机械制造装备设计 第四章 第4.2节 工件的定位及定位元件

1、第第4.24.2节节 工件的定位（工件的定位（1 1） 1、定位：定位：在机床上加工工件时，为使在机床上加工工件时，为使 工件在该工序所加工表面能达到规定的尺寸工件在该工序所加工表面能达到规定的尺寸 与形位公差要求，在开动机床进行加工之与形位公差要求，在开动机床进行加工之 前，必须首先前，必须首先将工件放在机床上或夹具中，将工件放在机床上或夹具中， 使它在夹紧之前就相对于机床占有某一正确使它在夹紧之前就相对于机床占有某一正确 的位置，此过程称为的位置，此过程称为定位定位。 一、概念一、概念 第第4 4章章 机床夹具设计机床夹具设计 加工加工前确定前确定工件工件在机床或夹具中相对刀具占据的在机床

2、或夹具中相对刀具占据的 加工位置称为定位。加工位置称为定位。 1）工件的定位必须要有相应的定位元件来限制。）工件的定位必须要有相应的定位元件来限制。 2）工件的定位应有相应的精度要求。）工件的定位应有相应的精度要求。 3）工件的定位精度是指一批工件的限定位置的分）工件的定位精度是指一批工件的限定位置的分 布范围。布范围。 第第4 4章章 机床夹具设计机床夹具设计 2、夹紧：夹紧：工件在定位之后还不一定能承工件在定位之后还不一定能承 受外力的作用，为了使工件在加工过程中。受外力的作用，为了使工件在加工过程中。 总能保持其正确位置，还必须把它压紧，此总能保持其正确位置，还必须把它压紧，此 过程过程

3、称为夹紧称为夹紧。 定位的任务：使工件相对于机床占有某定位的任务：使工件相对于机床占有某 一正确的位置。一正确的位置。 夹紧的任务：是保持工件的定位位置不夹紧的任务：是保持工件的定位位置不 变。变。 第第4 4章章 机床夹具设计机床夹具设计 3 3、基准、基准 （1 1）基准及基面）基准及基面 基准：基准：指用来确定生产对象中相关几何要素间的指用来确定生产对象中相关几何要素间的 几何关系所依据的那些点、线、面。几何关系所依据的那些点、线、面。 基面：基面：指在零件上用以体现基准的那些表面。指在零件上用以体现基准的那些表面。 当作为基准的要素为轮廓要素（如平面、棱线、当作为基准的要素为轮廓要素（

4、如平面、棱线、 素线、顶点）时，其基面就是基准。而当作为基准素线、顶点）时，其基面就是基准。而当作为基准 的要素为中心要素（如轴线、球心、对称中心线或的要素为中心要素（如轴线、球心、对称中心线或 面）时则由相应的表面来体现。面）时则由相应的表面来体现。 第第4 4章章 机床夹具设计机床夹具设计 2 2基准的种类基准的种类 （1 1）设计基准）设计基准 指在零件设计图纸指在零件设计图纸 上所采用的基准。上所采用的基准。 第第4 4章章 机床夹具设计机床夹具设计 （2 2）工艺基准）工艺基准 工艺基准：工艺基准：指在工艺过程中所采用的基准。包括定位基指在工艺过程中所采用的基准。包括定位基 准、工序

5、基准、测量基准和装配基准。准、工序基准、测量基准和装配基准。 1 1）定位基准）定位基准: : 在工件加工时用来确定工件加工位置所采用在工件加工时用来确定工件加工位置所采用 的基准。的基准。 2 2）工序基准：）工序基准：在工序图上用来确定本工序所加工表在工序图上用来确定本工序所加工表 面的尺寸和位置所采用的基准。面的尺寸和位置所采用的基准。 3 3）测量基准：）测量基准：测量工件已加工表面的尺寸和位置所测量工件已加工表面的尺寸和位置所 采用的基准。采用的基准。 4 4）装配基准：）装配基准：产品装配时，用来确定零件或部件在产品装配时，用来确定零件或部件在 产品中的相互位置所采用的基准。产品中

6、的相互位置所采用的基准。 第第4 4章章 机床夹具设计机床夹具设计 第第4 4章章 机床夹具设计机床夹具设计 第第4 4章章 机床夹具设计机床夹具设计 二、工件的定位二、工件的定位 物体在空间具有六个物体在空间具有六个 自由度，即沿三个坐标轴自由度，即沿三个坐标轴 的移动和绕三个坐标轴的的移动和绕三个坐标轴的 转动，如果完全限制了物转动，如果完全限制了物 体的这六个自由度，则物体的这六个自由度，则物 体在空间的位置就完全确体在空间的位置就完全确 定了。定了。 第第4 4章章 机床夹具设计机床夹具设计 1.六点定位原理 第第4 4章章 机床夹具设计机床夹具设计 六点定则：六点定则：用六个合理分布

