机械制造工艺学清华大学版第一章.ppt

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1、机械制造工艺学,武汉理工大学物流学院 港口机械工程系 董熙晨,2,龙门起重机,轨道式龙门起重机,轮胎式龙门起重机,轨道式龙门起重机,3,4,集装箱正面吊运机,5,6,本课程教 内容和学习方法,机械设计制造及自动化专业设置的“机械制造工艺学”是一门重要的专业基础课，课程设置的目的是学生在机械制造技术方面奠定最基本的理论基础和技能技术。在本课程结合我们专业的特点，将在选用清华大学出版社出版的机械制造工艺学教材并补充焊接工程有关知识。,7,由于学生在一年级已到校办工厂进行过金工实习，本次课程将结合港口机械的制造技术及制造工艺，将安排到实验室校办工厂或校处企业工厂进行现场实习教学，提高学生的感性认识，

2、丰富教学内容，掌握本课程知识。,8,1、教学内容： （1）熟悉金属切削加工机床的选择加工刀具的性能。用途及工艺范围； （2）学习掌握大型结构件的焊接材料、焊接方法及焊接工艺内容； （3）掌握制造工艺的基本理论，具备制定加工工艺规程及装配工艺规程的能力； （4）了解机械工艺质量控制基本理论和质量管理制造技术； （5）对机械制造工艺技术的发展有一定的了解。,9,2、学习（教学）方法 （1）课堂理论教学 （2）现场教学与实验 （3）自学与讨论环节 3、教学课时安排：48h （1）理论教学：39h （2）现场教学实验：8h （3）总复习： 1h,10,4、参考书籍,1）、机械制造工艺学王先逵，机械工业

3、出版社 2）、机械设计手册（修订二、三版），化学工业出版社 3）、机械制造工艺学，顾崇衔编，机械工业出版社 4）、焊接手册，机械工业出版社 5）、焊接概论，薛甘迪编，机械工业出版社,11,机械制造工艺学课程参考专业英语单词,12,13,14,15,16,17,18,第一章 绪 论 第一节机械制造工程学科的发展,一、制造的永恒性 （一）机械制造技术的发展,制造技术是一个永恒的主题，是设想、概念、科学技术物化的基础和手段，是国家经济与国防实力的体现，是国家工业化的关键。制造业的发展和其他行业一样，随着国际国内形式的变化，有高潮期也有低潮期，有高速期也有低速期，有国际特色也有民族特色，但必须要重视，

4、且要持续的发展。,19,（二） 制造技术的重要性,1社会发展与制造技术密切相关 现代制造技术是当前世界各国研究和发展的主题，特别是在市场经济的今天，它更占有十分重要的地位。 人类的发展过程使得人类的物质生活和文明有了很大的提高，对精神和物质有了更高的要求，科学技术有了更快更新的发展，从而与制造技术的关系就更为密切。人类的活动与制造密切相关，人类活动的水平受到了制造水平的极大约束，宇宙飞船、航天飞机、人造卫星以及空间工作站等制造技术的出现，使人类的活动走出了地球，走向了太空。,20,2 制造技术是科学技术物化的基础,从设想到现实，从精神到物质，是靠制造来转化的，制造是科学技术物化的基础，科学技术

5、的发展反过来又提高了制造的水平。信息技术的发展并引入到制造技术，使制造技术产生了革命性的变化，出现了制造系统和制造科学，从此制造就以系统的新概念问世，它由物质流、能量流和信息流组成，物质流是本质，能量流是动力，信息流是控制，制造技术与系统论、方法论、信息论、控制论和协同论相结合就形成了新的制造学科，即制造系统工程学。,21,22,3制造技术是所有工业的支柱,制造技术的涉及面非常广，冶金、建筑、水利、机械、电子、信息、运载、农业等各个行业都要有制造业的支持，如冶金行业需要冶炼、轧制设备，建筑行业需要塔吊、挖掘机和推土机等工程机械，因此，制造业是一个支柱产业，在不同的历史时期有不同的发展重点，但需

