机床夹具设计 第二章 第2节 定位元件设计1、2
第二章 工件在夹具中的定位
Z
Y
X
考虑定位方案时，先分析必须消除哪些自由度，
再以相应定位点去限制。
Z
Z
Y
Y
X X
a） b）
ox方向上没有原始尺寸要求， 因此沿这个方向移动的自由 度。可以不加限制，工件只 要限制五个自由度就够了。 图2-3
只有oz方向上有原始尺寸， 但要保 证此尺寸必须限制三个 自由度，即沿Z轴的移动和绕X 轴、Y轴的转动
“一面两销”的两圆柱销重复限制了沿 x 方向的移动自 由度，属于过定位。由于工件上两孔的孔心距和夹具上两销 的销心距均会有误差，因而会出现上图所示的相互干涉现象。
解决“一面两孔”的定位干涉问题的途径： (1)减小一个销的直径； (2)将一个销做成削边销。
3）定位心轴
主要用于盘套类零 件的定位。心轴定心精 度高，但装卸费时，有 时易损伤工件孔，多用 于定心精度要求高的情 况。定位时，工件楔紧 在心轴上，多用于车或 磨同轴度要求高的盘类 零件，小锥度心轴实际 上起不到定位的作用
2-1. 工件定位原理
(1)六点定位原理
一个自由的物体，它对三 个相互垂直的坐标系来说，有 六个活动可能性，其中三种是 移动，三种是转动。习惯上把 这种活动的可能性称为自由度， 因此空间任一自由物体共有六 个自由度。
图2-1 工件自由度示意图
未定位工件在空间有六个自 由度，定位就是限制其自由度。
合理布置六个定位支承 点，使工件上的定位基面与 其接触，一个支承点限制工 件一个自由度，使工件六个 自由度被完全限制，在空间 得到唯一确定的位置，此即 六点定位原理。
AO AC AO2 AB
' 2
2 2
2
2
2
2
D2 b 1 D 2 min b Tlk Tlx 2 2 2 2 2 2
第二章 工件的定位及机床夹具的设计要点
或导向组件，以及定位元件与夹具安装基面之间的位 置不准确而造成的误差。）
（3）夹具的安装误差Δa（夹具安装在机床上不准确而
造成的误差。）
第五节 机床夹具设计的要点
机床夹具指各种金属切削机床上用以装夹工件 （和引导刀具）的装置，如车床上使用的三爪自定心卡 盘、铣床上使用的平口虎钳等机床上通用的夹具，还有 专为某一工件某道工序设计制造的专用夹具等。
自由度。
制工件的六个自由度，这就称为工件的六点定位。
单的几何体，称为定位元件。
图2-6
图2-7
二、满足加工要求必须限制的自由度——完全定位和不
完全定位
完全定位：工件的六个自由度都限制了的定位称为 完全定位。 不完全定位：工件被限制的自由度少于六个，但能 满足加工要求的定位称为不完全定位。
各种基准及其相互关系。
图2-3
3、树立正确的基准概念
1）应从设计和工艺两方面去建立基准的正确概念。 2）基准是依据的点、线、面必然都是客观存在的。 3）基准要确切。
第二节 工件的装夹方式
工件的装夹方式有以下几种： (1)用夹具装夹
夹具是用以装夹工件（和引导刀具）的装置。
(2)找正装夹
图2-2
2、工艺基准——为工艺而用的基准
(1)工序基准（工序简图上工序尺寸的基准，简言之，工
序基准就是工序图上的基准。）
(2)定位基准（它是在加工中用作定位的基准。用夹具装
夹时，定位基准就是工件上直接与夹具的定位元件相接 触的点、线、面。）
(3)测量基准（它是测量时所采用的基准。）
现以图2-3为例说明
找正是用工具(和仪表)根据工件上有关基准，找出工件 在划线、加工或装配时的正确位置的过程。
机床夹具的定位原理和定位元件
