工件在夹具中的定位概要课件.ppt

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1、 第二节工件在夹具中的定位第二节工件在夹具中的定位 一、工件定位的基本原理一、工件定位的基本原理 在夹具设计的定位分析中，常用在夹具设计的定位分析中，常用 X、Y、Z 分别表示分别表示 沿沿X轴轴、Y轴和轴和Z轴的移动自由度；图轴的移动自由度；图 X、Y、Z 分别表分别表 示绕示绕X轴、轴、Y轴和轴和Z轴的转动自由度。轴的转动自由度。未定位前的工件即相当于自由刚体，是无法进行加工未定位前的工件即相当于自由刚体，是无法进行加工 的。要使工件在夹具中有一个正确位置，必须对影响工的。要使工件在夹具中有一个正确位置，必须对影响工 件件加加工工面面位位置置精精度度的的自自由由度度加加以以限限制制。在在这

2、这里里用用定定位位支支 承点来约束工件运动自由度以达到工件定位的目的。承点来约束工件运动自由度以达到工件定位的目的。1.1.六点定位原则六点定位原则 要使工件在空间有确定的位置，就必要使工件在空间有确定的位置，就必须约束六个自由度。须约束六个自由度。在机械加工中，要完全确定工件的正确位在机械加工中，要完全确定工件的正确位 置，必须用六个相应的支承点来限制工件的置，必须用六个相应的支承点来限制工件的 六个自由度，称为工件的六个自由度，称为工件的“六点定位原则六点定位原则”。主定位面主定位面XOY-XOY-三个支承点限制三个支承点限制 了了X X、Y Y、Z Z 三个自由度。三个自由度。导向定位面

3、导向定位面XOZ-XOZ-两个支承点限制了两个支承点限制了Y Y、Z Z 两个自由度两个自由度 止推定位面止推定位面ZOY-ZOY-一个支承点限制了一个支承点限制了X X最后一个自由最后一个自由 度度 六点分布的合理配置六点分布的合理配置：主定位面上的三点不能位于同一直线主定位面上的三点不能位于同一直线，否则三点只能，否则三点只能 限制两个自由度的作用。同时三个支承点构成的三角形限制两个自由度的作用。同时三个支承点构成的三角形 越大，则工件定位愈稳定，也就更好的保证工件表面间越大，则工件定位愈稳定，也就更好的保证工件表面间 的位置精度。的位置精度。导向定位面上的两个支承点不能在垂直于主定位面的

4、导向定位面上的两个支承点不能在垂直于主定位面的 同一条直线上，同一条直线上，否则否则Z 的自由度没被限制，而的自由度没被限制，而X 的自由的自由 度却同时被度却同时被XOY与与XOZ上的支承点同时限制，使工件位上的支承点同时限制，使工件位 置反而不能确定。同时两支承点的距离愈远则工件愈稳置反而不能确定。同时两支承点的距离愈远则工件愈稳 固可靠。一般选取工件上窄长表面作为导向定位面。固可靠。一般选取工件上窄长表面作为导向定位面。()完全定位完全定位-有六个支承点，将工件的六个自由有六个支承点，将工件的六个自由度度 全部限制住，使工件在夹具中占有完全确定的位置，这全部限制住，使工件在夹具中占有完全

5、确定的位置，这 种定位方式称为种定位方式称为“完全定位完全定位”。要保证尺寸要保证尺寸H及槽底与及槽底与A面间面间 的平行度为的平行度为a，就要以就要以A面定位面定位 约束住约束住ZXY 三个自由度。三个自由度。要保证尺寸要保证尺寸b及槽侧面与及槽侧面与B面面 的平行度为的平行度为b，要以要以B面为定位面为定位 面，需要约束住面，需要约束住XZ自由度。自由度。要保证尺寸要保证尺寸L，就要约束住就要约束住 Y 自由度。自由度。综合起来，图所示夹具定位方案。综合起来，图所示夹具定位方案。夹具面为主定位面夹具面为主定位面:约束了、三个自由度约束了、三个自由度窄长面为导向定位面窄长面为导向定位面:约束

