工件定位的基本原理
第二章 工件在夹具中的定位
Z
Y
X
考虑定位方案时，先分析必须消除哪些自由度，
再以相应定位点去限制。
Z
Z
Y
Y
X X
a） b）
ox方向上没有原始尺寸要求， 因此沿这个方向移动的自由 度。可以不加限制，工件只 要限制五个自由度就够了。 图2-3
只有oz方向上有原始尺寸， 但要保 证此尺寸必须限制三个 自由度，即沿Z轴的移动和绕X 轴、Y轴的转动
“一面两销”的两圆柱销重复限制了沿 x 方向的移动自 由度，属于过定位。由于工件上两孔的孔心距和夹具上两销 的销心距均会有误差，因而会出现上图所示的相互干涉现象。
解决“一面两孔”的定位干涉问题的途径： (1)减小一个销的直径； (2)将一个销做成削边销。
3）定位心轴
主要用于盘套类零 件的定位。心轴定心精 度高，但装卸费时，有 时易损伤工件孔，多用 于定心精度要求高的情 况。定位时，工件楔紧 在心轴上，多用于车或 磨同轴度要求高的盘类 零件，小锥度心轴实际 上起不到定位的作用
2-1. 工件定位原理
(1)六点定位原理
一个自由的物体，它对三 个相互垂直的坐标系来说，有 六个活动可能性，其中三种是 移动，三种是转动。习惯上把 这种活动的可能性称为自由度， 因此空间任一自由物体共有六 个自由度。
图2-1 工件自由度示意图
未定位工件在空间有六个自 由度，定位就是限制其自由度。
合理布置六个定位支承 点，使工件上的定位基面与 其接触，一个支承点限制工 件一个自由度，使工件六个 自由度被完全限制，在空间 得到唯一确定的位置，此即 六点定位原理。
AO AC AO2 AB
' 2
2 2
2
2
2
2
D2 b 1 D 2 min b Tlk Tlx 2 2 2 2 2 2
第4章定位原理和机床夹具设计2
H7 g 6( f 7)
Z
△Z≠ 0 △Y≠ 0
Y
圆柱心轴
X
y
4.2 工件的定位原理及定位元件
3.工件以外圆柱面定位
V形块 定位套 半圆套 支承定位
3.工件以外圆柱面定位
V形块
固定V形块 活动V形块 长V形块 短V形块
3.工件以外圆柱表面定位
3.工件以外圆柱表面定位
定位套
工件以外圆定位的定位套
yz
销2
x y
销1
y 0
x
支承平面
z x y
(3) 过定位
案例4 一面两销定位方案
B 削边销
(3) 过定位
z
案例4 一面两销定位方案
z x y
销1 削边销
y 0
x
支承平面
z x y
(3) 过定位
案例5
滚齿加工的定位方案
x y x y
待加工 的齿轮
z x y
(3) 过定位
案例5
滚齿加工的定位方案
（1）正确的定位 工件定位面与夹具定位元件的定位工 作面相接触或配合来限制工件的自由度， 二者一旦脱离接触或配合，则定位元件就 丧失了工件自由度的作用。
2.应用六点定位原理应注意的问题
（2）一个定位支撑点仅限制一个自由度：原 则上不超过六个。 （3）分析定位支撑点的定位作用时，不考虑 力的影响
2.应用六点定位原理应注意的问题
常用的定位元件
1.工件以平面定位
主要支承
固定支承 可调支承 自位支承
支承钉 支承板
辅助支承
1.工件以平面定位
固定支承
支承钉和支承板
钻套
支承板
支承板
工件的定位
3.1.1工件定位的基本原理
（1）六点定则
工件的自由度——任何一个工件，如 果对其不加任何限制，那么，它在空 间的位置是不确定的，可以向任何方 向移动或转动，工件所具有的这种运 动的可能性。
如果把工件放在空间直角坐标系 中，则工件具有六个自由度。
工件的六个自由度
工件定位的“六点定则”——工件 的定位实质上就是限制工件应该被 限制的自由度。即，若要确定工件 某一坐标方向上的位置，则只需用 一个定位支承点限制工件在该方向 上的自由度，用六个合理布置得定 位支承点限制工件的六个自由度， 就是工件的位置完全确定。
1）以工件平面为定位基准，常用的定位元 件
a）支承钉：一个支承钉相当于一个支承点， 可限制工件一个自由度。 常见的支承钉有 平头支承钉、球头支 承钉和齿纹支承钉。 平头适用于工件以精 基准定位，球头和齿 纹支承钉适用于工件 以粗基准定位，减少 接触面积，以便于粗 基准有稳定的接触。
b）支承板：适用于工件以精基准定 位的场合。工件以大平面与一大支承 板接触定位时，该支承板相当于三个 不在一条直线上的支承点，可限制工 件的三个自由度。一个窄长支承板相 当于两个支承点，可限制工件两个自 由度。工件以一个大平面同时与两个 窄长支承板相接触定位时，这两个窄 长支承板的宽度相对于一个大支承板， 限制工件三个自由度。
图 直接找正法示例 a）磨内孔时工件的找正 b）刨槽时工件的找正
图 划线找正法示例
利用夹具定位法——将工件直接安装在夹 具的定位元件上的方法 特点： ①工件在夹具中的正确定位，是通 过工件上的定位基准面与夹具上的定位元 件相接触而实现的。因此，不再需要找正 便可将工件夹紧。 ②由于夹具预先在机床 上已调整好位置，因此，工件通过夹具相 对于机床也就占有了正确的位置 ③通过夹 具上的对刀装置，保证了工件加工表面相 对于刀具的正确位置。
第二讲 工件定位的基本原理
第一节 工件定位的基本原理图 一、六点定则
一尚未定位的工件，其空间位置是不确的.
