工件的定位与定位基准的选择

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1、工件的定位与定位基准的选择机械加工中，为了保证工件的位置精度和用调整法获得尺寸精度时，工件相 对于机床与刀具必须占有一正确位置，即工件必须定位。而工件装夹定位的方式 有：直接找正、划线找正和用夹具装夹三种方式，下面我们讨论工件在夹具中的 定位问题。工件在夹具中的定位涉及到定位原理、定位误差、夹具上采用的定位元件和 工件上选用的定位基准等几方面的问题，有关定位误差的计算和定位元件的选用 在夹具设计一章讲授，这里只介绍定位原理和定位基准的选择。一、定位原理1六点定则工件在夹具中的定位的目的，是要使同一工序中的所有工件，加工时按加工 要求在夹具中占有一致的正确位置（不考虑定位误差的影响）。怎样才能各

2、个工件 按加工要求在夹具中保持一致的正确位置呢?要弄清楚这个问题，我们先来讨论 与定位相反的问题，工件放置在夹具中的位置可能有哪些变化?如果消除了这些 可能的位置变化，那么工件也就定了位。任一工件在夹具中未定位前，可以看成空间直角坐标系中的自由物体，它可 以沿三个坐标轴平行方向放在任意位置，即具有沿三个坐标轴移动的自由度 X， Y, Z同样，工件沿三个坐标轴转角方向的位置也是可以任意放置的，即具有绕 三个坐标轴转动的自由度X, Y，Z。因此，要使工件在夹具中占有一致的正确位 置，就必须限制工件的X，Y，Z X，Y，Z六个自由度。9令图 2-16 工件的六个自由度为了限制工件的自由度，在夹具中通

3、常用一个支承点限制工件一个自由度 这样用合理布置的六个支承点限制工件的六个自由度，使工件的位置完全确定 称为“六点定位规则”，简称“六点定则”。例如用使用六点定则时，六个支承点的分布必须合理，否则不能有效地限制工件的 六个自由度。在具体的夹具结构中，所谓定位支承是以定位元件来表达的，如上例中长方 体的定位以六个支承钉代替六个支承点（图2-17c）,这种形式的六点定位方案比 较明显，下面再介绍其他形式工件的定位方案。2对定位的两种错误理解我们在研究工件在夹具中的定位时,容易产生两种错误的理解。一种认为： 工件在夹具中被夹紧了,也就没有自由度而言,因此,工件也就定了位。这种把定位和夹紧混为一谈，是

4、概念上的错误。我们所说的工件的定位是指所有加工 工件在夹紧前要在夹具中按加工要求占有一致的正确位置，（不考虑定位误差的 影响）而夹紧是在任何位置均可夹紧，不能保证各个工件在夹具中处于同一位置。 如图 2-20 所示定位方式，由于在 x 方向上没有定位销，工件在 x 方向的任一位 置均可被夹紧，实际上就是工件沿 x 方向移动的自由度没有消除，使一批工件在 x 方向的位置不确定，造成各个工件孔到端面的尺寸不一。另一种错误的理解认为工件定位后，仍具有沿定位支承相反的方向移动的 自由度，这种理解显然也是错误的。因为工件的定位是以工件的定位基准面与定 位元件相接触为前提条件，如果工件离开了定位元件也就不

5、成为其定位，也就谈 不上限制其自由度了。至于工件在外力的作用下，有可能离开定位元件，那是由 夹紧来解决的问题。3工件定位时应限制的自由度与加工要求的关系上述几例中，工件的定位都采用了六个支承点，限制了工件全部六个自由度， 使工件在夹具中占有唯一确定的位置，称为完全定位。当工件在X、y、z三个方 向都有尺寸精度或位置精度要求时，需采用这种完全定位方式。但是，并不是所 有加工都必须设置六个支承点，来限制工件的六个自由度。如图 2-19 所示在轴 上铳油槽，假设轴为没有键槽的光轴且油槽为通槽时，则只需限制；x、y、z、z 四个自由度，x、y、z的自由度可不限制，只需用长V形铁定位即可。又如图2-2l

