機(jī)械制造工藝學(xué)武漢理工大學(xué)物流學(xué)院港口機(jī)械工程系董熙晨1龍門起重機(jī)軌道式龍門起重機(jī)輪胎式龍門起重機(jī)軌道式龍門起重機(jī)23集裝箱正面吊運(yùn)機(jī)45本課程教內(nèi)容和學(xué)習(xí)方法

6782、學(xué)習(xí)〔教學(xué)〕方法〔1〕課堂理論教學(xué)〔2〕現(xiàn)場(chǎng)教學(xué)與實(shí)驗(yàn)〔3〕自學(xué)與討論環(huán)節(jié)

3、教學(xué)課時(shí)安排：48h〔1〕理論教學(xué)：39h〔2〕現(xiàn)場(chǎng)教學(xué)實(shí)驗(yàn)：8h〔3〕總復(fù)習(xí)：1h94、參考書(shū)籍

1〕、機(jī)械制造工藝學(xué)王先逵，機(jī)械工業(yè)出版社2〕、機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)〔修訂二、三版〕，化學(xué)工業(yè)出版社3〕、機(jī)械制造工藝學(xué)，顧崇銜編，機(jī)械工業(yè)出版社4〕、焊接手冊(cè)，機(jī)械工業(yè)出版社5〕、焊接概論，薛甘迪編，機(jī)械工業(yè)出版社10?機(jī)械制造工藝學(xué)?課程參考專業(yè)英語(yǔ)單詞序號(hào)英文中文1machinery機(jī)械2Machinerymanufacture機(jī)械制造3Machinetool機(jī)床4Metalcutting金屬切割5Numericalcontroll數(shù)字控制6mechaism機(jī)構(gòu)7parts機(jī)件8Machineandtools機(jī)具9engineering工程(技術(shù)),工藝10fuselage機(jī)身1111fuction機(jī)能12mechanic機(jī)工,技工13datum基準(zhǔn)14foundation基礎(chǔ)15Reckonbythepiece計(jì)件16measure計(jì)量17Planedprouduction計(jì)劃生產(chǎn)18Technicalability技能19Technicalsperification技術(shù)規(guī)范20Clampingapparatus夾具21process加工,工序22allowance加工余量23reinforce加固24Workpiece工件25technology技術(shù),工藝1225technology技術(shù),工藝26Technologyprocess工藝流程27Wookefficiency工效28Man-hour工時(shí)29Technology-ical工藝水平30lathe車床31Lathetool車刀32Lathechuk車床卡盤33Latheoperator車工34tuner車工35turning車削36Grindingmachine磨床37broah拉刀38burnishing拋光39Excavatemachine刨床40Milingcutter銑刀1341hob滾刀42Gearhobbingmachine滾齒機(jī)43hobbing滾刀，滾削齒44Bitholder鉆套45Stottingmachine插床46Lathbed床身47headstock床頭箱48emery砂布49Emerywheel砂輪50Sandholes砂眼51transport輸送52level水平53FMS柔性制造系統(tǒng)54MC加工中心55CIMS計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)1456VM虛擬制造57size尺寸58Finishsize加工尺寸59Gearbox齒輪箱60Gearrack齒條61devation偏差62plane平面63planeness平面度64Honingmachine珩磨機(jī)床65honing珩磨66grind研磨67Hardalloycutter硬質(zhì)合金刀具68Vickershardness維氏硬度69Boringmachine鏜床70Boringcutter鏜刀1571Typeofmachine機(jī)型72Borehole鏜孔73Milingmachine銑床74Baselevel基準(zhǔn)面75Jigofmachine座標(biāo)鏜床76Steelplate鋼板77Steelstructure鋼結(jié)構(gòu)78Structuresteel結(jié)構(gòu)鋼79weld焊接80welding焊接81Weldedseam焊縫82Weldrod焊條83Weldingwire焊絲84Buttweld對(duì)接焊（縫）85Filletwelding角焊1686Grooveweld坡口焊縫87Arcwelder電焊機(jī)88Weldingtroch焊槍89tacking定位焊（鉚）90Electricarewelging電弧焊91Weldingflux焊劑92welder焊工93Crackdetector探傷儀94Ultrasonicflawdetector超聲波探傷儀95Magnetic-powderflawdetection磁粉探傷96Fittogether裝配97assemble裝配98equip裝備99error誤差100Meanerror平均誤差101Averageerror儀器誤差17第一章緒論

