机械制造工艺讲义完整版在线阅读

第1章机械制造工艺的根本知识1.1根本概念1.2基准及工件的安装方式1.3定位副的选择和要求1.4定位误差的分析和计算1.5夹紧装置及夹具动力装置思考题与习题1.1基

本

概

念

1.1.1机械的生产过程和工艺过程1.机械的生产过程机械产品制造时，将原材料转变为成品的所有劳动过程，称为生产过程。制造任何一种产品〔机器或零件〕都有各自的生产过程。对于机器的制造而言，其生产过程包括：(1)生产技术准备过程。这一过程完成产品投入生产前的各项生产和技术准备。如产品设计，工艺规程的编制和专用工装设备的设计与制造，各种生产资料的准备和生产组织等方面的工作。(2〕毛坯的制造过程。如铸造、锻造和冲压等。(3〕原材料及半成品的运输和保管。(4〕零件的机械加工、焊接、热处理和其它外表处理等。(5〕部件和产品的装配过程。这一过程包括组装、部装等。(6〕产品的检验、调试、油漆和包装等。2.工艺过程在生产过程中，直接改变原材料或毛坯的形状、尺寸、性能以及相互位置关系，使之成为成品的过程，称为工艺过程。工艺过程主要包括毛坯的制造〔铸造、锻造、冲压等〕、热处理、机械加工和装配。1.1.2机械加工工艺过程的组成利用机械加工的方法，直接改变毛坯形状、尺寸和外表质量，使其变为机械零件的过程，称为机械加工工艺过程。它一般由一个或假设干个工序组成，而工序又可分为安装、工位、工步和走刀等，它们按一定顺序排列，逐步改变毛坯的形状、尺寸和材料的性能，使之成为合格的零件。1.工序所谓工序，就是由一个〔或一组〕工人，在一个工作地点〔或一台机床上〕，对同一个零件〔或一组零件〕进行加工所连续完成的那局部工艺过程。工序是工艺过程的根本单元。划分工序的主要依据：零件加工过程中的工作地〔或设备〕是否变动，该工序的工艺过程是否连续完成。假设有变动或不连续完成外表加工，那么构成了另一道工序。如图1-1所示的阶梯轴，在生产批量较小时其工序的划分如表1-1所示；加工批量较大时，可按表1-2划分工序。图1-1阶梯轴简图

表1-1生产批量较小时阶梯轴加工工艺路线

表1-2成批生产阶梯轴时加工工艺路线

从表1-1和表1-2可以看出，当工作地点变动时，即构成另一工序；同时，在同一工序内所完成的工作必须是连续的，假设不连续，也构成另一工序。如表1-2中的工序2和工序3，先将一批工件的一端全部车好，然后掉头在同一车床上再车这批工件的另一端，尽管工作地点没有变动，但对每一工件来说，两端的加工是不连续的，也应划分为两道不同工序。不过，在这种情况下，究竟是先将工件的两端全部车好再车另一阶梯轴，还是先将这批工件一端全部车好后再分别车工件的另一端，对生产率和产品质量影响不大，可以由操作者自行决定，在工序的划分上有时也把它当作一道工序。2.安装在机械加工中，使工件在机床或夹具中占据某一正确位置并被夹紧的过程称为装夹。有时，工件在机床上需经过屡次装夹才能完成一个工序的工作内容。工件在机床上每装卸一次所完成的那局部工序，称为安装。在一个工序中，工件的工作位置可能只需一次安装，也可能需要屡次安装。如表1-1的工序2，一次安装即可铣出键槽；而工序1中，为了车出全部外圆，最少需要两次安装。零件在加工过程中应尽可能减少安装次数。3.工位为了减少工件的安装次数，在大批量生产时，常采用各种回转工作台、回转夹具或移位夹具，使工件在一次安装中先后处于几个不同位置进行加工。工件在一次安装下相对于机床或刀具每占据一个加工位置所完成的那局部工艺过程称为工位。工位又可分为单工位和多工位。图1-2所示为一种用回转工作台在一次安装中顺次完成装卸工件、钻孔、扩孔和铰孔四个工位。图1-2多工位加工工位1：

装卸工件;工位2：

钻孔;工位3：

扩孔;工位4：

铰孔

4.工步加工外表、切削工具、切削速度和进给量都不变的情况下，所连续完成的那一局部工序，称为工步。一道工序可以包括几个工步，也可以只包括一个工步。例如在表1-2的工序3中，它包括车各外圆外表及车槽等工步，而工序4中采用键槽铣刀铣键槽时，就只包括一个工步。应该说明的是，构成工步的因素有：加工外表、刀具和切削用量，它们中的任一因素改变后，一般就变成了另一个工步。但对于那些在一次安装中连续进行的假设干相同工步，可简写成一个工步。有时为了提高生产率，用几把不同刀具同时加工几个不同外表，此类工步称为复合工步，如图1-3所示。在工艺文件上，复合工步视为一个工步。图1-3复合工步

5.走刀〔或进给〕在一个工步中，假设被加工外表要切除的金属层很厚〔即加工余量较大〕，需要分几次切削，那么每进行一次切削就是一次进给，亦称为走刀。1.1.3生产纲领、生产类型及其工艺特征机械产品的制造工艺不仅和产品的结构、技术要求有很大关系，而且也与企业的生产类型有较大关系，而企业的生产类型是由企业的生产纲领来决定的。

1.生产纲领工厂一年中制造产品的数量，就是该产品的生产纲领。而零件的生产纲领是指包括备品和废品在内的年产量。

零件的生产纲领通常可按下式计算：

N=Q·n(1+a%)(1+b%)式中，N——零件的生产纲领〔件/年〕；Q——产品的生产纲领〔年产量〕〔台/年〕；n——每台产品中含该零件的数量〔件/台〕；a%——备品率；b%——废品率。2.生产类型及其工艺特征在制定机械加工工艺的过程中，工序的安排不仅与零件的技术要求有关，而且与生产类型有关。生产纲领不同，生产规模也不同。根据投入生产的批量或生产的连续性，机械制造可分为三种不同的生产类型，即单件生产、成批〔小批、中批和大批〕生产和大量生产。〔1〕单件生产。单个生产不同结构和不同尺寸的产品，并且很少重复。例如，重型机械制造、专用设备制造和新产品试制等都属于单件生产。〔2〕成批生产。一年中分批地制造相同的产品，制造过程有一定的重复性。例如，机床制造就是比较典型的成批生产。同一产品〔或零件〕每批投入生产的数量称为批量。根据批量的大小和被加工零件的特征，成批生产又可分为小批生产、中批生产和大批生产。小批生产工艺过程的特点和单件生产相似；大批生产工艺过程的特点和大量生产相似；中批生产工艺过程的特点那么介于单件小批生产和大批量生产之间。〔3〕大量生产。产品数量很大、品种少，大多数工作地点经常重复地进行某一个零件的某一道工序的加工。例如，汽车、拖拉机、轴承等的制造通常都是以大量生产的方式进行的。生产类型的划分一方面要考虑生产纲领，即年产量；另一方面还必须考虑产品本身的大小和结构的复杂性。生产类型的划分如表1-3所示。表1-3生产类型的划分