6、了和两个自由度约束了和两个自由度端面为止推定位面端面为止推定位面:约束了约束了 这样工件的六个自由度完全受到约束，使工件在夹具这样工件的六个自由度完全受到约束，使工件在夹具中处于完全确定的位置中处于完全确定的位置。例例:在链杆上钻大孔在链杆上钻大孔 ()准定位工件在夹具中定位，如果支承点不是六准定位工件在夹具中定位，如果支承点不是六 个，但完全约束了按加工要求需要约束的工件自由度数个，但完全约束了按加工要求需要约束的工件自由度数目时，这种定位方式称为目时，这种定位方式称为“准定位准定位”。如图如图4-5-9所示工件，在加工上表面时，要求保证工所示工件，在加工上表面时，要求保证工 件的厚度尺寸及

7、平行度件的厚度尺寸及平行度a，由分析可知，工件的三个由分析可知，工件的三个自由度自由度ZXY 对加工要求有直接影响，因此在加工前对加工要求有直接影响，因此在加工前必需予以约束。必需予以约束。如图的定位方式如图的定位方式 限制了工件三个自由度，限制了工件三个自由度，剩下剩下XYZ 虽然未虽然未 加以限制，但对保持工序所规定的尺寸和平行度加以限制，但对保持工序所规定的尺寸和平行度要求而言，要求而言，则无丝毫影响。则无丝毫影响。幻灯片 8 注意：在限制工件自由度时，是以未被夹紧为前提的。注意：在限制工件自由度时，是以未被夹紧为前提的。因此这时工件除了纯粹在其自重力作用下，而使其与因此这时工件除了纯粹

8、在其自重力作用下，而使其与定位面保持接触外，别无任何其它外力作用其上。简而言定位面保持接触外，别无任何其它外力作用其上。简而言 之，在分析工件定位问题时，是不考虑夹紧力的影响。之，在分析工件定位问题时，是不考虑夹紧力的影响。通过上例的分析，还可以看出，通过上例的分析，还可以看出，工件在定位中究竟需要工件在定位中究竟需要限制几个自由度，完全是由工件的加工技术要求所决定。限制几个自由度，完全是由工件的加工技术要求所决定。例：例：图图4510工件，在卧式铣床上铣阶梯面时，要求如图所示。工件，在卧式铣床上铣阶梯面时，要求如图所示。要保证尺寸和平行度要保证尺寸和平行度c，需要约束需要约束ZXY三个自由度

9、三个自由度 要保证尺寸和平行度要保证尺寸和平行度d，需要约束需要约束XYZ自由度自由度 共需约束共需约束XXYZZ五个自由度五个自由度 夹具定位方式：夹具定位方式：A面约束面约束ZXY自由度自由度 B面约束面约束XZ自由度自由度 图图4-5-11是在一光轴上铣出一键槽。要求保证尺寸是在一光轴上铣出一键槽。要求保证尺寸+H 以及键槽与轴线的平行度以及键槽与轴线的平行度PX。按此加工要求，按此加工要求，工件可以放在型铁上定位。工件可以放在型铁上定位。V型铁定位与四个支撑点定位效果相同如图型铁定位与四个支撑点定位效果相同如图 V型铁约束了型铁约束了XZXZ四个自由度四个自由度 剩下未限制，但对铣此键

10、槽所规定的技术要求并无剩下未限制，但对铣此键槽所规定的技术要求并无 影响。影响。（3）欠定位）欠定位 工件在夹具中定位，如果根据加工要工件在夹具中定位，如果根据加工要 求应该消除的自由度未被支撑点限制时求应该消除的自由度未被支撑点限制时，称为：称为：“欠定位欠定位”因此，欠定位方式进行加工，必然无法保证工序所规因此，欠定位方式进行加工，必然无法保证工序所规 定的加工技术要求。如图定的加工技术要求。如图4512 (4)过定位过定位 指工件上起各种不指工件上起各种不 同定位作用的定位表面，在定位时，同定位作用的定位表面，在定位时，实际所采用的定位支撑点数目，超实际所采用的定位支撑点数目，超 过规定

