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1、机床夹具设计机床夹具设计第第2章章 工件的定位工件的定位机床夹具设计机床夹具设计课件课件2 2 工件在夹具中的定位工件在夹具中的定位2.1概述概述2.2 定位原理定位原理2.3 定位类别定位类别2.4 定位方式与定位元件定位方式与定位元件 2.5 定位误差的分析和计算定位误差的分析和计算2.6 工件的组合定位工件的组合定位 2工件的定位工件的定位2.1 概述概述 2.1.1 工作场景导入工作场景导入 如图如图1.1所示，钢套零件在本工序中需钻所示，钢套零件在本工序中需钻 5mm孔，孔，工件材料为工件材料为Q235A钢，批量钢，批量N=2000件。钢套零件三件。钢套零件三维图如图维图如图1.2所
2、示。所示。图图1.1 钢套零件钻钢套零件钻 5mm工序图工序图 图图1.2 钢套零件三维图钢套零件三维图 2.1.2 2.1.2 工件定位的基本原理工件定位的基本原理 1.1.为了达到工件被加工表面的技术要求，必须保为了达到工件被加工表面的技术要求，必须保证工件在加工过程中的正确位置。夹具保证加证工件在加工过程中的正确位置。夹具保证加工精度的原理是加工需要满足工精度的原理是加工需要满足3 3个条件：个条件：一批工件在夹具中占有正确的位置；一批工件在夹具中占有正确的位置；夹具在机床上的正确位置；夹具在机床上的正确位置；刀具相对夹具的正确位置。刀具相对夹具的正确位置。显然，工件的定位是极为重要的一
3、个环节显然，工件的定位是极为重要的一个环节。2.1.2 2.1.2 工件定位的基本原理工件定位的基本原理 1 1）工件在夹具中定位和夹紧的任务）工件在夹具中定位和夹紧的任务 工件在夹具中工件在夹具中定位的任务定位的任务是：使同一工序是：使同一工序中的所有工件都能在夹具中占据正确的位中的所有工件都能在夹具中占据正确的位置。置。将工件定位后的位置固定下来，称为将工件定位后的位置固定下来，称为夹紧。夹紧。2 2）定位与夹紧的关系）定位与夹紧的关系 定位与夹紧是装夹工件的两个有联系的过定位与夹紧是装夹工件的两个有联系的过程，不能等同。程，不能等同。q 基准的定义基准的定义:基准是用来确定生产对象上几何
4、要素之间的基准是用来确定生产对象上几何要素之间的 几何关系所依据的哪些点、线或面。几何关系所依据的哪些点、线或面。q 基准的类型基准的类型设计基准设计基准工艺基准工艺基准工序基准工序基准定位基准定位基准测量基准测量基准装配基准装配基准2.1.2 2.1.2 概念概念概念概念 设计基准设计基准:设计者在设计零件时，根据零件在装配结构中的装配关设计者在设计零件时，根据零件在装配结构中的装配关系以及零件本身结构要素之间的相互关系，确定标注尺寸（或角度）的系以及零件本身结构要素之间的相互关系，确定标注尺寸（或角度）的起始位置。这些尺寸（或角度）的起始位置称作设计基准。起始位置。这些尺寸（或角度）的起始
5、位置称作设计基准。由产品设计人员确定 工艺基准工艺基准:零件在加工艺过程中所采用的基准称为工艺基准。零件在加工艺过程中所采用的基准称为工艺基准。工序基准工序基准:在工序图上用来确定本工序所加工表面加工后的尺寸、在工序图上用来确定本工序所加工表面加工后的尺寸、形状、位置的基准形状、位置的基准,称为工序基准称为工序基准。图2.1加工键槽的工序图分析：工序基分析：工序基准有哪些？由准有哪些？由谁确定？谁确定？定位基准定位基准:在加工时用于工件定位的基准，称为定位在加工时用于工件定位的基准，称为定位基准。基准。即与夹具定位元件接触的工件上的点、线、面。当接触的工件上的点、线、面为回转面、对称面时，称回