表1-4不同机械产品的零件重量型别表1-5各种生产类型的工艺特征

1.2基准及工件的安装方式

1.2.1基准的概念及分类所谓基准就是零件上用来确定其他点、线、面的位置的那些点、线、面。基准按其作用可分为设计基准和工艺基准两大类。

1.设计基准在零件图上使用的基准称为设计基准。如图1-4〔a〕所示零件，对尺寸20mm而言，A、B面互为设计基准；图1-4〔b〕中，50mm圆柱面的设计基准是50mm的轴线，30mm圆柱面的设计基准是30mm的轴线。就同轴度而言，50mm的轴线是30mm轴线的设计基准。图1-4〔c〕所示零件，圆柱面的下素线D为槽底面C的设计基准。作为设计基准的点、线、面在工件上不一定具体存在，例如外表的几何中心、对称线、对称平面等。图1-4设计基准例如2.工艺基准在制造零件或装配机器的生产过程中使用的基准称为工艺基准。工艺基准按用途不同又分为工序基准、定位基准、测量基准和装配基准等。〔1〕工序基准。在工序图上，用以确定本工序被加工面加工后的尺寸、形状、位置的基准称为工序基准。其所标注的加工面尺寸称为工序尺寸。如图1-5所示为一工件上钻孔工序简图，图(a)、图(b)分别表示对被加工孔的工序基准的两种不同选择。图中尺寸22±0.1和尺寸18±0.1为选取不同工序基准时的工序尺寸。图1-5工序基准例如〔2〕定位基准。在机械加工中，用来使工件在机床上或夹具中占有正确位置的点、线或面称为定位基准。如图1-6所示齿轮，在切齿时，利用已精加工的孔和端面，将工件安装在机床夹具上，所以孔的轴线和端面是加工齿形的定位基准。作为定位基准的点、线、面可能是工件上的某些面，也可能是看不见摸不着的中心线、对称线、对称面、球心等。应该指出的是：工件上作为定位基准的点、线、面，通常是由具体的外表来表达的，这些具体外表称为定位基准面。如图1-6所示齿轮孔的轴线实际上是由孔的外表来表达的。再例如，用三爪自定心卡盘夹持工件外圆，表达以轴线为定位基准，外圆面为定位基准面。图1-6齿轮〔3〕测量基准。检验已加工外表的尺寸及位置精度所使用的基准称为测量基准。如图1-4〔c〕所示，在检验尺寸45mm时，下素线D为测量基准。〔4〕装配基准。装配时，用以确定零件或部件在机器中位置的基准称为装配基准。如图1-6所示的齿轮是以孔作为装配基准的。1.2.2工件的安装方式

1.工件装夹的实质在机床上加工工件时，为了使该工序加工的外表能到达图纸规定的尺寸、几何形状以及与其它外表的相互位置精度等技术要求，在加工前，必须首先将工件装好、夹牢。工件装夹的实质，就是在机床上对工件进行定位和夹紧。装夹工件的目的，那么是通过定位和夹紧而使工件在加工过程中始终保持其正确的加工位置，以保证到达该工序所规定的加工技术要求。2.工件装夹的方法(1)直接找正定位的安装。对于形状简单的工件，可以采用直接找正定位的安装方法，即用划针、百分表或目测在机床上直接找正工件的位置。例如，在磨床上加工一个与外圆外表有同轴度要求的内孔，如图1-7〔a〕所示。加工前将工件装在四爪单动卡盘上，用百分表直接找正外圆外表，即可获得工件的正确位置。又如，在牛头刨床上加工一个同工件底面及侧面有平行度要求的槽，如图1-7〔b〕所示。用百分表找正工件的右侧面，即可使工件获得正确的位置。直接找正装夹工件时的找正面即为定位基准面。直接找正定位的安装生产效率低，对工人技术水平要求高，因此一般只适用于以下两种情况：①工件批量小，采用夹具不经济时。这种方法，常在单件小批生产的加工车间，以及修理、试制、工具车间中得到应用。②对工件的定位精度要求特别高〔小于0.01～0.005mm〕，而采用夹具不能保证其精度时，只能用精密量具直接找正定位。(2)按划线找正定位的安装。对于形状复杂的零件〔如车床主轴箱〕，采用直接安装找正法会顾此失彼，这时就有必要按照零件图在毛坯上先划出中心线、对称线及各待加工外表的加工线，然后按照划好的线找正工件在机床上的位置，如图1-7〔c〕所示。此时用于找正的划线即为定位基准。对于形状复杂的工件，常常需要经过几次划线。划线找正的定位精度一般只能到达0.2～0.5mm。划线加工需要技术高的划线工，而且非常费时，因此它只适用于以下三种情况：①生产批量不大，形状复杂的铸件；②在重型机械制造中，尺寸和重量都很大的铸件和锻件；③毛坯的尺寸公差很大，外表很粗糙，一般无法直接使用夹具时。(3)用专用夹具定位的安装。目前，对于中小尺寸的工件，在批量较大时，都用专用夹具定位来安装，如图1-7〔d〕所示，此时工件与定位元件相接触的面即为定位基准。专用夹具以一定的位置〔用定位键〕安装在机床上，工件按照“六点定位原理〞在夹具中定位并夹紧，不需要找正。图1-7工件装夹方法磨孔时直接找正；(b)刨削时直接找正；(c)按划线找正装夹；(d)用专用夹具装夹

1.2.3夹具的分类、作用及组成1.夹具的概念如前所述，在机床上对工件进行切削加工时，为了能够加工出符合精度要求的工件，需要将工件在机床上装好夹牢。用于安装工件的装置称为机床夹具。有时习惯上还将一些扩大机床工艺范围的装置，如靠模、仿形装置等也称为机床夹具。加工中使用的夹具、刀具、量具以及其它辅助工具等统称为工艺装备〔简称工装〕。2.夹具的分类〔1〕通用夹具。在通用机床上一般都附有通用夹具，如车床上的三爪自定心卡盘、四爪单动卡盘、花盘、顶尖和鸡心夹头，铣床上的平口虎钳、分度头和回转工作台等。它们有较大的适用范围，无需调整或稍加调整就可以用于装夹不同的工件。这类夹具结构已定型，尺寸已标准化和系列化。现在这类夹具大多数已成为机床的一种标准附件，由专门的机床附件厂负责制造、供给。用这类夹具夹紧工件〔特别是夹紧形状复杂或加工精度要求高的工件〕往往很费时，且操作复杂，生产效率低。故通用夹具主要用于单件小批量生产和采用找正法装夹工件的场合。〔2〕专用夹具。针对某一工件的某一工序的要求而专门设计制造的夹具称为专用夹具。这类夹具上有专门的定位和夹紧装置，工件无须进行找正就能获得正确的位置。另外，因不需要考虑通用性，所以专用夹具可以设计得紧凑，操作方便。因此，用专用夹具可以保证较高的加工精度和生产效率。专用夹具通常是根据加工要求自行设计与制造的。它的设计与制造周期较长，制造费用也较高。当产品变更时，往往因无法再使用而“报废〞。〔3〕可调整夹具。它是指加工完一种工件后，通过调整或更换夹具上个别元件，就可加工形状相似、尺寸相近、加工工艺相似的多种工件的一种夹具，包括通用可调夹具和成组夹具两类。〔4〕组合夹具。是指按某种工序的加工要求，用事先准备好的通用标准元件和部件组合而成的一种夹具。用完之后可以将这类夹具拆卸下来，更换元部件组装成新夹具，供再次使用。这种夹具具有组装迅速、准备周期短、能反复使用等优点，被广泛用于多品种、小批量生产，特别是新产品试制尤为适用。近几年组合夹具也在数控加工中得到广泛使用。〔5〕随行夹具。这是一种在自动线或柔性制造系统中使用的夹具。它除了具有一般夹具所担负的装夹工件的任务外，还担负着沿自动线输送工件的任务，即跟随被加工工件沿着自动线从一个工位移到下一个工位，故有“随行夹具〞之称。机床夹具虽然分成上述几大类，但是，不管何种夹具结构，其根本原理都是一致的，夹具设计中的一些根本问题，如工件的定位和夹紧，夹具的对定等那么是共同的。3.专用夹具的作用专用夹具在机械加工过程中的主要作用表现在以下几个方面：〔1〕易于保证加工精度，并使加工精度稳定。〔2〕缩短装夹工时，提高劳动生产率。〔3〕减轻劳动强度，降低生产本钱。〔4〕扩大机床的工艺范围。4.专用夹具的组成〔1〕定位元件。由于夹具的首要任务是对工件进行定位和夹紧，因此，无论何种夹具都必须设置有确定工件在夹具中正确加工位置的定位元件。图1-8所示为钻后盖零件上12mm孔的夹具。夹具上的圆柱销5、菱形销1和支承板6都是定位元件，通过它们使工件在夹具中占据正确的位置。图1-8后盖零件图及后盖钻夹具(a)后盖零件图；(b)后盖钻夹具1—菱形销2—螺杆3—螺母4—开口垫圈5—圆柱销6—支承板7—夹具体8—钻模板9—钻套

