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1、机械制造技术基础机械制造技术基础第第2章章 机械制造过程基础知识机械制造过程基础知识Fundamental of Mechanical Manufacturing Process2.3 基准与装夹基准与装夹Datum and Fixing12.3.1 基准基准定位：工件在机床或夹具上占有正确的位置。工件在机床或夹具上占有正确的位置。夹紧：对工件施加一定的对工件施加一定的外力，使其已确定的位置在加，使其已确定的位置在加工过程中保持工过程中保持不变。定位与夹紧-装夹，为了保证尺寸和位置精度。基准：确定加工对象上几何要素间几何关系所依据的那确定加工对象上几何要素间几何关系所依据的那些点、线、面称为基
2、准。些点、线、面称为基准。 设计基准设计基准在设计图样上在设计图样上所采用的基准所采用的基准 图2-9定位支座零件基准设计基准设计基准工艺基准工艺基准22.3.1 基准基准工艺基准工艺基准在工艺过程中所采用的基准。又可分为：工序基准、定在工艺过程中所采用的基准。又可分为：工序基准、定位基准、测量基准与装配基准。位基准、测量基准与装配基准。 工序基准工序图上确定本工序加工表面的基准。工序图上确定本工序加工表面的基准。 工序尺寸。定位基准加工过程中用作定位的基准。加工过程中用作定位的基准。定位符号粗基准：未加工面。粗基准：未加工面。精基准：已加工面。（不一定到成品尺寸）精基准：已加工面。（不一定到
3、成品尺寸）附加基准：根据工艺需要专门设计。顶尖孔、工艺孔、凸台。附加基准：根据工艺需要专门设计。顶尖孔、工艺孔、凸台。测量基准加工中或加工后测量时所使用的基准。加工中或加工后测量时所使用的基准。 工序尺寸。装配基准装配时，确定零部件在产品中相对位置的基准。装配时，确定零部件在产品中相对位置的基准。通常与设计基准一致。通常与设计基准一致。 各基准有时会重合。32.3.1 基准基准工艺基准工艺基准工序基准、定位基准、测量基准与装配基准。工序基准、定位基准、测量基准与装配基准。 表2-9支座零件第1工序（车削）定位符号定位符号定位符号定位符号工序基准工序基准工序基准工序基准夹紧符号夹紧符号夹紧符号夹
4、紧符号42.3.1 基准基准表2-9支座零件第3工序（钻孔）E52.3.1 基准基准表2-9支座零件第4工序（钻、锪4分布孔）E62.3.1 基准基准表2-9支座零件第5工序（磨内孔、端面）表2-9支座零件第6工序（磨小外圆、台阶面）EF72.3.1 基准基准附加基准82.3.2 工件的装夹工件的装夹划线找正装夹划线找正装夹 精度不高，效率低。精度不高，效率低。 适于单件小批，形状复杂的铸件的粗加工适于单件小批，形状复杂的铸件的粗加工直接找正装夹直接找正装夹 精度高，效率低，工人技术水平高。精度高，效率低，工人技术水平高。 适于单件小批，或定位精度要求特别高。适于单件小批，或定位精度要求特别高
5、。夹具装夹夹具装夹 精度和效率均高，降低劳动强度和工人精度和效率均高，降低劳动强度和工人 技术水平要求。广泛采用。技术水平要求。广泛采用。装夹方式取决于：生产批量、工件(大小及复杂程度、加工精度、定位)。工件装夹方式工件装夹方式92.3.2 工件装夹工件装夹图2-9直接找正安装精度取决于技术水平毛坯孔加工线找正线图2-10划线找正安装精度0.1-0.5mm同轴度同轴度垂直度垂直度102.3.2 工件装夹工件装夹图2-11工件在夹具上装夹（滚齿夹具）112.3.3 定位原理定位原理 图2-12六点定位原理XZY1 1、六点定位原理、六点定位原理要确定其空间位置，就需要限制其6个自由度将6个支承抽
