工件的定位原理及方法简介电子教案.doc

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1、Good is good, but better carries it.精益求精，善益求善。工件的定位原理及方法简介-工件以一面两孔定位时，为什么要用一个圆柱销和一个菱形销且菱形销怎么是限制一个自由度？一个零件有六个自由度，平移四向、上下两向、旋转两向。一销可消除平移四向、旋转一向和向下移动三个自由度，再加一销会产生过定位问题，所以，改用菱形销，只留一个向上的自由度。自由度有计算公式，点、线接触为高付，面接触为低付。平面自由度计算公式F=3n-(2p+3q),n为自由构件数目（不含支架），p为低副数，q为高副数目数控机床上工件定位的原理在机械加工过程中为确保加工精度，在数控机床上加工零件时，必

2、须先使工件在机床上占据一个正确的位置，即定位，然后将其夹紧。这种定位与夹紧的过程称为工件的装夹。用于装夹工件的工艺装备就是机床夹具。1工件定位的基本原理六点定位厦理工件在空问具有六个自由度，即沿x、y、z三个直角坐标轴方向的移动自由度和绕这三个坐标轴的转动自由度因此，要完全确定工件的位置，就必须消除这六个自由度，通常用六个支承点(即定位元件)来限制关键的六个自由度，其中每一个支承点限制相应的一个自由度，在如y平面上，不在同一直线上的三个支承点限制了工件的王、于三个自由度，这个平面称为主基准面；在平面上沿长度方向布置的两个支承点限制了工件的拿两个自由度，这个平面称为导向平面；工件在xoz乎面上，

3、被一个支承点限制了，一个自由度，这个平面称为止动平面。工件的六个自由度综上所述，若要使工件在央具中获得唯一确定的位置就需要在夹具上合理设置相当于定位元件的六个支承点使工件的定位基准与定位元件紧贴接触，即可消除工件的所有六个自由度这就是工件的六苣定位原理。工件的六点定位(2)六点定位原理的应用六点定位原理对于任何形状工件的定位都是适用的，如果违背这个原理，工件在央具中的位置就不能完全确定。然而用工件六点定位原理进行定位时，必须根据具体加工要求灵活运用工件形状不同t定位表面不同，定位点的分布情况会各不相同，宗旨是使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。工件应限自由度的确定完全定位。

4、工件的六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。不完全定位。根据工件加工表面的不同加工要求定位支承点的数目可以少于六个。有些自由度对加工要求有影响，有些自由度对加工要求无影响，只要确定与加工要求有关的支承点，就可以用较少的定位元件达到定位的要求，这种定位情况称为不完全定位。不完全定位是允许的，下面举例说明。在数控机床上工件定位与装夹的重要性五点定位钻削加丁小孔，工件以内孔和一个端面在夹具的心轴和平面上定位，限制工件五个自由度，相当于五个支承点定位。工件绕心轴的转动；不影响对小孔tD的加工要求。四点定位铣削加工通槽B，工件以长外圆在夹具的双v形块上定

5、位，限制工件的四个自由度，相当于四个支承点定位。工件的f、i两个自由度不影响对通槽B的加工要求。欠定位。按照加工要求应该限制的自由度投有被限制的定位称为盆定位。欠定位是不允许的+斟为欠定位保证不了加工要求。如铣削零件上的通槽，应该限制三个自由度以保证槽底面与A面的平行度及尺寸两项加工要求；应该限制两个自由度以保证槽侧面与B面的平行度及尺寸30mmolmm两项加工要求；自由度不影响通槽加工，可以不限制。如果没有限制就无法保证；如果莹、或萝没有限制，槽底与A面的平行度就不能保证。欠定位示例过定位。工件的一个或几个自由度被不同的定位元件重复限制的定位称为过定位。当过定位导致工件或定位元件变形，髟响加

6、丁精度时。应该严禁采用。但当过定位并不影响加工精度，反而对提高加工精度有利时，也可以采用，要具体情况具体分析。常见的几种过定位示例(3)定位与夹紧的关系定位与夹紧的任务是不同的，两者不能互相取代。若认为工件被夹紧后，其位置不能动了，所以自由度都已限制了，这种理解是错误的定位与夹紧的关系，工在支承平面1和两个长圆柱销2上定位，工件放在实线和虚线位置都可以被夹紧，但是工件在x方向的位置不能确定，钻出的孔其位置也不确定(出现尺寸A和A)。只有在x方向设置一个挡销时，才能保证钻出的孔在x方向获得确定的位置。另一方面，若认为工件在挡销的反方向仍然有移动的可能性，因此位置不确定，这种理解也是错误的。定位时

