工件在夹具上的定位PPT课件

1工件在机床上相对刀具占有正确的加工位置工件在夹具上占有正确的位置夹具在机床上占有正确的位置工件在机床上的定位工件在夹具上的定位夹具在机床上的定位本节讲述：工件在夹具上的定位第1页/共55页2主要内容：二、常用定位方法与定位元件一、概述三、定位误差的计算第2页/共55页注意：“工件”是指一批工件。即“使工 件在夹具中占据正确的位置” 是 指“使一批工件在夹具中占据正确 的位置” 。 3一、概述定位：工件加工前，在夹具中占据“确定”、 “正确”加工位置的过程。1. 定位的概念第3页/共55页4 包括： 完全定位 不完全定位 欠定位 过定位 第4页/共55页52. 基准的概念基准：用来确定生产对象上几何要素间的几何关系所依据的点、线、面。基 准设计基准工艺基准工序基准定位基准测量基准装配基准粗基准粗基准精基准精基准辅加基准辅加基准第5页/共55页6工艺基准：零件在加工、检验和装配过程中所采用的基准。 设计基准：在零件设计图上用以确定其它点、线、面位置的基准(点、线、面）。定位基准：加工时，使工件在机床或夹具中占据正确位置所用的基准。 第6页/共55页7工序基准：在工序图上用来确定本工序所加工表面加工后的尺寸、形状、位置的基准。测量基准：检验零件时，用以测量加工表面的尺寸、形状、位置等误差所依据的基准。 装配基准：装配时用以确定零件、组件和部件相对于其他零件、组件和部件的位置所采用的基准。第7页/共55页8二、常用定位方法与定位元件(一) 工件以平面定位 工件以平面作定位基准时，夹具上相应的定位元件有下列数种标准结构形状。(l) 支承钉和支承板 支承钉和支承板统称固定支承，因为它们装上夹具后，其高度是固定不变的，即不可调节的。它们的结构和尺寸已标准化，详见国家标准机床夹具零件及部件(以下简称:国标夹具零部件)中GB2226-80(支承钉),GB2236-80(支承板)。第8页/共55页9图(b)为球头的，适用于粗基准的定位，它接触面积很小，容易保证接触点位置的相对稳定，但易磨损。常用的支承钉图(a)为平头的，它与定位基面之间的接触面大、压强小，可避免压坏定位基面，常用于半精基准定位。图(c)工作面上制有齿纹，可增大接触区的摩擦力，但易积屑，故常用于摩擦力要求较大的侧面定位。第9页/共55页10A型支承板结构较简单，易制造，但切屑易落入紧固螺钉头部的埋孔中不好清除，故只适用侧面或顶面定位。大、中型工件用面积较大的精基准定位时，常采用图中所示的支承板B型支承板工作面上制有下凹的斜槽，其优点是工件在其上移动时，能保持接触的连续性并有利于排除切屑，故适用于底面定位。但制造较麻烦。第10页/共55页 11(2) 可调支承 支承点位置可以调整的支承称为可调支承。 图中所示为几种常见的可调支承当工件定位表面不规整以及工件批与批之问毛坯尺寸变化较大时，常使用可调支承。有时，可调支承也可用作成组夹具的调整元件。第11页/共55页12(3) 自位支承 自位支承在定位过程中，支承本身可以随工件定位基准面的变化而自动调整并与之相适应。 图中所示为几种常见的自位支承形式。自位支承一般只起限制一个自由度的定位作用，即一点定位，常用于毛坯表面、断续表面、阶梯表面的定位以及有角度误差的平面定位。(a)(b)(c)第12页/共55页13 固定支承、可调支承和自位支承，都是工件以平面定位时起主要定位作用的支承，故统称为基本支承。 并且只有这类支承才能用作限制工件的自由度。 用基本支撑作定位的定位方式称为支承定位。