6、象为6个“点”，6个点限制了工件的6个自由度，这就是六点定位原理。任何一个物体在空间直角坐标系中都有6个自由度用表示12图2-13工件以平面3点定位XYZ“自由度”的概念空间位置的不确定度夹紧与定位概念分开注意注意：“点”的含义对自由度的限制，与实际接触点不同2.3.3 定位原理定位原理限制13ZXYZXYZXYZXY表2-10ZXYZXY2.3.3 定位原理定位原理工件以平面定位工件以平面定位平面定位的主要形式是支承定位。定位元件有支承钉、支承板、夹具体的凸台及平面等。大平面：限制3个自由度（一个移动，两个转动）细长平面：限制2个自由度（一个移动，一个转动）小平面：限制1个自由度（一个移动）
7、14定心定位（套筒和卡盘）和支承定位（V型块）。短圆柱面：限制2个自由度（两个移动）长圆柱面：限制4个自由度（两个移动，两个转动）XYZXYZXYZXYZ2.3.3 定位原理定位原理工件以外圆柱面定位工件以外圆柱面定位15多为定心定位（定位销和心轴）。定位销：圆柱销、圆锥销、菱形销；心轴：刚性心轴、弹性心轴。圆柱销、心轴：限制的自由度与外圆相同，短2个，长4个。菱形销：限制1个移动。固定锥销：限制3个移动；浮动锥销：限制2个（具体分析）。2.3.3 定位原理定位原理工件以圆孔定位工件以圆孔定位XYZXYZXYZ短圆柱销短圆柱销 长圆柱销长圆柱销 菱形销菱形销 XYZXYZXYZ固定锥销固定锥销
8、 固定与浮动锥销组合固定与浮动锥销组合 心轴心轴16除平面、圆孔、外圆柱面外，工件还以其它表面（如圆锥面、渐开线齿面、曲面等）定位。固定顶尖：限制三个移动。浮动顶尖：限制两个。锥度心轴：限制5个自由度，除绕自身轴线转动。2.3.3 定位原理定位原理工件以其他表面定位工件以其他表面定位17分分清清主主次次定定位位面面。定定位位点点数数最最多多- -主主要要定定位位面面或或支支承承面面，定定位位点点数数次次多多- -第第二二定定位位基基准准面面或或导导向向面面，定定位位点点数数为为 1 1- - -第三第三定位基准面或定位基准面或止动止动面。面。2.3.3 定位原理定位原理定位表面的组合定位表面的
9、组合XZY工件在两顶尖上定位例：例：前后顶尖组合定位前后顶尖组合定位（1 1）前顶尖限制的自由度：前顶尖限制的自由度：（2 2）后顶尖限制的自由度，与前顶尖一起综合考虑，）后顶尖限制的自由度，与前顶尖一起综合考虑，18工件的6个自由度均被限制-完全定位。工件6个自由度中有1个或几个自由度未被限制-不完全定位。2 2、完全定位与不完全定位、完全定位与不完全定位不完全定位：工件相对于某个点、线完全对称。例：球体、圆柱体绕轴线的转动不用限制。2.3.3 定位原理定位原理ZYXd）ZYXa）按加工要求不需要限制某一（几）个自由度。例：加工平板上表面，要求保证平板厚度及与上下平面的平行度，只需限制3个自
10、由度。192.3.3 定位原理定位原理 ZYXb）ZYXc）e）ZYXf）ZYX图2-14工件应限制的自由度定位：底面+侧面定位：底面+2个侧面定位：长V形块203 3、欠定位与过定位、欠定位与过定位欠定位欠定位- -按工艺要求应该限制的自由度未被限制。按工艺要求应该限制的自由度未被限制。欠定位不能保证工件的正确安装，欠定位不能保证工件的正确安装，是不允许的。欠定位示例XZYa）b）BB2.3.3 定位原理定位原理 欠定位不完全定位应该限制应该限制21 过定位过定位工件某一个自由度被定位元件工件某一个自由度被定位元件重复约束重复约束。 过定位是否允许，要视具体情况而定：过定位是否允许，要视具体
