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第一章工艺过程的基本概念与组成 仪器制造技术 教材 不作参考 东南大学郑志达主编 仪器制造工艺学 西北工业大学端木时夏主编 仪器制造工艺学 天津大学陆伯印主编 仪器制造工艺学 参考书 精密和超精密加工技术哈工大袁哲俊 清华王先逵主编2002年机械制造工艺学 21世纪高校机电类规划教材 陈明主编2010年机械制造工艺学清华王先逵主编第二版2006年特种加工庞滔 郭大春 庞楠编2000年特种加工 第五版 哈尔滨工业大学刘晋春 白基成 郭永丰主编2010年教材 仪器制造技术 普通高等教育 十五 国家级规划教材 天津大学曲兴华主编2006年6月第一版第二次印刷 1 2工艺过程设计的基本概念1 2 1机械加工工艺过程的组成 机械产品的生产过程 使原材料制成产品的全过程 1 直接生产过程 按一定的顺序使被加工对象的尺寸 形状 相互位置以及性能产生一定的变化 使之称为成品的过程 也称之为工艺过程 直接生产过程包括 仪器制造技术 1 零件毛坯的制造工艺过程 制造方法有 铸 锻 焊 冲压 剪裁下料 2 零件机械加工工艺过程 在加工车间改变生产对象的形状 尺寸 相对位置及性能 使之成为半成品的过程 是直接生产过程的一部分 加工方法 有切屑的加工 车 铣 刨 插 磨 钻 无切屑的加工 球末铸 精铸 精锻 热处理 淬火 正火 退火 回火 调质 表面处理 氧化 氮化 镀 铬 锌 涂覆 防腐 抗氧化 耐磨 仪器制造技术 2 辅助生产过程 不使加工对象产生直接的变化 辅助生产过程包括 1 工 夹 量具的制造 维修过程 2 运输 储存过程 3 动力提供过程 3 机械装配工艺过程 4 检验 包装过程 仪器制造技术 零件的机械加工工艺过程由一系列工序组成 对于批量生产 每一个工序又可分为若干个安装 工位 工步 走刀及动作 1 工序 一个 或一组 工人在一个工作地点 对一个 或几个 工件所连续完成的那一部分工艺过程 工序的概念是针对加工内容 加工方法和加工顺序的 另外 工序是一个非常重要的概念 工序是工艺过程的组成部分 是工艺过程的基本单元 是工厂设计时的重要资料 因为由零件加工的工序数就可以确定工作面积的大小 工人的人数和设备数量 仪器制造技术 工序1 在钻床上钻中心孔工序2 在车床上粗车A B C D E各面工序3 在车床上精车以上各面工序4 铣H槽及L G平面 例1 阶梯轴零件加工工序的划分 仪器制造技术 仪器制造技术 2 安装 在一道工序中 工件在一次定位夹紧下所完成的加工 如例1中的工序2可分为两次安装 安装1 顶尖顶住中心孔车B C E三个面 安装2 顶尖顶住调头后工件的中心孔车A D二个面 3 工位 工件在一次装夹安装中 在一个位置上所完成的加工 如例1中的工序4 要采用两个工位来完成加工 工位1 铣H键槽及L平面 工位2 利用分度头转180 铣G平面 仪器制造技术 4 工步 在一次安装或一个工位中 加工表面 加工工具 切削用量 进给量s 主轴转速v 不包括切深t 不变的情况下 所完成的加工 如例1中的工序2 安装1中 加工B C E三个面 由于加工面变了 我们将其划分为三个工步 工步1 车B面工步2 车C面工步3 车E面5 进给 走刀 在一个工步中 每一个切削 称为一次进给 仪器制造技术 6 动作 是工艺过程的最小单位 指工人或机器本身的一个行动单元 7 关系8 在制定工艺规程时 工艺过程的细分要根据生产规模决定 设计工艺过程的技术依据是什么呢 零件的加工要求 零件图及技术条件 生产类型和生产条件 仪器制造技术 1 2 2生产类型 生产类型是企业生产专业化程度的分类 一般将其分为单件生产 批量 小批 中批 大批 生产和大量生产三种类型 1 各种生产类型的工艺特征不同生产类型不同 则生产组织 管理 选用毛坯制造方法 加工以及装配方法等方面均有所不同 因此 在制订机器零件的机械加工工艺过程时 必须考虑不同生产类型的特点 已取得最大生产效益 2 划分生产类型的主要依据是产品的生产纲领 