知識點3工件的定位講義

1、學(xué)習(xí)情境一 砂輪架主軸加工工藝方案制訂與實施 砂輪主軸的加工計劃（三）-工藝方案的設(shè)計（工件的定位）一、布置工作任務(wù)，明確要求二、基準(zhǔn)及基準(zhǔn)的分類基準(zhǔn)就是零件上用以確定其它點、線、面位置所依據(jù)的那些點、線、面。基準(zhǔn)根據(jù)其功用不同分為設(shè)計基準(zhǔn)與工藝基準(zhǔn)。 1設(shè)計基準(zhǔn)在零件圖上用以確定零件上其它點、線、面位置的那些點、線、面稱為設(shè)計基準(zhǔn)。如圖1-30a所示零件，對尺寸20mm而言，A、B面互為設(shè)計基準(zhǔn)；圖1-30b中，50mm圓柱面的設(shè)計基準(zhǔn)是50mm的軸線，30mm圓柱面的設(shè)計基準(zhǔn)是30mm 的軸線。就同軸度而言，50mm 的軸線是30mm軸線的設(shè)計基準(zhǔn)。圖1-30c所示零件，圓柱面的下素線D為

2、槽底面C的設(shè)計基準(zhǔn)。作為設(shè)計基準(zhǔn)的點、線、面在工件上不一定具體存在，例如表面的幾何中心、對稱線、對稱平面等。 2工藝基準(zhǔn)零件在加工工藝過程中所采用的基準(zhǔn)稱為工藝基準(zhǔn)。工藝基準(zhǔn)按用途不同又可分為工序基準(zhǔn)、定位基準(zhǔn)、測量基準(zhǔn)和裝配基準(zhǔn)。圖1-31 設(shè)計基準(zhǔn)示例（1）工序基準(zhǔn) 在工序圖上，用以確定本工序被加工表面加工后的尺寸、形狀、位置的基準(zhǔn)稱為工序基準(zhǔn)。其所標(biāo)注的加工面尺寸稱為工序尺寸。（2）定位基準(zhǔn) 加工時，使工件在機(jī)床上或夾具中占據(jù)一正確位置所依據(jù)的基準(zhǔn)稱為定位基準(zhǔn)。作為定位基準(zhǔn)的點、線、面可能是工件上的某些面，也可能是看不見摸不著的中心線、對稱線、對稱面、球心等。工件定位時，往往需要通過某些

3、表面來體現(xiàn)，這些面稱為定位基準(zhǔn)面。例如，用三爪自定心卡盤夾持工件外圓，體現(xiàn)以軸線為定位基準(zhǔn)，外圓面為定位基準(zhǔn)面；嚴(yán)格地說，定位基準(zhǔn)與定位基面并不相同，但可以替代，這中間存在一個誤差問題，定位精度要求高時，替代后需計入這個誤差。（3）測量基準(zhǔn) 零件檢驗時，用以測量已加工表面尺寸形狀及位置的基準(zhǔn)稱為測量基準(zhǔn)。（4）裝配基準(zhǔn) 裝配時，用以確定零件或部件在產(chǎn)品中的相對位置所采用的基準(zhǔn)稱為裝配基準(zhǔn)。 三、工件的裝夾方式 工件的裝夾方式有三種： 1直接找正法直接找正法是用百分表、劃針或目測在機(jī)床上直接找正工件，使其獲得正確位置的一種裝夾方法。例如在磨床上磨削一個與外圓表面有同軸度要求的內(nèi)孔時，加工前將工件

