《汽车制造工艺学》第2章_工件的定位和机床夹具(1)

汽车制造工艺学主讲教师李峰机械工程系机械制造教研室汽车制造工艺学第1章汽车制造工艺过程概述第2章工件的定位和机床夹具第3章汽车零件的加工精度与表面质量第4章汽车零件的机械加工工艺规程制定第5章尺寸链原理与应用第6章汽车零件加工方法与典型零件工艺分析2.1基准的定义与分类1．基准及基面基准：在零件图或零件上，确定几何要素尺寸（终点）所依据的点、线、面。可见基准：轮廓要素（如平面、棱线、素线、顶点）不可见基准：中心要素（如轴线、球心、对称中心线或面），要由相应的表面来体现。基面：体现零件中心要素基准的表面。2．基准的种类（1）设计基准：指在零件设计图纸上所采用的基准。在零件设计图上用以确定其它点、线、面位置的基准(点、线、面），称为设计基准。实际存在的表面之间可以互为基准。BC的设计基准设计基准一个零件可以有一个或几个设计基准。设计基准：设计基准：设计基准：设计基准：（2）工艺基准23333333331）定位基准:在工件加工时用来确定工件加工位置所采用的基准。或在加工时用于工件定位的基准，称为定位基准。2）工序基准：在工序图上用来确定本工序所加工尺寸、位置所采用的基准。3）测量基准：测量工件已加工表面的尺寸和位置的基准。4）装配基准：装配时，用来确定零件或部件在产品中的相互位置的基准。零件在加工、检验和装配过程中所采用的基准，称为工艺基准.包括定位基准、工序基准、测量基准和装配基准。定位基准a）、b）基准为实际表面；c）基准为表面的几何中心定位基准:定位基准:定位基准:定位基准定位基准案例定位基准表示法测量基准工序基准：在工序图上用来确定本工序所加工尺寸、位置所采用的基准。每班抽检数工位器具编号夹具编号设备名称毛坯种类车间铸件零（部）件名称零（部）件图号标准化（日期）切削速度（米/分）更改文件号标记处数工序号日期签字底图总号旧底图总号描校描图日期签字标记处数更改文件号日期签字量（检）具名称工步内容编号主轴转数（转/分）设计（日期）编号审核（日期）名称刀具及辅具借（通）用件登记机械加工工序卡片产品名称产品型号齿轮泵单件准终切削深度（毫米）进给量（毫米/分）进给次数会签（日期）批准（日期）机动辅动毛坯单件重工步工时单件重量工序名称工序号材料牌号工位器具名称夹具名称工序工时切削液精磨轴伸每毛坯可制件数设备编号设备型号毛坯外形尺寸同时加工件数每台件数主、从动齿轮第8页共11页20切削液磨床千分尺砂轮拨杆死顶针平键轴伸注：本工序仅适用于主动齿轮。祝爱04.12潘晓南乔立国贾树坤图2-48齿轮的装配基准传动轴传动齿轮键2.2机床夹具的作用、分类及组成2.2.1机床夹具的定义及组成1.机床夹具的定义在机械制造业中广泛采用能迅速将工件固定在准确位置上，完成其切削加工、检验、装配、焊接等工作所使用的工艺装备称为夹具。如机床夹具、检验夹具、装配夹具、焊接夹具等。机床夹具：在机械加工过程中，使工件在机床上相对刀具占具正确加工位置，并夹紧使其在整个加工过程中始终保持原定位置不变的工艺装备。(在各种金属切削机床上所使用的夹具称为机床夹具。)机床夹具在机械加工中起着重要的作用，尤其是在大批大量生产中。夹具的组成2.机床夹具的组成由于机床种类不同以及被加工工件结构和加工表面不同，而有各种不同的结构形式，但就机床夹具具体结构而言，从不同结构的夹具中可概括出一般机床夹具所共有的彼此之间相互独立而又相互联系的如下几个组成部分。1）定位元件确定工件在机床夹具中正确位置的元件。如支承钉、支承板、Ｖ形块、圆柱销等。2）夹紧装置将工件压紧夹牢，以确保工件在加工过程中不因受外力作用而破坏其定位后的既定位置的装置。它包括有夹紧元件、夹紧机构和动力装置。如压板、斜楔机构、气缸等。偏心轮杠杆式夹紧机构3）对刀装置确定或引导刀具与工件被加工表面之间位置的元件。如：对刀块、钻套、镗套等。4）连接元件确定夹具在机床上占有正确位置的元件。如定位键、定向键、过渡盘等。5）夹具体将夹具所有元件和装置连接成为一个整体的基础件。