机械制造工艺与机床夹具第2章课件
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第二章工件装夹和机床夹具
第四节 工件在机床夹具中的定位
例2.在圆柱体上钻孔，保证孔尺寸及与外圆柱的同轴度。
第四节 工件在机床夹具中的定位
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。
例及与3.图底示面，的在平一行工度件两上项铣要通求槽，。必为须保限证制尺Z寸, X6,0Y00.20mm
为保证尺寸30±0·1mm及槽侧面与B面的平行度，必须限制
第三节 专用机床夹具的组成及其分类
第三节 专用机床夹具的组成及其分类
2．夹紧元件或夹紧装置 夹紧工件，并使其在加工时在外 力作用下仍然保持工件在夹具中 正确位置的元件或装置称为夹紧 元件或夹紧装置。它一般由动力 装置（如气缸、油缸等）、中间 传力机构（如杠杆、螺纹传动副、 斜楔、凸轮等）和夹紧元件（如 卡爪、压板、压块等）组成。
X
,Leabharlann Z两个自由度，至于 Y 则可限制可不限制。
图1-12
第四节 工件在机床夹具中的定位
5.正确处理过定位： 1） 改变定位元件的结构避免过定位
如图示，把长圆柱销改成短圆柱销，即可避免了过定位。
第四节 工件在机床夹具中的定位
2. 去掉多余的定位支承，消除过定位
如图示，定位支承销3重复限制了Y 把定位支承销3撤消，
第二章 工件装夹与机床夹具
主要讲述内容： 第一节 基准的概念 第二节 工件的装夹方法 第三节 专用机床夹具的组成及其分类 第四节 工件在机床夹具中的定位 第五节 定位误差的分析与计算 第六节 工件的夹紧及夹紧装置 第七节 夹具设计的基本要求和步骤 第八节 夹具设计实例
第一节 基准的概念
一、基本概念： 1. 定位：
图1-7
第四节 工件在机床夹具中的定位
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2章 机械制造技术基础(2—2)
o
体现的是工 件中心线
工件与V型块的接 触为：两条母线
●定位基准的选择实际上是定位基面的选择。
●根据是否被加工，定位基面可分精基面（光面） 和粗基面（毛面）。
五、定位误差的分析和计算
1. 定位误差的定义及产生的原因
用调整法加工一批工件时，工件在定位过程中会遇
到如下情况： ● 工序基准与定位基准不重合 ● 基准位置误差
导致工件的工序基 准偏离理想位置而 产生定位误差。
定位误差：工件在夹具（或机床）上定位不准确（工 序基准偏离理想位）而引起的加工误差。
定位误差值的大小d ：工序基准沿工序尺寸方向发生 的最大位移量。
（1）基准不重合引起的定位误差
如图所示，用调整法加工C面。工序基准：B面。
B
jb
H4
C H1
H4
H1
H
H1max H1min
A
工件的工序基准与定 位基准不重合。
由于尺寸H1的误差会使工件顶面位置发生变化，从 而使工序尺寸H4产生误差。
基准不重合误差： jb
H H
（2）基准位置误差
定位副制造不准确引起的定位误差
如图所示，用调整法加工键 槽。工序基准：O点。
jy O
d
工件外圆直径尺寸有大有小，会使外圆中心位置 发生变化，从而导致工序尺寸H的变化——基准发生 位移导致工序尺寸H的加工误差。
化的元件拼装而成。
特点：灵活多变，万能 性强，制造周期短，元 件可以重复使用。
（5）随行夹具
这是一种在自动线或柔性制造系统中使用的夹具。工件安 装在随行夹具上，除完成对工件的定位和夹紧外，还载着工件 由运输装置送往各机床，并在各机床上被定位和夹紧。
二、夹具的组成
体现的是工 件中心线
工件与V型块的接 触为：两条母线
●定位基准的选择实际上是定位基面的选择。
●根据是否被加工，定位基面可分精基面（光面） 和粗基面（毛面）。
五、定位误差的分析和计算
1. 定位误差的定义及产生的原因
用调整法加工一批工件时，工件在定位过程中会遇
到如下情况： ● 工序基准与定位基准不重合 ● 基准位置误差
导致工件的工序基 准偏离理想位置而 产生定位误差。
定位误差：工件在夹具（或机床）上定位不准确（工 序基准偏离理想位）而引起的加工误差。