第13页/共55页14 (4) 辅助支承 若工件形状复杂或刚性差，在使用基本支承定位以后，其定位刚性和稳定性仍显不足时，可在工件刚性不足处增设辅助支承，以承受切削力、夹紧力和减小工件的变形及加工时的振动，它不起定位作用。 辅助支承的结构形式很多，图中是其中的两种。(a)的结构最简单，但在转动支承1时，可能因摩擦力而带动工件。第14页/共55页15图(b)为自动调节支承，靠弹簧3的弹力使支承1与工件接触，转动手柄4将支承1锁紧。因弹簧力可以调整，作用力适当而稳定，避免了操作而将工件顶起。为防止锁紧时将支承1顶出, 角不应太大，以保证有一定自锁性，一般取710 。辅助支承主要用来在加工过程中加强被加工部位的刚度。第15页/共55页16辅助支撑的例1第16页/共55页17辅助支撑的例2第17页/共55页181工件；2辅助支承；3铣刀。辅助支撑的例3第18页/共55页19(二)工件以圆柱孔定位 当工件以圆柱孔作定位基准时，相应的定位元件有心轴和定位销。l. 心轴 心轴结构形式很多，图中为几种常见的刚性心轴，其中图(a)为过盈配合心轴，图(b)为间隙配合心轴，图(c)为小锥度心轴。小锥度心轴的锥度为1:5000 1:1000。工件安装时轻轻敲入或压入，通过孔和心轴接触表面的弹性变形来夹紧工件。使用小锥度心轴定位可获得较高的定位精度。刚性心轴第19页/共55页20 工件在心轴上的定位通常限制了工件除绕自身轴线转动和沿自身轴线移动以外的四个自由度，是四点定位。 除了刚性心轴以外，在生产中还经常采用弹性心轴、液塑心轴、自动定心心轴等。这些心轴在工件定位的同时将工件夹紧，使用起来很方便。第20页/共55页212.定位销图中所示为国家标准规定的圆柱定位销，其工作部分直径d通常根据加工要求和考虑便于装夹，按g5、g6、f6或f7制造。定位销与夹具体的连接可采用过盈配合(如图(a)、(b)、(c)所示)，也可以采用间隙配合(如图d)。圆柱定位销通常限制工件的2个移动自由度。圆柱定位销第21页/共55页22 当要求孔销配合只在一个方向上限制工件自由度时，可使用菱形销，如图 (a)所示。 工件也可以用圆锥销定位，如图 (b)和(c)所示。其中图(b)多用于毛坯孔定位，图(c)多用于光孔定位。 图示圆锥销定位限制了工件的3个移动自由度。菱形销与圆锥销第22页/共55页23(三)工件以外圆表面定位 当工件以外圆表面作定位基面时，相应的定位元件有下面几种。1. 套筒、半圆孔 图中所示为装在夹具体上的套筒结构。其中图(a)为长定位套，它相当于长销定位，限制工件的四个自由度;图(b)为短定位套，相当于短销定位，限制两个自由度。为了保证轴向定位精度，常与端面联合定位，这样共限制五个自由度。第23页/共55页24 图中为外圆柱面用半圆孔定位的结构。 下半圆孔固定在夹具体上作定位用，其最小直径应取工件定位外圆的最大直径。上半圆孔是可动的，起夹紧作用。半圆孔定位的优点是夹紧力均匀，装卸工件方便。故常用于曲轴、压汽机轴等不适于以整圆定位的大型轴类零件的定位。上述孔轴配合的定位方式称为定心定位。第24页/共55页252. V形块 在以外圆柱面定位中，最常用的是在V形块上定位。a) 较短精基面定位；b) 粗基面或阶梯轴的定位；c) 长的精基面或两段基面相距较远的轴的定位或阶梯轴定位用；d) 直径和长度较大的重型工件。第25页/共55页26 V形块两工作斜面间的夹角a，一般为60，90和120，以90应用最多。