六点定位原理

1、1 基本概念基本概念 装夹的基本概念装夹的基本概念 装夹：装夹：将工件安放在机床上或夹具上进行将工件安放在机床上或夹具上进行定位和定位和 夹紧夹紧的操的操 作过程。作过程。 定位：定位：使一批工件在机床上或夹具上相对于刀具使一批工件在机床上或夹具上相对于刀具处在正确的加工位置处在正确的加工位置的的 操作过程。操作过程。 夹紧：夹紧：工件在夹具中定位后，将其压紧、夹牢，使工件在加工过程中，工件在夹具中定位后，将其压紧、夹牢，使工件在加工过程中， 始终保持定位时所取得的正确加工位置始终保持定位时所取得的正确加工位置。 夹紧的作用夹紧的作用：保持工件在夹具中由定位所获得的正确加工位置保持工件在夹具中

2、由定位所获得的正确加工位置，使工件，使工件 在加工时不至于由于切削力等外力作用而破坏已取得的正确定位。在加工时不至于由于切削力等外力作用而破坏已取得的正确定位。 定位与夹紧的区别：定位与夹紧的区别： 定位是使工件占有一个正确的位置，夹紧是使定位是使工件占有一个正确的位置，夹紧是使 工件保持这个正确位置。工件保持这个正确位置。定位与夹紧在夹具设计中是两个非常重要的概定位与夹紧在夹具设计中是两个非常重要的概 念念,两者既有紧密联系两者既有紧密联系,缺一不可缺一不可,但在概念上又有严格区别但在概念上又有严格区别: 定位的作用是定位的作用是 确定工件在夹具中相对于刀具处于一个正确的加工位置确定工件在夹

3、具中相对于刀具处于一个正确的加工位置,而夹紧的作用是而夹紧的作用是 保证工件在加工过程中始终保持由定位所确定的正确加工位置保证工件在加工过程中始终保持由定位所确定的正确加工位置, 夹紧不能夹紧不能 代替定位代替定位 2 工件在夹具中的定位（重点和难点）工件在夹具中的定位（重点和难点） 工件定位目的：工件定位目的：使同批工件在机床或夹具上有使同批工件在机床或夹具上有 正确的加工位置。正确的加工位置。 用夹具定位用夹具定位涉及到三层关系：涉及到三层关系：（1）工件在夹具）工件在夹具 上的定位；（上的定位；（2）夹具相对于机床的定位；（）夹具相对于机床的定位；（3）工）工 件相对于机床的定位件相对于

4、机床的定位间接通过夹具来保证的。间接通过夹具来保证的。 本章主要讨论本章主要讨论工件在夹具上的定位原理工件在夹具上的定位原理。 工件定位以后必须通过一定的装置产生夹紧力，工件定位以后必须通过一定的装置产生夹紧力， 使工件保持在准确的位置上。这种产生夹紧力的装使工件保持在准确的位置上。这种产生夹紧力的装 置就是置就是夹紧装置夹紧装置。 3 夹具设计夹具设计工件在夹具中的定位工件在夹具中的定位 p基准基准 u零件上用以确定其它点、线、面位置所依据的那些点、零件上用以确定其它点、线、面位置所依据的那些点、 线、面。线、面。 u设计基准设计基准 n零件图上用以确定点、线、面位置的基准。零件图上用以确定

5、点、线、面位置的基准。 u定位基准定位基准 n零件加工、测量和装配过程中使用的基准。分为工零件加工、测量和装配过程中使用的基准。分为工 序基准、定位基准、度量基准和装配基准。序基准、定位基准、度量基准和装配基准。 4 夹具设计夹具设计工件在夹具中的定位工件在夹具中的定位 p基准基准（续）（续） u设计基准设计基准 n零件图上用以确定点、线、面位置的基准。零件图上用以确定点、线、面位置的基准。 u定位基准定位基准 n零件加工、测量和装配过程中使用的基准。分为工序基准、定位基准、零件加工、测量和装配过程中使用的基准。分为工序基准、定位基准、 度量基准和装配基准。度量基准和装配基准。 u几点注意：几

