2011基准装夹47

*,机械制造技术基础,第,2,章,机械制造过程基础知识,Fundamental of Mechanical Manufacturing Process,2.3,基准与装夹,Datum and Fixing,1,2.3.1,基准,定位：,工件在机床或夹具上占有正确的位置。,夹紧：,对工件施加一定的,外力,，使其已确定的位置在加工过程中保持,不变,。,定位与夹紧,-,装夹,，为了保证尺寸和位置精度。,基准：,确定加工对象上几何要素间几何关系所依据的那些点、线、面称为基准。,设计基准,在设计图样上所采用的基准,图,2-9,定位支座零件,基准,设计基准,工艺基准,2,2.3.1,基准,工艺基准,在工艺过程中所采用的基准。又可分为：工序基准、定位基准、测量基准与装配基准。,工序基准,工序图上确定本工序加工表面的基准。,工序尺寸。,定位基准,加工过程中用作定位的基准。,定位符号,粗基准：未加工面。,精基准：已加工面。（不一定到成品尺寸）,附加基准：根据工艺需要专门设计。顶尖孔、工艺孔、凸台。,测量基准,加工中或加工后测量时所使用的基准。,工序尺寸。,装配基准,装配时，确定零部件在产品中相对位置的基准。通常与设计基准一致。,各基准有时会重合。,3,2.3.1,基准,工艺基准,工序基准、定位基准、测量基准与装配基准。,表,2-9,支座零件第,1,工序（车削）,定位符号,工序基准,夹紧符号,4,2.3.1,基准,表,2-9,支座零件第,3,工序（钻孔）,E,5,2.3.1,基准,表,2-9,支座零件第,4,工序（钻、锪,4,分布孔）,E,6,2.3.1,基准,表,2-9,支座零件第,5,工序（磨内孔、端面）,表,2-9,支座零件第,6,工序（磨小外圆、台阶面）,E,F,7,2.3.1,基准,附加基准,8,2.3.2,工件的装夹,划线找正装夹,精度不高，效率低。,适于单件小批，形状复杂的铸件的粗加工,直接找正装夹,精度高，效率低，工人技术水平高。,适于单件小批，或定位精度要求特别高。,夹具装夹,精度和效率均高，降低劳动强度和工人,技术水平要求。广泛采用。,装夹方式取决于：,生产批量、工件,(,大小及复杂程度、加工精度、定位,),。,工件装夹方式,9,2.3.2,工件装夹,图,2-9,直接找正安装,精度取决于技术水平,毛坯孔,加工线,找正线,图,2-10,划线找正安装,精度,0.1-0.5mm,同轴度,垂直度,10,2.3.2,工件装夹,图,2-11,工件在夹具上装夹（滚齿夹具）,11,2.3.3,定位原理,图,2-12,六点定位原理,X,Z,Y,1,、六点定位原理,要确定其空间位置，就需要限制其,6,个自由度,将,6,个支承抽象为,6,个“点”，,6,个点限制了工件的,6,个自由度，这就是六点定位原理。,任何一个物体在空间直角坐标系中都有,6,个自由度,用 表示,12,图,2-13,工件以平面,3,点定位,X,Y,Z,“,自由度” 的概念,空间位置的不确定度,夹紧与定位概念分开,注意,：,“,点”的含义,对自由度的限制，与实际接触点不同,2.3.3,定位原理,限制,13,Z,X,Y,Z,X,Y,Z,X,Y,Z,X,Y,表,2-10,Z,X,Y,Z,X,Y,2.3.3,定位原理,工件以平面定位,平面定位的主要形式是支承定位。定位元件有支承钉、支承板、夹具体的凸台及平面等。,大平面：限制,3,个自由度（一个移动，两个转动）,细长平面：限制,2,个自由度（一个移动，一个转动）,小平面：限制,1,个自由度（一个移动）,14,定心定位（套筒和卡盘）和支承定位（,V,型块）。,短圆柱面：限制,2,个自由度（两个移动）,长圆柱面：限制,4,个自由度（两个移动，两个转动）,X,Y,Z,X,Y,Z,X,Y,Z,X,Y,Z,2.3.3,定位原理,工件以外圆柱面定位,15,多为定心定位（定位销和心轴）。