定位誤差與夾具設計

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1、過定位與欠定位, 欠定位：加工中，工件定位點數(shù)少于應限制的自由度數(shù)。會產(chǎn)生不良后果。 過定位：工件的某個自由度被限制兩次以上。,1.分析：工件的定位支承點少于應限制的自由度數(shù)時，會造成什么后果？結果：應限制了自由度來被限制，導致加工時達不到要求的加工精度。,2.過定位是否允許?一般來說過定位將使工件定位不確定，夾緊后會使工件或定位元件產(chǎn)生變形。,(2)過定位有時是允許的，而欠定位決不允許，欠定位的后果只導致加工時達不到加工精度。 過定位優(yōu)點：使定位可能更為可靠，如冰箱有四個支承點。 缺點：易使工件的定位精度受影響，使工件或夾具夾緊后產(chǎn)生變形。,(3)過定位一般會造成如下不良影響:a.使接觸點不

2、穩(wěn)定，增加了同批工件在夾具中位置不同一性b.增加了工件和夾具的夾緊變形c.導致部分工件不能順利與定位元件定位d.干擾了設計意圖的實現(xiàn)因此，大多情況下，應避免過定位過定位常出現(xiàn)在精中工工序中。 (4) 必須結合定位基準面和定位元件的接觸情況來分析、建立相對概念。,1)方法問題： 1、根據(jù)工序加工技術要求和工件形狀的特點，確定應限制 那些自由度，而用相應的定位點數(shù)目去消除。 2、分析時也可反過來分析哪幾個自由度可不必限制，剩下 的就是要限制的了。 3、不使工件在外力作用下脫離支承點而失去定位 定位不考慮力的影響，工件在某一坐標方向上的自由度被限制，是指工件定位后在該坐標方向上有

3、確定的位置，而不是指工件在受到使工件脫離支承點的外力時不能運動；,應用六點定位原則應注意的問題,例： 銷：限制了 X Y(移動） X Y(轉動）四個自由 支承板：限制Z(移動) X Y(轉動) 三個自由度 擋銷：限制Z(轉動) 結果：X Y重復限制,后果：當工件定位孔與端面垂直度誤差較大，而且孔與長銷的間隙又很小時：若長銷剛度好，工件被壓歪，連桿變形；若長銷剛度不足時，長銷被夾歪 。 兩種情況均會引起加工的左孔的位置精度，使連桿大小頭孔軸線不能平行。,定位符號的表示方法,定位方式用六點定位原理進行定位分析時，以定位點來消除自由度，在實際應用中，不可能是點，而應該是各種定位元件,工件的定位表面

4、有各種形式：如平面，內孔，外圓，成型面，組合表面等，對這些表面應采用不同的方法來實現(xiàn)。定位設計時應做的工作及步驟：A）根據(jù)加工零件的工序要求合理布置支承點B）正確考慮定位方法C）選用恰當?shù)亩ㄎ辉? 8. 1.2 工件在夾具上的定位方法和定位元件,定位元件,,,,.特點： 對中性好（水平方向）所定位的水平軸中心位置（垂直方向），隨V形塊夾角 及工件直徑的誤差而發(fā)生變化V形塊裝在夾具體C時，除用螺釘緊固外，還要加裝定位銷,.主要結構參數(shù)： V形塊已標準化，繪制V形塊工作圖時，可不繪制圖形，但應注明尺寸C、H、h,.定位套筒及剖分套筒,定位套筒 特點： 元件結構簡單，定心精度不變； 當工件外圓

5、與定位圓孔配合較松時，易使工件傾斜，可考慮利用套筒內孔及端面一起定位； 當端面大時，定位孔應短些，以避免產(chǎn)生過定位。,剖分套筒 主要用于大型軸類零件的精密軸經(jīng)定位，以便于安裝。結構:下半孔起定位作用 上半孔起夾緊作用,剖分套筒,.外圓定心夾緊機構,,.內圓定心夾緊機構用于內孔的定心夾緊機構，其作用原理與外圓定位時是一樣的。區(qū)別僅在于孔定位時，支承等速遠離中心移動，與工件孔表面接觸。,孔用漲緊套,（四）工件以組合表面定位,以上所述的定位方法，全指工件以單一表面定位。實際上，零件往往是以幾個表面同時定位的，例如:用兩個平行孔、兩個平行階梯表面、階梯軸的兩個外圓等等，這都稱為“工件以組合表面定位”。

