《机械制造工艺与装备》.ppt

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1、机械制造工艺与装备,主讲教师：孙英达,模 块 六 机 床 夹 具,课题二 工件定位,课题二 工件定位,知识点,技能点,掌握工件定位基本原理 正确选用定位元件,工件定位基本原理 常用定位元件及选用,图6-1 轴套用心轴装夹加工外圆 1-心轴 2-工件 3-开口垫圈 4-螺母,如图6-1所示为轴套外圆加工示意图，工件内外圆有较高的同轴度要求，以内孔和端面定位，用心轴装夹。因加工后外圆与内孔同轴度达不到要求，试分析原因，并提出改进措施。,一、任务引入,一. 任务分析,由于轴套内外圆有较高的同轴度要求，故在工艺设计时，考虑先加工好内孔和端面，然后用心轴装夹，内孔定位和右端面定位，加工外圆，这是此类轴套

2、加工常用的加工方法。但如果操作不当或工件前道加工表面未达到工艺要求，则仍有可能出现较大的加工误差。心轴结构简单，是车削加工时的常用的夹具。本课题主要学习工件定位的基本知识，工件定位的目的是为了保证工件加工面与加工面的设计基准之间的位置公差（如同轴度、平行度、垂直度等）和距离尺寸精度。 。,1.工件在夹具中的定位,三. 相关知识,按照加工工艺要求，将工件置于夹具中，使工件在夹紧前相对于机床和刀具就占有一个预定的位置，或者是使同一批工件逐次放置到夹具中时都能占据同一位置。,所谓自由度，即空间位置的不确定性 一个位于空间自由状态的物体，对于空间直角坐标系来说，具有六个自由度：三个位移自由度和三个旋转

3、自由度。,1）自由度的概念,工件空间自由度,（1）工件定位基本原理,通常，一个支承点限制工件的一个自由度。 使用合理设置的六个支承点，与工件的定位基准相接触，以限制工件的六个自由度，使工件在夹具中的位置完全被确定的方法，称为六点定位法则。,定位的实质：就是限制自由度。工件的六个自由度如果都加以限制了，工件在空间的位置就完全被确定下来了。,长方体定位时支承点的分配,2）定位原理的应用,圆柱体在V形块上定位时支承点的分配,（3）定位基准按自由度分类主要定位基准面：设置三个支承点，限制了工件的三个自由度的定位表面。要求：支承面积大；三个支承点要对称配置。三点的配置有两种方案：分别是形成受力三角形 和

4、123，两三角形面积相同，但对于定位基准面是矩形的工件而言，受力三角形支承点不对称，容易倾翻。,1、2、3点支承位置合理的,导向定位基准面：设置二个支承点，限制了工件的二个自由度的定位表面。如下图中4、5两点。要求：应选狭长表面；支承点布置应尽可能远。,工件定位的基本原理,止推定位基准面： 限制一个移动自由度的定位基准面。要求：应选窄小且与切削力相对的表面；支承方向平行于导向方向。 防转定位基准面：限制一个旋转自由度的定位表面。要求：支承点布置应离回转线尽可能远。,（4）定位时应注意的几个主要问题 定位支承点必须与工件的定位基准面始终保持紧贴接触； 分析定位支承点的定位作用时，不考虑力的影响；

5、 定位支承点是定位元件抽象而来的。,（4）工件定位中的几种情况,1）完全定位：不重复地限制了工件的六个自由度的定位,通常，自由度限制大于3，小于、等于6。,2）不完全定位：根据实际加工要求，并不需要限制工件全部自由度的定位。,图6-9 工件铣通槽的安装,图6-10 工件的不完全定位,图6-10a为在车床上车削一批台阶轴，左端面与卡盘端面靠齐，此定位为五点定位。 图6-10b，加工只需四点定位即可，属于不完全定位。图6-10c为在轴体的圆柱面上铣一个全平面，工件稳定安装需要四点定位。而在平面磨床上磨削箱类工件的顶面，只需要三点定位即可，见图6-10d。,3）欠定位：定位点少于应消除的自由度、工件

