機械制造工藝學 第3版 課件 模塊一 機械加工工藝規(guī)程+5工件的定位及定位基準的選擇

機械制造工藝學機械制造工藝課程組任務(wù)模塊一圖1-1所示為一支架套零件，結(jié)構(gòu)特點和技術(shù)要求如下：內(nèi)孔尺寸精度分別為

mm和

mm，表面粗糙度Ra分別為0.10?和0.40?，因轉(zhuǎn)動要求精度較高，所以兩孔的圓度要求很高，均為0.0015mm，同軸度為0.002mm，

孔內(nèi)安放滾針軸承的滾針及儀器主軸頸，同時該支架套的外圓和內(nèi)孔均有臺階，并有徑向孔需要加工。試制定該零件的機械加工工藝文件。工件的定位及定位基準的選擇一、基準的概念及其分類基準（datum）用來確定生產(chǎn)對象（工件）上幾何要素間的幾何關(guān)系所依據(jù)的那些點、線、面叫做基準。根據(jù)基準的作用不同，可分為兩類：設(shè)計基準和工藝基準。1.設(shè)計基準在設(shè)計圖樣上所采用的基準為設(shè)計基準。圖1-14

基準分析示例2.工藝基準在工藝過程中所使用的基準稱為工藝基準。按其用途不同又可分為定位基準、測量基準、裝配基準和工序基準。(1)工序基準

在工序圖上，用以標注本工序被加工表面加工后的尺寸、形狀、位置的基準稱為工序基準，其所標注的加工面位置尺寸稱為工序尺寸。圖1-15工序基準及工序尺寸(2)定位基準

加工時，使工件在機床或夾具中占據(jù)一正確位置所用的基準稱為定位基準。圖1-14

基準分析示例定位基準除了是工件的實際表面外，也可以是表面的幾何中心、對稱線或?qū)ΨQ面，但必須由相應(yīng)的實際表面來體現(xiàn)。如內(nèi)孔(或外圓)的中心線由內(nèi)孔表面(外圓表面)來體現(xiàn)，V形架的對稱面用其兩斜面來體現(xiàn)。這些面通稱為定位基面。(3)測量基準

工件檢驗時，用以測量已加工表面尺寸及位置的基準稱為測量基準。(4)裝配基準

裝配時，用以確定工件或部件在機器中位置所用的基準稱為裝配基準。二、工件定位的概念及定位方法1.定位的概念與定位要求定位(fixturing)

——使工件在機床或夾具上占有正確位置。夾緊(fastening)——對工件施加一定的外力，使其已確定的位置在加工過程中保持不變定位精度：通常是指一批工件的限定位置的分布范圍。工件定位時的兩點要求：1)為了保證加工表面與其設(shè)計基準間的相對位置精度(同軸度、平行度、垂直度等)，工件定位時應(yīng)使加工表面的設(shè)計基準相對于機床占據(jù)一正確位置。圖1-17一個工件的定位精度圖1-18工件定位的正確位置示例2)為了保證加工表面與其設(shè)計基準間的距離尺寸精度，當采用調(diào)整法進行加工時，位于機床或夾具上的工件，相對于刀具必須有一確定的位置。獲得通常有兩種方法，即試切法和調(diào)整法。試切法是通過試切—測量加工尺寸—調(diào)整刀具位置—試切的反復過程來獲得尺寸精度的。調(diào)整法是一種加工前按規(guī)定尺寸調(diào)整好刀具與工件相對位置及進給行程，從而保證在加工時自動獲得所需尺寸的加工方法。圖1-19獲得距離尺寸精度的方法示例1—擋鐵2、3、4—定位元件5—導向元件2.工件定位的方法工件在機床上定位有如下三種方法。(1)直接找正法

