《机械制造工艺及工装设计》学习指导(2)

是由工件确定的，因此它不起定位作用，不破坏原有定位；而可调支承在调整好并锁紧后就成为固定支承。

(2)工件以外圆定位的定位元件

▼ 定心定位：卡盘、弹簧夹头、定位套

▼ 支承定位：V形块(60?、90?和120?)、支承板

注意：V形块具有对中性：即当工件外圆直径发生变化时，其中心线始终位于V形块两斜面的对称平面上，所以可以认为定位基准为外圆中心线。

(3)工件以内孔定位的定位元件：一般情况下，内孔定位时的定位基准是内孔中心线。 ①定位圆柱孔：圆柱心轴（刚性心轴、小锥度心轴、弹性心轴、液塑心轴）、圆柱销、菱形销、圆锥销

②定位圆锥孔：顶尖、圆锥心轴 (4)工件组合定位：工件以两个或两个以上表面同时定位的方式称为组合定位。如一面两孔定位。 ①组合定位中各定位元件限制自由度的分析

▼ 组合定位中的转动自由度，与定位元件单个定位时的作用不变； ▼ 组合定位中的移动自由度，若无重复，则该定位元件的作用不变；若有重复，判断方法如下： 首参的定位元件限制移动自由度的作用不变；

次参的定位元件相对首参的定位元件在重复限制移动自由度的方向上移动，引起工件的动向

就是次参的定位元件所限制的自由度。

注意：按照各定位元件实际参与定位的先后顺序，分首参和次参定位元件，若实际分不出，可

假设；

例1：工件以一面两孔在一面两销上定位，如右图所示 单个定位分析 ???Z yz支承板： x??圆柱销1： xyX

??圆柱销2： xyY 组合定位分析 ??首先分析圆柱销1： xy??其次分析圆柱销2： xzZ 最后结论 ?????组合限制了 x x ? y y ，重复限制了 x属于完全定位， x 是过定位。

X 解决方法

圆柱销2采用菱形销

例2：工件在三个V形块上定位，如右图所示 单个定位分析

??V1：x z??V2：x z??V3：y z组合定位分析

??首先分析V1： zx??其次分析V2： zx??最后分析V3： yyY 最后结论：完全定位

??zz

???yx??zyz6

???例3：工件两顶尖中定位，如右图所示 单个定位分析

前顶尖（固定顶尖）：

后顶尖（活动顶尖）： 组合定位分析

首先分析前顶尖（固定顶尖）： 其次分析后顶尖（活动顶尖）： 最后结论：不完全定位

②组合定位中重复定位现象的消除方法

▼ 使定位元件沿某一方向可以移动，如可移动V形块、可移动顶尖等

▼ 采用自位支承结构，消除定位元件限制绕某个(或两个)坐标轴转动的自由度，如下图所示 ▼ 改变定位元件结构，如在一面两孔定位中，将一个圆柱销改为菱形销

▼ 提高定位基准之间、定位元之间的位置精度，避免因重复定位带来的干涉

a) 消除绕X轴和Y轴转动的限制；b) c) d) 消除绕X轴转动的限制

2．定位分析中的相对关系

定位元件所限制的自由度与其大小、长度、数量及其组合有关：

(1)长度关系：短圆柱限制2个自由度，长圆柱限制4个自由度；短V形块限制2个自由度，长V形块限制4个自由度。

(2)大小关系：矩形支承板限制3个自由度，长条形支承板限制2个自由度，支承钉限制1个自由度。

(3)数量关系：一个短V形块限制2个自由度，两个短V形块限制4个自由度。

(4)组合关系：一个长条形支承板限制2个自由度，两个长条形支承板限制3个自由度。这相当于一个矩形支承板。

3．定位方案综合分析

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四、工件的夹紧

1．夹紧装置的组成：动力装置、中间传力机构、夹紧元件

2．对夹紧装置的基本要求：夹紧过程可靠、夹紧力大小适当、结构工艺性好、夹紧动作迅速、操作方便并安全省力

a) 两支承板、两支承钉、菱形销的组合 b) 三爪、中心架的组合

c) 支承板、活动锥坑、圆锥销的组合 d) 长圆柱销、定位块、自位支承的组合 ????????????yx解答：a) 两支承板：x y z ；b) 三爪卡盘：x ? ? z ；d) 长圆柱销： xzzz ； c) 支承板：x?????两支承钉： z ； 活动锥坑： ； 定位块： yx yx z ； 中心架： x???菱形销： y ； 圆锥销： z； 自位双支承：y

3．夹紧力的方向、作用点和大小

(1)夹紧力的方向：夹紧力的方向应有助于定位稳定，且主夹紧力应朝向主要定位基面、夹紧力方向应是工件刚度较高的方向（使工件的变形尽可能小）、夹紧力的方向应有利于减小夹紧力，即尽可能实现“三力同向”（夹紧力、切削力、工件重力）。

