第1章機械制造工藝的根本知識1.1根本概念1.2基準及工件的安裝方式1.3定位副的選擇和要求1.4定位誤差的分析和計算1.5夾緊裝置及夾具動力裝置思考題與習題1.1基

本

概

念

1.1.1機械的生產過程和工藝過程1.機械的生產過程機械產品制造時，將原材料轉變?yōu)槌善返乃袆趧舆^程，稱為生產過程。制造任何一種產品〔機器或零件〕都有各自的生產過程。對于機器的制造而言，其生產過程包括：(1)生產技術準備過程。這一過程完成產品投入生產前的各項生產和技術準備。如產品設計，工藝規(guī)程的編制和專用工裝設備的設計與制造，各種生產資料的準備和生產組織等方面的工作。(2〕毛坯的制造過程。如鑄造、鍛造和沖壓等。(3〕原材料及半成品的運輸和保管。(4〕零件的機械加工、焊接、熱處理和其它外表處理等。(5〕部件和產品的裝配過程。這一過程包括組裝、部裝等。(6〕產品的檢驗、調試、油漆和包裝等。2.工藝過程在生產過程中，直接改變原材料或毛坯的形狀、尺寸、性能以及相互位置關系，使之成為成品的過程，稱為工藝過程。工藝過程主要包括毛坯的制造〔鑄造、鍛造、沖壓等〕、熱處理、機械加工和裝配。1.1.2機械加工工藝過程的組成利用機械加工的方法，直接改變毛坯形狀、尺寸和外表質量，使其變?yōu)闄C械零件的過程，稱為機械加工工藝過程。它一般由一個或假設干個工序組成，而工序又可分為安裝、工位、工步和走刀等，它們按一定順序排列，逐步改變毛坯的形狀、尺寸和材料的性能，使之成為合格的零件。1.工序所謂工序，就是由一個〔或一組〕工人，在一個工作地點〔或一臺機床上〕，對同一個零件〔或一組零件〕進行加工所連續(xù)完成的那局部工藝過程。工序是工藝過程的根本單元。劃分工序的主要依據：零件加工過程中的工作地〔或設備〕是否變動，該工序的工藝過程是否連續(xù)完成。假設有變動或不連續(xù)完成外表加工，那么構成了另一道工序。如圖1-1所示的階梯軸，在生產批量較小時其工序的劃分如表1-1所示；加工批量較大時，可按表1-2劃分工序。圖1-1階梯軸簡圖

表1-1生產批量較小時階梯軸加工工藝路線

表1-2成批生產階梯軸時加工工藝路線

從表1-1和表1-2可以看出，當工作地點變動時，即構成另一工序；同時，在同一工序內所完成的工作必須是連續(xù)的，假設不連續(xù)，也構成另一工序。如表1-2中的工序2和工序3，先將一批工件的一端全部車好，然后掉頭在同一車床上再車這批工件的另一端，盡管工作地點沒有變動，但對每一工件來說，兩端的加工是不連續(xù)的，也應劃分為兩道不同工序。不過，在這種情況下，究竟是先將工件的兩端全部車好再車另一階梯軸，還是先將這批工件一端全部車好后再分別車工件的另一端，對生產率和產品質量影響不大，可以由操作者自行決定，在工序的劃分上有時也把它當作一道工序。2.安裝在機械加工中，使工件在機床或夾具中占據某一正確位置并被夾緊的過程稱為裝夾。有時，工件在機床上需經過屢次裝夾才能完成一個工序的工作內容。工件在機床上每裝卸一次所完成的那局部工序，稱為安裝。在一個工序中，工件的工作位置可能只需一次安裝，也可能需要屢次安裝。如表1-1的工序2，一次安裝即可銑出鍵槽；而工序1中，為了車出全部外圓，最少需要兩次安裝。零件在加工過程中應盡可能減少安裝次數。3.工位為了減少工件的安裝次數，在大批量生產時，常采用各種回轉工作臺、回轉夾具或移位夾具，使工件在一次安裝中先后處于幾個不同位置進行加工。工件在一次安裝下相對于機床或刀具每占據一個加工位置所完成的那局部工藝過程稱為工位。工位又可分為單工位和多工位。圖1-2所示為一種用回轉工作臺在一次安裝中順次完成裝卸工件、鉆孔、擴孔和鉸孔四個工位。圖1-2多工位加工工位1：

裝卸工件;工位2：

鉆孔;工位3：

擴孔;工位4：

鉸孔

4.工步加工外表、切削工具、切削速度和進給量都不變的情況下，所連續(xù)完成的那一局部工序，稱為工步。一道工序可以包括幾個工步，也可以只包括一個工步。例如在表1-2的工序3中，它包括車各外圓外表及車槽等工步，而工序4中采用鍵槽銑刀銑鍵槽時，就只包括一個工步。應該說明的是，構成工步的因素有：加工外表、刀具和切削用量，它們中的任一因素改變后，一般就變成了另一個工步。但對于那些在一次安裝中連續(xù)進行的假設干相同工步，可簡寫成一個工步。有時為了提高生產率，用幾把不同刀具同時加工幾個不同外表，此類工步稱為復合工步，如圖1-3所示。在工藝文件上，復合工步視為一個工步。圖1-3復合工步

5.走刀〔或進給〕在一個工步中，假設被加工外表要切除的金屬層很厚〔即加工余量較大〕，需要分幾次切削，那么每進行一次切削就是一次進給，亦稱為走刀。1.1.3生產綱領、生產類型及其工藝特征機械產品的制造工藝不僅和產品的結構、技術要求有很大關系，而且也與企業(yè)的生產類型有較大關系，而企業(yè)的生產類型是由企業(yè)的生產綱領來決定的。

1.生產綱領工廠一年中制造產品的數量，就是該產品的生產綱領。而零件的生產綱領是指包括備品和廢品在內的年產量。

零件的生產綱領通?？砂聪率接嬎悖?/p>

N=Q·n(1+a%)(1+b%)式中，N——零件的生產綱領〔件/年〕；Q——產品的生產綱領〔年產量〕〔臺/年〕；n——每臺產品中含該零件的數量〔件/臺〕；a%——備品率；b%——廢品率。2.生產類型及其工藝特征在制定機械加工工藝的過程中，工序的安排不僅與零件的技術要求有關，而且與生產類型有關。生產綱領不同，生產規(guī)模也不同。根據投入生產的批量或生產的連續(xù)性，機械制造可分為三種不同的生產類型，即單件生產、成批〔小批、中批和大批〕生產和大量生產?！?〕單件生產。單個生產不同結構和不同尺寸的產品，并且很少重復。例如，重型機械制造、專用設備制造和新產品試制等都屬于單件生產。〔2〕成批生產。一年中分批地制造相同的產品，制造過程有一定的重復性。例如，機床制造就是比較典型的成批生產。同一產品〔或零件〕每批投入生產的數量稱為批量。根據批量的大小和被加工零件的特征，成批生產又可分為小批生產、中批生產和大批生產。小批生產工藝過程的特點和單件生產相似；大批生產工藝過程的特點和大量生產相似；中批生產工藝過程的特點那么介于單件小批生產和大批量生產之間。〔3〕大量生產。產品數量很大、品種少，大多數工作地點經常重復地進行某一個零件的某一道工序的加工。例如，汽車、拖拉機、軸承等的制造通常都是以大量生產的方式進行的。生產類型的劃分一方面要考慮生產綱領，即年產量；另一方面還必須考慮產品本身的大小和結構的復雜性。生產類型的劃分如表1-3所示。表1-3生產類型的劃分