6、定位不足的定位。,在下图中，如果没有支承点6，它就无法保证的尺寸。,4）过定位：工件同一个自由度分别被几个支承点重复限制的定位,图6-11平面长销定位 1-环形平面 2-圆柱销,图6-11平面长销定位，工件以内孔和一端面在心轴上定位、夹紧后加工上部键槽。本例定位方案共为工件提供七个定位点：其中环形平面1提供三点约束 ，长圆柱销2提供四点约束 ，共限制约束了工件的五个自由度，还留下一个转动的自由度没有约束。若进一步分析各定位元件在定位中所起的约束作用，从中我们发现：、两个转动的自由度被环形平面和长圆柱销重复限制，本方案为重复定位。,过定位的不良后果： 使接触点不稳定，增加了不同性； 增加了夹紧变

7、形； 部分工件不能顺利与定位元件配合。,图6-14 工件端面垂直度误差对重复定位的影响,图6-15 重复定位引起心轴夹紧变形 图6-16 细长轴的重复定位安装,图6-17 双圆柱销结构的干涉,消除或减少过定位干涉的两种方法：,a、 改变定位元件结构，使定位元件重复限制自由度的部分不起定位作用；,图6-18 平面长销重复定位的改善,b、提高工件定位基准之间以及定位元件工作表面之间的位置精度。只有提出合理的附加条件，才允许采用过定位。,图6-19 平面双销定位结构改进示意图,足够的精度； 较好的耐磨性； 足够的强度和刚度； 较好的工艺性； 便于清除切屑。,2 、常用定位元件及选用,（1）对定位元件

8、的基本要求,1）常用定位元件可按工件典型定位基准面分为： 用于平面定位的 用于外圆柱面定位的 用于孔定位的2）常用定位元件所能限制的自由度见表3-1,（2） 常用定位元件所能限制的自由度,1）工件以平面定位 面积较小的基准平面选用支承钉。 面积较大、平面度精度较高的基准平面定位选用支承板；毛坯面、阶梯平面和环形平面作基准平面定位时，选用自位支承。 毛坯面作基准平面，调节时可按定位面质量和面积大小分别选用可调支承。 当工件定位基准面需提高定位刚度、稳定性和可靠性时，可选用辅助支承。,（3） 常用定位元件的选用,支承钉面积较小的基准平面选用,图5-10 支承板,支承板面积较大、平面度精度较高的 基

9、准平面定位选用,可调支承毛坯面作基准平面，调节时可按定位面质量和面积大小分别选用,自位支承毛坯面、阶梯平面和环形平面作基准平面定位时选用,辅助支承当工件定位基准面需提高定位刚度、稳定性和可靠性时选用,2）工件以外圆柱定位 当工件对称度要求较高时，选用V形块,图6-32 V形块的结构型式,当工件定位圆柱面精度较高时，可选用定位套或半圆形定位座,图6-33 定位套 图6-34 半圆套,3）工件以内孔定位 工件上定位内孔较小时，常选定位销,图6-26 定位销,图6-27 圆锥销,在套类、盘类零件的车削、磨削和齿轮加工中，大都选用心轴,定位心轴定位,四、任务实施,1.分析原因,工件在加工时以心轴装夹，

10、内孔和端面定位，为工件提供七个定位点（参见图6-11）：其中端面1提供三点约束 ，长圆柱销2提供四点约束 ，共限制约束了工件的五个自由度，还留下一个转动的自由度没有约束。 两个转动的自由度被环形平面和长圆柱销重复限制，本方案为重复定位。如果工件左端面与轴线存在垂直度误差，则会产生定位的不确定性。夹紧时，一种情况是心轴弯曲变形，如图6-15所示，自然无法保证内外圆的同轴度；另一种情况是心轴刚度较好，工件产生变形，因此也不能保证同轴度要求。,图6-15 重复定位引起心轴夹紧变形 图6-16 细长轴的重复定位安装,图6-14 工件端面垂直度误差对重复定位的影响,（2）其他原因心轴的精度无法满足加工要求：如定位长圆柱销外圆与中心孔轴线之间的同轴度过大、环形端面与中心孔轴线之间的垂直度过大、孔销定位时的配合间隙过大，则无法保证加工要求。夹紧力过大：如果夹紧力过大，无论以上因素是否存在，都将导致工件装夹变形。,2.采取措施提高工件定位表面的加工精度：一是用工艺手段保证，工件定位基面（内孔与端面）在一次装夹中完成，确保定位端面与定位内孔之间的同轴度。二是工艺手段无法保证，采用如图6-18所示改善平面长销重复定位的措施。确保心轴精度满足加工要求。严格控制夹紧力大小。,图6-18 平面长销重复定位的改善,工件定位基本原理 常用定位元件及选用,小结,