工件组合定位和自由度分析
工件组合定位和自由度分析详解
x y ；V2 次参限制了y ；
结果
y
仍重复限制。
三、定 位 形 式
工件完全定位
在夹具中限制 工件的自由度
不完全定位 欠定位 过定位
加工时，工件的六个自由 度被完全限制了的定位
在满足加工要求的前提下， 工件的六个自由度没有被完 全限制的现象
根据加工要求应该限制的自 由度而没有限制的现象
工件的某个自由度被重复限 制的现象称为过定位
x z 固定顶尖1限制了：
y
活动顶尖2限制了：
yz
x z y 固定顶尖为首参，限制了：
活动顶尖 y z
例5 如图2.32工件以外圆柱在两V形块上定位，分析各元 件限制的自由度。
图2.32 V形块组合定位分析右－V1、左－V2
单个定位时：
V1 限制了：x y
｝
V2 限制了： y
y 两次重复限制，V1 首参限制了
2)首参定位元件限制移动自由度的作用不变； 3)让次参定位元件相对首参定位元件在重复限制移动自由 度的方向上移动，引起工件的动向就是次参定位元件限制的 自由度。
3、应用举例 例1 如图2.28工件以两孔一面在两销一面上定位，分析各元 件限制的自由度。
图2.28 两销一面
单个定位时： 支承平面：限制了：
y
y 浮动双支承：
6．支承大平面：xyz活动锥坑：
工件自由度的限定分析
的限定分析
典型零件定位方案（自由度分析及应用），定位元件（合理选择、设计及应用）。
定位、夹紧
工件六自由度
六点定位原则
不同定位形式
夹具应用领域定位应用广泛多变，定位分析是难点及重点问题。
万变不离其宗以不变应万变
五套教具模型的展示，说明夹具的广泛性应用。
自动
控
制
的
翻
转
式
夹
具
车工实训中车削的小轴及工艺装备
小轴加工工艺规程
三爪自定心卡盘装夹，粗车小轴毛坯
长圆柱面接触，限制了工件的4个自由度
车外圆时装夹短可以吗？
装夹的牙数不可
少于两排，否则
工件就不牢靠
短圆柱面接触，仅限制了工件的2个自由度
小轴加工工艺规程
“一夹一顶”车削小轴上的螺纹（实训操作录像）
小轴刚性小，两面同时切削并且加工中需要走多刀。
燃油发动机连杆钻削用夹具
连杆种类多样，
又是批量生产零件
典型连杆零件（大批量）
对于孔的加工 用钻削方式 如何定位呢？
保证连杆小端孔
尺寸及位置精度
平面与外圆弧面组合
1 - 固定V型块
2 – 活动V型块1 2定位元件：平面，一个固定V型块，和一个活动V型块；
六自由度的全定位
平面与两V型块组合分析结果
活动V型块和固定
V型块 联合限制：
平面限制：
固定微型块限制：
选择面分析以下两个零件，确定典型面的定位方案，并选择定位元件类型。
大批量生产典型件
需要设计专用夹具小批量生产典型件运用通用夹具或组合夹具
分小组完成给定零件定位方案的确定，分小组完成相应定位元件的选择。（至少要选择四个加工表面）
参考资料：
1）参考PPT及相关的图形及任务书要求。
2）定位分析课件（手机用Android版）一套。
3）夹具设计手册一本。
4）教学参考资料电子包一个。
工件的定位6个自由
二、 工件定位的基本原理
1．六点定则 工件所具有的运动的可能性，称为工件的自由度。如果把工件放 在空间直角坐标系中来描述，如图13-2所示，则工件具有六个自由 度，即沿x、y、z轴移动和绕x、y、z轴转动的六个自由度，可分 别用x~、y~、z~表示沿x~、y~、z~轴移动的自由度。
工件的定位，实质上就是限制工件应该被限制的自由度。即， 若要确定工件在某坐标方向上的位置，就需且只需用一个定位支 承点限制工件在该方向上的自由度，用六个合理布置的定位支承 点限制工件的六个自由度，就可使工件的位置完全确定，此称为 工件定位的“六点定位”
证工件的加工技术要求。
•
工件在夹具中的定位，并不是用定位支承点，而是用各种不
同结构与形状的定位元件与工件相应的定位基准面相接触或配合
实现的。工件上的定位基准面与相应的定位元件的工作表面合称
为定位副。定位副的选择及其制造精度直接影响工件的定位精度 和夹具的制造及使用性能。