表1-4不同機械產品的零件重量型別表1-5各種生產類型的工藝特征

1.2基準及工件的安裝方式

1.2.1基準的概念及分類所謂基準就是零件上用來確定其他點、線、面的位置的那些點、線、面。基準按其作用可分為設計基準和工藝基準兩大類。

1.設計基準在零件圖上使用的基準稱為設計基準。如圖1-4〔a〕所示零件，對尺寸20mm而言，A、B面互為設計基準；圖1-4〔b〕中，50mm圓柱面的設計基準是50mm的軸線，30mm圓柱面的設計基準是30mm的軸線。就同軸度而言，50mm的軸線是30mm軸線的設計基準。圖1-4〔c〕所示零件，圓柱面的下素線D為槽底面C的設計基準。作為設計基準的點、線、面在工件上不一定具體存在，例如外表的幾何中心、對稱線、對稱平面等。圖1-4設計基準例如2.工藝基準在制造零件或裝配機器的生產過程中使用的基準稱為工藝基準。工藝基準按用途不同又分為工序基準、定位基準、測量基準和裝配基準等?！?〕工序基準。在工序圖上，用以確定本工序被加工面加工后的尺寸、形狀、位置的基準稱為工序基準。其所標注的加工面尺寸稱為工序尺寸。如圖1-5所示為一工件上鉆孔工序簡圖，圖(a)、圖(b)分別表示對被加工孔的工序基準的兩種不同選擇。圖中尺寸22±0.1和尺寸18±0.1為選取不同工序基準時的工序尺寸。圖1-5工序基準例如〔2〕定位基準。在機械加工中，用來使工件在機床上或夾具中占有正確位置的點、線或面稱為定位基準。如圖1-6所示齒輪，在切齒時，利用已精加工的孔和端面，將工件安裝在機床夾具上，所以孔的軸線和端面是加工齒形的定位基準。作為定位基準的點、線、面可能是工件上的某些面，也可能是看不見摸不著的中心線、對稱線、對稱面、球心等。應該指出的是：工件上作為定位基準的點、線、面，通常是由具體的外表來表達的，這些具體外表稱為定位基準面。如圖1-6所示齒輪孔的軸線實際上是由孔的外表來表達的。再例如，用三爪自定心卡盤夾持工件外圓，表達以軸線為定位基準，外圓面為定位基準面。圖1-6齒輪〔3〕測量基準。檢驗已加工外表的尺寸及位置精度所使用的基準稱為測量基準。如圖1-4〔c〕所示，在檢驗尺寸45mm時，下素線D為測量基準?！?〕裝配基準。裝配時，用以確定零件或部件在機器中位置的基準稱為裝配基準。如圖1-6所示的齒輪是以孔作為裝配基準的。1.2.2工件的安裝方式

1.工件裝夾的實質在機床上加工工件時，為了使該工序加工的外表能到達圖紙規(guī)定的尺寸、幾何形狀以及與其它外表的相互位置精度等技術要求，在加工前，必須首先將工件裝好、夾牢。工件裝夾的實質，就是在機床上對工件進行定位和夾緊。裝夾工件的目的，那么是通過定位和夾緊而使工件在加工過程中始終保持其正確的加工位置，以保證到達該工序所規(guī)定的加工技術要求。2.工件裝夾的方法(1)直接找正定位的安裝。對于形狀簡單的工件，可以采用直接找正定位的安裝方法，即用劃針、百分表或目測在機床上直接找正工件的位置。例如，在磨床上加工一個與外圓外表有同軸度要求的內孔，如圖1-7〔a〕所示。加工前將工件裝在四爪單動卡盤上，用百分表直接找正外圓外表，即可獲得工件的正確位置。又如，在牛頭刨床上加工一個同工件底面及側面有平行度要求的槽，如圖1-7〔b〕所示。用百分表找正工件的右側面，即可使工件獲得正確的位置。直接找正裝夾工件時的找正面即為定位基準面。直接找正定位的安裝生產效率低，對工人技術水平要求高，因此一般只適用于以下兩種情況：①工件批量小，采用夾具不經濟時。這種方法，常在單件小批生產的加工車間，以及修理、試制、工具車間中得到應用。②對工件的定位精度要求特別高〔小于0.01～0.005mm〕，而采用夾具不能保證其精度時，只能用精密量具直接找正定位。(2)按劃線找正定位的安裝。對于形狀復雜的零件〔如車床主軸箱〕，采用直接安裝找正法會顧此失彼，這時就有必要按照零件圖在毛坯上先劃出中心線、對稱線及各待加工外表的加工線，然后按照劃好的線找正工件在機床上的位置，如圖1-7〔c〕所示。此時用于找正的劃線即為定位基準。對于形狀復雜的工件，常常需要經過幾次劃線。劃線找正的定位精度一般只能到達0.2～0.5mm。劃線加工需要技術高的劃線工，而且非常費時，因此它只適用于以下三種情況：①生產批量不大，形狀復雜的鑄件；②在重型機械制造中，尺寸和重量都很大的鑄件和鍛件；③毛坯的尺寸公差很大，外表很粗糙，一般無法直接使用夾具時。(3)用專用夾具定位的安裝。目前，對于中小尺寸的工件，在批量較大時，都用專用夾具定位來安裝，如圖1-7〔d〕所示，此時工件與定位元件相接觸的面即為定位基準。專用夾具以一定的位置〔用定位鍵〕安裝在機床上，工件按照“六點定位原理〞在夾具中定位并夾緊，不需要找正。圖1-7工件裝夾方法磨孔時直接找正；(b)刨削時直接找正；(c)按劃線找正裝夾；(d)用專用夾具裝夾

1.2.3夾具的分類、作用及組成1.夾具的概念如前所述，在機床上對工件進行切削加工時，為了能夠加工出符合精度要求的工件，需要將工件在機床上裝好夾牢。用于安裝工件的裝置稱為機床夾具。有時習慣上還將一些擴大機床工藝范圍的裝置，如靠模、仿形裝置等也稱為機床夾具。加工中使用的夾具、刀具、量具以及其它輔助工具等統(tǒng)稱為工藝裝備〔簡稱工裝〕。2.夾具的分類〔1〕通用夾具。在通用機床上一般都附有通用夾具，如車床上的三爪自定心卡盤、四爪單動卡盤、花盤、頂尖和雞心夾頭，銑床上的平口虎鉗、分度頭和回轉工作臺等。它們有較大的適用范圍，無需調整或稍加調整就可以用于裝夾不同的工件。這類夾具結構已定型，尺寸已標準化和系列化?，F(xiàn)在這類夾具大多數已成為機床的一種標準附件，由專門的機床附件廠負責制造、供給。用這類夾具夾緊工件〔特別是夾緊形狀復雜或加工精度要求高的工件〕往往很費時，且操作復雜，生產效率低。故通用夾具主要用于單件小批量生產和采用找正法裝夾工件的場合。〔2〕專用夾具。針對某一工件的某一工序的要求而專門設計制造的夾具稱為專用夾具。這類夾具上有專門的定位和夾緊裝置，工件無須進行找正就能獲得正確的位置。另外，因不需要考慮通用性，所以專用夾具可以設計得緊湊，操作方便。因此，用專用夾具可以保證較高的加工精度和生產效率。專用夾具通常是根據加工要求自行設計與制造的。它的設計與制造周期較長，制造費用也較高。當產品變更時，往往因無法再使用而“報廢〞?！?〕可調整夾具。它是指加工完一種工件后，通過調整或更換夾具上個別元件，就可加工形狀相似、尺寸相近、加工工藝相似的多種工件的一種夾具，包括通用可調夾具和成組夾具兩類?！?〕組合夾具。是指按某種工序的加工要求，用事先準備好的通用標準元件和部件組合而成的一種夾具。用完之后可以將這類夾具拆卸下來，更換元部件組裝成新夾具，供再次使用。這種夾具具有組裝迅速、準備周期短、能反復使用等優(yōu)點，被廣泛用于多品種、小批量生產，特別是新產品試制尤為適用。近幾年組合夾具也在數控加工中得到廣泛使用?！?〕隨行夾具。這是一種在自動線或柔性制造系統(tǒng)中使用的夾具。它除了具有一般夾具所擔負的裝夾工件的任務外，還擔負著沿自動線輸送工件的任務，即跟隨被加工工件沿著自動線從一個工位移到下一個工位，故有“隨行夾具〞之稱。機床夾具雖然分成上述幾大類，但是，不管何種夾具結構，其根本原理都是一致的，夾具設計中的一些根本問題，如工件的定位和夾緊，夾具的對定等那么是共同的。3.專用夾具的作用專用夾具在機械加工過程中的主要作用表現(xiàn)在以下幾個方面：〔1〕易于保證加工精度，并使加工精度穩(wěn)定。〔2〕縮短裝夾工時，提高勞動生產率。〔3〕減輕勞動強度，降低生產本錢?！?〕擴大機床的工藝范圍。4.專用夾具的組成〔1〕定位元件。由于夾具的首要任務是對工件進行定位和夾緊，因此，無論何種夾具都必須設置有確定工件在夾具中正確加工位置的定位元件。圖1-8所示為鉆后蓋零件上12mm孔的夾具。夾具上的圓柱銷5、菱形銷1和支承板6都是定位元件，通過它們使工件在夾具中占據正確的位置。圖1-8后蓋零件圖及后蓋鉆夾具(a)后蓋零件圖；(b)后蓋鉆夾具1—菱形銷2—螺桿3—螺母4—開口墊圈5—圓柱銷6—支承板7—夾具體8—鉆模板9—鉆套

