第 4 章机床夹具设计原理

第4章机床夹具设计原理 4.1机床夹具概述 4.2工件定位的基本原理 4.3 定位方式与定位元件 4.4 定位误差的分析与计算 4.5 工件在夹具中的夹紧 4.6 典型机床夹具 4.7 机床夹具的设计步骤

4.1 机床夹具概述 4.1.1 工件装夹的基本概念在机床上加工工件时，为使工件在该工序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，必须首先使工件在机床上占有正确的加工位置，这一过程称为工件的定位。工件在定位之后还不一定能承受外力的作用。为了使工件在加工过程中不致因外力（切削力、惯性力、重力）的作用而破坏其正确位置，还必须对工件施加夹紧力，这一过程称为夹紧。工件的装夹，就是在机床上对工件进行定位和夹紧。其目的就是使工件在加工过程中始终保持其正确的加工位置，以保证达到加工要求。机床上用来装夹工件的工艺装备，称为机床夹具，简称夹具。

4.1 机床夹具概述 4.1.2 机床夹具的分类机床夹具种类繁多，分类的方法也有多种，一般可按其应用的范围、使用的机床和夹紧动力源进行分类。组合夹具是指按零件的加工要求，由预先制造好的通用标准元件和部件组装而成的专用夹具，是一种标准化、系列化、通用化程度高的工艺装备。其特点是灵活多变、通用性强、制造周期短、元件和部件可反复使用。其特点是夹具的部分元件可以更换，部分装置可以调整，以适应不同零件的加工。用于相似零件成组加工的夹具，通常称为成组夹具，通用可调夹具与成组夹具相比，加工对象不很明确，适用范围更广。专用夹具是指专为某一工件的某一工序而专门设计的夹具，因其用途专一而得名，其特点是结构紧凑，操作迅速、方便、省力，可以保证较高的加工精度和生产效率，但设计制造周期较长、制造费用也较高。主要适用于产品固定且批量较大的生产中。随行夹具是一种在自动线上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，还载着工件随输送装置送往各机床，并在各机床上被定位和夹紧，完成不同工序的加工。通用夹具是指已经标准化的，在一定范围内可用于加工不同工件的夹具。例如，车床上常用的三爪自定心卡盘、四爪单动卡盘和顶尖，铣床上的平口虎钳、万能分度头和回转工作台，平面磨床上的电磁吸盘等均属此类夹具。 1）按夹具的应用范围分类（1）通用夹具（2）专用夹具（3）通用可调夹具和成组夹具（4）组合夹具（5）随行夹具

4.1 机床夹具概述 4.1.2 机床夹具的分类 2）按使用的机床分类按所使用的机床不同，夹具可分为车床夹具、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。 3）按夹紧动力源分类根据夹具所采用的夹紧动力源不同，夹具可分为手动夹具、气动夹具、液压夹具、气液夹具、电动夹具、磁力夹具、真空夹具等。

返回(固定式钻模) 4.1 机床夹具概述返回(固定式钻模板) 4.1.3 机床夹具的组成如图4.1(a)为某轴套工件，其要求加工φ6Ｈ7孔并保证轴向尺寸φ37.5±0.02。图4.1(b)为其钻床夹具，工件以内孔及端面为定位基准，通过夹具上的定位销６及其端面即可确定了工件在夹具中的正确位置。拧紧螺母５，通过开口垫圈４可将工件夹紧，然后由装在钻模板３上的快换钻套１导引钻头进行钻孔。图4.1 钻床夹具 1—快换钻套； 2—衬套； 3—钻模板； 4—开口垫圈； 5—螺母； 6—定位销； 7—夹具体

用于确定刀具在加工前正确位置的元件称为对刀元件，如铣床夹具上的对刀块、塞尺等。用于确定刀具位置并导引刀具进行加工的元件称为导引元件，如图4.１中的快换钻套１。用于确定刀具在加工前正确位置的元件称为对刀元件，如铣床夹具上的对刀块、塞尺等。用于确定刀具位置并导引刀具进行加工的元件称为导引元件，如图4.１中的快换钻套１。夹具体是用于联接或固定夹具上各元件及装置，使其成为一个整体的基础件。它与机床有关部件进行联接、对定，使夹具相对机床具有确定的位置，如图4.１中的夹具体７。用于将工件夹紧压牢，保证工件在加工过程中，不致受外力影响改变位置，同时能防止或减少振动。如图4.１中的螺母５和开口垫圈４等。它与工件的定位基面相接触，用于确定工件在夹具中的正确位置。如图4.1中的定位销６，它使工件在夹具中占据正确位置。确定夹具在机床上正确位置的元件。如定位键、定位销及紧固螺栓等。有些夹具根据工件的加工要求，还设有分度机构、靠模装置、上下料装置、安全防护装置等。 4.1 机床夹具概述 4.1.3 机床夹具的组成从图中可以看出，夹具一般由以下几部分组成。（1）定位元件及定位装置（2）夹紧装置（3）对刀与导引元件（4）夹具体（5）连接元件（6）其它装置图4.1 钻床夹具以上这些组成部分，并不是对每种机床夹具都是缺一不可的，但是，定位元件、夹紧装置和夹具体作为夹具的基本组成部分，一般来说是不可缺少的。

