定位机构的设计与应用解析课件.ppt

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1、Prepared by Jeff LiaoConfidentialICS AUTO定位機構的設計與應用定位機構的設計與應用1/6/2023 Page 11.前言前言2.自由度與定位的關係自由度與定位的關係3.何謂定位何謂定位4.定位的三元素定位的三元素5.定位的基本方法定位的基本方法6.治具設計注意事項治具設計注意事項7.治具規劃與設計時之檢驗項目治具規劃與設計時之檢驗項目ConfidentialICS AUTO內容內容1/6/2023 Page 2ConfidentialICS AUTO前言前言1/6/2023 Page 3“定位定位”在自動化設備裡，大致可區分為三大部分在自動化設備裡，大致

2、可區分為三大部分:1)產品的定位產品的定位 2)機構機構的定位的定位 3)電器控制上的電器控制上的(Servo Motor,Stepping Motor,Sensor.etc)定定位位,三者佔有相當重的比例三者佔有相當重的比例,簡單而言簡單而言,能將定位的功夫做好能將定位的功夫做好,基本上設備可以說基本上設備可以說已成功已成功80以上。以上。定位的定位的目的目的是什麼是什麼?讓讓產品及機構都有共同的依據可循產品及機構都有共同的依據可循，也就是說，也就是說，產品及機構於取出或拆產品及機構於取出或拆卸後都能按原位置準確、快速裝回卸後都能按原位置準確、快速裝回不良的定位設計不良的定位設計,易造成設備

3、或夾治具生產出不良之產品易造成設備或夾治具生產出不良之產品,亦會造成亦會造成Debug時的誤判時的誤判,進而產生成本及時間上的浪費進而產生成本及時間上的浪費.,所以良好的定位設計對自動化所以良好的定位設計對自動化的設計者而言的設計者而言,是相當重要的一個課題。是相當重要的一個課題。因；定位在機構上的應用相當廣泛因；定位在機構上的應用相當廣泛,無法在此次課程中一一詳述無法在此次課程中一一詳述,所以本次所以本次課程主要著重於定位之基本原理及其在治具設計上的一些運用課程主要著重於定位之基本原理及其在治具設計上的一些運用基準基準ConfidentialICS AUTO1/6/2023 Page 4自由

4、度：自由度：一個剛體在三維空間之自由度是一個剛體在三維空間之自由度是6，因為剛體可以延三個線性無關之方向，因為剛體可以延三個線性無關之方向 作平移運動，又可圍繞三個線性無關方向之軸線作旋轉運動，三個平移作平移運動，又可圍繞三個線性無關方向之軸線作旋轉運動，三個平移 與三個旋轉之自由度總共六個與三個旋轉之自由度總共六個 剛體在平面上之自由度是剛體在平面上之自由度是3，當自由度減為零時，拘束度就是，當自由度減為零時，拘束度就是3，此時剛，此時剛 體在平面上就完全被固定體在平面上就完全被固定 拘束度：拘束度：是對物體活動空間之拘束，故拘束度為自由度之減少量是對物體活動空間之拘束，故拘束度為自由度之減

5、少量自由度與定位的關係自由度與定位的關係 定位：定位：係指對工件自由度一個或數個限制，以達到定位效果係指對工件自由度一個或數個限制，以達到定位效果XYZ三維空間三維空間XYZ平面上平面上談到定位，就必需先了解自由度與定位兩者之間的關係，以下說明：談到定位，就必需先了解自由度與定位兩者之間的關係，以下說明：定位的主要功用定位的主要功用：是把工件是把工件快速快速而而精確精確的加以的加以控制控制，安置在設備上，藉本體的承載，夾，安置在設備上，藉本體的承載，夾緊件的挾持，使工件在夾具內固定在精確的位置上緊件的挾持，使工件在夾具內固定在精確的位置上 所謂所謂快速快速，係指工件裝置在定位件時，要很容易、方