7、的定位支承点限用六个合理分布的定位支承点限 制工件的六个自由度，即可实现工件在空间制工件的六个自由度，即可实现工件在空间 位置的完全确定。位置的完全确定。 第第4 4章章 机床夹具设计机床夹具设计 注：注：1 1无论工件的形状核结构无论工件的形状核结构 怎么不同，其怎么不同，其4 4个自由度都可个自由度都可 以用以用4 4个支撑点来限制，只是个支撑点来限制，只是4 4 个支撑点的位置不同罢了；个支撑点的位置不同罢了； 2 2 定位过程中，支撑点与定位过程中，支撑点与 工件不分离，一旦分离，就失工件不分离，一旦分离，就失 去了定位作用。去了定位作用。 为了达到某一工序的加工要求，有时不一为了达到

8、某一工序的加工要求，有时不一 定要完全限制工件的六个自由度。定要完全限制工件的六个自由度。 例如：例如：在如图在如图1-4所示工件上铣一个通槽。所示工件上铣一个通槽。 第第4 4章章 机床夹具设计机床夹具设计 综上分析知，欲使工件在空间处于完全确综上分析知，欲使工件在空间处于完全确 定的位置，必须选用与加工件相适应的定的位置，必须选用与加工件相适应的6个支个支 承点来限制工件的承点来限制工件的6个自由度，这就是工件定个自由度，这就是工件定 位的位的六点定位原理六点定位原理。 第第4 4章章 机床夹具设计机床夹具设计 三、工件的定位形式工件的定位形式 （1）完全定位 用六个合理布置的定位支承点限

9、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。 （3） 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。 第第4 4章章 机床夹具设计机床夹具设计 （4）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。 防止出现造成不良后果的过定位的方法有：改变定位元件 结构，去掉多余的定位支承点。提高工件定位基面之间和定位 元件工作表面之间的位置

10、精度。 第第4 4章章 机床夹具设计机床夹具设计 四、工件限制的应自由度数目四、工件限制的应自由度数目 第一种自由度的分析方法及步骤：第一种自由度的分析方法及步骤： 1) 明确工件在本工序的加工要求和相应的工序基准。明确工件在本工序的加工要求和相应的工序基准。 2) 根据工序基准的所在位置建立空间直角坐标系。根据工序基准的所在位置建立空间直角坐标系。 3) 依次找出影响本工序加工要求的自由度）。依次找出影响本工序加工要求的自由度）。 4）将找出的自由度进行归纳即可得到本工序应限制的）将找出的自由度进行归纳即可得到本工序应限制的 第一种自由度。第一种自由度。 判断工件在某一方向的自由度是否被限制

11、，唯一判断工件在某一方向的自由度是否被限制，唯一 的标准是看同一批工件先后定位后，在该方向上的位的标准是看同一批工件先后定位后，在该方向上的位 置是否一致。置是否一致。 第第4 4章章 机床夹具设计机床夹具设计 a a）图应限制的第一种自由度为沿着）图应限制的第一种自由度为沿着Z 轴的一个移动轴的一个移动 自由度。自由度。 b b）图应限制的第一种自由度为沿着）图应限制的第一种自由度为沿着X 和和Y 轴的两个轴的两个 移动自由度。移动自由度。 第第4 4章章 机床夹具设计机床夹具设计 c）应限制的第一种自由度为沿着）应限制的第一种自由度为沿着Z 轴的一个移动自轴的一个移动自 由度和沿着由度和沿

12、着X和和Y轴的两个转动自由度。轴的两个转动自由度。 d）应限制的第一种自由度为沿着）应限制的第一种自由度为沿着X 与与Z 轴的两个移轴的两个移 动自由度和沿着动自由度和沿着X和和Z轴的两个转动自由度。轴的两个转动自由度。 第第4 4章章 机床夹具设计机床夹具设计 e）图应限制的第一种自由度为沿着）图应限制的第一种自由度为沿着X与与Z的二个移动自由的二个移动自由 度和沿着度和沿着X、Y和和Z轴的三个转动自由度。轴的三个转动自由度。 f）图应限制的第一种自由度为沿着）图应限制的第一种自由度为沿着X、Y和和Z轴的三个移动轴的三个移动 自由度和沿着自由度和沿着X、Y和和Z轴的三个转动自由度。轴的三个转

13、动自由度。 第第4 4章章 机床夹具设计机床夹具设计 图图(a)(a)： 过球心过球心 打一孔打一孔 。 第第4 4章章 机床夹具设计机床夹具设计 图图(b)：加工齿轮坯：加工齿轮坯 两端面，要求保证尺寸两端面，要求保证尺寸A 及两端面与内孔的垂直度。及两端面与内孔的垂直度。 第第4 4章章 机床夹具设计机床夹具设计 图图(c)：在小轴上铣槽，保证尺寸：在小轴上铣槽，保证尺寸H和和L 。 第第4 4章章 机床夹具设计机床夹具设计 图图(d)：过轴心打通孔，保证尺寸：过轴心打通孔，保证尺寸L 。 第第4 4章章 机床夹具设计机床夹具设计 图图(e)：在支座零件上加工两通孔，保证尺寸：在支座零件上

