第三章 工件在数控机床上的定位与装夹

第3章 工件在数控机床上的定位与装夹 3.3 定位误差
3.3.1定位误差的产生
因工件在夹具 上定位不准而 造成的加工误 差。
基准位移误差
定位 误差
基准不重合误差
1.基准位移误差
一批工件定位基准相对于定位元件的位 置最大变动量。 T T
Y
D
2

d
2
2.基准不重合误差
• 基准不重合误差是由于工件定位时用的定位基准与工 件的工序基准不重合而使工序基准的位置发生变动所 引起的，其大小等于工序基准与定位基准间的尺寸及 相对位置在加工尺寸方向上的变动量，以△B表示。
DH1 y
d 2 sin 2
②
图b)所示工序尺寸为H2，以工件上母线为工序基准，工序基 准与定位基准不重合，其定位误差为基准不重合误差和基准
位移误差的矢量和。
• 因为两者均是由工件定位外圆柱面直径尺寸误差引起，所以属于 关联因素，因此计算定位误差时需判断相加还是相减。其判断方 法如下：当工件直径尺寸减小时，工件定位基准下移，基准位移 误差使得工序尺寸H2变小；当工件定位基准位置不变时，如果工 件直径尺寸减小，则工序基准(即上母线)也将下移，同样使工序 尺寸H2变小，两者变化方向相同，合成时取“+”号，即：
• D ——工件孔直径D的尺寸公差； • d ——定位心轴直径d的尺寸公差。
②圆柱孔与心轴（或定位销）任意边接触
• 孔中心线相对于心轴中心线可以在间隙范 围内作任意方向、任意大小的位置变动。 孔中心线的变动范围是以最大间隙，Xmax 为直径的圆柱体。其任意方向的基准位移 误差为：
y X max D max d min D d X min
第3章 工件在数控机床上的定位与装夹
四、定位基准的选择原则 1.定位基准的选择原则
（1）尽量选择设计基准作为定位基准； （2）定位基准与设计基准不能统一时，应严格控制定位 误差保证加工精度； （3）工件需两次以上装夹加工时，所选基准在一次装夹 定位能完成全部关键精度部位的加工； （4）所选基准要保证完成尽可能多的加工内容； （5）批量加工时，零件定位基准应尽可能与建立工件坐 标系的对刀基准重合； （6）需要多次装夹时，基准应该前后统一。
• (2) 定位套
• 一般适用于精基准定位，常与端面联合定位。 • 工件以外圆柱面定位，有时也可用半圆套或锥套 作定位元件。
5.一面两孔定位
• 最常用的就是“一面两孔”定位。 • 一平面和一圆柱销及削边销 • 其它组合定位方式还有以一孔及其端面定 位（齿轮加工中常用），有时还会采用V形 导轨、燕尾导轨等组合成形表面作为定位 基面。
定位 工件能准确地放在机床的合适位置上。 使工件相对于刀具和机床占有正确的加 工位置
夹紧
工件定位后，还需对工件压紧夹牢。使 其在加工过程中不发生位置变化
第3 章
工件在数控机床上的定位与装夹
3.1.1 基准及其分类
一、基准的分类
基准是零件上用来确定其它点、线、面位置所依据的那 些点、线、面。按其功用不同，基准可分为设计基准和 工艺基准两大类。
三、定位与夹紧的关系
• 定位时，必须使工件的定位基准紧贴在 夹具定位元件上，而夹紧则使工件不离 开定位元件。
3.2 定位方式和定位元件
3.2.1常见定位方式 常见的定位元件及定位方式如表3-1所示。 3.2.2常见的定位方案 • 概念：工件上的定位基准面与相应的定位元件合 称为定位副。 • 1．工件以平面定位 • (1) 支承钉 • ①、球头支承钉 （图 B型） • ②、齿纹头支承钉 （图 C型） • ③、平头支承钉 （图A型） • ④、可调支承 （图） • ⑤、自位支承 （图） • (2) 支承板 （图）
第3章 工件在数控机床上的定位与装夹 3.1 3.2 3.3 3.4 3.5 工件的装夹方法与定位原理 定位方式与定位原件 定位误差 工件的夹紧 数控机床夹具
第3章 工件在数控机床上的定位与装夹 3.1 工件的装夹方法与定位原理
夹具
在机械加工过程中，固定工件，使之占有确定位 置以接受加工或检测的装置称为机床夹具，简称 夹具 。 工件的装夹包含两个方面的内容：
(2) 划线找正安装
先用划针画出要加工表面的位置，再按划线用划针找正工件在机床上 的位置并加以夹紧。一般用于批量不大，形状复杂而笨重的工件或低精 度毛坯的加工。
(3) 用夹具安装