如图1—1所示，将工件放在空间直角坐标系中，
工件存在六个方向的自由度。
三个移动自由度：
r X
r Y
r Z
三个转动个支承点限制工件六个自由度的法则，称为六点
定则，如图1—2所示。
支承点1、2、3限制了
r Z
) X
) Y
三个自支由承度点，4、称5为限主制支了承xr点。z) 两
个自由度，导向支承点r 。 支承点6限制了 Y 一个自
由度，止推支承点。
六点共限制了工件六个自由
度。
二、限制工件自由度与加工要求的关系
工件定位时，应该限制的自由度数目，主要由工件加工要求确定，
一般讲，工件定位所需限制自由度的数目≤6个。各定位元件限制的 自由度原则上不允许重复或干涉。
2、允许不完全定位的几种情况
⑴加工通槽或通孔时，沿贯通轴的移动自由度可不限制。
⑵毛坯（本工序加工前）是轴对称时，绕对称轴的转动自由度
可不限制，如车光轴的内、外圆。
⑶加工贯通的平面时除可不限
制沿两个贯通轴的移动自由度外，
还可不限制绕垂直加工面的轴的
转动自由度，如图所示1—6磨工
件 面的 的上 平表行面度，，保可证以h不和限上制、：X下r 表Yr
2、定位副：工件上的定位基面和与之相接触（配合）的定位元件 的限位基面合称为一对定位副。
定为基准的选择原则：应保证加工精度和工件安装方便可靠 基准重合原则——选用设计基准作为定为基准 基准统一原则——采用同一组基准定位加工零件上尽可能多的表面 自为基准原则——选择加工表面本身作为定为基准 互为基准原则——工件上两个位置要求很高的表面加工时，互相作为 基准。
《机床夹具设计》工件的定位
第1章工件的定位●理解六点定位原理。
●常用定位元件限制的自由度。
●工件定位方式：完全定位、不完全定位、过定位和欠定位。
●常用定位元件的设计。
●定位误差的分析和计算。
●根据零件工序加工要求，确定定位方式。
●根据零件工序加工要求，确定定位方案。
●掌握定位元件的设计方法。
●掌握定位误差的分析和计算。
1.1工作场景导入【工作场景】如图1.1所示，钢套零件在本工序中需钻φ5mm孔，工件材料为Q235A钢，批量N=2000件。
钢套零件三维图如图1.2所示。
【加工要求】(1)φ5mm孔轴线到端面B的距离20±0.1mm。
(2)φ5mm孔对φ20H7孔的对称度为0.1mm。
本任务是设计钻φ5mm孔的钻床夹具定位方案。
图1.1钢套零件钻φ5mm工序图图1.2钢套零件三维图【引导问题】(1)仔细阅读图1.1，分析零件加工要求，各工序尺寸的工序基准是什么？(2)工件定位与夹紧的概念是什么？分析它们分别是由什么装置实现的？(3)六点定位原理是什么？(4)什么是完全定位、不完全定位、过定位和欠定位？(5)常用定位元件有哪些？定位元件限制的自由度？(6)定位方案设计的基本原则是什么？定位元件的要求是什么？(7)定位误差如何分析和计算？(8)企业生产参观实习。
①生产现场机床夹具的组成是什么？②生产现场机床夹具使用的定位元件有哪些？③生产现场机床夹具定位时限制几个自由度？1.2基础知识【学习目标】理解六点定位原理，分析常用定位元件限制的自由度，确定工件的定位方式，常用定位元件的设计，定位方案设计的基本原则，定位误差的分析和计算。
1.2.1工件定位的基本原理1.概述为了达到工件被加工表面的技术要求，必须保证工件在加工过程中的正确位置。
夹具保证加工精度的原理是加工需要满足3个条件：①一批工件在夹具中占有正确的位置；②夹具在机床上的正确位置；③刀具相对夹具的正确位置。
显然，工件的定位是极为重要的一个环节。
本章就要讨论工件的定位问题。
工件的定位
2、由于加工精度要求，不必设置所有自由度
4、工件定位中的几种情况
3.欠定位
根据工序的加工要求，只需限制部 分自由度，这样的定位称为不完全 定位。 夹具上的两个或两个以上的定位元 件，重复限制工件的同一个或几个 自由度的现象称为过定位。
4.过定位
二、定位方法及定位元件
定位方法
工件以平面 定位