第一節(jié)機(jī)械制造工程學(xué)科的開(kāi)國(guó)力和國(guó)防的后盾23二.廣義制造論24〔一〕制造設(shè)計(jì)一體化表達(dá)了制造和設(shè)計(jì)的密切結(jié)合，形成了設(shè)計(jì)制造一體化，設(shè)計(jì)不僅是指產(chǎn)品設(shè)計(jì)，而且包括工藝設(shè)計(jì)、生產(chǎn)調(diào)度設(shè)計(jì)、質(zhì)量控制設(shè)計(jì)等。1，手工業(yè)生產(chǎn)階段2，大工業(yè)生產(chǎn)階段3，虛擬現(xiàn)實(shí)工業(yè)生產(chǎn)階段25〔二〕材料成形機(jī)理的擴(kuò)展

在傳統(tǒng)制造工藝中，人為地將零件的加工過(guò)程分為熱加工和冷加工兩個(gè)階段，而且是以冷去除加工和熱變形為主，主要是利用力、熱原理來(lái)進(jìn)行。但現(xiàn)在已從加工成形機(jī)理來(lái)分類，明確地將加工工藝分為去除加工、結(jié)合加工和變形加工，如表1-1所示。26

表1-1材料成形機(jī)理的范疇

分類加工機(jī)理加工方法

去除加工力學(xué)加工切削加工、磨削加工、磨粒流加工、磨料噴射加工、液體噴射加工電物理加工電火花加工、電火花線切削加工、等離子體加工、電子束加工、離子束加工電化學(xué)加工電解加工物理加工超聲波加工、激光加工化學(xué)加工化學(xué)銑削、光刻加工復(fù)合加工電解磨削、超聲電解磨削、超聲電火花電解磨削、化學(xué)機(jī)械拋光27

結(jié)合加工附物理加工物理氣相沉積、離子鍍著熱物理加工蒸鍍、熔化鍍加化學(xué)加工化學(xué)氣相沉積、化學(xué)鍍工電化學(xué)加工電鍍、電鑄、刷鍍注物理加工離子注入、分子束外延入熱物理加工晶體生長(zhǎng)、分子束外延、滲碳、攙雜、燒結(jié)加化學(xué)加工滲氮、氧化、活性化學(xué)反應(yīng)工電化學(xué)加工陽(yáng)極氧化連接加工激光焊接、化學(xué)粘接、快速成形制造、卷繞成形制造變形加工冷、熱流動(dòng)加工鍛造、輥鍛、軋制、擠壓、輥壓、液態(tài)模鍛、粉末冶金粘滯流動(dòng)加工金屬型鑄造、壓力鑄造、離心鑄造、熔模鑄造、殼型鑄造、低壓鑄造、負(fù)壓鑄造分子定向加工液晶定向281，去除加工又稱別離加工，是從工件上去除一局部材料而成形。2．結(jié)合加工結(jié)合加工是利用物理和化學(xué)方法將相同材料或不同材料結(jié)合〔bonding〕在一起而成形，是一種堆積成形、分層制造方法。按結(jié)合機(jī)理和結(jié)合強(qiáng)弱又可分為附著〔deposition〕、注入(injection)和連接〔jointed〕三種。附著又稱沉積，是在工件外表上覆蓋一層材料，是一種弱結(jié)合，典型的加工方法是鍍：注入又稱滲入，是在工件表層上滲入某些元素，與基體材料產(chǎn)生物化反響，以改變工件表層材料的力學(xué)性質(zhì)，是一種強(qiáng)結(jié)合，典型的加工方法有滲碳、氧化等；連接又稱結(jié)合，是將兩種相同或不相同材料通過(guò)物化方法連接在一起，可以是強(qiáng)結(jié)合，也可以是弱結(jié)合，如激光焊接、化學(xué)粘接等。293．變形加工又稱流動(dòng)加工，是利用力、熱、分子運(yùn)動(dòng)等手段是工件產(chǎn)生變形，以改變尺寸、形狀和性能，如鍛造、鑄造等。3031〔四〕制造模式的開(kāi)展32〔五〕產(chǎn)品的全生命周期制造的范疇從過(guò)去的設(shè)計(jì)、加工和裝配開(kāi)展為產(chǎn)品的全生命周期，包括市場(chǎng)調(diào)研、設(shè)計(jì)制造、銷售、維修和報(bào)廢處理等，如圖1-2所示。3334〔六〕豐富的硬軟件工具、平臺(tái)和支撐環(huán)境353637第二節(jié)生產(chǎn)過(guò)程、工藝過(guò)程和工藝系統(tǒng)一、機(jī)械產(chǎn)品生產(chǎn)過(guò)程機(jī)械產(chǎn)品生產(chǎn)過(guò)程是指從原材料開(kāi)始到成品出廠的全部勞動(dòng)過(guò)程，它既包括毛坯的制造，零件的機(jī)械加工和熱處理，機(jī)器的裝配、檢測(cè)、測(cè)試和涂裝等主要?jiǎng)趧?dòng)過(guò)程，還包括專用工具、夾具、量具和輔具的制造、機(jī)器的包裝、工件和成品的儲(chǔ)存和運(yùn)輸、加工設(shè)備的維修，以及動(dòng)力〔電、壓縮空氣、液壓等〕供給等輔助勞動(dòng)過(guò)程。38由于機(jī)械產(chǎn)品的主要?jiǎng)趧?dòng)過(guò)程使被加工對(duì)象的尺寸、形狀和性能產(chǎn)生一定的變化，即與生產(chǎn)過(guò)程有直接變化，因此稱為直接生產(chǎn)過(guò)程。而機(jī)械產(chǎn)品的輔助勞動(dòng)過(guò)程雖然不是使加工對(duì)象產(chǎn)生直接變化，但也是非常必要的，因此稱為輔助生產(chǎn)過(guò)程。所以，機(jī)械產(chǎn)品的生產(chǎn)過(guò)程是由直接生產(chǎn)過(guò)程和輔助生產(chǎn)過(guò)程所組成。隨著機(jī)械產(chǎn)品復(fù)雜程度的不同，其生產(chǎn)過(guò)程可以由一個(gè)車間或一個(gè)工廠完成，也可以由多個(gè)工廠協(xié)作完成。39二、機(jī)械加工工藝過(guò)程40〔二〕機(jī)械加工工藝過(guò)程的組成組成機(jī)械加工工藝過(guò)程的根本單元是工序。工序又是由安裝、工位、工步及走刀組成的。介紹以下幾個(gè)概念：工序是制定工時(shí)定額、配備工人，機(jī)床設(shè)備、安排加工方案和質(zhì)檢的單元。1、工序工序是指一個(gè)〔或一組〕工人，在一個(gè)工作地對(duì)同一個(gè)〔或同時(shí)對(duì)幾個(gè)〕工件的連續(xù)完成的那一局部工藝過(guò)程。工作地、工人、零件和連續(xù)作業(yè)是構(gòu)成工序的四個(gè)要素，其中任一要素的變更即構(gòu)成新的工序。連續(xù)作業(yè)：是指在該工序內(nèi)的全部工作要不間斷地連續(xù)完成。4142舉例：如圖1--4，階梯軸加工工序：43表1-2單件加工工藝過(guò)程工序號(hào)