6、要制造技术的支持是永恒的,23,4.国力和国防的后盾,一个国家的国力主要体现在政治实力、经济实力、军事实力上，而经济和军事实力与制造技术的关系十分密切，只有在制造上是一个强国，才能在军事上是一个强国，一个国家不能靠外汇去购买别国的军事装备来保卫自己，必须有自己的军事工业。有了国力和国防才有国际地位，才能立足与世界。,24,二. 广义制造论,广义制造是20世纪制造技术的重要发展。它是在机械制造技术的基础上发展起来的。长期以来，由于设计和工艺分家，制造被定位于加工工艺，这是一种狭义制造的概念，随着社会发展和科技进步，需要综合、融合和复合多种技术去研究和解决问题，特别是集成制造技术的问世，提出了广义

7、制造的概念，亦称之为“大制造”的概念，它体现了制造概念的扩展。,25,（一）制造设计一体化,体现了制造和设计的密切结合，形成了设计制造一体化，设计不仅是指产品设计，而且包括工艺设计、生产调度设计、质量控制设计等。 1，手工业生产阶段 2，大工业生产阶段 3，虚拟现实工业生产阶段,26,（二）材料成形机理的扩展,在传统制造工艺中，人为地将零件的加工过程分为热加工和冷加工两个阶段，而且是以冷去除加工和热变形为主，主要是利用力、热原理来进行。但现在已从加工成形机理来分类，明确地将加工工艺分为去除加工、结合加工和变形加工，如表1-1所示。,27,表1-1 材料成形机理的范畴,28,29,1，去除加工,

8、又称分离加工，是从工件上去除一部分材料而成形。 2结合加工 结合加工是利用物理和化学方法将相同材料或不同材料结合（bonding）在一起而成形，是一种堆积成形、分层制造方法。 按结合机理和结合强弱又可分为附着（deposition）、注入(injection)和连接（jointed）三种。 附着又称沉积，是在工件表面上覆盖一层材料，是一种弱结合，典型的加工方法是镀： 注入又称渗入，是在工件表层上渗入某些元素，与基体材料产生物化反应，以改变工件表层材料的力学性质，是一种强结合，典型的加工方法有渗碳、氧化等； 连接又称结合，是将两种相同或不相同材料通过物化方法连接在一起，可以是强结合，也可以是弱结

9、合，如激光焊接、化学粘接等。,30,3变形加工,又称流动加工，是利用力、热、分子运动等手段是工件产生变形，以改变尺寸、形状和性能，如锻造、铸造等。,31,（三）制造技术的综合性,现代制造技术是一门以机械为主体，交叉融合了光、电、信息、材料、管理等学科的综合体，并与社会科学、文化、艺术等关系密切。 制造与管理已经不可分割，管理和体制密切相关，体制不协调会制约制造技术的发展。 近年来发展起来的工业设计学科是制造技术与美学、艺术结合的体现。 哲学、经济学、社会学会指导科学技术的发展，现代制造技术有质量、生产率、经济性、产品上市时间、环境、服务等多项目标的要求，靠单纯技术是难以达到的。,32,（四）制

10、造模式的发展,计算机集成制造技术是制造技术与信息技术结合的产物，集成制造系统首先强调了信息集成，即计算机辅助设计、计算机辅助制造和计算机辅助管理的集成，集成有多个方面和层次，如功能集成、信息集成。过程集成、学科集成等，总的思想是从相互联系的角度去统一解决问题。 其后在计算机集成制造技术发展的基础上出现了柔性制造、敏捷制造、虚拟制造、网络制造、智能制造和协同制造等多种制造模式，有效地提高了制造技术的水平，扩展了制造技术的领域。“并行工程”、“协同制造”等概念及其技术和方法，强调了在产品全生命周期中能并行有序地协同解决某一环节所发生的问题，即从“点”到“全局”，强调了局部和全面的关系，在解决局部问

11、题时要考虑其对整个系统的影响，而且能够协同解决。,33,（五）产品的全生命周期,制造的范畴从过去的设计、加工和装配发展为产品的全生命周期，包括市场调研、设计制造、销售、维修和报废处理等，如图1-2所示。,34,35,（六）丰富的硬软件工具、平台和支撑环境,现代制造技术应包括硬件和软件两大方面，并且应在丰富的硬软件工具、平台 和支撑环境的支持下才能工作。硬软件要相互配合才能发挥作用，而且不可分割，如计算机是现代制造技术中不可缺少的设备，但它必须有相应的操作系统、办公软件和工程应用软件，如在计算机辅助设计、计算机辅助制造等的支持下才能投入使用；又如网络，其本身有通信设备、光缆等硬件，但同时也必须有