4、裝在四爪單動卡盤上，用百分表直接找正外圓表面，即可獲得工件的正確位置。又如在牛頭刨床上加工一個同工件底面及側(cè)面有平行度要求的槽時，用百分表找正工件的右側(cè)面，即可使工件獲得正確的位置。直接找正法裝夾工件時找正面即為定位基準(zhǔn)。 直接找正法生產(chǎn)效率低，對工人技術(shù)水平要求高，一般用于單件小批量生產(chǎn)。2劃線找正法劃線找正法是先在毛坯上按照零件圖劃出中心線、對稱線和各待加工表面的加工線，然后將工件裝在機(jī)床上，按照劃好的線找正工件在機(jī)床上的裝夾位置。此時用于找正的劃線即為定位基準(zhǔn)。由于受到劃線精度及找正精度的限制，此法多用于生產(chǎn)批量較小，毛坯精度較低以及大型零件等不便于使用夾具的粗加工中。 3用夾具裝夾此法

5、是用夾具上的定位元件使工件獲得正確位置的一種方法。此時工件與定位元件相接觸的面即為定位基準(zhǔn)。采用夾具裝夾，迅速方便生產(chǎn)率高，定位精度高；但需設(shè)計、制造專用夾具，廣泛用于成批生產(chǎn)和大量生產(chǎn)中。四、夾具的作用、分類及組成 1夾具的作用在機(jī)械制造過程中，廣泛采用著各種夾具，夾具的主要作用有以下幾個方面： （1）能穩(wěn)定地保證工件的加工精度 用夾具裝夾工件時，工件相對刀具、機(jī)床的位置由夾具保證，不受劃線質(zhì)量及工人技術(shù)水平的影響，因而精度高，穩(wěn)定可靠。（2）縮短了勞動時間，提高了勞動生產(chǎn)率 采用夾具后，能使工件迅速地定位和夾緊，縮短了輔助時間和基本時間，提高了勞動生產(chǎn)率。（3）改善了勞動條件，降低了生產(chǎn)成

6、本 用夾具裝夾工件方便、省力、安全。特別是采用氣動、液壓等夾緊裝置時，減輕了工人的勞動強(qiáng)度，保證了安全生產(chǎn)。同時，生產(chǎn)率也得到了提高，故可明顯的降低成本。 2夾具的分類 目前夾具尚無統(tǒng)一的分類方法。一般按夾具的應(yīng)用范圍和所使用的機(jī)床來分類。按應(yīng)用范圍可分為以下五種基本類型：（1）通用夾具 通用夾具是指結(jié)構(gòu)、尺寸已規(guī)格化，且具有一定的通用性，可以用來裝夾一定形狀和一定尺寸范圍內(nèi)的各種工件，而不需進(jìn)行特殊調(diào)整的夾具。如三爪自定心卡盤、四爪單動卡盤、萬能分度頭、回轉(zhuǎn)工作臺、機(jī)用平口鉗等。（2）專用夾具 為滿足某一工件的某道工序加工而專門設(shè)計、制造的夾具稱為專用夾具。這類夾具能提高零件加工的生產(chǎn)率，且

7、操作方便，安全可靠，但設(shè)計與制造周期長，費用較高，生產(chǎn)對象變化后無法再用，故適用于加工對象固定的成批生產(chǎn)。（3）可調(diào)夾具 可調(diào)整夾具是指加工完一種工件后，通過調(diào)整或更換原夾具上個別元件就可加工形狀相似，尺寸相近工件的夾具。一般分為通用可調(diào)夾具和成組夾具。通用可調(diào)夾具是在通用夾具的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，通用范圍較大。而成組夾具則是專門為成組加工工藝中某一組工件而設(shè)計制造的，針對性強(qiáng)，加工對象和適用范圍明確，可使多品種、小批量生產(chǎn)獲得類似于大量生產(chǎn)的經(jīng)濟(jì)效益，是夾具發(fā)展的方向。（4）組合夾具 組合夾具是指按某種工序的加工要求，將一套專門設(shè)計、制造的標(biāo)準(zhǔn)元件組裝而構(gòu)成的夾具。其靈活多變、萬能性強(qiáng)、制造周