〔2〕夾緊裝置。該裝置用來夾緊工件，使已經定好位置的工件在加工過程中不因外力〔重力、慣性力以及切削力等〕的作用而產生位移。它通常是一種機構，包括夾緊元件〔如夾爪、壓板等〕、增力及傳動裝置〔如杠桿、螺紋傳動副、斜楔、凸輪等〕以及動力裝置〔如氣缸、油缸〕等。如圖1-8中的螺桿2〔與圓柱銷合成的1個零件〕、螺母3和開口墊圈4組成了夾緊裝置。〔3〕夾具體。它用來連接夾具上各個元件及裝置，使其成為一個整體。它是夾具的根底件，常常通過將夾具體與機床有關部位進行連接，以確定夾具相對于機床的位置。如圖1-8中的件7，通過它將夾具的所有局部連接成一個整體?！?〕對刀-引導元件。采用專用夾具加工工件時，一般都用調整法加工。為了預先調整好刀具的位置，在夾具上設有確定刀具〔銑刀、刨刀、砂輪等〕位置或引導刀具〔孔加工用刀具〕方向的對刀-導引元件。如銑夾具中常見的對刀塊，鉆夾具中的鉆套、鉆模板等。圖1-8中的鉆套9與鉆模板8就是為了引導鉆頭而設置的引導元件。〔5〕其它裝置或元件。為了使夾具在機床上占有正確的位置，一般夾具〔小型夾具除外〕都設有供其本身在機床上定位和夾緊用的連接元件〔如定位鍵〕。此外，按照加工要求，有些夾具上還設有其它裝置和機構，如上下料裝置、分度裝置、工件頂出裝置等。1.2.4工件在夾具中的定位

圖1-9工件的六個自由度

1.工件的定位原理從理論力學中知道，一個不受任何約束的物體，在空間具有六個自由度，即沿三個互相垂直的坐標軸的移動自由度（用x、y、z表示）和繞三個坐標軸的旋轉自由度（用x、y、z表示），如圖1-9所示。因此，要使物體在空間具有確定的位置（即定位），就必須約束這六個自由度。一個未定位的工件，在空間直角坐標系中可看成是自由物體，它也具有六個自由度。在機床上要確定工件的正確位置，同樣要限制工件的六個自由度。要使工件沿某方向的位置確定，就必須限制該方向的自由度。當工件的六個自由度在夾具中全部被限定時，工件在夾具中的位置就被完全確定了，

這就是工件的定位原理。

圖1-10六點定位原理簡圖

在應用定位原理分析工件在夾具中的定位問題時，應注意以下幾點：〔1〕工件在夾具中定位時，并非在任何情況下都必須限制六個自由度，究竟哪幾個自由度需要限制，主要取決于工件的技術要求、結構尺寸和加工方法等。〔2〕一般地說，一個定位支承點只能限制工件一個自由度。因此，工件在夾具中定位時，所用支承點數目，最多不應超過六個。同時，每個定位支承點所限制的自由度，原那么上不允許重復或互相矛盾。〔3〕定位支承點限制工件自由度的作用，可以這樣去理解：即定位支承點與工件的定位基準始終保持緊貼接觸。假設二者一旦脫離，就表示定位支承點失去了限制工件自由度的作用〔也即失去了定位作用〕。〔4〕在分析定位支承點起定位作用時，不考慮力的影響。工件在某一坐標參數方向上的自由度被限制，是指工件在該坐標參數方向上有了確定的位置，而不是指工件在受到使工件脫離支承點的外力時不能運動。使工件在外力作用下不能運動，這是夾緊的任務。不要把定位與夾緊兩個概念相混淆，初學者往往容易忽略二者的區(qū)別。反過來說，工件在外力作用下不能運動〔即被夾緊了〕，并不一定說工件的所有自由度都被限制了。2.工件的定位方式及種類(1)完全定位。工件上的六個自由度全部被限制的定位稱為完全定位，如圖1-11所示。在銑床上加工一批零件的溝槽時，為了保證圖中x、y、z三個尺寸的加工精度，就必須限制該零件的六個自由度。一般工件在三個坐標方向上均有尺寸要求時，

要用此方式定位。

圖1-11完全定位例如(2)不完全定位。

圖1-12不完全定位例如(3)欠定位。應該限制的自由度在定位時未被限制的定位稱為欠定位。這種定位方式顯然無法保證工序所規(guī)定的加工要求，因此，在實際生產中欠定位是絕對不允許出現(xiàn)的。如圖1-13所示零件在圓柱上銑鍵槽，如果只采用V形塊1、2及止推銷3定位，無防轉銷4，那么工件繞工件軸線回轉方向的位置將不確定，銑出的鍵槽將難以到達要求。圖1-13欠定位例如〔4〕過定位。工件的自由度被設置的定位元件重復限制的定位方式稱為過定位。如圖1-14所示。圖1-14過定位例如圖1-15連桿定位分析(a)完全定位；(b)過定位；(c)過定位的不良后果1—短圓柱銷1′—長圓柱銷2—平面支承3—擋銷

由以上分析可知，過定位可能會產生以下不良影響：①使定位變得不穩(wěn)定而降低定位精度。②使工件或定位元件受力后產生變形。③

阻礙工件裝入夾具等。

實際生產中，在采取適當工藝措施的情況下，可利用過定位來提高工件的定位剛度。過定位是允許存在的，有時甚至是必要的，但需要我們解決好以下兩個問題：①重復限制自由度的支承之間，不能使工件的安裝發(fā)生干預。②因過定位而引起的不良后果，在采取相應措施后，仍應保證工件的加工要求。如圖1-15所示，假設連桿大頭孔與端面的垂直度誤差很小，長銷與臺階面的垂直度誤差也很小，此時就可利用大頭孔與長銷的配合間隙來補償這種較小的垂直度誤差，并不致引起相互干預，仍能保證連桿端面與平面支承可靠接觸，就不會產生圖1-15〔b〕的定位不確定情況，也不會造成圖1-15〔c〕夾緊后的嚴重變形，因而是允許采用的。采用這種方式定位由于整個端面接觸，增強了切削時的剛度和定位穩(wěn)定性，而且用長圓柱銷定位大頭孔，有利于保證被加工孔相對大頭孔軸線的平行。①適當提高定位基準之間以及定位元件工作外表之間的位置精度〔但要考慮工藝的可行性、經濟合理性〕，使產生的誤差在允許的范圍內。②酌情改變重復定位元件的結構，借以降低或消除過定位的干擾作用。這種方法實質上已不是過定位了。1.3定位副的選擇和要求

1.3.1定位基準的選擇

1.粗基準的選擇原那么〔1〕選用不加工的外表作粗基準，這樣可以保證零件的加工外表與不加工外表之間的相互位置關系，并可能在一次裝夾中加工出更多的外表。如圖1-16所示，鑄件毛坯孔B與外圓有偏心，假設以不加工的外圓面A〔圖〔a〕〕為粗基準加工孔B，那么加工時余量不均勻，但加工后的孔B與不加工的外圓面A根本同軸，較好地保證了壁厚均勻。假設選擇孔B作為粗基準加工〔圖〔b〕〕，那么加工余量均勻，但加工后內孔與外圓不同軸，壁厚不均勻。圖1-16鑄件粗基準的選擇

〔2〕合理分配加工余量。對有較多加工面的工件，其粗基準選擇時，應考慮合理地分配各加工外表的加工余量。主要應注意以下兩點：①應保證各主要加工外表都有足夠的加工余量。為滿足這個要求，應選擇毛坯上精度高、余量小的外表作粗基準。如圖1-17所示的階梯軸毛坯，其大、小兩端的同軸度誤差為0～3mm，大端最小加工余量為8mm，小端最小加工余量為5mm。假設以加工余量大的大端為粗基準先車小端，那么小端可能會因加工余量缺乏而使工件報廢。反之，以加工余量小的小端為粗基準先車大端，那么大端的加工余量足夠，經過加工的大端外圓與小端毛坯外圓根本同軸，再以加工過的大端外圓為精基準車小端外圓，小端的余量也就足夠了。圖1-17階梯軸毛坯粗基準的選擇②為保證工件上最重要的外表〔如機床導軌面和重要的內孔等〕的加工余量均勻，應選擇這些重要外表作粗基準。如圖1-18所示的車床床身，導軌外表是重要外表，要求耐磨性好且在整個導軌外表內具有大體一致的力學性能。因此，加工時應選導軌外表作為粗基準加工床腿底面〔圖〔a〕〕，然后以床腿底面為基準加工導軌平面〔圖〔b〕〕。圖1-18車床床身的粗基準選擇