6、工件以組合表面定位時，幾個定位表面間的相互位置，總是具有一定的誤差，若將所有的支承元件都做成固定的，工件將不能正確定位甚至無法定位。因而，在組合表面定位時，必須將其中的一個（或幾個）支承做成浮動的，或雖是固定的，但能補償其定位面間的誤差。,1.以軸心線平行的兩孔定位（一面兩孔）,工件以兩孔定位的方式，在生產(chǎn)中普遍用于箱體類大、中型零件的加工中，如機床主軸箱、發(fā)動機機體。,以一面兩孔定位,用箱體的兩孔及平面定位的分析,若以兩個圓柱銷作定位件時，常會產(chǎn)生過定位現(xiàn)象，造成后果：工件可能無法安裝。 將右邊定位銷在兩銷連心線的垂直方面削去兩邊，做成削邊銷，這樣在此連心線方向上獲得間隙補償；能使工件兩

7、孔與兩銷順利安裝且使定位較準確。,若工件在垂直平面定位后，再將工件左端外圓、用圓孔或V形定位時，則工件右端外所用的V形塊，一定要做成浮動結構，這時只起限制一個自由度的作用，否則就會過定位。,2.以軸心線平行的兩個圓表面定位,, 8.2 定位誤差的分析與計算,1、定位誤差的概念 把工件上被加工表面的設計基準相對于定位元件工作表面在加工尺寸方向上的最大變動量，稱為“定位誤差”。,2、定位誤差產(chǎn)生原因,a.一批工件彼此在尺寸、形狀及相互位置上均存在差異，而夾具定位元件也有制造誤差。 b.工件的定位基準與設計基準不重合，或工件的定位基準與定位元件的工作表面之間存在間隙。 工件用夾具定位加工時，只按

8、定程法（即調整法）加工一批工件，如果按逐件試切法加工，則根本不存在定位誤差。（僅有加工誤差等）,誤差來源,a.基準不重合誤差 b.基準位移誤差,,,,1、基準位移誤差,由于夾具定位元件和工件定位基準本身有制造誤差，也可能使工件被加工表面的設計基準，在加工尺寸方向上產(chǎn)生變動而形成定位誤差。,由于定位副的制造誤差而引起的定位基準在加工尺寸方向上的最大位置變動范圍稱為基準位移誤差，用Y表示。,基準位移誤差,,,工序二：加工平面1時，圖紙要求的設計尺寸為AA，而加工時刀具調整尺寸CAA 。因此，即使不考慮本工序的加工誤差，這種定位方法也將可能使加工尺寸A發(fā)生變化（在工序一留下的誤差 范圍H內波動），因

9、而也就產(chǎn)生了定位誤差（）。,,2、基準不重合誤差,工序一：加工平面2時，定位基準與設計基準重合，其圖紙的設計尺寸 與加工時刀具調整控制尺寸 （對一批工件說，可看作為常量不變）兩者一致，則定位誤差=0 。,圖中零件，底面3與側面4已加工好，需加工平面1、2，均用底面及側面定位。,為提高定位精度，設計夾具時盡量使定位基準與加工表面之設計基準重合。但定位精度雖然提高了，有時使得夾具結構復雜，工件安裝不便, 穩(wěn)定性和可靠性變差。生產(chǎn)中只要在滿足工藝的要求前提下，如果能降低工序成本，基準不重合的定位方案，也允許選用。,二、定位誤差的計算,工件定位誤差的實質是工件上被加工表面的設計基準相對于定位元件工作表

10、面在加工尺寸方向上的最大變動量，因此，計算定位誤差時， 首先要找出工序尺寸的工序基準； 然后求其在工序尺寸方向上的最大變動量。,1、定位誤差計算的方法,定位誤差計算的方法,幾何法 微分法,*2幾種典型表面定位時的定位誤差 1、平面定位時的定位誤差 加工過的表面定位：加工過的表面形狀誤差較小，可以認為基準位移誤差為零。 定位= 位=0,2、圓孔表面定位時的定位誤差 （1）工件上圓孔與剛性心軸或定位銷過盈配合 基準位移誤差： Y位置（O）=0,基準不重合誤差：,2、工件內孔與心軸位間隙配合,（1）如果心軸水平放置，工件以內孔中心 O為定位基準，套在心軸中心O1上，要求加工上平面HH。,

