工件定位的基本原理

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【摘要】：然而，工件用六点定位原则进行定位时，必须根据具体加工要求，灵活运用，以便用最简单的定位方法，使工件在夹具中迅速获得正确的位置。

6.2.1　工件定位的基本原理

1．六点定位原则

一个刚性物体，在空间是一个自由体，具有6个自由度（如图6-2所示），即沿3个直角坐标轴Ox、Oy、Oz方向的移动和绕这3个轴的转动。要使物体在空间不移动、不转动，就必须限制这6个自由度。在3个相互垂直的坐标平面内，通常用6个支承点来控制工件的6个自由度。如图6-3所示为工件的6点定位，在xOy平面上，被3个支承点限制了3个自由度，即沿Oz轴的移动和绕Ox、Oy轴的转动，这个面称为主基准面；工件在yOz平面上被2个支承点限制了2个自由度，即沿Ox轴的移动和绕Oz轴的转动，这个面称为导向基准面；工件在xOz平面上被一个支承点限制了一个自由度，即沿Oy轴的移动，这个面称为止动基准面。这样合理分布的6个支承点，限制了工件的6个自由度，使工件在空间的位置完全确定，这就是“六点定位原则”。

图6-2　刚体在空间的6个自由度

图6-3　工件的六点定位

在应用工件“六点定位原则”分析定位时，应注意以下几点：

（1）定位支承点与工件定位基准面要始终保持接触，才能起到限制自由度的作用。

（2）分析定位支承点的定位作用时，不考虑力的影响。不要把“定位”和“夹紧”两个概念相混淆。

（3）定位支承点是由定位元件抽象而来的。在夹具中，定位支承点是通过具体的定位元件体现的。某个具体的定位元件可转化为几个定位支承点，要结合其结构来分析。支承点的分布方式与工件的形状有关。

通过以上分析可知，定位就是限制自由度。工件定位基准按其所限制的自由度可分为：主要定位基准面、导向定位基准面、止推（或防转）定位基准面。

2．六点定位原则的运用

定位原则适用于任何形状工件的定位，如果违背这个原理，工件在夹具中的位置就不能完全确定。然而，工件用六点定位原则进行定位时，必须根据具体加工要求，灵活运用，以便用最简单的定位方法，使工件在夹具中迅速获得正确的位置。

（1）完全定位。工件的6个自由度全部被夹具中的定位元件所限制，而在夹具中占有完全确定的唯一位置，称为完全定位。

如图6-4（a）所示的环形工件，要在工件的外圆表面上钻孔。在夹具上布置了6个支承点（见图6-4（b）），工件端面紧贴在支承点1、2、3上，限制3个自由度；工件内孔紧靠支承点4、5限制两个自由度；键槽侧面靠在支撑点6上，限制自由度。如图6-4（c）是这6个支承点所采用定位元件的具体结构，圆台阶面A相当于1、2、3三个支承点；短销B相当于4、5两个支承点；嵌入键槽中的防转销C相当于支承点6一个支承点。

图6-4　完全定位示例

（2）不完全定位。根据具体加工要求，并不需要限制工件的全部自由度，工件定位时在某些方向的移动或转动不影响加工精度，只需要分布与加工要求有关的支承点，用较少的定位元件，就可以达到定位的要求，这种定位情况称为不完全定位。图6-5（a）是5个支承点定位的工件与夹具图，工件以内孔和一个端面在夹具的心轴和平面上定位，限制工件5个自由度，工件绕z轴的转动不影响对小孔ΦD的加工要求。如图6-5（b）所示是4个支承点定位的工件与夹具图，工件以长外圆在夹具的双V形块上定位，限制工件4个自由度，工件绕z轴的转动和沿z轴的移动不影响对槽B的加工要求。

图6-5　不完全定位示例

（3）欠定位。工件实际定位所限制的自由度数目，少于按其加工要求所必须限制的自由度数目称为欠定位。按欠定位方式进行加工，必然无法保证工序所规定的加工要求，因此，欠定位是不允许的。图6-5示例中，缺少对各定位方案中任何一个自由度的限制，均会影响该工件的加工要求。

（4）过定位。同一个自由度被几个支承点重复限制的情况，称为过定位。一般来说，在工件上以形状精度和位置精度很低的面作为定位基准时，不允许出现过定位；以精度较高的面作为定位基准时，为提高工件定位的刚度和稳定性，在一定条件下是允许采用过定位的。

如图6-6中的齿坯2以内孔在心轴5上定位，限制齿坯4个自由度；又以端面在支承凸台3上定位，限制齿坯3个自由度，其中被重复限制了，是过定位。若齿坯内孔与端面的垂直度误差较大，夹紧时将使齿坯或心轴产生变形，影响加工精度，一般不允许。但由于实际生产时，齿坯内孔与端面是在一次安装中车出的，垂直度误差很小。心轴的制造精度更高，产生的较小垂直度误差可以利用心轴和定位孔间的间隙来补偿。这样可以增加定位的可靠性，是允许的。

（5）定位与夹紧的关系。定位与夹紧的任务是不同的，两者不能互相替代。若认为工件被夹紧后位置不能动了，其自由度就都已限制了，这种理解是错误的。如图6-7所示为定位与夹紧关系图，工件在平面支承1和两个圆柱挡销2上定位，工件放在实线位置和虚线位置都可以夹紧，但工件在x方向上的位置不确定，钻出的孔其位置也不确定（出现尺寸A₁和A₂）。只有在x方向上再设置一个挡销时，在x方向才获得确定的位置。另一方面，若认为工件在挡销的反方向仍有移动的可能性，因此位置不定，这种理解也是错误的。定位时，必须使工件的定位基准紧贴在夹具的定位元件上，否则不能称其为定位，而夹紧则使工件不离开定位元件。