第3章 工件的定位与装夹汇总
第三章 机床夹具设计原理-2012(9)
图1-11
三. 常用定位元件限制的自由度
四. 限制工件自由度与加工要求的关系
图1-12
影响加工要求的自由度，必须限制；不影响加工要求
的自由度可限制，可不限制。
0 60 如图1-12所示，在一工件上铣通槽。为保证尺寸 0.20 mm
及与底面的平行度两项要求，必须限制 Z , X ,Y 为保证尺寸 30±0· 1mm及槽侧面与B面的平行度，必须限 制 X , Z 两个自由度，至于 Y 则可限制可不限制。 五. 正确处理过定位 1. 改变定位元件的结构避免过定位
2. 能提高劳动生产率。
专用夹具装夹工件时，装夹工件方便，快速；不需找正， 可显著的减少辅助时间，提高了劳动生产率。 3. 扩大机床的使用范围。 如设计一镗模夹具即可在车床上实现镗床镗孔的功能，因 此专用夹具装夹工件，可扩大机床的使用范围。 （二）专用夹具的组成 1.定位装置 作用使工件在夹具中占据正确的位置。 2.夹紧装置 作用是将工件压紧夹牢，保证工件在加工过程中，受到外 力作用下，不偏离已经占据的正确位置。
为延长定位元件的使用或更换周期，定位元件应具有良 好的耐磨性。 4. 工艺性好 定位元件的结构，应力求简单、合理、便于加工、装配 和更换。 四. 常用定位元件 （一）工件以平面定位时的定位元件 1. 主要支承 1）固定支承 支承钉， 图1-22 如图1-22所示： 支承板， 如图1-23所示：
图1-23
（二）工件以圆柱孔定位时的定位元件 1. 圆柱销
2. 圆柱心轴
图1-28
3. 圆锥销
图1-29
图1-29 圆锥销
4. 圆锥心轴
图1-30
（三）工件以外圆定位时的定位元件 1. V形块
图1-31
2. 定位套
第3章工件讲义的定位与装夹
（3）欠定位 根据工件的加工要求，应该限制的自由度没有完全被限制的定位，称
(6)其它装置或元件 根据加工需要，有些夹具上还设有分度装置、靠模装置、上
下料装置、工件顶出机构、电动扳手和平衡块等，以及标准化了的 其它联接元件。
上述各组成部分中，定位元件、夹紧装置、夹具体是夹具的基本
组成部分。
a)
b)
图3-1 后盖零件钻模
a)钻径向孔的工序图；b) 钻模
1—钻套 2—钻模板 3—夹具体 4—支承板 5—圆柱销 6—开口垫
是夹具的主要功能元件之一。如图3-1所示的圆柱销5、菱形销9和支承 板4。定位元件的定位精度直接影响工件加工的精度。
(2)夹紧装置 夹紧元件的作用是将工件压紧夹牢，并保证在加工过程中工件
的正确位置不变。如图3-1中的螺母7。 (3)连接定向元件 这种元件用于将夹具与机床连接并确定夹具对机床主轴、工作
圈 7—螺母 8—螺杆 9—菱形销
图3-2 连杆铣槽夹具结构 1-夹具体 2-压板 3、7-螺母 4、5-垫圈 6-螺栓 8-弹簧 9-定位键 10-菱形销 11-圆柱销
图3-3 铣床夹具
3.2 工件装夹方法
1.直接找正装夹法 用划针、百分表等工具直接找正工件位置并加以夹紧的方法称直接找
正装夹。此法生产率低，精度取决于工人的技术水平和测量工具的精度， 一般只用于单件小批生产或要求位置精度特别高的工件。如图2-2所示，在 车床上用四爪单动卡盘装夹工作过程中，采用百分表进行内孔表面的找正。
划线位置找正以确 定其正确的加工位
置。
3.3 工件的定位
3.3.1 工件定位的基本原理
1.自由度的概念
任何一个工件，在其位置没有确定前，均有六个自由度，即沿空 间坐标轴x、y、z三个方向的移动自由度和绕此三坐标的转动自由度。
工件在数控机床上的定位与装夹
精基准的选择
Ø 在实际生产中,经常使用的统1基准形式有： 1 轴类零件常使用两顶尖孔作统1基准； 2 箱体类零件常使用1面两孔 1个较大的平面和两个距离较