三、常见的定位方式及定位元件
2．工件的定位形式
（1）完全定位 用六个合理布置的定位支承点限制工件的六个自由 度，使工件位置完 全确定的定位形式称为完全定位。
（2）不完全定位 工件被限制的自由度少于六个，但能满足加工技 术要求的定位形 式称为不完全定位。如图13-5所示，即为不完全定位。
（3）过定位 两个或两个以上的定位支承点同时限制工件的同一个 自由度的定位形 式称为过定位，也常称为超定位或重复定位。如图13-6a所示 如图13-6a。图13-6b、c所示是通过改变定位元件的结构形状 而避免了过定位的示例。
组合定位分析
运用判断准则
移动自由度重复—可能是过定位
作业
1、如图所示工件以外圆柱在3个短V形块上定位， 分析各元件限制的自由度。
2、如图所示工件以内孔面、平面在圆柱销、支承平面上 定位，分析各元件限制的自由
图2 一夹一顶组合定位
3)让次参定位元件相对首参定位 元件在重复限制移动自由度的方向 上移动，引起工件的动向就是次参 定位元件限制的自由度。
单个定位时： 三爪卡盘限制了：
xyz
xy
被重复限制
活动顶尖限制了：
y x
根据准则: 三爪卡盘 活动顶尖 首参 次参
综合结果：一夹一顶限制了
y x z
xy
左圆柱销：限制了： 右圆柱销：限制了：
｝
xy
被重复限制
因实际参与定位先后分不出， 假设左销为首参，限制了：
y x x x 右销为次参， 限制了： y z y 综合结果：限制了x z x z x y
xy
思考
组合定位分析
复习提问
工件以平面、内孔 表面、圆柱表面定位 时常用的定位件及 其定位作用
组合定位方式
返回
组合定位分析
1 定位元件单个定位限制的自由度相互间无重复时 y xz
y zx
结 论
定位元件单个定位限制的自由度相互间无重复 时，则 组合后的自由度= 度
工装夹具设计中的定位分析
工装夹具设计中的定位分析摘要
工装夹具设计中的定位分析是机械制造技术基础课程的关键内容，如何在教
学过程中通俗直观的进行讲解，让学生从抽象到具象的理解定位方案是机械制造
技术基础教学的难点。本文从教学实践出发，理出了该部分内容的一种讲解方案。
关键词：夹具，定位，夹紧，自由度
定位分析是工装夹具设计的首要工作。夹具设计教学中，一般会强调，一定
要将定位和夹紧区分开，定位是定位，夹紧是夹紧[1-3]。定位与夹紧的主要区别在于，定位关注的是工件在夹具中如何放置，夹紧关注的是如何让工件固定在夹具
中不跑动。为了让学生清晰理解定位的概念，这里需要进一步强调：什么叫做工
件在夹具中如何放置？
所谓如何放置，实际是指，在机床刀具调整好，固定走刀路径的前提下，加
工之前，将工件在机床各自由度方向上放置于一定位置。不是“加工过程中”，
而是“加工之前”的工件的摆放。加工过程中出现的工件的跑动是“夹紧”的问题，不是“定位”的问题。
夹具理想的定位，直观上应该是，对一批工件，逐个随手往夹具里一扔，每
个工件的位置和姿态是一致的。“位置和姿态一致”是定位的追求，面向的是一
批工件，“位置和姿态不动”是夹紧的追求，指的是单个工件。
图1 球形工件铣平面
如图1所示，用立式普通铣床在一批球形工件上加工图示平面，最少需要限
制几个自由度？
首先需要明确，要加工的是一批工件，不是一个工件，要关注的是：一批工件，逐个放置到已经调好刀的机床上，工件所放位置对待加工尺寸的影响。待加
工尺寸是什么？如图1所示，该案例所指的待加工尺寸是L，需要保证尺寸L，
即平面A相对于最低点的距离。
工件的定位6个自由度-42页PPT资料
如图13-3所示，在空间直角坐标系的O面上布置三个定位支承点1、2、3， 使工件的底面与三点相接触，则该三点就限制了工件的、、 三个自由度。 同理，在O面上布置两个定位支承点4、5与工件侧面相接触，就可限制工 件的和的自由度。在O面上布置一个定位支承点与工件的另一侧面接触， 就可限制工件的自由度，从而使工件的位置完全确定。
