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1、 第三节第三节 机床夹具定位机构的设计机床夹具定位机构的设计1 1-定位原理分析定位原理分析补充：补充： 工件的装夹工件的装夹1、工件装夹的概念、工件装夹的概念 在机床上对工件进行加工时，为了保证加工表面相对于其在机床上对工件进行加工时，为了保证加工表面相对于其他表面的尺寸和位置精度，首先需要使工件在机床上占有准确他表面的尺寸和位置精度，首先需要使工件在机床上占有准确的位置，并在加工过程中承受各种力的作用而始终保持这一准的位置，并在加工过程中承受各种力的作用而始终保持这一准确位置不变。确位置不变。 定位：定位：使工件获得正确的加工位置使工件获得正确的加工位置 夹紧：夹紧：固定工件的正确加工位置
2、固定工件的正确加工位置 定位夹紧的过程统称为工件的定位夹紧的过程统称为工件的装夹装夹。 工件的装夹的方式有：先定位后夹紧工件的装夹的方式有：先定位后夹紧 和和 夹紧过程中同时夹紧过程中同时实现定位两种实现定位两种2、工件装夹的方法、工件装夹的方法方法一：找正安装法方法一：找正安装法 直接找正法和划线找正法直接找正法和划线找正法方法二：夹具安装方法二：夹具安装 采用第一种方法装夹工件时，一般要先按图样要采用第一种方法装夹工件时，一般要先按图样要求在工件表面划线，划出加工表面的尺寸和位置，装求在工件表面划线，划出加工表面的尺寸和位置，装夹时用划针或百分表找正后再夹紧。这种方法无需专夹时用划针或百分
3、表找正后再夹紧。这种方法无需专用装备，但效率低，一般用于单件和小批生产。用装备，但效率低，一般用于单件和小批生产。 批量较大时，大都采用夹具装夹工作批量较大时，大都采用夹具装夹工作定位的概念定位的概念 定位：定位：工件加工前，在夹具中占据工件加工前，在夹具中占据“确定确定”、“正确正确”加工位置的过程。加工位置的过程。或者说：一批工件先后装到夹具中，都能占据一致正确加或者说：一批工件先后装到夹具中，都能占据一致正确加工位置的过程。工位置的过程。注：本节主要讲什么是注：本节主要讲什么是“确定确定”、“正确正确”的加工位置。的加工位置。 一、六点定位原理：一、六点定位原理：工件在没有采取定位措施工
4、件在没有采取定位措施之前，与空间自由状态的之前，与空间自由状态的刚体相似，每个工件在夹刚体相似，每个工件在夹具中的位置可以是任意的、具中的位置可以是任意的、不确定的。不确定的。存在存在6个方向的自由度个方向的自由度一、六点定位原理：一、六点定位原理： 六点定位原理六点定位原理 是指用六个是指用六个适适当分布当分布支撑点来支撑点来分别限制工件的分别限制工件的六个自由度，从六个自由度，从而使工件在空间而使工件在空间得到确定位置的得到确定位置的方法。方法。六点定位原理的四点说明六点定位原理的四点说明 1 1、“点点”的含义：的含义：“点点”表示对自由度的限制，与直接接触点不同表示对自由度的限制，与直
5、接接触点不同 2 2、支承点必须适当分布、支承点必须适当分布 三个支承点在一直线上没有限制三个自由度六点定位原理的四点说明六点定位原理的四点说明 3 3、夹具上的定位元件与工件的定位基准始终保持夹具上的定位元件与工件的定位基准始终保持紧密接触紧密接触或配合，才能起到限制自由度的作用。或配合，才能起到限制自由度的作用。六点定位原理的四点说明六点定位原理的四点说明 4 4、定位与夹紧的概念应分清、定位与夹紧的概念应分清 将夹具上定位元件抽象转化为相应的定位支承点，将夹具上定位元件抽象转化为相应的定位支承点，每个支承点限制某一方面的自由度，并不是说工件已每个支承点限制某一方面的自由度，并不是说工件已
