機床常用夾具.doc

第四章 機床常用夾具第一節(jié) 機床夾具概述 機床夾具是在機械制造過程中，用來固定加工對象，使之占有正確位置，以接受加工或檢測并保證加工要求的機床附加裝置，簡稱為夾具。一、機床夾具的主要功能在機床上加工工件時，必須用夾具裝好夾牢工件。將工件裝好，就是在機床上確定工件相對于刀具的正確位置，這一過程稱為定位。將工件夾牢，就是對工件施加作用力，使之在已經定好的位置上將工件可靠地夾緊，這一過程稱為夾緊。從定位到夾緊的全過程，稱為裝夾。機床夾具的主要功能就是完成工件的裝夾工作。工件裝夾情況的好壞，將直接影響工件的加工精度。工件的裝夾方法有找正裝夾法和夾具裝夾法兩種。找正裝夾方法是以工件的有關表面或專門劃出的線痕作為找正依據(jù)，用劃針或指示表進行找正，將工件正確定位，然后將工件夾緊，進行加工。如圖4-1所示，在銑削連桿狀零件的上下兩平面時，若批量不大，則可在機用虎鉗中，按側邊劃出的加工線痕，用劃針找正。圖4-1 在機用虎鉗上找正和裝夾連桿狀零件 這種方法安裝方法簡單，不需專門設備，但精度不高，生產率低，因此多用于單件、小批量生產。夾具裝夾方法是靠夾具將工件定位、夾緊，以保證工件相對于刀具、機床的正確位置。圖4-2所示為銑削連桿狀零件的上下兩平面所用的銑床夾具。這是一個雙位置的專用銑床夾具。毛坯先放在I位置上銑出第一端面（A面），然后將此工件翻過來放入II位置銑出第二端面（B面）。夾具中可同時裝夾兩個工件。圖4-2 銑連桿狀零件兩面的比位置專用銑床夾具1對刀塊（兼擋銷） 2鋸齒頭支承釘 3、4、5擋銷 6壓板 7螺母 8壓板支承釘 9定位鍵 圖4-3所示為專供加工軸套零件上6H9徑向孔的鉆床夾具。工件以內孔及其端面作為定位基準，通過擰緊螺母將工件牢固地壓在定位元件上。圖4-3 鉆軸套零件上6H9徑向孔的專用鉆床夾具 通過以上實例分析，可知用夾具裝夾工件的方法有以下幾個特點：1）工件在夾具中的正確定位，是通過工件上的定位基準面與夾具上的定位元件相接觸而實現(xiàn)的。因此，不再需要找正便可將工件夾緊。2）由于夾具預先在機床上已調整好位置（也有在加工過程中再進行找正的），因此，工件通過夾具對于機床也就占有了正確的位置。3）通過夾具上的對刀裝置，保證了工件加工表面相對于刀具的正確位置。4）裝夾基本上不受工人技術水平的影響，能比較容易和穩(wěn)定地保證加工精度。5）裝夾迅速、方便，能減輕勞動強度，顯著地減少輔助時間，提高勞動生產率。6）能擴大機床的工藝范圍。如要鏜削圖4-4所示機體上的階梯孔，若沒有臥式鏜床和專用設備，可設計一夾具在車床上加工。圖4-4 機體零件簡圖二、機床夾具的分類機床夾具的種類很多，形狀千差萬別。為了設計、制造和管理的方便，往往按某一屬性進行分類。1按夾具的通用特性分類按這一分類方法，常用的夾具有通用夾具、專用夾具、可調夾具、組合夾具和自動線夾具等五大類。它反映夾具在不同生產類型中的通用特性，因此是選擇夾具的主要依據(jù)。（1）通用夾具 通用夾具是指結構、尺寸已規(guī)格化，且具有一定通用性的夾具，如三爪自定心卡盤、四爪單動卡盤、臺虎鉗、萬能分度頭、中心架、電磁吸盤等。其特點是適用性強、不需調整或稍加調整即可裝夾一定形狀范圍內的各種工件。這類夾具已商品化，且成為機床附件。采用這類夾具可縮短生產準備周期，減少夾具品種，從而降低生產成本。其缺點是夾具的加工精度不高，生產率也較低，且較難裝夾形狀復雜的工件，故適用于單件小批量生產中。（2）專用夾具 專用夾具是針對某一工件的某一工序的加工要求而專門設計和制造的夾具。其特點是針對性極強，沒有通用性。在產品相對穩(wěn)定、批量較大的生產中，常用各種專用夾具，可獲得較高的生產率和加工精度。專用夾具的設計制造周期較長，隨著現(xiàn)代多品種及中、小批生產的發(fā)展，專用夾具在適應性和經濟性等方面已產生許多問題。（3）可調夾具 可調夾具是針對通用夾具和專用夾具的缺陷而發(fā)展起來的一類新型夾具。對不同類型和尺寸的工件，只需調整或更換原來夾具上的個別定位元件和夾緊元件便可使用。它一般又分為通用可調夾具和成組夾具兩種。通用可調夾具的通用范圍大，適用性廣，加工對象不太固定。成組夾具是專門為成組工藝中某組零件設計的，調整范圍僅限于本組內的工件?？烧{夾具在多品種、小批量生產中得到廣泛應用。（4）成組夾具 這是在成組加工技術基礎上發(fā)展起來的一類夾具。它是根據(jù)成組加工工藝的原則，針對一組形狀相近的零件專門設計的，也是具有通用基礎件和可更換調整元件組成的夾具。這類夾具從外形上看，它和可調夾具不易區(qū)別。但它與可調夾具相比，具有使用對象明確、設計科學合理、結構緊湊、調整方便等優(yōu)點。（5）組合夾具 組合夾具是一種模塊化的夾具，并已商品化。