第二章 工件在夹具中的定位

.,第二章、工件在夹具中的定位,工件定位目的：使同批工件在机床或夹具上有正确位置。,工件定位的意义：1.对单个工件来说，是使工件准确专据定位元件规定的位置。2.对于一批工件来说，是使它们都占有一致的位置。,.,定位基准在机械加工中用作定位的基准。定位基面工件定位时，作为定位基准的点和线，往往由某些具体表面体现出来，这种表面称为定位基面。,.,2-1.工件定位原理,(1)六点定位原理一个自由的物体，它对三个相互垂直的坐标系来说，有六个活动可能性，其中三种是移动，三种是转动。习惯上把这种活动的可能性称为自由度，因此空间任一自由物体共有六个自由度。,图2-1工件自由度示意图,未定位工件在空间有六个自由度，定位就是限制其自由度。,.,.,图2-2六点定位简图,合理布置六个定位支承点，使工件上的定位基面与其接触，一个支承点限制工件一个自由度，使工件六个自由度被完全限制，在空间得到唯一确定的位置，此即六点定位原理。,.,实际中一个定位元件可体现一个或多个支承点，视具体工作方式及其与工件接触范围大小而定。,定位与夹紧的区别：定位是使工件占有一个正确的位置，夹紧是使工件保持这个正确位置。,.,用支承点或相当于支承点的定位件去限制工件在空何的自由度时：1.定位支承点必须与工件定位基准始终保持紧密贴合，不得脱离，否则支承点就失去了限制自由度的作用。,2.在分析支承点起定位作用时，不应考虑力的影响，因为我们说工件在某个方向上的自由度被限制，是指工件在该方向上有了确定的位置，并不是指工件在受到使它脱离支承点的外力时也不运动，使工件在外力作用下也不运动的是夹紧的结果，定位和夹紧是两个概念，不要混淆3.定位支承点是定位元件抽象而来的。,.,考虑定位方案时，先分析必须消除哪些自由度，再以相应定位点去限制。,.,图2-3工件应限制的自由度,只有oz方向上有原始尺寸，但要保证此尺寸必须限制三个自由度，即沿Z轴的移动和绕X轴、Y轴的转动,ox方向上没有原始尺寸要求，因此沿这个方向移动的自由度。可以不加限制，工件只要限制五个自由度就够了。,a）,.,一、完全定位工件的六个自由度被完全限制的定位称完全定位。,工件定位情况分类：,二、不完全定位（部分定位）工件被限制的自由度数少于六个，仍能保证有关工序尺寸时的定位称为不完全定位。,这两种定位方式都是合理的定位方式。,.,1）完全定位：,图2-2连杆钻孔定位方案,平面支承,侧挡销,短圆柱销,.,大端面限制:X方向的移动自由度Y、Z的转动自由度,短销限制:Y、Z方向的移动自由度,防转销限制:X方向转动自由度,.,2）不完全定位：,.,三、欠定位工件应限制的自由度未被限制的定位，为欠定位，在实际生产中是绝对不允许的。,b）,.,四、过定位（重复定位）工件一个自由度被两个或以上支承点重复限制的定位称为过定位或重复定位。,过定位是否允许，要视具体情况而定：1）若工件定位面经机械加工，且尺寸和形位置精度较高，则允许过定位。合理过定位不仅不会影响加工精度，还可加强工艺系统刚度，提高定位稳定性。2）若工件定位面是毛坯面，或加工精度不高，则过定位不允许。可能造成定位不准、不稳或干涉等。,.,过定位造成的后果：（1）使工件或夹具元件变形，引起加工误差；（2）使部分工件不能安装，产生定位干涉（如一面两销）过定位一般是不允许的，但在精加工时也可看到。,.,.,.,过定位：,图2-5过定位示意,.,过定位：,图2-6滚、插齿时工件的过定位,.,.,.,消除过定位及其干涉的途径：1.改变定位元件结构，消除对自由度的重复限制，如长销改成短销。