6、失去了在该方面移动或转动的可能性。失去了在该方面移动或转动的可能性。这种可能性需要用夹紧装置来限制。这种可能性需要用夹紧装置来限制。六点定位原理的四点说明六点定位原理的四点说明 二、由工件加工要求确定工件应限制二、由工件加工要求确定工件应限制的自由度数的自由度数生产现场生产现场 应该限制:Y、Z方向的移动X、Y、Z的转动举一反三 考考你 应该限制:X、Y、Z方向的移动X、Y、Z的转动小结：小结： 工件定位时，影响加工精度要求的自由度必须工件定位时，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限制也限制，不影响加工精度要求的自由度可以限制也可不限制，视加工时的具体情况而定。可
7、不限制，视加工时的具体情况而定。 因此，按照工件加工要求确定工件必须限制的因此，按照工件加工要求确定工件必须限制的自由度数是工件定位中应解决的首要问题。自由度数是工件定位中应解决的首要问题。 三、定位的分类三、定位的分类 大端面限制:X 方向的移动Y、Z的转动 短销限制:Y、Z方向的移动 防转销限制:X 方向转动1 1、完全定位：、完全定位：定位元件限制的自由度定位元件限制的自由度6 6个个 应该限制:Y、Z方向的移动Y、Z的转动2 2、不完全定位：、不完全定位： 定位元件限制的自由度定位元件限制的自由度6个个定位元件限制的自由度定位元件限制的自由度工件所需限制的自由度工件所需限制的自由度ZY
8、Xa）ZYXb）ZYXc）ZYXd）图2-15 工件应限制的自由度图2-16 欠定位示例XZYa）b）BB B （桌子与三角架）图2-17 过定位分析 第三节第三节 机床夹具定位机构的设计机床夹具定位机构的设计2 2-典型表面的定位方法典型表面的定位方法图图2.12 辅助支承应用实例辅助支承应用实例 图图2.13 辅助支承应用实例辅助支承应用实例 如下如下2.20(a)图图固定式固定式定位销，中批量以下生产用定位销，中批量以下生产用如下如下2.20(b)图图可换式可换式定位销，大批量以上生定位销，大批量以上生产用；产用；图图2.15 刚性心轴刚性心轴图图a 动配合心轴动配合心轴 图图b 静配合
9、心轴静配合心轴小结小结1 1、平面定位、平面定位 支承钉支承钉 支承板支承板2 2、圆孔定位、圆孔定位 圆柱销圆柱销 圆锥销圆锥销 心轴心轴3 3、外圆定位、外圆定位 V V形块形块4 4、圆锥孔定位、圆锥孔定位 顶尖顶尖组合定位中各定位元件限制组合定位中各定位元件限制自由度分析自由度分析组合定位：组合定位：工件以两个或两个以上定位基准的定位，工件以两个或两个以上定位基准的定位，称为组合定位。称为组合定位。一、判断准则一、判断准则1）转动不变）转动不变2）移动）移动 若不重复，则不变若不重复，则不变 若重复，则重新判断若重复，则重新判断 根据限制自由度的多少，选定首参和次参根据限制自由度的多少
10、，选定首参和次参 首参不变首参不变 移动次参，看工件能否转动。若工件不能转移动次参，看工件能否转动。若工件不能转动，则该移动不能转换；若工件能转动，则该移动，则该移动不能转换；若工件能转动，则该移动转换为转动。动转换为转动。二二 应用举例应用举例 例例1 如图如图2.28工件以两孔一面在两销一面上定位，分析各工件以两孔一面在两销一面上定位，分析各元件限制的自由度。元件限制的自由度。 图图2.28 两销一面两销一面 过定位及其改进过定位及其改进图图2.29 三个三个V形块形块组合定位分析组合定位分析 例例2：如图：如图2.29工件以外圆柱在工件以外圆柱在3个个短短V形块上定位，分析各元件限制形块
11、上定位，分析各元件限制的自由度。的自由度。 例例3：如图：如图2.30工件以内孔面、平面在圆柱销、支工件以内孔面、平面在圆柱销、支承平面上定位，分析各元件限制的自由度承平面上定位，分析各元件限制的自由度 例例4：如图：如图2.31工件以两顶尖孔在两顶尖上定位，分析各工件以两顶尖孔在两顶尖上定位，分析各元件限制的自由度。元件限制的自由度。 图图2.31 两顶尖组合定位分析两顶尖组合定位分析 例例5 如图如图2.32工件以外圆柱在两工件以外圆柱在两V形块上定位，分析各元形块上定位，分析各元件限制的自由度。件限制的自由度。 图图2.32 V形块组合定位分析右形块组合定位分析右V1、左、左V2三、组合