14、加工两通孔，保证尺寸A和和H。 第第4 4章章 机床夹具设计机床夹具设计 第第4 4章章 机床夹具设计机床夹具设计 第第4 4章章 机床夹具设计机床夹具设计 第第4 4章章 机床夹具设计机床夹具设计 第第4.24.2节节 工件的定位（工件的定位（2 2） - -常见的定位方式及其定位元件常见的定位方式及其定位元件 1 1足够的精度足够的精度 定位元件的精度将直接影响工件的定位精度。 2 2耐磨性好耐磨性好 定位元件在使用过程中会受到磨损，从而导致定位精度的下降，当磨 损到一定程度时，定位元件必须更换。 3 3足够的强度和刚度足够的强度和刚度 定位元件不仅起到限制工件自由度的作用，而且在加工过程

15、中还要承 受工件重力、切削力、夹紧力等。 4 4工艺性好工艺性好 定位元件的结构应力求简单、合理、便于制造、装配和维修。 定位元件的基本要求定位元件的基本要求 第第4 4章章 机床夹具设计机床夹具设计 1. 1. 工件以平面定位工件以平面定位 1 1）固定支承）固定支承 支承钉（平头、球头、锯齿头）支承钉（平头、球头、锯齿头） 支承板（无槽、有槽）支承板（无槽、有槽） 2 2）可调支承（平头、球头、锯齿头）可调支承（平头、球头、锯齿头） 3 3）自位支承（也称为浮动支承）自位支承（也称为浮动支承） 工作面形式有：两点式、三点式和多点式。工作面形式有：两点式、三点式和多点式。 浮动方式有：球面浮

16、动式、杠杆浮动式、浮动方式有：球面浮动式、杠杆浮动式、 滑柱浮动式。滑柱浮动式。 第第4 4章章 机床夹具设计机床夹具设计 第第4 4章章 机床夹具设计机床夹具设计 第第4 4章章 机床夹具设计机床夹具设计 第第4 4章章 机床夹具设计机床夹具设计 第第4 4章章 机床夹具设计机床夹具设计 第第4 4章章 机床夹具设计机床夹具设计 第第4 4章章 机床夹具设计机床夹具设计 2.2.工件以圆柱孔定位工件以圆柱孔定位 1 1）定位销）定位销 可分为圆柱销、圆锥销、菱形销与组合销可分为圆柱销、圆锥销、菱形销与组合销 结构形式有：固定式、伸缩式结构形式有：固定式、伸缩式 长圆柱销（可限制长圆柱销（可限

17、制4 4个自由度）个自由度） 短圆柱销（可限制短圆柱销（可限制2 2个自由度）个自由度） 短固定圆锥销（可限制短固定圆锥销（可限制3 3个自由度）个自由度） 第第4 4章章 机床夹具设计机床夹具设计 第第4 4章章 机床夹具设计机床夹具设计 第第4 4章章 机床夹具设计机床夹具设计 2 2）定位心轴）定位心轴 可分为刚性心轴和弹性心轴。刚性心轴可分为可分为刚性心轴和弹性心轴。刚性心轴可分为 圆柱心轴和小锥度心轴。刚性圆柱心轴可分为间隙圆柱心轴和小锥度心轴。刚性圆柱心轴可分为间隙 配合、过盈配合和花键轴。配合、过盈配合和花键轴。 长圆柱心轴（可限制长圆柱心轴（可限制4 4个自由度）个自由度） 短

18、圆柱心轴（可限制短圆柱心轴（可限制2 2个自由度）个自由度） 第第4 4章章 机床夹具设计机床夹具设计 第第4 4章章 机床夹具设计机床夹具设计 第第4 4章章 机床夹具设计机床夹具设计 第第4 4章章 机床夹具设计机床夹具设计 3. 3. 工件以外圆柱面定位工件以外圆柱面定位 1 1）V V形块定位形块定位 长长V形块和短形块和短V形块；固定形块；固定V形块和活动形块和活动V形块形块 固定长固定长V形块（可限制形块（可限制4个自由度）个自由度） 固定短固定短V形块（可限制形块（可限制2个自由度）个自由度） 2 2）定位套）定位套（半圆套、圆柱及圆锥套）（半圆套、圆柱及圆锥套） 3 3）定心夹紧结构）定心夹紧结构（卡盘类、弹性卡头）（卡盘类、弹性卡头） 第第4 4章章 机床夹具设计机床夹具设计 第第4 4章章 机床夹具设计机床夹具设计 第第4 4章章 机床夹具设计机床夹具设计 第第4 4章章 机床夹具设计机床夹具设计 4. 4. 工件以其它表面定位工件以其它表面定位 （1 1）工件以圆锥孔定位）工件以圆锥孔定位 1) 1) 锥度心轴（长轴与短轴）锥度心轴（长轴与短轴） 2) 2) 顶尖（固定与活动）顶尖（固定与活动） （2 2）工件以成形表面定位）工件以成形表面定位 如：渐开线齿面