第五章第三節(jié)

平江縣職業(yè)技術(shù)學(xué)校教案教研室：機(jī)械教研組授課教師：黃波課程名稱機(jī)械加工技術(shù)課次主要教學(xué)內(nèi)容時(shí)間分配第五章夾具第三節(jié)工件的定位方法與定位兀件一、工件以平面定位25二、工件以圓柱孔定位20三、工件以外圓柱表面定位25四、工件以特殊表面定位15教學(xué)目的掌握工件定位的方法和定位過(guò)程中所采用的定位元件教學(xué)重點(diǎn)定位方法及定位兀件的使用教學(xué)難點(diǎn)定位方法教學(xué)方法使用教具講授擬留作業(yè)思考題授課總結(jié)第一課時(shí)定位元件設(shè)計(jì)包括定位元件的結(jié)構(gòu)、形狀、尺寸及布置形式等。本節(jié)要闡明的是利用六點(diǎn)定位規(guī)則正確選擇定位方式和設(shè)計(jì)定位元件的方法。工件的定位設(shè)計(jì)主要決定于工件的加工要求和工件定位基準(zhǔn)的形狀、尺寸、精度等因素，故在定位設(shè)計(jì)時(shí)要注意分析定位基準(zhǔn)的形態(tài)。一、工件以平面定位在機(jī)械加工中，大多數(shù)工件都以平面作為主要定位基準(zhǔn)，如箱體、機(jī)體、支架、圓盤等零件。當(dāng)工件進(jìn)人第一道工序時(shí)，只能使用粗基準(zhǔn)定位；在進(jìn)入后續(xù)工序時(shí)，則可使用精基準(zhǔn)定位。工件以粗基準(zhǔn)平面定位這種平面通常指鍛、鑄后經(jīng)清理的毛坯平面，其表面較粗糙，且有較大的平面度誤差。如H2-19a所示，當(dāng)此面與定位支承平面接觸時(shí)，必為隨機(jī)分布的三個(gè)點(diǎn)。為了控制這三個(gè)點(diǎn)的位置，通常要采用呈點(diǎn)接觸的定位元件，以獲得較圓滿的定位(圖2-19b)。但這并非在任何情況下都是合理的。例如，定位基準(zhǔn)為很窄的平面時(shí)，就很難布置支承三角形，而采用面接觸定位。粗基準(zhǔn)面常用的定位元件有支承釘、浮動(dòng)支承和調(diào)節(jié)支承等。B型(球頭)和C型(齒紋)支承釘圖2-20所示為一種固定式支承。其主要規(guī)格尺寸D為5、6、8、12、16、20、25、30、40mm。支承釘用碳素工具鋼T8經(jīng)熱處理至55~60HRC。支承釘d處用H7/r6過(guò)盈配合壓入夾具體中。B型支承釘能使其與定位基面接觸良好；C型支承釘?shù)凝X紋，可防止工件在加工時(shí)滑動(dòng)，常用于較大型的機(jī)體的定位。一個(gè)支承釘可限制工件一個(gè)自由度。這類元件磨損后較難更換?？蓳Q支承釘圖2-21所示為兩種可換支承釘，用于批量較大的生產(chǎn)中，以降低夾具制造成本。目前國(guó)內(nèi)尚無(wú)可換支承釘?shù)臉?biāo)準(zhǔn)。⑶可調(diào)節(jié)支承調(diào)節(jié)支承(GB/12230—91)、圓柱頭調(diào)節(jié)支承(GB/12229—91)、六角頭支承(GB/T2227—91)屬于可調(diào)節(jié)的支承，以保證工序有足夠和均勻的加工余量。圖2-22所示為可調(diào)節(jié)支承定位的應(yīng)用示例。工件以箱體的底面為粗基準(zhǔn)定位，銑削頂面。由于毛坯的誤差，將使后續(xù)鏜孔工序的余量偏向一邊，甚至出現(xiàn)余量不夠的現(xiàn)象。為此，定位時(shí)需按劃線調(diào)節(jié)工件的位置，通常需對(duì)同一批工件作一次調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)后用鎖緊螺母鎖緊。支承用優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼45鋼，經(jīng)熱處理至40~55HRC(長(zhǎng)度大于50mm,僅頭部熱處理)。工件以精基準(zhǔn)平面定位工件的基準(zhǔn)平面經(jīng)切削加工后，可直接放在平面上定位。經(jīng)過(guò)刮削、磨削的平面具有較小的表面粗糙度值和平面度誤差，故可獲得較精確的定位。常用的定位元件有支承板和平頭支承釘?shù)?。這類是呈面接觸的定位元件。