工件的定位與定位基準(zhǔn)的選擇課案

1、工件的定位與定位基準(zhǔn)的選擇機(jī)械加工中， 為了保證工件的位置精度和用調(diào)整法獲得尺寸精度時(shí)， 工件相 對(duì)于機(jī)床與刀具必須占有一正確位置， 即工件必須定位。 而工件裝夾定位的方式 有：直接找正、 劃線找正和用夾具裝夾三種方式， 下面我們討論工件在夾具中的 定位問(wèn)題。工件在夾具中的定位涉及到定位原理、 定位誤差、夾具上采用的定位元件和 工件上選用的定位基準(zhǔn)等幾方面的問(wèn)題， 有關(guān)定位誤差的計(jì)算和定位元件的選用 在夾具設(shè)計(jì)一章講授，這里只介紹定位原理和定位基準(zhǔn)的選擇。一、定位原理1六點(diǎn)定則工件在夾具中的定位的目的， 是要使同一工序中的所有工件， 加工時(shí)按加工 要求在夾具中占有一致的正確位置 （ 不考慮定位

2、誤差的影響 ） 。怎樣才能各個(gè)工件 按加工要求在夾具中保持一致的正確位置呢 ?要弄清楚這個(gè)問(wèn)題，我們先來(lái)討論 與定位相反的問(wèn)題，工件放置在夾具中的位置可能有哪些變化 ?如果消除了這些 可能的位置變化，那么工件也就定了位。任一工件在夾具中未定位前， 可以看成空間直角坐標(biāo)系中的自由物體， 它可 以沿三個(gè)坐標(biāo)軸平行方向放在任意位置，即具有沿三個(gè)坐標(biāo)軸移動(dòng)的自由度X，Y, Z;同樣，工件沿三個(gè)坐標(biāo)軸轉(zhuǎn)角方向的位置也是可以任意放置的，即具有繞 三個(gè)坐標(biāo)軸轉(zhuǎn)動(dòng)的自由度X，丫，乙因此，要使工件在夾具中占有一致的正確位 置，就必須限制工件的X，丫，Z； X，丫，Z六個(gè)自由度。10圖2-16工件的六個(gè)自由度為了

3、限制工件的自由度，在夾具中通常用一個(gè)支承點(diǎn)限制工件一個(gè)自由度, 這樣用合理布置的六個(gè)支承點(diǎn)限制工件的六個(gè)自由度，使工件的位置完全確定, 稱為“六點(diǎn)定位規(guī)則”，簡(jiǎn)稱“六點(diǎn)定則”。例如用使用六點(diǎn)定則時(shí)，六個(gè)支承點(diǎn)的分布必須合理，否則不能有效地限制工件的 六個(gè)自由度。在具體的夾具結(jié)構(gòu)中，所謂定位支承是以定位元件來(lái)體現(xiàn)的， 如上例中長(zhǎng)方 體的定位以六個(gè)支承釘代替六個(gè)支承點(diǎn)（圖2-17C），這種形式的六點(diǎn)定位方案比 較明顯，下面再介紹其他形式工件的定位方案。2 對(duì)定位的兩種錯(cuò)誤理解我們?cè)谘芯抗ぜ趭A具中的定位時(shí)，容易產(chǎn)生 兩種錯(cuò)誤的理解。一種認(rèn)為： 工件在夾具中被夾緊了，也就沒(méi)有自由度而言，因此，工件也

4、就定了位。這種把定位和夾緊混為一談， 是概念上的錯(cuò)誤。 我們所說(shuō)的工件的定位是指所有加工 工件在夾緊前要在夾具中按加工要求占有一致的正確位置， （ 不考慮定位誤差的 影響） 而夾緊是在任何位置均可夾緊， 不能保證各個(gè)工件在夾具中處于同一位置。 如圖 2-20 所示定位方式，由于在 x 方向上沒(méi)有定位銷，工件在 x 方向的任一位 置均可被夾緊，實(shí)際上就是工件沿 x 方向移動(dòng)的自由度沒(méi)有消除， 使一批工件在 x 方向的位置不確定，造成各個(gè)工件孔到端面的尺寸不一。另一種錯(cuò)誤的理解認(rèn)為工件定位后，仍具有沿定位支承相反的方向移動(dòng)的 自由度，這種理解顯然也是錯(cuò)誤的。 因?yàn)楣ぜ亩ㄎ皇且怨ぜ亩ㄎ换鶞?zhǔn)面與定

