工件组合定位和自由度分析
工件自由度的限定分析
的限定分析典型零件定位方案（自由度分析及应用），定位元件（合理选择、设计及应用）。
定位、夹紧工件六自由度六点定位原则不同定位形式夹具应用领域定位应用广泛多变，定位分析是难点及重点问题。
万变不离其宗以不变应万变五套教具模型的展示，说明夹具的广泛性应用。
自动控制的翻转式夹具车工实训中车削的小轴及工艺装备小轴加工工艺规程三爪自定心卡盘装夹，粗车小轴毛坯长圆柱面接触，限制了工件的4个自由度车外圆时装夹短可以吗？装夹的牙数不可少于两排，否则工件就不牢靠短圆柱面接触，仅限制了工件的2个自由度小轴加工工艺规程“一夹一顶”车削小轴上的螺纹（实训操作录像）小轴刚性小，两面同时切削并且加工中需要走多刀。
燃油发动机连杆钻削用夹具连杆种类多样，又是批量生产零件典型连杆零件（大批量）对于孔的加工 用钻削方式 如何定位呢？保证连杆小端孔尺寸及位置精度平面与外圆弧面组合1 - 固定V型块2 – 活动V型块1 2定位元件：平面，一个固定V型块，和一个活动V型块；六自由度的全定位平面与两V型块组合分析结果活动V型块和固定V型块 联合限制：平面限制：固定微型块限制：选择面分析以下两个零件，确定典型面的定位方案，并选择定位元件类型。
大批量生产典型件需要设计专用夹具小批量生产典型件运用通用夹具或组合夹具分小组完成给定零件定位方案的确定，分小组完成相应定位元件的选择。
（至少要选择四个加工表面）参考资料：1）参考PPT及相关的图形及任务书要求。
2）定位分析课件（手机用Android版）一套。
3）夹具设计手册一本。
4）教学参考资料电子包一个。
5）拓展分析案例图纸及零件模型一套。
序号主要加工面主要精度要求方案分析定位元件类型1234小组分析零件定位方案确定评分报告单班级： 组别： 年 月 日。
工件组合定位和自由度分析详解
单个定位时：
V1 限制了： x z
V2 限制了：
V3 限制了：
x
y
z z
x 两次重复限制，z 叁次重复限制，
按上准则分析，实际V1、V2较V3先
参与，V1、V2参与分不出先后，假
z 设Ｖ１为首参限制了 x ，V2次 参 xz 限制了 ；V3最后限制了 y y 。
图2.29 三个V形块 组合定位分析
2、判断准则 （1）定位元件单个定位时，限制转动自由度的作用在组合 定位中不变； （2）组合定位中各定位元件单个定位时限制的移动自由度 ，相互间若无重复，则在组合定位中该元件限制该移动自 由度的作用不变；若有重复，其限制自由度的作用要重新 分析判断，方法如下：
1)在重复限制移动自由度的元件中，按各元件实际参与定 位的先后顺序，分首参和次参定位元件，若实际分不出，可 假设；
x z 固定顶尖1限制了：
y
活动顶尖2限制了：
yz
x z y 固定顶尖为首参，限制了：
活动顶尖 y z
例5 如图2.32工件以外圆柱在两V形块上定位，分析各元 件限制的自由度。
图2.32 V形块组合定位分析右－V1、左－V2
单个定位时：
V1 限制了：x y
｝
V2 限制了： y
y 两次重复限制，V1 首参限制了
例3：如图2.30工件以内孔面、平面在圆柱销、支承平面上 定位，分析各元件限制的自由
单个定位时：
平销面 限限制制了了 ：：xxxyy
z
y
｝
综且合x 限y 重制复了限x制 x
y
y
z
例4：如图2.31工件以两顶尖孔在两顶尖上定位，分析各元件限制 自由度。
图2.31 两顶尖组合定位分析
一面两销定位自由度的限制
一面两销定位自由度的限制1.引言1.1 概述：本文将探讨一面两销定位自由度的限制。
在机械设计和制造领域中，定位是非常重要的概念。
通过定位，我们可以确定物体的位置和姿态，确保各个部件的准确配合和运动，从而保证机械设备的正常运行。
然而，在实际应用中，由于多种因素的限制，一些机械结构在定位自由度上存在一定的局限性。
一面两销定位是一种常见的机械定位方式，它通常由一个面和两个销组成。
