第二章 工件在夾具中的定位

.,第二章、工件在夾具中的定位,工件定位目的：使同批工件在機(jī)床或夾具上有正確位置。,工件定位的意義：1.對單個工件來說，是使工件準(zhǔn)確專據(jù)定位元件規(guī)定的位置。2.對于一批工件來說，是使它們都占有一致的位置。,.,定位基準(zhǔn)在機(jī)械加工中用作定位的基準(zhǔn)。定位基面工件定位時，作為定位基準(zhǔn)的點和線，往往由某些具體表面體現(xiàn)出來，這種表面稱為定位基面。,.,2-1.工件定位原理,(1)六點定位原理一個自由的物體，它對三個相互垂直的坐標(biāo)系來說，有六個活動可能性，其中三種是移動，三種是轉(zhuǎn)動。習(xí)慣上把這種活動的可能性稱為自由度，因此空間任一自由物體共有六個自由度。,圖2-1工件自由度示意圖,未定位工件在空間有六個自由度，定位就是限制其自由度。,.,.,圖2-2六點定位簡圖,合理布置六個定位支承點，使工件上的定位基面與其接觸，一個支承點限制工件一個自由度，使工件六個自由度被完全限制，在空間得到唯一確定的位置，此即六點定位原理。,.,實際中一個定位元件可體現(xiàn)一個或多個支承點，視具體工作方式及其與工件接觸范圍大小而定。,定位與夾緊的區(qū)別：定位是使工件占有一個正確的位置，夾緊是使工件保持這個正確位置。,.,用支承點或相當(dāng)于支承點的定位件去限制工件在空何的自由度時：1.定位支承點必須與工件定位基準(zhǔn)始終保持緊密貼合，不得脫離，否則支承點就失去了限制自由度的作用。,2.在分析支承點起定位作用時，不應(yīng)考慮力的影響，因為我們說工件在某個方向上的自由度被限制，是指工件在該方向上有了確定的位置，并不是指工件在受到使它脫離支承點的外力時也不運(yùn)動，使工件在外力作用下也不運(yùn)動的是夾緊的結(jié)果，定位和夾緊是兩個概念，不要混淆3.定位支承點是定位元件抽象而來的。,.,考慮定位方案時，先分析必須消除哪些自由度，再以相應(yīng)定位點去限制。,.,圖2-3工件應(yīng)限制的自由度,只有oz方向上有原始尺寸，但要保證此尺寸必須限制三個自由度，即沿Z軸的移動和繞X軸、Y軸的轉(zhuǎn)動,ox方向上沒有原始尺寸要求，因此沿這個方向移動的自由度?？梢圆患酉拗?，工件只要限制五個自由度就夠了。,a）,.,一、完全定位工件的六個自由度被完全限制的定位稱完全定位。,工件定位情況分類：,二、不完全定位（部分定位）工件被限制的自由度數(shù)少于六個，仍能保證有關(guān)工序尺寸時的定位稱為不完全定位。,這兩種定位方式都是合理的定位方式。,.,1）完全定位：,圖2-2連桿鉆孔定位方案,平面支承,側(cè)擋銷,短圓柱銷,.,大端面限制:X方向的移動自由度Y、Z的轉(zhuǎn)動自由度,短銷限制:Y、Z方向的移動自由度,防轉(zhuǎn)銷限制:X方向轉(zhuǎn)動自由度,.,2）不完全定位：,.,三、欠定位工件應(yīng)限制的自由度未被限制的定位，為欠定位，在實際生產(chǎn)中是絕對不允許的。,b）,.,四、過定位（重復(fù)定位）工件一個自由度被兩個或以上支承點重復(fù)限制的定位稱為過定位或重復(fù)定位。,過定位是否允許，要視具體情況而定：1）若工件定位面經(jīng)機(jī)械加工，且尺寸和形位置精度較高，則允許過定位。合理過定位不僅不會影響加工精度，還可加強(qiáng)工藝系統(tǒng)剛度，提高定位穩(wěn)定性。