8、期短、元件可重復(fù)使用。因此，特別適用于新產(chǎn)品的試制和單件小批生產(chǎn)，現(xiàn)在數(shù)控加工中應(yīng)用多，是目前夾具發(fā)展方向。（5）隨行夾具 這是一種在自動線或柔性制造系統(tǒng)中使用的夾具。工件安裝在隨行夾具上，除完成對工件的定位和夾緊外，還載著工件由運輸裝置送往各機(jī)床，并在各機(jī)床上被定位和夾緊。按使用的機(jī)床類型分為：車床夾具、銑床夾具、鉆床夾具、鏜床夾具、磨床夾具等。 3夾具的組成雖然各類機(jī)床夾具的結(jié)構(gòu)不同，但按其各部分的主要功能分析可知，它一般是由定位元件、夾緊裝置、夾具體和其它裝置或元件組成。（1）定位元件 定位元件的作用是確定工件在夾具中的正確位置。如圖1-31b為鉆后蓋零件上12mm孔的夾具，夾具上的圓柱

9、銷5，菱形銷1和支承板6都是定位元件，通過它們使工件在夾具中占據(jù)正確的位置。圖1-32 后蓋零件圖及后蓋鉆夾具a) 后蓋零件圖 b) 后蓋鉆夾具1-菱形銷 2-螺桿 3-螺母 4-開口墊圈 5-圓柱銷6-支承板 7-夾具體 8-鉆模板 9-鉆套（2）夾緊裝置 夾緊裝置的作用是保證工件在夾具中已定位好的正確位置在加工過程中不因外力的影響而變化，使加工順利進(jìn)行。如圖1-31中的螺桿2（與圓柱銷合成的一個零件），螺母3和開口墊圈4組成了夾緊裝置。（3）夾具體 夾具體是夾具的基礎(chǔ)件，如圖1-31中的件7，通過它將夾具的所有部分連接成一個整體。（4）其它裝置或元件 夾具除上述三部分外，還有一些根據(jù)需要設(shè)

10、置的其它裝置或元件，如分度裝置、導(dǎo)向元件和夾具與機(jī)床之間的聯(lián)接元件等。圖1-31中的鉆套9與鉆模板8就是為了引導(dǎo)鉆頭而設(shè)置的導(dǎo)向裝置。 五、定位原理 （一）六點定位原理圖1-33 工件的六個自由度任何一個尚未定位的工件，在空間直角坐標(biāo)系中都可看成是自由物體，具有六個自由度，即沿三個互相垂直的坐標(biāo)軸的移動自由度和繞三個坐標(biāo)軸的旋轉(zhuǎn)自由度。如圖1-32所示，在工件定位分析中，用、分別表示沿x軸、y軸、z軸的移動自由度，用、分別表示繞x軸、y軸、z軸的轉(zhuǎn)動自由度。要使工件沿某方向的位置確定，就必須限制該方向的自由度。當(dāng)工件的六個自由度在夾具中都被限定時，工件在夾具中的位置就被完全確定了。這就是六點定

11、位原理。實現(xiàn)的方法是：用適當(dāng)分布的六個支承點來限制工件的六個自由度，如圖1-33所示，工件以A、B、C三個平面為定位基準(zhǔn)，底面A緊貼在支承點1、2、3上，限制了、三個自由度，側(cè)面B緊貼在4、5支承點上，限制了、兩個自由度，端面C緊貼在支承點6上，限制了自由度。這樣六個支承點就限制了工件全部的自由度。 （二）應(yīng)用六點定位原理應(yīng)注意的問題在應(yīng)用六點定位原理時，應(yīng)注意以下幾個問題： 1正確的定位圖1-34 六點定位原理工件正確的定位是指工件定位面與夾具定位元件的定位工作面相接觸或配合來限制工件的自由度，二者一旦脫離接觸或配合，則定位元件就喪失了限制工件自由度的作用。 2定位方式按照限制工件自由度數(shù)目

