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技术讲座

常见的工件定位方式及其定位元件

为了保证同一批工件在夹具中占据一个正确的位置,必须选择合理的定位方法和设计相应的定位装置。在实际应用时,一般不允许将工件的定位基面直接与夹具体接触,而是通过定位元件上的工作表面与工件定位基面的接触来实现。


(一)工件以平面定位


平面定位的主要形式是支承定位,工件的定位基准平面与定位元件表面相接触而实现定位。常见的支承元件有下列几种:

1.固定支承 支承的高矮尺寸是固定的,使用时不能调整高度。


1)支承钉

图5-6所示为用于平面定位的几种常用支承钉,它们利用顶面对工件进行定位。其中图5-6a为平顶支承钉,常用于精基准面的定位。图5-6b为圆顶支承钉,多用于粗基准面的定位。图5-6c为网纹顶支承钉,常用在要求较大摩擦力的侧面定位。图5-6d为带衬套支承钉,由于它便于拆卸和更换,一般用于批量大、磨损快、需要经常修理的场合。支承钉限制一个自由度。

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2)支承板

支承板有较大的接触面积,工件定位稳固。一般较大的精基准平面定位多用支承板作为定位元件。图5-7是两种常用的支承板,图5-7a为平板式支承板,结构简单、紧凑,但不易清除落入沉头螺孔中的切屑,一般用于侧面定位。图5-7b为斜槽式支承板,它在结构上做了改进,即在支承面上开两个斜槽为固定螺钉用,使清屑容易,适用于底面定位。短支承板限制一个自由度,长支承板限制两个自由度。

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2.可调支承

可调支承的顶端位置可以在一定的范围内调整。图5-8为几种常用的可调支承典型结构,按要求高度调整好调整支承钉1后,用螺母2锁紧。可调支承用于未加工过的平面定位,以调节补偿各批毛坯尺寸误差,一般不是对每个加工工件进行调整,而是一批工件毛坯调整一次。

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3.自位支承

又称浮动支承,在定位过程中,支承本身所处的位置随工件定位基准面的变化而自动调整并与之相适应。图5-9是几种常见的自位支承结构,尽管每一个自位支承与工件间可能是二点或三点接触,但实质上仍然只起一个定位支承点的作用,只限制工件的一个自由度,常用于毛坯表面、断续表面、阶梯表面定位。

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4.辅助支承

辅助支承是在工件实现定位后才参与支承的定位元件,不起定位作用,只能提高工件加工时刚度或起辅助定位作用。图5-10为常用的几种辅助支承类型,图5-10a、b为螺旋式辅助支承,用于小批量生产;图5-10c为推力式辅助支承,用于大批量生产。

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图5-11为辅助支承应用实例,图5-11a的辅助支承用于提高工件稳定性和刚度;图5-11b的辅助支承起预定位作用。



(二)工件以外圆定位

工件以外圆柱面作定位基准时,根据外圆柱面的完整程度、加工要求和安装方式,可以在V形块、定位套、半圆套及圆锥套中定位。其中最常用的是在V形块上定位。


1.V形块

V形块有固定式和活动式之分。图5-12为常用固定式V形块,图5-12a用于较短的精基准定位;图5-12b用于较长的粗基准(或阶梯轴)定位;图5-12c用于两段精基准面相距较远的场合;图5-12d中的V形块是在铸铁底座上镶淬火钢垫而成,用于定位基准直径与长度较大的场合。


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图5-13中的活动式V形块限制工件在Y方向上的移动自由度。它除定位外,还兼有夹紧作用。

根据工件与V形块的接触母线长度,固定式V形块可以分为短V形块和长V形块,前者限制工件两个自由度,后者限制工件四个自由度。

V形块定位的优点是:①对中性好,即能使工件的定位基准轴线对中在V形块两斜面的对称平面上,在左右方向上的不会发生偏移,且安装方便;②应用范围较广。不论定位基准是否经过加工,不论是完整的圆柱面还是局部圆弧面,都可采用V形块定位。