6、便，而不發生錯誤，係指工件裝置在定位件時，要很容易、方便，而不發生錯誤(防愚裝置防愚裝置)，將工件作快速及精確的控制，將工件作快速及精確的控制。所謂所謂精確精確，係指生產製造圖上，要求工件的面與面，中心與中心的正確，係指生產製造圖上，要求工件的面與面，中心與中心的正確關係關係。所謂所謂控制控制，係指工件在定位件上精確定位後，必須控制其自由度，不因，係指工件在定位件上精確定位後，必須控制其自由度，不因加工或組裝而發生移位，失去原先求心和定位的作用。加工或組裝而發生移位，失去原先求心和定位的作用。ConfidentialICS AUTO何謂定位何謂定位1/6/2023 Page 5Confiden

7、tialICS AUTO1/6/2023 Page 6定位的三元素定位的三元素1.1.面定位面定位:一個平面可以限制一個方向的移動和兩個方向的旋轉一個平面可以限制一個方向的移動和兩個方向的旋轉，通常作為空間定通常作為空間定位的位的第一基準第一基準(Z ,X,Y)(Z ,X,Y)2.2.線定位線定位:一根直線可以限制一個方向的移動和一個方向的旋轉一根直線可以限制一個方向的移動和一個方向的旋轉，通常作為通常作為第二基準第二基準(Y,Z)(Y,Z)3.3.點定位點定位:一個點可以限制一個方向的移動一個點可以限制一個方向的移動，一般作為空間定位的一般作為空間定位的第三基準第三基準(X)(X)XZYCo

8、nfidentialICS AUTO1/6/2023 Page 7定位的基本方法及種類定位的基本方法及種類由於工件輪廓面的不同，定位件的造型，也有很多種，依其基本造型，由於工件輪廓面的不同，定位件的造型，也有很多種，依其基本造型，有下列幾種有下列幾種1.面：面：如果被加工的工件，有一平整的面，或精確的直角面，可作為定位基準如果被加工的工件，有一平整的面，或精確的直角面，可作為定位基準 面者，夾具上設計一平面或直角與其配合。可獲得良好的定位效果。面者，夾具上設計一平面或直角與其配合。可獲得良好的定位效果。注意事項注意事項:適用於外型尺寸很精確穩定的工件定適用於外型尺寸很精確穩定的工件定位，屬最簡

9、易之定位方式位，屬最簡易之定位方式,但亦受產品但亦受產品外觀影響其定位精度外觀影響其定位精度(垂直度垂直度,毛邊毛邊.等等)設計時應採用分割式設計，調整性較設計時應採用分割式設計，調整性較好好設計時需設計時需注意導位注意導位角及取放角及取放缺口缺口易產生易產生細屑累細屑累積積承座承座ConfidentialICS AUTO1/6/2023 Page 8定位的基本方法及種類定位的基本方法及種類(續續)基準邊基準邊基準基準邊邊挾持邊挾持邊挾持邊挾持邊插針機承座插針機承座ConfidentialICS AUTO1/6/2023 Page 9定位的基本方法及種類定位的基本方法及種類(續續)2.柱柱銷類

10、銷類(線線)：工件定位面不夠平整，各邊亦非正確直角，或需使用柱銷作為靠邊之基準工件定位面不夠平整，各邊亦非正確直角，或需使用柱銷作為靠邊之基準邊，皆可採用柱銷定位件邊，皆可採用柱銷定位件，但此種定位方式但此種定位方式調整性較差。調整性較差。工件在公差範圍內產生間工件在公差範圍內產生間隙或無法放入隙或無法放入工件在公差範圍內產生工件在公差範圍內產生自由度自由度(垂直度垂直度)配合挾持機構使用，不受配合挾持機構使用，不受工件的外型及公差影響工件的外型及公差影響設計要點設計要點:構成線元素的定位點構成線元素的定位點(接觸面積接觸面積)應儘量小應儘量小,間距儘間距儘可能大可能大,以滿足定位的穩定性以滿

