第五章第三节

1、平江县职业技术学校教案教研室：机械教研组 授课教师：黄波课程名称机械加工技术课次主 要 教 学 内 容时间分配第五章 夹具第三节 工件的定位方法与定位元件一、工件以平面定位二、工件以圆柱孔定位三、工件以外圆柱表面定位四、工件以特殊表面定位25202515教学目的掌握工件定位的方法和定位过程中所采用的定位元件教学重点定位方法及定位元件的使用教学难点定位方法教学方法使用教具讲授拟留作业思考题 授课总结第一课时定位元件设计包括定位元件的结构、形状、尺寸及布置形式等。本节要阐明的是利用六点定位规则正确选择定位方式和设计定位元件的方法。工件的定位设计主要决定于工件的加工要求和工件定位基准的形状、尺寸、精

2、度等因素，故在定位设计时要注意分析定位基准的形态。一、工件以平面定位在机械加工中，大多数工件都以平面作为主要定位基准，如箱体、机体、支架、圆盘等零件。当工件进人第一道工序时，只能使用粗基准定位；在进入后续工序时，则可使用精基准定位。1.工件以粗基准平面定位这种平面通常指锻、铸后经清理的毛坯平面，其表面较粗糙，且有较大的平面度误差。如图2-19a所示，当此面与定位支承平面接触时，必为随机分布的三个点。为了控制这三个点的位置，通常要采用呈点接触的定位元件，以获得较圆满的定位(图2-19b)。但这并非在任何情况下都是合理的。例如，定位基准为很窄的平面时，就很难布置支承三角形，而采用面接触定位。粗基准

3、面常用的定位元件有支承钉、浮动支承和调节支承等。(1)B型(球头)和C型(齿纹)支承钉 图2-20所示为一种固定式支承。其主要规格尺寸D为5、6、8、12、16、20、25、30、40mm。支承钉用碳素工具钢T8经热处理至5560HRC。支承钉d处用H7 /r6过盈配合压入夹具体中。B型支承钉能使其与定位基面接触良好；C型支承钉的齿纹，可防止工件在加工时滑动，常用于较大型的机体的定位。一个支承钉可限制工件一个自由度。这类元件磨损后较难更换。(2)可换支承钉 图2-21所示为两种可换支承钉，用于批量较大的生产中，以降低夹具制造成本。目前国内尚无可换支承钉的标准。(3)可调节支承调节支承(GB/1

4、223091)、圆柱头调节支承(GB/1222991)、六角头支承(GB/T222791 )属于可调节的支承，以保证工序有足够和均匀的加工余量。图2-22所示为可调节支承定位的应用示例。工件以箱体的底面为粗基准定位，铣削顶面。由于毛坯的误差，将使后续镗孔工序的余量偏向一边，甚至出现余量不够的现象。为此，定位时需按划线调节工件的位置，通常需对同一批工件作一次调节，调节后用锁紧螺母锁紧。支承用优质碳素结构钢45钢，经热处理至4055HRC(长度大于50mm，仅头部热处理)。2.工件以精基准平面定位工件的基准平面经切削加工后，可直接放在平面上定位。经过刮削、磨削的平面具有较小的表面粗糙度值和平面度误

5、差，故可获得较精确的定位。常用的定位元件有支承板和平头支承钉等。这类是呈面接触的定位元件。图2-24所示为加工开合螺母的车床夹具(图中定位符号见附表1)。工件的主要定位基面B在两块支承板上定位，另一平面A在两个平头支承钉上定位，C面则用一平头支承钉定位。这些定位元件都已标准化。(1)支承板 图2-25a所示为A型光面支承板，用于垂直布置的场合；图2-25b为B型带斜槽的支承板，用于水平方向布置的定位中，其凹槽可防止细小切屑停留在定位面上。支承板的主要规格厚度H为6, 8, 10, 12, 16, 20,25mm。支承板用碳素工具钢T8，经热处理至5560HRC。同时多块使用时，需设法使厚度H相

6、等。支承板用螺钉紧固在夹具体上。大的支承板可限制工件三个自由度。(2)平头(A型)支承钉 图2-20c所示为平头支承钉。多件使用时需设法使高度尺寸H相等。其主要规格与B型、C型相同。(3)其它定位方法和元件对于中、小型零件，有时可直接在夹具体的有关平面上定位(图2-26a)，有时也可用非标准结构的支承板。图2-26b为一种环形的支承板，用于盘形零件的定位。图2-26c所示的支承板形状则按工件定位基面的形状设计。3.提高平面支承刚度的方法在加工大型机体和箱体零件时，为了克服因支承面的不足而引起的变形和振动，通常需要考虑提高平面的支承刚度。在加工刚度较低的薄板状零件时也要注意这个问题。常用的方法是

