六點(diǎn)定位法則的正確理解與應(yīng)用

1、六點(diǎn)定位原理一個尚未定位的工件，其空間位置是不確定的，均有六個自由度，如圖3-4所示，即沿空間坐標(biāo)軸益*、三個方向的移動和繞竺三個坐標(biāo)軸的轉(zhuǎn)動（分別以左、八z;和壬-Z表亦；|。圖3-4工件的六個自由度圖3-5長方體形工件的定位定位，就是限制自由度。如圖）5所示的長方體工件，欲使其完全定位，可以設(shè)置六個固定點(diǎn)，工件的三個面分別與這些點(diǎn)保持接觸，在其底面設(shè)置三個不共線的點(diǎn)1、以3（構(gòu)成一個面），限制工件的三個自由度：立、樂k;側(cè)面設(shè)置兩個點(diǎn)4、5（成一條線），限制了L/兩個自由度；端面設(shè)置一個點(diǎn)匕限制左自由度。于是工件的六個自由度便都被限制了。這些用來限制工件自由度的固定點(diǎn)，稱為定位支承點(diǎn)，簡稱

2、支承點(diǎn)。用合理分布的六個支承點(diǎn)限制工件六個自由度的法則，稱為六點(diǎn)定位原理。在應(yīng)用“六點(diǎn)定位原理”分析工件的定位時，應(yīng)注言以下幾點(diǎn)：（1）定位支承點(diǎn)限制工件自由度的作用，應(yīng)理解為定位支承點(diǎn)與工件定位基準(zhǔn)面始終保持緊貼接觸。若二者脫離，則意味著尖去定位作用。（2）個定位支承點(diǎn)僅限制一個自由度，一個工件僅有六個自由度，所設(shè)置的定位支承點(diǎn)數(shù)目，原則上不應(yīng)超過六個。卩）分桁定位支承點(diǎn)的定位作用時，不考慮力的影響。工件的某一自由度被限制，并非指工件在受到使其脫離定位支承點(diǎn)的外力吋，不能運(yùn)動。欲使其在外力作用下不能運(yùn)動，星夾緊的任務(wù)；反之，工件在外力作用下不能運(yùn)動，即被夾緊，也并非星說工件的所有自由度都被限

3、制了。所以，定位和夾緊星兩個概念，絕不能混淆。、六點(diǎn)定位原則一個尚未定位的工件，其位置是不確定的。如圖3-2所9示，將未定位的的工件（長方體）放在空間直角坐標(biāo)系中，長方體可以沿X、軸移動有不同的位置，也可以繞、軸轉(zhuǎn)動有不同的位置，分別用、和、表示。用以描述工件位置不確定性的、合稱為工件的六個自由度。其中、稱為工件沿、軸的移動自由度，、稱為工件繞、軸的轉(zhuǎn)動自由度。工件要正確定位首先要限制工件的自由度。設(shè)空間有一固定點(diǎn)，長方體的底面與該點(diǎn)保持接觸，那么長方體沿軸的移動自由度即被限制了。如果按圖所設(shè)置六個固定點(diǎn)，長方體的三個面分別與這些點(diǎn)保持接觸，長方體的六個自由度均被限制。其中平面上的呈三角形分布

4、的三點(diǎn)限制了、三個自由度；平面內(nèi)的水平放置的兩個點(diǎn),限制了、二個自由度；平面內(nèi)的一點(diǎn)，限制了一個自由度。限制三個或三個以上自由度的稱為主要定位基準(zhǔn)。圖長方體定位時支承點(diǎn)的分布這種用適當(dāng)分布的六個支承點(diǎn)限制工件六個自由度的原則稱為六點(diǎn)定位原則。支承點(diǎn)的分布必須適當(dāng)，否則六個支承點(diǎn)限制不了工件的六個自由度。例圖3-3中平面內(nèi)的三點(diǎn)不應(yīng)在一直線上，同理，平面內(nèi)的兩點(diǎn)不應(yīng)垂直布置。六點(diǎn)定位原則是工件定位的基本法則，用于實(shí)際生產(chǎn)時起支承作用的是有一定形狀的幾何體，這些用于限制工件自由度的幾何體即為定位元件。表為常用定位元件能限制的工件自由度。*3-10常用定位元件能限制的二件白由度*3-10常用定位元件

