机械制造工程学-复习

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复习机械制造工程学 第一章金属切削加工中的基本定义工件表面的形成方法（P108~110）各种典型表面都可以看作是一条线(称为母线)沿着另一条线(称为导线)运动的轨迹。母线和导线统称为形成表面的发生线。 发生线的形成方法发生线是由刀具的切削刃与工件间的相对运动得到的。形成发生线的方法可归纳为四种。(1)成形法；(2)展成法；(3)轨迹法；(4)相切法 切削三表面 切削用量三要素切削速度V、进给量f和切削深度ap，称之为切削用量三要素。切削用量三要素直接影响切削力的大小、切削温度的高低、刀具磨损、刀具耐用度，同时还对生产率、加工成本、加工质量都有很大的影响。v、f、ap中，v对刀具耐用度影响最大，其次是进给量f，影响最小的是切削深度ap。 刀具角度（P3~4）刀具切削部分的结构要素尽管金属切削刀具的种类繁多，但其切削部分的几何形状与参数都有共性，即不论刀具结构如何复杂，其切削部分的形状总是近似地以外圆车刀切削部分的形状为基本形态。因此，在确定刀具切削部分几何形状的一般术语时，常以车刀切削部分为基础。刀具切削部分的结构为：一尖：刀尖二刃：主刀刃和副刀刃三刀面：前刀面、主后刀面和副后刀面。 刀具标注角度在刀具标注角度参考系中确定的切削刃与各刀面的方位角度，称为刀具标注角度。1.主剖面参考系内的标注角度(1)在主剖面Po内的标注角度1)前角γo：在主剖面内度量的基面Pr与前刀面Aγ的夹角。2)后角αo：在主剖面内度量的后刀面Aα与切削平面Ps的夹角。3)楔角βo：在主剖面内度量的后刀面Aα与前刀面Aγ的夹角。显然有如下关系：βo=90º–（αo+γo） (2)在切削平面Ps内的标注角度刃倾角λs：在切削平面内度量的主切削刃S与基面Pr的夹角。S向 (3)在基面Pr内的标注角度1)主偏角kr：在基面Pr内度量的切削平面Ps与进给平面Pf的夹角。它也是主切削刃S在基面内的投影与进给运动方向之间的夹角。 2)刀尖角εr：在基面内度量的切削平面Ps和副切削平面Ps’的夹角。也可以定义为主切削刃S和副切削刃S’在基面上投影的夹角。从图可知εr=180º–（kr+kr’）前角γo、后角αo和刃倾角λs是有正负号的。 第二章切屑形成过程及加工表面质量积屑瘤的概念、影响已加工表面质量 积屑瘤的形成及影响切削塑性金属时，常在刀刃附近前刀面上产生紧密粘结的硬块，硬度一般为被切材料的2、3倍，在处于比较稳定的状态时，能够代替刀刃进行切削。这块冷焊在前刀面上的金属称为积屑瘤或刀瘤。 （3）积屑瘤对切削过程的主要影响(a)增大了实际前角由于积屑瘤粘附在前刀面上，代替了刀刃参加切削，故使实际前角加大，这可使切削力减小。积屑瘤愈高，实际前角愈大。 (b)增大了切削厚度积屑瘤使切削深度增加了ac。由于积屑瘤的产生，成长与脱落是一个带有一定周期性的动态过程(如每秒几十至几百次)，ac值的变化，可能引起振动。 (c)使加工表面粗糙度增大积屑瘤的底部相对稳定一些，其顶部不稳定，容易破裂，破裂的积屑瘤硬块一部分粘附在切屑底面排除，一部分留在工件的加工表面上。积屑瘤凸出刀刃部分使加工表面切得非常粗糙，因此在精加工时必须设法避免或减小积屑瘤。(d)对刀具耐用度的影响积屑瘤粘附在前刀面上，相对稳定时，可以代替刀刃切削，起到减小刀面磨损，提高刀具耐用度的作用。不稳定时，积屑瘤的脱落，可使刀具产生粘结磨损。 第三章切削过程中的物理现象及影响因素切削合力及其分解（P37~38）上述各力的总合形成作用在车刀上的合力Fr。为了实际应用，Fr可分为相互垂直的Fx、Fy和Fz三个分力。Fz主切削力或切向力。Fz是计算车刀强度，设计机床功率所必需的。Fx进给抗力。轴向力或走刀力。