通过将零件的表面与销的凹槽或孔进行配合，可以实现定位。
这种定位方式广泛应用于各种机械设备中，如工艺装备、自动线、夹具等。
然而，虽然一面两销定位方式简单、易于制造和维护，但也存在一些限制。
首先，一面两销定位方式仅能实现二维平面内的定位。
如果需要在三维空间内进行精确的定位，就需要额外的定位方式或更复杂的设计。
这在一些要求较高的场景中可能会成为制约因素。
其次，一面两销定位方式的定位精度受到工艺和加工误差的影响。
即使在设计和制造过程中尽可能精确，仍难免会出现一些误差。
这些误差可能是由于材料性质、加工精度、装配精度等多个因素引起的。
这些误差的存在导致了定位的不准确性，从而影响了机械设备的运行效果。
另外，一面两销定位方式的定位稳定性也是一个需要考虑的因素。
由于运动和振动等因素的作用，一些定位部件可能会出现松动或变形现象，进而导致定位失效。
为了提高定位的稳定性，需要增加额外的约束和支撑结构，增加了设计和制造的复杂性和成本。
综上所述，一面两销定位方式在实际应用中存在一定的限制。
虽然它具有简单、易制造和维护的优点，但在定位自由度、精度和稳定性方面都存在一定的局限性。
在设计机械设备时，需要根据具体需求和场景选择合适的定位方式，充分考虑这些限制因素，并采取相应的措施来提高定位的准确性和稳定性。
1.2文章结构文章结构部分的内容可以按照以下方式编写：文章结构部分旨在介绍整篇文章的组织结构和内容安排。
本文分为引言、正文和结论三个部分。
引言部分主要概述了本文的主题和目标，并对文章的结构进行简要介绍。
六点定位原理及方法概要
工件的六点定位原则一、概述工件的定位和夹紧是机械制造工艺中十分重要的技术内容之一，因为零件在加工时在机床上的正确安装（定位和夹紧）与否是获得合格零件的关键，保证加工时刀具与工件之间正确加工位置，就是说是保证零件的尺寸精度、形状和位置精度以及合格的表面质量等重要技术要求的关键。
二、六点定位原则（一）六个自由度：物体在空间具有六个自由度，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，要完全确定物体的位置，就必须消除这六个自由度。
（二）工件加工时限制自由度的目的：的相互位置精度。
（三）工件的六点定位原则：（工件图例说明）该工件需要保证槽子的位置尺寸是：A±△A、B ±△B、C ±△ C要保证A±△A要保证B±△B要保证C±△C（四）定位支承点的合理分布：如果定位支承点如图分布，将有以下自由没法限制，即为：使工件产生绕Y轴和Z轴的旋转而无法保证A±△A、B ±△B的加工精度定位支承点像这样在同一条直线上，是绝对不允许的，属不合理分布。
二、六点定位原则的应用（一）分析模型的建立1、建立三位坐标系2、设立分析平面一个大平面（三点）：限制一个移动和两个转动一个狭长平面（两点）：限制一个移动和一个转动一个小平面（一点）：限制一个移动（如图）（二）投影（1）对工件与夹具定位元件的接触面按其特点分别往三个坐标平面上投影。
（2（3（三）定位分析1、套类工件在芯轴上的定位：投影结果：1）XOY面限制了2）YOZ面限制了（2）圆柱形工件在V型贴上定位：1）圆柱在两个短V型铁上定位限制了：2）思考：A）圆柱体在长、短V型铁上定位。
B）圆柱体在车床上两顶尖安装时的定位。
机械制造知识
8、CA6140型卧式车床。C类别代号、A结构特性代号（结构不同）、6组别代号（落地及卧式车床组）、1系别代号（卧式车床系）、40主参数（最大车削直径400mm）。MG1432A型高精度万能外圆磨床。 M类别代号（磨床类）、G通用特性（高精度）、1组别代号（外圆磨床组）4系别代号（万能外圆磨床系）、32主参数（最大磨削直径320mm）、A重大改进顺序号（第一次重大改进）。