5、能限制的二件白由度工杵定應(yīng)基囲元件左位簡圖特點(diǎn)限制的崗由度平2Z而支承茫Mth2*3-fc./-h.X-S.Z.X,Yr4fc5PZ6Yl4-=2-r、i,2g,x*yT小3XbZ團(tuán)孔短銷（妬心岫）-*-HixtY/OJX（電袖；i長銷（長心抽）itYJ-ox,y二、由工件加工要求確定工件應(yīng)限制的自由度數(shù)工件定位時，影響加工精度要求的自由度必須限制；不影響加工精度要求的自由度可以限制也可以不限制，視具體情況而定。按照工件加工要求確定工件必須限制的自由度是工件定位中應(yīng)解決的首要問題。例如圖3-所3示1為加工壓板導(dǎo)向槽的示例。由于要求槽深方向的尺寸A，2故要求限制方向的移動自由度;由于要求槽底面與

6、面平行，故繞軸的轉(zhuǎn)動自由度和繞軸的轉(zhuǎn)動自由度要限制；由于要保證槽長，故在方向的移動自由度要限制;由于導(dǎo)向槽要在壓板的中心，與長圓孔一致，故在方向的移動自由度和繞軸的轉(zhuǎn)動自由度要限制。這樣，在加工導(dǎo)向槽時，六個自由度都應(yīng)限制。這種六個自由度都被限制的定位方式稱為完全定位。圖的導(dǎo)板如在平面磨床上磨平面，要求保證板厚，同時加工面與底面應(yīng)平行,這時，根據(jù)加工要求只需限制、三個自由度就可以了。這種根據(jù)零件加工要求實(shí)際限制的自由度少于六個的定位方法稱為不完全定位。如工件在某工序加工時，根據(jù)零件加工要求應(yīng)限制的自由度而未被限制的定位方法稱為欠定位。欠定位在零件加工中是不允許出現(xiàn)的。圖過定位示例直型B型C型如

7、果某一個自由度同時由多于一個的定位元件來限制，這種定位方式稱為過定位或重復(fù)定位。如圖3-所3示2為一個零件在自由度上有左右兩個支承點(diǎn)限制，這就產(chǎn)生了過定位。（三）完全定位和不完全定位工件的六個自由度完全被限制的定位稱為完全定位。按加工要求，允許有一個或幾個自由度不被限制的定位稱為不完全定位。（四）欠定位和過定位按工序的加工要求，工件應(yīng)該限制的自由度而未予限制的定位，稱為欠定位。在確定工件定位方案時，欠定位時絕對不允許的。工件的同一自由度背二個或二個以上的支撐點(diǎn)重復(fù)限制的定位，稱為過定位。在通常情況下，應(yīng)盡量避免出現(xiàn)過定位。消除過定位及其干涉一般有兩個途徑：其一是改變定位元件的結(jié)構(gòu)，以消除被重復(fù)

8、限制的自由度；其二是提高工件定位基面之間及夾具定位元件工作表面之間的位置精度，以減少或消除過定位引起的干涉。常用定位元件1）支承釘圖2-26所示為國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的三種支承釘，其中A型多用于精基準(zhǔn)面的定位，B型多用于粗基準(zhǔn)面的定位，C型則多用于工件的側(cè)面定位。2）支承板圖2-27所示為國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的兩種支承板，其中B型用的較多，A型由于不利于排屑，多用于工件的側(cè)面定位。直型B型C型2-26支承釘包型B型圖2-2?支承板3）定位銷定位銷的構(gòu)造如圖2-28所示。定位銷與工件孔配合部分尺寸公差通常按g6或f7確定。圓柱銷定位通常限制了工件的兩個移動自由度。圖2-2呂定位銷當(dāng)要求孔銷配合只在一個方向上限制