〔3〕粗基準應防止重復使用。一般情況下，在同一尺寸方向上，粗基準只允許使用一次。因為粗基準外表粗糙，定位精度不高，假設重復使用，在兩次裝夾中會使加工外表產生較大的位置誤差，對于相互位置精度要求較高的外表，常常會造成超差而使零件報廢。如圖1-19所示小軸的加工中，如果重復使用毛坯B面定位，分別加工外表A和C，那么必然會使A面與C面的軸線產生較大的同軸度誤差。圖1-19重復使用粗基準例如A、C—加工面B—毛坯面〔4〕粗基準外表應平整。所選粗基準外表應盡可能平整，并有足夠大的面積，還要將澆口、冒口和飛邊等毛刺打磨掉，以便工件安裝時定位可靠，夾緊方便。2.精基準的選擇原那么精基準的選擇應從保證零件加工精度出發(fā)，同時考慮裝夾方便可靠，夾具結構簡單。〔1〕“基準重合〞原那么。所謂“基準重合〞，是指設計基準和定位基準重合。精基準選擇時應盡可能選用設計基準作為定位基準，以防止產生基準不重合誤差?！盎鶞手睾熄曉敲磳τ诒ＷC外表間的相互位置精度〔如平行度，垂直度，同軸度等〕亦完全適用。〔2〕“基準統(tǒng)一〞原那么。使位置精度要求較高的各加工外表，盡可能在多數工序中統(tǒng)一用同一基準，應盡可能在多個工序中采用同一基準，這就是“基準統(tǒng)一〞原那么，也稱“基準同一〞原那么。例如，軸類零件加工時，一般總是先將兩端面打好中心孔，其余工序都是以兩中心孔為定位基準；齒輪的齒坯和齒形加工時，多采用內孔及基準端面為定位基準；箱體零件加工時，大多以一組平面或一面兩孔作統(tǒng)一基準加工孔系和端面。采用“基準統(tǒng)一〞原那么可較好地保證各加工面的位置精度，也可減小工裝設計及制造的費用，提高生產率，并且可以防止基準轉換所造成的誤差?！?〕“自為基準〞原那么。有些精加工工序為了保證加工質量，要求加工余量小而均勻，便以加工外表自身來作為定位基準，這就是“自為基準〞原那么。如圖1-20所示，磨削床身導軌面時，一般以導軌面為基準找正定位，然后進行加工。此外，鉸削孔、拉削孔、無心磨削、珩磨等都是應用“自為基準〞原那么進行加工的。圖1-20床身導軌面的磨削

〔4〕“互為基準〞原那么。有位置精度要求的兩個外表在加工時，為了使加工面獲得均勻的加工余量和較高的相互位置精度，用其中任意一個外表作為定位基準來加工另一外表，這就是“互為基準〞原那么。例如加工精密齒輪時，通常是齒面淬硬后再磨齒面及內孔。由于齒面磨削余量小，為了保證加工要求，采用圖1-21所示的裝夾方式。先以齒面為基準磨內孔，再以內孔為基準磨齒面，這樣不但能使齒面磨削余量小而均勻，而且能較好地保證內孔與齒切圓有較高的同軸度。圖1-21精密齒輪內孔的磨削1—卡盤2—滾柱3—齒輪

〔5〕其它原那么。應選擇精度較高、定位方便、夾緊可靠、便于操作及夾具結構簡單的外表作為精基準。有時為了使基準統(tǒng)一或定位可靠，操作方便，人為地制造出一種基準面，這些外表在零件使用中并不起作用，僅在加工中起定位作用，如頂尖孔、工藝凸臺、工藝孔等，這類基準稱為輔助基準?？傊?，無論是粗基準還是精基準，選擇時都必須是首先使工件定位穩(wěn)定、平安可靠，然后再考慮夾具設計容易、結構簡單、本錢低廉等技術經濟原那么。在實際生產中選擇粗、精基準時，要想完全符合上述原那么是不可能的，往往會出現(xiàn)相互矛盾的情況，這時應從工件的整個加工全過程統(tǒng)一考慮，抓住主要矛盾，確保選擇出合理的加工方案。1.3.2定位元件的根本要求定位元件作為夾具結構中的重要元件之一，一般應具備以下根本要求：〔1〕足夠的精度?！?〕耐磨性好。〔3〕足夠的強度和剛度?！?〕良好的結構工藝性?！?〕便于去除切屑。1.3.3常用定位元件的結構特點及應用1.工件以平面定位時的定位元件〔1〕固定支承。固定支承有支承釘和支承板兩種形式。在使用過程中，支承是固定不變的。①支承釘。圖1-22所示是標準支承釘結構〔GB/T2226—1991〕，A型是平頭支承釘，用于加工過的精基準面的定位；B型是球頭支承釘，用于未加工〔毛坯面〕的粗基準面的定位；C型是齒紋面支承釘，也用于粗基準面的定位，常用于側面定位以增大摩擦力。一個支承釘只限制一個自由度，因此為了保證定位的穩(wěn)定可靠，對于作為主要定位面的粗基準而言，一般必須采用三點支承方式〔選用三個球頭支承釘或三個齒紋面支承釘〕。假設工件是以加工過的平面為定位基準，那么可用三個或更多的平頭支承釘定位，但必須保證這幾個平頭支承釘的定位工作面位于同一平面內，否那么，就會使各支承釘不能全部與工件接觸，造成定位不穩(wěn)定。圖1-22支承釘

②支承板。如圖1-23所示是標準支承板結構〔GB/T2236—1991〕，用于精基準面的定位。其中，A型支承板結構簡單，制造方便，但切屑易堆聚在固定支承板用的埋頭螺釘坑中，不易去除，故適用于側面及頂面定位；B型支承板因開有斜槽，容易去除切屑，但制造略嫌麻煩，故適用于底面定位。支承板一般用2～3個M6～M12的螺釘緊固在夾具體上。圖1-23支承板

〔2〕可調支承。顧名思義，這種支承的高度是可調節(jié)的。如圖1-24所示為幾種常用的可調支承的結構。其結構根本上都是螺釘/螺母型式。圖〔a〕所示支承是直接用手或扳手擰動圓柱頭進行高度調節(jié)的，一般適用于小型工件；圖〔b〕、圖〔c〕所示支承那么需用扳手進行調節(jié)，故宜用于較重的工件?？烧{支承的高度一旦調節(jié)適宜后，便須用鎖緊螺母鎖緊，因此一般必須設有防松的鎖緊螺母，以防止螺紋松動而使高度發(fā)生變化?？烧{支承在一批工件加工前調整一次，在同一批工件加工中保持不變，其作用與固定支承相同?？烧{支承的結構也已經標準化。圖1-24可調支承

可調支承主要用于毛坯質量不高而又以粗基準定位時的場合，尤其在中小批生產時，不同批毛坯的尺寸往往變化很大，如果采用固定支承在夾具中定位，并用調整法加工時，那么由于各批毛坯尺寸的不穩(wěn)定，將直接引起工件上以后將要加工的各外表位置的不穩(wěn)定，從而使以后工序的加工余量變化太大，影響其加工精度。為了防止發(fā)生這種情況，需要改用可調支承來定位。如圖1-25〔a〕所示工件，毛坯為砂型鑄件。首先以B面定位銑A面，再以A面定位鏜雙孔。銑A面時，假設采用固定支承，那么由于定位基面B的尺寸和形狀誤差較大，銑完后A面與兩毛坯孔〔圖中虛線〕的距離尺寸H1、H2變化也大，致使鏜孔時余量很不均勻，甚至余量不夠。因此，可把固定支承改為可調支承，再根據每批毛坯的實際誤差大小調整支承釘的高度，就可防止上述情況發(fā)生?？烧{支承也可用于同一夾具加工形狀相同而尺寸不同的工件。如圖1-25〔b〕所示銷軸端部銑槽，采用可調支承3軸向定位，通過調整其高度位置，可以加工不同長度的銷軸類工件。圖1-25可調支承的應用1—工件2—V形塊3—可調支承

〔3〕自位支承。在工件定位過程中，能自動調整位置的支承稱為自位支承〔也稱浮動支承〕。圖1-26〔a〕、〔b〕所示為兩點式自位支承。這類支承的工作特點是：浮動支承點的位置能隨著工件定位基準位置的變化而自動調節(jié)，使與之適應。當基準面有誤差時，壓下其中一點，其余點即上升，直至各點都與工件接觸為止，故其作用仍相當于一個固定支承，只限制一個自由度。圖1-26自位支承