,2.提高工件定位基面之间的位置精度，提高夹具定位元件之间的位置精度，减少或消除过定位引起的干涉，精加工时可增加刚度和定位稳定性。,.,.,.,夹持较长卡盘相关于套筒限制:Y、Z方向的移动自由度Y、Z的转动自由度,顶尖限制:Y、Z方向转动自由度,重复限制:Y、Z方向转动自由度,.,.,.,2-2定位元件的选择与设计工件的定位基准有各种形式，如平面、外圆柱而、圆孔、圆锥面、型面等等。对于这些基准表而可以用各种不同的方法来实现定位。根据被加工工件的工序要求正确地选择定位方法，选择和设计定位件，是夹具设计的主要内容之一。,.,定位元件的设计应满足下列要求：要有与工件相适应的精度；要有足够的刚度，不允许受力后发生变形；要有耐磨性，以便在使用中保持精度。一般多采用低碳钢渗碳淬火或中碳钢淬火，硬度为5862HRC。,.,(1)平面定位元件,1)固定支承（支承钉、支承板）,.,A型用于精基准B型用于粗基准C型用于侧面定位。,支承钉与夹具孔的配合为H7/r6或H7/n6。若支承钉需经常更换时可加衬套，其外径与夹具体孔的配合亦为H7/r6或H7/n6，内径与支承钉的配合为H7/js6。使用几个A型支承钉时，装配后应磨平工作表面，以保证等高性。,.,固定支承板多用于工件上已加工表面的定位适用于精基准，有时可用一块支承板代替两个支承钉。左图A型结构简单，但埋头螺钉处易堆积切屑，故用于工件侧面或顶面定位。而右图B型支承板可克服这一缺点，主要用于工件的底面定位。,.,2)可调支承多用于毛面定位，每批调整一次，以补偿各批毛坯误差,.,适用于毛坯（如铸件）分批制造，其形状和尺寸变化较大的粗基准定位。亦可用于同一夹具加工形状相同而尺寸不同的工件，或用于专用可调整夹具和成组夹具中。在一批工件加工前调整一次，调整后用锁紧螺母锁紧。,.,3)自位支承支承本身可随工件定位基准面的变化而自动适应，一般只限制一个自由度，即一点定位。,杠杆式，与工件作两点接触,球面式，与工件作三点接触,.,二点浮动式，与工件作二点接触,.,支承本身的位置在定位过程中，能自动适应工件定位基准面位置变化的一类支承。自位支承能增加与工件定位面的接触点数目，使单位面积压力减小，故多用于刚度不足的毛坯表面或不连续的平面的定位。,.,4)辅助支承在工件定位后才参与支承的元件，不限制自由度，主要用于提高工件的刚度和定位稳定性。,.,.,支承销的高度高于主要支承，当工件装夹在主要支承上后，支承销被工件定位基准面压下，并与其他主要支承一起与工件定位基准面保持接触，然后锁紧。适用于工件重量较轻，垂直作用的切削负荷较小的场合,.,(2)工件以圆孔定位有些工件，如套筒、法兰盘、拨叉等以孔作为定位基准，此时采用的定位元件有定位销、定位心轴等。1）定位销分固定式和可换式，圆柱销和菱形销,.,定位销头部应做出倒角或圆角，以便于装入工件定位孔。主要用于直径小于50mm的中小孔定位。,.,2）圆锥销常用于工件孔端的定位，可限制三个自由度工件在单个圆锥销上容易倾斜，为此，圆锥销一般与其它定位元件组合适用。,.,“一面两销”的两圆柱销重复限制了沿x方向的移动自由度，属于过定位。由于工件上两孔的孔心距和夹具上两销的销心距均会有误差，因而会出现上图所示的相互干涉现象。,.,解决“一面两孔”的定位干涉问题的途径：(1)减小一个销的直径；(2)将一个销做成削边销。,.,3）定位心轴主要用于盘套类零件的定位。心轴定心精度高，但装卸费时，有时易损伤工件孔，多用于定心精度要求高的情况。定位时，工件楔紧在心轴上，多用于车或磨同轴度要求高的盘类零件，小锥度心轴实际上起不到定位的作用,.,图a为间隙配合心轴，心轴工作部分按基孔制h6、g6或f7制造。