工件的定位6个自由度

如图13-14所示为常用的几种心轴结构形式。
心轴在机床上的常用 装 夹 方 式 如 图 13-15 所示。
• 当工件既要求定心精度高，又要装卸方便时，常以圆柱 孔在小锥度心轴上定位，如图13-16所示。
如图13-17所示为几种圆锥销的应用示例。其中图13-17a用于 粗基准定位；图13-17b用于精基准定位。
一、工件定位的概念及方法
1. 工件定位的概念 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 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 定位 的操作称为夹紧 夹紧；工件定位、夹紧的过程合称为装夹 装夹。 夹紧 装夹 2. 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13-1所
如图13-12d所示可换式定位销，衬套外径与夹具体的 配合为H7/n6，衬套内径与可换式定位销的配合为 H7/h6或H7/h5。
如 图 13-13 所 示 为 一 非标准的带台肩的定 位销。
（2）定位心轴 如图13-14所示为常用的几种心轴结构形式。 图13-14a所示为间隙配合心轴，工件装卸比较方便，但定心精度不 高。采用间隙配合心轴时，工件常以内孔和端面联合定位。心轴限制工 件4个自由度，心轴的小台肩端面限制工件一个自由度。 图13-14b所示为过盈配合心轴。心轴由引导部分1、工作部分2以及与传 动装置（如拨盘、鸡心夹头等）相联系的传动部分3组成。引导部分的作 用是使工件迅速而正确地套在心轴上，心轴的工作部分应稍带锥度。这 种心轴制造简单、定心精度高，无需另设夹紧装置，但装卸工件不便， 且易损伤工件定位孔，多用于定心精度要求高的精加工场合。 图13-14c所示为花键心轴，用于加工以花键孔定位的工件。心轴在机床 上的常用装夹方式如图13-15所示。 当工件既要求定心精度高，又要装卸方便时，常以圆柱孔在小锥度 心轴上定位，如图13-16所示。这类心轴工作表面的锥度很小，常为1： 1000～1：5000。工件装在心轴上楔紧后，靠孔产生的弹性变形而有少许 过盈，从而消除间隙并产生摩擦力带动工件回转，不需另行夹紧，但因 传递的扭矩较小，所以仅适用于工件定位孔精度不低于IT7的精车和磨削 加工。 （3）圆锥销 如图13-17所示为几种圆锥销的应用示例。其中图13-17a用于 粗基准定位；图13-17b用于精基准定位。
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 象称为欠定位现象。欠定位现象是不允许出现的，因为其不能保 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。
3．工件以外圆为定位基准面
工件以外圆为定位基准面时，常用的定位元件有以下几 种： （1）V形架 工件以外圆定位时，最常用的定位元件是V形块。如图 1318所示为常用V形架的结构形式。其中图13-18a用于较短 的外圆柱 面定位，可限制工件两个自由度；其余三种用于较长的外 圆柱表面 或阶梯轴，可限制工件四个自由度，V形架的最大优点是对 中性好 可使一批工件的定位基准(轴线)对中在V形架的两斜面的对 称平面 上，而不受定位基准面直径误差的影响，且装夹很方便。 除上述固定式V形架外，夹具上还经常采用活动Ｖ形架。图1319所示为活动V形架的应用实例。
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13-1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
如图13-8所 示为两种标准支承板。其中A型支承板结构简单、紧凑，但切屑易落入 螺钉头周围的缝隙中，且 不易清除。因此，多用于侧面和顶面的定位。B型支承板在工作面上有 45°的斜槽，且能保持与 工件定位基准面连续接触，清除切屑方便，所以多用于底面定位
根据定位的需要， 也可按照工件定位基准 面的具体轮廓形状，设 计非标准的定位支承板。 如图13-9 所示的圆 环支 承板。
可调支承