将工件直接安装在夹具的定位元件上的方法。这种方法安装迅速方便， 定位精度较高而且稳定，生产率较高，广泛用于中批生产以上的生产类 型。
以上讨论时仅考虑了基准位移误差，所以总 的定位误差还需加上基准不重合误差。
3.工件以外圆定位
若不考虑V形块的制造误差，则工件轴线 总是处于V形块的对称面上，这就是V 形块的对中作用。因此，在水平方向上， 工件定位基准不会产生基准位移误差。 但在垂直方向上，由于工件定位直径尺 寸的误差，将导致工件定位基准产生位 置变化，其可能产生的最大位置变化量 为：
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2.粗基准的选择原则
粗基准只使用一次，其他的定位基准都应该是精基准。
选定粗基准面时应考虑：要能加工出精基准；工件不加 工表面的形位；保证后续工序的加工余量。 相互位置要求原则 加工余量合理分配原则 重要表面原则 不重复使用原则 便于工件装夹原则
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• 3．工件以圆锥孔定位
• (1) 圆锥形心轴 • 圆锥心轴限制了工件除绕轴线转动自由度以外的其 它五个自由度。 • (2) 顶尖 • 即为锥孔与锥销配合。两个中心孔是定位基面，所 体现的定位基准是由两个中心孔确定的中心线
• 4．工件以外圆柱表面定位
• (1) V形架
• V形架定位的最大优点是对中性好。 • V形架可分为固定式和活动式。
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完全定幻 灯片 41 位 不完全定 位 幻灯 片 42
二、六点定位原理的应用
工件的六个自由度全部被限制 不需要限制六个自由度就能达到定位的 要求 应该限制的自 由度没有被限 制的定位 应该限制的自 由度没有被限 制的定位
欠定位幻 灯片 43
不允许使用 过定位是否使用要 看能否减少工件的 变形或定位操作是 否方便
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• 特点： • ①工件在夹具中的正确定位，是通过工 件上的定位基准面与夹具上的定位元件 相接触而实现的。因此，不再需要找正 便可将工件夹紧。 • ②由于夹具预先在机床上已调整好位置， 因此，工件通过夹具相对于机床也就占 有了正确的位置 • ③通过夹具上的对刀装置，保证了工件 加工表面相对于刀具的正确位置。
结论： ① 定位误差只在调整法加工一批工件的条 件下，试切法加工不存在。 ② 定位误差产生的原因是定位副制造误差 及其配合间隙与定位基准选择不当产生 的引起的 。 ③ 一般情况下，定位误差由基准位移误差 与基准不重合误差组成。
这种由于基准位移和基准不重合导致调整 法加工一批工件时的定位误差△D： △D=△Bcosα±△ycosβ 式中α——基准不重合误差△B方向与工序尺 寸方向间的夹角； β——基准位移误差△y方向与工序尺寸方向间 的夹角。 当△B和△y是由同一误差因素导致产生的， 这时称△B和△y关联。当△B和△y关联时， 如果△Bcosα和△ycosβ方向相同时，合成时 取“+”号；如果△Bcosα和△ycosβ方向相反 时，合成时取“-”号。当两者不关联时，可 直接采用两者的和叠加计算定位误差。
第3章 工件在数控机床上的定位与装夹 3.1.3 工件定位的基本原理
一、六点定位原理
空间物体的六个自由度， 如图所示：
Y 、 Z的移动自由度 沿X、 X ,Y , Z 绕X、Y、Z轴转动的自由 度
X ,Y , Z
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六点定位原理： 合理设置六个支承点，工件的定位基准与定位 元件保持接触，消除工件的所有六个自由度， 使工件在夹具中有确定的位置。
(a) 支承块
(b) 钻套
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2．工艺基准
定位基准 在加工中用作 定位的基准
分为粗基准和精基准。用 作定位的表面，如果是没 有经过加工的毛坯表面， 称为粗基准；若是已加工 过的表面，则称为精基准。
工序基准
ห้องสมุดไป่ตู้