3 产品的生产纲领即产品的年产量 仪器制造技术 产品的生产纲领计算公式为 N 零件的生产纲领 件 年 Q 产品的年生产量 台 年 n 每台产品中该零件的数量 件 台 备品率 厂家为用户提供的维修备用件 平均废品率 生产厂家为防止生产过程中出现废品而准备的备用件 生产类型的划分基于产品的生产纲领及产品本身的大小 结构复杂性及精密性等 直接根据产品的年产量来划分生产类型不行 仪器制造技术 1 2 3加工工艺规程1 工艺规程的 种类及 内容 1 工艺规程 规定产品或零部件制造工艺过程和操作方法等的工艺文件 用表格的形式表达 也称工艺卡片 机械加工工艺过程的内容主要有 产品或零部件制造工艺过程和操作方法等 另外还有工件的数量 设备条件和工人的技术情况等 工艺规程是指导生产的依据 是组织生产 做好生产技术准备的主要技术文件 因此 工艺规程一旦制订就应成为车间或全厂的法规 应严格执行 若修改须逐级审批 仪器制造技术 2 工艺规程的种类 1 工艺过程卡 参见P7图1 4 2 工序卡 3 工艺规程的主要内容1 选择毛坯 2 拟定工艺路线 3 计算切削用量 加工余量及工时定额 2 制订工艺规程的原则 对工艺规程的基本要求 原则是 保证以最低的成本 最高的效率来达到图纸上的全部尺寸和技术要求 这个原则包括 质量 生产率 经济性三个方面的要求 仪器制造技术 3 制定工艺规程的步骤 1 研究产品图纸 进行零件的工艺性分析 a 首先要了解产品的工作原理和主要性能 明确零件在仪器中的安装位置及作用 b 分析零件主要表面的尺寸公差和技术要求 明确主要技术条件合理性及关键性技术问题 c 审查零件的材料是否恰当 仪器制造技术 例 如图所示销零件 返回 仪器制造技术 d 审查零件的结构工艺性 2 由生产纲领 确定生产类型 3 确定毛坯的种类 设计毛坯图 4 拟定工艺路线 5 计算加工余量以及工序尺寸和公差 并绘制工序草图 6 选择加工设备 工艺装备 刀 夹 量具 计算工艺参数和工时定额 7 确定各主要工序技术检验要求和检验方法8 填写工艺文件 编写工艺规程 返回 仪器制造技术 1 2 4机械加工余量和工序尺寸1 机械加工余量 1 总余量与工序余量1 总余量 零件从毛坯到成品的过程中 在某一表面上所切除金属层的总厚度 毛坯尺寸与零件设计尺寸之差 2 工序余量 某一表面 在一道工序中所切除金属层的厚度 相邻两工序基本尺寸之差 总余量等于各工序余量之和 Z0 Z1 Z2 Zn或Z0 Zi 返回 仪器制造技术 注意 在实际加工过程中 由于工序尺寸有公差 实际切除的余量是有变化的 因此加工余量又有公称余量 最大余量和最小余量之分 仪器制造技术 通常所说的加工余量 是指公称余量而言 其值等于前后工序的基本尺寸之差 另外 定义中阐述的 切除金属层的厚度 概念 有单 双边之分 称单边余量 双边余量 对平面 余量是单边余量 如 图1 5对回转表面 余量为对称双边余量各工序所留的最小加工余量 应该保证前工序所产生的形位误差和表面层缺陷被相邻后续工序切除 影响最小工序余量的因素有 1 前一工序的尺寸公差Ta2 前工序所遗留的表面粗糙度Rza和表面缺陷层Ia3 前工序的空间位置误差 a图1 6图1 74 本工序的装夹误差 或称安装误差 b图1 8 加工余量计算公式 对单边余量 对双边余量 确定加工余量的方法 1 分析计算法 利用前面的公式计算 用于大批量生产中 在某些重要的工序上应用 2 经验估计法 工艺人员凭经验 采用类比法确定 多用于单件小批生产中 3 查表修正法 先查表确定 查表确定的值很粗糙 只能确定大概值 再结合具体情况加以修正 仪器制造技术 2 工序尺寸 工序尺寸 指零件在加工过程中各工序所应保证的尺寸 当工艺基准 定位基准 工序基准或测量基准 与设计基准重合时 在加工过程中 使用同一基准对某一表面进行多次加工 达到尺寸要求的情况 只需考虑各工序加工余量 当工艺基准 定位基准 工序基准或测量基准 与设计基准不重合时 需要应用尺寸链原理进行计算得到工序尺寸 仪器制造技术 零件表面的最终工序的尺寸及公差 