12、网络协议等软件才能正常运行；再如数控机床，它是由机床本身和数控系统两大部分组成，而数控系统除数控装置等硬外，必须有程序编制软件才能是机床进行加工。,36,三、机械制造科学技术的发展,37,当前我国已是一个制造大国，世界制造中心将可能要转移到中国，这对我国的制造业是一个机遇和挑战。要形成我们自己的世界制造中心就必须掌握先进制造技术，掌握核心技术，要有很高的制造技术水平，才能不受制于人，才能从制造大国成为制造强国。要做到这一点非常不易，要提倡自力更生、自强不息、奋发图强的爱国主义精神，在党和国家的正确领导下，通过艰苦奋斗才能做到。因此，要把握时机，迎接挑战，变被动为主动，使世界制造中心真正成为独立

13、自主又具有国际水平的制造中心。,38,第二节生产过程、工艺过程和工艺系统,一、机械产品生产过程 机械产品生产过程是指从原材料开始到成品出厂的全部劳动过程，它既包括毛坯的制造，零件的机械加工和热处理，机器的装配、检测、测试和涂装等主要劳动过程，还包括专用工具、夹具、量具和辅具的制造、机器的包装、工件和成品的储存和运输、加工设备的维修，以及动力（电、压缩空气、液压等）供应等辅助劳动过程。,39,由于机械产品的主要劳动过程使被加工对象的尺寸、形状和性能产生一定的变化，即与生产过程有直接变化，因此称为直接生产过程。而机械产品的辅助劳动过程虽然不是使加工对象产生直接变化，但也是非常必要的，因此称为辅助生

14、产过程。所以，机械产品的生产过程是由直接生产过程和辅助生产过程所组成。 随着机械产品复杂程度的不同，其生产过程可以由一个车间或一个工厂完成，也可以由多个工厂协作完成。,40,二、机械加工工艺过程,（一）机械加工工艺过程的概念 机械加工工艺过程是机械产品生产过程的一部分，是直接生产过程，其原意是指采用金属切削刀具或模具来加工工件，使之达到所要求的形状、尺寸、表面粗糙度和力学物理性能，成为合格零件的生产过程。由于制造技术的不断发展，现在所说的加工方法除切削和磨削外，还包括其他加工方法，如电加工、超声加工、电子束加工、离子束加工、激光束加工，以及化学加工等几乎所有的加工方法。,41,（二）机械加工工

15、艺过程的组成,组成机械加工工艺过程的基本单元是工序。工序又是由安装、工位、工步及走刀组成的。介绍以下几个概念： 工序是制定工时定额、配备工人，机床设备、安排加工计划和质检的单元。 1、工序 工序是指一个（或一组）工人，在一个工作地对同一个（或同时对几个）工件的连续完成的那一部分工艺过程。 工作地、工人、零件和连续作业是构成工序的四个要素，其中任一要素的变更即构成新 的工序。 连续作业：是指在该工序内的全部工作要不间断地连续完成。,42,如图1-4所示阶梯轴零件的加工内容是：加工小端面；对小端面钻中心孔；加工大端面；对大端面钻中心孔；车大端面外圆；对大端面倒角；车小端面外圆，对小端面倒角；铣键槽

16、；去毛刺。这些加工内容可以安排在两个工序中完成（见表1-2）；也可以安排在4个工序中完成（见表1-3）；还可以有其他安排。工序安排和工序数目的确定与零件的技术要求、零件的数量和现有工艺条件等有关。显然，该工件在4个工序中完成时，精度和生产率均较高。,43,举例：如图1-4，阶梯轴加工工序：,44,表1-2单件加工工艺过程,45,表1-3 大批大量零件加工艺过程,46,2、安装：安装是工件经一次装夹后所完成的那一部分工序。应尽量减少夹实次数。 3、工位：当应用转位（或移位）加工机床（或夹具）进行加工时，在一次装夹中，工件（或刀具）相对于机床要经过几个位置依次加工，在每一个转动（移动）工作位置上所

