沿三个坐标轴的移动和绕着这三个坐标轴转动的自由度。
六个自由度是工件在空间位置不确定的最高程度。定位的任务,就是要限制工件的自由度。在夹具中,用分别适当的与工件接触的六个支撑点,来限制工件六个自由度的原理,称为六点定位原理。
二、应用定位原理几种情况 (1)完全定位
工件的六个自由度全部被限制,它在夹具中只有唯一的位置,称为完全定位。
(2)部分定位
工件定位时,并非所有情况下都必须使工件完全定位。在满足加工要求的条件下,少于六个支撑点的定位称为部分定位。
在满足加工要求的前提下,采用部分定位可简化定位装置,在生产中应用很多。如工件装夹在电磁吸盘上磨削平面只需限制三个自由度。
(3)过定位(重复定位)
几个定位支撑点重复限制一个自由度,称为过定位。 A、一般情况下,应该避免使用过定位。
通常,过定位的结果将使工件的定位精度受到影响,定位不确定可使工件(或定位件)产生变形,所以在一般情况下,过定位是应该避免的。 B、过定位亦可合理应用
虽然工件在夹具中定位,通常要避免产生“过定位”,但是在某些条件下,合理地采用“过定位”,反而可以获得良好的效果。这对刚性弱而精度高的航空、仪表类工件更为显著。
工件本身刚性和支承刚性的加强,是提高加工质量和生产率的有效措施,生产中常有应用。大家都熟知车削长轴时的安装情况,长轴工件的一端装入三爪卡盘中,另一端用尾架尖支撑。这就是个“过定位”的定位方式。只要事先能对工件上诸定位基准和机床(夹具)有关的形位误差从严控制,过定位的弊端就可以
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免除。由于工件的支撑刚性得以加强,尾架的扶持有助于实现稳定,可靠的定位,所以工件安装方便,加工质量和效率也大为提高。
三、确定要限制的自由度
按照加工要求,铣通槽时应限制五个自由度,即沿x轴移动的自由度不需要限制,但若在此方向设置一止推支撑,则可起到承受部分铣削力的作用,故可采用完全定位。
四、定位方案选择
如图6-1.1所示,有三中定位方案可供选择:
方案I:工件已E面作为主要定位面,用支承板1和短销2(与工件Ф26H7孔配合)限制工件五个自由度,另设置一防转挡销实现六点定位。为了提高工件的装夹刚度,在C处加一辅助支承。
方案II:工件以Ф26H7孔作为主要定位基面,用长销3和支承钉4限制工件五个自由度,另设置一防转挡销实现六点定位。在C处也加一支承。 方案III:工件以Ф26H7孔为主要定位基面,用长销3和长条支承板5限制两个自由度,限制工件六个自由度,其中绕z轴转动的自由度被重复限制了,另设置一防挡销。在C处也加一辅助支承。
图6.1.1铣床定位方案
1-支撑板2-短销3-长销4-支撑钉5-长条支撑板
比较以上三种方案,方案I中工件绕x轴转动的自由度由E面限制,定位基准与设计基准不重合,不利于保证槽的中心平面与Ф26H7孔轴线的垂直度。方
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案II中虽然定位基准与设计基准重合,槽的中心平面与Ф26H7孔轴线的垂直度要求保证,但这种定位方式不利于工件的夹紧。由于辅助支承是在工件夹紧后才起作用,而是施加夹紧力P时,支承钉4的面积太小,工件极易歪斜变形,夹紧也不可靠。方案III中虽是过定位,但若在工件加工工艺方案中,安排Ф26H7孔与E面在一次装夹中加工,使Ф26H7孔与E面有较高的垂直度,则过定位的影响甚小。在对工件施加夹紧力P时,工件的变形也很小,且定位基准与设计基准重合。综上所述,方案III较好。
对于防转挡销位置的设置,也是三种不同的方案。当挡销放在位置1时,由于B面与Ф26H7孔的距离较进(230 -0.3mm),尺寸公差又大,定位精度低。挡销放在位置2时,虽然距Ф26H7孔轴线较远,但由于工件定位是毛面,因而定位精度也较低。而当挡销放在位置3时,距Ф26H7孔轴线较远,工件定位面的精度较高(Ф55H12),定位精度较高,且能承受切削力所引起的转矩。因此,防转挡销应放在位置3较好。
五、计算定位误差
除槽宽14H11由铣刀保证外,本夹具要保证槽侧面与E面的距离及槽的中心平面与Ф25H7孔轴线的垂直度,其它要求未注公差,因此只需计算上述两项加工要求的定位误:
(1)加工尺寸12±0.2mm的定位误差 采用3-1.1(c)所示定位方案时,E面既是工序基准,又是定位基准,故基准不重合误差为零。有由于E面与长条支承板始终保持接触,故基准位移误差为零。因此,加工尺寸12±0.2mm没有定位误差。