〔2〕夹紧装置。该装置用来夹紧工件，使已经定好位置的工件在加工过程中不因外力〔重力、惯性力以及切削力等〕的作用而产生位移。它通常是一种机构，包括夹紧元件〔如夹爪、压板等〕、增力及传动装置〔如杠杆、螺纹传动副、斜楔、凸轮等〕以及动力装置〔如气缸、油缸〕等。如图1-8中的螺杆2〔与圆柱销合成的1个零件〕、螺母3和开口垫圈4组成了夹紧装置。〔3〕夹具体。它用来连接夹具上各个元件及装置，使其成为一个整体。它是夹具的根底件，常常通过将夹具体与机床有关部位进行连接，以确定夹具相对于机床的位置。如图1-8中的件7，通过它将夹具的所有局部连接成一个整体。〔4〕对刀-引导元件。采用专用夹具加工工件时，一般都用调整法加工。为了预先调整好刀具的位置，在夹具上设有确定刀具〔铣刀、刨刀、砂轮等〕位置或引导刀具〔孔加工用刀具〕方向的对刀-导引元件。如铣夹具中常见的对刀块，钻夹具中的钻套、钻模板等。图1-8中的钻套9与钻模板8就是为了引导钻头而设置的引导元件。〔5〕其它装置或元件。为了使夹具在机床上占有正确的位置，一般夹具〔小型夹具除外〕都设有供其本身在机床上定位和夹紧用的连接元件〔如定位键〕。此外，按照加工要求，有些夹具上还设有其它装置和机构，如上下料装置、分度装置、工件顶出装置等。1.2.4工件在夹具中的定位

图1-9工件的六个自由度

1.工件的定位原理从理论力学中知道，一个不受任何约束的物体，在空间具有六个自由度，即沿三个互相垂直的坐标轴的移动自由度（用x、y、z表示）和绕三个坐标轴的旋转自由度（用x、y、z表示），如图1-9所示。因此，要使物体在空间具有确定的位置（即定位），就必须约束这六个自由度。一个未定位的工件，在空间直角坐标系中可看成是自由物体，它也具有六个自由度。在机床上要确定工件的正确位置，同样要限制工件的六个自由度。要使工件沿某方向的位置确定，就必须限制该方向的自由度。当工件的六个自由度在夹具中全部被限定时，工件在夹具中的位置就被完全确定了，

这就是工件的定位原理。

图1-10六点定位原理简图

在应用定位原理分析工件在夹具中的定位问题时，应注意以下几点：〔1〕工件在夹具中定位时，并非在任何情况下都必须限制六个自由度，究竟哪几个自由度需要限制，主要取决于工件的技术要求、结构尺寸和加工方法等。〔2〕一般地说，一个定位支承点只能限制工件一个自由度。因此，工件在夹具中定位时，所用支承点数目，最多不应超过六个。同时，每个定位支承点所限制的自由度，原那么上不允许重复或互相矛盾。〔3〕定位支承点限制工件自由度的作用，可以这样去理解：即定位支承点与工件的定位基准始终保持紧贴接触。假设二者一旦脱离，就表示定位支承点失去了限制工件自由度的作用〔也即失去了定位作用〕。〔4〕在分析定位支承点起定位作用时，不考虑力的影响。工件在某一坐标参数方向上的自由度被限制，是指工件在该坐标参数方向上有了确定的位置，而不是指工件在受到使工件脱离支承点的外力时不能运动。使工件在外力作用下不能运动，这是夹紧的任务。不要把定位与夹紧两个概念相混淆，初学者往往容易忽略二者的区别。反过来说，工件在外力作用下不能运动〔即被夹紧了〕，并不一定说工件的所有自由度都被限制了。2.工件的定位方式及种类(1)完全定位。工件上的六个自由度全部被限制的定位称为完全定位，如图1-11所示。在铣床上加工一批零件的沟槽时，为了保证图中x、y、z三个尺寸的加工精度，就必须限制该零件的六个自由度。一般工件在三个坐标方向上均有尺寸要求时，

要用此方式定位。

图1-11完全定位例如(2)不完全定位。

图1-12不完全定位例如(3)欠定位。应该限制的自由度在定位时未被限制的定位称为欠定位。这种定位方式显然无法保证工序所规定的加工要求，因此，在实际生产中欠定位是绝对不允许出现的。如图1-13所示零件在圆柱上铣键槽，如果只采用V形块1、2及止推销3定位，无防转销4，那么工件绕工件轴线回转方向的位置将不确定，铣出的键槽将难以到达要求。图1-13欠定位例如〔4〕过定位。工件的自由度被设置的定位元件重复限制的定位方式称为过定位。如图1-14所示。图1-14过定位例如图1-15连杆定位分析(a)完全定位；(b)过定位；(c)过定位的不良后果1—短圆柱销1′—长圆柱销2—平面支承3—挡销

由以上分析可知，过定位可能会产生以下不良影响：①使定位变得不稳定而降低定位精度。②使工件或定位元件受力后产生变形。③

阻碍工件装入夹具等。

实际生产中，在采取适当工艺措施的情况下，可利用过定位来提高工件的定位刚度。过定位是允许存在的，有时甚至是必要的，但需要我们解决好以下两个问题：①重复限制自由度的支承之间，不能使工件的安装发生干预。②因过定位而引起的不良后果，在采取相应措施后，仍应保证工件的加工要求。如图1-15所示，假设连杆大头孔与端面的垂直度误差很小，长销与台阶面的垂直度误差也很小，此时就可利用大头孔与长销的配合间隙来补偿这种较小的垂直度误差，并不致引起相互干预，仍能保证连杆端面与平面支承可靠接触，就不会产生图1-15〔b〕的定位不确定情况，也不会造成图1-15〔c〕夹紧后的严重变形，因而是允许采用的。采用这种方式定位由于整个端面接触，增强了切削时的刚度和定位稳定性，而且用长圆柱销定位大头孔，有利于保证被加工孔相对大头孔轴线的平行。①适当提高定位基准之间以及定位元件工作外表之间的位置精度〔但要考虑工艺的可行性、经济合理性〕，使产生的误差在允许的范围内。②酌情改变重复定位元件的结构，借以降低或消除过定位的干扰作用。这种方法实质上已不是过定位了。1.3定位副的选择和要求

1.3.1定位基准的选择

1.粗基准的选择原那么〔1〕选用不加工的外表作粗基准，这样可以保证零件的加工外表与不加工外表之间的相互位置关系，并可能在一次装夹中加工出更多的外表。如图1-16所示，铸件毛坯孔B与外圆有偏心，假设以不加工的外圆面A〔图〔a〕〕为粗基准加工孔B，那么加工时余量不均匀，但加工后的孔B与不加工的外圆面A根本同轴，较好地保证了壁厚均匀。假设选择孔B作为粗基准加工〔图〔b〕〕，那么加工余量均匀，但加工后内孔与外圆不同轴，壁厚不均匀。图1-16铸件粗基准的选择

〔2〕合理分配加工余量。对有较多加工面的工件，其粗基准选择时，应考虑合理地分配各加工外表的加工余量。主要应注意以下两点：①应保证各主要加工外表都有足够的加工余量。为满足这个要求，应选择毛坯上精度高、余量小的外表作粗基准。如图1-17所示的阶梯轴毛坯，其大、小两端的同轴度误差为0～3mm，大端最小加工余量为8mm，小端最小加工余量为5mm。假设以加工余量大的大端为粗基准先车小端，那么小端可能会因加工余量缺乏而使工件报废。反之，以加工余量小的小端为粗基准先车大端，那么大端的加工余量足够，经过加工的大端外圆与小端毛坯外圆根本同轴，再以加工过的大端外圆为精基准车小端外圆，小端的余量也就足够了。图1-17阶梯轴毛坯粗基准的选择②为保证工件上最重要的外表〔如机床导轨面和重要的内孔等〕的加工余量均匀，应选择这些重要外表作粗基准。如图1-18所示的车床床身，导轨外表是重要外表，要求耐磨性好且在整个导轨外表内具有大体一致的力学性能。因此，加工时应选导轨外表作为粗基准加工床腿底面〔图〔a〕〕，然后以床腿底面为基准加工导轨平面〔图〔b〕〕。图1-18车床床身的粗基准选择

