机床夹具的定位原理和定位元件
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
机床夹具介绍(较全)
二、机床夹具介绍夹具最早出现在1787年，至今经历了三个发展阶段。
第一阶段表现为夹具与人的结合。
在工业发展初期。
机械制造的精度较低，机械产品工件的制造质量主要依赖劳动者个人的经验和手艺，而夹具仅仅作为加工工艺过程中的一种辅助工具；第二阶段是随着机床、汽车、飞机等制造业的发展，夹具的门类才逐步发展齐全。
夹具的定位、夹紧、导向（或对刀）元件的结构也日趋完善，逐渐发展成为系统的主要工艺装备之一；第三阶段，即近代由于世界科学技术的进步及社会生产力的迅速提高，夹具在系统中占据相当重要的地位。
这一阶段的主要特征表现为夹具与机床的紧密结合。
2.1夹具的现状几生产对其提出新的要求现代生产要求企业制造的产品品种经常更新换代，以适应市场激烈竞争，尽管国际生产研究协会的统计表明中不批，多品种生产的工件已占工件种类数的85%左右。
然而目前，一般企业习惯与采用传统的专用夹具，在一个具有只能感等生产的能力工厂中约拥有13000~15000套专用夹具。
另一方面，在多品种生产的企业中，约隔4年就要更新80%左右的专用夹具，而夹具的实际磨损量只有15%左右，特别最近年来柔性制造系统（FMS）、数控机床（NC），加工中心（MC）和成组加工（GT）等新技术被应用和推广，使中小批生产的生产率逐步趋近于大批量生产的水平。
综上所述，现代生产对夹具提出了如下新的要求：（1）能迅速方便地装备新产品的投产以缩短生产准备周期（2）能装夹一组相似性特征的工件（3）适用于精密加工的高精度的机床（4）适用于各种现代化制造技术的新型技术（5）采用液压汞站等为动力源的高效夹紧装置，进一步提高劳动生产率2.2现代夹具的发展发向现代夹具的发展方向表现为精密化、高效化、柔性化、标准化等四个方面：1、精密化随着机械产品精度的日益提高，势必也相应提高对其精度要求。
精密化夹具的结构类型很多，例如用于精密分度的多齿盘，其分度可达正负0.1，用于精密车削的高精度三爪卡盘，其定心精度为5um，又如用于轴承套圈磨削的电磁无心夹具，工件的圆读可达0.2~0.5um。
第4章定位原理和机床夹具设计2
H7 g 6( f 7)
Z
△Z≠ 0 △Y≠ 0
Y
圆柱心轴
X
y
4.2 工件的定位原理及定位元件
3.工件以外圆柱面定位
V形块 定位套 半圆套 支承定位
3.工件以外圆柱面定位
V形块
固定V形块 活动V形块 长V形块 短V形块
3.工件以外圆柱表面定位
3.工件以外圆柱表面定位
定位套
工件以外圆定位的定位套
yz
销2
x y
销1
y 0
x
支承平面
z x y
(3) 过定位
案例4 一面两销定位方案
B 削边销
(3) 过定位
z
案例4 一面两销定位方案
z x y
销1 削边销
y 0
x
支承平面
z x y
(3) 过定位
案例5
滚齿加工的定位方案
x y x y
待加工 的齿轮
z x y
(3) 过定位
案例5
滚齿加工的定位方案
（1）正确的定位 工件定位面与夹具定位元件的定位工 作面相接触或配合来限制工件的自由度， 二者一旦脱离接触或配合，则定位元件就 丧失了工件自由度的作用。
2.应用六点定位原理应注意的问题
（2）一个定位支撑点仅限制一个自由度：原 则上不超过六个。 （3）分析定位支撑点的定位作用时，不考虑 力的影响