17、完成的哪一部分工序，称为工位。如：多工位加工（钻、扩、铰孔的加工）。 4、工步:工步是加工表面、切削刀具和切削用量都不变的情况下所完成的那一部分工艺过程。变化其中的一个就是第一个工步。例图7-1中，车削100外圆为第一工步，车削60外圆为第二工步。 5、走刀在一个工步中，常分几次切削（粗、精车），每切削一次称为一次走刀。,47,三 机械加工工艺系统,零件进行机械加工时，必须具备一定的条件，即要有一个系统来支持，称之为机械制造工艺系统。通常，一个系统是由物质分系统、能量分系统和信息分系统所组成。 机械制造工艺系统的物质分系统是由工件、机床、工具和夹具所组成。工件是被加工对象；机床是加工设备，如车

18、床、铣床、磨床等，也包括钳工台等钳工设备；工具是各种刀具、磨具、检具，如车刀、铣刀、砂轮等；夹具是指机床夹具，如果加工时是将工件直接装夹在机床工作台上，则也可以不要夹具，因此，一般情况下，工件、机床和工具是不可少的，而夹具是可有也可无的。,48,第三节生产类型与工艺特点 一、生产纲领,N：企业年产量和进度计划的综合（零件加工总数量N） 生产纲领是指企业在计划期内应当生产的产品产量和进度计划 某零件在计划期为一年的生产纲领N计算： N=Qn（1+a%）（1+b%） （件/年） 式中：Q产品的 产量（台/年）；n每台产品中该零件的数量（件/台） a%备品的百分率；b%废品的百分率。,49,二、生产

19、批量,生产批量是指一次投入或产出的同一产品或零件的数量。零件生产批量的计算公式如下： （1-2） 式中 每批中的零件数量； N零件的年生产纲领规定的零件数量； A零件应该储备的天数； F一年中工作日天数。,50,确定生产批量的大小是一个相当复杂的问题，主要考虑以下几方面的因素。,市场需求及趋势分析。保证市场的供销量，还应保证装配和销售有必要的库存。 便于生产的组织与安排。保证多品种产品的均衡生产。 产品的制造工作量。对于大型产品，其制造工作量较大，批量可能应少些，而中、小型产品的批量可大些。 生产资金的投入。批量小些，次数多些，投入的资金少，有利于资金的周转。 制造生产率和成本。批量大些，可采

20、用一些先进的专用高效设备和工具，有利于提高生产率和降低成本,51,三、生产类型及其工艺特点,根据工厂（或车间、工段、班组、工作地）生产专业化程度的不同，可将它们按大量生产、成批生产和单件生产3种生产类型来分类。其中，成批生产又可分为大批生产、中批生产和小批生产。显然，产量愈大，生产专业化程度应该愈高。表1-5按重型机械、中型机械和轻型机械的年生产量列出了不同生产类型的规范，可见对重型机械来说，其大量生产的数量远小于轻型机械的数量。,52,表1-5 各种生产类型的规范,53,从工艺特点上看，小批量生产和单件生产的工艺特点相似，大批生产和大量生产的工艺特点相似，因此生产上常按单件小批生产、中批生产

21、和大批大量生产来划分生产类型，并且按这3种生产类型归纳它们的工艺特点（见表1-6）。可以看出，生产类型不同，其工艺特点有很大差异。,54,表1-6 各种生产类型的工艺特点,55,56,随着技术进步和市场需求的变换，生产类型的划分正在发生着深刻的变化，传统的大批量生产，往往不能适应产品及时更新换代的需要，而单件小批生产的生产能力又跟不上市场之急需，因此各种生产类型都朝着生产过程柔性化的方向发展。成组技术（包括成组工艺、成组夹具）为这种柔性化生产提供了重要的基础。,57,第四节工件加工时的定位和基准,一、工件的定位 （一）工件的装夹 在零件加工时，要考虑的重要问题之一就是如何将工件正确地装夹在机床

