工件定位方式及相应元器件

2.2.2.1　工件以平面定位

根据平面的加工与否，分为粗基准(俗称:毛面)与精基准(俗称:光面)，相应夹具中所用定位元件的结构也不尽相同。

1.工件以毛面定位

工件以毛面定位时，由于毛面粗糙不平，误差大，与定位元件不可能是面接触，只能是毛面上的三个高点先接触，相应所用定位元件通常为支承钉，如图2-7所示，底面一般用B型圆头支钉，以便与毛面作稳定接触，侧面一般用网纹支钉，可增加接触面间的摩擦力。

2.工件以光面定位

图2-7　支承钉

工件以光面定位时，可以作平面看待，但不会绝对平整，所用定位元件仍是小平面式的，当接触面较小时，一般用A型平头支钉;当接触面较大时，一般用支承板，如图2-8所示。其中A型为平板式，结构简单，制造方便，但埋头螺钉坑中易堆积切屑，不易清除，主要作侧面或顶面定位用。B型为斜槽式，清除切屑方便，主要作底面定位用。

上述各种支承钉与支承板，均为工件以平面定位时所用的固定支承，固定支承是使工件定位时其位置固定不动、不可调节的一类支承。

图2-8　支承板

3.可调支承

可调支承是使工件定位时其位置可以进行调节的一种支承。如图2-9所示，即为几种常用的可调支承结构。这类可调支承的结构，基本上都是螺钉螺母型。图中(a)是直接用手或板杆拧动圆柱头进行高度调节，一般适用于小型工件。图中(b)、(c)，则需用扳手进行调节，故宜用于较重的工件。图中(d)则是设置在侧面进行调节用的。可调支承的位置一旦调节合适后，便须用锁紧螺母锁紧，因此一般必须设有防松用的锁紧螺母，以防止螺纹松动而使可调支承的位置发生变化。

图2-9　可调支承

可调支承主要用于:①毛坯质量不高，工件放入夹具后，仍需按画线来校正工件的位置，或者是当毛坯尺寸或形状变化较大时，根据每批毛坯尺寸来调整支承的位置。②成组加工或系列化产品加工中，用同一夹具加工形状相同而尺寸不同的工件。

4.自位支承

自位支承是使工件定位时，其位置可随工件定位基面位置的变化而自动与之相适应的一种支承。如图2-10所示，其中图(a)所示为球面式，与工件有三点接触，图(b)所示为杠杆式，与工件有两点接触，图(c)与图(b)相同，适用于定位基面为阶梯面的定位。

图2-10　自位支承

自位支承本身是浮动的，每一个自位支承与工件有两个以上的支承点，但只起一个定位支承点的作用。由于与工件支承点数目增加，有利于提高工件定位的稳定性和支承刚性。

上述固定支承、可调支承和自位支承，都是工件以平面定位时起限制工件自由度作用的一类支承，属于基本支承。运用定位原理分析平面定位问题时，只有这类基本支承可转化为定位支承点，分析对工件自由度的约束情况。

5.辅助支承

工件以平面定位，除采用基本支承外，当工件的支承刚性较差，定位不稳定，切削加工过程中加工部位易产生变形时，需要增设辅助支承。

辅助支承是与工件表面相接触，但不起限制工件自由度作用的一种支承，其主要作用是提高工件的支承刚性，防止工件因受力而产生变形，如图2-11所示，工件以平面A为定位基准，由于被加工表面4的右端离定位基面较远，在切削力的作用下易使工件产生变形，因此增设辅助支承3，可提高工件的支承刚性。

图2-11　辅助支承的应用

2—窄支承板3—辅助支承4—工件被加工表面

使用辅助支承时应注意:①工件已由基本支承实现定位后，辅助支承才能与工件表面相接触。②不能因辅助支承的加入而破坏工件已定好位的位置。因此辅助支承应设计成可调的，每装卸工件一次，必须重新调节辅助支承。

辅助支承结构形式很多，图2-12所示的是其中的三种结构。其中图(a)所示的结构最简单，但在转动支承1时，有可能因摩擦力矩带动工件而破坏定位。图(b)所示的结构避免了上述缺点，调节时转动螺母2，支承1只作上下直线移动。这两种结构动作较慢，转动支承时用力不当可能破坏工件的既定位置。图(c)所示为弹簧辅助支承，由弹簧3推动支承1与工件接触，并用手柄4将支承1锁紧。弹簧力的大小可以调整，使其只要能弹出支承1与工件接触而不致将工件顶起即可。为了防止锁紧时导致支承1顶起工件，α角不应大于自锁角(一般为7°～10°)，图(c)所示为10°。