定位套 1、长套限制四个自由度，短套限制两个自由度。 2、锥套限制三个自由度，半圆套长四、短二。
工件以外圆柱表面定位
支承板 长板限制两个自由度，短板限制一个自由度。
工件以外圆柱表面定位
V型块 长V型块限制四个自由度，短V型块限制两 个自由度。
工件以特殊表面定位
两个顶尖配合使用，限制五个自由度。
注意
工件以平面定位
可调支承
1、调整时先松后紧，调好后用防松螺母锁紧。 2、可调支承主要用于以粗基准面定位，或定位基 面的形状复杂，以及各批毛坯的尺寸、形状变化 较大时。
工件以平面定位
自位支承
1、毛坯面、阶梯平面和环形平面作基准平面定位 时，选用自位支承。
2、自位支承只限制一个自由度，由于增加了触点 数，可以提高工件的支承刚度和稳定性。度的平面 或圆柱面，称为导向定位面。 要求 1、选择工件上窄长的表面。 2、两点间的距离尽量远些。
定位基准按照所限制的自由度数分类：
双导向定位基准面
限制四个自由度的 圆柱定位面。 双支承定位基准面
限制两个自由度的 圆柱定位面。
定位基准按照所限制的自由度数分类：
工件以特殊表面定位
当轴类零件要求精确定心时，可以用工件上的 锥孔作为定位基准。 长锥心轴限制五个自由度。
第一章 工件的定位
32
3、过定位与欠定位
1）.分析：工件的定位支 承点少于应限制的自由度 数时，会造成什么后果？ 结果：应限制了自由度来 被限制，导致加工时达不 到要求的加工精度。 ① 欠定位：加工中，工件定位点数少于应限制的自由度
数。会产生不良后果。 ② 过定位：工件的某个自由度被限制两次以上。
2）.过定位是否允许?一般来说过定位将使工件定位不确定， 夹紧后会使工件或定位元件产生变形。
②过定位不一定就是完全定位? ③多于六个定位点的定位一定是过定位?
38
4、应用六点定位原则应注意的问题 1)方法问题：
①根据工序加工技术要求和工件形状的特点，确 定应限制 那些自由度，而用相应的定位点数目去消除。 ②分析时也可反过来分析哪几个自由度可不必限 制，剩下 的就是要限制的了。
(2)过定位有时是允许的，而欠定位决不允许，欠定位的 后果只导致加工时达不到加工精度。 过定位优点：使定位可能更为可靠，如冰箱有四个支 承点。 缺点：易使工件的定位精度受影响，使工件或夹具夹 39 紧后产生变形。
②优点：夹具结构简单，可避免因夹具本身的制造误差而产生
的定位误差，因此，定位精度高。 如：加工误差 < 0.01～0.005mm，采用夹具加工难以达到。 适用场合：单件小批生产中（如工具修理车间）。
(2)划线找正安装
对重、大、复杂工件的加工，往往是在待加工处划 线，然后
6 装上机床，工件在机床或夹具上位置按所 划的线进行找正定位。
10
11
三、机床夹具的分类 1、分类方法：
1)按夹具的应用范围：通用夹具、专用夹具、可调夹具、组合 夹具、随行夹具； 2)按加工类型：车床夹具、钻床夹具、镗床夹具、磨床夹具、 数控机床夹具等； 3)按夹紧力来源：手动夹具、气动夹具、液压夹具、电磁夹具、 真空夹具。 机床夹具通常按夹具的应用范围进行。
工件的定位原理及方法简介
工件以一面两孔定位时，为什么要用一个圆柱销和一个菱形销且菱形销怎么是限制一个自由度？一个零件有六个自由度，平移四向、上下两向、旋转两向。
一销可消除平移四向、旋转一向和向下移动三个自由度，再加一销会产生过定位问题，所以，改用菱形销，只留一个向上的自由度。
自由度有计算公式，点、线接触为高付，面接触为低付。
平面自由度计算公式F=3n-(2p+3q),n为自由构件数目（不含支架），p为低副数，q为高副数目数控机床上工件定位的原理在机械加工过程中为确保加工精度，在数控机床上加工零件时，必须先使工件在机床上占据一个正确的位置，即定位，然后将其夹紧。
这种定位与夹紧的过程称为工件的装夹。
用于装夹工件的工艺装备就是机床夹具。