12、的不同，工件定位方式可分為：完全定位、不完全定位、欠定位和過定位。 （1）完全定位 工件的六個自由度全被限制的定位狀態(tài)，稱為完全定位。如圖1-33所示即為完全定位。一般工件在三個方向上都有尺寸要求時，要用此方式定位。（2）不完全定位 工件被限制的自由度數(shù)目少于六個，但能保證加工要求時的定位狀態(tài)。（3）欠定位 是指工件實際定位所限制的自由度少于按其加工要求所必須限制的自由度時的定位狀態(tài)。由于應(yīng)限制的自由度未被限制，必然無法保證工序所規(guī)定的加工要求，因此欠定位是不允許的。（4）過定位 定位元件重復(fù)限制工件同一自由度的定位狀態(tài)稱為過定位。這種定位狀態(tài)是否允許采用，主要從它產(chǎn)生的后果來判斷。當(dāng)過定位導(dǎo)

13、致工件或定位元件變形，工件與定位元件干涉，明顯影響工件的定位精度時，不能采用。 實際生產(chǎn)中，在采取適當(dāng)工藝措施的情況下，可利用過定位來提高定位剛度，這就是過定位的合理應(yīng)用。六、定位元件的結(jié)構(gòu)特點及應(yīng)用 （一）工件以平面定位 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，它們是固定不變的。圖1-35 支承釘 （1）支承釘 圖1-34所示是標(biāo)準(zhǔn)支承釘結(jié)構(gòu)（GB/T22261991），A型是平頭支承釘，用于定位加工過的精基準(zhǔn)；B型是球頭支承釘，用于定位未加工毛坯的粗基準(zhǔn)；C型是齒紋面支承釘，常用于側(cè)面定位以增大摩擦力。一般一個支承釘只限制一個自由度，因此一個毛坯平面只能用三個球頭支承釘

14、定位，以保證接觸點確定，使其定位穩(wěn)定。若工件是以加工過的平面為定位基準(zhǔn)，則可用三個或更多的平頭支承釘定位。但必須保證這幾個平頭支承釘?shù)亩ㄎ还ぷ髅嫖挥谕黄矫鎯?nèi)，否則，就會使各支承釘不能全部與工件接觸，造成定位不穩(wěn)定。 （2）支承板 圖1-35所示是標(biāo)準(zhǔn)支承板結(jié)構(gòu)（GB/T22361991），用于定位精基準(zhǔn)平面。A型支承板結(jié)構(gòu)簡單，制造容易，但孔邊切屑不易清除，故適用于側(cè)面及頂面定位。B型因開有斜槽，容易清除切屑，易保證工作面清潔，故適用于底面定位。 2可調(diào)支承圖1-36 支承板支承點位置可以調(diào)整的支承為可調(diào)支承，如圖1-36所示為幾種常用的可調(diào)支承。調(diào)整時要先松后調(diào)，調(diào)好后用防松螺母鎖緊。可調(diào)

15、支承主要用于工件以粗基準(zhǔn)面定位或定位基面的形狀復(fù)雜（如成型面，臺階面等），以及各批毛坯的尺寸、形狀變化較大時的情況。 3自位支承圖1-38 自位支承圖1-37 可調(diào)支承在工件定位過程中，能自動調(diào)整位置的支承稱為自位支承（也稱浮動支承），圖1-37所示為兩點式自定位支承。這類支承的特點是：支承點的位置能隨著工件定位基準(zhǔn)面的不同而自動調(diào)節(jié)，工件定位基面壓下其中一點，其余點便上升，直至各點都與工件接觸。接觸點數(shù)的增加，提高了工件的裝夾剛度和穩(wěn)定性，但其作用仍相當(dāng)于一個固定支承，只限制工件一個自由度。4輔助支承輔助支承是用來提高工件的裝夾剛度和穩(wěn)定性，不起定位作用。輔助支承的工作特點是：待工件定位夾緊