常见的工件定位方式有四种，即工件以平面为定位基准面、工件 以内孔为定位基准面、工件以外圆为定位基准面和工件以一面两孔为 定位基准面。 1．工件以平面为定位基准面
工件以平面作为定位基准面时，常用的定位元件有以下几种： （1）支承钉 一个支承钉相当于一个支承点，可限制工件一个自由度。
如图13-7所示 （2） 支承板 支承板适用于工件以精基准定位的场合。工件以大平面
与一大（宽）支承板相接触定位 时，该支承板相当于三个不在一条直线上的定位支承点，可限制
工件三个自由度。一个窄长支承 板相当于两个定位支承点，可限制工件两个自由度。工件以一个
大平面同时与两个窄长支承板相 接触定位时，这两个窄长支承板相当于一个大（宽）支承板，限
如图13-5所示，即为不完全定位。如铣不通槽，被 加工表面就有三个方位的位置要求，必须限制工件的 六个自由度，则需采用完全定位。
如图13-6a所示的定位形式即属于属过定位。
3．欠定位现象
•
根据加工技术要求应限制的自由度没有被限制，这种定位现
工件的定位
工件以特殊表面定位
当轴类零件要求精确定心时，可以用工件上的 锥孔作为定位基准。 长锥心轴限制五个自由度。
三、组合表面定位
“一面两孔”定位
工件以圆孔 定位
工件以外圆 柱表面定位
工件以特殊 表面定位
工件以平面定位
1、主要支承 起限制自由度作用的支承 主要支承 固定支承 可调支承 自位支承
包括各种支承钉和支承板
指高度可以进行调节的支承
将支承做成浮动或联动结构
工件以平面定位
固定支承
1、当以粗基准定位时，应该采用合理布置的三个 球头支承钉，使其与毛坯良好接触。
工件以圆孔定位
小锥度心轴
小锥度心轴可消除工件与心轴之间的配合 间隙，提高定位精度。 锥度一般取K=1:5000~1:1000
工件以外圆柱表面定位
工件的外圆柱表面定位有支承定位和定心定位 两种。 常用的定位元件有三种：
支承板
定位套
给外圆定位 实现定心定位
V型块
实现外圆表面定心、对中定位
工件以外圆柱表面定位
一、需要限定的自由度，必须都得到恰当的限 制。 二、保证必要的定位精度和稳定性。
4、工件定位中的几种情况
1.完全定位
工件的六个自由度全部被限制的 定位，称为完全定位。
工装设计之工件定位原理
工装设计之工件定位原理
工件在夹具中的定位问题，可以采用类似于确定刚体在空间直角坐标系中位置的方法加以分析。工件在没有采取定位措施以前,与空间自由状态的刚体相似，每个工件在夹具中的位置可以是任意的、不确定的。对一批工件来说,它们的位置是不一致的。这种状态在空间直角坐标系中可以用如下六个方面的独立部分加以表示(图1)。
沿X轴位置的不确定,称为沿X轴的自由度(不定度),以表示;
沿Y轴位置的不确定，称为沿Y轴的自由度(不定度),以表示;
沿Z轴位置的不确定，称为沿Z轴的自由度(不定度),以表示;
绕X轴位置的不确定，称为绕X轴的自由度(不定度),以表示;
绕Y轴位置的不确定,称为绕Y轴的自由度(不定度),以表示;
绕z轴位置的不确定,称为绕z轴的自由度(不定度),以表示。
六个方面的不定度都存在,是工件在夹具中所占空间位置不确定的最高程度，即工件在空间最多只能有六个不定度。限制工件在某-方面的不定度,工件在夹具中某一方向的位置就得以确定。工件在夹具中定位的任务,就是通过定位元件限制工件的不定度,以求满足工序的加工精度要求。
图1工件在夹具中的六个不定度
目前一般习惯上把工件定位范畴内的位置不确定性称为自由度,因此工件定位就是限制工件的自由度。但是自由度往往容易按力学概念理解为工件有沿坐标轴移动和绕坐标轴转动的可能性。这样就把工件定位的概念引偏至限制工件的运动上去,从
而可能得出夹紧才能使工件定位,不夹紧就不能定位的错误结论,造成定位和夹紧概念的混淆。为了避免与力学中的自由度概念混淆,这里将工件定位范畴中习惯所称的“自由度"改为“不定度”。
04讲 组合定位中各定位元件限制自由度分析及作业的讲解
4、标准定位支承板
a) 侧平面精 基准定位用； b) 水平面精 基准定位用；