远的销孔 作统1基准； 3 盘套类零件常使用止口面 1端面和1短圆孔 作统1基准； 4 套类零件用1长孔和1止推面作统1基准
Ø 采用统1基准原则好处： 1 有利于保证各加工表面之间的位置精度； 2 可以简化夹具设计,减少工件搬动和翻转次数
a）
b）
c）
图5-2 粗基准选择比较
粗基准的选择
工序1
工序1
工序2
工序2
图5-3 床身粗基准选择比较
重要表面原则
为保证重要表面的加工余量均匀,应选择重要加 工面为粗基准
精基准的选择原则
应保证加工精度和工件安装方便可靠
基准重合原则 基准统1原则 自为基准原则
选用设计基准作为定位基准,避免因基 准不重合带来的误差
课堂讨论
数控车床的装夹找正
Ø 打表找正 通过调整卡爪,使得工件坐标系 的Z轴与数控车床的主轴回转中心轴线重合
Ø 单件的偏心工件 Ø 使用3爪自动定心卡盘装夹较长的工件 Ø 3爪自动定心卡盘的精度不高
7、数控铣床的装夹
通用夹具的选用
平口钳分固定侧与活动侧,固定侧与底面 作为定位面,活动侧用于夹紧
选择平整、光洁、面积大、无飞边毛刺和浇 冒口的表面以便定位准确、夹紧可靠
作为粗基准的表面粗糙且不规则,多次使用 无法保证各加工表面的位置精度
粗基准的选择
◆保证相互位置要求原则——如果首先要求保证工件上加 工面与不加工面的相互位置要求,则应以不加工面作为粗基 准 ◆余量均匀分配原则——如果首先要求保证工件某重要表 面加工余量均匀时,应选择该表面的毛坯面作为粗基准
工件定位与装夹方案
1 序言有过机械加工经历的人，一定会知道工件的定位与装夹对于加工的重要性。
毫不夸张的说，随着现代科学技术的不断进步，各种先进的数控机床、高智能化CAM软件及高品质刀具不断涌现，各种形状、结构及精度的工件特征很容易被加工出来，反而是加工过程中的一些辅助工作，解决起来，往往会让工艺人员与设备操作人员感觉十分头痛棘手。
安排加工一款工件，如何解决好对工件的定位与装夹，是工艺人员与操作人员动刀前首先需要考虑的两大技术问题，加工一款工件，工件的定位与装夹的选择和安排的合理与否，对于产品的加工质量与加工效率以及对操作人员的可操作性，都具有很大的影响。
对于一些规则结构的工件，加工过程中的定位与装夹自然很容易选择，但对于一些不规则复杂结构、铸件及薄壁等工件，要想合理解决好工件的定位与装夹，还是很需要费一番周折、动一番脑筋的，笔者就职于一家航天加工制造企业，在生产一线从事工艺设计与数控编程工作已有近30年的经验，对于不同结构工件的加工，司空见惯，对于解决工件加工定位与装夹积累了相当多的经验，现对怎样解决工件定位与装夹的共性经验总结如下，希望对同行们解决此类问题有所启示与帮助。
2 工件的定位选择好工件的定位的基准，是动刀加工前的关键一环，工件定位基准选择的合理与否，对于确保加工工件的尺寸，有着十分重要的影响。
一般工件，都会有长、宽、高3个方向的尺寸，所以，标注尺寸的基准就会有3个方向的基准，选择定位基准，在通常情况下，会优先选择设计基准作为定位基准，如果设计基准不便作为加工的定位基准，那就应选择其他的点、线或面进行基准的合适转化。
加工的定位基准，通常用得比较多的方式有：相互垂直的相邻垂直角三面定位、两销一面定位。
对于规则形状的工件来说，定位基准很容易选择；而对于不规则形状的工件，工件本体上几乎没有用得着的作为定位用的基准的定位平面或孔，这就要求工艺设计人员，在进行工艺设计时预留出工件加工的定位基准，以方便工件定位，至于怎样预留定位，下文会选择几种典型零件加以说明，在此不再赘述。
项目3：机械加工的工件装夹
3.夹紧装置结构要简单，制造容易，体积小， 强度、 刚度要足够，能确保加工时工件定位的稳定、可靠 不发生振动。
4.夹紧装置操作应方便、安全、省力、夹紧动作迅速。
5．应有足够的夹紧行程和装卸工件的间隙。
1） 夹紧力的方向应有助于定位稳定，且主夹紧力朝向 主要定位基准面 （限制自由度最多或定位精度要求高 的定位面）。