4.1 机床夹具概述 4.1.4 机床夹具的功能（1）保证工件的加工精度，稳定产品质量。机床夹具的首要任务是保证加工精度，特别是保证被加工工件的加工面与定位面之间以及被加工表面相互之间的尺寸精度和位置精度。使用夹具后，这种精度主要靠夹具和机床来保证，不再依赖于工人的技术水平。（2）提高劳动生产率、降低成本。使用夹具后可减少划线、找正等辅助时间，而且易于实现多件、多工位加工。在现代夹具中，广泛采用气动、液压等机动夹紧等装置，还可使辅助时间进一步减小。因而可以提高劳动生产率、降低生产成本。（3）扩大机床工艺范围。例如在普通车床或摇臂钻床上使用镗削夹具，就可以代替镗床对工件进行镗削加工。又例如使用靠模夹具，可在车床或铣床上进行仿形加工。（4）改善工人劳动条件。使用夹具后，可使装卸工件方便、省力、安全。如采用气动、液压等机动夹紧装置，可以大大减轻工人劳动强度，保证安全生产。

4.2 工件定位的基本原理 4.2.1 六点定位原理任何一个工件在夹具中未定位之前，都可以看成是空间直角坐标系中的自由物体，即其空间位置是不确定的，可以有６个独立的运动。图4．2 工件六点定位原理以图4.2(a)所示的长方体为例，它在直角坐标系OXYZ中可以有3个平移运动和3个转动。即沿Ｘ，Ｙ，Ｚ3个坐标轴的平移运动，记为；绕Ｘ，Ｙ，Ｚ3个坐标轴的转动，记为。通常把上述6个独立运动称为6个自由度。要使工件在某个方向上有确定的位置，就必须限制工件在该方向上的自由度，当６个自由度完全被限制后，工件在空间的位置就被确定了。

4.2 工件定位的基本原理 4.2.1 六点定位原理工件的定位就是采取一定的约束措施来限制自由度，通常可用如图4．2(b)所示的6个支承约束的方法来描述。图中工件以平面A、B、C为定位基准，其中：图4．2 工件六点定位原理 * 工件的底面B放置在三个不共线的支承上，消除了工件沿Ｚ轴移动、绕Ｘ轴转动和绕Ｙ轴转动3个自由度； * 侧面Ａ靠在两个支承上，消除了工件沿Ｙ轴的移动和绕Ｚ轴的转动两个自由度； * 端面Ｃ与一个支承接触，消除了沿Ｘ轴移动一个自由度。 * 工件每次都放置在与6个支承相接触的位置，从而使每个工件得到确定的位置，一批工件也就获得了同一位置。在分析工件定位时，由于每个支承与工件接触的面积很小，可以抽象为一个点，因此，可用一个支承点限制工件的一个自由度。

4.2 工件定位的基本原理 4.2.1 六点定位原理图4．2 工件六点定位原理从以上分析可知，用合理分布的6个支承点限制工件的6个自由度，其中每个支承相应地限制一个自由度，使工件在夹具中的位置完全确定，这个原理称为“六点定位原理”，简称“六点定则” 在实际夹具中，工件的定位是通过工件上的定位基面和夹具上定位元件的定位表面相接触或配合来实现的。

4.2 工件定位的基本原理 4.2.2 六点定位原理的应用在实际生产中，应用六点定位原理对工件进行定位分析时，常有以下几种情况。 1．完全定位工件的6个自由度全部被限制而在夹具中占有完全确定的唯一位置，称为完全定位。图4．3 完全定位　　如图４.３所示加工工件上的不通槽，为保证槽底面与工件底面的平行度与尺寸A，必须限制工件上、 3个自由度；为保证槽侧面与工件侧面的平行度和尺寸B，必须限制两个自由度；为保证槽的长度尺寸C，必须限制，这样工件的６个自由度都被限制了。

4.2 工件定位的基本原理 4.2.2 六点定位原理的应用 2．不完全定位在有些情况下，根据加工工艺的要求，有些自由度可以不予限制。例如，车削外圆时只需限制4个自由度，沿轴向的移动和绕轴线的转动两个自由度可以不限制；磨平面时则只需限制3个自由度。我们把这种工件被限制的自由度少于6个，但能够保证加工要求的定位称为不完全定位。　　如铣削图4．4所示工件上的通槽时，沿Y轴的移动自由度无需限制。因为，加工一批工件时，即使各个工件沿Y轴的位置不同，也不会影响加工精度。图4．４不完全定位从上面的分析可知，工件定位时，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，有时可以不限制，在实际生产中不完全定位普遍存在。