標準的模塊元件具有較高精度和耐磨性，可組裝成各種夾具，夾具用畢即可拆卸，留待組裝新的夾具。由于使用組合夾具可縮短生產準備周期，元件能重復多次使用，并具有可減少專用夾具數(shù)量等優(yōu)點；因此組合夾具在單件、中小批多品種生產和數(shù)控加工中，是一種較經濟的夾具。（6）自動線夾具 自動線夾具一般分為兩種：一種為固定式夾具，它與專用夾具相似；另一種為隨行夾具，使用中夾具隨著工件一起運動，并將工件沿著自動線從一個工位移至下一個工位進行加工。2按夾具使用的機床分類這是專用夾具設計所用的分類方法。按使用的機床分類，可把夾具分為車床夾具、銑床夾具、鉆床夾具、鏜床夾具、磨床夾具、齒輪機床夾具、數(shù)控機床夾具等。3按夾具動力源來分類按夾具夾緊動力源可將夾具分為手動夾具和機動夾具兩大類。為減輕勞動強度和確保安全生產，手動夾具應有擴力機構與自鎖性能。常用的機動夾具有氣動夾具、液壓夾具、氣液夾具、電動夾具、電磁夾具、真空夾具和離心力夾具等。三、機床夾具的組成雖然機床夾具的種類繁多，但它們的工作原理基本上是相同的。將各類夾具中，作用相同的結構或元件加以概括，可得出夾具一般所共有的以下幾個組成部分，這些組成部分既相互獨立又相互聯(lián)系。1定位支承元件定位支承元件的作用是確定工件在夾具中的正確位置并支承工件，是夾具的主要功能元件之一。如圖4-2所示的鋸齒頭支承釘2和擋銷3、4、5。定位支承元件的定位精度直接影響工件加工的精度。2夾緊裝置夾緊元件的作用是將工件壓緊夾牢，并保證在加工過程中工件的正確位置不變。如圖4-2所示的壓板6。3連接定向元件這種元件用于將夾具與機床連接并確定夾具對機床主軸、工作臺或導軌的相互位置。如圖4-2所示的定向鍵9。4對刀元件或導向元件 這些元件的作用是保證工件加工表面與刀具之間的正確位置。用于確定刀具在加工前正確位置的元件稱為對刀元件，如圖4-2所示的對刀塊1。用于確定刀具位置并引導刀具進行加工的元件稱為導向元件，如圖4-3所示的快換鉆套1。5其它裝置或元件 根據(jù)加工需要，有些夾具上還設有分度裝置、靠模裝置、上下料裝置、工件頂出機構、電動扳手和平衡塊等，以及標準化了的其它聯(lián)接元件。6夾具體 夾具體是夾具的基體骨架，用來配置、安裝各夾具元件使之組成一整體。常用的夾具體為鑄件結構、鍛造結構、焊接結構和裝配結構，形狀有回轉體形和底座形等形狀。上述各組成部分中，定位元件、夾緊裝置、夾具體是夾具的基本組成部分。四、機床夾具的現(xiàn)狀及發(fā)展方向夾具最早出現(xiàn)在18世紀后期。隨著科學技術的不斷進步，夾具已從一種輔助工具發(fā)展成為門類齊全的工藝裝備。1機床夾具的現(xiàn)狀國際生產研究協(xié)會的統(tǒng)計表明，目前中、小批多品種生產的工件品種已占工件種類總數(shù)的85左右。現(xiàn)代生產要求企業(yè)所制造的產品品種經常更新?lián)Q代，以適應市場的需求與競爭。然而，一般企業(yè)都仍習慣于大量采用傳統(tǒng)的專用夾具，一般在具有中等生產能力的工廠里，約擁有數(shù)千甚至近萬套專用夾具；另一方面，在多品種生產的企業(yè)中，每隔34年就要更新5080左右專用夾具，而夾具的實際磨損量僅為1020左右。特別是近年來，數(shù)控機床、加工中心、成組技術、柔性制造系統(tǒng)（FMS）等新加工技術的應用，對機床夾具提出了如下新的要求：1）能迅速而方便地裝備新產品的投產，以縮短生產準備周期，降低生產成本；2）能裝夾一組具有相似性特征的工件；3）能適用于精密加工的高精度機床夾具；4）能適用于各種現(xiàn)代化制造技術的新型機床夾具；5）采用以液壓站等為動力源的高效夾緊裝置，以進一步減輕勞動強度和提高勞動生產率；6）提高機床夾具的標準化程度。2現(xiàn)代機床夾具的發(fā)展方向現(xiàn)代機床夾具的發(fā)展方向主要表現(xiàn)為標準化、精密化、高效化和柔性化等四個方面。（1）標準化 機床夾具的標準化與通用化是相互聯(lián)系的兩個方面。目前我國已有夾具零件及部件的國家標準：GB/T2148T225991以及各類通用夾具、組合夾具標準等。機床夾具的標準化，有利于夾具的商品化生產，有利于縮短生產準備周期，降低生產總成本。（2）精密化 隨著機械產品精度的日益提高，勢必相應提高了對夾具的精度要求。精密化夾具的結構類型很多，例如用于精密分度的多齒盤，其分度精度可達0.1；用于精密車削的高精度三爪自定心卡盤，其定心精度為5m。（3）高效化 高效化夾具主要用來減少工件加工的基本時間和輔助時間，以提高勞動生產率，減輕工人的勞動強度。常見的高效化夾具有自動化夾具、高速化夾具和具有夾緊力裝置的夾具等。例如，在銑床上使用電動虎鉗裝夾工件，效率可提高5倍左右；在車床上使用高速三爪自定心卡盤，可保證卡爪在試驗轉速為9000r/min的條件下仍能牢固地夾緊工件，從而使切削速度大幅度提高。