11、孔和軸中心線必然不重合，在自重的作用下工件內孔始終與心軸上母線A單邊接觸。 。,H的定位誤差，即為設計基準0在H尺寸方向上的最大變動量，應為： H=OO1（sD/2+xd/2）(xd/2) =sD/2+(xd/2sd/2) TD/2Td/2,,,結論： 這時的基準位移造成的定位誤差為內孔公差和心軸公差之和的一半，且與間隙 無關。,,如果心軸垂直放置，就可能心軸與工件內孔任意邊接觸，則應考慮加工尺寸方向的二個極限位置及孔軸間隙 ，故定位誤差為： HTDTd 。,3、v形塊定位時的定位誤差,例、工件用V形塊定位加工鍵槽時的定位誤差計算。,用V形塊定位加工鍵槽時的

12、定位誤差計算,,,,已知：工件外圓直徑為d，公差為Td，V形塊兩斜面夾角為a，求各種標準方式下的定位誤差？,解：,,首先：寫出O點（工件基準點）至加工尺寸方向上某固定點（通常取點A）的距離,,,,,同理：,通過以上計算，可得出如下結論： （1） ，即定誤差隨毛坯誤差增大而增大。（2） 與V形塊夾角有關。即定位誤差隨增大而增減小， 但定 位穩(wěn)定性卻差了，故一般選用=90。（3） 與加工尺寸標注方法有關。,分析：,,,,4、組合表面定位與定位誤差分析,提高工件在夾具中定位精度的措施 即如何減少或消除基準位移誤差和基準不重合誤差。 1、減少或消除基準位移誤差的措施 1）選用基準位置誤差

13、小的定位元件 2）合理布置定位元件在夾具中的位置 3）提高工件定位表面與定位元件的配合精度 例如：以內孔或外圓定位時，應盡量減小它與定位元件之間的最小間隙。,2、消除或減小基準不重合誤差的措施 盡可能以工序基準作為定位基準,保證規(guī)定加工精度實現(xiàn)的條件,：1.夾具的有關制造誤差（制造） 這個誤差主要包括夾具制造時的兩項誤差：確定刀具位置的元件和引導刀具的元件與定位元件間的位置誤差；定位元件與夾具安裝到機床上的安裝基面間的位置誤差。2.夾具安裝誤差（安裝 ）即是夾具在機床上的定位誤差。3.加工誤差（加工）指上件在切削過程中所產(chǎn)生的誤差。如機床的工作精度，刀具的磨損和跳動，刀具相對工件加工位置的調整

14、誤差，以及工藝系統(tǒng)在加工過程中的彈性變形等。,工件利用夾具加工時，影響加工精度的誤差因素以下三類，控制在工件所允許的公差（T公差）范圍之內，即： 制造 安裝 加工 T工件 上式即為保證規(guī)定加工精度實現(xiàn)的條件，也稱為用夾具安裝加工時的誤差計算不等式。為使T工件做到合理地分配給以上機械加工中產(chǎn)生誤差的各個環(huán)節(jié)，通常在夾具設計時，夾具上定位元件之間，定位元件與引導元件之間，以及其他相關尺寸和相互位置的公差，一般取工件上相應公差的1/51/2，最常用的是1/31/2，因粗加工的T工件大，此時，夾具上相應公差取小的比例。,,,四、工件定位方案設計及定位誤差計算舉例,1、 2、槽兩側面C、D對B面的垂直

15、度公差0.05mm 3、槽的對稱中心面與兩孔中心連線之間的夾角為,（一）定位方案設計 1、按加工精度要求，至少應限制五個不定度，從加工穩(wěn)定性來說，可限制六個不定度。 2、為保證垂直度，應以B面作為定位基準，但因B面較小，為穩(wěn)定考慮，選擇A作為基準。 3、為保證角度精度，應以兩孔軸線作為定位基準。,（二）定位誤差計算 1、槽的垂直度誤差較易保證，不必計算。 2、角度誤差： A、基準重合，不存在基準不重合誤差。 B、基準位置誤差： 假定兩孔、銷的配合均為H7/g6 圓柱定位銷的直徑為 削邊定位銷的直徑為, 2. 6 工 件 的 夾 緊,一、工件夾緊的基本要求,夾得穩(wěn)：不破壞穩(wěn)定的正確定位，以作平衡