一般均取自零件图上规定的尺寸及公差 而中间工序的尺寸则是根据零件图的尺寸加上或减去工序的加工余量而得 其公差按加工方法的经济精度选定 采用 由后往前推 的方法 由零件图的尺寸 一直推算到毛坯尺寸 图8 返回 仪器制造技术 基准重合时计算方法 1 3基准 1 3 1基准及分类基准 基准是指在机构中或在加工时用以确定零件及其几何元素位置的一些点 线 面 根据基准的作用不同 分为设计基准和工艺基准 1 设计基准 在零件图上标注设计尺寸所采用的基准 图1 9零件至少在长宽高三个方向上各有一个设计基准 而且用作基准的线或面往往也是装配基准 是零件上的重要表面或是轴线 仪器制造技术 2 工艺基准 工艺基准 零件在制造和装配时采用的基准 工艺基准又包括工序基准 定位基准和装配基准 1 工序基准 在工序图上 用以标定被加工表面位置的点 线 面称为工序基准 图1 10工序基准与设计基准相似 设计基准是在零件图上 而工序基准是在工序图上 仪器制造技术 2 定位基准 工件在机床上或夹具上加工时 用来决定工件相对于刀具位置的基准称为定位基准 图1 11 定位基准又分定位粗基准和定位精基准 3 装配基准 装配时用来确定零部件相对位置的基准称为装配基准 图1 123 测量基准 检验零件已加工表面位置时采用的基准称为测量基准 图1 13 仪器制造技术 返回 1 3 2定位基准选择1 粗基准的选择 1 便于装夹原则选择加工余量小的 较精确光滑的 面积较大的表面作为粗基准 作为粗基准的表面不应有毛刺 浇口 冒口 以减少定位误差 保证装夹方便 准确 因此应选加工余量小的 平整 光洁的大表面作为粗基准 例 图1 14 仪器制造技术 2 余量均匀原则 选重要的表面作粗基准 可使重要表面的加工余量既小又均匀 这样可保证重要表面的物理性能 例 图1 15 3 相互位置原则选择不需要加工的表面作为粗基准 能满足相互位置原则 仪器制造技术 选择不需要加工的表面作为粗基准时 首先可以保证粗基准和被加工表面的相互位置精度 并有可能在一次装夹中把所有要加工的表面全部加工完 在工厂中称为 一刀活 这样也可以减少工件的装夹次数 提高生产率 图1 16a若零件上有多个表面不需要加工 则应选择其中与加工表面之间的位置精度要求最高的表面作为粗基准 这样可首先保证它们之间的位置精度 4 一次性原则图1 16b 仪器制造技术 2 精基准的选择 当工件上有已加工表面时 应尽量采用精基准 选择精基准时应考虑如何减少误差 保证加工精度和安装方便 选择的原则是 1 基准重合原则所谓基准重合是将基准重合到工件的设计基准上 也就是说尽可能地将设计基准作为加工时的定位基准及测量时的测量基准 这样可避免产生基准不重合误差 图1 16c 仪器制造技术 2 基准统一原则 基准统一原则是加工各表面时尽量采用同一个定位基准 应用基准统一可保证在一次安装中加工几个表面 减少安装次数和安装误差 有利于保证各加工表面之间的相互位置精度 相关工序的夹具结构统一 简化夹具的设计与制造 例如 轴类零件常用两顶尖孔作为定位基准使得基准统一 仪器制造技术 应用基准统一原则 采用单一的公共基准 必然会带来基准不重合 因此重合和统一两者是有矛盾的 应根据具体情况处理 当不能以设计基准作为定位基准时 定位基准的选择原则是应使定位误差最小 3 互为基准原则对某些位置精度要求较高的工件 常采用互为基准原则加工 如轴套类零件要求有较高的同心度时 常采用外圆和内孔互为基准反复更迭 交替 加工 仪器制造技术 例 4 自为基准原则以待加工表面自身为定位基准 常用于铰孔 无芯磨 拉孔 珩孔的加工中 自为基准加工不能提高位置精度 只能提高形状精度 例 仪器制造技术 1 4夹具设计原理 1 4 1夹具的组成1 工件的装夹方式工件从定位到夹紧的整个过程称为安装 常用的安装方式有三种 1 直接找正安装这种安装方法是操作者利用百分表 划针等工具按工件上的基准表面直接找正工件 例 图1 17该方法多用于单件及小批生产 生产率低 但当工件上的基准表面精度很高时 用这种方法可以达到很高的定位精度 