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机电工程系 （１）如上图a所示工件常以孔和端面联合定位,因而要 求工件定位孔与端面之间、心轴圆柱面与端面间都有较高 的垂直度,且这种定位是重复定位,必须经过适当处理后才能 使用.。 （２）如上图b所示导向部分的作用是使工件迅速而正 确的套入心轴。当工件定位孔的长径比L/D＞１时，心轴的 部分稍带锥度．这种心轴制造简单，定心精度高，不用另 设夹紧装置，但装卸工件不便，易损伤定位孔．多用于定 心精度要求高的精加工。 （３）上图 c所示是花键心轴，用于加工以花键孔定位 的工件。
15
机电工程系 （二） 工件以外圆柱面定位以及定位元件 以外圆柱面定位的定位元件有：Ｖ形块、定位套、半 圆套和圆锥套等。 1 在Ｖ形块上定位
Ｖ形块两斜面的夹角一般选用６０°９０°和１２０°， 以９０°应用最广．使用Ｖ形块的特点是对中性好；可用 于非完整外圆表面定位。
16
机电工程系
Ｖ形块有长短之分，长Ｖ形块限制工件的４个自由 度，而短Ｖ形块一般只限制２个自由度．
5
机电工程系 四、定位元件 （一） 工件以平面定位及其定位元件 平面定位的主要形式是支撑定位.夹具上常用的定位元件有 固定支撑、调节支撑、浮动支撑和辅助支撑等.。除辅助支
撑外,其余均对工件起定位作用。
1 固定支撑.固定支撑有支撑钉和支撑板. 当几个支撑钉或支撑板在装配后要求等高时,可采用装配后 依次磨削法,以保证它们在同一平面内.
8
机电工程系
9
机电工程系 (二)工件以内孔定位及其定位元件 工件内孔定位常用的定位元件有定位销、定位心轴、 锥度心轴、圆锥销等。 1.定位销 在夹具体上应有沉孔,使定位销圆角部分沉入 孔内而不影响定位。
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机电工程系
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机电工程系 2.定位心轴 定位心轴是以外圆柱面定心,端面压紧来装夹工件的.
2_机床夹具设计_工件在夹具中的定位
2_机床夹具设计_工件在夹具中的定位机床夹具设计是指设计一种用于夹持和定位工件的装置，它可以帮助机床完成各种加工操作。
工件在夹具中的定位是机床夹具设计中非常重要的一环，它直接影响到工件的加工精度和加工效率。
本文将从夹具选择、定位方式、设计要点和实际应用等方面，详细介绍工件在夹具中的定位问题。
首先，在进行夹具设计时，需要根据工件的尺寸、形状和加工要求等因素选择合适的夹具类型。
常见的夹具类型有机械夹具、液压夹具和气动夹具等。
不同类型的夹具具有不同的夹紧力和夹紧方式，因此需要根据工件的特点来选择合适的夹具类型。
其次，工件在夹具中的定位方式有多种。
常见的定位方式有点定位、面定位和边定位等。
对于形状规则的工件，可以采用点、面、边相结合的复合定位方式，以提高定位的精度和稳定性。
而对于形状复杂的工件，则需要根据工件的特点来确定合适的定位方式。
工件在夹具中的定位问题在实际应用中具有重要的意义。
合理的夹具定位可以提高工件的加工精度和加工效率，减少加工中出现的误差和问题。
例如，在铣削加工中，工件定位不准确会导致铣削出现偏差，影响加工质量；在车削加工中，工件的径向和轴向定位不准确会导致圆度和轴向度的误差，影响加工精度。
因此，合理设计和选择夹具，以及正确确定工件的定位方式，对于提高机床加工效率和产品质量具有关键的作用。
总之，工件在夹具中的定位是机床夹具设计中非常重要的一环。
通过合理选择夹具类型、确定定位方式和注意设计要点，可以提高加工精度和加工效率，使机床加工过程更为可靠和稳定。
机床夹具设计领域仍然有很多挑战和发展空间，需要不断探索和创新，以满足人们对于加工质量和效率的不断提高的需求。
第二章机床夹具设计
2. 2. 4常用定位元件及选用