〔3〕粗基准应防止重复使用。一般情况下，在同一尺寸方向上，粗基准只允许使用一次。因为粗基准外表粗糙，定位精度不高，假设重复使用，在两次装夹中会使加工外表产生较大的位置误差，对于相互位置精度要求较高的外表，常常会造成超差而使零件报废。如图1-19所示小轴的加工中，如果重复使用毛坯B面定位，分别加工外表A和C，那么必然会使A面与C面的轴线产生较大的同轴度误差。图1-19重复使用粗基准例如A、C—加工面B—毛坯面〔4〕粗基准外表应平整。所选粗基准外表应尽可能平整，并有足够大的面积，还要将浇口、冒口和飞边等毛刺打磨掉，以便工件安装时定位可靠，夹紧方便。2.精基准的选择原那么精基准的选择应从保证零件加工精度出发，同时考虑装夹方便可靠，夹具结构简单。〔1〕“基准重合〞原那么。所谓“基准重合〞，是指设计基准和定位基准重合。精基准选择时应尽可能选用设计基准作为定位基准，以防止产生基准不重合误差。“基准重合〞原那么对于保证外表间的相互位置精度〔如平行度，垂直度，同轴度等〕亦完全适用。〔2〕“基准统一〞原那么。使位置精度要求较高的各加工外表，尽可能在多数工序中统一用同一基准，应尽可能在多个工序中采用同一基准，这就是“基准统一〞原那么，也称“基准同一〞原那么。例如，轴类零件加工时，一般总是先将两端面打好中心孔，其余工序都是以两中心孔为定位基准；齿轮的齿坯和齿形加工时，多采用内孔及基准端面为定位基准；箱体零件加工时，大多以一组平面或一面两孔作统一基准加工孔系和端面。采用“基准统一〞原那么可较好地保证各加工面的位置精度，也可减小工装设计及制造的费用，提高生产率，并且可以防止基准转换所造成的误差。〔3〕“自为基准〞原那么。有些精加工工序为了保证加工质量，要求加工余量小而均匀，便以加工外表自身来作为定位基准，这就是“自为基准〞原那么。如图1-20所示，磨削床身导轨面时，一般以导轨面为基准找正定位，然后进行加工。此外，铰削孔、拉削孔、无心磨削、珩磨等都是应用“自为基准〞原那么进行加工的。图1-20床身导轨面的磨削

〔4〕“互为基准〞原那么。有位置精度要求的两个外表在加工时，为了使加工面获得均匀的加工余量和较高的相互位置精度，用其中任意一个外表作为定位基准来加工另一外表，这就是“互为基准〞原那么。例如加工精密齿轮时，通常是齿面淬硬后再磨齿面及内孔。由于齿面磨削余量小，为了保证加工要求，采用图1-21所示的装夹方式。先以齿面为基准磨内孔，再以内孔为基准磨齿面，这样不但能使齿面磨削余量小而均匀，而且能较好地保证内孔与齿切圆有较高的同轴度。图1-21精密齿轮内孔的磨削1—卡盘2—滚柱3—齿轮

〔5〕其它原那么。应选择精度较高、定位方便、夹紧可靠、便于操作及夹具结构简单的外表作为精基准。有时为了使基准统一或定位可靠，操作方便，人为地制造出一种基准面，这些外表在零件使用中并不起作用，仅在加工中起定位作用，如顶尖孔、工艺凸台、工艺孔等，这类基准称为辅助基准。总之，无论是粗基准还是精基准，选择时都必须是首先使工件定位稳定、平安可靠，然后再考虑夹具设计容易、结构简单、本钱低廉等技术经济原那么。在实际生产中选择粗、精基准时，要想完全符合上述原那么是不可能的，往往会出现相互矛盾的情况，这时应从工件的整个加工全过程统一考虑，抓住主要矛盾，确保选择出合理的加工方案。1.3.2定位元件的根本要求定位元件作为夹具结构中的重要元件之一，一般应具备以下根本要求：〔1〕足够的精度。〔2〕耐磨性好。〔3〕足够的强度和刚度。〔4〕良好的结构工艺性。〔5〕便于去除切屑。1.3.3常用定位元件的结构特点及应用1.工件以平面定位时的定位元件〔1〕固定支承。固定支承有支承钉和支承板两种形式。在使用过程中，支承是固定不变的。①支承钉。图1-22所示是标准支承钉结构〔GB/T2226—1991〕，A型是平头支承钉，用于加工过的精基准面的定位；B型是球头支承钉，用于未加工〔毛坯面〕的粗基准面的定位；C型是齿纹面支承钉，也用于粗基准面的定位，常用于侧面定位以增大摩擦力。一个支承钉只限制一个自由度，因此为了保证定位的稳定可靠，对于作为主要定位面的粗基准而言，一般必须采用三点支承方式〔选用三个球头支承钉或三个齿纹面支承钉〕。假设工件是以加工过的平面为定位基准，那么可用三个或更多的平头支承钉定位，但必须保证这几个平头支承钉的定位工作面位于同一平面内，否那么，就会使各支承钉不能全部与工件接触，造成定位不稳定。图1-22支承钉

②支承板。如图1-23所示是标准支承板结构〔GB/T2236—1991〕，用于精基准面的定位。其中，A型支承板结构简单，制造方便，但切屑易堆聚在固定支承板用的埋头螺钉坑中，不易去除，故适用于侧面及顶面定位；B型支承板因开有斜槽，容易去除切屑，但制造略嫌麻烦，故适用于底面定位。支承板一般用2～3个M6～M12的螺钉紧固在夹具体上。图1-23支承板

〔2〕可调支承。顾名思义，这种支承的高度是可调节的。如图1-24所示为几种常用的可调支承的结构。其结构根本上都是螺钉/螺母型式。图〔a〕所示支承是直接用手或扳手拧动圆柱头进行高度调节的，一般适用于小型工件；图〔b〕、图〔c〕所示支承那么需用扳手进行调节，故宜用于较重的工件。可调支承的高度一旦调节适宜后，便须用锁紧螺母锁紧，因此一般必须设有防松的锁紧螺母，以防止螺纹松动而使高度发生变化。可调支承在一批工件加工前调整一次，在同一批工件加工中保持不变，其作用与固定支承相同。可调支承的结构也已经标准化。图1-24可调支承

可调支承主要用于毛坯质量不高而又以粗基准定位时的场合，尤其在中小批生产时，不同批毛坯的尺寸往往变化很大，如果采用固定支承在夹具中定位，并用调整法加工时，那么由于各批毛坯尺寸的不稳定，将直接引起工件上以后将要加工的各外表位置的不稳定，从而使以后工序的加工余量变化太大，影响其加工精度。为了防止发生这种情况，需要改用可调支承来定位。如图1-25〔a〕所示工件，毛坯为砂型铸件。首先以B面定位铣A面，再以A面定位镗双孔。铣A面时，假设采用固定支承，那么由于定位基面B的尺寸和形状误差较大，铣完后A面与两毛坯孔〔图中虚线〕的距离尺寸H1、H2变化也大，致使镗孔时余量很不均匀，甚至余量不够。因此，可把固定支承改为可调支承，再根据每批毛坯的实际误差大小调整支承钉的高度，就可防止上述情况发生。可调支承也可用于同一夹具加工形状相同而尺寸不同的工件。如图1-25〔b〕所示销轴端部铣槽，采用可调支承3轴向定位，通过调整其高度位置，可以加工不同长度的销轴类工件。图1-25可调支承的应用1—工件2—V形块3—可调支承

〔3〕自位支承。在工件定位过程中，能自动调整位置的支承称为自位支承〔也称浮动支承〕。图1-26〔a〕、〔b〕所示为两点式自位支承。这类支承的工作特点是：浮动支承点的位置能随着工件定位基准位置的变化而自动调节，使与之适应。当基准面有误差时，压下其中一点，其余点即上升，直至各点都与工件接触为止，故其作用仍相当于一个固定支承，只限制一个自由度。图1-26自位支承

