機械制造工藝學 第3版 教學課件 鄭修本 第二章 工件的定位及機床夾具的設計要點

1、第二章 工件的定位及機床夾 具的設計要點,第一節(jié) 基準的概念及其分類第二節(jié) 工件的裝夾方式第三節(jié) 工件的定位原理第四節(jié) 工件定位誤差的分析與計算第五節(jié) 機床夾具設計的要點,第一節(jié) 基準的概念及其分類,一、基準的概念 基準是用來確定生產(chǎn)對象上幾何要素間的幾何關系所依據(jù)的那些點、線、面。二、基準的分類,工藝基準（為工藝而用的基準）,設計基準（為設計而用的基準）,基準,1、設計基準 設計圖樣上所采用的基準

2、稱為設計基準，如零件圖樣上所采用的基準，也應包括裝配圖樣上的基準，即裝配基準。裝配時是根據(jù)裝配圖樣上的基準進行裝配的。裝配基準是指裝配時用來確定零件或部件在產(chǎn)品中的相對位置所采用的基準。例如，圖2-1a所示的零件，對尺寸20mm而言，B面是A面的設計基準，或者A面是B面的設計基準，它們互為設計基準。一般說來，設計基準是可逆的。圖2-1b所示的零件，,對同軸度而言， 50mm的軸線是 30mm軸線的設計基準。而

3、 50mm圓柱面的設計基準是50mm的軸線, 30mm圓柱面的設計基準是 30mm的軸線。不應籠統(tǒng)地說，軸的軸線是它們的設計基準。圖2-1c所示零件，對尺寸45mm而言，圓柱面的下素線D是鍵槽底面C的設計基準。,圖2-1,又如圖2-2所示的主軸箱箱體，頂面F的設計基準是底面D，孔Ⅲ和Ⅳ軸線的設計基準是底面D和導向側面E，孔Ⅱ軸線的設計基準是孔Ⅲ和Ⅳ的軸線。D面和E面也是主軸箱總成在機床床身上的裝配基準。

4、,圖2-2,2、工藝基準——為工藝而用的基準(1)工序基準（工序簡圖上工序尺寸的基準，簡言之，工序基準就是工序圖上的基準。）(2)定位基準（它是在加工中用作定位的基準。用夾具裝夾時，定位基準就是工件上直接與夾具的定位元件相接觸的點、線、面。）(3)測量基準（它是測量時所采用的基準。）,現(xiàn)以圖2-3為例說明各種基準及其相互關系。,圖2-3,3、樹立正確的基準概念1）應從設計和工藝兩方面去建立基準的正確概念。2）基準是依據(jù)的點、線

5、、面必然都是客觀存在的。3）基準要確切。,第二節(jié) 工件的裝夾方式,工件的裝夾方式有以下幾種：(1)用夾具裝夾夾具是用以裝夾工件（和引導刀具）的裝置。(2)找正裝夾找正是用工具(和儀表)根據(jù)工件上有關基準，找出工件在劃線、加工或裝配時的正確位置的過程。用找正方法裝夾工件稱為找正裝夾。,找正裝夾又可分為：1)劃線找正裝夾。（此法是用劃針根據(jù)毛坯或半成品上所劃的線為基準找正它在機床上正確位置的一種裝夾方法。）2)直接找正裝

6、夾。(此法是用劃針和百分表或通過目測直接在機床上找正工件位置的裝夾方法。),圖2-4,圖2-5,第三節(jié) 工件的定位原理,一、工件的六點定位工件定位的實質就是在加工前，確定工件在機床上或夾具中占有正確位置。由運動學可知：自由剛體在空間直角坐標體系中有六個自由度。工件可近似地看成為自由剛體，要使工件定位就需要限制工件的六個自由度，這就稱為工件的六點定位。在實際生產(chǎn)中，起定位作用限制工件自由度的是形狀簡單的幾何體，稱為定位元

7、件。,圖2-6,圖2-7,二、滿足加工要求必須限制的自由度——完全定位和不 完全定位 完全定位：工件的六個自由度都限制了的定位稱為完全定位。 不完全定位：工件被限制的自由度少于六個，但能滿足加工要求的定位稱為不完全定位。 通孔在工件定位時，以下幾種情況允許不完全定位：1）加工或通槽時，沿貫通方向的移動自由度可不限制。2）工件是軸對稱時（圓柱體工件），繞對稱軸的轉動自由度可不限制。3）加工貫通平面時

8、，可不限制沿兩個貫通軸的移動自由度和不限制繞垂直加工面的軸的轉動自由度。,三、欠定位和重復定位 欠定位：為滿足加工要求必須限制的自由度沒有被限制的定位稱為欠定位。 重復定位：若出現(xiàn)一個自由度同時被兩個或兩個以上的定位元件重復限制的定位稱為重復定位。,圖2-8,當齒坯的內孔與端面垂直度誤差較大時，就會出現(xiàn)定位的不確定性。,圖2-9,四、自由度疊加與消除方法 自由度疊加：各定位元件限制的自由度