16、，剛度足夠； 夾得牢：夾緊力要合適，過大工件變形或損傷，影響加工精度，過小工件加工中易移動或產(chǎn)生振動，同時，夾緊裝置應保證自鎖，即原始夾緊力去除后，工件能保持夾緊狀態(tài)；夾得快：機構簡單、緊湊、操作安全、省力、迅速方便。確定夾緊方案一般應與定位問題同時考慮，為達到以上三個要求，正確設計夾緊機構，首先必須合理確定夾緊力的三要素：大小、方向和作用點。,二、夾緊力方向的確定,1.夾緊力方向的確定 不破壞定位的準確性，朝向是定位基準； 夾緊力方向應使工件變形盡可能??； 夾緊力方面應使所需夾緊力盡可能小。,P：切削力、W：重力，Q：夾緊力,P、W相同時，哪一情況Q可最?。?由此可見，夾緊力大小與夾緊力方向

17、直接有關，在考慮夾緊方向時，只要滿足夾緊條件，夾緊力越小越好。,2.夾緊力作用點的選擇 夾緊力應落在支承元件上或幾個支承元件所形成的平面內 夾緊力應落在工件剛性較好的部件上 夾緊力應盡量靠近加工面,,夾緊力應落在工件剛性較好的部件上,夾緊力應盡量靠近加工面,, 定位的夾緊力先動作，夾緊的夾緊力后動作，如圖所示，P力先動作，F(xiàn)力后動作, 夾緊元件只有在夾緊方向上移動，夾緊過程中才不致破壞定位，如圖所示。,1 螺釘 2 螺母 3壓塊 4 工件,夾緊力要合適， 夾緊力過小夾緊不可靠工件產(chǎn)生移動破壞定位； 夾緊力過大工件變形增大jj增大,3.夾緊力大小的估算,估算夾緊力的方法：,首先：將工件視為分離體

18、，分析作用在工件上的各種力； 再根據(jù)力系平衡條件，確定保持工件平衡所需的最小夾緊力； 最后將乘以一合適的安全系數(shù)k，以此作為所需的夾緊力。 FWk=KFW (K粗加工2.53；精加工1.52),,典型夾緊機構,常見的有斜楔、偏心、螺旋和鉸鏈等夾緊機構，斜楔、偏心、螺旋是利用機械摩擦的斜楔自鎖原理。,1.斜楔夾緊,FQ夾緊作用力；a斜楔升角；,由靜力平衡： F1+FRx= FQ,a) 自鎖性：見圖b)所示受力分析，當夾緊作用力取掉后，在純摩擦力作用下，仍能保持夾緊的現(xiàn)象。,自鎖條件：F1Rx,10,8-10,斜楔夾緊的特點：(1)斜楔機構簡單，有增力作用。一般擴力比（約為3） ，愈小增力作用愈大

19、。,,,,,代入摩擦角=6, 可得 ip=2.6,為了提高效率，可以采用帶滾子的斜楔夾緊機構，但會降低自鎖性能。,(2)斜楔夾緊行程小，且受斜楔升角影響。增大可加大行程，但自鎖性能變差。 為解決增力、行程之間矛盾，斜楔還可采用雙升角形式，大升角用 于夾緊前的快速行程，小升角則滿足增力和自鎖條件 。,(3)夾緊和松開要敲擊大、小端，操作不方便。,手動操作的簡單斜楔夾 緊很少應用，而在常見的夾緊裝置中，改變夾緊力方向和 作為增力機構時則應用較多。,如氣液壓夾緊時，斜楔上作用的動力源是不間斷的，所以不必自鎖，可增大到1530。,材料：斜楔一般用20鋼滲碳，淬硬HRC5862。批量不大時也可用45

20、鋼，淬硬HRC4246。,2. 螺旋夾緊 螺旋夾緊結構簡單，增力比大，自鎖性好，夾緊可靠，所以在夾具中得到最廣泛的應用。,螺桿1在2中轉動而起夾緊作用。 螺母2采用可換式，其目的是為了內螺紋磨損后可及時更換。 螺釘3用以防止2的松動。 壓塊4是防止在夾緊時帶動工件轉動；并避免1的頭部直接與工件接觸而造成壓痕，同時也可增大夾緊力作用面積，使夾緊更為可靠。,簡單的螺旋夾緊機構:,,,,受力分析： 螺旋相當于斜楔繞在圓柱體上形成，所以夾緊工件仍是楔緊作用,,式中： Q原始作用力； L手柄長度； r螺桿下端（或壓塊）與工件接觸處的當量摩 擦半徑； r2螺旋作用中徑之半；（作用中徑為d平均）；螺旋