目前，除了在生產流水線、自動線配置相應的高效、自動化夾具外，在數(shù)控機床上，尤其在加工中心上出現(xiàn)了各種自動裝夾工件的夾具以及自動更換夾具的裝置，充分發(fā)揮了數(shù)控機床的效率。（4）柔性化 機床夾具的柔性化與機床的柔性化相似，它是指機床夾具通過調整、組合等方式，以適應工藝可變因素的能力。工藝的可變因素主要有：工序特征、生產批量、工件的形狀和尺寸等。具有柔性化特征的新型夾具種類主要有：組合夾具、通用可調夾具、成組夾具、模塊化夾具、數(shù)控夾具等。為適應現(xiàn)代機械工業(yè)多品種、中小批量生產的需要，擴大夾具的柔性化程度，改變專用夾具的不可拆結構為可拆結構，發(fā)展可調夾具結構，將是當前夾具發(fā)展的主要方向。第二節(jié) 工件的定位一、工件定位的基本原理1自由度的概念由剛體運動學可知，一個自由剛體，在空間有且僅有六個自由度。圖4-5所示的工件，它在空間的位置是任意的，即它既能沿Ox、Oy、Oz三個坐標軸移動，稱為移動自由度，分別表示為 ；又能繞Ox、Oy、Oz三個坐標軸轉動，稱為轉動自由度，分別表示為 。（沿用吳拓主編機械制造工程（第2版）機械工業(yè)出版社2005年9月圖4-6）圖4-5 工件的六個自由度a) 矩形工件 b) 圓柱形工件2六點定位原則由上可知，如果要使一個自由剛體在空間有一個確定的位置，就必須設置相應的六個約束，分別限制剛體的六個運動自由度。在討論工件的定位時，工件就是我們所指的自由剛體。如果工件的六個自由度都加以限制了，工件在空間的位置也就完全被確定下來了。因此，定位實質上就是限制工件的自由度。分析工件定位時，通常是用一個支承點限制工件的一個自由度。用合理設置的六個支承點，限制工件的六個自由度，使工件在夾具中的位置完全確定，這就是六點定位原則。例如在如圖4-6a所示的矩形工件上銑削半封閉式矩形槽時，為保證加工尺寸A，可在其底面設置三個不共線的支承點1、2、3，如圖4-6b所示，限制工件的三個自由度： ；為了保證B尺寸，側面設置兩個支承點4、5，限制 兩個自由度；為了保證C 尺寸，端面設置一個支承點6，限制 自由度。于是工件的六個自由度全部被限制了，實現(xiàn)了六點定位。在具體的夾具中，支承點是由定位元件來體現(xiàn)的。如圖4-6c所示，設置了六個支承釘。（沿用吳拓主編機械制造工程（第2版）之圖4-7）圖4-6 矩形工件定件a) 零件 b) 定位分析 c) 支承點布置對于圓柱形工件，如圖4-7a所示，可在外圓柱表面上，設置四個支承點1、3、4，5限制 、 四個自由度；槽側設置一個支承點2，限制 一個自由度；端面設置一個支承點6，限制 一個自由度；工件實現(xiàn)完全定位，為了在外圓柱面上設置四個支承點一般采用V形架，如圖4-7b所示。（沿用吳拓主編機械制造工程（第2版）之圖4-8）圖4-7 圓柱形工件定位通過上述分析，說明了六點定位原則的幾個主要問題：1）定位支承點是定位元件抽象而來的。在夾具的實際結構中，定位支承點是通過具體的定位元件體現(xiàn)的，即支承點不一定用點或銷的頂端，而常用面或線來代替。根據(jù)數(shù)學概念可知，兩個點決定一條直線，三個點決定一個平面，即一條直線可以代替兩個支承點，一個平面可代替三個支承點。在具體應用時，還可用窄長的平面（條形支承）代替直線，用較小的平面來替代點。2）定位支承點與工件定位基準面始終保持接觸，才能起到限制自由度的作用。3）分析定位支承點的定位作用時，不考慮力的影響。工件的某一自由度被限制，是指工件在某個坐標方向有了確定的位置，并不是指工件在受到使其脫離定位支承點的外力時不能運動。使工件在外力作用下不能運動，要靠夾緊裝置來完成。3工件定位中的幾種情況（1）完全定位 完全定位是指不重復地限制了工件的六個自由度的定位。當工件在x、y、z三個坐標方向均有尺寸要求或位置精度要求時，一般采用這種定位方式，如圖4-6所示。（2）不完全定位 根據(jù)工件的加工要求，有時并不需要限制工件的全部自由度，這樣的定位方式稱為不完全定位。圖4-8a所示為在車床上加工通孔，根據(jù)加工要求，不需限制 和 兩個自由度，所以用三爪自定心卡盤夾持限制其余四個自由度，就可以實現(xiàn)四點定位。圖4-8b所示為平板工件磨平面，工件只有厚度和平行度要求，只需限制 三個自由度，在磨床上采用電磁工作臺就能實現(xiàn)三點定位。由此可知，工作在定位時應該限制的自由度數(shù)目應由工序的加工要求而定，不影響加工精度的自由度可以不加限制。采用不完全定位可簡化定位裝置，因此不完全定位在實際生產中也廣泛應用。（沿用吳拓主編機械制造工程（第2版）之圖4-9）圖4-8 不完全定位示例（3）欠定位 根據(jù)工件的加工要求，應該限制的自由度沒有完全被限制的定位稱為欠定位。