9、工件自由度時，可采用菱形銷，見圖2-29a。有時工件也可用圓錐銷定位，見圖2-29b，圓錐銷定位限制了工件的三個移動自由度。a）圖2-29菱電銷和錐電銷4）心軸工件在心軸上定位通常限制了除繞自身軸線轉(zhuǎn)動和沿自身軸線移動以外的四個自由度。圖2-30a、b所示為剛性心軸，其中a為間隙配合心軸；b為過盈配合心軸。除剛性心軸外，在生產(chǎn)中還經(jīng)常使用彈性心軸（圖2-30c）、液塑心軸、自動定心心軸等。這些心軸在定位同時將工件夾緊，使用很方便。圖2-31所示為小錐度心軸，這類心軸的定位表面帶有很小的錐度，一般為K=1：10001：5000。工作時，工件楔緊在心軸上，靠孔的微小彈性變形而形成的一段接觸長度lk

10、，由此產(chǎn)生的摩擦力帶動工件回轉(zhuǎn)，而不需另加夾緊裝置。小錐度心軸定心精度高，可達(dá)0.005mm0.0lmm。a）間隙配合心軸b）過盈配合心軸c）彈性心軸圖2-和怡軸5）定位套工件以外圓柱面為基準(zhǔn)在夾具中定位主要有兩種形式，一種是定心定位，一種是支承定位。定心定位的定位元件主要是套筒（包括錐套）和卡盤。套筒定位長徑比較大時，限制工件四個自由度（兩個移動，兩個轉(zhuǎn)動，見圖2-32a）；套筒定位長徑比較小時，只限制工件兩個自由度（圖2-32b）。使用錐套定位時，通常限制工件三個移動自由度（圖2-32c）。b）c）圖2-咒定位套工件以外圓表面支承定位時常用的定位元件是V型塊。V形塊是由兩個互成角的平面組成

11、的定位元件。用V形塊定位時，對中性好，裝卸工件方便，且可用于非完整外圓表面的定位。用V形塊定位也有長短之分，長的V形塊可限制工件四個自由度，而短的（窄的）V形塊只能限制兩個自由度。V形塊的尺寸關(guān)系如圖2-32所示，V形塊夾角有60、90、120三種，其中以90用得最多。尺寸C和h是加工V形塊時所必需的。而最后檢驗(yàn)和調(diào)整其位置時，則是利用一個直徑等于基準(zhǔn)面基本尺寸D的量規(guī)，放在V形塊上，測量其高度H。由圖2-33可知:（2-7）當(dāng)a=90。時，有：J/=Ji+0.707D-0.5C（2-8）典型定位元件的定位分析在實(shí)際生產(chǎn)中，工件總是通過定位元件實(shí)現(xiàn)其在夾具或機(jī)床上的定位。定位元件有多種形式，常

12、用的有支承釘、支承板、定位銷、定位套、心軸、V型塊等，其中多數(shù)已標(biāo)準(zhǔn)化。表2.10給出一些典型定位元件的定位分析，請讀者特別注意其限制的自由度。表2-山典型定位元件的定位分析工件的定位面表2-山典型定位元件的定位分析工件的定位面夾具的定位元件2牛支承釘1亍支承釘限制自由度定位情呪扎F著氏圓拄心軸F,皐産，小錐度心軸限制自由度定位情呪限制自由度定位情呪限制自由度定位情呪圓錐銷限制自由度定位情呪檢圓拄心軸圖示限制自由度定位情呪圖示拄面定位套錐頂尖及錐度心一塊矩形支承板F,昭兩段短圓柱銷檢圓拄銷Y7Y7按銷小平面組合xZx,短銷犬平面組合ZJrLHy_xfz短圓初心軸xfztxfz一塊短V形塊xtz

