定位誤差與夾具設(shè)計(最新版)

1、過定位與欠定位, 欠定位：加工中，工件定位點數(shù)少于應(yīng)限制的自由度數(shù)。會產(chǎn)生不良后果。 過定位：工件的某個自由度被限制兩次以上。,1.分析：工件的定位支承點少于應(yīng)限制的自由度數(shù)時，會造成什么后果？結(jié)果：應(yīng)限制了自由度來被限制，導(dǎo)致加工時達(dá)不到要求的加工精度。,2.過定位是否允許?一般來說過定位將使工件定位不確定，夾緊后會使工件或定位元件產(chǎn)生變形。,(2)過定位有時是允許的，而欠定位決不允許，欠定位的后果只導(dǎo)致加工時達(dá)不到加工精度。 過定位優(yōu)點：使定位可能更為可靠，如冰箱有四個支承點。 缺點：易使工件的定位精度受影響，使工件或夾具夾緊后產(chǎn)生變形。,(3)過定位一般會造成如下不良影響:a.使接觸點不

2、穩(wěn)定，增加了同批工件在夾具中位置不同一性b.增加了工件和夾具的夾緊變形c.導(dǎo)致部分工件不能順利與定位元件定位d.干擾了設(shè)計意圖的實現(xiàn)因此，大多情況下，應(yīng)避免過定位過定位常出現(xiàn)在精中工工序中。 (4) 必須結(jié)合定位基準(zhǔn)面和定位元件的接觸情況來分析、建立相對概念。,1)方法問題： 1、根據(jù)工序加工技術(shù)要求和工件形狀的特點，確定應(yīng)限制 那些自由度，而用相應(yīng)的定位點數(shù)目去消除。 2、分析時也可反過來分析哪幾個自由度可不必限制，剩下 的就是要限制的了。 3、不使工件在外力作用下脫離支承點而失去定位 定位不考慮力的影響，工件在某一坐標(biāo)方向上的自由度被限制，是指工件定位后在該坐標(biāo)方向上有確定的位置，而不是指

3、工件在受到使工件脫離支承點的外力時不能運(yùn)動；,應(yīng)用六點定位原則應(yīng)注意的問題,例： 銷：限制了 X Y(移動） X Y(轉(zhuǎn)動）四個自由 支承板：限制Z(移動) X Y(轉(zhuǎn)動) 三個自由度 擋銷：限制Z(轉(zhuǎn)動) 結(jié)果：X Y重復(fù)限制,后果：當(dāng)工件定位孔與端面垂直度誤差較大，而且孔與長銷的間隙又很小時：若長銷剛度好，工件被壓歪，連桿變形；若長銷剛度不足時，長銷被夾歪 。 兩種情況均會引起加工的左孔的位置精度，使連桿大小頭孔軸線不能平行。,定位符號的表示方法,定位方式用六點定位原理進(jìn)行定位分析時，以定位點來消除自由度，在實際應(yīng)用中，不可能是點，而應(yīng)該是各種定位元件,工件的定位表面有各種形式：如平面，內(nèi)

4、孔，外圓，成型面，組合表面等，對這些表面應(yīng)采用不同的方法來實現(xiàn)。定位設(shè)計時應(yīng)做的工作及步驟：A）根據(jù)加工零件的工序要求合理布置支承點B）正確考慮定位方法C）選用恰當(dāng)?shù)亩ㄎ辉? 8. 1.2 工件在夾具上的定位方法和定位元件,定位元件,.特點： 對中性好（水平方向）所定位的水平軸中心位置（垂直方向），隨V形塊夾角 及工件直徑的誤差而發(fā)生變化V形塊裝在夾具體C時，除用螺釘緊固外，還要加裝定位銷,.主要結(jié)構(gòu)參數(shù)： V形塊已標(biāo)準(zhǔn)化，繪制V形塊工作圖時，可不繪制圖形，但應(yīng)注明尺寸C、H、h,.定位套筒及剖分套筒,定位套筒 特點： 元件結(jié)構(gòu)簡單，定心精度不變； 當(dāng)工件外圓與定位圓孔配合較松時，易使工件傾