90 V形块的结构和尺寸已标准化。 V形块定位的最大特点是：工件上用作定位基面的外圆柱面，不论是经过加工与否或精度的高低，也不论是圆柱面或是圆弧面，它们在V形块上定位时，其定位基准(轴线)，始终处于V形块两工作斜面的对称面上，即对中性很好。 它还适用于阶梯轴及曲轴的定位，并且装卸工件很方便。 一般来说，长V形块(或两个短V形块的组合)限制工件的4个自由度，而短V形块一般只限制2个自由度。V形块又有固定固定和活动活动之分。第26页/共55页27 图中所示为活动V形块结构图，它可兼作定位件和夹紧件。 活动V形块只限制垂直于活动方向的一个自由度。 活动V形块的结构尺寸已标准化。第27页/共55页28(四)工件以圆锥孔定位 在加工轴类零件或某些要求精密定心的零件时，常常以工件上的锥孔作为定位基准。例如：图(a)中的锥形套筒，便是以其内锥孔在锥形心轴上定位来精加工外圆的；图(b)中的轴(图中只画出一端)，则是以顶针孔在顶针上定位车外圆的。这类定位方式可以看成是圆锥面与圆锥面接触的方式。根据两者接触面根据两者接触面的相对长度，而的相对长度，而有两种情况有两种情况第28页/共55页29情况1： 接触面较长的，相当于五个定位支承点，限制五个自由度:情况2： 接触面较短的，相当于三个定位支承点，限制三个自由度:第29页/共55页30(五)定位表面的组合 实际生产中经常遇到的不是单一表面定位，而是几个定位表面的组合。 常见的定位表面组合有： 平面与平面的组合 平面与圆孔的组合 平面与外圆表面的组合 平面与其他表面的组合 锥面与锥面的组合 等等。第30页/共55页31 在多个表面同时参与定位的情况下，各表面在定位中所起的定位作用有主次之分。 一般称定位点数最多的定位表面为第一定位基准面或主要定位面或支承面； 对于定位点数次多的定位表面称为第二定位基准面或导向面； 对于定位点数为1的定位表面称为第三定位基准面或止动面。第31页/共55页32孔与孔与端面端面组合，组合，如图：如图：图(a)：工件以其孔及与孔中心线垂直的端面组合定 位。这种定位出现了过定位问题。为了解决该定位方式的过定位问题，应首先确定工件的哪一个定位基准是起主要定位作用的，即第一定位基准；哪一个是起次要定位作用的，即第二定位基准，然后采取适当措施。第32页/共55页33解决解决方法方法1：图(b)：以孔中心线为第一定位基准，端面为第二定位基准的方法，采用球面自位支承使工件端面定位，仅消除 自由度，与心轴外圆柱表面所消除的自由度不重复，避免了过定位。图(c)：当工件端面与孔中心线误差很小时，也可把心轴台肩直径做得小些，不用球面自位支承，可简化定位装置。第33页/共55页34 如以工件的端面为第一定位基准，则应把心轴圆柱部分做得短些，这时心轴台肩支承工件端面，消除 、 及 三个自由度，而心轴短圆柱消除工件的 两个自由度，也无过定位。解决方法解决方法2：第34页/共55页35 在加工箱体类零件时经常采用一面两孔组合(一个大平面及与该平面相垂直的两个圆孔组合)定位，夹具上相应的定位元件是一面两销。为了避免由于过定位而引起的工件安装时的干涉，两销中一个应采用菱形销。图为“一面两销”定位示意图。一面两孔组合，一面两孔组合，如图：如图：第35页/共55页36三、定位误差的计算(一)误差不等式 如果一批工件在夹具中所采用的定位方式，没有违反定位基本原理，那么，这种定位方式能否保证这批工件加工后达到规定的加工技术要求呢? 对这个问题，仍需作具体地分析，而不能笼统的回答，应进行误差分析。