汽车制造工艺学.pptx

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1、一、一、基准的类别基准的类别 基准就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。根据基准的不同作用，常将基准分为设计基准和工艺基准两大类。工艺基准因不同的工艺内容又分为工序基准、定位基准、测量基准、装配基准。2-1 基准的概念基准的概念 基准的分类基准的分类基准设计基准工艺基准工序基准定位基准测量基准装配基准第1页/共86页O1CH3H2H1O2ABH4二.设计基准1.定位基准2-1基准的概念 在零件工程图上所采用的基准。AC 图示零件在加工C面时，若装夹基面为A面，则加工C面的定位基准为A面。是指在加工过程中采用的基准。三.工艺基准第2页/共86页DAB L1 bL2 工

2、序基准CH1H 测量基准 工序基准是工序图上所采用的基准。在图中，C面位置由尺寸L1确定，其设计基准为B面；但加工时从工艺上考虑，需按尺寸L2加工，则L2为本道工序的工序尺寸，A面即为工序基准。测量基准是指在测量时所采用的基准。如图所示的零件，键槽深度的设计尺寸为H，零件加工后，则需测量尺寸H1来检验键槽深度，则圆柱表面是其测量基准。2.工序基准3.测量基准2-1基准的概念第3页/共86页 L34.装配基准DAB L2 L1 D面的设计是B面，但L1的尺寸测量不方便，故D面的测量基准为A面。装配基准是指装配时，用来确定零件或部件在产品中的相对位置所采用的基准。A3A2A1A02-1基准的概念第

3、4页/共86页2-2 工件的装夹方法工件的装夹方法一、工件装夹的定义 为了使工件成形，工件与刀具之间要有相对运动。因此工件相对于刀具的位置要确定，并且在切削过程中，工件的相对位置需保持不变。定位：工件在机床或夹具上占有正确位置的过程被称之为定位。夹紧：保持工件定位时的正确位置不变的过程被称之为夹紧。装夹（安装）：定位和夹紧的过程。第5页/共86页 随着批量、加工精度要求、工件的大小不同，工件在装随着批量、加工精度要求、工件的大小不同，工件在装夹中的定位方法也不同。夹中的定位方法也不同。二、装夹方式 用划针、百分表等测量工具直接在机床上找正工件的位置。例：在四爪卡盘上加工一套类零件，要求待加工表

4、面A与外圆表面B同轴。可按外圆表面用划针、百分表来找正。四爪卡 A B适应范围：适应范围：零件形状简单、定位精度要求低。零件形状简单、定位精度要求低。工件批量小、采用夹具不经济。工件批量小、采用夹具不经济。对工件的定位精度要求特别高，采用夹具不能保证精度时，对工件的定位精度要求特别高，采用夹具不能保证精度时，只能用精密量具直接找正定位。只能用精密量具直接找正定位。（0.010.005mm0.010.005mm）1.直接找正定位的装夹2-2 工件的装夹方法第6页/共86页2.按划线找正定位的装夹 划出对称线、中心线、各待加工表面的加工线，并检查它们与各不加工表面的尺寸与位置，然后按照划好的线找正

5、工件在机床上的位置。适应范围：工件批量小、零件形状复杂。尺寸及重量都很大的铸件或锻件。毛坯的尺寸及公差很大，表面很粗糙，一般无法直接采用夹具。2-2 工件的装夹方法第7页/共86页3.用夹具定位的装夹 目前，对于中、小尺寸的工件，都用夹具定位来装夹。工件按定位原理在夹具中定位并夹紧，夹具以一定的位置安装在机床上，不需要进行找正。用夹具定位的装夹适应范围：工件批量较大。中小尺寸。较高的定位精度要求，且稳定。不管采用哪种定位方式来装夹工件，都是保证工不管采用哪种定位方式来装夹工件，都是保证工不管采用哪种定位方式来装夹工件，都是保证工不管采用哪种定位方式来装夹工件，都是保证工件的位置精度。件的位置精

