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常见的定位方式与定位元件


4.3 常见的定位方式与定位元件
基准
确定加工对象上几何要素间几何关系所依据的那些点、 线、面称为基准。

设计基准
在设计图样上 所采用的基准

图2-8 定位支座零件
1

4.3 常见的定位方式与定位元件
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 位基准、测量基准与装配基准。 工序基准:在工序图上用来确定本工序所加工后的尺寸、 工序基准:在工序图上用来确定本工序所加工后的尺寸、 形状、位置的基准,称为工序基准。 测量基准:在加工中或加工后用来测量工件的尺寸误差、 形状、位置时所采用的基准,称为测量基准。 装配基准:在装配时用来确定零件或部件在产品中的相 对位置所采用的基准,称为测量基准。
2

4.3 常见的定位方式与定位元件
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 位基准、测量基准与装配基准。

图2-9a 支座零件第1工序(车削)

3

4.3 常见的定位方式与定位元件

图2-9b 支座零件第1工序(钻孔)

4

4.3 常见的定位方式与定位元件

图2-9c 支座零件第3工序(钻、锪 4 分布孔)
5

4.3 常见的定位方式与定位元件

图2-9d 支座零件第4工序 (磨内孔、端面)

图2-9e 支座零件第5工序 (磨外圆、台阶面)

6

4.3 常见的定位方式与定位元件 附加基准(辅助基准) 附加基准(辅助基准)
零件上根据机械加工工艺需要而专门设计的定位基准,称为 附加基 准。 如用作轴类零件定位的顶尖孔, 用作壳体类零件定位的工艺孔或工艺凸台等。

7

基准分类归纳如下: 基准分类归纳如下:
基 准

设计基准

工艺基准

工序基准

定位基准

测量基准

装配基准

粗基准

精基准

附加基准

8

9

10

4.3 常见的定位方式与元件
? 用定位元件代替约束点限制自由度 按工件的定位基面形状,可分为4大类: 平面:支承钉、支承板等。 外圆柱面:V型块、套筒等。 圆孔:圆柱销、心轴等。 圆锥孔:锥顶尖、锥度心轴等。 表4-2 常见定位元件限制工件自由度的情况

11

4.3 常见的定位方式与元件
工件以平面定位
平面定位的主要形式是支承定位。常用的定位元件有支 承钉、支承板等。

Z

Z

Z

Y X Z X Z

Y X Z

Y

Y X X

Y X

Y

12

4.3 常见的定位方式与定位元件

13

4.3 常见的定位方式与定位元件
工件以圆孔定位
工件以圆孔定位多属于定心定位(定位基准为圆柱孔轴 线)。常用定位元件是定位销和心轴。定位销有圆柱销、 圆锥销、菱形销等形式。工件以圆孔定位所限制的自由度 见下图 。
Z X Y Z X Y Z Y

X Z

Z X Y

Z X Y

X

Y

14

4.3 常见的定位方式与定位元件
工件以外圆柱面定位
工件以外圆柱面定位两种形式:定心定位和支承定位。工 件以外圆柱面支承定位的元件常采用V型块.

Z Y X Z X

Z Y X Z

Z Y

X

Y

X

Y

15

4.3. 常见的定位方式与定位元件
工件以其他表面定位
除平面、圆孔、外圆柱面外,工件有时还可能以其它表 面(如圆锥面、渐开线齿面、曲面等)定位。图2-27为 工件以锥孔定位的例子,锥度心轴限制了除绕工件自身 轴线转动外的 5个自由度。

图2-27 工件以锥孔定位

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4.3. 常见的定位方式与定位元件
1.工件以平面定位 工件以平面定位 (1)平面定位方法的应用 粗基准平面定位 支承钉

精基准平面定位

大平面或 窄平面

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4.3. 常见的定位方式与定位元件
(2)平面定位的定位元件 A.主要支承(定位作用)—固定支承、可调支承、自位支承 (A)固定支承

平头支承 钉(精基准)

球头支承钉或 锯齿头支承钉 (粗基准)
18

4.3. 常见的定位方式与定位元件

支承板用于 精基准

19

4.3. 常见的定位方式与定位元件
(B)可调支承 在工件定位过程中,支承钉的高度需要调整的场合

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4.3. 常见的定位方式与定位元件
(C)自位支承 自位支承(浮动支承)—自动调整位置的支承。其作用相当于一 个固定支承,只限制一个自由度,适于工件以粗基准定位或刚 性不足的场合。