〔4〕辅助支承。生产中，由于工件形状以及夹紧力、切削力、工件重力等原因，可能使工件在定位后仍产生变形或定位不稳定。为了提高工件的安装刚性和稳定性，常常设置辅助支承。如图1-27所示，当工件的重心超出根本支承所形成的稳定区域时，工件上中心所在的一端便会下垂，而使另一端向上翘起，于是工件上的定位基准便脱离定位元件。为了防止出现这种情况，在将工件放在定位元件上时，应根本上接近其正确定位位置，再在工件重心所在部位下方设置辅助支承，以实现预定位。图1-27辅助支承起预定位作用

应强调指出的是：辅助支承只能起提高工件支承刚性的辅助定位作用，而决不能允许它破坏根本支承应起的主要定位作用，即辅助支承不起限制自由度的作用。因此，使用辅助支承时，需等工件定位夹紧好以后，再调整辅助支承的高度，使其与工件的有关外表接触并锁紧。每安装一个工件就调整一次辅助支承，即必须逐个工件进行调整，以适应工件支承外表〔如图1-25中的B面〕的位置误差。图1-28辅助支承(a)螺旋式；(b)自位式；(c)推引式1—支承销2—滑块3—操作手柄4—弹簧5—滑柱销6—斜楔7—手轮

图1-28辅助支承(a)螺旋式；(b)自位式；(c)推引式1—支承销2—滑块3—操作手柄4—弹簧5—滑柱销6—斜楔7—手轮

2.工件以圆孔外表定位时的定位元件〔1〕圆柱定位销。图1-29所示为常用圆柱定位销结构。当定位销定位局部直径小于10mm时，由于销径太细，为增加刚度，防止销子因撞击而折断，或热处理时淬裂，通常将根部倒出圆角R。这时，在夹具体上安装定位销的局部应锪出沉孔，使定位销圆角局部沉入孔内而不影响定位，如图1-29〔a〕所示。大批量生产时，为了便于更换定位销，可采用图1-29〔d〕所示的带衬套结构。圆柱定位销的工作局部直径，通常根据加工要求和安装方便，按g5、g6、f6、f7制造，固定定位销是直接用过盈配合〔H7/h6或H7/n6〕压入夹具体孔中使用的。所有定位销的定位端头部均做成15°大倒角，以便于工件顺利套入。图1-29圆柱定位销〔2〕圆柱定位心轴。定位心轴主要用在车、铣、磨、齿轮加工等机床上加工套筒和盘类零件。图1-30所示为常用几种圆柱心轴的结构形式。图〔a〕为间隙配合心轴，心轴定位工作局部一般按基孔制h6、g6或f7制造，因此它装卸工件较为方便，但定心精度不高。图〔b〕为过盈配合心轴，它由导向局部3，工作局部2，安装局部1组成。导向局部的作用是使工件迅速而正确地套入心轴。当工件孔的长径比L/d＞1时，为了装卸工件容易，心轴的工作局部应稍带锥度。心轴上的凹槽是供车削端面时退刀用的。这种心轴制造简便且定心精度高，但装卸工件不便，易损伤工件定位孔，因此多用于定心精度要求较高的场合。图〔c〕是花键心轴，用于加工以花键孔为定位基准的工件。图1-30圆柱心轴1—安装局部2—工作局部3—导向局部〔3〕圆锥定位销。在实际生产中，也常常遇到工件以圆孔在锥销上的定位方式，如图1-31所示。图1-31圆锥销定位

3.工件以外圆柱面定位时的定位元件〔1〕V形块的典型结构。图1-32所示为常用V形块结构，其中图〔a〕是用于较短的精基准定位；图〔b〕是用于基准面较长的精基准定位；图〔c〕是用于较长的粗基准或阶梯轴的定位；当定位基准直径和长度较大时，V形块不必做成整体钢件，可采用图〔d〕所示的铸铁底座镶淬硬支承板或硬质合金钢垫的V形块。V形块上两斜面根部的凹槽是为加工两斜面时让刀用的。V形块的长、短是按照V形块量棒与V形块定位工作面的接触长度L和量棒直径d之比来区分的。一般L/d<<1时为短V形块，它限制工件的两个自由度；L/d>>1时为长V形块，限制工件的四个自由度。图1-32V形块的典型结构

〔2〕V形块的结构参数。标准V形块〔GB/T2208—1991〕的结构参数见图1-33。V形块在夹具上安装时，先调整好位置，再用螺钉紧固，并配作两个销孔起定位作用。两斜面的夹角α有60°、90°、120°三种，其中90°V形块结构和尺寸均已标准化，应用最广。图1-33V形块的结构尺寸

V形块的主要尺寸有：

D——V形块检验心轴直径，即定位基准直径；

H——V形块的高度；

α——V形块两工作平面间夹角；

T——V形块的标准定位高度，即检验心轴中心高。在V形块工作图上必须标柱此尺寸，用以综合检验V形块的制造精度。标准V形块是根据工件定位面外圆直径来选取的。设计非标准V形块时可参考标准V形块的结构参数来进行。

〔3〕V形块的定位特性。①V形块定位的最大优点是对中性好，它可使一批工件的定位基准轴线始终对中在V形块两斜面的对称面上，而不受定位基准直径误差的影响。②无论定位基准是否经过加工，也不管是完整的圆柱面还是局部的圆弧面，都可以采用V形块定位。因此在以外圆柱面定位时，V形块是应用最广的定位元件。③V形块以两斜面与工件的外圆面接触起定位作用。工件的定位面是外圆柱面，但其定位基准是外圆轴线，即V形块起定心作用。这一点对分析V形块的定位误差有着重要意义。④V形块的位置是用理论圆来标注的。在图1-34〔a〕所示的夹具简图中，要保证V形块1与定位支承2的相对尺寸h±Δh，以实现定位要求，这时V形块的高度位置是以与其相切的圆3的轴线来表示的，这个圆称为V形块的理论圆。理论圆的直径尺寸等于工件定位外圆直径的平均尺寸，它是一个常量。图1-34用理论圆来标注V形块位置

若用90°的V形块定位一批外圆直径为的工件，则V形块理论圆直径尺寸为39.992mm，如图1-34（b）所示。在夹具装配检验中，往往采用测量心轴使理论圆具体化，以便直接测量V形块的位置尺寸h。但这往往要为此专门制造一根非标准尺寸的专用测量心轴，因而很不经济。所以夹具图上实际不是直接按图1-34（a）那样以理论圆轴线来标注h±Δh尺寸的，而是按采用标准尺寸的测量心轴轴线来标注的。因此，必须根据实际采用的测量心轴的直径修正原来以理论圆为出发点计算的h±Δh尺寸。设标准尺寸的测量心轴直径为36mm，那么根据图1-34〔b〕所示的几何关系可知尺寸的修正值a为由36mm标准测量心轴轴线到定位支承2的距离尺寸h′为

h′＝h-2.823(mm)1.4定位误差的分析和计算

在机械加工过程中，产生加工误差的因素很多，其中有一项与采用夹具来安装工件进行加工有关。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，从而反映在工件的加工精度上。为了使工艺系统能够加工出合格的工件，系统中各组成误差的总和∑Δ应不超过加工允差或位置公差δG，即∑Δ≤δG。而∑Δ＝ΔJ+ΔG，ΔJ＝ΔD+ΔT-A，从而有

ΔD+ΔT-A+ΔG≤δG

(误差计算不等式)式中：

ΔJ——与夹具有关的加工误差；ΔG——除夹具外与工艺系统其它因素有关的加工误差；ΔD——工件在夹具中定位时产生的定位误差；ΔT-A——夹具在机床上调整安装时产生的误差。

由此可见，在夹具设计与制造中，为了满足加工要求，要尽可能设法减少这些与夹具有关的加工误差。如果这局部误差所占比例很大，那么留给补偿其它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。这里只讨论定位误差问题。在根据经验或类比法初步确定工件的定位方案后，可假设误差计算不等式中的三项误差各占工件公差的三分之一。最后可根据实际情况进行调整。如果满足ΔD≤1/3δG那么合格；假设ΔD＞1/3δG，那么说明定位误差按绝对平均法所分得的允许公差已经超差，此时应按综合调整法相互调剂，使三项误差的总和不超过工序公差要求，或采取相应工艺措施解决超差问题。1.4.1定位误差产生的原因