11、六点定位原理：用六个定位支撑点与工件接触，并保证支撑点合理分布，每个定位支撑点限制工件的一个自由度，便可将工件六个自由度完全限制，工件在空间的位置也就唯一地被确定。完全定位：限制工件全部六个自由度。不完全定位：允许少于六点的定位。过定位：工件的某一个自由度同时被一个以上的定位支撑点重复限制。欠定位：工件的定位支撑点数少于应限制的自由度数。
3、车刀角度的定义：前角（正交平面内测量的前面与基面之间的夹角）、后角（正交平面内测量的主后面与切削平面的夹角，表示主后面的倾斜程度，一般为正值）、主偏角（基面内测量的主切削刃在基面上的投影与进给运动方向的夹角，一般为正值）、副偏角（基面内测量的副切削刃在基面上的投影与进给反方向的夹角，一般为正值）、刃倾角（切削平面内测量的主切削刃与基面的夹角）。
9、机床常用技术性能指标：机床工艺范围、机床技术参数（尺寸参数、运动参数、动力参数）。
10Байду номын сангаас选用加工中心需考虑的因素：加工中心种类、根据加工表面及曲面复杂程度决定其联动轴数、根据工件尺寸范围考虑其主要尺寸以及型号、其他功能（检测加工表面粗糙度、自适应控制功能)。工件在机床上的装夹方法：找正法装夹工件（根据工件的一个或几个表面用划针或指示表找正工件准确位置后再进行夹紧）、夹具装夹工件（工件装在夹具上，不再进行找正，便能直接得到准确加工位置的装夹方法）。
工件的定位6个自由度
如图13-14所示为常用的几种心轴结构形式。
心轴在机床上的常用 装 夹 方 式 如 图 13-15 所示。
• 当工件既要求定心精度高，又要装卸方便时，常以圆柱 孔在小锥度心轴上定位，如图13-16所示。
如图13-17所示为几种圆锥销的应用示例。其中图13-17a用于 粗基准定位；图13-17b用于精基准定位。
一、工件定位的概念及方法
1. 工件定位的概念 在加工之前，使工件在机床或夹具上占据某一正确位置的过程称 为定位 定位；工件定位后将其固定，使其在加工过程中保持定位位置不变 定位 的操作称为夹紧 夹紧；工件定位、夹紧的过程合称为装夹 装夹。 夹紧 装夹 2. 工件定位的方法 (1) 直接找正定位法 在机床上利用划针或百分表等测量工具 (仪器)直接找正工件的位置的方法称为直接找正定位法。如图13-1所
如图13-12d所示可换式定位销，衬套外径与夹具体的 配合为H7/n6，衬套内径与可换式定位销的配合为 H7/h6或H7/h5。
如 图 13-13 所 示 为 一 非标准的带台肩的定 位销。
（2）定位心轴 如图13-14所示为常用的几种心轴结构形式。 图13-14a所示为间隙配合心轴，工件装卸比较方便，但定心精度不 高。采用间隙配合心轴时，工件常以内孔和端面联合定位。心轴限制工 件4个自由度，心轴的小台肩端面限制工件一个自由度。 图13-14b所示为过盈配合心轴。心轴由引导部分1、工作部分2以及与传 动装置（如拨盘、鸡心夹头等）相联系的传动部分3组成。引导部分的作 用是使工件迅速而正确地套在心轴上，心轴的工作部分应稍带锥度。这 种心轴制造简单、定心精度高，无需另设夹紧装置，但装卸工件不便， 且易损伤工件定位孔，多用于定心精度要求高的精加工场合。 图13-14c所示为花键心轴，用于加工以花键孔定位的工件。心轴在机床 上的常用装夹方式如图13-15所示。 当工件既要求定心精度高，又要装卸方便时，常以圆柱孔在小锥度 心轴上定位，如图13-16所示。这类心轴工作表面的锥度很小，常为1： 1000～1：5000。工件装在心轴上楔紧后，靠孔产生的弹性变形而有少许 过盈，从而消除间隙并产生摩擦力带动工件回转，不需另行夹紧，但因 传递的扭矩较小，所以仅适用于工件定位孔精度不低于IT7的精车和磨削 加工。 （3）圆锥销 如图13-17所示为几种圆锥销的应用示例。其中图13-17a用于 粗基准定位；图13-17b用于精基准定位。
11.3 工件的定位、安装与基准_配机械制造基础(第2版)
图
示
限 制 自由度
第11章
定位套
定位情况
1个短定位套