6、度。件的位置精度。件的位置精度。2-2 工件的装夹方法工件第8页/共86页2-3 机床专用夹具的组成及分类机床专用夹具的组成及分类一、夹具的组成夹具的组成定位元件定位元件导向元件导向元件夹紧装置夹紧装置连接元件连接元件夹具体夹具体第9页/共86页钻床夹具钻床夹具定位元件夹紧装置对刀引导元件连接元件夹具体其它件第10页/共86页 1)工件通过定位元件在夹具上占有一个正确的位置 2)工件通过夹紧元件保证加工过程中始终保持原有的正确位置 3)夹具通过对刀元件相对刀具保持正确位置 4)夹具通过连接元件，相对于机床保持一个正确位置 5)夹具通过其他装置，完成其他要求 6)夹具体把上述的几种元件组合成一个

7、整体。第11页/共86页连接元件定位元件对刀、导引元件夹紧装置其它机构与装置机床工件刀具夹具体夹具专用机床夹具的组成及其与工件、机床、刀具间的关系第12页/共86页二、专用机床夹具的分类1.专用夹具 这类夹具是针对某一种工件的某一个工序专门设计的，因用途专一而得名。上例钻孔夹具就是一个专用夹具。2.组合夹具 这类夹具是由一套完全标准化的元件，根据零件的加工要求拼装而成的夹具。就好像搭积木一样，不同元件的不同组合和连接，可构成不同结构和用途的夹具。这类夹具的特点是灵活多变，万能性强，制造周期短，元件可以重复使用。第13页/共86页3.成组夹具 指在多品种、中小批量生产中采用成组加工时，为每个工件

8、组设计制造的机床专用夹具。这类夹具的特点是夹具的部分元件可以更换，部分装置可以调整，以适应不同零件的加工。4.随行夹具 这是一种在自动线或柔性制造系统中使用的夹具。工件安装在随行夹具上，除完成对工件的定位和夹紧外，还载着工件由运输装置送往各机床，并在各机床上被定位和夹紧。二、专用机床夹具的分类第14页/共86页三爪卡盘四爪卡盘万向平口钳回转工作台分度头通用夹具第15页/共86页专用夹具第16页/共86页组合夹具实例镗孔组合夹具第17页/共86页第18页/共86页第19页/共86页零件工序简图43DLLD43D43LDL34DL43DL34成组（部分元件可更换）夹具KH1KH2KH3KH4第20

9、页/共86页三、机床夹具的作用(1)保证加工精度，降低工人等级加工精度包括：尺寸精度、几何形状精度、表面相互位置精度。使用夹具最有利于保证表面相互位置精度。如：在摇臂钻加工孔系 夹具：可达0.100.20mm 划线找正：0.41.0mm(2)提高劳动生产率，降低加工成本无找正，对刀等时间，工件装卸迅速，从而大大减少了工件安装的辅助时间，同时易于实现多件加工，多工位加工，特别适用于加工时间短，辅助时间长的中、小工件的加工。(3)扩大机床工艺范围扩大机床的功能，实现一机多用。如在车床上利用镗夹具，进行镗孔。利用铣夹具，进行铣槽。(4)减轻工人劳动强度，保证安全生产。第21页/共86页2-4 定位原

10、理定位原理一、刚体假设 把工件在机床或夹具上的定位转化为刚体在空间直角坐标系中约束自由度的情况来分析。一个物体在空中间可以有六个独立的运动。它在直角坐标系可以有3个平移运动和3个转动。如果要确定刚体在直角坐标系中的位置，需对其自由度进行约束。即对 进行约束。第22页/共86页二、定位原理 在端面布置一个约束点6，则限制刚体的自由度：在侧面布置两个约束点4、5，则限制刚体的自由度：456 布置3个不共线的约束点1、2、3，则限制刚体的自由度：1个约束点限制刚个约束点限制刚体的体的1个自由度。个自由度。213第23页/共86页 用六个点(实际上相当于支承点的定位元件)与工件接触，每个固定点限制工件

11、的一个自由度，这样图中刚体的六个自由度完全限制了。不能移动，也不能转动，刚体在空间的位置是确定的。由此可见，要使工件完全定位就必须限定工件在空间的六个自由度，这一定律就称为六点定位原则。六个支承点完全限制了刚体的六个自由度，工件既1、六点定位原理第24页/共86页 是使工件在机床上(或夹具中)占有正确的位置，也就是 使它相对于刀具刀刃有正确的相对位置,以保证工件的加工要求。2、工件定位之目的 假定工件也是一个刚体，要使工件在机床上完全定位，必须限制它在空间的六个自由度。工件的正确定位，就是工序基准的正确定位，由其加工要求和工序基准的形式决定。3、工件定位的实质若工件脱离定位支承点而失去了定位，