1.完全定位 工件的六个自由度全部被限制的定位状态，称 为完全定位。当工件在三个坐标方向均有尺寸或位置精度要 求时，一般采用这种定位方式。
2.不完全定位 工件被限制的自由度数目少于六个，但能保 证加工要求时的定位状态。工件在夹具中定位时，广泛采用 不完全定位。
3.欠定位 工件实际定位所限制的自由度少于按其加工要求 所必须限制的自由度，这种定位状态称为欠定位。由于在欠 定位状态下对工件进行加工，无法保证其工序加工要求，因 此，在确定工件的定位方案时，不允许采用欠定位方式。
四、机床夹具的组成 1.定位装置 定位元件及其组合构成定位装置，其作用是确定工件在 夹具中的位置。 2.夹紧装置 夹紧装置的作用是保证工件在夹具中的准确位置不会因 外力作用而发生变化，使加工顺利进行。 3.连接元件 连接元件用以确定夹具本身在机床上的位置，如车床夹 具所使用的过渡盘，铣床夹具所使用的定位键等都是连接元件。 4.导向、对刀元件 确定刀具位置并引导刀具进行加工时需要使用导 向元件，如钻床夹具上的钻套、镗床夹具中的镗套；而铣床夹具中的 对刀块是典型的对刀元件，根据它来快速调整刀具相对于夹具的位置 。 5.其它装置或元件 为了满足加工要求及提高夹具的使用性能，有些 夹具上还设有分度装置、靠模装置、预定位装置、上下料装置、顶出 装置、平衡块、吊装元件等。 6.夹具体 夹具体是夹具的基础件，上述元件或装置在夹具体上安装 后组成一个有机整体，以实现夹具在机械加工过程中的作用。
工件的装夹与定位
工件的装夹与定位一、工件的装夹在机床上加工工件时，为使工件在该工序所加工表面能达到规定的尺寸与形位公差要求，在开动机床进行加工之前，必需使工件在夹紧之前就相对于机床占有某一正确的位置，此过程称为定位。
工件在定位之后还不肯定能承受外力的作用，为了使工件在加工过程中总能保持其正确位置，还必需把它压紧，此过程称为夹紧。
工件的装夹过程是定位过程和夹紧过程的综合。
定位的任务是使工件相对于机床占有某一正确的位置，夹紧的任务则是保持工件的定位位置不变。
定位过程与夹紧过程都可能使工件偏离所要求的正确位置而产生定位误差与夹紧误差。
定位误差与夹紧误差之和称为装夹误差。
工件装夹有找正装夹和夹具装夹两种方式。
找正装夹又可分为直接找正装夹和划线找正装夹。
1.直接找正装夹用划针、千分表直接按工件表面找正工件的位置并夹紧，称为直接找正装夹。
直接找正装夹效率低，对操作工人技术水平要求高，但如用精密检具细心找正，可以获得很高的定位精度(0.010~0.005mm)，多用于单件小批生产或装夹精度要求特殊高的场合。
2.画线找正装夹依据零件图要求在工件上划出中心线、对称线和待加工面的轮廓线、找正线，然后按找正线找正工件在机床上的位置并夹紧，这种装夹方法称为划线找正装夹。
与直接找正装夹方法相比，划线找正方法增加了一道技术水平要求高且费工费事的划线工序，生产效率低；此外，由于所划线条自身就有肯定宽度，故其找正误差大(0.2~0.5mm)。
划线找正装夹方法多用于单件小批生产中难以用直接找正方法装夹的外形较为简单的铸件或锻件。
3. 夹具装夹产量较大时，无论是划线找正装夹，还是直接找正装夹，均不能滿足生产率要求。
这时，一般均须用夹具来装夹工件。
夹具事先按肯定要求安装在机床上，工件按要求装夹在夹具上，不需找正就可进行加工。
使用夹具装夹工件，不仅可以保证装夹精度，而且可以显著提高装夹效率，还可减轻工人的劳动强度，对工人技术水平要求也不高。
成批生产和大量生产中广泛采纳夹具装夹工件。
工件的装夹
机械制造技术工件的装夹1、装夹的概念定位：确定工件在机床上或夹具中占有准确加工位置的过程。
夹紧：在工件定位后用外力将其固定，使其在加工过程中保持定位 位置不变的操作。
装夹是定位和夹紧过程的总和。