〔4〕輔助支承。生產中，由于工件形狀以及夾緊力、切削力、工件重力等原因，可能使工件在定位后仍產生變形或定位不穩(wěn)定。為了提高工件的安裝剛性和穩(wěn)定性，常常設置輔助支承。如圖1-27所示，當工件的重心超出根本支承所形成的穩(wěn)定區(qū)域時，工件上中心所在的一端便會下垂，而使另一端向上翹起，于是工件上的定位基準便脫離定位元件。為了防止出現(xiàn)這種情況，在將工件放在定位元件上時，應根本上接近其正確定位位置，再在工件重心所在部位下方設置輔助支承，以實現(xiàn)預定位。圖1-27輔助支承起預定位作用

應強調指出的是：輔助支承只能起提高工件支承剛性的輔助定位作用，而決不能允許它破壞根本支承應起的主要定位作用，即輔助支承不起限制自由度的作用。因此，使用輔助支承時，需等工件定位夾緊好以后，再調整輔助支承的高度，使其與工件的有關外表接觸并鎖緊。每安裝一個工件就調整一次輔助支承，即必須逐個工件進行調整，以適應工件支承外表〔如圖1-25中的B面〕的位置誤差。圖1-28輔助支承(a)螺旋式；(b)自位式；(c)推引式1—支承銷2—滑塊3—操作手柄4—彈簧5—滑柱銷6—斜楔7—手輪

圖1-28輔助支承(a)螺旋式；(b)自位式；(c)推引式1—支承銷2—滑塊3—操作手柄4—彈簧5—滑柱銷6—斜楔7—手輪

2.工件以圓孔外表定位時的定位元件〔1〕圓柱定位銷。圖1-29所示為常用圓柱定位銷結構。當定位銷定位局部直徑小于10mm時，由于銷徑太細，為增加剛度，防止銷子因撞擊而折斷，或熱處理時淬裂，通常將根部倒出圓角R。這時，在夾具體上安裝定位銷的局部應锪出沉孔，使定位銷圓角局部沉入孔內而不影響定位，如圖1-29〔a〕所示。大批量生產時，為了便于更換定位銷，可采用圖1-29〔d〕所示的帶襯套結構。圓柱定位銷的工作局部直徑，通常根據加工要求和安裝方便，按g5、g6、f6、f7制造，固定定位銷是直接用過盈配合〔H7/h6或H7/n6〕壓入夾具體孔中使用的。所有定位銷的定位端頭部均做成15°大倒角，以便于工件順利套入。圖1-29圓柱定位銷〔2〕圓柱定位心軸。定位心軸主要用在車、銑、磨、齒輪加工等機床上加工套筒和盤類零件。圖1-30所示為常用幾種圓柱心軸的結構形式。圖〔a〕為間隙配合心軸，心軸定位工作局部一般按基孔制h6、g6或f7制造，因此它裝卸工件較為方便，但定心精度不高。圖〔b〕為過盈配合心軸，它由導向局部3，工作局部2，安裝局部1組成。導向局部的作用是使工件迅速而正確地套入心軸。當工件孔的長徑比L/d＞1時，為了裝卸工件容易，心軸的工作局部應稍帶錐度。心軸上的凹槽是供車削端面時退刀用的。這種心軸制造簡便且定心精度高，但裝卸工件不便，易損傷工件定位孔，因此多用于定心精度要求較高的場合。圖〔c〕是花鍵心軸，用于加工以花鍵孔為定位基準的工件。圖1-30圓柱心軸1—安裝局部2—工作局部3—導向局部〔3〕圓錐定位銷。在實際生產中，也常常遇到工件以圓孔在錐銷上的定位方式，如圖1-31所示。圖1-31圓錐銷定位

3.工件以外圓柱面定位時的定位元件〔1〕V形塊的典型結構。圖1-32所示為常用V形塊結構，其中圖〔a〕是用于較短的精基準定位；圖〔b〕是用于基準面較長的精基準定位；圖〔c〕是用于較長的粗基準或階梯軸的定位；當定位基準直徑和長度較大時，V形塊不必做成整體鋼件，可采用圖〔d〕所示的鑄鐵底座鑲淬硬支承板或硬質合金鋼墊的V形塊。V形塊上兩斜面根部的凹槽是為加工兩斜面時讓刀用的。V形塊的長、短是按照V形塊量棒與V形塊定位工作面的接觸長度L和量棒直徑d之比來區(qū)分的。一般L/d<<1時為短V形塊，它限制工件的兩個自由度；L/d>>1時為長V形塊，限制工件的四個自由度。圖1-32V形塊的典型結構

〔2〕V形塊的結構參數。標準V形塊〔GB/T2208—1991〕的結構參數見圖1-33。V形塊在夾具上安裝時，先調整好位置，再用螺釘緊固，并配作兩個銷孔起定位作用。兩斜面的夾角α有60°、90°、120°三種，其中90°V形塊結構和尺寸均已標準化，應用最廣。圖1-33V形塊的結構尺寸

V形塊的主要尺寸有：

D——V形塊檢驗心軸直徑，即定位基準直徑；

H——V形塊的高度；

α——V形塊兩工作平面間夾角；

T——V形塊的標準定位高度，即檢驗心軸中心高。在V形塊工作圖上必須標柱此尺寸，用以綜合檢驗V形塊的制造精度。標準V形塊是根據工件定位面外圓直徑來選取的。設計非標準V形塊時可參考標準V形塊的結構參數來進行。

〔3〕V形塊的定位特性。①V形塊定位的最大優(yōu)點是對中性好，它可使一批工件的定位基準軸線始終對中在V形塊兩斜面的對稱面上，而不受定位基準直徑誤差的影響。②無論定位基準是否經過加工，也不管是完整的圓柱面還是局部的圓弧面，都可以采用V形塊定位。因此在以外圓柱面定位時，V形塊是應用最廣的定位元件。③V形塊以兩斜面與工件的外圓面接觸起定位作用。工件的定位面是外圓柱面，但其定位基準是外圓軸線，即V形塊起定心作用。這一點對分析V形塊的定位誤差有著重要意義。④V形塊的位置是用理論圓來標注的。在圖1-34〔a〕所示的夾具簡圖中，要保證V形塊1與定位支承2的相對尺寸h±Δh，以實現(xiàn)定位要求，這時V形塊的高度位置是以與其相切的圓3的軸線來表示的，這個圓稱為V形塊的理論圓。理論圓的直徑尺寸等于工件定位外圓直徑的平均尺寸，它是一個常量。圖1-34用理論圓來標注V形塊位置

若用90°的V形塊定位一批外圓直徑為的工件，則V形塊理論圓直徑尺寸為39.992mm，如圖1-34（b）所示。在夾具裝配檢驗中，往往采用測量心軸使理論圓具體化，以便直接測量V形塊的位置尺寸h。但這往往要為此專門制造一根非標準尺寸的專用測量心軸，因而很不經濟。所以夾具圖上實際不是直接按圖1-34（a）那樣以理論圓軸線來標注h±Δh尺寸的，而是按采用標準尺寸的測量心軸軸線來標注的。因此，必須根據實際采用的測量心軸的直徑修正原來以理論圓為出發(fā)點計算的h±Δh尺寸。設標準尺寸的測量心軸直徑為36mm，那么根據圖1-34〔b〕所示的幾何關系可知尺寸的修正值a為由36mm標準測量心軸軸線到定位支承2的距離尺寸h′為

h′＝h-2.823(mm)1.4定位誤差的分析和計算

在機械加工過程中，產生加工誤差的因素很多，其中有一項與采用夾具來安裝工件進行加工有關。夾具的設計與制造所造成的誤差必然會影響工件的定位精度，從而反映在工件的加工精度上。為了使工藝系統(tǒng)能夠加工出合格的工件，系統(tǒng)中各組成誤差的總和∑Δ應不超過加工允差或位置公差δG，即∑Δ≤δG。而∑Δ＝ΔJ+ΔG，ΔJ＝ΔD+ΔT-A，從而有

ΔD+ΔT-A+ΔG≤δG

(誤差計算不等式)式中：

ΔJ——與夾具有關的加工誤差；ΔG——除夾具外與工藝系統(tǒng)其它因素有關的加工誤差；ΔD——工件在夾具中定位時產生的定位誤差；ΔT-A——夾具在機床上調整安裝時產生的誤差。

由此可見，在夾具設計與制造中，為了滿足加工要求，要盡可能設法減少這些與夾具有關的加工誤差。如果這局部誤差所占比例很大，那么留給補償其它加工誤差的比例就很小，結果不是降低了工件的加工精度，就是有可能造成超差而導致工件報廢。這里只討論定位誤差問題。在根據經驗或類比法初步確定工件的定位方案后，可假設誤差計算不等式中的三項誤差各占工件公差的三分之一。最后可根據實際情況進行調整。如果滿足ΔD≤1/3δG那么合格；假設ΔD＞1/3δG，那么說明定位誤差按絕對平均法所分得的允許公差已經超差，此時應按綜合調整法相互調劑，使三項誤差的總和不超過工序公差要求，或采取相應工藝措施解決超差問題。1.4.1定位誤差產生的原因

