平高。夾具裝夾——精度和效率均高，廣泛采用。工件安裝方法第一節機床夾具概述5工件的安裝方法圖2-2直接找正安裝毛坯孔加工線找正線圖2-3劃線找正安裝6圖2-4工件在夾具上裝夾（滾齒夾具）工件的安裝方法7保證加工精度夾具能使工件對機床，刀具保持正確的相對位置，從而保證了工件的加工精度。提高生產效率避免了手工操作用劃線等方法來定位工件，縮短了安裝工件的時間。降低勞動強度如可用氣動、電動、液動夾緊。擴大機床的使用范圍如在車床的溜板上或在搖臂鉆床工作臺上，裝上鏜模就可以進行箱體的鏜孔加工，以代替鏜床加工。降低了對工人的技術水平要求第一節機床夾具概述機床夾具的作用8機床夾具的組成第一節機床夾具概述機床工件刀具聯接元件定位元件其它機構與裝置夾緊裝置導向元件；對刀裝置夾具體圖2-5機床夾具的組成9定位元件及定位裝置用于確定工件在夾具中位置的元件。通過它使工件加工時，相對于刀具及切削成形運動處于正確位置。如上例中的V形塊、平面支承、心軸等。夾緊裝置用于保持工件在夾具中的既定位置，使它在重力慣性力及切削力等的作用下不致產生位移的裝置。它通常是一種機構，包括夾緊元件（如夾爪、壓板等），增力傳動裝置（如：杠桿、螺旋增力機構、斜楔、凸輪等）以及動力裝置（如：氣缸、油缸）等。導向元件和對刀裝置用于確定夾具相對于刀具的位置。如對刀塊、鉆套、鏜套等。聯接元件用來保證夾具和機床工作臺之間的相對位置。如銑夾具的定向鍵。其它元件及裝置

據需要而定。如分度裝置等。機床夾具的組成第一節機床夾具概述10工件的安裝——使工件占有正確的加工位置，并使工件夾緊的過程。第二節工件的定位及定位元件三者間的區別：定位：僅使工件占有某一正確位置；夾緊：是保持工件不離開這個正確位置；夾緊了并不一定位置正確，所以夾緊≠定位安裝=定位+夾緊夾緊——工件定位后，在不破壞定位的條件下，用一些元件或部件將工件夾緊壓牢的過程（使其已確定的位置在加工過程中保持不變）。定位——同一批工件逐次放置到夾具中，使工件在夾具中對機床、刀具占有正確的相對位置稱為定位。11要確定其空間位置，就需要限制其6個自由度一個物體在空間可以有六個獨立的運動第二節工件的定位及定位元件六點定位原理圖2-6自由剛體在空間的自由度XZYO它在直角坐標系oxyz中可以用3個平移運動和3個轉動來表示12546123六點定位原理——采用適當分布的六個支承點與工件相接觸來限制工件的六個自由度的方法叫六點定位原理。第二節工件的定位及定位元件六點定位原理圖2-7六點定位原理XZYO在底面（XOY）布置3個不共線的約束點1、2、3限制Z移動，X轉動和Y轉動三個自由度在側面（YOZ）布置兩個約束點4、5限制X移動和Z轉動兩個自由度在端面（XOZ）布置一個約束點6限制Y移動一個自由度13六個支承點：少一個支承點都不能限制六個自由度六點定位原理——采用適當分布的六個支承點與工件相接觸來限制工件的六個自由度的方法叫六點定位原理。