6、点注意： n作为基准的点、线、面在工件上不一定存在，而常常由基准面来体现；作为基准的点、线、面在工件上不一定存在，而常常由基准面来体现； n基准可以是没有面积的点或线，但基准面一定是有面积的；基准可以是没有面积的点或线，但基准面一定是有面积的； n基准包含尺寸之间的联系和位置之间的关系（如平行度、垂直度等）。基准包含尺寸之间的联系和位置之间的关系（如平行度、垂直度等）。 5 六点定位原理六点定位原理 l一个自由的物体，它对三个相互垂直的坐标系来说，有六个活动可能性，其中 三种是移动，三种是转动。习惯上把这种活动的可能性称为自由度自由度，因此空间 任一自由物体共有六个自由度。 6 采用六个按一定

7、规则布置的支承点，限制工件的六个自由度，使工件采用六个按一定规则布置的支承点，限制工件的六个自由度，使工件 在机床或夹具中占有正确的位置。在机床或夹具中占有正确的位置。 六点定位原理六点定位原理 7 六点定位原理六点定位原理 未受约束的刚体，在空间的位置是不确定的，它具有六未受约束的刚体，在空间的位置是不确定的，它具有六 个自由度：个自由度： 。为使刚体在空间具有确定的。为使刚体在空间具有确定的 位置，就必须限制其六个自由度。位置，就必须限制其六个自由度。 定位定位就是用各种形状不同的定位元件，来限制工件的自就是用各种形状不同的定位元件，来限制工件的自 由度。由度。 六点定位原理六点定位原理：

8、用六个支承点分别限制工件的六个自用六个支承点分别限制工件的六个自 由度从而使工件在夹具中得到正确加工位置的方法称为六点由度从而使工件在夹具中得到正确加工位置的方法称为六点 定位原理定位原理 强调：强调：是用六个支承点，而不是用六个定位元件 、 、 、 、 、X Y Z X Y Z 8 六点定位原理六点定位原理 p关于关于“六点定位六点定位”的几个问题：的几个问题： u定位限制自由度，几定位限制自由度，几“点点”定位不能机械地理解成几定位不能机械地理解成几 个接触点；个接触点； u限制自由度应理解为：限制自由度应理解为： n定位支承点定位支承点与与工件定位基准面工件定位基准面始终保持紧贴接触始终

9、保持紧贴接触; u定位支承点数目原则上不应超过工件自由度数目；定位支承点数目原则上不应超过工件自由度数目； u自由度被限制，是指工件在此方向上有确定的位置自由度被限制，是指工件在此方向上有确定的位置: n不考虑外力的影响（注：定位和夹紧的区别）不考虑外力的影响（注：定位和夹紧的区别）; u定位支承点是抽象的，通过具体定位元件来体现。定位支承点是抽象的，通过具体定位元件来体现。 u工件应限制几个自由度，由工件加工技术条件来确定。工件应限制几个自由度，由工件加工技术条件来确定。 9 六点定位原理六点定位原理举例举例 在在XOY平面内布置了平面内布置了3个支承点，工件被限制的自由度为个支承点，工件被

10、限制的自由度为 三个：三个： 、 、Z X Y 图： 六点定位原理 在在XOZ平面内布置了平面内布置了 2个支承点，工件被个支承点，工件被 限制的自由度为二个：限制的自由度为二个： ; 在在YOZ平面内布置了平面内布置了 1个支承点，工件被个支承点，工件被 限制的自由度为一个：限制的自由度为一个： 。 、Y Z X 1 23 4 5 6 X Z 支支承承元元 件件 Y 10 以工件外圆定位以工件外圆定位 V形块形块 用用V V形块定位，工件的定位基准始终处在形块定位，工件的定位基准始终处在V V形块两定位形块两定位 面的对称面中，面的对称面中，对中性好对中性好。 结构尺寸已标准化，斜面夹角有结