2）若工件定位面是毛坯面，或加工精度不高，則過定位不允許?？赡茉斐啥ㄎ徊粶?zhǔn)、不穩(wěn)或干涉等。,.,過定位造成的后果：（1）使工件或夾具元件變形，引起加工誤差；（2）使部分工件不能安裝，產(chǎn)生定位干涉（如一面兩銷）過定位一般是不允許的，但在精加工時也可看到。,.,.,.,過定位：,圖2-5過定位示意,.,過定位：,圖2-6滾、插齒時工件的過定位,.,.,.,消除過定位及其干涉的途徑：1.改變定位元件結(jié)構(gòu)，消除對自由度的重復(fù)限制，如長銷改成短銷。,2.提高工件定位基面之間的位置精度，提高夾具定位元件之間的位置精度，減少或消除過定位引起的干涉，精加工時可增加剛度和定位穩(wěn)定性。,.,.,.,夾持較長卡盤相關(guān)于套筒限制:Y、Z方向的移動自由度Y、Z的轉(zhuǎn)動自由度,頂尖限制:Y、Z方向轉(zhuǎn)動自由度,重復(fù)限制:Y、Z方向轉(zhuǎn)動自由度,.,.,.,2-2定位元件的選擇與設(shè)計工件的定位基準(zhǔn)有各種形式，如平面、外圓柱而、圓孔、圓錐面、型面等等。對于這些基準(zhǔn)表而可以用各種不同的方法來實現(xiàn)定位。根據(jù)被加工工件的工序要求正確地選擇定位方法，選擇和設(shè)計定位件，是夾具設(shè)計的主要內(nèi)容之一。,.,定位元件的設(shè)計應(yīng)滿足下列要求：要有與工件相適應(yīng)的精度；要有足夠的剛度，不允許受力后發(fā)生變形；要有耐磨性，以便在使用中保持精度。一般多采用低碳鋼滲碳淬火或中碳鋼淬火，硬度為5862HRC。,.,(1)平面定位元件,1)固定支承（支承釘、支承板）,.,A型用于精基準(zhǔn)B型用于粗基準(zhǔn)C型用于側(cè)面定位。,支承釘與夾具孔的配合為H7/r6或H7/n6。若支承釘需經(jīng)常更換時可加襯套，其外徑與夾具體孔的配合亦為H7/r6或H7/n6，內(nèi)徑與支承釘?shù)呐浜蠟镠7/js6。使用幾個A型支承釘時，裝配后應(yīng)磨平工作表面，以保證等高性。,.,固定支承板多用于工件上已加工表面的定位適用于精基準(zhǔn)，有時可用一塊支承板代替兩個支承釘。左圖A型結(jié)構(gòu)簡單，但埋頭螺釘處易堆積切屑，故用于工件側(cè)面或頂面定位。而右圖B型支承板可克服這一缺點，主要用于工件的底面定位。,.,2)可調(diào)支承多用于毛面定位，每批調(diào)整一次，以補(bǔ)償各批毛坯誤差,.,適用于毛坯（如鑄件）分批制造，其形狀和尺寸變化較大的粗基準(zhǔn)定位。亦可用于同一夾具加工形狀相同而尺寸不同的工件，或用于專用可調(diào)整夾具和成組夾具中。在一批工件加工前調(diào)整一次，調(diào)整后用鎖緊螺母鎖緊。,.,3)自位支承支承本身可隨工件定位基準(zhǔn)面的變化而自動適應(yīng)，一般只限制一個自由度，即一點定位。,杠桿式，與工件作兩點接觸,球面式，與工件作三點接觸,.,二點浮動式，與工件作二點接觸,.,支承本身的位置在定位過程中，能自動適應(yīng)工件定位基準(zhǔn)面位置變化的一類支承。自位支承能增加與工件定位面的接觸點數(shù)目，使單位面積壓力減小，故多用于剛度不足的毛坯表面或不連續(xù)的平面的定位。,.,4)輔助支承在工件定位后才參與支承的元件，不限制自由度，主要用于提高工件的剛度和定位穩(wěn)定性。