12、这是由于工件还没有夹紧的缘故。因此，定位是使工件占有一个正确的位置，夹紧才使它不能移动和转动，把工件保持在一个正确的位置，所以定位与夹紧是两个概念，决不能混淆。4、定位与夹紧第25页/共86页 完全定位：全部限定工件的六个自由度。不完全定位：至少有一个自由度未被限制。注：不需完全定位的加工工序中，采用完全定位固然可以，但增加了夹具的复杂程序。在机械加工中，一般为了简化夹具的定位元件结构，只要对影响本工序的加工尺寸的自由度加以限制即可。5、完全定位和不完全定位第26页/共86页 图（a）中，工件上铣键槽，在沿x,y,z三个轴的移动和转动方向上都有尺寸要求，所以加工时必须将全部六个自由度限制。图（

13、b）为工件上铣台阶面，只要限制五个自由度就够了;图（c）为工件铣上平面，它只需保持高度尺寸z，只要在工件底面上限制三个自由度就已足够，这也是不完全定位。第27页/共86页6、过定位与欠定位 欠定位：加工中，工件定位点数少于应限制的自由度数。会产生不良后果。过定位：工件的某个自由度被限制两次以上。2.过定位是否允许?一般来说过定位将使工件定位不确定，夹紧后会使工件或定位元件产生变形。1.分析：工件的定位支承点少于应限制的自由度数时，会造成什么后果？结果：应限制了自由度未被限制，导致加工时达不到要求的加工精度。第28页/共86页1)方法问题：根据工序加工技术要求和工件形状的特点，确定应限制 那些自

14、由度，而用相应的定位点数目去消除。分析时也可反过来分析哪几个自由度可不必限制，剩下 的就是要限制的了。(2)过定位有时是允许的，而欠定位决不允许，欠定位的后果只导致加工时达不到加工精度。过定位优点：使定位可能更为可靠，如冰箱有四个支承点。缺点：易使工件的定位精度受影响，使工件或夹具夹紧后产生变形。7、应用六点定位原则应注意的问题第30页/共86页定位方式用六点定位原理进行定位分析时，以定位点来消除自由度，在实际应用中，不可能是点，而应该是各种定位元件，工件的定位表面有各种形式：如平面，内孔，外圆，成型面，组合表面等，对这些表面应采用不同的方法来实现。4.4 工件在夹具上的定位第36页/共86页

15、一、常用定位方式与定位元件工件常用定位表面以平面定位以内孔定位以外圆表面定位以平面定位基本支承辅助支承固定支承可调支承自位支承支承钉、支承板基本支承：限制自由度，真正起定位作用辅助支承：不限制自由度，起预定位、增加工件和夹具刚性等作用第37页/共86页（一）工件以平面定位 1基本支承(1)固定支承：安装到夹具上后，不可拆卸或调节。分为支承板和支承钉。支承钉：用于小平面未加工或已加工表面的定位。a.分类：平头：用于经过精加工的表面，面接触，用于支承精基准。球头：点接触，可保证接触位置相对稳定，但易磨损，夹紧时使加工表面产生压陷，产生较大安装误差，不易使几个支承钉保持在同一平面内，用于精加工中支承

16、粗基准网纹顶面：与定位面摩擦力较大，可住阻碍工件移动，加强定位稳定性，网中易积屑，多用在粗糙表面的侧面定位。第38页/共86页（1）固定支承 支承钉a)平头支承钉b)球头支承钉c)网纹（锯齿）头支承钉第39页/共86页 支承块（板）用于较大已加工平面的定位，常出现在精基准定位中，一个支承板的作用，相当于两个支承钉，消除两个自由度。A型 平面型支承板：制造简单，常用于工件侧面和顶面的定位B型 带斜槽型支承板：切有斜槽，易于清屑，常用于工件底面的定位第40页/共86页平面定位的几种情况。ZXYZXYZXYZXY工件以平面定位ZXYZXY第41页/共86页对粗基准：对粗基准：使用三个支承钉（三点构成

