2.1 熟悉工件定位知识2.1.1工件装夹概述1．工件的装夹在机械加工过程中，为了保证加工精度，在加工前，应确定工件在机床上的位置，并固定好，以接受加工或检测。

将工件在机床上或夹具中定位、夹紧的过程”，称为装夹。

工件的安装包含了两个方面的内容：定位确定工件在机床上或夹具中正确位置的过程，称为定位。

夹紧工件定位后将其固定，使其在加工中保持定位位置不变的操作，称为夹紧。

2．机床夹具能方便地让工件在机床上定位、夹紧和引导刀具工艺装备，称为夹具。

利用夹具定位、夹紧工件，具有操作迅速方便，定位精度较高、稳定，生产率较高的特点。

夹具预先在机床上已调整好位置，工件通过夹具提供的定位装置定位，可在机床确立正确的位置。

还可通过夹具上的对刀装置，保证了工件加工表面相对于刀具的正确位置。

在使用夹具的情况下，工件与机床、刀具之间的相互位置精度由夹具保证。

机床、夹具、刀具和工件所构成的工艺系统在加工中保持正确的位置，从而保证工序的加工精度。

夹具一般由夹具体、定位元件、夹紧装置、对刀或导向装置、连接元件等组成。

夹具体是机床夹具的基础；定位元件保证工件在夹具中处于正确的位置；夹紧装置的作用是将工件压紧夹牢；工件对刀或导向装置用于确定刀具相对于定位元件的正确位置；连接元件是确定夹具在机床上正确位置的元件。

2.1.2工件的定位基本原理1．工件六点定位原理一个尚未定位的工件，其空间位置是不确定的，均有六个自由度，如图2-1-1a所示，即沿空间坐标轴X、Y、Z三个方向的移动和绕这三个坐标轴的转动分别以、、；和、、表示。

定位，就是限制自由度。

如图2-1-1b所示的长方体工件，欲使其完全定位，可以设置六个固定点，工件的三个面分别与这些点保持接触，在其底面设置三个不共线的点1、2、3（构成一个面），限制工件的三个自由度：、、；侧面设置两个点4、5（成一条线），限制了、两个自由度；端面设置一个点6，限制自由度。

于是工件的六个自由度便都被限制了。

这些用来限制工件自由度的固定点，称为定位支承点，简称支承点。

用合理分布的六个支承点限制工件六个自由度的法则，称为六点定位原理。

在应用“六点定位原理”分析工件的定位时，应注意：定位支承点与工件定位基准面接触，才能起到限制工件自由度的作用。

一个定位支承点仅限制一个自由度。

2．工件定位中的几种情况⑴完全定位工件的六个自由度全部被限制的定位，称为完全定位。

当工件在x、y、z三个坐标方向上均有尺寸要求或位置精度要求时，一般采用这种定位方式。

如图2-1-2所示的工件，要求铣削工件上表面和铣削槽宽为40mm的槽。

为了保证上表面与底面的平行度，必须限制、、三个自由度；为了保证槽侧面相对前后对称面的对称度要求，必须限制、两个自由度；由于所铣的槽不是通槽，在X方向上，槽有位置要求，所以必须限制移动的自由度。

为此，应对工件采用完全定位的方式，可参考图2-1-1进行六点定位。

⑵不完全定位根据工件的加工要求，并不需要限制工件的全部自由度，这样的定位，称为不完全定位。

工件采用部分定位时，必须限制按加工要求需要限制的自由度；对于不影响加工要求的自由度，则可以不予限制。

这样，可以简化夹具的结构。

如图2-1-3 a所示，加工通槽，由于槽是贯通的，在Y轴方向上前后的位置并不影响通槽的加工质量。

因此，沿Y轴方向可以不设定位支撑点，仅需要限制工件除的其余五个自由度。

图(b)为平板工件磨平面，工件只有厚度和平行度要求，故只需限制、、三个自由度，在磨床上采用电磁工作台即可实现三点定位。

⑶欠定位定位元件所能限制的自由度数，少于按加工工艺要求所需限制的自由度数的定位情况。

这种情况下，工件不能正确定位，称为欠定位。

显然，欠定位不能保证加工要求，往往会产生废品，因此是绝对不允许的。

图2-1-3 a所示工件加工通槽时，若单纯以底面A定位，而不用侧面B作导向定位面，则这时工件在机床上相对于刀具的位置，就可能会偏置成图2-1-4中所示情况，按欠定位铣出的槽，显然是不符合图样要求的。

