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实验一机床夹具设计与组装中国地质大学（北京）机械工程实验教学中心吕战竹实验一机床夹具设计与组装一、机床夹具概述二、工件在夹具中的定位三、定位误差分析四、工件在夹具中的夹紧五、夹具其它元件六、实验目的与内容一、机床夹具概述什么是机床夹具？在机床上对工件进行加工时，为保证加工精度和提高生产率，使工件在机床上相对刀具占有正确位置的辅助装置。对机械加工质量、工人劳动强度、生产率和生产成本有直接影响夹具工作原理的要点：使工件在夹具中占有正确的位置夹具对机床有准确的相对位置，定位元件的定位工作面对于夹具与机床相联接的表面之间有准确的相对位置，从而满足工件加工面对定位基准的相互位置精度要求。使刀具相对有关的定位元件的定位工作面调整到准确位置，保证刀具在工件上加工出的表面对工件定位基准的位置尺寸夹具的组成1、定位元件2、夹紧装置3、对刀与导引元件4、联接元件和联接表面5、夹具体6、其它装置二、工件在夹具中的定位主要内容：（一）基准的概念（二）六点定位原理（三）常见的定位方式和定位元件（一）基准的概念基准零件上用以确定其它点、线、面位置所依据的那些点、线、面。设计基准零件图上用以确定点、线、面位置的基准。工艺基准零件加工、测量和装配过程中使用的基准。分为工序基准、定位基准、度量基准和装配基准。（一）基准的概念几点注意：作为基准的点、线、面在工件上不一定存在，而常常由基准面来体现。作为基准可以是没有面积的点或线，但基准面一定是有面积的。基准的定义包含对尺寸之间的联系和位置精度（如平行度、垂直度等）两大方面。（二）六点定位原理图4-5六点定位原理xzy要确定其空间位置，就需要限制其6个自由度将6个支承抽象为6个“点”，6个点限制了工件的6个自由度，这就是六点定位原理。任何一个刚体在空间都有6个自由度，即沿（绕）三个坐标轴的移动和转动——用表示xyzxyz、、、、、（二）六点定位原理几点注意：定位是指限制自由度，几“点”定位不能机械地理解成几个接触点对限制自由度应理解为定位支承点与工件定位基准面始终保持紧贴接触一个定位支承点仅限制一个自由度，定位支承点数目原则上不应超过工件自由度数目自由度被限制，是指工件在此方向上有确定的位置，不考虑外力的影响（注：定位和夹紧的区别）定位支承点是抽象的，通过具体定位元件来体现（二）六点定位原理工件的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”或“部分定位”。完全定位与不完全定位欠定位与过定位工件加工时必须限制的自由度未被完全限制，称为“欠定位”。欠定位不能保证工件的正确安装，因而是不允许的。过定位——工件某一个自由度（或某几个自由度）同时被两个（或两个以上）定位支承点限制，称为“过定位”或“重复定位”。（三）常见的定位方式和定位元件定位元件的设计要求：1）要有与工件相适应的精度。2）要有足够的刚度，不允许受力后发生变形。3）要有耐磨性，以便在使用中保持精度。一般多采用低碳钢渗碳淬火或中碳钢淬火，硬度为58～62HRC。1、工件以平面定位利用工件上一个或几个平面作为定位基面来定位工件的方式，称为平面定位。如箱体、支架、机座、板盘类零件的加工，多用平面定位。平面定位的主要形式是支承定位，所用的定位元件称为基本支承，有支承钉、支承板、及平面等。1、工件以平面定位基本支承包括固定支承、可调支承、自位支承。（1）固定支承1、工件以平面定位（2）可调支承顶端位置可在一定高度范围内调整的支承。多用于未加工平面的定位，以调节和补偿各批毛坯尺寸的误差，一般每批毛坯调整一次。1、工件以平面定位（3）自位支承本身的位置能在定位过程中自动适应工件定位基面位置变化。多用于刚度不足的毛坯表面或不连续的平面的定位。虽增加了接触点数目，但未发生过定位。1、工件以平面定位（4）辅助支承不限制工件自由度。结构可调并能锁紧。2、工件以圆孔定位（1）定位销主要用于直径小于50mm的中小孔定位。