在机械加工过程中，为了保证的轴线用于定位加工精度，使工件在机床上相对刀具占有正确的位置，并能迅速、 可靠地夹紧工件，以接受加工或卡爪用于夹紧检测的工艺装备称为机床夹具。
2、装夹的方法（1）直接找正装夹用划针、百分表等工具直接找正工件位置并加以夹紧的方法称直接 找正安装法。
此法生产率低，精度取决于工人的技术水平和测量工 具的精度，一般只用于单件小批生产。
图2是用四爪单动卡盘装夹工件，先 用百分表按工件A圆进行找正后，夹 紧工件车削外圆B，从而保证A、B圆 柱面的同轴度要求。
使用工具： 划线盘，百分表或千分表 定位精度：0.1~0.5mm（划线盘）； 0.01~0.005mm（千分表） 特点：生产率低，适用于单件、小批 量生产。
对操作工人技术水平要求高。
图2 直接找正安装2、装夹的方法（2）划线找正装夹先在工件上按照零件图划出中心 线、对称线和各待加工表面的加 工线，然后将工件装上机床，按 照划好的线找正工件在机床上的 装夹位置。
划线找正法受划线精度和找正精 度的限制，定位精度不高，定位 精度:0.2~0.5mm。
主要用于批量 小，毛坯精度低及大型零件等不 便于使用夹具进行加工的粗加工。
划线找正法 图32、装夹的方法（3）使用夹具装夹 工件装在夹具上，不再进行找正，便能直接得到准确加工位置的装 夹方式。
图4在机床主轴装夹非轴类零件，利用花盘弯板使加工孔轴心与主轴轴心自动重合夹具的定位夹紧元件能使工件迅速获得正确位置，并使其固定在夹 具和机床上。
因此，工件定位方便，定位精度高（可以达到0.01mm 的定位精度）而且稳定，装夹效率也高。
但专用夹具制造费用高， 周期长，一般用于中、大批和大量生产。
特点：生产率高，一批产品的精度稳定，对工人技术水平要求低。
第3章 工件的定位和夹紧
3.3 工件方式及定位元件
(a)平顶支承钉；(b)圆顶支承钉 ； (c)网纹顶支承钉； (d)带衬套支承钉 图3-8 几种常用支承钉
3.3 工件方式及定位元件
(a) 为平板式支承板；(b)斜槽式支承板 图3-9 两种常用的支承板
3.3 工件方式及定位元件
（2）可调支承。可调支承的顶端位置可以在一定的范围内调 整。如图3-10所示为几种常用的可调支承典型结构。
图3-6 常见的几种过定位实例
3.2 工件的定位
（ 复限制而出现过定位。此时可采取如下措施解决。
No Image
No Image
如图3-6(b)所示为孔与端面联合定位。由于大端面可以限制3个自由度 受到重 、 、 ），而长销可以限制 4 个自由度（ x 、 z 、 、 ），因此，、 z z z
此外，按使用机床类型可分为车床夹具、铣床夹具、钻床夹 具、镗床夹具、磨床夹具、齿轮机床夹具和其他机床夹具等。按 驱动夹具工作的动力源可分为气动夹具、液压夹具、气液夹具、 电动夹具、磁力夹具和真空夹具等。
3.1 机床夹具概述
四、机床夹具的组成
机床夹具通常由定位元件、夹紧装置、安装连接元件、导向 元件、对刀元件和夹具体等几个部分组成，如图3-1所示。
3.2 工件的定位
三、定位的类型
1．完全定位与不完全定位
（1）完全定位。工件的6个自由度完全被限制的定位情况， 如图3-4(c)所示。
（2）不完全定位。工件的6个自由度不需完全被限制的定位 情况，如图3-4(a)和图3-4(b)所示。
完全定位和不完全定位，这两种定位类型都是正确可行的， 生产中被广泛采用。
3.4 工件的夹紧
二、夹紧装置的组成
夹紧装置的组成，如图3-23所示，由以下3部分组成。
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第12章 工件的定位与装夹
4．过定位（也称重复定位或超定位） 多个定位元件重复限制同一个自由度的定位现象。
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第12章 工件的定位与装夹