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4.3. 常见的定位方式与定位元件
B.辅助支承 辅助支承—用来提高工件的装夹刚度和稳定性,不起定位作用 刚性差,加 辅助支承

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4.3. 常见的定位方式与定位元件
2.工件以外圆柱面定位时的定位元件 2.工件以外圆柱面定位时的定位元件 (1) V形块 适用于较短 定位面 用于较长的或 阶梯轴定位面 ;精基准

工件较长且定 位基面直径较 大的场合

用于较长的或 阶梯轴定位面 ;粗基准
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4.3. 常见的定位方式与定位元件
(2)定位套 常与端面联合定位。以端面作为主要限位面限制三个自由度 时,要用短套,以避免过定位。 定位套结构简单,易制造;定心精度不高,只适用于精定位基 面。

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4.3. 常见的定位方式与定位元件
3.工件以圆孔定位时的定位元件 3.工件以圆孔定位时的定位元件 (1)圆柱销 便于工件 装入

更换方便—大 批大量场合
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4.3. 常见的定位方式与定位元件
(2)圆柱心轴—适于套筒、盘类零件 间隙配合心轴, 装卸方便,定心 精度不高 过盈配合心轴,制 造简单,定位准确; 易损伤工件定位孔; 多用于定心精度要 高的精加工

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4.3. 常见的定位方式与定位元件
(3)花键心轴 用于加工以花键 孔定位的工件

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4.3. 常见的定位方式与定位元件
(4)圆锥心轴(小锥度心轴) 定心精度高,但工件的轴向位移误差较大,适用于工件定位孔 精度不低于IT7的精车和磨削加工,不能加工端面。

28

4.3.4 组合定位
定位表面的组合
在多个表面同时参与定位情况下, 在多个表面同时参与定位情况下,各定位表面所起作用 有主次之分。通常称定位点数最多的表面为主要定位面或 有主次之分。通常称定位点数最多的表面为主要定位面或 支承面,称定位点数次多的表面为第二定位基准面或导向 支承面,称定位点数次多的表面为第二定位基准面或导向 的表面为第三定位基准面或止动面。 面,称定位点数为 1 的表面为第三定位基准面或止动面。 在分析多个表面定位情况下各表面限制的自由度时, 在分析多个表面定位情况下各表面限制的自由度时,分 清主次定位面很重要。如图4 28所示工件在两顶尖上的定 清主次定位面很重要。如图4-28所示工件在两顶尖上的定 r r r Y Z 位,应首先确定前顶尖限制的自由度,他们是 X 、 、 。然 应首先确定前顶尖限制的自由度, 后再分析后顶尖限制的自由度。此时, ) 后再分析后顶尖限制的自由度。此时,应与前顶尖一起综 ) Y 合考虑, 合考虑,可以确定其限制的自由度是 X 、 。
Z X Y

图4-28 工件在两顶尖上定位

29

4.3.4 组合定位
1)一个平面和与其垂直的两个孔组合

z x

y
30

4.3.4 组合定位

菱形销
31

4.3.4 组合定位
讨论 分析图示定位方案: ①各方案限制的自由度 ②有无欠定位或过定位 ③ 对不合理的定位方案提 出改进意见。 出改进意见。
Z X X

X Y

Z a) ) Z

X Y b) )

X Y 图2-23 过定位分析 c) )
32

4.3.4 组合定位

X Y

Z a) )

X Y

Z a1) )

X Y

Z a2) ) 图2-23a 过定位示例分析

X Y

Z a3) )

33

4.3.4 组合定位
Z X X Z

X Y b) ) Z X

X Y b1) ) Z X

X Y b2) )

X Y b3) ) 图2-23b 过定位示例分析
34

4.3.4 组合定位
Z Z X X

X Y c) ) X Z

X Y c’) )