7、采用辅助支承或可以浮动的支承，以减小工件变形和振动，但又不致发生过定位。(1)辅助支承 辅助支承不限制工件自由度，只起支撑作用，使用完毕需放松支承，待工件重新定位后再支撑。图2-27a所示为已标准化的GB/T2238-91自动调节支承。支承1由弹簧3的作用与工件保持良好的接触，锁紧顶销2即可起支撑作用。图2-27b表示了平面用辅助支承的支撑作用，可见与定位的区别，辅助支承的主要规格d为12、16、20mm。图2-28所示为GB/T2238-91自动调节支承在平面磨床夹具中的应用。工件主要以精基准面在三个A型支承钉2上定位的同时，六个辅助支承也自动地与工件接触，待锁紧后，支承点增至九个，但不发生

8、过定位。用这种方法可提高工件的刚度，减少工件加工的平面度误差。图2-29所示为另一种手推式辅助支承，用于铣床夹具中。三个支承钉2在工件周边定位后，即可推动手柄5使辅助支承4上升与工件接触，旋转手柄经钢球锁紧楔块即可使辅助支承4支撑工件。操作时以手的感觉控制支撑的状态。(2)浮动支承 图2-30所示为几种浮动支承的结构，它们与工件的接触点虽然是二点或三点，但仍只限制工件的一个自由度。这种方法是第一节所介绍的第四种消除过定位方法的应用。图2-30a、b所示支承均为一个方向浮动；图2-30c的结构可在二个方向上转动。图2-31为浮动支承的灵活应用，其中浮动支承1在方向上浮动；浮动支承2则在方向上浮动

9、，故实际限制工件的自由度为、。使用浮动支承可提高工件的刚度。二、工件以圆柱孔定位1.工件以圆柱孔定位的特点工件以圆柱孔定位是一种中心定位。定位面为圆柱孔，定位基准为中心轴线(中心要素)，故通常要求内孔基准面有较高的精度。工件中心定位的方法是用定位销、定位插销、定位轴和心轴等与孔的配合实现的(图2-32a)。有时采用自动定心定位。粗基准内孔定位很少采用。图2-32b所示为铣削尾座底平面的定位方法，在毛坯孔的两端用顶尖支承，以保证镗孔工序的余量均匀。本书重点介绍精基准孔的定位。2.工件以精基准孔定位(1)定位轴 通常定位轴为专用结构，其主要定位面可限制工件的四个自由度，若再设置防转支承等，即可实现

10、完全定位。图2-33所示为钻模所用的定位轴。图中2为中心定位部分，通常需最小间隙为0.005mm；引导部分的倒角为15；连接部分有多种结构。图2-34a所示为采用骑缝螺钉紧固联接，图2-34b所示用六角螺钉紧固联接的结构有较高的强度，图2-34c所示的定位轴由圆柱销承受扭矩，且便于维修。定位轴用碳素工具钢T8，经热处理至5560HRC；也可用优质碳素结构钢20钢，经渗碳淬硬至55一60HRC。(2)定位销1)固定式定位销 定位销是组合定位中最常用的定位元件之一。图2-35a所示为A型定位销，可限制工件的两个自由度。图2-35b所示为B型菱形定位销，只能限制工件的一个自由度。固定式定位销(GB/

11、T2203-91)的主要规格D为350mm(附表2)。定位销材料(D18mm)用碳素工具钢T8，经热处理至5560HRC。 D18mm的定位销用优质碳素结构钢20钢，渗碳淬硬5560HRC。B型菱形销的应用较特殊，如图3-36所示，它是布置在会发生定位干涉的部位上。第四节中将介绍它的设计方法。2)小定位销 如图2-37所示，小定位销(GB/T2202-91 )也分A型、B型两种，其主要参数D为13mm,故功能上与固定式定位销相同，仅结构有所不同。3)可换式定位销 图2-38所示为可换式定位销(GB/2204-91)的结构，也分A型、B型两种。与上述定位销比较，其功能是当定位销磨损后可以更换，以

12、降低夹具的成本。这种定位销常用于生产负荷很高的夹具。可换式定位销的主要规格D为350mm。4)定位插销 如图2-39所示，A型定位插销可限制工件的两个自由度，B型(菱形)插销则限制工件的一个自由度。定位插销常用于不便于装卸的部位和工件以被加工孔为定位基准(自位基准)的定位中。其主要规格d为3、4、78mm。 (3)心轴 心轴常用于套类、盘类零件的车削、磨削和齿轮加工中，以保证加工面(或齿轮分度圆)对内孔的同轴度公差。心轴是夹具中一种结构较紧凑的单元体，心轴以柄部或中心孔与机床连接。心轴的专门化程度很高，故许多工厂都制订了自己的标准，如磨床、车床、滚齿、插齿、刨齿、磨齿等心轴的标准。心轴常用的定