5、 位元件相接觸為前提條件， 如果工件離開(kāi)了定位元件也就不成為其定位， 也就談 不上限制其自由度了。 至于工件在外力的作用下， 有可能離開(kāi)定位元件， 那是由 夾緊來(lái)解決的問(wèn)題。3工件定位時(shí)應(yīng)限制的自由度與加工要求的關(guān)系上述幾例中，工件的定位都采用了六個(gè)支承點(diǎn)， 限制了工件全部六個(gè)自由度， 使工件在夾具中占有唯一確定的位置，稱為完全定位。當(dāng)工件在 x、y 、z 三個(gè)方 向都有尺寸精度或位置精度要求時(shí)， 需采用這種完全定位方式。 但是，并不是所 有加工都必須設(shè)置六個(gè)支承點(diǎn)，來(lái)限制工件的六個(gè)自由度。如圖 2-19 所示在軸 上銑油槽，若軸為沒(méi)有鍵槽的光軸且油槽為通槽時(shí)，則只需限制；x、y、z、z四個(gè)自

6、由度，x、y、z的自由度可不限制，只需用長(zhǎng)V形鐵定位即可。又如圖2-2la 在車(chē)床上加工通孔，只需限制四個(gè)自由度，不需限制 x、y、z 自由度，用三爪自 動(dòng)定心卡盤(pán)裝夾即可。 再如在乎面磨床上磨平面， 當(dāng)工件只有厚度和平行度要求 時(shí)，工件只需限制三個(gè)自由度， 如圖 2-2lb 所示， 工件放置在平面磨床磁力工臺(tái) 就可加工。 綜上所述， 加工時(shí)工件的定位需要限制幾個(gè)自由度， 完全由工件的技 術(shù)要求所決定。根據(jù)加工要求， 工件不需要限制的自由度而沒(méi)有限制的定位， 稱為不完全定 位。不完全定位在加工中是允許的。在考慮定位方案時(shí)，為簡(jiǎn)化夾具結(jié)構(gòu)，對(duì)不 需限制的 自由度，一般不設(shè)置定位支承點(diǎn)。但也不盡然

7、，如在光軸上銑通槽，按定位原理， 軸的端面可不設(shè)置定位銷， 但常常設(shè)置一定位檔銷， 一方面可承受 一定的切削力， 以減小夾緊力，另一方面也便于調(diào)整機(jī)床的工作行程。又如圖 2-18 所示在環(huán)狀工件上鉆通孔， Z 的自由度 可不限制，但被短銷限制了，若有意不限制，反而夾具的結(jié)構(gòu)更難實(shí)現(xiàn)。4欠定位與過(guò)定位(1) 欠定位 根據(jù)工件的加工技術(shù)要求，應(yīng)該限制的自由度而沒(méi)有限制的定位 稱為欠定位。 欠定位必然會(huì)不能保證本工序的加工技術(shù)要求， 是不允許的。 如圖 2-20 所示的工件鉆孔，若在 x 方向上未設(shè)置定位檔銷，孔到端面的距離尺寸就 無(wú)法保證。(2) 過(guò)定位 工件的同一自由度被二個(gè)以上不同定位元件重復(fù)

8、限制的定位，稱 為過(guò)定位。如圖2-X所示在插齒機(jī)上插齒時(shí)工件的定位，工件 3以內(nèi)孔在，L、 軸1上定位，限制了工件x、y、z、z四個(gè)自由度，又以端面在凸臺(tái)3上定位， 限制了工件x、y、z、z三個(gè)自由度，其中；、/被心軸和凸臺(tái)重復(fù)限制。由于工 件內(nèi)孔和心軸的間隙很小， 當(dāng)工件內(nèi)孔與端面的垂直度誤差較大時(shí)， 工件端面與 凸臺(tái)實(shí)際上只有一點(diǎn)相接觸。 如圖 2-23a 所示，造成定位不穩(wěn)定。 更為嚴(yán)重的是， 工件一旦被夾緊，在夾緊力的作用下，勢(shì)必引起心軸或工件的變形，如圖 2-23b 所示。這樣就會(huì)影響工件的裝卸和加工精度，這種過(guò)定位是不允許的。但是，在 有些情況下，形式上的過(guò)定位是允許的。1 一心軸

