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1、 教材不作参考：教材不作参考：仪器制造工艺学仪器制造工艺学仪器制造工艺学仪器制造工艺学仪器制造工艺学仪器制造工艺学参考书：参考书：精密和超精密加工技术精密和超精密加工技术 哈工大袁哲俊、清华王先逵哈工大袁哲俊、清华王先逵 主编主编 2002年年 特种加工第五版特种加工第五版2010年年 机械制造工艺学机械制造工艺学21世纪高校机电类规划教材世纪高校机电类规划教材 2010年年 机械制造工艺学机械制造工艺学 清华王先逵主编第二版清华王先逵主编第二版 2006年年机械制造工艺学第机械制造工艺学第3版版普通高等教育普通高等教育“十一五国家十一五国家机械制造工艺学机械制造工艺学中国机械工程学科教程配套
2、系列中国机械工程学科教程配套系列教材教材 李凯岭主编李凯岭主编 清华大学出版社清华大学出版社 2014年年教材：教材：仪器制造技术仪器制造技术普通高等教育普通高等教育“十五国家十五国家级规划教材级规划教材 天津大学天津大学 曲兴华主编曲兴华主编 2006年年6月第一版第二次月第一版第二次印刷印刷第一章第一章 工艺过程的基本概念与组成工艺过程的基本概念与组成1.2 1.2 工艺过程设计的基本概念工艺过程设计的基本概念 1.2.1 1.2.1 机械加工工艺过程的组成机械加工工艺过程的组成 机械加工工艺过程：在加工车间直接改变生产对机械加工工艺过程：在加工车间直接改变生产对象的形状、尺寸、相对位置及
3、其物理、化学性质等，象的形状、尺寸、相对位置及其物理、化学性质等，使其成为成品的过程。使其成为成品的过程。a)a)零件的结构不同，加工时所采用的加工方法和设零件的结构不同，加工时所采用的加工方法和设备不同。备不同。b)为了便于组织和管理生产，保证零件的加工质量，为了便于组织和管理生产，保证零件的加工质量，生产中将零件的机械加工工艺过程分为假设干工生产中将零件的机械加工工艺过程分为假设干工序。序。c)对于批量生产，每一个工序又可分为假设干个安对于批量生产，每一个工序又可分为假设干个安装、工位、工步、走刀及动作。装、工位、工步、走刀及动作。1.1.工序：一个或一组工人在一个工作地点，工序：一个或一
4、组工人在一个工作地点，对一个或几个工件所连续完成的那一局部工对一个或几个工件所连续完成的那一局部工艺过程。艺过程。1 1工序是工艺过程的组成局部，是工艺过程工序是工艺过程的组成局部，是工艺过程的基本单元。的基本单元。2 2工序是针对加工内容、加工方法和加工顺工序是针对加工内容、加工方法和加工顺序的。序的。3 3工序是重要的概念，设计工厂时的重要资工序是重要的概念，设计工厂时的重要资料。料。由零件加工的工序数可以确定工作面积的大小，由零件加工的工序数可以确定工作面积的大小，工人的人数和设备数量等。工人的人数和设备数量等。工序工序1：在钻床上钻中心孔：在钻床上钻中心孔工序工序2：在车床上粗车：在车
5、床上粗车A、B、C、D、E各面各面工序工序3：在车床上精车以上各面：在车床上精车以上各面工序工序4：铣：铣H槽及槽及L、G平面平面例例1：阶梯轴零件加工工序的划分：阶梯轴零件加工工序的划分 2.2.安装：在一道工序中，工件在一次定位夹紧下所完安装：在一道工序中，工件在一次定位夹紧下所完成的加工。成的加工。如例如例1 1中的工序中的工序2 2可分为两次安装：可分为两次安装：安装安装1 1：顶尖顶住中心孔车：顶尖顶住中心孔车B B、C C、E E三个面。三个面。安装安装2 2：顶尖顶住调头后工件的中心孔车：顶尖顶住调头后工件的中心孔车A A、D D二个面。二个面。3.3.工位：工件在一次装夹安装中
6、，在一个位置上所完工位：工件在一次装夹安装中，在一个位置上所完成的加工。成的加工。如例如例1 1中的工序中的工序4 4，要采用两个工位来完成加工。，要采用两个工位来完成加工。工位工位1 1：铣：铣H H键槽及键槽及L L平面。平面。工位工位2 2：利用分度头转：利用分度头转180180，铣，铣G G平面。平面。4.4.工步：在一次安装或一个工位中，加工外表、加工步：在一次安装或一个工位中，加工外表、加工工具、切削用量进给量工工具、切削用量进给量s s、主轴转速、主轴转速v v、不包括、不包括切深切深t t不变的情况下，所完成的加工。不变的情况下，所完成的加工。如如例例1 1中中的的工工序序2
