常用定位元件
常用定位元件限制的自由度
常用定位元件限制的自由度在设计机械系统或装配过程中，常常需要考虑定位元件的使用。
定位元件是指可以控制零件相对位置和方向的元件，它们在机械系统的装配过程中起着非常重要的作用。
然而，很多人在使用定位元件时存在一些误区，不了解它们的限制和自由度，从而影响了机械系统的性能和稳定性。
因此，了解常用定位元件的限制对于机械系统的设计和安装具有重要的指导意义。
首先，我们来介绍一下常见的定位元件。
常用的定位元件包括销、销孔、齿轮、键槽等。
这些元件通常用于定位和传递力或扭矩。
在设计和选择这些定位元件时，需要考虑它们的限制和自由度。
销是一种常见的定位元件，它通常用于固定两个工件的相对位置。
在使用销时，需要考虑其在径向和轴向上的限制。
在径向上，销的直径和孔的直径必须匹配，并提供适当的间隙以确保工件的相对位置。
在轴向上，销的长度必须足够长，以将工件牢固地固定在一起，但也不能过长，以免影响工件的安装和拆卸。
销孔是一种常见的定位元件，它通常用于固定工件的位置和方向。
在使用销孔时，需要考虑其在径向和轴向上的限制。
在径向上，销孔的直径必须与销的直径匹配，并提供适当的压力以确保工件的位置。
在轴向上，销孔的深度必须足够长，以确保销充分插入，并且不能太深，以免影响工件的组装。
齿轮是一种常见的定位元件，它通常用于传递扭矩和控制工件的相对位置。
在使用齿轮时，需要考虑其在轴向和径向上的限制。
在轴向上，齿轮的长度必须足够长，以确保扭矩的传递和工件的相对位置。
在径向上，齿轮的直径必须与孔匹配，并提供适当的间隙以确保齿轮的正常运转。
键槽是一种常见的定位元件，它通常用于固定轴和套筒的相对位置。
在使用键槽时，需要考虑其在径向和轴向上的限制。
在径向上，键槽的宽度必须与键匹配，并提供适当的压力以确保轴和套筒的相对位置。
在轴向上，键槽的深度必须足够长，以确保键充分插入，并且不能太深，以免影响工件的安装和拆卸。
在使用定位元件时，还需要考虑其材料的选择和表面处理。
43常见的定位方式与定位元件
X Z
Y
图4-28 工件在两顶尖上定位
(B)可调支承
在工件定位过程中，支承钉的高度需要调整的场合
20
4.3. 常见的定位方式与定位元件
(C)自位支承 自位支承(浮动支承)—自动调整位置的支承。其作用相当于一 个固定支承，只限制一个自由度，适于工件以粗基准定位或刚 性不足的场合。
21
4.3. 常见的定位方式与定位元件
B.辅助支承
辅助支承—用来提高工件的装夹刚度和稳定性，不起定位作用
测量基准：在加工中或加工后用来测量工件的尺寸误差、 形状、位置时所采用的基准，称为测量基准。 装配基准：在装配时用来确定零件或部件在产品中的相 对位置所采用的基准，称为测量基准。
2
4.3 常见的定位方式与定位元件
工艺基准
在工艺过程中所采用的基准。又可分为：工序基准、定 位基准、测量基准与装配基准。
4.3.4 组合定位
X Y
Z a）
X Y
Z a1）
X Y
Z a2） 图2-23a 过定位示例分析
X Y
Z a3）
33
4.3.4 组合定位
Z
X X
Z
X Y Z X b）
X Y Z X b1）
X Y b2）
X Y b3）
34
图2-23b 过定位示例分析
4.3.4 组合定位
Z Z X X
X
Y c） Z
定位方法与定位元件
定位方法与定位元件定位方法与定位元件在工程设计和制造领域中起到非常重要的作用。
定位是确保机械零部件、设备或系统正确安装和组装的过程。
一个好的定位方法和定位元件能够提高生产效率，减少装配误差，提高产品质量。
下面将详细介绍定位方法与定位元件。
一、定位方法1.几何定位法：几何定位法是利用机械几何关系进行定位的方法。
常见的几何定位方法有：平面定位、四点定位、三点定位、二点定位等。
四点定位是最常用的一种几何定位方法，可以确保零部件在三个平面上的位置和方向。
在机械设计和制造中，通常使用直线或面的几何形状进行定位，例如棱形定位销、矩形定位销、平面定位销等。
2.相对定位法：相对定位法是根据零部件之间的相对位置进行定位的方法。