Fx是设计走刀机构，计算车刀进给功率所必需的。Fy切深抗力、径向力或吃刀力。Fy用来确定与工件加工精度有关的工件挠度，计算机床零件和车刀强度。它也是使工件在切削过程中产生振动的力。与切削用量三要素的方向关系！！ 刀具磨损的形式（P59）切削时，刀具的前、后刀面与切屑及已加工表面相接触，产生剧烈摩擦。在接触区内有相当高的温度和压力。因此在前后刀面上都会发生磨损。但它们的磨损情况有各自不同的特点，而且相互影响：刀具磨损形式有以下几种：前刀面磨损后刀面磨损边界磨损 刀具磨损的原因（P60~62）刀具在正常磨损的情况下，其主要原因包括：硬质点磨损粘接磨损扩散磨损化学磨损1）对于一定的刀具材料和工件材料，起主导作用的是切削温度。2）高速钢刀具磨损的主要原因：硬质点磨损和粘结磨损；硬质合金刀具磨损的主要原因：粘结磨损和扩散磨损；金刚石刀具的扩散磨损最大，不宜加工铁簇金属材料。 第四章影响切削加工效率及表面质量的因素刀具材料的合理选择（P74~80）高速钢和硬质合金的特点、种类及应用场合（1）通用型高速钢广泛用于制造各种形状复杂的刀具。（2）高性能高速钢主要用于加工奥式体不锈钢、高温合金、钛合金、高强度纲等难加工材料。（3）粉末冶金高速钢常用于加工难加工材料，制造大尺寸刀具等等。 常用硬质合金的分类及其特性ISO将硬质合金刀具材料分为三类：P类(YT类)，主要用于钢件；K类(YG类)，主要用于加工铸铁、有色金属和非金属；M类(YW类)，可以用于钢，也可以加工铸铁，但主要用于加工耐热钢、高锰钢、不锈钢等难加工材料。 4.3合理的刀具几何参数的选择前角、后角、主偏角、副便角及刀尖、刃倾角 4.3.1前角及前刀面形状的选择2.合理前角的选择刀具前角一般根据刀具材料、工件材料和切削条件来选择。（1）刀具材料的强度、韧性高，应选择较大的前角；（2）根据工件材料的种类和性质选择1）加工塑性材料时，宜取较大前角；加工脆性材料时，宜取较小前角；2）工件材料的强度、硬度越高，前角宜取较小，甚至负前角。 4.3.3主偏角、副偏角及刀尖形状选择1.主偏角的功用及选择（2）合理主偏角的选择1）粗加工、半精加工时，则主偏角大；因为Kr大，Fy小，不易产生振动，比如适合车削细长轴。2）工艺系统刚性好，则主偏角小；3）切断刀的主偏角大；4）工件工件形状：比如同时车外圆、端面、倒角，取45°。 切削液（P91~94）在金属切削过程中，正确选择和使用切削液可以减小切削力和降低切削温度，改善切屑、工件和刀具的摩擦状态，减小刀具磨损，提高刀具耐用度，同时还能减小工件的热变形、抑制积屑瘤和鳞刺的生长，提高加工精度，减小表面粗糙度，提高切削效率。常用的切削液有三大类：水溶液、乳化液、切削油。切削液的作用机理：（1）冷却、（2）润滑、（3）清洗、（4）防锈。 4.5切削用量的选择4.5.1切削用量选择原则（1）切削用量对生产率的影响P=A0*v*f*ap（2）切削用量对刀具耐用度的影响从刀具耐用度出发，首先选最大的ap，其次选最大的f，最后根据T计算v。（3）切削用量对加工质量的影响精加工和半精加工时，宜选较小的ap和f。加工钢件时，硬质合金刀具用高速v，高速钢用低速v。 第五章金属切削机床与刀具5.2.1工件表面形状与成形方法切削加工中发生线是由刀具的切削刃和工件间的相对运动得到的，由于使用的刀具切削刃形状和采用的加工方法不同，形成发生线的方法也不同，概括起来有以下四种：①轨迹法、②成形法、③相切法、④展成法 机床的传动链由动力源—传动装置—执行件，或执行件—传动装置—执行件构成的传动联系，称为传动链。传动链可分为外联系传动链和内联系传动链。实现简单运动的传动链称为外联系传动链，外联传动链不要求运动源与执行件间有严格的传动比关系。实现复杂运动的传动链称为内联系传动链，它决定这复合运动的轨迹（发生线的形状），传动链所联系的执行件之间的相对速度(及相对位移量)有严格的要求。