定位误差值的大小d ：工序基准沿工序尺寸方向发生 的最大位移量。
（1）基准不重合引起的定位误差
如图所示，用调整法加工C面。工序基准：B面。
B
jb
H4
C H1
H4
H1
H
H1max H1min
A
工件的工序基准与定 位基准不重合。
由于尺寸H1的误差会使工件顶面位置发生变化，从 而使工序尺寸H4产生误差。
基准不重合误差： jb
H H
（2）基准位置误差
定位副制造不准确引起的定位误差
如图所示，用调整法加工键 槽。工序基准：O点。
jy O
d
工件外圆直径尺寸有大有小，会使外圆中心位置 发生变化，从而导致工序尺寸H的变化——基准发生 位移导致工序尺寸H的加工误差。
化的元件拼装而成。
特点：灵活多变，万能 性强，制造周期短，元 件可以重复使用。
（5）随行夹具
这是一种在自动线或柔性制造系统中使用的夹具。工件安 装在随行夹具上，除完成对工件的定位和夹紧外，还载着工件 由运输装置送往各机床，并在各机床上被定位和夹紧。
二、夹具的组成
夹具设计PPT课件
Y移动自由度
X移动，Z轴转动
自由度
Y
Z移动，X、Y轴旋转
X
自由度
11
图 2-8 六点定位原理
第11页/共74页
2.2.1 定位原理
完全定位与不完全定位
➢ 工件的6个自由度均被限制，称为完全定位。工件6个 自由度中有1个或几个自由度未被限制，称为不完全 定位。
➢不完全定位主要有两种情况： ①工件本身相对于某个点、线是完全对称的，则工件绕此点、线旋转
第43页/共74页
2.2.4 定位误差
以微小增量代替微分，并将尺寸误差视为微小增量，且考虑到尺寸误差可 正可负，各项误差均取绝对值，得到工序尺寸H的定位误差：
DW
Td
2
sin
2
d cos 4 sin2
2
2
T
（2-8）
式中 Td — 工件外圆直径公差； Tα— V型块两斜面夹角角度公差。
➢划线找正装夹 精度不高，效率低，多用于形 状复杂的铸件。
找正线
加工线
图2-5 直接找正安装
毛坯孔
精度高，效率低，对工人
技术水平高。
8
图2-6 划线找正安装
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➢夹具装夹
2.1.2 工件装夹
精度和效率均高， 广泛采用。
图2-7 工件在夹具上装夹（滚齿夹具）
9
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机械制造工工艺学 第2章 工件的装夹
Z Y
X
Z Y
X
Z Y
X
Z
Z
Z
XY
XY
图2-21 工件以圆孔定位
Y X
31
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2.2.3 定位方法与定位元件
机床夹具完整PPT课件
➢联 接 元 件 ： 用 于 确 定 夹 具 对 机 床 主 轴、工作台或导轨的相对位置；
➢对 刀 或 导 向 元 件 ： 用 于 保 证 工 件 加 工表面与刀具之间的位置；
➢其它装置或元件：定向键、操作件、 分度装置、靠模装置、上下料装置、 平衡块等，以及标准化了的其它联接 元件；
➢夹具体：是夹具的基座和骨架，用来 配置、安装各夹具元件及装置。
➢常见的组合方式有： 一个孔及其端面 一根轴及其端面 一个平面及其上的两个圆孔
➢生产中最常见的“一面两孔”定位
➢“一面两孔”定位的特点：
容易实现基准统一； 位置精度高； 存在过定位现象（支承平面限制三个 自由度，每根短销限制两个自由度）
A. 二圆销一平面定位
销、孔安装时，必须有一定的间隙， 此时
于是得到：
d2max= D2min –2(LD+ Ld – X1min/2)
或：X2min= 2(LD+ Ld –X1min/2)
B. 一圆销、 一削边销及 一平面定位
➢(1) 削边 销的形成
为了保证销的 强度，通常使 用菱形销。
图a用于直径 很小时
图b用于直径 为3~50mm 时
➢(2) 削边 销尺 寸的 确定
➢(3) 定位误差分析 基准位移误差：为第一定位销、孔 的最大配合间隙 Y= D1+d1+X1min
转角误差：
tg1 D1 d1
X1min D2
2L
d2
X 2min
或
tg 1