7、2，安安装装1 1中中，加加工工B B、C C、E E三三个个面，由于加工面变了，我们将其划分为三个工步。面，由于加工面变了，我们将其划分为三个工步。工步工步1 1：车车B B面面 工步工步2 2：车：车C C面面 工步工步3 3：车车E E面面5.5.进给进给 走刀：在一个工步中，每一个切削，称走刀：在一个工步中，每一个切削，称为一次进给。为一次进给。6.6.动作：是工艺过程的最小单位，指工人或机器本动作：是工艺过程的最小单位，指工人或机器本身的一个行动单元。身的一个行动单元。7.7.关系关系 8 8在制定工艺规程时，工艺过程的细分要根据生产规在制定工艺规程时，工艺过程的细分要根据生产规模决
8、定。模决定。一般一般说说，批量越大，划分越，批量越大，划分越细细。单单件小批生件小批生产产：分到工序。：分到工序。大量生大量生产产：分到工步、走刀、甚至：分到工步、走刀、甚至动动作。作。工序工步进给安装工位1.2.2 1.2.2 生产类型生产类型1.1.生产类型是企业生产专业化程度的分类生产类型是企业生产专业化程度的分类a a根据产品的需求量，将产品的生产分为：根据产品的需求量，将产品的生产分为：一般将其分为：单件生产、批量生产小批、一般将其分为：单件生产、批量生产小批、中批、大批和大量生产三种类型。中批、大批和大量生产三种类型。b b各种生产类型的工艺特征各种生产类型的工艺特征不同不同 生产
9、类型不同，则生产组织、管理、选用毛坯生产类型不同，则生产组织、管理、选用毛坯制造方法、加工以及装配方法等方面均有所不同。制造方法、加工以及装配方法等方面均有所不同。2.2.划分生产类型的主要依据是产品的生产纲领。划分生产类型的主要依据是产品的生产纲领。3.3.产品的生产纲领即产品的年产量。产品的生产纲领即产品的年产量。产品的生产纲领：产品的生产纲领：N N：零件的生产纲领件：零件的生产纲领件/年；年；Q Q：产品的年生产量台：产品的年生产量台/年；年；n n：每台产品中该零件的数量件：每台产品中该零件的数量件/台；台；：备品率厂家为用户提供的维修备用件；：备品率厂家为用户提供的维修备用件；：平
10、均废品率生产厂家为防止生产过程中：平均废品率生产厂家为防止生产过程中出现废品而准备的备用件。出现废品而准备的备用件。生产类型的划分基于产品的生产纲领及产品本身生产类型的划分基于产品的生产纲领及产品本身的大小、结构复杂性及精密性等。的大小、结构复杂性及精密性等。直接根据产品的年产量来划分生产类型不行？直接根据产品的年产量来划分生产类型不行？1.2.3 1.2.3 加工工艺规程加工工艺规程1 1工艺规程的种类及内容工艺规程的种类及内容1 1工艺规程：规定产品或零部件制造工艺过程和操工艺规程：规定产品或零部件制造工艺过程和操作方法等的工艺文件作方法等的工艺文件。l用文字、表格和图形的形式表达，也称工
11、艺卡片。用文字、表格和图形的形式表达，也称工艺卡片。l工艺规程是指导生产的依据，是组织生产，做好生产工艺规程是指导生产的依据，是组织生产，做好生产技术准备的主要技术文件。技术准备的主要技术文件。l工艺规程应成为车间或全厂的法规，应严格执行，假工艺规程应成为车间或全厂的法规，应严格执行，假设修改须逐级审批。设修改须逐级审批。l新产品生产中，首先要制订零件的各种工艺规程。新产品生产中，首先要制订零件的各种工艺规程。了解零件的加工过程、使用的设备、生产人员和了解零件的加工过程、使用的设备、生产人员和生产面积的需求、工艺装备的需求及关键的技术难题生产面积的需求、工艺装备的需求及关键的技术难题等。等。2
12、 2工艺规程的种类工艺规程的种类1机械加工综合工艺过程卡：参见机械加工综合工艺过程卡：参见P7图14。2工序卡：工序卡：2.制订工艺规程的原则制订工艺规程的原则1满足生产纲领的要求，与生产类型相适应。满足生产纲领的要求，与生产类型相适应。2保证零件的加工质量，到达图纸的要求。保证零件的加工质量，到达图纸的要求。3应具有较高的生产率和较好的经济性。应具有较高的生产率和较好的经济性。4尽量减轻工人的劳动强度，保证安全生产。尽量减轻工人的劳动强度，保证安全生产。原则是：保证以最低的成本，最高的效率来到达图纸原则是：保证以最低的成本，最高的效率来到达图纸上的全部尺寸和技术要求。包括：质量、生产率、经上