X Y c1) ) 图2-23c 过定位示例分析
35

补充1 补充1 定位误差
定位误差的概念
定位误差是由于工件在夹具上(或机床上)定位不准确 而引起的加工误差。 例如在轴上铣键槽, 例如在轴上铣键槽 , 要求保 证槽底至轴心的距离H 证槽底至轴心的距离H。若采用 V 型块定位,键槽铣刀按规定尺 型块定位, 寸 H 调整好位置 ( 图 2-29 ) 。 实 调整好位置( 29) O1 际加工时, 际加工时,由于工件直径存在公 O O2 差,会使轴心位置发生变化。不 会使轴心位置发生变化。 考虑加工过程误差, 考虑加工过程误差,仅由于轴心 A 位置变化而使工序尺寸H 位置变化而使工序尺寸H也发生 变化。此变化量(即加工误差) 变化。此变化量(即加工误差) 图2-29 定位误差 是由于工件的定位而引起的, 是由于工件的定位而引起的,故 称为定位误差。 称为定位误差。
?DW

H
36

补充1 补充1 定位误差
定位误差的来源
1)由于工件定位表面或夹具定位元件制作不准确引起的 定位误差,称为基准位置误差,如图2-29所示例子。 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。 图 2-30 所示工件以底面 30所示工件以底面 定位铣台阶面, 定位铣台阶面 , 要求保证 尺寸a 尺寸a,即工序基准为工件 顶面。 顶面 。 如刀具已调整好位 置,则由于尺寸b的误差会 定位基准 则由于尺寸b 使工件顶面位置发生变化, 使工件顶面位置发生变化 , 图2-30 由于基准不重合引起 的定位误差 从而使工序尺寸a产生误差。 从而使工序尺寸a产生误差。
?DW
b a
37

工序基准

(1)基准位移误差(?Y) 例1,

?Y = O1O2 = OO1 ? OO2 OO1 = Dmax ? d min 2 D ? d max OO2 = min 2

TD Td ?Y = + 2 2
38

定位误差包括基准不重合误差和基准位移误差 定位误差包括基准不重合误差和基准位移误差 基准不重合误差△jb 其大小等于设计基准与定位基
准间联系尺寸在加工尺寸方向上的变动量(公差)。 准间联系尺寸在加工尺寸方向上的变动量(公差)。

一次安装加工两孔A和 , 方向定位基准C与设计基 一次安装加工两孔 和B,孔B在X方向定位基准 与设计基 在 方向定位基准 不重合, 的公差0.2 准A不重合,基准不重合误差为联系尺寸 的公差 不重合 基准不重合误差为联系尺寸22的公差
39

补充1 补充1 定位误差
定位误差计算
在采用调整法加工时,工件的定位误差实质上就是工序基 准在加工尺寸方向上的最大变动量。因此计算定位误差, 首先要找出工序尺寸的工序基准,然后求其在工序尺寸方 向上的最大变动量即可。 1. 用几何方法计算定位误差 用几何方法计算定位误差通常要画出工件的定位简图, 并在图中夸张地画出工件变动的极限位置;然后运用 三角几何知识,求出工序基准在加工尺寸方向上的最 大变动量,即为定位误差。

40

补充1 补充1 定位误差
【例2-4】图2-31所示为孔与销间隙配合的情况,若工件的 工序基准为孔心,试确定其定位误差。 【解】 当工件孔径为最大,定位销 的直径为最小时,孔心在任意方向 上的最大变动量等于孔与销配合的 最大间隙量,即无论工序尺寸方向 如何,只要工序尺寸方向垂直于孔 心轴线,其定位误差均为: ?DW = Dmax- dmin (2-6) 式中 ?DW ——定位误差 Dmax——工件定位孔最大直径 dmin——夹具定位销最小直径
?DW 图2-31 孔与销间隙 配合时的定位误差
41

Dmax dmin

O O1 O2

补充1 补充1 定位误差
2. 用微分方法计算定位误差 【例2-5】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:①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 );②键槽对工件外圆中心的对称度 对于第1项要求,考虑第1种情况(工序基准为圆心O 对于第1项要求,考虑第1种情况(工序基准为圆心O,见 图2-33),写出O点至加工尺寸方向上 33) 写出O 某一固定点( 某一固定点 ( 如 V 型块两斜面交点 A ) 型块两斜面交点A 的距离: O
OA = OB d = Sin(α/ 2) Sin(α/ 2)
α B A

对上式求全微分,得到:
d(OA) = 1 1 d(α) d(d) - Sin(α/ 2) Sin(α/ 2)

图2-33 外圆表面在V型 块上的定位误差

H

42

补充1 补充1 定位误差
以微小增量代替微分,并将尺寸误差视为微小增量,且考虑 到尺寸误差可正可负,各项误差均取最大值,得到工序尺寸 H的定位误差:
? DW ?α ? d cos ? ? Td ?2?T = + α ?α ? 2 ?α ? 2sin ? ? 4sin ? ? ?2? ?2?