12、定位中重复定位现象的消除方法三、组合定位中重复定位现象的消除方法 如下如下2.33图使定位元件沿某一坐标轴可移动，来消除其限制沿该图使定位元件沿某一坐标轴可移动，来消除其限制沿该坐标轴移动方向自由度的作用。坐标轴移动方向自由度的作用。 如下如下2.34图采用自位支承结构，消除定位元件限制绕某个图采用自位支承结构，消除定位元件限制绕某个(或两个或两个)坐标轴转动方向的自由度的作用。坐标轴转动方向的自由度的作用。 改变定位元件的结构，消除重复限制自由度的支承，改变定位元件的结构，消除重复限制自由度的支承，把圆柱销改为削边销就是典型的例子。把圆柱销改为削边销就是典型的例子。提高定位基准之间、定位元之
13、间的位置精度，避免重提高定位基准之间、定位元之间的位置精度，避免重复定位的干涉。复定位的干涉。 第三节第三节 机床夹具定位机构的设计机床夹具定位机构的设计3 3-定位误差的分析计算定位误差的分析计算基准与定位副基准与定位副 基准：基准：用来确定生产对象上的几何要素之间的几何关系所依据的用来确定生产对象上的几何要素之间的几何关系所依据的那些点、线、面。那些点、线、面。 基面：基面：基准不一定具体可见（如孔的中心线等），在零件上通常基准不一定具体可见（如孔的中心线等），在零件上通常是通过有关具体表面表现出来的，这些表面称为基面。是通过有关具体表面表现出来的，这些表面称为基面。1、基准与基面、基准与
14、基面 2、工序基准与定位基准、工序基准与定位基准 工序基准：工序基准：在工序图上用来确定本工序所加工表面的尺寸在工序图上用来确定本工序所加工表面的尺寸和形状位置的基准。和形状位置的基准。 定位基准：定位基准：在加工中可用作定位的基准。在加工中可用作定位的基准。 3、定位基准（定位基面）与限位基准（限位基面）、定位基准（定位基面）与限位基准（限位基面） 定位基准（定位基面）在定位基准（定位基面）在工件上工件上 限位基准（限位基面）在限位基准（限位基面）在定位元件上定位元件上 4、定位副、定位副 将定位基面与限位基面合称为定位副将定位基面与限位基面合称为定位副定位误差（定位误差（D D）是指由于定
15、位不准而造成的加工误差。）是指由于定位不准而造成的加工误差。定位误差定位误差基准位移误差基准位移误差( (Y Y) ) 基准不重合误差基准不重合误差( (B B) ) 定义：定位基准相对于定义：定位基准相对于限位基准的变动范围在限位基准的变动范围在加工尺寸上的投影加工尺寸上的投影定义：工序基准与定位基定义：工序基准与定位基准之间的联系尺寸的公差准之间的联系尺寸的公差在加工尺寸上的投影在加工尺寸上的投影 定位误差的计算定位误差的计算 由于定位误差由于定位误差D是由基准不重合误差和基准位移误是由基准不重合误差和基准位移误差组合而成的。因此在计算定位误差时，先分别算出差组合而成的。因此在计算定位误差
16、时，先分别算出B和和Y，然后将两者组合而得，然后将两者组合而得D。组合时可有如下情况：。组合时可有如下情况：（1）Y0，B0时，时，DY （2）Y0，B0时，时，DB （3）Y0，B0时，时， 如果工序基准不在定位基面上：如果工序基准不在定位基面上：DBY 如果工序基准如果工序基准 在在 定位基面上：定位基面上：DBY“”、“”的判别方法为：的判别方法为：接触点和工序基准接触点和工序基准 相对于相对于 定位基准定位基准 同负异正同负异正三、单个典型表面三、单个典型表面 定位误差计算：定位误差计算： 工件以平面定位时，定位基面的位置可以看成工件以平面定位时，定位基面的位置可以看成是不变动的，因此
