機械制造技術基礎 課件 【ch05】 工件的定位與夾緊

工件的定位與夾緊“普通高等教育機械類系列教材機械制造技術基礎第五章01概述5.1概述01020304穩(wěn)定地保證加工質(zhì)量減輕工人的勞動強度，保證安全生產(chǎn)擴大機床的使用范圍提高生產(chǎn)率01夾具的作用根據(jù)夾具的使用范圍，可將其劃分為以下幾類。1)通用夾具：指在一定范圍內(nèi)可用于加工不同工件的夾具。2)專用夾具：指專為某一工件的某一道工序而設計和制造的夾具。3)成組夾具：一臺夾具稍加調(diào)整或更換個別零件，便可適用于一組相似工件的裝夾，稱為成組夾具。4)組合夾具：由標準化夾具零部件組裝而成的專用夾具。5.1概述5)隨行夾具：是自動化生產(chǎn)線上應用的一種夾具。0102030506定位裝置用于確定工件在夾具中占據(jù)正確的位置，它由各種定位元件構成。定位裝置對刀、導向元件用于確定刀具相對于夾具的正確位置和引導刀具進行加工。。對刀、導向元件夾緊裝置用于保持工件在夾具中的正確位置，保證工件在加工過程中受到外力(如切削力、重力、慣性力)作用時，已經(jīng)占據(jù)的正確位置不被破壞。夾緊裝置夾具體用于連接夾具上各個元件或裝置，使之成為一個整體，并與機床的有關部位相連接，是機床夾具的基礎件。夾具體將夾具各個零部件連接為一個整體，確定夾具在機床上正確位置的元件，稱為連接元件，如定位鍵、定位銷及緊固螺栓等。連接元件5.1概述02定位基準及定位原理在確定工件的定位方案時，定位基準的選擇是否合理，意義十分重大。它不僅影響到工件裝夾是否準確、可靠和方便，工件的加工精度是否易于保證，而且影響到工件上各加工表面的加工順序，甚至還會影響到所采用的工藝裝備的復雜程度。5.2定位基準及定位原理基準根據(jù)其作用的不同可分為設計基準和工藝基準。設計基準是設計圖樣上所采用的基準，是標注設計尺寸或位置公差的起點。工藝基準是在工藝過程中所采用的基準。工藝基準按用途不同可分為定位基準、測量基準、工序基準和裝配基準。1.設計基準5.2定位基準及定位原理2.工藝基準0102031)定位基準定位基準是在加工中用于工件定位的基準，用該基準可以使工件在機床或夾具上占據(jù)確定的位置。2)測量基準測量基準是工件在測量、檢驗時所使用的基準。3)工序基準工序基準是在工序簡圖上用來確定本工序加工表面加工后的尺寸、形狀、位置的基準，也是該工序所要達到的加工尺寸(工序尺寸)的起點。5.2定位基準及定位原理044)裝配基準裝配基準是裝配時用來確定零件或部件在產(chǎn)品中的相對位置所采用的基準。有時作為基準的點、線、面在工件上不一定具體存在，例如孔或軸的中心線、槽的對稱面等。這些假定的基準，必須由零件上某些相應的具體表面來體現(xiàn)，這樣的表面稱為基準面。例如，圖5.2(b)所示鉆套零件的內(nèi)孔中心線并不具體存在，而是由內(nèi)孔圓柱面來體現(xiàn)的，內(nèi)孔中心線是基準，而內(nèi)孔圓柱面是基準面。5.2定位基準及定位原理也就是說，當選擇工件上的平面作為定位基準時，該平面也是定位基準面；當選擇工件上的內(nèi)孔或外圓的中心線作為定位基準時，內(nèi)孔或外圓柱面為定位基準面。任何一個未受約束的物體，在空間都具有六個自由度，即沿三個互相垂直坐標軸的移動(又、Y、Z)和繞這三個坐標軸的轉(zhuǎn)動(又、下、Z),如圖5.4(a)所示。因此要使物體在空間具有確定的位置，就必須對這六個自由度加以約束。理論上講，工件的六個自由度可用六個支承點加以限制，前提是這六個支承點在空間按一定規(guī)律分布，并保持與工件的定位基準面相接觸。5.2定位基準及定位原理如圖5.4(b)所示，在空間直角坐標系的XOY面上布置三個定位支承點1、2、3,使工件的底面與這三個支承點相接觸，則工件的乙、又、了三個自由度就被限制。同理，在XOZ面上布置兩個定位支承點4、5,并使其與工件側(cè)面相接觸，則可限制工件的豆和乙兩個自由度。