《機(jī)床夾具設(shè)計(jì)》教案 2.2選擇定位方式

《機(jī)床夾具設(shè)計(jì)》教案課程名稱學(xué)習(xí)任務(wù)§2-2選擇定位方式教學(xué)時(shí)數(shù)2上課日期周次審批教學(xué)班級(jí)18機(jī)電（1）授課教師學(xué)習(xí)項(xiàng)目描述鋼套零件在本工序中需鉆5mm的孔，工件材料為Q235A鋼，批量N=2000件，工件已經(jīng)完成了內(nèi)、外孔、端面的加工，現(xiàn)使用Z512鉆床鉆5mm孔。試分析工序加工理論上應(yīng)限制的自由度，并說明夾具設(shè)計(jì)時(shí)可采用的定位方式。圖2-1鋼套零件學(xué)習(xí)目標(biāo)1.能應(yīng)用六點(diǎn)定則分析工件自由度的消除情況。2.能綜合分析工件定位應(yīng)限制的自由度。3.能根據(jù)夾具裝配簡(jiǎn)圖分析工件的定位方式。4.能根據(jù)工件加工要求選擇定位方式。學(xué)生情況分析已經(jīng)學(xué)完先定位基準(zhǔn)的選擇，為定位方式的選擇奠定了基礎(chǔ)。學(xué)習(xí)重點(diǎn)選擇定位方式學(xué)習(xí)難點(diǎn)分析工件中理論應(yīng)限制的自由度教學(xué)方法任務(wù)驅(qū)動(dòng)場(chǎng)所與資源場(chǎng)地：機(jī)床夾具學(xué)習(xí)工作站資源：《機(jī)床夾具設(shè)計(jì)》學(xué)材，學(xué)生學(xué)習(xí)工作頁(yè)，課件，專用夾具及多媒體教學(xué)設(shè)備課后作業(yè)習(xí)題冊(cè)§2.2選擇定位方式學(xué)習(xí)內(nèi)容及教學(xué)組織流程§2.2選擇定位方式（90分鐘）§2.2.1任務(wù)引入與分析§2.2.2相關(guān)知識(shí)學(xué)習(xí)自由度概念六點(diǎn)定位應(yīng)用三、常用的定位方式四、常用加工面須限制的自由度§2.2.3項(xiàng)目實(shí)施（25分鐘）§2.2.4小組展示與項(xiàng)目講評(píng)§2.2.5總結(jié)與拓展評(píng)價(jià)方法從課堂表現(xiàn)與課后作業(yè)等二個(gè)方面測(cè)評(píng)，課堂表現(xiàn)主要由考勤紀(jì)律、交流互動(dòng)、小組合作成績(jī)、個(gè)人課堂作業(yè)四項(xiàng)組成?？记诩o(jì)律采用1分/節(jié)，遲到、早退、中途離開0.5分/次，缺課1分/節(jié)；交流互動(dòng)回答問題1分/次；課堂作業(yè)以小組合作方式完成，并進(jìn)行展示、評(píng)價(jià)；個(gè)人課堂作業(yè)考核每個(gè)同學(xué)完成情況；每個(gè)同學(xué)課后作業(yè)由教師批改。課后記

§2.2選擇定位方式§2.1.1任務(wù)導(dǎo)入與分析我們選擇了定位基準(zhǔn)后，如何選擇定位方式，以保證一批工件都能“確定”的“正確”位置呢？如圖所示，鋼套零件鉆5孔工序圖，選擇端面與內(nèi)孔軸線作為定位基準(zhǔn)，那么，應(yīng)該如何選擇定位方式呢？【項(xiàng)目描述】如圖所示，鋼套零件在本工序中需鉆5mm的孔，工件材料為Q235A鋼，批量N=2000件，現(xiàn)選擇內(nèi)孔與端面B為定位基準(zhǔn)面，試分析工序加工理論上應(yīng)限制的自由度，并說明夾具設(shè)計(jì)時(shí)可采用的何種定位方式。圖2-1鋼套零件【項(xiàng)目分析】針對(duì)分析自由度及選擇定位方式這兩個(gè)問題，涉及以下相關(guān)知識(shí)：我們首先學(xué)習(xí)自由度概念，空間一個(gè)物體具有幾個(gè)自由度；工件定位基準(zhǔn)面與定位元件接觸有點(diǎn)、線、面，如何分析這些點(diǎn)、線、面限制工件幾個(gè)自由度，就要學(xué)習(xí)六點(diǎn)定則以及六點(diǎn)定則在工件裝夾如何應(yīng)用。