11、构尺寸已标准化，斜面夹角有60609090120120 如下图所示：如下图所示： 长长V形块定位限制工件四个自由度：形块定位限制工件四个自由度： 短短V形块定位限制工件二个自由度：形块定位限制工件二个自由度： 、 、 、X Y X Y 、X Y 11 V形块定位形块定位 12 活动活动V V形块的应用形块的应用 13 用定位套定位用定位套定位 、 、 、X Z X Z 长定位套长定位套限制工件四个自由度：限制工件四个自由度： 短定位套短定位套限制工件二个自由度：限制工件二个自由度： 、X Z 定位套限制的自由度：定位套限制的自由度： 14 半圆定位座半圆定位座 常用于大型工件的定位，其定位原理

12、与定位套相同。常用于大型工件的定位，其定位原理与定位套相同。 15 三爪卡盘三爪卡盘 用三爪卡盘定位的定位分析，用三爪卡盘定位的定位分析，主要看工件的定位表面主要看工件的定位表面 与三爪卡盘的相对长度的多少：与三爪卡盘的相对长度的多少： 、 、 、X Y X Y 当相对夹持长度长时，限制工件四个自由度：当相对夹持长度长时，限制工件四个自由度： 当相对夹持长度短时，限制工件二个自由度：当相对夹持长度短时，限制工件二个自由度： 、X Y 生产中常采用在三爪 与工件之间设置一钢 丝圆环，以减少相对 夹持长度。 16 以工件内孔定位以工件内孔定位 定位销 分固定式和可换式，圆柱销和菱形销分固定式和可换

13、式，圆柱销和菱形销 17 定位销定位 定位銷定位限制的自由度：定位銷定位限制的自由度： 、X Y 短銷定位仅限制工件二个自由度：短銷定位仅限制工件二个自由度： 长銷定位限制工件四个自由度：长銷定位限制工件四个自由度： 、 、 、X Y X Y 图图228 定位销定位定位销定位 18 圆锥销圆锥销 圆锥销圆锥销常常 用于工件孔端用于工件孔端 的定位，的定位，可限可限 制三个移动自制三个移动自 由度由度。 19 定位心轴定位心轴 定位心轴定位心轴 主要用于盘套类零件的主要用于盘套类零件的 定位：定位： 长心轴限制工件长心轴限制工件4个个自自 由度（如由度（如b)图所示）。图所示）。 短心轴短心轴限

14、制工件限制工件2个个移移 动自由度，如动自由度，如c)图所示。图所示。 （不能限制转动自由度）（不能限制转动自由度） a)图所示，为带台阶面图所示，为带台阶面 的定位心轴：限制的定位心轴：限制5个个自由自由 度。度。 20 大锥度心轴定位大锥度心轴定位 大锥度心轴定位限制工件五个自由度：大锥度心轴定位限制工件五个自由度： YXZYX 、 大锥度心轴定位大锥度心轴定位 21 双顶尖定位双顶尖定位 、 、X Y Z 固定顶尖限制工件三个自由度：固定顶尖限制工件三个自由度： 活顶尖限制工件二个自由度：活顶尖限制工件二个自由度： 、X Y 图： 双顶尖定位 22 夹具设计夹具设计定位状态定位状态 p完

15、全定位完全定位 u工件的工件的6个自由度均被限制，称为个自由度均被限制，称为“完全定位完全定位”。 p不完全定位（部分定位）不完全定位（部分定位） u工件工件6个自由度中有个自由度中有1个或几个自由度未被限制。个或几个自由度未被限制。 p欠定位欠定位 u工件加工时必须限制的自由度未被完全限制；工件加工时必须限制的自由度未被完全限制； n不能保证工件的正确安装，不允许。不能保证工件的正确安装，不允许。 p过定位（重复定位）过定位（重复定位） u工件某一个自由度（或某几个自由度）同时被两个（或两个以上）定位工件某一个自由度（或某几个自由度）同时被两个（或两个以上）定位 支承点限制。（支承点限制。（