7、，必须使工件的定位基准紧贴在夹具的定位元件上，否则不称其为定位，而夹紧是使工件不离开定位元件。六点定位原理百科名片六点定位原理是指工件在空间具有六个自由度，即沿x、y、z三个直角坐标轴方向的移动自由度和绕这三个坐标轴的转动自由度。因此，要完全确定工件的位置，就必须消除这六个自由度，通常用六个支承点（即定位元件）来限制工件的六个自由度，其中每一个支承点限制相应的一个自由度。目录六点定位原理的应用工件的定位1. l）完全定位2. 2）不完全定位3. 3）欠定4. 4）过定位工件定位的实质避免过定位的措施六点定位原理的应用工件的定位1. l）完全定位2. 2）不完全定位3. 3）欠定4. 4）过定位

8、工件定位的实质避免过定位的措施展开六点定位原理的应用六点定位原理对于任何形状工件的定位都是适用的，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，用工件六点定位原理进行定位时，必须根据具体加工要求灵活运用，工件形状不同，定位表面不同，定位点的布置情况会各不相同，宗旨是使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。工件的定位l）完全定位工件的六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惟一位置，称为完全定位。2）不完全定位根据工件加工表面的不同加工要求，定位支承点的数目可以少于六个。有些自由度对加工要求有影响，有些自由度对加工要求无影响，这种定位情况称为不

9、完全定位。不完全定位是允许的，3）欠定位按照加工要求应该限制的自由度没有被限制的定位称为欠定位。欠定位是不允许的。因为欠定位保证不了加工要求。4）过定位工件的一个或几个自由度被不同的定位元件重复限制的定位称为过定位。当过定位导致工件或定位元件变形，影响加工精度时，应该严禁采用。但当过定位并不影响加工精度，反而对提高加工精度有利时，也可以采用。各类钳加工和机加工都会用到。工件定位的实质工件定位的实质就是使工件在夹具中占据确定的位置，因此工件的定位问题可转化为在空间直角坐标系中决定刚体坐标位置的问题来讨论。在空间直角坐标系中，刚体具有六个自由度，即沿X、Y、Z轴移动的三个自由度和绕此三轴旋转的三个

10、自由度。用六个合理分布的支承点限制工件的六个自由度，使工件在夹具中占据正确的位置，称为六点定位法则。人们在阐述六点定位法则时常以图1所示铣不通槽的例子来加以说明：a1、a2、a3三个点体现主定位面A，限制X、Y方向的旋转自由度和Z方向的移动自由度；a4、a5两个点体现侧面B，限制X方向的移动自由度和Z方向的旋转自由度；a6点体现止推面C，限制Y方向的移动自由度。这样，工件的六个自由度全部被限制，称为完全定位。当然，定位只是保证工件在夹具中的位置确定，并不能保证在加工中工件不移动，故还需夹紧。定位和夹紧是两个不同的概念。避免过定位的措施1.提高夹具定位面和工件定位基准面的加工精度是避免过定位的根

11、本方法。2.由于夹具加工精度的提高有一定限度，因此采用两种定位方式组合定位时，应以一种定位方式为主，减轻另一种定位方式的干涉，如采用长芯轴和小端面组合或短芯轴和大端面组合，或工件以一面双孔定位时，一个销采用菱形销等。从本质上说，这也是另一种提高夹具定4位面精度的方法。3.利用工件定位面和夹具定位面之间的间隙和定位元件的弹性变形来补偿误差，减轻干涉。在分析和判断两种定位方式在误差作用下属于干涉还是过定位时，必须对误差、间隙和弹性变形进行综合计算，同时根据工件的加工精度要求才能作出正确判断。从广义上讲，只要采用的定位方式能使工件定位准确，并能保证加工精度，则这种定位方式就不属于过定位，就可以使用。