2个短定位套
1个长定位套
图
示
限 制 自由度
第11章
• 3．欠定位与过定位 • 根据工件加工要求必须限制的自由度没有得到限制的定位，称为欠 定位。欠定位是不允许的。 • 如果工件的某一自由度同时被两个或两个以上的支承点限制的定位， 称为过定位或重复定位。过定位是否允许，应根据具体情况分析。
定位情况
定位销
短圆柱销
长圆柱销
菱形销
图
示
限制自由度
第11章
圆锥销
定位情况 固定锥销 浮动锥销 固定与浮动组合
图
示
限 制 自由度
第11章
工件以锥孔定位
定位情况 固定顶尖 浮动顶尖 锥度心轴
图
示
限 制 自由度
3.工件以外圆柱面定位 第11章
定位元件
V 形块
定位情况 1个短V形块 2个短V形块 1个长V形块
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
第11章
• • • 2．划线找正法 划线找正法是指工件安装时依据事先在工件上划好的找正线进行找正的方 法。 这种找正方法需要事先在工件上划线，即增加了划线工序，安装精度不高， 且受工人技术熟练程度影响；另外，由于线条具有一定宽度，一般安装精 度仅在0.3～lmm左右，所以划线找正只适用单件小批生产。在成批生产中， 对形状复杂或尺寸较大的工件，也常采用划线法找正。
正确处理过定位
提高工件定位表面与定位元件之间 的位置精度； 改变定位元件（或定位装置）的结 构；
第11章
分析讨论：
下列定位方案 中各定位元件 限制了那些自 由度？
一面两孔定位的设计计算
组合定位中各定位元件限制自由度分析
一面两孔定位的设计计算
菱形销的主要结构参数表（mm）
d
＞3 ～6
＞6 ＞8 ＞20 ＞25 ＞32 ＞40 ～8 ～20 ～25 ～32 ～40 ～50
B d－0.5 d－1 d－2 d－3 d－4 d－5 d－5
组合定位中各定位元件限制自由度分析
一面两孔定位的设计计算 解决办法 :
（1）缩小圆柱销2直径; （2）销2采用削边(菱形)销
组合定位中各定位元件限制自由度分析
一面两孔定位的设计计算
（1）缩小 圆柱销2直径
组合定位中各定位元件限制自由度分析
一面两孔定位的设计计算（2） 销2 采ຫໍສະໝຸດ 削边(菱 形)销22
12 0.038 0.049
机床夹具设计
一面两孔定位的设计计算
结果重复限制。按上
准则分析，圆柱销1、
2实际参与定位先后分
不出，假设销1首参定
位元件，限制了两个自
由度: ，销2为次参
定位元件，限制了两个
自由度:
综合结果限制了六个
自由度：
，且
自由度 被重复限制。
组合定位中各定位元件限制自由度分析
一面两孔定位的设计计算
定位存在问题:
定位元件为一面两销，由分析知，主 要问题是 被重复限制，严重时，工件装 不进。
机床夹具设计
组合定位中各定位元件限制自由度分析
一面两孔定位的设计计算
例： 如图所示，工件
以两孔一面在两销一 面上定位，分析各定 位元件限制的自由度。
组合定位中各定位元件限制自由度分析
一面两孔定位的设计计算 单个定位时： 支承平面限制了: 圆柱销1限制了: 圆柱销2限制了:
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综合限制了
且 x y 重复限制
xxyy z
15
教学单元3 工件在夹具中的定位
例4：如图2.31工件以两顶尖孔在两顶尖上定位，分析各元件限制 自由度。
图2.31 两顶尖组合定位分析
单个定位时： 固定顶尖1限制了：
xyz
y z
固定顶尖为首参，限制了： y x z
2
教学单元3 工件在夹具中的定位
一、 组合定位
1、组合定位： 工件以两个及以上定位基准的定位。可以是平面、外 圆柱面、内圆柱面、圆锥面等各种组合。
工件加工孔1、2
3
教学单元3 工件在夹具中的定位
4
教学单元3 工件在夹具中的定位
5
教学单元3 工件在夹具中的定位