11、的数目，因而使工件的位置过规定的数目，因而使工件的位置 反而不确定。称谓反而不确定。称谓:“过定位过定位”。如图如图4513所示所示 用了四个定位支承点去限制上述三用了四个定位支承点去限制上述三 个自由度，则必然会出现同一个自个自由度，则必然会出现同一个自 由度同时被两个或两个以上的定位由度同时被两个或两个以上的定位 支承点所重复限制的矛盾。这一矛支承点所重复限制的矛盾。这一矛盾便造成工件定位的不确定违反了盾便造成工件定位的不确定违反了工件定位的目的。这是所不希望出工件定位的目的。这是所不希望出现的。但在实际生产中常常遇到现的。但在实际生产中常常遇到。幻灯片 6幻灯片 5例：例：在滚齿机（或插

12、齿机）上加工齿轮时，见图在滚齿机（或插齿机）上加工齿轮时，见图4-5-14 工件孔套在长心轴上，限制工件孔套在长心轴上，限制X XY YX XY Y自由度自由度 工件靠住支撑凸台平面，限制三个自由度工件靠住支撑凸台平面，限制三个自由度Z ZX XY Y 这属于超定位。这属于超定位。是被心轴和支承凸台所重复限制的。是被心轴和支承凸台所重复限制的。因此，这里发生重复限制同一自由度的矛盾。因此，这里发生重复限制同一自由度的矛盾。过定位方式实际上能否允许采用，也主要是从这一矛过定位方式实际上能否允许采用，也主要是从这一矛 盾所造成的后果来判断和取舍的盾所造成的后果来判断和取舍的。虽然形式上属于过定位，

13、但虽然形式上属于过定位，但 是重复限制相同自由度的定位支承是重复限制相同自由度的定位支承 点之间，并未互相干涉或冲突，则点之间，并未互相干涉或冲突，则 这种过定位方式仍属可用这种过定位方式仍属可用。例，图例，图4514齿轮坯上作为定位基准的齿轮坯上作为定位基准的 内孔和端面，往往是在一次装夹中一同加内孔和端面，往往是在一次装夹中一同加 工出来的，内孔和端面具有很高的垂直度。工出来的，内孔和端面具有很高的垂直度。虽然虽然XY被重复限制，但因为定位基准之被重复限制，但因为定位基准之 间保证了较高的位置精度，并不会引起相干间保证了较高的位置精度，并不会引起相干 涉和冲突。涉和冲突。幻灯片 10实质上

14、，这时所限制的自由度，仍然只有五个实质上，这时所限制的自由度，仍然只有五个XYZXY 并非七个。由此可见，象这种只不过是形式上的过定位，实际上并非七个。由此可见，象这种只不过是形式上的过定位，实际上 是完全可用的。是完全可用的。根据定位基本定律的分析已属过定位，而且重复限制相同自根据定位基本定律的分析已属过定位，而且重复限制相同自 由度的定位支承点之间，又存在严重的干涉和冲突，以致造成工由度的定位支承点之间，又存在严重的干涉和冲突，以致造成工 件或夹具的变形，从而明显影响定位精度，则对这种类型的过定件或夹具的变形，从而明显影响定位精度，则对这种类型的过定 位，严禁采用。位，严禁采用。例图例图4

15、515所示，图所示，图4516所示所示幻灯片 92.定位分析小结定位分析小结 (1)(1)工件在夹具中定位正确与否，可先将各式各样的工件在夹具中定位正确与否，可先将各式各样的 定位元件转化成支承点，然后按定位基本原理来分析定位元件转化成支承点，然后按定位基本原理来分析。(2)工件应该消除的自由度数目，由工件在该工序的加工件应该消除的自由度数目，由工件在该工序的加 工要求所决定。工要求所决定。但是，有时为了安全可靠或减少夹紧力但是，有时为了安全可靠或减少夹紧力 等，定位元件实际限制工件自由度数目可多于按工序要等，定位元件实际限制工件自由度数目可多于按工序要 求必需消除的自由度数目，如图求必需消除