,.,.,支承銷的高度高于主要支承，當(dāng)工件裝夾在主要支承上后，支承銷被工件定位基準(zhǔn)面壓下，并與其他主要支承一起與工件定位基準(zhǔn)面保持接觸，然后鎖緊。適用于工件重量較輕，垂直作用的切削負(fù)荷較小的場合,.,(2)工件以圓孔定位有些工件，如套筒、法蘭盤、撥叉等以孔作為定位基準(zhǔn)，此時采用的定位元件有定位銷、定位心軸等。1）定位銷分固定式和可換式，圓柱銷和菱形銷,.,定位銷頭部應(yīng)做出倒角或圓角，以便于裝入工件定位孔。主要用于直徑小于50mm的中小孔定位。,.,2）圓錐銷常用于工件孔端的定位，可限制三個自由度工件在單個圓錐銷上容易傾斜，為此，圓錐銷一般與其它定位元件組合適用。,.,“一面兩銷”的兩圓柱銷重復(fù)限制了沿x方向的移動自由度，屬于過定位。由于工件上兩孔的孔心距和夾具上兩銷的銷心距均會有誤差，因而會出現(xiàn)上圖所示的相互干涉現(xiàn)象。,.,解決“一面兩孔”的定位干涉問題的途徑：(1)減小一個銷的直徑；(2)將一個銷做成削邊銷。,.,3）定位心軸主要用于盤套類零件的定位。心軸定心精度高，但裝卸費(fèi)時，有時易損傷工件孔，多用于定心精度要求高的情況。定位時，工件楔緊在心軸上，多用于車或磨同軸度要求高的盤類零件，小錐度心軸實際上起不到定位的作用,.,圖a為間隙配合心軸，心軸工作部分按基孔制h6、g6或f7制造。裝卸工件較方便，但定心精度不高,.,圖b為過盈配合心軸，引導(dǎo)部分直徑D3按e8制造，其基本尺寸為基準(zhǔn)孔的最小極限尺寸，其長度約為基準(zhǔn)孔長度的一半。心軸上的凹槽供車削工件端面時退刀用。這種心軸制造簡便，定心準(zhǔn)確，但裝卸工件不便，且易損傷工件定位孔。多用于定心精度要求較高的場合。,.,圖c為錐度心軸。錐度K通常為1/50001/1000。這種定位方式的定心精度較高，可達(dá)0.010.02mm，但工件的軸向位移較大，適用于工件定位孔精度不低于IT7的精車和磨削加工，但加工端面較為困難。,.,.,三、工件以外圓表面定位工件以外圓柱面定位在生產(chǎn)中是常見的，如軸套類零件等。常用的定位元件有V形塊、定位套、半圓定位座。,1）定位套筒,.,定位套筒一般直接安裝在夾具體上的孔中，工件定位外圓面與其孔一般采用基孔制配合（H7g6）。套筒定位結(jié)構(gòu)簡單，主要用于精基準(zhǔn)定位。套筒有長、短之分，其定位孔常與端面構(gòu)成組合限位面，共同約束工件自由度。,.,2）半圓定位座常用于大型軸類工件的定位將同一圓周面的孔分成兩半圓，下半圓部分裝在夾具體上，起定位作用，上半圓部分裝在可卸式或鉸鏈?zhǔn)缴w上，起夾緊作用，半圓孔定位座適用于大型軸類工件的定位。,.,3）V形塊定位結(jié)構(gòu)尺寸已標(biāo)準(zhǔn)化，斜面夾角有6090120,以900用的最多，因為它在保證定位穩(wěn)定性和減少夾具的外形尺寸方面比1200和600的都好。,.,.,.,在V形塊上定位時，工件具有自動對中作用。V形塊的主要尺寸為：,d標(biāo)準(zhǔn)心軸直徑，即工件定位用外圓直徑(mm);HV形塊高度(mm);NV形塊的開口尺寸(mm);H定對標(biāo)準(zhǔn)心軸而言，V形塊的標(biāo)準(zhǔn)高度，V形塊兩工作平面間的夾角。,設(shè)計V形塊時H定值的計算：,.,.,4）外圓定心夾緊三爪卡盤、雙V形鐵定心夾緊、彈簧夾頭,.,(4)工件以其它表面定位,.,(5)組合表面定位1）一個平面和與其垂直的兩個孔組合,.,2）一平面和與其垂直的兩外圓柱面組合,.,3）一孔和一平行于孔中心線的平面組合,.,.,.,.,.,.,.,兩孔中心距為：LTlk/2，兩銷中心距為：LTlX/2。