X1max X 2max 2L
第三节 工件的夹紧
一、夹紧装置的组成和设计要求 ➢工件定位后将其固定，使其在加工
二、夹紧力确定的基本原则
夹紧力的确定包括夹紧力的大小、方向和作用点三个要素
➢对 刀 或 导 向 元 件 ： 用 于 保 证 工 件 加 工表面与刀具之间的位置；
➢其它装置或元件：定向键、操作件、 分度装置、靠模装置、上下料装置、 平衡块等，以及标准化了的其它联接 元件；
➢夹具体：是夹具的基座和骨架，用来 配置、安装各夹具元件及装置。
➢常见的组合方式有： 一个孔及其端面 一根轴及其端面 一个平面及其上的两个圆孔
➢生产中最常见的“一面两孔”定位
➢“一面两孔”定位的特点：
容易实现基准统一； 位置精度高； 存在过定位现象（支承平面限制三个 自由度，每根短销限制两个自由度）
A. 二圆销一平面定位
销、孔安装时，必须有一定的间隙， 此时
于是得到：
d2max= D2min –2(LD+ Ld – X1min/2)
或：X2min= 2(LD+ Ld –X1min/2)
B. 一圆销、 一削边销及 一平面定位
➢(1) 削边 销的形成
为了保证销的 强度，通常使 用菱形销。
图a用于直径 很小时
图b用于直径 为3~50mm 时
➢(2) 削边 销尺 寸的 确定
➢(3) 定位误差分析 基准位移误差：为第一定位销、孔 的最大配合间隙 Y= D1+d1+X1min
转角误差：
tg1 D1 d1
X1min D2
2L
d2
X 2min
或
tg 1
X1max X 2max 2L
第三节 工件的夹紧
一、夹紧装置的组成和设计要求 ➢工件定位后将其固定，使其在加工
二、夹紧力确定的基本原则
夹紧力的确定包括夹紧力的大小、方向和作用点三个要素
机械制造工艺学机床夹具设计原理课件
数字化
利用数字化技术实现产品设计 、工艺规划和生产过程的数字 化管理，提高生产效率和产品 质量。
精密化
采用高精度加工设备和工艺技 术，提高产品精度和表面质量 ，满足高精度和高性能产品的
需求。
02 机床夹具设计原理
机床夹具的分类与特点
通用夹具
专用夹具
适用于一定范围内的各种零件的加工，如 三爪卡盘、四爪卡盘等。特点为结构简单 ，通用性强，但效率较低。
涉及船舶的制造，包括 船体结构、推进系统和
船舶设备的制造。
电子工业
涉及电子产品的制造， 如集成电路、电子元件
和显示器的制造。
机械制造工艺学的发展趋势
智能化
利用人工智能、大数据和云计 算等技术手段，实现机械制造
过程的智能化和自动化。
绿色化
注重环保和可持续发展，采用 清洁能源和绿色制造技术，降 低能耗和减少废弃物排放。
定位误差的产生与计算
定位误差的产生是由于工件在夹具中的定位基准与加工要求不一致所引 起的。
定位误差的计算方法包括极值法和概率法，极值法适用于定位元件为刚 性、无弹性的情况，概率法适用于定位元件有一定弹性、工件尺寸有一
定分散性的情况。
定位误差的大小对加工精度和产品质量有重要影响，因此需要对其进行 控制和补偿。
设计夹具体和零部件
根据结构方案，设计夹具体的各个零部件 ，并确定其尺寸、材料和热处理要求等。
03 夹具材料的选择与处理
夹具材料的种类与特性
钢材
硬度高、耐磨性好，适用于需要承受较大夹 紧力和切削力的夹具。
铝合金
轻便、易于加工，适用于需要快速装夹和轻 量化的夹具。
铸铁
具有良好的耐磨性和抗冲击性，适用于粗加 工和重型夹具。
机械制造装备设计第4版教学课件ppt作者关慧贞第二章金属切削机床设计
主轴箱温升引起 的综合变形
2.1.2 机床模块化设计方法
选配具有不同 性能的，可以 互换选用的模 块
关键： a. 模块接合
部设计 b. 模块快速
配.2 金属切削机床设计的基本理论
（一） 机床的运动学原 理
工件的加工，就是通过刀具相对工件的运动来完成的。
机床运动学是研究、分析和实现机床期望的加工功能所需 要的运动功能配置。
外圆磨床 最大磨削直径
第2主参数 工件最大长度 最大跨距 工作台工作面长度 最大磨削长度
2.1.1 机床设计应满足的基本要 求 • 2.机床的柔性：适应加工对象变化的能力。
• 3.与物流系统的可接近性：机床与物流系统之间进行物流（工 件、刀具、切屑等）流动的方便程度。