因此，传动链中各传动副的传动比必须准确。 滚刀的安装在滚齿时，要求滚刀的刀齿螺旋线方向与工件齿槽方向必须一致，这是沿齿向进给切出全齿长的条件。所以，加工前要调整滚刀的安装角。滚刀加工直齿圆柱齿轮的安装角。滚刀位于工件前面，滚刀的螺旋升角为0。从几何关系可知，滚刀安装角＝0。角度的偏转方向与刀齿的螺旋方向有关。00（a）右旋滚刀滚切直齿轮（b）左旋滚刀滚切直齿轮 用滚刀加工斜齿圆柱齿轮时，由于滚刀和工件的螺旋方向都有左、右方向之分，则它们之间共有四种不同的组合。则有＝0，式中为被加工齿轮螺旋角。00000000（d）右旋滚刀滚切左旋齿轮（a）左旋滚刀滚切左旋齿轮b）右旋滚刀滚切右旋齿轮（c）左旋滚刀滚切右旋齿轮 花键滚刀加工花键轴键槽的滚刀称为花键滚刀。花键滚刀加工花键轴属于螺旋齿轮啮合原理，因为刀齿在滚刀上成螺旋形分布，加工花键轴时刀齿螺旋方向应与花键轴齿槽方向一致，因而刀具轴线与工件轴线空间相错正好构成螺旋齿轮啮合。滚花键所需运动与滚齿轮所需运动完全相同。花键滚刀是专用刀具。普通花键滚刀加工外径定心的花键轴 带角花键滚刀加工内径定心的花键轴 第六章机械加工精度基础概念与分析方法。 6．2获得加工精度的方法1．试切法手工逐步逼近；试切→测量→调整效率低，技术水平要求高；多用于单件、小批量生产。 2．调整法调整法可以分为静调整法（又称样件法）和动调整法（又称尺寸调整法，按试切零件进行调整，直接测量试切零件的尺寸）两类。（1）静调整法：不切削时用对刀块或样件来调整刀具的位置。 主动测量法支架千分表砂轮工件4．自动控制法（主动测量法）边加工边测量3．定尺寸刀具法钻头、镗刀、拉刀等成形刀具效率高，成本也高，多用于大批大量生产。 6.3.1加工原理误差对加工精度的影响加工原理误差，指采用原理上近似的加工方法所引起的误差。例如，在普通公制丝杠的车床上加工模数制和英制螺纹，只能用近似的传动比配置挂轮，加工方法本身就带来一个传动误差。又如，齿轮的滚齿加工，常用阿基米德滚刀，由于制造阿基米德滚刀的基本蜗杆螺纹面的形成原理与制造渐开线滚刀的基本蜗杆螺纹面的形成原理不同，因而这两种基本蜗杆的螺纹面形状不同。阿基米德基本蜗杆轴向截面为直线，渐开线基本蜗杆轴向截面为曲线，所以用阿基米德基本蜗杆制造的阿基米德滚刀加工渐开线齿轮会产生齿形误差。 6．3影响加工精度的因素零件的加工精度主要取决于工艺系统（机床、夹具、刀具及工件组成的系统）的结构要素和运行方式。一般来说，形状精度由机床精度和刀具精度来保证；位置精度主要取决于机床精度、夹具精度和工件的装夹精度。因此，工艺系统中的各种误差，会在不同的具体条件下，以不同的程度反映到加工工件上，形成加工误差。所以把工艺系统的误差称为原始误差。 6.3.2工艺系统的制造误差和磨损对加工精度的影响1．机床的制造精度和磨损（1）导轨误差导轨是机床中确定主要部件相对位置的基准，也是运动的基准，它的各项误差直接影响被加工工件的精度。例如车床的床身导轨，在水平面内有了弯曲以后，在纵向切削过程中，刀尖的运动轨迹相对于工件轴心线之间就不能保持平行，当导轨向后凸出时，工件上就产生鞍形加工误差。而当导轨向前凸出时，就产生鼓形加工误差。导轨在垂直平面内的弯曲对加工精度的影响就不大一样，小到可以忽略不计的程度，其原理类似于车刀安装平面是否通过工件中心的影响。 6.4.4保证和提高加工精度的途径对加工误差进行分析计算或统计分析，弄清了原始误差对加工误差(表现误差)的影响程度，就为减少加工误差，提高加工精度指明了方向。减少加工误差的措施从技术上看，可将它们分为两大类。误差预防、误差补偿 1)误差预防：指减少原始误差或减少原始误差的影响，亦即减少误差源或改变误差源至加工误差之间的数量转换关系。常用的工艺方法：1、合理采用先进工艺装备2．