仪器制造技术 2 按划线找正安装这种方法是预先在工件上划线 安装时用划针按所画的线找正工件 例 图1 18这种方法也适用于单件及小批生产 生产率低 找正精度也低 特别是对尺寸和重量较大的铸件和锻件 由于使用夹具成本高 直接找正又不方便 因此一般采用按线找正安装 另外对于毛坯零件 尺寸小的铸件和锻件 由于精度较低也无法使用夹具 因此也用划线的方法 3 用夹具安装工件直接装在夹具中定位并夹紧 安装方便 定位可靠 适用于成批及大量生产 仪器制造技术 2 夹具的组成图1 19铣床夹具 1 定位元件 定位元件在夹具中的作用是确定工件在夹具中的准确位置 2 夹紧装置 实现对工件的夹紧 保持工件在夹具中的准确位置 3 对定装置 对刀引导装置 确定刀具与夹具相对位置的元件 如对刀块 钻套等 4 夹具体 上述元件的基础及与机床等连接的本体 5 其它元件及装置 为完善使用功能设置 分度 工件顶出装置 上下料机构等 仪器制造技术 1 4 2定位原理与自由度分析 1 工件在加工中的六点定位原理六点定位原理 工件进行定位时 用定位元件限制可能的六个自由度 则工件在空间的位置就完全确定了 例 图1 20如果一个工件沿空间某个方向上的位置不确定 我们就说 该工件在该方向具有自由度 一个工件要确定它在空间的位置必须限制六个自由度 确定工件在空间的位置就是定位 仪器制造技术 2 六点定位原理在夹具设计中的应用 定位 加工前 工件装在机床或夹具上 使工件与刀具具有正确的位置就称之为定位 a 工件的定位应该有一个实在的元件来限制它的位置 称定位元件 b 定位应该有一定的精度要求 保证在加工工件的公差范围之内 c 基准表面与定位元件应始终良好接触 或配合 不脱离 d 定位和夹紧有区别 若要准确定位 必须有定位元件限制 而不能只靠夹紧 仪器制造技术 1 完全定位与不完全定位 1 完全定位 当工件上的6个自由度均被夹具的定位元件限制时 称为完全定位 2 不完全定位 按加工要求 当工件上应限制的自由度都被限制 但还未限制到6个自由度时 称为不完全定位 2 欠定位与过定位1 欠定位 影响本工序加工尺寸或位置精度的自由度未被完全限制 例 轴铣键槽图1 21问题 加工这个键槽用不用限制 仪器制造技术 2 过定位 有多余的定位元件 或有一个以上的定位元件 重复限制同一自由度 过定位也叫重复定位或超定位 例 图1 22过定位的优缺点 过定位可能破坏正常定位 造成工件变形等后果 例 齿轮毛坯加工时的定位方案 图1 23 过定位可以辅助提高工件的刚度 改善加工条件 图1 24例 车削细长轴时 采用中心架提高工件的刚度 仪器制造技术 消除过定位的方法 a 提高工件的定位基准之间以及夹具上定位元件工作表面间的位置精度 b 改变定位元件的结构 图1 23 3 限制自由度数目的原则根据加工的工序尺寸和位置精度要求来决定 影响本工序加工尺寸或位置精度的自由度必须限制 不影响的不必限制 例 在平面磨床上磨一平板零件的上表面 要求 厚度L 上表面要与底面平行 图1 25 仪器制造技术 4 分析限制自由度的方法 两种方法 一种是总体法 另一种是分件法 总体法 首先 根据工件的加工要求判断应限制哪些自由度 然后 根据已采取的定位方式总体分析 笼统分析 该定位方式所限制的自由度 但不具体判断哪一个自由度到底是由哪一个定位元件限制的 用该方法可判断有否欠定位和定位的必要性 分件法 按单个定位元件分析所限制的自由度 以便判断该定位方案有否过定位 对已有的定位方案进行分析时 两种方法应同时采用 相互配合 仪器制造技术 例 加工上面的键槽图1 26 对定位元件限制自由度问题还要进一步讨论 用分件法分析时 是按单个元件来分析所限制的自由度 在分析第一个定位元件所限制的自由度时 因为这时工件上还没有其它的定位元件 只有该元件本身 故此时可按该元件实际限制的自由度去考虑 该限制哪几个自由度就限制哪几个自由度 该限制移动自由度就限制移动自由度 该限制转动自由度就限制转动自由度 仪器制造技术 但是 在分析第二个定位元件时就不一样了 