《機(jī)械制造技術(shù)》課件1第2章

第2章工件安裝2.1工件的安裝2.2工件的定位2.3工件的夾緊 2.1工件的安裝

1.校正定位法

采用校正定位法安裝時(shí)，工件在機(jī)床上是靠找正的方法來(lái)獲得所要求的位置的。校正定位法分為直接找正定位法和劃線(xiàn)找正定位法兩種。

1)直接找正定位法

直接找正定位方法是在機(jī)床上利用劃針或百分表等測(cè)量工具（儀器）直接找正工件位置的方法。如圖2－1所示，用四爪卡盤(pán)夾持一套筒的外圓來(lái)加工內(nèi)孔。為了保證內(nèi)孔中心線(xiàn)與外圓中心線(xiàn)同軸，可用劃針或百分表找正工件，使外圓中心線(xiàn)與機(jī)床主軸回轉(zhuǎn)中心線(xiàn)重合，然后再加工內(nèi)孔，即可保證內(nèi)孔與外圓同軸。

該方法生產(chǎn)率低，其安裝精度主要取決于工人操作技術(shù)水平和測(cè)量工具的精確度,一般用于單件小批量生產(chǎn)。

2)劃線(xiàn)找正定位法

如圖2－2所示，劃線(xiàn)找正定位法是首先根據(jù)工序加工的要求，先在工件上劃出中心線(xiàn)、對(duì)稱(chēng)線(xiàn)和表面的加工位置線(xiàn)等，然后再在機(jī)床上按照已劃好的線(xiàn)來(lái)找正工件位置的方法。該方法由于增加了劃線(xiàn)工作，因此生產(chǎn)率低，安裝精度低，同時(shí)需要技術(shù)較高的劃線(xiàn)工，一般多用于生產(chǎn)批量不大、工件形狀復(fù)雜或尺寸和重量較大、表面粗糙且精度很低的鑄件與鍛件。另外，在加工階段的初期，為了合理分配加工余量，有時(shí)也經(jīng)常使用劃線(xiàn)找正定位法。圖2－1直接找正定位法圖2－2劃線(xiàn)找正定位法

2.非校正定位法

采用非校正定位法時(shí)，首先將夾具安裝在機(jī)床上，并使夾具在機(jī)床上獲得正確的加工位置。由于工件是用夾具來(lái)安裝的，而夾具又是由定位元件、夾緊裝置等部分組成的，因此只要使工件與夾具的定位元件相接觸，就可使工件獲得所要求的加工位置。該方法工件裝卸方便、快捷，效率高，同時(shí)可使一批工件都能在夾具中占據(jù)一致的加工位置。但由于夾具存在著設(shè)計(jì)與制造，會(huì)使生產(chǎn)成本增加，故常用于批量較大的中小尺寸工件的生產(chǎn)中。 2.2工件的定位

2.2.1工件在空間的自由度圖2－3工件的自由度2.2.2工件的定位原理

由前可知，一個(gè)工件在空間有六個(gè)自由度，而定位的目的就是加以必要的約束條件，使工件失掉這些自由度。為了使所分析的問(wèn)題簡(jiǎn)便明了，我們引出定位支承點(diǎn)這一概念，將具體的約束元件抽象化，將其轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的定位支承點(diǎn)，用這些定位支承點(diǎn)來(lái)限制工件的六個(gè)自由度。下面我們以一個(gè)長(zhǎng)方體定位的例子進(jìn)行分析。圖2－4六點(diǎn)定位原理綜上所述，工件定位的基本原理是：用在三個(gè)相互垂直平面上合理布置的六個(gè)定位支承點(diǎn)與工件緊密接觸或配合，以限制工件在空間的六個(gè)自由度，使工件在空間占有一確定的位置，此稱(chēng)為“六點(diǎn)定則”。需要強(qiáng)調(diào)的是，定位支承點(diǎn)必須與工件始終保持緊密接觸或配合，不得脫離。若二者脫離，則表示定位支承點(diǎn)失去了限制自由度的作用（即失去定位作用）。另外，定位支承點(diǎn)的布置必須合理，例如底面上布置的三個(gè)定位支承點(diǎn)不能在同一條直線(xiàn)上，并且三個(gè)定位支承點(diǎn)所形成的三角形的面積越大越好；側(cè)面上布置的兩個(gè)定位支承點(diǎn)所形成的連線(xiàn)不能垂直于三點(diǎn)所形成的平面，并且兩點(diǎn)之間的距離越遠(yuǎn)越好。這就是“合理布置”的含義。圖2-5盤(pán)狀工件的定位2.2.3工件的定位形式

