机床夹具设计，工件在夹具上的定位原理

优胜周平老师

01.机床夹具设计内容概述

机床夹具的作用
为了能够保证工件在机床上处于准确的位置，我们需要使用夹具进行夹紧定位。用机床夹具进行工件的定位涉及到三层关系，分别是：①工件在夹具上的定位；②夹具相对于机床的定位；③工件相对于机床的定位。本篇文章主要讨论得失工件在夹具上的定位。

工件不能平白无故实现定位，需要通过夹紧装置产生夹紧力，这样才能使工件保持在准确的位置上进行加工。


工件的定位与夹紧
为了加工出符合规定技术要求的零件表面，必须在加工前将工件装夹在机床上，工件装夹的目的也就是为了实现定位与夹紧。工件的定位指的是工件在机床或者夹具中占据正确位置的过程；工件的夹紧指的是工件定位后将其固定，使其在加工过程中保持定位位置不变的操作。

装夹的方法
工件常见装夹的方法有三种，分别是直接找正装夹、划线找正装夹和夹具装夹。

直接找正装夹方法效率比较低，但是找正的精度较高，适用于单件小批量工件的找正。划线找正装夹方法通用性很高，但是效率和精度较低，适用于单件小批量中形状复杂的铸件。夹具装夹的方法操作最为简单，效率高，容易保证加工精度，适用于各种生产类型 。

机床夹具的分类和组成
按照夹具的应用范围和特点进行划分，机床夹具可以分为通用夹具、专用夹具、可调节夹具和组合夹具四种。

一般来说，机床夹具是由定位元件、夹紧装置、对刀元件、连接元件以及夹具体等部分组成。


02.工件的定位

六点定位原理
我们都知道，空间中的物体在直角坐标系下有六个自由度，如果要确定空间中的位置就需要确定这六个自由度，通过限制六个自由度实现定位。


六点定位原理的几点注意：①对自由度的限制，与实际的接触点有区别；②同时要区分与理论力学中自由度的区别。

工件在夹具中的定位情况
工件在夹具中的定位情况主要有三种，分别是完全定位、不完全定位和欠定位。

完全定位指的是工件的6个自由度被全部限制；不完全定位指的是没有完全约束6个自由度；欠定位指的是应该消除的自由度没有消除，这种情况是不被允许的。

常见的定位方式和定位元件
这里我们主要分析单个典型零件表面（平面、内外圆柱面等）的定位和定位元件的设计。

工件以平面定位：该种定位常见的定位元件有支撑钉、支撑板、夹具支撑件、夹具体、凸台和平面等。







工件以外圆定位：主要是采用定位套、半圆套、圆锥套进行定位。





03.工件的夹紧

夹紧装置

夹紧装置主要由气缸、斜榭、滚子、压板和工件五个部分组成。


夹紧装置设计的基本要求：

要求一：夹紧时不能破坏工件在夹具中占有的正确位置；

要求二：夹紧力要适当，既要保证工件在加工过程中不移动、不转动、不振动，又不因夹紧力过大而使工件表面损伤、变形；

要求三：夹紧机构的操作应安全、方便、迅速、省力；

要求四：结构应尽量简单，制造、维修要方便。

夹紧力的确定和计算
夹紧力方向的确定：夹紧力方向的确定应以工件产生最小变形为原则，同时尽量使所需夹紧力越小越好。

夹紧力方向的计算：夹紧力的计算一般是遵循经验或者类比法进行确定。

典型夹紧装置
典型的夹紧装置有斜楔夹紧机构、偏心夹紧装置和定心夹紧装置。

斜楔夹紧机构是利用斜楔的轴向移动直接对工件进行夹紧或推动中间元件将力传递给夹紧元件再对工件进行夹紧。


偏心夹紧装置也是从楔块夹紧装置转化而来的，它是将楔块包在圆盘上，旋转圆盘使工件得以夹紧。



三爪卡盘就是很常见的定心夹紧装置。