13、的全部尺寸和技术要求。包括：质量、生产率、经济性三个方面的要求。济性三个方面的要求。3.制定工艺规程的步骤制定工艺规程的步骤1 1研究产品图纸，进行零件的工艺性分析。研究产品图纸，进行零件的工艺性分析。a.a.首先要了解产品的工作原理和主要性能，明确零首先要了解产品的工作原理和主要性能，明确零 件在仪器中的安装位置及作用。件在仪器中的安装位置及作用。b.b.分析零件主要外表的尺寸公差和技术要求，明确分析零件主要外表的尺寸公差和技术要求，明确主要技术条件合理性及关键性技术问题。主要技术条件合理性及关键性技术问题。c.c.审查零件的材料是否恰当。审查零件的材料是否恰当。例：如下图销零件例：如下图销
14、零件返回返回2 2由生产纲领、确定生产类型。由生产纲领、确定生产类型。3 3确定毛坯的种类，设计毛坯图。确定毛坯的种类，设计毛坯图。4 4拟定工艺路线。拟定工艺路线。5 5确定机械加工余量，计算工序尺寸及公差，确定机械加工余量，计算工序尺寸及公差，并绘制工序草图。并绘制工序草图。6 6选择加工设备、工艺装备刀、夹、量选择加工设备、工艺装备刀、夹、量 具、计算工艺参数和工时定额。具、计算工艺参数和工时定额。7 7确定各主要工序技术检验要求和检验方法。确定各主要工序技术检验要求和检验方法。8 8填写工艺文件编写工艺规程。填写工艺文件编写工艺规程。返回返回d.审查零件的结构工艺性。审查零件的结构工艺
15、性。1.2.4 1.2.4 机械加工余量和工序尺寸机械加工余量和工序尺寸1 1机械加工余量机械加工余量 1 1总余量与工序余量总余量与工序余量1 1总余量：零件从毛坯到成品的过程中，在某一外总余量：零件从毛坯到成品的过程中，在某一外表上所切除金属层的总厚表上所切除金属层的总厚度毛坯尺寸与零件设计尺度毛坯尺寸与零件设计尺寸之差。寸之差。2工序余量：某一外表，在一道工序中所切除金属工序余量：某一外表，在一道工序中所切除金属层的厚度相邻两工序基本尺寸之差。层的厚度相邻两工序基本尺寸之差。总余量等于各工序余量之和。总余量等于各工序余量之和。Z0=Z1+Z2+Zn 或或Z0=Zi式中：式中：Z0：总余量
16、；总余量；Zi:工序余量工序余量返回返回 注意，在实际加工过程中，由于工序尺寸有公注意，在实际加工过程中，由于工序尺寸有公差，实际切除的余量是有变化的。差，实际切除的余量是有变化的。因此加工余量又有公称余量、最大余量和最小因此加工余量又有公称余量、最大余量和最小余量之分。余量之分。通常所说的加工余通常所说的加工余量，是指公称余量量，是指公称余量而言，其值等于前而言，其值等于前后工序的基本尺寸后工序的基本尺寸之差。之差。余量切除金属层的厚度有单、双边之分，称余量切除金属层的厚度有单、双边之分，称 单边余量、双边余量。单边余量、双边余量。对平面，余量是单边余量，如：对平面，余量是单边余量，如：图图
17、1-51-5对回转外表，余量为对称双边余量如对回转外表，余量为对称双边余量如:各工序所留的最小加工余量，应该保证前工序所各工序所留的最小加工余量，应该保证前工序所产生的形位误差和外表层缺陷被相邻后续工序切除。产生的形位误差和外表层缺陷被相邻后续工序切除。影响最小工序余量的因素有：影响最小工序余量的因素有：1 1前一工序的尺寸公差前一工序的尺寸公差T Ta a2 2前工序所遗留的外表粗糙度前工序所遗留的外表粗糙度R Rzaza和外表缺陷层和外表缺陷层I Ia a 3 3前工序的空间位置误差前工序的空间位置误差a a 图图1-61-6 图图1-7 1-7 4 4本工序的装夹误差或称安装误差本工序的
18、装夹误差或称安装误差b b图图1-81-8加工余量计算公式：加工余量计算公式：对单边余量：对单边余量：对双边余量：对双边余量：确定加工余量的方法：确定加工余量的方法：1分析计算法：利用前面的公式计算，用于大批量分析计算法：利用前面的公式计算，用于大批量生产中，在某些重要的工序上应用。生产中，在某些重要的工序上应用。2经验估计法：工艺人员凭经验，采用类比法确定。经验估计法：工艺人员凭经验，采用类比法确定。多用于单件小批生产中。多用于单件小批生产中。3查表修正法查表修正法:先查表确定查表确定的值很粗糙，先查表确定查表确定的值很粗糙，只能确定大概值，再结合具体情况加以修正。只能确定大概值，再结合具体
19、情况加以修正。2.2.工序尺寸工序尺寸 工序尺寸：指零件在加工过程中各工序所应保证的工序尺寸：指零件在加工过程中各工序所应保证的 尺寸。尺寸。根据加工余量及定位基准的转换计算工序尺寸：根据加工余量及定位基准的转换计算工序尺寸：当定位基准、工序基准或测量基准与设计基准重合当定位基准、工序基准或测量基准与设计基准重合时，在加工过程中，使用同一基准对某一外表进行时，在加工过程中，使用同一基准对某一外表进行屡次加工，到达尺寸要求的情况，只需考虑各工序屡次加工，到达尺寸要求的情况，只需考虑各工序加工余量。加工余量。当定位基准、工序基准或测量基准与设计基准不重当定位基准、工序基准或测量基准与设计基准不重合