工件在夾具中定位，是否需要所有自由度都給予限制呢？不一定。那我們就要了解常用的定位方式。針對(duì)具體工件加工，我們中何去合理地選擇定位方式呢？這就涉及常用加工面須限制的自由度?！?.2.2相關(guān)知識(shí)學(xué)習(xí)一、自由度當(dāng)一個(gè)物體不和任何物體接觸時(shí)，它在重力作用下自由下落，落在地面。小球和地面接觸后，它受阻了。但如果地面沒有摩擦力，它可地面自由活動(dòng)。但地面上是有摩擦力的，在外力作用下，球可在地面上滾動(dòng)。小球的球心是平動(dòng)，其它點(diǎn)是繞球心在作轉(zhuǎn)動(dòng)。一個(gè)物體在空間的運(yùn)動(dòng)，可以分解為移動(dòng)與轉(zhuǎn)動(dòng)。為了方便描述物體的位置，引入空間直角坐標(biāo)系，我們也稱是笛卡爾坐標(biāo)?？臻g直角坐標(biāo)系由三條相互垂直軸組成，交點(diǎn)為原點(diǎn)。如果我們把這個(gè)小球放置在空間直角坐標(biāo)系，這個(gè)球的原點(diǎn)位置一組數(shù)據(jù)（x1,y1,z1)。小球從位置1運(yùn)動(dòng)到位置2，它的球心位置平動(dòng)到位置2，那么，小球上其它的點(diǎn)是否也只是作了平動(dòng)呢？不一定，其它點(diǎn)除了平動(dòng)外，還可以繞球轉(zhuǎn)動(dòng)。一個(gè)物體從一處運(yùn)動(dòng)到另一處，其位置變化是一個(gè)矢量，即有方向的量。它都可以分解沿x軸、y軸、z軸分量。工件的自由度是指工件空間位置不確定性的數(shù)目。如圖2-2-2所示，工件有六個(gè)自由度，表示為：。圖2-2-2工件的六個(gè)自由度顯然，工件位置具有的自由度越少，說明工件的位置的確定性越好。當(dāng)工件的六個(gè)自由度都消除時(shí)，它的空間位置被完全確定下來時(shí)，這就具有了位置的唯一性。六點(diǎn)定則應(yīng)用（一）六點(diǎn)定則工件上的定位基準(zhǔn)面與定位元件接觸的是點(diǎn)、線、面，如圖所示，工件端面與L板接觸，接觸共有點(diǎn)構(gòu)成的是平面.工件的外圓柱面與V型塊的斜面接觸，接觸共有點(diǎn)構(gòu)成的是線，由于這一V型塊較短，工件與兩個(gè)短V型塊接觸，其接觸點(diǎn)構(gòu)成了四小段直線。工件上小孔與防轉(zhuǎn)銷接觸，接觸共有點(diǎn)構(gòu)成是什么呢？是小圓柱面嗎？如果有間隙存在，接觸是一小段直線，線段較小時(shí)，可以看成成一個(gè)點(diǎn)。那么，這些點(diǎn)、線、面到底能限制工件幾個(gè)自由度呢？我們來分析一下點(diǎn)、線、面之間關(guān)系根據(jù)平面幾何知識(shí)，兩個(gè)點(diǎn)可以確定一條直線。三個(gè)點(diǎn)可以確定一個(gè)平面。直線和面都可以抽象為點(diǎn)來考慮。那么，一個(gè)點(diǎn)可限制物體能限制物體的什么自由度呢？圖2-2-8軸類工件如圖所示，圓柱銷5可限制工件一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)的自由度，而圓柱6可限制工件一個(gè)移動(dòng)的自由度。即一個(gè)點(diǎn)可限制一個(gè)移動(dòng)自由度或轉(zhuǎn)動(dòng)的自由度。以此類推，兩個(gè)點(diǎn)可限制工件兩個(gè)自由度，三個(gè)點(diǎn)可限工件三個(gè)自由度。六點(diǎn)定則——在工件的定位中，我們用在空間合理分布的最多六個(gè)定位點(diǎn)（由定位元件抽象而來），來限制工件使其獲得一個(gè)完全確定的位置的方法。箱體類工件箱體是具有規(guī)則的外形輪廓，并具有較大而穩(wěn)定的安裝平面。如圖所示，透明體為箱體，選用定位基準(zhǔn)面是箱體上相互垂直的三個(gè)平面。下面分析一下用六點(diǎn)定位限制工件自由度。