工件的定位形式有以下幾種：

1.完全定位

用六個(gè)合理布置的定位支承點(diǎn)限制工件的六個(gè)自由度，使工件的位置在空間完全確定的定位方式稱(chēng)為完全定位。如圖2－6(a)所示，在工件上銑一槽，由于在OX、OY、OZ三個(gè)方向上均有工序尺寸要求（x、y、z），因此必須將工件的全部自由度加以限制，否則采用定距切削時(shí)將不能保證全部工序尺寸要求。圖2－6完全定位與不完全定位綜上所述，工件定位時(shí)，并非在所有情況下都必須使工件完全定位。工件定位時(shí)自由度的限制最多是六個(gè)，但也可以少于六個(gè)，除特殊情況外（如磨滾珠），一般不少于三個(gè)。因此，在確定工件定位時(shí)，應(yīng)首先根據(jù)工序的加工要求，明確工序尺寸的數(shù)目和方向，分析必須限制哪些自由度，然后以相應(yīng)的定位支承點(diǎn)去限制這些自由度。表2－1為工件滿(mǎn)足加工技術(shù)要求必須限制的自由度。圖2-7過(guò)定位及其避免措施

4.欠定位

工件定位時(shí)，若實(shí)際定位支承點(diǎn)或?qū)嶋H限制的自由度數(shù)目少于按其加工要求所必須限制的自由度數(shù)目，即根據(jù)加工技術(shù)要求應(yīng)該限制的自由度沒(méi)有被限制住，出現(xiàn)了定位不足，則這種定位現(xiàn)象稱(chēng)為欠定位。如圖2－8所示，要求在一長(zhǎng)方體工件上加工一直角面，根據(jù)加工要求必須限制工件的五個(gè)自由度，以便定位在圖中虛線(xiàn)所示的位置。若只采用平面定位（相當(dāng)于三個(gè)定位支承點(diǎn)），則只能限制三個(gè)自由度，因此在定位過(guò)程中工件的位置就有可能處于實(shí)線(xiàn)所示的情況，顯然無(wú)法保證加工精度的要求。由此可知，在確定工件定位方案時(shí)，決不允許出現(xiàn)欠定位這樣的原則性錯(cuò)誤。圖2－8加工直角面時(shí)的欠定位綜上所述，在運(yùn)用定位原理確定工件定位方案時(shí)，必須注意以下幾點(diǎn)：

(1）根據(jù)工件的結(jié)構(gòu)形狀特點(diǎn)和工序加工要求來(lái)確定工件實(shí)際應(yīng)該限制的自由度數(shù)目。

(2）任何情況下都不允許出現(xiàn)欠定位。

(3）根據(jù)具體加工條件，正確對(duì)待和處理過(guò)定位。

(4）正確配置定位支承點(diǎn)，以提高工件的定位精度和穩(wěn)定性。

2.3工件的夾緊

2.3.1夾緊力方向的確定

(1)夾緊力方向應(yīng)朝向主要定位基準(zhǔn)面。由“六點(diǎn)定則”我們知道，用六個(gè)合理布置在三個(gè)互相垂直平面里的定位支承點(diǎn)可以限制工件的六個(gè)自由度。但每個(gè)平面所限制的自由度數(shù)目是不一樣的，其中限制自由度數(shù)目最多的平面稱(chēng)為主要定位基準(zhǔn)面。該表面的面積一般較大，力作用在上面后所引起的變形較小，消除的自由度較多。為了保證工件定位的準(zhǔn)確性和可靠性，夾緊力的方向應(yīng)朝向主要定位基準(zhǔn)面。如圖2－9所示在直角支座上鏜孔，由于工序要求所鏜的孔與A面垂直，故以A面作為主要定位基準(zhǔn)面。在確定夾緊力方向時(shí)，應(yīng)使夾緊力朝向A面，以保證孔與A面的垂直度要求。若朝向B面，當(dāng)工件A、B兩面有垂直度誤差時(shí)，就無(wú)法保證所鏜的孔與A面的垂直要求。