如底座、本体等。6）其它装置根据工件的某些特殊加工要求而设置的装置。如分度装置、靠模装置、上下料装置等。图2-42铣轴端槽夹具1—V型块2—支撑套3—手柄4—定向键5—夹具体6—对刀块123642.2.2机床夹具的作用及分类1.机床夹具的作用1）能可靠和稳定地保证加工精度2）能提高劳动生产率，降低加工成本3）能改善工人的劳动强度4）能扩大机床的使用范围2.机床夹具的分类1）按夹具的使用范围可分为：通用夹具、专用夹具、可调夹具、组合夹具等。2）按所用的机床不同夹具可分为：钻床夹具、镗床夹具、车床夹具、磨床夹具、拉床夹具等。3）按夹具上所采用的夹紧动力装置不同可分为：手动夹具、气动夹具、液压夹具、磁力夹具等。三爪卡盘四爪卡盘万向平口钳回转工作台分度头图通用夹具专用夹具：指专为某一工件的某一加工工序而设计制造的夹具。结构紧凑，操作方便，主要用于固定产品的大批大量生产。连杆加工专用夹具：该夹具靠工作台T形槽和夹具体上定位键确定其在数控铣床上的位置，并用T形螺栓紧固。专用夹具车床夹具钻床夹具图组合夹具1234567891011121314151617181—加筋角铁（2）2—槽用螺栓（6）3—平键（10）4—方形支承5—定位支承6—方形支承7—平垫圈8—六角螺母（8）9—槽用螺栓10—钻套螺钉11—快换钻套12—钻模板13—圆形定位销14—工件15—方形支承16—角铁17—压紧螺钉18—基础板气动虎钳液压夹具定位：加工前，使工件在机床上或夹具上占有正确的加工位置的过程，称为定位。2.3工件在夹具上的定位2.3.1工件的定位1．工件定位的意义任何零件为保证加工精度,在加工前，工件相对于刀具都必须始终保持有一个准确的位置。这就称为工件的定位。工件定位不准或加工中位置错动，其尺寸、形状和位置精度都不可能得到保证，导致零件报废，这是不能容许的。夹紧：用施加外力的形式，把工件已确定的定位位置固定下来的过程，称为夹紧。安装:这个定位、夹紧的过程，称为装夹或安装。安装=定位+夹紧小结：定位在前，夹紧在后定位是首要的2.4工件定位原理在机械加工过程中，为保证工件某道工序的加工要求，必须使工件在机床上相对于刀具的切削成形运动处于准确的相对位置，称为定位。当采用机床夹具安装加工一批工件时，是通过夹具来实现这一要求的。要实现工件在机床上相对刀具占据一个正确的加工位置。1、工件定位基本原理（六点定位原理）1）自由度及其分析方法工件在夹具中的定位，就是要使一批工件在夹具中都占据一致的正确的加工位置。这一确定位置可以通过用定位支承点限制工件相应自由度的方法来获得。一个尚未定位的工件在空间直角坐标系中具有（六个运动）六个自由度。这六个自由度是指工件在空间直角坐标系中沿着三个相互垂直坐标轴线所处位置的可能性，绕这三个相互垂直坐标轴线角度方位所处位置的可能性。由此可见，要使工件在夹具中占有确定的位置，就是要在空间直角坐标系中，通过定位元件限制工件的六个自由度。在分析工件定位的问题时，可转化为在空间直角坐标系中用相应的定位支承点（将具体的定位元件抽象化）来限制工件的自由度。2.4.1六点定位原理六点定位原理物体的六个自由度图六点定位原理XZY第一种自由度的分析方法及步骤：第一种自由度概念:对零件加工尺寸精度、位置精度直接影响的自由度。第一种自由度的分析方法及步骤：（1）明确工件在本工序的加工要求和相应的工序基准。（2）根据工序基准的所在位置建立空间直角坐标系。（3）依次找出影响本工序加工要求的自由度。（4）将找出的自由度进行归纳即可得到本工序应限制的第一种自由度。a）应限制的第一种自由度为沿着Z轴的一个移动自由度。b）应限制的第一种自由度为沿着X和Y轴的两个移动自由度。c）应限制的第一种自由度为沿着Z轴的一个移动自由度和沿着X和Y轴的两个转动自由度。d）应限制的第一种自由度为沿着X与Z轴的两个移动自由度和沿着X和Z轴的两个转动自由度。e）应限制的第一种自由度为沿着X与Z的两个移动自由度和沿着X、Y和Z轴的三个转动自由度。