13、位方式有间隙配合定心(图2-41a, c, d, e, f)和定心夹紧(图2-41b )两种。间隙配合心轴的定位圆直径公差带一般为h6、g6或f7，这种心轴装卸工件方便，但定位精度不高。定心夹紧心轴所能达到的定位精度因结构不同而相差很大。图2-41b 所示的可胀式结构精度较低，而液性塑料心轴的定心精度则很高。关于车床心轴和定心夹紧心轴将在以后的章节中介绍。下面介绍常用的滚齿心轴的结构和已标准化的用于磨床的锥度心轴。图2-42所示为滚齿心轴的通用结构，其柄部按滚齿机通用底盘设计，定位轴颈D的公差带为h6。心轴用合金结构钢20Cr，经热处理渗碳淬硬至50，一55HRC。心轴的主要技术要求是同轴度和

14、垂直度等。图2-43所示为锥度心轴(GB/T12875-91) ，主要规格直径为8一100mm,锥度为1300018000(附表3)。由于心轴锥面与孔壁间有很大的接触面，故工件被锁紧且不会产生较大的偏斜，通常可达到0.01mm的同轴度公差。当锥度为1/10000时，同轴度可达0.005m m。这类用于精磨光套外圆的心轴，对基面有严格的要求，通常其孔径公差等级为IT6、IT7，表面粗糙度值应小一于Ra0.8um。心轴用工具钢TIOA,经热处理至5864HRC。大型尺寸可用优质碳素结构钢20钢的无缝钢管制造。例40N7孔，长度64mm，同轴度公差5级，查附表3，选用C=1:8000，号心轴一根。第

15、二课时三、工件以外圆柱面定位工件以外圆柱面定位时，工件的定位基准为中心要素，最常用的定位元件有V形块、半圆套、定位套等，它们常用作中心定位。有时采用自动定心定位。(1)V形块 V形块有各种结构。1)V形块 如图2-44所示，V形块(GB/T2208-91)的两半角(/2)对称布置，定位精度较高。当工件用长圆柱面定位时，可限制其四个自由度。主要规格N有：9、14、18、85mm。 V形块的定位高度T可按下式计算(V形面夹角=90)T=H+0.707D - 0.5N (2-1)式中DV形块理论圆直径(mm)；NV形块的开口尺寸(mm)；TV形块理论圆的中心高度尺寸(mm)。2)活动V形块与固定V形

16、块如图2-45c所示，活动V形块(GB/T2211-91 )限制工件的自由度，固定V形块(GB/T2209一 91 )限制工件的、自由度。活动V形块(图2-45a)的主要规格N为9、 14、70mm。与其相配的导板也已标准化(GB/T2212-91 )。另一种调整V形块(GB/T2210-91)可用在生产批量较大的场合中。3)其它结构的V形块V形块是使用很广泛的定位元件，能用于粗基准或精基准的定位，使用也很方便，故除了标准结构外，其专用非标准结构很多，设计也很灵活(图2-46)。图2-46a所示的V形夹具用于内圆磨床的加工中，两V形块可调整，V形面上的硬质合金填片可延长夹具的使用寿命;图2-4

17、6b, c所示的V形块用于铣床的加工中。有些场合的V形面夹角还可制成60。或1200。(2)半圆套 如图2-47所示，半圆套的定位面A置于工件的下方。这种定位方式类似于V形块，也类似于轴承，常用于大型轴类零件的精基准定位中，其稳固性比V形块更好。其定位精度取决于定位基面的精度。通常工件轴径取公差等级IT7,IT8，表面粗糙度值为Ra0.80.4um.(3)定位套 图2-48所示为几种常用的定位套。通常，定位套的圆柱面与端面组合定位。在限制工件的、五个自由度中，图2-48a所示的圆柱面限制工件、两个自由度；图2-48b的圆柱面限制工件、四个自由度。这种定位方式是间隙配合的中心定位，故对基面的精度

18、也有严格要求，通常取轴径公差等级为IT7、IT8，表面粗糙度值小于Ra0.8um。定位套应用较少，常用于小型的形状简单的轴类零件的定位。除了上述定位元件外，工件还可作自动定心定位。四、工件以特殊表面定位除了上述以平面和内、外圆柱表面定位外，有时还常遇到特殊表面的定位。下面介绍几种典型的特殊定位方法。1.工件以内外园锥度面定位2.工件以中心孔定位中心孔是轴类零件的辅助基准，应用极为广泛(图2-50)。图中两顶尖可限制工件的、五个自由度。图2-50a为通用的顶尖，定心精度较高；图2-50b所示主轴箱的顶尖为特殊顶尖，轴向以端面套E定位，限制自由度，以控制台阶轴长度尺寸；图2-50c所示主轴箱的顶尖为外拨顶尖，其