《机床夹具设计》教案 2.3定位元件选择

《机床夹具设计》教案2.3-2.3-课程名称学习任务2.3选择定位元件教学时数2上课日期周次审批教学班级18机电（1）授课教师2021年9月15日学习项目描述图如2-3-1钢套零件，钻φ5mm孔工序图，工件材料为Q235A钢，批量N=2000件，已经完成内外圆柱面及端面加工，所选定位基准如图所示，试选择定位元件，并分析各定位元件所限制的自由度。图2-3-1钢套学习目标1.能描述定位元件要求及种类2.能根据定位基准面选择定位元件3.能根据定位方案分析各定位元件限制自由度。学生情况分析已经学完定位基准、定位方式的选择学习重点选择定位元件学习难点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§2.3选择定位元件学习内容及教学组织流程§2.3选择定位元件§2.3.1任务导入与分析§2.3.2相关知识学习一、定位元件要求二、工件以平面定位三、工件以内孔面定位四、工件以外圆柱面定位五、工件以组合平面定位§2.3.3项目实施§2.3.4小组展示与项目讲评§2.3.5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

§2.3.1任务导入与分析当在工件上确定了定位基准与定位方式，并没有完成工件的定位。要确定工件在夹具中的位置，需要工件上的定位基准面与定位元件的接触与配合，那么如何选择定位元件呢？如图所示，图2-3-1钢套零件工序图，根据本工序的质量要求，从理论上讲只需限制沿X轴、Y轴方向的移动自由度和绕Y轴和Z轴转动的四个自由度，只需限制工件的部分自由度就能满足加工要求的定位方式称为不完全定位。那么，当我们选择定位方式后，如何选择定位元件呢？【项目描述】图如2.3-1钢套零件，钻φ

5mm孔工序图，工件材料为Q235A钢，批量N=2000件，已经完成内外圆柱面及端面加工，所选定位基准如图所示，试选择定位元件，并分析各定位元件所限制的自由度。【项目分析】如何选择定位元件？首先应了解对定位元件材料与性能有什么要求，当工件以平面定位时，应选择什么形式元件进行定位。当工件以内圆柱面定位时，应选择什么形式元件进行定位。当工件以外圆柱面定位时，应选择什么形式元件进行定位。当工件以组合表面定位时，应选择什么形式元件进行定位。§2.3.2相关知识学习定位元件要求定位元件是与工件定位基准面接触的元件，用来确定工件在夹具中的位置。图中透明体为工件，与工件接触元件是V型块、L型板、防转销，这些元件就是定位元件。那么，我们依所什么来选择定位元件呢？定位基准面表面形式成为选用定位元件的主要依据。工件上被选作为定位基准的表面形式包括平面、圆柱面、圆锥面等。如图中，与V型块接触的定位基准面是圆柱面。图2-3-3常用的定位元件定位元件与工件定位基准面直接接触，因此，对定位元件提出了以下要求：1.高精度定位元件精度直接影响工件定位误差的大小。定位元件精度高于工件加工精度。2.高耐磨性定位元件与工件接触，易磨损。为避免磨损而降低定位精度，要求定位元件表面耐磨。材料一般采用20号钢，进行表面渗碳、淬火处理。也可采用T7A、T8A工具钢、45号中碳钢，进行淬火处理。3.足够的刚度和强度为避免在重力、夹紧力、切削力作用下定位元件变形、损坏，要求定位元件具有足够的刚度和强度。4.良好的工艺性定位元件结构要便于制造、装配、更换，其工作表面的形状要易于清除铁屑，防止损伤定位基准表面。工件以平面定位工件以平面定位，需要三个互成一定角度的支承平面作为定位基准面。一般采用适当分布的支承钉与支承板。工件以平面定位，所用的定位元件一般称为支承件。支承件分为基本支承与辅助支承。基本支承基本支承平面定位面辅助支承支承钉可调支承自位支承支承板基本支承是用作消除工件定位自由度、具有独立定位作用的支承。支承钉支承钉是基本定位元件，可以用它直接体现支承点，在实际生产中被广泛应用。支承钉是标准件，结构尺寸已标准化。其型号分为A型、B型、C型这三种型号支承钉，分别用于什么场所呢？A型支承钉为平头支承钉，适用于已加工平面定位。B型支承钉为球头支承钉，适用于工件毛坯表面定位。C型支承钉为齿形头支承钉，常用于侧面定位。