1 工件定位的基本原理六点定位厦理工件在空问具有六个自由度，即沿x、y、z三个直角坐标轴方向的移动自由度和绕这三个坐标轴的转动自由度因此，要完全确定工件的位置，就必须消除这六个自由度，通常用六个支承点(即定位元件)来限制关键的六个自由度，其中每一个支承点限制相应的一个自由度，在如y平面上，不在同一直线上的三个支承点限制了工件的王、于三个自由度，这个平面称为主基准面；在平面上沿长度方向布置的两个支承点限制了工件的拿两个自由度，这个平面称为导向平面；工件在xoz乎面上，被一个支承点限制了，一个自由度，这个平面称为止动平面。
工件的六个自由度综上所述，若要使工件在央具中获得唯一确定的位置．就需要在夹具上合理设置相当于定位元件的六个支承点．使工件的定位基准与定位元件紧贴接触，即可消除工件的所有六个自由度．这就是工件的六苣定位原理。
工件的六点定位(2)六点定位原理的应用六点定位原理对于任何形状工件的定位都是适用的，如果违背这个原理，工件在央具中的位置就不能完全确定。
然而．用工件六点定位原理进行定位时，必须根据具体加工要求灵活运用．工件形状不同t定位表面不同，定位点的分布情况会各不相同，宗旨是使用最简单的定位方法，使工件在夹具中迅速获得正确的位置。
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工件定位的基本原理
教学环节教学内容
教学方法
说明
引入新课课前提问：
1、三轴数控铣床一般指哪三个轴
￥
2、多轴数控机床（例如五轴加工中心）一般有哪些轴
答案：
1、X、Y、Z三个轴。
2、X、Y、Z（三个直线轴）和A、B、C（三个旋轴）
通过对熟
悉的知识
类比掌握
与之有关
的陌生知
识
讲授新课,
讲
\授新课
[一、工件的定位：
指工件在机床或夹具中取得一个正确的加工位置的过程。
例如：机床在装配时，其主轴箱、滑板及其上的工件，均须精确地安装在相应的位置上；
机械加工时，刀具必须精确地安装在主轴头上，其回转中心必须与主轴中心线重合；模
具也一样，其零部件均须精确地安装在以冲模上下座板或者是塑料模的定动模板的相应
位置上。
定位的目的是使工件在夹具中相对于机床、刀具占有确定的正确位置，并且应用夹具定
位工件，还能使同一批工件在夹具中的加工位置一致性好。
二、自由度
一个物体在三维空间中可能具有的运动。
例如：工件有六个自由度，分别是：三个移动自由度：，三个转动自由度：。
如图1所示：
图1
)
三、六点定位原理
用一个支承点限制工件的一个自由度，用六个合理分布的支承点限制工件的
六个自由度，使工件在机床或夹具中取得一个正确的加工位置，即为工件的六点定位原
理。
如果工件的六个自由度用六个支承点与工件接触使其完全消除，则该工件在空间的
位置就完全确定了。
如下图所示：
，
首先介绍
定位的目
的，让学生
明白此次
课程的作
用
通过图例
联系物体
的运动掌
握自由度
的概念
`
通过挂图，
让学生更
加形象的
理解六点
定位原理
讲>
授新课
￥
讲授
新
、课
图2
四、工件定位的几种情况
完全定位：工件的六个自由度需要完全被限制的定位情况。
不完全定位：工件的六个自由度不需要完全被限制的定位情况。
欠定位：工件应该被限制的自由度而没有被限制的定位情况。
过定位：工件某个自由度被限制了两次或两次以上而出现的重复定位现象。
1、完全定位
工件的六个自由度全部被限制的定位，称为完全定位。
当工件在x、y、z三个坐标方向
上均有尺寸要求或位置精度要求时，一般采用这种定位方式。
见图3所示。
'
图3 1、平面支承2、短圆柱销3、侧挡销
2、不完全定位
根据工件的加工要求，并不需要限制工件的全部自由度，这样的定位，称为不完全定位。
见图4所示。
图4
…
通过实物
定位销和
V型铁让
学生理解
其限制的
自由度
通过车细
长轴实例
讲述过定
位与不完
全定位
—
通过插齿
机上的夹
具掌握过
定位的应
用场合。
、
例如：车削细长轴时，除采用卡盘和顶尖外，为增加工件的刚性，往往还采用中心架或
跟刀架，使之出现了过定位。
