何佳虹 发表于 2011-7-13 23:52:54

机械加工常用定位元件

为了保证同一批工件在夹具中占据一个正确的位置,必须选择合理的定位方法和设计相应的定位装置。
  上节已介绍了工件定位原理及定位基准选择的原则。在实际应用时,一般不允许将工件的定位基面直接与夹具体接触,而是通过定位元件上的工作表面与工件定位基面的接触来实现定位。
  定位基面与定位元件的工作表面合称为定位副。
  一、对定位元件的基本要求
  1 .足够的精度
  由于工件的定位是通过定位副的接触(或配合)实现的。定位元件工作表面的精度直接影响工件的定位精度,因此定位元件工作表面应有足够的精度,以保证加工精度要求。
  2 .足够的强度和刚度
  定位元件不仅限制工件的自由度,还有支承工件、承受夹紧力和切削力的作用。因此还应有足够的强度和刚度,以免使用中变形和损坏。
  3 .有较高的耐磨性
  工件的装卸会磨损定位元件工件表面,导致定位元件工件表面精度下降,引起定位精度的下降。当定位精度下降至不能保证加工精度时则应更换定位元件。为延长定位元件更换周期,提高夹具使用寿命,定位元件工作表面应有较高的耐磨性。
  4. 良好的工艺性
  定位元件的结构应力求简单、合理、便于加工、装配和更换。
  对于工件不同的定位基面的形式,定位元件的结构、形状、尺寸和布置方式也不同。下面按不同的定位基准分别介绍所用的定位元件的结构形式。
  二、工件以平面定位时的定位元件
  工件以平面作为定位基准时常用的定位元件如下述:
  (一)主要支承
  主要支承用来限制工件自由度,起定位作用。
  1 .固定支承
  固定支承由支承钉和支承板两种型式,如图 3-41 所示,在使用过程中它们都是固定不动的。

  当工件以粗糙不平的毛坯面定位时,采用球头支承钉图 3-41b ;齿纹头支承钉,如图 3 -41c ,用在工件侧面,以增大磨擦系数,防止工件滑动;当工件以加工过的平面定位时,可采用平头支承钉(如图 3 -41a )或支承板。图 3-41d 所示支承板结构简单,制造方便,但孔边切屑不易清除干净,故适用于侧面和顶面定位;图 3-41e 所示支承板便于清除切屑,适用于底面定位。
  需要经常更换的支承钉应加衬套,如图 3-42 所示。支承钉、支承板均已标准化,其公差配合、材料、热处理等可查国家标准《机床夹具零件及部件》。
  一般支承钉与夹具体孔的配合可取 H7/n6 或 H7/r6 。如用衬套则支承钉与衬套内孔的配合可取 H7/js6 。
  当要求几个支承钉或支承板装配后等高时,可采用装配后一次磨削法,以保证它们的工作面在同一平面内。

  工件以平面定位时,除了采用上面介绍的标准支承钉和支承板,也可根据工件定位平面的不同形状设计相应的支承板。
  2 .可调支承
  在工件定位过程中,支承钉的高度需调整时,应采用图 3-43 所示可调支承。
  在图 3 -44a 中,工件为砂型铸件,先以 A 面定位铣 B 面,再以 B 面定位镗双孔。铣 B 面时若用固定支承,由于定位基面 A 的尺寸和形状误差较大,铣完后的 B 面与两毛坯孔( 3-44 中的点划线)的距离尺寸 H 1 、 H 2 变化也大,致使镗孔时余量很不均匀,甚至可能使余量不够。因此图 3-44 中可采用可调支承,定位时适当调整支承钉的高度,便可避免出现上述情况。对于中小型零件,一般每批调整一次,调整好后,用锁紧螺母拧紧固定,此时其作用与固定支承完全相同。若工件较大且毛坯精度较低时,也可能每件都要调整。


  在同一夹具上加工形状相同但尺寸不同的工件时,可用可调支承,如图 3-44b 所示,在轴上钻径向孔,对于孔至端面的距离不等的工件,只要调整支承钉的伸出长度,便可进行加工。
  3 .自位支承(浮动支承)
  在工件定位过程中,能自动调整位置的支承称为自位支承,或称浮动支承
  图 3-45 所示的叉形零件,以加工过的孔 D 及端面定位,铣平面 C 和 E 。用心轴及端面限制 、 、 、 和 五个自由度,为了限制自由度 需设一防转支承。此支承如单独设在 A 处或 B 处,都因工件刚性差而无法加工,若在 A 、 B 两处均设防转支承则属过定位,夹紧后使工件产生较大的变形,将影响加工精度。此时应采用图 3-46 所示的自位支承。

  图 3 -46a 、 b 是两点式自位支承。图 3 -46c 是三点式自位支承。这类支承的工作特点是:支承点的位置能随着工件定位基面位置的变动而自动调整,定位基面压下其中一点,其余点便上升,直至各点均与工件接触。接触点数的增加,提高了工件装夹刚度和稳定性,但其作用相当于一个固定支承,只限制了工件的一个自由度。
  自位支承适用于工件以毛坯面定位或定位刚性较差的场合。

