《机床夹具设计》教案 2.2选择定位方式

《机床夹具设计》教案课程名称学习任务§2-2选择定位方式教学时数2上课日期周次审批教学班级18机电（1）授课教师学习项目描述钢套零件在本工序中需钻5mm的孔，工件材料为Q235A钢，批量N=2000件，工件已经完成了内、外孔、端面的加工，现使用Z512钻床钻5mm孔。试分析工序加工理论上应限制的自由度，并说明夹具设计时可采用的定位方式。图2-1钢套零件学习目标1.能应用六点定则分析工件自由度的消除情况。2.能综合分析工件定位应限制的自由度。3.能根据夹具装配简图分析工件的定位方式。4.能根据工件加工要求选择定位方式。学生情况分析已经学完先定位基准的选择，为定位方式的选择奠定了基础。学习重点选择定位方式学习难点分析工件中理论应限制的自由度教学方法任务驱动场所与资源场地：机床夹具学习工作站资源：《机床夹具设计》学材，学生学习工作页，课件，专用夹具及多媒体教学设备课后作业习题册§2.2选择定位方式学习内容及教学组织流程§2.2选择定位方式（90分钟）§2.2.1任务引入与分析§2.2.2相关知识学习自由度概念六点定位应用三、常用的定位方式四、常用加工面须限制的自由度§2.2.3项目实施（25分钟）§2.2.4小组展示与项目讲评§2.2.5总结与拓展评价方法从课堂表现与课后作业等二个方面测评，课堂表现主要由考勤纪律、交流互动、小组合作成绩、个人课堂作业四项组成。考勤纪律采用1分/节，迟到、早退、中途离开0.5分/次，缺课1分/节；交流互动回答问题1分/次；课堂作业以小组合作方式完成，并进行展示、评价；个人课堂作业考核每个同学完成情况；每个同学课后作业由教师批改。课后记

§2.2选择定位方式§2.1.1任务导入与分析我们选择了定位基准后，如何选择定位方式，以保证一批工件都能“确定”的“正确”位置呢？如图所示，钢套零件钻5孔工序图，选择端面与内孔轴线作为定位基准，那么，应该如何选择定位方式呢？【项目描述】如图所示，钢套零件在本工序中需钻5mm的孔，工件材料为Q235A钢，批量N=2000件，现选择内孔与端面B为定位基准面，试分析工序加工理论上应限制的自由度，并说明夹具设计时可采用的何种定位方式。图2-1钢套零件【项目分析】针对分析自由度及选择定位方式这两个问题，涉及以下相关知识：我们首先学习自由度概念，空间一个物体具有几个自由度；工件定位基准面与定位元件接触有点、线、面，如何分析这些点、线、面限制工件几个自由度，就要学习六点定则以及六点定则在工件装夹如何应用。工件在夹具中定位，是否需要所有自由度都给予限制呢？不一定。那我们就要了解常用的定位方式。针对具体工件加工，我们中何去合理地选择定位方式呢？这就涉及常用加工面须限制的自由度。§2.2.2相关知识学习一、自由度当一个物体不和任何物体接触时，它在重力作用下自由下落，落在地面。小球和地面接触后，它受阻了。但如果地面没有摩擦力，它可地面自由活动。但地面上是有摩擦力的，在外力作用下，球可在地面上滚动。小球的球心是平动，其它点是绕球心在作转动。一个物体在空间的运动，可以分解为移动与转动。为了方便描述物体的位置，引入空间直角坐标系，我们也称是笛卡尔坐标。空间直角坐标系由三条相互垂直轴组成，交点为原点。如果我们把这个小球放置在空间直角坐标系，这个球的原点位置一组数据（x1,y1,z1)。小球从位置1运动到位置2，它的球心位置平动到位置2，那么，小球上其它的点是否也只是作了平动呢？不一定，其它点除了平动外，还可以绕球转动。一个物体从一处运动到另一处，其位置变化是一个矢量，即有方向的量。它都可以分解沿x轴、y轴、z轴分量。工件的自由度是指工件空间位置不确定性的数目。如图2-2-2所示，工件有六个自由度，表示为：。图2-2-2工件的六个自由度显然，工件位置具有的自由度越少，说明工件的位置的确定性越好。当工件的六个自由度都消除时，它的空间位置被完全确定下来时，这就具有了位置的唯一性。六点定则应用（一）六点定则工件上的定位基准面与定位元件接触的是点、线、面，如图所示，工件端面与L板接触，接触共有点构成的是平面.工件的外圆柱面与V型块的斜面接触，接触共有点构成的是线，由于这一V型块较短，工件与两个短V型块接触，其接触点构成了四小段直线。工件上小孔与防转销接触，接触共有点构成是什么呢？是小圆柱面吗？如果有间隙存在，接触是一小段直线，线段较小时，可以看成成一个点。那么，这些点、线、面到底能限制工件几个自由度呢？