可以使用相对位置进行定位的零部件有：销轴与轴孔、销轴与轴承、螺纹和螺母等。
相对定位法通常采用夹紧或卡紧的方式，以确保零部件之间的相对位置不变。
3.量绝对位置定位法：量绝对位置定位法是利用测量仪器对零件或产品进行定位的方法。
常用的测量仪器有卡尺、游标卡尺、百分表、坐标测量机等。
通过测量仪器测量零部件的尺寸和位置，可以实现高精度的定位。
4.灵活定位法：灵活定位法是利用柔性零部件进行定位的方法。
柔性零部件通常是弹性元件或弹簧，可以在一定范围内进行弯曲、伸缩和扭转。
通过调整柔性零部件的形状，可以实现零部件的精确位置和方向。
5.模板定位法：模板定位法是使用特制的模板或夹具进行定位的方法。
模板定位法可以保证零部件的位置和方向都是精确的。
在大批量生产中，模板定位法可以提高生产效率和一致性。
6.力定位法：力定位法是利用力的作用进行零部件定位的方法。
常见的力定位法有气缸定位、液压定位、弹簧定位等。
通过施加力的方式，可以将零部件精确地定位到指定位置。
二、定位元件1.定位销：定位销是最常用的定位元件之一，它通过精确加工和配合，将零部件定位到指定位置。
定位销有多种形状，包括圆形、方形、矩形、棱形等。
2.定位套：定位套通常由金属材料制成，具有高强度和刚性。
常见定位方式所用定位元件103
②圆柱心轴 限制四个自由度
P194 表10.2
间隙配合心轴（如下图）：这种心轴装
卸工件方便，但定心精度不高。
过盈配合心轴：这种心轴制造简便，定心
正确，但装卸工件不便，易损伤工件定位 孔。
花键心轴：用于加工以花键孔定位的工件。
2）定位基准位移量
①定位副无间隙配合：孔的轴线均与心轴轴线重合， 径向基准位移量△w＝0。
定位套或半圆形定位座
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V形块定位： a) 较长精基准； b) 较长粗基准； c) 阶梯轴定位用； d) 较长、较重工件。
V形块
主要优点： 对性好，即能使工件的定位基准轴线始终落在v形 块两斜面的对称平面上，而不受定位基准直径误 差的影响，并且安装方便。
对固定V形块而言，短接触限2个自由度，长接触限4个 自由度，其长短接触与孔轴接触判断相似。
CB CE
2 CE
CE
N 2tg
(2)
2
又T H OC H (OE CE) (3)
经化简得：T
H
1 2
d
sin
2
N tg
2
把(1)(2)代人(3)得：
常用V形块结构P207 图10.27 V形块分为固定式和活动式：Leabharlann 因为222OO
OT
sin
d
2 sin
2
2
O’O’’就是工件在V形块上的定位时， 定位基准的位移范围△W，所以：
W
OO
d 2 sin
2
当V型块两斜面夹角a≠900时，定位基准位移量为：
第五课 定位元件
可调支承
定位销
定位心轴
圆柱孔定位元件
V形铁
外圆柱面定位元件
定位元件要求：
1、高精度 2、高耐磨性
应小于工件相应尺寸公差。
定位元件材料 20钢
T7A、T8A 45
热处理 渗碳淬火 渗碳层0.8-1.2mm，55-60HRC 淬火50-55HRC
淬火45-50HRC
3、足够刚度和强度 4、良好工艺性
二、常用定位元件的选择
间隙配合心轴 H6、g6、f7
标准锥度心轴 JB/T10116-1999
过盈配合心轴 r6
心轴定位可理解为长圆柱销定位，可消除工件四个不定度。
（3）锥销
JB/T10117.1-1999 JB/T10117.2-1999
夹具标准顶尖
圆锥销用于工件圆柱孔端的定位情况
固定顶尖可消除三个移动不定度，活动顶尖消除两个转动不定度
V形块也可以做成活动结构。除可以提供一个定位点， 还兼做夹紧元件，具有定心夹紧功能。
常用V形块两工作斜面间的夹角一般分为60°、90°、 120°三种，其中90°角的V形块应用最多，其结构及规格尺 寸均已标准化。
（2）定位套
定位套精基准定位。
半圆孔定位装配结构形式
上半圆起夹紧作用
下半圆起定位作用
圆孔面定位元件
定位销与夹具安装孔 过盈配合 H7/r6