1.对定位元件的基本要求
(1)限位基面应有足够的精度定位元件具有足够的精度，才能保证工件的定位精 度。 (2)限位基面应有较好的耐磨性由于定位元件的工作表面经常与工件接触和摩擦， 容易磨损，为此要求定位元件限位表面的耐磨性要好，以保持夹具的使用寿命和定位 精度。 (3)支承元件应有足够的强度和刚度定位元件在加工过程中，受工件重力、夹紧力 和切削力的作用，因此要求定位元件应有足够的刚度和强度，避免使用中变形和损坏。 (4)定位元件应有较好的工艺性定位元件应力求结构简单、合理，便于制造、装配 和更换。 (5)定位元件应便于清除切屑定位元件的结构和工作表面形状应有利于清除切屑， 以防切屑嵌人夹具内影响加工和定位精度。
如图2一7所示，轴承座是用底面A和侧面B 来定位的，因为工件是一个整体，当表面A 和B的位置被确定，Φ20H7内孔轴线的位置 也就确定了，表面A和B就是轴承座的定位 基准。
工件定位时，作为定位基准的点和线，往往由 某些具体表面体现出来，这种表面称为定位基面。 例如，用两顶尖装夹车轴时，轴的两中心孔就是定 位基面，但它体现的定位基准则是轴的轴线。
2. 2. 5定位误差分析
1.定位误差产生的原因 工件逐个在夹具中定位时，各个工件的位置不一致的原因主要是基 准不重合，而基准不重合又分为两种情况:一是定位基准与限位基准不 重合产生的基准位移误差;二是定位基准与工序基准不重合产生的基准 不重合误差。 (1)基准位移误差 △Y ，由定位副的制造误差或定位副配合间所导致 的定位基准在加工尺寸方向上最大位置变动量，称为基准位移误差， 用△Y表示。不同的定位方式，基准位移误差的计算方式也不同。
2. 2. 4常用定位元件及选用
2.常用定位元件所能约束的自由度
第2章 工件的定位和机床夹具
定位心轴
轮加工。
主要用于套筒类和空心盘类工件的车、铣、磨及齿
圆柱心轴 图a为间隙配合圆柱心轴，其定位精度不高，但装卸工件较方便； 图b为过盈配合圆柱心轴，常用于对定心精度要求高的场合； 图c为花键心轴，用于以花键孔为定位基准的场合。当工件孔的长径 比L/D>1时，工作部分可略带锥度。 短圆柱心轴限制工件两个自由度，长圆柱心轴限制工件的四个自由度
支承板：用于精基准，工件重，较大平面支承，相当2个支承点
固定式V形块
图a用于较短的精基准定位； 图b用于较长的粗基准(或门路轴)定位； 图c用于两段精基准面相距较远的场合； 图d中的V形块是在铸铁底座上镶淬火钢垫而成， 用于定位基准直径与长度较大的场合。
活动V形块应用实例
活动式V形块限制工件在Y方向上的移动自由度。 它除定位外，还兼有夹紧作用。
垂直度
长柱销限制 X、X、Z、 Z四个自由 度
Φ8
Z O Y
0.08 14±0.1
A
3.2
中心线 位置
X
A
基准重合原 则选基准孔 基准重合原 则选基准面
小端面限 制Y自由度 靠销限制 Y自由度
需进行定位 误差计算
图2-48 需保证的工序尺寸
夹具设计举例
(2) 确定导向装置。 采用快换钻套，用固定钻模板支撑钻套。
(1) 应标注的尺寸及配合
① 工件与定位元件的联系尺寸； ② 夹具与刀具的联系尺寸； ③ 夹具与机床的联系尺寸； ④ 夹具内部的配合尺寸； ⑤ 夹具的外廓尺寸。
(2) 应标注的技术条件
① 定位元件之间或定位元件与夹具体底面间的位置要求； ② 定位元件与连接元件间的位置要求； ③ 对刀元件与连接元件间的位置要求； ④ 定位元件与导引元件的位置要求。
第二章：机床夹具的定位原理和定位元件
机械工程系
判断工件在某一方向的自由度是 否被限制，唯一的标准是看同一批 工件先后定位后，在该方向上的位 置是否一致。