直接减少原始误差3．误差转移法4．误差分组法5．“就地加工”法6．误差平均法2)误差补偿：在现存的表现误差条件下，通过分析、测量，进而建立数学模型，以这些信息为依据，人为地在系统中引入一个附加的误差源，使之与系统中现存的表现误差相抵消，以减少或消除零件的加工误差。 第七章机械加工工艺规程的制订机械加工工艺过程一般可分为工序、安装、工位、工步和走刀。（P200~201）（1）工序工序是指：一个（或一组）工人在一个工作地点对一个（或同时对几个）工件连续完成的那一部分加工过程。工作地、工人、零件和连续作业是构成工序的四个要素，其中任一要素的变更即构成新的工序。（2）安装在同一个工序中，工件每定位和夹紧一次所完成的那部分加工称为一个安装。在一个工序中，工件可能只需要安装一次，也可能需要安装几次。 定位基准的选择（P204~207）基准是用来确定生产对象上几何要素间的几何关系所依据的那些点、线、面。设计时零件尺寸的标注、制造时工件的定位、检查时尺寸的测量以及装配时零、部件的装配位置等都要用到基准的概念。从设计和工艺两个方面看，可把基准分为两大类，即设计基准和工艺基准。工艺基准是在工艺过程中所采用的基准。工艺基准按其用途不同又可分为工序基准、定位基准、测量基准和装配基准． 定位基准又分为粗基准和精基准。在加工的最初工序中，只能用毛坯上未经加工的表面作为定位基准，这种定位基准叫粗基准。在以后的工序中，则使用已经过加工的表面作定位基准，这种定位基准称为精基准。 精基准的选择原则（1）“基准重合”原则应尽量选用被加工表面的设计基准作为精基准，即“基准重合”的原则。这样可以避免因基准不重合而引起的误差⊿bc。（2）“基准统一”原则应选择多个表面加工时都能使用的定位基准作为精基准，即“基准统一”的原则。这样便于保证各加工表面间的相互位置精度，避免基准变换所产生的误差，并简化夹具的设计制造工作。如轴类零件，采用顶尖孔作统一基准加工各外圆表面。又如，机床床头箱多采用底面和导向面加工各轴孔，而一般箱体形零件常采用一大平面和两个距离较远的孔（一面双销）为精基准来完成各种工序的加工。 （3）“互为基准”原则当两个表面的相互位置精度及其自身的尺寸与形状精度都要求很高时，可采用这两个表面互为基准，反复多次进行精加工。例如，精密齿轮高频淬火后，为消除淬火变形、提高齿面与轴孔的精度并保证齿面淬硬层的深度和厚度均匀，则在磨削加工时就以齿面定位磨削轴孔，再以轴孔定位磨削齿面。这样可以保证轴孔与齿面有较高的相互位置精度。（4）“自为基准”原则在某些要求加工余量尽量小而均匀的精加工工序中，应尽量选择加工表面本身作为定位基准。例如，用浮动镗刀镗孔、圆拉刀拉孔、珩磨及无心磨床磨削外圆等。 粗基准的选择（1）若工件必须首先保证某重要表面的加工余量均匀，则应选该表面为粗基准。例如车床床头箱，其主轴孔的精度要求很高，要求在加工主轴孔时余量均匀，使加工时的切削力和工艺系统的弹性变形均匀。这样就会有利于保证高的尺寸精度和形状精度。因此选用主轴孔为粗基准加工底面（或顶面），再以底面（或顶面）为基准加工主轴孔。 （2）在没有要求保证重要表面加工余量均匀的情况下，若零件上每个表面都要加工，则应以加工余量最小的表面作为粗基准。这样，可使这个表面在加工中不致因加工余量不足，造成加工后仍留有部分毛面，致使工件报废。例如、铸造和锻造的轴套，常是孔的加工余量较大，这时就以外圆表面为粗基准来加工内孔。（3）在没有要求保证重要表面加工余量均匀的情况下，若零件有的表面不需要加工时，则应以不加工表面中与加工表面的位置精度要求较高的表面为粗基准。若既需保证某重要表面加工余量均匀，又要求保证不加工表面与加工表面的位置精度，则仍按本原则处理。 （4）选作粗基准的表面，应尽可能平整和光洁，不能有飞边、浇口、冒口及其它缺陷，以便定位准确，装夹可靠。