6
教学单元3 工件在夹具中的定位
x 6．支承大平面：yz 活动锥坑： xy
活动短V形块Байду номын сангаасz
29
教学单元3 工件在夹具中的定位
7．固定长V形块： x x z z 活动顶尖： yy
8．支承环： x yz 活动球面： x y
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教学单元3 工件在夹具中的定位
9．长接触弹性心轴： yyz z
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教学单元3 工件在夹具中的定位
工件组合定位和自由度分析
1
教学单元3 工件在夹具中的定位
上次课的主要内容
1.工件以平面定位 2.工件以外圆柱面定位
3.工件以圆柱孔定位 4.工件以圆锥孔定位
本次课程的重点
1.组合定位的概念 2.组合定位中各定位元件限制自由度分析（所限自由度分析） 3.组合定位中重复定位现象的消除方法
，相互间若无重复，则在组合定位中该元件限制该移动自
由度的作用不变；若有重复，其限制自由度的作用要重新 分析判断，方法如下：
10
教学单元3 工件在夹具中的定位
1)在重复限制移动自由度的元件中，按各元件实际参与定 位的先后顺序，分首参和次参定位元件，若实际分不出，可 假设； 2)首参定位元件限制移动自由度的作用不变；
欠定位 过定位
根据加工要求应该限制的自 由度而没有限制的现象
工件的某个自由度被重复限 制的现象称为过定位
19
教学单元3 工件在夹具中的定位 四、组合定位中重复定位现象的消除方法
1、过定位的不良后果： （1）使接触点不稳定，增加了不同性； （2）增加了夹紧变形； （3）部分工件不能顺利与定位元件配合。
大端面限制: Z 方向的移动自由度 X、 Y 的转动自由度
短销限制: X、 Y 方向的移动自由度
防转菱形销限制: Z 方向转动自由度
7
教学单元3 工件在夹具中的定位
注意事项
1）合理选择定位元件，实现工件的完全定位或不完全定位，
不能发生欠定位。对于过定位应区别对待。 2）按基准重合的原则选择定位基准，首先确定主要定位基 准，然后确定其它定位基准。 3）组合定位中，一些定位元件原单独作用时限制移动自由
圆柱销1：限制了： 圆柱销2：限制了：
x x x
y z
y y
｝
重复限制 ，分析知 x y
实际参与定位先后分不出，
假设1首参，限制：
2次参， 限制了
xy x z
y 综合结果：限制了：x x y z z 且 x重复限制。
13
教学单元3 工件在夹具中的定位
2．三爪1： x z xz
中心架2：
27
教学单元3 工件在夹具中的定位
3．固定顶尖1： 活动顶尖 2 ： 4 ．浮动长 V 形块： x yz 活动锥坑： yz z xz xx 中心架3： 0
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教学单元3 工件在夹具中的定位
5．长心轴： xxz z 支承钉： y 浮动双支承： y
活动顶尖2限制了：
活动顶尖
yz
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教学单元3 工件在夹具中的定位
例5 如图2.32工件以外圆柱在两V形块上定位，分析各元 件限制的自由度。
图2.32 V形块组合定位分析右－V1、左－V2
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教学单元3 工件在夹具中的定位
单个定位时：
V1 限制了： x y
｝
y
两次重复限制，V1 首参限制了
x y
V2 限制了： y
；V2 次参限制了 y ； 结果 y 仍重复限制。
18
教学单元3 工件在夹具中的定位
三、定 位 形 式
工件完全定位 加工时，工件的六个自由 度被完全限制了的定位