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机械工程系 二、定位方式 1.完全定位 工件的六个自由度完全被限制的定位称为
完全定位。
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❖ 2.不完全定位 按加工要求，允许有一个或几 个自由度不被限制的定位称为不完全定位。
❖ ⑤限制了理论上应该限制的自由度，使一批工件定 位位置一致。
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三、定位元件
布置原则
(1) 一平面上布置的三个定位支承钉应相互 远离，且不能共线；
(2) 窄长面上布置的二个定位支承钉应相互
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4、辅助支撑 生产中,由于工件形状以及加紧力、切削力、工件重力 等原因可能使工件在定位后还产生变形或定位不稳定.为了 提高工件的安装刚性和稳定性,常需要设置辅助支撑.用来提 高工件的装夹刚度和稳定性,不起定位作用.常见的有螺旋式 辅助支撑、自定位辅助支撑、推引式辅助支撑、弹簧自引 式气动锁紧辅助支撑。
❖
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❖ 3.欠定位 按工序的加工要求，工件应该限制的自由 度而未予限制的定位，称为欠定位。在确定工件定 位方案时，欠定位时绝对不允许的。
❖ 4.过定位 工件的同一自由度被二个或二个以上的支 撑点重复限制的定位，称为过定位或重复定位。如 图 为减少或消除重复定位造成的不良后果，可采取以 下措施：1提高工件和夹具有关表面的位置精度；2 改变定位装置结构。
机床夹具习题册答案及解析
第一章机床夹具基础知识第一节机床夹具概述一、填空题1.通常，习惯把夹具按其通用化程度分为通用夹具、专用夹具、拼装夹具三个大类。
2．机床夹具一般由定位装置、夹紧装置、夹具体三大主要部分组成。
3．根据不同的使用要求，机床夹具还可以设置对刀装置、刀具引导装置、回转分度装置及其他辅助装置。
4．按夹具适用的机床及其工序内容的不同，可以分为车床夹具、铣床夹具、钻床夹具、磨床夹具、镗床夹具、齿轮加工机床夹具、电加工机床夹具、数控机床夹具等。
二、选择题1．工件在机床上加工时，通常由夹具中的A来保证工件相对于刀具处于一个正确的位置。
A．定位装置 B．夹具体C．夹紧装置 D．辅助装置2．机用平口钳是常用的 B。
A．专用夹具 B．通用夹具C．拼装夹具 D．组合夹具3．下列夹具中， D不是专用夹具。
A．钻床夹具 B．铣床夹具C．车床夹具 D．三爪自定心卡盘4． C 不属于机床夹具的三大组成部分之一。
A．夹具体 B．定位装置C．对刀装置 D．夹紧装置5． A 是由预先制造好的各类标准元件和组件拼装而成的一类新型夹具。
A．拼装夹具 B．专用夹具第三章工件的夹紧C．通用夹具 D．数控机床夹具6．在机床夹具中，V形块通常作为D使用。
A．夹具体 B．夹紧装置C．辅助装置 D．定位元件7．下列说法中， C 不正确。
A．一般情况下，机床夹具具有使工件在夹具中定位和夹紧两大作用B．夹具相对于机床和刀具的位置正确性，要靠夹具与机床、刀具的对定来解决C．工件被夹紧后，就自然实现了定位D．定位和夹紧是两回事三、判断题1．一般来说，通用夹具是机床夹具中的主要研究对象。
( × ) 2．一般情况下，机床夹具具有使工件在夹具中定位和夹紧两大作用。
( √ ) 3．工件安装时，采用找正定位比采用夹具定位效率更高、精度更高。
( × ) 4．机床夹具只能用于工件的机械加工工序中。