22、上或夹具中。所谓装夹有两个含义，即定位和夹紧，有些书中将装夹称之为安装。 定位是指确定工件在机床（工作台）上或夹具中占有正确位置的过程，通常可以理解为工件相对于切削刀具或磨具的一定位置，以保证加工尺寸和形位精度的要求。夹紧是指工件在定位后将其固定，使其在加工过程中能承受重力、切削力等而保持定位位置不变的操作。,58,工件在机床或夹具中的装夹主要有3种方法。,1夹具中装夹 这种装夹是将工件装夹在夹具中，由夹具上的定位元件来确定工件的位置，由夹具上的夹紧装置进行夹紧。夹具则通过对定元件安装的机床的一定位置上，并用夹紧元件夹紧。,59,图1-1 1是双联齿轮工作装夹在插齿轮夹具上加工齿形的情况，定位

23、心轴3和基座4是该夹具的定位元件，夹紧螺母1和螺杆5是其夹紧元件，它们都装在插齿机的工作台上。工件以其内孔套在心轴3上，其间有一定的配合要求，以保证其齿形加工面与内孔的同轴度，同时又以其大齿轮端面靠紧在基座4上，以保证齿形加工面与大齿轮端面的垂直度，从而完成了定位；再用夹紧螺母1将工件压紧在基座4上，从而保证了夹紧。这时双联齿轮的装夹就完成了。,60,图1-11 夹具中装夹 1夹紧螺母 2双联齿轮（工作） 3定位心轴 4基座 5螺杆,61,2.直接找正装夹,由操作工人直接在机床上利用百分表、划线 盘等工具进行工件的定位，俗称找正，然后夹紧工件，称之为直接找正装夹。如图1-12所示，将双联齿轮工

24、件装在心轴上，当工件孔径大，心轴直径小，其间无配合关系，则不起定位作用，这时靠百分表来检测齿圈外圆表面找正。找正时，百分表顶在齿圈外圆上，插齿机工作台慢速回转，停转时调整工件与心轴在径向的相对位置，经过反复多次调整，即可使齿圈外圆与工作台回转中心线同轴。如果双联齿轮的外圆和内孔同轴，则可保证齿形加工与工件内孔的同轴度。,62,图1-12 直接找正装夹 图1-13 划线找正装夹,63,3.划线找正装夹,这种装夹方法是事先在工件上划出位置线、找正线和加工线，找正线和加工线通常相距为5mm，装夹时按找正线进行找正，即为定位，然后再进行夹紧。图1-13为一个长方形工件在四爪单动卡盘上，用划线盘按欲加工

25、孔的找正线进行装夹的情况。 划线装夹所需设备比较简单，适应性强，但精度和生产效率均较低，通常划线精度为0.1mm左右，因此多适用于单件、小批生产中的复杂铸件或铸件精度较低的粗加工工序。 上述三种装夹方法中都涉及到如何定位的问题，这就需要论述工件的定位原理及其实现方法。,64,（二）定位原理,1六点定为原理 一个物体在空间可以有6个独立的运动，以图1-14所示的长方体为例，它在直角坐标系中可以有3个方向的直线移动和绕3个方向的转动。3个方向的直线移动分别是沿x、y、z轴的平移，记为 、 ；3个方向的转动分别是绕x、y、z轴的旋转，记为 、 、 。 通常把上述6个独立运动称为六个自由度。,65,图

26、1-14 自由度示意图,66,工件的定位就是采取一定的约束措施来限制自由度，通常可用约束点和约束点群来描述，而且1个自由度 只需要1个约束点来限制。例如一个长方体工件在定位时，可在其底面布置3个不共线的约束点1、2、3，在侧面布置两个约束点4、5，并在端面布置一个约束点6，则约束点1、2、3可以限制、和3个自由度，约束点4、5可以限制和2个自由度，约束点6可以限制1个自由度，从而完全限制了长方体工件的6个自由度，这时工件被完全定位。（见图1-15）。 采用6个按一定规则布置的约束点来限制工件的6个自由度，实现完全定位，称之为六点定位原理。,67,图1-15 长方体工件的六点定位 图1-16 长

