工件定位的基本原理
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第1章工件的定位●理解六点定位原理。
●常用定位元件限制的自由度。
●工件定位方式:完全定位、不完全定位、过定位和欠定位。
●常用定位元件的设计。
●定位误差的分析和计算。
●根据零件工序加工要求,确定定位方式。
●根据零件工序加工要求,确定定位方案。
●掌握定位元件的设计方法。
●掌握定位误差的分析和计算。
1.1工作场景导入【工作场景】如图1.1所示,钢套零件在本工序中需钻φ5mm孔,工件材料为Q235A钢,批量N=2000件。
钢套零件三维图如图1.2所示。
【加工要求】(1)φ5mm孔轴线到端面B的距离20±0.1mm。
(2)φ5mm孔对φ20H7孔的对称度为0.1mm。
本任务是设计钻φ5mm孔的钻床夹具定位方案。
图1.1钢套零件钻φ5mm工序图图1.2钢套零件三维图【引导问题】(1)仔细阅读图1.1,分析零件加工要求,各工序尺寸的工序基准是什么?(2)工件定位与夹紧的概念是什么?分析它们分别是由什么装置实现的?(3)六点定位原理是什么?(4)什么是完全定位、不完全定位、过定位和欠定位?(5)常用定位元件有哪些?定位元件限制的自由度?(6)定位方案设计的基本原则是什么?定位元件的要求是什么?(7)定位误差如何分析和计算?(8)企业生产参观实习。
①生产现场机床夹具的组成是什么?②生产现场机床夹具使用的定位元件有哪些?③生产现场机床夹具定位时限制几个自由度?1.2基础知识【学习目标】理解六点定位原理,分析常用定位元件限制的自由度,确定工件的定位方式,常用定位元件的设计,定位方案设计的基本原则,定位误差的分析和计算。
1.2.1工件定位的基本原理1.概述为了达到工件被加工表面的技术要求,必须保证工件在加工过程中的正确位置。
夹具保证加工精度的原理是加工需要满足3个条件:①一批工件在夹具中占有正确的位置;②夹具在机床上的正确位置;③刀具相对夹具的正确位置。
显然,工件的定位是极为重要的一个环节。
本章就要讨论工件的定位问题。
工件以一面两孔定位时,为什么要用一个圆柱销和一个菱形销且菱形销怎么是限制一个自由度?一个零件有六个自由度,平移四向、上下两向、旋转两向。
一销可消除平移四向、旋转一向和向下移动三个自由度,再加一销会产生过定位问题,所以,改用菱形销,只留一个向上的自由度。
自由度有计算公式,点、线接触为高付,面接触为低付。
平面自由度计算公式F=3n-(2p+3q),n为自由构件数目(不含支架),p为低副数,q为高副数目数控机床上工件定位的原理在机械加工过程中为确保加工精度,在数控机床上加工零件时,必须先使工件在机床上占据一个正确的位置,即定位,然后将其夹紧。
这种定位与夹紧的过程称为工件的装夹。
用于装夹工件的工艺装备就是机床夹具。
1 工件定位的基本原理六点定位厦理工件在空问具有六个自由度,即沿x、y、z三个直角坐标轴方向的移动自由度和绕这三个坐标轴的转动自由度因此,要完全确定工件的位置,就必须消除这六个自由度,通常用六个支承点(即定位元件)来限制关键的六个自由度,其中每一个支承点限制相应的一个自由度,在如y平面上,不在同一直线上的三个支承点限制了工件的王、于三个自由度,这个平面称为主基准面;在平面上沿长度方向布置的两个支承点限制了工件的拿两个自由度,这个平面称为导向平面;工件在xoz乎面上,被一个支承点限制了,一个自由度,这个平面称为止动平面。
工件的六个自由度综上所述,若要使工件在央具中获得唯一确定的位置.就需要在夹具上合理设置相当于定位元件的六个支承点.使工件的定位基准与定位元件紧贴接触,即可消除工件的所有六个自由度.这就是工件的六苣定位原理。
工件的六点定位(2)六点定位原理的应用六点定位原理对于任何形状工件的定位都是适用的,如果违背这个原理,工件在央具中的位置就不能完全确定。
然而.用工件六点定位原理进行定位时,必须根据具体加工要求灵活运用.工件形状不同t定位表面不同,定位点的分布情况会各不相同,宗旨是使用最简单的定位方法,使工件在夹具中迅速获得正确的位置。
2.定位的实质就是使同一批工件在夹具中占有正确的加工位置讨论题:定位与夹紧的关系是什么?基准的概念基准:零件上用以确定其它点、线、面位置所依据的要素(点、线、面)。