11、足定位的穩定性 ConfidentialICS AUTO1/6/2023 Page 10定位的基本方法及種類定位的基本方法及種類(續續)推塊之延推塊之延伸軸線最伸軸線最好能與兩好能與兩基準線成基準線成45角角(分分力力)ab產品定位產品定位基準邊基準邊機構定位機構定位此種定位方式需注意基準邊之選定此種定位方式需注意基準邊之選定 需為零件圖上之基準邊需為零件圖上之基準邊滑軌基滑軌基準邊準邊ConfidentialICS AUTO1/6/2023 Page 11定位的基本方法及種類定位的基本方法及種類(續續)3.塞樁定位塞樁定位類：類：如果工件上有一個精確的孔，可用此孔做為定位基準，在夾具本體上，

12、裝如果工件上有一個精確的孔，可用此孔做為定位基準，在夾具本體上，裝 置直徑合適的置直徑合適的Pin，做為定位件，和工件的孔做精密的滑動，使定位件塞入，做為定位件，和工件的孔做精密的滑動，使定位件塞入孔中，以控制工件孔中，以控制工件nn+5mm說明說明:1.為為了取放容易了取放容易,PIN直線段距離越短越好直線段距離越短越好,在不影響在不影響 功能性或空間許可下功能性或空間許可下,兩塞樁高度不宜相同兩塞樁高度不宜相同,相關設相關設 計參考值如圖所示計參考值如圖所示2.PIN亦可設計為菱形亦可設計為菱形PIN,可可減少摩擦力及吸收加工上之減少摩擦力及吸收加工上之 誤差誤差,PIN設計參數可參考下頁

13、表格設計參數可參考下頁表格3.孔可設計為長孔孔可設計為長孔,一為減少摩擦力一為減少摩擦力,一為可吸收加一為可吸收加 工上之誤差工上之誤差4.以上可依實際狀況或需求以上可依實際狀況或需求,做設計上之考量做設計上之考量菱形菱形PIN長孔長孔ConfidentialICS AUTO1/6/2023 Page 12定位的基本方法及種類定位的基本方法及種類(續續)菱形菱形pin設計參考數據設計參考數據可選用市購可選用市購之標準件之標準件ConfidentialICS AUTO1/6/2023 Page 13定位的基本方法及種類定位的基本方法及種類(續續)4.V型定位類型定位類：工件的端面若為規則的圓弧面

14、，而需定位與圓弧中心發生精密關係時，可工件的端面若為規則的圓弧面，而需定位與圓弧中心發生精密關係時，可 用用V型造型定位件，這類定位件可同時定心型造型定位件，這類定位件可同時定心功式功式:e=t/2sin(/2)t=D-d工件直徑工件直徑=500.05D=50.05mmd=49.95mm t=0.1mmV與與e之關係之關係V之角度之角度6090120et0.707t0.577t由計算結果可知由計算結果可知V型塊之溝槽角度越大，中心點型塊之溝槽角度越大，中心點 位置隨工件尺寸而變化的量越小。但若溝槽之位置隨工件尺寸而變化的量越小。但若溝槽之 角度太大時，將喪失角度太大時，將喪失V型塊之定位功能，

15、使工件型塊之定位功能，使工件 易於在左右方向偏離，通常易於在左右方向偏離，通常120為最大極限為最大極限ConfidentialICS AUTO1/6/2023 Page 14定位的基本方法及種類定位的基本方法及種類(續續)圓形產品夾爪設計圓形產品夾爪設計有加工誤差產生時有加工誤差產生時,夾爪會產生錯位夾爪會產生錯位ConfidentialICS AUTO1/6/2023 Page 15治具設計注意事項治具設計注意事項1.1.治具精度治具精度：確保產品精度的先決條件確保產品精度的先決條件，是要先要求治具本身的精度是要先要求治具本身的精度。通常。通常治具精度一治具精度一 定要高於產品精度十倍以上

