定位设计分析与加工要求有关的自由度

一、定位设计的基本原则

为满足夹具设计的要求，定位设计应遵循以下原则：

（1）遵循基准重合原则。使定位基准与工序基准重合，在多工序加工时还应遵循基准统一原则。

（2）合理选择主要定位基准。主要定位基准应有较大的支承面，较高的精度。

（3）便于工件的装夹和加工，并使夹具的结构简单。

如图3-65（a）所示为壳体零件简图，在车床上加工φ52J7 孔。其工序尺寸120±0.2 mm的工序基准为C 面，平行度公差0.03 mm 的工序基准也为C 面，垂直度公差0.03 mm的工序基准为A（φ62J7 的轴心线）。由于选择C 面为工序基准会使夹具的结构复杂，且使工件定位不稳固，故改为以D 面作主要定位基准。为此，按工序尺寸链反算，加工尺寸170 mm为170±0.1 mm（工序尺寸），则新的工序尺寸为x=50±0.1 mm。夹具的结构如图3-65（b）所示，用尺寸50 mm 代替尺寸120 mm，对尺寸120±0.2 mm 而言，ΔD=ΔB=0.2 mm。从上述分析可见，由于基准的不重合会对位置精度有所影响，故应同样将工件D 面的位置精度控制在（1/3）T 以内，以减小基准不重合误差。经这样处理后，能满足定位的稳固和精度要求。

二、对定位元件的要求

1.足够的精度

由于定位误差的基准位移误差直接与定位元件的定位表面有关，因此，定位元件的定位表面应有足够的精度，以保证工件的加工精度。例如，V 形块的半角公差、V 形块的理论圆中心高度尺寸、圆柱心轴定位圆柱面的圆度、支承板的平面度公差等，都应有足够的制造精度。通常，定位元件的定位表面还应有较小的表面粗糙度值，一般不低于Ra0.80 μm。

2.足够的储备精度

由于定位是通过工件的定位基准与定位元件的定位表面相接触来实现的，而工件的装卸将会使定位元件磨损，使定位精度下降。因此，为了提高夹具的使用寿命，定位元件表面应有较高的硬度和耐磨性。特别是在产品较固定的大批量生产中，应注意提高定位元件的耐磨性，以使夹具有足够的储备精度。通常工厂可以按生产经验和工艺资料对主要定位元件，如V 形块、心轴等制定磨损公差，以保证夹具在使用周期内的精度。不同的材料有不同的力学性能，定位元件常用的材料有优质碳素结构钢20 钢、45 钢、65Mn，工具钢T8、T10，合金结构钢20Cr、40Cr 以及硬质合金等，经淬火或渗碳淬火达到相应的硬度要求。

图3-65　壳体零件车床夹具定位设计

（a）壳体零件；（b）壳体零件车床夹具

3.足够的强度和刚度

通常对定位元件的强度和刚度是不作校核的，但是在设计时仍应注意定位元件危险断面的强度，以免使用中损坏； 而定位元件的刚度也往往是影响加工精度的因素之一。因此，可用类比法来保证定位元件的强度和刚度，以缩短夹具设计的周期。

4.应协调好与有关元件的关系

在定位设计时，还应处理、协调好与夹具体、夹紧装置、对刀导向元件的关系。有时定位元件还需留出排屑空间等，以便于刀具进行切削加工。

5.良好的结构工艺性(www.xing528.com)

定位元件的结构应符合一般标准化要求，并应满足便于加工、装配、维修等工艺性要求。通常标准化的定位元件有良好的工艺性，设计时应优先选标准定位元件。

例7　如图3-66所示为拨叉零件。要求钻削M10 螺孔的底孔φ8.9 mm，要保证与C 面的距离为（31.7±0.15）mm； 相对 孔轴线的对称度公差为0.2 mm。

图3-66　拨叉零件

本工序所用机床为Z525 立式钻床，定位设计如下：

（1）分析与加工要求有关的自由度。与对称度公差0.2 mm 有关的自由度为两个；与工序尺31.7±0.15 mm 有关的自由度为三个； 与尺寸 槽位置有关的自由度为。综合后得与加工要求有关的自由度为。

（2）选择定位基准，并确定定位方式。按基准重合原则选择孔、槽和C 面为定位基准。其中 孔作主要定位基准，限制四个自由度，C 面布置一个支承点，限制工件的自由度；槽处的支承点，限制工件的自由度。

（3）选择定位元件结构。孔采用定位轴2 定位，其定位面尺寸公差为。槽采用定位销3 定位，其规格为A17.07f7 ×16GB ∕T 2203，定位面尺寸为。C 面用平头支承钉A16 ×16GB/T 2226。各定位元件的结构和布置如图3-67所示。在结构设计时应注意协调与其他元件的关系。特别注意定位元件在夹具体上的位置。

（4）分析定位误差。

①对称度公差0.2 mm。对称度0.2 mm 的定位基准和工序基准都是孔的中心线，基准重合，故

ΔB=0

按式（3-13）计算得

图3-67　定位设计

1—夹具体； 2—定位轴； 3—挡销； 4—支承钉

ΔY=TD+Td+Xmin=(0.045+0.021)mm=0.066 mm

ΔD=ΔY=0.066 mm

②工序尺寸（31.7±0.15）mm。由于基准重合又是平面定位，故ΔB=0，ΔY=0，则ΔD=0。