第二節工件的定位及定位元件六點定位原理適當分布：XOY面內三點在一條直線上，則不能限制三個自由度；YOZ面內兩點靠的非常近，則相當于一點；六個支承點在一個平面內；或將YOZ和XOZ面內的三個點并在一個平面內，則不能限制六個自由度相接觸：即定位元件與定位面必須緊貼而不得互相脫離圖2-7六點定位原理XZYO14ZYXa）ZYXb）ZYXc）ZYXd）e）ZYXf）ZYX圖2-8工件應限制的自由度完全定位與不完全定位第二節工件的定位及定位元件是否每個工件均需要限制六個自由度，采用六點定位呢？工件定位時，需要限制哪幾個自由度，首先與工序的加工內容有關，其次還與所采用的工件上的定位基面的形狀有關15工件的6個自由度均被限制，稱為完全定位。工件6個自由度中有1個或幾個自由度未被限制，稱為不完全定位。不完全定位主要有兩種情況：①工件本身相對于某個點、線是完全對稱的，則工件繞此點、線旋轉的自由度無法被限制（即使被限制也無意義）。例如球體繞過球心軸線的轉動，圓柱體繞自身軸線的轉動等。②工件加工要求不需要限制某一個或某幾個自由度。如加工平板上表面，要求保證平板厚度及與下平面的平行度，則只需限制3個自由度就夠了。第二節工件的定位及定位元件完全定位與不完全定位16工件加工時必須限制的自由度未被完全限制，稱為欠定位。欠定位不能保證工件的正確安裝，因而是不允許的。b）BBB欠定位與過定位第二節工件的定位及定位元件圖2-9欠定位示例XZYa）O17過定位——工件某一個自由度（或某幾個自由度）被兩個（或兩個以上）約束點約束，稱為過定位。過定位是否允許，要視具體情況而定：①如果工件的定位面經過機械加工，且形狀、尺寸、位置精度均較高，則過定位是允許的。有時還是必要的，因為合理的過定位不僅不會影響加工精度，還會起到加強工藝系統剛度和增加定位穩定性的作用。②反之，如果工件的定位面是毛坯面，或雖經過機械加工，但加工精度不高，這時過定位一般是不允許的，因為它可能造成定位不準確，或定位不穩定，或發生定位干涉等情況。第二節工件的定位及定位元件欠定位與過定位18過定位分析（桌子與三角架）圖2-10過定位分析第二節工件的定位及定位元件19過定位分析圖2-11過定位示例a）ZYXYc）ZYXYb）ZYYX第二節工件的定位及定位元件20過定位討論如圖示，齒輪坯以內孔和一小端面定位，車削外圓和大端面。加工后檢測發現大端面與內孔垂直度超差。試分析原因，提出改進意見。4A0.02A間隙配合剛性心軸圖2-12a過定位示例第二節工件的定位及定位元件21圖2-12b過定位引起夾緊變形第二節工件的定位及定位元件22橡膠墊圖2-12c過定位處理分析第二節工件的定位及定位元件23第二節工件的定位及定位元件區分：不完全定位與欠定位；完全定位與過定位；問題：欠定位與過定位是否會同時存在？24實例分析分析圖示定位方案：①各方案限制的自由度②有無欠定位或過定位③對不合理的定位方案提出改進意見。