1.基准不重合误差因定位基准与工序基准不重合而引起的定位误差，称为基准不重合误差，以ΔB表示。图1-35〔a〕所示为铣削台阶面工序简图，图1-35〔b〕为其定位简图。要求保证尺寸L1±T1/2和H1±TH1/2。由图〔a〕知尺寸L1的工序基准是E面，由图〔b〕知其定位基准是A面，二者不重合。这样，对于一批工件而言，当刀具按定位基准A面调整好位置时，其中每个工件的E面位置却是随尺寸L2±T2/2的变化而变化的。由图〔b〕可知，此时一批工件的E面位置可能发生的最大变动量为ΔL2，它便是尺寸L2的公差，即ΔL2＝T2＝L2max－L2min。因此，在尺寸L1中实际上附加了ΔL2这样一个误差值，这个误差就是基准不重合误差ΔB，它将直接影响加工尺寸L1的精度。对尺寸H1而言，其工序基准与定位基准均为B面，二者重合，不存在ΔB。图1-35基准不重合误差例如

2.基准位移误差ΔY

对于有些定位方式来说，即使基准重合，也会产生另一种形式的定位误差，即由于定位基准本身发生位移而引起的基准位移误差。工件在夹具中定位时，由于定位副制造不准确及最小配合间隙的影响，定位基准本身在加工尺寸方向上会产生一定的位移量，从而导致各个工件的位置不一致，造成加工误差，我们把这种误差称为基准位移误差，以ΔY表示。不同的定位方式，其基准位移误差的分析和计算方法也不同。

1〕工件以圆孔面定位(1)当定位元件与定位孔为间隙配合时(如图1-36所示)，由于配合间隙的影响，会使工件内孔的中心〔定位基准〕与定位心轴中心发生偏移，其最大偏移量〔即最大配合间隙〕就是基准位移误差。可按下式计算：ΔY＝Xmax=δD＋δd＋Xmin式中：

Xmax——定位副最大配合间隙；

δD——工件定位基准孔的直径公差；

δd——圆柱定位销或圆柱心轴的直径公差；

Xmin——定位副所需最小间隙，由设计时确定。基准位移误差的方向是任意的。减小定位副的配合间隙，即可减小ΔY值，从而提高定位精度。

图1-36工件以内孔在心轴〔或定位销〕上定位(2)当定位元件与定位孔为过盈配合时，不存在间隙，定位基准〔内孔轴线〕相对定位元件没有位置变化，即ΔY=0，故可实现定心定位。2〕工件以外圆柱面定位用定位套内孔定位的基准位移误差与用圆柱心轴定位时的基准位移误差分析计算一致。如图1-37所示，因V形块的对中定心性很好，工件的定位面虽是外圆面，但定位基准是外圆轴线。如果不考虑V形块的制造误差，那么定位基准一定在V形块对称平面上，它在水平方向上的位移为零，但在垂直方向上，由于定位外圆面的直径有制造误差，引起定位基准相对定位元件发生位置变化，其最大变化量即为基准位移误差。可按下式计算：〔1-2〕式中：δd——工件定位基准的直径公差〔mm〕；α——V形块两斜面夹角。图1-37工件以外圆在V形块上定位铣键槽

3.结论〔1〕工件在夹具中定位时，不仅要限制工件的自由度，使工件在加工尺寸方向上有确定的位置，而且还必须尽量设法减少定位误差，保证有足够的定位精度。〔2〕一批工件在夹具中定位时产生定位误差的原因有两个：一是由于定位基准与工序基准不重合，引起一批工件的工序基准相对定位基准产生了位置变化，即存在基准不重合误差ΔB；二是由于定位副制造不准确，引起一批工件的定位基准相对定位元件发生了位置变化，即存在基准位移误差ΔY。〔3〕工件以平面定位时，由于定位基准面的形状误差〔如定位基准面的平行度误差、两基准面间的垂直度误差等〕，也会引起基准位移误差，但误差值一般较小，可忽略不计。即工件以平面定位时，一般只考虑基准不重合误差，而忽略基准位移误差，即ΔY＝0。〔4〕分析计算定位误差时应注意的问题。①由以上分析可知，工序基准相对于被加工外表在加工尺寸方向上所产生的最大位移量，便是定位误差。假设工序基准的位移方向与加工方向不一致，那么只要考虑工序基准在加工尺寸方向上的最大位移即可。②某一工序的定位方案可以对本工序所有加工精度参数产生不同的定位误差，因此应对所有精度参数逐个分析，计算其定位误差。③定位误差主要发生在采用夹具装夹工件，并按调整法保证加工精度的情况下。如果按逐件试切法加工，那么不存在定位误差。④分析计算得出的定位误差值是指加工一批工件时可能产生的最大定位误差值，它是一个界限值，而不是指某一工件精度参数的定位误差具体数值。1.4.2定位误差的计算例如1.定位误差的正确叠加由定位误差产生的原因可知，定位误差由基准不重合误差ΔB和基准位移误差ΔY组成。〔1〕当ΔB＝0，ΔY≠0时,定位误差是由基准位移引起的，ΔD＝ΔY。〔2〕当ΔB≠0，ΔY＝0时,定位误差是由基准不重合引起的，ΔD＝ΔB。〔3〕当ΔB≠0，ΔY≠0时，如果工序基准不在工件定位面上〔造成基准不重合误差和基准位移误差的原因是相互独立的因素〕时，那么定位误差为两项之和，即ΔD＝ΔY＋ΔB；如果工序基准在工件定位面上〔造成基准不重合误差和基准位移误差的原因是同一因素〕时，那么定位误差为ΔD＝ΔY±ΔB

〔1-3〕其中，“＋〞、“－〞号的判定原那么为：在力求使定位误差为最大〔即极限位置法那么〕的可能条件下，当ΔY和ΔB均引起工序尺寸作相同方向变化时取“＋〞号，反之那么取“－〞号。以图1-37〔b〕为例说明如下：①当工序尺寸为H1时，因基准重合，ΔB＝0。故有②当工序尺寸为H2时，因基准不重合，那么分析：当定位外圆直径由大变小时，定位基准下移，从而使工序基准也下移，即ΔY使工序尺寸H2增大；与此同时，假定定位基准不动，当定位外圆直径仍由大变小时〔注意：定位外圆直径变化趋势要同前一致〕，工序基准上移，即ΔB使工序尺寸H2减小。因ΔB、ΔY引起工序尺寸H2作反方向变化，故取“－〞号。那么有〔1-4〕③

当工序尺寸为H3时，同理可知：

〔1-5〕2.定位误差计算例如例1-1如图1-38所示为一盘类零件钻削孔￠1时的三种定位方案。试分别计算被加工孔的位置尺寸L1、L2、L3的定位误差。图1-38以短销定位时的定位误差分析计算(1〕对图1-38〔a〕所示的定位方案，加工尺寸L1±0.10的工序基准为定位孔的轴线，定位基准也是该孔的轴线，二者重合，那么ΔB＝0。由于定位内孔与定位销之间的配合尺寸为22H7/g6〔属于间隙配合〕，当在夹具上装夹这一批工件时，定位基准必然会发生相对位置变化，从而产生基准位移误差。按式〔1-1〕求得也即

