定位方式和元件的选择

工件定位方式不同，夹具定位元件的结构形式也不同，这里只介绍几种常用定位方式及所用定位元件，实际生产中使用的定位元件都是这些基本定位元件的组合。

1．工件以平面定位方式及常用定位元件

机械加工中，利用工件上一个或几个平面作为定位基准的定位方式称为平面定位方式。例如，各种箱体、支架、机座、连杆、圆盘等类工件，常以平面或平面与其他表面组合为定位基准进行定位。以平面作为定位基准所用的定位元件主要有支承钉、支承板、可调支承、自位支承及辅助支承等。平面定位是支承定位，通过工件定位基准平面与定位元件表面相接触而实现定位。

（1）支承钉

常用支承钉的结构形式如图3-12 所示。平头支承钉［图3-12a）］用于支承精基准面；球头支承钉［图3-12b）］用于支承粗基准面；网纹顶面支承钉［图3-12c）］能产生较大的摩擦力，但网槽中的切屑不易清除，常用在工件以粗基准定位且要求产生较大摩擦力的侧面定位场合。一个支承钉相当于一个支承点，限制一个自由度；在一个平面内，两个支承钉限制两个自由度；不在同一直线上的三个支承钉限制三个自由度。

图3-12　常用支承钉的结构形式

a）平头支承钉；b）球头支承钉；c）网纹顶面支承钉

（2）支承板

常用支承板的结构形式如图3-13 所示。平面型支承板［图3-13a）］结构简单，但沉头螺钉处清理切屑比较困难，适于作为侧面和顶面定位；带斜槽型支承板［图3-13b）］，在带有螺钉孔的斜槽中允许容纳少许切屑，适于作为底面定位。当工件定位平面较大时，常用几块支承板组合成一个平面。一个支承板相当于两个支承点，限制两个自由度；两个（或多个）支承板组合，相当于一个平面，可以限制三个自由度。

图3-13　常用支承板的结构形式

a）平面型支承板；b）带斜槽型支承板

（3）可调支承

支承点的位置可以在一定范围内调整的支承称为可调支承。常用可调支承的结构形式如图3-14 所示。可调支承多用于支承工件的粗基准面，支承点可以根据需要进行调整，调整到位后用螺母锁紧。一个可调支承限制一个自由度。

图3-14　常用可调支承的结构形式

a）尖顶可调支撑；b）圆顶可调支撑；c）网纹顶可调支撑；d）圆顶横向可调支撑

（4）自位支承

支承本身在定位过程中，支承点的位置随工件定位基准位置的变化而自动调整并与之相适应的一类支承称为自位支承。常用自位支承的结构形式如图3-15 所示。由于自位支承是活动的或是浮动的，无论结构上是两点支承还是三点支承，其实质只起一个支承点的作用，所以自位支承只限制一个自由度。使用自位支承的目的在于增加与工件的接触点，减小工件变形或减少接触应力。

图3-15　常用自位支承的结构形式

a）平底杠杆式；b）曲面杠杆式；c）组合杠杆式；d）卡爪式

（5）辅助支承

辅助支承只在工件定位后才参与支承，只起提高工件刚性和稳定性的作用，不限制工件自由度。因此，辅助支承不能作为定位元件。图3-16 列出了辅助支承的几种结构形式。图3-16a）为手动无止动销辅助支承，其结构简单，但在调整时支承钉要转动，会损坏工件表面，也容易破坏工件定位；图3-16b）为手动带止动销辅助支承，该结构在旋转螺母1 时，支承钉2受装在衬套4 键槽中的止动销3 的限制，只作直线移动；图3-16c）为自动调节支承，支承销6 受下端弹簧5 的推力作用与工件接触。当工件定位夹紧后，回转手柄9 通过锁紧螺钉8 和斜面顶销7 将支承销6 锁紧；图3-16d）为推式辅助支承，支承滑柱11 通过推杆10 向上移动与工件接触，然后回转手柄13 通过钢球14 和半圆键12 将支承滑柱11 锁紧。

图3-16　辅助支承的结构形式

a）手动无止动销辅助支承；b）手动带止动销辅助支承；c）自动调节支承；d）推式辅助支承
1—螺母；2—支承钉；3—止动销；4—衬套；5—弹簧；6—支承销；7—斜面顶销；
8—锁紧螺钉；9，13—回转手柄；10—推杆；11—支承滑柱；12—半圆键；14—钢球

以精基准大平面作为定位基面时，可采用数个平头支承钉或支承板作为定位元件，其作用相当于一个大平面，但几个支承板装配到夹具体上后须进行磨削，以保证支承平面等高，且与夹具体底面保持必要的位置精度。

支承钉或支承板的工作面应耐磨，以利于保持夹具定位精度。直径小于12mm 的支承钉及小型支承板，一般用T7A 钢制造，淬火后硬度60～64HRC；直径大于12mm 的支承钉及较大型的支承板一般采用20 钢制造，渗碳淬火后硬度60～64HRC。

2．工件以孔定位方式及常用定位元件

工件以孔定位即工件以孔作为定位基准的定位方式，工件以孔定位常用的定位元件有定位销和心轴等。定位孔与定位元件之间处于配合状态，能够保证孔轴线与夹具定位元件轴线重合，属于定心定位。

（1）定位销

定位销按定位元件的形状又可分为圆柱销和圆锥销。

1）圆柱销。图3-14 为常用圆柱销的典型结构。当工件的孔径尺寸较小时，可选用图3-17a）所示的结构；当工件同时以圆孔和端面组合定位时，则应选用图3-17b）所示的带有支承端面的结构；当工件孔径尺寸较大时，选用图3-17c）所示的结构；大批量生产时，为了便于圆柱销的更换，可采用图3-17d）所示带衬套的结构形式。用定位销定位时，短圆柱销限制两个自由度；长圆柱销限制四个自由度。图3-17a）～c）三种为固定式。固定式圆柱销直接装配在夹具体上使用，结构简单，但不便于更换。(https://www.xing528.com)