圖2－9夾緊力方向與定位基準(zhǔn)的關(guān)系

(2)夾緊力應(yīng)朝向工件剛性較好的方向。我們知道，承力表面大小的不同，剛性不同，其接觸變形也就不同。而變形則會(huì)影響加工精度。因此，在選擇夾緊力方向時(shí)，應(yīng)選接觸面較大的那個(gè)面，并在工件剛性較好的部位或方向上將工件夾緊，以減小工件的變形。這一點(diǎn)在夾緊薄壁零件時(shí)，就更需注意。如圖2－10所示的套筒零件，由于其軸向剛度大于徑向剛度，夾緊力方向應(yīng)朝向軸向方向。用卡盤(pán)的卡爪夾緊工件外圓，顯然比用特制螺母從軸向夾緊工件時(shí)的變形要大。圖2－10夾緊力方向與工件剛性的關(guān)系

(3)夾緊力方向應(yīng)使所需夾緊力盡可能小。減小夾緊力可減小工件變形。但要減小夾緊力，就應(yīng)盡可能使夾緊力方向與切削力和工件重力方向一致，即實(shí)現(xiàn)“三力”同向。圖2－11所示為工件重力G、切削力P和夾緊力W之間的相互關(guān)系。圖(f）所示的情況最差。在實(shí)際生產(chǎn)中，三力方向一致的情況極少，因此應(yīng)根據(jù)各種因素和具體情況具體分析，盡量使所需的夾緊力最小。圖2－11夾緊力方向與夾緊力大小的關(guān)系2.3.2夾緊力作用點(diǎn)的選擇

選擇夾緊力作用點(diǎn)，是指在夾緊力方向已定的情況下，確定夾緊力施力點(diǎn)的位置和數(shù)目。合理選擇作用點(diǎn)必須注意以下幾點(diǎn)：

(1)夾緊力作用點(diǎn)應(yīng)落在支承面中心或支承面內(nèi)。如圖2－12所示，夾緊力作用點(diǎn)靠近支承面幾何中心，可使夾緊力均勻分布在整個(gè)接觸面上，從而保證定位穩(wěn)定可靠。若夾緊力作用在支承面范圍之外，則夾緊力與支承反力所構(gòu)成的力偶，將使工件傾斜或移動(dòng)，破壞工件的定位。正確的夾緊力作用點(diǎn)應(yīng)和支承點(diǎn)位于同一直線(xiàn)上。圖2－12夾緊力作用在支承面外

(2)夾緊力作用點(diǎn)應(yīng)選在工件剛性較好的部位上。如圖2－13(a）所示夾緊力作用點(diǎn)置于工件頂部中心，由于該處懸空且壁薄，剛性差，工件勢(shì)必產(chǎn)生變形。若改為圖2－13(b）所示的夾緊方式，既增加了接觸面積，又作用在工件剛性較好的部位上，所以?shī)A緊變形小。圖2－13夾緊力作用點(diǎn)與工件剛性的關(guān)系

(3)夾緊力作用點(diǎn)應(yīng)盡可能靠近被加工部位。夾緊力作用點(diǎn)靠近加工部位可以使切削力對(duì)于夾緊力作用點(diǎn)的力矩變小，從而防止或減少工件振動(dòng)，同時(shí)也可提高加工部位的夾緊剛性。如圖2－14所示，主要夾緊力垂直作用于主要定位面，如果不再施加其它夾緊力，則加工過(guò)程中易產(chǎn)生振動(dòng)。所以應(yīng)在靠近加工部位處采用輔助支承并施加夾緊力，這樣既可提高工件的夾緊剛度，又可減小振動(dòng)。圖2－14夾緊力作用點(diǎn)應(yīng)靠近加工表面圖2－15夾緊力作用點(diǎn)數(shù)目與工件變形的關(guān)

(4)夾緊力作用點(diǎn)的數(shù)目應(yīng)盡量使工件在整個(gè)接觸面上實(shí)現(xiàn)均勻夾緊。如圖2－15所示的薄壁套類(lèi)工件，在徑向夾緊時(shí)，作用點(diǎn)數(shù)目與夾緊變形有著很大的關(guān)系。