b）XZYXc）XZYXa）YXZ圖2-13過定位分析第二節工件的定位及定位元件25a）YXZa1）YXZa2）YXZa3）YXZ圖2-13a過定位示例分析第二節工件的定位及定位元件26b）XZYXXZb1）YXXZb3）YX圖2-13b過定位示例分析第二節工件的定位及定位元件XZb2）YX27c）XZYXc’）XZYXc1）YXXZ圖2-13c過定位示例分析第二節工件的定位及定位元件28工件在夾具中的定位，可以轉化在空間直角坐標系中，用定位支承點約束工件自由度的方式來分析。工件在定位時應該被限制的運動自由度數目，完全由工件在該工序的加工技術要求所確定。通常，支承點的數目≤6（一般地，一個定位支承點只能限制工件的一個自由度）。據加工技術要求確定工件定位時所應限制的自由度數目，只是保證如此定位能滿足加工技術要求的必要條件，但并不是滿足工件在夾具中合理裝夾的充分條件。欠定位是不允許的；過定位原則上也是不允許的。在實際中為了考慮夾緊剛度等問題，在滿足①重復限制自由度的支承之間，不會使工件的安裝發生干涉；②滿足精度要求的前提下；可適當采取過定位。第二節工件的定位及定位元件小結29（主要定位面上）三個定位支承點的分布，必須盡量使彼此遠離和分散，這樣所形成的受力三角形的面積便愈大，三點分布過近，受力△面積小，外力作用點若稍微偏出此△，工件便會傾倒；選作導向定位面的定位基準面，應力求其面積愈狹而長，則其導向作用愈好，（導向定位面上）兩個定位支承點在定位面的縱長方向上，也必須彼此相距愈遠愈好。第二節工件的定位及定位元件小結30ZXYZXY圖2-14工件以平面定位平面定位的主要形式是支承定位。常用的定位元件有支承釘、支承板、夾具支承件和夾具體的凸臺及平面等。圖2-24給出了平面定位的幾種情況。ZXY工件以平面定位第二節工件的定位及定位元件ZXYZXYZXY31第二節工件的定位及定位元件工件以平面定位支承釘32第二節工件的定位及定位元件工件以平面定位圖2-15固定支承釘結構33第二節工件的定位及定位元件工件以平面定位圖2-16可調支承結構34第二節工件的定位及定位元件工件以平面定位圖2-17自位支承結構35第二節工件的定位及定位元件工件以平面定位圖2-18輔助支承的結構形式36第二節工件的定位及定位元件工件以平面定位圖2-19輔助支承應用示例37第二節工件的定位及定位元件工件以平面定位支承板38第二節工件的定位及定位元件工件以平面定位圖2-20支承板的結構支承板39圖2-21工件以圓孔定位工件以圓孔定位多屬于定心定位（定位基準為圓柱孔軸線）。常用定位元件是定位銷和心軸。定位銷有圓柱銷、圓錐銷、菱形銷等形式；心軸有剛性心軸（又有過盈配合、間隙配合和小錐度心軸等）、彈性心軸之分。工件以圓孔定位所限制的自由度見圖2-25。XYZXYZXYZXYZXYZXYZ工件以圓孔定位第二節工件的定位及定位元件40第二節工件的定位及定位元件工件以圓孔定位圓柱定位銷41第二節工件的定位及定位元件工件以圓孔定位圓柱定位銷（續）42第二節工件的定位及定位元件工件以圓孔定位圖2-22圓柱定位銷的結構圓柱定位銷43第二節工件的定位及定位元件工件以圓孔定位圓錐銷44第二節工件的定位及定位元件工件以圓孔定位粗基準使用精基準使用圖2-23工件圓孔在圓錐銷上的定位圓錐銷45第二節工件的定位及定位元件工件以圓孔定位心軸46第二節工件的定位及定位元件工件以圓孔定位圖2-24常用剛性心軸結構47圖2-25工件以外圓柱面定位工件以外圓柱面定位兩種形式：定心定位和支承定位。工件以外圓柱面定心定位的情況與工件以圓孔定位的情況相仿（用套筒和卡盤代替心軸或柱銷）。工件以外圓柱面支承定位的元件常采用V型塊，短V型塊限制2個自由度，長V型塊（或兩個短V型塊組合）限制4個自由度。XYZXYZXYZXYZXYZ工件以外圓柱面定位第二節工件的定位及定位元件48第二節工件的定位及定位元件工件以外圓柱面定位V形塊49第二節工件的定位及定位元件工件以外圓柱面定位定位套50第二節工件的定位及定位元件工件以外圓柱面定位定位套圖2-25工件外圓以套筒和錐套定位51除平面、圓孔、外圓柱面外，工件有時還可能以其它表面（如圓錐面、漸開線齒面、曲面等）定位。圖2-26為工件以錐孔定位的例子，錐度心軸限制了除繞工件自身軸線轉動外的5個自由度。圖2-26工件以錐孔定位工件以其他表面定位接觸面較長時——錐形心軸，相當于五個定位支承點限制除繞工件自身軸線轉動外的5個自由度。接觸面較短時——頂針，相當于三個定位支承點限制三個自由度。第二節工件的定位及定位元件52第二節工件的定位及定位元件工件圓錐孔定位頂尖與心軸53在多個表面同時參與定位情況下，各定位表面所起作用有主次之分。通常稱定位點數最多的表面為主要定位面或支承面，稱定位點數次多的表面為第二定位基準面或導向面，稱定位點數為1的表面為第三定位基準面或止動面。定位表面的組合XZY圖2-27工件在兩頂尖上定位在分析多個表面定位情況下各表面限制的自由度時，分清主次定位面很重要。如圖2-27所示工件在兩頂尖上的定位，應首先確定前頂尖限制的自由度，他們是。然后再分析后頂尖限制的自由度。此時，應與前頂尖一起綜合考慮，可以確定其限制的自由度是。第二節工件的定位及定位元件54定位誤差的來源組成工件采用夾具定位來加時所產生的與夾具有關的誤差，主要由下述三個部分所組成：△j=△a.z+△dw+△j.j△j——與夾具有關的誤差△a.z——夾具安裝在機床上產生的安裝誤差△dw——工件在夾具中定位時產生的定位誤差△j.j——工件在夾具中夾緊時產生的夾緊誤差這里，我們主要討論其中的定位誤差△d.w定位誤差是由于工件在夾具上（或機床上）定位不準確而引起的加工誤差。第三節定位誤差的分析與計算第二章工件的定位夾緊與機床夾具設計551）由于工件的工序基準與定位基準不重合而引起的定位誤差，稱為基準不重合誤差△B