27、方体工件的实际六点定位,68,2工件的实际定位,在实际定位中，通常用接触面积很小的支承钉作为约束点，如图1-16所示。由于工件的形状是多种多样的，都用支承钉来定位显然不够合适，因此更可行的是用支承板、圆柱销、心轴、V形块等作为约束点群来限制工件的自由度。表1-7总结归纳了常用定位元件：支承钉、支承板、圆柱销、圆锥销、心轴、V形块、定位套、锥顶尖和锥度心轴等所限制的自由度以及多个定位元件的组合所限制的自由度。,69,值得提出的是：定位元件所限制的自由度与其大小、长度、数量及其组合有关：,1）长短关系 如短圆柱销限制2个自由度，长圆柱销限制4个自由度；短V形块限制2个自由度，长V形块限制4个自由度

28、等。 （2）大小关系 1个矩形支承板限制3个自由度，1个条形支承板限制2个自由度，1个支承钉限制1个自由度等。 （3）数量关系 1个短 V形块限制2个自由度，2个短V形块限制4个自由度等。 （4）组合关系 1个短 V形块限制2个自由度，2个短V形块的组合限制4个自由度，这是一种定位元件数量和所限制自由度成比例的组合关系。,70,3完全定位和不完全定位,根据工件加工时被加工面的尺寸和形位要求，有的需要限制6个自由度，有的不需要将6个自由度均限制住,这都是合理的。 （1）完全定位 限制了6个自由度。如图1-18所示，是在一个长方体工件上加工一个不通槽，槽要对中，故要限制 、 2个自由度；槽有深度要

29、求，故要限制 1个自由度；不通槽有一定长度，故要限制 1个自由度；同时槽底要与其工件底面平行，故要限制 、 2个自由度，因此一共要限制6个自由度，是为完全定位。,71,图1-18 工件的不完全定位,72,（2）不完全定位,仅限制了15自由度，如图1-19所示：图a是在一个球体上加工一个平面，因其只有高度尺寸要求，因此只需限制 1个自由度；图b是在一个球体上加工一个通过球心的径向孔，由于需要通过球心，故需限制 、 2个自由度；图c是在一个长方体工件上铣一个平面，该面应与底面平行，且有厚度要求，故需限制 、 、 3个自由度； 图1-18 工件的不完全定位图d是在一个圆柱上铣键槽，由于键槽要通过轴心

30、线，且有深度要求，故要限制 、 、 、 4个自由度；图e是在一个长方体上加工一个直通槽，由于槽要对中，且有深度要求，同时槽底应与底面平行，故要限制 、 、 、 、 5个自由度。上述的5个例子由于所限制的自由度均小于6个，都是不完全定位，但都是合理的。,73,图1-19 工件的不完全定位,74,应当指出：有些加工虽然按加工要求不需要限制某些自由度，但从承受夹紧力、切削力、加工调整方面等角度考虑，可以多限制一些自由度，这是必要的，也是合理的，故且称之为附加自由度。如图1-20所示的例子，是在一个球形工件上加工一个平面，从定位分析只需限制1个自由度，但为了加工装卡方便，易于对刀和控制加工行程等，可限

31、制2个自由度（见图a），甚至可限制3个自由度（见图b）。,75,图1-20 附加自由度的限制,76,4.欠定位和过定位,（1）欠定位 在加工时根据被加工面的尺寸、形状和位置要求，应限制的自由度未被限制，即约束点不足，这样的情况称为欠定位。欠定位的情况下是不能保证加工要求的，因此是绝对不能允许的。如图1-21所示是在一个长方体工件上加工一个台阶面，该面宽度为B距底面高度为A，且应与底面平行。图a中只限制了3个自由度、，不能保证尺寸B及其侧面与工作右侧面的平行度，为欠定位。必须如图b所示，增加一个条形支承板，增加限制2个自由度 ，一共限制5个自由度才行。,77,图1-21 工件的欠定位,78,值得

32、提出的是：不完全定位时不一定就是欠定位，即所限制的自由度少于6个时不一定会产生欠定位，只是不完全定位时应注意可能会有欠定位，要判别应限制的自由度是否已被限制。,79,（2）过定位,工件定位时，一个自由度同时被两个或两个以上的约束点（夹具定位元件）所限制，称为过定位，或重复定位，也称之为定位干涉。 由于过定位可能会破坏定位，因此一般也是不允许的。但如果工件定位面的尺寸、形状和位置精度高，表面粗糙度值小，而夹具的定位元件制造质量又高，则这时不但不会影响定位，而且还会提高加工时工件的刚度，在这种情况下过定位是允许的。,80,下面来分析几个过定位实例及其解决过定位的方法：,图1-22 平面定位的过定位