17、一个平面）作使用三个支承钉（三点构成一个平面）作为定位元件，限制工件三个自由度为定位元件，限制工件三个自由度对精基准：对精基准：可用支承板代替支承钉定位，同样限制工可用支承板代替支承钉定位，同样限制工件的三个自由度件的三个自由度 图:支承钉、支承板及其用法 第42页/共86页(2)可调支承 可调支承:适用于毛坯分批制造，其形状和尺寸变化较大的粗基准定位并适用于同一夹具加工形状相同而尺寸不同的工件及专用可调夹具或组合夹具中。方法：一批工件调整一次，调整后应锁紧。第43页/共86页(3)自位支承（浮力支承）第44页/共86页 特点：有定位元件有多个工作点与工件接触，定位元件在定位过程中 所处的位置

18、，随工件定位基准面位置的变化而自动与之适应，其作用相当于一个固定支承，因此，只限制一个自由度。由于增加了与工件定位基准面接触的点数，故可提高工件的安装刚 性，适用于以粗基准定位，刚性不足或不连续表面的定位。第45页/共86页2、辅助支承a.特点：根据六点定位原理，工件定位原理，工件定位夹紧后，若工件刚性很差，在切削力和夹紧力的影响下，会发生变形和振动。为此，需增加辅助支承，减小变形，以提高刚性和稳定性。第46页/共86页b.作用：由于辅助支承是在工件定位后才参与支承，因此不起任何消除自由度作用，只起减小工件变形和振动的作用。各种辅助支承在每次卸下工件后，必须松开，装上工件后再进行调整和锁紧，另

19、外，辅助支承不应破坏原有定位。c.应用场合：起预定位作用 提高夹具工件的稳定性 提高工件的刚性第47页/共86页d.结构形式：螺旋式：结构简单，易顶起工件，用限力板手，逐个调整、效率低、常用于单件小批生产中自位式：效率高，弹簧力不可太大，tgf，保证自锁推引式：适用于工件较重，切削负荷大的场合第48页/共86页2.工件以圆柱孔定位三.常用定位元件及定位分析 心轴结构形式很多，上图为几种常见的刚性心轴，其中a a为过盈配合心轴，b为间隙配合心轴，c为小锥度心轴。小锥度心轴的锥度为1:50001:1000。工件安装时轻轻敲入或压入，通过孔和铀接触表面的弹性变形来夹紧工件。使用小锥度心轴定位可获得较

20、高的定位精度。（1）心轴第49页/共86页2.工件以圆柱孔定位三.常用定位元件及定位分析（1）心轴心轴工件 当接触线比较长，即：当接触线比较短，即：约束4个自由度。约束2个自由度。第50页/共86页（2）定位销三.常用定位元件及定位分析 图示为国家标准规定的圆柱定位销，其工作部分直径d通常根据加工要求和考虑便于装夹，按g5、g6、f6或f7制造。定位销与夹具体的连接可采用过盈配合(如图a、b、c所示)，也可以采用间隙配合(如图d)；圆柱定位销通常限制工件的2个移动自由度。第51页/共86页（3）菱形销与圆锥销菱形销圆锥销三.常用定位元件及定位分析约束1个自由度。约束3个自由度。第52页/共86

21、页三.常用定位元件及定位分析3.工件以外圆定位长接触：工件被约束的自由度为：，短接触：工件被约束的自由度为：（1）定位套第53页/共86页长接触：短接触：（2）V型块工件V型块分析同定位套。三.常用定位元件及定位分析第54页/共86页四.组合定位 实际生产中经常遇到的不是单一表面定位，而是几个定位表实际生产中经常遇到的不是单一表面定位，而是几个定位表面的组合。常见的定位表面组合有：平面与平面的组合，平面面的组合。常见的定位表面组合有：平面与平面的组合，平面与圆孔的组合，平面与外圆表面的组合、平面其它表面的组合，与圆孔的组合，平面与外圆表面的组合、平面其它表面的组合，锥面与锥面的组合等。锥面与锥