（5）粗基准在同一尺寸方向上通常只允许使用一次，否则定位误差太大。但是，当毛坯是精密铸件或精密锻件时，毛坯质量高，而工件加工精度要求又不高时，可以重复使用某一粗基准。 7．5工艺路线的制订7．5．1加工经济精度与加工方法的选择了解各种加工方法所能达到的经济精度及表面粗糙度是拟定零件加工工艺路线的基础。（1）加工经济精度所谓加工经济精度是指在正常加工条件下（采用符合质量标准的设备、工艺装备和标准技术等级的工人，不延长加工时间）所能保证的加工精度和表面粗糙度。 加工顺序的安排（P208~209）1．工序顺序的安排原则（4条）（1）先加工基准面，再加工其它表面（先基准，后其它）这条原则有两个含义：①工艺路线开始安排的加工面应该是选作定位基准的精基准面，然后再以精基准定位，加工其它表面。②为保证一定的定位精度，当加工面的精度要求很高时，精加工前一般应先精修一下精基准。 （2）一般情况下，先加工平面，后加工孔（先面，后孔）这条原则的含义是：①当零件上有较大的平面可作定位基准时，可先加工出来作定位面，以面定位，加工孔。这样可以保证定位稳定、准确，安装工件往往也比较方便。②在毛坯面上钻孔，容易使钻头引偏，若该平面需要加工，则应在钻孔之前先加工平面。 （3）先加工主要表面，后加工次要表面（先主，后次）这里所说的主要表面是指：设计基准面，主要工作面。而次要表面是指键槽、螺孔等其它表面。次要表面和主要表面之间往往有相互位置要求。因此，一般要在主要表面达到一定的精度之后，再以主要表面定位加工次要表面。（4）先安排粗加工工序，后安排精加工工序（先粗，后精）对于精度和表面质量要求较高的零件，其粗精加工阶段应该分开。 7．5．3工序集中程度的确定在安排工序时还应考虑工序中所包含加工内容的多少。在每道工序中所安排的加工内容多，则一个零件的加工只集中在少数几道工序里完成，这时工艺路线短，称为工序集中。反之，在每道工序里安排的内容少，一个零件的加工分散在很多工序里完成，这时工艺路线长，称为工序分散。 工序集中具有以下特点：（1）在工件的一次装夹中，可以加工好工件上多个表面。这样，可以较好地保证这些表面之间的相互位置精度；同时可以减少装夹次数和辅助时间，并减少工件在机床之间的搬运次数和工作量，有利于缩短生产周期。例如，加工中心机床就可以实现在一次装夹中，完成工件的多种加工。（2）可以减少机床和夹具的数量，并相应地减少操作工人，节省车间面积，简化生产计划和生产组织管理工作。 工序分散具有以下特点：（1）机床设备及工夹具比较简单，调整比较容易，能较快地更换、生产不同的产品。（2）生产工人易于掌握生产技术，对工人的技术水平要求较低。一般情况下，单件小批生产多遵循工序集中原则，大批大量生产则为工序集中与工序分散两者兼有。但从今后发展看，随着数控机床应用的普及，工序集中程度将日益增加。 尺寸链原理（P213~219）在零件加工或机器装配过程中，由相互关联的尺寸彼此首尾相接形成的封闭尺寸组，称为尺寸链。在零件加工过程中，由同一零件有关工序尺寸所形成的尺寸链，称为工艺尺寸链；在机器设计和装配过程中，由有关零件设计尺寸所形成的尺寸链，称为装配尺寸链。 组成尺寸链的每一个尺寸，称为尺寸链的环。根据尺寸链中各环形成的顺序和特点，尺寸链的环可分为封闭环和组成环。封闭环——在零件加工过程或机器装配过程中最终形成的环（或间接得到的环）称为封闭环，如上图中的A0。组成环——尺寸链中除了封闭环以外的各环称为组成环，如上图中的A1和A2。一般来说，组成环的尺寸是由加工直接得到的。封闭环组成环组成环 组成环按其对封闭环的影响又可分为增环和减环。凡该环变动（增大或减小）引起封闭环同向变动（增大或减小）的环称为增环；反之，由于该环的变动（增大或减小）引起封闭环反向变动（减小或增大）的环称为减环。