  (二)辅助支承
  辅助支承用来提高装夹刚度和稳定性,不起定位作用。如图 3-47 所示,工件以内孔及端面定位钻右端小孔。若右端不设支承,工件装夹后,右臂为一悬臂,刚性差。若在 A 点设置固定支承则属过定位,有可能破坏左端定位。在这种情况下,宜在右端设置辅助支承。工件定位时,辅助支承是浮动的(或可调的),待工件夹紧后再把辅助支承固定下来,以承受切削力。

  1 .螺旋式辅助支承 如图 3 -48a 所示螺旋式辅助支承的结构与可调式支承相近,但操作过程不同,前者不起定位作用,而后者起定位作用。
  2 .自位式辅助支承 如图 38b 所示,弹簧 2 推动滑柱 1 与工件接触,用顶柱 3 锁紧,弹簧力应能推动滑柱,但不可推动工件。
  3 .推引式辅助支承 如图 3 -48c 所示,工件定位后,推动手轮 4 使滑键 5 与工件接触,然后转动手轮使斜楔 6 开槽部分涨开锁紧。

  三、工件以圆孔定位时的定位元件
  工件以内孔表面作为定位基面时常用的定位元件如下:
  (一)圆柱销(定位销)
  图 3-49 为常用定位销结构。当定位销直径 D 小于 3~ 10mm 时,为避免使用中折断或热处理时淬裂,通常将根部制成圆角 R 。夹具体上应有沉孔,使定位销的圆角部分沉入孔内而不影响定位。大批大量生产时,为了便于定位销的更换,可采用图 3-49d 所示的带有衬套的结构型式。为了便于工件装入,定位销头部有 15 0 的倒角。此时衬套的外径与夹具体底孔采用 H7/h6 或 H7/r6 配合,而内径与定位销外径采用 H7/h6 或 H7/h5 配合。
  (二)圆柱心轴
  圆柱心轴在很多工厂中有自己的厂标。图 3-50 为常用心轴的结构型式。
  图 3 -50a 为间隙配合心轴。心轴的圆柱配合面一般按 h6 、 g6 或 f7 制造,装卸工件方便,但定心精度不高。为 减少因配合间隙而造成的工件倾斜,工件常以孔和端面联合定位,因而要求工件定位孔与定位端面之间、心轴定位圆柱面与定位平面之间都有较高的垂直度要求,最好能在一次装夹中加工出来。
  图 3-50b 为过盈配合心轴,由引导部分、工作部分、传动部分组成。引导部分 1 的作用是使工件迅速而准确地套入心轴,其直径 d 3 按 g8 制造, d 3 的基本尺寸等于工件孔的最小极限尺寸,其长度约为工件孔长度的一半;工作部分 2 的基本尺寸为工件孔的最大极限尺寸,公差带为 r6 。当工件定位孔的长径比 L/d > 1 时 , 工作部分应带有一定的锥度。此时, d 1 的基本尺寸为工件孔的最大极限尺寸、分差带按 r6 ; d 2 的基本尺寸为工件孔最小极限尺寸,公差带为 h6 。安装部分 3 由同轴度极高的二中心孔及与拨盘配套并传递转矩的扁方面组成。这种心轴结构简单、制造方便且定心误差等于零,但装卸工件需在压床上进行,故批量生产时需备很多根心轴。当孔已成形时,一般不宜采用这种心轴,若非用不可时,则应在心轴部分的两端按 R 3 ≈ 5mm 倒圆 , 否则会拉伤工件孔表面使工件报废。

  图 3 -50c 是花键心轴,用于加工以花键孔定位的工件。当工件定位孔的长径比 L/d > 1 时,工作部分可稍带锥度。设计花键心轴时,应使心轴结构与花键孔的定心方式及工作要求相协调,其参数及有关技术要求可参考上述心轴确定。
  心轴在机床上的安装如图 3-51 所示。


  为保证工件同轴度要求,设计心轴时,夹具总图上应标注心轴各工作面、工作圆柱面与中心孔轴线或锥柄间的位置精度要求,其同轴度可取工件相应同轴度的 1/2~1/3 。
  (三)圆锥销
  图 3-52 为工件以圆孔在圆锥销上定位的示意图,它限制了工件的 、 、 三个自由度。图 3 -52a 用于粗定位基面,图 3-52b 用于精定位基面。工件在单个定位销上定位容易倾斜,为此圆锥销一般与其它元件组合定位。如图 3 -53a 所示为圆锥—圆柱组合心轴,锥度部分使工件准确定位,圆柱部分可减小工件的倾斜。图 3-53b 所示为工件以底面作主要定位基面,限制工件 、 、 三个自由度,而圆锥销在 Z 向是可以活动的,限制工件 、 两个自由度,由于圆锥销在上下方向能自由活动,即使工件孔径变化较大也能正确定位。图 3 -53c 为工件在双圆锥销上定位,限制工件的五个自由度。

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