欠定位無法保證加工要求，因此，在確定工件在夾具中的定位方案時，決不允許有欠定位的現(xiàn)象產生。如在如圖4-6所示中不設端面支承6，則在一批工件上半封閉槽的長度就無法保證；若缺少側面兩個支承點4、5時，則工件上B的尺寸和槽與工件側面的平行度均無法保證。（4）過定位 夾具上的兩個或兩個以上的定位元件重復限制同一個自由度的現(xiàn)象，稱為過定位。如圖4-9a所示，要求加工平面對A面的垂直度公差為0.04mm。若用夾具的兩個大平面實現(xiàn)定位，那工件的A面被限制 三個自由度，B面被限制了 三個自由度，其中 自由度被A、B面同時重復限制。由圖可見，當工件處于加工位置“”時，可保證垂直度要求；而當工件處于加工位置“”時不能保證此要求。這種隨機的誤差造成了定位的不穩(wěn)定，嚴重時會引起定位干涉，因此應該盡量避免和消除過定位現(xiàn)象。消除或減少過定位引起的干涉，一般有兩種方法：一是改變定位元件的結構, 如縮小定位元件工作面的接觸長度；或者減小定位元件的配合尺寸，增大配合間隙等；二是控制或者提高工件定位基準之間以及定位元件工作表面之間的位置精度。若如圖4-9b所示，把定位的面接觸改為線接觸，則消除了引起超定位的自由度 。（沿用吳拓主編機械制造工程（第2版）之圖4-10）圖4-9 過定位及消除方法示例a）過定位 b）改進定位結構4定位基準的基本概念在研究和分析工件定位問題時，定位基準的選擇是一個關鍵問題。定位基準就是在加工中用作定位的基準。一般說來，工件的定位基準一旦被選定，則工件的定位方案也基本上被確定。定位方案是否合理，直接關系到工件的加工精度能否保證。如圖4-10所示，軸承座是用底面A和側面B來定位的。因為工件是一個整體，當表面A和B的位置一確定，20H7內孔軸線的位置也確定了。表面A和B就是軸承座的定位基準。（沿用吳拓主編機械制造工程（第2版）之圖4-5）圖4-10 工件的定位基準工件定位時，作為定位基準的點和線，往往由某些具體表面體現(xiàn)出來，這種表面稱為定位基面。例如用兩頂尖裝夾車軸時，軸的兩中心孔就是定位基面。但它體現(xiàn)的定位基準則是軸的軸線。根據(jù)定位基準所限制的自由度數(shù)，可將其分為：（1）主要定位基準面 如圖4-6中的xoy平面設置三個支承點，限制了工件的三個自由度，這樣的平面稱為主要定位基面。一般應選擇較大的表面作為主要定位基面。（2）導向定位基準面 如圖4-6中的yoz平面設置兩個個支承點，限制了工件的兩個自由度，這樣的平面或圓柱面稱為主要定位基面。該基準面應選取工件上窄長的表面，而且兩支承點間的距離應盡量遠些，以保證對 的限制精度。由圖4-11可知，由于支承銷的高度誤差h，造成工件的轉角誤差。顯然，L越長，轉角誤差就越小。圖4-11 導向定位支承與轉角誤差的關系（3）雙導向定位基準面 限制工件四個自由度的圓柱面，稱為雙導向定位基準面。如圖4-12所示。圖4-12 雙導向定位（4）雙支承定位基準面 限制工件兩個移動自由度的圓柱面，稱為雙支承定位基準面。如圖4-13所示。圖4-13 雙支承定位（5）止推定位基準面 限制工件一個移動自由度的表面，稱為止推定位基準面。如圖4-6中的xoz平面上只設置了一個支承點，它只限制了工件沿y軸方向的移動。在加工過程中，工件有時要承受切削力和沖擊力等，可以選取工件上窄小且與切削力方向相對的表面作為止推定位基準面。（6）防轉定位基準面 限制工件一個轉動自由度的表面，稱為防轉定位基準面。如圖4-7中軸的通槽側面設置了一個防轉銷，它限制了工件沿y軸的轉動，減小了工件的角度定位誤差。防轉支承點距離工件安裝后的回轉軸線應盡量遠些。二、常用定位元件及選用 工件在夾具中要想獲得正確定位，首先應正確選擇定位基準，其次是選擇合適的定位元件。工件定位時，工件定位基準和夾具的定位元件接觸形成定位副，以實現(xiàn)工件的六點定位。1對定位元件的基本要求1）限位基面應有足夠的精度。定位元件具有足夠的精度，才能保證工件的定位精度。2）限位基面應有較好的耐磨性。由于定位元件的工作表面經常與工件接觸和磨擦，容易磨損，為此要求定位元件限位表面的耐磨性要好，以保持夾具的使用壽命和定位精度。3）支承元件應有足夠的強度和剛度。定位元件在加工過程中，受工件重力、夾緊力和切削力的作用，因此要求定位元件應有足夠的剛度和強度，避免使用中變形和損壞。4）定位元件應有較好的工藝性。定位元件應力求結構簡單、合理，便于制造、裝配和更換。5）定位元件應便于清除切屑。定位元件的結構和工作表面形狀應有利于清除切屑，以防切屑嵌入夾具內影響加工和定位精度。 2常用定位元件所能限制的自由度 常用定位元件可按工件典型定位基準面分為以下幾類：（1）用于平面定位的定位元件 包括固定支承（釘支承和板支承），自位支承，可調支承和輔助支承。