5、斜，可考慮利用套筒內(nèi)孔及端面一起定位； 當(dāng)端面大時，定位孔應(yīng)短些，以避免產(chǎn)生過定位。,剖分套筒 主要用于大型軸類零件的精密軸經(jīng)定位，以便于安裝。結(jié)構(gòu):下半孔起定位作用 上半孔起夾緊作用,剖分套筒,.外圓定心夾緊機(jī)構(gòu),.內(nèi)圓定心夾緊機(jī)構(gòu)用于內(nèi)孔的定心夾緊機(jī)構(gòu)，其作用原理與外圓定位時是一樣的。區(qū)別僅在于孔定位時，支承等速遠(yuǎn)離中心移動，與工件孔表面接觸。,孔用漲緊套,（四）工件以組合表面定位,以上所述的定位方法，全指工件以單一表面定位。實際上，零件往往是以幾個表面同時定位的，例如:用兩個平行孔、兩個平行階梯表面、階梯軸的兩個外圓等等，這都稱為“工件以組合表面定位”。工件以組合表面定位時，幾個定位表面

6、間的相互位置，總是具有一定的誤差，若將所有的支承元件都做成固定的，工件將不能正確定位甚至無法定位。因而，在組合表面定位時，必須將其中的一個（或幾個）支承做成浮動的，或雖是固定的，但能補(bǔ)償其定位面間的誤差。,1.以軸心線平行的兩孔定位（一面兩孔）,工件以兩孔定位的方式，在生產(chǎn)中普遍用于箱體類大、中型零件的加工中，如機(jī)床主軸箱、發(fā)動機(jī)機(jī)體。,以一面兩孔定位,用箱體的兩孔及平面定位的分析,若以兩個圓柱銷作定位件時，常會產(chǎn)生過定位現(xiàn)象，造成后果：工件可能無法安裝。 將右邊定位銷在兩銷連心線的垂直方面削去兩邊，做成削邊銷，這樣在此連心線方向上獲得間隙補(bǔ)償；能使工件兩孔與兩銷順利安裝且使定位較準(zhǔn)確。,若工

7、件在垂直平面定位后，再將工件左端外圓、用圓孔或V形定位時，則工件右端外所用的V形塊，一定要做成浮動結(jié)構(gòu)，這時只起限制一個自由度的作用，否則就會過定位。,2.以軸心線平行的兩個圓表面定位, 8.2 定位誤差的分析與計算,1、定位誤差的概念 把工件上被加工表面的設(shè)計基準(zhǔn)相對于定位元件工作表面在加工尺寸方向上的最大變動量，稱為“定位誤差”。,2、定位誤差產(chǎn)生原因,a.一批工件彼此在尺寸、形狀及相互位置上均存在差異，而夾具定位元件也有制造誤差。 b.工件的定位基準(zhǔn)與設(shè)計基準(zhǔn)不重合，或工件的定位基準(zhǔn)與定位元件的工作表面之間存在間隙。 工件用夾具定位加工時，只按定程法（即調(diào)整法）加工一批工件，如果按逐件試

8、切法加工，則根本不存在定位誤差。（僅有加工誤差等）,誤差來源,a.基準(zhǔn)不重合誤差 b.基準(zhǔn)位移誤差,1、基準(zhǔn)位移誤差,由于夾具定位元件和工件定位基準(zhǔn)本身有制造誤差，也可能使工件被加工表面的設(shè)計基準(zhǔn)，在加工尺寸方向上產(chǎn)生變動而形成定位誤差。,由于定位副的制造誤差而引起的定位基準(zhǔn)在加工尺寸方向上的最大位置變動范圍稱為基準(zhǔn)位移誤差，用Y表示。,基準(zhǔn)位移誤差,工序二：加工平面1時，圖紙要求的設(shè)計尺寸為AA，而加工時刀具調(diào)整尺寸CAA 。因此，即使不考慮本工序的加工誤差，這種定位方法也將可能使加工尺寸A發(fā)生變化（在工序一留下的誤差 范圍H內(nèi)波動），因而也就產(chǎn)生了定位誤差（）。,2、基準(zhǔn)不重合誤差,工序一

9、：加工平面2時，定位基準(zhǔn)與設(shè)計基準(zhǔn)重合，其圖紙的設(shè)計尺寸 與加工時刀具調(diào)整控制尺寸 （對一批工件說，可看作為常量不變）兩者一致，則定位誤差=0 。,圖中零件，底面3與側(cè)面4已加工好，需加工平面1、2，均用底面及側(cè)面定位。,為提高定位精度，設(shè)計夾具時盡量使定位基準(zhǔn)與加工表面之設(shè)計基準(zhǔn)重合。但定位精度雖然提高了，有時使得夾具結(jié)構(gòu)復(fù)雜，工件安裝不便, 穩(wěn)定性和可靠性變差。生產(chǎn)中只要在滿足工藝的要求前提下，如果能降低工序成本，基準(zhǔn)不重合的定位方案，也允許選用。,二、定位誤差的計算,工件定位誤差的實質(zhì)是工件上被加工表面的設(shè)計基準(zhǔn)相對于定位元件工作表面在加工尺寸方向上的最大變動量，因此，計算定位誤差時，