装卸工件较方便，但定心精度不高,.,图b为过盈配合心轴，引导部分直径D3按e8制造，其基本尺寸为基准孔的最小极限尺寸，其长度约为基准孔长度的一半。心轴上的凹槽供车削工件端面时退刀用。这种心轴制造简便，定心准确，但装卸工件不便，且易损伤工件定位孔。多用于定心精度要求较高的场合。,.,图c为锥度心轴。锥度K通常为1/50001/1000。这种定位方式的定心精度较高，可达0.010.02mm，但工件的轴向位移较大，适用于工件定位孔精度不低于IT7的精车和磨削加工，但加工端面较为困难。,.,.,三、工件以外圆表面定位工件以外圆柱面定位在生产中是常见的，如轴套类零件等。常用的定位元件有V形块、定位套、半圆定位座。,1）定位套筒,.,定位套筒一般直接安装在夹具体上的孔中，工件定位外圆面与其孔一般采用基孔制配合（H7g6）。套筒定位结构简单，主要用于精基准定位。套筒有长、短之分，其定位孔常与端面构成组合限位面，共同约束工件自由度。,.,2）半圆定位座常用于大型轴类工件的定位将同一圆周面的孔分成两半圆，下半圆部分装在夹具体上，起定位作用，上半圆部分装在可卸式或铰链式盖上，起夹紧作用，半圆孔定位座适用于大型轴类工件的定位。,.,3）V形块定位结构尺寸已标准化，斜面夹角有6090120,以900用的最多，因为它在保证定位稳定性和减少夹具的外形尺寸方面比1200和600的都好。,.,.,.,在V形块上定位时，工件具有自动对中作用。V形块的主要尺寸为：,d标准心轴直径，即工件定位用外圆直径(mm);HV形块高度(mm);NV形块的开口尺寸(mm);H定对标准心轴而言，V形块的标准高度，V形块两工作平面间的夹角。,设计V形块时H定值的计算：,.,.,4）外圆定心夹紧三爪卡盘、双V形铁定心夹紧、弹簧夹头,.,(4)工件以其它表面定位,.,(5)组合表面定位1）一个平面和与其垂直的两个孔组合,.,2）一平面和与其垂直的两外圆柱面组合,.,3）一孔和一平行于孔中心线的平面组合,.,.,.,.,.,.,.,两孔中心距为：LTlk/2，两销中心距为：LTlX/2。两孔与两销的最小间隙分别是1min，2min。,.,定位销的设计与选取：,确定两定位销的尺寸：,确定定位销中心距及公差：,确定圆柱销尺寸及公差：,.,确定菱销的宽度：,查表取：b=4mm,确定菱形销尺寸及公差：,根据式：,得：,取菱形销的精度为：IT6，Td2=0.011,d2min=d2max-Td2=11.947-0.011=11.936,.,.,.,.,.,.,1、A夹具位置误差。,2、D定位误差。,3、T对刀导向误差。,4、G某些加工因素造成的加工误差。,上述误差合成不应超出工件的加工公差T，即：D十A十T十G,2-3定位误差的分析计算,工件在夹具中加工时的加工误差,.,在工件的加工中，还会因夹具在制造与安装、工件的夹紧、机床的工作精度、刀具的精度、受力变形、热变形等因素而产生误差，定位误差仅是加工误差的一部分。所以一般限定定位误差不超过工件加工公差T的1/51/3，即D(1/51/3)T,定位误差概念:是指由于定位不准而造成某一个工序在工序尺寸或位置要求方面的加工误差，一般以d（或者定位)表示。,.,成批加工工件时，夹具相对机床的位置及切削运动的行程调定后不再变动，可认为加工面的位置是固定的。但因一批工件中每个工件在尺寸形状及表面相互位置上均存在差异，所以定位后各表面有不同的位置变动。工序基准的位置变动将对加工精度有直接影响。