3.定位基准:是定位设计的一个关键问题是制订工艺规程的依据4.自由度:任何一个自由刚体,在空间均有六个自由度,即沿空间坐标轴X、Y、Z三个方向的移动和绕此三坐标轴的转动。
由刚体运动学可知,一个自由刚体,在空间有且仅有六个自由度。
工件在空间的位置是任意的,即它既能沿Ox、Oy、Oz三个坐标轴移动,称为移动自由度,分别表为;又能绕Ox、Oy、Oz三个坐标轴转动,称为转动自由度,分别表示为。
图 2.2 工件自由工件定位的实质就是限制工件的自由度5.六点定则工件定位时,用合理分布的六个支承点与工件的定位基准相接触来限制工件的六个自由度,使工件的位置完全确定,称为“六点定则”在与机床工作台面平行的平面上“合理”布置三个支承钉与工件底面接触,限制了三个自由度,在与机床进给方向平行的平面上“合理”布置两个支承钉与工件侧面接触,限制了两个自由度,综合结果:限制了五个自由度。
[例2.2]如图2.4所示在工件上铣槽,保证槽在三个方向上的位置要求,试确定定位方案。
①分析满足加工要求必须限制的自由度,也简称理限。
保证槽的上下位置要求:必须限制保证槽的左右位置要求:必须限制保证槽的前后位置要求:必须限制综合结果:必须限制六个自由度。
②用定位元件来限制理论上应该限制的自由度。
用长V形块与工件外圆面接触限制;用定位支承钉与工件端面接触限制;用定位销与工件槽面接触限制;综合结果:限制了。
注意问题:1) 定位元件限制自由度的作用表示它与工件定位面接触,一旦脱离接触就失去限制自由度的作用。
六点定则1.六点定则是工件定位的基本法则,用于实际生产时,起支承作用的是一定形状的几何体,这些用来限制工件自由度的几何体就是定位元件。
2.平面几何体的定位3.圆柱几何体的定位件以外圆定位,最常见的定位元件有V形架、半圆弧定位等装置。
工件定位的基本原理
教学环节教学内容
教学方法
说明
引入新课课前提问:
1、三轴数控铣床一般指哪三个轴
¥
2、多轴数控机床(例如五轴加工中心)一般有哪些轴
答案:
1、X、Y、Z三个轴。
2、X、Y、Z(三个直线轴)和A、B、C(三个旋轴)
通过对熟
悉的知识
类比掌握
与之有关
的陌生知
识
讲授新课,
讲
\授新课
[一、工件的定位:
指工件在机床或夹具中取得一个正确的加工位置的过程。
例如:机床在装配时,其主轴箱、滑板及其上的工件,均须精确地安装在相应的位置上;
机械加工时,刀具必须精确地安装在主轴头上,其回转中心必须与主轴中心线重合;模
具也一样,其零部件均须精确地安装在以冲模上下座板或者是塑料模的定动模板的相应
位置上。
定位的目的是使工件在夹具中相对于机床、刀具占有确定的正确位置,并且应用夹具定
位工件,还能使同一批工件在夹具中的加工位置一致性好。
二、自由度
一个物体在三维空间中可能具有的运动。
例如:工件有六个自由度,分别是:三个移动自由度:,三个转动自由度:。
如图1所示:
图1
)
三、六点定位原理
用一个支承点限制工件的一个自由度,用六个合理分布的支承点限制工件的
六个自由度,使工件在机床或夹具中取得一个正确的加工位置,即为工件的六点定位原
理。
如果工件的六个自由度用六个支承点与工件接触使其完全消除,则该工件在空间的
位置就完全确定了。
如下图所示:
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首先介绍
定位的目
的,让学生
明白此次
课程的作
用
通过图例
联系物体
的运动掌
握自由度
的概念
`
通过挂图,
让学生更
加形象的
理解六点
定位原理
讲>
授新课
¥
讲授
新
、课
图2
四、工件定位的几种情况
完全定位:工件的六个自由度需要完全被限制的定位情况。
不完全定位:工件的六个自由度不需要完全被限制的定位情况。
欠定位:工件应该被限制的自由度而没有被限制的定位情况。
过定位:工件某个自由度被限制了两次或两次以上而出现的重复定位现象。
1、完全定位
工件的六个自由度全部被限制的定位,称为完全定位。
当工件在x、y、z三个坐标方向
上均有尺寸要求或位置精度要求时,一般采用这种定位方式。
见图3所示。
'
图3 1、平面支承2、短圆柱销3、侧挡销
2、不完全定位
根据工件的加工要求,并不需要限制工件的全部自由度,这样的定位,称为不完全定位。
见图4所示。