在YOZ面上布置一個定位支承點6與工件的另一側(cè)面接觸，就可限制工件的又自由度，從而使工件的位置完全確定。用圖中六個合理布置的定位支承點分別去限制工件的六個自由度，從而使工件在空間得到正確位置的方法，稱為工件的六點定位原理。5.2定位基準及定位原理值得注意的是，底面上布置的三個支承點不能在同一條直線上，且三個支承點所形成的三角形面積越大越好。側(cè)面上布置的兩個支承點的連線不能垂直于底面上三點所形成的平面，且兩點之間的距離越遠越好，這就是上述所提到的“合理布置”的含義。六點定位原理可用于任何形狀、任何類型的工件，具有普遍性。無論工件的具體形狀和結(jié)構如何，其六個自由度均可由六個定位支承點來限制，只是六個支承點的具體分布形式有所不同。5.2定位基準及定位原理工件的六個自由度完全被限制的定位稱為完全定位。按加工要求，允許有一個或幾個自由度不被限制的定位，稱為不完全定位。在實際生產(chǎn)中，工件被限制的自由度數(shù)一般不少于三個。1.完全定位和不完全定位按工序的加工要求，工件應該限制的自由度而未予限制的定位，稱為欠定位。工件的同一自由度被兩個或兩個以上的支承點重復限制的定位，稱為過定位(又稱重復定位)。2.欠定位和過定位5.2定位基準及定位原理圖5.4中工件的定位即為完全定位。5.2定位基準及定位原理工件定位時，并非在任何情況下都要對其六個自由度全部加以限制，要限制的只是那些影響工件加工精度的自由度。如圖5.5所示，若在工件上銑鍵槽，要求保證工序尺寸X、Y、Z及鍵槽側(cè)面和底面分別與工件側(cè)面和底面平行，那么加工時必須限制六個自由度，即采用完全定位[見圖5.5(a)];若在工件上銑臺階面，則要求保證工序尺寸X、Z及其兩平面分別與工件底面和側(cè)面平行，那么加工時只要限制除了以外的五個自由度就夠了[見圖5.5(b)],因為對工件的加工精度并無影響；若在工件上銑頂平面，僅要求保證工序尺寸Z及該平面與工件底面平行，那么只要限制乙、又、三個自由度就夠了[見圖5.5(c)]。5.2定位基準及定位原理在確定工件定位方案時，欠定位是絕對不允許的。例如在圖5.5(a)中，若對沿X軸移動自由度未加限制，則尺寸X就無法保證，因而是不允許的。圖5.6所示為兩種常見的過定位實例。5.2定位基準及定位原理圖5.6(a)所示為用四個支承釘支承一個平面的定位。四個支承點只限制了文、了和乙三個自由度，所以這是重復定位。如果定位表面粗糙，甚至未經(jīng)加工，這時實際上可能只是三點接觸。對于一批工件來說，有的工件與這三點接觸，有的工件則與另三點接觸，這樣，工件在夾具中占有的位置就不是唯一的了。為避免這種情況，可撤去一個支承點，再將三個支承點重新布置，也可將四個支承釘之一改為輔助支承，使該支承釘只起支承作用而不起定位作用。5.2定位基準及定位原理圖5.6(b)所示為孔與端面組合定位的情況。由于大端面可限制三個自由度(立、又、藝),而長銷可限制四個自由度(X、乙、文、Z),因此又、乙受重復限制而出現(xiàn)了過定位。此時如果工件端面與軸線不垂直，則在軸向夾緊力的作用下，將使工件或定位銷產(chǎn)生變形而引起較大誤差。為改善此種情況，可采取如下措施：(1)將長銷與小端面組合，此時小端面只限制一個自由度ア,如圖5.7(a)所示；(2)將短銷與大端面組合，此時短銷只限制兩個自由度，即又和乙，如圖5.7(b)所示；(3)將長銷與球面墊圈組合，此時球面墊圈也只限制一個自由度了，如圖5.7(c)所示。5.2定位基準及定位原理通常情況下，應盡量避免出現(xiàn)過定位。消除過定位及其干涉一般有兩種途徑：一是改變定位元件的結(jié)構，以消除對自由度的重復限制；二是提高工件定位基準面之間及夾具定位元件工作表面之間的位置精度，以減小或消除過定位引起的誤差。5.2定位基準及定位原理03常見的定位方式和定位元件及設計要求與材料1.平面定位方式及定位元件3.內(nèi)孔定位方式及定位元件2.外圓定位方式及定位元件4.