（2）用于外圓柱面定位的定位元件 包括V形架，定位套和半圓定位座等。（3）用于孔定位的定位元件 包括定位銷（圓柱定位銷和圓錐定位銷），圓柱心軸和小錐度心軸。常用定位元件所能限制的自由度見表4-1。表4-1 常用定位元件所能限制的自由度（注：此表與吳拓主編機械制造工程（第2版）機械工業(yè)出版社，2005年9月出版p.178182之表4-1全同。定位名稱定位方式限制的自由度支承釘表4-1圖每個支承釘限制一個自由度。其中：（1）支承釘1、2、3與底面接觸，限制三個自由度（z、x、y）（2）支承釘4、5與側面接觸，限制兩個自由度（y、z）（3）支承釘6與端面接觸，限制一個自由度（x）支承板表4-1圖（1）兩條窄支承板1、2組成同一平面，與底接觸，限制三個自由度（z、x、y）（2）一個窄支承板3與側面接觸，限制兩個自由度（y、z）表4-1圖支承板與圓柱素線接觸，限制兩個自由度（z、y）表4-1圖支承板與球面接觸，限制一個自由度（z）定位銷表4-1圖（1）短銷與圓孔配合，限制兩個自由度（x、y）（2）長銷與圓孔配合，限制四個自由度（x、y、x、y）削邊銷表4-1圖（1）短削邊銷與圓孔配合，限制一個自由度（x）（2）長削邊銷與圓孔配合，限制兩個自由度（x、y）錐銷表4-1圖（1）固定錐銷與圓孔端面圓周接觸，限制三個自由度（x、y、z）（2）活動錐銷與圓孔端圓周接觸，限制兩個自由度（x、y）定位套表4-1圖（1）短套與軸配合，限制兩自由度（x、y）（2）長套與軸配合，限制四個自由度（x、y、x、y）錐套表4-1圖（1）固定錐套與軸端面圓周接觸，限制三個自由度（x、y、z）（2）活動錐套與軸端面圓周接觸，限制兩個自由度（x、y）V形架表4-1圖（1）短V形架與圓柱面接觸，限制兩個自由度（y、z）（2）長V形架與圓柱面接觸，限制四個自由度（y、z、y、z）半圓孔表4-1圖（1）短半圓孔與圓柱面接觸，限制兩個自由度（y、z）（2）長半圓孔與圓柱面接觸，限制四個自由度（y、z、y、z）三爪卡盤表4-1圖（1）夾持工件較短，限制兩個自由度（y、z）（2）夾持工件較長，限制四個自由度（y、z、y、z）兩頂尖表4-1圖一個端固定、一端活動，共消除五個自由度（x、y、z、y、z）短外圓與中心孔表4-1圖（1）三爪自定心卡盤限制二個自由度（y、z）（2）活動頂尖限制二個自由度（y、z）大平面與兩圓柱孔表4-1圖（1）支承板限制三個自由度（x、y、z）（2）短圓柱定位銷限制二個自由度（x、z）（3）短菱形銷（防轉）限制一個自由度（y）大平面與兩外圓弧面表4-1圖（1）支承板限制三個自由度（x、y、z）（2）短固定式V形塊限制二個自由度（x、z）（3）短活動式V形塊（防轉）限制一個自由度（y）大平面與短錐孔表4-1圖（1）支承板限制三個自由度（x、y、z）（2）活動錐銷限制二個自由度（x、y）長圓柱孔與其它表4-1圖（1）固定式心軸限制二個自由度（x、z 、x、z）（2）擋銷（防轉）限制一個自由度（y）3常用定位元件的選用 常用定位元件選用時，應按工件定位基準面和定位元件的結構特點進行選擇。（1）工件以平面定位 1）以面積較小的已經加工的基準平面定位時，選用平頭支承釘，如圖4-14a所示；以基準面粗糙不平或毛坯面定位時，選用圓頭支承釘，如圖4-14b所示；側面定位時，可選用網(wǎng)狀支承釘 ，如圖4-14c所示。（沿用吳拓主編機械制造工程（第2版）之圖4-11）圖4-14 支承釘a）平頭支承釘 b）圓頭支承釘 c）網(wǎng)狀支承釘2）以面積較大、平面度精度較高的基準平面定位時，選用支承板定位元件，如圖4-15所示。用于側面定位時，可選用不帶斜槽的支承板，如圖4-15a所示 ；通常盡可能選用帶斜槽的支承板，以利清除切屑，如圖4-15b所示。（沿用吳拓主編機械制造工程（第2版）之圖4-12）圖4-15 支承板a）不帶斜槽的支承板 b）帶斜槽的支承板3）以毛坯面，階梯平面和環(huán)形平面作基準平面定位時，選用自位支承作定位元件，如圖4-16所示。但須注意，自位支承雖有兩個或三個支承點，由于自位和浮動作用只能作為一個支承點。圖4-16 自位支承4）以毛坯面作為基準平面，調節(jié)時可按定位面質量和面積大小分別選用如圖4-17a、b、c所示的可調支承作定位元件。（沿用吳拓主編機械制造工程（第2版）之圖4-13）圖4-17 可調支承a）圓頭可調支承 b）錐頂可調支承 c）網(wǎng)狀平頭可調支承1調整螺釘 2緊固螺母5）當工件定位基準面需要提高定位剛度、穩(wěn)定性和可靠性時，可選用輔助支承作輔助定位元件，如圖4-18、4-19、4-20所示。但須注意，輔助支承不起限制工件自由度的作用，且每次加工均需重新調整支承點高度，支承位置應選在有利工件承受夾緊力和切削力的地方。