22、面的组合等。1.前、后顶尖第55页/共86页2.一面一销定位3.两面一销定位第56页/共86页4.一面两销定位 一面两销定位时，若为两圆柱销，则会产生过定位现象。解决办法：一销缩小直径；菱形销第57页/共86页对刀块工件支承块连接键连接键J活动V型块固定V型块5.采用两 V V 型块，左端固定、右端活动。辅助支承支承块第58页/共86页2-5 定位误差的分析与计算定位误差的分析与计算一、定位误差的定义及产生的原因 用调整法加工一批工件时，工件在定位过程中会遇到如下情况：工序基准与定位基准不重合 定位副制造不准确 导致工件的工序基准偏离理想位置而产生加工误差。定位误差定位误差：工件在夹具（或机床

23、）上定位不准确（工（工序基准偏离理想位置）序基准偏离理想位置）而引起的加工误差。定位误差值的大小定位误差值的大小：工序基准沿工序尺寸方向发生的 最大位移量。第59页/共86页H1H41.基准不重合引起的定位误差BAO1CH3H2H1O2H4HH1minH1max如图所示，用调整法加工C面。工序基准：B面。工件的工序基准与定位基准不重合。由于尺寸H1的误差会使工件顶面位置发生变化，从而使工序尺寸H4产生误差。一、定位误差的定义及产生的原因 基准不重合误差：第60页/共86页 工件外圆直径尺寸有大有小，会使外圆中心位置发生变化，从而导致工序尺寸H的变化基准发生位移导致工序尺寸H的加工误差。H 如图

24、所示，用调整法加工键槽。工序基准：O点。一、定位误差的定义及产生的原因 O2.定位副制造不准确引起的定位误差基准位移误差：第61页/共86页综上所述：定位误差产生的原因为：即：一、定位误差的定义及产生的原因 工序基准与定位基准不重合引起的基准不重合误差 定位副制造不准确引起的基准位移误差 因此，要提高定位精度，应使工序基准与定位基准重合；提高定位副（工件的定位基面、定位元件）的制造精度，减小配合间隙。第62页/共86页H21.工件以平面定位二、定位误差的分析与计算H3H1解：（1）工序尺寸为H2 铣削台肩面，定位方式如图，高度尺寸 H1的公差为T(H1)，试分析铣台肩面的工序尺寸分别为H2和H

25、3的定位误差。（2）工序尺寸为H3第63页/共86页2.工件以内孔定位两种情况：（1）任意边接触 如果工件的工序基准为孔心，则其定位误差与孔销的配合间隙有关。过盈配合时，不产生基准位移误差；间隙配合时，将产生基准位移误差。o1oo2二、定位误差的分析与计算第64页/共86页 铣键槽，安装方式如图。已知定位心轴与工件孔的配合为：分析铣键槽的定位误差。（2）单边接触二、定位误差的分析与计算H解：单边接触 如果预先留配合间隙，其定位误差又如何计算？第65页/共86页3.工件以外圆定位二、定位误差的分析与计算H1O（1）工序尺寸H1 此时，定位基准与工序基准重合即：第66页/共86页二、定位误差的分析

26、与计算H2O（2）工序尺寸H2 此时，定位基准与工序基准不重合即：第67页/共86页二、定位误差的分析与计算H3O（3）工序尺寸H3此时，定位基准与工序基准不重合即：定位方案的选择 V型块的对中性 V型块夹角的影响第68页/共86页三、加工误差不等式 在机械加工中，产生加工误差的因素很多，其主要原因有：1.1.定位误差2.2.对刀误差3.3.安装误差4.4.其他误差 因此，在夹具设计时，其定位方案的确定需依据定位误差的计算，若：，则定位方案可行。第69页/共86页2-6 工件的夹紧和夹紧装置工件的夹紧和夹紧装置一、夹紧装置的组成夹紧装置的组成工件1.1.力源装置 产生夹紧力的动力装置。2.2.

27、夹紧元件 直接用于加紧工件的元件。3.3.中间传力机构 将原动力以一定的大小和方向传递给夹紧元件的机构。夹紧元件 +中间传力机构 =夹紧机构第70页/共86页第71页/共86页2-6 工件的夹紧和夹紧装置二、对二、对夹紧的基本要求夹紧的基本要求1.1.夹紧时不破坏工件在定位时所处 的正确位置。2.2.夹紧力大小要适当，应使工件在 加工中的位置稳定不变，不允许 产生振动、变形和表面损伤。3.3.夹紧机构应尽量简单，操作 简便、安全，便于维护。4.4.具有良好的自锁性能。工件F F第72页/共86页2-6 工件的夹紧和夹紧装置三、三、夹紧力的确定夹紧力的确定力的三要素大小、方向、作用点。工件在加工

