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书名：汽车制造工艺基础 ISBN：978-7-111-36742-0作者：王永伦出版社：机械工业出版社本书配有电子课件,汽车制造工艺基础 高职高专 ppt 课件,掌握基准的概念及分类 理解六点定位原理 掌握常用定位元件的应用及能限制的自由度 熟悉工件的装夹方法及常用的夹紧机构,【学习目标】,第3章 工件的定位与装夹,汽车制造工艺基础 高职高专 ppt 课件,工件是几何实体，它由点、线、面构成。其上任何一个点、线、面的位置总是用它与另外一些点、线、面的相互关系（尺寸、平行度、同轴度等）来确定的。,3.1 基准的概念及其分类,3.1.1 基准的概念,基准 是指用来确定生产对象上几何要素间的几何关系所依据的那些点、线、面。,根据基准的作用不同，可分为设计基准和工艺基准两大类。,3.1.2 基准的分类,汽车制造工艺基础 高职高专 ppt 课件,一、设计基准 指在设计图样上所采用的基准。如图a）中的球心O、图b）中的轴线、平面A、C，它们都是设计基准。A、C 可互为设计基准。设计基准是实际存在的，也可是假想的。,设计基准实例,a）,b）,汽车制造工艺基础 高职高专 ppt 课件,工艺基准：是指在工艺过程中所采用的基准。工艺基准分类：,二、工艺基准及其分类,汽车制造工艺基础 高职高专 ppt 课件,1.工序基准 指在工序简图上，用来确定本工序所加工表面加工后应保证的尺寸、形状、位置的基准。工序基准应尽量与设计基准重合；当考虑定位或试切测量方便时，也可与定位基准或测量基准相重合。,工序基准实例,汽车制造工艺基础 高职高专 ppt 课件,2.定位基准 指加工时用作工件定位的基准。定位基准（基面）又有粗基准和精基准之分。,定位基准由实际存在的端面或内、外圆柱面（体现假想的内、外圆柱定位基准轴线）作为定位基面。如图中的C、D面。,汽车制造工艺基础 高职高专 ppt 课件,3.测量基准 指用来测量被被加工表面的尺寸和位置的基准。图a)是以圆柱面素线作为测量基准；图b)是在V形铁上测量轴段2的径向跳动，轴颈1和2的同轴线3是测量基准，以实际存在的外圆面1作为测量基面。,汽车制造工艺基础 高职高专 ppt 课件,4.装配基准 指装配时用来确定零件或部件在产品中相对位置所采用的基准。,图a)以A端面和轴颈面为装配基面；图b)倒档齿2以壳体1右方内端面、径向以内孔表面为装配基面。,汽车制造工艺基础 高职高专 ppt 课件,3.2 工件在机床夹具中的定位,3.2.1 工件的六点定位原理,工件的定位：指工件在机床夹具中占有的正确位置。,汽车制造工艺基础 高职高专 ppt 课件,一、工件的自由度 任何工件（自由刚体），在空间直角坐标系中有六个方向活动的可能性，即沿 轴方向的移动自由度（）,绕 轴的转动自由度（）。将工件某个方向活动的可能性称为一个自由度。,工件的六个自由度，如图所示。,工件的六个自由度,a)矩形工件 b)圆柱形工件,要使工件在空间有确定的唯一位置，就必须设置相应的六个约束，分别限制其六个自由度。,二、六点定位原理（六点定位规则）,指用合理分布的六个支承点限制工件相应的六个自由度，确定其唯一确切位置的原理。,常见加工形式为保证加工要求应限制的自由度,续上表,1.在夹具结构中，支承点不一定用点或销的顶端，常 用面或线来代替；在具体应用时，可用窄长的平面（条形支承）代替直线，用较小的平面代替点。2.定位支承点与工件定位基准面始终保持接触，才能 限制自由度。3.分析定位支承点的定位作用时，不考虑力的影响。