直接找正法是用百分表、劃針或目測在機床上直接找正工件，使其獲得正確位置的一種方法。(2)劃線找正法

劃線找正法是在機床上用劃針按毛坯或半成品上所劃的線找正工件，使其獲得正確位置的一種方法。(3)夾具定位法

此法是用夾具上的定位元件使工件獲得正確位置的一種方法。圖1-21劃線找正法示例三、定位的基本原理自由度：

在空間直角坐標系中，工件可沿x、y、z軸有不同的位置,也可以繞x、y、z軸回轉(zhuǎn)。六點定位原理：

用合理分布的六個支承點即可限制工件的六個自由度，這就是工件定位的基本原理，簡稱六點定位原理。（1）定位與夾緊的區(qū)別在機械加工中，定位與夾緊是兩個不同的概念。定位是使工件在機床或夾具中占據(jù)一正確位置，而夾緊是使工件的這一正確位置在加工過程中保持不變。所以夾緊是不能代替定位的。也就是說，認為“工件被夾緊了，它的自由度也被限制了”這一概念是錯誤的。(2）限制工件的自由度與加工要求的關(guān)系工件應(yīng)被限制的自由度與工件被加工面的位置要求存在對應(yīng)關(guān)系。當被加工面只有一個方向的位置要求時，需要限制工件的三個自由度。當被加工工件有兩個方向的位置要求時，需要限制工件的五個自由度。當被加工面有三個方向的位置要求時，需要限制工件的六個自由度。（3）應(yīng)用六點定位原理時應(yīng)注意的問題：1）正確的定位形式

2）防止產(chǎn)生欠定位

3）正確處理過定位完全定位與不完全定位工件的6個自由度均被限制，稱為完全定位。工件6個自由度中有1個或幾個自由度未被限制，稱為不完全定位。不完全定位主要有兩種情況：

①工件本身相對于某個點、線是完全對稱的，則工件繞此點、線旋轉(zhuǎn)的自由度無法被限制（即使被限制也無意義）。例如球體繞過球心軸線的轉(zhuǎn)動，圓柱體繞自身軸線的轉(zhuǎn)動等。

②工件加工要求不需要限制某一個或某幾個自由度。如加工平板上表面，要求保證平板厚度及與下平面的平行度，則只需限制3個自由度就夠了。ZYXa）ZYXb）ZYXc）ZYXd）e）ZYX案例分析f）XZYa）b）BBB工件加工時必須限制的自由度未被完全限制，稱為欠定位。欠定位不能保證工件的正確安裝，因而是不允許的。工件某一個自由度（或某幾個自由度）被兩個（或兩個以上）約束點約束，稱為過定位。

過定位是否允許，要視具體情況而定：1）如果工件的定位面經(jīng)過機械加工，且形狀、尺寸、位置精度均較高，則過定位是允許的。有時還是必要的，因為合理的過定位不僅不會影響加工精度，還會起到加強工藝系統(tǒng)剛度和增加定位穩(wěn)定性的作用。2）反之，如果工件的定位面是毛坯面，或雖經(jīng)過機械加工，但加工精度不高，這時過定位一般是不允許的，因為它可能造成定位不準確，或定位不穩(wěn)定，或發(fā)生定位干涉等情況。

過定位分析ZXYZXYZXYZXY

工件以平面定位平面定位的主要形式是支承定位。常用的定位元件有支承釘、支承板、夾具支承件和夾具體的凸臺及平面等。如圖給出了平面定位的幾種情況。ZXYZXY

定位方法與定位元件

18知識延伸工件以平面定位工件以圓孔定位工件以圓孔定位多屬于定心定位（定位基準為圓柱孔軸線）。常用定位元件是定位銷和心軸。定位銷有圓柱銷、圓錐銷、菱形銷等形式；心軸有剛性心軸（又有過盈配合、間隙配合和小錐度心軸等）、彈性心軸之分。XYZXYZXYZXYZXYZXYZ工件以圓孔定位知識延伸工件以外圓柱面定位工件以外圓柱面定位兩種形式：定心定位和支承定位。工件以外圓柱面定心定位的情況與工件以圓孔定位的情況相仿（用套筒和卡盤代替心軸或柱銷）。工件以外圓柱面支承定位的元件常采用V型塊，短V型塊限制2個自由度，長V型塊（或兩個短V型塊組合）限制4個自由度。XYZXYZXYZXYZXYZ工件以外圓柱面定位知識延伸除平面、圓孔、外圓柱面外，工件有時還可能以其它表面（如圓錐面、漸開線齒面、曲面等）定位。如圖為工件以錐孔定位的例子，錐度心軸限制了除繞工件自身軸線轉(zhuǎn)動外的5個自由度。