9、數(shù)之和為該定位方案總體限制的自由度數(shù)稱為自由度疊加。 為了解決重復定位帶來的定位不確定性，除提高工件重復定位的一組表面的位置精度和一組重復定位元件的位置精度，保證其相互不干涉外，必須消除多余的自由度數(shù)。具體的消除方法是：1）定位元件在重復定位的自由度方向可以浮動或移動，消除多余的自由度。2）改變定位元件的結構增加某個自由度方向的間隙，消除多余的自由度。,圖2-10,第四節(jié) 工件定位誤差的分析與計算,掌握了工件的定位原理

10、，確定了工件的定位方案后，還要進行定位方案精度的定量分析，即定位誤差的分析與計算。一、定位誤差的含義和產(chǎn)生的原因 定位誤差：用調整法加工一批工件時，在工件的定位方案中會遇到定位基準與工序基準不重合，以及工件的定位基準與定位元件的定位表面存在制造誤差。這些都能引起工件的工序基準偏離正確位置，使工序尺寸產(chǎn)生誤差，這種誤差是在定位時產(chǎn)生的，故稱為定位誤差。,定位誤差產(chǎn)生的原因：1）基準不重合誤差ΔB,圖2-11,定

11、位誤差產(chǎn)生的原因：2）基準位移誤差ΔY,圖2-12,由圖2-12b可知：用調整法加工時，當工件孔的直徑為最大 、心軸直徑為最小 時，工序基準的偏移量 為最大 ，工序尺寸 也為最大 ；當工件孔的直徑為最小 、心軸直徑為最大 時，工序基準的偏移量 為最小 ，工序尺寸 也為最小 。因此 用圖2-12中的工件孔和心軸的公

12、差TD和Td0代入上式可得,根據(jù)基準分析要確切的觀點，要分清基準是圓柱面還是圓柱面的軸線，本例中定位基準是圓柱面（確切地講是圓柱面上某素線），而工序基準是孔的軸線，由 圖2-12b可清晰地看到兩基準是不同的。故基準位移誤差，實質上仍是基準不重合，因而它的大小還是工序基準在工序尺寸方向上的最大變動量。它和基準不重合誤差的區(qū)別僅在于引起的原因不同，造成的結果從定位示意圖上看都是使工序基準產(chǎn)生偏離。這一結論對定位誤差的計算具有重要的意義。

13、,二、定位誤差的簡易建模方法 1、建立幾何模型分別用最大外圓和最小外圓按同一定位方式畫好定位示意圖，再以三種不同的工序基準分別標出最大工件時和最小工件時的兩個工序尺寸和工序基準：,圖2-13,2、求解確定幾何模型中最大的和最小的工序尺寸以及它們的長度差別，該段長度差別即工序基準在工序尺寸方向上的最大變動量——定位誤差。1）以軸線 為工序基準，在外圓 上銑削工序尺寸為 的鍵槽。如圖2-13a所示，定位誤差

14、 ，可通過△ 和△ 的幾何關系求得,2）以外圓下素線 為工序基準，銑削工序尺寸為 的鍵槽。如圖2-13b所示，定位誤差 ，由圖可得,2）以外圓上素線 為工序基準，銑削工序尺寸為 的鍵槽。如圖2-13c所示，定位誤差 ，由圖可得,三、用夾具裝夾時的其他誤差 用夾具裝夾的其他誤差還有：（1）對刀誤差Δt（因刀具相對于

15、對刀或導向組件的位置不準確而造成的誤差。）（2）夾具中的其他誤差Δj（夾具中的定位元件與對刀或導向組件，以及定位元件與夾具安裝基面之間的位置不準確而造成的誤差。）（3）夾具的安裝誤差Δa（夾具安裝在機床上不準確而造成的誤差。）,第五節(jié) 機床夾具設計的要點,機床夾具指各種金屬切削機床上用以裝夾工件（和引導刀具）的裝置，如車床上使用的三爪自定心卡盤、銑床上使用的平口虎鉗等機床上通用的夾具，還有專為某一工件某道工序設計制造的專用夾具

16、等。,可參照的設計要點如下：1）機床夾具設計的首要工作是確定工件的定位方式和刀具的引導方法。該工作的理論知識是本章的核心內容——定位原理。2）機床夾具的精度質量分析是機床夾具設計的另一重要工作，它的理論知識是本章的定位誤差分析。3）由于機床夾具的設計數(shù)量極大，因而設計中采用了高度標準化的夾具元件零件、組件、部件（機構和裝置）。4）機床夾具的設計手冊和典型機床夾具的圖冊等設計資料應有盡有，為機床夾具設計人員提供了豐富的設計資源，是