13、txtz工二-xj.z,x,2小錐度心軸x,zrx,z一塊長V形塊x,zrx,z限制自由度限制自由度定位情呪圖示x,z,x,zx,z,x,2固定頂尖浮動頂尖錐度心軸六點(diǎn)定位法則的正確理解與應(yīng)用六點(diǎn)定位法則是指導(dǎo)夾具設(shè)計(jì)的基本原則，已沿用了幾十年，但法則本身并不完善，對法則的理解和應(yīng)用也存在許多混亂之處，因此有必要對六點(diǎn)定位法則進(jìn)行再探討。1傳統(tǒng)六點(diǎn)定位法則的含義工件定位的實(shí)質(zhì)就是使工件在夾具中占據(jù)確定的位置，因此工件的定位問題可轉(zhuǎn)化為在空間直角坐標(biāo)系中決定剛體坐標(biāo)位置的問題來討論。在空間直角坐標(biāo)系中，剛體具有六個自由度，即沿、軸移動的三個自由度和繞此三軸旋轉(zhuǎn)的三個自由度。用六個合理分布的支承點(diǎn)

14、限制工件的六個自由度，使工件在夾具中占據(jù)正確的位置，稱為六點(diǎn)定位法則。人們在闡述六點(diǎn)定位法則時常以圖所示銑不通槽的例子來加以說明：、三個點(diǎn)體現(xiàn)主定位面A限制X方向的旋轉(zhuǎn)自由度和方向的移動自由度；、兩個點(diǎn)體現(xiàn)側(cè)面，限制方向的移動自由度和方向的旋轉(zhuǎn)自由度；點(diǎn)體現(xiàn)止推面，限制方向的移動自由度。這樣，工件的六個自由度全部被限制，稱為完全定位。當(dāng)然，定位只是保證工件在夾具中的位置確定，并不能保證在加工中工件不移動，故還需夾緊。定位和夾緊是兩個不同的概念。圖2傳統(tǒng)六點(diǎn)定位法則存在的問題在有的專著中稱為六個定位點(diǎn)，在有的文獻(xiàn)中則稱為六個支承點(diǎn)，事實(shí)上這是兩個不同的概念。支承點(diǎn)應(yīng)是安裝在夾具上直接與工件接觸的

15、具體定位元件，如支承釘、支承板、形塊等，在加工過程中它們還要參與平衡切削力、重力、夾緊力等；而定位點(diǎn)應(yīng)是一個抽象概念，是指定位方式對自由度的限制。限制一個自由度稱為一個定位點(diǎn)，與支承點(diǎn)的多少無關(guān)。例如，工件直接以平面定位時，應(yīng)限制三個自由度，只應(yīng)有三個定位點(diǎn)，而事實(shí)上此時的支承點(diǎn)遠(yuǎn)不止三個。而且在一些特殊情況下，工件定位時根本就無具體的支承點(diǎn)，如常見的在車床上用四爪卡盤夾緊工件，用千分表找正，此時并沒有具體的支承點(diǎn)參與定位，工件位置的確定是由千分表來完成的，這種定位方式在無支承點(diǎn)的情況下同樣可以實(shí)現(xiàn)定位。六點(diǎn)定位法則源于剛體力學(xué)，與夾具設(shè)計(jì)的實(shí)際情況并不完全一致。一方面，夾具和工件均是彈性體，

16、在定位、尤其夾緊時易產(chǎn)生彈性變形；另一方面，定位副之間大多存在間隙。而傳統(tǒng)的六點(diǎn)定位法則忽略了彈性變形和間隙的存在。事實(shí)上，彈性變形和間隙的存在對工件的定位有重要影響。3.過定位問題是夾具設(shè)計(jì)和使用中的敏感問題。文獻(xiàn)和專著中一般將過定位定義為“幾個定位支承點(diǎn)重復(fù)限制同一個自由度，這種現(xiàn)象稱為過定位。在確定工件定位方案時，一般不能出現(xiàn)過定位”。但事實(shí)上在夾具設(shè)計(jì)和應(yīng)用中，過定位的情況并不少見，而且一些過定位夾具使用效果不錯。如圖所示定位方式，平面限制、方向的旋轉(zhuǎn)自由度和方向的移動自由度，芯軸限制、方向的旋轉(zhuǎn)自由度和移動自由度，兩種定位方式重復(fù)限制X方向的旋轉(zhuǎn)自由度，按現(xiàn)行的過定位定義屬過定位，應(yīng)