某一自由度被限制，是指工件在某个坐标方向有了 确定的位置，并不是指工件在受到外力时不能运动。工件在外力作用下不能运动，要靠夹紧装置来完成。,三、应用六点定位原理时需注意的问题,1.工件的正确定位，就是工序的正确定位。2.工件正确定位应限制自由度的多少，由其加工要求 和工序基准的形式决定。并非六个自由度都必须全 部被限制，只需限制对加工要求有影响的自由度。为保证加工要求必须限制的自由度，称为第一自由度。对加工要求无关的自由度，称为第二自由度。第二自由度是否限制，可根据工件承受切削力、夹紧力和刀具在工件加工表面运行工作行程范围考虑。,3.2.2 工件正确定位应限制的自由度,一、限制工件自由度与加工要求的关系,、,、,、,具体确定方法 独立拟出确保各单项距离尺寸或位置公差要求而限制的自由度后，再按综合叠加但不重复的方法便可得到确保多项精度要求应限制的自由度。如图示工件上铣槽，必须限制五个自由度：及 5个自由度。,工件上铣槽应限制的自由度,1完全定位 指不重复地限制了工件六个自由度的定位。当工件在x、y、z三个坐标方向均有尺寸要求或位置精度要求时，一般采用这种定位方式。2不完全定位 根据工件加工要求，不需要限制工件全部自由度的定位方式。如图示车（镗）通孔、磨（铣）削平面。,二、工件定位中的几种情况,3欠定位 工件加工时必须限制的自由度未被完全限制的定位现象。欠定位无法保证加工要求，绝不允许有欠定位现象产生。如图示在工件上铣槽，如 未限制，就不能保证槽底与工件下底面的距离尺寸要求；如果 或 未限制，就不能保证槽底面与工件底面的平行度要求。,4过定位（也称重复定位或超定位）多个定位元件重复限制同一个自由度的定位现象。,如图示，上平面对A面有垂直度公差要求，若用夹具的两个大平面定位，则工件A面被限制了 三个自由度，B面被限制了 三个自由度，其中自由度被A、B面同时重复限制。,过定位实例,改变定位元件的结构。如缩小定位元件工作面的接 触长度；或者小定位元件的配合尺寸，增大配合间 隙等；控制或者提高工件定位基准之间以及定位元件工作 表面之间的位置精度。如把定位的面接触改为线接 触。如图示。,消除或减少过定位现象的措施,消除过定位实例,为了既保证机床夹具定位的准确性，又不致发生工件过定位现象，常在“一面两孔”组合定位时，将两个定位销中之一改制成菱形销（削边销）。菱形的长轴方向应与两孔中心连线垂直。如图示。,过定位是否允许，要视具体情况而定。如工件定位面经机加工，且形状、尺寸、位置精度均较高，则过定位是允许且必要的（如图示）。,过定位应用,3.3 工件在夹具中的定位方式及其定位元件,3.3.1 工件的定位方式,一、工件以平面定位 在机械加工中，工件以平面作为定位基准的定位是一种常用的定位方式，如箱体、机座、支架、板状类零件等。,有：以平面定位；以圆柱孔定位；以外圆柱面定位；以组合表面定位等4种方式。,支承形式：根据所用定位元件是否起限制自由度作用、能否调节等分为：固定支承；可调支承；自位支承（或称浮动支承）辅助支承。,1.固定支承,固定支承定位元件：支承钉、支承板。支承钉形式：,支承板形式：,都可用于工件已加工表面定位。A型支承板结构简单，但孔边切屑不易清除干净，适用于侧面和顶面定位；B型支承板便于清除切屑，适用于底面定位。,2.可调支承 工件定位过程中，有些要求支承钉的高度定期或不定期调整时，可采用可调支承钉。如图所示。,调节到位后应用螺母将支承钉锁紧。多用于粗基准。定位作用与支承钉相同。,可调支承应用实例,3.自位支承（或称浮动支承）,指在工件定位过程中，能自动调整位置的支承。作用：提高工件装夹刚度和稳定性。特点：浮动支承点的位置随着工件定位基准位置的变化而 自动调节，直至全部接触为止。