模块2工件在夹具中的定位 《机床夹具设计》教案.doc

模块2 工件在夹具中的定位
【知识目标】
工件在夹具中的定位根本原理和定位基准；
常用的定位元件的结构特点及应用；
工件在夹具中的定位误差分析与计算；
常见定位装置设计原那么和根本思路。
【技能目标】
掌握基准不重合误差和基准位移误差的概念及原理；
掌握典型零件外表常用的定位方法及其定位元件的特点；
初步具备根本定位装置的设计能力。
在机械加工中，要加工出合格的机械零件，工件在机床上与夹具、刀具必须保持正确的加工位置。在此过程中，工件的正确定位显得尤为重要。工件定位是指工件在机床或夹具中取得一个正确的加工位置的过程。怎样才算工件“取得一个正确的加工位置〞以及工件定位时遇到的“定位元件选取和定位误差分析〞等实际问题是本模块要讲的主要内容。
【任务描述】
如图2-1所示零件的工序图，钻、扩、铰f9H7mm孔，其余外表均已加工，根据加工要求，设计一套完整的定位装置。
图2-1 钻、扩、铰f9H7孔的工序图
【任务分析】
图2-1为钻、扩、铰f9H7孔的工序图，要想设计一套完整的定位装置，首先考虑图上所有工序尺寸的设计基准可定位性。如果设计基准和定位基准重合，那么误差分析就简单多啦。其次分析该工件定位面的形式〔圆柱面、平面等〕，尽量选择标准的定位元件。这样大大减少定位装置设计的工作量。
【任务引导】
〔1〕了解该工件的工艺特点，选择正确的定位方案。
〔2〕根据该工件的几何外表性质，确定工序基准、定位基准、测量基准及装配基准等。
〔3〕定位方案设计的根本原那么是什么？定位元件的要求是什么？
〔4〕常用定位元件有哪些？如何正确地选取定位元件？
〔5〕如果出现定位误差，如何进行分析和计算？
〔6〕根据定位装置设计的根本原那么，确定该工件的定位装置的设计思路。
【知识准备】
工件定位的根本原理
工件的自由度
由?工程力学?中刚体运动的规律可知，在空间一个自由刚体有且仅有六个自由度。如图2-2所示的工件，它在空间的位置是任意的，即既能沿x、y、z三个坐标轴移动，称为移动自由度，分别表示为 ；又能绕x、y、z三个坐标轴转动，称为转动自由度，分别表示为 。
图2-2 工件的六个自由度
六点定位原理

由上述介绍可知，如果要使一个自由刚体在空间有一个确定的位置，就必须设置相应的六个约束，分别限制刚体的六个运动自由度。在讨论工件的定位时，工件就是我们所指的自由刚体。如果工件的六个自由度都加以限制了，工件在空间的位置也就完全被确定下来了。
【小提示】定位实质上就是限制工件的自由度。
分析工件定位时，通常是用一个支承点限制工件的一个自由度。合理设置六个支承点限制工件的六个自由度，使工件在夹具中的位置完全确定，这就是六点定位原理。例如，在如图2-3〔a〕所示的矩形工件上铣削半封闭式矩形槽时，如图2-3〔b〕所示，可以设想有六个支撑点分布在三个互相垂直的坐标平面内，在其底面设置三个不共线的支承点1、2、3，限制工件的三个自由度、、；在其侧面设置两个支承点4、5，限制工件的两个自由度、；在其端面设置一个支承点6，限制工件的一个自由度。于是工件的六个自由度全部被限制了，实现了六点定位，如图2-3〔c〕所示，设置了六个支承钉。在具体的夹具中，支承点是由定位元件来表达的。
〔a〕零件 〔b〕定位分析 〔c〕支承点位置
图2-3 六点定位

1〕完全定位与不完全定位
工件的6个自由度全部被限制而在夹具中占有完全确定的唯一位置，称为完全定位。如图2-4所示，在某长方体工件上加工一个不通孔，为满足所有加工要求，必须限制工件的6个自由度，这就是完全定位。
〔a〕工件 〔b〕定位设计
图2-4 完全定位
【小提示】在夹具的实际结构中，定位支承点是通过具体的定位元件表达的，即支承点不一定用点或销的顶端，而常用面或线来代替。由于两点决定一条直线，三点决定一个平面，即一条直线可以代替两个支承点，一个平面可以代替三个支承点，因而在具体应用时，还可用窄长的平面代替直线，用较小的平面代替点。
没有全部限制工件的6个自由度，但也能满足加工要求的定位，称为不完全定位。如图2-5〔a〕所示为铣削工件的台阶面，为保证两个加工尺寸Y和Z，和台肩平行的底面和侧面只需限定、、、、五个自由度即可；如图2-5〔b〕所示为磨削工件的顶面，为保证一个加工尺寸Z，仅需限制、、三个自由度即可。像这种根据加工的技术要求，没有完全限制六个自由度的定位都属于不完全定位。
图2-5 不完全定位
【小提示】为了便于承受切削力、夹紧力或为了保