。如圖所示工件以底面定位銑臺階面，要求保證尺寸a，即工序基準為工件頂面。如刀具已調整好位置，則由于尺寸b的誤差會使工件頂面位置發生變化，從而使工序尺寸a產生誤差。bΔDWa圖2-28由于基準不重合引起的定位誤差工序基準

定位基準定位誤差的來源與組成第三節定位誤差的分析與計算第二章工件的定位夾緊與機床夾具設計56例如在軸上銑鍵槽，要求保證槽底至軸心的距離H。若采用V型塊定位，鍵槽銑刀按規定尺寸H調整好位置。實際加工時，由于工件直徑存在公差，會使軸心位置發生變化。不考慮加工過程誤差，僅由于軸心位置變化而使工序尺寸H也發生變化。此變化量（即加工誤差）是由于工件定位的外圓面制造不準確而引起的，故稱為基準制造誤差。圖2-29定位誤差HOAO1O2ΔDW2）由于工件定位表面或夾具定位元件制作不準確引起的定位誤差，稱為基準制造（位移）誤差△Z。第三節定位誤差的分析與計算定位誤差的來源與組成第二章工件的定位夾緊與機床夾具設計57在采用調整法加工時，工件的定位誤差實質上就是工序基準在加工尺寸方向上的最大變動量。因此計算定位誤差，首先要找出工序尺寸的工序基準，然后求其在工序尺寸方向上的最大變動量即可。用幾何方法計算定位誤差通常要畫出工件的定位簡圖，并在圖中夸張地畫出工件變動的極限位置；然后運用三角幾何知識，求出工序基準在加工尺寸方向上的最大變動量，即為定位誤差。用幾何方法計算定位誤差第三節定位誤差的分析與計算定位誤差的計算第二章工件的定位夾緊與機床夾具設計58由上面兩例我們可以得出如下結論：1、工件在定位時，不僅需要根據定位基本定律，保證工件在加工尺寸所在方向上有確定位置，而且還必須保證足夠的定位精度。2、工件的定位誤差由基準不重合誤差，基準制造不準確誤差組成即：△dw=△B+△Z3、定位誤差主要發生在按調整法加工一批工件時，而按逐件試切法來加工時，根本不存在定位誤差。4、不論由何種原因引起定位誤差，則其最終結果都是使工序基準在加工尺寸方向上發生位置的最大偏移。5、△B由工序基準與定位基準之間的定位尺寸公差所決定，△Z由定位付間的制造誤差所決定：△B由于基準不重合而引起的工序基準在加工尺寸方向上的最大變動量，等于工序基準到定位基準之間的尺寸公差；△Z由于定位付制造不準，所引起的工序基準在加工尺寸方向上最大變動量第三節定位誤差的分析與計算第二章工件的定位夾緊與機床夾具設計59第三節定位誤差的分析與計算定位誤差的計算－工件以平面定位時的定位誤差計算△B－由于基準不重合引起的設計（工序）基準在加工尺寸方向上的最大變化量其大小等于設計（工序）基準到定位基準之間的尺寸公差。第二章工件的定位夾緊與機床夾具設計圖2-30工件以平面定位時的基準不重合誤差定位基準與工序基準重合，定位誤差為零。定位基準與工序基準不重合，定位誤差為δA2。60第三節定位誤差的分析與計算定位誤差的計算－工件以平面定位時的定位誤差計算第二章工件的定位夾緊與機床夾具設計圖2-31工件以平面定位時的基準不重合誤差61第三節定位誤差的分析與計算定位誤差的計算－工件以平面定位時的定位誤差計算第二章工件的定位夾緊與機床夾具設計圖2-32工件以平面定位時的基準位移誤差62第三節定位誤差的分析與計算定位誤差的計算－工件以外圓面定位時的定位誤差計算△B－由于基準不重合引起的設計（工序）基準在加工尺寸方向上的最大變化量其大小等于設計基準到定位基準之間的尺寸公差。第二章工件的定位夾緊與機床夾具設計圖2-33工件以外圓定位時的基準不重合誤差63第三節定位誤差的分析與計算定位誤差的計算－工件以外圓面定位時的定位誤差計算（V形塊定位）第二章工件的定位夾緊與機床夾具設計圖2-34-1V形塊定位時的定位誤差計算64第三節定位誤差的分析與計算定位誤差的計算－工件以外圓面定位時的定位誤差計算（V形塊定位）第二章工件的定位夾緊與機床夾具設計圖2-34-2V形塊定位時的定位誤差計算65第二章工件的定位夾緊與機床夾具設計圖2-34-3V形塊定位時的定位誤差計算66第二章工件的定位夾緊與機床夾具設計圖2-34-4V形塊定位時的定位誤差計算67第二章工件的定位夾緊與機床夾具設計圖2-34-5V形塊定位時的定位誤差計算68總結由上面公式可看出：1）V型塊的α角↑，三種情況的定位誤差↓，但α角不宜過大，這樣V型塊的對中性能變差。2）△dw2最小，所以以下母線為工序基準來標注定位誤差最小。Sin90°=1α=90°、60°、120°當α由60°→120°α/2由30°→60°，Sinα/2↑,△dw↓第二章工件的定位夾緊與機床夾具設計69第三節定位誤差的分析與計算第二章工件的定位夾緊與機床夾具設計這時，定位元件與工件間無徑向間隙所以在徑向有：△dw(x)=0，△dw(z)=0在軸向，若利用壓力機的行程加以控制，則：△dw(y)=0，不控制行程，則：△dw(y)≠0由此可見，過盈配合圓柱心軸的定心精度是相當高的XYZ定位誤差的計算－工件以圓孔定位時的定位誤差計算

