機(jī)械制造工藝學(xué) 第3版 教學(xué)課件 鄭修本 第二章 工件的定位及機(jī)床夾具的設(shè)計(jì)要點(diǎn)

1、第二章 工件的定位及機(jī)床夾 具的設(shè)計(jì)要點(diǎn),第一節(jié) 基準(zhǔn)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(jì)算第五節(jié) 機(jī)床夾具設(shè)計(jì)的要點(diǎn),第一節(jié) 基準(zhǔn)的概念及其分類,一、基準(zhǔn)的概念 基準(zhǔn)是用來確定生產(chǎn)對(duì)象上幾何要素間的幾何關(guān)系所依據(jù)的那些點(diǎn)、線、面。二、基準(zhǔn)的分類,工藝基準(zhǔn)（為工藝而用的基準(zhǔn)）,設(shè)計(jì)基準(zhǔn)（為設(shè)計(jì)而用的基準(zhǔn)）,基準(zhǔn),1、設(shè)計(jì)基準(zhǔn) 設(shè)計(jì)圖樣上所采用的基準(zhǔn)

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

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

4、,圖2-2,2、工藝基準(zhǔn)——為工藝而用的基準(zhǔn)(1)工序基準(zhǔn)（工序簡(jiǎn)圖上工序尺寸的基準(zhǔn)，簡(jiǎn)言之，工序基準(zhǔn)就是工序圖上的基準(zhǔn)。）(2)定位基準(zhǔn)（它是在加工中用作定位的基準(zhǔn)。用夾具裝夾時(shí)，定位基準(zhǔn)就是工件上直接與夾具的定位元件相接觸的點(diǎn)、線、面。）(3)測(cè)量基準(zhǔn)（它是測(cè)量時(shí)所采用的基準(zhǔn)。）,現(xiàn)以圖2-3為例說明各種基準(zhǔn)及其相互關(guān)系。,圖2-3,3、樹立正確的基準(zhǔn)概念1）應(yīng)從設(shè)計(jì)和工藝兩方面去建立基準(zhǔn)的正確概念。2）基準(zhǔn)是依據(jù)的點(diǎn)、線

5、、面必然都是客觀存在的。3）基準(zhǔn)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(dǎo)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(guān)基準(zhǔn)，找出工件在劃線、加工或裝配時(shí)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(zhǔn)找正它在機(jī)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(cè)直接在機(jī)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(diǎn)定位工件定位的實(shí)質(zhì)就是在加工前，確定工件在機(jī)床上或夾具中占有正確位置。由運(yùn)動(dòng)學(xué)可知：自由剛體在空間直角坐標(biāo)體系中有六個(gè)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(gè)自由度，這就稱為工件的六點(diǎn)定位。在實(shí)際生產(chǎn)中，起定位作用限制工件自由度的是形狀簡(jiǎn)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(gè)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(gè)，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(shí)，以下幾種情況允許不完全定位：1）加工或通槽時(shí)，沿貫通方向的移動(dòng)自由度可不限制。2）工件是軸對(duì)稱時(shí)（圓柱體工件），繞對(duì)稱軸的轉(zhuǎn)動(dòng)自由度可不限制。3）加工貫通平面時(shí)

8、，可不限制沿兩個(gè)貫通軸的移動(dòng)自由度和不限制繞垂直加工面的軸的轉(zhuǎn)動(dòng)自由度。,三、欠定位和重復(fù)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(fù)定位：若出現(xiàn)一個(gè)自由度同時(shí)被兩個(gè)或兩個(gè)以上的定位元件重復(fù)限制的定位稱為重復(fù)定位。,圖2-8,當(dāng)齒坯的內(nèi)孔與端面垂直度誤差較大時(shí)，就會(huì)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(fù)定位帶來的定位不確定性，除提高工件重復(fù)定位的一組表面的位置精度和一組重復(fù)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(fù)定位的自由度方向可以浮動(dòng)或移動(dòng)，消除多余的自由度。2）改變定位元件的結(jié)構(gòu)增加某個(gè)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(jì)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(jìn)行定位方案精度的定量分析，即定位誤差的分析與計(jì)算。一、定位誤差的含義和產(chǎn)生的原因 定位誤差：用調(diào)整法加工一批工件時(shí)，在工件的定位方案中會(huì)遇到定位基準(zhǔn)與工序基準(zhǔn)不重合，以及工件的定位基準(zhǔn)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(zhǔn)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(shí)產(chǎn)生的，故稱為定位誤差。,定位誤差產(chǎn)生的原因：1）基準(zhǔn)不重合誤差ΔB,圖2-11,定