自位支承(浮动支承) 自位支承是在工件定位过程中，能随工件定位基 准面的位置变化而自动与之适应的多点接触的浮动支承，其作用仍相当于 一个定位支承点，限制工件的一个自由度由于接触点数目的增多，可提高 工件的支承刚度和定位稳定性适用于粗基准定位或工件刚度不足的定位情 况如图13-11所示。
2．工件以内孔为定位基准面
注意： 注意： 底面上布置的三个支承点不能在同一条直线上，且三个支承 点所形成的三角形的面积愈大愈好。侧面上布置的两个支承点所 形成的连线不能垂直于三点所形成的平面，且两点之间的距离愈 远愈好。这就是上述所提到的“合理布置”的含义。 六点定则” “六点定则”可用于任何形状、任何类型的工件，具有普遍性。 如图13-4所示 为盘状工件的定位，底面的三个支承点限制了工件 的、、 三个自由度，外圆柱面上的两个支承点限制了工件的及自 由度，工件圆周槽中的支承点限制了工件的自由度。 根据“六点定则”利用支承点来限制工件自由度时，有时能 够分清哪个支承点限制了工件的哪个自由度，有时分不清哪个支 承点限制了工件的哪一个自由度。 工件在实际定位时，不是用定位支承点，而是用各种不同形 状的定位元件，不同的定位元件限制工件的自由度数是不一样的。
(3) 可调支承 可调支承是指高度可以调节的支承，如图13-10所 示。一个可调支承限制工件一个自由度。。 必须注意， 必须注意 可调支承在一批工件加工之前只调整一次，在同一批工件加
工中，其位置保持不变，作用相当于固定支承，所以，可调支承在调整后必须 可调支承在调整后必须 用锁紧螺母锁紧。 用锁紧螺母锁紧。
如图13-7所示为三种标准支承钉，其中平头支承钉多用于工件以精基准定位；球 头支承钉和齿纹支承钉适用于工件以粗基准定位，支承钉与夹具体上孔的配合为 H7/r6或H7/n6。若支承钉需经常更换时，可加衬套，其外径与夹具体孔的配合亦 为H7/r6或H7/n6，内径与支承钉的配合为H7/js6。当使用几个A型支承钉（处于 同一平面）时，装配后应一次磨平其工作表面，以保证其等高性要求。
工件以内孔作为定位基准面时，常用的定位元件有以下几种： （1） 定位销 可限制工件两个自由度。其工作表面直径的基本尺寸与相应 的工件定位孔的基本尺寸相同，其精度可根据工件加工精度、定 位基准面的精度和工件装卸的方便，按g5、g6 、 f6、f7制造。 如 图 13-12a 、 b 、 c 所 示 为 固 定 式 定 位 销 ， 可 直 接 用 过 盈 配 合 (H7/r6或H7/n6)装配在夹具体上。在大批大量生产中，定位销使 用一段时间后，会因磨损而不能再用，必须更换新的，可采用可 换式定位销。如图13-12d所示可换式定位销，衬套外径与夹具体 的配合为H7/n6，衬套内径与可换式定位销的配合为H7/h6或H7/h5。 当工件以内孔和端面组合定位时，常采用带台肩的定位销或定位 销与支承板等定位元件组合使用。如图13-13所示为一非标准的带 台肩的定位销。
课题十三 工件的定位
【教学目的和要求】通过学习工件定位的概念、方法、 原理（六点定则）和工件常见定位方式及定位元件， 能够合理选择定位元件，初步具备设计和分析工件定 位方案的能力。 一、工件定位的概念及方法 二、工件定位的基本原理 三、常见的定位方式及定位元件 四、对定位元件的基本要求 【教学方法和使用教具】 讲授、讨论与习题 【教学时数】 8 【教学内容摘要】
如图13-4所示为盘状工件的定位，底面的三个支承点限制了工件的、、 三个自由度，外圆柱
面上的两个支承点限制了工件的及自由度，工件圆周槽中的支承点限制了工件的自由度。
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。
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
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 六点定位” 六点定位 如图13-3所示，
（4）自位支承(浮动支承) 自位支承是在工件定位过程中，能随工 件定位基准面的位置变化而自动与之适应的多点接触的浮动支 承，其作用仍相当于一个定位支承点，限制工件的一个自由度 由于接触点数目的增多，可提高工件的支承刚度和定位稳定性 适用于粗基准定位或工件刚度不足的定位情况如图13-11所示。