V形块上两斜面间的夹角一般选用60°、90°和120°,其中以90°应用最多。其典型结构和尺寸均已标准化,设计时可查国家标准手册。V形块的材料一般用20钢,渗碳深0.8~1.2mm,淬火硬度为60~64HBC。


2. 定位套

工件以外圆柱表面为定位基准在定位套内孔中定位,这种定位方法一般适用于精基准定位,见图5-14所示。图5-14a为短定位套定位,限制工件两个自由度,图5-14b为长定位套定位,限制工件四个自由度。

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3. 半圆套

图5-15为半圆套结构简图,下半圆起定位作用,上半圆起夹紧作用。图5-15a为可卸式,图5-15b为铰链式,后者装卸工件方便些。短半圆套限制工件两个自由度,长半圆套限制工件四个自由度。

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4. 圆锥套

工件以圆柱面为定位基准面在圆锥孔中定位时,常与后顶尖(反顶尖)配合使用。如图5-16所示,夹具体锥柄1插入机床主轴孔中,通过传动螺钉2对定位圆锥套3传递扭矩,工件4圆柱左端部在定位圆锥套3中通过齿纹锥面进行定位,限制工件的三个移动自由度;工件圆柱右端锥孔在后顶尖5(当外径小于6mm时,用反顶尖)上定位,限制工件两个转动自由度。

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(三)工件以圆孔定位


工件以圆孔定位大都属于定心定位(定位基准为孔的轴线),常用的定位元件有定位销、

圆柱心轴、圆锥销、圆锥心轴等。圆孔定位还经常与平面定位联合使用。


1、定位销

图5-17为几种常用的圆柱定位销,其工作部分直径d通常根据加工要求和考虑便于装夹,按g5、g6、f6或f7制造。图5-17a、b、c所示定位销与夹具体的连接采用过盈配合;图5-17d为带衬套的可换式圆柱销结构,这种定位销与衬套的配合采用间隙配合,故其位置精度较固定式定位销低,一般用于大批大量生产中。

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为便于工件顺利装入,定位销的头部应有15°倒角。

短圆柱销限制工件两个自由度,长圆柱销限制工件的四个自由度。


2、圆锥销

在加工套筒、空心轴等类工件时,也经常用到圆锥销,如图5-18所示。图5-18a用于粗基准,图5-18b用于精基准。它限制了工件X、Y、Z三个移动自由度。

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工件在单个圆锥销上定位容易倾斜,所以圆锥销一般与其它定位元件组合定位。如图5-19所示,工件以底面作为主要定位基面,采用活动圆锥销,只限制X、Y两个转动自由度,即使工件的孔径变化较大,也能准确定位。

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3、定位心轴

主要用于套简类和空心盘类工件的车、铣、磨及齿轮加工。常见的有圆柱心轴和圆锥心轴等。

1)圆柱心轴

图5-20a为间隙配合圆柱心轴,其定位精度不高,但装卸工件较方便;图5-20b为过盈配合圆柱心轴,常用于对定心精度要求高的场合;图5-20c为花键心轴,用于以花键孔为定位基准的场合。当工件孔的长径比L/D>1时,工作部分可略带锥度。

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短圆柱心轴限制工件两个自由度,长圆柱心轴限制工件的四个自由度。


2)圆锥心轴

图5-21是以工件上的圆锥孔在圆锥心轴上定位的情形。这类定位方式是圆锥面与圆锥面接触,要求锥孔和圆锥心轴的锥度相同,接触良好,因此定心精度与角向定位精度均较高,而轴向定位精度取决于工件孔和心轴的尺寸精度。圆锥心轴限制工件的五个自由度,即除绕轴线转动的自由度没限制外均已限制。

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(四)工件以组合表面定位


在实际加工过程中,工件往往不是采用单一表面的定位,而是以组合表面定位。常见的有平面与平面组合、平面与孔组合、平面与外圆柱面组合、平面与其它表面组合、锥面与锥面组合等。

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