(2)槽的中心平面与Ф26H7孔轴线垂直度的定位误差 长销与工件的配合去Ф26H7 g6,则
Ф26g6=Ф26-0.009 -0.025(mm) Ф26H7=Ф25+0.025 0(mm)
由于定位基准与设计基准重合,故基准不重合误差为零。 基准位移误差
△ y=2*8tan△a=2*8*0.000625=0.01(mm)
由于定位误差△D=△y=0.01?0.08/3(mm),故此定位方案可行。
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(1)夹紧方案
根据工件夹紧的原则,除施加夹紧力外,还应在靠近加工面处增加一夹紧力,用螺母与开口垫圈夹压在工件圆柱的左端面,而对着支撑板的夹紧机构可采用钩形压板,使结构紧凑,操作方便。
(2)对刀方案
加工槽的铣刀需两个方向对刀,故应采用直角对刀块。
(3)夹具体与定位键
为保证工件在工作台上安装稳定,应按照夹具体的高宽比不大于1.25的原则确定其宽度,并在两端设置耳座,以便固定。
为了使夹具在机床工作台的位置准确及保证槽的中心平面与Ф26H7孔轴线垂直度要求,夹具体底面应设置定位键,定位键的侧面应与长销的轴心线垂直。
(4)夹具总图上的尺寸、公差和技术要求
下面以拨叉铣槽夹具为例给予说明。
A、夹具最大轮廓尺寸为234mm,210mm,250mm。
B、影响工件定位精度的尺寸和公差为工件内孔与长销10的配合尺寸为Ф26H7g6和挡销的位置尺寸为6±0.024mm及107±0.07mm。
C、影响夹具在机床上安装精度的尺寸和公差定位键与铣床工作台T形槽的配合尺寸14h6。
D、影响夹具精度的尺寸个公差为定位长销10的轴心线对定位键侧面B的垂直度为0.03mm;定位长销10的轴心线对夹具底面A的平行度为0.05mm;对刀块的位置尺寸为9±0.04和13±0.04mm。
本例中,塞尺厚度为2h8mm,所以对刀块水平方向的位置尺寸为 a=12-2=10(mm) (基本尺寸) 对刀块垂直方向的位置尺寸为
b=23-7-2=14(mm)(基本尺寸)
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对刀块位置尺寸的公差取工件相应尺寸公差的2/1~1/5。因此 a=10±0.04mm b=14±0.04mm
E、影响对刀精度的尺寸和公差;塞尺的厚度尺寸2h8=22 -0.014mm。
(5)夹具精度分析
为确使夹具能满足工序要求,在夹具技术要求指定以后,还必须对夹具进行精度分析。若工序某项精度不能被保证时,还需要夹具的有关技术要求作适当调整。
按夹具的误差分析一章中的分析方法,下面对本例中的工序要求逐项分析; A、槽宽尺寸14H11mm;此项要求由刀具精度保证,与夹具精度无关; B、槽侧面到E面尺寸12±0.2mm;对此项要求有影响的是对刀块侧面到定位板 间的尺寸10±0.04mm及塞尺的精度(2h8mm)。上述两项误差之和△D+△G+△A+△J+△T=0.094<0.4(vmm)
因此,尺寸12±0.2mm能保证;
C、槽深8mm:由于工件在Z方向的位置由定位销确定,而该尺寸的设计基准为B面。因此有定位误差,其中△B=0.2VMM、△y=(&d+&D)/2=(0.16+0.025)/2=0.02mm(&d为销公差,&D为工件公差)。△D=△B+△y=0.22mm、另外,塞尺尺寸(2h8mm)及对刀块水平面到定位销的尺寸(13±0.04mm)也对槽深尺寸有影响,△T=0.014+0.08+0.094mm,△J、△G、△A都对槽深无影响,因此
△D+△G+△A+△J+△T=0.314(mm)
尺寸8的公差(按IT14级)为0.36mm,故尺寸8mm能保证;
D、槽的中心平面与Ф26H7孔轴线垂直度公差0.08mm;影响该项要求的因素有:
a、定位误差△D= △y=0.01mm; b、加工方法误差△G=0.012mm;
c、夹具定位心轴17的轴线与夹具底面A的平行度公差0.05mm,即△A=0.05mm d、定位心轴17的轴线对定位侧面B的垂直度公差0.05mm,即△A=0.05mm;而△J△T都对垂直度无影响。由于这些误差不在同一方向,因此,槽中心平面最大位置误差在YOZ面之上为0.01+0.012+0.05=0.072mm;在YOX平面上为
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