仍相当于一个固定支承，只限制一个自由度；但增 加了接触点数，提高了工件的刚度和稳定性，减小 工件的变形和接触应力。夹具结构稍复杂。适用于工件以毛面定位或刚度不足的场合。,支承是摆动或浮动的，以两点或三点与工件支承面接触。,结构形式：如图示。,指在工件定位过程中，不限制工件自由度、用于辅助定位的支承。它不是定位元件。作用：提高工件的装夹刚度、稳定性和可靠性，防止工件产生变形或定位不稳定。注意：支承位置应选在有利于工件承受夹紧力和切削力的位置。,4.辅助支承,辅助支承应用实例,a）,b）,二、工件以圆柱孔定位,定位元件有：圆柱定位销、定位心轴、圆锥销。1.圆柱定位销 结构形式及特点：如图示。按与工件孔配合长径比分为长、短圆柱销。长圆柱销可限制4个自由度；短圆柱销可限制2个自由度。,圆柱定位销典型结构,用于较小内孔,用于较大内孔,以内孔和端面组合定位时（带支承环）,2.定位心轴 结构形式及特点，除图示三种结构外，还有花键心轴。,3.圆锥销 图示为工件以圆孔在圆锥销上定位的示意图。固定圆锥销限制工件三个移动自由度。图a)用于粗基准定位，图b)用于精基准定位。,工件在单个圆锥销上定位容易倾斜，故一般要与其它定位元件组合使用，如图示。,b)平面与浮动圆锥销组合,c)双圆锥销组合,三、工件以外圆柱面定位,常用的定位元件主要有：V形块、定位套、半圆套。1.V形块 结构形式、特点及应用，如图示。工作面 夹角常取60、90、120，90应用最多。,用于短圆柱面。限制,用于较长或两段较远圆柱面限 制，,工作面镶有淬硬钢或硬质合金块,接触面2-5两侧为斜面用于粗基准,a）短V形块 b）2个短V形块组合 c）V 形工作面镶块 d）窄工作面V 形块,工件以V形块定位应用实例,2个短V形块组合定位长圆柱工件,活动式V形块定位并夹紧工件（V形块具有定位和夹紧的双重作用）分为移动式和浮动式2种。,浮动式V形块,浮动式V形块结构,2.定位套 结构形式、特点及应用，如图示。,用于工件以端面为主要定位基准，短圆柱面定位于定位套内孔内,用于工件以外圆柱面为主要定位基面，定位于长定位套内孔内,用于工件以圆柱端面外缘为定位基面定位于锥孔内,结构形式、特点及应用，如图示。下半圆套是定位元件，上面的半圆套起夹紧作用。分为可卸式、铰链式，后者装卸工件方便。主要用于大型轴类零件及不便于轴向装夹的零件。,3.半圆套,四、工件以组合表面定位,实际生产中，为满足工序加工要求，常采用几个定位基准（基面）的组合方式进行定位，即组合定位。常用的组合定位形式有：,前后顶尖孔一孔一端面一端面一外圆两阶梯外圆及一端面一长孔一外圆一面两孔,采用相应的定位元件进行组合定位。如前后顶尖（圆锥销）、定位销、定位套、心轴、支承钉、支承板V 形块等,组合定位形式,组合表面定位实例,组合表面 定位实例,工件在夹具中要正确定位，一是正确选择定位基准，二是选择合适的定位元件。定位元件须满足：一、足够的精度 包括本身尺寸精度，定位元件间的位置尺寸及位置公差；常取工件相应尺寸及位置公差的1/51/2。二、较好的耐磨性 以保持夹具的使用寿命和定位精度。三、足够的强度和刚度 避免使用中变形和损坏。四、较好的工艺性 力求结构简单、合理，便于制造、装配和更换。,3.3.2 定位元件的基本要求,3.4 工件的装夹,工件的装夹：指工件在机床上或夹具中定位和夹紧的过程。工件的定位：确定工件在机床上或夹具中占据正确位置的过程。工件的夹紧：将定位后的工件固定，使其在加工中保持定位位置不变的过程。工件装夹时，应满足两项基本要求：加工前，工件必须正确定位、合理夹紧。