工件在夹具中的定位概要课件

第二节工件在夹具中的定位一、工件定位的基本原理

在夹具设计的定位分析中，常用X、Y、Z分别表示沿X轴、Y轴和Z轴的移动自由度；图X、Y、Z分别表示绕X轴、Y轴和Z轴的转动自由度。未定位前的工件即相当于自由刚体，是无法进行加工的。要使工件在夹具中有一个正确位置，必须对影响工件加工面位置精度的自由度加以限制。在这里用定位支承点来约束工件运动自由度以达到工件定位的目的。第二节工件在夹具中的定位11.六点定位原则要使工件在空间有确定的位置，就必须约束六个自由度。

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“六点定位原则”。主定位面XOY---三个支承点限制了X、Y、Z三个自由度。导向定位面XOZ--两个支承点限制了Y、Z两个自由度止推定位面ZOY--一个支承点限制了X最后一个自由度

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，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。1.六点定位原则2

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，否则Z的自由度没被限制，而X的自由度却同时被XOY与XOZ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固可靠。一般选取工件上窄长表面作为导向定位面。

(１)完全定位---有六个支承点，将工件的六个自由度全部限制住，使工件在夹具中占有完全确定的位置，这种定位方式称为“完全定位”。

要保证尺寸H及槽底与A面间的平行度为δa，就要以A面定位约束住Z．X．Y三个自由度。要保证尺寸b及槽侧面与B面的平行度为δb，要以B面为定位面，需要约束住X．Z自由度。要保证尺寸L，就要约束住Y．自由度。综合起来，图ｂ所示夹具定位方案。导向定位面上的两个支承点不能在垂直于主定位面3夹具Ａ面为主定位面:约束了Ｚ、Ｘ、Ｙ三个自由度窄长面Ｂ为导向定位面:约束了Ｘ和Ｚ两个自由度端面Ｃ为止推定位面:约束了Ｙ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。例:在链杆上钻大孔工件在夹具中的定位概要课件4

(２)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目时，这种定位方式称为“准定位”。

如图4-5-9ａ所示工件，在加工上表面时，要求保证工件的厚度尺寸Ｈ及平行度δa，由分析可知，工件的三个自由度Z．X．Y对加工要求有直接影响，因此在加工前必需予以约束。如图的定位方式限制了工件三个自由度，剩下X．Y．Z虽然未加以限制，但对保持工序所规定的尺寸Ｈ和平行度δ要求而言，则无丝毫影响。幻灯片8(２)准定位工件在夹具中定位，如果支承点不5

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。通过上例的分析，还可以看出，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。例：图4－5－10ａ工件，在卧式铣床上铣阶梯面时，要求如图所示。要保证尺寸ｈ和平行度δc，需要约束Z．X．Y三个自由度要保证尺寸ｂ和平行度δd，需要约束X．Y．Z自由度共需约束X．X．Y．Z．Z五个自由度夹具定位方式：A面约束Z．X．Y自由度B面约束X．Z自由度注意：在限制工件自由度时，是以未被夹紧为前提的。6图4-5-11ａ是在一光轴上铣出一键槽。要求保证尺寸Ｈ+ΔH以及键槽与轴线的平行度ΔP•X。按此加工要求，工件可以放在Ｖ型铁上定位。V型铁定位与四个支撑点定位效果相同如图V型铁约束了X．Z．X．Z四个自由度剩下未限制，但对铣此键槽所规定的技术要求并无影响。图4-5-11ａ是在一光轴上铣出一键槽。要求保证尺寸7（3）欠定位工件在夹具中定位，如果根据加工要求应该消除的自由度未被支撑点限制时，称为：“欠定位”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4－5－12(4)过定位指工件上起各种不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，超过规定的数目，因而使工件的位置反而不确定。称谓:“过定位”。如图4－5－13所示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。这是所不希望出现的。但在实际生产中常常遇到。幻灯片6幻灯片5（3）欠定位工件在夹具中定位，如果根据加工要幻灯片8例：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X．Y．X．Y．自由度工件靠住支撑凸台平面，限制三个自由度Z．X．Y这属于超定位。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。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。

ａ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点之间，并未互相干涉或冲突，则这种过定位方式仍属可用。例，图4－5－14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工出来的，内孔和端面具有很高的垂直度。虽然X．Y被重复限制，但因为定位基准之间保证了较高的位置精度，并不会引起相干涉和冲突。幻灯片10例：在滚齿机（或插齿机）上加工齿轮时，见图4-5-14幻灯片9实质上，这时所限制的自由度，仍然只有五个X．Y．Z．X．Y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。

ｂ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。例图4－5－15所示，图4－5－16所示幻灯片9实质上，这时所限制的自由度，仍然只有五个X．Y．Z．X．Y幻102.定位分析小结

(1)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。

(2)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。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求必需消除的自由度数目，如图4-5-17但不包括重复定位情况。

(3)根据加工要求，采用“完全定位”、“准定位”都是合理的，“欠定位”是不允许的。当支承点数目虽然等于或多于需要消除的自由度数目，但并未完全限制应消除的自由度时，仍属于“欠定位”，甚至即是“欠定位”又是“过定位”。2.定位分析小结11例图4-5-18