組合定位通常工件多以兩個或者多個表面組合起來作為定位基準來定位，稱為組合表面定位，簡稱組合定位，5.3常見的定位方式和定位元件及設計要求與材料1)平面定位方式平面作為定位基準，通常根據(jù)其限制自由度的數(shù)目，分為主要支承面、導向支承面和止推支承面，如圖5.8所示。限制工件的三個自由度的定位平面，稱為主要支承面。1.平面定位方式及定位元件5.3常見的定位方式和定位元件及設計要求與材料當平面的精度很高時，可以直接將定位元件設計為平面；更多的情況下，往往布置彼此相距較遠的三個支承點，使工件的中心落在三個支承點之間，保證工件定位的穩(wěn)定可靠。限制工件的兩個自由度的定位平面，常常做成窄長面，稱為導向支承面。在工件定位表面精度不高時，甚至將窄長面的中間部分切除，只保留盡可能遠位置上的短面，以確保定位效果的一致性。限制一個自由度的平面，稱為止推支承面。這時，為了確保定位準確，往往將平面做得盡可能小。5.3常見的定位方式和定位元件及設計要求與材料2)平面定位元件工件以平面作為定位基準時，常用的定位元件有以下幾種。(1)固定支承。固定支承有支承釘和支承板兩種形式。在使用過程中，它們都是固定不動的。一個支承釘相當于一個支承點，可限制工件的一個自由度。圖5.9所示為三種標準支承釘，其中平頭支承釘多用于工件以精基準定位；球頭支承釘和齒紋支承釘適用于工件以粗基準定位，可減少接觸面積，以便與粗基準有穩(wěn)定的接觸，但球頭支承釘較易磨損而失去精度；齒紋支承釘能增大接觸面間的摩擦力，但落入齒紋中的切屑不易清除，故多用于側(cè)面和頂面的定位。5.3常見的定位方式和定位元件及設計要求與材料支承板適用于工件以精基準定位的場合。工件以大平面與一大(寬)支承板相接觸定位時，該支承板相當于三個不在一條直線上的定位支承點，可限制工件的三個自由度。一個窄長支承板相當于兩個定位支承點，可限制工件的兩個自由度。工件以一個大平面同時與兩個窄長支承板相接觸定位時，這兩個窄長支承板相當于一個大(寬)支承板，限制工件的三個自由度。寬、窄支承板是根據(jù)支承板的寬度相對于工件定位基準面寬度的大小來劃分的，當支承板的寬度與一個大的工件定位基準面的寬度相差不大時，認為該支承板是寬支承板，否則認為是窄支承板。5.3常見的定位方式和定位元件及設計要求與材料圖5.10所示為兩種標準支承板。其中A型支承板結(jié)構簡單、緊湊，但切屑易落入螺釘頭周圍的縫隙中，且不易清除，因此多用于側(cè)面和頂面的定位。B型支承板在工作面上有45°的斜槽，且能保持與工件定位基準面連續(xù)接觸，清除切屑方便，所以多用于底面定位。根據(jù)定位的需要，也可按照工件定位基準面的具體輪廓形狀，設計非標準的定位支承板，如圖5.11所示的圓形支承板。5.3常見的定位方式和定位元件及設計要求與材料可調(diào)支承的工作位置可以在一定范圍內(nèi)調(diào)整，并可用螺母鎖緊。當工件的定位基準面的形狀復雜(如成形面、臺階面等)或者各批毛坯的尺寸、形狀變化較大且以粗基準定位時，多采用這類支承。可調(diào)支承一般僅對一批零件調(diào)整一次，其典型結(jié)構如圖5.12所示。其中，圖5.12(a)所示的可調(diào)支承可用手直接調(diào)節(jié)或用扳手擰動進行調(diào)節(jié)，適用于支承小型工件；圖5.12(b)所示的可調(diào)支承具有襯套，可防止磨損夾具體。圖5.12(b)、(c)所示的可調(diào)支承必須用扳手調(diào)節(jié)，這兩種可調(diào)支承適用于支承較重的工件。(2)可調(diào)支承。5.3常見的定位方式和定位元件及設計要求與材料工件在定位過程中，能自動調(diào)整位置的支承。常見的浮動支承如圖5.13所示：圖5.13(a)是球面多點式浮動支承，繞球面活動，與工件做多點接觸，作用相當于一點；圖5.13(b)、(c)是兩點式浮動支承，繞銷軸活動，與工件做兩點接觸，作用相當于一點。(3)浮動支承(或自位支承)。