2.应用六点定位原理应注意的问题
常用的定位元件
1.工件以平面定位
主要支承
固定支承 可调支承 自位支承
支承钉 支承板
辅助支承
1.工件以平面定位
固定支承
支承钉和支承板
钻套
支承板
支承板
《机床夹具设计》工件的定位
第1章工件的定位●理解六点定位原理。
●常用定位元件限制的自由度。
●工件定位方式：完全定位、不完全定位、过定位和欠定位。
●常用定位元件的设计。
●定位误差的分析和计算。
●根据零件工序加工要求，确定定位方式。
●根据零件工序加工要求，确定定位方案。
●掌握定位元件的设计方法。
●掌握定位误差的分析和计算。
1.1工作场景导入【工作场景】如图1.1所示，钢套零件在本工序中需钻φ5mm孔，工件材料为Q235A钢，批量N=2000件。
钢套零件三维图如图1.2所示。
【加工要求】(1)φ5mm孔轴线到端面B的距离20±0.1mm。
(2)φ5mm孔对φ20H7孔的对称度为0.1mm。
本任务是设计钻φ5mm孔的钻床夹具定位方案。
图1.1钢套零件钻φ5mm工序图图1.2钢套零件三维图【引导问题】(1)仔细阅读图1.1，分析零件加工要求，各工序尺寸的工序基准是什么？(2)工件定位与夹紧的概念是什么？分析它们分别是由什么装置实现的？(3)六点定位原理是什么？(4)什么是完全定位、不完全定位、过定位和欠定位？(5)常用定位元件有哪些？定位元件限制的自由度？(6)定位方案设计的基本原则是什么？定位元件的要求是什么？(7)定位误差如何分析和计算？(8)企业生产参观实习。
①生产现场机床夹具的组成是什么？②生产现场机床夹具使用的定位元件有哪些？③生产现场机床夹具定位时限制几个自由度？1.2基础知识【学习目标】理解六点定位原理，分析常用定位元件限制的自由度，确定工件的定位方式，常用定位元件的设计，定位方案设计的基本原则，定位误差的分析和计算。
1.2.1工件定位的基本原理1.概述为了达到工件被加工表面的技术要求，必须保证工件在加工过程中的正确位置。
夹具保证加工精度的原理是加工需要满足3个条件：①一批工件在夹具中占有正确的位置；②夹具在机床上的正确位置；③刀具相对夹具的正确位置。
显然，工件的定位是极为重要的一个环节。
本章就要讨论工件的定位问题。
夹具典型定位、夹紧原理-李军
完全定位与不完全定位
• 而图b所示为铣削一个通槽，需限制除了 外的其他5个自由度。
完全定位与不完全定位
• 图中c所示在同样的长方 体工件上铣削一个键槽， 在三个坐标轴的移动和转 动方向上均有尺寸及相互 位置的要求，因此，这种 情况必须限制全部的6个 自由度，即完全定位
欠定位与过定位
• 欠定位: 工件实际定位限制的自由度少于该工序加工 所需限制的自由度数目; • 过定位: 两个或两个以上支承点重复限制同一个自由 度,这样将是工件的位置不确定;
常见的定位方式和定位元件
4.工件以组合表面定位
实际加工过程中，工件往往是以几个表面 同时定位的，称为“组合表面定位”。
常见的定位方式和定位元件
• 1 . 一个孔和一个端面组合 • 一个孔与端面组合定位时，孔与销或心轴定位采 用间隙配合，此时应注意避免过定位，以免造成 工件和定位元件的弯曲变形， 如图 示。
常见的定位方式和定位元件
2.工件以圆孔定位
有些工件，如套筒、法兰盘、拨叉等以孔作为定 位基准.