4.2 工件定位的基本原理 4.2.2 六点定位原理的应用 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为欠定位。欠定位无法保证加工要求，因此，在确定工件在夹具中的定位方案时，决不允许有欠定位的现象产生。图4．４不完全定位如铣削图4．4所示零件上的通槽时，应该限制 3个自由度以保证槽底面与A面的平行度及尺寸两项加工要求；应该限制两个自由度以保证槽侧面与B面的平行度及尺寸30±0.1ｍｍ两项加工要求；自由度不影响通槽加工，可以不限制。如果没有限制，就无法保证；如果或没有限制，槽底与A面的平行度就不能保证。由于欠定位不能保证工件的加工精度要求，所以，在确定工件加工中是决不允许的。

4.2 工件定位的基本原理 4.2.2 六点定位原理的应用 4．过定位工件的一个或几个自由度被不同的定位元件重复限制的定位称为过定位。过定位分两种情况。 (1)当工件的一个或几个自由度被重复限制，并对加工产生有害影响的重复定位，称为不可用过定位。 (2) 当工件的一个或几个自由度被重复限制，但仍能满足加工要求，不但不会产生有害影响，反而可增加工件装夹刚度和稳定性的定位，称为可用过定位。

4.2 工件定位的基本原理 4.2.2 六点定位原理的应用 4．过定位图4．5 连杆大头孔加工时工件在夹具中的定位如图4．5所示的连杆定位方案，长销限制了、 4个自由度，支承板限制了、 3个自由度，其中被两个定位元件重复限制，这就产生了过定位。当连杆小头孔与端面有较大的垂直度误差时，夹紧力F将使长销弯曲或使连杆变形，见图4.5(ｂ)、(ｃ)，造成连杆加工误差，这时为不可用过定位。若采用图4.5（ｄ）所示方案，将长销改为短销，就不会产生过定位。

4.2 工件定位的基本原理 4.2.2 六点定位原理的应用 4．过定位由以上例子可以看出，过定位会产生下列不良后果： (1)可能使定位变得不稳定而使定位精度下降； (2)可能使工件或定位元件受力后产生变形； (3)导致部分工件不能顺利地与定位件配合,即可能阻碍工件装入夹具中,造成干涉。消除或减少过定位的方法主要有： (1) 提高工件定位基准之间及定位元件工作表面之间的位置精度，减少过定位对加工精度的影响，使不可用过定位变为可用过定位； (2) 改变定位方案，避免过定位。改变定位元件的结构，如圆柱销改为菱形销、长销改为短销等；或将其重复限制作用的某个支承改为辅助支承（或浮动支承）。在某些情况下,过定位不仅是允许的,而且还会带来一定的好处,特别在精加工和装配中,过定位有时是必要的。例如在加工长轴时,为了增强刚性、减少加工变形,也常常采用过定位的定位法，即将长轴的一端用三爪卡盘定心夹紧，而另一端又用尾顶尖顶住。

4.3 定位方式与定位元件 4.3.1 工件以平面定位工件以平面作为定位基准时，通常根据其限制自由度的数目，分为主要支承面、导向支承面和止推支承面，如图4.6所示。 *限制工件三个自由度的定位平面称为主要支承面。常用于精度比较高的工件定位表面。当工件平面的精度很高时，可以直接将定位元件设计成为平面；在多数情况下，往往布置尽量放远一些的3个支承点，使工件的中心落在3个支承点之间，以保证工件定位的稳定可靠。图4.６工件以平面定位简图 * 限制工件两个自由度的定位平面，称为导向支承面。该平面时常做成窄长面。在工件定位表面精度不高时，甚至将窄长面的中间部分切除，只保留远端位置上的短面，以确保定位效果的一致性。 * 限制一个自由度的平面，称为止推支承面。这时，为了确保定位准确，往往将平面面积做的尽可能小。

4.3 定位方式与定位元件 4.3.1 工件以平面定位工件以平面定位时，常用定位元件有主要支承和辅助支承。 1．主要支承它是用来限制工件的自由度，起定位作用的支承，分为固定支承、可调支承、浮动支承3类。 1)固定支承图4.7 支承钉固定支承有支承钉和支承板两种形式，它们在夹具中的位置固定不变。图4.7 (d) 为带衬套支承钉，由于它便于拆卸和更换，一般用于批量大、磨损快、需要经常修理的场合。图4.7 (b)为圆头支承钉，它与定位基面之间为点接触，因此容易保证接触点位置的相对稳定，多用于粗基准定位。 (1)支承钉。如图4.7所示。图4.7 (a)为平头支承钉，主要用于精基准定位。图4.7 (c) 为网纹支承钉，常用于要求摩擦力较大的侧面定位。一个支承钉只限制一个自由度。