16、的自由度数目，如图4-5-17但不包括重复定位但不包括重复定位 情况。情况。(3)根据加工要求，采用根据加工要求，采用“完全定完全定 位位”、“准定位准定位”都是合理的，都是合理的，“欠定欠定 位位”是不允许的。是不允许的。当支承点数目虽然等于或多于需要当支承点数目虽然等于或多于需要 消除的自由度数目，但并未完全限消除的自由度数目，但并未完全限 制应消除的自由度时，仍属于制应消除的自由度时，仍属于“欠欠 定位定位”，甚至即是，甚至即是“欠定位欠定位”又是又是“过定位过定位”。例图例图4-5-18 (4)(4)正确处理过定位正确处理过定位 过过 定位一般应避免，但在设计定定位一般应避免，但在设计

17、定 位方案时，不能简单地肯定或位方案时，不能简单地肯定或 否定，应根据具体情况作具体否定，应根据具体情况作具体 分析。如果需要采用过定位，分析。如果需要采用过定位，应该使其所产生的不良后果减应该使其所产生的不良后果减 小到允许的程度。小到允许的程度。(5)当定位元件本身能沿某当定位元件本身能沿某 方向移（或转）动时，则将失去方向移（或转）动时，则将失去 限制工件在该方向上移（或转）限制工件在该方向上移（或转）动的能力。动的能力。如图如图4-5-18所示，所示，本来一般短形块具有两个支承点的作用，限制工件的本来一般短形块具有两个支承点的作用，限制工件的 两个自由度，但这里因活动形块能沿轴向移两个

18、自由度，但这里因活动形块能沿轴向移 动，失去限制动，失去限制 的能力，而只保留了限制工件的能力，而只保留了限制工件 自由度自由度 的能力的能力课件4-5-2-1.ppt-1 二、常见的定位方式及定位元件二、常见的定位方式及定位元件 1.1.工件以平面定位工件以平面定位 例如，一般箱体、机座、支架、杠杆、园盘、板状等零例如，一般箱体、机座、支架、杠杆、园盘、板状等零 件，在加工平面和孔时，都要用平面作为定位基准件，在加工平面和孔时，都要用平面作为定位基准 (1)工件以粗基准定位时用的球头支承或滚花支承钉工件以粗基准定位时用的球头支承或滚花支承钉 如图如图4-5-19所示的球头支承钉所示的球头支承

19、钉 (2)工件以精基准定位时用的平工件以精基准定位时用的平 头支承钉和支承板常用图头支承钉和支承板常用图4-5-20所示所示 (3)可调支承可调支承 是指这种支承的高度可调。是指这种支承的高度可调。可调支承结构主要用于毛坯，而又以粗定位时，尤可调支承结构主要用于毛坯，而又以粗定位时，尤其在中、小批生产。例图其在中、小批生产。例图4-5-22所示，例图所示，例图4-5-23 (4)自位支承（或称浮动支承）自位支承（或称浮动支承）指支承本身在定位过程中所处的指支承本身在定位过程中所处的 位置，是随工件定位基准面位置的位置，是随工件定位基准面位置的 变化而自动适应的。变化而自动适应的。如图如图4-5

20、-24所示。所示。2.2.工件以圆孔定位工件以圆孔定位 套筒、轮盘等零件常以圆孔作为主要定位基准，与套筒、轮盘等零件常以圆孔作为主要定位基准，与 之相应的定位元件，常用定位销和定位心轴以及定心夹之相应的定位元件，常用定位销和定位心轴以及定心夹 紧装置等紧装置等.常用的刚性心轴有三种形式见图常用的刚性心轴有三种形式见图4-5-25所示。所示。定位销一般可分为固定式和可换式两种。定位销一般可分为固定式和可换式两种。图图4-5-26所示所示,为固定式定位销的几种典型结构。为固定式定位销的几种典型结构。图图4-5-274-5-27所示所示,为可换式定位销，以便定期维修更换。为可换式定位销，以便定期维修