5.3常見的定位方式和定位元件及設計要求與材料這類支承的工作特點是支承點是活動的或浮動的，支承點的位置隨工件定位基準面的不同而自動調(diào)節(jié)；與工件做兩點、三點(或多點)接觸，作用相當于一個定位支承點，只限制工件的一個自由度；接觸點數(shù)的增加，提高了工件的裝夾剛度和定位穩(wěn)定性。這類支承主要用于工件以毛坯面定位、定位基準面不連續(xù)或為臺階面，以及工件剛性不足的場合。5.3常見的定位方式和定位元件及設計要求與材料2.外圓定位方式及定位元件1)外圓定位方式外圓定位是常見的一種定位方式，其廣泛應用在車、磨、銑、鉆等加工中。在夾具設計中，常用于外圓定位的定位元件有V形塊和定位套等2)外圓定位元件(1)V形塊。工件外圓以V形塊定位是常見的定位方式之一。V形塊的結(jié)構尺寸已標準化，兩斜面夾角有60°、90°、120°。其中，90°V形塊使用最廣泛。5.3常見的定位方式和定位元件及設計要求與材料使用V形塊定位的優(yōu)點是對中性好，能使工件的定位基準處在V形塊兩斜面的對稱面內(nèi)，而不受定位基準面直徑誤差的影響，且裝夾方便。此外，V形塊的應用范圍較廣，既可用于以粗、精基準定位，也可用于完整的圓柱面或局部的圓弧面。圖5.14所示為固定V形塊的結(jié)構，如在軸類工件上銑鍵槽時，會用到V形塊5.3常見的定位方式和定位元件及設計要求與材料圖5.15為常用V形塊的結(jié)構形式。其中圖5.15(a)用于較短的外圓表面定位，短V形塊相當于兩個定位支承點，可限制工件的兩個移動自由度；其余三種用于較長的外圓柱表面或階梯軸，長V形塊相當于四個定位支承點，可限制工件的四個自由度，即兩個移動自由度和兩個旋轉(zhuǎn)自由度。其中圖5.15(b)用于以粗基準定位，圖5.15(c)用于以精基準定位，圖5.15(d)用于工件較長、直徑較大的重型工件，這種V形塊一般做成在鑄鐵底座上鑲淬硬支承板或硬質(zhì)合金板的結(jié)構形式。5.3常見的定位方式和定位元件及設計要求與材料如圖5.16所示，活動V形塊可用于定位機構中，能夠消除工件的一個移動自由度。此外，它還可用于定位夾緊機構中，可消除工件的一個移動自由度，還有夾緊工件的作用。5.3常見的定位方式和定位元件及設計要求與材料(2)定位套。工件以外圓表面作為定位基準面在圓孔中定位時，外圓表面的軸線是定位基準，外圓表面是定位基準面。定位套有圓定位套、半圓套和圓錐套三種結(jié)構形式。圖5.17所示為常用的定位套結(jié)構形式，為保證工件的軸向定位，常與端面組合定位，限制工件的五個自由度。5.3常見的定位方式和定位元件及設計要求與材料圖5.17(a)、(b)為圓定位套結(jié)構，其中，長半圓套相當于四個定位支承點，短半圓套相當于兩個定位支承點，與工件的配合是間隙配合。圖5.17(c)為圓錐套的結(jié)構，相當于三個定位支承點。圖5.17(d)為半圓套結(jié)構，主要用于大型軸類工件及不便于軸向裝夾的工件；定位元件是下半圓套，固定在夾具上，起定位作用，它與工件之間的配合是間隙配合；上半圓套是活動的，起夾緊作用。定位套結(jié)構簡單、制造容易，但定心精度不高，主要用于以精基準定位。5.3常見的定位方式和定位元件及設計要求與材料3.內(nèi)孔定位方式及定位元件1)內(nèi)孔定位方式以工件的圓柱孔作為定位基準面，定位可靠，使用方便，在實際生產(chǎn)中獲得廣泛使用。如齒輪、氣缸套、杠桿類工件，常以孔的中心線作為定位基準。常用的定位方法有在圓柱體上定位、在圓錐體上定位、在定心夾緊機構中定位等。工件以圓孔作為定位基準面，與定位元件多是圓柱面與圓柱面配合，具體定位限制的工件自由度數(shù)，不僅與兩者之間的配合性質(zhì)有關，還與定位基準孔與定位元件的配合長度L及直徑D有關。根據(jù)L/D的大小分為兩種情形：當L/D>1時，為長銷定位，相當于四個定位支承點，限制工件的四個自由度，能夠確定孔的中心線的位置；若配合長度較短(L/D≤1),為短銷定位，相當于兩個定位支承點，限制工件的兩個自由度，只能確定孔的中心點的位置。5.3常見的定位方式和定位元件及設計要求與材料2)定位元件(1)定位銷。