我们来分析一下点、线、面之间关系根据平面几何知识，两个点可以确定一条直线。三个点可以确定一个平面。直线和面都可以抽象为点来考虑。那么，一个点可限制物体能限制物体的什么自由度呢？图2-2-8轴类工件如图所示，圆柱销5可限制工件一个转动的自由度，而圆柱6可限制工件一个移动的自由度。即一个点可限制一个移动自由度或转动的自由度。以此类推，两个点可限制工件两个自由度，三个点可限工件三个自由度。六点定则——在工件的定位中，我们用在空间合理分布的最多六个定位点（由定位元件抽象而来），来限制工件使其获得一个完全确定的位置的方法。箱体类工件箱体是具有规则的外形轮廓，并具有较大而稳定的安装平面。如图所示，透明体为箱体，选用定位基准面是箱体上相互垂直的三个平面。下面分析一下用六点定位限制工件自由度。首先分析箱体在空间坐标系之中所处方位。图2-2-8箱体类工件箱体底面与xoy平行，与三个定位点接触限制后限制几个自由度呢？首先是限制平面法线方向即沿Z轴方向移动的自由度；放置在平面上箱体，除了绕Z轴可转动外，绕X轴、绕Y轴都不能转动，如果转动，定位基准面就离开了定位点所在的限位面。因此，它还限制了绕X轴、绕Y轴转动自由度。一个面（三个定位点）可限制工件三个自由度，其中是一个是移动自动度，两个是转动的自由度。箱体侧面与XOZ平行，与两个定位点接触限制后，限制几个自由度呢？可以限制工件两个自由度，一个沿Y轴的移动自由度，工件不能沿Y轴移动了。另一个是限制绕Z轴的转动，工件不能绕Z轴转动了。箱体的后端面与定位点接触后，限制了什么自由度呢？沿X轴方向移动的自由度，箱体不能沿前后方面移动。这样六定定位点限制了箱体工件六个自由度，箱体工件的位置就完全确定下来了。习惯上，把箱体工件的底面（幅面较大的平面）称为工件的主要定位基准面，又称为第一定位基准面；把箱工件的侧面（相对较长的平面）称为工件导向定位基准面，又称为第二定位基准面；把箱工件的端面（相对较窄的平面）称为工件止推定位基准面，又称为第三定位基准面。下面观看视频“箱体工件定位”）这三个基准面构成的体系，也称“三基面”基准体系。下面请看箱体零件的定位。盘类工件盘类工件的特点：径向尺寸较大，高度尺寸较小。如图所示，圆盘底面与坐标系XOY面平行。如图所示，所用定位基准面是底面、外圆柱面、键槽。下面分析一下用六点定位限制盘类工件自由度。图2-2-9盘类零件工件大端面与1、2、3三个定位点接触限制了工件哪三个自由度？一个移动，两个转动。限制的移动方向是接触面的法线方向，即沿Z轴的移动自由度。两个转动是绕X轴和绕Y轴的转动。工件圆柱面与定位点接触4，限制了什么自由度？限制了沿Y轴的移动自由度，工件沿Y轴不能移动了。工件圆柱面与定位点5接触，限制什么自由度？限制了工件沿X轴的移动自由度，,工件沿X轴不能移动了。工件槽与定位点6接触，限制什么自由度？限制了绕Z轴转动的自由度，工件不能绕Z轴转动了。（四）轴类工件轴类工件的特点：轴向尺寸较大，径向尺寸相对较小。如图所示，选择定位基准面是外圆柱面、端面、键槽，采用了两个短V型块和两个圆柱销定位。下面分析一下用六点定位限制工件自由度。图2-2-9轴类工件定位外圆柱面与两个短V型块，接触共有点构成了四段短直线，由于直线较短，可认为是四个接触点。我们用“1、2、3、4”四个点表示。11、2、3、4四个定位点限制了哪四个自由度呢？根据图中坐标轴方向，沿工件轴线方向是Z轴，轴放在V型块上之后，除了沿轴线方向可以移动，绕轴线可心转动外，其它自由度都限制了。外圆柱面与两个短V型块接触，限制了沿X轴、Y轴移动的自由度和绕X轴、Y轴转动的自由度。基准销5与工件中键槽接触限制了会么自由度？限制了工件绕Z轴转动的自由度。止推销6与工件中端面接触，限制了会么自由度？限制了工件沿Z轴移动的自由度。三、常见定位方式夹具的功能之一就是要确保工件在夹具中占据一个正确的位置，即消除工件位置的不确性。根据六点定则，通过夹具中合理布置的六个定位点，就能使工件的位置确定下来。那么，工件在夹具中定位，是否在任何情况下都必须消除工件的六个自由度呢？如图所示，一个是加工不通槽，一个是加工通槽，分析一下需要限制几个自由度。完全定位图2-2-11不通槽加工槽不通槽由底面、两个侧面、圆弧面构成。加工底面，底面是个水平面与工件底面的距离为Z，确定这一平面需要限定的自由有三个，一个移动，另外两个转动。即Z轴方向的移动和绕X轴、Y轴的转动。加工侧面，侧面是个铅垂面。