21、更换。注意注意:工件以圆孔定位时，与上述心轴或定位销等元件的工件以圆孔定位时，与上述心轴或定位销等元件的 接触，可以看成是圆柱面与圆柱面的接触。这时，接触接触，可以看成是圆柱面与圆柱面的接触。这时，接触面面 的长短不一样的长短不一样,所限制自由度的数目也不一样所限制自由度的数目也不一样.(1)(1)接接触触面面较较长长 如如图图4-5-284-5-28中中（），a a 这这时时算算作作长销，相当于四个定位支承点，限制四个自由度长销，相当于四个定位支承点，限制四个自由度X XY Y XY (2)接触较短接触较短 如图如图4-5-284-5-28中（），中（），b b,这时算作短销，相这时算作短销

22、，相 当于两个定位支承点，限制两个当于两个定位支承点，限制两个 自由度自由度X XY Y 图图4529所示的套筒、空心轴所示的套筒、空心轴 等工件是以圆孔在菊花顶针（用于等工件是以圆孔在菊花顶针（用于 粗基准），锥形闷头（用于精基准）等锥形定位元件上粗基准），锥形闷头（用于精基准）等锥形定位元件上 定位。在某些钻孔工序中，工件定位。在某些钻孔工序中，工件 常以圆孔在常以圆孔在 图图4530 所示的平头锥锥上定位所示的平头锥锥上定位。幻灯片 83.工件以圆锥孔定位工件以圆锥孔定位 (1)(1)接触较长的图接触较长的图()，相当于，相当于 五个定位支承点，限制五个自由度五个定位支承点，限制五个自由

23、度 X XY YZ ZY YZ Z(2)(2)接触面较短（）相当三个定位支承点，限制三个自接触面较短（）相当三个定位支承点，限制三个自 由度由度X XY YZ Z这里要注意，一个顶针可以转化为三个定位这里要注意，一个顶针可以转化为三个定位 支承点，而两个顶针组合使用时，并不等于可转化为六支承点，而两个顶针组合使用时，并不等于可转化为六 个定位支承点。个定位支承点。4.4.工件以外圆定位工件以外圆定位 有许多工件在加工时，是以其外圆作为定位基准来定位的。根有许多工件在加工时，是以其外圆作为定位基准来定位的。根据外圆表面的完整程度和加工要求，可在圆孔或型铁中定位据外圆表面的完整程度和加工要求，可在

24、圆孔或型铁中定位 圆柱面与一平面接触的情形：圆柱面与一平面接触的情形：（1 1）接触线较长时，图中（）相当于两个定位支承点，限制）接触线较长时，图中（）相当于两个定位支承点，限制 两个自由度两个自由度Z ZX X（2 2）接触线较短时，图中（）相当于一个定位支承点，限制接触线较短时，图中（）相当于一个定位支承点，限制 一个自由度一个自由度Z Z外圆面与型铁接触：外圆面与型铁接触：（1 1）接触线较长时，图中（）相当于四个定位支承点，限制四）接触线较长时，图中（）相当于四个定位支承点，限制四 个自由度个自由度X XZ ZX XZ Z（2 2）接触线较短时，图中（）相当于两个定位支承点，限制接触线较短时，图中（）相当于两个定位支承点，限制 两个自由度两个自由度X XY Y圆柱面与圆锥面接触方式，如图圆柱面与圆锥面接触方式，如图4535 三三.常用典型夹紧机构常用典型夹紧机构 1.1.斜楔夹紧机构斜楔夹紧机构 图图-所示。所示。2.偏心夹紧机构偏心夹紧机构圆偏心夹紧结构圆偏心夹紧结构,如图如图4-5-37所示所示偏心压板夹紧结构，如图偏心压板夹紧结构，如图4-5-38所示所示.3.3.螺旋夹紧机构螺旋夹紧机构 如图如图-所示所示 4.4.螺钉压板型夹紧机构螺钉压板型夹紧机构 如图如图-所示所示