可换定位销 JB/T8014.3—1999
H7/h6
H7/n6
定位销工作部分d的尺寸公差根据具体的定 位安装精度要求分别按g5、g6、f6、f7来制造。
定位插销 JB/T8015—1999
（2）定位心轴 用来安装内孔尺寸较大的套筒类、盘类工件。
1．平面定位基准面 （1）基本支承 用作消除工件定位不定度、具有独立定位作用的支承。
第三讲 定位基面与定位元件
图1—19
2、圆柱心轴，如图1—20所示。
(1)间隙配合心轴，定心 精度不高，如图1—20a)；动
配合心轴，直径D(h6、g6、f7)
(2)过盈配合心轴，定心 精度高，如图1—20b)；当
L/D≤1时，D1=D2=Dmax(r6)， 当L/D＞1时，D1=Dmax(r6)、 D2=Dmax(h6)，导向部分
(2) 标准可调支承钉，支承高度可调，图1—13 所示。
用途 ① 毛坯精度不高，而又以粗基准定位时。 ② 成组可调夹具中用。
图箱体零件， H有△H差 ，当第一道工序以示下 面定位加工上平面，第 二道工序再以上面定位 加工孔，出现余量不均 。影响孔的表面质量。 若第一道工用可调支承 定位，保H有足够精度， 再加孔时，余量均匀。
上一讲内容提要:
六点定则。 限制工件自由度与加工要求的关系。 重复定位。 基准、定位副及对定元件的基本要求
本讲主要内容：
工件以平面定位时的定位元件 工件以圆孔定位时的定位元件 工件以外圆柱定位时的定位元件
本讲重点和难点：
各种定位元件的结构和根据工件基面与定位元件 一、工件以平面定位的定位元件
(a)固定顶尖
(b)浮动顶尖 图顶尖定位分析
5、锥度心轴，如图1—24所示，定心精度高。不能加工端面。
适用于工件定位孔精度不低于IT7的精车和磨削加工。
图1—24
•以上圆柱销、轴定位，短接触限制2个自由度、长接触限制4个自由 度。 • 长、短分析：绝对讲，限制4个自由度是长，限制2个自由度是短； 相对讲：L/d≤0.5似为短；L/d≥1.2似为长。 • 锥轴定位，限制5个自由度；固定锥销限制3个自由度。
图1—18
辅助支承应用实例（起预定位作用）
辅助支承应用实例（提高夹具工作稳定性作用）
定位元件的概念
定位元件的概念定位元件的概念定位元件是一种用于机械装配中定位和固定零部件的机械组件，通常由金属或塑料制成。
它们是机械工程中不可或缺的一部分，因为它们可以确保装配部件的准确位置和方向，从而提高装配速度和精度。
本文将介绍定位元件的类型、功能、应用以及选型。
一、定位元件的类型1. 弹簧销：弹簧销是一种常见的定位元件，它通常由钢制成。
弹簧销有一个弹性销体和一个固定在工作表面上的壳体。
当弹性销体插入壳体时，它会产生压力并保持零件在正确位置。
2. 滑动导轨：滑动导轨是一种直线运动轴承，通常由铝合金或钢制成。
滑动导轨具有低摩擦系数和高刚度，适用于高精度运动控制。
3. 夹紧块：夹紧块是一种可以固定零部件并锁住它们的机械组件。
夹紧块通常由钢制成，并使用手柄或螺旋机构进行操作。
4. 定位销：定位销是一种用于定位和固定零部件的轴状元件。
它通常由钢制成，具有高强度和耐磨性。
定位销通常与孔配合使用，以确保零件的准确位置。
5. 定位套筒：定位套筒是一种用于定位和固定零部件的圆柱形元件。
它通常由铜或钢制成，并安装在孔中以确保零件的准确位置。
二、定位元件的功能1. 精确定位：定位元件可以精确定位零部件，从而提高装配速度和精度。
2. 固定零部件：定位元件可以固定零部件，防止其在运动中移动或松动。
3. 支撑负载：某些类型的定位元件可以支撑负载，从而提高机械系统的刚度和稳定性。
4. 提高生产效率：通过使用适当的定位元件，可以提高生产效率并降低成本。
三、定位元件的应用1. 机械加工：在机械加工中，需要使用各种类型的夹具来夹紧工作物，并使用各种类型的夹紧块、定位销和定位套筒来确保工作物的准确位置。
2. 模具制造：在模具制造中，需要使用各种类型的定位元件来定位和固定模具零件，以确保模具的精度和稳定性。
3. 机器人控制：在机器人控制中，需要使用各种类型的滑动导轨和直线导轨来支撑机器人运动，并使用夹紧块来锁定机器人末端执行器。