11、位誤差產(chǎn)生的原因：2）基準(zhǔn)位移誤差ΔY,圖2-12,由圖2-12b可知：用調(diào)整法加工時(shí)，當(dāng)工件孔的直徑為最大 、心軸直徑為最小 時(shí)，工序基準(zhǔn)的偏移量 為最大 ，工序尺寸 也為最大 ；當(dāng)工件孔的直徑為最小 、心軸直徑為最大 時(shí)，工序基準(zhǔn)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(zhǔn)分析要確切的觀點(diǎn)，要分清基準(zhǔn)是圓柱面還是圓柱面的軸線，本例中定位基準(zhǔn)是圓柱面（確切地講是圓柱面上某素線），而工序基準(zhǔn)是孔的軸線，由 圖2-12b可清晰地看到兩基準(zhǔn)是不同的。故基準(zhǔn)位移誤差，實(shí)質(zhì)上仍是基準(zhǔn)不重合，因而它的大小還是工序基準(zhǔn)在工序尺寸方向上的最大變動(dòng)量。它和基準(zhǔn)不重合誤差的區(qū)別僅在于引起的原因不同，造成的結(jié)果從定位示意圖上看都是使工序基準(zhǔn)產(chǎn)生偏離。這一結(jié)論對(duì)定位誤差的計(jì)算具有重要的意義。

13、,二、定位誤差的簡(jiǎn)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(zhǔn)分別標(biāo)出最大工件時(shí)和最小工件時(shí)的兩個(gè)工序尺寸和工序基準(zhǔn)：,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(zhǎng)度差別，該段長(zhǎng)度差別即工序基準(zhǔn)在工序尺寸方向上的最大變動(dòng)量——定位誤差。1）以軸線 為工序基準(zhǔn)，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(guān)系求得,2）以外圓下素線 為工序基準(zhǔn)，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(zhǔn)，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(shí)的其他誤差 用夾具裝夾的其他誤差還有：（1）對(duì)刀誤差Δt（因刀具相對(duì)于

15、對(duì)刀或?qū)蚪M件的位置不準(zhǔn)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(duì)刀或?qū)蚪M件，以及定位元件與夾具安裝基面之間的位置不準(zhǔn)確而造成的誤差。）（3）夾具的安裝誤差Δa（夾具安裝在機(jī)床上不準(zhǔn)確而造成的誤差。）,第五節(jié) 機(jī)床夾具設(shè)計(jì)的要點(diǎn),機(jī)床夾具指各種金屬切削機(jī)床上用以裝夾工件（和引導(dǎo)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(jī)床上通用的夾具，還有專為某一工件某道工序設(shè)計(jì)制造的專用夾具

16、等。,可參照的設(shè)計(jì)要點(diǎn)如下：1）機(jī)床夾具設(shè)計(jì)的首要工作是確定工件的定位方式和刀具的引導(dǎo)方法。該工作的理論知識(shí)是本章的核心內(nèi)容——定位原理。2）機(jī)床夾具的精度質(zhì)量分析是機(jī)床夾具設(shè)計(jì)的另一重要工作，它的理論知識(shí)是本章的定位誤差分析。3）由于機(jī)床夾具的設(shè)計(jì)數(shù)量極大，因而設(shè)計(jì)中采用了高度標(biāo)準(zhǔn)化的夾具元件零件、組件、部件（機(jī)構(gòu)和裝置）。4）機(jī)床夾具的設(shè)計(jì)手冊(cè)和典型機(jī)床夾具的圖冊(cè)等設(shè)計(jì)資料應(yīng)有盡有，為機(jī)床夾具設(shè)計(jì)人員提供了豐富的設(shè)計(jì)資源，是