若采用三點(diǎn)夾緊，則其變形量為若采用四點(diǎn)夾緊，則其變形量為若采用六點(diǎn)夾緊，則其變形量為式中：E——材料彈性模量（Pa）；

I——工件斷面的慣性矩（m4）；

R——工件半徑（m）；

W——夾緊力（N）。由此可知，當(dāng)夾緊力作用點(diǎn)由三點(diǎn)增為六點(diǎn)時(shí)，其徑向變形就減小為原來(lái)的1/10。因此，為了減小夾緊變形，應(yīng)適當(dāng)增加夾緊力作用點(diǎn)的數(shù)目。綜上所述，夾緊力作用點(diǎn)選擇是否合理對(duì)工件的夾緊變形影響極大。所以,在實(shí)際生產(chǎn)中，應(yīng)根據(jù)各種因素進(jìn)行綜合分析，以確定合理的夾緊方案。當(dāng)夾緊力必須施加在工件剛性較差的部位時(shí)，則應(yīng)采取防止變形的措施，如圖2－16所示。圖2－17為夾緊力作用點(diǎn)選擇好壞的示例。圖2－16防止工件變形的措施圖2－17夾緊力作用點(diǎn)選擇示例2.3.3夾緊力大小的確定

夾緊力的大小對(duì)工件安裝的可靠性、工件的變形以及夾緊機(jī)構(gòu)的選用等都有很大關(guān)系。夾緊力過(guò)小，難以?shī)A緊工件；夾緊力太大，則會(huì)增大工件的變形，影響加工質(zhì)量。因此，夾緊力的大小要適當(dāng)。

在加工過(guò)程中，由于工件受到切削力、慣性力、離心力及重力等的作用，理論上夾緊力的大小應(yīng)與上述力（矩）的大小相平衡。但實(shí)際在不同條件下，上述各種外力在平衡力系中對(duì)工件所起的作用并不相同。因此，夾緊力大小的計(jì)算是一個(gè)很復(fù)雜的問(wèn)題，一般按靜態(tài)情況作粗略的估算。即按靜力平衡原理求出夾緊力的大小，再乘以安全系數(shù)。其數(shù)學(xué)表達(dá)式：式中：Wk——實(shí)際所需夾緊力；

W——按靜力平衡原理計(jì)算出的夾緊力；

k——安全系數(shù)，一般為1.5～3,粗加工時(shí)取2.5～3，精加工時(shí)取1.5～2。

為了加深對(duì)夾緊力分析計(jì)算的認(rèn)識(shí)，下面舉例說(shuō)明夾緊力的計(jì)算方法。

例2－1車(chē)削夾緊力的計(jì)算。圖2－18所示為在三爪卡盤(pán)中加工軸類(lèi)工件的情況。在切削過(guò)程中，工件受到三個(gè)相互垂直的切削分力Px、Py、Pz的作用，由切削原理知道，其合力P=1.03Pz≈Pz。此合力對(duì)工件的扭轉(zhuǎn)力矩，有使工件脫離卡盤(pán)的趨勢(shì)。因此，夾緊所產(chǎn)生的摩擦力矩必須與該扭轉(zhuǎn)力矩相平衡。若設(shè)每個(gè)卡爪的夾緊力相等，根據(jù)靜力平衡原理，其方程式為所以式中：W——每個(gè)卡爪的計(jì)算夾緊力（N）；

Wk——實(shí)際所需要的夾緊力（N）；

f——工件與卡爪間的摩擦系數(shù)；

n——卡爪數(shù)；

D、D0——加工前后的工件直徑（mm）；

k——安全系數(shù)；

k1——徑向力Py對(duì)工件的影響系數(shù)，其值由表2.2查得。圖2－18車(chē)削加工受力圖表2.2

k1的值

例2－2鉆削夾緊力的計(jì)算。圖2－19所示為鉆孔時(shí)的情況。雖然進(jìn)給力P垂直作用在支承面上，可起到夾緊的作用，但由于鉆孔時(shí)工件受到旋轉(zhuǎn)切削力矩M切，需用夾緊力所產(chǎn)生的摩擦力矩M夾來(lái)平衡，其值為則