圖4-18 輔助支承提高工件的剛度和穩(wěn)定性1工件 2短定位銷 3支承環(huán) 4輔助支承圖4-19 輔助支承起預定位作用圖4-20 輔助支承的類型a）螺旋式輔助支承 b）推引式輔助支承 c）自位式輔助支承 d）液壓鎖定輔助支承（2）工件以外圓柱定位 1）當工件的對稱度要求較高時，可選用V形塊定位。V形塊工作面間的夾角常取60、90、120三種，其中應用最多的是90V形塊。90V形塊的典型結構和尺寸已標準化，使用時可根據(jù)定位圓柱面的長度和直徑進行選擇。V形塊結構有多種形式，如圖4-21a所示V形塊適用于較長的加工過的圓柱面定位；如圖4-21b所示V形塊適于較長的粗糙的圓柱面定位；如圖4-21c所示V形塊適用于尺寸較大的圓柱面定位，這種V形塊底座采用鑄件，V形面采用淬火鋼件，V形塊是由兩者鑲合而成。（沿用吳拓主編機械制造工程（第2版）之圖4-14）圖4-21 V形塊a) 長圓柱面定位 b) 較粗糙圓柱面定位 c) 大尺寸圓柱面定位2）當工件定位圓柱面精度較高時（一般不低于IT8），可選用定位套或半圓形定位座定位。大型軸類和曲軸等不宜以整個圓孔定位的工件，可選用半圓定位座，如圖4-22所示。（沿用吳拓主編機械制造工程（第2版）之圖4-15）圖4-22 半圓定位座（3）工件以內孔定位 1）工件上定位內孔較小時，常選用定位銷作定位元件。圓柱定位銷的結構和尺寸標準化，不同直徑的定位銷有其相應的結構形式，可根據(jù)工件定位內孔的直徑選用。當工件圓柱孔用孔端邊緣定位時，需選用圓錐定位銷，如圖4-23所示。當工件圓孔端邊緣形狀精度較差時，選用如圖4-23a所示形式的圓錐定位銷；當工件圓孔端邊緣形狀較高精度時，選用如圖4-23b所示形式的圓錐定位銷；當工件需平面和圓孔端邊緣同時定位時，選用如圖4-23c所示形式的浮動錐銷。（沿用吳拓主編機械制造工程（第2版）之圖4-16）圖4-23圓錐定位銷a) 圓孔邊緣形狀精度較差時定位 b) 圓孔邊緣形狀精度較好時定位 c) 平面和圓孔邊緣同時定位2）在套類、盤類零件的車削、磨削和齒輪加工中，大都選用心軸定位，為了便于夾緊和減小工件因間隙造成的傾斜，當工件定位內孔與基準端面垂直精度較高時，常以孔和端面聯(lián)合定位。因此，這類心軸通常是帶臺階定位面的心軸，如圖4-24a所示；當工件以內花鍵為定位基準時，可選用外花鍵軸，如圖4-24b所示；當內孔帶有花鍵槽時，可在圓柱心軸上設置鍵槽配裝鍵塊；當工件內孔精度很高，而加工時工件力矩很小時，可選用小錐度心軸定位。（沿用吳拓主編機械制造工程（第2版）之圖4-17）圖4-24圓柱心軸a) 帶臺階定位面的心軸 b) 帶外花鍵定位面的心軸第三節(jié) 定位誤差分析 六點定位原則解決了消除工件自由度的問題，即解決了工件在夾具中位置“定與不定”的問題。但是，由于一批工件逐個在夾具中定位時，各個工件所占據(jù)的位置不完全一致，即出現(xiàn)工件位置定得“準與不準”的問題。如果工件在夾具中所占據(jù)的位置不準確，加工后各工件的加工尺寸必然大小不一，形成誤差。這種只與工件定位有關的誤差稱為定位誤差，用D表示。 在工件的加工過程中，產生誤差的因素很多，定位誤差僅是加工誤差的一部分，為了保證加工精度，一般限定定位誤差不超過工件加工公差T的1/51/3，即 D(1/51/3)T （4-1）式中 D定位誤差，單位為mm； T 工件的加工誤差，單位為mm。 一、定位誤差產生的原因工件逐個在夾具中定位時，各個工件的位置不一致的原因主要是基準不重合，而基準不重合又分為兩種情況：一是定位基準與限位基準不重合，產生的基準位移誤差；二是定位基準與工序基準不重合，產生的基準不重合誤差。1基準位移誤差Y由于定位副的制造誤差或定位副配合間所導致的定位基準在加工尺寸方向上最大位置變動量，稱為基準位移誤差，用Y表示。不同的定位方式，基準位移誤差的計算方式也不同。如圖4-25所示，工件以圓柱孔在心軸上定位銑鍵槽，要求保證尺寸內 和。其中尺寸由銑刀保證，而尺寸按心軸中心調整的銑刀位置保證。如果工件內孔直徑與心軸外圓直徑做成完全一致，作無間隙配合，即孔的中心線與軸的中心線位置重合，則不存在因定位引起的誤差。但實際上，如圖所示，心軸和工件內孔都有制造誤差。于是工件套在心軸上必然會有間隙，孔的中心線與軸的中心線位置不重合，導致這批工件的加工尺寸H中附加了工件定位基準變動誤差，其變動量即為最大配合間隙?？砂聪率接嬎悖?Y = amax - amin = 1/2 (Dmax - dmin) = 1/2（D +d） （4-2）式中 Y基準位移誤差單位為mm； Dmax孔的最大直徑單位為mm； dmin軸的最小直徑單位為mm。 D 工件孔的最大直徑公差，單位為mm； d圓柱心軸和圓柱定位銷的直徑公差，單位為mm。