常用定位方式及元件的选择

2023-06-29 理论教育版权反馈

【摘要】：定位销是长度较短的圆柱形定位元件，其工作部分的直径可根据工件定位基面的尺寸和装卸的方便设计，与工件定位孔的配合按g5、g6、f6、f7 制造。图5-6所示为常用定位销结构，定位销的结构和尺寸已标准化，一般可分为固定式和可换式两种。定位销头部应有15°倒角，以便工件顺利装入。一般采用孔与端面联合定位方式，消除了工件的五个自由度。在夹具设计中，除通用夹具外，常用于外圆表面定位的定位元件有V 形块、定位套和半圆孔

工件的定位，除根据工件的加工要求选择合适的表面作定位基准面外，还必须选择正确的定位方法，将定位基面支承在适当分布的定位支承点上，然后将各支承点按定位基面的具体结构形状，再具体化为定位元件。

工件的定位基准面有多种形式，如平面、外圆柱面、内孔等。根据工件上定位基准面的不同采用不同的定位元件，使定位元件的定位面和工件的定位基准面相接触或配合，实现工件的定位。

1.工件以平面定位时的定位元件

工件以平面定位时，定位元件常用三个支承钉或两个以上支承板组成的平面进行定位。各支承钉（板）的距离应尽量大，使得定位稳定可靠。常用定位元件有以下几种。

（1）固定支承。固定支承是指高度尺寸固定，不能调节的支承，包括支承钉和支承板两类。

①支承钉。支承钉结构形式如图5-1所示，它们的结构和尺寸均已标准化。

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图5-1　支承钉

其中A 型平头支承钉用于面积较小且经过加工的平面定位；B 型球头支承钉用于未经加工的平面定位；C 型锯齿头支承钉用于侧面定位或未经加工的平面定位。一般采用三点支承方式，以减少支承面积。锯齿形结构可防止工件受力滑动。

②支承板。多用于精基准定位，有时可用一块支承板代替两个支承钉。如图5-2所示，A 型支承板结构简单，制造方便，但切屑易落入内六角螺钉头部的孔中，且不易清除。因此，多用于侧面和顶面的定位。B 型支承板在工作面上有45°的斜槽，且能保持与工件定位基面连续接触，清除切屑方便，所以多用于平面定位。

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图5-2　支承板

（2）可调支承。可调支承结构形式如图5-3所示，支承的高度可调节。图5-3（a）所示为用手或扳手拧动圆柱头调节高度，适用于小型工件。图5-3（b）、（c）所示为用扳手调节，用于较重的工件。如图5-3（d）所示用于侧面调节。可调支承高度调节合适后，用螺母锁紧，以防高度发生变化。其主要用于毛坯质量不高，以粗基准定位的场合。

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图5-3　可调支承

（3）自位支承。自位支承又称浮动支承，在工件定位过程中能自动调整位置。浮动支承点的位置能随工件定位基准位置的变化而自动调节，尽管每个自位支承与工件成两点或三点接触，但只起一个定位支承点的作用，只能消除一个自由度，故可提高工件的刚性和稳定性，适用于工件以毛坯面定位或刚性不足的场合，如图5-4所示。

（4）辅助支承。辅助支承用来提高工件的装夹刚度和稳定性，不起限制工件自由度的作用，也不允许破坏原有的定位。辅助支承应用例子如图5-5所示。辅助支承可用可调支承代替。

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图5-4　自位支承

（a）球面三点式；（b）摆动二点式；（c）摆动三点式

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图5-5　辅助支承的应用

（a）无辅助支承受力情况；（b）增加辅助支承受力情况；（c）薄壁零件受力情况
1—工件；2—短定位销；3—支承环；4—辅助支承

2.工件以内孔定位时的定位元件

工件以孔的轴线为定位基准，常在圆柱体（定位销、心轴等）、圆锥体及定心夹紧机构中定位。该方式定位可靠，使用方便，在实际生产中获得广泛使用。常用定位元件有以下几种。

（1）定位销。定位销是长度较短的圆柱形定位元件，其工作部分的直径可根据工件定位基面的尺寸和装卸的方便设计，与工件定位孔的配合按g5、g6、f6、f7 制造。图5-6所示为常用定位销结构，定位销的结构和尺寸已标准化，一般可分为固定式和可换式两种。图5-6（a）、（b）、（c）所示为固定式定位销。当工作部分直径D 为3～10 mm 时，为增加刚度，避免销子断裂，通常在定位销根部倒出大圆角，夹具体上应有沉孔，使销的圆角部分沉入孔内而不影响工件定位。图5-6（d）所示为带衬套的结构，用于大批量生产中，便于更换定位销。定位销头部应有15°倒角，以便工件顺利装入。

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图5-6　定位销

当工件以孔和端面组合定位时，夹具上应加支承垫板或支承垫圈，如图5-7所示，以免夹具体直接受工件的摩擦而磨损。

用定位销定位时，按工件定位基准孔与定位元件表面接触的相对长度来区分，有长销和短销两种（见图5-8）。

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图5-7　定位销与支承垫圈组合的定位

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图5-8　长销与短销定位

①长销。接触面较长，如图5-8（a）所示，H≈Ha，相当于四个定位支承点，消除了四个自由度：。

②短销。接触面较短，如图中5-8 （b）所示，H≪Hb，相当于两个定位支承点，消除了两个自由度：。

（2）圆锥定位销。图5-9所示为圆锥定位销，共消除了工件的三个自由度，相当于三个定位支承钉。

（3）定位心轴。定位心轴有刚性心轴、弹性心轴、液性塑料心轴等。下面介绍刚性心轴。

①间隙配合心轴。如图5-10（c）所示，心轴定位部分按h6、g6 或f7 制造，与工件定位孔为间隙配合。其特点是装卸工件方便，但定心精度不高。一般采用孔与端面联合定位方式，消除了工件的五个自由度。