因为此时工件在第一个定位元件的作用下 已经被限制了某些自由度 工件上的某些自由度已经被第一个定位元件限制了 因此 在分析第二个定位元件所限制的自由度时 应结合第一个定位元件来综合考虑 综合考虑在二者的共同作用下所限制的自由度情况 有两种情况 仪器制造技术 对移动自由度 当第二个定位元件限制的移动自由度与第一个定位元件限制的移动自由度是平行关系时 此时两个定位元件共同作用 第二个定位元件限制转动自由度 比如前例中的双顶尖 第二个定位元件 后顶尖 与第一个定位元件 前顶尖 在z和x方向都是平行关系 因此第二个定位元件不再限制z方向和x方向的移动自由度 而是限制转动自由度 图1 26 仪器制造技术 当第二个定位元件限制的移动自由度与第一个定位元件限制的移动自由度共线时 此时两个定位元件共同作用仍然限制该方向的移动自由度 第二个定位元件仍然限制第一个定位元件已限制的移动自由度 出现超移动自由度定位 例如 图1 27 返回 仪器制造技术 对转动自由度对第一个定位元件所限制的转动自由度第二个元件仍然限制 互不影响 例 加工齿轮毛坯 定位方案 长销 大平面 超 图1 23 另外要注意 分析定位元件所限制的自由度时 先分析哪一个元件都可以 最后得到的结论都是一样的 比如还是前例中的双顶尖 先分析后顶尖 前顶尖 图1 26 返回 仪器制造技术 例 分析连杆的定位情况 加工连杆小头孔 采用的定位元件是 大平面 长销 挡销 图1 28 例 长V型铁和平面定位 在一个圆柱上铣平台 图1 29 仪器制造技术 3 典型定位元件的自由度分析 在我们进行夹具设计时 要使用一些典型的定位元件 对这些典型定位元件所能限制的自由度 应该十分了解 这样有助于我们拟订定位方案 P17表1 1是典型的定位元件的自由度分析表 例 根据加工要求 选择定位方案1 圆柱体 D端面上打一直径 d深度h的盲孔 图1 30 仪器制造技术 1 4 3定位方法与定位元件设计 定位基准和定位基面 工件上与定位元件接触 确定工件在夹具中位置而参照的点 线 面称为定位基准 面 如平面定位中定位基准和定位基面重合 外圆及孔定位时 定位基面是回转面 定位基准则是轴线 限位基准与限位基面 定位元件上用于限定工件定位基面位置的点 线 面 如平面定位中定位元件的工作平面是限位基准 也是限位基面 回转面定位时 回转面是限位基面 其轴线是限位基准 定位副 由工件上的定位基面和定位元件上的限位基面组成 仪器制造技术 对定位元件的要求 1 由于工件直接和定位元件接触 为保持夹具的长期定位精度 定位元件的工作表面需耐磨 2 为防止由工件传来的外力使定位元件变形乃至损坏 定位元件应具有一定的刚度和强度 3 便于清除切屑 4 良好的工艺性 易于制造和装配 5 精度应与工件相适应 定位元件的分类 1 平面定位基准的定位元件2 内孔定位基准的定位元件3 外圆定位基准的定位元件4 工件以特殊表面定位时的定位元件5 复合定位基准的定位元件复合定位指工件不是单一基准面定位 而是多个基准面共同定位 仪器制造技术 1 工件以平面做定位基准 平面定位的主要形式是支承定位 因此平面定位用的元件 又叫做支承 有三种形式 固定支承 可调支承 自位支承 这些元件的结构和尺寸都已标准化 可在夹具设计手册中查到 这里主要介绍它们的结构特点 夹具上常用的支承元件有以下几种 仪器制造技术 1 固定支承图1 31 有支承钉和支承板两种形式 1 支承钉结构形式有平头 圆头 网纹头三种 a 平头 接触面积大 用于精基准面b 圆头 接触面积小 用于粗基准面 圆头支承钉与定位面为点接触 接触面积小 易磨损 在外力作用下且使定位面产生压陷 当工件夹紧后会带来较大的安装误差 故圆头支承钉仅适用于粗基准 仪器制造技术 2 支承板 支承板和平头支承钉都用于已加工平面的定位 一般来说 支承钉用于较小平面 支承板用于较大平面 但当工件上的基准平面较窄 难于将支承钉布置成合适的支承三角形而造成定位不稳时 则可用支承板定位 c 接触面大 用于精基准 易于清屑 用于底面 如图所示 切屑易清除 当板上有切屑时 工件沿板面推入 