4.3 定位方式与定位元件 4.3.1 工件以平面定位 1．主要支承 1)固定支承图4.8 支承板 (2)支承板。如图4.8所示。图4.8(a)为平板式支承板，它结构简单、紧凑，但沉头螺钉处积存的切屑不易清除，影响定位精度，多用于侧面和顶面定位。图4.8(b)所示为斜槽式支承板，其上开有排屑槽，可以避免上述缺点，适用于底面定位。一个短支承板限制一个自由度，一个长支承板限制两个自由度。工件以已加工过的平面定位时所用的平头支承钉或支承板，一般在安装到夹具体上后，应进行一次最终的精磨加工。支承钉、支承板的结构、尺寸均已标准化，设计时可查有关国家标准手册；也可以根据需要设计非标准结构的支承钉和支承板，如圆形支承板等。

4.3 定位方式与定位元件 4.3.1 工件以平面定位 1．主要支承 2)可调支承图4.9 可调支承支承钉的高度可以调整的支承，称为可调支承。其典型结构如图4.9所示。可调支承的工作位置一经调整好后，需用锁紧螺母固定，相当于固定支承。可调支承常用于粗基准定位，可以适用于定位面的尺寸在一定范围内的变化。

4.3 定位方式与定位元件 4.3.1 工件以平面定位 1．主要支承 3)浮动支承工件定位过程中能随着工件定位基准位置的变化而自动调节的支承，称为浮动支承（或自位支承）。如图4.10所示为几种常见的浮动支承。图4.10 浮动支承图4.10(a)是杠杆式浮动支承，绕销轴活动，与工件有两点接触，作用相当于一点。图4.10(b) 所示为球面多点式浮动支承，绕球面活动，与工件有多点接触（图中为三点接触），作用相当于一点。图4.10(c)与图4.10(a)相同，适用于阶梯定位。

4.3 定位方式与定位元件 返回(辅助支承下页) 4.3.1 工件以平面定位 1．主要支承 3)浮动支承浮动支承的工作特点是：支承点的位置能随着工件定位基面位置的变化而自动调节，当定位基面压下其中一点时，其余点便上升，直至各点都与工件接触。与工件作两点、三点（或多点）接触，作用相当于一个定位支承点，只限制一个自由度，但由于增加了接触点数，提高了工件的安装刚度和定位稳定性。图4.11 辅助支承的应用实例 2．辅助支承在夹具中对工件不起限制自由度作用的支承称为辅助支承。工件因尺寸、形状特征或因局部刚度较差，在切削力或工件自身重力作用下，主要支承定位不稳定或加工部件易产生变形时，可增设辅助支承。例如，图4.11所示为一梯形工件，当用平面１定位、铣平面２时，则必须在工件右部底面增加辅助支承３，以提高其安装刚度和稳定性。

4.3 定位方式与定位元件 4.3.1 工件以平面定位 4 2．辅助支承常见的辅助支承结构有螺旋式辅助支承(如图4.11)、自位式辅助支承和推引式辅助支承(如图4.12) 。螺旋式辅助支承结构最简单，但在转动支承3时，有可能因摩擦力矩带动工件而破坏定位。图4.12 自位式与辅助式辅助支承自位式辅助支承如图4.12(a)所示，支承1的高度低于主要支承，当工件放在主要支承上后，支承1被工件的定位基面压下，但在弹簧2的弹力作用下始终与工件接触，转动手柄4可将支承1锁紧。推引式辅助支承的结构如图4.12(b)所示，支承5的高度低于主要支承。当工件放在主要支承上后，推动手柄4通过楔块6的作用使支承5与工件定位基面接触，然后锁紧。辅助支承的工作特点是在主要支承对工件定位后才参与支承,不限制工件的自由度。

4.3 定位方式与定位元件 4.3.2 工件以圆柱孔定位齿轮、汽缸套、盘类、杠杆类工件的加工，常以圆柱孔（孔的中心线）作为定位基准，常用的定位方式有：在圆柱体上定位；在圆锥体上定位；在定心夹紧机构中定位等。工件以圆孔为定位基面，常用的定位元件是定位销和定位心轴等。 1．定位销 1)圆柱定位销图4.13所示为国家标准规定的常用圆柱定位销的结构。图4.13 圆柱定位销图4.13(a)、(b)、(c)所示为固定式定位销，定位销与夹具体的连接一般采用过盈配合，直接压配在夹具体上，用于定位元件不经常更换的情况。图 4.13(d)所示为可换式定位销，多用于大批量生产中，当销子磨损后，便于更换而不损坏夹具体。

4.3 定位方式与定位元件 4.3.2 工件以圆柱孔定位 1．定位销 1)圆柱定位销定位销工作部分的直径通常根据加工要求和考虑到便于装夹，按 g5、g6、f6、f7制造。定位销头部均有 15o倒角，以便引导工件套入。短圆柱销限制工件2个移动自由度，长圆柱销限制工件4个自由度。标准结构定位销属于短定位销。图4.14 菱形销在固定式和可换式定位销中，有时要求孔销配合只在一个方向上限制工件的移动自由度，这时可使用菱形销。图4.14所示为菱形销的标准结构。标准菱形销限制工件的一个移动自由度。