4. 自动化装配：在自动化装配中，需要使用各种类型的弹簧销、夹紧块、定位套筒和定位销来确保零部件的准确位置，从而提高装配速度和精度。
定位元件及定位方法的选用概要
定位元件与定位方法的选用工件的定位是通过工件上的定位基准面和夹具上定位元件工作表面之间的配合或接触实现的，一般应根据工件上定位基准面的形状，选择相应的定位元件。
一、工件以平面定位：工件以平面定位时，常用定位元件：固定支承、可调支承、浮动支承、辅助支承。
（一）固定支承固定支承有支承钉和支承板两种形式，平头支承钉和支承板用于已加工平面的定位；球头支承钉主要用于毛坯面定位；齿纹头支承钉用于侧面定位，以增大摩擦系数。
限制一个移动自由度。
（二）可调支承可调支承用于工件定位过程中，支承钉高度需调整的场合，可调支承大多用于毛坯尺寸、形状变化较大，以及粗加工定位。
限制一个移动自由度。
（三）浮动支承工件定位过程中，能随着工件定位基准位置的变化而自动调节的支承，称为浮动支承。
浮动支承常用的有三点式和二点式，无论哪种形式的浮动支承，其作用相当于一个固定支承，只限制一个移动自由度，主要目的是提高工件的刚性和稳定性。
用于毛坯面定位或刚性不足的场合。
（四）辅助支承辅助支承是指由于工件形状、夹紧力、切削力和工件重力等原因，可能使工件在定位后还产生变形或定位不稳，为了提高工件的装夹刚性和稳定性而增设的支承。
因此，辅助支承只能起提高工件支承刚性的辅助定位作用，而不起限制自由度的作用，更不能破坏工件原有定位。
二、工件以圆孔定位工件以圆孔定位时，常用的定位元件有：定位销、圆柱心轴、圆锥销、圆锥心轴。
1、定位销定位销分为短销和长销。
短销只能限制两个移动自由度，而长销除限制两个移动自由度外，还可限制两个转动自由度。
2、圆柱心轴圆柱心轴定位有间隙配合和过盈配合两种。
间隙配合拆卸方便，但定心精度不高；过盈配合定心精度高，不需夹紧，但装拆工件不方便。
3、圆锥销采用圆锥销定位时，圆锥销与工件圆孔的接触线为一个圆，限制工件三个移动自由度4、圆锥心轴限制工件三个移动自由度和两个转动自由度。
三、工件以外圆柱面定位工件以外圆柱面定位时，常用定位元件：支承板、V形块、定位套、半圆孔衬套、锥套和三爪自动定心卡盘，最常见的是V形块和三爪自动定心卡盘。
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确定基准的注意：
⑴作为基准的点、线、面在工件上不一定存在，如孔 的中心线、外圆的轴线以及对称面等，而是常常由 某些具体的表面来体现，这些面称为基准面。 ⑵作为基准，可以是没有面积的点或线，但是基准面 总是有一定面积的。 ⑶基准的定义不仅是对尺寸之间的联系，对位置精度 （平行度、垂直度等）也是同样的。
4.工件以组合表面定位
实际加工过程中，工件往往是以几个表面同时定 位的，称为“组合表面定位”。 (1)一个平面和二个与 其垂直的孔的组合在箱 体、连杆、盖板等类零 件加工中，常采用这种 组合定位，俗称“一面 二孔”定位。
(会出现定位干涉问题)
“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。
常见的定位方式和定位元件
定位元件的设计应满足下列要求：
⑴要有与工件相适应的精度；
⑵要有足够的刚度，不允许受力后发生变 形； ⑶要有耐磨性，以便在使用中保持精度。 一般多采用低碳钢渗碳淬火或中碳钢 淬火，硬度为58∼62HRC。
典型表面的定位方法
工件的定位表面有各种形式，如平面、外
圆、内孔等，对于这些表面，总是采用一定结构 的定位元件。
在夹具设计中，定位方案不合理，工件的加
工精度就无法保证。工件定位方案的确定是 夹具设计中首先要解决的问题。
一.基准的概念 定位方案的分析与确定，必须按照工件 的加工要求合理的选择工件的定位基准。
基准：用以确定生产对象上几何要素间的
几何关系所依据的点、线、面。
基准可分为设计基准和工艺基准。
设计V形块时T值 的计算：
T H D 2sin