( × ) 5．机床夹具一般已标准化、系列化，并由专门厂家生产。
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粗基准平面通常
是指经过清理的锻、铸
毛坯工件的平面。
其表
面较粗糙，且有较大的
平面度误差。
粗基准平
面定位的特点如右图
所示。
图ａ所示为粗基
准平面定位点的随机
性分布特点。
一个较大的粗基准平面与定位支承平面接触时，必为随机分布的三个点，定位不稳定。
为了控制这三个定位点的位置，通常要采用呈点接触的定位元件，如支承钉（见图ｂ），以获得较满意的固定定位点。
粗基准平面定位常用的定位元件有支承钉、可调支承和浮动支承。
1）支承钉
ａ）Ｂ型（球头）支承钉
ｂ）Ｃ型（齿纹）支承钉
ｃ）Ａ型（平头）支承钉
2）可换支承钉
ａ）具有两种定位面的可换支承钉
ｂ）磨损后可更换支承钉
用于批量较大的生产中，可以降低夹具成本
3）可调支承可调支承的定位点是可调整的。
a)调节支承
(JB/T8026.4-1999
)
b) 圆柱头调节承
(JB/T8026.3-1999)
c) 六角头支承
(JB/T8026.1-1999)
4）可调支承
浮动支承的特点是增加与定位工件的接触点，而不发生过定位。
使用浮动支承可提高工件的定位刚度。
ａ）摆动式浮动支承
ｂ）移动式浮动支承
ｃ）球形浮动支承
3、工件以精基准平面定位
工件的基准平面经切削加工后，可直接放在平面上定位。
经过刮削、精铣、磨削的平面具有较小的表面粗糙度值和平面度误差，可获得较精确的定位。
常用的定位元件有支承板和平头支承钉等，这类是呈面接触的定位元件。
1)支承板
ａ）Ａ型光面支承板：用于垂直布置的定位场合
ｂ）Ｂ型带斜槽支承板：用于水平布置的定位场合
2)支承钉
图所示为平头（Ａ型）支承钉，其定位面经过磨削。
Ａ型支承钉主要规格与Ｂ型、Ｃ型支承钉相同。
3)其他定位方法和元件
ａ）直接在夹具体的一个平面上定位
ｂ）、ｃ）非标准支承板
3、设计示例
图所示为开合螺母的零件简图，使用夹具加工螺纹Tr44×12至图样要求。
工件的主要定位基准为B平面，限制自由度
（图中定位符号见附表1）；第二定位基准为A平面，限制自由度；第三定位基准为C平面，限制自由度。
4、辅助支承的应用
在加工大型机体和箱体零件时，为了克服因支承面的不足而引起的变形和振动，通常需要考虑提高工件的定位刚度。
在加工刚度较低的零件时，也要注意定位刚度的问题。
提高工件定位刚度常用的方法是采用辅助支承，以减小工件的变形和振动。
辅助支承不限制工件自由度，设计时要注意辅助支承与定位支承的区别。
辅助支承只起支撑作用，使用完毕需将其放松，待工件重新定位后再支撑。
图ａ所示为已标准化的自动调节支承（JB/T8026.7-1999）。
工件定位后，支承1由弹簧3的作用自动与工件保持接触，锁紧顶销2即可起支撑作用。
装夹工件时，要注意上述操作步骤。
如图b所示，工件在支承板、定位销、菱形销上定位、铣削A平面，其下端由辅助支承支撑。
辅助支承由斜楔作用，保持自锁。
新课小结（10分钟）：
1、粗基准平面定位常用的定位元件
2、精基准平面定位常用的定位元件
作业布置：
课题名称：定位元件设计2
课型：新授课教学方法：讲授、讨论所需学时：2 教具：无
教学目的：
1、掌握工件以圆柱孔定位方法
2、掌握工件以外圆柱面定位方法
3、培养学生分析问题解决问题的能力
教学重点与难点：重点：工件以圆柱孔定位及工件以外圆柱面定位方法难点：工件以圆柱孔定位及工件以外圆柱面定位方法
教学过程及内容：考勤、组织教学（3分钟）：点名考勤、稳定学生情绪、宣布上课；
导入新课：以复习提问的方式导入新课（10分钟）；
讲授新课：（60分钟）
二、工件以圆柱孔定位