圖2-24所示為加工開(kāi)合螺母的車床夾具(圖中定位符號(hào)見(jiàn)附表1)。工件的主要定位基面B在兩塊支承板上定位，另一平面A在兩個(gè)平頭支承釘上定位，C面則用一平頭支承釘定位。這些定位元件都已標(biāo)準(zhǔn)化。支承板圖2-25a所示為A型光面支承板，用于垂直布置的場(chǎng)合；圖2-25b為B型帶斜槽的支承板，用于水平方向布置的定位中，其凹槽可防止細(xì)小切屑停留在定位面上。支承板的主要規(guī)格厚度H為6,8,10,12,16,20,25mm。支承板用碳素工具鋼T8,經(jīng)熱處理至55~60HRC。同時(shí)多塊使用時(shí)，需設(shè)法使厚度H相等。支承板用螺釘緊固在夾具體上。大的支承板可限制工件三個(gè)自由度。平頭(A型)支承釘圖2-20C所示為平頭支承釘。多件使用時(shí)需設(shè)法使高度尺寸H相等。其主要規(guī)格與B型、C型相同。其它定位方法和元件對(duì)于中、小型零件，有時(shí)可直接在夾具體的有關(guān)平面上定位圖2-26a)，有時(shí)也可用非標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)的支承板。圖2-26b為一種環(huán)形的支承板，用于盤形零件的定位。圖2-26C所示的支承板形狀則按工件定位基面的形狀設(shè)計(jì)。提高平面支承剛度的方法在加工大型機(jī)體和箱體零件時(shí)，為了克服因支承面的不足而引起的變形和振動(dòng)，通常需要考慮提高平面的支承剛度。在加工剛度較低的薄板狀零件時(shí)也要注意這個(gè)問(wèn)題。常用的方法是采用輔助支承或可以浮動(dòng)的支承，以減小工件變形和振動(dòng)，但又不致發(fā)生過(guò)定位。輔助支承輔助支承不限制工件自由度，只起支撐作用，使用完畢需放松支承，待工件重新定位后再支撐。圖2-27a所示為已標(biāo)準(zhǔn)化的GB/T2238-91自動(dòng)調(diào)節(jié)支承。支承1由彈簧3的作用與工件保持良好的接觸，鎖緊頂銷2即可起支撐作用。圖2-27b表示了平面用輔助支承的支撐作用，可見(jiàn)與定位的區(qū)別，輔助支承的主要規(guī)格d為12、16、20mm。圖2-28所示為GB/T2238-91自動(dòng)調(diào)節(jié)支承在平面磨床夾具中的應(yīng)用。工件主要以精基準(zhǔn)面在三個(gè)A型支承釘2上定位的同時(shí)，六個(gè)輔助支承也自動(dòng)地與工件接觸，待鎖緊后，支承點(diǎn)增至九個(gè)，但不發(fā)生過(guò)定位。用這種方法可提高工件的剛度，減少工件加工的平面度誤差。圖2-29所示為另一種手推式輔助支承，用于銑床夾具中。三個(gè)支承釘2在工件周邊定位后，即可推動(dòng)手柄5使輔助支承4上升與工件接觸，旋轉(zhuǎn)手柄經(jīng)鋼球鎖緊楔塊即可使輔助支承4支撐工件。操作時(shí)以手的感覺(jué)控制支撐的狀態(tài)。浮動(dòng)支承圖2-30所示為幾種浮動(dòng)支承的結(jié)構(gòu)，它們與工件的接觸點(diǎn)雖然是二點(diǎn)或三點(diǎn)，但仍只限制工件的一個(gè)自由度。這種方法是第一節(jié)所介紹的第四種消除過(guò)定位方法的應(yīng)用。圖2-30a、b所示支承均為一個(gè)方向浮動(dòng)；圖2-30c的結(jié)構(gòu)可在二個(gè)方向上轉(zhuǎn)動(dòng)。圖2-31為浮動(dòng)支承的靈活應(yīng)用，其中浮動(dòng)))r))支承1在y方向上浮動(dòng)；浮動(dòng)支承2則在x方向上浮動(dòng)，故實(shí)際限制工件的自由度為z、x、y。使用浮動(dòng)支承可提高工件的剛度。二、工件以圓柱孔定位工件以圓柱孔定位的特點(diǎn)工件以圓柱孔定位是一種中心定位。定位面為圓柱孔，定位基準(zhǔn)為中心軸線(中心要素)，故通常要求內(nèi)孔基準(zhǔn)面有較高的精度。工件中心定位的方法是用定位銷、定位插銷、定位軸和心軸等與孔的配合實(shí)現(xiàn)的(圖2-32a)。有時(shí)采用自動(dòng)定心定位。粗基準(zhǔn)內(nèi)孑L定位很少采用。圖2-32b所示為銑削尾座底平面的定位方法，在毛坯孔的兩端用頂尖支承，以保證鏜孔工序的余量均勻。