兩孔與兩銷的最小間隙分別是1min，2min。,.,定位銷的設(shè)計與選取：,確定兩定位銷的尺寸：,確定定位銷中心距及公差：,確定圓柱銷尺寸及公差：,.,確定菱銷的寬度：,查表?。篵=4mm,確定菱形銷尺寸及公差：,根據(jù)式：,得：,取菱形銷的精度為：IT6，Td2=0.011,d2min=d2max-Td2=11.947-0.011=11.936,.,.,.,.,.,.,1、A夾具位置誤差。,2、D定位誤差。,3、T對刀導(dǎo)向誤差。,4、G某些加工因素造成的加工誤差。,上述誤差合成不應(yīng)超出工件的加工公差T，即：D十A十T十G,2-3定位誤差的分析計算,工件在夾具中加工時的加工誤差,.,在工件的加工中，還會因夾具在制造與安裝、工件的夾緊、機(jī)床的工作精度、刀具的精度、受力變形、熱變形等因素而產(chǎn)生誤差，定位誤差僅是加工誤差的一部分。所以一般限定定位誤差不超過工件加工公差T的1/51/3，即D(1/51/3)T,定位誤差概念:是指由于定位不準(zhǔn)而造成某一個工序在工序尺寸或位置要求方面的加工誤差，一般以d（或者定位)表示。,.,成批加工工件時，夾具相對機(jī)床的位置及切削運(yùn)動的行程調(diào)定后不再變動，可認(rèn)為加工面的位置是固定的。但因一批工件中每個工件在尺寸形狀及表面相互位置上均存在差異，所以定位后各表面有不同的位置變動。工序基準(zhǔn)的位置變動將對加工精度有直接影響。,.,定位誤差是由于工件在夾具上（或機(jī)床上）定位不準(zhǔn)確而引起的加工誤差。例如在一根軸上銑鍵槽，要求保證槽底至軸心的距離H。若采用V型塊定位，鍵槽銑刀按規(guī)定尺寸H調(diào)整好位置，如圖所示。則實際加工時，由于工件外圓直徑尺寸有大有小，會使外圓中心位置發(fā)生變化。若不考慮加工過程中產(chǎn)生的其它加工誤差，僅由于工件圓心位置的變化而使工序尺寸H也發(fā)生變化,.,1）工序基準(zhǔn)在工序圖上用來確定本工序所加工表面加工后的尺寸、形狀、位置的基準(zhǔn)，稱為工序基準(zhǔn)。,2工藝基準(zhǔn)零件在加工、檢測和裝配中，用作依據(jù)的點、線、面稱為工藝基準(zhǔn)。工藝基準(zhǔn)又可分為工序基準(zhǔn)、定位基準(zhǔn)、測量基準(zhǔn)和裝配基準(zhǔn)。,2）定位基準(zhǔn)零件加工時，用以確定其在機(jī)床上相對刀具正確位置所依據(jù)的點、線、面稱為定位基準(zhǔn)。使用夾具安裝時，定位基準(zhǔn)為工件上與夾具定位元件相接觸的表面。定位基準(zhǔn)還可以進(jìn)一步分為：粗基準(zhǔn)、精基準(zhǔn)、附加基準(zhǔn)。粗基準(zhǔn)和精基準(zhǔn)未經(jīng)過機(jī)械加工的定位基準(zhǔn)稱為粗基準(zhǔn)，經(jīng)過機(jī)械加工的定位基準(zhǔn)稱為精基準(zhǔn)。,.,工件鉆孔工序簡圖,.,定位誤差包括基準(zhǔn)不重合誤差和基準(zhǔn)位移誤差,1）基準(zhǔn)不重合誤差不重(B）其大小等于設(shè)計基準(zhǔn)與定位基準(zhǔn)間聯(lián)系尺寸在加工尺寸方向上的變動量（公差）。