与工件侧面的距离为Y确定这一铅垂面位置需要限制Y轴方向的移动和绕X轴、Z轴的转动三个自由度。加工圆弧面，圆弧面是个铅垂面圆弧面最外素线离工件后端面的距离为X确定圆弧面位置需要限制X轴方向的移动和绕Y轴、Z轴的转动三个自由度。综上所述，加工不通键需限制六个自由度，沿X轴、Y轴、Z轴三个移动的自由度，绕X轴、Y轴、Z轴三个转动自由度。工件的六个自由度全部被限制的定位称为完全定位。通常一个工件其加工要素在XYX三个方向都有尺寸要求时需要完全定位。不完全定位图2-2-12通槽加工槽槽由底面、两个侧面构成。加工槽底面，槽底面是个水平面与工件底面的距离为Z，确定槽底面需要限定的自由有三个，一个移动、两个转动。即Z轴方向的移动和绕X轴、Y轴的转动。加工侧面，侧面是个铅垂面。与工件侧面的距离为Y。确定这一铅垂面位置需要限制Y轴方向的移动和绕X轴、Z轴的转动三个自由度。综上所述，加工通键只需限制五个自由度，沿Y轴、Z轴两个移动的自由度，绕X轴、Y轴、Z轴三个转动自由度。工件的部分自由度被限制的定位称为不完全定位欠定位图2-2-14加工通槽如图所示，加工通槽所需限制的自由度5个，沿Y轴、Z轴两个移动的自由度，绕X轴、Y轴、Z轴三个转动自由度。实际限制四个自由度，沿Y轴、Z轴两个移动的自由度，绕X轴、Y轴两个转动自由度。由于绕Z轴转动的自由度没有限制，槽就可能加工偏了。应该限定的自由度没有完全被限定的定位称为欠定位。（四）过定位如图所示瓦盖定位简图。图2-2-15瓦盖定位图瓦盖与V型块接触限制哪些自由度？除了沿X轴的移动和绕X轴转动没有限制，其余四个自由度均被限制。瓦盖与支承钉接触限制哪些自由度？限制了沿Z轴的移动，绕X轴的转动。有没有重复限制自由度。显然沿Z轴方向的移动是重复限制。由于定位基准面尺寸R和H误差存在，将工件装入夹具后，自由度有时由V形块消除，有时由支承钉A、B消除。这样就造成了定位的不稳定性，使工件在夹具中不能占据正确的位置。几个定位元件重复限制工件同一自由度的定位称为过(重复）定位。【例2－2－1】铣下图所示工件上的通槽，保证槽宽和槽的上下、左右位置要求，试分析理论上应限制的自由度，并说明采用的定位方式。解：保证槽的上下位置要求：必须限制；保证槽的左右位置要求：必须限制槽宽由定尺寸刀具保证；综合要求：必须限制五个自由度，可采用不完全定位方式。【例2-2-2】如图所示的工件上钻小孔，试分析理论上应限制的自由度，并说明可采用的定位方式。小孔为通孔，工件x向移动不需限制。工件相对于x轴对称，工件x向转动不需限制。综合要求：，可采用不完全定位方式四、常用加工面需限制的自由度工序简图加工面须限制的自由度槽键槽通孔盲孔通孔盲孔§2.2.3项目实施由同学们分组讨论完成，并展示在小黑板中。教师巡回指导。§2.2.4小组展示与项目讲评展示在小黑板中，教师进行评价。【项目讲评】根据本工序的加工要求，选择工件的轴心线以及左侧端面为定位基准。首先，分析工序加工理论上应限制的自由度：孔的大小由尺寸刀具来保证；保证小孔圆轴线到端面的距离20±0.1，应限制什么自由度呢？确定一条直线需要限制工件两个自由度，一是要限制沿尺寸方向移动自由度，从图中看出，这个尺寸的平行方向就是X轴方向，因此，首先应限制沿X轴方向的移动自由度。单限制这个自由度是不够的，如果工件绕Y轴转动，就不能保证小孔轴线就会倾斜，就不能保证离端面距离处处20±0.1，所以必须限制绕Y轴转动的自由度。那么，保证小孔圆轴线到端面的距离20，就须限制沿X轴方向的移动自由度和Y轴转动的自由度。保证小孔轴线相对内孔轴线对称度公差0.1要求，应限制自由度应限制哪几个自由度呢？下面我们讲一下对称度含义，被测量要素是小孔的轴线，基准要素是Φ20H7轴心线，如果没有对称度公差存在，小孔轴线在附视图上的投影落在Φ20H7轴心线，现在对称度公差为0.1mm，即小孔的轴线偏离Φ20H7轴心线允许的最大值为0.1mm。因此，首先应限制沿Y轴方向的移动自由度。确保对称度，仅限制一个方向的移动是不够的。如果在加工过程中，工件绕Z轴方向的转动，则小孔轴线就会倾斜，偏离Φ20H7轴心线。因此。还要限制绕Z轴方向的转动自由度。保证小孔轴线相对内孔轴线对称度要求，须限制沿Y轴方向的移动自由度和Z轴方向的转动自由度。综合要求，加工Φ5mm孔，要保证轴线离端面20±0.1距离及对内孔轴线对称度0.1公差，应限制自由度是沿X轴、Y轴方向的移动自由度和绕Y轴和Z轴转动的自由度。这是从需要限制