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图5-9　圆锥定位销

（a）粗基准用；（b）精基准用

②过盈配合心轴。如图5-10（b）所示，心轴由导向部分、定位部分及传动部分组成。其特点是结构简单，定心准确，不需要另设夹紧机构；但装卸工件不方便，易损坏工件定位孔。因此，它多用于定心精度高的精加工。

③锥形心轴。如图5-10（a）所示，锥形心轴的锥度应很小，一般为1/1 000～1/800。定位时，工件楔紧在心轴上，楔紧后工件孔有弹性变形，自动定心。加工时，工件与心轴楔紧产生摩擦力带动工件，不需要另外夹紧，定心精度可达0.005～0.01 mm。锥形心轴消除五个自由度。

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图5-10　常用刚性心轴

3.工件以圆锥孔定位时的定位元件

图5-11（b）所示为顶尖孔锥面定位。由于接触面较短，相当于三个定位支承点，消除了三个自由度。当两个顶尖组合使用时（见图5-12），左顶尖孔用轴向固定的前顶尖定心定位，定位基准是顶尖孔锥顶A，为第一基准，消除了工件三个自由度；右顶尖孔用轴向可移动的后顶尖定心定位，基准是右锥孔的锥顶B，消除了两个自由度。两个顶尖组合定位共消除五个自由度，相当于五个定位支承点。圆锥孔定位用于加工轴类或要求精密定心的零件。

4.工件以外圆定位时的定位元件

工件以外圆柱面定位在生产中是常见的，如凸轮轴、曲轴、阀门以及套类零件的定位等。在夹具设计中，除通用夹具外，常用于外圆表面定位的定位元件有V 形块、定位套和半圆孔定位座等。各种定位套或半圆孔定位座以工件外圆表面实现定位，V 形块则实现对外圆表面的定心对中定位，是用得最广泛的外圆表面定位元件。

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图5-11　工件圆锥孔在圆锥体上的定位分析

（a）圆锥体；（b）顶尖孔锥面定位

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图5-12　顶尖孔定位

（1）V 形块。如图5-13所示，V 形块已经标准化，两斜面夹角有60°、90°、120°，其中90°V 形块使用最广泛，使用时可根据定位圆柱面的长度和直径进行选择。V 形块结构有多种形式，图5-13（a）适用于较短的精基准定位；图5-13（b）适用于粗基准或阶梯轴定位；图5-13（c）、（d）适用于基准面较长或两段基准面分布较远的定位。如果定位直径较大，则V 形块可用铸铁底座上镶淬硬支承板或硬质合金块，如图5-13（d）所示。V 形块定位工件时，使工件定位外圆中心线与V 形块两斜面对称中心线重合。

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图5-13　常用V 形块

V 形块与工件基准面接触线较长时，如图5-14（a）所示，相当于四个定位支承点，消除了四个自由度；接触线较短时，如图5-14（b）所示，相当于两个定位支承点，消除了工件两个自由度。

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图5-14　通过接触线长短分析圆柱体在V 形块上定位

除上述固定V 形块外，夹具上还经常采用活动V 形块。活动V 形块除具有定位作用外，还兼有夹紧作用。

使用V 形块定位的特点一是对中性好；二是可用于非完整外圆表面的定位。因此，V形块是应用最多的定位元件之一。

（2）定位套。工件以外圆面作定位基准在圆孔中定位时，其定位元件常选择定位套（见图5-15）。为了保证轴向定位精度，定位套常采用外圆柱面与端面联合定位。这种定位方法结构简单，适用于精基准定位。

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图5-15　定位套定位

（a）短定位套；（b）长定位套

（3）半圆孔定位座。将同一圆周面的孔分为两半圆，下半圆部分装在夹具体上，起定位作用，其最小直径应取工件定位基面（外圆）的最大直径；上半圆部分装在可卸式或铰链式盖上，起夹紧作用，如图5-16所示。工作表面是用耐磨材料制成的两个半圆衬套，并镶在基体上，以便于更换。半圆孔定位座适用于大型轴类工件的定位。

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图5-16　半圆孔定位座

（a）装配式半圆定位套；（b）铰链式半圆定位套

5.工件以一面两孔定位时的定位元件

在加工箱体、杠杆、盖板和支架等工件时，常以两个相互平行的孔及两孔轴线垂直的大平面为定位基准面。如图5-17所示，所用的定位元件为一支承板，它限制了工件的3 个自由度；一个短圆柱销，它限制了工件的2 个自由度；一个菱形销（或称削边销），它可限制工件绕圆柱销转动的1 个自由度 pagenumber_ebook=212,pagenumber_book=206 。这种定位，即以工件的一个面、两个孔（简称一面两孔）定位，称为组合定位。工件以一面两孔定位，共限制了工件6 个自由度，属完全定位形式，而且易于做到在工艺过程中的基准统一，便于保证工件的相互位置精度。

工件以一面两孔定位时，若不采用一个圆柱销和一个削边销，而是采用两个短圆柱销，则平面限制了3 个自由度，短圆柱销1 限制两个自由度，短圆柱销2 限制两个自由度。其中自由度→y 被重复限制，属于过定位。此时，由于工件上定位孔的孔距及夹具上两销的销距都有误差，当误差较大时，这种过定位会导致两定位销无法同时进入工件定位孔内。为解决这一过定位问题，可将两定位销之一在定位干涉方向（y 向）上削边，做成如图5-18所示的菱形销（或削边销），以避免干涉。