ΔD＝ΔY＝0.041mm因

那么该定位方案合格。（2）

对图1-38（b）所示的定位方案，

加工尺寸L2±0.05的工序基准为外圆面的左母线，定位基准为孔的轴线，二者不重合，

联系尺寸为，则有

同理，由于定位副之间存在配合间隙，其基准位移误差

ΔY

＝0.041mm因为基准不重合误差是由尺寸

引起的，而基准位移误差是由配合间隙引起的，

二者为相互独立因素，则有

ΔD＝ΔY＋ΔB

＝0.025+0.041＝0.066mm因

那么该定位方案不合格。（3）对1-38图（c）所示的定位方案，加工尺寸L3±0.10的工序基准为外圆面的右母线，定位基准为孔的轴线，二者不重合，

联系尺寸为 ，（特别注意同轴度的影响），故

同理，基准位移误差为ΔY＝0.041mm。因工序基准不在工件定位面〔内孔〕上，那么有ΔD＝ΔY＋ΔB

＝0.125+0.041＝0.166mm因

那么该定位方案不合格。讨论：①在图〔b〕和图〔c〕方案中，因定位基准选择不当，均出现定位误差太大的情况，从而影响工序精度，定位方案不合理。实际上，尺寸L2的定位误差占其工序允差的比例为0.066/0.10＝66%，尺寸L3的定位误差占其工序允差的比例为0.166/0.20＝83%，所占比例过大，不能保证加工要求，需改进定位方案。假设改为图1-39所示以V形块定位的方案，那么此时尺寸L2±0.05的定位误差为只占加工允差0.10的10%。

图1-39以V形块定位时的定位误差分析计算②分析计算定位误差时，必然会遇到定位误差占工序允差比例过大问题。究竟所占比例值多大才适宜，要想确定这样一个值来分析、比较是很困难的。因为加工工序的要求各不相同，不同的加工方法所能到达的经济精度也各有差异。这就要求工艺设计人员有丰富的实际工艺经验知识，并按实际加工情况具体问题具体分析，根据从工序允差中扣除定位误差后余下的允差局部大小，来判断具体加工方法能否经济地保证精度要求。在分析定位方案时，一般推荐在正常加工条件下，定位误差占工序允差的1/3以内比较适宜。例1-2如图1-40（a）所示的定位方案，以直径为d1的外圆面在90°V形块上定位加工阶梯轴大端面上的小孔。已知 ，两外圆的同轴度公差为￠0.02mm。试分析、计算工序尺寸H±0.20mm的定位误差，

并分析其定位质量。

图1-40台阶轴在V形块上定位

分析为便于分析、计算，画出图1-40〔b〕所示简图。同轴度可标为e=0±0.01mm， 。

由于工序尺寸H的工序基准为d2外圆下母线G，而定位基准为d1外圆轴线O1，基准不重合，二者的联系尺寸为e及r2。故有ΔB＝2×0.01+0.008＝0.028mm。又因外圆直径d1有制造误差，引起定位基准相对定位元件发生位置变化，其最大变化量即基准位移误差为因工序基准G不在工件定位面〔d1外圆〕上，故有计算所得定位误差

故此方案可行。

1.4.3组合面定位

1.采用“一面两孔〞定位时须解决的主要问题“一面两孔〞定位时所用的定位元件是：平面采用支承板定位，限制工件三个自由度；两孔采用定位销定位，各限制工件两个自由度。因两销连心线方向上的移动自由度被重复限制而出现了过定位。由于两定位销中心距和两定位孔中心距都在规定的公差范围内变化，孔心距与销心距很难完全相等，当一批工件以其两个孔定位装入夹具的定位销中时，就可能出现工件安装干预甚至无法装入两销的严重情况。为此，采用一面两孔组合定位时，必须注意解决以下两个主要问题：正确处理过定位；(2)控制各定位元件对定位误差的综合影响。

2.解决一面两孔定位问题的有效方法〔1〕以两个圆柱销及平面支承定位。由上述分析可知，工件以一面两孔在夹具平面支承和两个圆柱销上定位时，出现过定位。当工件上第一个定位孔装上定位销后，由于孔间距和销间距有制造误差，第二个定位孔将有可能装不到第二个定位销上。解决的方法是：通过减小第二个定位销的直径来增加连心线方向上定位副的间隙，到达解决两孔装不进定位销的矛盾。如图1-41所示，假定工件上圆孔1与夹具上定位销1的中心重合，这时第一孔能装入的条件为

式中：d1max——第一定位销的最大直径；D1min——第一定位孔的最小直径；X1min——第一定位副的最小间隙。

工件上孔心距的误差和夹具上销心距的误差完全用缩小定位销2的直径的方法来补偿。当定位销2的直径缩小到使工件在图1-41所示的两种极限情况下都能装入定位销2时，考虑到安装顺利，还应在第2定位副中增加一最小安装间隙X

2min，

此时，第二个定位销的最大直径为

式中：

d2max——第2个定位销的最大直径；

D2min——第2个定位孔的最小直径；

X2min——两孔同时定位时，在极限情况下，第2个定位副留下的最小安装间隙；

δLD、δLd——孔间距和销间距偏差。

图1-41两圆柱销定位分析1—第一定位副2—第二定位副

〔2〕以一圆柱销和一削边销及平面支承定位。这种方法没有缩小定位销的直径，而是通过改变定位销结构〔即“削边〞〕来增大连心线方向的间隙，补偿中心距的误差，消除了过定位〔削边销限制一个转动自由度〕的影响。同时也因在垂直连心线方向上销2的直径并未减小，而使工件的转角误差没有增大，大大提高了定位精度。①削边销的结构。为了保证削边销的强度，一般多采用菱形结构，故又称为菱形销。常用削边销的结构如图1-42所示。图中A型又名菱型销，刚性好，应用广，主要用于定位销直径为3～50mm的场合；B型结构简单，容易制造，但刚性差，主要用于销径大于50mm时。在“一面两孔〞组合定位中，安装菱形销时，应注意使其削边方向垂直于两销的连心线。图1-42菱形销结构

②削边销尺寸确实定。如图1-43所示，削边销未削边圆柱局部的最大直径为d2max=D2min-X2min。AE和CF应能补偿±δLD、±δLd，那么补偿值a转角误差、

装卸工件是否方便、

削边销宽度及其使用寿命对定位精度都有影响。

图1-43削边销尺寸计算

在实际工作中，补偿值一般按下式计算：

a=δLD+δLd〔1-6〕必要时，经过精度分析后，再行调整。在补偿值确定后，

便可根据图1-43计算削边销的尺寸：

〔1-7〕当采用修圆削边销时，以b替换b1。尺寸b、b1及B可以根据表1-6选取。削边销的结构尺寸已标准化，选用时可参照国家标准?机床夹具零件及部件?标准GB/T2203—91。表1-6削边销的尺寸

3.工件以一圆柱销和一削边销定位时定位误差的计算

（1）基准不重合误差ΔB。计算方法同前。（2）基准位移误差ΔY。在计算某一加工尺寸的基准位移误差时，要考虑加工尺寸的方向和位置。由于两定位副的最大间隙引起的基准位移误差不一样，从而使公共定位基准发生错移而转动。定位基准的位移方式有两种：

①平移变动。如图1-44（a）所示，给出了两定位副的间隙同方向时定位基准的两个极限位置，最高位置，

最低位置

。

②

交叉变动。

如图1-44（b）所示，

两定位副的间隙反方向时定位基准的两个极限位置为和。因此，在计算垂直于两孔连心线方向上位置尺寸的基准位移误差时，要看定位基准的两种位移方式谁占优势，然后视哪种变动对加工尺寸影响最大而采用之。

图1-44定位基准位移示意图

一般的，当加工尺寸在两定位基准孔之间时，取平移变动方式；当加工尺寸在两定位基准孔之外时，取交叉变动方式。图中为第一定位副的最大间隙，为第二定位副的最大间隙，根据图1-44可以推导出Δα、Δβ的计算公式。图中被加工的五个小孔的工序尺寸对应的基准位移误差大小，

可参考表1-7中的公式来计算。

表1-7一面两孔定位时基准位移误差的计算公式

4.工件以一面两孔定位时的设计步骤和计算实例〔1〕确定定位销的中心距和尺寸公差。销间距的根本尺寸和孔间距的根本尺寸相同，销间距的公差可按下面公式计算：〔2〕确定圆柱销的尺寸及公差。圆柱销直径的根本尺寸是该定位孔的最小极限尺寸，其配合一般按g6或f7选取。〔3〕按表1-6选取削边销的宽度尺寸b1或b及B。〔4〕确定削边销的直径尺寸及公差配合。首先求出削边销与定位孔的最小配合间隙X2min，然后求出削边销工作局部的直径，即d2max=D2min-X2min。削边销与定位孔的配合一般按h6选取。〔5〕计算定位误差，分析定位质量。

