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(lèi)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(lèi),一、基準(zhǔn)的概念 基準(zhǔn)是用來(lái)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(lèi),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(chēng)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(lái)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(shuō)來(lái)，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(shuō)，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(shuō)明各種基準(zhǔn)及其相互關(guān)系。,圖2-3,3、樹(shù)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(guò)程。用找正方法裝夾工件稱(chēng)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(guò)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(chēng)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(chēng)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(chēng)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(chēng)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(chēng)時(shí)（圓柱體工件），繞對(duì)稱(chēng)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(méi)有被限制的定位稱(chēng)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(chēng)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(chēng)為自由度疊加。 為了解決重復(fù)定位帶來(lái)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(chēng)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(huà)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(guò)△ 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(chē)床上使用的三爪自定心卡盤(pán)、銑床上使用的平口虎鉗等機(jī)床上通用的夾具，還有專(zhuān)為某一工件某道工序設(shè)計(jì)制造的專(zhuān)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