首先分析箱體在空間坐標(biāo)系之中所處方位。圖2-2-8箱體類工件箱體底面與xoy平行，與三個(gè)定位點(diǎn)接觸限制后限制幾個(gè)自由度呢？首先是限制平面法線方向即沿Z軸方向移動(dòng)的自由度；放置在平面上箱體，除了繞Z軸可轉(zhuǎn)動(dòng)外，繞X軸、繞Y軸都不能轉(zhuǎn)動(dòng)，如果轉(zhuǎn)動(dòng)，定位基準(zhǔn)面就離開了定位點(diǎn)所在的限位面。因此，它還限制了繞X軸、繞Y軸轉(zhuǎn)動(dòng)自由度。一個(gè)面（三個(gè)定位點(diǎn)）可限制工件三個(gè)自由度，其中是一個(gè)是移動(dòng)自動(dòng)度，兩個(gè)是轉(zhuǎn)動(dòng)的自由度。箱體側(cè)面與XOZ平行，與兩個(gè)定位點(diǎn)接觸限制后，限制幾個(gè)自由度呢？可以限制工件兩個(gè)自由度，一個(gè)沿Y軸的移動(dòng)自由度，工件不能沿Y軸移動(dòng)了。另一個(gè)是限制繞Z軸的轉(zhuǎn)動(dòng)，工件不能繞Z軸轉(zhuǎn)動(dòng)了。箱體的后端面與定位點(diǎn)接觸后，限制了什么自由度呢？沿X軸方向移動(dòng)的自由度，箱體不能沿前后方面移動(dòng)。這樣六定定位點(diǎn)限制了箱體工件六個(gè)自由度，箱體工件的位置就完全確定下來了。習(xí)慣上，把箱體工件的底面（幅面較大的平面）稱為工件的主要定位基準(zhǔn)面，又稱為第一定位基準(zhǔn)面；把箱工件的側(cè)面（相對(duì)較長(zhǎng)的平面）稱為工件導(dǎo)向定位基準(zhǔn)面，又稱為第二定位基準(zhǔn)面；把箱工件的端面（相對(duì)較窄的平面）稱為工件止推定位基準(zhǔn)面，又稱為第三定位基準(zhǔn)面。下面觀看視頻“箱體工件定位”）這三個(gè)基準(zhǔn)面構(gòu)成的體系，也稱“三基面”基準(zhǔn)體系。下面請(qǐng)看箱體零件的定位。盤類工件盤類工件的特點(diǎn)：徑向尺寸較大，高度尺寸較小。如圖所示，圓盤底面與坐標(biāo)系XOY面平行。如圖所示，所用定位基準(zhǔn)面是底面、外圓柱面、鍵槽。下面分析一下用六點(diǎn)定位限制盤類工件自由度。圖2-2-9盤類零件工件大端面與1、2、3三個(gè)定位點(diǎn)接觸限制了工件哪三個(gè)自由度？一個(gè)移動(dòng)，兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)。限制的移動(dòng)方向是接觸面的法線方向，即沿Z軸的移動(dòng)自由度。兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)是繞X軸和繞Y軸的轉(zhuǎn)動(dòng)。工件圓柱面與定位點(diǎn)接觸4，限制了什么自由度？限制了沿Y軸的移動(dòng)自由度，工件沿Y軸不能移動(dòng)了。工件圓柱面與定位點(diǎn)5接觸，限制什么自由度？限制了工件沿X軸的移動(dòng)自由度，,工件沿X軸不能移動(dòng)了。工件槽與定位點(diǎn)6接觸，限制什么自由度？限制了繞Z軸轉(zhuǎn)動(dòng)的自由度，工件不能繞Z軸轉(zhuǎn)動(dòng)了。（四）軸類工件軸類工件的特點(diǎn)：軸向尺寸較大，徑向尺寸相對(duì)較小。如圖所示，選擇定位基準(zhǔn)面是外圓柱面、端面、鍵槽，采用了兩個(gè)短V型塊和兩個(gè)圓柱銷定位。下面分析一下用六點(diǎn)定位限制工件自由度。圖2-2-9軸類工件定位外圓柱面與兩個(gè)短V型塊，接觸共有點(diǎn)構(gòu)成了四段短直線，由于直線較短，可認(rèn)為是四個(gè)接觸點(diǎn)。我們用“1、2、3、4”四個(gè)點(diǎn)表示。11、2、3、4四個(gè)定位點(diǎn)限制了哪四個(gè)自由度呢？