12、第二节工件定位原理任何一个工件在夹具中未定位前，都可看成为在空间直角坐标系中的自由物体，即都有六个自由度：沿三个坐标轴的移动自由度，和绕三个坐标轴转动的转动自由度。工件定位的实质就是用定位元件来阻止工件的移动或转动，从而限制工件的自由度。图9-5六个自由度物体的六个自由度六点定位原理：图9-6六点定位在机械加工中，要完全确定工件在夹具中的正确位置，必须用六个相应的支承点来限制工件的六个自由度，称为“六点定位原理”。六点定位原理动态演示一、完全定位工件在夹具中定位，若六个自由度都被限制时，称为完全定位。图9-2a所示的零件，在加工D孔时要求孔中心线垂直于底面，并保证尺寸A和B。由此可见，在钻孔工

13、序中，工件的六个自由度必须被完全限制，才能保证技术要求。其定位方案如图92b所示。其底面的二个支承板（相当于一个面）可抽象为三个支承点限制三个自由度；左侧面的二个支承钉可抽象为二个支承点限制二个自由度；后面的一个支承钉可抽象为一个支承点限制Y一个自由度。这样，工件的六个自由度被这抽象出的六个点完全限制，从而实现工件的完全定位（见图97c），在机床工作台或夹具上只要工件紧靠这些支承，位置就被确定。(a)(b)(c)图9-7工件钻孔工序定位方案分析a）工序图b）定位方案c）自由度分析图9-3为加工连杆小头孔时的定位方案。夹具的支承面1相当于三个支承点，限制Z、X、Y三个自由度，短圆销2相当于二个支

14、承点，限制X、Y两个自由度，挡销3相当于一个支承点，限Z自由度。工件定位时，六个自由度被完全限制，也是完全定位。二、不完全定位不完全定位也称部分定位。在定位过程中，根据加工要求，没有必要限制工件的全部自由度，这样的定位，称为不完全定位。例如，在车床上车一轴径，要求保证直径的尺寸精度。在工件装夹过程中，三爪夹盘眼制四个自由度，而工件沿主轴中心线的移动和转动这两个自由度没有被限制，也没有必要限制，就可保证直径的尺寸精度。再如，在一个光轴上铣键槽时，因键槽在四周上的位置无任何要求，故绕工件轴线转动的自由度不必限制，只需限制住其余五个自由度即可。显然上述这两例都是不完全定位。三、欠定位根据工件的加工要

15、求，应该限制的自由度没有被限制的定位，称为欠定位。欠定位无法保证加工精度，是绝对不允许存在的。例如，在图92中若去掉xOZ平面上的支承点，则尺寸B的精度就无法保证。显然这种欠定位是不允许的。四、过定位过定位也叫重复定位。它是指几个定位支承点重复限制一个或几个自由度的定位。工件是否允许过定位存在应根据具体情况而定。工件以形状精度和位置精度很低的毛坯表面作为定位基准时，往往会引起工件无法安装或工件本身的很大弹性变形，所以不允许出现过定位；而对于采用形位精度很高的表面作为定位基谁时，为了提高工件定位的稳定性和刚度，在一定的条件下是允许采用过定位的，所以不能机械地一概否定过定位。图9-4a为加工连杆小

16、头孔时的定位方案，由于使用了长圆销，且配合较紧，故限制了工件的X、Y、X、Y四个自由度，而底面支承板限制了X、Y、Z三个自由度。显然在X、Y方向出现了过定位。若连杆小头孔中心线与端面有较大的垂直度误差，则夹紧时会使连杆发生弹性变形，若在此情况下进行加工，则小孔与端面的垂直度就无法保证。若将长销改为短销，则可消除过定位，很容易保证小头孔中心线与端面的垂直度（见图9-3）。图94b表示了一面两销定位情况。两个短销同时限制了X自由度，当孔心距误差较大时，会出现工件无法装入的清况。为消除过定位，可将其中的一个销在x方向进行削边，从而使削边销不限制X自由度（见第3节）a)连杆定位b）工件以一面两销定位图

17、9-8连杆定位方案图图99二种过定位情况910滚齿时齿坯的过定位图910给出了合理使用过定位的实例。在滚齿机上加工齿形时，工件以内孔和一端面作为定位基准，但由于齿坯加工时已经保证了内孔和端面的很高的垂直度，而定位心轴和支承凸台也保证了很高的垂直度，即使它们存在一定程度的垂直度误差，还可以通过工件内孔与心轴配合的间隙来补偿。因此这种过定位很好地保证了加工中工件的刚性和稳定性，有利于保证精度。在此类情况下，过定位反而是必要的。第二节：工件的安装与基准2工件的安装与基准工件的安装可分为定位和夹紧两个过程。在进行机械加工时，必须把工件放在机床上，使它在夹紧之前就占有一个正确的位置，称为定位。在加工过程