,.,定位误差是由于工件在夹具上（或机床上）定位不准确而引起的加工误差。例如在一根轴上铣键槽，要求保证槽底至轴心的距离H。若采用V型块定位，键槽铣刀按规定尺寸H调整好位置，如图所示。则实际加工时，由于工件外圆直径尺寸有大有小，会使外圆中心位置发生变化。若不考虑加工过程中产生的其它加工误差，仅由于工件圆心位置的变化而使工序尺寸H也发生变化,.,1）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，称为工序基准。,2工艺基准零件在加工、检测和装配中，用作依据的点、线、面称为工艺基准。工艺基准又可分为工序基准、定位基准、测量基准和装配基准。,2）定位基准零件加工时，用以确定其在机床上相对刀具正确位置所依据的点、线、面称为定位基准。使用夹具安装时，定位基准为工件上与夹具定位元件相接触的表面。定位基准还可以进一步分为：粗基准、精基准、附加基准。粗基准和精基准未经过机械加工的定位基准称为粗基准，经过机械加工的定位基准称为精基准。,.,工件钻孔工序简图,.,定位误差包括基准不重合误差和基准位移误差,1）基准不重合误差不重(B）其大小等于设计基准与定位基准间联系尺寸在加工尺寸方向上的变动量（公差）。,一次安装加工两孔A和B，孔B在X方向定位基准C与设计基准A不重合，基准不重合误差为联系尺寸22的公差0.2,.,基准不重合误差示例,对于尺寸A3来说：,对于尺寸A1来说：,.,.,基准不重合误差的计算公式,定位基准与工序基准间的尺寸链组成环的公差(mm)；,的方向与加工尺寸方向间的夹角（）。,.,2）基准位移误差位置（Y）是指工件的定位基准在加工尺寸方向上的变动量。由工件定位面和夹具定位元件的制造误差以及两者之间的间隙所引起。,.,当定位基准的变动方向与工序尺寸的方向不同时，基准位移误差等于定位基准的变动范围在加工尺寸方向上的投影，即:,.,.,.,.,2定位误差的计算计算定位误差时：1.可以分别求出基准位移误差和基准不重合误差，再求出它们在加工尺寸方向上的矢量和；,2.可以按最不利情况,确定工序基准的两个极限位置，根据几何关系求出这两个位置的距离，将其投影到加工方向上，求出定位误差。,.,二、几种典型表面定位方式定位误差计算,(1)以平面定位时的定位误差计算,平面度误差很小，定位副制造不准确误差可忽略，所以定位误差主要由基准不重合引起。,.,设计基准（定位基准）,例：图示零件加工台阶面,切削平面,（本道工序加工精度）,.,设计基准,定位基准,称为基准不重合误差,.,例1.如下图所示，以A面定位加工20H8孔，求加工尺寸400.1mm的定位误差。,解：设计基准B与定位基准A不重合，因此将产生基准不重合误差Y=0mm（定位基面为平面）D=B=0.15mm,.,.,(2)以圆孔定位时的定位误差计算,工件孔与定位心轴无间隙配合，不存在定位副制造不准确误差，定位精度较高。,DH1=0,DH2=B,.,定位心轴水平放置,单向推移工件靠紧定位,工件单向靠紧时基准位移误差,工件单向靠紧定位，如定位心轴水平放置，或在夹紧力作用下单向推移工件靠紧定位。,.,A,孔Dmax=D+TDDmin=D轴dmax=ddmin=d-Td1,O1Omax=OA-O1A=(D+TD)/2-(d-Td1)/2O1Omin=D/2-d/2因基准位移造成的加工误差为：Y=O1Omax-O1Omin=(TD+Td1)/2,.,.,式中，定位最大配合间隙(mm)；工件定位基准孔的直径公差(mm)；圆柱定位销或圆柱心轴的直径公差(mm)；定位所需最小间隙，由设计时确定(mm)。