工序名稱

設(shè)備

1車端面、打中心孔粗車、粗車外圓切退刀槽、倒角車床2銑鍵槽銑床3磨外圓磨床4去毛刺磨床、鉗工臺(tái)44表1-3大批大量零件加工藝過(guò)程工序號(hào)

工序名稱

設(shè)備

1車銑端面、打中心孔銑床，打中心孔機(jī)床2粗車外圓車床3精車外圓、倒角切退刀槽車床4銑鍵槽銑床5磨外圓磨床6去毛刺鉗工、磨床452、安裝：安裝是工件經(jīng)一次裝夾后所完成的那一局部工序。應(yīng)盡量減少夾實(shí)次數(shù)。3、工位：當(dāng)應(yīng)用轉(zhuǎn)位〔或移位〕加工機(jī)床〔或夾具〕進(jìn)行加工時(shí)，在一次裝夾中，工件〔或刀具〕相對(duì)于機(jī)床要經(jīng)過(guò)幾個(gè)位置依次加工，在每一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)〔移動(dòng)〕工作位置上所完成的哪一局部工序，稱為工位。如：多工位加工〔鉆、擴(kuò)、鉸孔的加工〕。4、工步:工步是加工外表、切削刀具和切削用量都不變的情況下所完成的那一局部工藝過(guò)程。變化其中的一個(gè)就是第一個(gè)工步。例圖7-1中，車削ф100外圓為第一工步，車削ф60外圓為第二工步。5、走刀在一個(gè)工步中，常分幾次切削〔粗、精車〕，每切削一次稱為一次走刀。46三機(jī)械加工工藝系統(tǒng)零件進(jìn)行機(jī)械加工時(shí)，必須具備一定的條件，即要有一個(gè)系統(tǒng)來(lái)支持，稱之為機(jī)械制造工藝系統(tǒng)。通常，一個(gè)系統(tǒng)是由物質(zhì)分系統(tǒng)、能量分系統(tǒng)和信息分系統(tǒng)所組成。機(jī)械制造工藝系統(tǒng)的物質(zhì)分系統(tǒng)是由工件、機(jī)床、工具和夾具所組成。工件是被加工對(duì)象；機(jī)床是加工設(shè)備，如車床、銑床、磨床等，也包括鉗工臺(tái)等鉗工設(shè)備；工具是各種刀具、磨具、檢具，如車刀、銑刀、砂輪等；夾具是指機(jī)床夾具，如果加工時(shí)是將工件直接裝夾在機(jī)床工作臺(tái)上，那么也可以不要夾具，因此，一般情況下，工件、機(jī)床和工具是不可少的，而夾具是可有也可無(wú)的。47第三節(jié)生產(chǎn)類型與工藝特點(diǎn)