基準位移誤差的方向是任意的。減小定位配合間隙，即可減小基準位移誤差Y值，以提高定位精度。圖4-25 基準位移產生定位誤差2基準不重合誤差B如圖4-26所示，加工尺寸h的基準是外圓柱面的母線上，但定位基準是工件圓柱孔中心線。這種由于工序基準與定位基準不重合所導致的工序基準在加工尺寸方向上的最大位置變動量，稱為基準不重合誤差，用B表示。此時除定位基準位移誤差外，還有基準不重合誤差。在圖4-26中，基準位移誤差應為Y = 1/2（D +d0），基準不重合誤差則為 B = 1/2d （4-3）式中 B基準不重合誤差單位為mm； d工件的最大外圓面積直徑公差，單位為mm。 因此，尺寸h的定位誤差為 D = Y + B = 1/2（D +d0）+ 1/2d圖4-26 基準不重合產生定位誤差計算基準不重合誤差時，應注意判別定位基準和工序基準。當基準不重合誤差由多個尺寸影響時，應將其在工序尺寸方向上合成。基準不重合誤差的一般計算式為B = i cos （4-4）式中 i定位基準與工序基準間的尺寸鏈組成環(huán)的公差，單位為mm；i的方向與加工尺寸方向間的夾角，單位為（）。二、定位誤差的計算計算定位誤差時，可以分別求出基準位移誤差和基準不重合誤差，再求出它們在加工尺寸方向上的矢量和；也可以按最不利情況，確定工序基準的兩個極限位置，根據(jù)幾何關系求出這兩個位置的距離，將其投影到加工方向上，求出定位誤差。（1）B = 0、Y0時，產生定位誤差的原因是基準位移誤差，故只要計算出Y即可，即D = Y （4-5）例4-1 如圖4-27所示，用單角度銑刀銑削斜面，求加工尺寸為390.04mm的定位誤差。解 由圖可知，工序基準與定位基準重合，B = 0。根據(jù)V型槽定位的計算公式，得到沿z方向的基準位移誤差為 Y =d /2sin（/2）= 0.707d = 0.7070.04mm = 0.028mm將Y值投影到加工尺寸方向，則 D = Y cos30 = 0.0280.866mm = 0.024mm（沿用吳拓主編機械制造工程（第2版）之圖4-21）圖4-27 定位誤差計算示例之一(2)B0、Y=0時，產生定位誤差的原因是基準不重合誤差B，故只要計算出B即可，即D=B （4-6） 例4-2 如圖4-28所示以B面定位，銑工件上的臺階面C，保證尺寸200.15mm，求加工尺寸為200.15mm的定位誤差。解 由圖可知，以B面定位加工C面時，平面B與支承接觸好，Y=0。由圖4-28a可知，工序基準是A面，定位基準是B面，故基準不重合。按式（4-4）得 B = icos = 0.28cos0mm = 0.28mm因此 D = B = 0.28mm 而加工尺寸（200.15）mm的公差為0.30mm，留給其它的加工誤差僅為0.02mm，在實際加工中難以保證。為保證加工要求，可在前工序加工A面時，提高加工精度，減小工序基準與定位基準之間的聯(lián)系尺寸的公差值。也可以改為如圖4-28b所示的定位方案，使工序基準與定位基準重合,則定位誤差為零。但改為新的定位方案后，工件需從下向上夾緊，夾緊方案不夠理想，且使夾具結構復雜。（沿用吳拓主編機械制造工程（第2版）之圖4-22）圖4-28 定位誤差計算示例之二（3）B0、Y0時，造成定位誤差的原因是相互獨立的因素時（d、D、i等），應將兩項誤差相加，即D = B + Y （4-7）圖4-26所示即屬此類情況。綜上所述，工件在夾具上定位時，因定位基準發(fā)生位移、定位基準與工序其準不重合產生定位誤差?；鶞饰灰普`差和基準不重合誤差分別獨立、互不相干，它們都使工序基準位置產生變動。定位誤差包括基準位移誤差和基準不重合誤差。當無基準位移誤差時，Y=0；當定位基準與工序基準重合時，B=0；若兩項誤差都沒有，則D=0。分析和計算定位誤差的目的，是為了對定位方案能否保證加工要求，有一個明確的定量概念，以便對不同定位方案進行分析比較，同時也是在決定定位方案時的一個重要依據(jù)。三、組合表面定位及其誤差分析以上所述的常見定位方式，多為以單一表面作為定位基準，但在實際生產中，通常都以工件上的兩個或兩個以上的幾何表面作為定位基準，即采用組合定位方式。組合定位方式很多，常見的組合方式：一個孔及其端面，一根軸及其端面，一個平面及其上的兩個圓孔。生產中最常用的就是“一面兩孔”定位，如加工箱體、杠桿、蓋板支架類零件。采用“一面兩孔”定位，容易做到工藝過程中的基準統(tǒng)一，保證工件的相對位置精度。工件采用“一面兩孔”定位時，兩孔可以是工件結構上原有的，也可以是定位需要專門設計的工藝孔。相應的定位元件是支承板和兩定位銷。當兩孔的定位方式都選用短圓柱銷時，支承板限制工件三個自由度；兩短圓柱銷分別限制工件的兩個自由度；有一個自由度被兩短圓柱銷重復限制，產生過定位現(xiàn)象，嚴重時會發(fā)生工件不能安裝的現(xiàn)象。