10、首先要找出工序尺寸的工序基準(zhǔn)； 然后求其在工序尺寸方向上的最大變動量。,1、定位誤差計算的方法,定位誤差計算的方法,幾何法 微分法,*2幾種典型表面定位時的定位誤差 1、平面定位時的定位誤差 加工過的表面定位：加工過的表面形狀誤差較小，可以認(rèn)為基準(zhǔn)位移誤差為零。 定位= 位=0,2、圓孔表面定位時的定位誤差 （1）工件上圓孔與剛性心軸或定位銷過盈配合 基準(zhǔn)位移誤差： Y位置（O）=0,基準(zhǔn)不重合誤差：,2、工件內(nèi)孔與心軸位間隙配合,（1）如果心軸水平放置，工件以內(nèi)孔中心 O為定位基準(zhǔn)，套在心軸中心O1上，要求加工上平面HH。,孔和軸中心線必然不重合，在自重的作用下工件內(nèi)孔始終與心軸上母線A單邊

11、接觸。 。,H的定位誤差，即為設(shè)計基準(zhǔn)0在H尺寸方向上的最大變動量，應(yīng)為： H=OO1（sD/2+xd/2）(xd/2) =sD/2+(xd/2sd/2) TD/2Td/2,結(jié)論： 這時的基準(zhǔn)位移造成的定位誤差為內(nèi)孔公差和心軸公差之和的一半，且與間隙 無關(guān)。,如果心軸垂直放置，就可能心軸與工件內(nèi)孔任意邊接觸，則應(yīng)考慮加工尺寸方向的二個極限位置及孔軸間隙 ，故定位誤差為： HTDTd 。,3、v形塊定位時的定位誤差,例、工件用V形塊定位加工鍵槽時的定位誤差計算。,用V形塊定位加工鍵槽時的定位誤差計算,已知：工件外圓直徑為d，公差為Td，V形塊兩斜面夾角為a，求各種標(biāo)準(zhǔn)方式下的定位誤差？,解：,首

12、先：寫出O點（工件基準(zhǔn)點）至加工尺寸方向上某固定點（通常取點A）的距離,同理：,通過以上計算，可得出如下結(jié)論： （1） ，即定誤差隨毛坯誤差增大而增大。（2） 與V形塊夾角有關(guān)。即定位誤差隨增大而增減小， 但定 位穩(wěn)定性卻差了，故一般選用=90。（3） 與加工尺寸標(biāo)注方法有關(guān)。,分析：,4、組合表面定位與定位誤差分析,提高工件在夾具中定位精度的措施 即如何減少或消除基準(zhǔn)位移誤差和基準(zhǔn)不重合誤差。 1、減少或消除基準(zhǔn)位移誤差的措施 1）選用基準(zhǔn)位置誤差小的定位元件 2）合理布置定位元件在夾具中的位置 3）提高工件定位表面與定位元件的配合精度 例如：以內(nèi)孔或外圓定位時，應(yīng)盡量減小它與定位元件之間的

13、最小間隙。,2、消除或減小基準(zhǔn)不重合誤差的措施 盡可能以工序基準(zhǔn)作為定位基準(zhǔn),保證規(guī)定加工精度實現(xiàn)的條件,：1.夾具的有關(guān)制造誤差（制造） 這個誤差主要包括夾具制造時的兩項誤差：確定刀具位置的元件和引導(dǎo)刀具的元件與定位元件間的位置誤差；定位元件與夾具安裝到機(jī)床上的安裝基面間的位置誤差。2.夾具安裝誤差（安裝 ）即是夾具在機(jī)床上的定位誤差。3.加工誤差（加工）指上件在切削過程中所產(chǎn)生的誤差。如機(jī)床的工作精度，刀具的磨損和跳動，刀具相對工件加工位置的調(diào)整誤差，以及工藝系統(tǒng)在加工過程中的彈性變形等。,工件利用夾具加工時，影響加工精度的誤差因素以下三類，控制在工件所允許的公差（T公差）范圍之內(nèi)，即：