一、生產(chǎn)綱領(lǐng)N：企業(yè)年產(chǎn)量和進(jìn)度方案的綜合〔零件加工總數(shù)量N〕生產(chǎn)綱領(lǐng)是指企業(yè)在方案期內(nèi)應(yīng)當(dāng)生產(chǎn)的產(chǎn)品產(chǎn)量和進(jìn)度方案某零件在方案期為一年的生產(chǎn)綱領(lǐng)N計(jì)算：N=Qn〔1+a%〕〔1+b%〕〔件/年〕式中：Q—產(chǎn)品的產(chǎn)量〔臺(tái)/年〕；n—每臺(tái)產(chǎn)品中該零件的數(shù)量〔件/臺(tái)〕a%—備品的百分率；b%—廢品的百分率。48二、生產(chǎn)批量生產(chǎn)批量是指一次投入或產(chǎn)出的同一產(chǎn)品或零件的數(shù)量。零件生產(chǎn)批量的計(jì)算公式如下：〔1-2〕式中——每批中的零件數(shù)量；N——零件的年生產(chǎn)綱領(lǐng)規(guī)定的零件數(shù)量；A——零件應(yīng)該儲(chǔ)藏的天數(shù)；F——一年中工作日天數(shù)。

49確定生產(chǎn)批量的大小是一個(gè)相當(dāng)復(fù)雜的問(wèn)題，主要考慮以下幾方面的因素。市場(chǎng)需求及趨勢(shì)分析。保證市場(chǎng)的供銷量，還應(yīng)保證裝配和銷售有必要的庫(kù)存。便于生產(chǎn)的組織與安排。保證多品種產(chǎn)品的均衡生產(chǎn)。產(chǎn)品的制造工作量。對(duì)于大型產(chǎn)品，其制造工作量較大，批量可能應(yīng)少些，而中、小型產(chǎn)品的批量可大些。生產(chǎn)資金的投入。批量小些，次數(shù)多些，投入的資金少，有利于資金的周轉(zhuǎn)。制造生產(chǎn)率和本錢。批量大些，可采用一些先進(jìn)的專用高效設(shè)備和工具，有利于提高生產(chǎn)率和降低本錢50三、生產(chǎn)類型及其工藝特點(diǎn)根據(jù)工廠〔或車間、工段、班組、工作地〕生產(chǎn)專業(yè)化程度的不同，可將它們按大量生產(chǎn)、成批生產(chǎn)和單件生產(chǎn)3種生產(chǎn)類型來(lái)分類。其中，成批生產(chǎn)又可分為大批生產(chǎn)、中批生產(chǎn)和小批生產(chǎn)。顯然，產(chǎn)量愈大，生產(chǎn)專業(yè)化程度應(yīng)該愈高。表1-5按重型機(jī)械、中型機(jī)械和輕型機(jī)械的年生產(chǎn)量列出了不同生產(chǎn)類型的標(biāo)準(zhǔn)，可見(jiàn)對(duì)重型機(jī)械來(lái)說(shuō)，其大量生產(chǎn)的數(shù)量遠(yuǎn)小于輕型機(jī)械的數(shù)量。51表1-5各種生產(chǎn)類型的標(biāo)準(zhǔn)

生產(chǎn)類型零件的年生產(chǎn)綱領(lǐng)（件/年）重型機(jī)械中型機(jī)械輕型機(jī)械單件生產(chǎn)

≤5≤20

≤100小批生產(chǎn)＞5～100

＞20～200

＞100～500中批生產(chǎn)

＞100～300

＞200～500

＞500～5000大批生產(chǎn)

＞300～1000

＞500～5000

＞5000～50000大量生產(chǎn)

＞1000

＞5000

＞5000052從工藝特點(diǎn)上看，小批量生產(chǎn)和單件生產(chǎn)的工藝特點(diǎn)相似，大批生產(chǎn)和大量生產(chǎn)的工藝特點(diǎn)相似，因此生產(chǎn)上常按單件小批生產(chǎn)、中批生產(chǎn)和大批大量生產(chǎn)來(lái)劃分生產(chǎn)類型，并且按這3種生產(chǎn)類型歸納它們的工藝特點(diǎn)〔見(jiàn)表1-6〕。可以看出，生產(chǎn)類型不同，其工藝特點(diǎn)有很大差異。53

表1-6各種生產(chǎn)類型的工藝特點(diǎn)

特點(diǎn)類型項(xiàng)目單件小批生產(chǎn)中批生產(chǎn)