因此，必須正確處理過定位，并控制各定位元件對定位誤差的綜合影響。為使工件能方便地安裝到兩短圓柱銷上，可把一個短圓柱銷改為菱形銷，采用一圓柱銷、一菱形銷和一支承板的定位方式，如表4-1所示。這樣可以消除過定位現(xiàn)象，提高定位精度，有利于保證加工質量。 1兩圓柱銷一支承板的定位方式圖4-29 連桿蓋工序圖如圖4-29所示，要在連桿蓋上鉆四個定位銷孔。按照加工要求，用平面A及直徑為的兩個螺栓孔定位。工件是以支承板平面做主要定位基準，限制工件的三個自由度；采用兩個短圓柱銷與兩定位孔配合時，將使沿連心線方向的自由度被重復限制，出現(xiàn)過定位。當工件的孔間距與夾具的銷間距的公差之和大于工件兩定位孔（D1、D2）與夾具兩定位銷（d1、d2）之間的間隙之和時，將妨礙部分工件的裝入。要使同一工序中的所有工件都能順利地裝卸，必須滿足下列條件：當工件兩孔徑為最小（D1min、D2min）、夾具兩銷徑為最大（d1max、d2max）、孔間距為最大、銷間距為最小，或者孔間距為最小、銷間距為最大時，D1與d1、D2與d2之間仍有最小間隙X1min、X2min存在，如圖4-30所示。圖4-30 兩圓柱銷定位時工件順利裝卸的條件由圖4-30a可以看出，為了滿足上述條件，第二銷與第二孔不能采用標準配合，第二銷的直徑應縮?。╠2），連心線方向的間隙應增大。縮小后的第二銷的最大直徑為式中 X2min第二銷與第二孔采用標準配合時的最小間隙。從圖4-30a可得：因此得出 從圖4-30b也可得到同樣的結果。所以 這就是說，要滿足工件順利裝卸的條件，直徑縮小后的第二銷與第二孔之間的最小間隙應達到 （4-8）這種縮小一個定位銷的方法，雖然能實現(xiàn)工件的順利裝卸，但增大了工件的轉動誤差，因此只能在加工要求不高的情況下使用。2一圓柱銷一削邊銷一支承板的定位方式圖4-31 削邊銷的厚度采用如圖4-31所示的方法，不縮小定位銷的直徑，而是將定位銷“削邊”，也能增大連心線方向的的間隙。削邊量越大，連心線方向的間隙也越大。當間隙達到（單位為mm）時，便可滿足工件順利裝卸的條件。由于這種方法只增大連心線方向的間隙，不增大工件的轉動誤差，因而定位精度較高。根據(jù)式（4-8）得實際應用時，可取 （4-9）由圖4-31得 （4-10）而 ， ， ， 代入（4-10）式 于是求得 由于的數(shù)值都很小，可忽略不計，所以 （4-11）或者 （4-12）削邊銷已經標準化，其結構如圖4-32所示。B型結構簡單，容易制造，但剛性較差。A型又名菱形銷，應用較廣，其尺寸見表4-2。削邊銷的有關參數(shù)可查“夾具標準”。圖4-32 削邊銷的結構表4-2 菱形銷的尺寸d36688202024243030404050Bd-0.5d-1d-2d-3d-4d-5d-6b11233345b2345568工件以一面兩孔定位、夾具以一面兩銷限位時，基準位移誤差由直線位移誤差和角度位移誤差組成。其角度位移誤差的計算為： 設兩定位孔同方向移動時，定位基準（兩孔中心連線）的轉角（見圖4-33a）為，則 （4-13） 設兩定位孔反方向移動時，定位基準的轉角（見圖4-33b）為，則 （4-14）圖4-33 一面兩孔定位時定位基準的轉動 3設計示例 圖4-29所示的連桿蓋上要鉆四個定位銷孔，其定位方式如圖4-34a所示。設計步驟如下。圖4-34 連桿蓋的定位方式與定位誤差 確定兩定位銷的中心距 兩定位銷中心距的基本尺寸應等于工件兩定位孔中心距的平均尺寸，其公差一般為 因 LD = 59 0.1mm 故取 Ld = 59 0.02mm 確定圓柱銷直徑 圓柱銷直徑的基本尺寸應等于與之配合的工件孔的最小極限尺寸，其公差一般取g6或h7。 因連桿蓋定位孔的直徑為，故取圓柱銷的直徑。 確定菱形銷的尺寸b 查表4-2，b = 4mm。 確定菱形銷的直徑 1）按式（4-12）計算X2min 因 b = 4mm； 所以 采用修圓菱形銷時，應以b1代替b進行計算。 2）按公式d2max = D2min X2min計算出菱形銷的最大直徑 d2max =（12 - 0.08）mm = 11.92mm 3）確定菱形銷的公差等級 菱形銷直徑的公差等級一般取IT6或IT7，因IT6 = 0.011mm，所以。 計算定位誤差連桿蓋本工序的加工尺寸較多，除了四孔的直徑和深度外，還有63 0.1mm、20 0.1mm、31.5 0.2mm和10 0.15mm。其中，63 0.1mm和20 0.1mm的大小主要取決于鉆套間的距離，與本工序無關，沒有定位誤差；31.5 0.2mm和10 0.15mm 均受工件定位的影響，有定位誤差。1）加工尺寸31.5 0.2mm 的定位誤差由于定位基準與工序基準不重合，定位尺寸S = 29.5 0.1mm