16、过定位将影响工件的加工精度，有时甚至无法对工件进过定位将影响工件的加工精度，有时甚至无法对工件进 行安装定位，故应避免）行安装定位，故应避免） 23 部分定位部分定位 重要概念重要概念： 不能片面地理解为不能片面地理解为“少于六点定位的定位方法称为部分少于六点定位的定位方法称为部分 定位定位”。因为下面讲到的。因为下面讲到的“欠定位欠定位”也是少于六点的定也是少于六点的定 位，两者不能混淆。位，两者不能混淆。 影响该加工表面加工精度的自由度也影响该加工表面加工精度的自由度也称必须限制的自由称必须限制的自由 度度。换句话说换句话说, 必须限制的自由度如果不限制的话，必将必须限制的自由度如果不限制

17、的话，必将 影响工件的加工精度而出现废品工件，这是绝对不允许影响工件的加工精度而出现废品工件，这是绝对不允许 的。的。 不影响工件加工精度的自由度允许不被限制。不影响工件加工精度的自由度允许不被限制。 24 生产中的实际定位生产中的实际定位 完全定位完全定位 举例举例：连杆工件在由定位支承板、短銷和挡銷组成连杆工件在由定位支承板、短銷和挡銷组成 的夹具中定位，试对此定位方案进行定位分析。的夹具中定位，试对此定位方案进行定位分析。 （如下图所示）（如下图所示） 解：解：写出各定位元件所限制的自由度：写出各定位元件所限制的自由度： 支承板限制工件三个自由度：支承板限制工件三个自由度： 短銷限制工件

18、二个自由度：短銷限制工件二个自由度： 挡銷限制工件一个自由度：挡銷限制工件一个自由度： 、X Y YXZ 、 Z 25 完全定位举例完全定位举例 故定位性质：为完全定位。故定位性质：为完全定位。 26 必须限制的自由度分析必须限制的自由度分析 举例举例1：在长方形工件毛坯上，用铣刀铣槽、铣台阶面和在长方形工件毛坯上，用铣刀铣槽、铣台阶面和 铣平面。试分析必须限制的自由度有哪些？允许不限制铣平面。试分析必须限制的自由度有哪些？允许不限制 的自由度又有哪些？（如下图举例的自由度又有哪些？（如下图举例1所示）所示） X 27 必须限制的自由度分析必须限制的自由度分析 、 、X Y Z 举例举例2：如

19、上右图所示，在如上右图所示，在 球体的中心加工一个不透孔，球体的中心加工一个不透孔， 试分析必须限制的自由度有哪试分析必须限制的自由度有哪 些？允许不限制的自由度又有些？允许不限制的自由度又有 哪些？哪些？ 解：解：由于加工的孔必须位于由于加工的孔必须位于 球的中心，孔还有深度要求，球的中心，孔还有深度要求， 故：故：必须限制的自由为：必须限制的自由为： （其余的三个自由度允许不限制，它（其余的三个自由度允许不限制，它 们并不影响孔的加工精度。）们并不影响孔的加工精度。） 28 过定位过定位 过定位造成的后果： （1 1）使工件或夹具元件变形，引起加工误差；）使工件或夹具元件变形，引起加工误差

20、； （2 2）使部分工件不能安装，产生定位干涉（如一面两销）使部分工件不能安装，产生定位干涉（如一面两销） 过定位一般是不允许的。过定位一般是不允许的。 29 过定位分析过定位分析 . a） X Z Y X a1） X Z Y X X Z a2） Y X X Z a3） Y X 30 过定位过定位 消除过定位及其干涉的途径：消除过定位及其干涉的途径： 1. 改变定位元件结构，消除对自由度的重复改变定位元件结构，消除对自由度的重复 限制，如长销改成短销；限制，如长销改成短销； 2. 提高工件定位基面之间的位置精度，提高提高工件定位基面之间的位置精度，提高 夹具定位元件之间的位置精度，减少或消夹具

21、定位元件之间的位置精度，减少或消 除过定位引起的干涉，精加工时可增加刚除过定位引起的干涉，精加工时可增加刚 度和定位稳定性。（如：两个山形导轨）度和定位稳定性。（如：两个山形导轨） 31 消除过定位的干涉，一般有两种途径：消除过定位的干涉，一般有两种途径： （1 1）提高定位基面之间以及定位元件工作表面之间的位置精度；提高定位基面之间以及定位元件工作表面之间的位置精度； （2 2）改变定位元件的结构。）改变定位元件的结构。 过定位分析过定位分析 32 定位原理分析举例定位原理分析举例 例一：例一：工件上的孔与端面联合定位。试对下图所示工件的定工件上的孔与端面联合定位。试对下图所示工件的定 位方