⑷过定位夹具上的两个或两个以上的定位元件，重复限制工件的同一个或几个自由度的现象，称为过定位。

如图2-1-5所示两种过定位的例子。

图(a)为孔与端面联合定位情况，由于大端面限制、、三个自由度，长销限制、和、四个自由度，可见、被两个定位元件重复限制，出现过定位。

图(b)为平面与两个短圆柱销联合定位情况，平面限制、、三个自由度，两个短圆柱销分别限制、和、共4个自由度，则自由度被重复限制，出现过定位。

造成重复定位的原因是：夹具上的定位元件，同时重复限制了工件的一个或几个自由度，造成的后果是使定位重复而不确定或稳定，破坏预定的正确位置，使工件或定位元件产生变形，从而降低加工精度，甚至使工件无法装夹以致不能加工。

可通过改变定位元件的结构，使定位元件重复限制自由度的部分不起定位作用的方法消除过定位。

例如将图2-1-5(b)右边的圆柱销改为削边销。

对图2-1-5(a)的改进措施见图2-1-6，其中图(a)是在工件与大端面之间加球面垫圈，图(b)将大端面改为小端面，从而避免过定位。

实际生产应用中，应尽量避免重复定位，但过定位并不是必须完全避免的，在工件的定位基准、夹具上的定位元件精度很高的情况下，可以允许重复定位，这时它对提高工件的刚性和稳定性有一定的好处。