14、制造 安裝 加工 T工件 上式即為保證規(guī)定加工精度實現(xiàn)的條件，也稱為用夾具安裝加工時的誤差計算不等式。為使T工件做到合理地分配給以上機(jī)械加工中產(chǎn)生誤差的各個環(huán)節(jié)，通常在夾具設(shè)計時，夾具上定位元件之間，定位元件與引導(dǎo)元件之間，以及其他相關(guān)尺寸和相互位置的公差，一般取工件上相應(yīng)公差的1/51/2，最常用的是1/31/2，因粗加工的T工件大，此時，夾具上相應(yīng)公差取小的比例。,四、工件定位方案設(shè)計及定位誤差計算舉例,1、 2、槽兩側(cè)面C、D對B面的垂直度公差0.05mm 3、槽的對稱中心面與兩孔中心連線之間的夾角為,（一）定位方案設(shè)計 1、按加工精度要求，至少應(yīng)限制五個不定度，從加工穩(wěn)定性來說，可限制

15、六個不定度。 2、為保證垂直度，應(yīng)以B面作為定位基準(zhǔn)，但因B面較小，為穩(wěn)定考慮，選擇A作為基準(zhǔn)。 3、為保證角度精度，應(yīng)以兩孔軸線作為定位基準(zhǔn)。,（二）定位誤差計算 1、槽的垂直度誤差較易保證，不必計算。 2、角度誤差： A、基準(zhǔn)重合，不存在基準(zhǔn)不重合誤差。 B、基準(zhǔn)位置誤差： 假定兩孔、銷的配合均為H7/g6 圓柱定位銷的直徑為 削邊定位銷的直徑為, 2. 6 工 件 的 夾 緊,一、工件夾緊的基本要求,夾得穩(wěn)：不破壞穩(wěn)定的正確定位，以作平衡，剛度足夠； 夾得牢：夾緊力要合適，過大工件變形或損傷，影響加工精度，過小工件加工中易移動或產(chǎn)生振動，同時，夾緊裝置應(yīng)保證自鎖，即原始夾緊力去除后，工件

16、能保持夾緊狀態(tài)；夾得快：機(jī)構(gòu)簡單、緊湊、操作安全、省力、迅速方便。確定夾緊方案一般應(yīng)與定位問題同時考慮，為達(dá)到以上三個要求，正確設(shè)計夾緊機(jī)構(gòu)，首先必須合理確定夾緊力的三要素：大小、方向和作用點。,二、夾緊力方向的確定,1.夾緊力方向的確定 不破壞定位的準(zhǔn)確性，朝向是定位基準(zhǔn)； 夾緊力方向應(yīng)使工件變形盡可能??； 夾緊力方面應(yīng)使所需夾緊力盡可能小。,P：切削力、W：重力，Q：夾緊力,P、W相同時，哪一情況Q可最小？,由此可見，夾緊力大小與夾緊力方向直接有關(guān)，在考慮夾緊方向時，只要滿足夾緊條件，夾緊力越小越好。,2.夾緊力作用點的選擇 夾緊力應(yīng)落在支承元件上或幾個支承元件所形成的平面內(nèi) 夾緊力應(yīng)落在

17、工件剛性較好的部件上 夾緊力應(yīng)盡量靠近加工面,夾緊力應(yīng)落在工件剛性較好的部件上,夾緊力應(yīng)盡量靠近加工面, 定位的夾緊力先動作，夾緊的夾緊力后動作，如圖所示，P力先動作，F(xiàn)力后動作, 夾緊元件只有在夾緊方向上移動，夾緊過程中才不致破壞定位，如圖所示。,1 螺釘 2 螺母 3壓塊 4 工件,夾緊力要合適， 夾緊力過小夾緊不可靠工件產(chǎn)生移動破壞定位； 夾緊力過大工件變形增大jj增大,3.夾緊力大小的估算,估算夾緊力的方法：,首先：將工件視為分離體，分析作用在工件上的各種力； 再根據(jù)力系平衡條件，確定保持工件平衡所需的最小夾緊力； 最后將乘以一合適的安全系數(shù)k，以此作為所需的夾緊力。 FWk=KFW

18、(K粗加工2.53；精加工1.52),典型夾緊機(jī)構(gòu),常見的有斜楔、偏心、螺旋和鉸鏈等夾緊機(jī)構(gòu)，斜楔、偏心、螺旋是利用機(jī)械摩擦的斜楔自鎖原理。,1.斜楔夾緊,FQ夾緊作用力；a斜楔升角；,由靜力平衡： F1+FRx= FQ,a) 自鎖性：見圖b)所示受力分析，當(dāng)夾緊作用力取掉后，在純摩擦力作用下，仍能保持夾緊的現(xiàn)象。,自鎖條件：F1Rx,10,8-10,斜楔夾緊的特點：(1)斜楔機(jī)構(gòu)簡單，有增力作用。一般擴(kuò)力比（約為3） ，愈小增力作用愈大。,代入摩擦角=6, 可得 ip=2.6,為了提高效率，可以采用帶滾子的斜楔夾緊機(jī)構(gòu)，但會降低自鎖性能。,(2)斜楔夾緊行程小，且受斜楔升角影響。增大可加大行