1.基準不重合誤差因定位基準與工序基準不重合而引起的定位誤差，稱為基準不重合誤差，以ΔB表示。圖1-35〔a〕所示為銑削臺階面工序簡圖，圖1-35〔b〕為其定位簡圖。要求保證尺寸L1±T1/2和H1±TH1/2。由圖〔a〕知尺寸L1的工序基準是E面，由圖〔b〕知其定位基準是A面，二者不重合。這樣，對于一批工件而言，當刀具按定位基準A面調整好位置時，其中每個工件的E面位置卻是隨尺寸L2±T2/2的變化而變化的。由圖〔b〕可知，此時一批工件的E面位置可能發(fā)生的最大變動量為ΔL2，它便是尺寸L2的公差，即ΔL2＝T2＝L2max－L2min。因此，在尺寸L1中實際上附加了ΔL2這樣一個誤差值，這個誤差就是基準不重合誤差ΔB，它將直接影響加工尺寸L1的精度。對尺寸H1而言，其工序基準與定位基準均為B面，二者重合，不存在ΔB。圖1-35基準不重合誤差例如

2.基準位移誤差ΔY

對于有些定位方式來說，即使基準重合，也會產生另一種形式的定位誤差，即由于定位基準本身發(fā)生位移而引起的基準位移誤差。工件在夾具中定位時，由于定位副制造不準確及最小配合間隙的影響，定位基準本身在加工尺寸方向上會產生一定的位移量，從而導致各個工件的位置不一致，造成加工誤差，我們把這種誤差稱為基準位移誤差，以ΔY表示。不同的定位方式，其基準位移誤差的分析和計算方法也不同。

1〕工件以圓孔面定位(1)當定位元件與定位孔為間隙配合時(如圖1-36所示)，由于配合間隙的影響，會使工件內孔的中心〔定位基準〕與定位心軸中心發(fā)生偏移，其最大偏移量〔即最大配合間隙〕就是基準位移誤差?？砂聪率接嬎悖害＝Xmax=δD＋δd＋Xmin式中：

Xmax——定位副最大配合間隙；

δD——工件定位基準孔的直徑公差；

δd——圓柱定位銷或圓柱心軸的直徑公差；

Xmin——定位副所需最小間隙，由設計時確定?；鶞饰灰普`差的方向是任意的。減小定位副的配合間隙，即可減小ΔY值，從而提高定位精度。

圖1-36工件以內孔在心軸〔或定位銷〕上定位(2)當定位元件與定位孔為過盈配合時，不存在間隙，定位基準〔內孔軸線〕相對定位元件沒有位置變化，即ΔY=0，故可實現(xiàn)定心定位。2〕工件以外圓柱面定位用定位套內孔定位的基準位移誤差與用圓柱心軸定位時的基準位移誤差分析計算一致。如圖1-37所示，因V形塊的對中定心性很好，工件的定位面雖是外圓面，但定位基準是外圓軸線。如果不考慮V形塊的制造誤差，那么定位基準一定在V形塊對稱平面上，它在水平方向上的位移為零，但在垂直方向上，由于定位外圓面的直徑有制造誤差，引起定位基準相對定位元件發(fā)生位置變化，其最大變化量即為基準位移誤差?？砂聪率接嬎悖骸?-2〕式中：δd——工件定位基準的直徑公差〔mm〕；α——V形塊兩斜面夾角。圖1-37工件以外圓在V形塊上定位銑鍵槽

3.結論〔1〕工件在夾具中定位時，不僅要限制工件的自由度，使工件在加工尺寸方向上有確定的位置，而且還必須盡量設法減少定位誤差，保證有足夠的定位精度?！?〕一批工件在夾具中定位時產生定位誤差的原因有兩個：一是由于定位基準與工序基準不重合，引起一批工件的工序基準相對定位基準產生了位置變化，即存在基準不重合誤差ΔB；二是由于定位副制造不準確，引起一批工件的定位基準相對定位元件發(fā)生了位置變化，即存在基準位移誤差ΔY?！?〕工件以平面定位時，由于定位基準面的形狀誤差〔如定位基準面的平行度誤差、兩基準面間的垂直度誤差等〕，也會引起基準位移誤差，但誤差值一般較小，可忽略不計。即工件以平面定位時，一般只考慮基準不重合誤差，而忽略基準位移誤差，即ΔY＝0?！?〕分析計算定位誤差時應注意的問題。①由以上分析可知，工序基準相對于被加工外表在加工尺寸方向上所產生的最大位移量，便是定位誤差。假設工序基準的位移方向與加工方向不一致，那么只要考慮工序基準在加工尺寸方向上的最大位移即可。②某一工序的定位方案可以對本工序所有加工精度參數產生不同的定位誤差，因此應對所有精度參數逐個分析，計算其定位誤差。③定位誤差主要發(fā)生在采用夾具裝夾工件，并按調整法保證加工精度的情況下。如果按逐件試切法加工，那么不存在定位誤差。④分析計算得出的定位誤差值是指加工一批工件時可能產生的最大定位誤差值，它是一個界限值，而不是指某一工件精度參數的定位誤差具體數值。1.4.2定位誤差的計算例如1.定位誤差的正確疊加由定位誤差產生的原因可知，定位誤差由基準不重合誤差ΔB和基準位移誤差ΔY組成?！?〕當ΔB＝0，ΔY≠0時,定位誤差是由基準位移引起的，ΔD＝ΔY。〔2〕當ΔB≠0，ΔY＝0時,定位誤差是由基準不重合引起的，ΔD＝ΔB?！?〕當ΔB≠0，ΔY≠0時，如果工序基準不在工件定位面上〔造成基準不重合誤差和基準位移誤差的原因是相互獨立的因素〕時，那么定位誤差為兩項之和，即ΔD＝ΔY＋ΔB；如果工序基準在工件定位面上〔造成基準不重合誤差和基準位移誤差的原因是同一因素〕時，那么定位誤差為ΔD＝ΔY±ΔB

〔1-3〕其中，“＋〞、“－〞號的判定原那么為：在力求使定位誤差為最大〔即極限位置法那么〕的可能條件下，當ΔY和ΔB均引起工序尺寸作相同方向變化時取“＋〞號，反之那么取“－〞號。以圖1-37〔b〕為例說明如下：①當工序尺寸為H1時，因基準重合，ΔB＝0。故有②當工序尺寸為H2時，因基準不重合，那么分析：當定位外圓直徑由大變小時，定位基準下移，從而使工序基準也下移，即ΔY使工序尺寸H2增大；與此同時，假定定位基準不動，當定位外圓直徑仍由大變小時〔注意：定位外圓直徑變化趨勢要同前一致〕，工序基準上移，即ΔB使工序尺寸H2減小。因ΔB、ΔY引起工序尺寸H2作反方向變化，故取“－〞號。那么有〔1-4〕③

當工序尺寸為H3時，同理可知：

〔1-5〕2.定位誤差計算例如例1-1如圖1-38所示為一盤類零件鉆削孔￠1時的三種定位方案。試分別計算被加工孔的位置尺寸L1、L2、L3的定位誤差。圖1-38以短銷定位時的定位誤差分析計算(1〕對圖1-38〔a〕所示的定位方案，加工尺寸L1±0.10的工序基準為定位孔的軸線，定位基準也是該孔的軸線，二者重合，那么ΔB＝0。由于定位內孔與定位銷之間的配合尺寸為22H7/g6〔屬于間隙配合〕，當在夾具上裝夾這一批工件時，定位基準必然會發(fā)生相對位置變化，從而產生基準位移誤差。按式〔1-1〕求得也即