封闭环组成环组成环增环减环 尺寸链的计算方法尺寸链计算方法有极值法和概率法两种。1．极值法计算尺寸链（1）各环基本尺寸的计算尺寸链封闭环的基本尺寸等于各增环基本尺寸和各减环基本尺寸的代数和。即 （2）各环极限尺寸的计算封闭环的最大极限尺寸等于各增环的最大极限尺寸和各减环的最小极限尺寸的代数和，而封闭环的最小极限尺寸则等于各增环的最小极限尺寸和各减环的最大极限尺寸的代数和。即 （3）各环公差的计算由上两式相减得封闭环的公差（TA0）等于所有组成环的公差TAi之和。 （4）各环极限偏差的计算即封闭环的上偏差ESA0等于所有增环上偏差之和减去所有减环下偏差之和，而封闭环的下偏差EIA0则等于所有增环下偏差之和减去所有减环上偏差之和。 （3）一次加工后需要同时保证多个设计尺寸及公差 为保证零件表面处理层（渗碳、渗氮、电镀等）深度而进行的工序尺寸及其公差换算也是多尺寸保证问题的一种常见类型。例7-5图示偏心轴零件，表面A要求渗碳处理，渗碳层深度规定为0.5~0.8mm。零件上与此有关的加工过程如下：1）精车A面，保证尺寸；2）渗碳处理，控制渗碳层深度为H1；3）精磨A面，保证尺寸，同时保证渗碳层深度达到规定的要求。试确定渗碳层深度H1的数值。 A根据已知条件：可解出：。即在渗碳工序应保证渗碳层深度为0.708~0.95mm。公式参考基本尺寸：H0=R2+H1–R1，则H1=0.7封闭环上偏差：0.3=0+ESH1–(-0.05)，则ESH1=+0.25封闭环上偏差：0=-0.008+EIH1–0，则EIH1=+0.008增环增环减环封闭环 习题17、18 7．8生产率与技术经济分析7.8.3工艺过程的技术经济分析制定工艺规程时，在保证质量的前提下，往往会出现几种不同的方案。其中有些方案生产率高，但设备和工夹具的投资较大；另一些方案可能投资较省，但生产效率较低，因此，不同的方案就有不同的经济效果。为选取给定生产条件下最经济合理的方案，就需要进行技术经济分析。工艺方案的技术经济分析大致可分为两种情况：一是对不同工艺方案进行工艺成本分析和比较；二是按某些相对技术经济指标进行比较。 第八章装配工艺规程的制订基本概念：套装、组装、部装、总装利用装配尺寸链达到装配精度的方法（P236~241）利用装配尺寸链来达到装配精度的工艺方法一般可以分为四类：即互换法、分组法、修配法及调整法。 第九章机床夹具设计原理夹具的作用和组成（P243~245）(1)保证加工精度的稳定(2)缩短辅助时间，提高劳动生产率(3)扩大机床的使用范围(4)减轻劳动强度，保证安全生产。 夹具的组成(1)定位元件它与工件的定位基准相接触，用于确定工件在夹具中的正确位置。(2)夹紧装置这是用于夹紧工件的装置，在切削时使工件在夹具中保持既定位置。(3)对刀元件这种元件用于确定夹具与刀具的相对位置。(4)夹具体这是用于联接夹具各元件及装置，使其成为一个整体的基础件。它与机床相结合，使夹具相对机床具有确定的位置。(5)其它元件及装置根据工件的加工要求，有些夹具要有分度机构，铣床夹具还要有定位键等。 “六点定位原理”（P245~248）采用六个按一定规则布置的支承点，限制工件的六个自由度，使工件在机床或夹具中占有正确的位置。 实际上工件加工时并不一定要求限制其全部自由度。工件需要限制的自由度数由工件形状和在该工序中的加工要求而定。在定位中可能出现的情况有四种：1．完全定位；2．不完全定位；3．欠定位；4．