2
H 2 tan
2
(2)定位套筒
定位套筒装在夹具体上，用以支承外圆表
面，起定位作用。
定位元件结构简单，但定心精度不高，当 工件外圆与定位孔配合较松时，还易使工件偏 斜，因而，常采用套筒内孔与端面一起定位， 以减少偏斜。若工件端面较大，为避免过定位，
(1)定位销
定位销头部应做出倒角或圆角， 以便于装入工件定位孔。
主要用于直径小于50mm的中小孔
定位。
(2)锥销
常用于工件孔端的定位可限制工件三个自由
度。
(3)定位心轴
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。
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。
(2)一个平面和二个与其垂直的外圆柱面的组合
工件在垂直平面定位后，再将工件左端用圆孔或V 形块定位，工件右端外圆所用的V形块必须做成浮动结 构，使其只能限制工件一个自由度，否则就会出现过
定位。
(3)一个孔和一个平行于孔中心线的平面的组合
3.工件以外圆柱面定位
工件以外圆柱面定位在生产中是常见
的，如轴套类零件等。 常用的定位元件有V形块、定位套、半 圆定位座。
(1)V形块
V形块是用得最广泛的外圆表面定位元件。
在V形块上定位时，工件具有自动对中作用。
D—标准心轴直径，即工件定位用外圆直径 (mm); H—V形块高度(mm); N—V形块的开口尺寸 (mm); T—对标准心轴而言，V形块的标准高度， α—V形块两工作平面间的夹角。
件的底面定位。
(2)可调支承
可调支承是顶端位置可在一定高度范围内调整 的支承。多用于未加工平面的定位，以调节和补偿各 批毛坯尺寸的误差，一般每批毛坯调整一次。
(3)自位支承
支承本身的位置在定位过程中，能自动适应工件 定位基准面位置变化的一类支承。 自位支承能增加与工件定位面的接触点数目，使 单位面积压力减
机床夹具原理与设计
夹具概述： 机床夹具是机床上用以装夹工件（和引导刀 具）的一种装置。其作用是将工件定位，以使
工件获得相对的于机床和刀具的正确位置，并
把工件可靠地夹紧。
工件在夹具中的定位
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。
小，故多用于刚
度不足的毛坯表 面或不连续的平 面的定位。
(4)辅助支承
在生产中，有时为了提高工件的刚度和定位稳定 性，常采用辅助支承。
如图所示阶梯零件，当用平面1定位铣平面2时， 于工件右部底面增设辅助支承3，可避免加工过程中工 件的变形。
2.工件以圆孔定位
有些工件，如套筒、法兰盘、拨叉等以孔 作为定位基准，此时采用的定位元件有定位销、 定位心轴等。
常见的定位方法有：
平面定位、
圆孔定位、
外圆柱面定位、
组合表面定位。
1.工件以平面定位
概念：
在机械加工中，利用工件上的一个或几个平
面作为定位基面来定位工件的方式，称为平面定
位。 定位元件： 固定支承、可调支承和自位支承。
(1)固定支承：
包括固定支承钉、固定支承板。
固定支承钉
固定支承板
固定支承板多用于工件上已加工表面的定位， 有时可用一块支承板代替两个支承钉。 左图A型结构简单，但埋头螺钉处易堆积切屑， 故用于工件侧面或顶面定位。 而右图B型支承板可克服这一缺点，主要用于工
(3)半圆孔定位座
将同一圆周面的孔分成两半圆，下半圆部分装 在夹具体上，起定位作用，上半圆部分装在可卸式
或铰链式盖上，起夹紧作用，半圆孔定位座适用于
大型轴类工件的定位。
(4)外圆定心夹紧机构
在实现定心的同时，能将工件夹紧的机构，称 为定心夹紧机构，如三爪自定心卡盘、弹簧夹头等。
弹簧夹头的速度是有弹性的，如果工件尺寸是 一致的，弹簧夹头的速度会更快。如果工件尺寸的 变化大，可能需要采用卡爪卡盘以适应尺寸范围宽 的加工工件。
图中所示两个零件，均需以大孔及底面定位，加工 两小孔。视其加工尺寸要求的不同，图a零件选用图ｃ 定位方案Байду номын сангаас图b零件选用图d定位方案，均能避免过定 位，并保证工件要求。