第36页/共55页37 在机械加工过程中，产生加工误差的因素很多。例如： 原理误差 与夹具有关的加工误差 机床误差 测量误差 刀具误差 等等。 在这些误差因素中，有一项是与采用夹具来安装工件进行加工有关的，用 j 来表示。 因为夹具的设计与制造所造成的误差，必然会影响工件的定位精度，而反映在工件的加工精度上。第37页/共55页38误差不等式：式中：k工件的加工允差； j与夹具有关的加工误差； 除夹具外，与工艺系统其他一切因 素有关的加工误差。第38页/共55页39 对于j ，j包括有关夹具设计与制造的各种误差，一般可用下式表示：第39页/共55页40 可见，在夹具设计与制造中，要尽可能设法减少这些与夹具有关的加工误差。 如果这部分误差所占比例很大，则留给补偿其他加工误差的比例就很小；结果，不是降低了工件的加工精度，就是有可能造成超差而导致工件报废。所以，减少与夹具有关的各项误差，是设计夹具时必须认真考虑的重要问题之一。 本章所讨论的是工件定位问题，所以，在这里只讨论定位误差 问题。第40页/共55页41(二)定位误差产生的原因分析1： 要保证图中工件的加工尺寸a a，由定位基本原理可知，这时只需限制加工尺寸a所在方向上的移动自由度。下边有两个定位方案。第41页/共55页42 要保证图中工件的加工尺寸a a，这时只需限制加工尺寸a所在方向上的移动自由度。因此，单纯从定位的角度来看，似乎工件按B面定位或者按C面定位均可。因为两者所限制的自由度是完全一样的。仔细深入分仔细深入分析就会发现，析就会发现，这两种定位这两种定位方法的定位方法的定位精度是大不精度是大不一样的。一样的。第42页/共55页43 首先，有必要再次指出，工件用夹具定位首先，有必要再次指出，工件用夹具定位来加工时，是按调整法进行的。因此，每当夹来加工时，是按调整法进行的。因此，每当夹具和刀具的相对位置经过一次调整后，便需用具和刀具的相对位置经过一次调整后，便需用来加工一批工件。刀具的位置主要是根据工件来加工一批工件。刀具的位置主要是根据工件在夹具中的定位基准来调整的在夹具中的定位基准来调整的(即使夹具上设有即使夹具上设有对刀块，则对刀块的位置也是和定位元件工作对刀块，则对刀块的位置也是和定位元件工作表面直接相关的表面直接相关的)。第43页/共55页44图(a)：工件以B面为定位基准，刀具是按距B面的尺寸a来调整的。对于同一批工件而言，若不考虑加工过程中其他误差因素(如刀具磨损、工艺系统的弹性变形和热变形等)的影响，那么刀具相对于定位基准B面间的尺寸a，应该是稳定不变的。也即:这时不存在因定位引起的误差。 因此一批工件中的每一件所得到的尺寸a，理论上都应该是一样的，都能满足图纸要求。第44页/共55页45图(b)：工件以C面为定位基准，这时刀具位置只能按距C面的尺寸a来调整了。 加工时所保持的尺寸不是a而是a 。尺寸a便不是加工中直接保证的，而是间接获得的。第45页/共55页46 由图中可以看出，对于一批工件来说，当刀具按定位基准C面被调整好而处于一定位置时，其中每个工件的B面位置，却是随尺寸Ld的变化而变动的。显然，这时一批工件的B面位置可能发生的最大变动范围 Ld ，便由尺寸Ld的最大与最小极限尺寸所决定，即：因此，在尺寸a中，实际上附加了 Ld这样一个误差值，这就直接影响到加工尺寸a的精度。第46页/共55页47 通过上例的分析，可以看出，工件的定位基准选择不当，会给加工尺寸附加一种误差，从而降低加工精度。 