18、中，为了使工件能承受切削力，并保持其正确的位置，还必须把它压紧或夹牢，称为夹紧。2.1工件的安装安装的正确与否直接影响加工精度，安装是否方便和迅速，又会影响辅助时间的长短，从而影响到加工的生产率。因此，工件的安装对于加工的经济性、质量和效率有着重要的作用，必须给以足够的重视。在各种不同的生产条件下加工时，工件可能有不同的安装方法，但归纳起来大致有三种主要的方法：1直接找正安装工件的定位过程可以由操作工人直接在机床上利用千分表、高度尺、划线盘等工具，找正某些有相互位置要求的表面，然后夹紧工件，称之为直接找正装夹。形状简单的工件，直接找正工件相关表面；复杂的工件，按图纸要求，先在工件表面上划出加工

19、表面的位置线，再按划线找正安装。直接找正安装比较费时，而且找正精度的高低主要取决于所用工具或仪表的精度，以及工人的技术水平，定位精度不易保证，生产率较低，但定位精度可以很高，适合于单件小批量生产或在精度要求特别高的生产中使用。2划线找正安装这种装夹方法是按图纸要求在工件表面上划出位置线以及加工线和找正线，装夹工件时，先在机床上按找正线找正工件的位置，然后夹紧工件，例如，要在长方形工件上镗孔（图124），可先在划线平台上划出孔的十字中心线，再划出加工线和找正线(找正线和加工线之间的距离一般为5mm）。然后将工件安放在四爪单动卡盘上轻轻夹住，转动四爪单动卡盘，用划针检查找正线，找正后夹紧工件。划线

20、装夹不需要其它专门设备，通用性好，但生产效率低，精度不高(一般划线找正的对线精度为01mm左右），适用于单件，中小批生产中的复杂铸件或铸件精度较低的粗加工工序。图12-4按划线找正装夹夹3用夹具安装工件安装在为其加工专门设计和制造的夹具中，无需进行找正，就可迅速而可靠地保证工件对机床和刀具的正确相对位置，并可迅速夹紧。但由于夹具的设计、制造和维修需要一定的投资，所以只有在成批生产或大批大量生产中，才能取得比较好的效益。对于单件小批生产，当采用直接安装法难以保证加工精度，或非常费工时，也可以考虑采用专用夹具安装。例如，为了保证车床床头箱箱体各纵向孔的位置精度，在镗纵向孔时，若单靠人工找正，既费事

21、，又很难保证精度要求，因此，有条件的话可考虑使用镗模夹具，如图12-5所示。上述三种装夹方法，都遇到工件应该怎样定位的问题，下面从定位原理开始介绍什么是工件的定位和怎样实现工件的定位。图12-5用镗模镗孔2.2工件的定位原理1.六点定位原理任何一个没有受约束的物体,在空间都具有六个自由度，也就是沿三个互相垂直坐标轴的移动和绕这三个坐标轴的转动。以图12-6所示的长方体为例,三个平移运动分别是沿x、y、z的平移运动，记为,；三个转动分别是绕x，y，z轴的转动,记为，。如果采取一定的约束措施，消除物体的全部或部分自由度，则物体被完全定位，这样工件的位置就能够在规定的方向上被确定，以保证加工要求。图

22、12-6自由度示意图图12-7长方体工件的定位分析例如在讨论长方体工件的定位时，可以在其底面布置3个不共线的约束点1，2，3（图12-7a）；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、和三个自由度；约束点4，5可以限制和两个自电度；约束点6可以限制1个自由度。这就完全限制了长方体工件的6个自由度。在实际应用中，常把接触面积很小的支承钉看作是约束点，即按上述位置布置6个支承钉，可限制长方体工件的6个自由度（图12-7b）。无论工件的形状和结构怎么不同，它们的六个自由度都可以用按一定规律分布的六个支承点来限制，使工件在夹具中的位置完全确定，这就是六点定位原理。