20、时，需要应用尺寸链原理进行计算得到工序尺寸。合时，需要应用尺寸链原理进行计算得到工序尺寸。零件外表的最终工序的尺寸及公差，一般均取零件外表的最终工序的尺寸及公差，一般均取自零件图上规定的尺寸及公差，而中间工序的尺寸自零件图上规定的尺寸及公差，而中间工序的尺寸则是根据零件图的尺寸加上或减去工序的加工则是根据零件图的尺寸加上或减去工序的加工余量而得，其公差按加工方法的经济精度选定，采余量而得，其公差按加工方法的经济精度选定，采用用“由后往前推由后往前推的方法，由零件图的尺寸，一直的方法，由零件图的尺寸，一直推算到毛坯尺寸。推算到毛坯尺寸。图图8 8返回返回基准重合时计算方法：基准重合时计算方法：1
21、.3 基准基准1.3.1 基准及分类基准及分类 基准：基准是指在机构中或在加工时用以确定零件基准：基准是指在机构中或在加工时用以确定零件及其几何元素位置的一些点、线、面。及其几何元素位置的一些点、线、面。根据基准的作用不同，分为设计基准和工艺基根据基准的作用不同，分为设计基准和工艺基准和测量基准。准和测量基准。1.设计基准：在零件图上标注设计尺寸所采用的基设计基准：在零件图上标注设计尺寸所采用的基准。准。图图1-9 零件至少在长宽高三个方向上各有一个设计基零件至少在长宽高三个方向上各有一个设计基准，而且用作基准的线或面往往也是装配基准，是准，而且用作基准的线或面往往也是装配基准，是零件上的重要
22、外表或是轴线。零件上的重要外表或是轴线。2.2.工艺基准：工艺基准：工艺基准：工艺基准：零件在加工、测量和装配时采用的基零件在加工、测量和装配时采用的基准。工艺基准又包括工序基准、定位基准和装配基准。准。工艺基准又包括工序基准、定位基准和装配基准。1工序基准：在工序图上，用以标定被加工外表工序基准：在工序图上，用以标定被加工外表位置的点、线、面称为工序基准。位置的点、线、面称为工序基准。图图1-10 工序基准与设计基准相似，设计基准是在零件图工序基准与设计基准相似，设计基准是在零件图上。而工序基准是在工序图上。上。而工序基准是在工序图上。2 2定位基准：工件在机床上或夹具上加工时，用定位基准：
23、工件在机床上或夹具上加工时，用来决定工件相对于刀具位置的基准称为定位基准。来决定工件相对于刀具位置的基准称为定位基准。图图1-11 定位基准又分定位粗基准和定位精基准。定位基准又分定位粗基准和定位精基准。3装配基准：装配时用来确定零部件相对位置的装配基准：装配时用来确定零部件相对位置的基准称为装配基准。基准称为装配基准。图图1-123.测量基准：检验零件已加工外表位置时采用的基准测量基准：检验零件已加工外表位置时采用的基准称为测量基准。称为测量基准。图图1-13返回返回1.3.2 定位基准选择定位基准选择1粗基准的选择粗基准的选择1便于装夹原则便于装夹原则 选择加工余量小的、较精确光滑的、面积
24、较大选择加工余量小的、较精确光滑的、面积较大的外表作为粗基准。的外表作为粗基准。作为粗基准的外表不应有毛刺、浇口、冒口，作为粗基准的外表不应有毛刺、浇口、冒口，以减少定位误差，保证装夹方便、准确。因此应选以减少定位误差，保证装夹方便、准确。因此应选加工余量小的、平整、光洁的大外表作为粗基准。加工余量小的、平整、光洁的大外表作为粗基准。例：例：图图1-142余量均匀原则余量均匀原则选重要的外表作粗基准，可使重要外表的加工选重要的外表作粗基准，可使重要外表的加工余量既小又均匀，这样可保证重要外表的物理性能。余量既小又均匀，这样可保证重要外表的物理性能。例：例：图图1-153 3相互位置原则相互位置
25、原则选择不需要加工的外表作为粗基准，能满足相互位选择不需要加工的外表作为粗基准，能满足相互位置原则。置原则。选择不需要加工的外表作为粗基准时，首先可以保选择不需要加工的外表作为粗基准时，首先可以保证粗基准和被加工外表的相互位置精度证粗基准和被加工外表的相互位置精度，并有可能在一次装夹中把所有要加工的外表全部，并有可能在一次装夹中把所有要加工的外表全部加工完，在工厂中称为加工完，在工厂中称为“一刀活，这样也可以减一刀活，这样也可以减少工件的装夹次数，提高生产率。少工件的装夹次数，提高生产率。图图1-16a1-16a 假设零件上有多个外表不需要加工，则应选择假设零件上有多个外表不需要加工，则应选择