圖5.18所示為標準定位銷，圖5.18(a)、(b)、(c)所示是固定式定位銷；圖5.18(d)所示是可換式定位銷。它們分圓柱銷和菱形銷兩種類型。對于直徑為3～10mm的小定位銷，根部倒圓，可以提高其強度；定位銷的頭部應做出15°的倒角，以方便工件的裝卸。大批生產(chǎn)中，工件裝卸頻繁，定位銷容易磨損而喪失定位精度，可將可換式定位銷與襯套配合使用。圓柱銷限制工件的兩個移動自由度；菱形銷(削邊銷)限制工件的一個移動自由度。5.3常見的定位方式和定位元件及設計要求與材料(2)圓錐銷。圓錐銷常用于工件孔端的定位，其結(jié)構如圖5.19所示。圓孔與圓錐銷的接觸線是一個圓，可限制工件的三個移動自由度。其中圖5.19(a)用于以粗基準定位，圖5.19(b)用于以精基準定位。根據(jù)需要可以設計菱形錐銷，以限制工件的兩個移動自由度。5.3常見的定位方式和定位元件及設計要求與材料工件以圓孔與圓錐銷定位能實現(xiàn)無間隙配合，但是單個圓錐銷定位時容易傾斜，因此圓錐銷一般不單獨使用。圖5.20(a)所示為用活動錐銷與平面組合定位(圓錐銷沿軸線方向可移動);圖5.20(b)所示為雙圓錐銷組合定位(其中一個圓錐銷沿軸線方向可移動),共限制工件的五個自由度。5.3常見的定位方式和定位元件及設計要求與材料(3)定位心軸。常用的定位心軸分為圓柱心軸和錐度心軸。圖5.21所示為圓柱心軸的常見結(jié)構形式。圖5.21(a)所示是間隙配合心軸，其工作部分一般按h6、g6或f7制造，與工件孔的配合屬于間隙配合。其特點是裝卸工件方便，但定心精度不高。工件常以孔與端面組合定位，因此要求工件孔與定位端面、定位元件的圓柱面與端面之間都有較高的位置精度。切削力矩靠端部螺紋夾緊產(chǎn)生的夾緊力傳遞。5.3常見的定位方式和定位元件及設計要求與材料圖5.21(b)所示是過盈配合心軸，由導向部分1、工作部分2和傳動部分3組成。其特點是結(jié)構簡單，定心準確，不需要另設夾緊機構；但裝卸工件不方便，易損壞工件定位孔，因此多用于定心精度高的精加工。導向部分的作用是使工件方便地裝入心軸。工作部分起定位作用。傳動部分的作用是與機床傳動裝置相連接，以傳遞運動。圖5.21(c)所示是花鍵心軸，用于帶花鍵孔工件的定位。當工件定位孔的長徑比L/D>1時，心軸工作部分應稍帶錐度。設計花鍵心軸時，應根據(jù)工件的不同定位方式確定心軸的結(jié)構：5.3常見的定位方式和定位元件及設計要求與材料當工件既要求定心精度高，又要求裝卸方便時，常以圓柱孔在小錐度心軸上定位，如圖5.22所示。這類心軸工作表面的錐度很小，常為1:1000～1:5000。工件裝在心軸上楔緊后，靠孔產(chǎn)生的彈性變形而有少許過盈，從而消除間隙并產(chǎn)生摩擦力帶動工件回轉(zhuǎn)，不需另行夾緊，但因傳遞的轉(zhuǎn)矩較小，所以僅適用于工件定位孔公差等級不低于IT7的精車和磨削加工。心軸的錐度越小，定心精度越高，夾緊越可靠，但工件軸向位置有較大的變動。因此應根據(jù)定位孔的精度和工件的加工要求合理地選擇錐度。5.3常見的定位方式和定位元件及設計要求與材料1)組合定位類型(1)工件以一面兩孔定位。在加工箱體、杠桿、蓋板和支架等零件時，工件常以兩個軸線平行的孔及與兩孔軸線相垂直的大平面為定位基準。如圖5.23所示，所用的定位元件為一大支承板，它限制了工件的三個自由度；一個圓柱銷，限制了工件的兩個自由度；一個菱形銷(也稱為削邊銷),可限制工件繞圓柱銷轉(zhuǎn)動的一個自由度。工件以一面兩孔定位，共限制了工件的六個自由度，屬于完全定位，而且易于做到在工藝過程中基準統(tǒng)一，便于保證工件的位置精度。2.外圓定位方式及定位元件5.3常見的定位方式和定位元件及設計要求與材料工件以一面兩孔定位時，如不采用一個圓柱銷和一個菱形銷，而是采用兩個圓柱銷，則由于兩個圓柱銷均限制工件的兩個相同的自由度(又和Y),其中右側(cè)定位銷限制的沿X軸的移動自由度轉(zhuǎn)換為繞Z軸的轉(zhuǎn)動自由度，重復限制的沿Y軸的移動自由度會造成工件在兩孔中心連線方向上出現(xiàn)過定位。