23、2工件定位的几种情况根据限制工件自由度的不同，工件的定位有下列几种情况：1）完全定位和不完全定位根据工件加工面的位置度（包括位置尺寸）要求，有时需要限制6个自由度，有时仅需要限制1个或几个（少于6个）自由度。前者称作完全定位，后者称作不完全定位。如铣削一平面，只需要限制三个自由度。2）欠定位和过定位（重复定位）若工件的工序加工要求应该限制的那个方向的自由度实际上没有全部被限制，这种现象称为欠定位。发生欠定位现象就无法保证工序加工要求，是夹具设计中的严重错误，不允许出现。值得注意的是，欠定位与不完全定位虽然在形式上是一们的，都属于定位支承点数少于工件的六个自由度数，但欠定位是不能保证工件加工要求

24、的。工件在定位时，同一个自由度被两个或两个以上约束点约束，这样的定位被称为过定位（或称定位干涉）。过定位是否允许，应根据具体情况进行具体分析。一般情况下，如果工件的定位面为没有经过机械加工的毛坯面，或虽经过了机械加工、但仍然很粗糙，这时过定位是不允许的。如果工件的定位面经过了机械加工，并且定位面和定位元件的尺寸、形状和位置都做得比较准确，比较光整，则过定位不但对工件加工面的位置尺寸影响不大，反而可以增强加工时的刚性，这时过定位是允许的。3.工件的夹紧定位后必须通过一定的装置产生夹紧力把工件固定，使工件保持在准确的加工位置上，否则在加工过程中，因切削力、惯性力等力的影响，而发生位置变化或引起振动

25、破坏了原来准确的定位，无法保证加工要求。这种把工件压紧夹牢的装置，通常是由夹具的夹紧装置来完成的。2.3基准在零件的设计和制造过程中，要确定一些点、线或面的位置，必须以一些指定的点、线或面作为依据，这些作为依据的点、线或面称为基准。按照作用的不同，常把基准分为设计基准和工艺基准两类。1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以及零件本身结构要素的相互位置关系，确定标注尺寸（或角度）的起始位置。这些尺寸（或角度）的起始位置作设计基准。简言之，设计基准即设计时在零件图纸上所使用的基准。设计基准可以是点，也可以是线或者面。例如，在图12-8中所示的阶梯轴，端面1和中心线2就是设计基

26、准。图12-8设计基准举例图12-9齿轮1-端面2-中心线2.工艺基准工艺基准即在制造零件和装配机器的过程中所使用的基准。最常用的工艺基准有工序基准、定位基准、测量基准和装配基准。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、位置的基准，称为工序基准。设计工序基准时，主要应考虑如下三个方面的问题：（1）应首先考虑用设计基准为工序基准；（2）所选工序基准应尽可能用于工件的定位和工序尺寸的检查；（3）当采用设计基准为工序基准有困难时，可另选工序基准，但必须可靠的保证零件设计尺寸的技术要求。2）定位基准工件在加工过程中，用于确定工件在机床或夹具上的正确位置的基准称为定位基准。定位

27、基准还可进一步分为：粗基准、精基准，另外还有辅助基准。例如车削图129所示齿轮轮坯的外圆时，若用已经加工过的内孔将工件安装在心轴上，则孔的轴线就是外圆和左端面的定位基准。必须指出的是，工件上作为定位基准的点或线，总是由具体表面来体现的，这个表面称为定位基准面。例如图129所示齿轮孔的轴线，并不具体存在，而是由内孔表面来体现的，所以确切地说，上例中的内孔是加工外圆的定位基准面。（1）粗基准和精基准未经机械加工的定位基准称为粗基准，经过机械加工的定位基准称为精基准。机械加工工艺规程中第一道机械加工工序所采用的定位基准都是粗基准。（2）辅助基准零件上根据机械加工工艺需要而专门设计的定位基准，称为辅助基准。例如。轴类零件常用顶尖孔定位，顶尖孔就是专为机械加工工艺而设计的辅助基准。3）测量基准在加工中或加工后用来测量被加工表面的形状、位置和尺寸误差所依据的基准，称为测量基准。4）装配基准在装配时用来确定零件或部件在产品中的相对位置所采用的基准，称为装配基准。为了便于掌握上述关于基准的分类。可以用框图归纳如下（图12-10）：图12-10基准的分类-