26、其中与加工外表之间的位置精度要求最高的外表作其中与加工外表之间的位置精度要求最高的外表作为粗基准。这样可首先保证它们之间的位置精度。为粗基准。这样可首先保证它们之间的位置精度。4一次性原则一次性原则 图图1-16b2.精基准的选择精基准的选择当工件上有已加工外表时，应尽量采用精基准，当工件上有已加工外表时，应尽量采用精基准，选择精基准时应考虑如何减少误差，保证加工精度选择精基准时应考虑如何减少误差，保证加工精度和安装方便。选择的原则是：和安装方便。选择的原则是：1基准重合原则基准重合原则所谓基准重合是将基准重合到工件的设计基准所谓基准重合是将基准重合到工件的设计基准上，也就是说尽可能地将设计基
27、准作为加工时的定上，也就是说尽可能地将设计基准作为加工时的定位基准及测量时的测量基准，这样可防止产生基准位基准及测量时的测量基准，这样可防止产生基准不重合误差。不重合误差。图图1-16c2 2基准统一原则基准统一原则 基准统一原则是加工各外表时尽量采用同一个定基准统一原则是加工各外表时尽量采用同一个定位基准。位基准。应用基准统一可保证在一次安装中加工几个外表，应用基准统一可保证在一次安装中加工几个外表，减少安装次数和安装误差，有利于保证各加工外表减少安装次数和安装误差，有利于保证各加工外表之间的相互位置精度，相关工序的夹具结构统一，之间的相互位置精度，相关工序的夹具结构统一，简化夹具的设计与制
28、造。简化夹具的设计与制造。“一刀活。一刀活。为采用基准统一，可以在工件上找到或专门设计一为采用基准统一，可以在工件上找到或专门设计一组定位面如一面两孔，用它们定位来加工工件组定位面如一面两孔，用它们定位来加工工件上的多个外表。上的多个外表。例如，轴类零件常用两顶尖孔作为定位基准使例如，轴类零件常用两顶尖孔作为定位基准使 得基准统一。得基准统一。l应用基准统一原则，采用单一的公共基准，必然应用基准统一原则，采用单一的公共基准，必然会带来基准不重合，因此重合和统一两者是有矛会带来基准不重合，因此重合和统一两者是有矛盾的，应根据具体情况处理。盾的，应根据具体情况处理。3 3互为基准原则互为基准原则
29、对某些位置精度要求较高的工件，常采用互为对某些位置精度要求较高的工件，常采用互为基准原则加工，如轴套类零件要求有较高的同心度基准原则加工，如轴套类零件要求有较高的同心度时，常采用外圆和内孔互为基准反复更迭交替时，常采用外圆和内孔互为基准反复更迭交替加工。加工。例：例：4自为基准原则自为基准原则 以待加工外表自身为定位基准。常用于铰孔、以待加工外表自身为定位基准。常用于铰孔、无芯磨、拉孔、珩孔的加工中，自为基准加工不能无芯磨、拉孔、珩孔的加工中，自为基准加工不能提高位置精度，只能提高形状精度。提高位置精度，只能提高形状精度。例：例：1.4 1.4 夹具设计原理夹具设计原理1.4.1 夹具的组成夹
30、具的组成1工件的装夹方式工件的装夹方式 工件从定位到夹紧的整个过程称为安装。常用工件从定位到夹紧的整个过程称为安装。常用的安装方式有三种：的安装方式有三种：1直接找正安装直接找正安装 这种安装方法是操作者利用百分表、划针等工这种安装方法是操作者利用百分表、划针等工具按工件上的基准外表直接找正工件。具按工件上的基准外表直接找正工件。例：例：图图1-17 该方法多用于单件及小批生产，生产率低。但该方法多用于单件及小批生产，生产率低。但当工件上的基准外表精度很高时，用这种方法可以当工件上的基准外表精度很高时，用这种方法可以到达很高的定位精度到达很高的定位精度。2 2按划线找正安装按划线找正安装 这种
31、方法是预先在工件上划线，安装时用划针按这种方法是预先在工件上划线，安装时用划针按所画的线找正工件。所画的线找正工件。例：例：图图1-181-18 这种方法也适用于单件及小批生产，生产率低，这种方法也适用于单件及小批生产，生产率低，找正精度也低。特别是对尺寸和重量较大的工件，由找正精度也低。特别是对尺寸和重量较大的工件，由于使用夹具成本高，直接找正又不方便，因此一般采于使用夹具成本高，直接找正又不方便，因此一般采用按线找正安装，另外对于毛坯零件尺寸小的铸件用按线找正安装，另外对于毛坯零件尺寸小的铸件和锻件，由于精度较低也无法使用夹具，因此也用和锻件，由于精度较低也无法使用夹具，因此也用划线的方法