(4)正确处理过定位过定位一般应避免，但在设计定位方案时，不能简单地肯定或否定，应根据具体情况作具体分析。如果需要采用过定位，应该使其所产生的不良后果减小到允许的程度。

(5)当定位元件本身能沿某方向移（或转）动时，则将失去限制工件在该方向上移（或转）动的能力。如图4-5-18ａ所示，本来一般短Ｖ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Ｖ形块能沿Ｘ轴向移动，失去限制的能力，而只保留了限制工件自由度的能力课件4-5-2-1.ppt-1例图4-5-18课件4-5-2-1.ppt-112二、常见的定位方式及定位元件

1.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如图4-5-19所示的球头支承钉(2)工件以精基准定位时用的平头支承钉和支承板常用图4-5-20所示二、常见的定位方式及定位元件13

(3)可调支承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，尤其在中、小批生产。例图4-5-22所示，例图4-5-23(3)可调支承是指这种支承的高度可14

(4)自位支承（或称浮动支承）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变化而自动适应的。如图4-5-24所示。2.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.常用的刚性心轴有三种形式见图4-5-25所示。(4)自位支承（或称浮动支承）15

定位销一般可分为固定式和可换式两种。图4-5-26所示,为固定式定位销的几种典型结构。图4-5-27所示,为可换式定位销，以便定期维修更换。注意:

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，接触面的长短不一样,所限制自由度的数目也不一样.(1)接触面较长如图4-5-28中（ａ），Ｈ≈Ｈa这时算作长销，相当于四个定位支承点，限制四个自由度X．YX．Y定位销一般可分为固定式和可换式两种。注意:16

(2)接触较短如图4-5-28中（ｂ），Ｈ＜＜Ｈb,这时算作短销，相当于两个定位支承点，限制两个自由度X．Y图4－5－29所示的套筒、空心轴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）等锥形定位元件上定位。在某些钻孔工序中，工件常以圆孔在图4－5－30所示的平头锥锥上定位。幻灯片8(2)接触较短如图4-5-28中（ｂ），幻灯片8173.工件以圆锥孔定位(1)接触较长的图(ａ)，相当于五个定位支承点，限制五个自由度X．Y．Z．Y．Z．(2)接触面较短（ｂ）相当三个定位支承点，限制三个自由度X．Y．Z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个定位支承点。4.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。根据外圆表面的完整程度和加工要求，可在圆孔或Ｖ型铁中定位3.工件以圆锥孔定位18

圆柱面与一平面接触的情形：（1）接触线较长时，图中（ａ）相当于两个定位支承点，限制两个自由度Z．X（2）接触线较短时，图中（ｂ）相当于一个定位支承点，限制一个自由度Z外圆面与Ｖ型铁接触：（1）接触线较长时，图中（ａ）相当于四个定位支承点，限制四个自由度X．Z．X．Z（2）接触线较短时，图中（ｂ）相当于两个定位支承点，限制两个自由度X．Y圆柱面与一平面接触的情形：19圆柱面与圆锥面接触方式，如图4－5－35圆柱面与圆锥面接触方式，如图4－5－3520

三.常用典型夹紧机构1.斜楔夹紧机构

图４-５-３６所示。2.偏心夹紧机构圆偏心夹紧结构,如图4-5-37所示偏心－压板夹紧结构，如图4-5-38所示.三.常用典型夹紧机构21

3.螺旋夹紧机构如图４-５-３９所示4.螺钉－压板型夹紧机构如图４-５-４０所示3.螺旋夹紧机构如图４-５-３９22第二节工件在夹具中的定位一、工件定位的基本原理

在夹具设计的定位分析中，常用X、Y、Z分别表示沿X轴、Y轴和Z轴的移动自由度；图X、Y、Z分别表示绕X轴、Y轴和Z轴的转动自由度。未定位前的工件即相当于自由刚体，是无法进行加工的。要使工件在夹具中有一个正确位置，必须对影响工件加工面位置精度的自由度加以限制。在这里用定位支承点来约束工件运动自由度以达到工件定位的目的。第二节工件在夹具中的定位231.六点定位原则要使工件在空间有确定的位置，就必须约束六个自由度。

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“六点定位原则”。主定位面XOY---三个支承点限制了X、Y、Z三个自由度。导向定位面XOZ--两个支承点限制了Y、Z两个自由度止推定位面ZOY--一个支承点限制了X最后一个自由度

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，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。1.六点定位原则24

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，否则Z的自由度没被限制，而X的自由度却同时被XOY与XOZ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固可靠。一般选取工件上窄长表面作为导向定位面。