在夹具中限制 工件的自由度
不完全定位
在满足加工要求的前提下， 工件的六个自由度没有被完 全限制的现象
z x x z yz
xz
z
图2.29 三个V形块 组合定位分析
14
教学单元3 工件在夹具中的定位
例3：如图2.30工件以内孔面、平面在圆柱销、支承平面上 定位，分析各元件限制的自由
平面限制了： yz x ｝ 销限制了： x x y y
单个定位时：
3)让次参定位元件相对首参定位元件在重复限制移动自由
度的方向上移动，引起工件的动向就是次参定位元件限制的 自由度。
11
教学单元3 工件在夹具中的定位
3、应用举例
例1 如图2.28工件以两孔一面在两销一面上定位，分析各元 件限制的自由度。
图2.28 两销一面
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教学单元3 工件在夹具中的定位
单个定位时： 支承平面：限制了：
（2）先判断各定位元件限制的自由度数目。
（3）确定分析顺序：由多到少 （4）先按各定位元件单独作用分析其限制工件自由度的情 况，再判断各定位元件组合之后是否存在移动自由度转化为 转动自由度的情况：
9
教学单元3 工件在夹具中的定位
2、判断准则 （1）定位元件单个定位时，限制转动自由度的作用在组合 定位中不变； （2）组合定位中各定位元件单个定位时限制的移动自由度
度，而在组合定位时则转化为限制旋转自由度。
4）从多种定位方案中选择定位元件时，应特别注意定位元 件所限制的自由度与加工精度的关系，以满足加工要求。
8
教学单元3 工件在夹具中的定位
二、组合定位中各定位元件限制自由度分析
1、分析方法 （1）组合面定位限制工件自由度的数目与各定位元件单独 作用限制工件自由度的数目之和相等。
10．两定位块： x yz 两活动V形块： yz
31
教学单元3 工件在夹具中的定位
11．三个支承钉1：x yz 辅助支承钉2： 0
活动锥销： x yz xy 活动短V形块： z
12．大支承面：
32
教学单元3 工件在夹具中的定位
x x z z 13．大支承面： 14．长圆柱销： 定承块： y x yz活动锥坑：xy 自位双支承： y 活动圆锥： z
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教学单元3 工件在夹具中的定位
2、消除或减小过定位所引起的干涉，一般有以下一些方法
⑴减小接触面积
21
教学单元3 工件在夹具中的定位
⑵设法使过定位的定位元件在干涉方向能浮动，以减少实 际支承点数目。
22
教学单元3 工件在夹具中的定位
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教学单元3 工件在夹具中的定位
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教学单元3 工件在夹具中的定位
例2：如图2.29工件以外圆柱在3个短V形 块上定位，分析各元件限制的自由度。 单个定位时： V1 限制了： V2 限制了： V3 限制了：
按上准则分析，实际V1、V2较V3先 参与，V1、V2参与分不出先后，假 设Ｖ１为首参限制了 x ，V 2次参 限制了 ；V3最后限制了 y y 。
x 两次重复限制， z 叁次重复限制，
⑶改变定位元件的结构，消除重复限制自 由度的支承，把圆柱销改为削边销就是典 型的例子。
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教学单元3 工件在夹具中的定位
⑷提高定位基准之间、定位元之间的位置精度，避 免重复定位的干涉。
26
教学单元3 工件在夹具中的定位
练习题：分析下面各定位元件都限制了哪几个自由度
x yz 两支承 1．两支承板： 钉： xz菱形销： x