16、以后，再調(diào)整支承釘?shù)母叨龋蛊浞謩e與工件的有關(guān)表面接觸并鎖緊。每安裝一個工件就調(diào)整一次輔助支承。另外，輔助支承還可起到預(yù)定位作用。 （二）工件以圓孔定位 工件以圓孔表面作為定位基面時，常用以下定位元件： 1圓柱定位銷圖1-39 圓柱定位銷圖1-38為常用圓柱定位銷結(jié)構(gòu)。當(dāng)工件直徑小于10mm時，為避免銷子因撞擊而折斷，或熱處理淬裂，通常將根部倒出圓角R，應(yīng)用時在夾具體上锪出沉孔，使定位銷圓角部分沉入孔內(nèi)而不影響定位，如圖1-38a所示。大批量生產(chǎn)時,為了便于更換定位銷可采用圖1-38d所示的帶襯套結(jié)構(gòu)。圓柱定位銷的工作部分直徑通常根據(jù)加工要求按g5、g6、f6、f7制造，定位銷與夾具體的配合可

17、參考標(biāo)準(zhǔn)。 2圓柱定位心軸圓柱定位心軸主要用在車床、銑床、磨床上加工套類和盤類零件。 3圓錐定位銷圖1-40 圓錐銷定位圖1-39所示為工件以圓孔在圓錐銷上的定位示意圖。它限制了工件的、三個自由度，錐銷與圓孔沿孔口接觸，孔口的形狀直接影響接觸情況，從而影響定位精度。圖1-39a為整體圓錐銷適應(yīng)于加工過的圓孔，若圓孔是毛坯孔，由于孔的誤差大，為保證二者接觸均勻，采用圖1-39b所示的結(jié)構(gòu)。（三）工件以外圓柱面定位工件以外圓柱面定位時，常用的定位元件有V形塊、半圓套、定位套等。1V形塊（1）V形塊的典型結(jié)構(gòu) 圖1-40所示為常用V形塊。圖1-40a是用于精基準(zhǔn)的短V形塊；圖1-40b是用于精基準(zhǔn)的

18、長V形塊；圖1-40c是用于粗基準(zhǔn)的長V形塊，也可定位兩段精基準(zhǔn)外圓相距較遠(yuǎn)的階梯軸；圖1-40d為大重量工件用鑲淬硬墊塊或鑲硬質(zhì)合金V形塊。采用這種結(jié)構(gòu)除制造經(jīng)濟(jì)性好外，又便于V形塊定位工作面磨損后更換，還可通過更換不同厚度的墊塊以適應(yīng)不同直徑的工件定位，使結(jié)構(gòu)通用化。長、短V形塊是按照V形塊量棒和V形塊定位工作面的接觸長度L與量棒直徑d之比來區(qū)分，即L/d<<1時為短V形塊，L/d>>1時為長V形塊。圖1-41 V形塊的典型結(jié)構(gòu)（2）V形塊的結(jié)構(gòu)參數(shù) 標(biāo)準(zhǔn)V形塊（GB/T22081991）的結(jié)構(gòu)參數(shù)見圖1-41。V形塊在夾具上調(diào)整好位置后用螺釘緊固并配作兩個銷孔，用

19、兩個定位銷定位。兩斜面的夾角有60、90、120三種，其中以90應(yīng)用最廣。標(biāo)準(zhǔn)V形塊是根據(jù)工件定位面外圓直徑來選取。設(shè)計非標(biāo)準(zhǔn)V形塊時可參考標(biāo)準(zhǔn)V形塊的結(jié)構(gòu)參數(shù)來進(jìn)行。 圖1-42 V形塊的結(jié)構(gòu)尺寸 （3）V形塊的定位特性 V形塊定位的最大優(yōu)點是對中性好，它可使一批工件的定位基準(zhǔn)軸線對中在V形塊兩斜面的對稱面上，而不受定位基準(zhǔn)直徑誤差的影響。V形塊定位的另一個特點是無論定位基準(zhǔn)是否經(jīng)過加工，是完整的圓柱面還是局部的圓弧面，都可以采用V形塊定位。因此在以外圓柱面定位時，V形塊是用得最多的定位元件。 2定位套圖1-43 定位套工件以外圓柱面定位時，也可采用圖1-42所示的定位套。圖1-42a為短定