定位销：圆柱销、圆锥销、菱形销；心轴：刚性心轴、弹性心轴。,圆柱销、心轴：限制的自由度与外圆相同，短,2,个，长,4,个。,菱形销：限制,1,个移动。,固定锥销：限制,3,个移动；,浮动锥销：限制,2,个（具体分析）。,2.3.3,定位原理,工件以圆孔定位,X,Y,Z,X,Y,Z,X,Y,Z,短圆柱销 长圆柱销 菱形销,X,Y,Z,X,Y,Z,X,Y,Z,固定锥销 固定与浮动锥销组合 心轴,16,除平面、圆孔、外圆柱面外，工件还以其它表面（如圆锥面、渐开线齿面、曲面等）定位。,固定顶尖：限制三个移动。浮动顶尖：限制两个。,锥度心轴：限制,5,个自由度，除绕自身轴线转动 。,2.3.3,定位原理,工件以其他表面定位,17,分清主次定位面。,定位点数最多,-,主要,定位面或,支承,面，定位点数次多,-,第二,定位基准面或,导向,面，定位点数为,1 -,第三,定位基准面或,止动,面。,2.3.3,定位原理,定位表面的组合,X,Z,Y,工件在两顶尖上定位,例：,前后顶尖组合定位,（,1,）,前顶尖限制的自由度：,（,2,）后顶尖限制的自由度，与前顶尖一起综合考虑，,18,工件的,6,个自由度均被限制,-,完全定位。工件,6,个自由度中有,1,个或几个自由度未被限制,-,不完全定位。,2,、完全定位与不完全定位,不完全定位：,工件相对于某个点、线完全,对称,。,例：球体、圆柱体绕轴线的转动不用限制。,2.3.3,定位原理,Z,Y,X,d,）,Z,Y,X,a,）,按,加工要求,不需要限制某一（几）个自由度。,例：加工平板上表面，要求保证平板厚度及与上下平面的平行度，只需限制,3,个自由度。,19,2.3.3,定位原理,Z,Y,X,b,）,Z,Y,X,c,）,e,）,Z,Y,X,f,）,Z,Y,X,图,2-14,工件应限制的自由度,定位：,底面,+,侧面,定位：,底面,+2,个侧面,定位：,长,V,形块,20,3,、欠定位与过定位,欠定位,-,按工艺要求应该限制的自由度未被限制。,欠定位不能保证工件的正确安装，,是不允许的,。,欠定位示例,X,Z,Y,a,）,b,）,B,B,2.3.3,定位原理,欠定位,不完全定位,应该限制,21,过定位,工件某一个自由度被定位元件,重复约束,。,过定位是否允许，要视具体情况而定：,1,）,定位面精度高，则允许。,定位面经过机械加工，过定位可以加强工艺系统刚度和定位稳定性。,2,）,定位面精度不高，则不允许,。,过定位会造成定位不准确、不稳定，或定位干涉。,2.3.3,定位原理,22,过定位分析,（桌子与三角架）,2.3.3,定位原理,23,过定位分析,1,（加工连杆小头孔）,2.3.3,定位原理,以大头孔和端面定位，加工小头孔的定位方案：,a,）短销：限制,2,个；大平面：限制,3,个。,b,）长销：限制,4,个；大平面：限制,3,个。,过定位,24,过定位分析,1,（加工连杆小头孔）,2.3.3,定位原理,垂直度较大时，过定位不合理。,端面和孔都接触：,工件变形或圆柱销歪斜。,端面接触：,两孔轴线不平行。,孔接触：,小孔与大端面不垂直。,改进：,短销大平面,有利于保证小头孔与端面的垂直度。,长销小平面,有利于保证小头孔与大头孔的平行度。,过定位,25,过定位分析,2,2.3.3,定位原理,四个支承钉,-,过定位。,定位面粗糙：工件变形。,定位面精度高：增强支承刚度，减小工件变形。,改进：将一个支承钉改为辅助支承。,26,过定位分析,3,图,2-17,一面两孔定位,X,Y,a,）,Z,Y,b,）,Z,Y,X,Y,2.3.3,定位原理,大平面,左圆柱销,右圆柱销,改进：将右圆柱销在过定位方向上削边改为菱形销。,过定位,完全定位,27,过定位分析,4,2.3.3,定位原理,过定位与夹紧力方向有关。