如果设计基准与定位基准重合，则两者之间不存在尺寸联系，因此，也就没有因该尺寸的公差对加工尺寸的影响，换言之，这时没有因定位而引起的误差。 如果设计基准和定位基准不重合，则两者之间必然存在尺寸联系，这个尺寸便称为定位尺寸，而这一定位尺寸的公差，也就成为影响加工尺寸的一种附加误差。 这种误差是定位误差的一种，由于它是基准不重合引起的，所以一般称它为：基准不重合误差，用符号 表示。第47页/共55页48分析2： 基准不重合会产生定位误差。但是，对于有些定位方式来说，即使基准重合，也可能产生另一种形式的定位误差。一套筒类零件在水平位置的心轴上定位而铣键槽。加工时要求保持尺寸b+b和h -h。尺寸b+b完全是由铣刀本身的刃宽尺寸决定，尺寸h -h则是由按心轴中心调整好铣刀的高度位置来保证。第48页/共55页49情况1：理想情况 工件以圆孔在心轴上定位的方式，属于圆柱面与圆柱面相接触的定位方式。 从理论上讲，如果工件圆孔直径和心轴外圆直径做成完全一样，即作无间隙的配合，此时两者的中心应该完全重合。因此，选用圆孔内圆柱面作为定位基准，在这种情形下，实际上相当于选用圆孔中心作为定位基准是一样的。此时，设计基准和定位基准重合。 如果工件的定位基准面和定位元件的工作表面没有制造误差，那么，从理论上分析，这种定位方式不存在定位误差。第49页/共55页50情况2：实际情况 实际上定位副（指：工件的定位基准面和定位元件的工作表面）不可能制造得十分正确而无误差，同时为了使工件圆孔易于套入心轴，也必须使定位副间有一最小配合间隙。这样便不可能像理论上分析的，使工件的圆孔中心和心轴中心保持完全同轴。于是，当心轴水平放置时，工件圆孔一定会单边搁置在心轴的上母线上(即:圆孔孔壁与心轴上母线保持接触) 。第50页/共55页51图(b)所示，由于工件圆孔中心和心轴中心事实上并不重合，因此利用按心轴中心调整好位置的铣刀去铣削一批工件时，则这批工件的尺寸 h 便附加了工件圆孔中心相对于心轴中心的位置偏移误差。 这一误差不是由于基准不重合引起的，而是由于定位副制造不准确引起的。 用符号 表示因定位副制造不准确引起定位基准位移而产生的定位误差。则有：第51页/共55页52 从图中可以看出，工件圆孔中心是定位基准，夹具上定位元件(心轴)的中心是夹具上决定刀具相对于工件位置的依据，夹具上对刀块的位置尺寸，就是以定位心轴中心为基准而标注的，这个基准我们称为：起始基准。 理想的情况，工件上的定位基准(本例是圆孔中心)和夹具中定位元件的起始基准(本例是心轴中心)一定是重合的，但实际上由于存在制造误差，而使得一批工件的定位基准相对夹具中定位元件的起始基准发生位移。“起始基准起始基准”的概念的概念第52页/共55页53总结：总结：通过以上分析，可得出以下重要结论:1. 工件在定位时，不仅要限制工件的自由度，使工 件在加工尺寸所在方向上有确定的位置，而且还 必须要尽量设法减少定位误差，保证足够的定位 精度。2. 工件在定位时产生定位误差的原因有两个： (1) 定位基准与设计基准不重合，必然产生基准不 重合引起的定位误差 。第53页/共55页54 (2) 由于定位副制造不准确，引起定位基准相对夹具上定位元件的起始基准发生位移，而产生定位误差 。 工件在夹具中定位时的定位误差定位误差，便是由上述两项误差所组成，即:强调强调：定位误差主要发生在按调整法加工一批 工件时。如果按逐件试切法加工，则根 本不存在定位误差。第54页/共55页共55页55感谢您的观看！第55页/共55页