20、位套，限制工件兩個自由度，圖1-42b為長定位套，限制工件四個自由度。定位套結(jié)構(gòu)簡單，容易制造，但是定心精度不高，一般適用精基準(zhǔn)定位。長短定位套的區(qū)分與長短V形塊的區(qū)分相同。 3半圓套圖1-43所示兩種結(jié)構(gòu)的半圓套定位裝置，主要用于大型軸類工件及不便軸向裝夾的工件定位。工件定位面的精度應(yīng)不低于IT8IT9，上面的半圓套1起夾緊作用，下面的半圓套2起定位作用。 七、定位誤差的分析計算圖1-44 半圓套1-上半圓套 2-下半圓套 （一）定位誤差產(chǎn)生的原因 造成定位誤差的原因是定位基準(zhǔn)與工序基準(zhǔn)不重合以及定位基準(zhǔn)的位移誤差兩個方面。1基準(zhǔn)不重合誤差由于定位基準(zhǔn)與工序基準(zhǔn)不重合而造成的定位誤差，稱為基

21、準(zhǔn)不重合誤差，以表示。圖1-44a為一工件的銑削加工工序簡圖，圖1-44b為其定位簡圖。加工尺寸L的工序基準(zhǔn)是E面，而定位基準(zhǔn)是A面，這種定位基準(zhǔn)與工序基準(zhǔn)的不重合，將會因它們之間的尺寸L的誤差T給工序尺寸L造成定位誤差，由圖1-44可知：=LL (1-1)僅與基準(zhǔn)的選擇有關(guān)，故通常在設(shè)計時遵循基準(zhǔn)重合原則，即可防止產(chǎn)生，如圖1-44中的工序尺寸其工序基準(zhǔn)與定位基準(zhǔn)均為B面即基準(zhǔn)重合，基準(zhǔn)不重合誤差為零。圖1-45 基準(zhǔn)不重合誤差示例2 基準(zhǔn)位移誤差工件在夾具中定位時，由于定位副（工件的定位表面與定位元件的工作表面）的制造誤差和最小配合間隙的影響，使定位基準(zhǔn)在加工方向上產(chǎn)生位移，導(dǎo)致各個工件位

22、置不一致，造成加工誤差，這種定位誤差稱為基準(zhǔn)位移誤差，以表示。不同的定位方式，其基準(zhǔn)位移誤差的計算方法也不同。（1）用圓柱定位銷、圓柱心軸中心定位 當(dāng)圓柱定位銷、圓柱心軸與被定位的工件內(nèi)孔為過盈配合時，不存在間隙，定位基準(zhǔn)（內(nèi)孔軸線）相對定位元件沒有位置變化，則:=0當(dāng)定位為間隙配合時，如圖1-45所示，由于間隙的影響，會使工件的中心發(fā)生偏移，其偏移量即為最大配合間隙，可按下式計算：=X=X （1-2）式中 X定位副最大配合間隙； 工件定位基準(zhǔn)孔的直徑公差； 圓柱定位銷或圓柱心軸的直徑公差； X定位副所需最小間隙，由設(shè)計時確定。圖1-46 X對工件位置公差的影響基準(zhǔn)位移誤差的方向是任意的。減小定位副配合間隙，即可減小值，提高定位精度。(2）以平面定位 由于工件定位面與定位元件工作面以平面接觸時，二者的位置不會發(fā)生相對變化，因此認(rèn)為其基準(zhǔn)位移誤差為零。即： =0 （3