11、情况而定：1 1）定位面精度高，则允许。定位面精度高，则允许。定定位位面面经经过过机机械械加加工工，过过定定位位可可以以加加强强工工艺艺系系统统刚刚度度和定位稳定性。和定位稳定性。2 2）定位面精度不高，则不允许定位面精度不高，则不允许。过定位会造成定位不准确、不稳定，或定位干涉。过定位会造成定位不准确、不稳定，或定位干涉。2.3.3 定位原理定位原理 22过定位分析过定位分析（桌子与三角架）2.3.3 定位原理定位原理 23过定位分析过定位分析1 1（加工连杆小头孔）2.3.3 定位原理定位原理 以大头孔和端面定位，加工小头孔的定位方案：以大头孔和端面定位，加工小头孔的定位方案：a a）短销
12、：限制）短销：限制2 2个；大平面：限制个；大平面：限制3 3个。个。b b）长销：限制）长销：限制4 4个；大平面：限制个；大平面：限制3 3个。个。过定位过定位24过定位分析过定位分析1 1（加工连杆小头孔）2.3.3 定位原理定位原理 垂直度较大时，过定位不合理。端面和孔都接触：工件变形或圆柱销歪斜。端面接触：两孔轴线不平行。孔接触：小孔与大端面不垂直。改进：短销大平面有利于保证小头孔与端面的垂直度。长销小平面有利于保证小头孔与大头孔的平行度。过定位过定位25过定位分析过定位分析2 22.3.3 定位原理定位原理 四四个个支支承承钉钉- - -过定位。过定位。定定位位面面粗粗糙糙：工件变
13、形。工件变形。定定位位面面精精度度高高：增增强强支支承承刚刚度度，减小工件变形。减小工件变形。改改进进：将将一一个个支支 承承 钉钉 改改 为为 辅辅助支承。助支承。26过定位分析过定位分析3 3图2-17一面两孔定位XYa）ZYb）ZYXY2.3.3 定位原理定位原理 大平面大平面左圆柱销左圆柱销右圆柱销右圆柱销 改改进进：将将右右圆圆柱柱销销在在过过定定位位方方向向上上削削边边改改为为菱形销。菱形销。过定位过定位完全定位完全定位27过定位分析过定位分析4 42.3.3 定位原理定位原理 过定位与夹紧过定位与夹紧力方向有关。力方向有关。齿齿轮轮坯坯以以内内孔孔和和端端面面定定位位，车车削削外
14、外圆圆和和大大端端面面。加加工工后后检检测测发发现现大大端端面面与与内内孔孔垂垂直直度度超超差差。试试分分析析原原因因，提出改进意见。提出改进意见。4A0.02A间隙配合刚性心轴夹紧力指向小平面：长销小平面长销大平面28过定位引起夹紧变形2.3.3 定位原理定位原理 (a)不能保证大端面与左端面的平行度。(b)不能保证在大端面与内孔中心线的垂直度。改进：长心轴短心轴(a)(b)29 过定位分析过定位分析5 5分析图示定位方案：分析图示定位方案：各方案限制的自由度各方案限制的自由度有无欠定位或过定位有无欠定位或过定位对对不不合合理理的的定定位位方方案案提提出改进。出改进。 b）XZYXc）XZY
15、Xa）YXZ2.3.3 定位原理定位原理 30卡盘卡盘 前顶尖前顶尖 后顶尖后顶尖a）YXZa1）YXZa2）YXZa3）YXZ2.3.3 定位原理定位原理 切槽：欠定位切槽：欠定位车外圆：不完全定位车外圆：不完全定位欠定位，不允许欠定位，不允许不完全定位不完全定位31b）XZYXb1）XZYXXZb2）YXXZb3）YX2.3.3 定位原理定位原理 大面大面 圆柱销圆柱销 V形块形块完全定位完全定位完全定位完全定位完全定位完全定位支承面、导向面、支承面、导向面、止动面止动面32c）XZYXc1）YXXZ2.3.3 定位原理定位原理 大平面：大平面：固定固定V形块：形块： 移动移动V形块：形块