ΔD＝ΔY＝0.041mm因

那么該定位方案合格。（2）

對圖1-38（b）所示的定位方案，

加工尺寸L2±0.05的工序基準為外圓面的左母線，定位基準為孔的軸線，二者不重合，

聯(lián)系尺寸為，則有

同理，由于定位副之間存在配合間隙，其基準位移誤差

ΔY

＝0.041mm因為基準不重合誤差是由尺寸

引起的，而基準位移誤差是由配合間隙引起的，

二者為相互獨立因素，則有

ΔD＝ΔY＋ΔB

＝0.025+0.041＝0.066mm因

那么該定位方案不合格。（3）對1-38圖（c）所示的定位方案，加工尺寸L3±0.10的工序基準為外圓面的右母線，定位基準為孔的軸線，二者不重合，

聯(lián)系尺寸為 ，（特別注意同軸度的影響），故

同理，基準位移誤差為ΔY＝0.041mm。因工序基準不在工件定位面〔內孔〕上，那么有ΔD＝ΔY＋ΔB

＝0.125+0.041＝0.166mm因

那么該定位方案不合格。討論：①在圖〔b〕和圖〔c〕方案中，因定位基準選擇不當，均出現(xiàn)定位誤差太大的情況，從而影響工序精度，定位方案不合理。實際上，尺寸L2的定位誤差占其工序允差的比例為0.066/0.10＝66%，尺寸L3的定位誤差占其工序允差的比例為0.166/0.20＝83%，所占比例過大，不能保證加工要求，需改進定位方案。假設改為圖1-39所示以V形塊定位的方案，那么此時尺寸L2±0.05的定位誤差為只占加工允差0.10的10%。

圖1-39以V形塊定位時的定位誤差分析計算②分析計算定位誤差時，必然會遇到定位誤差占工序允差比例過大問題。究竟所占比例值多大才適宜，要想確定這樣一個值來分析、比較是很困難的。因為加工工序的要求各不相同，不同的加工方法所能到達的經濟精度也各有差異。這就要求工藝設計人員有豐富的實際工藝經驗知識，并按實際加工情況具體問題具體分析，根據從工序允差中扣除定位誤差后余下的允差局部大小，來判斷具體加工方法能否經濟地保證精度要求。在分析定位方案時，一般推薦在正常加工條件下，定位誤差占工序允差的1/3以內比較適宜。例1-2如圖1-40（a）所示的定位方案，以直徑為d1的外圓面在90°V形塊上定位加工階梯軸大端面上的小孔。已知 ，兩外圓的同軸度公差為￠0.02mm。試分析、計算工序尺寸H±0.20mm的定位誤差，

并分析其定位質量。

圖1-40臺階軸在V形塊上定位

分析為便于分析、計算，畫出圖1-40〔b〕所示簡圖。同軸度可標為e=0±0.01mm， 。

由于工序尺寸H的工序基準為d2外圓下母線G，而定位基準為d1外圓軸線O1，基準不重合，二者的聯(lián)系尺寸為e及r2。故有ΔB＝2×0.01+0.008＝0.028mm。又因外圓直徑d1有制造誤差，引起定位基準相對定位元件發(fā)生位置變化，其最大變化量即基準位移誤差為因工序基準G不在工件定位面〔d1外圓〕上，故有計算所得定位誤差

故此方案可行。

1.4.3組合面定位

1.采用“一面兩孔〞定位時須解決的主要問題“一面兩孔〞定位時所用的定位元件是：平面采用支承板定位，限制工件三個自由度；兩孔采用定位銷定位，各限制工件兩個自由度。因兩銷連心線方向上的移動自由度被重復限制而出現(xiàn)了過定位。由于兩定位銷中心距和兩定位孔中心距都在規(guī)定的公差范圍內變化，孔心距與銷心距很難完全相等，當一批工件以其兩個孔定位裝入夾具的定位銷中時，就可能出現(xiàn)工件安裝干預甚至無法裝入兩銷的嚴重情況。為此，采用一面兩孔組合定位時，必須注意解決以下兩個主要問題：正確處理過定位；(2)控制各定位元件對定位誤差的綜合影響。

2.解決一面兩孔定位問題的有效方法〔1〕以兩個圓柱銷及平面支承定位。由上述分析可知，工件以一面兩孔在夾具平面支承和兩個圓柱銷上定位時，出現(xiàn)過定位。當工件上第一個定位孔裝上定位銷后，由于孔間距和銷間距有制造誤差，第二個定位孔將有可能裝不到第二個定位銷上。解決的方法是：通過減小第二個定位銷的直徑來增加連心線方向上定位副的間隙，到達解決兩孔裝不進定位銷的矛盾。如圖1-41所示，假定工件上圓孔1與夾具上定位銷1的中心重合，這時第一孔能裝入的條件為

式中：d1max——第一定位銷的最大直徑；D1min——第一定位孔的最小直徑；X1min——第一定位副的最小間隙。

工件上孔心距的誤差和夾具上銷心距的誤差完全用縮小定位銷2的直徑的方法來補償。當定位銷2的直徑縮小到使工件在圖1-41所示的兩種極限情況下都能裝入定位銷2時，考慮到安裝順利，還應在第2定位副中增加一最小安裝間隙X

2min，

此時，第二個定位銷的最大直徑為

式中：

d2max——第2個定位銷的最大直徑；

D2min——第2個定位孔的最小直徑；

X2min——兩孔同時定位時，在極限情況下，第2個定位副留下的最小安裝間隙；

δLD、δLd——孔間距和銷間距偏差。

圖1-41兩圓柱銷定位分析1—第一定位副2—第二定位副

〔2〕以一圓柱銷和一削邊銷及平面支承定位。這種方法沒有縮小定位銷的直徑，而是通過改變定位銷結構〔即“削邊〞〕來增大連心線方向的間隙，補償中心距的誤差，消除了過定位〔削邊銷限制一個轉動自由度〕的影響。同時也因在垂直連心線方向上銷2的直徑并未減小，而使工件的轉角誤差沒有增大，大大提高了定位精度。①削邊銷的結構。為了保證削邊銷的強度，一般多采用菱形結構，故又稱為菱形銷。常用削邊銷的結構如圖1-42所示。圖中A型又名菱型銷，剛性好，應用廣，主要用于定位銷直徑為3～50mm的場合；B型結構簡單，容易制造，但剛性差，主要用于銷徑大于50mm時。在“一面兩孔〞組合定位中，安裝菱形銷時，應注意使其削邊方向垂直于兩銷的連心線。圖1-42菱形銷結構

②削邊銷尺寸確實定。如圖1-43所示，削邊銷未削邊圓柱局部的最大直徑為d2max=D2min-X2min。AE和CF應能補償±δLD、±δLd，那么補償值a轉角誤差、

裝卸工件是否方便、

削邊銷寬度及其使用壽命對定位精度都有影響。

圖1-43削邊銷尺寸計算

在實際工作中，補償值一般按下式計算：

a=δLD+δLd〔1-6〕必要時，經過精度分析后，再行調整。在補償值確定后，

便可根據圖1-43計算削邊銷的尺寸：

〔1-7〕當采用修圓削邊銷時，以b替換b1。尺寸b、b1及B可以根據表1-6選取。削邊銷的結構尺寸已標準化，選用時可參照國家標準?機床夾具零件及部件?標準GB/T2203—91。表1-6削邊銷的尺寸

3.工件以一圓柱銷和一削邊銷定位時定位誤差的計算

（1）基準不重合誤差ΔB。計算方法同前。（2）基準位移誤差ΔY。在計算某一加工尺寸的基準位移誤差時，要考慮加工尺寸的方向和位置。由于兩定位副的最大間隙引起的基準位移誤差不一樣，從而使公共定位基準發(fā)生錯移而轉動。定位基準的位移方式有兩種：

①平移變動。如圖1-44（a）所示，給出了兩定位副的間隙同方向時定位基準的兩個極限位置，最高位置，

最低位置

。

②

交叉變動。

如圖1-44（b）所示，

兩定位副的間隙反方向時定位基準的兩個極限位置為和。因此，在計算垂直于兩孔連心線方向上位置尺寸的基準位移誤差時，要看定位基準的兩種位移方式誰占優(yōu)勢，然后視哪種變動對加工尺寸影響最大而采用之。

圖1-44定位基準位移示意圖

一般的，當加工尺寸在兩定位基準孔之間時，取平移變動方式；當加工尺寸在兩定位基準孔之外時，取交叉變動方式。圖中為第一定位副的最大間隙，為第二定位副的最大間隙，根據圖1-44可以推導出Δα、Δβ的計算公式。圖中被加工的五個小孔的工序尺寸對應的基準位移誤差大小，

可參考表1-7中的公式來計算。

表1-7一面兩孔定位時基準位移誤差的計算公式

4.工件以一面兩孔定位時的設計步驟和計算實例〔1〕確定定位銷的中心距和尺寸公差。銷間距的根本尺寸和孔間距的根本尺寸相同，銷間距的公差可按下面公式計算：〔2〕確定圓柱銷的尺寸及公差。圓柱銷直徑的根本尺寸是該定位孔的最小極限尺寸，其配合一般按g6或f7選取?！?〕按表1-6選取削邊銷的寬度尺寸b1或b及B?！?〕確定削邊銷的直徑尺寸及公差配合。首先求出削邊銷與定位孔的最小配合間隙X2min，然后求出削邊銷工作局部的直徑，即d2max=D2min-X2min。削邊銷與定位孔的配合一般按h6選取?！?〕計算定位誤差，分析定位質量。

