零件结构定位基准技术要求

第二节　工件的定位

为了保证工件被加工表面的技术要求，必须使工件相对刀具和机床处于正确的加工位置。确定工件在机床上或夹具中占有正确位置的过程叫做定位。

一、六点定位

1．规则

一个尚未定位的工件，其位置是不确定的。如图10－3所示，在空间直角坐标系中，工件可沿三个坐标轴移动和绕这三个坐标轴转动。通常把这种运动的可能性称为自由度。用分别表示沿X轴、Y轴和Z轴的移动自由度。用、、分别表示绕X、Y、Z轴转动的自由度。

图10－3　工件的六个自由度

用合理分布的六个定位支承点（即用一个支承点限制工件的一个自由度的方法）限制工件的六个自由度，使工件在夹具中的位置完全确定。这就是夹具的六点定位规则。

2．应用

定位时，用来确定工件在夹具中位置所依据的点、线、面称为定位基准。工件的定位基准是多种多样的，故六个定位支承点应根据工件形状和加工要求合理分布。

（1）平面几何体的定位如图10－4所示，工件以A、B、C三个平面为定位基准，其中A面最大，在A面上布置三个支承点1、2、3，限制z^→、、三个自由度，该平面称为主要定位基准面。三个定位支承点所组成的三角形面积越大，工件安放越平稳，也越容易保证其各表面间的位置精度。在侧面B上布置两个支承点4、5，这两点的连线不能与主要定位基准面垂直，可限制工件的x^→、两个自由度，该面称为导向基准面。在最小的平面C上布置一个支承点6，可限制工件的一个自由度，该面称为止推定位基准面。

图10－4　平面几何体的定位

（2）圆柱几何体的定位如图10－5所示，工件的定位基准是长圆柱面的轴线、后端面和键槽侧面。长圆柱面采用中心定位、外圆与V形架呈两直线接触（定位点1、2和4、5），限制了工件的、、、四个自由度；后端面定位支承点3限制了工件的y^→自由度，该支承称为止推支承；键槽内支承点6限制了工件自由度，该支承称为防转支承。

（3）圆盘几何体的定位如图10－6所示，端面定位支承点1、3、4限制了工件的

、、三个自由度；定位销的定位支承点5、6限制了工件的两个自由度；防转支承点2限制了工件的自由度。

通过以上分析，可知：工件加工时应限制的自由度取决于加工要求；定位支承点的布置取决于工件形状。

图10－5　圆柱几何体的定位

图10－6　圆盘几何体的定位

3．注意的问题

（1）正确的定位形式　上述中工件的六个自由度全部被限制，使工件在夹具中具有完全确定的唯一位置，称为完全定位。正确的定位形式除了完全定位外，在满足加工要求的情况下，还可以是不完全定位。如图10－7所示的圆盘工件，装入钻模夹具中钻A孔时，只要孔A中心在以R为半径的圆周上即可，可不要求在圆周上的哪一个位置。因此，就不需要限制工件的全部自由度。这种没有完全限制工件六个自由度的定位，称为不完全定位。

（2）要防止产生欠定位　欠定位是指工件实际定位时，所限制的自由度数目少于按加工要求所必须限制的自由度数目。如加工图10－8所示工件上的键槽时，若y轴方向无定位点，则键槽沿工件轴线方向的尺寸A就无法控制。欠定位无法保证加工质量，往往会产生废品，因此是绝不允许的。

（3）正确处理过定位　过定位是指几个定位支承点同时限制一个自由度的定位。如图10－9所示为在滚齿机上加工齿轮时的定位情况，工件的内孔和端面为定位基准。长心轴限制了工件四个自由度；工件端面又限制了三个自由度。、被重复限制，形成了过定位。

图10－7　圆盘工件

图10－8　工件的欠定位

1—压紧螺母　2—垫圈　3—压板　4—工件

5—支承凸台　6—工作台　7—心轴

图10－9　滚齿时的定位

过定位虽能提高工件的装夹刚性，但对工件的定位精度有影响，一般是不允许的，如果工件的定位基准及夹具中定位元件精度很高时，过定位也可以选择。

二、定位方法和定位元件的选用

工件在夹具中定位，实际是定位支承点布置的具体实施，靠定位元件来完成。定位方法和定位元件的选用，应根据工件加工要求、定位基准的形状特点，确定定位支承点数目和布置方案，进而选定合适的定位元件，以及如何保证工件定位稳定和定位误差最小。

1．工件以平面定位

在机械加工中，大多数工件都以平面作为主要定位基准，如箱体、机体、支架、圆盘等零件。当工件进入第一道工序时，只能使用粗基准定位；在进入后续工序时，则可使用精基准定位。粗基准面常用的定位元件有支承钉（图10－10）、调节支承钉（图10－11）等；精基准面常用的定位元件有支承板（图10－12）和平头支承钉（图10－13）等；在加工大型机体和箱体零件时，为提高平面支承刚度常采用辅助支承（图10－14）等。

图10－10　支承钉

图10－11　调节支承钉

图10－12　支承板

图10－13　平头支承钉

2．工件以外圆柱面定位

工件以外圆柱面定位时，常用的定位元件有V形架、定位套、半圆套等，它们常用作中心定位。

（1）工件在V形架上定位时（图10－5），长V形架可限制四个自由度，短V形架可限制两个自由度。

图10－14　辅助支承

图10－15　定位套

（2）工件在定位套上定位时（图10－15），通常定位套的圆柱面与端面组合定位，可限制工件的五个自由度。图10－15（a）所示的圆柱面限制工件两个自由度；图10－15（b）所示的圆柱面限制工件四个自由度。

（3）工件在半圆套上定位时（图10－16），定位面A置于工件的下方，上套起夹紧作用。

3．工件以圆柱孔定位

工件以圆柱孔定位时，常用定位元件是心轴。根据工件内孔形状的不同，心轴的种类有圆柱心轴（图10－17）、圆锥心轴（图10－18）、螺纹心轴（图10－19）和花键心轴（图10－20）等。

一般长心轴限制四个自由度，短心轴限制两个自由度，长锥度心轴限制五个自由度，短锥度心轴限制三个自由度。

图10－16　半圆套

图10－17　圆柱心轴

图10－18　圆锥心轴

图10－19　螺纹心轴

图10－20　花键心轴

10－21　一面两孔定位

4．工件以一面两孔定位：

当工件以两个轴线互相平行的孔及与孔轴线垂直的平面作为定位基准时，可采用一个短圆柱销，一个短削边销和一个平面作为定位元件来定位，见图10－21。平面限制三个自由度，短圆柱销限制两个自由度，削边销限制一个自由度。该定位方法属完全定位。采用削边销不仅有减小两孔连心线方向上该销直径的作用，而且在垂直两孔连心线方向上直径没有减小，选样既能防止工件的转角误差又便于装配。