32、。划线的方法。3用夹具安装用夹具安装 工件直接装在夹具中定位并夹紧，安装方便，定工件直接装在夹具中定位并夹紧，安装方便，定位可靠，适用于成批及大量生产。位可靠，适用于成批及大量生产。2.2.夹具的组成夹具的组成 图图1-19 1-19 铣床夹具铣床夹具 1定位元件：定位元件在夹具中的作用是确定工定位元件：定位元件在夹具中的作用是确定工件在夹具中的准确位置。件在夹具中的准确位置。2夹紧装置：实现对工件的夹紧、保持工件在夹夹紧装置：实现对工件的夹紧、保持工件在夹具中的准确位置。具中的准确位置。3对定装置对刀引导装置：确定刀具与夹具对定装置对刀引导装置：确定刀具与夹具相对位置的元件，如对刀块、钻套等
33、相对位置的元件，如对刀块、钻套等.4夹具体：上述元件的基础及与机床等连接的本夹具体：上述元件的基础及与机床等连接的本体。体。5其它元件及装置为完善使用功能设置：分其它元件及装置为完善使用功能设置：分度、工件顶出装置、上下料机构等。度、工件顶出装置、上下料机构等。1.4.2 1.4.2 定位原理与自由度分析定位原理与自由度分析 1.1.工件在加工中的六点定位原理工件在加工中的六点定位原理 如果一个工件沿空间某个方向上的位置不确定，如果一个工件沿空间某个方向上的位置不确定，我们就说，该工件在该方向具有自由度。我们就说，该工件在该方向具有自由度。六点定位原理：工件进行定位时，用定位元件限六点定位原理
34、：工件进行定位时，用定位元件限制可能的六个自由度，则工件在空间的位置就完全确制可能的六个自由度，则工件在空间的位置就完全确定了。定了。在夹具中通常是用一个支承点来限制工件的一个在夹具中通常是用一个支承点来限制工件的一个自有度，用合理分布的六个支承点或相当于六个支自有度，用合理分布的六个支承点或相当于六个支承点的定位元件限制工件的六个自由度。使工件的承点的定位元件限制工件的六个自由度。使工件的位置完全确定，这就是常说的六点定位原理。位置完全确定，这就是常说的六点定位原理。例：例：图图1-201-20 2.六点定位原理在夹具设计中的应用六点定位原理在夹具设计中的应用 一个工件要确定它在空间的位置必
35、须限制六个自一个工件要确定它在空间的位置必须限制六个自由度，确定工件在空间的位置就是定位。由度，确定工件在空间的位置就是定位。a.工件的定位应该有一个实在的元件来限制它的位置，工件的定位应该有一个实在的元件来限制它的位置，称定位元件。称定位元件。b.定位应该有一定的精度要求，保证在加工工件的公定位应该有一定的精度要求，保证在加工工件的公差范围之内。差范围之内。c.基准外表与定位元件应始终良好接触或配合，基准外表与定位元件应始终良好接触或配合，不脱离。不脱离。d.定位和夹紧有区别，假设要准确定位，必须有定位定位和夹紧有区别，假设要准确定位，必须有定位元件限制，而不能只靠夹紧。元件限制，而不能只靠
36、夹紧。1 1完全定位与不完全定位完全定位与不完全定位1完全定位：当工件上的完全定位：当工件上的6个自由度均被夹具的定位个自由度均被夹具的定位元件限制时，称为完全定位。元件限制时，称为完全定位。2不完全定位：按加工要求，当工件上应限制的自不完全定位：按加工要求，当工件上应限制的自由度都被限制，但还未限制到由度都被限制，但还未限制到6个自由度时，称为不个自由度时，称为不完全定位。完全定位。2 2欠定位与过定位欠定位与过定位1欠定位：影响本工序加工尺寸或位置精度的自由欠定位：影响本工序加工尺寸或位置精度的自由度未被完全限制。度未被完全限制。例：轴铣键槽例：轴铣键槽 图图1-21问题：加工这个键槽用不
37、用限制问题：加工这个键槽用不用限制 。2过定位：有多余的定位元件或有一个以上的定过定位：有多余的定位元件或有一个以上的定位元件重复限制同一自由度。过定位也叫重复定位位元件重复限制同一自由度。过定位也叫重复定位或超定位。或超定位。例：例：图图1-22过定位的优缺点：过定位的优缺点：.过定位可能破坏正常定位，造成工件变形等后果。过定位可能破坏正常定位，造成工件变形等后果。例例:齿轮毛坯加工时的定位方案。齿轮毛坯加工时的定位方案。图图1-23.过定位可以辅助提高工件的刚度，改善加工条件。过定位可以辅助提高工件的刚度，改善加工条件。例例:车削细长轴时，采用中心架提高工件的刚度。车削细长轴时，采用中心架