,齿轮坯以内孔和端面定位，车削外圆和大端面。加工后检测发现大端面与内孔垂直度超差。试分析原因，提出改进意见。,4,A,0.02 A,间隙配合刚性心轴,夹紧力指向小平面：,长销小平面,长销大平面,28,过定位引起夹紧变形,2.3.3,定位原理,(a),不能保证大端面与左端面的平行度。,(b),不能保证在大端面与内孔中心线的垂直度。,改进：,长心轴,短心轴,(a) (b),29,过定位分析,5,分析图示定位方案：,各方案限制的自由度,有无欠定位或过定位,对不合理的定位方案提出改进。,b,）,X,Z,Y,X,c,）,X,Z,Y,X,a,）,Y,X,Z,2.3.3,定位原理,30,卡盘 前顶尖 后顶尖,a,）,Y,X,Z,a1,）,Y,X,Z,a2,）,Y,X,Z,a3,）,Y,X,Z,2.3.3,定位原理,切槽：欠定位,车外圆：不完全定位,欠定位，不允许,不完全定位,31,b,）,X,Z,Y,X,b1,）,X,Z,Y,X,X,Z,b2,）,Y,X,X,Z,b3,）,Y,X,2.3.3,定位原理,大面 圆柱销,V,形块,完全定位,完全定位,完全定位,支承面、导向面、止动面,32,c,）,X,Z,Y,X,c1,）,Y,X,X,Z,2.3.3,定位原理,大平面：,固定,V,形块：,移动,V,形块：,反装,V,形块：,起夹紧作用，不限制自由度。,33,刀柄,主轴,拉杆,涨套,过定位应用,HSK,刀柄与传统刀柄结构,HSK,刀柄,传统刀柄,1:10,7:24,间隙,主轴,拉杆,刀柄,2.3.3,定位原理,定位端面,配合锥面,X,Y,Z,过定位分析,？,34,2.3.4,定位误差,定位误差的概念,定位误差：由于工件在夹具（机床）上定位不准确而引起的加工误差。,工序基准在工序尺寸方向上的最大变动量。,1,）由于,工件,定位表面或,夹具,定位元件制作不准确引起的定位误差，称为,基准位置（移）误差,。,jy,2,）由于,工件,的工序基准与定位基准不重合而引起的定位误差，称为,基准不重合误差,。,jb,定位误差的来源,dw,=,jb,+,jy,矢量和,批量生产、调整法加工,时需计算定位误差。,调整法：刀具的位置相对于夹具上的定位元件调整好以后，用来加工一批工件。,35,2.3.4,定位误差,b,DW,a,图,2-19,工序基准,定位基准,图,2-18,H,O,A,O,1,O,2,jb,-,工序基准相对于定位基准的最大变动量。,定位尺寸,-,工序基准到定位基准的尺寸。,jb,=,定位尺寸的公差,。,jy,-,定位基准相对于固定点的最大变动量。,dw,-,工序基准在工序尺寸方向上的最大变动量。,36,2.3.4,定位误差,例,在轴上铣键槽，要求保证槽底至轴心的距离,H,。,解：,采用,V,型块定位，铣刀垂直位置不变。,工序基准与定位基准重合。,jb,=0,工件直径存在公差,轴心位置发生变化。,jy,=(d,max,-d,min,)/(2sin(a/2),定位误差,dw,=,jb,+,jy,=,(d,max,-d,min,)/,(2sin(a/2),图,2-18,定位误差,H,O,A,O,1,O,2,DW,37,例,工件以底面定位铣台阶面，要求保证尺寸,a,。,解：,刀具位置不变，工件上表面位置变化,定位误差,。,工序基准为工件顶面，定位基准为工件底面。,jb,=T,b,基准位移误差不必考虑。,jy,=0,b,DW,a,图,2-19,由于基准不重合引起的定位误差,工序基准,定位基准,2.3.4,定位误差,定位误差,dw,=,jb,+,jy,=T,b,38,2.3.4,定位误差,定位误差计算,批量生产、调整法加工时需计算定位误差。,画出工件的定位简图；,夸张地画出工件变动的极限位置；,用三角几何知识，求工序基准在加工尺寸方向上的最大变动量。