工件定位方法探讨

根据工件的加工要求，工件在夹具中的定位情况主要有完全定位、不完全定位、欠定位和过定位4种。

1）完全定位

完全定位是指工件的6个自由度都被限制的定位。如图5-3所示，在工件上铣削键槽时，其3个坐标轴的移动和转动方向上均有尺寸及相互位置的要求，因此，必须采用完全定位，限制其全部的6个自由度。

2）不完全定位

不完全定位是指工件被限制的自由度数少于6个，但仍能保证加工要求的定位。

如图5-4（a）所示，在工件上铣台阶面时，工件沿Y轴的移动自由度对工件的加工要求无影响，可以不限制，所以此处可以采用不完全定位，只限制5个自由度。

如图5-4（b）所示，加工上表面时，工件只有厚度和平行度的要求，所以只需要限制这3个自由度即可。

图5-3　在工件上铣键槽

不完全定位主要有两种情况。

（1）工件本身相对于某个点、线是完全对称的，则工件绕此点、线旋转的自由度无法被限制（即使被限制也无意义）。例如，球体绕过球心轴线的转动、圆柱体绕自身轴线的转动等。

（2）工件加工要求不需要限制某一个或某几个自由度。例如，加工平板上表面，要求保证平板厚度及与下平面的平行度，则只需限制3个自由度就够了。

图5-4　在工件上铣台阶面及加工上表面

（a）在工件上铣台阶面（b）加工上表面

3）欠定位

根据工件的加工要求，应该限制的自由度没有完全被限制的定位，称为欠定位。欠定位无法保证加工要求，所以是绝不允许的。如图5-5所示，在铣床上铣削台阶时必须限制这3个旋转自由度和这2个线性自由度。图5-5（a）因没有限制Z轴的旋转自由度，导致铣削后台阶出现位置误差，属于欠定位。

图5-5　在工件上铣台阶

（a）欠定位；（b）不完全定位

4）过定位

过定位又称为重复定位，是指工件的一个或几个自由度被定位元件重复限制的定位。

如图5-6所示，加工连杆大孔的定位方案中，长圆柱销限制了和共4个自由度，支承板限制了和共3个自由度。显然，和被两个定位元件重复限制，出现了过定位。(www.xing528.com)

如果工件孔与端面垂直度很好，此过定位是允许的。但如果工件孔与端面垂直度误差较大，且孔与销间隙又很小，则会出现两种情况：

（1）如果长圆柱销刚度好，定位后工件歪斜，端面只有一点接触，如图5-6（b）所示。

（2）如果长圆柱销刚度不足，夹紧后长圆柱销将歪斜，工件也可能变形，如图5-6（c）所示。

图5-6　工件过定位实例

（a）定位方案；（b）工件歪斜；（c）长圆柱销歪斜

这两种情况都会引起加工大孔的位置误差，使连杆两孔的轴线不平行。最简单的解决办法是将长圆柱销改成短圆柱销。由于短圆柱销仅限制和两个自由度，因此和的重复定位就被避免了。

过定位是否允许，要视具体情况而定：

（1）如果工件的定位面经过机械加工，且形状、尺寸、位置精度均较高，则过定位是允许的，有时还是必要的，因为合理的过定位不仅不会影响加工精度，还会起到加强工艺系统刚度和增加定位稳定性的作用。

（2）反之，如果工件的定位面是毛坯面，或虽经过机械加工，但加工精度不高，这时过定位一般是不允许的，因为它可能造成定位不准确，或定位不稳定，或发生定位干涉等。

过定位可能导致下列后果：

（1）工件无法安装。

（2）工件或定位元件变形。

过定位往往会带来不良后果，一般确定定位方案时，应尽量避免。消除或减小过定位所引起的干涉，一般有两种方法：

（1）改变定位元件的结构，使定位元件重复限制自由度的部分不起定位作用，如图5-7所示。

图5-7　避免过定位的方法

（a）大端面加球面垫圈；（b）大端面改为小端面

（2）合理应用过定位，提高工件定位基准之间以及定位元件的工作表面之间的位置精度。图5-8所示为滚齿夹具，属于采用过定位提高精度的实例。

图5-8　滚齿夹具

1—压紧螺母；2—垫圈；3—压板；4—工件；5—支承凸台；6—工作台；7—芯轴。

具体情况具体分析：该限制的没有限制，是欠定位，不允许；限制自由度小于6时，是欠定位或不完全定位；一个自由度被多个定位元件限制，是过定位，一般不允许；工件定位面精度、夹具定位元件精度较高时，允许过定位。根据加工要求确定定位，欠定位和过定位可能同时存在。