(一) 六點定位原理
如圖1-1所示,任何一個自由剛體,在空(kōng)間均有6個自由度(自由度是完全確定(dìng)物體(tǐ)在(zài)空間(jiān)的幾何(hé)位置所需要的獨立坐標數目),即沿空間坐標軸x、y、z 三個方向的移動和繞(rào)此三坐標軸的轉動(分別以x→、y→、z→和x、y、z表示)。

圖1-1
圖1-2表示一個長方體工件在空間坐標係中的定位情況。

圖1-2
在xy平麵上設置3個支承(不能在一條直線(xiàn)上(shàng)),工件放在這3個支承上,就能限製工件的z→、y、x3個自由度;在xz平麵上設置(zhì)兩個支承(兩點的連線不能平行(háng)於z軸),把工件(jiàn)靠在這兩個支承上,可限製(zhì)y→、z 兩(liǎng)個自由度;在yz 平麵上設置一個支承,使工件靠(kào)在(zài)這個支承上,就限製了x→這個自(zì)由度。這樣(yàng)工件的這6個自由度就都被限製了,工件在空間的(de)位置就完全確定(dìng)了。
工件定位的實質就(jiù)是限製工件的自由度,使工件在夾具(jù)中占有某個確定的正確加工位置。
在這個空間(jiān)坐標係中,設置的6個支承稱為定位支承點,實際上(shàng)就是起定位作用的定位元件。將具體的定(dìng)位元件抽象化,轉化為相應的(de)定(dìng)位支承點,用這些定位支承點來限製工件的運動自由度,這樣定位分(fèn)析的問題便十分簡單明了了。
在夾具中采用合理(lǐ)布置的6個定位支(zhī)承點與工件的定位基準相接(jiē)觸,來限製工件的6個運動自由(yóu)度(dù),就稱為六點定位原(yuán)理(lǐ)。
應用(yòng)六點定位原理實現工件在夾具中的正確定位時,應注意下列幾點:
1) 設置3個定位支承(chéng)點的平麵限製一個移動自由度和兩個轉動自由度,稱為主要定(dìng)位麵。工(gōng)件上選作主要定位的表麵應力求麵積盡可能大些,而3個定(dìng)位支承點的分布應盡量彼此遠離和分散,絕對不能分布在一(yī)條直線上,以承受較大外力作用,提高定位穩定性。
2) 設置兩(liǎng)個(gè)定位支承點的(de)平麵限製兩個自由度,稱為導向定位麵。工件上選作導向定位的表麵(miàn)應力求麵積狹(xiá)而長,而兩個定位支(zhī)承點的分布在平麵縱(zòng)長方向上應盡量彼此遠離(lí),絕對不能分布在平麵窄短方向上,以(yǐ)使導向作用更好,提高定位穩定性。
3) 設置一個定位支承點的平麵限製一個自由度,稱為(wéi)止推定位麵或防轉定位麵。究竟是止推作用還是防轉作用,要根據這個定位支承點所限製的自由度是移動的還是轉動的而定。
4) 一個定位支承點隻能限製一個自由度。
5) 定(dìng)位支承點必須與工件的定位基準始終貼緊接觸。一旦分離,定位支承點就失去了限製工件自由度的作用。
6) 工(gōng)件在(zài)定位時需要(yào)限製的自由(yóu)度數目以及究竟是哪(nǎ)幾個自由度,完全由工件該工(gōng)序的加工要求所決定,應該根據實際情況進行具體分析,合理設置定位支承點的數量和分(fèn)布情況。
7) 定位支承點所限製的(de)自由度,原則上不允許重複或相互矛盾。
(二) 完全定位與不完全定位
工件的6個自由度全部被限製而在夾具中占有完全確定的唯一位置,稱為完全定位。如圖1-3所示,在某(mǒu)長方體工件上加工一個不通孔,為滿足所有加工要求,必須限製工件的6個自由度,這就是完(wán)全定位。
沒有全(quán)部限(xiàn)製(zhì)工件的6個自(zì)由(yóu)度,但也能滿足加工(gōng)要求的定位(wèi),稱為不完全定位。如圖1-4所示,在某長方體工件上加工一個通槽,滿足所有加(jiā)工(gōng)要求僅需要限製工件(jiàn)的5個自(zì)由度,而工件的y→自由度可以不限製,這就是不完全定位。特別需(xū)要說明的是,為了便於承受切(qiē)削力、夾(jiá)緊力或為了保(bǎo)證一批工件的進給長度一致,有時將無(wú)加工要求的自由度也加以限製。例如,將(jiāng)圖1-4所示工件(jiàn)的y→自由度也限製,實際加工(gōng)是允許的,有時也(yě)是必要的。

圖1-3 長方體工件鑽孔工序的定位分析 圖1-4長方體工件銑槽工序的定位分析
(三) 欠定位與過定位
根據加工要(yào)求,工(gōng)件必須限製的自由度沒有達(dá)到全部限製的定位,稱(chēng)為欠定位。欠定位必然導致無(wú)法正確(què)保證工序所規定的(de)加工要求。圖1-5所示,銑削(xuē)某軸的不通槽時,隻限製了工件的4個自由度,x→自由度未被限(xiàn)製,故加工出來的槽的長(zhǎng)度尺寸無法保證一致。因此,欠(qiàn)定位是不允許的。

圖1-5 軸銑槽(cáo)工序的定位分析
工件在夾具中定位時,若(ruò)幾個定位支承點(diǎn)重複限製同一個或幾個自由度,稱為過定位。過(guò)定位是(shì)否允許,應根據(jù)工件的(de)不同加工情況進行具體(tǐ)分(fèn)析。一般地,當工件(jiàn)以形狀精度和位置精(jīng)度很低的(de)毛坯表麵作為定位基準時,不允許采(cǎi)用過定位;而以已加工過的或精(jīng)度高的毛坯(pī)表(biǎo)麵作為(wéi)定位基(jī)準時,為了提高工件定位的穩定性(xìng)和剛度,在一定條件下允許采用過定位。如圖1-6所示,銑削某(mǒu)矩形工件(jiàn)的上平麵時,工件以底平麵作為定位基準。當設置3個定位(wèi)支承點時,如圖1-6a所示,屬於不完全定位,是合理方案。

圖1-6 銑削矩形零件(jiàn)的定位分析
當設置4個定位支承點時,如圖1-6b所示,屬(shǔ)於(yú)過定位。若底(dǐ)平(píng)麵粗糙或(huò)是4個圖1-6 銑削矩形工件的定位分析定位支承點不在同一平麵上,實際隻(zhī)有3個點接觸,將造(zào)成工(gōng)件定位的位置不定或一(yī)批工件定位位置不一致,是(shì)不合理方案;若(ruò)底平麵已加工過,保證4個(gè)定位支承點在同一平麵上,則一批工件在夾具中的位置基本一致,增加(jiā)的定位支(zhī)承點可使工件定位更加穩定,更有利於(yú)保證工(gōng)件的加工精(jīng)度,是合理方案。由於4個定位支承點在同一平麵(miàn)上,實際起到3個定位支承點限製(zhì)工件3個自由度的作用,是符合定位原理(lǐ)的。
如果重複限(xiàn)製相同(tóng)自由度的定位支承點之間存在嚴重的幹涉和衝突,以致造成工(gōng)件或夾(jiá)具的變形,從而明顯(xiǎn)影響定位精度,這樣的過定位必須嚴禁采用。表1-1列舉(jǔ)出了常見典型定位方(fāng)式及其定位分(fèn)析情況。