大批大量生產(chǎn)加工對(duì)象經(jīng)常變換周期性變換固定不變毛坯的制造方法及加工余量木模手工制造，自由鍛。毛坯精度低，加工余量大部分鑄件用金屬型；部分鍛件用模鍛。毛坯精度中等、加工余量中等廣泛采用金屬型機(jī)器造型、壓鑄、精鑄、模鍛。毛坯精度高、加工余量小機(jī)床設(shè)備及其布置形式通用機(jī)床，按類別和規(guī)格大小，采用機(jī)群式排列布置部分采用通用機(jī)床，部分采用專用機(jī)床，按零件分類，部分布置成流水線，部分布置成機(jī)群式廣泛采用專用機(jī)床、按流水線或自動(dòng)線布置夾具通用夾具和組合夾具，必要是采用專用夾具廣泛使用專用夾具，可調(diào)夾具廣泛使用高效率的專用夾具54

刀具和量具通用刀具和量具按零件產(chǎn)量和精度，部分采用通用刀具和量具，部分采用專用刀具和量具廣泛使用高效率的專用刀具和量具工件的裝夾方法劃線找正裝夾，必要時(shí)采用通用夾具或?qū)Ｓ脢A具裝夾部分采用劃線找正，廣泛采用通用或?qū)Ｓ脢A具裝夾廣泛使用專用夾具裝夾裝配方法廣泛采用配刮少量采用配刮，多采用互換裝配法采用互換性操作工人平均技術(shù)水平高一般低生產(chǎn)率低一般高成本高一般低工藝文件用簡(jiǎn)單的工藝過(guò)程卡管理生產(chǎn)有較詳細(xì)的工藝規(guī)程，用工藝卡管理生產(chǎn)詳細(xì)制訂工藝規(guī)程，用工序卡、操作卡及調(diào)整卡管理生產(chǎn)5556第四節(jié)工件加工時(shí)的定位和基準(zhǔn)一、工件的定位〔一〕工件的裝夾在零件加工時(shí)，要考慮的重要問(wèn)題之一就是如何將工件正確地裝夾在機(jī)床上或夾具中。所謂裝夾有兩個(gè)含義，即定位和夾緊，有些書(shū)中將裝夾稱之為安裝。定位是指確定工件在機(jī)床〔工作臺(tái)〕上或夾具中占有正確位置的過(guò)程，通常可以理解為工件相對(duì)于切削刀具或磨具的一定位置，以保證加工尺寸和形位精度的要求。夾緊是指工件在定位后將其固定，使其在加工過(guò)程中能承受重力、切削力等而保持定位位置不變的操作。57工件在機(jī)床或夾具中的裝夾主要有3種方法。1．夾具中裝夾這種裝夾是將工件裝夾在夾具中，由夾具上的定位元件來(lái)確定工件的位置，由夾具上的夾緊裝置進(jìn)行夾緊。夾具那么通過(guò)對(duì)定元件安裝的機(jī)床的一定位置上，并用夾緊元件夾緊。58圖1-11是雙聯(lián)齒輪工作裝夾在插齒輪夾具上加工齒形的情況，定位心軸3和基座4是該夾具的定位元件，夾緊螺母1和螺桿5是其夾緊元件，它們都裝在插齒機(jī)的工作臺(tái)上。工件以其內(nèi)孔套在心軸3上，其間有一定的配合要求，以保證其齒形加工面與內(nèi)孔的同軸度，同時(shí)又以其大齒輪端面靠緊在基座4上，以保證齒形加工面與大齒輪端面的垂直度，從而完成了定位；再用夾緊螺母1將工件壓緊在基座4上，從而保證了夾緊。這時(shí)雙聯(lián)齒輪的裝夾就完成了。59圖1-11夾具中裝夾1—夾緊螺母2—雙聯(lián)齒輪〔工作〕3—定位心軸4—基座5—螺桿602.直接找正裝夾