,公式计算也属于几何方法。,（,1,）,几何方法,dw,=,jb,+,jy,39,（,1,）定位基准：孔心。基准重合：,jb,=0,（,2,）工件孔径最大，定位销直径最小时，孔心的变动量最大；孔心在,任何方向,上的变动量一样,=,间隙。,在,加工尺寸方向,上的变动量即基准位移误差为,jy,=,D,max,d,min,D,max,工件定位孔最大直径,d,min,夹具定位销最小直径,（,3,） 定位误差,dw,=,D,max,d,min,（,2-8,）,2.3.4,定位误差,【,例,2-1】,孔与销间隙配合，销垂直放置，工件的工序基准为孔心，求其定位误差。,图,2-20 (a),D,max,d,min,O,DW,O,1,O,2,40,2.3.4,定位误差,例,1,：工件孔与定位销固定边接触，销水平放置，,工序基准为孔中心，加工尺寸方向为垂直，,求其定位误差。,（,1,）定位基准为孔心,-,定心定位,基准不重合误差为零,jb,=0,基准位移误差,(,孔中心相对于固定点,),jb,=,（,D,max,D,min,）,=,T,D,（,2-9,）,1,2,1,2,（,2,）定位基准为上母线,-,支承定位,基准不重合误差（孔中心相对于上,母线,）,基准位移误差,jy,= (d,max,-d,min,)/2=,T,d,/2,jy,= (D,max,-d,min,)/2-(D,min,-d,max,)/2,=T,D,/2+,T,d,/2,定位误差,dw,=,jb,+ ,jy,=,T,D,/2+,T,d,/2,图,2-20 (b),D,max,O,1,D,min,O,DW,O,2,销中心,O,，,孔中心最高,O,1,，,最低,O,2,41,例,2,：销水平放置，铣槽保证,H,，,工序基准为孔上母线。,（,1,）定位基准为孔心,-,定心定位,基准不重合误差,jb,=T,D,/2,基准位移误差（孔中心相对于固定点）,孔中心下移,上母线上移,jb,和,jy,都涉及到孔或销的公差时,应做符号判断。,(a),孔径变化对,jb,的影响：,孔径,D,增大,上母线,(,工序基准,),上移,H,变小。,(b),孔径变化对,jy,的影响,：,孔径,D,增大,中心,(,定位基准,),下,移,H,变大。,两个趋势相反，因此为减号。,2.3.4,定位误差,jy,= (D,max,-d,min,)/2-(D,min,-d,max,)/2,=T,D,/2+,T,d,/2,定位误差,dw,=,jy,- ,jb,=,T,d,/2,H,42,2.3.4,定位误差,（,2,）定位基准为上母线,-,支承定位,基准不重合误差为零,jb,=0,基准位移误差（上母线相对于固定点）,jy,=,T,d,/2,定位误差,dw,=,jb,+ ,jy,=,T,d,/2,H,43,2.3.4,定位误差,例,3,：销水平放置，铣槽保证,H,，,工序基准为孔下母线。,（,1,）定位基准为孔心,-,定心定位,基准不重合误差,jb,=T,D,/2,基准位移误差,jy,= (D,max,-d,min,)/2-(D,min,-d,max,)/2,=T,D,/2+,T,d,/2,定位误差,dw,=,jy,+ ,jb,=,T,D,+,T,d,/2,H,符号判断：,(a),孔径变化对,jb,的影响：,孔径,D,增大,下母线,(,工序基准,),下移,H,变大。,(b),孔径变化对,jy,的影响,：,孔径,D,增大,中心,(,定位基准,),下,移,H,变大。,两个趋势相同，因此为加号。,下母线下移,孔中心下移,44,2.3.4,定位误差,（,2,）定位基准为上母线,-,支承定位,基准不重合误差,jb,=T,D,基准位移误差,jy,=,T,d,/2,定位误差,dw,=,jb,+ ,jy,=,T,D,+,T,d,/2,H,45,2.3.4,定位误差,（,2,）,微分方法,【,例,2-2】,工件在,V,型块上定位铣键槽，计算定位误差。