就可将切屑推入斜槽 不影响定位 仪器制造技术 2 可调支承图1 32 支承高度可调节的支承 用于工件以粗基准定位 或分批制造的毛坯零件 其余量变化较大情况 可调支承都带有锁紧螺母 高度一经调好后 用锁紧螺母锁死 以防高度变化 带六方的可调支承 用扳手调 用于较重的工件 仪器制造技术 3 自位支承图1 33 也称浮动支承 每一个自位支承 一般只相当于一个定位点 即限制一个自由度 但由于增加了与工件接触点的数目 可减少工件的变形 其缺点是支承的稳定性较差 必要时应予锁紧 另外 由于支承点是活动的 活动支承点能在定位过程中随着工件定位基准面的变化而自动调节 保持与工件全部接触 用于工件以粗基准 阶梯平面或刚性不足的平面的定位 P20图1 21 两个支承点接触工件 增加刚性 但只限制垂直方向的一个自由度 仪器制造技术 4 辅助支承 在主要支承对工件已定位后 才调节辅助支承的位置与工件接触 辅助支承不限制自由度 主要用于提高工件支承刚度 防止工件受力变形 工件每装卸一次 辅助支承都要重新调节 仪器制造技术 2 工件以内孔做定位基准 定位元件 心轴 定位销当要求高精度定位时 应采用有过盈的配合 相应定位孔的精度也较高 当定位精度要求较低时 可用间隙配合以利装卸 1 圆柱心轴图1 34这种心轴与工件有配合间隙 孔的中心线是定位基准 间隙配合时 会产生一定的基准位移误差 影响孔中心的定位精度 当心轴水平放置时 对一批工件来说影响是一致的 当心轴垂直放置时 对工件来说影响是随机的 仪器制造技术 2 圆锥与花键心轴图1 35 锥度心轴的优点是径向定心精度高 可达0 01 0 005 缺点是轴向定位误差大 靠工件与心轴配合面的摩擦力来抵抗切削力 因此只用于切削力不大的精加工中 花键心轴 用于带花键孔的工件定位 也有用平键心轴的 3 弹性心轴 涨胎心轴 图1 36工件装入后 靠薄壁弹性套变形将薄壁涨出使工件既定心又夹紧 弹性心轴既可使工件装卸方便 又有很高的定位精度 但结构复杂 仪器制造技术 4 定位销图1 37 用于零件上的中小孔定位 直径一般不超过50 图1 25为常用定位销结构 采用过盈配合压入夹具体孔中 圆销头部有15 倒角引导工件套入 突肩可以避免夹具体磨损 定位销还可以镶套 磨损后便于更换 仪器制造技术 5 圆锥销图1 38 图1 26a 固定圆锥销 用于精基准孔定位 连续线接触 图1 26b 固定圆锥销 用于粗基准孔定位 断续线接触 由于孔与锥是在圆周上线接触 工件容易倾斜 为避免这种情况 常和其它元件组合定位 图1 26c 所示浮动锥销 靠弹簧 仪器制造技术 3 工件以外圆做定位基准 1 套筒 图1 39工件以外圆柱面做定位基准 定位元件常作成套筒 即为定位套 定位套的内孔中心线应与工件的轴线重合故只适用于精基准定位 为了限制工件的轴向自由度常与端面联合定位 要求定位套端面与其轴心线具有较高的垂直度 为便于装入工件 套筒端部应有15 30 的大倒角 a 端面是主要定位基准 外圆柱面次之 b 外圆柱面装在套筒内 端面是次定位基准面 当工件垂直放置时 定位基准可用工件中心线来代表 这种定位元件的优点是结构简单 缺点是基准位移误差较大 仪器制造技术 2 V型块 图1 40 V型块的角度一般分为60 90 120 三种 图1 28为标准V形块 用于对精基准面长度较短的工件定位 接触为两条连续直线 当用于较长的圆柱面做定位基准时 应将V形块作成间断的形式 与工件中部不接触 使定位稳定 或者用两个短V形块安装在夹具体上 V形工作面在装配后同时磨出 以求一致 仪器制造技术 3 半圆孔 图1 41 当工件尺寸较大时 可用半圆孔定位 半圆孔适用于表面质量较高的空心轴类 套类零件的安装 半圆孔定位一般是将完整的定位孔切成两半 下半部固定在夹具体上 上半部装在铰链盖板上 下半圆孔定位 上半圆孔夹紧 与V形块定位情况相似 不同处V形块是两条素线接触 大夹紧力易损坏工件表面 而半圆孔定位接触面积较大 可避免此缺点 仪器制造技术 4 自动定心装置 图1 42 可以同时使工件得到定位和夹紧 