(2)夹紧力的作用点：夹紧力的作用点应靠近定位元件的几何中心或落在定位元件的支承范围内、夹紧力的作用点应选在工件刚度较高的部位、夹紧力作用点应尽量靠近加工部位。

(3)夹紧力的大小：理论上，夹紧力的大小应与作用在工件上的其它力（力矩）相平衡；而实际上，夹紧力的大小还与工艺系统的刚度、夹紧机构的传递效率等因素有关，计算是很复杂的。因此，实际设计中常采用估算法、类比法和试验法确定所需的夹紧力。

4．基本夹紧机构

(1)斜楔夹紧装置：采用斜楔作为传力元件或夹紧元件的夹紧机构称为斜楔夹紧机构。

①主要内容：夹紧力计算、增力比计算、行程比、自锁条件、升角α的选择、结构特点、适用范围

②结构特点：斜楔具有自锁性、斜楔能改变夹紧作用力的方向、斜楔具有扩力作用、斜楔的夹紧行程很小、斜楔夹紧效率低。

③适用范围：毛坯质量较高，机动夹紧装置

(2)螺旋夹紧机构：用螺杆作中间传力元件的夹紧机构统称为螺旋夹紧机构。其结构形式包括简

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单螺旋夹紧机构、螺旋压板夹紧机构（如下图所示）和快速装卸机构。

注意：螺旋夹紧机构中所用的螺旋，实际上相当于把斜楔绕在圆柱体上，因此它的夹紧作用原理与斜楔是一样的。

②结构特点：结构简单、扩力比大、自锁性能好、行程不受限制、夹紧动作慢。 ③适用范围：手动夹具上用得最多的一种夹紧机构。

(3)偏心夹紧机构：用偏心件直接或间接夹紧工件的机构为偏心夹紧机构。其结构形式包括圆偏心和曲线偏心

(4)定心夹紧机构：同时实现对工件定心定位和夹紧的机构称为定心夹紧机构。即在夹紧过程中，能使工件相对于某一轴线或一对称面保持对称性。如卧式车床的三爪自动定心卡盘即为最常用的典型实例。

按其定心作用原理有两种类型：一种是依靠传动机构使定心夹紧元件等速移动，从而实现定心夹紧，如螺旋式、杠杆式、楔式机构等；另一种是利用薄壁弹性元件受力后产生均匀的弹性变形（收缩或扩张），来实现定心夹紧，如弹簧筒夹、膜片卡盘、波纹套、液性塑料等。

(5)联动夹紧机构：对一个或几个工件只在一处施力、可同时在几处夹紧的机构称为联动夹紧机构。当需要对一个工件上的几个点或需要对多个工件同时进行夹紧时，为减少装夹时间、简化机构，常采用各种联动夹紧机构。

5．夹紧机构分析

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五、典型夹具

1．钻床夹具（钻模）

(1)结构特点：钻床夹具安装在钻床工作台上，通过钻套引导刀具进行加工，主要用于加工内孔及螺纹

(2)钻模类型：固定式钻模、回转式钻模、翻转式钻模、盖板式钻模、滑柱式钻模 (3)钻套型式：固定钻套、可换钻套、快换钻套、特殊钻套

注意：钻套内孔的基本尺寸等于刀具的最大极限尺寸，并与刀具之间取基轴制间隙配合. (4)钻模板：固定式钻模板、铰链式钻模板、可卸式钻模板、悬挂式钻模扳 2．车床夹具

(1)结构特点：车床夹具通常安装在车床主轴端部，加工时夹具随机床主轴一起旋转。所以工件回转轴线应与车床主轴回转轴线重合，夹紧装置应有足够的夹紧力和自锁性能。此外，为消除回转不平衡还需要采用一定的平衡措施。主要用于加工内外圆柱和圆锥面、回转成形面、螺纹表面及端面等。

(2)主要类型：心轴类车床夹具（如圆柱心轴、弹簧心轴、顶尖式心轴等）、角铁类车床夹具、花盘类车床夹具

(3)与车床主轴连接：由于加工中车床夹具随车床主轴一起回转，夹具与主轴的连接精度直接影响夹具的回转精度，故要求车床夹具与主轴二者轴线有较高的同轴度，且要连接可靠。径向尺寸较小的车床夹具通过锥柄与主轴锥孔直接连接、径向尺寸较大的车床夹具通过过渡盘与车床主轴前端连接

(4)车床夹具的平衡：设计时应采用平衡装置以减少由离心力产生的振动及主轴轴承的磨损；夹具结构应力求简单紧凑，轻便且安全，悬伸长度尽量小，使重心靠近主轴前支承；夹具的结构还应便于工件的安装、测量和切屑的顺利排出或清理。

3．铣床夹具

(1)结构特点：铣床夹具安装在铣床工作台上，通过定位键确定夹具位置，通过对刀装置确定刀具位置，主要用于加工平面、凹槽、键槽、花键、缺口及各种成形面。

由于铣削加工容易引起冲击和振动，所以夹紧装置要有足够的夹紧力和自锁性能，夹具本身要具有足够的强度和刚度，合理布置定位元件以尽量扩大主要支承面。此外，为提高夹紧刚度，必要时可采用辅助支承和浮动支承。主要用于加工零件上的平面、凹槽、键槽、花键、缺口及各种成形面。

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