4.3 定位方式与定位元件 4.3.2 工件以圆柱孔定位 1．定位销 2)圆锥销在加工套筒、空心轴等类工件时，也经常用到圆锥销。图4.15为圆锥销定位的情况。（a）（b）图4.15 圆锥销图4.15(a)用于粗基准，图4.15(b)用于精基准。工件圆孔与锥销定位，圆孔与锥销的接触是一个圆，限制工件 3个移动自由度，根据需要可以设计菱形锥销，限制工件两个移动自由度。

4.3 定位方式与定位元件 4.3.2 工件以圆柱孔定位 1．定位销 2)圆锥销工件以圆孔与锥销定位能够实现无间隙配合，但是在单个圆锥销上定位容易倾斜，因此，圆锥销常与其他定位元件组合使用。图4.16 圆锥销组合定位如图4.16所示，工件以底面作为主要定位基面，采用活动圆锥销，只限制两个移动自由度，即使工件的孔径变化较大，也能准确定位，起到较好的定心作用。

4.3 定位方式与定位元件 4.3.2 工件以圆柱孔定位 2．定位心轴 1)圆柱心轴常见结构形式如图4.17所示。图4.17(a)为间隙配合圆柱心轴，这种心轴结构简单，其定位基面一般按h6、g6或f7制造，装卸工件方便；但其定心精度不高。图4.17(c)为花键心轴，这种心轴用于加工以花键孔定位的工件。当工件孔的长径比＞１时，心轴的工作部分可稍带点锥度。图4.17(b)为过盈配合心轴，多用于定心精度要求高的精加工。图4.17 圆柱心轴短圆柱心轴限制工件２个自由度，长圆柱心轴限制工件的４个自由度。

4.3 定位方式与定位元件 4.3.2 工件以圆柱孔定位 2．定位心轴 2)圆锥心轴为了消除工件与心轴的配合间隙，提高定心定位精度，在夹具设计中还可选用如图4.18所示的小锥度心轴。为防止工件在心轴上定位时的倾斜，此类心轴的锥度K通常取心轴的长度则根据被定位工件圆孔的长度、孔径尺寸公差和心轴锥度等参数确定。这种定位方式的定心精度很高，可达到Φ0.005～Φ0.01mm，K越小，接触长度越大，定心精度越高，但因孔径变化而引起的轴向位置变化也越大，造成加工的不方便。所以适用于工件定位孔精度不低于IT7的精车和磨削加工，不能用于加工端面。此外，心轴定位还有弹性心轴、液塑心轴、定心心轴等，它们在完成工件定位的同时完成工件的夹紧，使用方便，但结构较复杂。

4.3 定位方式与定位元件 4.3.3 工件以外圆柱面定位 1．定位套图4.19 工件以定位套定位图4.19为几种常用的定位套结构，图4.19(a)为短定位套定位，限制工件２个自由度；图4.19(b)为长定位套定位，限制工件４个自由度；图 4.19(c)为锥面定位套，和锥面销对工件圆孔定位一样限制3个自由度。定位套结构简单、制造容易，但定心精度不高，一般适用于精基准定位。

4.3 定位方式与定位元件 4.3.3 工件以外圆柱面定位 2．半圆套图4.20 半圆套结构简图图4.20为半圆套结构简图，下半圆套是定位元件，上半圆套起夹紧作用。图4.20(a)为可卸式，图4.20(b)为铰链式，装卸工件方便。短半圆套限制工件2个自由度，长半圆套限制工件4个自由度。这种定位方式主要用于大型轴类零件及不便于轴向装夹的零件。定位基面的精度不低于 IT8 ～ IT9，半圆套的最小内径应取工件定位基面的最大直径。

4.3 定位方式与定位元件 4.3.3 工件以外圆柱面定位 3．V 形块 * 如图4.21所示为几种常用的Ｖ形块。 * 图4.21(a)用于较短的外圆柱表面精基准定位； *图4.21(b)用于较长的粗基准或阶梯轴定位； *图4.21(c)用于两段精基准面相距较远的工件定位； * 4.21(d)用于工件较长、直径较大的重型工件，这种Ｖ形架一般做成在铸铁底座上镶淬硬支承板或硬质合金板的结构形式。图4.21 常见V形块的结构形状窄V形块定位限制工件的两个移动自由度；宽V形块或两个窄V形块组合定位，则限制工件的两个移动自由度和两个转动自由度。V形块有固定和活动之分，活动式V形块在可移动方向上对工件不起定位作用。

4.3 定位方式与定位元件 4.3.3 工件以外圆柱面定位 3．V 形块 V形块两斜面间夹角α常取60o、90°、120o，其中以90°的V形块应用最多。90°V 形块的典型结构和尺寸均已标准化，如图4.22所示，设计时可查有关国家标准手册。图4.23为活动V形块的实例。活动 V 形块限制工件一个自由度，它除定位外还兼有夹紧作用。Ｖ形块的优点是：图4.22 V形块的结构 (1)对中性好，可以实现对外圆表面的定心对中定位，使工件的定位基准轴线保持在Ｖ形块两斜面的对称平面上，而且不受工件直径误差的影响，安装方便。 (2)它既适用于完整外圆，也适用于非完整外圆及局部曲线柱面定位，还能与其他定位元件组合使用，因此应用广泛。图4.23 活动V形块的应用