• 4.机床的刚度：加工过程中，在切削力的作用下，抵抗刀具相 对于工件在影响加工精度方向变形的能力。包括静态刚度、动 态刚度、热态刚度。
1) 温度控制技术 热平衡结构设计技术 基础部件温度控制 关键部件温度控制
滑台
立柱
底座
机床热变形及其补偿技术的研究
1) 温度控制技术 热平衡结构设计技术 基础部件温度控制 关键部件温度控制
中空丝杆冷 却技术已得
到应用
4.3 机床热变形及其补偿技术的研究
机床热变形及其补偿技术的研究
2) 实时热补偿技术
机床在大空调厂房中，早、中、晚温度变化梯度较大，机床从冷却到 全热态过程中，机床的 坐标系原点存在漂移；钢件材料的热线张系数 和铝材料相差较大 (c) 解决方案 稳定机床工作的环境温度，搭建了二次恒温空调间，在加工前数小时 预热后不停机连续加工到完成，工件实测误差控制到0.05mm以内
机床热变形及其补偿技术的研究
笛卡尔直角坐标系
2.1.2 机床模块化设计方法
选配具有不同 性能的，可以 互换选用的模 块
关键： a. 模块接合
部设计 b. 模块快速
配.2 金属切削机床设计的基本理论
（一） 机床的运动学原 理
工件的加工，就是通过刀具相对工件的运动来完成的。
机床运动学是研究、分析和实现机床期望的加工功能所需 要的运动功能配置。
外圆磨床 最大磨削直径
第2主参数 工件最大长度 最大跨距 工作台工作面长度 最大磨削长度
2.1.1 机床设计应满足的基本要 求 • 2.机床的柔性：适应加工对象变化的能力。
• 3.与物流系统的可接近性：机床与物流系统之间进行物流（工 件、刀具、切屑等）流动的方便程度。
• 4.机床的刚度：加工过程中，在切削力的作用下，抵抗刀具相 对于工件在影响加工精度方向变形的能力。包括静态刚度、动 态刚度、热态刚度。
1) 温度控制技术 热平衡结构设计技术 基础部件温度控制 关键部件温度控制
滑台
立柱
底座
机床热变形及其补偿技术的研究
1) 温度控制技术 热平衡结构设计技术 基础部件温度控制 关键部件温度控制
中空丝杆冷 却技术已得
到应用
4.3 机床热变形及其补偿技术的研究
机床热变形及其补偿技术的研究
2) 实时热补偿技术
机床在大空调厂房中，早、中、晚温度变化梯度较大，机床从冷却到 全热态过程中，机床的 坐标系原点存在漂移；钢件材料的热线张系数 和铝材料相差较大 (c) 解决方案 稳定机床工作的环境温度，搭建了二次恒温空调间，在加工前数小时 预热后不停机连续加工到完成，工件实测误差控制到0.05mm以内
机床热变形及其补偿技术的研究
笛卡尔直角坐标系
机械制造工艺及夹具第2次课
完全定位：
工件在机床上或夹具中六个自由度均被限制时。
第2次课 教学课型：理论课
机械制造工艺学
第二章 工件的装夹
§2-2 工件的定位
一、工件定位原理
部分定位：
工件在机床上或夹具中六个自由度未被全部限制时。
无法限制、也没有必要限制某方向的自由度。
第2次课 教学课型：理论课
机械制造工艺学
第二章 工件的装夹
机械制造工艺学
当采用两个或两个以上的组合表面作为定位基准定位时，由于工件的各定位基准面 之间以及夹具的各定位元件之间均存在误差，由此将破坏一批工件位置的一致性，并 在夹紧力作用下产生变形，甚至不能夹紧。
第2次课 教学课型：理论课
第二章 工件的装夹 §2-2 工件的定位 一、工件定位原理
机械制造工艺学
第2次课 教学课型：理论课 第二章 工件的装夹
§2-2 工件的定位
机械制造工艺学
➢ 工件定位原理 ➢ 定位元件的选择 ➢ 定位误差的分析与计算
第2次课 教学课型：理论课
第二章 工件的装夹 §2-2 工件的定位 一、工件定位原理 工件在空间自由状态下具有六个自由度。
限制工件某一方向 的自由度，工件在该 方向的位置就得以确 定。
第二章 工件的装夹 §2-1 概 述 三、夹具装夹及其误差 1.夹具装夹过程
机械制造工艺学
第2次课 教学课型：理论课
第二章 工件的装夹 §2-1 概 述 三、夹具装夹及其误差 1.夹具装夹过程
机械制造工艺学
第2次课 教学课型：理论课
机械制造工艺学
第二章 工件的装夹 §2-1 概 述 三、夹具装夹及其误差 2.夹具的组成 定位元件： 用于确定工件在夹具中位置。
第2次课 教学课型：理论课