那么，确定一个平面位置需要几个支承钉？一个支承钉与与平面接触面积较小，通常一个支承钉能限制一个自由度，确定一个平面位置需要三个支承钉。支承板支承板用于支承工件上幅面较大、跨度较大的大型精加工平面，常被用作第一定位基准面。支承板是标准件，结构尺寸已标准化。其型号分为A型、B型。这三种型号支承钉，分别用于什么场所呢？A型为平面型支承板，多用于工件侧面、顶面及不易存屑方向上定位。B型为带屑槽式支承板，结构利于清屑。一块支承板限制几个自由度？支承板呈窄条，通常当成一条线，限制两个自由度。（三）自位支承自位支承是指能够根据工件实际表面情况，自动调整支承方向和接触面积的浮动支承。自位支承如图2-3-4所示，球面副浮动结构适用于承受大载荷。球面锥座式浮动结构多用于轻载情况下高精度定位。摆动杠杆式浮动结构只适用一个方向的转动浮动。自位支承限制几个自由度？自位支承部位只能提供一个点的约束，通常消除一个自由度。（四）可调支承可调支撑是支撑高度可以调整的定位支撑，为满足可调支撑的工作要求，其结构应具备三个基本功能：支撑、调整、锁定。它可以调整支承高度。如图所示为几种常用的可调支承。这几种类型可调支承分别适用何种场合？六角头支承适用于支承工件空间较大的情况，调节支承适用于支承工件空间比较紧凑的情况，圆柱头调节支承具有手动快速调节功能，顶压支承适用于重载。一个可调支撑可以限制工件的一个自由度。（五）辅助支承为提高工件的安装刚性及稳定性，防止工件的切削振动及变形，或者为工件预定位而设置的非正式定位支承称为辅助支承，如图所示，最左边支承钉为辅助支承。辅助支承不起定位作用，即不消除工件的自由度。图2-3-8辅助支承下面观看以平面定位视频。【2-3-1】分析下面各定位元件所限制的自由度，支承钉1为基本支承，2为辅助支承。三个支承钉构成了一个限位平面，可限制了三个自由度，一个移动，两个转动自由度，即沿Z轴方向的移动自由度和绕X轴、Y轴转动自由度。辅助支承2不起独立的支承作，不能限制工件的自由度。三、工件以内孔面定位生产中，套筒类、端盖类工件常以其上的孔表面作为主要定位基准面。如图所示带轴肩的钻套加工外圆，就可以内孔定位加工外圆。内孔定位的工件，这个孔有大有小、有长有短，那么有哪些定位元件可选择呢？以内孔作为定位基准面常用定位元件主要有定位销、定位心轴、锥销及各类自动定心机构。（一）定位销按照安装的方式不同，定位销可分为固定式定位销。固定式定位销，一般不拆卸。A型为圆柱定位销，消除2个自由度；B型为削边定位销，消除1个自由度。可换定位销，销的尾部有螺纹，可以拆卸、调换。图2-3-10固定式定位销图2-3-11可换式定位销（二）定位心軕定位心轴常用来对内孔尺寸较大的套筒类、盘类工件进行定位。定位心轴主要有间隙配合心轴、过盈配合心轴、小锥度配合心轴三种。图2-3-12间隙配合心轴这种心轴装卸方便，但定位精度不高。工件常以孔和端面定位联合定位。间隙配合心轴可消除5个自由度，即心轴部分消除4个自由度，轴肩部分消除1个自由度。图2-3-12间隙配合心轴如图2-3-13过盈配合心轴所示，心轴依靠工件与心轴的过盈量产生的摩擦力传递扭矩。这种心轴制造简单，定心准确，不用另设夹紧装置，但装卸工件不便，容易损伤工件定位面，多用于精度要求较高的精加工。过盈配合心轴可消除4个自由度。图2-3-13过盈配合心轴如图2-3-14所示小锥度心轴，为防止工件心轴倾斜，锥度心轴的锥度C较小，一般为1：500~1：1000。装夹工件时，通过工件内孔和心轴表面的接触表面产生的弹性变形夹紧工件，可获得较高的精度。小锥度心轴可消除5个自由度。 图2-3-14所示小锥度心轴（三）锥销锥销类定位元件与内孔接触的是圆锥面，锥销有顶尖和圆锥销两类。如图2-3-15所示为顶尖，各类不同类型的普通顶尖及内拔顶尖广泛地应用于车床、磨床、铣床等机床中，完成对孔的定位。固定定位顶尖中不产生轴向移动，消除三个移动自由度。活动定位顶尖可产生轴向移动，消除2个自由度。图2-3-15顶尖图2-3-16为圆锥销，圆锥面上没有槽的用于精基准定位，圆锥面上有槽的用于粗基准定位。图2-3-16为圆锥销（四）自动定位心轴自动定位心轴是在对工件实施夹紧的过程中，利用等量弹性变形或斜面、杠杆等结构原理，对工件的回转表面实施自动定心定位的心轴。