2.2.2.2　工件以内孔定位

套类、盘类零件常以孔中心线作定位基准，其定位方便，所采用的定位元件是各种心轴或定位销。

1.心轴

有刚性心轴、弹簧心轴、液性塑料心轴等。使用刚性心轴定位时，为装卸工件方便，一般采用间隙配合，如图2-13所示，但存在间隙，会产生基准位置误差。

为了消除间隙，可使用圆锥心轴进行定位，如图2-14所示的圆锥心轴，一般具用很小的锥度K，通常K=1∶5000～1∶1000，对于磨削用的圆锥心轴，其锥度可以更小，如K=1∶10000～1∶5000，装夹时以轴向力将工件均衡推入，由于孔与心轴接触表面的均匀弹性变形，使工件楔紧在心轴的锥面上，加工时靠摩擦力带动工件。(www.xing528.com)

图2-12　辅助支承

1—支承2—螺母3—弹簧4—手柄

采用心轴定位，一般接触长度长，相当于四个固定支承点，可限制工件的四个自由度。

图2-13　间隙配合心轴

图2-14　圆锥心轴

2.定位销

图2-15所示为常用的定位销结构，其中图(a)(b)(c)所示的定位销大多采用过盈配合直接压入夹具体孔中，定位销头部均有15°倒角，以便引导工件套入。当定位销的工作部分直径d≤10mm时，为增加刚性，通常在工作部分的根部倒成大圆角R(见图2-15(a))，这时夹具体上锪出沉孔，使圆角部分埋入孔内，不致妨碍定位。

在大批大量生产条件下，由于工件装卸次数频繁，定位销较易磨损而降低定位精度，为便于更换，常采用图2-15(d)所示的可换式定位销，其中衬套与夹具体为过度配合，衬套孔与定位销为间隙配合，尾部用螺母将定位销拉紧。

工件基准孔与定位销的配合，一般采用间隙配合，也存在基准位置误差。采用定位销定位，接触长度相对较长时，可限制工件的四个自由度，接触长度相对较短时，可限制工件的两个自由度。

图2-15　定位销

图2-16所示为工件以孔在圆锥销上的定位情况，其中图(a)所示的用于精基准，图(b)所示的用于粗基准。由于孔与锥销只能在圆周上作线接触，工件容易倾斜，为避免这种现象产生，常和其他元件组合定位。如图(c)所示，工件以底面安放在定位圆环的端面上，圆锥销依靠弹簧力插入定位孔中，这样消除了孔和圆锥销间的间隙，使圆锥销起到较好的定心作用，而定位圆环端面，可限制工件三个自由度，避免了工件轴线倾斜。

图2-16　圆锥销

2.2.2.3　工件以外圆定位

工件以外圆为定位基准时，可以在V形块、圆孔、半圆孔以及定心夹紧装置中定位，其中最常用的是在V形块中定位。这是因为定位基面不论是完整的圆柱面，还是局部的圆弧面，都可以采用V形块定位，其最大特点是对中性好，即工件定位外圆的轴线始终处于V形块两斜面的对称面上，而不受基准外圆直径误差的影响。对加工面与基准外圆轴线有对称度要求的工件，常采用V形块定位。

V形块的结构，图2-17所示为常用的V形块的结构形式。其中图(a)所示为标准的V形块，用于圆柱面较短时定位。当用较长的圆柱面定位时，应将V形块做成间断的形式(图b)，使它与基准外圆的中部不接触，以保证定位稳定，或者用两个图(a)所示的V形块，安装在夹具体上，但两个V形块的工作面应在装配后同时磨出，以求一致。图(c)所示V形块的工作面较窄，主要用作粗基准定位，其原因和粗基准平面应选用支承钉而不用支承板定位是相同的。起主要定位作用的V形块，通常做成固定式的，当接触线较长时，相当于四个固定支承点，可限制工件的四个自由度，当接触线较短时，相当于两个固定支承点，可限制工件的两个自由度。V形块不仅作定位元件用，有时还需兼作夹紧元件用，这时V形块应做成可动式的，且接触线较短，只限制工件的一个自由度。

图2-17　V形块

2.2.2.4　工件以一组基准定位

在实际生产中，对工件仅用一个基准定位并不能满足工艺上的要求，通常需要用一组基准来定位，如图2-5所示为用V形导轨面和一个窄平面组合对箱体零件的定位，最常见的是孔与平面的组合定位。

图2-18　一面两孔定位

1—圆柱销2—菱形销

1.一面两孔定位

在加工箱体类零件时，常采用一面两孔定位，既便于实现基准统一原则，减少基准变换带来的误差，有利于提高加工精度，又利于夹具的设计与制造。

如图2-18所示，为一箱体用一面两孔定位的示意图，平面A限制工件的三个自由度、、，定位销1限制工件的两个自由度、，削边销(菱形销)2限制工件的一个自由度，为完全定位。

2.一面一孔定位

在加工套类、盘类零件时，常采用一面一孔定位，以端面为第一定位基准，如图2-19所示，以轴肩面支承工件端面，限制工件的三个自由度、、，短圆柱面对工件孔定位，限制工件的两个自由度、，剩余一个自由度X没有限制，为不完全定位。

图2-19　一面一孔定位

采用一组基准对工件进行定位时，可以采用完全定位或不完全定位，不能是欠定位，要注意避免不必要的过定位。同时还应根据工件的加工要求与工艺需要，合理选择定位元件及其布置方式。