17、基准位移误差为零，即工件以平是不变动的，因此基准位移误差为零，即工件以平面定位时面定位时 Y=0例例 如下图所示，以如下图所示，以A 面定位加工面定位加工30H7孔，求加孔，求加工尺寸工尺寸320.05mm的定位误差。的定位误差。例例：如图：如图2.43两种方案铣平面，试分析定位误差。两种方案铣平面，试分析定位误差。 2dD2dDOOOOmaxminminmax12Y )TdTD(21Y maxminmaxminminminmax(YDdTDTdDd 其中 属于最小间隙量）0Y 0Tdd 01Td1d 例：如图加工通槽，保证例：如图加工通槽，保证3020计算定位误差计算定位误差0.0270.0
18、1600.034188()/7()Hf11OOHHYTDTDAOAOOO707.02sin22sin2sinTDY707.0例例 ：如图：如图2.52加工通槽，已知加工通槽，已知d1= 、d2= 、两圆同、两圆同轴度轴度0.02，保证对称度，保证对称度0.1、A= ，分析计算定位误差。，分析计算定位误差。0021. 0250025. 040017. 08 .34例例.如下图所示，用角度铣刀铣削斜面，求加工距离如下图所示，用角度铣刀铣削斜面，求加工距离尺寸为尺寸为390.04mm的定位误差。的定位误差。4、组合定位时定位误差的分析计算、组合定位时定位误差的分析计算 基准不重合误差的计算与前方法相
19、同，下基准不重合误差的计算与前方法相同，下面重点分析基准位移误差的计算。面重点分析基准位移误差的计算。 平行于两销连线方向的尺寸平行于两销连线方向的尺寸该自由度由圆柱销该自由度由圆柱销1限制限制Y1 =D1 +d1+1min= 1max 当加工要素位于两孔之外时，转动当加工要素位于两孔之外时，转动1后误差最大；后误差最大；LdDdD2tanmin222min1111 当加工要素位于两孔之间时，转动当加工要素位于两孔之间时，转动2后误差最大；后误差最大；LdDdD2tanmin111min2222 例例1：如图：如图2.50工工件以两孔一面在两件以两孔一面在两销一面上定位加工销一面上定位加工孔，
20、试设计两销直孔，试设计两销直径并进行定位误差径并进行定位误差分析分析10H7(+0.015)。 解 ：解 ： a ) 销销 1 布 右 孔布 右 孔 d1 = 1 0 g 6 = 1=0.005 b) LKK=700.05 LJ J =700.02 c)查表查表2.1 b=4 2 =2b/D2（ kJ1/2） 8 / 1 0 ( 0 . 0 5 + 0 . 0 2 0.005/2)=0.054 d2=(100.054)h6= 005. 0014. 010054. 0063. 010对对3030：B B=0 =0 Y Y= = Y1Y1 =0.015+0.009+=0.015+0.009+0.0
21、05=0.0290.005=0.029D D=0.029=0.029d)定位误差分析定位误差分析对对20： 1max=0.029 2max=0.078 B=0Y =(2max1max) / 2/ 7030 =0.0105Y=1max+2Y =0.029+0.021 =0.05D=0.05本节结束二二 应用举例应用举例 例例1 如图如图2.28工件以两孔一面在两销一面上定位，分析各工件以两孔一面在两销一面上定位，分析各元件限制的自由度。元件限制的自由度。 图图2.28 两销一面两销一面 单个定位时：单个定位时：支承平面：限制了：支承平面：限制了： xyz圆柱销圆柱销1：限制了：限制了： xy圆柱
22、销圆柱销2：限制了：限制了： xy 重复限制重复限制 ，分析知，分析知 xy实际参与定位先后分不出，实际参与定位先后分不出， 假设假设1首参，限制：首参，限制：xyxz综合结果：限制了：综合结果：限制了： 且且 重复限制。重复限制。 xxyyzzx2次参，次参， 限制了限制了过定位及其改进过定位及其改进图图2.29 三个三个V形块形块组合定位分析组合定位分析 例例2：如图：如图2.29工件以外圆柱在工件以外圆柱在3个个短短V形块上定位，分析各元件限制形块上定位，分析各元件限制的自由度。的自由度。 单个定位时：单个定位时： V1 限制了：限制了： xz V2 限制了：限制了： xz V3 限制了