,一次安裝加工兩孔A和B，孔B在X方向定位基準(zhǔn)C與設(shè)計基準(zhǔn)A不重合，基準(zhǔn)不重合誤差為聯(lián)系尺寸22的公差0.2,.,基準(zhǔn)不重合誤差示例,對于尺寸A3來說：,對于尺寸A1來說：,.,.,基準(zhǔn)不重合誤差的計算公式,定位基準(zhǔn)與工序基準(zhǔn)間的尺寸鏈組成環(huán)的公差(mm)；,的方向與加工尺寸方向間的夾角（）。,.,2）基準(zhǔn)位移誤差位置（Y）是指工件的定位基準(zhǔn)在加工尺寸方向上的變動量。由工件定位面和夾具定位元件的制造誤差以及兩者之間的間隙所引起。,.,當(dāng)定位基準(zhǔn)的變動方向與工序尺寸的方向不同時，基準(zhǔn)位移誤差等于定位基準(zhǔn)的變動范圍在加工尺寸方向上的投影，即:,.,.,.,.,2定位誤差的計算計算定位誤差時：1.可以分別求出基準(zhǔn)位移誤差和基準(zhǔn)不重合誤差，再求出它們在加工尺寸方向上的矢量和；,2.可以按最不利情況,確定工序基準(zhǔn)的兩個極限位置，根據(jù)幾何關(guān)系求出這兩個位置的距離，將其投影到加工方向上，求出定位誤差。,.,二、幾種典型表面定位方式定位誤差計算,(1)以平面定位時的定位誤差計算,平面度誤差很小，定位副制造不準(zhǔn)確誤差可忽略，所以定位誤差主要由基準(zhǔn)不重合引起。,.,設(shè)計基準(zhǔn)（定位基準(zhǔn)）,例：圖示零件加工臺階面,切削平面,（本道工序加工精度）,.,設(shè)計基準(zhǔn),定位基準(zhǔn),稱為基準(zhǔn)不重合誤差,.,例1.如下圖所示，以A面定位加工20H8孔，求加工尺寸400.1mm的定位誤差。,解：設(shè)計基準(zhǔn)B與定位基準(zhǔn)A不重合，因此將產(chǎn)生基準(zhǔn)不重合誤差Y=0mm（定位基面為平面）D=B=0.15mm,.,.,(2)以圓孔定位時的定位誤差計算,工件孔與定位心軸無間隙配合，不存在定位副制造不準(zhǔn)確誤差，定位精度較高。,DH1=0,DH2=B,.,定位心軸水平放置,單向推移工件靠緊定位,工件單向靠緊時基準(zhǔn)位移誤差,工件單向靠緊定位，如定位心軸水平放置，或在夾緊力作用下單向推移工件靠緊定位。,.,A,孔Dmax=D+TDDmin=D軸dmax=ddmin=d-Td1,O1Omax=OA-O1A=(D+TD)/2-(d-Td1)/2O1Omin=D/2-d/2因基準(zhǔn)位移造成的加工誤差為：Y=O1Omax-O1Omin=(TD+Td1)/2,.,.,式中，定位最大配合間隙(mm)；工件定位基準(zhǔn)孔的直徑公差(mm)；圓柱定位銷或圓柱心軸的直徑公差(mm)；定位所需最小間隙，由設(shè)計時確定(mm)。,.,3、工件孔與垂直放置的心軸間隙配合,1,.,若孔與銷兩者的安裝不能保證單方向接觸時，則整批工件在同一銷上單位時，其定位孔的軸線在空間的變動范圍將會擴(kuò)大一倍，基準(zhǔn)位置誤差的最大值應(yīng)為：,Y=TD+Td1+Xmin,.,定位誤差由基準(zhǔn)不重合誤差與基準(zhǔn)位移誤差兩項組合而成。計算時，先分別算出B和Y，然后將兩者組合而成D。,D=YB,式中，定位基準(zhǔn)與工序基準(zhǔn)的變動方向相同取“+”號，相反取“-”號。,1.當(dāng)工序基準(zhǔn)與定位基準(zhǔn)不重合時，如果工序基準(zhǔn)不在定位面上，則,D=YB,2.