图4
…
通过实物
定位销和
V型铁让
学生理解
其限制的
自由度
通过车细
长轴实例
讲述过定
位与不完
全定位
—
通过插齿
机上的夹
具掌握过
定位的应
用场合。
、
例如:车削细长轴时,除采用卡盘和顶尖外,为增加工件的刚性,往往还采用中心架或
跟刀架,使之出现了过定位。
车削细长轴时若用三爪卡盘和前后顶尖定位时,Y、Z方向的平移同时被三爪卡盘和前
后顶尖约束了,此时已经出现了过定位,但是三爪卡盘是用来传递运动的,生产中可用
卡箍来代替三爪卡盘,卡箍既可传递运动又不约束工件的自由度,变过定位为不完全定
位。
3、欠定位
根据工件的加工要求,应该限制的自由度没有完全被限制的定位,称为欠定位。
欠定位
无法保证加工要求,所以是绝不允许的。
4、过定位
工件的同一自由度被二个或二个以上的支承点重复限制的定位。
可能造成工件的定位误
差,或者造成部分工件装不进夹具的情况。
过定位不是绝对不允许,要由具体情况决定。
见图五所示。
|
图五插齿夹具
消除过定位及其干涉的两种途径:
1)改变定位元件的结构,以消除被重复限制的自由度。
2)提高工件定位基面之间及定位元件工作表面之间的位置精度,以减小或消除过定位引
起的干涉。
五、“六点定位”的注意问题
1、定位就是限制自由度,通常用合理布置定位支承点的方法来限制工件的自由度。
2、定位支承点限制工件自由度的作用,应理解为定位支承点与工件定位基准面始终保持
紧贴接触。
若二者脱离,则意味着失去定位作用。
3、一个定位支承点仅限制一个自由度,一个工件仅有六个自由度,所设置的定位支承点
数目,原则上不应超过六个。
4、分析定位支承点的定位作用时,不考虑力的影响,定位和夹紧是两个概念,不能混淆:
工件的某一自由度被限制,是指工件在这一方向上有确定的位置,并非指工件在受到使
其脱离定位支承点的外力时,不能运动,即夹紧。
5、定位支承点是由定位元件抽象而来的,在夹具中,定位支承点总是通过具体的定位元
件体现。
课例题:在图六中,钻、扩、铰 9H7孔,其余表面均已加工,试分析其需要限制的自由度。
通过练习
堂
练
?
习
(挂图)
图六
分析:(1)保证尺寸20 ± ,需要限制的自由度为:
(2)保证垂直度时,需要限制的自由度为:
(3)保证 9H7孔中心对称分布于尺寸26mm的中心线,需要限制的自由度为:综合上述可知,本工序要限制的自由度为:等五个自由度。
一般地,分析零件所需限制的自由度,应考虑以下两方面的因素:)
①零件的工序要求;
②实际安装需要。
让学生开动脑筋,将所学知识马上加以应用,加深理解。
课后小结1、工件有六个自由度;
2、工件定位的几种情况;
3、欠定位无法保证加工要求,所以是绝不允许的;
4、过定位不是绝对不允许,要由具体情况决定。
&
通过课堂
小结对重
点内容进
行归纳总
结。
作业
布置分析模具导向件(导柱、导套、上模座板和下模座板)的定位形式及其作用。
通过作业,
进一步巩
固所学新
知识。
…
工件定位的基本原理(板书设计)
一、工件的定位:
指工件在机床或夹具中取得一个正确的加工位置的过程。
二、自由度
一个物体在三维空间中可能具有的运动。
工件有六个自由度,分别是:三个移动自由度:,三个转动自由度:。
三、六点定位原理
用六个合理分布的支承点限制工件的六个自由度,使工件在机床或夹具中取得一个正确的加工位置。
四、工件定位的几种情况:
1、完全定位
》
工件的六个自由度全部被限制的定位。
2、不完全定位
根据工件加工要求,并不需要限制工件的全部自由度。
3、欠定位
根据工件的加工要求,应该限制的自由度没有完全被限制的定
位。
4、过定
位
工件的同一自由度被二个或二个以上的支承点重复限制的定位。
五、“六点定位”注意问题
1、定位就是限制自由度;
2、定位支承点与工件定位基准面始终保持紧贴接触;
3、设置的定位支承点数目,原则上不应超过六个;
4、定位和夹紧是两个概念,不能混淆;
5、定位支承点是由定位元件抽象而来的,在夹具中,定位支
承点总是通过具体的定位元件体现。
六、课堂练习
具体要求见教案
七、小结
1、工件有六个自由度;
2、工件定位的几种情况;
3、欠定位无法保证加工要求,所以是绝不允许的;
4、过定位不是绝对不允许,要由具体情况决定
八、作业布置
分析模具导向件的定位形式及其作用。
·。