本書(shū)重點(diǎn)介紹精基準(zhǔn)孔的定位。工件以精基準(zhǔn)孑定位(1)定位軸通常定位軸為專用結(jié)構(gòu)，其主要定位面可限制工件的四個(gè)自由度，若再設(shè)置防轉(zhuǎn)支承等，即可實(shí)現(xiàn)完全定位。圖2-33所示為鉆模所用的定位軸。圖中2為中心定位部分，通常需最小間隙為0.005mm;引導(dǎo)部分的倒角為15°；連接部分有多種結(jié)構(gòu)。圖2-34a所示為采用騎縫螺釘緊固聯(lián)接，圖2-34b所示用六角螺釘緊固聯(lián)接的結(jié)構(gòu)有較高的強(qiáng)度，圖2-34C所示的定位軸由圓柱銷承受扭矩，且便于維修。定位軸用碳素工具鋼T8,經(jīng)熱處理至55~60HRC;也可用優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼20鋼，經(jīng)滲碳淬硬至55—60HRC。(2)定位銷固定式定位銷定位銷是組合定位中最常用的定位元件之一。圖2-35a所示為A型定位銷，可限制工件的兩個(gè)自由度。圖2-35b所示為B型菱形定位銷，只能限制工件的一個(gè)自由度。固定式定位銷(GB/T2203-91)的主要規(guī)格D為3~50mm(附表2)。定位銷材料(D<18mm)用碳素工具鋼T8,經(jīng)熱處理至55-60HRC。D>18mm的定位銷用優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼20鋼，滲碳淬硬55-60HRC。B型菱形銷的應(yīng)用較特殊，如圖3-36所示，它是布置在會(huì)發(fā)生定位干涉的部位上。第四節(jié)中將介紹它的設(shè)計(jì)方法。小定位銷如圖2-37所示，小定位銷(GB/T2202-91)也分A型、B型兩種，其主要參數(shù)D為1~3mm,故功能上與固定式定位銷相同，僅結(jié)構(gòu)有所不同。可換式定位銷圖2-38所示為可換式定位銷(GB/2204-91)的結(jié)構(gòu)，也分A型、B型兩種。與上述定位銷比較，其功能是當(dāng)定位銷磨損后可以更換，以降低夾具的成本。這種定位銷常用于生產(chǎn)負(fù)荷很高的夾具。可換式定位銷的主要規(guī)格。為3~50mm。定位插銷如圖2-39所示，A型定位插銷可限制工件的兩個(gè)自由度，B型(菱形)插銷則限制工件的一個(gè)自由度。定位插銷常用于不便于裝卸的部位和工件以被加工孔為定位基準(zhǔn)(自位基準(zhǔn))的定位中。其主要規(guī)格d為3、4 78mm。心軸心軸常用于套類、盤類零件的車削、磨削和齒輪加工中，以保證加工面(或齒輪分度圓)對(duì)內(nèi)孔的同軸度公差。心軸是夾具中一種結(jié)構(gòu)較緊湊的單元體，心軸以柄部或中心孔與機(jī)床連接。心軸的專門化程度很高，故許多工廠都制訂了自己的標(biāo)準(zhǔn)，如磨床、車床、滾齒、插齒、刨齒、磨齒等心軸的標(biāo)準(zhǔn)。心軸常用的定位方式有間隙配合定心(圖2-41a,c,d,e,f)和定心夾緊(圖2-41b)兩種。間隙配合心軸的定位圓直徑公差帶一般為h6、g6或f7,這種心軸裝卸工件方便，但定位精度不高。定心夾緊心軸所能達(dá)到的定位精度因結(jié)構(gòu)不同而相差很大。圖2-41b所示的可脹式結(jié)構(gòu)精度較低，而液性塑料心軸的定心精度則很高。關(guān)于車床心軸和定心夾緊心軸將在以后的章節(jié)中介紹。下面介紹常用的滾齒心軸的結(jié)構(gòu)和已標(biāo)準(zhǔn)化的用于磨床的錐度心軸。圖2-42所示為滾齒心軸的通用結(jié)構(gòu)，其柄部按滾齒機(jī)通用底盤設(shè)計(jì)，定位軸頸D的公差帶為h6。心軸用合金結(jié)構(gòu)鋼20Cr，經(jīng)熱處理滲碳淬硬至50，—55HRC。心軸的主要技術(shù)要求是同軸度和垂直度等。圖2-43所示為錐度心軸(GB/T12875-91),主要規(guī)格直徑為8一100mm,錐度為1:3000-1:8000(附表3)。由于心軸錐面與孔壁間有很大的接觸面，故工件被鎖緊且不會(huì)產(chǎn)生較大的偏斜，通?？蛇_(dá)到0.01mm的同軸度公差。