根據(jù)圖中坐標(biāo)軸方向，沿工件軸線方向是Z軸，軸放在V型塊上之后，除了沿軸線方向可以移動(dòng)，繞軸線可心轉(zhuǎn)動(dòng)外，其它自由度都限制了。外圓柱面與兩個(gè)短V型塊接觸，限制了沿X軸、Y軸移動(dòng)的自由度和繞X軸、Y軸轉(zhuǎn)動(dòng)的自由度?；鶞?zhǔn)銷5與工件中鍵槽接觸限制了會(huì)么自由度？限制了工件繞Z軸轉(zhuǎn)動(dòng)的自由度。止推銷6與工件中端面接觸，限制了會(huì)么自由度？限制了工件沿Z軸移動(dòng)的自由度。三、常見定位方式夾具的功能之一就是要確保工件在夾具中占據(jù)一個(gè)正確的位置，即消除工件位置的不確性。根據(jù)六點(diǎn)定則，通過夾具中合理布置的六個(gè)定位點(diǎn)，就能使工件的位置確定下來。那么，工件在夾具中定位，是否在任何情況下都必須消除工件的六個(gè)自由度呢？如圖所示，一個(gè)是加工不通槽，一個(gè)是加工通槽，分析一下需要限制幾個(gè)自由度。完全定位圖2-2-11不通槽加工槽不通槽由底面、兩個(gè)側(cè)面、圓弧面構(gòu)成。加工底面，底面是個(gè)水平面與工件底面的距離為Z，確定這一平面需要限定的自由有三個(gè)，一個(gè)移動(dòng)，另外兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)。即Z軸方向的移動(dòng)和繞X軸、Y軸的轉(zhuǎn)動(dòng)。加工側(cè)面，側(cè)面是個(gè)鉛垂面。與工件側(cè)面的距離為Y確定這一鉛垂面位置需要限制Y軸方向的移動(dòng)和繞X軸、Z軸的轉(zhuǎn)動(dòng)三個(gè)自由度。加工圓弧面，圓弧面是個(gè)鉛垂面圓弧面最外素線離工件后端面的距離為X確定圓弧面位置需要限制X軸方向的移動(dòng)和繞Y軸、Z軸的轉(zhuǎn)動(dòng)三個(gè)自由度。綜上所述，加工不通鍵需限制六個(gè)自由度，沿X軸、Y軸、Z軸三個(gè)移動(dòng)的自由度，繞X軸、Y軸、Z軸三個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)自由度。工件的六個(gè)自由度全部被限制的定位稱為完全定位。通常一個(gè)工件其加工要素在XYX三個(gè)方向都有尺寸要求時(shí)需要完全定位。不完全定位圖2-2-12通槽加工槽槽由底面、兩個(gè)側(cè)面構(gòu)成。加工槽底面，槽底面是個(gè)水平面與工件底面的距離為Z，確定槽底面需要限定的自由有三個(gè)，一個(gè)移動(dòng)、兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)。即Z軸方向的移動(dòng)和繞X軸、Y軸的轉(zhuǎn)動(dòng)。加工側(cè)面，側(cè)面是個(gè)鉛垂面。與工件側(cè)面的距離為Y。確定這一鉛垂面位置需要限制Y軸方向的移動(dòng)和繞X軸、Z軸的轉(zhuǎn)動(dòng)三個(gè)自由度。綜上所述，加工通鍵只需限制五個(gè)自由度，沿Y軸、Z軸兩個(gè)移動(dòng)的自由度，繞X軸、Y軸、Z軸三個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)自由度。工件的部分自由度被限制的定位稱為不完全定位欠定位圖2-2-14加工通槽如圖所示，加工通槽所需限制的自由度5個(gè)，沿Y軸、Z軸兩個(gè)移動(dòng)的自由度，繞X軸、Y軸、Z軸三個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)自由度。實(shí)際限制四個(gè)自由度，沿Y軸、Z軸兩個(gè)移動(dòng)的自由度，繞X軸、Y軸兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)自由度。由于繞Z軸轉(zhuǎn)動(dòng)的自由度沒有限制，槽就可能加工偏了。應(yīng)該限定的自由度沒有完全被限定的定位稱為欠定位。