6、转面、对称面为定位基面定位基面，其回转面、对称面的中心线称定位基准。由工艺人员确定，是工序图上标“”所示的基准。装配基准装配基准:在装配时用来确定零件或部件在产品中的相对位置所采在装配时用来确定零件或部件在产品中的相对位置所采用的基准。用的基准。测量基准测量基准:在加工中或加工后测量工件形状、位置和尺寸误差时在加工中或加工后测量工件形状、位置和尺寸误差时所采用的基准，称为测量基准。所采用的基准，称为测量基准。定位基准认知定位基准认知 定位基准的选择是定位设计的一个关键问题。（通常定位基定位基准的选择是定位设计的一个关键问题。（通常定位基准是在制订工艺规程时选定的准是在制订工艺规程时选定的）选择
7、时尽可能遵循基准重合原则。当选择时尽可能遵循基准重合原则。当用多个表面定位时，应选择其中一个较大的表面为主要定位基准用多个表面定位时，应选择其中一个较大的表面为主要定位基准。2.1.3 尺寸精度获得的方法 试切法试切法：试切测量调刀，反复进行，达到 要求。单件加工用。定尺寸刀具法定尺寸刀具法：由刀具尺寸确定加工要素尺寸。调调整整法法：事先调整好刀具与夹具(工件)的位置，在加工一批工件过程中，刀具位置不变。夹具课中涉及尺寸精度获得的方法一般试为调整法。自自动动控控制制法法：通过自动控制机床、刀具的运动，达到尺寸精度的方法。1、工件的自由度、工件的自由度2 2、定、定位付位付：把定位基面和定位元件
8、工作面合称定位付，二者重合，称定位付设计、制造准确。2.2 2.2 2.2 2.2 定位原理定位原理定位原理定位原理2.2.12.2.12.2.12.2.1基本概念基本概念基本概念基本概念定位基面和定位元件n理论上，定位基准与限位基准应该重合，定位基面与限位基面应该接触。理论上，定位基准与限位基准应该重合，定位基面与限位基面应该接触。n常用的定位基面：平面、圆柱面、圆锥面、其它成形面或上述的组合常用的定位基面：平面、圆柱面、圆锥面、其它成形面或上述的组合n工件的定位是通过工件上的定位基面与夹具的定位元件的限位基面接触工件的定位是通过工件上的定位基面与夹具的定位元件的限位基面接触或配合来实现的或
9、配合来实现的。3 3、六点定位原则基础知识六点定位原则基础知识 工件定位的实质工件定位的实质就是限制对工件加工有不良影响就是限制对工件加工有不良影响的自由度。的自由度。工件定位的任务工件定位的任务就是根据加工要求限制工件的全部就是根据加工要求限制工件的全部或部分自由度。或部分自由度。工件安装时主要紧靠机床工作台或夹具上设置的六工件安装时主要紧靠机床工作台或夹具上设置的六个个固定固定点，它的六个自由度即全部被限制，工件便获得点，它的六个自由度即全部被限制，工件便获得一个一个完全确定的位置完全确定的位置。实际生产时，起支承作用的是一定形状的几何体，实际生产时，起支承作用的是一定形状的几何体，这些用
10、来限制工件自由度的几何体就是这些用来限制工件自由度的几何体就是定位元件定位元件 用用来限制工件自由度的固定点称为来限制工件自由度的固定点称为支承点支承点。思考：思考：123共线？其间距共线？其间距越大越好？越大越好？45共线并平行于共线并平行于Z轴？轴？该缸体是否具有确定的位置？该缸体是否具有确定的位置？该缸体是否具有确定的位置？该缸体是否具有确定的位置？2.2.2 定位方案的确定例1下图2.3(a)在工件上铣通槽，保证槽宽和槽的上下、左右位置要求，试确定定位方案。分析满足加工要求必须限制的自由度，也简称理限槽宽由定尺寸刀具保证综合结果：必须限制五个自由度保证槽的上下位置要求：必须限制保证槽的