33、,81,如图1-22a所示，工件的一个定位平面只需要限制3个自由度，如果用4个支承钉来支撑，则由于工件平面或夹具定位元件的制造精度问题，实际上只能有其中的3个支承钉与工件定位平面接触，从而产生定位不准和不稳。如果在工件的重力、夹紧力或切削力的作用下强行使4个支承钉与工件定位平面都接触，则可能会使工件或夹具变形，或两者均变形。解决这一过定位的方法有两个：一是将支承钉改为3个，并适当布置其位置；二是将定位元件改为2个支承板（图1-22b）或1个大的支承板,82,图1-23所示为一面两孔组合定位的例子，工件的定位面为其底平面和两个孔，夹具的定位元件为1个支承板和两个短圆柱销，考虑了定位组合关系，其中

34、支承板限制了 、 、 3个自由度，短圆柱销1限制了 、 2个自由度，短圆柱销2限制了 和 2个自由度，因此在自由度上同时有两个定位元件的限制，产生了过定位。在装夹时，由于工件上的两孔或夹具上的两个短圆柱销在直径或间距尺寸上有误差，则会产生工件不能定位（即装不上），如果要装上，则只能是短圆柱销或工件要产生变形。解决的方法是将其中的一个短圆柱销改为菱形销（现为短圆柱销2，见图1-23b），且其削边方向应在向，即可消除在自由度上的干涉。,83,图1-23 一面两孔组合定位的过定位,84,图1-24为孔与端面组合定位的情况， 其中图a为长销大端面， 长销可限制 、 、 和 4个自由度，大端面限制 、

35、、 3个自由度，显然和和自由度被重复限制，产生过定位。解决的方法有3个：采用大端面和短销组合定位（见图b）；采用长销和小端面组合定位（见图c）；仍采用大端面和长销组合定位，但在大端面上装1个球面垫圈，以减少2个自由度的重复约束（见图d）。,85,图1-24 孔与端面组合定位的过定位,86,5.定位分析方法,工件加工时的定位分析有一定难度，需要掌握一些方法，才能事半功倍。 从分析思路上来看，有正向分析法和逆向分析法，即既可以从限制了哪些自由度的角度来分析，也可以从哪些自由度未被限制的角度来分析，前者可谓正向分析法，后者可谓逆向分析法。两种方法均可应用。在分析欠定位时，可能用逆向分析法更好些。,8

36、7,从分析步骤上来看，有总体分析法和分件分析法。,（1）总体分析法 总体分析法是从工件定位的总体来分析限制了哪些自由度。图1-25所示是在正方体工件上加工一个不通槽,分析其定位情况就可发现其只了 、 、 、 、 5个自由度,但从加工面的尺寸、形状和位置来看,应限制6个自由度，因此可肯定为不完全定位。槽在Y方向的位置尚需限制其自由度，因此为欠定位。 所以总体分析法易于判别是否存在欠定位。,88,（2）分件分析法,分件分析法是分别从各个定位面的所受约束来分析所限制的自由度。分析图1-25的定位情况，可知矩形支承板1限制了 、 、 3个自由度，左边的条形支承板2右侧面限制了 、 2个自由度，右边的条

37、形支承板3左侧面又限制了 、 2个自由度，因此在该两个自由度上有重复定位，为过定位。可知分件分析法易于判别是否有过定位。,89,在这里着重说明：1个自由度只需要1个约束就可以了。图1-25中， 、 只需1个条形支承板就能约束，因为有了条形支承板1，工件在 、 上的位置就已被定位，看起来工件向左移动被限制，但向右尚可移动，这已不是定位问题，应由夹紧来保证工件定位面与夹具定位元件的接触。 在进行分件分析时，先分析现在自由度比较多的定位元件（通常为主定位元件），再逐步分析限制自由度比较少的定位元件，这样有利于分析定位中组合关系对自由度限制的影响。,90,图 1-25 定位分析方法,91,综上所述，在