,【,解,】,要求保证的工序尺寸和工序要求：槽底至工件外圆,中心,的距离,H,（或槽底至外圆,下母线,的距离,H,1,，或槽底至外圆,上母线,的距离,H,2,）；键槽对工件外圆中心的对称度,OA,=,Sin(,/,2),OB,=,2Sin(,/,2),d,对上式求全微分，得到：,d(,OA,) =,2Sin(,/,2),1,d(,d,),4Sin(,/,2),2,dcos(,/2,),d(,),图,2-21(a),外圆表面在,V,型块上的定位误差,H,B,O,A,工序基准为圆心,O,：,1,）写出,O,点至加工尺寸方向上某一固定点（,A,点）的距离：,46,2,）微分,尺寸误差的最大值，则得到工序尺寸,H,的定位误差：,2.3.4,定位误差,（,2-10,）,式中,T,d,工件外圆直径公差；,T,V,型块两斜面夹角角度公差。,3,）忽略,T,，可得尺寸,H,方向上的定位误差为：,（,2-11,）,d(,OA,) =,2Sin(,/,2),1,d(,d,),4Sin(,/,2),2,dcos(,/2,),d(,),47,对称度要求（工序基准为外圆中心）,若忽略工件的圆度误差和,V,型块角度偏差，则工件外圆中心在,水平方向,上的变动量为零。因此，在水平方向上的定位误差为零。,2.3.4,定位误差,工序基准为外圆下母线或上母线时，定位误差分别为：,图,2-21,外圆表面在,V,型块上的定位误差,c,）,b,）,H,2,B,d,O,H,1,B,O,A,C,（,2-12,）,（,2-13,）,E,A,48,用几何法计算定位误差：,（,1,）基准不重合误差：定位尺寸的公差,（,2,）基准位移误差,以,平面,定位：,jy,=,0,以,内孔,定位：任意边接触：,jy,=,D,max,-d,min=,T,D,+T,d,+,min,单边接触：,jy,= (,T,D,+T,d,)/2,以,外圆,定位：,jy,=,T,D,/,(,2Sin(,/,2),（,3,）判断符号,趋势一致取正号，相反取负号。,（,4,）定位误差：,dw,=,jb,+,jy,（,5,）是否合理：,dw,T/3,为合理。,dw,=,jb,+,jy,习 题 课,49,例,1,用几何法计算定位误差：,定位基准为中心，工序基准为下母线或上母线。,（,1,）基准不重合误差,（,2,）基准位移误差,（,3,）判断符号,（,4,）,定位误差,图,2-21,外圆表面在,V,型块上的定位误差,c,）,b,）,H,2,B,d,O,H,1,B,O,A,C,解：,50,例,2,加工平面,C,，保证尺寸,300.05,。要求设计定位方案，计算定位误差，并判断是否满足加工要求，若不满足请改进。,300.05,d,1000.3,51,例,3,工件以一面两孔定位，孔中心距为,L,，定位元件为支承板，圆柱销和菱形销，试分析定位方案，并计算两孔中心线相对于两定位销中心线的最大转角误差。,X,Z,O,1,Y,X,O,1,O,2,O,2,孔最大销最小时,转角误差最大,52,例,4,工件以圆孔在水平心轴上定位，铣两斜面，保证尺寸,aTa/2,，求定位误差。,aTa/2,53,例,5,工件以大外圆定位，在小外圆上钻孔，保证尺寸,H,1,（工序基准为小外圆中心），,H,2,（工序基准为小外圆上母线），或,H,3,（工序基准为小外圆下母线），大小外圆同轴度为,2e,，求三种情况下的定位误差。,H,1,O,H,2,H,3,54,例,6,工件以外圆定位钻孔，保证尺寸,H,1,（工序基准为外圆中心），,H,2,（工序基准为外圆上母线），或,H,3,（工序基准为外圆下母线），求三种情况下的定位误差。,H,1,O,H,2,H,3,55,