9、 2- 工作 臺(tái) 3 一支承凸臺(tái) 4- ： 5 一壓墊 6-7- 壓緊螺 母如上例中，當(dāng)工件的內(nèi)孔和定位端面是在一次裝夾下加工出來(lái)的，具有好的垂直度，而夾具的心軸和凸臺(tái)也具有很好的垂直度， 即使二者仍有很小的垂直度 偏差，但可由心軸和內(nèi)孔之間的配合間隙來(lái)補(bǔ)償。 因此，盡管心軸和凸臺(tái)重復(fù)限 制了 XY自由度，屬于過(guò)定位，但不會(huì)引起相互干涉和沖突，在夾緊力作用下， 工件或心軸不會(huì)變形。這種定位的定位精度高，剛性好，是可取的。綜上所述，欠定位不能保證工件的加工要求， 是不允許的。過(guò)定位在一般情況下，由于定位不穩(wěn)定，在夾緊力的作用下會(huì)使工件或定位元件產(chǎn)生變形，影響加工精度和工件的裝卸，應(yīng)盡量避免；但在

10、有些情況下，只要重復(fù)限制自由度 的支承點(diǎn)不使工件的裝夾發(fā)生干涉及沖突， 這種形式上的過(guò)定位，不僅是可取的， 而且有利于提 高工件加工時(shí)的剛性，在生產(chǎn)實(shí)際中也有較多的應(yīng)用。二、定位基準(zhǔn)的選擇在定位的原理中已講到，工件在夾具中的定位實(shí)際上是以工件上的某些基準(zhǔn) 面與夾具上定位元件保持接觸，從而限制工件的自由度。那么，究竟選擇工件上 哪些面與夾具的定位元件相接觸為好呢 ？這就是定位基準(zhǔn)的選擇問(wèn)題。定位基準(zhǔn) 的選擇是工藝上一個(gè)十分重要的問(wèn)題，它不僅影響零件表面間的位置尺寸和位置 精度，而且還影響整個(gè)工藝過(guò)程的安排和夾具的結(jié)構(gòu)， 必須十分重視。 在介紹定 位基準(zhǔn)的選擇原則之前，先介紹有關(guān)基礎(chǔ)準(zhǔn)的一般知識(shí)。

11、( 一 ) 基準(zhǔn)的概念及分類基準(zhǔn)的廣義含義就是“依據(jù)”的意思。 機(jī)械制造中所說(shuō)的基準(zhǔn)是指用來(lái)確定 生產(chǎn)對(duì)象上幾何要素間的幾何關(guān)系所依據(jù)的那些點(diǎn)、 線、面。根據(jù)作用和應(yīng)用場(chǎng) 合不同，基準(zhǔn)可分為設(shè)計(jì)基準(zhǔn)和工藝基準(zhǔn)兩大類， 工藝基準(zhǔn)又可分為： 工序基準(zhǔn)、 定位基準(zhǔn)、測(cè)量基準(zhǔn)和裝配基準(zhǔn)。1設(shè)計(jì)基準(zhǔn)零件圖上用以確定零件上某些點(diǎn)、線、面位置所依據(jù)的點(diǎn)、線、面。2工藝基準(zhǔn)，零件加工與裝配過(guò)程中所采用的基準(zhǔn)，稱為工藝基準(zhǔn)它包括以下幾種。(1) 工序基準(zhǔn)工序圖上用來(lái)標(biāo)注本工序加工的尺寸和形位公差的基準(zhǔn)。就其 實(shí)質(zhì)來(lái)說(shuō)， 與設(shè)計(jì)基準(zhǔn)有相似之處， 只不過(guò)是工序圖的基準(zhǔn)。 工序基準(zhǔn)大多與設(shè) 計(jì)基準(zhǔn)重合，有時(shí)為了加工方