5、辅助支承： 不起定位作用的支承，工件定好位后参与 工作，不能破坏工件的定位。
主要用途： （1）起预定位作用； （2）起提高夹具工作稳定性作用；
6、定位圆孔的定位元件
心轴和定位销
7、定位外圆的定位元件
作业讲解
1、请做好笔记 2、请别在睡觉！
综合限制了
且 x y重复限制
xxyy z
例4：如图2.31工件以两顶尖孔在两顶尖上定位， 分析各元件限制的自由度。
图2.31 两顶尖组合定位分析 单个定位时： yz 均两次重复限制，按上准则分 固定顶尖1限制了：
析，
xyz
y z
｝
y 固定顶尖为首参，限制了： x z；
V2 限制了： y
2、组合定位中重复定位现象的消除方法
⑴如下2.33图使定位元件沿某一坐标轴可移动，来消除其 限制沿该坐标轴移动方向自由度的作用。
⑵如下2.34图采用自位支承结构，消除定位元件限 制绕某个(或两个)坐标轴转动方向的自由度的作用。
⑶改变定位元件的结构，消除重复限制自由度的 支承，把圆柱销改为削边销就是典型的例子。 ⑷提高定位基准之间、定位元之间的位置精度， 避免重复定位的干涉。
两次重复限制首参限制了2组合定位中重复定位现象的消除方法如下233图使定位元件沿某一坐标轴可移动来消除其限制沿该坐标轴移动方向自由度的作用
工件组合定位和自由度分析
工件组合定位和自由度分析
1
教学单元3 工件在夹具中的定位
上次课的主要内容
1.工件以平面定位 2.工件以外圆柱面定位
3.工件以圆柱孔定位 4.工件以圆锥孔定位
本次课程的重点
1.组合定位的概念 2.组合定位中各定位元件限制自由度分析（所限自由度分析） 3.组合定位中重复定位现象的消除方法
20
教学单元3 工件在夹具中的定位
2、消除或减小过定位所引起的干涉，一般有以下一些方法
⑴减小接触面积
21
教学单元3 工件在夹具中的定位
⑵设法使过定位的定位元件在干涉方向能浮动，以减少实 际支承点数目。
22
教学单元3 工件在夹具中的定位
23
教学单元3 工件在夹具中的定位
24
教学单元3 工件在夹具中的定位
综合限制了
且 x y 重复限制
xxyy z
15
教学单元3 工件在夹具中的定位
例4：如图2.31工件以两顶尖孔在两顶尖上定位，分析各元件限制 自由度。
图2.31 两顶尖组合定位分析
单个定位时： 固定顶尖1限制了：
xyz
y z
固定顶尖为首参，限制了： y x z
活动顶尖2限制了：
活动顶尖
yz
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教学单元3 工件在夹具中的定位
组合定位分析
运用判断准则
移动自由度重复—可能是过定位
作业
1、如图所示工件以外圆柱在3个短V形块上定位， 分析各元件限制的自由度。
2、如图所示工件以内孔面、平面在圆柱销、支承平面上 定位，分析各元件限制的自由
1、两销一面定位中 x 就是被重复限
制，如何消除 ？ x
2、平面长销定位中 x y 被重复限制， 就是如何消除 x y ？
小结
组合定位分析思路：
• 判断该组合定位有几个定位面组合而成； • 各定位件单个定位时所限制的自由度； • 组合时无重复 有重复 叠加
转动自由度重复—过定位
1 定位元件单个定位限制的自由度相互间无重复时 y xz
y zx
结 论
定位元件单个定位限制的自由度相互间无重复 时，则 组合后的自由度= 度
∑各定位元件单个限制的自由
2定位元件单个定位限制的自由度相互间有重复时
判断准则 ①定位元件单个定位时，限制转动自由度的作用在 组合定位中不变；(不管有无重复) 举例 ②组合定位中各定位元件单个定位时限制的移动自 由度，相互间若无重复，则在组合定位中该元件限 制该移动自由度的作用不变；若有重复，其限制自 由度的作用要重新分析判断，方法如下：
1) 在重复限制移动自由度的元件中，按各元件实 际参与定位的先后顺序，分首参和次参定位元件， 若实际分不出，可假设；
工件的定位概要
工件的定位