定位元件工作表面可以同时以相同的速度彼此靠近或离开 分为1 楔式自动定心P23图1 302 偏心式自动定心 应改为凸轮式 靠凸轮带动定位 夹紧 P23图1 313 弹性自动定心 靠液性塑料压迫套筒变形 起到定位 夹紧作用 液性塑料须本身不可压缩 由于薄壁筒的变形小 定心精度高 适用于精基准 精加工 仪器制造技术 5 平头支撑 图1 外圆表面的定位基准也可以采用一个或两个平头支承定位 4 工件以特殊表面定位1 用齿轮分度圆定位图1 43P14图1 12为齿面定位原理简图 它是用三个精度很高的定位圆柱 均布地插入齿间 实现定位 这样定位可以保证分度圆与被磨孔同轴 然后再以孔定位磨削齿面 可保证齿侧余量均匀 从而提高了磨齿精度 仪器制造技术 2 用导轨面定位图2 常见的有55 的燕尾导轨面和V形导轨面定位 5 工件以一平面和两个孔做定位基准这是一种复合定位 又称组合定位 方法 由多个定位基准组合在一起来共同定位 在设计夹具时 经常采用复合定位 复合定位的方式很多 实际生产中工件以一平面和两个与其垂直孔为定位基准 相应的定位元件为一平面两短销 这种定位方式在加工箱体 盖板 杠杆等类零件时普遍采用 工件上的两孔可以是结构上原有的 也可以是为定位需要而专门设计的工艺孔 仪器制造技术 一平面和两个与其垂直的孔的组合 首先分析 工件以一面两孔 定位元件为一面两销定位时的情况 图1 44当孔 销之间的间隙为最小时 此时若孔距为最大 销间距为最小或销间距为最大 孔间距为最小 在这两种极限状态下 都可能出现工件装不上去的情况 将其中一个圆销变成菱形销 以适应基准孔的变化 仪器制造技术 定位元件的尺寸计算 夹具设计时 需要已知两基准孔孔径及孔心距的基本尺寸及偏差 求短圆柱销的基本尺寸和偏差 菱形销的宽度和销径偏差 两销中心距偏差 定位销中心距基本尺寸与基准孔中心距相同 其偏差 仪器制造技术 短圆定位销的基本尺寸及偏差 由于基准孔一般为基孔制的孔 因此销与孔的基本尺寸应相同 配合种类一般选H g H f 销的精度等级应比孔高1 2级 菱形销的基本尺寸 宽度及偏差 菱形销在Y向上保留的局部圆柱面的基本尺寸与孔径相同 公差带按f7或g6选取 菱形销宽b的近似公式为 可按孔的基本尺寸D2 查表1 2 得到菱形销的尺寸b B 仪器制造技术 6 定位误差的分析与计算 定位误差及其产生的原因前面讲了六点定位原理 六点定位原理只能解决工件的自由度限制问题 即解决 定与不定 的问题 不能解决定位精度问题 即不能解决 准与不准 的问题 定位误差 工序基准的位置在工序尺寸方向上最大变动量称为定位误差 引起工序基准的位置变动有两个原因 仪器制造技术 第一 由于定位基准与工序基准不重合 当定位基准与工序基准不重合 对一批工件来说 工序基准的位置 相对定位基准的位置 不确定 工序基准的位置有一个变动量 其变动量等于定位尺寸的公差 将这部分误差称为基准不重合误差 基准不重合误差在工序尺寸方向上的分量称为由基准不重合误差产生的定位误差 例 图1 45 仪器制造技术 第二 定位基准本身的相对位置发生变动 当定位基准本身的位置发生变动 也会引起工序基准的位置变动 将定位基准的位置的最大变动量这部分误差称为基准位移误差 基准位移误差在工序尺寸方向上的分量称为由基准位移误差引起的定位误差 因此 定位误差由两部分组成 一部分是由基准不重合误差引起的定位误差 另一部分是由基准位移误差引起的定位误差 仪器制造技术 2 定位误差的计算 1 基准不重合误差 C引起的定位误差 1 基准不重合误差当工件的工序基准与定位基准不重合时 会导致工序基准相对于定位基准的位置产生变动 产生基准不重合误差 C 仪器制造技术 2 由 C引起的定位误差 DC 定位误差 DC等于 C在工序方向上的分量 投影 即 定位尺寸与工序尺寸间的夹角 图1 45例中定位尺寸与工序尺寸方向相同 L与B的方向相同 因此 0 DC C 仪器制造技术 2 基准位移误差 W引起的定位误差 1 基准位移误差 W 包括两个方面工件在夹具中定位时 由于定位副的制造误差和最小配合间隙的影响 