车削细长轴时若用三爪卡盘和前后顶尖定位时，Ｙ、Ｚ方向的平移同时被三爪卡盘和前
后顶尖约束了，此时已经出现了过定位，但是三爪卡盘是用来传递运动的，生产中可用
卡箍来代替三爪卡盘，卡箍既可传递运动又不约束工件的自由度，变过定位为不完全定
位。
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。
4、过定位
工件的同一自由度被二个或二个以上的支承点重复限制的定位。
可能造成工件的定位误
差，或者造成部分工件装不进夹具的情况。
过定位不是绝对不允许，要由具体情况决定。
见图五所示。
|
图五插齿夹具
消除过定位及其干涉的两种途径：
1)改变定位元件的结构，以消除被重复限制的自由度。
2)提高工件定位基面之间及定位元件工作表面之间的位置精度，以减小或消除过定位引
起的干涉。
五、“六点定位”的注意问题
1、定位就是限制自由度，通常用合理布置定位支承点的方法来限制工件的自由度。
2、定位支承点限制工件自由度的作用，应理解为定位支承点与工件定位基准面始终保持
紧贴接触。
若二者脱离，则意味着失去定位作用。
3、一个定位支承点仅限制一个自由度，一个工件仅有六个自由度，所设置的定位支承点
数目，原则上不应超过六个。
4、分析定位支承点的定位作用时，不考虑力的影响，定位和夹紧是两个概念，不能混淆：
工件的某一自由度被限制，是指工件在这一方向上有确定的位置，并非指工件在受到使
其脱离定位支承点的外力时，不能运动，即夹紧。
5、定位支承点是由定位元件抽象而来的，在夹具中，定位支承点总是通过具体的定位元
件体现。
课例题：在图六中，钻、扩、铰 9H7孔，其余表面均已加工，试分析其需要限制的自由度。
通过练习
堂
练
?
习
（挂图）
图六
分析：（1）保证尺寸20 ± ，需要限制的自由度为：
（2）保证垂直度时，需要限制的自由度为：
（3）保证 9H7孔中心对称分布于尺寸26mm的中心线，需要限制的自由度为：综合上述可知，本工序要限制的自由度为：等五个自由度。
一般地，分析零件所需限制的自由度，应考虑以下两方面的因素：)
①零件的工序要求；
②实际安装需要。
让学生开动脑筋，将所学知识马上加以应用，加深理解。
课后小结1、工件有六个自由度；
2、工件定位的几种情况；
3、欠定位无法保证加工要求，所以是绝不允许的；
4、过定位不是绝对不允许，要由具体情况决定。
&
通过课堂
小结对重
点内容进
行归纳总
结。
作业
布置分析模具导向件（导柱、导套、上模座板和下模座板）的定位形式及其作用。
通过作业，
进一步巩
固所学新
知识。
…
工件定位的基本原理（板书设计）
一、工件的定位：
指工件在机床或夹具中取得一个正确的加工位置的过程。
二、自由度
一个物体在三维空间中可能具有的运动。
工件有六个自由度，分别是：三个移动自由度：，三个转动自由度：。
三、六点定位原理
用六个合理分布的支承点限制工件的六个自由度，使工件在机床或夹具中取得一个正确的加工位置。
四、工件定位的几种情况：
1、完全定位
》
工件的六个自由度全部被限制的定位。
2、不完全定位
根据工件加工要求，并不需要限制工件的全部自由度。
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。
4、过定
位
工件的同一自由度被二个或二个以上的支承点重复限制的定位。
五、“六点定位”注意问题
1、定位就是限制自由度；
2、定位支承点与工件定位基准面始终保持紧贴接触；
3、设置的定位支承点数目，原则上不应超过六个；
4、定位和夹紧是两个概念，不能混淆；
5、定位支承点是由定位元件抽象而来的，在夹具中，定位支
承点总是通过具体的定位元件体现。
六、课堂练习
具体要求见教案
七、小结
1、工件有六个自由度；
2、工件定位的几种情况；
3、欠定位无法保证加工要求，所以是绝不允许的；
4、过定位不是绝对不允许，要由具体情况决定
八、作业布置
分析模具导向件的定位形式及其作用。
·。