6、a 在车床上加工通孔，只需限制四个自由度，不需限制x、y、z自由度，用三爪自 动定心卡盘装夹即可。再如在乎面磨床上磨平面，当工件只有厚度和平行度要求 时，工件只需限制三个自由度，如图2-2lb所示，工件放置在平面磨床磁力工台 就可加工。综上所述，加工时工件的定位需要限制几个自由度，完全由工件的技 术要求所决定。根据加工要求，工件不需要限制的自由度而没有限制的定位，称为不完全定 位。不完全定位在加工中是允许的。在考虑定位方案时，为简化夹具结构，对不 需限制的 自由度，一般不设置定位支承点。但也不尽然，如在光轴上铣通槽，按定位原理，轴的端面可不设置定位销，但常常设置一定位档销，一方面可承受 一定的

7、切削力， 以减小夹紧力，另一方面也便于调整机床的工作行程。又如图2-18所示在环状工件上钻通孔，Z的自由度 可不限制，但被短销限制了，假设有意不限制，反而夹具的结构更难实现。4欠定位与过定位(1) 欠定位根据工件的加工技术要求，应该限制的自由度而没有限制的定位 称为欠定位。欠定位必然会不能保证本工序的加工技术要求，是不允许的。如图 2-20所示的工件钻孔，假设在x方向上未设置定位档销，孔到端面的距离尺寸 就无法保证。(2) 过定位工件的同一自由度被二个以上不同定位元件重复限制的定位，称 为过定位。如图2-X所示在插齿机上插齿时工件的定位，工件3以内孔在，L、轴1上定位，限制了工件x、y、z、z

8、四个自由度，又以端面在凸台3上定位， 限制了工件x、y、z、z三个自由度，其中；、/被心轴和凸台重复限制。由于工 件内孔和心轴的间隙很小，当工件内孔与端面的垂直度误差较大时，工件端面与 凸台实际上只有一点相接触。如图 2-23a 所示，造成定位不稳定。更为严重的是， 工件一旦被夹紧，在夹紧力的作用下，势必引起心轴或工件的变形，如图2-23b 所示。这样就会影响工件的装卸和加工精度，这种过定位是不允许的。但是，在 有些情况下，形式上的过定位是允许的。1 一心轴 2-工作台 3 一支承凸台 4-：5 一压垫 6-7-压紧螺 母如上例中，当工件的内孔和定位端面是在一次装夹下加工出来的，具有好的 垂直

9、度，而夹具的心轴和凸台也具有很好的垂直度，即使二者仍有很小的垂直度 偏差，但可由心轴和内孔之间的配合间隙来补偿。因此，尽管心轴和凸台重复限 制了 XY自由度，属于过定位，但不会引起相互干预和冲突，在夹紧力作用下， 工件或心轴不会变形。这种定位的定位精度高，刚性好，是可取的。综上所述，欠定位不能保证工件的加工要求，是不允许的。过定位在一般情 况下，由于定位不稳定，在夹紧力的作用下会使工件或定位元件产生变形，影响 加工精度 和工件的装卸，应尽量防止；但在有些情况下，只要重复限制自由度 的支承点不使工件的装夹发生干预及冲突，这种形式上的过定位，不仅是可取的， 而且有利于提 高工件加工时的刚性，在生产

10、实际中也有较多的应用。二、定位基准的选择在定位的原理中已讲到，工件在夹具中的定位实际上是以工件上的某些基准 面与夹具上定位元件保持接触，从而限制工件的自由度。那么，究竟选择工件上 哪些面与夹具的定位元件相接触为好呢?这就是定位基准的选择问题。定位基准 的选择是工艺上一个十分重要的问题，它不仅影响零件外表间的位置尺寸和位置 精度，而且还影响整个工艺过程的安排和夹具的结构，必须十分重视。在介绍定 位基准的选择原则之前，先介绍有关基础准的一般知识。(一)基准的概念及分类基准的广义含义就是“依据”的意思。机械制造中所说的基准是指用来确定 生产对象上几何要素间的几何关系所依据的那些点、线、面。根据作用和

11、应用场 合不同，基准可分为设计基准和工艺基准两大类，工艺基准又可分为：工序基准、 定位基准、测量基准和装配基准。1设计基准零件图上用以确定零件上某些点、线、面位置所依据的点、线、面。2工艺基准，零件加工与装配过程中所采用的基准，称为工艺基准它包括以下几种。(1) 工序基准工序图上用来标注本工序加工的尺寸和形位公差的基准。就其 实质来说，与设计基准有相似之处，只不过是工序图的基准。工序基准大多与设 计基准重合，有时为了加工方便，也有与设计基准不重合而与定位基准重合的。(2) 定位基准加工中，使工件在机床上或夹具中占据正确位置所依据的基准。 如用直接找正法装夹工 件，找正面是定位基准；用划线找正法