(1)定位销
常见的定位方式和定位元件
• (2)锥销:工件圆孔与锥 销定位，圆孔与锥销 的接触线是一个圆， 限制工件 、 、 三个 位移自由度，图 a 用 于粗基准，图 b 用于 精基准。
常见的定位方式和定位元件
这里我们将主要介绍具的定位与夹紧
工件定位的基本原理
• 工件定位的实质是什么呢？ 使工件在夹具中占有某个确定的位置 • 怎样获得工件的确定位置呢？ 通过定位支撑限制相应的自由度来获得 • 工件在空间直角坐标系内有具有几个自由 度？ • 6个，如下图
工件定位的基本原理
在空间直角坐标系中，刚体具有六个自由 度，即沿X、Y、Z轴移动的三个自由度和绕 此三轴旋转的三个自由度。
机床夹具 复习
仅供内部学习，手打不易，请勿外泄2021级机械设计制造一、名词解释：定位元件：夹具中确定工件位置的元件夹紧装置：动力装置，中间传力机构，夹紧元件组成的装置通用夹具：指在各类机床上广泛应用的各种夹具专用夹具：指仅仅适用于某一工件的某一道或数道工序的加工而专门设计的夹具定位：使一批工件在机床上或夹具上相对于刀具处在正确的加工位置的操作过程夹紧：工件在夹具中定位后，使工件在加工过程中，始终保持定位时所取得的正确加工位置装夹：将工件安放在机床上或夹具上进展定位和夹紧的操作过程。
六点定位原理：任一刚体在空间都有六个自由度，要使它在机床上〔或夹具中〕完全定位，就必须限制它在空间的六个自由度完全定位：工件在夹具中相对于刀具的六个自由度全部被限制的定位方法局部定位：限制了影响工件加工精度的自由度，且又少于六点的定位方法欠定位：工件在夹具中定位时，应该消除的自由度而没有被消除的定位重复定位：具有重复限制工件自由度的定位称为重复定位固定支承：夹具体上，支承点的位置固定不变的定位元件可调支承：夹具体上，支承点的位置可以调节的定位元件自位支承：支承点的位置在工件定位中，随工件定位基准面位置变化而自动适应的定位元件辅助支承：只起提高工件支承刚性或起辅助作用的定位元件定位误差：由于定位不准确而造成某一工序在工序尺寸或位置要求方面的加工误差基准位置〔位移〕误差：由于定位副存在误差引起的定位基准在加工方向上的最大位置变动范围基准不重合误差：由于工件的定位基准和设计基准〔或工序基准〕不重合而产生的误差称为基准不重合误差。
夹紧机构：承受和传递原始作用力，使之变为夹紧力，并执行夹紧任务的局部夹具自锁性：指当工件被夹紧之后，在不再施加力的情况下工件依然被夹紧偏心圆的特性参数：偏心圆的直径d与偏心距e的比值d/e分度装置：工件在一次装夹中，每加工完一个外表，通过夹具上可动局部连同工件一起转过一定的角度或移动一定距离，以改变加工外表的位置的装置误差平均效应分度原理：指在分度盘精度一样的条件下,由于采用了两圆柱销, 同时均匀对定, 所产生的分度误差是分度盘上两相邻分度孔位置误差的平均值,从而使转角误差因均分而减少。
第四章 夹具在机床上的定位
一、夹具在在机床上定位的目的
二、夹具在机床上的定位方式
（一）夹具在工作台面上的连接定位
定向、定位键
U形槽结构
（二）夹具在机床主轴上的连接
（a）主轴锥孔连接 (b)端面B和圆柱孔D (c)短锥面K和端面B （d）过渡盘以锥孔 定位
三、夹具在机床上的定位误差
（一）车床夹具的定位误差
1.心轴： 同轴度误差 2.专用夹具：
（二）铣床夹具的定位误差
（三）钻床夹具的定位误差
四、提高夹具在机床上定位的措施
（一）对夹具进行找整安装 （二）对定位元件定位面进行就地加工
对于铰孔、镗孔、绗孔、拉孔刀具进行浮动连接
§4-2夹
（五）影响对刀精度的因素
§4-3夹具的转位和分度装置
一、分度装置的基本形式
1.轴向分度装置
2.径向分度装置
二、分度装置的对定机构
分度误差
三、分度装置的拔销及锁紧装置
四、精密分度装置
一夹具在在机床上定位的目的第四章夹具在机床上的定位对刀和分度41夹具在机床上的定位二夹具在机床上的定位方式一夹具在工作台面上的连接定位定向定位键u形槽结构二夹具在机床主轴上的连接a主轴锥孔连接b端面b和圆柱孔dc短锥面k和端面b定位三夹具在机床上的定位误差一车床夹具的定位误差1
第四章 夹具在机床上的定位、对刀和分度
1.测量误差 2.定位元件定位面相对对刀装置的位置误差
二、钻床夹具中刀具的对准和导向 （一）钻套的四种形式 1.固定钻套 2.可换钻套 3.快换钻套
4.特殊钻套
（二）钻套引导尺寸和公差的确定
（三）钻套高度和钻套与工件距离
1.钻套高度 钻一般非配合孔，H=(1.5～2)d,钻套内径采用基轴制F8 的公差。 加工IT6、IT7级精度，孔在Ф 12mm以上或加工孔距精度要求在 ±0.10～ ±0.15mm时，H=（2.5～3.5）d。 加工IT7、IT8级精度的孔，孔距精度要求在±0.0.06～ ±0.10mm时 H=（1.25～1.5）(h+B)。 2.钻套与工件的距离
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。
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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。