22、案进行定位分析，指出定位性质。如不合理，提出改进位方案进行定位分析，指出定位性质。如不合理，提出改进 意见。（如下图所示）意见。（如下图所示） 图: 定位方案分析一 33 X ZY YXZ 工 件 的 定 位 面 夹 具 的 定 位 元 件 平平 面面 支 承 钉 定位情况1个支承钉2个支承钉3个支承钉 图示 限制的自 由度 典型定位元件的定位分析典型定位元件的定位分析 34 ZY YXZ YXZ 工 件 的 定 位 面 夹夹 具具 的的 定定 位位 元元 件件 平平 面面 支 承 板 定位情 况 一块条形支承板二块条形支承板一块矩形支承板 图示 限制的 自由度 典型定位元件的定位分析典型定位

23、元件的定位分析 35 ZY ZYZY ZYZY Z ZYZYX ZYZYX 圆圆 圆 柱 销 定位情 况 短圆柱销长圆柱销两段短圆柱销 图示 限制的 自由度 定位情 况 菱形销长销小平面组合短销大平面组合 图示 限制的 自由度 典型定位元件的定位分析典型定位元件的定位分析 36 ZYX ZY ZYZYX 工件 的定 位面 夹 具 的 定 位 元 件 孔孔 圆 锥 销 定位情 况 固定锥销浮动锥销 固定锥销和浮动锥销 组合 图示 限制的 自由度 典型定位元件的定位分析典型定位元件的定位分析 37 ZX ZXZX ZXZX ZX ZXZX ZXZX 外外 圆圆 柱柱 面面 V 形 块 定位情 况

24、一块短V形块两块短V形块一块长V形块 图示 限制的 自由度 定 位 套 定位情 况 一个短定位套两个短定位套一个长定位套 图示 限制的 自由度 典型定位元件的定位分析典型定位元件的定位分析 38 ZYX ZY ZYZYX 圆圆 锥锥 孔孔 锥 顶 尖 和 锥 度 心 轴 定位情 况 固定顶尖浮动顶尖锥度心轴 图示 限制的 自由度 典型定位元件的定位分析典型定位元件的定位分析 39 解：解：定位分析定位分析 ： 心轴的心轴的大端面限制大端面限制的自由度为：的自由度为： 心轴的心轴的长銷限制长銷限制的自由度为：的自由度为： 分析可知：两个自由度被重复限制。故分析可知：两个自由度被重复限制。故属过定

25、位属过定位。 改进方案有两个：改进方案有两个： 方案一方案一(工件孔作为主要基准时工件孔作为主要基准时)：采用长銷与小端面组合采用长銷与小端面组合 定位定位(长銷限制工件四个自由度；心轴的小端面限制工件长銷限制工件四个自由度；心轴的小端面限制工件 一个自由度一个自由度)。 方案二方案二(工件端面作为主要基准时工件端面作为主要基准时)：采用短銷与大端面组采用短銷与大端面组 合定位合定位(短銷限制两个自由度，大端面限制三个自由度短銷限制两个自由度，大端面限制三个自由度)。 、 、Y X Z 、 、 、X Y X Y 、YX 定位原理分析例一定位原理分析例一 40 例二：例二：如图所示为一长轴工件在

26、双顶尖和三爪卡盘上定位。如图所示为一长轴工件在双顶尖和三爪卡盘上定位。 试分析此定位方案：写出各定位元件所限制的自由度；属于试分析此定位方案：写出各定位元件所限制的自由度；属于 何种性质的定位？如有不合理之处，提出改进意见。何种性质的定位？如有不合理之处，提出改进意见。 图： 双顶尖定位方案分析二 定位原理分析例二定位原理分析例二 41 、 、 、X Y X Y 、X Y Z 解：解：定位分析：定位分析： 三爪卡盘限制工件四个自由度（三爪与工件的相对夹持长度三爪卡盘限制工件四个自由度（三爪与工件的相对夹持长度 较长）：较长）： 左顶尖限制工件三个自由度：左顶尖限制工件三个自由度： 右顶尖限制工