,.,3、工件孔与垂直放置的心轴间隙配合,1,.,若孔与销两者的安装不能保证单方向接触时，则整批工件在同一销上单位时，其定位孔的轴线在空间的变动范围将会扩大一倍，基准位置误差的最大值应为：,Y=TD+Td1+Xmin,.,定位误差由基准不重合误差与基准位移误差两项组合而成。计算时，先分别算出B和Y，然后将两者组合而成D。,D=YB,式中，定位基准与工序基准的变动方向相同取“+”号，相反取“-”号。,1.当工序基准与定位基准不重合时，如果工序基准不在定位面上，则,D=YB,2.当工序基准与定位基准不重合时，如果工序基准在定位面上，则,.,1.当定位孔直径由小变大时，定位基准O向下移动，引起加工尺寸H1增大,2.当假设定位基准位置不变，且定位孔直径由小变大时，工序基准由B1移至B2（向上移动)，使尺寸H1变小，所以两者方向相反应取“-”号,.,.,解：1.定位基准与工序基准重合，则B=0,2.定位基准单方向移动，移动方向与加工方向间的夹角为30015,.,解：B=0，D=B+Y=Y,例：钻绞图所示零件上10H7的孔，工件主要以20H7孔定位，定位轴直径为，求工序尺寸500.07mm及平行度的定位误差,=TD+Td1+min=0.021+0.009+0.007=0.037,平行度误差：D=(TD+Td1+min)L1L2=(0.021+0.009+0.007)2958=0.018,.,图中是在金刚镗床上镗活塞销孔的示意图，活塞销孔轴线对活塞裙部内孔轴线的对称度要求为0.2mm以裙部内孔及端面定位，内孔与定位销的配合为95H7/g6，求对称度的定位误差,由于对称度的工序基准为裙部内孔轴线，定位基准也是裙部轴线，两者重合，所以B0,DTD+Td+min=(0.035+0.022+0.012)=0.069,.,(3)以外圆定位时的定位误差计算,工件在V形块上定位,.,工序基准是圆柱轴线，工件定位基准也是圆柱轴线，两者重合，则B=0,工序尺寸以H1标注，其定位误差为：,.,工序尺寸以H2标注，其定位误差为：d2=A1A2=A1O1+O1O2-A2O2=,+,.,工序基准在定位基面上，工件定位基准是圆柱轴线，两者不重合，则B=Td/2,工序基准在定位基面上，当定位基面直径由大变小时，定位基准向下移动，引起加工尺寸变小，工序基准也向下移动，引起加工尺寸变小。,d=Y+B,.,H3max,H3min,.,d=YB,.,定位误差分析：a)定位误差d随毛坯误差Td的增大而增大；b)定位误差d随V形块夹角增大而减小，但稳定性变差；c)定位误差d与工序尺寸标注方式有关，d2d1d3,.,例2.如下图所示，用角度铣刀铣削斜面，求加工距离尺寸为390.04mm的定位误差。解：B=0mm（定位基准与设计基准重合）,Y=0.707Tdcos=(0.7070.040.866)mm,=0.024mm,D=Y=0.024mm,.,例3.如下图所示，工件以d1外圆定位，加工10H8孔。已知：求加工尺寸400.15mm的定位误差。,.,总定位误差：DBY0.053+0.0070.06mm,定位基准是圆柱d1的轴线，而工序基准为圆柱d2的下母线B.,解：,B（0.046/20.03）mm0.053mm,Y0.707d0.7070.010.007mm,.,三、表面组合定位时的定位误差,1.平面组合定位,2.平面与内孔组合定位,3.外圆与外圆组合定位,.,工件以一面两孔组合定位时的定位误差计算在加工箱体、支架类零件时，常用工件的一面两孔定位，以使基准统一。这种组合定位方式所采用的定位元件为支承板、圆