38、提高工件的刚度。图图1-24消除过定位的方法：消除过定位的方法：a a.改变定位元件的结构。改变定位元件的结构。b b.定位元件在重复定位的自由度方向可以浮动或定位元件在重复定位的自由度方向可以浮动或移动，消除多余的自由度。移动，消除多余的自由度。3 3限制自由度数目的原则限制自由度数目的原则 根据加工的工序尺寸和位置精度要求来决定，根据加工的工序尺寸和位置精度要求来决定，影响本工序加工尺寸或位置精度的自由度必须限制，影响本工序加工尺寸或位置精度的自由度必须限制，不影响的不必限制。不影响的不必限制。例：在平面磨床上磨一平板零件的上外表。要求：例：在平面磨床上磨一平板零件的上外表。要求：厚度厚度
39、B；上外表要与底面平行。；上外表要与底面平行。图图1-254分析限制自由度的方法分析限制自由度的方法总体法：总体法：首先，根据工件的加工要求判断应限制哪些自由度。首先，根据工件的加工要求判断应限制哪些自由度。然后，根据已采取的定位方式总体分析笼统分析然后，根据已采取的定位方式总体分析笼统分析该定位方式限制了哪些的自由度。分析时可不具体判该定位方式限制了哪些的自由度。分析时可不具体判断哪一个自由度到底是由哪一个定位元件限制的。用断哪一个自由度到底是由哪一个定位元件限制的。用该方法可判断有否欠定位和定位的必要性。该方法可判断有否欠定位和定位的必要性。分件法：分件法：按单个定位元件分析所限制的自由按
40、单个定位元件分析所限制的自由 度，以便判断该定度，以便判断该定位方案有否过定位。位方案有否过定位。分析方法：分析方法：对已有的定位方案进行分析时，应采用总体法及分件对已有的定位方案进行分析时，应采用总体法及分件法两种方法分析，判断超、欠定位情况。法两种方法分析，判断超、欠定位情况。例：加工上面的键槽例：加工上面的键槽 图图1-261-26 对定位元件限制自由度问题作进一步讨论：对定位元件限制自由度问题作进一步讨论：用分件法分析时，是按单个定位元件来分析所限制用分件法分析时，是按单个定位元件来分析所限制的自由度。分析第一个定位元件所限制的自由度时，的自由度。分析第一个定位元件所限制的自由度时，因
41、为这时工件上还没有其它的定位元件对其自由度因为这时工件上还没有其它的定位元件对其自由度进行限制，故此时可按该元件实际限制的自由度去进行限制，故此时可按该元件实际限制的自由度去分析。分析。分析第二个定位元件时情况有所不同，因为此时工分析第二个定位元件时情况有所不同，因为此时工件在第一个定位元件的作用下，工件上的某些自由件在第一个定位元件的作用下，工件上的某些自由度已经被第一个定位元件限制了。因此，分析第二度已经被第一个定位元件限制了。因此，分析第二个定位元件所限制的自由度时，应结合第一个定位个定位元件所限制的自由度时，应结合第一个定位元件来综合考虑在二者的共同作用下所限制的自由元件来综合考虑在二
42、者的共同作用下所限制的自由度情况。度情况。有两种情况：有两种情况：对移动自由度对移动自由度当第二个定位元件限制的移动自由度与第一个定位当第二个定位元件限制的移动自由度与第一个定位元件限制的移动自由度是平行关系时，此时两个定元件限制的移动自由度是平行关系时，此时两个定位元件共同作用，第二个定位元件限制转动自由度；位元件共同作用，第二个定位元件限制转动自由度；比方前例中的双顶尖，第二个定位元件后顶尖比方前例中的双顶尖，第二个定位元件后顶尖与第一个定位元件前顶尖在与第一个定位元件前顶尖在z和和x方向都是平行方向都是平行关系，因此第二个定位元件不再限制关系，因此第二个定位元件不再限制z方向和方向和x方
43、向方向的移动自由度，而是限制转动自由度的移动自由度，而是限制转动自由度 、。图图1-26当第二个定位元件限制的移动自由度与第一个定位当第二个定位元件限制的移动自由度与第一个定位元件限制的移动自由度共线时，此时第二个定位元元件限制的移动自由度共线时，此时第二个定位元件仍然限制第一个定位元件已限制的移动自由度，件仍然限制第一个定位元件已限制的移动自由度，出现超移动自由度定位。出现超移动自由度定位。例如：例如：图图1-271-27对转动自由度对转动自由度对第一个定位元件所限制的转动自由度第二个元件对第一个定位元件所限制的转动自由度第二个元件仍然限制，互不影响，出现超转动自由度定位。仍然限制，互不影响
44、，出现超转动自由度定位。例：加工齿轮毛坯定位方案，长销、大平面，超例：加工齿轮毛坯定位方案，长销、大平面，超 、图图1-231-23。返回返回例：分析连杆的定位情况，加工连杆小头孔，采用的例：分析连杆的定位情况，加工连杆小头孔，采用的定位元件是：大平面、长销、挡销。定位元件是：大平面、长销、挡销。图图1-28例：长例：长V型铁和平面定位，在一个圆柱上铣平台。型铁和平面定位，在一个圆柱上铣平台。图图1-29 另外要注意：分析定位元件所限制的自由度时，另外要注意：分析定位元件所限制的自由度时，先分析哪一个元件都可以，最后得到的结论都一样。先分析哪一个元件都可以，最后得到的结论都一样。比方还是前例中