28、过程中会受到切削力、惯性力、重力工件在加工过程中会受到切削力、惯性力、重力等外力的作用，若不夹紧，工件在加工过程中就可能等外力的作用，若不夹紧，工件在加工过程中就可能发生移动。工件移动会破坏其在定位过程中获得的既发生移动。工件移动会破坏其在定位过程中获得的既定位置，会损坏刀具及机床，甚至导致人身事故。定位置，会损坏刀具及机床，甚至导致人身事故。1.1.夹紧力作用点的选择原则工件夹紧力作用点应正对支承元件或支承元件所形成的支承面内，以保证工件已获得的定位保持不变。第73页/共86页2-6 工件的夹紧和夹紧装置2.2.夹紧力作用方向的选择原则夹紧力作用点应处于工件刚性好的部位。夹紧力作用点应尽量靠

29、近加工表面，以减少切削力对夹紧点的力矩，防止和减少加工时的振动。夹紧力的作用方向应有利于工件的准确定位，而不能破坏定位。第74页/共86页夹紧力的作用方向夹紧力的作用方向应尽量与工件刚度最应尽量与工件刚度最大的方向相一致，以大的方向相一致，以减工件的变形。减工件的变形。夹紧力的作用力方向夹紧力的作用力方向应尽可能与切削力、工应尽可能与切削力、工件重力方向一致，以减件重力方向一致，以减小所需夹紧力。小所需夹紧力。第75页/共86页2-6 工件的夹紧和夹紧装置3.3.夹紧力大小的估算 估算夹紧力的一般方法是将工件看成整体，并分析作用在工件上的各种力，再根据力系平衡条件，确定保持工件平衡所需最小夹紧

30、力。最小夹紧力乘以一合适的安全系数即为计算夹紧力。（安全系数：粗加工k=2.53,精加工k=1.52）在专用机床夹具设计中，夹紧力的确定并非所有情况下都需要理论计算，通常可根据经验或类比法估算确定所需的夹紧力。对于关键工序，则可通过工艺实验实测切削力，然后进行夹紧力的计算。第76页/共86页2-6 工件的夹紧和夹紧装置四、常用四、常用夹紧机构夹紧机构1.1.斜楔夹紧机构工件2.2.螺旋夹紧机构工件工件第77页/共86页3.3.圆偏心夹紧机构工件夹紧装置第78页/共86页铣平面夹具铣平面夹具2-7 典型的机床夹具典型的机床夹具第79页/共86页四、定位误差的分析计算题1.在图2-76所示阶梯轴上

31、铣一平面，其工序尺寸为习题解答习题解答有图a、b、c、d、e所示五种定位方案。试计算：（1）如果不考虑阶梯轴两外圆柱同轴度误差，五种定位方案的定位误差。（2）如果考虑阶梯轴两外圆柱同轴度公差 ，五种方案的定位误差。并指出哪几种方案能可靠保证加工要求。a)b)c)d)第80页/共86页解：（1）不考虑阶梯轴两外圆柱同轴度误差图a）由于大圆的制造误差引起的中心高度变化为：由于小圆的制造误差引起的基准位移误差为：在工序尺寸方向上，定位误差为：图b），同图a）第81页/共86页图c）由于大圆的制造误差引起的中心高度变化为：由于小圆的制造误差引起的基准位移误差为：在工序尺寸方向上，定位误差为：第82页/共86页图d）由于大圆的制造误差，不会引起中心在工序尺寸方向上的工序尺寸变化。由于小圆的制造误差引起的基准位移误差为：在工序尺寸方向上，定位误差为：第83页/共86页图e）由于双移动式V型块具有自动对中的能力，大圆的制造误差，不会引起中心在工序尺寸方向上的工序尺寸变化。由于小圆的制造误差引起的基准位移误差为：在工序尺寸方向上，定位误差为：第84页/共86页（2）考虑阶梯轴两外圆柱同轴度误差图a）图b）图c）图d）因为：所以，图a)、图b)、图c)、图d)、图e）皆不能保证加工要求。图e）第85页/共86页感谢您的观看。第86页/共86页