由于工件上兩定位孔的孔距及夾具上兩銷的銷距都有誤差，當誤差較大時，這種過定位會使工件無法準確裝到夾具上進行定位。因此，實際生產(chǎn)中，工件以一面兩孔定位時，一般不采用兩個圓柱銷，而是采用圖5.23所示的一個圓柱銷和一個菱形銷。菱形銷的結(jié)構如圖5.24所示。5.3常見的定位方式和定位元件及設計要求與材料(2)工件以一個孔和一個端面定位。一個孔與端面組合定位時，孔與銷或心軸定位采用間隙配合，此時應注意避免過定位以免造成工件和定位元件的彎曲變形，如圖5.25所示。5.3常見的定位方式和定位元件及設計要求與材料①端面為第一定位基準，限制工件的了、文、乙三個自由度；孔中心線為第二定位基準，限制工件的又、Z兩個自由度。定位元件是平面支承(大支承板或三個支承釘)和短圓柱銷，實現(xiàn)五點定位，如圖5.26所示。5.3常見的定位方式和定位元件及設計要求與材料②孔的中心線為第一定位基準，限制工件的又、乙、文、它四個自由度；端面為第二定位基準，限制工件的了自由度。所使用的定位元件是平面支承(小支承板或浮動支承)和長圓柱銷或心軸，實現(xiàn)五點定位，如圖5.27所示。5.3常見的定位方式和定位元件及設計要求與材料2)組合定位分析要點對組合定位問題進行分析時要注意如下幾點：(1)幾個定位元件組合起來定位一個工件相應的幾個定位面，該組合定位元件能限制工件的自由度總數(shù)等于各個定位元件單獨定位各自相應定位面時所能限制自由度的數(shù)目之和，不會因組合后而發(fā)生數(shù)量上的變化，但它們限制了哪些方向的自由度卻會隨不同組合情況而改變。(2)定位元件在單獨定位某定位面時起限制工件移動自由度的作用，在組合定位中可能會轉(zhuǎn)化成起限制工件轉(zhuǎn)動自由度的作用。(3)單個表面的定位是組合定位分析的基本單元。(4)組合定位時，常會產(chǎn)生過定位現(xiàn)象。通常情況下，應盡量避免這種過定位，可通過改變定位元件的結(jié)構形式等來消除過定位。如圖5.23所示，采用菱形銷消除重復限制的工件沿Y軸的移動自由度。5.3常見的定位方式和定位元件及設計要求與材料定位元件要求具有一定的定位精度、表面粗糙度、耐磨性、硬度和剛度等。設計定位元件時，應滿足以下基本要求：1)足夠的精度定位元件的精度將直接影響工件的定位精度?？筛鶕?jù)分析計算、查設計手冊、參考工廠現(xiàn)有資料或根據(jù)經(jīng)驗合理確定定位元件的制造公差。2)耐磨性好定位元件在使用過程中會磨損，從而導致定位精度下降，當磨損到一定程度時，定位元件必須更換。為了延長定位元件的更換周期，提高夾具的使用壽命，定位元件應有較好的耐磨性。1.定位元件的設計要求5.3常見的定位方式和定位元件及設計要求與材料3)足夠的強度和剛度定位元件不僅起到限制工件自由度的作用，而且在加工過程中還要承受工件的重力、切削力、夾緊力等，因此定位元件必須有足夠的強度和剛度。4)工藝性好定位元件的結(jié)構應力求簡單、合理，便于制造、裝配和維修。1.定位元件的設計要求5.3常見的定位方式和定位元件及設計要求與材料定位元件的常用材料有：(1)低碳鋼：如20鋼或20Cr鋼，工件表面經(jīng)滲碳淬火，深度為0.8～1.2mm,硬度為HRC55～65。(2)高碳鋼：如T7、T8、T10等，淬硬至HRC55～65。(3)中碳鋼：如45鋼，淬硬至HRC43～48。2.定位元件的常用材料5.3常見的定位方式和定位元件及設計要求與材料當工件既要求定心精度高，又要求裝卸方便時，常以圓柱孔在小錐度心軸上定位，如圖5.22所示。這類心軸工作表面的錐度很小，常為1:1000～1:5000。工件裝在心軸上楔緊后，靠孔產(chǎn)生的彈性變形而有少許過盈，從而消除間隙并產(chǎn)生摩擦力帶動工件回轉(zhuǎn)，不需另行夾緊，但因傳遞的轉(zhuǎn)矩較小，所以僅適用于工件定位孔公差等級不低于IT7的精車和磨削加工。心軸的錐度越小，定心精度越高，夾緊越可靠，但工件軸向位置有較大的變動。