,3.4.1 工件装夹的基本要求,一、找正装夹法 1直接找正装夹法 指以工件的实际表面作为定位依据，用找正工具（如划针和指示表）找正工件的正确位置，以实现定位后再将工件夹紧的装夹方法。被找正的表面就是工件的定位基准。特点及应用：直接找正装夹定位精度与所用量具精度和工人技术水平有关；效率低；结果不稳定。适用于单件小批生产。,3.4.2 工件的装夹方法,有：找正装夹法和夹具装夹法两种。,直接找正装夹法实例,a)找正内孔面 b)找正外圆面,2划线找正装夹法 以在工件上划出的待加工表面所在位置的线痕作为定位依据，定位时用划针找正其位置后再将工件夹紧的装夹方法。此方法生产率低，定位精度也低；对工人的技术水平要求较高。只适用于单件小批生产中加工复杂而笨重的毛坯件，或零件不宜直接使用通用机床夹具装夹的场合。,划线找正装夹法实例,拨叉划线找正,以线痕在四爪卡盘上找正,通用机床夹具：如车床的三爪自定心卡盘、铣床用平口台虎钳、尾座及分度头等；专用机床夹具：如钻模、专用铣床、车床、镗床夹具等。特点：工件定位准确，装卸工件迅速；生产率高；设计与制造周期长，费用较高。主要适用于产品相对稳定而产量较大的成批和大量生产。,二、机床夹具装夹法 靠机床夹具将工件定位、夹紧，保证工件相对于刀具、机床正确位置的装夹方法。有：通用机床夹具装夹法和专用机床夹具装夹法,通用机床夹具装夹法实例,专用机床夹具装夹法实例,3.5 工件夹紧及夹紧装置,夹紧装置：将工件压紧夹牢的装置。作用：工件定位后，使之在各种力作用下不发生位移或振动。一、夹紧装置组成 主要由：力源装置、中间传动机构、夹紧元件（执行元件）等组成。如图示。,3.5.1 夹紧装置的组成及其基本要求,夹紧装置组成,力源装置：产生压紧力的动力装置。可分为机动和 手动。如气（液）动、电动；手动丝杆、手柄等。中间传动机构：将原动力以一定大小和方向传递给 夹紧元件的机构。如斜楔、杠杆。夹紧元件（执行元件）：直接与工件接触完成夹紧作用的最终执行元件。如压板。,二、夹紧装置的要求1.工件不移动。夹紧时不能破坏工件的正确定位。2.夹紧力大小要适当、牢固。不允许工件产生振动、变形和损伤。3.工艺性能好。力求结构简单，易于制造和维修。4.使用性能好。有足够的夹紧行程和良好的自锁性；操作安全、省力、快捷方便。,三、夹紧力的确定 应考虑：夹紧力的作用点、方向、大小。,1.夹紧力作用点夹紧点尽可能与支承点对应于稳定的受力区内。避免工件移动或偏转而破坏工件的正确定位。如图示。,夹紧力作用点应落在工件刚性较好的部位。以减小工件的夹紧变形。如图示。,a)错误 b)正确,夹紧力作用点应尽量靠近加工面。减小对夹紧点的切削力矩，防止或减小工件产生振动和变形，提高定位的稳定性和可靠性。,夹紧力作用点应用实例,a）错误 b）正确 c）正确,夹紧力作用点应用实例,2.夹紧力的方向,应垂直于主要定位基面，不应破坏工件准确定位。,a)工序简图 b)错误 c)错误 d)正确,2.夹紧力的方向,夹紧力应与工件刚度最大方向一致，减小工件变形。,夹紧力方向应尽量与切削力、重力等力方向一致，以减小夹紧力。,3.夹紧力大小的确定,夹紧力的大小，对于保证定位稳定、夹紧可靠，保证加工质量，避免发生安全事，故确定夹紧装置结构尺寸，都有着密切的关系。夹紧力大小与工艺系统刚度、夹紧机构的传递效率等因素有关，计算很复杂。实际设计中常采用估算法、类比法和试验法确定夹紧力。一般按静力平衡原理计算出理论夹紧力，再乘以安全系数k 作为实际夹紧力。粗加工时取k=2.53；精加工时取k=1.52。,3.5.2 常用典型夹紧机构,斜楔夹紧机构螺旋夹紧机构偏心夹紧机构,结构特点及应用,气动滚子斜楔夹紧机构1-活塞杆 2-斜楔 3-滚子,一、斜楔夹紧机构,增力倍数大，夹紧行程短，夹紧动作迅速。