16、定要高於產品精度十倍以上(亦即亦即治具製作的容許公差為產品公差的治具製作的容許公差為產品公差的1/10)，除了，除了治具精度外還需注意以下各點治具精度外還需注意以下各點:1)1)組成治具的組成治具的零件精度零件精度及其及其材料材料與與加工方式加工方式2)2)在工件之定位與夾緊作業中在工件之定位與夾緊作業中，與工件接觸之零件材料及其，與工件接觸之零件材料及其表面處理表面處理應加以適當的考量。應加以適當的考量。同時也要在工件與治具之間加入緩衝物。而在治具與工件必須直接接觸之部位，使用不會同時也要在工件與治具之間加入緩衝物。而在治具與工件必須直接接觸之部位，使用不會傷到工件的傷到工件的軟性材料軟性材

17、料3)治具的構成與組裝方式，必須要有適當的定位裝置，使治具的構成與組裝方式，必須要有適當的定位裝置，使分解後再裝配分解後再裝配，其，其精度不會改精度不會改變變4)如有數台相同的治具，應如有數台相同的治具，應確保其精度相同確保其精度相同(均在治具之設計容許公差範圍內均在治具之設計容許公差範圍內)，不容許工，不容許工件精度出現偏差使零件之件精度出現偏差使零件之互換性互換性不良不良2.2.加工作業的容易度加工作業的容易度：1)1)治具之設計必須使工件治具之設計必須使工件之裝入與卸下均容易進行之裝入與卸下均容易進行2)2)治具裝卸於機械或作業台時能在治具裝卸於機械或作業台時能在短時間內完成短時間內完成

18、，且其精度之，且其精度之在現性高在現性高ConfidentialICS AUTO1/6/2023 Page 16治具規劃與設計時之檢驗項目治具規劃與設計時之檢驗項目下列所列出的各事項，在從事治具之規劃與設計時，有必要加以充分理解：下列所列出的各事項，在從事治具之規劃與設計時，有必要加以充分理解：1)欲加工之工件功能、精度要求、材質、熱處理、體積大小、重量、毛邊欲加工之工件功能、精度要求、材質、熱處理、體積大小、重量、毛邊 及餘料之程度及餘料之程度2)根據總生產量、短期或長期使用、單日生產量及工件流程等使用條件，根據總生產量、短期或長期使用、單日生產量及工件流程等使用條件，在簡易、單動式或自動是

19、夾具中做適當之選擇，以符合生產線之需求在簡易、單動式或自動是夾具中做適當之選擇，以符合生產線之需求3)依據加工時工作站所使用之工作母機及組立機的種類、加工順序，使用依據加工時工作站所使用之工作母機及組立機的種類、加工順序，使用 泛用機或專用機等條件，來決定治具安裝、治具之生產前準備，以及治泛用機或專用機等條件，來決定治具安裝、治具之生產前準備，以及治 具之管理方式具之管理方式4)針對切削屑、切削劑與來自工件加工後產生之切屑及廢氣，是否有設置排出裝置或排出口針對切削屑、切削劑與來自工件加工後產生之切屑及廢氣，是否有設置排出裝置或排出口5)治具之設計是否使生產線作業容易，以提升效率：治具之設計是否

20、使生產線作業容易，以提升效率：將工件裝入或取出治具時，是否容易作業將工件裝入或取出治具時，是否容易作業(這是自動化的第一步這是自動化的第一步)能否做單動式之治具設計，以單一動作完成定位，定心或夾緊之機能能否做單動式之治具設計，以單一動作完成定位，定心或夾緊之機能治具之設計是否使加工時能清楚見到加工狀態治具之設計是否使加工時能清楚見到加工狀態(防止不良品發生防止不良品發生)6)加工之工件是否容易變形或受傷加工之工件是否容易變形或受傷7)治具之結構是否有防愚裝置治具之結構是否有防愚裝置8)能否使用標準零件，例如：定位銷或治具用襯套能否使用標準零件，例如：定位銷或治具用襯套.等等等等9)治具材料是否容易取得，能否使用庫存品治具材料是否容易取得，能否使用庫存品10)治具相關之工件與工程站名稱治具相關之工件與工程站名稱(或代號、編號或代號、編號)，能否刻寫於治具上，能否刻寫於治具上(治工具管理治工具管理)ConfidentialICS AUTO1/6/2023 Page 17E N D