过定位 典型定位元件的定位分析工件的定位面夹具的定位元件平面支承钉定位情况1个支承钉2个支承钉3个支承钉图示限制的自由度 工件的定位面夹具的定位元件平面支承板定位情况一块条形支承板二块条形支承板一块矩形支承板图示限制的自由度 圆圆柱销定位情况短圆柱销长圆柱销两段短圆柱销图示限制的自由度定位情况菱形销长销小平面组合短销大平面组合图示限制的自由度 工件的定位面夹具的定位元件孔圆锥销定位情况固定锥销浮动锥销固定锥销和浮动锥销组合图示限制的自由度 外圆柱面V形块定位情况一块短V形块两块短V形块一块长V形块图示限制的自由度定位套定位情况一个短定位套两个短定位套一个长定位套图示限制的自由度 圆锥孔锥顶尖和锥度心轴定位情况固定顶尖浮动顶尖锥度心轴图示限制的自由度 9.3工件用夹具定位装夹时的基准位置误差设计夹具时，必须根据工件的加工要求和已确定的定位基面，选择定位方法及定位元件并分析定位精度。 9.3.2工件以圆孔定位工件以圆孔为定位基准时，常用的定位元件是各种心轴和定位销。1．间隙配合圆柱心轴为便于工件的装卸，孔与心轴采用间隙配合。因孔、轴之间存在间隙，会产生基准位置误差，其值可按两种情况考虑。 （1）定位基准孔与心轴任意接触当心轴垂直放置，定位孔与心轴可以在任意方向接触时，当孔径最大而轴径最小时，则定位孔的几何中心（即定位基准）在夹具中位置的变动量为O1O2，即该种情况下所产生的基准位置误差，用表示，因此： （2）定位基准孔与心轴固定边接触当心轴水平放置时，因受重力影响或在夹紧力作用下定位孔只能单向位移而与心轴固定边接触时，在孔径最大（Dmin+TD）、轴径最小（dmax－Td）的情况下，孔的中心（即定位基准）会下移到O2处；而当孔径最小为Dmin、轴径最大为dmax时，则上移到O1处。在两种可能的极限情况下，孔中心位置的最大变动量，即基准位置误差为： 2．过盈配合圆柱心轴圆柱心轴中间的定位部分与工件孔用过盈配合。心轴前端有一导向部分，与工件作间隙配合，其作用是使工件易于套上心轴，并在压入定位部分时起导向作用。心轴末端是传动部分。心轴两端都打有中心孔，加工时安装在机床前后顶尖上。采用过盈心轴，装卸工件比较费时，但由于孔与轴间无间隙，基准位置误差为零，所以定心精度较高。Dmaxd1 9.3.3工件以外圆柱面定位工件以外圆作为定位基准时，可以在V形块、圆孔、半圆孔、定心夹紧装置中定位，其中常用的是在V形块中定位。1．在V形块中定位定位基准不论是完整的圆柱表面还是局部圆弧面，都可以采用V形块定位，它的最大特点是对中性好，即工件定位圆的轴线与V形块两斜面对称轴线保证重合，不受定位外圆直径误差的影响。对加工表面与外圆轴线有对称度要求的工件，常采用V形块定位。 （3）工件以外圆在V形块上定位时的基准位置误差在标准V形块中，夹角规定有60°、90°、120°三种。一般常选夹角为90°的V形块。 定位误差分析计算（P206）1．定位误差及其产生原因同批工件在夹具中定位时，工序基准位置在工序尺寸方向上的最大变动量，称为定位误差，以表示。引起定位误差的原因为：（1）由基准不重合误差引起的定位误差本例为由引起的定误差，应注意取其在工序尺寸方向上的分量（投影）即 （2）由基准位置误差引起的定位误差如V形块定位，若在工件轴端钻孔，会产生基准位置误差，同样在加工工序尺寸方向上的分量（投影），就是引起的定位误差，即 2．定位误差的分析计算定位误差的计算，一般有两种方法：（1）用和两项误差合成法计算定位误差 例9-1在一圆盘形工件在V形块上定位钻孔，孔的位置尺寸的标注方法假定有三种，其相应工序尺寸为A、B、C（图a），显然此时工序基准分别是外圆中心、上母线和下母线，定位基准是外圆中心。 对工序尺寸A，因工序基准与定位基准重合，，又因方向与工序尺寸方向一致，即两者间的夹角，所以 对工序尺寸B，因工序基准是外圆上母线，与定位基准不重合，和同时存在，且两者方向相同，并与工序尺寸方向一致，因此 对工序尺寸C，工序基准为下母线，和同时存在，但两者方向正好相反，所以综合上述三种情况，在α与Td相同的条件下，有 假设：（1）（2）（3）要求定位误差小于工序尺寸公差的1/5，以上三种方案是否可行？解：（1）（2）（3），不可行。，不可行。，可行。 