图3-17　圆柱销的结构形式

a）用于工件孔径尺寸较小时；b）用于圆孔和端面组合定位时；c）用于工件孔径尺寸较大时；d）用于大批量生产时

圆柱销结构已标准化，为便于工件顺利装入，圆柱销头部应有 15°的大倒角。圆柱销的材料D<16mm 时一般用T7A，淬火后硬度为53～58HRC；D>16mm 时用20 钢，渗碳深度为0.8～1.2mm，淬火后硬度为53～58HRC。

2）圆锥销。在实际生产中，也有圆柱孔用圆锥销定位的方式，如图3-18 所示。这种定位方式是圆柱面与圆锥面接触，由于两者的接触为线接触，工件容易倾斜，故圆锥销常和其他定位元件组合定位。圆锥销比短圆柱销多限制一个沿轴向的移动自由度，即共限制工件三个移动方向的自由度。图3-18a）用于粗基准定位，图3-18b）用于精基准定位，这种定位方式也属于定心定位。

（2）心轴

心轴主要用于加工盘类或套类零件时的定位。心轴的结构形式很多，图3-19 是几种常用的心轴结构形式。图3-19a）为过盈配合心轴，限制工件四个自由度；图3-19b）为间隙配合心轴，限制工件五个自由度，其中外圆柱部分限制四个自由度，轴凸台限制一个自由度；图3-19c）为小锥度心轴，装夹工件时，通过工件孔和心轴接触表面的弹性变形夹紧工件，定位时，工件楔紧在心轴上，靠孔的弹性变形产生的少许过盈消除间隙，并产生摩擦力带动工件回转，而不需另外夹紧。使用小锥度心轴定位可获得较高的定位精度，它可以限制五个自由度。

图3-18　圆锥销的结构形式

a）用于粗基准定位；b）用于精基准定位

图3-19　心轴的结构形式

a）过盈配合心轴；b）间隙配合心轴；c）小锥度心轴

3．工件以外圆柱面定位方式及常用定位元件

工件以外圆柱面定位在生产中经常用到，如轴类零件、盘类零件、套类零件的加工中等。工件以外圆柱面定位常用的定位元件有V 形块、定位套和半圆套。

（1）V 形块

外圆柱面采用V 形块定位应用最广，V 形块两斜面间的夹角一般为60°、90°和120°。90°V 形块应用最多，其结构已标准化。V 形块的常用结构形式如图3-20 所示。图3-20a）为短V 形块精基准定位；图3-20b）为两个短V 形块的组合，用于工件定位基面较长的精基准定位；图3-20c）为淬硬钢镶块或硬质合金镶块用螺钉固定在V 形铸铁底座上，用于工件长度和直径均较大的定位；图3-20d）为用于较长的粗基准或阶梯轴定位，V 形块工作面的长度一般较短，以提高定位的稳定性；图3-20e）和f）是两种浮动式V 形块结构。短V 形块限制两个自由度，长V 形块限制四个自由度，浮动式短V 形块只限制一个自由度。

V 形块定位对中性好，即能使工件的定位基准（轴线）对中在V 形块两斜面的对称面上，而不受工件直径误差的影响。此外，V 形块可用于非完整外圆表面的定位，并且安装方便。

V 形块的材料一般选用20 钢，渗碳深度为0.8～1.2mm，淬火后硬度为60～64HRC。

图3-20　V 形块的常用结构形式

a）短V 形块；b）两个短V 形块的组合；c）淬硬钢镶块或硬质合金镶块用螺钉固定在V 形铸铁底座上；d）用于较长的粗基准或阶梯轴定位；e）、f）浮动式V 形块

（2）定位套

工件以外圆柱面在定位套中定位，常将定位套镶装在夹具体中。图3-21 是定位套的常用结构形式。图3-21a）用于工件以端面为主要定位基面的场合，短定位套限制工件的两个自由度；图3-21b）用于工件以外圆柱面为主要定位基面的场合，长定位套限制工件的四个自由度；图3-21c）用于工件以圆柱面端部轮廓为定位基面，锥孔限制工件的三个自由度。定位套应用较少，主要用于形状简单的小型轴类零件的定位。

图3-21　定位套的常用结构形式

a）用于工件以端面为主要定位基面；b）用于工件以外圆柱面为主要定位基面；c）用于工件以圆柱面端部轮廓为定位基面

（3）半圆套

当工件尺寸较大，用圆柱孔定位不方便时，可将圆柱孔改成两半，下半孔用于定位，上半孔用于夹紧工件。图3-22 是半圆套的典型结构形式。短半圆套限制两个自由度，长半圆套限制四个自由度。这种定位方式常用于不便轴向安装的大型轴套类零件的精基准定位。

图3-22　半圆套的典型结构形式

4．工件以组合表面定位方式及常用定位元件

为满足实际生产加工要求，有时采用几个定位面相组合的方式进行定位，称为组合表面定位。常见的组合形式有两顶尖孔、一端面一孔、一端面一外圆、一面两孔等，与之相对应的定位元件也是组合式的。例如，长轴类零件采用双顶尖组合定位，箱体类零件采用一面两孔组合定位。

几个表面同时参与定位时，各定位基面在定位中所起的作用有主次之分。例如，轴以两顶尖孔在车床前后顶尖上定位时，前顶尖孔为主要定位基面，限制三个自由度；后顶尖为辅助定位基面，只限制两个自由度。