當(dāng)錐度為1/10000時(shí)，同軸度可達(dá)0.005mm。這類用于精磨光套外圓的心軸，對(duì)基面有嚴(yán)格的要求，通常其孔徑公差等級(jí)為IT6、IT7,表面粗糙度值應(yīng)小一于Ra0.8um。心軸用工具鋼TIOA,經(jīng)熱處理至58-64HRC。大型尺寸可用優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼20鋼的無(wú)縫鋼管制造。例申40N7孔長(zhǎng)度64mm,同軸度公差5級(jí)，查附表3，選用C=1:8000,I號(hào)心軸一根。第二課時(shí)三、工件以外圓柱面定位工件以外圓柱面定位時(shí)，工件的定位基準(zhǔn)為中心要素，最常用的定位元件有V形塊、半圓套、定位套等，它們常用作中心定位。有時(shí)采用自動(dòng)定心定位。(1)V形塊V形塊有各種結(jié)構(gòu)。V形塊如圖2-44所示，V形塊(GB/T2208-91)的兩半角(a/2)對(duì)稱布置，定位精度較高。當(dāng)工件用長(zhǎng)圓柱面定位時(shí)，可限制其四個(gè)自由度。主要規(guī)格N有：9、14、18 85mm。V形塊的定位高

(2-1)度T可按下式計(jì)算(V形面夾角a=90°)(2-1)T=H+0.707D-0.5N式中D——V形塊理論圓直徑(mm);N——V形塊的開(kāi)口尺寸(mm)；T——V形塊理論圓的中心高度尺寸(mm)?；顒?dòng)V形塊與固定V形塊如圖2-45C所示，活動(dòng)V形塊(GB/T2211-91)限制工件的z自由度，固rur定V形塊(GB/T2209—91)限制工件的x、y自由度?；顒?dòng)V形塊(圖2-45a)的主要規(guī)格N為9、14 70mm。與其相配的導(dǎo)板也已標(biāo)準(zhǔn)化(GB/T2212-91)。另一種調(diào)整V形塊(GB/T2210-91)可用在生產(chǎn)批量較大的場(chǎng)合中。其它結(jié)構(gòu)的V形塊V形塊是使用很廣泛的定位元件，能用于粗基準(zhǔn)或精基準(zhǔn)的定位，使用也很方便，故除了標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)外，其專用非標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)很多，設(shè)計(jì)也很靈活(圖2-46)。圖2-46a所示的V形夾具用于內(nèi)圓磨床的加工中，兩V形塊可調(diào)整，V形面上的硬質(zhì)合金填片可延長(zhǎng)夾具的使用壽命圖2-46b,c所示的V形塊用于銑床的加工中。有些場(chǎng)合的V形面夾角還可制成60?；?200。半圓套如圖2-47所示，半圓套的定位面A置于工件的下方。這種定位方式類似于V形塊，也類似于軸承，常用于大型軸類零件的精基準(zhǔn)定位中，其穩(wěn)固性t比V形塊更好。其定位精度取決于定位基面的精度。通常工件軸徑取公差等級(jí)IT7,IT8，表面粗糙度值為Ra0.8~0.4um.定位套圖2-48所示為幾種常用的定位套。通常，定位套的圓柱面與端面組合定位。在限制工件rurr))rur的x、y、z、x、y五個(gè)自由度中，圖2-48a所示的圓柱面限制工件x、y兩個(gè)自由度；圖2-48b的rur))圓柱面限制工件x、y、x、y四個(gè)自由度。這種定位方式是間隙配合的中心定位，故對(duì)基面的精度也有嚴(yán)格要求，通常取軸徑公差等級(jí)為IT7、IT8，表面粗糙度值小于Ra0.8um。定位套應(yīng)用較少，常用于小型的形狀簡(jiǎn)單的軸類零件的定位。除了上述定位元件外，工件還可作自動(dòng)定心定位。四、工件以特殊表面定位除了上述以平面和內(nèi)、外圓柱表面定位外，有時(shí)還常遇到特殊表面的定位。下面介紹幾種典型的特殊定位方法。工件以內(nèi)外園錐度面定位工件以中心孔定位rurr)中心孔是軸類零件的輔助基準(zhǔn)，應(yīng)用極為廣泛(圖2-50)。圖中兩頂尖可限制工件的x、y、z、y、Z五個(gè)自由度。圖2-50a為通用的頂尖，定心精度較高；圖2-50b所示主軸箱的頂尖為特殊頂尖，軸向r以端面套E定位，限制x自由度，以控制臺(tái)階軸長(zhǎng)度尺寸；圖2-50C所示主軸箱的頂