定位销、定位心轴2、工件以圆孔定位（2）圆锥销常用于工件孔端的定位2、工件以圆孔定位（3）定位心轴间隙配合心轴、过盈配合心轴、小锥度心轴3、工件以外圆柱面定位（1）V形块V形块、定位套筒、半圆孔定位座3、工件以外圆柱面定位（2）定位套筒定位元件结构简单，但定心精度不高3、工件以外圆柱面定位（3）半圆孔定位座3、工件以外圆柱面定位（4）外圆定心夹紧机构b)c)图4-20弹簧夹头4、工件以组合表面定位（1）一个平面和两个与其垂直的孔的组合4、工件以组合表面定位d=3~50mmd50mmd很小4、工件以组合表面定位（2）一个平面和两个与其垂直的外圆柱面的组合4、工件以组合表面定位（3）一个孔和一个平行于孔中心线的平面的组合三、定位误差分析主要内容：（一）定位误差及其产生原因（二）定位误差的计算（一）定位误差及其产生原因定位误差：设计基准在工序尺寸方向上的最大位置变动量，称为定位误差，以Δdw表示。定位误差产生的原因：1、定位基准与设计基准不重合所致2、定位副制造不准确所致1、定位基准与设计基准不重合产生的误差基准不重合误差（Δjb）如果将定位基准到设计基准间的尺寸称为联系尺寸，则基准不重合误差等于联系尺寸的公差。2、定位副制造不准确时产生的误差基准位移误差（Δjw）由于定位副制造不准确，使得设计基准位置发生变动而产生的定位误差2、定位副制造不准确时产生的误差Δjw=Dmax-dmin=ΔD+Δd+ΔDmaxdminOΔjwO1O2当心轴水平放置时当心轴垂直放置时Δjw=（ΔD+Δd）12（二）、定位误差的计算方法1：先分别求出基准位移误差和基准不重合误差，再求出其在加工尺寸方向上的矢量和，即Δdw＝Δjb＋Δjw方法2：按最不利的情况，确定一批工件设计基准的两个极限位置，再根据几何关系求出此两位置的距离，并将其投影到加工尺寸方向上，便可求出定位误差。注：定位误差只产生在采用调整法加工一批工件的条件下。定位误差的两组成部分并非任何情况下都存在。四、工件在夹具中的夹紧主要内容：（一）夹紧装置的组成及基本要求（二）典型夹紧机构（一）夹紧装置的组成及基本要求1、力源装置2、中间传力机构3、夹紧元件改变作用力的方向；改变作用力的大小（增）；使夹紧实现自锁，保证力源提供的原始力消失后，仍能可靠地夹紧工件。中间传力机构的作用：（一）夹紧装置的组成及基本要求夹紧元件应满足的基本要求夹紧时不能破坏工件定位后获得的正确位置；夹紧力大小要合适，既要保证工件在加工过程中不移动、不转动、不振动，又不能使工件产生变形或损伤工件表面；夹紧动作要迅速、可靠，且操作要方便、省力、安全；结构紧凑，易于制造和维修。（二）典型夹紧机构1、斜楔夹紧夹紧力：PQ12tantan()FF斜楔夹角的自锁条件：α≤φ1+φ2（二）典型夹紧机构1、斜楔夹紧斜楔夹紧的特点：有增力作用（扩力比ip≈3，且α越小，增力越大）夹紧行程小（α越小，夹紧行程越小）结构简单，但操作不方便（二）典型夹紧机构2、螺旋夹紧特点：结构简单，夹紧可靠扩力比大（ip＝80）夹紧行程不受限制夹紧动作慢，辅助时间长，效率低应用场合：手动夹紧（二）典型夹紧机构3、偏心夹紧特点：夹紧力小，自锁性能差夹紧行程小夹紧动作快，效率高应用场合：切削力小，无振动，工件尺寸公差不大的场合五、夹具其它元件对刀元件导引元件（钻套）联接元件（定位键）钻套1）固定钻套固定钻套、可换钻套、快换钻套、特殊钻套钻套2）可换钻套钻套3）快换钻套钻套4）特殊钻套返回六、实验目的与内容（一）实验目的：1、理解机床夹具在机械加工中的重要作用；2、深入理解六点定位原理、过定位、欠定位、完全定位、不完全定位、工序基准、定位基准、测量基准、设计基准等基本概念；3、了解夹具设计的基本要求及基本组装知识；4、学会根据一个零件的工序工艺要求，设计并组装该工序加工需要的合理的夹具。六、实验目的与内容（二）实验内容：1．根据实物及图纸确定工件定位和夹紧方案、对刀及导引方案；2．画出夹具简图；3．分析主要元件的作用；4．夹具结构合理性分析（夹紧力分析、工件装卸、排屑、刀具干涉、体积、重量、安全等）、精度分析、刚度分析等；5．通过本次实验，思考夹具有那些优点、缺点？