例1-3

图1-45所示为连杆盖工序图，

欲加工其上的4个定位销孔。根据加工要求，

用平面A和 的孔定位。

试设计两定位销尺寸并计算其定位误差。

图1-45连杆盖工序图

解〔1〕确定定位销中心距及尺寸公差。取故两定位销中心距为〔59±0.02〕mm。〔2〕确定圆柱销尺寸及公差。取〔3〕按表1-6选定削边销的b1及B之值。取b1＝4mm

B＝d－2＝12－2＝10mm〔4〕确定削边销的直径尺寸及公差。取

a＝δLd+δLD＝0.02+0.1＝0.12mm那么所以

d2max＝D2min－X2min＝12－0.08＝11.92mm削边销与孔的配合取h6，

其下偏差为－0.011mm，故削边销直径为

所以

d2max＝11.92mm〔5〕计算定位误差。本工序要保证的尺寸有4个：(63±0.10)mm，(20±0.10)mm，(31.5±0.20)mm，(10±0.15)mm。其中(63±0.10)mm和(20±0.10)mm取决于夹具上两钻套之间的距离，与工件定位无关，因而无定位误差。这里我们只要计算尺寸(31.5±0.20)mm和尺寸(10±0.15)mm的定位误差即可。①加工尺寸(31.5±0.20)mm的定位误差。由于定位基准与工序基准不重合，两者之间的联系尺寸为(29.5±0.10)mm，基准不重合误差应等于该定位尺寸的公差，即ΔB＝0.2mm。由于(31.5±0.20)mm是水平尺寸，

根据表1-7中的公式求得

ΔY＝X1max＝0.027+0.017＝0.044mm由于工序基准不在定位基面上，所以

ΔD＝ΔY+ΔB＝0.044+0.2＝0.244mm②加工尺寸(10±0.15)mm的定位误差。由于定位基准与工序基准重合，因此ΔB＝0。尺寸(10±0.15)mm在垂直方向上，分别计算出左边两小孔和右边两孔的基准位移误差，取最大的作为(10±0.15)mm的基准位移误差。因左、右两小孔都在O1、O2外侧，故按图1-44〔b〕方式计算：左端两小孔的尺寸相当于表1-7中的A1尺寸，

B1＝2mm，

故

ΔY＝X1max+2B1tanΔβ＝0.044+2×2×0.00138＝0.05mm

右端两小孔的尺寸相当于表1-7中的A5尺寸，B3＝2mm，故

所以，(10±0.15)mm的基准位移误差

即

ΔD＝ΔY＝0.124mm1.4.4定位装置设计实例1.定位装置设计的根本原那么在定位装置设计时应尽可能遵循“基准重合〞和“基准统一〞等原那么，以减少定位误差。在组合定位中，主要定位基准面的选择应便于工件的装夹和加工，并使夹具的结构简单。当基准不重合时，应按工艺尺寸链计算，求得新的工序尺寸，并以新的基准定位保证加工精度。2.定位装置设计例如图1-46所示为支座工序图，本工序要求钻2-M8螺纹底孔，钻、扩、铰￠8H8孔，其余加工外表均已加工合格，试设计其定位装置。图1-46支座工序简图

〔1〕分析加工要求。2-M8螺纹底孔相距〔40±0.1〕mm，其中一孔距侧面E为8mm；两螺孔中心连线至￠15H7孔中心距离为(20±0.1)mm；8H8孔位于尺寸〔60±0.1〕mm的对称平面内，且距底面B的尺寸为〔25.5±0.05〕mm；￠8H8孔轴心线相对15H7孔轴心线垂直度要求为￠0.1mm。〔2〕根据加工要求确定工件所需限制的自由度。〔3〕选择定位基准，确定工件定位面上的支承点分布。①以外表C为定位基准，设置两个支承点〔见图1-47〕。这种方案因外表C为毛面，难以保证尺寸(20±0.1)mm及￠8H8孔轴线相对￠15H7孔轴线的垂直度要求。图1-47支座定位方案分析

②以￠15H7孔为定位基准，设置两个支承点〔见图1-48〕。这种方案符合基准重合原那么，能满足加工要求，但定位元件结构相对复杂。比较这两种方案后，确定以￠15H7孔为定位基准。对工件x自由度的限制也有两种方案：①以外表E为定位基准，设置一个支承点〔见图1-47〕。该方案使尺寸8mm的工序基准和定位基准重合，便于保证该尺寸，但E面为毛面，此时很难保证8H8孔轴线位于(60±0.1)mm尺寸的对称平面上，且定位元件数量增多，使定位装置结构复杂。图1-48支座定位方案分析

②以￠15H7孔的端面D为定位基准，设置一个支承点〔见图1-48〕。该方案使尺寸8mm的工序基准与定位基准不重合。因工序基准为毛面，尺寸8mm要求较低，并且有利于使孔￠8H8的轴线位于(60±0.1)mm尺寸的对称平面内。综上所述，选择图1-48作为工件的定位方案，即以底面B、￠15H7孔及端面D构成组合定位基准。〔4〕选择定位元件结构，设计定位装置。①选择结构。因工件底面尺寸较小且定位元件必须让开钻孔位置，应选择一块支承板和两个平头支承钉构成钉板组合，与工件的B面接触组成主要定位副〔见图1-51〕。￠15H7孔及端面D所用定位元件的选择有两种结构：A.选用固定式带台阶削边销和移动削边销定位￠15H7孔及端面D，如图1-49〔a〕所示。其结构相对复杂，夹具的制造本钱高，故不宜用。B.选用带台阶的削边长轴定位工件的￠15H7孔及端面D，如图1-49〔b〕所示。图1-49定位元件结构分析

②设计定位装置。该工件由平面、孔及端面组合定位。此时削边轴仍需补偿孔的位置误差及定位元件之间的距离尺寸公差。设计计算方法与两孔定位相似。A.削边轴与平面支承元件工作面之间的距离。其根本尺寸应为工件孔到底面的平均尺寸，公差可根据推荐范围±ΔLd=±〔1/5～1/2〕ΔLD选取，再考虑尺寸〔40±0.05〕mm、生产批量及制造夹具的设备精度等。此例取削边轴至支承元件工作面之间的距离为〔40±0.02〕mm。

B.计算削边轴直径d。由表1-6查得削边轴的宽度b=4mm，代入式 中可得

〔5〕计算定位误差。①尺寸8mm的定位误差。因其工序基准为毛面，精度要求低，故不需计算。②尺寸〔25.5±0.05〕mm的定位误差。工序基准为B面，定位基准也为B面，且是以平面定位，故ΔD=0。③尺寸(20±0.1)mm的定位误差。工序基准与定位基准重合，ΔB=0。④垂直度￠0.1mm的定位误差。工序基准与定位基准重合，ΔB=0。基准转角误差Δθ/2的求解如下：如图1-50所示，转角误差Δθ/2是由定位基准〔￠15H7孔轴线〕相对削边轴的轴线转动而引起的，故图1-50定位误差计算Ⅱ、

Ⅲ—￠15H7孔轴线极限位置

图1-51支座定位装置结构1.5夹紧装置及夹具动力装置

1.5.1夹紧装置的组成夹紧装置是夹具的重要组成局部，也是夹具设计的难点，尽管夹紧方式多种多样，但其组成却大体相同。一般夹紧装置主要由以下三个局部组成〔如图1-52所示〕：〔1〕力源装置。产生原始夹紧力的装置。通常是指机动夹紧时所用的气动、液动、电动等动力装置。如图1-52所示摆动汽缸4。力源来自人力的，那么称为手动夹紧。图1-52夹紧装置组成1—工件2—夹紧元件3—中间传力机构4—力源装置〔2〕夹紧元件。直接夹紧工件的元件，它是夹紧装置的最终执行元件，它与工件直接接触，把工件夹紧。如各种螺钉、压板等。〔3〕中间传力机构。介于力源和夹紧元件之间的传力机构，是把力源装置产生的力传给夹紧元件的中间机构。中间传力机构常常起着重要的作用，它可根据实际的需要设计