由操作工人直接在機(jī)床上利用百分表、劃線盤等工具進(jìn)行工件的定位，俗稱找正，然后夾緊工件，稱之為直接找正裝夾。如圖1-12所示，將雙聯(lián)齒輪工件裝在心軸上，當(dāng)工件孔徑大，心軸直徑小，其間無(wú)配合關(guān)系，那么不起定位作用，這時(shí)靠百分表來(lái)檢測(cè)齒圈外圓外表找正。找正時(shí)，百分表頂在齒圈外圓上，插齒機(jī)工作臺(tái)慢速回轉(zhuǎn)，停轉(zhuǎn)時(shí)調(diào)整工件與心軸在徑向的相對(duì)位置，經(jīng)過(guò)反復(fù)屢次調(diào)整，即可使齒圈外圓與工作臺(tái)回轉(zhuǎn)中心線同軸。如果雙聯(lián)齒輪的外圓和內(nèi)孔同軸，那么可保證齒形加工與工件內(nèi)孔的同軸度。61圖1-12直接找正裝夾圖1-13劃線找正裝夾623.劃線找正裝夾這種裝夾方法是事先在工件上劃出位置線、找正線和加工線，找正線和加工線通常相距為5mm，裝夾時(shí)按找正線進(jìn)行找正，即為定位，然后再進(jìn)行夾緊。圖1-13為一個(gè)長(zhǎng)方形工件在四爪單動(dòng)卡盤上，用劃線盤按欲加工孔的找正線進(jìn)行裝夾的情況。劃線裝夾所需設(shè)備比較簡(jiǎn)單，適應(yīng)性強(qiáng)，但精度和生產(chǎn)效率均較低，通常劃線精度為0.1mm左右，因此多適用于單件、小批生產(chǎn)中的復(fù)雜鑄件或鑄件精度較低的粗加工工序。上述三種裝夾方法中都涉及到如何定位的問(wèn)題，這就需要論述工件的定位原理及其實(shí)現(xiàn)方法。63〔二〕定位原理1．六點(diǎn)定為原理一個(gè)物體在空間可以有6個(gè)獨(dú)立的運(yùn)動(dòng)，以圖1-14所示的長(zhǎng)方體為例，它在直角坐標(biāo)系中可以有3個(gè)方向的直線移動(dòng)和繞3個(gè)方向的轉(zhuǎn)動(dòng)。3個(gè)方向的直線移動(dòng)分別是沿x、y、z軸的平移，記為、、；3個(gè)方向的轉(zhuǎn)動(dòng)分別是繞x、y、z軸的旋轉(zhuǎn)，記為、、。通常把上述6個(gè)獨(dú)立運(yùn)動(dòng)稱為六個(gè)自由度。64

圖1-14自由度示意圖65工件的定位就是采取一定的約束措施來(lái)限制自由度，通常可用約束點(diǎn)和約束點(diǎn)群來(lái)描述，而且1個(gè)自由度只需要1個(gè)約束點(diǎn)來(lái)限制。例如一個(gè)長(zhǎng)方體工件在定位時(shí)，可在其底面布置3個(gè)不共線的約束點(diǎn)1、2、3，在側(cè)面布置兩個(gè)約束點(diǎn)4、5，并在端面布置一個(gè)約束點(diǎn)6，那么約束點(diǎn)1、2、3可以限制、和3個(gè)自由度，約束點(diǎn)4、5可以限制和2個(gè)自由度，約束點(diǎn)6可以限制1個(gè)自由度，從而完全限制了長(zhǎng)方體工件的6個(gè)自由度，這時(shí)工件被完全定位。〔見(jiàn)圖1-15〕。采用6個(gè)按一定規(guī)那么布置的約束點(diǎn)來(lái)限制工件的6個(gè)自由度，實(shí)現(xiàn)完全定位，稱之為六點(diǎn)定位原理。66

圖1-15長(zhǎng)方體工件的六點(diǎn)定位圖1-16長(zhǎng)方體工件的實(shí)際六點(diǎn)定位672．工件的實(shí)際定位在實(shí)際定位中，通常用接觸面積很小的支承釘作為約束點(diǎn)，如圖1-16所示。由于工件的形狀是多種多樣的，都用支承釘來(lái)定位顯然不夠適宜，因此更可行的是用支承板、圓柱銷、心軸、V形塊等作為約束點(diǎn)群來(lái)限制工件的自由度。表1-7總結(jié)歸納了常用定位元件：支承釘、支承板、圓柱銷、圓錐銷、心軸、V形塊、定位套、錐頂尖和錐度心軸等所限制的自由度以及多個(gè)定位元件的組合所限制的自由度。68值得提出的是：定位元件所限制的自由度與其大小、長(zhǎng)度、數(shù)量及其組合有關(guān)：1〕長(zhǎng)短關(guān)系如短圓柱銷限制2個(gè)自由度，長(zhǎng)圓柱銷限制4個(gè)自由度；短V形塊限制2個(gè)自由度，長(zhǎng)V形塊限制4個(gè)自由度等。〔2〕大小關(guān)系1個(gè)矩形支承板限制3個(gè)自由度，1個(gè)條形支承板限制2個(gè)自由度，1個(gè)支承釘限制1個(gè)自由度等。〔3〕數(shù)量關(guān)系1個(gè)短V形塊限制2個(gè)自由度，2個(gè)短V形塊限制4個(gè)自由度等。〔4〕組合關(guān)系1個(gè)短V形塊限制2個(gè)自由度，2個(gè)短V形塊的組合限制4個(gè)自由度，這是一種定位元件數(shù)量和所限制自由度成比例的組合關(guān)系。693．完全定位和不完全定位根據(jù)工件加工時(shí)被加工面的尺寸和形位要求，有的需要限制6個(gè)自由度，有的不需要將6個(gè)自由度均限制住,這都是合理的。〔1〕完全定位限制了6個(gè)自由度。如圖1-18所示，是在一個(gè)長(zhǎng)方體工件上加工一個(gè)不通槽，槽要對(duì)中，故要限制、2個(gè)自由度；槽有深度要求，故要限制1個(gè)自由度；不通槽有一定長(zhǎng)度，故要限制1個(gè)自由度；同時(shí)槽底要與其工件底面平行，故要限制、2個(gè)自由度，因此一共要限制6個(gè)自由度，是為完全定位。70圖1-18工件的不完全定位71〔2〕不完全定位僅限制了1~5自由度，如圖1-19所示：圖a是在一個(gè)球體上加工一個(gè)平面，因其只有高度尺寸要求，因此只需限制1個(gè)自由度；圖b是在一個(gè)球體上加工一個(gè)通過(guò)球心的徑向孔，由于需要通過(guò)球心，故需限制、2個(gè)自由度；圖c是在一個(gè)長(zhǎng)方體工件上銑一個(gè)平面，該面應(yīng)與底面平行，且有厚度要求，故需限制、、3個(gè)自由度；圖1-18工件的不完全定位圖d是在一個(gè)圓柱上銑鍵槽，由于鍵槽要通過(guò)軸心線，且有深度要求，故要限制、、、4個(gè)自由度；圖e是在一個(gè)長(zhǎng)方體上加工一個(gè)直通槽，由于槽要對(duì)中，且有深度要求，同時(shí)槽底應(yīng)與底面平行，故要限制、、、、5個(gè)自由度。上述的5個(gè)例子由于所限制的自由度均小于6個(gè)，都是不完全定位，但都是合理的。72