21、升角； 螺桿下端（或壓塊）與工件接觸處的摩擦角； 螺旋配合面的摩擦角（常取830）。,螺旋夾緊力的計算公式,,, 結構特點 1、具有斜楔的結構特點，而且螺紋升角4，自鎖性能更好，耐振； 2、夾緊行程不受限制，但夾緊行程大時，操作時間長。 3、增力作用更大。,實際生產(chǎn)中，采用螺旋壓板的組合夾緊，在手動操作時用得比單螺旋夾緊更為普遍。較典型有三種：,改變力的方向,增大夾緊行程,圖（c）的操作省力，但結構受工件形狀限制，故設計這類夾具時，要注意合理布置杠桿比例，尋求最省力、最方便的方案。,3.偏心夾緊,常用的有圓偏心和曲線偏心兩種，可做成平面凸輪的形狀。因圓偏心機構簡單，制造方便，較曲線偏心應用廣泛

22、。,圓偏心輪相當于曲線楔繞在基圓上形成，所以夾緊工件仍是楔緊作用。,,,,升角ax：是變化的，也即楔角是變化的。 sinax= 2e/D sin 討論： =0- 180變化時， 當 = 0 ，a=0 90時 axmax，sinax2e / D,有效工作段的確定： 4590 一般常選下面兩種工作區(qū)域 1) =4555，為P點左右，楔角變化小，工作較穩(wěn)定，但ax大自鎖性能差； 2) =75165，楔角變化大，工作不穩(wěn)定，但ax小自鎖性能好 ap=aT=amax 一般取A---B段為工作段,,D/e值反映了偏心輪的偏心特性，它可用來表示偏心輪工作的可靠性；此值大，自鎖性能好，但結構尺寸也

23、大。, 夾緊力計算 圓偏心在任一夾緊位置等效于一直線楔，所以夾緊力計算與斜楔夾緊相似。又從斜楔夾緊力計算公式知，ax角越大，產(chǎn)生的夾緊力越小，所以axamax時，夾緊力最?。?,在設計圓偏心時，應注意以下三個問題： a）自鎖條件； b）保證足夠的夾緊力； c）保證足夠的夾緊距離s（指偏心輪工作部分與工作間接觸點的最大垂直位移）。,圓偏心夾緊的主要缺點是夾緊行程小，夾緊力也小。 優(yōu)點是結構簡單，動作迅速。 一般用在切削力不大且無振動的場合，又S較小，對夾緊尺寸要求較嚴。,5 圓偏心的設計 選工作段的行程AB,Tx,hAB,Tx,3,2、 確定偏心輪的結構尺寸e D e = hAB/（cosB1c

24、osB2） 一般取值在1.7-7mm之間 確定D：由D=(14-20)e 確定D 3、驗算夾緊力： 取被加工件為加工對象，根據(jù)靜力平衡算出理論上需要的夾緊力FW，再乘以安全系數(shù)K，就是實際需要的夾緊力FWK， (FW)min FWK即可。 4、選擇標準偏心輪的結構,8.3.1.2 夾緊力的估算1、 鉆削加工,,,,K,,,將此W代入夾緊機構中夾緊力公式，即可求得所需施加的原始作用力Q的大小，再驗證此夾緊機構是否能夠產(chǎn)生出足夠的作用力，必須Q額定 Q.,2、車削加工時夾緊力的估算,,F=MC/3R=PZR,合力P=PZ/3,W=KP/u=KPZ/3u,Pz為主切削力,代入驗算夾緊機構是否達標,,

25、,8.4 幾種常用典型夾具,在夾緊點之間，必須設計有浮動元件2、7。,單件聯(lián)動夾緊,.多件夾緊 加工時采取多件夾緊，可以大大提高生產(chǎn)率，尤其在小件加工時應用更為廣泛。,按夾緊力的方向及作用情況，多件夾緊可分為兩種： (1)連續(xù)式夾緊由一個力的來源，以同樣大小的夾緊力，依次連續(xù)朝同一方向由一個工件傳遞到其他工件。,使用連續(xù)式夾緊 ，沿夾緊方向，每個工件與定位夾緊元件接觸處的誤差，必定要傳到另一工件上。如此累積，使最后一個工件沿此方向的定位精度非常低。因此，連續(xù)式多件夾緊只適用于被加工表面與夾緊方向平行（即工件加工尺寸的方向與夾緊方向相垂直）的時候。因此時的定位誤差，并不影響工件的加工精度。,(2)平行式夾緊總的原始力按幾個平行的相同方向，分布在不同的多個夾緊位置上。,工件安裝在V形塊上，旋緊螺母1，通過一特殊壓板2，使四個工件同時夾緊。,圖（c）是用液性塑料的平行式多件夾緊。,8.4.2 對中與定心夾緊機構,,,,,,,,總結,