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第四章工件的安装和夹具设计原则（1）定位：在进行机加工前，使工件在机床或夹具上，占据某一正确位置的过程。（2）夹紧：工件定位后，通过一定的机构给工件施以一定的力，避免工件因受切削力或重力等力的作用而改变原有的位置。注：夹紧力不是越大越好，夹紧力↑，工件形变↑，精度↓，夹具结构庞大。§4.1工件的安装方式1.安装：定位夹紧2.安装对机加工的影响①直接影响加工精度②影响生产率和劳动者的劳动强度3.工件的安装方式(1)直接找正安装(2)划线找正安装(3)采用夹具安装工件在机床上的应有位置，是通过一系列尝试而获得的。具体做法：用千分尺或划盘上的划针，以目测法校正工件位置，一边较正，一边找正。(1)直接找正安装：工件中心线机床主轴中心线四爪卡盘直接找正安装的特点：①缺点：安装时费时，效率低，需凭经验操作，对工人技术要求高。②优点：夹具结构简单，可避免因夹具本身的制造误差而产生的定位误差，因此，定位精度高。如：加工误差0.01～0.005mm，采用夹具加工难以达到。适用场合：单件小批生产中（如工具修理车间）。(2)划线找正安装对重、大、复杂工件的加工，往往是在待加工处划线，然后装上机床，工件在机床或夹具上位置按所划的线进行找正定位。划线找正安装特点：定位精度不高。定位误差来源：①划线误差②观察误差适用场合：生产批量小，毛坯精度低，以及大型工件等不适宜采用夹具的粗加工中。(3)采用夹具安装夹具：是用来使加工对象，占有正确位置，以便接受施工，检测的装置。利用夹具进行加工，由于工件相对夹具的位置是一定的，而夹具与机床的位置关系预先调整好，这样，在切削一批零件时，不必再逐个找正定位，就能达到规定的技术要求。特点：采用夹具安装是一种先进的安装方式，既能保证质量，又能节省工时，对操作者的技能要求较低，特别适用于成批大量生产中。工艺装备：在机械加工中，通常将夹具、刀具、量具及各种刀具间的辅助工具统称为工艺装备。§4.2机床夹具概述一、机床夹具及其组成1、机床夹具机床夹具是在机床上用以装夹工件的一种装置，其作用是使工件相对于机床或刀具有个正确的位置，并在加工过程中保持这个位置不变。2、机床夹具的组成(1).定位元件：确定工件在夹具中位置的元件。(2).导向元件：用以引导刀具或调整刀具相对于夹具的位置。如：钻套、对刀块。(3).夹紧元件：确定夹具与机床或夹具与刀具的元件。(4).连接元件：用以确定夹具在机床上的位置并与机床相连接。(5).夹具件：基础件，用于安装其它元件，形成整体(4).其它辅件：夹紧用的扳手，操作手柄，分度机构等。如下图所示：二、机床夹具的分类1、分类方法：1)按夹具的应用范围：通用夹具、专用夹具、可调夹具、组合夹具、随行夹具；2)按加工类型：车床夹具、钻床夹具、镗床夹具、磨床夹具、数控机床夹具等；3)按夹紧力来源：手动夹具、气动夹具、液压夹具、电磁夹具、真空夹具。机床夹具通常按夹具的应用范围进行。(1)通用夹具：指已标准化，通用化好，可用于加工同一类型，不同尺寸工件加工的夹具。如：三爪长盘、四爪长盘、平口钳、回转工作台、万能分度头、磁铁吸盘。适用场合：广泛用于单件，小批量生产中。(2)专用夹具：指的是专为某一工件的某道工序而设计制造夹具，这种夹具“刚性”大，即当产品变换或工序内容变更后，往住无法使用。因此适用于产品固定、工艺相对稳定、批量大的加工过程。(3)可调夹具：是指经调整或更换个别元件，即可加工多种工件的夹具。这种夹具主要用了加工形状相似，尺寸相近的工件的加工。(4)组合夹具（拼装夹具）：这种夹具是在夹具零部件完全标准化的基础上，根据积木化原理，针对不同的工件对象和加工要求，拼装组合则成夹具。构成夹具的各零部件，在工件加工完后，可拆散成各种元件，组合成适用其它产品加工要求的夹具。（图示见下页）当今生产发展趋势：多品种、小批量。由此导致对生产装备的要求是高效、快捷的柔性系统。