导致各个工件定位基准的位置不一致 从而给加工尺寸造成误差 这个误差称为基准位移误差 用 W表示 基准位移误差包括工件定位表面不准确所引起的基准位移误差以及夹具的定位元件不准确所引起的基准位移误差 工件的定位表面不准确所引起的基准位移误差对一批零件来说有一个范围 尺寸分布带 由于工件定位表面的形式不同 因此基准位移误差的表现形式也不同 分别讨论 夹具的定位元件不准确所引起的基准位移误差 对一个夹具来说是系统误差 仪器制造技术 a 工件以平面定位时基准位移误差图1 46 若工件以平面作为定位基准定位时 当定位基面为精基准时 夹具上的定位元件的工作面 定位平面 又处于同一平面上 与工件接触良好 同批工件中的定位基准的位置基本一致 则基准位移误差很小 可忽略不计 当定位基面为粗基准时 同批零件毛坯表面本身的表面状况相差较大 基准的位置在一定范围 H内变动 产生基准位移误差 W W H当定位基面为粗基准时 这时工件加工多数为粗加工 加工精度低 一般不必计算基准位移误差 基准位移误差对加工精度影响很小 仪器制造技术 b 工件以孔定位时的基准位移误差 工件上的孔与心轴或定位销间隙配合 定位元件垂直放置 图1 47预求基准位移误差 应先找出定位基准 对这种定位方式 工件以孔中心作为定位基准 孔中心的位置最大变动量为基准位移误差 W O1O2 Xmax Dmax dmin TD Td XminTD 基准孔直径公差 Td 定位心轴直径公差 Xmin 孔与轴最小配合间隙 仪器制造技术 工件上的孔与心轴或定位销间隙配合 定位元件水平放置 图1 47 当定位元件水平放置时 在重力作用下 工件孔与心轴始终在一个固定处接触 则这种定位形式已转化为支承定位 此时工件以上素线A为定位基准 一批工件基准孔直径变化对定位基准A无影响 定位基准A的位置无变化 基准位移误差 W 0 由于定位心轴的直径不准确 而引起的基准位移误差 但实际心轴一旦装上 尺寸已定 对一批工件来说 基准位移误差也不存在 仪器制造技术 工件上的孔与心轴或定位销过盈配合 定位元件水平或垂直放置 既然是采用过盈配合 不管定位元件如何放置 也不管工件内孔的孔径在公差范围内如何变化 配合间隙始终为零 同批工件 其内孔的中心线位置不变动 基准位移误差为零 仪器制造技术 c 工件以外圆定位时的基准位移误差 在圆孔中定位当工件以外圆柱面 作为定位基准 在圆孔中定位时 此时工件是心轴或定位销 定位元件是孔 对于间隙配合 若工件轴垂直放置 其基准位移误差也是最大间隙 若工件轴水平放置 也已转化为支承定位 工件轴以下素线与定位元件孔接触 基准位移误差为零 对于过盈配合 不管定位元件水平放置还是垂直放置 基准位移误差都为零 仪器制造技术 工件以外圆面在V型块中定位图1 48 图示为V型块定位简图 当工件以外圆柱面为基准在V型块上定位时 与V型块接触为两条素线 定位基准为圆柱上的两条素线A 和B 当工件的直径由最小变到最大时 定位基准A沿Z轴的变动为零 沿X方向的位置由A 变动到A 这个变动量即为基准A的位移误差 仪器制造技术 V型块定位元件的特点 由于基准B的位移误差与基准A相同 因此 当工件直径变化时 A B的对称平面C C始终处于V型块分角平面内 水平方向没有位移 保证了工件轴心线对中 这是V型块定位元件的特点 仪器制造技术 2 由引起的定位误差 前面分析了几种基准位移误差 由基准位移误差引起的定位误差同样是基准位移误差在工序尺寸方向上的分量 投影 即 式中 基准位移方向与工序尺寸方向间的夹角 仪器制造技术 3 定位误差的综合计算 工件的总定位误差是基准不重合误差和基准位移误差在工序尺寸方向上的分量代数和 即 当二者的方向相同时取 号 相反时取 号 仪器制造技术 例1 工件在外圆柱面上铣槽 内孔与心轴间隙配合 定位心轴垂直放置 要求保证工序尺寸A1 A2及B 试分析并计算定位误差 图1 49例2 图a为工序简图 预加工台阶面C D 保证尺寸25 0 15和20 0 15 其它表面已加工 采用图b定位方式 试分析和计算其定