习题9、11、12 夹紧装置的组成（P263）夹紧装置的任务，是保证工件在定位过程中取得的正确位置，不因受切削力、重力或惯性力的作用而发生变化。夹紧装置一般由以下几部分组成：（1）力源装置。（2）中间传力机构。（3）夹紧元件。 正确施加夹紧力（P263~265）1．夹紧力的方向（1）夹紧力的方向应不破坏工件的准确定位 （2）夹紧力作用方向应指向主要定位基准工件以A、B面定位镗孔K，要求保证轴线与B面垂直，显然B面是主要定位基准，主要夹紧力应朝向该面。如果压向A面，则因A、B两面的夹角α有误差，会使镗孔后的孔K不能保证加工要求。 （3）夹紧力的方向应与工件刚度最大的方向一致，以减小工件变形 （4）夹紧力的方向尽量与切削力、工件重力的方向一致，以减小夹紧力这样可使夹紧装置结构紧凑，操作省力。假如夹紧力与重力、切削力的方向相反，就需要较大的夹紧力。 2．夹紧力的作用点确定夹紧元件与工件接触点的位置，应注意以下几点。（1）夹紧点应正对支承元件或位于支承元件所形成的支承面内，避免使工件遭受翻转力矩。 （2）夹紧力作用点应位于工件刚性最好的部位，以防工件变形。对于一些薄壁件，如果必须夹在刚性较差的部位，则采取防止变形措施。如图c所示，可在压板下面加一厚度较大的锥面垫圈，使夹紧力均匀地分布在薄壁上。 （3）夹紧点应尽量靠近加工部位，防止或减小工件的振动。 3．夹紧力的大小为了保证夹紧的可靠性，选择合适的夹紧装置以及确定机动（如气动、液压等）夹紧装置的动力部件尺寸（如缸孔直径）时，一般需要确定夹紧力的大小。在确定夹紧力时，视工件在切削力、夹紧力、重力和惯性力作用下，出现最不利情况仍处于静力平衡，然后列出平衡方程式，即可求出理论夹紧力，为使夹紧可靠，应再乘以安全系数K后作为实际所需的夹紧力。K值在粗加工时取2.5~3.5，精加工时取1.5~2。在实际的夹具设计中，并非所有的情况都需要计算夹紧力。对于手动夹紧机构，常根据经验或类比法进行设计。当需要准确计算夹紧力时，常常通过工艺试验来实测切削力的大小，然后计算夹紧力。 9.5.3典型夹紧机构1．斜楔夹紧机构（1）夹紧作用原理 （4）斜楔夹紧机构的特点1）由于扩力比i>Fj/Fs，故斜楔具有明显的增力特性。越小，增力效果越好。2）夹紧行程小。工件要求的夹紧行程h和斜楔移动距离S的关系为：。增大角可增加夹紧行程，但影响自锁性能。可以采用双升角的斜楔，即大升角使h增大，实现夹紧元件迅速进退；小升角保证夹紧自锁。3）自锁性。自锁条件为。4）适用范围：主要作为增力自锁机构与气动、液压夹紧装置组合使用。 4．定心夹紧机构定心夹紧机构是一种对工件同时实现定心定位和夹紧作用的夹紧机构。该种机构在夹紧过程中能使工件相对某一轴线或对称面保持对称性或对中性。定心夹紧的实质，在于定心—夹紧元件能够等速趋近或退离，从而使工件定位基面的尺寸偏差对称地平均分配在夹紧方向上，而不产生基准位置误差。 9.6.3钻床夹具钻床夹具，也称钻模，它是在钻床上用来钻孔、扩孔、铰孔时所使用的一种装置。 设计钻床夹具时，有别于其它夹具的是钻套结构的选择与设计。（1）固定式钻套（2）可换钻套（3）快换钻套（4）特殊钻套 9.6.4镗床夹具 镗床夹具（简称镗模）设计的关键问题，是必须很好地解决镗杆的导向，即有关镗套的布置方式和镗套结构型式的选择和设计：1．镗套的布置方式按镗套的位置分布，可分为下列几种：（1）单支承前导引（2）单支承后导引（3）前后双支承导引（4）双支承后导引镗杆应与机床主轴刚性联接镗杆应与机床主轴浮动联接 9.7专用夹具设计方法设计前的调查研究确定夹具的结构方案绘制夹具结构草图标注总图上的各部分尺寸及技术要求夹具外形轮廓尺寸工件与定位元件间的联系尺寸夹具与刀具的联系尺寸夹具与机床连接部分的联系尺寸夹具内部的配合尺寸标注零件号，绘制明细表拆绘夹具零件图定位元件的设计及定位误差的计算