在過盈配合圓柱心軸上定位圖2-35工件以圓孔在過盈配合圓柱心軸上定位時的定位誤差計算70第三節定位誤差的分析與計算定位誤差的計算－工件以圓孔定位時的定位誤差計算

在間隙配合圓柱心軸上定位－心軸水平放置第二章工件的定位夾緊與機床夾具設計這時，工件以自重下垂，心軸和孔始終以上母線相接觸，但，這時的定位只存在單邊間隙，這時的徑向定位誤差僅在Z軸方向上。設：工件圓孔的直徑為D+δD；心軸外圓直徑為d-δd；定位時的最小配合間隙為：△S則其定位誤差為：圖2-36心軸水平放置DmaxO1dminOΔdWO2對于一批工件在調刀時就已去掉了（1/2配合間隙）有：71

【解】當工件孔徑為最大，定位銷的直徑為最小時，孔心在任意方向上的最大變動量等于孔與銷配合的最大間隙量，即無論工序尺寸方向如何，只要工序尺寸方向垂直于孔心軸線，其定位誤差均為：設：工件內孔直徑為:D+δD；心軸外徑:d-δd;最小配間隙:δS;圖2.3.3心軸垂直放置DmaxdminOΔdWO1O2第二章工件的定位夾緊與機床夾具設計定位誤差的計算－工件以圓孔定位時的定位誤差計算

在間隙配合圓柱心軸上定位－心軸垂直放置ΔdW=Dmax－dmin第三節定位誤差的分析與計算72第二章工件的定位夾緊與機床夾具設計73第二章工件的定位夾緊與機床夾具設計74第二章工件的定位夾緊與機床夾具設計75第二章工件的定位夾緊與機床夾具設計76菱形銷直徑d3～6>6～8>8～20>20～25>25～32>32～40>40～50b234568md-0.5d-1d-2d-3d-4d-5在工件加工精度要求較高時，菱形銷的尺寸b、m才有必要重新設計。采用一面兩銷(一個圓柱銷，一個菱形銷)定位方法時要注意兩個問題：①菱形銷的削邊方向（⊥于連心線）②這種定位方法限制六個自由度菱形銷的尺寸參數第二章工件的定位夾緊與機床夾具設計77第四節工件的夾緊與夾緊機構第二章工件的定位夾緊與機床夾具設計78§4-1夾緊裝置的組成和基本要求

為了使工件加工時在切削力、慣性力、重力等外力作用下，仍然保持已定好的位置，在夾具上還須設有夾緊裝置，對工件產生適當的夾緊力。夾緊裝置的設計和選擇是否合理，將直接影響工件的加工質量和生產率。因此對夾緊裝置提出以下要求：①保證加工精度：夾緊工件時，不能改變工件已定好的正確位置，夾緊后，工件的變形表面受擠壓后不可超過規定的限度，加工時，工件不應松動，并力求振動最小。②夾緊動作迅速準確：在成批大量生產時，盡可能采用氣動液壓夾具。③夾緊效果安全可靠：具有自鎖性，保證力源除去后，不致松動。④操作方便省力⑤結構簡單，容易制造第二章工件的定位夾緊與機床夾具設計79夾緊裝置的組成