在工序图上， 用来标定本工 序被加工面尺 寸和位置所采 用的基准
• 2．工件以圆柱孔定位
• 定位方式的基本特点是：定位孔与定位元件之间处 于配合状态，并要求确保孔中心线与夹具规定的轴 线相重合。 • (1) 圆柱销 （图） • (2) 圆柱心轴 （图） • 心轴主要用于套筒类和空心盘类工件的车、铣、磨 及齿轮加工。 • (3) 圆锥销 （图a、b） • 工件以圆柱孔在圆锥销上定位 • (4) 小锥度心轴
3.精基准的选择原则
自为基 准原则 互为基 准原则 便于装 夹原则
基准重 合原则 基准统 一原则
精基准的 选择原则
4.辅助基准的选择
为了便于装夹或易于实现基准统一而人为制成的一种定 位基准。 如中心孔。
第3章 工件在数控机床上的定位与装夹 3.1.2工件的装夹方法
(1) 直接找正安装
用划针、百分表等工具直接找正工件位置并加以夹紧的方法称直接找 正安装法。此法生产率低，精度取决于工人的技术水平和测量工具的精 度，一般只用于单件小批生产。
1．设计基准 毛坯设计基准是在零件图上所采用的基准。它是标注设
计尺寸的起点。
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如图 (a)所示的零件，平面 2、3的设计基准是平面1， 平面5、6的设计基准是平 面4，孔7的设计基准是平 面l和平面4，而孔8的设计 基准是孔7的中心和平面4。 在零件图上不仅标注的尺 寸有设计基准，而且标注 的位置精度同样具有设计 基准，如图 (b)所示的钻套 零件，轴心线O—O是各外 圆和内孔的设计基准，也 是两项跳动误差的设计基 准，端面A是端面B、C的 设计基准。
工序基准应当尽量与设 计基准相重合，当考虑 定位或试切测量方便时 也可以与定位基准或测 量基准相重合
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测量基准
零件测量时所采用的 基准
装配基准
装配时用以确定零件 在机器中位置的基准
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三、基准问题的分析
• 基准是制定工艺的依据，必须是客观存在的。 • 当作为基准的要素无法接触及是，通常有某些 具体的表面来体现，这些表面称为基面。 • 作为基准可以是没有面积的点线以及极小的面， 但是工件上代表基准的基面总是具有一定的接 触面积。 • 不仅表示尺寸关系的基准如上所述，表示位置 精度的基准关系也是如此。
过定位幻 灯片 44
• ①、过定位可能导致的后果 ：
• A、工件无法安装 • B、造成工件或定位元件变形
• ②、消除或减小过定位所引起干涉的方法 ：
• A、改变定位元件的结构，使定位元件重复限 制自由度的部分不起定位作用。 （改进图） • B、合理应用过定位，提高工件定位基准之间 以及定位元件的工作表面之间的位置精度。 （图）
d O1A O 2 B y O1O 2 O1C O 2 C sin sin 2 sin 2 2 2
工件在V形块上定位铣槽三种不同工序尺寸标注情况，设工件直径尺 寸为，其定位误差分析如下：
a)
①
b)
c)
图a)所示工序尺寸为H1，以工件轴线为工序基准，此时工序基 准与定位基准重合，=0。其定位误差仅有基准位移误差。
①圆柱孔与心轴（或定位销）固定单边接触
• 孔的中心线位置的在竖直方向的最大变动量即为竖直方向工序尺寸的基 准位移误差：
y O1O 2 OO2 OO1

1 1 (D max d min ) (D min d max ) 2 2
1 (D max D min ) (d max d min ) 2 1 ( D d ) 2
3.3.2定位误差的分析与计算 1.工件以平面定位 • 工件以平面定位时，其平面度误差很小，所 以由定位副制造不准确而引起的定位误差可 以忽略不计，所以工件以平面定位时，其定 位误差主要由基准不重合所引起的，即其误 差为设计基准到定位基准之间的尺寸公差。
2.工件以圆孔定位
• 工件以圆柱孔在间隙配合的定位销（或 心轴）上定位时，定位副有单边接触和 任意边接触两种情况，产生的位移误差 值不同。另外，如果工序基准和定位基 准不重合，还产生基准不重合误差。应 根据具体情况，进行定位误差分析计算。