适用于成批大量生产中夹紧较大型工件。,二、螺旋夹紧机构,分为：单螺旋夹紧机构、螺旋压板夹紧机构。结构及特点：结构简单，易制造；自锁性好、夹紧可靠；操作强度大、时间长，生产率低。应用较广。,1.单螺旋夹紧机构,简单螺旋夹紧机构,快速单螺旋夹紧机构,2.螺旋压板夹紧机构实例,特点及应用：结构简单、制造方便，夹紧迅速、操作方便；点但夹紧力和夹紧行程均不大，自锁能力差，结构不抗振。适用于夹紧行程及切削负荷较小且平稳的场合。,三、偏心夹紧机构,四、铰链夹紧机构,五、定心夹紧机构,定心夹紧机构是利用定位夹紧元件的等速移动或均匀弹性变形的方式，实现工件的定心或对中的机构。定心夹紧机构中与工件定位基准（基面）接触的元件，既是定位元件，又是夹紧元件。分为有：机械式定心夹紧机构、弹性变形式定心夹紧机构。,结构及特点：利用斜楔、螺旋、偏心、齿轮和齿条等刚性传动件，使定位夹紧元件作等速位移来实现定心夹紧。常见的有三爪自定心卡盘、齿轮式偏心机构等。,1.机械式定心夹紧机构,机械式定心夹紧机构实例,该结构简单，工作行程长，通用性好；但定心精度不高。适用于工作行程较长、定心精度要求不高的工件装夹。,斜楔式定心夹紧机构 结构特点及应用：常用于工件以圆柱孔定位的情况。依靠斜楔的移动，推动滑块径向移动，实现对工件的定心定位和夹紧。,斜楔定心夹紧心轴 1-滑块 2-螺母,结构特点及应用 如图示。利用薄壁弹性元件受力后产生的均匀变形，使工件定位和夹紧。定心精度高。用于磨削齿轮内孔。,弹性薄膜定心卡盘,2.弹性变形定心夹紧机构,结构特点及应用：如图示。利用柱塞移动对内腔液性塑料和薄壁套筒施压而将工件定心夹紧。定心夹紧可靠，精度高；适用精加工。,液性塑料弹性定心夹具,a）液性塑料定心夹头,结构特点：如图示。,弹性定心夹头,应用：工件装夹过程中，有时需要夹具同时有几个点夹紧工件进行；有时又需要同时夹紧几个工件；为了提高生产率，减少工件装夹时间，则采用各种联动机构。,六、联动夹紧机构,结构特点：夹紧力作用点有两点、三点或多至四点；夹紧力的方向可以相同、相反、相互垂直或交叉。如图示。,1.单件联动夹紧机构,结构特点：如图所示，在四个V形块上装四个工件，各夹紧力方向互相平行。当工件定位实际尺寸不一致时，为使各工件所受夹紧力相等，则采用浮动环节的压板结构。,2.多件联动夹紧机构,平行式多件联动夹紧机构,a)b)平行式多件联动夹紧机构,平行式多件夹紧机构,顺序式多件联动夹紧机构,结构特点：如图所示，夹紧时拧紧左端螺母1、推动钩形压板2，将多个工件顺序夹紧。工件沿夹紧方向存在尺寸误差累积。适用于工件加工表面与夹紧方向相平行的场合。,顺序式多件联动夹紧机构1-螺母 2-钩形压板,顺序式多件联动夹紧机构,3.5.3 夹紧机构的动力装置,一、气动夹紧装置,气动夹紧供气系统1-气源开关 2-空气过滤器 3-调压阀 4-油雾器 5-压力计 6-换向阀,一、气动夹紧装置,固定式气压缸和固定式液压缸。它用于车床夹具，由于气缸和卡盘随主轴旋转，故需一个导气接头。,回转式气缸与气动卡盘1-卡盘 2-过渡盘 3-主轴 4-拉杆 5-连接盘 6-气缸 7-活塞 8-导气接头,三、气-液联合夹紧装置,气-液增压器1、2、3-活塞,四、其他夹紧装置,1真空夹紧 它是利用工件上基准面与夹具上定位面间的封闭空间抽取真空后吸力吸紧工件，或利用工件外表面上受到的大气压力来压紧工件,2电磁夹紧 如平面磨床上的电磁吸盘,当线圈中通上直流电后，其铁心就会产生磁场，在磁场力的作用下将导磁性工件夹紧在吸盘上。,Thank You!,