11、左右位置要求：必须限制 用“定位元件”来限制理论上应该限制的自由度例2、图在工件上铣槽，保证槽在三个方向上的位置要求，试确定定位方案。分析满足加工要求必须限制的自由度，也简称理限保证槽的上下位置要求：必须限制保证槽的左右位置要求：必须限制保证槽的前后位置要求：必须限制综合结果：必须限制六个自由度。定位方案如图思考：为什么防转支承钉离回思考：为什么防转支承钉离回转中心的距离越远越好？转中心的距离越远越好？承受切削力的定位支承钉应承受切削力的定位支承钉应布置正对切削力方向的布置正对切削力方向的 工件工件平面上平面上注意注意问题：问题：1)定位元件限制自由度的作用表示它与工件定位面接触，一旦脱开就失
12、去限制自由度的作用。定位实质上就是约束工件的自由度。2)在分析定位元件起定位作用时不考虑外力影响，即要分清定位和夹紧的区别。3）一般情况下，一个定位支承点只限制工件的一个自由度。工件在夹具中定位时，所用的支撑点的数目不超过6个4）每个支撑点所限制的自由度，原则上不允许重复或者相互矛盾5）工件在定位时所采用的支承点数目，完全由改工序的加工要求确定6）定位支承点的分布必须合理。思考：在工件上磨平面，保证h和平行度，现把工件放在磨床磁性工作台面上吸牢后磨平面，分析实际限制了几个自由度？2.2.3 2.2.3 常用定位元件能限制的工件自由度常用定位元件能限制的工件自由度 2.2.4 2.2.4 限制工
13、件自由度与加工要求的关系限制工件自由度与加工要求的关系(定位方式定位方式)工件定位时，影响加工精度要求的自由度必须限制；工件定位时，影响加工精度要求的自由度必须限制；不影响加工精度要求的自由度可以限制也可以不限制，不影响加工精度要求的自由度可以限制也可以不限制，视具体情况而定。视具体情况而定。按照工件加工要求确定工件必须限制的自由度是工件按照工件加工要求确定工件必须限制的自由度是工件定位中应解决的首要问题。定位中应解决的首要问题。2.3 2.3 定位类别定位类别2.3.1 2.3.1 2.3.1 2.3.1 完全定位和不完全定位完全定位和不完全定位完全定位和不完全定位完全定位和不完全定位2、不
14、完全定位：、不完全定位：根据加工要求，根据加工要求，仅限制工件部分自由度的定位。仅限制工件部分自由度的定位。1、完全定位：、完全定位：加工时，工件的加工时，工件的六个自由度被完全限制了的定位六个自由度被完全限制了的定位 正确的定位形式 生产中并不是任何工序都需要采用完全定位生产中并不是任何工序都需要采用完全定位的。究竟应该限制几个自由度应由工件的加工要的。究竟应该限制几个自由度应由工件的加工要求决定。求决定。允许允许不完全定位的几种常见情况不完全定位的几种常见情况：u加工通孔或通槽时，沿贯通轴的位置自由度可不加工通孔或通槽时，沿贯通轴的位置自由度可不限制限制u毛坯（本工序加工前）是轴对称时，绕
15、对称轴的毛坯（本工序加工前）是轴对称时，绕对称轴的角度自由度可不限制角度自由度可不限制u加工贯通的平面时，除可不限制沿两个贯通轴的加工贯通的平面时，除可不限制沿两个贯通轴的位置自由度外，绕垂直加工面的轴的角度自由度位置自由度外，绕垂直加工面的轴的角度自由度也可不限制也可不限制思考：课本思考：课本P25表表2-1各各加工要求需加工要求需要限制的自要限制的自由度？由度？不完全定位a）可以绕y轴旋转；b、c）可以沿Y轴移动；d）可以沿Y轴移动和旋转；e）可以沿X、Y轴移动，绕Z轴旋转不完全定位不完全定位-试分析其未被约束的自由度试分析其未被约束的自由度实例一：球体上通铣平面，如何定位？实例一：球体上