16、：反装反装V形块：形块：起夹紧作用，不限制自由度。起夹紧作用，不限制自由度。起夹紧作用，不限制自由度。起夹紧作用，不限制自由度。33刀柄主轴拉杆涨套过定位应用过定位应用HSK刀柄与传统刀柄结构HSK刀柄传统刀柄1:107:24间隙主轴拉杆刀柄2.3.3 定位原理定位原理定位端面配合锥面XYZ过定位分析？342.3.4 定位误差定位误差 定位误差的概念定位误差的概念定位误差：由于工件在夹具（机床）上定位不准确而引定位误差：由于工件在夹具（机床）上定位不准确而引起的加工误差。起的加工误差。工序基准在工序尺寸方向上的最大变动量。工序基准在工序尺寸方向上的最大变动量。1）由于工件定位表面或夹具定位元件
17、制作不准确引起的定位误差，称为基准位置（移）误差。jy 2）由于工件的工序基准与定位基准不重合而引起的定位误差，称为基准不重合误差。jb定位误差的来源定位误差的来源dw =jb +jy 矢量和矢量和批量生产、调整法加工时需计算定位误差。调整法：刀具的位置相对于夹具上的定位元件调整好以后，用来加工一批工件。352.3.4 定位误差定位误差bDWa图图2-19工序基准定位基准图图2-18HOAO1O2jb- 工序基准相对于定位基准的最大变动量。工序基准相对于定位基准的最大变动量。 定位尺寸定位尺寸-工序基准到定位基准的尺寸。工序基准到定位基准的尺寸。 jb=定位尺寸的公差定位尺寸的公差。jy- 定
18、位基准相对于固定点的最大变动量。定位基准相对于固定点的最大变动量。dw- 工序基准在工序尺寸方向上的最大变动量。工序基准在工序尺寸方向上的最大变动量。362.3.4 定位误差定位误差 例例 在在轴轴上上铣铣键键槽槽，要要求求保保证证槽底至轴心的距离槽底至轴心的距离H H。解：解：采采用用V V型型块块定定位位，铣铣刀刀垂垂直直位位置不变。置不变。工序基准与定位基准重合。工序基准与定位基准重合。jbjb=0工工件件直直径径存存在在公公差差轴轴心心位位置置发生变化。发生变化。 jyjy=(d=(dmaxmax- -d dminmin)/(2sin(a/2)/(2sin(a/2)定位误差定位误差 d
19、wdw=jbjb+jyjy=(d(dmaxmax- -d dminmin)/ )/(2sin(a/2)(2sin(a/2) 图2-18定位误差HOAO1O2DW37 例例 工工件件以以底底面面定定位位铣铣台台阶面，要求保证尺寸阶面，要求保证尺寸a a。解：解：刀刀具具位位置置不不变变，工工件件上上表表面位置变化面位置变化定位误差定位误差。工工序序基基准准为为工工件件顶顶面面，定定位基准为工件底面。位基准为工件底面。 jb=Tb基准位移误差不必考虑。基准位移误差不必考虑。jy=0bDWa图2-19由于基准不重合引起的定位误差工序基准定位基准2.3.4 定位误差定位误差定位误差定位误差dw=jb+
20、jy=Tb382.3.4 定位误差定位误差 定位误差计算定位误差计算批量生产、调整法加工时需计算定位误差。画出工件的定位简图；夸张地画出工件变动的极限位置；用三角几何知识，求工序基准在加工尺寸方向上的最大变动量。公式计算也属于几何方法。（1 1） 几何方法几何方法dw =jb +jy 39（1）定位基准：孔心。基准重合：jb=0（2）工件孔径最大，定位销直径最小时，孔心的变动量最大；孔心在任何方向上的变动量一样=间隙。在加工尺寸方向上的变动量即基准位移误差为jy=DmaxdminDmax工件定位孔最大直径dmin夹具定位销最小直径（3）定位误差dw=Dmaxdmin（2-8）2.3.4 定位误