圖1-19工件的不完全定位73應(yīng)當(dāng)指出：有些加工雖然按加工要求不需要限制某些自由度，但從承受夾緊力、切削力、加工調(diào)整方面等角度考慮，可以多限制一些自由度，這是必要的，也是合理的，故且稱之為附加自由度。如圖1-20所示的例子，是在一個(gè)球形工件上加工一個(gè)平面，從定位分析只需限制1個(gè)自由度，但為了加工裝卡方便，易于對(duì)刀和控制加工行程等，可限制2個(gè)自由度〔見(jiàn)圖a〕，甚至可限制3個(gè)自由度〔見(jiàn)圖b〕。74圖1-20附加自由度的限制754.欠定位和過(guò)定位〔1〕欠定位在加工時(shí)根據(jù)被加工面的尺寸、形狀和位置要求，應(yīng)限制的自由度未被限制，即約束點(diǎn)缺乏，這樣的情況稱為欠定位。欠定位的情況下是不能保證加工要求的，因此是絕對(duì)不能允許的。如圖1-21所示是在一個(gè)長(zhǎng)方體工件上加工一個(gè)臺(tái)階面，該面寬度為B距底面高度為A，且應(yīng)與底面平行。圖a中只限制了3個(gè)自由度、、，不能保證尺寸B及其側(cè)面與工作右側(cè)面的平行度，為欠定位。必須如圖b所示，增加一個(gè)條形支承板，增加限制2個(gè)自由度，一共限制5個(gè)自由度才行。76圖1-21工件的欠定位77值得提出的是：不完全定位時(shí)不一定就是欠定位，即所限制的自由度少于6個(gè)時(shí)不一定會(huì)產(chǎn)生欠定位，只是不完全定位時(shí)應(yīng)注意可能會(huì)有欠定位，要判別應(yīng)限制的自由度是否已被限制。78〔2〕過(guò)定位工件定位時(shí)，一個(gè)自由度同時(shí)被兩個(gè)或兩個(gè)以上的約束點(diǎn)〔夾具定位元件〕所限制，稱為過(guò)定位，或重復(fù)定位，也稱之為定位干預(yù)。由于過(guò)定位可能會(huì)破壞定位，因此一般也是不允許的。但如果工件定位面的尺寸、形狀和位置精度高，外表粗糙度值小，而夾具的定位元件制造質(zhì)量又高，那么這時(shí)不但不會(huì)影響定位，而且還會(huì)提高加工時(shí)工件的剛度，在這種情況下過(guò)定位是允許的。79下面來(lái)分析幾個(gè)過(guò)定位實(shí)例及其解決過(guò)定位的方法：