4.3 定位方式与定位元件 4.3.4 工件以组合表面定位实际生产中，工件往往不是采用单一表面的定位，而常常是以一组表面作为定位基准，采用组合定位方式。其中常见的方式有：平面与平面组合、孔与平面组合、锥面与锥面组合等。例如，在加工箱体、支架类零件时，常用工件的一面两孔作为定位基准。此时，工件上的孔可以是专门为工艺的定位需要而加工的工艺孔，也可以是工件上原有的孔。采用的定位元件是一块支承板和两个定位短销，定位方式简单，夹紧方便，是机械加工过程中最常用的定位方式之一。 1．一面两孔组合定位时要解决的主要问题一面两孔定位需要解决的主要问题是：在保证工件加工精度的条件下，使工件两孔能够顺利地套在两定位销上。

4.3 定位方式与定位元件 4.3.4 工件以组合表面定位 1．一面两孔组合定位时要解决的主要问题如图4.24所示，由于平面限制工件的三个自由度，第一个短圆柱定位销限制工件的两个自由度，第二个短圆柱定位销限制工件的、两个自由度，因此，自由度就被重复限制了，显然出现了过定位，所以有可能会使同一批工件中的部分工件两孔无法套在两定位销上，如图4.24(a)所示，无法进行正确的定位。图4.24 一面两孔组合定位情况 (ａ) 1、2—孔；(b) 1—平面；2—短圆柱销；3—短削边销为了避免由于过定位引起的工件安装时的干涉，可以采取以下措施： * 减小孔2定位销 [如图4.24(a)所示] 的直径d2，采用这种方法可使孔与销之间的间隙增大，用以补偿中心距的误差，实现工件的顺利装卸。但是增加了工件的转动误差，影响定位精度，因此只有在工件加工精度不高时才使用这种方法。 * 采用削边销，沿垂直于两孔中心的连线方向削边，通常把削边销 [图4.24(b)中的短削边销3] 作成菱形销提高其强度。由于这种方法只增大连心线方向的间隙，不增加工件的转动误差，因而定位精度较高，在生产中获得广泛应用。

4.3 定位方式与定位元件 4.3.4 工件以组合表面定位 2．“一面两孔”定位装置的设计计算两销中心距的基本尺寸等于两孔中心距Lk的基本尺寸（两孔中心距应转化为对称标注）。两销中心距的偏差一般取两孔中心距偏差的1/3～1/5，当孔距公差大时，取小值；反之，取大值，以便于制造。取相应孔的最小直径作为圆柱销直径的基本尺寸，定位销的直径公差一般按g6、f7选取，ｄ1=D1min g6(f7)，最后应对销尺寸进行圆整处理。菱形销的尺寸已标准化，可以通过计算或按照有关标准(见表4-1),由孔直径D2选取菱形销的宽度b(对于修园销按b1选取)和尺寸B(参见图4.14)。 (1)确定两销中心距尺寸及其公差。 (2) 确定圆柱定位销直径尺寸ｄ1及其公差。 (3) 确定菱形销宽度b及其公差和B值。 (4) 计算菱形销直径的基本尺寸d 2 首先按照右式计算孔2与销2的最小配合间隙△2min，再计算菱形销直径的基本尺寸d2，并按h6或h7确定菱形销尺寸公差： (定位精度要求高时，可按h5制造)

4.4 定位误差的分析与计算 定位误差是由于工件在夹具上（或机床上）定位不准确而引起的加工误差。对一批工件来说，刀具经调整后位置是不动的，即被加工表面的位置相对于定位基准是不变的，所以，同一批工件的工序基准在加工尺寸或位置要求方向上的最大变动量，就是定位误差，用ΔD表示。计算定位误差的目的就是要判断定位精度，看定位方案能否保证加工要求。为了保证加工质量，定位误差与加工精度一般应满足下列关系：式中， T------工件的工序尺寸公差或位置公差 4.4.1 定位误差产生的原因及计算方法 1．产生定位误差的原因及组成 1)基准不重合误差由于定位基准与工序基准不一致所引起的定位误差，称基准不重合误差，即工序基准相对定位基准在加工尺寸方向上的最大变动量，以ΔB表示。

4.4 定位误差的分析与计算 4.4.1 定位误差产生的原因及计算方法 1．产生定位误差的原因及组成 1)基准不重合误差如图4.25所示，图4.25(a)是在工件上铣缺口的工序简图，加工尺寸为A和B。图4.25(b)是加工示意图，工件以底面和 E 面定位。加工尺寸 A 的工序基准是F，定位基准是E，两者不重合。图4.25 基准不重合误差 C 是确定夹具与刀具相互位置的对刀尺寸，在一批工件的加工过程中，C 的大小是不变的。当一批工件逐个在夹具上定位时，受尺寸 S土的影响，工序基准 F 的位置是变动的。F 的变动直接影响A的大小，造成A的尺寸误差，这个误差就是基准不重合误差，用ΔB表示。显然，这是因定位基准与工序基准不重合所产生的误差，其大小等于定位基准与工序基准之间的尺寸公差。