典型的夾緊裝置是由①力源裝置；②中間遞力機構；③夾緊元件；④夾緊機構這四部分組成。力源裝置——產生夾緊作用力的裝置，通常是指機動夾緊時所用的氣動、液壓、電動等動力裝置，對于手動夾緊，不存在力源裝置中間遞力機構——介于力源和夾緊元件之間的遞力機構，把力源裝置的夾緊作用力傳遞給夾緊元件，由夾緊元件最終完成對工件的夾緊。作用：①改變夾緊作用力的方向②改變夾緊作用力的大小③保證夾緊機構的工作安全可靠而使之具有一定的自鎖性能。以便在夾緊作用力一旦消失后，仍能使整個夾緊系統處于可靠的夾緊狀態。夾緊元件——是夾緊裝置的最終執行元件，通過它和工件受壓面的直接接觸而完成夾緊作用。夾緊機構——手動夾緊時用的，是由半間遞力機構和夾緊元件所組成第二章工件的定位夾緊與機床夾具設計80第二章工件的定位夾緊與機床夾具設計81第二章工件的定位夾緊與機床夾具設計82第二章工件的定位夾緊與機床夾具設計83第二章工件的定位夾緊與機床夾具設計84§4-2設計和選用夾緊裝置的基本準則夾緊力的組成：夾緊力力的大小力的方向力的作用點這三要素是夾緊裝置設計和選擇的核心問題。第二章工件的定位夾緊與機床夾具設計85夾緊力三要素的設計原則與夾緊力方向有關的原則夾緊力的方向與工件的裝夾方式、工件受外力的方向以及工件的剛性等有關，可以從以下三方面考慮：（1）當工件用幾個表面作為定位基準時，若工件是大型的，則為了保持工件的正確位置，朝向的每個定位面都要有夾緊力；若工件尺寸較小，切削力不大，則往往只要垂直朝向主要定位面有夾緊力，保證主要定位面與定位元件有較大的接觸面積，就可以使工件裝夾穩定可靠。第二章工件的定位夾緊與機床夾具設計86夾緊力三要素的設計原則與夾緊力方向有關的原則（2）夾緊力的方向應使工件夾緊后的變形小。如圖(a)是用三爪卡盤將薄壁套筒零件用徑向力夾緊,因剛性不足易引起工件變形。若改為圖(b)用特定的螺母通過軸向力夾緊工件，則工件不易變形。第二章工件的定位夾緊與機床夾具設計87夾緊力三要素的設計原則與夾緊力方向有關的原則（3）夾緊力的方向應方便裝夾和有利于減小夾緊力。下圖為夾緊力Q、重力G、切削力F三者之間的組合關系。工件重力G的方向始終指向地面，因此從裝夾工件出發，以圖（a）、（b）最好，因為主要定位元件表面是水平朝上，使工件裝夾穩定可靠。圖（c）、（d）、（e）情況較差；圖（f）情況最差，不便裝夾。若從減小夾緊力出發，假定圖中G和F大小相同，則所需要的Q力以圖（a）最小，圖（b）次之，圖（f）最大。由此可見當Q、F、G方向相同時，所需夾緊力最小，此時施加夾緊力的目的就是防止工件在加工中的振動。88第二章工件的定位夾緊與機床夾具設計89第二章工件的定位夾緊與機床夾具設計90第二章工件的定位夾緊與機床夾具設計91夾緊力三要素的設計原則與夾緊力著力點有關的準則①夾緊力的著力點應能保持工件定位穩固不致引起工件發生位移或偏轉②夾緊力的著力點應位于工件剛度較大處，以防止工件因夾緊而發生變形③夾緊力的著力點應盡量靠近工件被加工表面，以提高定位穩定性和夾緊可靠性第二章工件的定位夾緊與機床夾具設計92第二章工件的定位夾緊與機床夾具設計93第二章工件的定位夾緊與機床夾具設計94第二章工件的定位夾緊與機床夾具設計95夾緊力三要素的設計原則與夾緊力大小有關的準則①夾緊力不可過大，也不可過小②夾緊力大小的確定要把夾緊力的大小計算的十分正確，目前情況下還不大可能，因為在實際加工中，切削力不是個恒定不變的常值，它要受到工件材料性質（硬度、金相組織）的不均勻，加工余量的變動，刀具不斷鈍化后引起實際切削角度的變化等因素的影響，而且計算夾緊力的公式也是在實驗條件下求得，實際生產條件與實驗條件不可能完全一致。但在具體計算時，我們通常是據最不利的加工條件求出切削力P，然后按靜力平衡條件，求出工件所需夾緊力W‘，然后再乘上一個安全系數作為實際所需夾緊力。第二章工件的定位夾緊與機床夾具設計96W=kW'W——實際所需夾緊力W'——計算得夾緊力K——安全系數K=K1?K2?K3?K4K1——基本安全系數，考慮工件材質和加工余量不均勻的安全系數K2——加工狀態系數，考慮加工特點的安全系數K3——刀具鈍化系數，考慮刀具鈍化的安全系數K4——切削特點系數，考慮切削情況的安全系數上述各安全系數的選取可參考相關手冊上的《安全系數表》通常：K=1.5～2.5；夾緊力與切削力相反時K=2.5～3然而，不同的夾緊機構，產生的夾緊力不同，其計算方法也不相同。