說說工件在夾具中的過定位

陳會云

摘 要：本文敘述了工件在定位過程中，工件定位面加工精度較高時，為了提高系統剛性和定位穩定性，我們可以采用過定位來實現這些效果。

關鍵詞：自由度；定位；過定位

1 引言

我們知道，工件在加工前必須首先使它在機床上相對刀具占有正確的加工位置，這就是定位。夾具在工件定位過程中起著決定的作用。

2 過定位的分析

工件定位實質，就是要使工件在夾具中占有某個確定的正確加工位置。這樣的定位方法可以轉化為在空間直角座桿系中決定剛體座標位置的問題來說明。從理論力學中可以知道一個在空間處于自由狀態的剛體，具有六個自由度，即沿三個互相垂直的坐標軸的移動自由度以及繞三個座標軸轉動自由度，習慣上用、、分別表示沿X軸、Y軸和Z軸的移動自由度，用、、分別表示繞X軸、Y軸、Z軸轉動自由度。由此可見要使工件在夾具中占有確定的位置等于要在空間直角座標系中確定剛體的六個座標參數；也即是要對、、，、、六個自由度加以必要的約束條件。分析時可將具體的定位元件抽象為相應的定位支承點，用這些定位支承點來限制工件的自由度。定位的方式有四種：1 完全定位、2 不完全定位、3 欠定位、4 過定位，這四種定位只有欠定位不可用，下面我就來說說過定位。一般地說，一個定位支承點只能限制工件一個自由度，因此工件在夾具中定位時所用定位支承點的數目，充其量也決不應多于六個。每個定位支承點所限制的自由度，原則上不允許重復或互相矛盾。如果幾個定位支承點重復限制同一個自由度，這種定位現象叫做過定位。出現過定位時，將使工件位置不確定，同時，在夾緊情況下，重復限制同一自由度的定位支承間所產生的矛盾，干涉和沖突必將造成工件或定位元件的變形，其結果將破壞工件定位的要求，嚴重時影響工件的定位精度，但如果工件定位面加工精度很高時，可以利用過定位來增加系統剛性，提高定位的穩定性。

例如圖1，所示的板狀零件，用底平面定位時，只能用三個定位支承點。現在若象圖2那樣在XOY座標平面上設置四個定位支承點則其中必有一個定位支承點是多余和重復的，這樣反而使底平面只能和其中任三個定位支承點保持接觸（除非底平面高度平整光潔）因為三點決定了一個平面，過多的定位支承點，反而使工件定位不穩，照相機和野外測量儀器的支架都是三腳支架，也正是這個道理。因此，在確定工件在夾具中的定位方案時，一般也不能出現過定位。

3 過定位的可用性

不過在實際生產中，也常常會遇到工件按過定位方式來定位的例子。這就是是說明，過定位并不是一個單憑形式上的分析。便能簡單地予以一概否定的問題 ，因而還應具體分析。

1.有一些定位方式，從形式上看似乎是過定位，但實際上并沒有過定位，這是因為沒有考慮到定位基準面的具體情況來分析定位支承點的數目而造成的。例如圖1的板狀零件，用三個定位支承點采定位底平面，當然符合定位基本原理，但若改用二條狹長平面，甚至整個平面作定位元件來定位是否會發生過定位呢？假如底平面是毛坯面，則只能用三個支承點定位，否則用其他任何一種都是過定位。假如底平面是加工過平面，用狹長平面仍然很好地接觸。假如底平面是精加工的光整平面，用整個大面來支撐定位，也能很好地保證接觸，象以上兩種情況均可作為三點支撐來分析而無過定位現象。

2、根據過定位對工件安裝所造成的后果來分析：在滾齒機（插齒機）上加工齒輪時，常常以工件的孔和一端面作定位基準，而在滾齒（插齒）夾具的心軸和支承凸臺上定位見圖3，由圖可知，工件孔套在長心軸上，限制了四個自由度，、、、。工件又要靠住支承凸臺平面，于是又限制三個自由度，、、，這時就有七個支承點，、是被心軸和凸臺所限制，這種過定位現象是否被采用，要從過定位所造成的后果來判斷。

這種情況似乎是過定位，但是實際上，齒輪坯上作為定位基準用的內孔和端面往往是在一次裝夾中一同加工出來的；或者孔先精加工好然而套在精密心軸上加工出端面，定位基準之間保證比較高的位置精度，所以不會發生干涉和沖突，此時只限制五個自由度即、、、，而不發生過定位，只是提高工件在加工中的剛性和穩定性。

4 過定位不可用的情況

例圖3中如果孔與端面間的垂直度極差的情況下，工件由心軸保持與其孔相接觸，限制四個自由度、、、，工件端面與支承凸臺保持一點接觸Z，如圖4，在不受夾緊力的作用下，雖然工件定位也不穩定，但不產生干涉和沖突，但是工件一旦被夾緊，則工件端面必然與支承凸臺平面作面與面接觸，這時，表現為工件或夾具定位元件的變形。不論工件還是夾具定位元件發生變形其結果都會破壞工件的定位要求，所以不允許產生這種形式的過定位。

5 結束語

定位應該遵守定位基本原理即六點定位原理，但對過定垃時應作分析，該過定位是否能采用，從而保證工件定位要求.保證加工精度。

參考文獻

[1]《機床夾具設計與制作》.中國勞動社會保障出版社

[2]《機床夾具設計手冊》.機械工業出版社2014年出版