4.4 定位误差的分析与计算 返回例4.1 4.4.1 定位误差产生的原因及计算方法 1．产生定位误差的原因及组成 1)基准不重合误差由图4.25(b)可知：S是定位基准E与工序基准F间的距离尺寸（称为定位尺寸），基准不重合误差为： ΔB =Amax-Amin=Smax-Smin=δs 图4.25 基准不重合误差需要注意的是当定位基准与工序基准不重合，并且工序基准的变动方向与加工尺寸的方向不一致，存在一夹角α时，基准不重合误差等于定位尺寸的公差在加工尺寸方向上的投影，即 ΔB =δs ·cosα。在图4.25中，加工尺寸B的工序基准与定位基准均为底面，基准重合，所以 ΔB =0。

4.4 定位误差的分析与计算 4.4.1 定位误差产生的原因及计算方法 1．产生定位误差的原因及组成 2)基准位移误差由于定位副制造不准确及其配合间隙所引起的定位误差，称基准位移误差，即定位基准的相对位置在加工尺寸方向上的最大变动量，以Δw表示。如图4.26所示：图4.26 基准位移误差图4.26(a)是在工件的圆柱面上铣槽的工序简图，加工尺寸为 A和 B。图4.26(b)是加工示意图，工件以孔D在水平心轴上定位，O是心轴中心，C是对刀尺寸。在加工尺寸中，B是由铣刀宽度决定的，而尺寸A是由工件相对于刀具的位置决定的。尺寸A的工序基准是内孔轴线，定位基准也是内孔轴线，两者重合，所以ΔB=0。

4.4 定位误差的分析与计算 4.4.1 定位误差产生的原因及计算方法 1．产生定位误差的原因及组成 2)基准位移误差由于工件的定位孔与心轴的圆柱面制造误差及两者间隙配合的原因，工件孔在心轴上定位时因自重的影响，使工件的定位基准（孔的轴线）下移，这种定位基准的位置变动影响到加工尺寸A的大小，给尺寸A造成误差，这个误差就是基准位移误差，用ΔW表示。图4.26 基准位移误差 ΔW的大小应等于因定位基准的变动造成的加工尺寸变化的最大变动量。由图4.26可知： ΔW=Amax-Amin=imax-imin=δi 式中，i——定位基准的位移量

4.4 定位误差的分析与计算 4.4.1 定位误差产生的原因及计算方法 1．产生定位误差的原因及组成 2)基准位移误差应当注意： (1)当定位基准的变动方向与加工尺寸的方向相同时，基准位移误差等于定位基准的最大变动范围，即 ΔW =δi。 (2) 当定位基准的变动方向与加工尺寸方向不同时，基准位移误差等于定位基准的最大变动范围在加工尺寸方向上的投影，即 ΔW =δi·cosα。α为定位基准的变动方向与工序尺寸方向间的夹角。由实例分析可以进一步明确，定位误差是指一批工件在用调整法加工时，仅仅由于定位不准确而引起工序尺寸或位置要求的最大可能变动范围。即定位误差主要是由基准不重合误差与基准位移误差两项组成的。

4.4 定位误差的分析与计算 4.4.1 定位误差产生的原因及计算方法 2．定位误差的计算方法 1)合成法定位误差是由基准不重合误差与基准位移误差两部分误差组成的，因此，计算时可以先根据定位方法分别计算出基准不重合误差ΔB和基准位移误差ΔW，然后将两者合成定位误差ΔD，即： ΔD=ΔB cosβ±ΔW cosγ 式中 β、γ分别为ΔB和ΔW与工序尺寸（或位置要求）方向的夹角若工序基准不在定位基面上，取“+”号。若工序基准在定位基面上，在定位基面尺寸变动方向一定的条件下，当ΔB与ΔW变动方向相同，即对工序尺寸影响相同时，取“+”号；当二者变动方向相反，即对工序尺寸影响相反时，取“-”号。

4.4 定位误差的分析与计算 4.4.1 定位误差产生的原因及计算方法 2．定位误差的计算方法 2)极限位置法根据定位误差的定义，直接计算出一批工件的工序基准在工序尺寸方向上的相对位置最大位移量，即工序尺寸的最大变动范围。在具体计算时，通常要画出工件的定位简图，并在图中画出工序基准变动的两个极限位置，然后直接按照几何关系求出工序尺寸的最大变动范围，即为定位误差。 3)微分法（尺寸链分析计算法）此法对包含多误差因素的复杂定位方案的定位误差分析计算比较方便，应用时可查有关资料。从上面分析可知，分析计算定位误差的关键，在于找出同一批工件的工序基准在工序尺寸方向上可能的最大位移变动量。定位误差只发生在采用调整法加工一批工件的条件下，如果一批工件逐个按试切法加工，则不存在定位误差。