17、避免使用，但在實(shí)際加工中卻常用這種定位方式來滾切齒輪，如圖2所示。因此必須對過定位有一個準(zhǔn)確的解釋，以避免在過定位問題上造成混亂。3對六點(diǎn)定位法則的再探討在用傳統(tǒng)的六點(diǎn)定位法則確定工件定位方案和判斷是否屬于過定位時，很多人忽略了定位副誤差的影響。事實(shí)上，夾具和工件的定位面以及定位元件的誤差對定位影響很大。圖所示定位方式雖然屬于過定位，但只要工件和夾具定位面的尺寸、形狀、位置均無誤差，芯軸和端面都能與夾具定位元件的工件表面相吻合，相互之間對自由度的限制就不會發(fā)生矛盾。顯然，這種狀態(tài)下的定位是成功的，該夾具是可以使用的。故不應(yīng)簡單地根據(jù)自由度被重復(fù)限制就判定定位方案屬于過定位。如圖所示，當(dāng)工件定位

18、面存在垂直度誤差時，端面和芯軸對、方向旋轉(zhuǎn)自由度的限制就會發(fā)生矛盾。如按平面定位，工件應(yīng)放平;如按芯軸定位，工件則應(yīng)垂直。一批工件的內(nèi)孔和芯軸之間的實(shí)際間隙是變化的，當(dāng)間隙變化時則會形成如圖、所示的兩種定位情況，這樣工件在夾具中的位置就不確定，導(dǎo)致過定位。若夾具定位面與芯軸存在垂直度誤差，也會產(chǎn)生類似情況。顯然，重復(fù)限制自由度不一定會產(chǎn)生過定位，定位副誤差才是產(chǎn)生過定位的主要原因。圖由于存在誤差而使兩種定位方式之間產(chǎn)生矛盾稱為干涉。在干涉范圍內(nèi)，若有、兩種定位方式重復(fù)限制某一自由度，設(shè)計(jì)時必須確定以某一種定位方式為主。如以方式為主，貝I發(fā)生方式干涉方式，應(yīng)通過合理設(shè)計(jì)將方式的干涉減至最小，確保

19、以方式為主進(jìn)行定位，反之亦然。如對于圖所示定位方式，一些夾具設(shè)計(jì)專著中提出以大端面和短芯軸組合或小端面和長芯軸組合平改善其定位性能，認(rèn)為這種組合方式不存在過定位。我們認(rèn)為這種解釋是不嚴(yán)密的。大端面和短芯軸組合或小端面和長芯軸組合可改善定位性能的根本原因是采用了以一種定位方式為主，減輕了另一種定位方式的干涉，從本質(zhì)上說，這種改善后的組合方式與大端面和長芯軸組合方式相比，夾具定位面之間的垂直度誤差更小，從而可滿足工件的定位要求，不會導(dǎo)致過定位。由于定位副誤差會改變和影響定位性質(zhì)，故應(yīng)盡量減小定位副誤差，但夾具制造精度的提高畢竟有一定限度，而定位副之間的間隙和定位副的彈性變形可在一定程度上對定位副誤差進(jìn)行補(bǔ)償，客觀上可減輕干涉程度。如圖、所示，在干涉情況下，工件仍可保證以大平面定位為主。當(dāng)然，配合面的間隙必須滿足工件加工精度的要求，不能任意擴(kuò)大。對于彈性變形，變形量在合理范圍內(nèi)波動是不會導(dǎo)致過定位的?？梢哉J(rèn)為，在定位副誤差作用下，兩種定位方式重復(fù)限制自由度的矛盾在量變階段表現(xiàn)為干