基准装夹课件

机械制造技术基础第2章

机械制造过程基础知识FundamentalofMechanicalManufacturingProcess2.3

基准与装夹DatumandFixing12.3.1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22.3.1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。32.3.1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42.3.1基准表2-9支座零件第3工序（钻孔）E52.3.1基准表2-9支座零件第4工序（钻、锪4分布孔）E62.3.2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92.3.2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102.3.2工件装夹图2-11工件在夹具上装夹（滚齿夹具）112.3.3定位原理

图2-12六点定位原理XZY1、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XYZ“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13ZXYZXYZXYZXY表2-10ZXYZXY2.3.3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）XYZXYZXYZXYZ2.3.3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XYZXYZXYZ短圆柱销长圆柱销菱形销

XYZXYZXYZ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XZY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：①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

ZYXd）ZYXa）②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。192.3.3定位原理

ZYXb）ZYXc）e）ZYXf）ZYX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203、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XZYa）b）BB2.3.3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22.3.3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XYa）ZYb）ZYXY2.3.3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42.3.3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。4A0.02A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：①各方案限制的自由度②有无欠定位或过定位③对不合理的定位方案提出改进。

b）XZYXc）XZYXa）YXZ2.3.3定位原理

30卡盘前顶尖后顶尖a）YXZa1）YXZa2）YXZa3）YXZ2.3.3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31b）XZYXb1）XZYXXZb2）YXXZb3）YX2.3.3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32c）XZYXc1）YXXZ2.3.3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1:107:24间隙主轴拉杆刀柄2.3.3定位原理

定位端面配合锥面XYZ过定位分析？？342.3.4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。Δjy

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。Δjb定位误差的来源Δdw=Δjb+Δjy

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。352.3.4定位误差

bΔDWa图2-19工序基准

定位基准图2-18HOAO1O2Δjb---

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。

Δjb=定位尺寸的公差。Δjy---

定位基准相对于固定点的最大变动量。Δdw---

工序基准在工序尺寸方向上的最大变动量。362.3.4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。

Δjb=0工件直径存在公差

轴心位置发生变化。

Δjy=(dmax-dmin)/(2sin(a/2))定位误差

Δdw=Δjb+Δjy=(dmax-dmin)/(2sin(a/2))

图2-18定位误差HOAO1O2ΔDW37[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。

Δjb=Tb基准位移误差不必考虑。

Δjy=0bΔDWa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Δdw=Δjb+Δjy=Tb382.3.4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Δdw=Δjb+Δjy

39

（1）定位基准：孔心。基准重合：

Δjb=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Δjy

=Dmax－dmin

Dmax——工件定位孔最大直径

dmin——夹具定位销最小直径（3）定位误差

Δdw

=Dmax－dmin（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)DmaxdminOΔDWO1O2402.3.4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Δjb=0基准位移误差(孔中心相对于固定点)

Δjb

=（Dmax－Dmin）=TD

（2-9）1212（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Δjy=(dmax-dmin)/2=

Td/2Δjy=(Dmax-dmin)/2-(Dmin-dmax)/2=TD/2+Td/2定位误差Δdw=Δjb+Δjy=TD/2+Td/2图2-20(b)DmaxO1DminOΔDWO2销中心O，孔中心最高O1，最低O241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Δjb=TD/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Δjb和Δjy都涉及到孔或销的公差时应做符号判断。(a)孔径变化对Δjb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Δjy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

Δjy=(Dmax-dmin)/2-(Dmin-dmax)/2=TD/2+Td/2定位误差

Δdw=Δjy

-Δjb=Td/2H422.3.4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Δjb=0基准位移误差（上母线相对于固定点）Δjy=Td/2定位误差Δdw=Δjb+Δjy=Td/2H432.3.4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Δjb=TD/2基准位移误差Δjy=(Dmax-dmin)/2-(Dmin-dmax)/2=TD/2+Td/2定位误差

Δdw=Δjy

+Δjb=

TD+Td/2H符号判断：(a)孔径变化对Δjb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Δjy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442.3.4定位误差

（2）定位基准为上母线--支承定位基准不重合误差Δjb=TD基准位移误差Δjy=Td/2定位误差Δdw=Δjb+Δjy=

TD+Td/2H452.3.4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：①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H1，或槽底至外圆上母线的距离H2）；②键槽对工件外圆中心的对称度OA=Sin(α/2)OB=2Sin(α/2)d对上式求全微分，得到：d(OA)=2Sin(α/2)1d(d)－4Sin(α/2)2dcos(α/2)d(α)图2-21(a)外圆表面在V型块上的定位误差HBαOA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：462）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Td

——工件外圆直径公差；

Tα——V型块两斜面夹角角度公差。3）忽略Tα

，可得尺寸H方向上的定位误差为：（2-11）d(OA)=2Sin(α/2)1d(d)－4Sin(α/2)2dcos(α/2)d(α)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）H2BdOH1BOAC（2-12）（2-13）EA48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