《机械加工工艺编制》-模块二　工件的定位与夹紧

任务１认识工件的基准和定位任务引入机械加工时，为使工件的被加工表面获得规定的尺寸和位置精度要求，必须使工件在机床上或夹具中占有某一正确位置，这个过程称为定位。在加工过程中，工件在各种力的作用下保持这一正确位置不变，就需要夹紧。制订机械加工规程时，定位基准的选择是否合理，将直接影响零件加工表面的尺寸精度和相互位置精度。同时，对加工顺序的安排也有重要影响。定位基准选择不同，工艺过程也将随之而异。任务分析所谓基准是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。基准根据功用不同可分为设计基准和工艺基准两大类。下一页返回任务１认识工件的基准和定位相关知识一、设计基准所谓设计基准是指设计图样上采用的基准。图２-１（ａ）所示的钻套轴线Ｏ-Ｏ是各外圆表面及内孔的设计基准；端面Ａ是端面Ｂ、Ｃ的设计基准；内孔表面Ｄ的轴心线是φ４０ｈ６外圆表面的径向跳动和端面Ｂ的端面跳动的设计基准。同样，图２-１（ｂ）中的Ｆ面是Ｃ面和Ｅ面的设计基准，也是两孔垂直度和Ｃ面平行度的设计基准；Ａ面为Ｂ面的距离尺寸及平行度设计基准。作为设计基准的点、线、面在工件上有时不一定具体存在，例如表面的几何中心、对称线、对称面等，而常常由某些具体表面来体现，这些具体表面称为基面。下一页上一页返回任务１认识工件的基准和定位二、工艺基准所谓工艺基准是在机械加工工艺过程中用来确定本工序的加工表面加工后的尺寸、形状、位置的基准。工艺基准按不同的用途可分为工序基准、定位基准、测量基准和装配基准。１.工序基准在工序图上用来确定本工序的加工表面加工后的尺寸、形状、位置的基准，称为工序基准。２.定位基准在加工中用作定位的基准称为定位基准。３.测量基准测量时采用的基准称为测量基准。下一页上一页返回任务１认识工件的基准和定位４.装配基准装配时用来确定零件或部件在产品中相对位置时所用的基准称为装配基准。三、基准重合的概念在实际生产中，应尽量使用以上各种基准重合，以消除基准不重合误差。（１）设计零件时应尽量以装配基准作为设计基准，以便保证装配技术要求；（２）在制订加工工艺路线时，应尽量以设计基准作工序基准，以保证零件的加工精度；（３）在加工和测量零件时，要尽量使定位基准、测量基准和工序基准重合，以减少加工误差和测量误差。下一页上一页返回任务１认识工件的基准和定位任务实施从图２-３分析理解上述各种基准。上一页返回任务２认识工件的定位原理任务引入工件在夹具中的定位涉及定位原理、定位误差、夹具上采用的定位元件和工件上选用的定位基准等几方面的问题。工件在夹具中定位目的，是要使同一工序中的所有工件，加工时按加工要求在夹具中占有一致的正确位置（不考虑定位误差的影响）。怎样才能使各个工件按加工要求在夹具中保持一致的正确位置呢？要弄清楚这个问题，先来讨论与定位相反的问题，工件放置在夹具中的位置可能有哪些变化？如果消除了这些可能的位置变化，那么工件也就定位了。下一页返回任务２认识工件的定位原理任务分析任一工件在夹具中未定位前，可以看成空间直角坐标系中的自由物体，它可以沿三个坐标轴平行方向放在任意位置，即具有沿三个坐标轴Ｘ、Ｙ、Ｚ方向移动的自由度；同样，工件沿三个坐标轴转角方向的位置也是可以任意放置的，即具有绕三个坐标轴Ｘ、Ｙ、Ｚ转动的自由度。因此，要使工件在夹具中占有一致的正确位置，就必须限制工件在Ｘ、Ｙ、Ｚ方向的移动和Ｘ、Ｙ、Ｚ方向转动的六个自由度，如图２-５所示。下一页上一页返回任务２认识工件的定位原理