21、差定位误差 【例2-1】孔与销间隙配合，销垂直放置，工件的工序基准为孔心，求其定位误差。图2-20(a)DmaxdminODWO1O2402.3.4 定位误差定位误差 例例1 1：工工件件孔孔与与定定位位销销固固定定边边接接触触，销销水水平平放放置置，工工序序基基准准为孔中心，加工尺寸方向为垂直，为孔中心，加工尺寸方向为垂直，求其定位误差。（1）定位基准为孔心-定心定位基准不重合误差为零基准不重合误差为零jb=0基准位移误差基准位移误差( (孔中心相对于固定点孔中心相对于固定点) ) jb=（DmaxDmin）=TD （2-9）1212（2）定位基准为上母线-支承定位基基准准不不重重合合误误差
22、差（孔孔中中心心相相对对于于上上母线）基准位移误差基准位移误差jy = (dmax-dmin)/2= Td/2 jy= (Dmax-dmin)/2-(Dmin-dmax)/2 =TD /2+Td /2定位误差定位误差 dw= jb+ jy= TD /2+Td /2图2-20(b)DmaxO1DminODWO2销中心O，孔中心最高O1，最低O241例例2 2：销水平放置，铣槽保证：销水平放置，铣槽保证H H，工序基准为孔上母线。工序基准为孔上母线。（1）定位基准为孔心-定心定位基准不重合误差基准不重合误差jb=TD/2基准位移误差（孔中心相对于固定点）基准位移误差（孔中心相对于固定点）孔中心下移
23、孔中心下移上母线上移上母线上移jb和和jy都涉及到孔或销的公差时都涉及到孔或销的公差时 应做符号判断。应做符号判断。(a)(a)孔径变化对孔径变化对jb的影响：的影响：孔径孔径D D增大增大上母线上母线( (工序基准工序基准) )上移上移H H变小。变小。(b)(b)孔径变化对孔径变化对jy的影响的影响：孔径孔径D D增大增大中心中心( (定位基准定位基准) )下下移移H H变大。变大。两个趋势相反，因此为减号。两个趋势相反，因此为减号。2.3.4 定位误差定位误差 jy= (Dmax-dmin)/2-(Dmin-dmax)/2 =TD /2+Td /2定位误差定位误差 dw= jy - jb
24、= Td /2H422.3.4 定位误差定位误差 （2）定位基准为上母线-支承定位基准不重合误差为零基准不重合误差为零jb=0基准位移误差（上母线相对于固定点）基准位移误差（上母线相对于固定点）jy = Td/2定位误差定位误差 dw= jb+ jy= Td /2H432.3.4 定位误差定位误差 例例3 3：销水平放置，铣槽保证：销水平放置，铣槽保证H H，工序基准为孔下母线。工序基准为孔下母线。（1）定位基准为孔心-定心定位基准不重合误差基准不重合误差jb=TD/2基准位移误差基准位移误差 jy= (Dmax-dmin)/2-(Dmin-dmax)/2 =TD /2+Td /2定位误差定位
25、误差 dw= jy + jb= TD +Td /2H符号判断：符号判断：(a)(a)孔径变化对孔径变化对jb的影响：的影响：孔径孔径D D增大增大下母线下母线( (工序基准工序基准) )下移下移H H变大。变大。(b)(b)孔径变化对孔径变化对jy的影响的影响：孔径孔径D D增大增大中心中心( (定位基准定位基准) )下下移移H H变大。变大。两个趋势相同，因此为加号。两个趋势相同，因此为加号。下母线下移下母线下移孔中心下移孔中心下移442.3.4 定位误差定位误差 （2）定位基准为上母线-支承定位基准不重合误差基准不重合误差jb=TD基准位移误差基准位移误差jy = Td/2定位误差定位误差