12.1 基准的概念及其分类
12.1.1 基准的概念
工件是几何实体，它由点、线、面构成。其上 任何一个点、线、面的位置总是用它与另外一些点、 线、面的相互关系（尺寸、平行度、同轴度等）来 确定的。
◆ 基准
是指用来确定生产对象上几何要素间的几何关 系所依据的那些点、线、面。
第二自由度是否限制，可根据工件承受切削力、 夹紧力和刀具在工件加工表面运行工作行程范围考虑。
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第12章 工件的定位与装夹
具体确定方法
独立拟出确保各单项距离尺寸或位置公差要求而限
制的自由度后，再按综合叠加但不重复的方法便可得
到确保多项精度要求应限制的自由度。
如图示工件上铣槽，必须限制五个自由度：
要使工件在空
工件
间有确定的唯一位
置，就必须设置相
应的六个约束，分
别限制其六个自由
度。
矩形立体的六点定位
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第12章 工件的定位与装夹
圆柱体的六点定位
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第12章 工件的定位与装夹
◆ 常见加工形式为保证加工要求应限制的自由度
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◆ 续上表
第12章 工件的定位与装夹
工序基准实例
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第12章 工件的定位与装夹
2.定位基准
指加工时用作工件定位的基准。 定位基准（基面）又有粗基准和精基准之分。
定位基准由实际存 在的端面或内、外圆柱 面作为定位基面。如图 中的 C、D面。
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第12章 工件的定位与装夹
12.测量基准
指用来测量被被加工表面的尺寸和位置的基准。
及 5个自由度。
工件上铣槽应限制的自由度
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二、工件定位中的几种情况
1．完全定位 指不重复地限制了工件六个自由度的定位。
当工件在x、y、z三个坐标方向均有尺寸要求或位置精 度要求时，一般采用这种定位方式。
2．不完全定位 根据工件加工要求，不需要限制工件全部自由度的定位 方式。如图示车（镗）通孔、磨（铣）削平面。
12.1.2 基准的分类
根据基准的作用不同，可分为设计基准和工 艺基准两大类。
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第12章 工件的定位与装夹
一、设计基准 指在设计图样上所采用的基准。 如图a）中的球心O、图b）中的轴线、平面A ，它们都是设计基准。 设计基准是实际存在的，也可是假想的。
a）
b）
设计基准实例
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12.2.2 工件正确定位应限制的自由度
一、限制工件自由度与加工要求的关系
1.工件的正确定位，就是工序的正确定位。 2.工件正确定位应限制自由度的多少，由其加工要求
和工序基准的形式决定。并非六个自由度都必须全 部被限制，只需限制对加工要求有影响的自由度。
为保证加工要求必须限制的自由度，称为第一自 由度。对加工要求无关的自由度，称为第二自由度。
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三、应用六点定位原理时需注意的问题