因此應根據(jù)定位孔的精度和工件的加工要求合理地選擇錐度。5.3常見的定位方式和定位元件及設計要求與材料當工件既要求定心精度高，又要求裝卸方便時，常以圓柱孔在小錐度心軸上定位，如圖5.22所示。這類心軸工作表面的錐度很小，常為1:1000～1:5000。工件裝在心軸上楔緊后，靠孔產(chǎn)生的彈性變形而有少許過盈，從而消除間隙并產(chǎn)生摩擦力帶動工件回轉(zhuǎn)，不需另行夾緊，但因傳遞的轉(zhuǎn)矩較小，所以僅適用于工件定位孔公差等級不低于IT7的精車和磨削加工。心軸的錐度越小，定心精度越高，夾緊越可靠，但工件軸向位置有較大的變動。因此應根據(jù)定位孔的精度和工件的加工要求合理地選擇錐度。5.3常見的定位方式和定位元件及設計要求與材料04定位誤差分析5.4定位誤差分析同批工件在夾具中定位時，工序基準位置在工序尺寸方向或沿加工要求方向上的最大變動量，稱為定位誤差。引起定位誤差的原因如下。1.基準不重合誤差△e在定位方案中，若工件的工序基準與定位基準不重合，則同一批工件的工序基準位置相對定位基準的最大變動量，稱為基準不重合誤差，用△。表示。如圖5.28所示，圖5.28(a)為在工件上加工通槽的工序簡圖，要求保證工序尺寸A、B、C。其定位方案如圖5.28(b)所示?，F(xiàn)僅分析對工序尺寸B的定位誤差。5.4定位誤差分析如圖5.28(b)所示，在工序尺寸B方向上的定位基準為F面，而工序基準為D面，工序基準與定位基準不重合，使工序基準D的位置在尺寸L的公差范圍內(nèi)變動，引起工序尺寸B的誤差，這是由基準不重合引起的工序尺寸B的定位誤差。當工序基準僅與一個定位基準有關時，基準不重合誤差的大小，一般等于定位基準與工序基準間的尺寸(簡稱定位尺寸)公差。本例中定位尺寸為L,所以△e=2△L=T式中，△L為尺寸L的偏差；T,為尺寸L的公差。由A。引起的定位誤差，應注意取其在工序尺寸方向上的分量(投影),即4、=4。cosβ式中，β為定位尺寸方向(或基準不重合誤差方向)與工序尺寸方向間的夾角。5.4定位誤差分析2.基準位移誤差4如圖5.29所示，在工件上銑鍵槽，以外圓柱面d%在V形塊中定位(V形塊的夾角為α),定位基準是外圓柱面的中心線，外圓柱面是定位基準面。當工件基準外圓直徑為最大值d時(Ta=0),外圓中心在Q;當直徑為最小值d-Ta時(Ta>0),工件顯然要下移才能與V形塊接觸，即外圓中心下移到O?。外圓中心位置的變動量QO?即為基準位移誤差4?？梢宰C明因此，定位基準面和定位元件本身的制造誤差，會引起同一批工件的定位基準相對位置的變動，這一變動的最大范圍稱為基準位移誤差4。由4.引起的定位誤差，需要將4在加工工序尺寸方向上投影，即4…=4

。cosy式中，γ為基準位移誤差方向與工序尺寸方向間的夾角。對于其他定位方式，基準位移誤差的大小可根據(jù)定位元件與工件定位基準面的配合情況分析確定。5.4定位誤差分析定位誤差是由基準不重合誤差和基準位移誤差兩部分產(chǎn)生的定位誤差的合成。其具體計算方法如下。(1)當工序基準與定位基準為兩個獨立的表面，即△.、△無相關的公共變量時4.=4.cosβ+4wcosy(2)當工序基準在定位基準面上，即△e、△。有相關的公共變量時4w=△。cosβ±Awcosy在定位基準面尺寸變動方向一定的條件下，當△。和△的變動方向相同，即對加工

尺寸影響相同時，取“+”號；當二者變動方向相反，即對加工尺寸影響相反時，取“-”號。5.4定位誤差分析1.合成法根據(jù)定位誤差的定義，直接計算出一批工件的工序基準在工序尺寸方向上的相對位置最大位移量，即加工尺寸的最大變動范圍。具體計算時，先畫出工件定位時工序基準變動的兩個極限位置，然后直接按幾何關系確定工序尺寸的最大變動范圍。5.4定位誤差分析2.極限位置法05工件在夾具中的夾緊1)力源裝置提供原始作用力的裝置稱為力源裝置，常用的力源裝置有液壓裝置、氣動裝置、電磁裝置、電動裝置、真空裝置等。以操作者的人力為力源時，稱為手動夾緊，沒有專門的力源裝置。