(5)随行夹具：切削加工中隨帶安裝好的工件在各工位間被自動運送轉移的機床夾具。隨行夾具主要是在自動生產線﹑加工中心中、柔性生产线。三、机床夹具的作用(1)保证加工精度，降低工人等级加工精度包括：①尺寸精度、②几何形状精度、③表面相互位置精度。使用夹具最有利于保证表面相互位置精度。如：在摇臂钻加工孔系①夹具：可达0.10～0.20mm②划线找正：0.4～1.0mm(2)提高劳动生产率，降低加工成本无找正，对刀等时间，工件装卸迅速，从而大大减少了工件安装的辅助时间，同时易于实现多件加工，多工位加工，特别适用于加工时间短，辅助时间长的中、小工件的加工。(3)扩大机床工艺范围扩大机床的功能，实现一机多用。如在车床上利用镗夹具，进行镗孔。利用铣夹具，进行铣槽。(4)减轻工人劳动强度，保证安全生产。§4.3六点定位原理任何刚体在空间都有六个自由度，它们分别是沿空间直角坐标系X、Y、Z轴方向的移动自由度(X、YZ)和绕三轴的转动自由度(X、Y、Z)。YYZXZXYXZ1、刚体的六个自由度是使工件在机床上(或夹具中)占有正确的位置，也就是使它相对于刀具刀刃有正确的相对位置。2、工件定位之目的假定工件也是一个刚体，要使工件在机床上（或夹具中）完全定位，就必须限制它在空间的六个自由度。3、工件定位的实质若工件脱离定位支承点而失去了定位，这是由于工件还没有夹紧的缘故。因此，定位是使工件占有一个正确的位置，夹紧才使它不能移动和转动，把工件保持在一个正确的位置，所以定位与夹紧是两个概念，决不能混淆。4、定位与夹紧用六个点(实际上相当于支承点的定位元件)与工件接触，每个固定点限制工件的一个自由度，这样图中刚体的六个自由度完全限制了。4、六个自由度的消除与六点定位原则不能移动，也不能转动，刚体在空间的位置是确定的。由此可见，要使工件完全定位就必须限定工件在空间的六个自由度，这一定律就称为六点定位原则。六个支承点完全限制了刚体的六个自由度，工件既完全定位：全部限定工件的六个自由度。不完全定位：至少有一个自由度未被限制。是否所有的工件加工时在夹具中都必须完全定位呢？不一定。究竟应该限制哪几个自由度，根据零件的具体加工要求来定。因我们讨论的是调整法定程切削加工，即刀具或工作台的行程调整至规定的距离为止，这样，在哪一个方向上有尺寸要求，就必须限制与此尺寸方向有关的自由度，否则用定程切削，就得不到该工序所要求的加工尺寸。5、完全定位和不完全定位ZXZYXYXYZYXYXYZXZYXZXZzyxxzzZ(a)(b)(c)图（a）中，工件上铣键槽，在沿x,y,z三个轴的移动和转动方向上都有尺寸要求，所以加工时必须将全部六个自由度限制。图（b）为工件上铣台阶面，只要限制五个自由度就够了;图（c）为工件铣上平面，它只需保持高度尺寸z，只要在工件底面上限制三个自由度就已足够，这也是不完全定位。注：不需完全定位的加工工序中，采用完全定位固然可以，但增加了夹具的复杂程序。在机械加工中，一般为了简化夹具的定位元件结构，只要对影响本工序的加工尺寸的自由度加以限制即可。6、过定位与欠定位①欠定位：加工中，工件定位点数少于应限制的自由度数。会产生不良后果。②过定位：工件的某个自由度被限制两次以上。2.过定位是否允许?一般来说过定位将使工件定位不确定，夹紧后会使工件或定位元件产生变形。1.分析：工件的定位支承点少于应限制的自由度数时，会造成什么后果？结果：应限制了自由度来被限制，导致加工时达不到要求的加工精度。定位情况：①销：限制了XY(移动）XY(转动）四个自由②支承板：限制Z(移动)XY(转动)三个自由度③挡销：限制Z(转动)结果：XY重复限制连杆的过定位后果：当工件定位孔与端面垂直度误差较大，而且孔与长销的间隙又很小时：①若长销刚度好，工件被压歪，连杆变形；②若长销刚度不足时，长销被夹歪。两种情况均会引起加工的左孔的位置精度，使连杆大小头孔轴线不能平行。注：精加工中以一个精确平面代替三个支承点，刚度好，振动小，有利于提高精度。