圖1-22平面定位的過(guò)定位80如圖1-22a所示，工件的一個(gè)定位平面只需要限制3個(gè)自由度，如果用4個(gè)支承釘來(lái)支撐，那么由于工件平面或夾具定位元件的制造精度問(wèn)題，實(shí)際上只能有其中的3個(gè)支承釘與工件定位平面接觸，從而產(chǎn)生定位不準(zhǔn)和不穩(wěn)。如果在工件的重力、夾緊力或切削力的作用下強(qiáng)行使4個(gè)支承釘與工件定位平面都接觸，那么可能會(huì)使工件或夾具變形，或兩者均變形。解決這一過(guò)定位的方法有兩個(gè)：一是將支承釘改為3個(gè)，并適當(dāng)布置其位置；二是將定位元件改為2個(gè)支承板〔圖1-22b〕或1個(gè)大的支承板81圖1-23所示為一面兩孔組合定位的例子，工件的定位面為其底平面和兩個(gè)孔，夾具的定位元件為1個(gè)支承板和兩個(gè)短圓柱銷，考慮了定位組合關(guān)系，其中支承板限制了、、3個(gè)自由度，短圓柱銷1限制了、2個(gè)自由度，短圓柱銷2限制了和2個(gè)自由度，因此在自由度上同時(shí)有兩個(gè)定位元件的限制，產(chǎn)生了過(guò)定位。在裝夾時(shí)，由于工件上的兩孔或夾具上的兩個(gè)短圓柱銷在直徑或間距尺寸上有誤差，那么會(huì)產(chǎn)生工件不能定位〔即裝不上〕，如果要裝上，那么只能是短圓柱銷或工件要產(chǎn)生變形。解決的方法是將其中的一個(gè)短圓柱銷改為菱形銷〔現(xiàn)為短圓柱銷2，見(jiàn)圖1-23b〕，且其削邊方向應(yīng)在向，即可消除在自由度上的干預(yù)。82圖1-23一面兩孔組合定位的過(guò)定位83圖1-24為孔與端面組合定位的情況，其中圖a為長(zhǎng)銷大端面，長(zhǎng)銷可限制、、和4個(gè)自由度，大端面限制、、3個(gè)自由度，顯然和和自由度被重復(fù)限制，產(chǎn)生過(guò)定位。解決的方法有3個(gè)：①采用大端面和短銷組合定位〔見(jiàn)圖b〕；②采用長(zhǎng)銷和小端面組合定位〔見(jiàn)圖c〕；③仍采用大端面和長(zhǎng)銷組合定位，但在大端面上裝1個(gè)球面墊圈，以減少2個(gè)自由度的重復(fù)約束〔見(jiàn)圖d〕。84圖1-24孔與端面組合定位的過(guò)定位855.定位分析方法工件加工時(shí)的定位分析有一定難度，需要掌握一些方法，才能事半功倍。從分析思路上來(lái)看，有正向分析法和逆向分析法，即既可以從限制了哪些自由度的角度來(lái)分析，也可以從哪些自由度未被限制的角度來(lái)分析，前者可謂正向分析法，后者可謂逆向分析法。兩種方法均可應(yīng)用。在分析欠定位時(shí)，可能用逆向分析法更好些。86從分析步驟上來(lái)看，有總體分析法和分件分析法。〔1〕總體分析法總體分析法是從工件定位的總體來(lái)分析限制了哪些自由度。圖1-25所示是在正方體工件上加工一個(gè)不通槽,分析其定位情況就可發(fā)現(xiàn)其只了、、、、5個(gè)自由度,但從加工面的尺寸、形狀和位置來(lái)看,應(yīng)限制6個(gè)自由度，因此可肯定為不完全定位。槽在Y方向的位置尚需限制其自由度，因此為欠定位。所以總體分析法易于判別是否存在欠定位。87〔2〕分件分析法分件分析法是分別從各個(gè)定位面的所受約束來(lái)分析所限制的自由度。分析圖1-25的定位情況，可知矩形支承板1限制了、、

3個(gè)自由度，左邊的條形支承板2右側(cè)面限制了、2個(gè)自由度，右邊的條形支承板3左側(cè)面又限制了、2個(gè)自由度，因此在該兩個(gè)自由度上有重復(fù)定位，為過(guò)定位。可知分件分析法易于判別是否有過(guò)定位。88在這里著重說(shuō)明：1個(gè)自由度只需要1個(gè)約束就可以了。圖1-25中，、只需1個(gè)條形支承板就能約束，因?yàn)橛辛藯l形支承板1，工件在、上的位置就已被定位，看起來(lái)工件向左移動(dòng)被限制，但向右尚可移動(dòng)，這已不是定位問(wèn)題，應(yīng)由夾緊來(lái)保證工件定位面與夾具定位元件的接觸。在進(jìn)行分件分析時(shí)，先分析現(xiàn)在自由度比較多的定位元件〔通常為主定位元件〕，再逐步分析限制自由度比較少的定位元件，這樣有利于分析定位中組合關(guān)系對(duì)自由度限制的影響。89

圖1-25定位分析方法90綜上所述，在設(shè)計(jì)定位方案時(shí)可從以下幾方面考慮：1〕根據(jù)加工面的尺寸、形狀和位置要求確定所需限制的自由度。2〕在定位方案中，利用總體分析法和分件分析法來(lái)分析是否有欠定位和過(guò)定位，分析中應(yīng)注意定位的組合關(guān)系，假設(shè)有過(guò)定位，應(yīng)分析其是否允許。3〕從承受切削力、夾緊力