工件以錐孔定位工件以其他表面定位知識延伸在多個表面同時參與定位情況下，各定位表面所起作用有主次之分。通常稱定位點數(shù)最多的表面為主要定位面或支承面，稱定位點數(shù)次多的表面為第二定位基準面或?qū)蛎?，稱定位點數(shù)為1的表面為第三定位基準面或止動面。在分析多個表面定位情況下各表面限制的自由度時，分清主次定位面很重要。如圖所示工件在兩頂尖上的定位，應(yīng)首先確定前頂尖限制的自由度，他們是。然后再分析后頂尖限制的自由度。此時，應(yīng)與前頂尖一起綜合考慮，可以確定其限制的自由度是。定位表面的組合XZY

工件在兩頂尖上定位知識延伸

過定位分析

過定位示例a）ZYXYc）ZYXY案例分析

過定位分析

過定位示例c）ZYXYb）ZYYX案例分析刀柄主軸拉桿漲套

過定位應(yīng)用圖2-21HSK刀柄與傳統(tǒng)刀柄結(jié)構(gòu)HSK刀柄傳統(tǒng)刀柄1:107:24間隙主軸拉桿刀柄定位端面配合錐面案例分析

過定位討論如圖示，齒輪坯以內(nèi)孔和一小端面定位，車削外圓和大端面。加工后檢測發(fā)現(xiàn)大端面與內(nèi)孔垂直度超差。試分析原因，提出改進意見。4A0.02A間隙配合剛性心軸過定位示例案例分析過定位引起夾緊變形案例分析橡膠墊

過定位處理分析案例分析

討論分析圖示定位方案：①各方案限制的自由度②有無欠定位或過定位③對不合理的定位方案提出改進意見。b）XZYXc）XZYXa）YXZ作業(yè)a）YXZa1）YXZa2）YXZa3）YXZ作業(yè)b）XZYXb1）XZYXXZb2）YXXZb3）YX作業(yè)c）XZYXc’）XZYXc1）YXXZ作業(yè)四、定位基準選擇定位基準有粗基準與精基準之分。在加工的起始工序中，只能用毛坯上未經(jīng)加工的表面作定位基準，則該表面稱為粗基準。利用已經(jīng)加工過的表面作定位基準，稱為精基準。(一)粗基準的選擇選擇粗基準時，主要考慮兩個問題:一

合理地分配各加工面的加工余量；二

保證加工面與不加工面之間的相互位置關(guān)系。具體選擇時參考下列原則：1）為了保證加工面與不加工面之間的位置要求，應(yīng)選擇不加工面做定位基準。如果工件上有多個不加工表面，則應(yīng)以其中與加工面相互位置要求較高的表面作粗基準。圖1-26粗基準的選擇2)對于具有較多加工表面的工件，選擇粗基準時，應(yīng)考慮合理地分配各表面的加工余量。在加工余量的分配上應(yīng)該注意下列兩點。①應(yīng)保證各主要加工表面都有足夠的余量。為滿足這個要求，應(yīng)選擇毛坯余量最小的表面作粗基準，如圖1-26c所示的階梯軸，應(yīng)選擇?55mm外圓表面作粗基準。圖1-26粗基準的選擇②對于工件上的某些重要表面(如導軌和重要孔等)，為了盡可能使其加工余量均勻，則應(yīng)選擇重要表面作粗基準。圖1-27床身加工粗基準選擇3)粗基準應(yīng)避免重復使用。4)選作粗基準的表面應(yīng)平整，沒有澆口、冒口或飛邊等缺陷，以便定位可靠。(二)精基準的選擇選擇精基準時，重點是考慮如何減小工件的定位誤差、保證工件的加工精度、同時也要考