(１)完全定位---有六个支承点，将工件的六个自由度全部限制住，使工件在夹具中占有完全确定的位置，这种定位方式称为“完全定位”。

要保证尺寸H及槽底与A面间的平行度为δa，就要以A面定位约束住Z．X．Y三个自由度。要保证尺寸b及槽侧面与B面的平行度为δb，要以B面为定位面，需要约束住X．Z自由度。要保证尺寸L，就要约束住Y．自由度。综合起来，图ｂ所示夹具定位方案。导向定位面上的两个支承点不能在垂直于主定位面25夹具Ａ面为主定位面:约束了Ｚ、Ｘ、Ｙ三个自由度窄长面Ｂ为导向定位面:约束了Ｘ和Ｚ两个自由度端面Ｃ为止推定位面:约束了Ｙ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。例:在链杆上钻大孔工件在夹具中的定位概要课件26

(２)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目时，这种定位方式称为“准定位”。

如图4-5-9ａ所示工件，在加工上表面时，要求保证工件的厚度尺寸Ｈ及平行度δa，由分析可知，工件的三个自由度Z．X．Y对加工要求有直接影响，因此在加工前必需予以约束。如图的定位方式限制了工件三个自由度，剩下X．Y．Z虽然未加以限制，但对保持工序所规定的尺寸Ｈ和平行度δ要求而言，则无丝毫影响。幻灯片8(２)准定位工件在夹具中定位，如果支承点不27

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。通过上例的分析，还可以看出，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。例：图4－5－10ａ工件，在卧式铣床上铣阶梯面时，要求如图所示。要保证尺寸ｈ和平行度δc，需要约束Z．X．Y三个自由度要保证尺寸ｂ和平行度δd，需要约束X．Y．Z自由度共需约束X．X．Y．Z．Z五个自由度夹具定位方式：A面约束Z．X．Y自由度B面约束X．Z自由度注意：在限制工件自由度时，是以未被夹紧为前提的。28图4-5-11ａ是在一光轴上铣出一键槽。要求保证尺寸Ｈ+ΔH以及键槽与轴线的平行度ΔP•X。按此加工要求，工件可以放在Ｖ型铁上定位。V型铁定位与四个支撑点定位效果相同如图V型铁约束了X．Z．X．Z四个自由度剩下未限制，但对铣此键槽所规定的技术要求并无影响。图4-5-11ａ是在一光轴上铣出一键槽。要求保证尺寸29（3）欠定位工件在夹具中定位，如果根据加工要求应该消除的自由度未被支撑点限制时，称为：“欠定位”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4－5－12(4)过定位指工件上起各种不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，超过规定的数目，因而使工件的位置反而不确定。称谓:“过定位”。如图4－5－13所示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。这是所不希望出现的。但在实际生产中常常遇到。幻灯片6幻灯片5（3）欠定位工件在夹具中定位，如果根据加工要幻灯片30例：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X．Y．X．Y．自由度工件靠住支撑凸台平面，限制三个自由度Z．X．Y这属于超定位。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。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。

ａ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点之间，并未互相干涉或冲突，则这种过定位方式仍属可用。例，图4－5－14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工出来的，内孔和端面具有很高的垂直度。虽然X．Y被重复限制，但因为定位基准之间保证了较高的位置精度，并不会引起相干涉和冲突。幻灯片10例：在滚齿机（或插齿机）上加工齿轮时，见图4-5-14幻灯片31实质上，这时所限制的自由度，仍然只有五个X．Y．Z．X．Y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。

ｂ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。例图4－5－15所示，图4－5－16所示幻灯片9实质上，这时所限制的自由度，仍然只有五个X．Y．Z．X．Y幻322.定位分析小结

(1)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。

(2)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。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求必需消除的自由度数目，如图4-5-17但不包括重复定位情况。

(3)根据加工要求，采用“完全定位”、“准定位”都是合理的，“欠定位”是不允许的。当支承点数目虽然等于或多于需要消除的自由度数目，但并未完全限制应消除的自由度时，仍属于“欠定位”，甚至即是“欠定位”又是“过定位”。2.定位分析小结33例图4-5-18

(4)正确处理过定位过定位一般应避免，但在设计定位方案时，不能简单地肯定或否定，应根据具体情况作具体分析。如果需要采用过定位，应该使其所产生的不良后果减小到允许的程度。

(5)当定位元件本身能沿某方向移（或转）动时，则将失去限制工件在该方向上移（或转）动的能力。如图4-5-18ａ所示，本来一般短Ｖ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Ｖ形块能沿Ｘ轴向移动，失去限制的能力，而只保留了限制工件自由度的能力课件4-5-2-1.ppt-1例图4-5-18课件4-5-2-1.ppt-134二、常见的定位方式及定位元件

1.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如图4-5-19所示的球头支承钉(2)工件以精基准定位时用的平头支承钉和支承板常用图4-5-20所示二、常见的定位方式及定位元件35

(3)可调支承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，尤其在中、小批生产。例图4-5-22所示，例图4-5-23(3)可调支承是指这种支承的高度可36

(4)自位支承（或称浮动支承）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变化而自动适应的。如图4-5-24所示。2.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.常用的刚性心轴有三种形式见图4-5-25所示。(4)自位支承（或称浮动支承）37

定位销一般可分为固定式和可换式两种。图4-5-26所示,为固定式定位销的几种典型结构。图4-5-27所示,为可换式定位销，以便定期维修更换。注意:

工件以圆孔定位时，与