1、工件以圆柱孔定位的特点
通常，工件以圆柱孔定位是一种中心定位，即定位面为圆柱孔表面，定位基准为圆柱中心轴线。
工件中心定位的方法是用定位轴、定位销、定位插销和心轴等与孔的配合实现的（见图ａ），故通常要求内孔基准面有较高的精度。
有时，采用自动定心定位。
粗基准内孔的定位很少采用。
图ｂ所示为铣削尾座底平面的定位方法，在毛坯孔的两端用顶尖支承，以保证镗孔工序的余量均匀。
圆柱孔定位的特点
ａ）精基准的中心定位示意图
ｂ）粗基准的中心定位示意图
2、工件以精基准孔定位
（1）定位轴
通常，定位轴为专用结构，其圆柱定位面可限制工件的四个自由度。
图所示为钻模所用定位轴的结构，图中2为中心定位部分，通常需最小间隙为0.005mm，直径公差带按设计确定；引导部分的倒角为15°；定位轴与夹具体连接，连接部分有多种结构。
钻模所用定位轴的结构
１—与夹具体的连接部分
２—中心定位部分
３—引导部分
４—夹紧部分
５—排屑槽
６—台阶定位面
（２）固定式定位销
定位销是多个定位基准定位中最常用的定位元件之一，在以孔作为第二定位基准、第三定位基准时使用。
图a所示为圆形A型固定式定位销(JB/T8014.2-1999)，可限制工件的两个自
由度。
图b所示为B型固定式菱形定位销，只能限制工件的一个自由度。
（３）小定位销
如图所示，小定位销（JB/T8014.1-1999）也分A型、B型两种。
主要参数 D为1~3mm，其功能与固定式定位销相同。
小定位销
(JB/T 8014.1-1999)
a) 圆形小定位销
b) 菱形小定位销
（４）可换定位销
ａ）圆形可换定位销ｂ）菱形可换定位销
（５）定位插销
图所示为定位插销(JB/T8015-1999)的结构。
A型定位插销可限制工件的两个自由度，B型定位插销则限制工件的一个自由度。
定位插销常用于不便装卸的部位和工件，以被加工孔作为定位基准的定位中。
其主要规格d为3ｍｍ，4ｍｍ，…，78ｍｍ。
d的公差带为f7。
a)圆形可换定位销
b)菱形可换定位销
（６）心轴
心轴常用于套类、盘类零件的车削、铣削、磨削和齿轮的加工中，以保证加工面对内孔的同轴度公差等精度要求。
心轴的结构较紧凑，心轴以柄部或中心孔作为连接表面与机床连接。
心轴的专用化程度很高，故许多企业都制订了有关心轴的企业标准，如外圆磨床、车床、滚齿机、插齿机、刨齿机、磨齿机等机床心轴的标准。
各类心轴示例
ａ）、ｃ）、ｄ）、ｅ）、ｆ）间隙配合定心ｂ）定心夹紧
三、工件以外圆柱面定位
1、工件以外圆柱面定位的特点
通常，工件以外圆柱面定位是一种中心定位。
工件的定位基准为中心
要素。
常用的定位元件有V形块、定位套等。
有时采用自动定心定位，如定心夹紧机构。
2、定位元件
1）V形块
Ｖ形块有多种结构，主要有长Ｖ形块、短Ｖ形块和活动Ｖ形块等，分别可实现四点、二点、一点定位。
Ｖ形块的特点是能实现较精确的中心定位，装卸工件方便，应用也很广泛。
Ｖ形块能用于粗基准或精基准的定位。
V形块两斜面间的夹角α，可选用60°、90°或120°，其中，90°夹角的V形块应用最广。
图所示为标准化的Ｖ形块(JB/T 8018.1-1999)。
V形块的材料用20钢，渗碳淬硬至58~64HRC。
V形块主要规格N为9mm，14mm，18mm，…，85mm。
V形块的中心高度T可按下式计算(α=90°)
T=H+0.707D-0.5N
式中 D--V形块理论圆直径(mm)；N--V形块开口尺寸(mm)；T--V形块理论圆的中心高度(mm)。
2）定位套
讨论：自由度如何限制？？
图所示为几种常用的定位套。
通常，定位套的圆柱面及端面为定位工作面。
图ａ所示为短定位套圆柱面；
图ｂ所示的长定位套圆柱面。