第二章工件的定位夾緊與機床夾具設計97§4-3常用的典型夾緊機構楔塊夾緊裝置在生產中，很少單獨使用楔塊對工件直接夾緊，而是與桿杠、壓板、螺旋等組合使用，或是與氣壓、液壓傳動裝置聯用。如圖所示，楔塊夾緊主要用于增大夾緊力或改變夾緊力方向。第二章工件的定位夾緊與機床夾具設計98斜楔夾緊機構楔塊在外力Fex作用下，以夾緊力Fc直接夾緊工件，其底面上有反作用力Fr2和摩擦力Ff2，斜面上有反作用力Fr1和摩擦力Ff1；Fr1和Ff1的合力為Fe1，Fr2和Ff2的合力為Fe2，Fe1可分解為垂直分力Fc和水平分力Q1，Fc即為作用在工件上的夾緊力。據靜力平衡條件：Fex=Fe1sinφ1+Fe2sin（α＋φ2）Fe1＝Fc/cosφ1Fe2=Fc/cos（α＋φ2）所以Fc=Fex/tgφ1+tg（α＋φ2）Fc——夾緊力Fex——作用外力φ1φ2——工件與斜楔間以及機床夾具體與斜楔間的摩擦角；α－楔塊升角，一般取6°～10°斜楔的自鎖條件α≤φ1＋φ2第二章工件的定位夾緊與機床夾具設計99楔塊夾緊機構的特點由上面我們可以看出楔塊夾緊機構有如下特點：①楔塊具有增加力作用對楔塊作用一較小的外力Fc，可以得到比Fex大數倍的夾緊力Fc若φ1，φ2和α均取6°,則：可由上面公式計算得Fc≈3Fex且α愈小，增力作用愈大。②楔塊的夾緊行程很小α愈小，夾緊行程也愈小，自鎖性愈好α愈大，夾緊行程也愈大，自鎖性愈差有時為了加大楔塊的夾緊行程，而且也有較好的自鎖性，往往采用雙行程楔塊。大升角用于快速行程小升角用于夾緊并自鎖第二章工件的定位夾緊與機床夾具設計100螺旋夾緊裝置螺旋夾緊裝置是從楔塊夾緊裝置轉化而來的，相當于把楔塊繞在圓柱體上，轉動螺旋時即可夾緊工件。如圖所示為簡單的單螺旋夾緊機構。第二章工件的定位夾緊與機床夾具設計101螺旋夾緊機構夾緊力計算見教材。特點①有很大的增力倍數若取L=24roα=3°φ1=6°則Fc≈160Fex顯然增力倍數遠比楔塊夾緊機構大②自鎖性能好一般α≤4°所以具有良好的自鎖性③螺旋夾緊機構具有動作慢的缺點盡管其夾緊行程不受限制，但因螺距較小，需將螺桿擰動多周才能夾緊工件，增加了輔助時間。在一些高效率的機床和自動線機床夾具中，可采用自動進行夾緊或以液壓馬達直接帶動螺桿旋轉。適用范圍因其夾緊機構的結構簡單，夾緊可靠，所以在手動夾緊裝置中用得極廣，特別是和壓板起組成螺釘壓板機構，則更是一般手動機床夾具中的主要夾緊方式。第二章工件的定位夾緊與機床夾具設計102第二章工件的定位夾緊與機床夾具設計偏心夾緊裝置偏心夾緊裝置也是從楔塊夾緊裝置轉化而來的，它是將楔塊包在圓盤上，旋轉圓盤使工件得以夾緊。103第二章工件的定位夾緊與機床夾具設計偏心夾緊裝置偏心夾緊機構是一種快速動作的夾緊機構，工作效率高應用較廣。常用偏心輪有兩種形式：圓偏心：以圓弧曲線作為輪廓曲線曲線偏心：采用了阿基米德螺旋線或對數螺旋線作為輪廓曲線曲線偏心輪具有升角變化均勻等優點，但制造復雜，用得較少；圓偏心輪結構簡單制造容易，應用較廣，今天，我們主要介紹圓偏心輪組成的偏心夾緊機構。作用原理偏心夾緊機構的工作原理，主要是靠偏心輪的回轉半徑由小變大而產生夾緊作用，這和斜楔機構中，斜楔移動其斜面高度由小變大而產生楔緊作用的原理一樣。圓偏心輪實際上等于把斜楔纏在一個圓盤上，所以圓偏心的實質也只是斜楔的一種變形。圓偏心輪夾緊力的計算見教材P47104第二章工件的定位夾緊與機床夾具設計圓偏心輪的結構特點圓偏心輪上各點的升角是變化的圓偏心的自鎖條件：D/e≥20～14①夾緊力不大，行程受到限制②自鎖性不好適用范圍因為其夾緊力小，自鎖性能又不好，一般只適用于切削負荷不大，且無振動的加工場合。又因為其夾緊行程小，故對工件受壓面的表面質量和夾緊尺寸精度都有一定要求，以免工件夾不牢，夾不著或無法夾。105第二章工件的定位夾緊與機床夾具設計定心夾緊裝置在切削加工中，若工件是以中心線或對稱面為工序基準，可采用一種保證工件準確定心或對中的裝置，使工件的定位和夾緊過程同時完成，而定位元件與夾緊元件合二為一。這種裝置稱為定心夾緊裝置。如圖所示，三爪卡盤就是一種定心夾緊裝置。106第二章工件的定位夾緊與機床夾具設計107第五節其它機構與典型夾具設計第二章工件的定位夾緊與機床夾具設計108第二章工件的定位夾緊與機床夾具設計109第二章工件的定位夾緊與機床夾具設計110第二章工件的定位夾緊與機床夾具設計111第二章工件的定位夾緊與機床夾具設計112第二章工件的定位夾緊與機床夾具設計113第二章工件的定位夾緊與機床夾具設計114第二章工件的定位夾緊與機床夾具設計115機床夾具的基本要求和設計步驟