16、通铣平面，如何定位？2.3 2.3 完全定位与不完全定位完全定位与不完全定位完全定位与不完全定位完全定位与不完全定位2.3 2.3 完全定位与不完全定位完全定位与不完全定位完全定位与不完全定位完全定位与不完全定位课后习题1：钻6H7孔 课后习题2：铣两台阶面 课后习题3：铣b槽 课后习题4：车端面保证L 课后习题5：铣前、后两平面 课后习题6：a)钻2个d孔 b)钻d孔 课后习题7：钻d孔 课后习题8：铣台阶面 课后习题9：铣平面 R R课后习题10：钻孔 2.3.2 欠定位与过定位欠定位与过定位2、过定位：、过定位：有重复限制的自由有重复限制的自由度。度。1、欠定位：、欠定位：应该限制的自由
17、度应该限制的自由度而没有限制而没有限制。不正确的不正确的定位形式定位形式欠定位实例欠定位实例1 1、常用定位元件所能限制的自由度、常用定位元件所能限制的自由度过定位实例一过定位实例一工件的同一个自由度被夹具不同的定位元件限制，造成两个工件的定位差异，破坏定位的唯一性过定位实例二过定位实例二 过定位可能引起夹紧变形和虚假接触连杆的定位分析连杆的定位分析1定位销；定位销；2支承板；支承板；3圆柱销；圆柱销；4工件工件（a）正确的定位）正确的定位 （b）过定位）过定位过定位的合理性分析过定位的合理性分析 增加工件的装夹刚度增加工件的装夹刚度在某些条件下，过定位的现象不仅允许，而且是必要的。此时应当采
18、取适当的措施提高定位基准之间及定位元件之间的位置精度，以免产生干涉。如车削细长轴时，工件装夹在两顶尖间，已经限制了所必须限制的五个自由度（除了绕其轴线旋转的自由度以外），但为了增加工件的刚性，常采用跟刀架，这就重复限制了除工件轴线方向以外的两个移动自由度，出现了过定位现象。此时应仔细调整跟刀架，使它的中心尽量与顶尖的中心一致。跟刀架跟刀架消除过定位及其干涉一般有两个途径：消除过定位及其干涉一般有两个途径：其一是提高工件定位基面之间及夹具定位元件工作表其一是提高工件定位基面之间及夹具定位元件工作表面之间的位置精度，以减少或消除过定位引起的干涉；面之间的位置精度，以减少或消除过定位引起的干涉；其二
19、是改变定位元件的结构，使定位元件在重复限制其二是改变定位元件的结构，使定位元件在重复限制自由度的部分不起定位作用。通常可采取下列措施来消除自由度的部分不起定位作用。通常可采取下列措施来消除过定位：过定位：消除过定位的方法：消除过定位的方法：(1)(1)减小接触面积减小接触面积 如图所示如图所示 图图 过定位及其消除方法示例之一过定位及其消除方法示例之一消除过定位实例：消除过定位实例：(2)(2)修改定位元件形状，以减少定位支承点。修改定位元件形状，以减少定位支承点。图图1.15 过定位及其消除方法示例之二过定位及其消除方法示例之二1菱形销；菱形销；2支承板支承板(3)(3)缩短圆柱面的接触长度
20、。如图缩短圆柱面的接触长度。如图1.121.12所示采用短圆柱销。所示采用短圆柱销。(4)(4)设法使过定位的定位元件在干涉方向上能浮动，以减设法使过定位的定位元件在干涉方向上能浮动，以减少实际支承点的数目。如图少实际支承点的数目。如图1.161.16所示的可浮动的定位元所示的可浮动的定位元件，分别在、和、方向上浮动，从而消除了过定位。件，分别在、和、方向上浮动，从而消除了过定位。(5)(5)拆除过定位元件。拆除过定位元件。图图1.16 可浮动定位元件的浮动方向可浮动定位元件的浮动方向本节重点：n工件定位的基本原理工件定位的基本原理 n六点定位原则六点定位原则n理限分析理限分析n定位类别及其合理性分析定位类别及其合理性分析n过定位的消除方法过定位的消除方法过定位实例三过定位实例三