(2-8)

式中 Td —— 工件外圆直径公差; Tα—— V型块两斜面夹角角度公差。 若忽略V型块两斜面夹角的角度公差,可以得到用V型块对 外圆表面定位,当工序基准为外圆中心时,在垂直方向(图 2-33中尺寸H方向)上的定位误差为:
? DW = Td ?α ? 2sin ? ? ?2?

(2-9)
43

CA = OA ? OC d d = ? α 2 2sin 2
? ? ? Td Td Td ? 1 = ? = ? ? 1? α 2 2? α ? 2sin sin 2 ? 2 ?
44

45

补充1 补充1 定位误差
若工件工序基准为外圆下母 线或上母线时,用同样方法 可求出其定位误差分别为:
O

H1

O

? ? ? Td ? 1 ? DW 1 = ? ? 1? α? ? 2 ? ? 2sin ? ? ? ?2? ? ? ? ? ? ? Td ? 1 ? DW 1 = ? + 1? 2 ? ?α ? 2sin ? ? ? ? ?2? ? ? ?

B

C A

B

(2-10)

a)

b)

图2-34 外圆表面在V型块上的 定位误差

对于第2项要求,若忽略工件的圆度误差和V型块角度偏差, 对于第2项要求,若忽略工件的圆度误差和V型块角度偏差, 可以认为工序基准(工件外圆中心) 可以认为工序基准(工件外圆中心)在水平方向上的位置变 动量为零,即使用V型块对外圆表面定位时,在垂直于V 动量为零,即使用 V型块对外圆表面定位时,在垂直于V型 块对称面方向上定位误差为零。 块对称面方向上定位误差为零。
46

H2

工件在V形块上定位 工件在 形块上定位

工序尺寸以H 标注,其定位误差为: ③ 工序尺寸以H 标注,其定位误差为: 定位误差分析: 标注,其定位误差为: ④② 工序尺寸以 231标注,其定位误差为: 定位误差分析: 标注,其定位误差为: 工序尺寸以H ① 工序尺寸以 标注,其定位误差为: 工序尺寸以 ?d3=B11 =A O +O O 的增大而增大; B 随毛坯误差T a) ??d1=OAO2=O1C-O21O6-dO1B1 定位误差?d 随毛坯误差 的增大而增大; 定位误差 2=O2B2+O C A O d2=A1 2 1 1 1 6- 2 2 1 T d-T d 形块夹角 1 TddTd 1 1 - 1 d-T d-T b) 定位误差 ddT1 Td1 1 d 增大而减小,但稳定性变差; 定位误差? 随V形块夹角 增大而减小,但稳定性变差; 形块夹角α d d d = + sinα 2 sin = == d2 +sinα2 - α - 2α= = 2 2sinα α + 1 sinα sin sin - 2 2 c) 定位误差 2d 与工序尺寸标注方式有关,?d2 2 ?d1 > ?d3 定位误差? 与工序尺寸标注方式有关, 2 > 2 2 2 2 2 2 2

47

定位误差 已知圆柱形的工件的直径为d,直 已知圆柱形的工件的直径为d,直 d, 径公差为T 径公差为Td,求各工序的定位误 差。

C : ?dw = ?jb + ?jw = Td + 0 = Td D : ?dw = ?jb + ?jw = 0 + 0 = 0

A : ?dw = ?jb + ?jw = 0.5Td + 0 = 0.5Td B : ?dw = ?jb + ?jw = 0.5Td + 0 = 0.5Td

48

A 工艺凸台 A向

图 小刀架上的工艺凸台
49

50

基准分类归纳如下: 基准分类归纳如下:
基 准

设计基准

工艺基准

工序基准

定位基准

测量基准

装配基准

粗基准

精基准

附加基准

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