26、 dw= jb+ jy= TD+Td /2H452.3.4 定位误差定位误差 （2 2）微分方法微分方法【例2-2】工件在V型块上定位铣键槽，计算定位误差。【解】要求保证的工序尺寸和工序要求：槽底至工件外圆中心的距离H（或槽底至外圆下母线的距离H1，或槽底至外圆上母线的距离H2）；键槽对工件外圆中心的对称度OA =Sin(/ 2)OB=2Sin(/ 2)d对上式求全微分，得到：d(OA)=2Sin(/ 2)1d(d)4Sin(/ 2)2dcos(/2)d()图2-21(a)外圆表面在V型块上的定位误差HBOA工序基准为圆心工序基准为圆心O O：1 1）写写出出O O点点至至加加工工尺尺寸寸方方
27、向向上上某某一一固定点（固定点（A A点）的距离：点）的距离：462）微分尺寸误差的最大值，则得到工序尺寸H的定位误差：2.3.4 定位误差定位误差 （2-10）式中Td 工件外圆直径公差；T V型块两斜面夹角角度公差。3）忽略T ，可得尺寸H方向上的定位误差为：（2-11）d(OA)=2Sin(/ 2)1d(d)4Sin(/ 2)2dcos(/2)d()47对称度要求（工序基准为外圆中心）对称度要求（工序基准为外圆中心） 若若忽忽略略工工件件的的圆圆度度误误差差和和V V型型块块角角度度偏偏差差，则则工工件件外外圆圆中中心心在在水水平平方方向向上上的的变变动动量量为为零零。因因此此，在在水水
28、平平方方向向上上的的定定位位误误差为零。差为零。2.3.4 定位误差定位误差 工序基准为外圆下母线或上母线时，定位误差分别为：图2-21外圆表面在V型块上的定位误差c）b）H2BdOH1BOAC（2-12）（2-13）E EA48用几何法计算定位误差：（1）基准不重合误差：定位尺寸的公差）基准不重合误差：定位尺寸的公差（2）基准位移误差）基准位移误差以以平面平面定位：定位： jy = 0以以内孔内孔定位：任意边接触：定位：任意边接触：jy = Dmax-dmin= TD+Td+min 单边接触：单边接触：jy = (TD+Td)/2以以外圆外圆定位：定位：jy = TD/(2Sin(/ 2)（
29、3）判断符号）判断符号趋势一致取正号，相反取负号。趋势一致取正号，相反取负号。（4）定位误差：）定位误差： dw =jb +jy （5）是否合理：）是否合理： dw T/3为合理。为合理。dw =jb +jy 习题课49例1用几何法计算定位误差：定位基准为中心，工序基准为下母线或上母线。（1）基准不重合误差）基准不重合误差（2）基准位移误差）基准位移误差（3）判断符号）判断符号（4）定位误差定位误差图2-21外圆表面在V型块上的定位误差c）b）H2BdOH1BOAC解：50例2加工平面C，保证尺寸300.05。要求设计定位方案，计算定位误差，并判断是否满足加工要求，若不满足请改进。300.05
30、d1000.351例3工件以一面两孔定位，孔中心距为L，定位元件为支承板，圆柱销和菱形销，试分析定位方案，并计算两孔中心线相对于两定位销中心线的最大转角误差。XZO1YXO1O2O2孔最大销最小时孔最大销最小时转角误差最大转角误差最大52例4工件以圆孔在水平心轴上定位，铣两斜面，保证尺寸aTa/2，求定位误差。aTa/253例5工件以大外圆定位，在小外圆上钻孔，保证尺寸H1（工序基准为小外圆中心），H2（工序基准为小外圆上母线），或H3（工序基准为小外圆下母线），大小外圆同轴度为2e，求三种情况下的定位误差。H1OH2H354例6工件以外圆定位钻孔，保证尺寸H1（工序基准为外圆中心），H2（工序基准为外圆上母线），或H3（工序基准为外圆下母线），求三种情况下的定位误差。H1OH2H355