12、便，也有與設(shè)計(jì)基準(zhǔn)不重合而與定位基準(zhǔn)重合的。(2) 定位基準(zhǔn)加工中， 使工件在機(jī)床上或夾具中占據(jù)正確位置所依據(jù)的基準(zhǔn)。 如用直接找正法裝夾工 件，找正面是定位基準(zhǔn)；用劃線找正法裝夾，所劃線為 定位基準(zhǔn)；用夾具裝夾， 工件與定位元件相接觸的面是定位基準(zhǔn)。 作為定位基準(zhǔn) 的點(diǎn)、線、面，可能是工件上 的某些面，也可能是看不見(jiàn)摸不著的中心線、中 心平面、球心等， 往往需要通過(guò)工件某些定位表面來(lái)體現(xiàn)， 這些表面稱為定位基 面。例如用三爪自定心卡盤(pán)夾持工件 外圓，體現(xiàn)以軸線為定位基準(zhǔn)，外圓面為 定位基面。嚴(yán)格地說(shuō)，定位基準(zhǔn)與定位基面有時(shí)并不是一回事，但可以替代，這 中間存在一個(gè)誤差問(wèn)題，有關(guān)這個(gè)問(wèn)題在夾

13、具設(shè)計(jì)一章講授。(3) 測(cè)量基準(zhǔn)工件在加工中或加工后測(cè)量時(shí)所用的基準(zhǔn)。(4) 裝配基準(zhǔn)裝配時(shí)，用以確定零件在部件或產(chǎn)品中的相對(duì)位置所采用的基準(zhǔn)。如圖2-24d所示床頭箱箱體的D面和E面，就是確定箱體在床身上相對(duì)位置 的裝配基準(zhǔn)。上述各類基準(zhǔn)應(yīng)盡可能使其重合。 如在設(shè)計(jì)機(jī)器零件時(shí)， 應(yīng)盡可能以裝配基 準(zhǔn)作設(shè)計(jì)基準(zhǔn)以便直接保證裝配精度。 在編制零件加工工藝規(guī)程時(shí)， 應(yīng)盡量以設(shè) 計(jì)基準(zhǔn)作 工序基準(zhǔn)，以便直接保證零件的加工精度。在加工和測(cè)量工件時(shí)，應(yīng) 盡量使定位基準(zhǔn)和測(cè)量基準(zhǔn)與工序基準(zhǔn)重合，以便消除基準(zhǔn)不重合誤差。( 二) 定位基準(zhǔn)的選擇定位基準(zhǔn)有粗基準(zhǔn)和精基準(zhǔn)之分。 零件開(kāi)始加工時(shí)， 所有的面均未加

14、工， 只 能以毛坯面作定位基準(zhǔn)， 這種以毛坯面為定位基準(zhǔn)的， 稱為粗基準(zhǔn)，以后的加工， 必須以加工過(guò)的表面做定位基準(zhǔn)，以加工過(guò)表面為定位基準(zhǔn)的稱 精基準(zhǔn)。在加工中， 首先使用的是粗基準(zhǔn)， 但在選樣定位基準(zhǔn)時(shí)， 為了保證零件的加 工精度，首先考慮的是選擇精基準(zhǔn)， 精基準(zhǔn)選定以后， 再考慮合理地選擇粗基準(zhǔn)。1精基準(zhǔn)的選擇原則選擇精基準(zhǔn)時(shí)，重點(diǎn)考慮是如何減少工件的定位誤差， 保證工件的加工精度， 同時(shí)也要考慮工件裝卸方便，夾具結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，一般應(yīng)遵循下列原則：(1) 基準(zhǔn)重合原則所謂基準(zhǔn)重合原則是指以設(shè)計(jì)基準(zhǔn)作定位基準(zhǔn)，以避免基 準(zhǔn)不重合誤差。(2) 基準(zhǔn)統(tǒng)一原則當(dāng)零件上有許多表面需要進(jìn)行多道工序加工時(shí)

15、，盡可能在 各工序的加工中選用同一組基準(zhǔn)定位， 稱為基準(zhǔn)統(tǒng)一原則。 基準(zhǔn)統(tǒng)一可較好地保 證各個(gè)加工面的位置精度，同時(shí)各工序所用夾具定位方式統(tǒng)一，夾具結(jié)構(gòu)相似， 可減少夾具的設(shè)計(jì)、制造工作量?；鶞?zhǔn)統(tǒng)一原則在機(jī)械加工應(yīng)用較為廣泛， 如階梯軸的加工， 大多采用頂尖孔 作統(tǒng)一的定位基準(zhǔn)； 齒輪的加工， 一般都以內(nèi)孔和一端面作統(tǒng)一定位基準(zhǔn)加工齒坯，齒 形；箱體零件加工大多以一組平面或一面兩孔作統(tǒng)一定位基準(zhǔn)加工孔系 和端面；在自動(dòng)機(jī)床或自動(dòng)線上，一般也需遵循基準(zhǔn)統(tǒng)一原則。(3) 自為基準(zhǔn)原則有些精加工工序，為了保證加工質(zhì)量，要求加工余量小而 均勻，采用加工面自身作定位基準(zhǔn)， 稱為自為基準(zhǔn)原則。 例如在導(dǎo)軌