45、的双顶尖：比方还是前例中的双顶尖：先分析后顶尖：先分析后顶尖：、，前顶尖：，前顶尖：、图图1-263典型定位元件的自由度分析典型定位元件的自由度分析 在我们进行夹具设计时，要使用一些典型的定位在我们进行夹具设计时，要使用一些典型的定位元件，对这些典型定位元件所能限制的自由度，应该元件，对这些典型定位元件所能限制的自由度，应该十分了解。这样有助于我们拟订定位方案。十分了解。这样有助于我们拟订定位方案。P17表表11是典型的定位元件的自由度分析表。是典型的定位元件的自由度分析表。例：根据加工要求，选择定位方案例：根据加工要求，选择定位方案1圆柱体圆柱体D端面上打一直径端面上打一直径d深度深度h的盲
46、孔。的盲孔。图图1-30问题：当问题：当d由盲孔改为通孔时，定位方案该如何？由盲孔改为通孔时，定位方案该如何？假设采用相同的定位元件，实际上假设采用相同的定位元件，实际上 被被 限制了，限制了，假设有意不限制，反而会使夹具的结构更复杂。假设有意不限制，反而会使夹具的结构更复杂。1.4.3 1.4.3 定位方法与定位元件设计定位方法与定位元件设计.对定位元件的要求对定位元件的要求1.1.由于工件直接和定位元件接触，为保持夹具长期定由于工件直接和定位元件接触，为保持夹具长期定位精度，定位元件的工作外表需耐磨。位精度，定位元件的工作外表需耐磨。2.2.为防止由工件传来的外力使定位元件变形乃至损坏，为
47、防止由工件传来的外力使定位元件变形乃至损坏，定位元件应具有一定的刚度和强度。定位元件应具有一定的刚度和强度。3.3.便于去除切屑。便于去除切屑。4.4.良好的工艺性，易于制造和装配。良好的工艺性，易于制造和装配。5.5.精度应与工件相适应。精度应与工件相适应。.定位元件的分类定位元件的分类 1.平面定位基准的定位元件平面定位基准的定位元件2.内孔定位基准的定位元件内孔定位基准的定位元件3.外圆定位基准的定位元件外圆定位基准的定位元件4.工件以特殊外表定位时的定位元件工件以特殊外表定位时的定位元件5.复合定位基准的定位元件复合定位基准的定位元件 复合定位指工件不是单一基准面定位，而是多复合定位指
48、工件不是单一基准面定位，而是多个基准面共同定位。个基准面共同定位。1.1.工件以平面做定位基准工件以平面做定位基准平面定位用的元件，又叫做支承平面定位的主要平面定位用的元件，又叫做支承平面定位的主要形式是支承定位。有三种形式：固定支承、可调形式是支承定位。有三种形式：固定支承、可调支承、自位支承。支承、自位支承。这些元件的结构和尺寸都已标准化，可在夹具这些元件的结构和尺寸都已标准化，可在夹具设计手册中查到。这里主要介绍它们的结构特点。设计手册中查到。这里主要介绍它们的结构特点。夹具上常用的支承元件有以下几种：夹具上常用的支承元件有以下几种：1 1固定支承固定支承 图图1-311-31有支承钉和
49、支承板两种形式。有支承钉和支承板两种形式。1支承钉支承钉结构形式有平头、圆头、网纹头三种。结构形式有平头、圆头、网纹头三种。a 平头：接触面积大，用于精基准面。平头：接触面积大，用于精基准面。b 圆头：接触面积小，用于粗基准面。圆头：接触面积小，用于粗基准面。圆头支承钉与定位面为点接触，接触面积小，圆头支承钉与定位面为点接触，接触面积小，易磨损，在外力作用下且使定位面产生压陷，当工易磨损，在外力作用下且使定位面产生压陷，当工件夹紧后会带来较大的安装误差，故圆头支承钉仅件夹紧后会带来较大的安装误差，故圆头支承钉仅适用于粗基准。适用于粗基准。2 2支承板支承板 支承板和平头支承钉都用于已加工平面的
50、定位。支承板和平头支承钉都用于已加工平面的定位。一般来说，支承钉用于较小平面，支承板用于较大一般来说，支承钉用于较小平面，支承板用于较大平面。但当工件上的基准平面较窄，难于将支承钉平面。但当工件上的基准平面较窄，难于将支承钉布置成适宜的支承三角形而造成定位不稳时，则可布置成适宜的支承三角形而造成定位不稳时，则可用支承板定位。用支承板定位。c 接触面大，用于精基准，易于清屑，用于底面。接触面大，用于精基准，易于清屑，用于底面。如下图，切屑易去除，当板上有切屑时，工件如下图，切屑易去除，当板上有切屑时，工件沿板面推入，就可将切屑推入斜槽，不影响定位。沿板面推入，就可将切屑推入斜槽，不影响定位。2