图2-3-16所示为一种自动定位心轴。工件夹紧时，拧紧螺母，螺杆在螺纹作用右楔紧圆锥和左楔紧圆锥产生轴向相对移动，从中而推动前楔块组和后楔块组的六块楔块，沿径向同步挤向工件，直至所有楔块均挤紧工件为止，完成对工件内孔前后端的自动定心及夹紧工作。 图2-3-16自动定位心轴工件以外圆柱面定位加工轴类零件时，常以外圆柱面作为定位基准面，根据外圆柱表面的完整程度、加工方式和安装要求，来选用定位元件。如图所示轴类零件，可选用V形块、圆柱孔等定位元件。 （一）V形块当工件以外圆柱面定位时，V形块是应用最多的定位元件。V形块定位的特点是定位稳定可靠、对中性好、适应性好。常用的V形块结构如图2-3-15所示，图a形式多用于较短的精基准定位，可消除2个自由度；图b为间断式结构，用于基准面较长且经过加工的基准面，形式多用于较短的精基准定位，可消除4个自由度；图c为可移组合式V形块，适用于两端基准面分布较远时。图d为斜面镶装淬硬钢片型用于直径与长度均较大的工件基准面。图e为刀形V型，用于粗准定位或阶梯形圆柱面定位。图2-3-15常用的V形块V形块两工作面的夹角一般分为60°、90°、120°三种，其中90°V形块最为常用。V形块结构及规格均以标准化。当工件以局部曲面参与定位时，V形块往往成为首选定位元件。另外，V形块也可以做成活动结构。这样，它除可以提供一个定位点，还兼做夹紧元件，具有定心夹紧功能。V形块还可做成活动定位结构，如图所V形块，左边为固定V形块，对工件提供两个约束点，右边为活动V形块，它除了可提供一个定位点，起到防转作用外，还兼夹紧元件，具有定心夹紧作用。（二）圆柱孔如图所示工件定位基准面为外圆柱面，采用定位元件为定位套。用圆柱孔作定位元件时，通常采用定位套形式进行精基准定位。图2-3-21圆柱套五、工件以组合面定位工件以组合表面定位，教材表2-3图1所示长方体工件，它以工件上的三个平面作为定位基准面。定位元件选择支承钉，并按图例所示布置，这种方式称为三基六点完全定位教材图2所示工件为盘类零件，以工件上内孔和端面作为定们基准面，称为一个平面和一个圆柱孔面组合定位。位元件选择可用带轴肩心轴，能消除五个自由度表2-3图3工件为轴类零件，以工外圆柱面和端面为定位基准面，称一个平面和一个外圆柱面组合定位.由于轴向尺寸较短时，定位元件可选用带轴肩圆柱套表2-3图4工件为箱体类零件，也可采用一个平面和两个圆柱孔定位定位元件可选用圆柱销、削边销、支承钉、支承板。【例2－3－2】分析工件的定位基准面及各定位元件所限制自由度。图2-3-22工件定位简图工件定位基准面：轴肩平面、内圆锥面支承环：；活动球面：； 【例2－3－3】如图所示，本工序需在杠杆小头钻φ10mm的孔，应满足如下加工要求：φ10mm孔与φ30H7孔的中心距为60mm；要保证φ10mm孔与φ30H7孔端面的垂直度,要保证孔的壁厚均匀，工件材料为HT200；批量为N=500件。根据工序图，试选择定位方式与定位元件。图2-3-23杠杆小孔钻削工序图根据该工件工序图，工件上除了φ10mm加工孔未加工外，其他表面均已加工好，为定位方案设计提供了条件。分项分析（1）要保证两轴线距离为60mm：需消除工件的自由度（2）要保证φ10mm孔与φ30H7孔端面的垂直度（按未注公差要求）:需消除工件的自由度。（3）要保证孔的壁厚均匀：要消除工件的自由度。2.综合分析由于工件上加工的孔为通孔，沿Z向的移动自由度理论上不需消除，但实际上以工件φ30H7端面定位时，必定消除该方向的自由度，工件需限制故采用完全定位。3.选择定位元件根据基准重合定位原则，针对φ30H7内孔与端面采用间隙配合心轴（定位带轴肩心轴），消除5个自由度，即自由度。针对φ20外圆柱面，采用活动V形块，消除自由度。§2.3.3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。§2.3.4小组展示展示与讲评展示在小黑板中，教师进行评价。【项目讲评】根据图2-2-1钢套零件钻φ5mm孔工序图，选择定位元件，并分析各定位元件所限制的自由度。1.采用长心轴加平面组合定位方式2..各定位元件消除的不定度