當(dāng)工序基準(zhǔn)與定位基準(zhǔn)不重合時，如果工序基準(zhǔn)在定位面上，則,.,1.當(dāng)定位孔直徑由小變大時，定位基準(zhǔn)O向下移動，引起加工尺寸H1增大,2.當(dāng)假設(shè)定位基準(zhǔn)位置不變，且定位孔直徑由小變大時，工序基準(zhǔn)由B1移至B2（向上移動)，使尺寸H1變小，所以兩者方向相反應(yīng)取“-”號,.,.,解：1.定位基準(zhǔn)與工序基準(zhǔn)重合，則B=0,2.定位基準(zhǔn)單方向移動，移動方向與加工方向間的夾角為30015,.,解：B=0，D=B+Y=Y,例：鉆絞圖所示零件上10H7的孔，工件主要以20H7孔定位，定位軸直徑為，求工序尺寸500.07mm及平行度的定位誤差,=TD+Td1+min=0.021+0.009+0.007=0.037,平行度誤差：D=(TD+Td1+min)L1L2=(0.021+0.009+0.007)2958=0.018,.,圖中是在金剛鏜床上鏜活塞銷孔的示意圖，活塞銷孔軸線對活塞裙部內(nèi)孔軸線的對稱度要求為0.2mm以裙部內(nèi)孔及端面定位，內(nèi)孔與定位銷的配合為95H7/g6，求對稱度的定位誤差,由于對稱度的工序基準(zhǔn)為裙部內(nèi)孔軸線，定位基準(zhǔn)也是裙部軸線，兩者重合，所以B0,DTD+Td+min=(0.035+0.022+0.012)=0.069,.,(3)以外圓定位時的定位誤差計算,工件在V形塊上定位,.,工序基準(zhǔn)是圓柱軸線，工件定位基準(zhǔn)也是圓柱軸線，兩者重合，則B=0,工序尺寸以H1標(biāo)注，其定位誤差為：,.,工序尺寸以H2標(biāo)注，其定位誤差為：d2=A1A2=A1O1+O1O2-A2O2=,+,.,工序基準(zhǔn)在定位基面上，工件定位基準(zhǔn)是圓柱軸線，兩者不重合，則B=Td/2,工序基準(zhǔn)在定位基面上，當(dāng)定位基面直徑由大變小時，定位基準(zhǔn)向下移動，引起加工尺寸變小，工序基準(zhǔn)也向下移動，引起加工尺寸變小。,d=Y+B,.,H3max,H3min,.,d=YB,.,定位誤差分析：a)定位誤差d隨毛坯誤差Td的增大而增大；b)定位誤差d隨V形塊夾角增大而減小，但穩(wěn)定性變差；c)定位誤差d與工序尺寸標(biāo)注方式有關(guān)，d2d1d3,.,例2.如下圖所示，用角度銑刀銑削斜面，求加工距離尺寸為390.04mm的定位誤差。解：B=0mm（定位基準(zhǔn)與設(shè)計基準(zhǔn)重合）,Y=0.707Tdcos=(0.7070.040.866)mm,=0.024mm,D=Y=0.024mm,.,例3.如下圖所示，工件以d1外圓定位，加工10H8孔。已知：求加工尺寸400.15mm的定位誤差。,.,總定位誤差：DBY0.053+0.0070.06mm,定位基準(zhǔn)是圓柱d1的軸線，而工序基準(zhǔn)為圓柱d2的下母線B.,解：,B（0.046/20.03）mm0.053mm,Y0.707d0.7070.010.007mm,.,三、表面組合定位時的定位誤差,1.平面組合定位,2.平面與內(nèi)孔組合定位,3.外圓與外圓組合定位,.,工件以一面兩孔組合定位時的定位誤差計算在加工箱體、支架類零件時，常用工件的一面兩孔定位，以使基準(zhǔn)統(tǒng)一。這種組合定位方式所采用的定位元件為支承板、圓