工件如何正确定位？

物体在空间具有6个自由度，即沿三个坐标轴的轴向移动和绕三个坐标轴的转动，如果完全限制了物体的这6个自由度，则物体在空间的位置就完全确定了。

1）工件的定位基准与定位基面

工件的定位是通过工件上的定位表面与夹具上定位元件的配合或接触来实现的。

定位基准是确定工件位置时所依据的基准，它通过定位基面体现。如图6.6所示，轴套工件以圆孔在心轴上定位，工件的内圆柱面称为定位基面，它的轴线称为定位基准；与此对应，夹具上的定位元件心轴的外圆柱面称为限位基面，心轴的轴线称为限位基准。

工件以平面与定位元件接触时，工件上实际存在的面是定位基面，它的理想状态是定位基准。如果工件上实际存在的平面形状误差很小，可认为定位基面与定位基准重合。同样，定位元件以平面限位时，如果形状误差很小，也可以认为限位基面与限位基准重合。工件在夹具上定位时，理论上定位基准与限位基准应重合，定位基面与限位基面应接触。定位基面与限位基面合称为定位副。当工件有几个定位基面时，限制自由度数最多的称为主要定位面，相应的限位基面称为主要限位面。夹具定位元件的选择及其制造精度直接影响工件的加工定位精度和夹具的制造及使用效能。

图6.6　基准和基面的区别与联系

图6.7　工件的6个自由度

2）六点定位原理

工件在未定位前，可以看成空间直角坐标系中处于无约束状态的自由物体，它可以沿三个坐标轴的平行方向放在任意位置，即具有沿着三个坐标轴移动的自由度，记为；同样，工件沿三个坐标轴转角方向的位置也是可以任意放置的，即具有绕三个坐标轴转动的自由度，记为，如图6.7所示。因此，要使工件在夹具中占有一定的正确位置，就必须对工件的自由度加以限制。

在实际应用中，通常用一个支承点（或接触面积很小的支承钉）限制工件的一个自由度，这样，用空间合理布置的6个支承点限制工件的6个自由度，使工件的空间位置完全确定，称为“六点定位原理”，简称“六点定则”。例如图6.8（a）所示工件，在其底面布置三个不共线的支承点1、2、3，如图6.8（b）所示，限制三个自由度；在侧面布置两个支承点4、5，限制两个自由度；并在端面布置一个支承点6，限制的自由度，即用图6.8（c）的合理布置定位点方式可完全限制工件的六个自由度。

图6.8　工件定位时支承点的分布

必须注意：6个支承点的位置必须合理分布，否则不能有效地限制6个自由度。如上例中，平面xOy内的三个支承点应呈三角形分布，且三角形面积越大，定位状态越稳定。平面xOz上的两个支承点的连线不能与平面xOy垂直，否则不能限制的自由度。

又如在图6.9（a）所示圆环形工件上开展钻孔工序，要求：保证所钻孔的轴线至左端面A的距离与端面平行，并保证与大孔轴线垂直且通过键槽的对称中心，如图6.9（b）所示。现用图6.9（c）所示的定位方案，工件端面A与夹具短圆柱销B的台阶面接触，限制三个自由度；工件内孔与短圆柱销B外圆配合，限制、两个自由度；嵌入键槽的销C限制的自由度。同样，相当于用6个支撑点限制了该工件的6个自由度。

图6.9　圆环形工件钻孔的六点定位

对于工件的定位，可能会有两种误解：(www.xing528.com)

其一认为工件只要被夹紧，其位置不能移动，工件就定位了。

这里的工件定位，是指一批工件在夹紧前要占有一致的、正确的位置（暂不考虑定位误差的影响）。而工件在任何位置均可被夹紧，这样就无法保证一批工件在夹具中位置的一致性。

其二认为工件定位后，仍具有与定位支承相反方向移动或转动的可能性。

这是没有注意到定位原理中所称的限制自由度，必须是工件的定位面与夹具限位面保持接触。如果始终保持接触，就不会有相反方向的移动或转动的可能性。

3）工件加工要求与限制自由度的关系

工件在空间有6个自由度，但并不是每道工序完成时都要限制工件的6个自由度，而是应根据加工要求，限制那些对本工序加工精度有影响的自由度，对要求的工艺参数加工精度无影响的，则可以限制，也可以不限制，视具体情况来确定。

（1）不完全定位和完全定位

①不完全定位。如图6.8（a）所示，若只要加工保证加工尺寸为A±δa的整个平面，则工件的定位方案要限制的自由度为。若要加工一通槽，要求保证的加工尺寸是A±δa和B±δb，则保证A±δa尺寸要限制的自由度与上同，而保证B±δb尺寸要限制的自由度是因此工件确定的定位方案共要限制的自由度为5个，即才能达到要求。上述在工件的装夹定位方案中其全部定位元件没有将工件的6个自由度全部限定的定位方式称为不完全定位，即工件定位时限制的自由度数少于6个。

②完全定位。若要加工如图6.8（a）所示的一个不通槽，铣不通槽要保证的加工尺寸是A±δa、B±δb和C±δc。对加工尺寸A±δa和B±δb这两个尺寸，要限制的自由度与不完全定位相同；要满足保证尺寸C±δc，则要增加限制的自由度为。这样，工件定位时6个自由度全部要限制。这种在工件的装夹定位方案中其全部定位元件将工件的6个自由度全部约束限定的定位方式称为完全定位。

需要说明的是，完全定位和不完全定位只是针对定位元件是否都限制了工件的6个自由度而定，不存在该定位方案正确和合理与否的结论。工件选用哪种定位方式是工艺设计者根据加工的具体要求来确定的。

（2）欠定位和过定位

①欠定位。根据零件的加工精度要求应该限制的一个或某几个自由度，但在拟定的定位方案中，这些自由度没有被限制的定位方案，称为欠定位。由于欠定位不能保证加工要求，因此，欠定位在加工中是绝不允许的。在图6.8（a）要求保证尺寸A±δa、B±δb和C±δc而要求限制的自由度中，其中任何一个自由度没被限制则都是欠定位。

②过定位。工件6个自由度中某一个或几个自由度被重复限制的定位方式，称为过定位。在图6.9（c）中，若将短圆柱销B改为长圆柱销，则长销限制4个自由度：，这时两个自由度被定位元件的大端面A和长圆柱销B重复限制而造成过定位。

图6.10　滚齿夹具

1—心轴；2—工作台；3—支承平台；4—工件；5—压块；6—垫圈；7—压紧螺母

过定位通常造成工件定位不稳，或工件的安装产生干涉，或使工件或夹具变形，会使加工误差增大，所以一般不允许采用过定位。消除过定位有两种途径：一是改变定位元件结构，以减少转化支承点的数目，消除被重复限制的自由度。如常用的一面两销定位方案，就是将两销中的其中一个销由短圆柱销改为菱形销，其限制自由度由两个减少为一个。二是提高工件定位基面之间与夹具定位元件工作表面之间的位置精度，以消除过定位干涉。

在需要增加工件定位系统的刚度，改善定位效果，且包括工件和夹具定位元件组成的定位副本身又具有较高位置精度的条件下，允许采用过定位方案。如图6.10所示常用的滚齿夹具用芯轴定位方案就是典型的过定位。