为了限制工件的自由度，在夹具中通常用一个支承点限制工件一个自由度，这样用合理布置的六个支承点限制工件的六个自由度，使工件的位置完全确定，称为“六点定位规则”，简称“六点定则”。使用六点定则时，六个支承点的分布必须合理，否则不能有效地限制工件的六个自由度，如图２-６所示。相关知识常见定位方式及定位元件如下所述。１工件以点和平面定位如图２-７、图２-８和图２-９所示。２工件以圆孔定位常见的圆柱销结构如图２-１０所示。３工件以外圆表面定位Ｖ形块和定位套如图２-１１和图２-１２所示。下一页上一页返回任务２认识工件的定位原理任务实施工件定位的目的是为了保证工件加工面与加工面的设计基准之间的位置公差（如同轴度、平行度、垂直度等）和距离尺寸精度。工件加工面的设计基准与机床的正确位置是工件加工面与加工面的设计基准之间的位置公差的保证；工件加工面的设计基准与刀具的正确位置是工件加工面与加工面的设计基准之间的距离尺寸精度的保证。所以工件定位时有以下两点要求：一是使工件加工面的设计基准与机床保持一个正确的位置；二是使工件加工面的设计基准与刀具保持一个正确的位置。下面分别从这两方面进行说明。下一页上一页返回任务２认识工件的定位原理（１）为了保证加工面与其设计基准间的位置公差（同轴度、平行度、垂直度等），工件定位时应使加工表面的设计基准相对于机床占据一个正确的位置。（２）为了保证加工面与其设计基准间的距离尺寸精度，工件定位时，应使加工面的设计基准相对于刀具有一个正确的位置。工件定位的方法有三种。１）直接找正法定位直接找正法定位是利用百分表、划线或目测等方法在机床上直接找正工件加工面的设计基准使其获得正确位置的定位方法。２）画线找正法定位画线找正法定位是在机床上使用划针按毛坯或半成品上待加工处预先画出的线段找正工件，使其获得正确位置的定位方法。下一页上一页返回任务２认识工件的定位原理３）使用夹具定位夹具定位即是直接利用夹具上的定位元件使工件获得正确位置的定位方法。由于夹具的定位元件与机床和刀具的相对位置均已预先调整好，故工件定位时不必再逐个调整。此法定位迅速、可靠，定位精度较高，广泛用于成批生产和大量生产中。上一页返回任务３选择工件的定位基准任务引入在定位的原理中已讲到，工件在夹具中的定位实际上是以工件上的某些基准面与夹具上的定位元件保持接触，从而限制工件的自由度。那么，究竟选择工件上的哪些面与夹具的定位元件相接触为好呢？这就是定位基准的选择问题。定位基准的选择是工艺上的一个十分重要的问题，它不仅影响零件表面间的位置尺寸和位置精度，而且还影响整个工艺过程的安排和夹具的结构，必须十分重视。下一页返回任务３选择工件的定位基准任务分析定位基准有粗基准和精基准之分。零件开始加工时，所有的面均未加工，只能以毛坯面作定位基准，这种以毛坯面为定位基准的，称为粗基准，以后的加工，必须以加工过的表面作定位基准，以加工过的表面为定位基准的称精基准。在加工中，首先使用的是粗基准，但在选样定位基准时，为了保证零件的加工精度，首先考虑的是选择精基准，精基准选定以后，再考虑合理地选择粗基准。下一页上一页返回任务３选择工件的定位基准任务实施一、精基准的选择选择精基准时，应从整个工艺过程来考虑如何保证工件的尺寸精度和位置精度并使装夹方便可靠。１基准重合原则采用工序基准作为定位基准称为基准重合。２基准统一原则在工件的加工过程中尽可能地采用统一的定位基准称为基准统一原则下一页上一页返回任务３选择工件的定位基准３.自为基准原则当精加工或光整加工工序要求余量小而均匀时，应选择加工表面本身作为定位基准。４.互为基准原则对于相互位置精度要求高的表面，可以采用互为基准、反复加工的方法。５可靠、方便原则下一页上一页返回任务３选择工件的定位基准二、粗基准的选择选择粗基准主要是选择第一道机械加工工序的定位基准，以便为后续工序提供精基准。它主要考虑如何合理分配各加工表面的余量和保证不加工表面与加工表面间的尺寸及相互位置要求。（１）对于同时具有加工表面与不加工表面的工件，为了保证不加工表面与加工表面之间的位置要求应选择不加工表面作粗基准，如图

２-２３（ａ）所示。如果零件上有多个不加工表面，则应以其中与加工面相互位置要求较高的表面作粗基准，如图２-２３（ｂ）所示，该零件有三个不加工表面，若表面４与表面２所组成的壁厚均匀度要求较高时，则应选择表面２作为粗基准来加工台阶孔。下一页上一页返回任务３选择工件的定位基准（２）对于具有较多加工表面的工件，选择粗基准时，应考虑合理地分配各表面的加工余量。在加工余量的分配上应考虑以下两点。①应保证各主要加工表面都有足够的余量。②对于工件上的某些重要表面（如床身导轨面和箱体的重要孔等），为了尽可能使其加工余量均匀，则应选择重要表面作粗基准。（３）粗基准应避免重复使用。（４）选作粗基准的表面应平整，没有浇口、冒口或飞边等缺陷，以便定位可靠。上一页返回任务４认识工件的夹紧方式任务实施一、夹紧装置的组成夹紧装置由两个基本部分组成。１动力装置夹紧力来源于人力或者某种动力装置。用人力对工件进行夹紧称为手动夹紧。用各种动力装置产生夹紧作用力进行夹紧称为机动夹紧。常用的动力装置有：液压、气动、电磁、电动和真空装置等。２夹紧机构一般把夹紧元件和中间传递机构和成为夹紧机构。（１）中间传递机构是在动力装置与夹紧元件之间，传递夹紧力的机构。其主要作用有：改变作用力的方向和大小；夹紧工件后的自锁性能，保证夹紧可靠，尤其在手动夹具中。（２）夹紧元件是执行元件，它直接与工件接触，最终完成夹紧任务。下一页返回任务４认识工件的夹紧方式二、对夹紧装置的基本要求（１）能保证工件定位后占据的正确位置。（２）夹紧力的大小要适当、稳定。既要保证工件在整个加工过程中的位置稳定不变，振动小，又要使工件不产生过大的夹紧变形。夹紧力稳定可减少夹紧误差。（３）夹紧装置的复杂程度与生产类型相适应。工件的生产批量越大，允许设计越复杂、效率越高的夹紧装置。（４）工艺性好，使用性好。