38、设计定位方案时可从以下几方面考虑：,1）根据加工面的尺寸、形状和位置要求确定所需限制的自由度。 2）在定位方案中，利用总体分析法和分件分析法来分析是否有欠定位和过定位，分析中应注意定位的组合关系，若有过定位，应分析其是否允许。 3）从承受切削力、夹紧力、重力，以及为装夹方便、易于加工尺寸调整等角度考虑，在不完全定位中是否应有附加自由度的限制。,92,二、基准,从设计和工艺两大方面来分析，基准可分为设计基础和工艺基准两大类，有关基准的分类如图1-26所示。,图1-26 基准的分类,93,（一）设计基准,设计者在设计零件时，根据零件在装配结构中的装配关系和零件本身结构要素之间的相互位置关系，确定标

39、注尺寸（含角度）的起始位置，这些起始位置可以是点、线或面，称之为设计基准。简言之，设计图样上所用的基准就是设计基准。图1-27所示为一台阶轴，图中对尺寸A来说，面1和面3是它的设计基准；对尺寸B来说，面1和面4是它的设计基准；中心线2是所有直径的基准。,94,（二）工艺基准,零件在加工工艺过程中所用的基准称为工艺基准。工艺基准又可进一步分为：工序基准、定位基准、测量基准和装配基准。 图1-27 设计基准 图1-28 工序基准,95,1.工序基准,在工序图上用来确定本工序所加工表面加工后的尺寸、形状和位置的基准，称为工序基准。工序基准实质上是工序图中的设计基准，如图1-28所示的工件，对于轴向尺

40、寸，在加工时通常是先车大端面1，再调头车小端面3和环面4，这时所选用的工序基准为小端面3，直接得到的加工尺寸为A和C。对尺寸A 来说，端面1、3均为其设计基准，因此其设计基准与工序基准是重合的；对于尺寸B来说，它没有直接得到，而是通过尺寸AC来间接得到的，在此多了1个加工尺寸A的误差环节。,96,在设计工序基准时主要应考虑如下3个方面的问题：,首先考虑选设计基准为工序，避免基准不重合所造成的误差； 若不能选设计基准为工序基准，则必须保证零件设计尺寸的技术要求； 所选工序基准应尽可能用于定位，即为定位基准，并便于工序尺寸的检查。,97,2.定位基准,在加工时用于工件定位的基准，称为定位基准。定位

41、基准是获得零件尺寸、形状和位置的直接基准，占有很重要的地位，定位基准的选择是加工工艺中的难题。定位基准可分为粗基准和精基准，又可分为固有基准和附加基准。 固有基准是零件上原来就有的表面，而附加基准是根据加工定位的要求在零件上专门制造出来的，如轴类零件车削时所用的顶尖孔（见图1-29a），床身零件由于背部是斜面，不便定位，在毛坯铸造时专门作出两个凸台（见图1-29b），都是附加基准。,98,图1-29 附加基准,99,3测量基准,工件测量时所用的基准。 4装配基准 零件在装配时所用的基准。,100,例题,如图1，请说出定位基准、测量基准、工序基准、装配基准。,101,图1钻套图举例： 钻套零件，

42、其中0-0轴线（D=32）是外圆和内孔（D=32）的设计基准，端面A是端面是B,C的设计基准，内孔（D）的中心线是外圆径向跳动和端面B的端面圆跳动的设计基准。,102,（1）定位基准：为加工中用作定位的基准，如图1中的内孔圆（D）和端面A为工件的定位基准。 （2）测量基准：为测量时所采用的基准，例如测量外圆和端面B的径向跳动和端面圆跳动时，内孔D即是零件的测量基准。 （3）装配基准：是装配时确立零件或部件在产品中的相对位置所采用的标准。齿轮的内孔和左端面为装配基准。 （4）工序基准：是在工序图上用来确立该工序加工表面加工后的尺寸，形状、位置的基准，它是某工序所要达到的加工（即工序尺寸）的起点。图中，表面A、B、C均钻孔（D）的加工工序的工序基准。,103,