12、装夹，所划线为 定位基准；用夹具装夹，工件与定位元件相接触的面是定位基准。作为定位基准 的点、线、面，可能是工件上 的某些面，也可能是看不见摸不着的中心线、中 心平面、球心等，往往需要通过工件某些定位外表来表达，这些外表称为定位基 面。例如用三爪自定心卡盘夹持工件 外圆，表达以轴线为定位基准，外圆面为 定位基面。严格地说，定位基准与定位基面有时并不是一回事，但可以替代，这 中间存在一个误差问题，有关这个问题在夹 具设计一章讲授。(3) 测量基准工件在加工中或加工后测量时所用的基准。(4) 装配基准装配时，用以确定零件在部件或产品中的相对位置所采用的基 准。如图2-24d所示床头箱箱体的D面和E

13、面，就是确定箱体在床身上相对位置 的装配基准。上述各类基准应尽可能使其重合。如在设计机器零件时，应尽可能以装配基 准作设计基准以便直接保证装配精度。在编制零件加工工艺规程时，应尽量以设 计基准作 工序基准，以便直接保证零件的加工精度。在加工和测量工件时，应 尽量使定位基准和测量基准与工序基准重合，以便消除基准不重合误差。(二)定位基准的选择定位基准有粗基准和精基准之分。零件开始加工时，所有的面均未加工，只 能以毛坯面作定位基准，这种以毛坯面为定位基准的，称为粗基准，以后的加工， 必须以加工过的外表做定位基准，以加工过外表为定位基准的称精基准。在加工中，首先使用的是粗基准，但在选样定位基准时，为

14、了保证零件的加 工精度，首先考虑的是选择精基准，精基准选定以后，再考虑合理地选择粗基准。1精基准的选择原则选择精基准时，重点考虑是如何减少工件的定位误差，保证工件的加工精度， 同时也要考虑工件装卸方便，夹具结构简单，一般应遵循以下原则：(1) 基准重合原则所谓基准重合原则是指以设计基准作定位基准，以防止基 准不重合误差。(2) 基准统一原则当零件上有许多外表需要进行多道工序加工时，尽可能在 各工序的加工中选用同一组基准定位，称为基准统一原则。基准统一可较好地保 证各个加工面的位置精度，同时各工序所用夹具定位方式统一，夹具结构相似， 可减少夹具的设计、制造工作量。基准统一原则在机械加工应用较为广

15、泛，如阶梯轴的加工，大多采用顶尖孔 作统一的定位基准；齿轮的加工，一般都以内孔和一端面作统一定位基准加工齿 坯，齿 形；箱体零件加工大多以一组平面或一面两孔作统一定位基准加工孔系 和端面；在自动机床或自动线上，一般也需遵循基准统一原则。(3) 自为基准原则有些精加工工序，为了保证加工质量，要求加工余量小而 均匀，采用加工面自身作定位基准，称为自为基准原则。例如在导轨磨床上磨削 床身导轨时，为了保证加工余量小而均匀，采用百分表找正床身外表的方式装夹 工件，如图2-26 所示，又如浮动镗孔、浮动铰孔、珩磨及拉削孔等，均是采用 加工面自身作定位基准。(4) 互为基准原则为了使加工面获得均匀的加工余量

16、和加工面间有较高的位 置精度，可采用加工面间互为基准反复加工。 例如加工精度和同轴度要求高的 套筒类零件，精加工时，一般先以外圆定位磨内孔，再以内孔定位磨外圆。又如 加工精密齿轮时，通常是齿面淬硬后再磨齿面及内 孔。由于齿面磨削余量很小， 为了保证加工要求，采用图 2-27所示装夹方式，先以齿面为基准磨孔，再以内 孔为基准磨齿面，这样不但使齿面磨削余量小而均匀，而且能较好地保证内孔与 齿切圆有较高的同轴度。(5) 装夹方便原则所选定位基准应能使工件定位稳定，夹紧可靠，操作方便， 夹具结构简单。以上介绍了精基准选择的几项原则，每项原则只能说明一个方面的问题，理 想的情况是使基准既“重合”又“统一”，同时又能使定位稳定、可靠，操作方 便，夹具 结构简单。但实际运用中往往出现相互矛盾的情况，这就要求从技术 和经济两方面进行综合分析，