因此：过定位一般不允许，有时，若合理采用过定位，不仅不会影响零件的加工，反而有利于提高加工精度。六点定位中，支承点布置不合理也将产生过定位或欠定位。如：三支承点在一条线上，欠定位。二支承点转90°，既过，又欠定位。思考：①不完全定位就是欠定位?②过定位不一定就是完全定位?③多于六个定位点的定位一定是过定位?1)方法问题：①根据工序加工技术要求和工件形状的特点，确定应限制那些自由度，而用相应的定位点数目去消除。②分析时也可反过来分析哪几个自由度可不必限制，剩下的就是要限制的了。(2)过定位有时是允许的，而欠定位决不允许，欠定位的后果只导致加工时达不到加工精度。过定位优点：使定位可能更为可靠，如冰箱有四个支承点。缺点：易使工件的定位精度受影响，使工件或夹具夹紧后产生变形。7、应用六点定位原则应注意的问题(3)过定位一般会造成如下不良影响:a.使接触点不稳定，增加了同批工件在夹具中位置不同一性b.增加了工件和夹具的夹紧变形c.导致部分工件不能顺利与定位元件定位d.干扰了设计意图的实现因此，大多情况下，应避免过定位过定位常出现在精中工工序中。(4)必须结合定位基质面和定位无件的接触情况来分析、建立相对概念。1212Q8、定位符号的表示方法把定位元件抽象地转化为相应的定位支承点，分析其限制工件在空间的自由度时应搞清以下几个概念：1、不使工件在外力作用下脱离支承点而失去定位定位不考虑力的影响，工件在某一坐标方向上的自由度被限制，是指工件定位后在该坐标方向上有确定的位置，而不是指工件在受到使工件脱离支承点的外力时不能运动；2、反过来讲，夹紧不等于定位随意夹紧好的工件，不能动，但它的位置是不确定的；3、六点定位原则也适用于其它形状的工件，只是定位点的分布形式有所不同；4、定位与定位误差的关系定位：解决的是定与不定的问题定位误差：解决的才是定位精度的问题。定位方式用六点定位原理进行定位分析时，以定位点来消除自由度，在实际应用中，不可能是点，而应该是各种定位元件,工件的定位表面有各种形式：如平面，内孔，外圆，成型面，组合表面等，对这些表面应采用不同的方法来实现。定位设计时应做的工作及步骤：A）根据加工零件的工序要求合理布置支承点B）正确考虑定位方法C）选用恰当的定位元件§4.4工件在夹具上的定位一、常用定位方式与定位元件工件常用定位表面以平面定位以内孔定位以外圆表面定位以平面定位基本支承辅助支承固定支承可调支承自位支承支承钉、支承板基本支承：限制自由度，真正起定位作用辅助支承：不限制自由度，起预定位、增加工件和夹具刚性等作用（一）工件以平面定位1．基本支承(1)固定支承：安装到夹具上后，不可拆卸或调节。分为支承板和支承钉。①支承钉：用于小平面未加工或已加工表面的定位。a.分类：平头：用于经过精加工的表面，面接触。球头：点接触，可保证接触位置相对稳定，但易磨损，夹紧时使加工表面产生压陷，产生较大安装误差，不易使几个支承钉保持在同一平面内，用于精加工中网纹顶面：与定位面摩擦力较大，可住阻碍工件移动，加强定位稳定性，精中易积屑，多用在粗糙表面的侧面定位。b.支承钉尾部与基体孔的配合：过盈配合：H7/r6或H7/n6加中间套(可换)：套与夹具体上孔为过盈配合，套与支承钉尾部可选过渡配合H7/js6c.支承钉布置原则：三点：组成的平面面积尽可能大二点：距离尽可能长一点：应与切削力方向对应支承钉Lh②支承板用于较大已加工平面的定位，所以常出现在精基准定位中，一个支承板的作用，相当于两个支承钉，消除两个自由度。支承板B型A型a.结构形式及应用场合：A型制造简单，常用于底面定位B型切有斜槽，易于清屑，常用于侧面定位b.应用场合：用于难以用支承钉布置成合适的、稳定的定位中。①工件刚度不足，定位面又小,并且切削力不能恰好作用在支承上。图(a)②薄板上钻孔，支随钉使工件变形。图(b)(a)(b)不宜用三个钉支承定位的情况③承受较大力的场合，保护精加工表面。④方便安装：如侧面支承板取代两支承钉，可避免长死。c.材料：①D≤12的支承钉和小型支承板，用较好的T7A钢，淬硬HRC60-64