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1、1,机械制造技术基础,第2章 机械制造过程基础知识Fundamental of Mechanical Manufacturing Process,2.3 基准与装夹Datum and Fixing,2,2.3.1 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。,在设计图样上所采用的基准,图2-9 定位支座零件,3,2.3.1 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
2、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。,4,2.3.1 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),5,2.3.1 基准,表2-9 支座零件第3工序(钻孔),6,2.3.1 基准,表2-9 支座零件第4工序(钻、锪 4 分布孔),7,2.3.1 基准,表2-9 支
3、座零件第5工序(磨内孔、端面),表2-9 支座零件第6工序(磨小外圆、台阶面),8,2.3.1 基准,附加基准,9,2.3.2 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)。,10,2.3.2 工件装夹,同轴度,垂直度,11,2.3.2 工件装夹,图2-11 工件在夹具上装夹(滚齿夹具),12,2.3.3 定位原理,1、六点定位原理,要确定
4、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,13,“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,14,表2-10,2.3.3 定位原理,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),15,定心定位(套筒和卡
5、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),2.3.3 定位原理,16,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,17,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,18,分清主次定位面
6、。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,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,,19,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: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,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。,20,2.3
7、.3 定位原理,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,21,3、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。,2.3.3 定位原理,应该限制,22,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,23,过定位分析(桌子与三角架),2.3.3 定位原理,24,过定位分析1(加工连
8、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。,25,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。,26,过定位分析2,2.3.3 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。,27,过
9、定位分析3,图2-17 一面两孔定位,2.3.3 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。,28,过定位分析4,2.3.3 定位原理,夹紧力指向小平面:长销小平面长销大平面,29,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),30,过定位分析5,分析图示定位方案:各方案限制的自由度有无欠定位或过定位对不合理的定位方案提出改进。,2.3.3 定位原理,31,卡盘 前顶尖 后顶尖,2.3.3 定位原理,切槽:欠定位车外圆:不完全定位,欠定位,不允许
10、,不完全定位,32,2.3.3 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,33,2.3.3 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。,34,过定位应用,2.3.3 定位原理,过定位分析?,35,2.3.4 定位误差,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。jy,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。jb,dw=jb+jy,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。
11、,36,2.3.4 定位误差,jb-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。jb=定位尺寸的公差。,jy-定位基准相对于固定点的最大变动量。,dw-工序基准在工序尺寸方向上的最大变动量。,37,2.3.4 定位误差,38,2.3.4 定位误差,定位误差dw=jb+jy=Tb,39,2.3.4 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,dw=jb+jy,40,(1)定位基准:孔心。基准重合:jb=
12、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 jy=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 dw=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。,41,2.3.4 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 jb=0基准位移误差(孔中心相对于固定点),(2)定位基准
13、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,jy=(dmax-dmin)/2=Td/2,jy=(Dmax-dmin)/2-(Dmin-dmax)/2=TD/2+Td/2,定位误差 dw=jb+jy=TD/2+Td/2,42,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 jb=TD/2基准位移误差(孔中心相对于固定点),jb和jy都涉及到孔或销的公差时 应做符号判断。(a)孔径变化对jb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jy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
14、号。,2.3.4 定位误差,jy=(Dmax-dmin)/2-(Dmin-dmax)/2=TD/2+Td/2,定位误差 dw=jy-jb=Td/2,43,2.3.4 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 jb=0,基准位移误差(上母线相对于固定点),jy=Td/2,定位误差 dw=jb+jy=Td/2,44,2.3.4 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 jb=TD/2基准位移误差,jy=(Dmax-dmin)/2-(Dmin-dmax)/2=TD/2+Td/2,定位误差 dw=jy+jb=TD+Td
15、/2,符号判断:(a)孔径变化对jb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jy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。,45,2.3.4 定位误差,(2)定位基准为上母线-支承定位基准不重合误差 jb=TD,基准位移误差,jy=Td/2,定位误差 dw=jb+jy=TD+Td/2,46,2.3.4 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: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);键槽对工件外圆中心的对称度,对上式求全
16、微分,得到:,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:,47,2)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;T V型块两斜面夹角角度公差。3)忽略T,可得尺寸H方向上的定位误差为:,(2-11),48,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:,E,A,49,用几何法计算定位误差:,(1)基准不重合误差:定位尺寸的
17、公差(2)基准位移误差以平面定位:jy=0以内孔定位:任意边接触:jy=Dmax-dmin=TD+Td+min 单边接触:jy=(TD+Td)/2以外圆定位:jy=TD/(2Sin(/2)(3)判断符号趋势一致取正号,相反取负号。(4)定位误差:dw=jb+jy(5)是否合理:dw T/3为合理。,dw=jb+jy,习 题 课,50,例1 用几何法计算定位误差:定位基准为中心,工序基准为下母线或上母线。,(1)基准不重合误差(2)基准位移误差(3)判断符号(4)定位误差,解:,51,例2 加工平面C,保证尺寸300.05。要求设计定位方案,计算定位误差,并判断是否满足加工要求,若不满足请改进。,52,例3 工件以一面两孔定位,孔中心距为L,定位元件为支承板,圆柱销和菱形销,试分析定位方案,并计算两孔中心线相对于两定位销中心线的最大转角误差。,53,例4 工件以圆孔在水平心轴上定位,铣两斜面,保证尺寸aTa/2,求定位误差。,54,例5 工件以大外圆定位,在小外圆上钻孔,保证尺寸H1(工序基准为小外圆中心),H2(工序基准为小外圆上母线),或H3(工序基准为小外圆下母线),大小外圆同轴度为2e,求三种情况下的定位误差。,55,例6 工件以外圆定位钻孔,保证尺寸H1(工序基准为外圆中心),H2(工序基准为外圆上母线),或H3(工序基准为外圆下母线),求三种情况下的定位误差。,
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