對機床夾具的基本要求對機床夾具的基本要求可總括為四個方面：（1）穩定地保證工件的加工精度；（2）提高機械加工的勞動生產率；（3）結構簡單，有良好的結構工藝性和勞動條件；（4）應能降低工件的制造成本。夾具設計的工作步驟（1）研究原始資料，明確設計任務；（2）考慮和確定夾具的結構方案，繪制結構草圖；（3）繪制夾具總圖；（4）確定并標注有關尺寸和夾具技術要求；（5）繪制夾具零件圖。第二章工件的定位夾緊與機床夾具設計116第二章工件的定位夾緊與機床夾具設計1172.3定位誤差

定位誤差的概念例如在軸上銑鍵槽，要求保證槽底至軸心的距離H。若采用V型塊定位，鍵槽銑刀按規定尺寸H調整好位置（圖2-29）。實際加工時，由于工件直徑存在公差，會使軸心位置發生變化。不考慮加工過程誤差，僅由于軸心位置變化而使工序尺寸H也發生變化。此變化量（即加工誤差）是由于工件的定位而引起的，故稱為定位誤差。圖2.3.1定位誤差HOAO1O2ΔDW定位誤差是由于工件在夾具上（或機床上）定位不準確而引起的加工誤差。1181）由于工件定位表面或夾具定位元件制作不準確引起的定位誤差，稱為基準位置誤差，如圖2-29所示例子。2）由于工件的工序基準與定位基準不重合而引起的定位誤差，稱為基準不重合誤差。圖2-30所示工件以底面定位銑臺階面，要求保證尺寸a，即工序基準為工件頂面。如刀具已調整好位置，則由于尺寸b的誤差會使工件頂面位置發生變化，從而使工序尺寸a產生誤差。bΔDWa圖2.3.2由于基準不重合引起的定位誤差工序基準

定位基準2.3定位誤差

定位誤差的來源1192.3定位誤差

定位誤差計算在采用調整法加工時，工件的定位誤差實質上就是工序基準在加工尺寸方向上的最大變動量。因此計算定位誤差，首先要找出工序尺寸的工序基準，然后求其在工序尺寸方向上的最大變動量即可。用幾何方法計算定位誤差通常要畫出工件的定位簡圖，并在圖中夸張地畫出工件變動的極限位置；然后運用三角幾何知識，求出工序基準在加工尺寸方向上的最大變動量，即為定位誤差。

用幾何方法計算定位誤差120當工件孔徑為最大，定位銷的直徑為最小時，孔心在任意方向上的最大變動量等于孔與銷配合的最大間隙量，即無論工序尺寸方向如何，只要工序尺寸方向垂直于孔心軸線，其定位誤差均為：

ΔDW

=Dmax－dmin（2-6）式中ΔDW

——定位誤差

Dmax——工件定位孔最大直徑

dmin——夾具定位銷最小直徑【解】2.3定位誤差

【例2-4】圖2.3.3所示為孔與銷間隙配合的情況，若工件的工序基準為孔心，試確定其定位誤差。圖2.3.3孔與銷間隙配合時的定位誤差DmaxdminOΔDWO1O21212.3定位誤差

某些情況，工件孔與夾具定位銷保持固定邊接觸（圖2-32），此時孔心在接觸點與銷子中心連線方向上的最大變動量為孔徑公差的一半。若工件的定位基準仍為孔心，且工序尺寸方向與接觸點和銷子中心連線方向相同，則其定位誤差為：圖2.3.4孔與銷間隙配合固定邊接觸時定位誤差DmaxO1DminOΔDWO2

ΔDW

=（Dmax－Dmin）=TD

（2-7）1212此時，孔在銷上的定位已由定心定位轉化為支承定位的形式，定位基準也由孔心變成了與定位銷固定邊接觸的一條母線。這種情況下，定位誤差是由于定位基準與工序基準不重合所造成的，屬于基準不重合誤差，與定位銷直徑無關。1222.3定位誤差

2.用微分方法計算定位誤差【例2-5】工件在V型塊上定位銑鍵槽，計算定位誤差【解】要求保證的工序尺寸和工序要求：①槽底至工件外圓中心的距離H（或槽底至外圓下母線的距離H1，或槽底至外圓上母線的距離H2）；②鍵槽對工件外圓中心的對稱度OA=Sin(α/2)OB=Sin(α/2)d對上式求全微分，得到：d(OA)=Sin(α/2)1d(d)－Sin(α/2)1d(α)圖2.3.5外圓表面在V型塊上的定位誤差HBαOA對于第1項要求，考慮第1種情況（工序基準為圓心O，見圖2-33），寫出O點至加工尺寸方向上某一固定點（如V型塊兩斜面交點A）的距離：123以微小增量代替微分，并將尺寸誤差視為微小增量，且考慮到尺寸誤差可正可負，各項誤差均取最大值，得到工序尺寸H的定位誤差：