f）应限制的第一种自由度为沿着X、Y和Z轴的三个移动自由度和沿着X、Y和Z轴的三个转动自由度。2）工件定位基本原理（1）工件在夹具中的定位，可转化为在空间直角坐标系中，用相应的定位支承点来限制工件自由度的方式进行分析。（2）工件定位时应限制的自由度的数目，是根据工件在本工序的加工要求以及考虑提高工件定位稳定性和加工刚性等方面来确定的。（3）一个定位支承点只能限制工件的一个自由度。为保证工件定位的稳定性，在一个完整的定位方案中定位支承点的数目不得少于三个。（4）工件上的某一个自由度原则上只能被一个定位支承点所限制，不得出现重复限的现象。在一个完整的定位方案中定位支承点的数目不得多于六个。限制3个自由度:限制2个自由度:ZXYZXYZXYZXY图工件以平面定位ZXYZXY典型定位元件定位分析2．工件定位的四种方式（限制工件自由度与加工要求的关系）工件在夹具中的定位问题，是夹具设计中首先要解决的主要问题。在分析工件定位的问题时，定位基准的选择是一个关键问题。工件定位基准一旦被选定，则其定位方案也基本被确定了。定位基准一般在工艺规程中选定，设计夹具时可直接引用。但当工艺规程选定的定位基准不合理时，夹具设计者应会同工艺人员共同协商进行改选，以使所设计出的夹具结构合理，操作简便。必须指出，与定位支承点相接触的工件表面称为定位基面。工件的定位是通过工件定位基面与定位支承点相接触来实现的。1）完全定位和不完全定位工件定位时其六个自由度全部被限制的定位称为完全位。工件采用这种定位方式使其在空间占有一个完全确定的位置。如果工件根据该工序加工要求只需限制其部分自由度，虽然工件在空间不占有一个完全确定的位置，但不影响该工序加工要求时称为不完全定位。工件定位时应采用完全定位还是不完全定位，主要由该工序的加工要求和定位稳定性来决定。常见定位分析完全定位：图2-54连杆钻孔定位方案平面支承侧挡销短圆柱销平面：限制Y旋转、X旋转、Z轴移动短圆柱销:限制X轴移动、Y轴移动侧挡销：限制Z轴旋转常见定位分析不完全定位：图2-54连杆钻孔定位方案平面支承侧挡销短圆柱销2）欠定位工件实际定位所限制的自由度数目，少于按该工序加工要求必需限制的自由度数目称为欠定位。欠定位的结果将导致出现应该限制的自由度因未予限制，从而无法保证加工要求的不合理现象。工件所限制的自由度数目必需限制的自由度数目。结果：无法保证加工要求的不合理现象。因此，在确定工件定位方案时，绝不允许出现欠定位现象。Z旋转、Y轴移动欠定位图2-16欠定位示例XZYa）b）BBB3）过定位（超定位）过定位：两个或两个以上的定位支承点重复限制工件上的同一个自由度。过定位会导致的定位支承点之间产生干涉现象，定位不稳定、破坏定位精度、工件或定位元件受力变形、工件无法安装。因此，在确定工件定位方案时，应避免出现造成不良后果的过定位。但有时为减少工件变形或对柔性零件为提高加工刚性而采用过定位方式。但要用其利而避其害，使采用过定位带来的好处大于其害处。防止过定位的方法：改变定位元件结构，去掉多余定位点。提高工件定位基面之间和定位元件工作表面之间的位置精度。过定位实例一个定位支承点只能限制工件的一个自由度。过定位实例改进后削边销跟刀架跟刀架欠定位与过定位欠定位与过定位过定位实例改进后窄支撑∩→∩→ZZXX,,，∩∩→ZXY,，改进后改进后短圆柱心轴（可限制2个自由度）短销球面垫圈图.过定位引起夹紧变形在下图所示的连杆上钻通孔￠D时，需要保证：(1)小头孔￠D对端面A的垂直度公差t。(2)小头孔￠D对不加工外圆壁厚的均匀性。2.4.2自由度案例分析（1）X轴旋转、y轴旋转（2）X轴移动、y轴移动、X轴旋转、y轴旋转综合：X轴移动、y轴移动、X轴旋转、y轴旋转ZYX加工下图所示汽车减速器主动锥齿轮轴两端面及中心孔，需要保证：(1)轴向尺寸47mm和300mm；(2)中心孔深度尺寸11.5mm；(3)两端面对轴线的垂直度；(4)两端中心孔与未加工之轴颈的同轴度。(1)Y轴移动(2)Y轴移动