4.4 定位误差的分析与计算 4.4.2 几种典型表面定位时的定位误差 1．工件以平面定位时的定位误差（1）工件以粗基准定位时，只能用三个球头支承钉实现三点定位，消除工件的3个自由度。若一批工件的定位状况相差较大，如平面度误差为ΔH，则定位误差ΔD=ΔW=ΔH。（2）工件以精基准定位时，由于定位基准面本身的形状精度较高，故可采用平头支承钉、支承板等定位元件消除工件的3个自由度。此时，平面度误差很小，通常可以不计，即定位误差为ΔD=ΔW=0。 [ 例4.1 ] 如图4.25所示，当工件以已加工过的底面和E面定位时，求工序尺寸 A 的定位误差。解：用合成法求工序尺寸 A 的定位误差。由于用已加工过的平面定位，ΔW=0；定位基准 E 与工序基准 F 不重合，基准尺寸为所以基准不重合误差为： ΔB=δs；工序尺寸A的定位误差为：ΔD（A）=ΔB +ΔW =δs。

4.4 定位误差的分析与计算 4.4.2 几种典型表面定位时的定位误差 2．工件以圆柱孔定位时的定位误差工件以内孔定位时，定位基准是内孔中心线。其可能产生的定位误差将随定位方式和定位时圆孔与定位元件配合性质的不同而各不相同，现分别进行分析和计算。 1)工件孔与定位心轴（或定位销）过盈配合定位图4.27 工件以圆柱孔在过盈配合心轴上定位时定位误差分析用定心机构定位（如弹性心轴）或用过盈配合定位心轴（圆柱定位销）定位时，可以实现无间隙配合，基准位移误差ΔW=0。如图4.27所示

4.4 定位误差的分析与计算 4.4.2 几种典型表面定位时的定位误差 2．工件以圆柱孔定位时的定位误差 1)工件孔与定位心轴（或定位销）过盈配合定位图4.27 工件以圆柱孔在过盈配合心轴上定位时定位误差分析若工序基准与定位基准重合，如图4.27(a)中的工序尺寸H1，则定位误差为： ΔD＝ΔB＋ΔW＝0 若工序基准在工件定位孔的母线上，如图4.27(b)中的H2尺寸，则定位误差为： ΔD＝ΔB＋ΔW＝ΔB＝δd/2 若工序基准在工件外圆母线上，如图4.27(c)中的H3尺寸，则定位误差为： ΔD＝ΔB＋ΔW＝ΔB＝δD/2

4.4 定位误差的分析与计算 4.4.2 几种典型表面定位时的定位误差 2．工件以圆柱孔定位时的定位误差 2)工件孔与定位心轴（或定位销）间隙配合定位用间隙配合定位心轴（或圆柱定位销）定位时，由于定位基面和定位元件的制造公差及配合间隙的存在，将产生基准位移误差ΔW。此时孔与轴的接触有两种情况: (1) 孔与定位心轴任意边接触设孔与轴配合基本尺寸为D；孔的极限尺寸为Dmax、Dmin，公差为δD；轴的极限尺寸为dmax、dmin，公差为δd。图4.28 孔与定位心轴任意边接触时基准位移误差如图4.28所示，当孔的尺寸为Dmax，心轴尺寸为dmin时，定位基准的变动量最大，等于孔轴的最大配合间隙Xmax，基准位移误差为： ΔW =Xmax= δD+ δd+Xmin

4.4 定位误差的分析与计算 4.4.2 几种典型表面定位时的定位误差 2．工件以圆柱孔定位时的定位误差 2)工件孔与定位心轴（或定位销）间隙配合定位 [ 例4.2 ] 如图4.29所示，工件以孔 mm 定位，加工孔 mm，定位销直径为 mm，要求保证尺寸 40 ±0.10mm，计算定位误差。解：定位基准与工序基准重合， ΔB=0 则 ΔW= δD+ δd+Xmin =0.15 +0.03 +0.03 =0.21（mm）所以 ΔD=ΔB+ΔW=0.21mm 经过分析和计算，定位误差已经超过工序尺寸公差的1/3，故需要改变定位方案。

4.4 定位误差的分析与计算 4.4.2 几种典型表面定位时的定位误差 2．工件以圆柱孔定位时的定位误差 2)工件孔与定位心轴（或定位销）间隙配合定位 (2) 孔与定位心轴固定边接触如图4.26所示的情况，当定位销直径为dmin，工件孔径为Dmax时，定位基准位于Ｏ1，此时定位基准的位移量最大：当定位销直径为dmax，工件孔径为Dmin时，定位基准为Ｏ2，此时定位基准的位移量最小：图4.26 基准位移误差基准位移误差为定位基准的最大变动量即

第 4 章 机床夹具设计原理