23、：限制了： yz 2次重复限制，次重复限制， 3次重复限制次重复限制按上准则分析，实际按上准则分析，实际V1、V2较较V3先先参与，参与，V1、V2参与分不出先后，假参与分不出先后，假设设为首参限制了为首参限制了 ，V2次参次参限制了限制了 ；V3最后限制了最后限制了 。xzxzyyxz例例3：如图：如图2.30工件以内孔面、平面在圆柱销、支工件以内孔面、平面在圆柱销、支承平面上定位，分析各元件限制的自由度承平面上定位，分析各元件限制的自由度 单个定位时：单个定位时： 平面限制了：平面限制了： 长销限制了：长销限制了： 综合限制了综合限制了 xxyyz且且 重复限制重复限制 xyzxxyy x
24、y例例4：如图：如图2.31工件以两顶尖孔在两顶尖上定位，分析各工件以两顶尖孔在两顶尖上定位，分析各元件限制的自由度。元件限制的自由度。 图图2.31 两顶尖组合定位分析两顶尖组合定位分析 单个定位时：单个定位时： xyz固定顶尖限制了：固定顶尖限制了： zy转化为：转化为： yz活动顶尖限制了：活动顶尖限制了： 例例5 如图如图2.32工件以外圆柱在两工件以外圆柱在两V形块上定位，分析各元形块上定位，分析各元件限制的自由度。件限制的自由度。 图图2.32 V形块组合定位分析右形块组合定位分析右V1、左、左V2单个定位时：单个定位时： xy固定固定V形块限制了：形块限制了： y活动活动V形块限
25、制了：形块限制了： 重复限制了：重复限制了： y例例 1 如下图所示，以如下图所示，以A 面定位加工面定位加工30H7孔，求加孔，求加工尺寸工尺寸320.05mm的定位误差。的定位误差。解：解： Y=0mm（定位基面为平面）（定位基面为平面） D=B=0.05mmB=0.01+0.04=0.05mm例例2：如图：如图2.43两种方案铣平面，试分析定位误差。两种方案铣平面，试分析定位误差。 图图2.43平面定位误差分析平面定位误差分析 分析：方案分析：方案(a)：B=0.28 Y=0 T=0.3 D=0.281/3T 此方案不可用此方案不可用方案方案(b)：B=0 Y=0 D=0 此方案可用此方
26、案可用 0B )TdTD(21Y1DH TD21B Td21BY2DH 0Tdd 01Td1d TD21B TdTDTDTdTDBYDH2121)(2131BTd21 )TdTdTD(21Td21)TdTD(2111BY4DH 例：如图例：如图2.54加工通槽，保证加工通槽，保证3020 计算定位计算定位误差误差(18H8/f7)。图图2.54定位误差分析实例定位误差分析实例 解：角向定位基准是小孔中心线，对解：角向定位基准是小孔中心线，对 3020： B=10 Y=2max/R =(D+d+min)/R180/ =(0.027+0.018+0.016)/60180 / =3.30 D=13.
27、30 40/3= 13.33 可用可用 11OOHHYTDTDAOAOOO707.02sin22sin2sinTDY707.0TDYHBH707. 0011，TDYHDH707.011TDTDYHBH707. 05 . 022，TDBHYHDH207.0222TDTDYHBH707. 05 . 033，TDBHYHDH207.1333例例3：如图2.52加工通槽，已知d1= 、d2= 、两圆同轴度0.02，保证对称度0.1、A= ，分析计算定位误差。0021. 0250025. 040017. 08 .34图图2.52 定位误差分析实例定位误差分析实例 解：对称度0.1：B=0.02 Y=0 D=0.02 尺寸A： B=0.02+0.0125=0.0325 Y=0.7070.021=0.0148 D= B+Y =0.04731/3 T 满足要求 解：解：B=0mm（定位基准与（定位基准与设计基准重合）设计基准重合）Y=0.707TD cos =(0.7070.040.866)mm =0.024mmD=Y=0.024mm