27、件二个自由度：右顶尖限制工件二个自由度： 分析可知，这属于过定位。分析可知，这属于过定位。 改进方案：去掉三爪定位，采用双顶尖定位。（部分定位）改进方案：去掉三爪定位，采用双顶尖定位。（部分定位） 、X Y 定位原理分析例二定位原理分析例二 42 例三：例三：分析下图所示加工零件，加工两个小孔时必须限制的分析下图所示加工零件，加工两个小孔时必须限制的 自由度，选择定位基准和定位元件，并在图中用示意图自由度，选择定位基准和定位元件，并在图中用示意图 画出；确定夹紧力作用点的位置和作用方向，用规定的画出；确定夹紧力作用点的位置和作用方向，用规定的 符号在图中标出。符号在图中标出。 图：定位方案分析

28、三 定位原理分析例三定位原理分析例三 43 提示提示：解此类题目，要解此类题目，要把握二点：一是定位方案必须合把握二点：一是定位方案必须合 理理（无重复定位和欠定位）；（无重复定位和欠定位）；二是该定位方案必须能够保证二是该定位方案必须能够保证 加工精度加工精度（尺寸精度和位置精度），如不能同时满足以上二（尺寸精度和位置精度），如不能同时满足以上二 点，则该定位方案是错误的。点，则该定位方案是错误的。 解解:必须限制的自由度：必须限制的自由度： 支承板定位，限制工件的三个自由度：支承板定位，限制工件的三个自由度： （保证（保证 各孔的轴心线垂直于工件底面）；各孔的轴心线垂直于工件底面）； 两支

29、承销定位，限制工件二个自由度：两支承销定位，限制工件二个自由度： (保证工件保证工件 二小孔的位置尺寸二小孔的位置尺寸H）；）； 削边销定位，限制一个自由度：削边销定位，限制一个自由度： (保证工件二小孔保证工件二小孔 与大孔中心的对称位置尺寸与大孔中心的对称位置尺寸A)。 属于完全定位，且能保证工件的加工精度要求，方案正属于完全定位，且能保证工件的加工精度要求，方案正 确。确。 、 、Y X Z 、Z Y X ZYXZX 、 定位原理分析例三定位原理分析例三 44 例四：例四：一个平面和与其垂直的两个孔组合一个平面和与其垂直的两个孔组合 定位原理分析例四定位原理分析例四 45 这种定位属于过

30、定位：这种定位属于过定位：两定位销的中心距为两定位销的中心距为L，当一批工，当一批工 件的两定位孔中心距在公差范围变动时，部分零件发生孔销件的两定位孔中心距在公差范围变动时，部分零件发生孔销 干涉。干涉。 定位原理分析例四定位原理分析例四 46 解决办法是：解决办法是：将销将销 2做成削边销（做成削边销（注注 意削边销的使用意削边销的使用 方向方向） 定位原理分析例四定位原理分析例四 47 一平面和与其垂直的两外圆柱面组合一平面和与其垂直的两外圆柱面组合 如如b)图所示：支承板限制图所示：支承板限制3个自由度；左面固定的短个自由度；左面固定的短V形块限形块限 制制2个自由度；右面活动的短个自由度；右面活动的短V形块限制形块限制1个自由度。个自由度。 定位原理分析例五定位原理分析例五 48 一孔和一平行于孔中心线的平面组合：一孔和一平行于孔中心线的平面组合： 图图c)定位方案能保证图定位方案能保证图a)零件中零件中 尺寸（支承板限制工件尺寸（支承板限制工件3 个自由度、削边销限制个自由度、削边销限制1个自由度、下侧面限制个自由度、下侧面限制2个自由度）个自由度） 以及工件尺寸以及工件尺寸 对称于大孔中对称于大孔中 心线。心线。 图图d)定位方案能保证图定位方案能保证图b)零件中零件中 尺寸，支承板限制工件尺寸，支承板限制工件 3个自由度、短销限