在加工之前，使工件在机床或夹具上占据某一正确位置的过程称为定位；工件定位后将其固定，使其在加工过程中保持定位位置不变的操作称为夹紧；工件定位、夹紧的过程合称为装夹
一. 工件定位的方法
1、直接找正定位法在机床上利用划针或百分表等测量工具(仪器)直接找正工件的位置的方法称为直接找正定位法。如图1-1所示，
2、划线找正定位法先根据工序简图（工序简图在下章详细介绍）在工件上划出中心线、对称线和加工表面的加工位置线等，然后再在机床上按划好的线找正工件位置的方法称为划线找正法。
3、利用夹具定位法中批以上生产中广泛采用专用夹具定位。
如图1-1所示，用四爪卡盘夹持偏心工件的外圆A来加工偏心孔C。为保证孔C 中心线与偏心外圆B中心线同轴，可用百分表找正，使外圆B与机床主轴回转中心同轴。然后加工孔C，即可保证孔C与外圆B同轴。此方法生产率低，加工精度主要取决于工人操作技术水平和测量工具的精确度，一般用于单件小批生产。
二、工件定位的基本原理
六点定则
一个尚未定位的工件，其空间位置的不确定性如图1-2。
用以描述工件位置不确定性的，称为工件的六个自由度。
工件定位的实质就是要限制对加工有不良影响的自由度。
图1-2 未定位工件的六个自由度
如图设置六个固定点，工件的三个面分别与这些点保持接触，工件的六个自由度表都限制了。用来限制工件自由度的点，称为定位支承点，简称支承点。
图1-3 长方工件定位时支撑点的分布
六点定则
用合理分布的六个支承点限制工件六个自由度的法则
三、限制工件自由度与加工要求的关系
工件定位时：
工件的定位
机械加工工艺过程
• 工件的定位 3. 工件定位中的几种情况
图9.20 不完全定位示例
机械加工工艺过程
• 工件的定位 3. 工件定位中的几种情况
图9.21 超定位及消除方法示例
机械制造基础
图9.19 圆柱形形工件定位
机械加工工艺过程
• 工件的定位 2. 六点定位原则
六点定位原则的几个主要问题：
定位支承点与工件定位基准面始终保持接触 分析定位支承点的定位作用时,不考虑力的影响 定位支承点是定位元件抽象而来的
机械加工工艺过程
• 工件的定位 3. 工件定位中的几种情况
1)完全定位 2)不完全定位 3)欠定位 4)超定位
定位就是限制自由度 分析工件定位时,通常是用一个支承点限制工件的一个自由度, 用合理设置的6个支承点,限制工件的6个自由度,使工件在夹具中的 位置完全确定,这就是六点定位原则
机械加工工艺过程
• 工件的定位 2. 六点定位原则
图9.18 矩形工件定位
机械加工工艺过程
• 工件的定位 2. 六点定位原则
机械制造基础
机械加工工艺过程
• 工件的定位
工件定位时,作为定位基准的点和线,往往由某些具体表面体现 出来,这种表面称为定位基面
机械加工工艺过程
• 工件的定位 1. 自由度的概念
一个位于空间自由状态的物体,对于空间直角坐标系来说,Βιβλιοθήκη Baidu有6 个自由度
2.自由度分析、基准辨认、定位方案确定
工件自由度分析 钻d1孔
钻 D孔 钻O1孔
第2章 工件在夹具中的定位
钻 d孔 理限：
工件自由度分析
钻O孔 理限：
钻 6孔
理限：
第2章 工件在夹具中的定位
钻O1、O2孔 加工Ⅰ、Ⅱ孔
工件自由度分析 同时钻三个孔
钻O1、O2、O3孔
钻2× d孔 理限：
第2章 工件在夹具中的定位
钻 d孔 理限：
工件自由度分析
铣槽
铣b槽
理限：
理限：
第2章 工件在夹具中的定位
铣b槽 理限：
工件自由度分析 加工槽10－0.09
铣b槽
理限：
理限：
第2章 工件在夹具中的定位
铣槽 铣槽
工件自由度分析
铣槽
理限：
理限：
理限：
第2章 工件在夹具中的定位
工件自由度分析
1.铣拨叉叉口两端面； 2.钻M8螺纹孔。 注：27孔和两端面已加工完， 27孔与外圆同轴。
钻 6H7孔
工件自由度分析 理限：
钻 D孔
理限：
钻 d孔
理限： 钻铰 8孔
理限：
第2章 工件在夹具中的定位
钻工件上方圆孔 理限： 钻4× d孔
工件自由度分析 理限：
第2章 工件在夹具中的定位
钻 6H8孔
工件自由度分析