2．1．3 定位方法及定位元件工件上的定位基准面与相应的定位元件合称为定位副。

定位副的选择及其制造精度直接影响工件的定位精度和夹具的工作效率以及制造使用性能等。

下面按不同的定位基准面分别介绍其所用定位元件的结构形式。

1．工件以平面定位(1) 支承钉如图2-1-7所示。

当工件以粗糙不平的毛坯面定位时，采用球头支承钉(B型)，使其与毛坯良好接触。

齿纹头支承钉(C型)用在工件的侧面，能增大摩擦系数，防止工件滑动。

当工件以加工过的平面定位时，可采用平头支承钉(A型)。

在支承钉的高度需要调整时，应采用可调支承。

可调支承在一批工件加工前调整一次，调整后需要锁紧，其作用与固定支承相同。

(2) 支承板工件以精基准面定位时，除采用上述平头支承钉外，还常用图2-1-8所示的支承板作定位元件。

A型支承板结构简单，便于制造，但不利于清除切屑，故适用于顶面和侧面定位；B型支承板则易保证工作表面清洁，故适用于底面定位。

夹具装配时，为使几个支承钉或支承板严格共面，装配后，需将其工作表面一次磨平，从而保证各定位表面的等高性。

2．工件以圆柱孔定位各类套筒、盘类、杠杆、拨叉等零件, 常以圆柱孔定位。

所采用的定位元件有圆柱销和各种心轴。

这种定位方式的基本特点是：定位孔与定位元件之间处于配合状态，并要求确保孔中心线与夹具规定的轴线相重合。

孔定位还经常与平面定位联合使用。

工件以圆孔定位工件时，常用的定位元件有定位销、圆柱心轴和圆锥销。

如图2-1-9 ，为典型孔定位示例，(a) 为圆柱定位销，(b)为间隙配合心轴，(c)为圆锥销定位。

①定位销，定位削分为短销和长销。

短销只能限制两个移动自由度，而长销除限制两个移动自由度外，还可限制两个转动自由度。

②圆柱心轴，圆柱心轴定位有间隙配合和过盈配合两种。

间隙配合拆卸方便，但定心精度不高；过盈配合定心精度高，不用另设夹紧装置，但装拆工件不方便。

③圆锥销，采用圆锥销定位时，圆锥销与工件圆孔的接触线为一个圆，限制工件的三个移动自由度。

3．工件以圆锥孔定位(1) 圆锥形心轴圆锥心轴限制了工件除绕轴线转动自由度以外的其它五个自由度。

图2-1-10 (a)所示，刀具锥柄在主轴孔中的定位，限制了除绕轴旋转的其它五个自由度。

(2) 顶尖在加工轴类或某些要求准确定心的工件时，在工件上专为定位加工出工艺定位面——中心孔。

中心孔与顶尖配合，即为锥孔与锥销配合。

两个中心孔是定位基面，所体现的定位基准是由两个中心孔确定的中心线。

图2-1-10 (b)所示，左中心孔用轴向固定的前顶尖定位，限制了、、三个自由度；右中心孔用活动后顶尖定位，与左中心孔一起联合限制了、两个自由度。

中心孔定位的优点是定心精度高，还可实现定位基准统一，并能加工出所有的外圆表面。

这是轴类零件加工普遍采用的定位方式。

4．工件以外圆柱表面定位工件以外圆定位时，最常用的定位元件有V形架、定位套等装置。

(1) 在V形架上定位V形架是应用很广泛的定位元件，应用于粗基准或精基准的定位，使用方便，其结构如图2-1-11a所示。

工件在长V形架上定位(图2-1-11b)，限制了，，，四个自由度。

V形架定位的突出特点是对中性好，当工件外圆直径变化时，可以保证圆柱体轴线在X轴方向的误差为零，但是在Z轴方向有定位误差。

(2) 在定位套上定位定位套常用于小型形状简单的轴类零件的精基准定位。

图2-1-12所示为几种常用的定位套。

通常，其定位元件常做成淬硬钢件装于夹具体中，要求定位套的轴线与工件外圆柱面的轴线重合。

常常用定位套的圆柱面与端面组合定位，以保证轴向位置精度，防止轴线的径向位移和倾斜。

5．定位方法的组合：上述几种定位方法，可以单独应用，也可以将几种方法组合应用，特别是平面与定位销组合、平面与短V形块组合等。

(1) 一面两销组合这是一种应用很广的组合定位方式，特别适用箱体形工件(图2-1-13)。

其中大平面限制三个自由度，短圆柱销限制两个自由度，短削边销限制一个自由度。

采用这种定位方法时，一定要注意，应将销的削边部分位于两销的连线方向上，而且应尽可能增大两销间的距离，以提高工件的转角定位精度。

(2) 两面一销组合两面—销组合晴况如图2-1-14所示，工件底面作三点定位，右侧作两点定位，削边销仅用来限制向的自由度，故应在X方向削边。

采用一面两销或两面一销时，削边销的尺寸应经过精心设计算获得，以保证定位精度。

⑶平面、短V形块和削边销应用情况如图2-1-15所示。

平面限制工件三个自由度，V形块限制工件两个自由度，削边销限制工件的旋转自由度。

2.1.4 基准及其分类工件结构的定位，必须要有一个参照物来衡量。

确定工件上几何要素(点、线、面)间的位置关系，所依据的另一些点、线、面称为基准。

基准就是“依据”。

按其功用不同，基准可分为设计基准和工艺基准两大类。

1．设计基准设计基准是零件图上设计尺寸标注的起点。

如图2-1-16 (a)所示的零件，平面2、3的设计基准是平面1，平面5、6的设计基准是平面4，孔7的设计基准是平面l和平面4，而孔8的设计基准是孔7的中心和平面4。

在零件图上不仅标注的尺寸有设计基准，而且标注的位置精度同样具有设计基准，如图2-1-16 (b)所示的钻套零件，轴心线O—O是各外圆和内孔的设计基准，也是两项跳动误差的设计基准，端面A是端面B、C的设计基准。

2．工艺基准工艺基准是零件在加工、测量和装配时所使用的基准。

工艺基准往往通过工件具体的表面来体现，用以体现基准的表面称为基准面。