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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。
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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．
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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.
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机电工程系
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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.
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机电工程系 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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机电工程系 2 调节支撑 在工件定位过程中,支撑钉的高度需要调整时采用调节支撑. 对于小型工件 , 一般每批调整一次 , 工件较大时 , 常常每件都 需要调整.调节支撑在主要定位表面上最多用两个. 。 3 浮动支撑 在工件定位过程中能自动调整位置的支撑称为浮动支撑.一 个浮动支撑只限制工件的一个自由度而与接触点数无关.浮 动支撑点的位置随工件定位基准面的变化而自动调节并与 之相适应.适用于毛坯边面，阶梯表面的定位的场合。
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机电工程系 2 定位套 分为长定位套（限制４个自由度）和短定位套（限 制两个自由度）．为了保证轴向定位精度，常与端面联 合定位。 3 半圆套
包括上定位套和下定位套，上定位套作定位用，其 最小直径应取工件定位外圆的最大直径．上半圆套是可 动的，起夹紧作用．半圆套定位的优点是夹紧力均匀， 装卸工件方便，故常应用于曲轴等不适合以整圆定位机电工程系 4 圆锥套 工件以圆柱面的端部定位在外拔顶尖的锥孔中定位， 锥孔中有鸱吻，以便带动工件旋转．顶尖体的锥柄部分插 入机床主轴孔中．如下图。
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机电工程系 §2-2机床夹具的定位原理和定位元件 一 、六点定位原理 任何未定位的工件在空间直角坐标系中都具有六个自 由度。工件定位的任务就是根据加工要求合理分布六个支 撑点限制工件的全部或部分自由度。
工件的六点定位原理是指用六个支撑点来分别限制工 件的六个自由度，从而使工件在空间得到确定定位的方法。
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机电工程系
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机电工程系 3. 锥度心轴．这种定位方式的定心精度较高，同轴度 可达直径０ . ００５～０ . ０１mm ，但其轴向位移量较大， 使用于工件定位孔精度不低于ＩＴ７的精车或磨削加工， 不能加工端面．一般锥度心轴能限制五个自由度。 4 . 圆锥削
工件以单个圆锥削定位是容易倾斜，一般应和其他定 位元件组合定位，如圆锥－圆柱组合心轴等。
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。
在通常情况下，应尽量避免出现过定位。消除干涉途 径：一是改变定位元件的结构，二是提高工件定位基面之 间及夹具定位元件工作表面之间的位置精度，以减少或消 除过定位引起的干涉。
4
机电工程系 三 、支承点与定位元件
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机电工程系 六点定位原理
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机电工程系
3
机电工程系 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。 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。 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。