例1-3

圖1-45所示為連桿蓋工序圖，

欲加工其上的4個定位銷孔。根據加工要求，

用平面A和 的孔定位。

試設計兩定位銷尺寸并計算其定位誤差。

圖1-45連桿蓋工序圖

解〔1〕確定定位銷中心距及尺寸公差。取故兩定位銷中心距為〔59±0.02〕mm?！?〕確定圓柱銷尺寸及公差。取〔3〕按表1-6選定削邊銷的b1及B之值。取b1＝4mm

B＝d－2＝12－2＝10mm〔4〕確定削邊銷的直徑尺寸及公差。取

a＝δLd+δLD＝0.02+0.1＝0.12mm那么所以

d2max＝D2min－X2min＝12－0.08＝11.92mm削邊銷與孔的配合取h6，

其下偏差為－0.011mm，故削邊銷直徑為

所以

d2max＝11.92mm〔5〕計算定位誤差。本工序要保證的尺寸有4個：(63±0.10)mm，(20±0.10)mm，(31.5±0.20)mm，(10±0.15)mm。其中(63±0.10)mm和(20±0.10)mm取決于夾具上兩鉆套之間的距離，與工件定位無關，因而無定位誤差。這里我們只要計算尺寸(31.5±0.20)mm和尺寸(10±0.15)mm的定位誤差即可。①加工尺寸(31.5±0.20)mm的定位誤差。由于定位基準與工序基準不重合，兩者之間的聯(lián)系尺寸為(29.5±0.10)mm，基準不重合誤差應等于該定位尺寸的公差，即ΔB＝0.2mm。由于(31.5±0.20)mm是水平尺寸，

根據表1-7中的公式求得

ΔY＝X1max＝0.027+0.017＝0.044mm由于工序基準不在定位基面上，所以

ΔD＝ΔY+ΔB＝0.044+0.2＝0.244mm②加工尺寸(10±0.15)mm的定位誤差。由于定位基準與工序基準重合，因此ΔB＝0。尺寸(10±0.15)mm在垂直方向上，分別計算出左邊兩小孔和右邊兩孔的基準位移誤差，取最大的作為(10±0.15)mm的基準位移誤差。因左、右兩小孔都在O1、O2外側，故按圖1-44〔b〕方式計算：左端兩小孔的尺寸相當于表1-7中的A1尺寸，

B1＝2mm，

故

ΔY＝X1max+2B1tanΔβ＝0.044+2×2×0.00138＝0.05mm

右端兩小孔的尺寸相當于表1-7中的A5尺寸，B3＝2mm，故

所以，(10±0.15)mm的基準位移誤差

即

ΔD＝ΔY＝0.124mm1.4.4定位裝置設計實例1.定位裝置設計的根本原那么在定位裝置設計時應盡可能遵循“基準重合〞和“基準統(tǒng)一〞等原那么，以減少定位誤差。在組合定位中，主要定位基準面的選擇應便于工件的裝夾和加工，并使夾具的結構簡單。當基準不重合時，應按工藝尺寸鏈計算，求得新的工序尺寸，并以新的基準定位保證加工精度。2.定位裝置設計例如圖1-46所示為支座工序圖，本工序要求鉆2-M8螺紋底孔，鉆、擴、鉸￠8H8孔，其余加工外表均已加工合格，試設計其定位裝置。圖1-46支座工序簡圖

〔1〕分析加工要求。2-M8螺紋底孔相距〔40±0.1〕mm，其中一孔距側面E為8mm；兩螺孔中心連線至￠15H7孔中心距離為(20±0.1)mm；8H8孔位于尺寸〔60±0.1〕mm的對稱平面內，且距底面B的尺寸為〔25.5±0.05〕mm；￠8H8孔軸心線相對15H7孔軸心線垂直度要求為￠0.1mm。〔2〕根據加工要求確定工件所需限制的自由度?！?〕選擇定位基準，確定工件定位面上的支承點分布。①以外表C為定位基準，設置兩個支承點〔見圖1-47〕。這種方案因外表C為毛面，難以保證尺寸(20±0.1)mm及￠8H8孔軸線相對￠15H7孔軸線的垂直度要求。圖1-47支座定位方案分析

②以￠15H7孔為定位基準，設置兩個支承點〔見圖1-48〕。這種方案符合基準重合原那么，能滿足加工要求，但定位元件結構相對復雜。比較這兩種方案后，確定以￠15H7孔為定位基準。對工件x自由度的限制也有兩種方案：①以外表E為定位基準，設置一個支承點〔見圖1-47〕。該方案使尺寸8mm的工序基準和定位基準重合，便于保證該尺寸，但E面為毛面，此時很難保證8H8孔軸線位于(60±0.1)mm尺寸的對稱平面上，且定位元件數量增多，使定位裝置結構復雜。圖1-48支座定位方案分析

②以￠15H7孔的端面D為定位基準，設置一個支承點〔見圖1-48〕。該方案使尺寸8mm的工序基準與定位基準不重合。因工序基準為毛面，尺寸8mm要求較低，并且有利于使孔￠8H8的軸線位于(60±0.1)mm尺寸的對稱平面內。綜上所述，選擇圖1-48作為工件的定位方案，即以底面B、￠15H7孔及端面D構成組合定位基準?！?〕選擇定位元件結構，設計定位裝置。①選擇結構。因工件底面尺寸較小且定位元件必須讓開鉆孔位置，應選擇一塊支承板和兩個平頭支承釘構成釘板組合，與工件的B面接觸組成主要定位副〔見圖1-51〕?！?5H7孔及端面D所用定位元件的選擇有兩種結構：A.選用固定式帶臺階削邊銷和移動削邊銷定位￠15H7孔及端面D，如圖1-49〔a〕所示。其結構相對復雜，夾具的制造本錢高，故不宜用。B.選用帶臺階的削邊長軸定位工件的￠15H7孔及端面D，如圖1-49〔b〕所示。圖1-49定位元件結構分析

②設計定位裝置。該工件由平面、孔及端面組合定位。此時削邊軸仍需補償孔的位置誤差及定位元件之間的距離尺寸公差。設計計算方法與兩孔定位相似。A.削邊軸與平面支承元件工作面之間的距離。其根本尺寸應為工件孔到底面的平均尺寸，公差可根據推薦范圍±ΔLd=±〔1/5～1/2〕ΔLD選取，再考慮尺寸〔40±0.05〕mm、生產批量及制造夾具的設備精度等。此例取削邊軸至支承元件工作面之間的距離為〔40±0.02〕mm。

B.計算削邊軸直徑d。由表1-6查得削邊軸的寬度b=4mm，代入式 中可得

〔5〕計算定位誤差。①尺寸8mm的定位誤差。因其工序基準為毛面，精度要求低，故不需計算。②尺寸〔25.5±0.05〕mm的定位誤差。工序基準為B面，定位基準也為B面，且是以平面定位，故ΔD=0。③尺寸(20±0.1)mm的定位誤差。工序基準與定位基準重合，ΔB=0。④垂直度￠0.1mm的定位誤差。工序基準與定位基準重合，ΔB=0?；鶞兽D角誤差Δθ/2的求解如下：如圖1-50所示，轉角誤差Δθ/2是由定位基準〔￠15H7孔軸線〕相對削邊軸的軸線轉動而引起的，故圖1-50定位誤差計算Ⅱ、

Ⅲ—￠15H7孔軸線極限位置

圖1-51支座定位裝置結構1.5夾緊裝置及夾具動力裝置

1.5.1夾緊裝置的組成夾緊裝置是夾具的重要組成局部，也是夾具設計的難點，盡管夾緊方式多種多樣，但其組成卻大體相同。一般夾緊裝置主要由以下三個局部組成〔如圖1-52所示〕：〔1〕力源裝置。產生原始夾緊力的裝置。通常是指機動夾緊時所用的氣動、液動、電動等動力裝置。如圖1-52所示擺動汽缸4。力源來自人力的，那么稱為手動夾緊。圖1-52夾緊裝置組成1—工件2—夾緊元件3—中間傳力機構4—力源裝置〔2〕夾緊元件。直接夾緊工件的元件，它是夾緊裝置的最終執(zhí)行元件，它與工件直接接觸，把工件夾緊。如各種螺釘、壓板等。〔3〕中間傳力機構。介于力源和夾緊元件之間的傳力機構，是把力源裝置產生的力傳給夾緊元件的中間機構。中間傳力機構常常起著重要的作用，它可根據實際的需要設計