1.在夹具结构中，支承点不一定用点或销的顶端，常 用面或线来代替；在具体应用时，可用窄长的平面 （条形支承）代替直线，用较小的平面代替点。
2.定位支承点与工件定位基准面始终保持接触，才能 限制自由度。
12.分析定位支承点的定位作用时，不考虑力的影响。 某一自由度被限制，是指工件在某个坐标方向有了 确定的位置，并不是指工件在受到外力时不能运动。 工件在外力作用下不能运动，要靠夹紧装置来完成。
a) 车床上加工通孔
b) 平板工件磨平面
不完全定位实例
z
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12．欠定位 工件加工时必须限制的自由度未被完全限制的定位 现象。欠定位无法保证加工要求，绝不允许有欠定位 现象产生。 如图示在工件上铣槽，如 未限制，就不能保证槽底 与工件下底面的距离尺寸要求；如果 或 未限制，就 不能保证槽底面与工件底面的平行度要求。
将工件某个方向活动的可能性称为一个自 由度。
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第12章 工件的定位与装夹
工件的六个自由度，如图所示。
a) 矩形工件
b) 圆柱形工件 工件的六个自由度
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二、六点定位原理（六点定位规则）
指用合理分布的六个支承点限制工件相应的六个 自由度，确定其唯一确切位置的原理。
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第12章 工件的定位与装夹
工件的定位与装夹
【主要内容】
1.基准的概念及其分类 2.工件在机床夹具中的定位 3.工件在夹具中的定位方式及其定位元件 4.工件的装夹方法 5.工件的夹紧与夹紧机装置
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第12章 工件的定位与装夹
工件的定位与装夹
【学习目标】
● 掌握基准的概念及分类 ● 理解六点定位原理 ● 掌握常用定位元件的应用及能限制的自由度 ● 熟悉工件的装夹方法及常用的夹紧机构
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二、工艺基准及其分类
工艺基准：是指在工艺过程中所采用的基准。 工艺基准分类：
按用途 不同分
工序基准 定位基准 测量基准 装配基准
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第12章 工件的定位与装夹
1.工序基保证的尺寸、形状、位置的基准。
工序基准应尽量与设计基准重合；当考虑定位或 试切测量方便时，也可与定位基准或测量基准相重合。
装配基面；图b)倒档齿2以
壳体1右方内端面、径向以
内孔表面为装配基面。
a)
b)
装配基准与装配基面实例
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12.2 工件在机床夹具中的定位
工件的定位：指工件在机床夹具中占有的正确位置。
12.2.1 工件的六点定位原理
一、工件的自由度
任何工件（自由刚体），在空间直角坐标系 中有六个方向活动的可能性，即沿 轴方向 的移动自由度（ ）,绕 轴的转动自由 度（ ）。
图a)是以圆柱面素线作为测量基准；图b)是在V形铁
上测量轴段2的径向跳动，轴颈1和2的同轴线12是测量基
准，以实际存在的外圆面1作为测量基面。
a）
b）
测量基准与测量基面实例
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4.装配基准
指装配时用来确定零件或部件在产品中相对位置所
采用的基准。
图a)以A端面和轴颈面为