19、程，但自鎖性能變差。 為解決增力、行程之間矛盾，斜楔還可采用雙升角形式，大升角用 于夾緊前的快速行程，小升角則滿足增力和自鎖條件 。,(3)夾緊和松開要敲擊大、小端，操作不方便。,手動操作的簡單斜楔夾 緊很少應(yīng)用，而在常見的夾緊裝置中，改變夾緊力方向和 作為增力機(jī)構(gòu)時則應(yīng)用較多。,如氣液壓夾緊時，斜楔上作用的動力源是不間斷的，所以不必自鎖，可增大到1530。,材料：斜楔一般用20鋼滲碳，淬硬HRC5862。批量不大時也可用45鋼，淬硬HRC4246。,2. 螺旋夾緊 螺旋夾緊結(jié)構(gòu)簡單，增力比大，自鎖性好，夾緊可靠，所以在夾具中得到最廣泛的應(yīng)用。,螺桿1在2中轉(zhuǎn)動而起夾緊作用。 螺母2采用可換式

20、，其目的是為了內(nèi)螺紋磨損后可及時更換。 螺釘3用以防止2的松動。 壓塊4是防止在夾緊時帶動工件轉(zhuǎn)動；并避免1的頭部直接與工件接觸而造成壓痕，同時也可增大夾緊力作用面積，使夾緊更為可靠。,簡單的螺旋夾緊機(jī)構(gòu):,受力分析： 螺旋相當(dāng)于斜楔繞在圓柱體上形成，所以夾緊工件仍是楔緊作用,式中： Q原始作用力； L手柄長度； r螺桿下端（或壓塊）與工件接觸處的當(dāng)量摩 擦半徑； r2螺旋作用中徑之半；（作用中徑為d平均）；螺旋升角； 螺桿下端（或壓塊）與工件接觸處的摩擦角； 螺旋配合面的摩擦角（常取830）。,螺旋夾緊力的計算公式, 結(jié)構(gòu)特點 1、具有斜楔的結(jié)構(gòu)特點，而且螺紋升角4，自鎖性能更好，耐振； 2

21、、夾緊行程不受限制，但夾緊行程大時，操作時間長。 3、增力作用更大。,實際生產(chǎn)中，采用螺旋壓板的組合夾緊，在手動操作時用得比單螺旋夾緊更為普遍。較典型有三種：,改變力的方向,增大夾緊行程,圖（c）的操作省力，但結(jié)構(gòu)受工件形狀限制，故設(shè)計這類夾具時，要注意合理布置杠桿比例，尋求最省力、最方便的方案。,3.偏心夾緊,常用的有圓偏心和曲線偏心兩種，可做成平面凸輪的形狀。因圓偏心機(jī)構(gòu)簡單，制造方便，較曲線偏心應(yīng)用廣泛。,圓偏心輪相當(dāng)于曲線楔繞在基圓上形成，所以夾緊工件仍是楔緊作用。,升角ax：是變化的，也即楔角是變化的。 sinax= 2e/D sin 討論： =0- 180變化時， 當(dāng) = 0 ，a

22、=0 90時 axmax，sinax2e / D,有效工作段的確定： 4590 一般常選下面兩種工作區(qū)域 1) =4555，為P點左右，楔角變化小，工作較穩(wěn)定，但ax大自鎖性能差； 2) =75165，楔角變化大，工作不穩(wěn)定，但ax小自鎖性能好 ap=aT=amax 一般取A-B段為工作段,D/e值反映了偏心輪的偏心特性，它可用來表示偏心輪工作的可靠性；此值大，自鎖性能好，但結(jié)構(gòu)尺寸也大。, 夾緊力計算 圓偏心在任一夾緊位置等效于一直線楔，所以夾緊力計算與斜楔夾緊相似。又從斜楔夾緊力計算公式知，ax角越大，產(chǎn)生的夾緊力越小，所以axamax時，夾緊力最?。?在設(shè)計圓偏心時，應(yīng)注意以下三個問題： a）自鎖條件； b）保證足夠的夾緊力； c）保證足夠的夾緊距離s（指偏心輪工作部分與工作間接觸點的最大垂直位移）。,圓偏心夾緊的主要缺點是夾緊行程小，夾緊力也小。 優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單，動作迅速。 一般用在切削力不大且無振動的場合，又S較小，對夾緊尺寸要求較嚴(yán)。,5 圓偏心的設(shè)計 選工作段的行程AB