（四）過定位如圖所示瓦蓋定位簡(jiǎn)圖。圖2-2-15瓦蓋定位圖瓦蓋與V型塊接觸限制哪些自由度？除了沿X軸的移動(dòng)和繞X軸轉(zhuǎn)動(dòng)沒有限制，其余四個(gè)自由度均被限制。瓦蓋與支承釘接觸限制哪些自由度？限制了沿Z軸的移動(dòng)，繞X軸的轉(zhuǎn)動(dòng)。有沒有重復(fù)限制自由度。顯然沿Z軸方向的移動(dòng)是重復(fù)限制。由于定位基準(zhǔn)面尺寸R和H誤差存在，將工件裝入夾具后，自由度有時(shí)由V形塊消除，有時(shí)由支承釘A、B消除。這樣就造成了定位的不穩(wěn)定性，使工件在夾具中不能占據(jù)正確的位置。幾個(gè)定位元件重復(fù)限制工件同一自由度的定位稱為過(重復(fù)）定位?！纠?－2－1】銑下圖所示工件上的通槽，保證槽寬和槽的上下、左右位置要求，試分析理論上應(yīng)限制的自由度，并說明采用的定位方式。解：保證槽的上下位置要求：必須限制；保證槽的左右位置要求：必須限制槽寬由定尺寸刀具保證；綜合要求：必須限制五個(gè)自由度，可采用不完全定位方式?！纠?-2-2】如圖所示的工件上鉆小孔，試分析理論上應(yīng)限制的自由度，并說明可采用的定位方式。小孔為通孔，工件x向移動(dòng)不需限制。工件相對(duì)于x軸對(duì)稱，工件x向轉(zhuǎn)動(dòng)不需限制。綜合要求：，可采用不完全定位方式四、常用加工面需限制的自由度工序簡(jiǎn)圖加工面須限制的自由度槽鍵槽通孔盲孔通孔盲孔§2.2.3項(xiàng)目實(shí)施由同學(xué)們分組討論完成，并展示在小黑板中。教師巡回指導(dǎo)?！?.2.4小組展示與項(xiàng)目講評(píng)展示在小黑板中，教師進(jìn)行評(píng)價(jià)?！卷?xiàng)目講評(píng)】根據(jù)本工序的加工要求，選擇工件的軸心線以及左側(cè)端面為定位基準(zhǔn)。首先，分析工序加工理論上應(yīng)限制的自由度：孔的大小由尺寸刀具來保證；保證小孔圓軸線到端面的距離20±0.1，應(yīng)限制什么自由度呢？確定一條直線需要限制工件兩個(gè)自由度，一是要限制沿尺寸方向移動(dòng)自由度，從圖中看出，這個(gè)尺寸的平行方向就是X軸方向，因此，首先應(yīng)限制沿X軸方向的移動(dòng)自由度。單限制這個(gè)自由度是不夠的，如果工件繞Y軸轉(zhuǎn)動(dòng)，就不能保證小孔軸線就會(huì)傾斜，就不能保證離端面距離處處20±0.1，所以必須限制繞Y軸轉(zhuǎn)動(dòng)的自由度。那么，保證小孔圓軸線到端面的距離20，就須限制沿X軸方向的移動(dòng)自由度和Y軸轉(zhuǎn)動(dòng)的自由度。保證小孔軸線相對(duì)內(nèi)孔軸線對(duì)稱度公差0.1要求，應(yīng)限制自由度應(yīng)限制哪幾個(gè)自由度呢？下面我們講一下對(duì)稱度含義，被測(cè)量要素是小孔的軸線，基準(zhǔn)要素是Φ20H7軸心線，如果沒有對(duì)稱度公差存在，小孔軸線在附視圖上的投影落在Φ20H7軸心線，現(xiàn)在對(duì)稱度公差為0.1mm，即小孔的軸線偏離Φ20H7軸心線允許的最大值為0.1mm。因此，首先應(yīng)限制沿Y軸方向的移動(dòng)自由度。確保對(duì)稱度，僅限制一個(gè)方向的移動(dòng)是不夠的。如果在加工過程中，工件繞Z軸方向的轉(zhuǎn)動(dòng)，則小孔軸線就會(huì)傾斜，偏離Φ20H7軸心線。因此。還要限制繞Z軸方向的轉(zhuǎn)動(dòng)自由度。保證小孔軸線相對(duì)內(nèi)孔軸線對(duì)稱度要求，須限制沿Y軸方向的移動(dòng)自由度和Z軸方向的轉(zhuǎn)動(dòng)自由度。綜合要求，加工Φ5mm孔，要保證軸線離端面20±0.1距離及對(duì)內(nèi)孔軸線對(duì)稱度0.1公差，應(yīng)限制自由度是沿X軸、Y軸方向的移動(dòng)自由度和繞Y軸和Z軸轉(zhuǎn)動(dòng)的自由度。這是從需要限制