16、磨床上磨削 床身導(dǎo)軌時(shí)， 為了保證加工余量小而均勻， 采用百分表找正床身表面的方式裝夾 工件，如圖 2-26 所示，又如浮動(dòng)鏜孔、浮動(dòng)鉸孔、珩磨及拉削孔等，均是采用 加工面自身作定位基準(zhǔn)。(4) 互為基準(zhǔn)原則為了使加工面獲得均勻的加工余量和加工面間有較高的位 置精度，可采用加工面間互為基準(zhǔn)反復(fù)加工。 例如加工精度和同軸度要求高的 套筒類零件，精加工時(shí)，一般先以外圓定位磨內(nèi)孔，再以內(nèi)孔定位磨外圓。又如 加工精密齒輪時(shí)， 通常是齒面淬硬后再磨齒面及內(nèi) 孔。由于齒面磨削余量很小， 為了保證加工要求，采用圖 2-27 所示裝夾方式，先以齒面為基準(zhǔn)磨孔，再以內(nèi) 孔為基準(zhǔn)磨齒面， 這樣不但使齒面磨削余量小

17、而均勻， 而且能較好地保證內(nèi)孔與 齒切圓有較高的同軸度。(5) 裝夾方便原則所選定位基準(zhǔn)應(yīng)能使工件定位穩(wěn)定， 夾緊可靠， 操作方便， 夾具結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。以上介紹了精基準(zhǔn)選擇的幾項(xiàng)原則， 每項(xiàng)原則只能說(shuō)明一個(gè)方面的問(wèn)題， 理 想的情況是使基準(zhǔn)既“重合”又“統(tǒng)一”， 同時(shí)又能使定位穩(wěn)定、 可靠，操作方 便，夾具 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。但實(shí)際運(yùn)用中往往出現(xiàn)相互矛盾的情況，這就要求從技術(shù) 和經(jīng)濟(jì)兩方面進(jìn)行綜合分析，抓住主要矛盾，進(jìn)行合理選擇。還應(yīng)該指出， 工件上的定位精基準(zhǔn)， 一般應(yīng)是工件上具有較高精度要求的重 要工作表面， 但有時(shí)為了使基準(zhǔn)統(tǒng)一或定位可靠， 操作方便，人為地制造一種基 準(zhǔn)面，這些表面在零件的工件中并

18、不起作用， 僅僅在加工中起定位作用， 如頂尖 孔、工藝搭子等。這類基準(zhǔn)稱為輔助基準(zhǔn)。2粗基準(zhǔn)的選擇原則選擇粗基準(zhǔn)時(shí)，重點(diǎn)考慮如何保證各個(gè)加工面都能分配到合理的加工余量， 保證加工面與不加工面的位置尺寸和位置精度， 同時(shí)還要為后續(xù)工序提供可靠精 基準(zhǔn)。具體選擇一般應(yīng)遵下列原則：1) 為了保證零件各個(gè)加工面都能分配到足夠的加工余量，應(yīng)選加工余量最 小的面為粗基準(zhǔn) 。2) 為了保證零件上加工面與不加工面的相對(duì)位置要求， 應(yīng)選不加工面為粗基 準(zhǔn)。當(dāng)零件上有幾個(gè)加工面， 應(yīng)選與加工面的相對(duì)位置要求高的不加工面為粗基 準(zhǔn)。3) 為了保證零件上重要表面加工余量均勻， 應(yīng)選重要表面為粗基準(zhǔn)。 零件上 有些重要工作表面， 精度很高， 為了達(dá)到加工精度要求， 在粗加工時(shí)就應(yīng)使其加 工余量盡量均勻。例如車(chē)床床身導(dǎo)軌面是重要表面， 不僅精度和表面質(zhì)量要求很高， 而且要求 導(dǎo)軌表面的耐磨性好， 整個(gè)表面具有大體一致的物理