2)夾緊機構要使力源裝置所產(chǎn)生的原始作用力或操作者的人力正確地作用到工件上，還需要有最終夾緊工件的執(zhí)行元件(夾緊元件)以及將原始作用力或操作者的人力傳遞給夾緊元件的中間遞力機構。夾緊元件和中間遞力機構組成了夾緊機構。最簡單的夾緊機構就是一個元件，如夾緊螺釘，它既是夾緊元件，也是中間遞力機構。中間遞力機構在傳遞力的過程中起著改變力的大小、方向和自鎖的作用。手動夾緊裝置必須有自鎖功能，以防在加工過程中工件松動而影響加工，甚至造成事故。5.5工件在夾具中的夾緊1.夾緊裝置的組成(1)應保證在夾緊和加工過程中，工件定位后所獲得的正確位置不會改變。(2)夾緊力大小要適當，既要保證工件被可靠夾緊，又要防止工件產(chǎn)生不允許的夾緊變形和表面損傷。(3)工藝性好。夾緊裝置的復雜程度應與生產(chǎn)綱領相適應，在保證生產(chǎn)率的前提下，結(jié)構應力求簡單；盡量采用標準化、系列化和通用化的夾緊裝置，以便于設計、制造和維修。(4)使用性好。夾緊裝置應操作方便、安全省力，以減輕操作者的勞動強度，縮短輔助時間，提高生產(chǎn)率。5.5工件在夾具中的夾緊2.對夾緊裝置的基本要求確定夾緊力就是確定夾緊力的大小、方向和作用點三個要素。在確定夾緊力的三要素時，要分析工件的結(jié)構特點、加工要求、切削力及其他外力作用于工件的情況，而且必須考慮定位裝置的結(jié)構形式和布置方式。5.5工件在夾具中的夾緊1.夾緊力方向的確定(1)夾緊力方向應朝向主要定位基準面。如圖5.33所示，在直角支座上鏜孔，本工序要求所鏜孔與A面垂直，故應以A面為主要定位基準面，在確定夾緊力方向時，應使夾緊力朝向A面即主要定位基準面，以保證孔與A面的垂直度。反之，若朝向B面，當工件A、B兩面有垂直度誤差時，就無法實現(xiàn)以主要定位基準面定位，因而無法保證所鏜孔與A面垂直的工序要求。5.5工件在夾具中的夾緊(2)夾緊力應朝向工件剛性較好的方向，使工件變形盡可能小。由于工件在不同的方向上剛度是不等的，不同的受力表面也因其接觸面積大小不同而變形各異。尤其在夾緊薄壁零件時，更需注意。圖5.34所示的套筒，由于其軸向剛度大于徑向剛度，所以夾緊力應朝向軸向。用自定心卡盤夾緊外圓，顯然要比用特制螺母從軸向夾緊工件變形要大。5.5工件在夾具中的夾緊(3)夾緊力方向應盡可能實現(xiàn)“三力”同向，以利于減小所需的夾緊力。當夾緊力和切削力、工件自身重力的方向均相同時，加工過程中所需的夾緊力為最小，從而能簡化夾緊裝置的結(jié)構，便于操作，且利于減少工件變形。圖5.35所示為在鉆床上鉆孔的情況，由于夾緊力Fj與工件重力G和切削力F同向，工件重力和切削力也能起到夾緊作用，因此，這時所需的夾緊力為最小。5.5工件在夾具中的夾緊(1)夾緊力作用點應落在定位元件上或幾個定位元件所形成的支承區(qū)域內(nèi)。圖5.36所示為夾緊力作用點位置不合理的實例。夾緊力作用點位置不合理，會使工件傾斜或移動，破壞工件的定位。(2)夾緊力作用點應作用在工件剛性較好的部位上。如圖5.37(a)所示，若夾緊力作用點作用在工件剛性較差的頂部中點，工件就會產(chǎn)生較大的變形。圖5.37(b)所示為夾緊2.夾緊力作用點的確定(3)夾緊力作用點應盡量靠近加工部位。夾緊力作用點靠近加工部位可提高加工部位的夾緊剛性，防止或減少工件振動。如圖5.38所示，主要夾緊力F垂直作用于主要定位基準面，如果不再施加其他夾緊力，因夾緊力F沒有靠近加工部位，加工過程中易產(chǎn)生振動。所以，應在靠近加工部位處采用輔助支承并施加夾緊力F,或采用浮動夾緊機構，這樣既可提高工件的夾緊剛度，又可減小振動。5.5工件在夾具中的夾緊夾緊力的大小要適當，夾緊力太小，難以夾緊工件；夾緊力太大，將增大夾緊裝置的結(jié)構尺寸，且會增大工件變形，影響加工質(zhì)量。在加工過程中，工件受到切削力、離心力、慣性力及重力等的作用。理論上，夾緊力的大小應與上述力(矩)的大小相平衡。實際上，夾緊力的大小還與工藝系統(tǒng)的剛