机床夹具_自由度的概念.docx

第二节工件的定位一、工件定位的基本原理1 .自由度的概念由刚体运动学可知，一个自由刚体，在空间有且仅有六个自由度。图4-5所示的工件，它在空间的位置是任意的，即它既能沿Ox、Oy、OZ三个坐标轴移动，称为移动自由度，分别表示为元、了、z；又能绕Ox、Oy、Oz三个坐标轴转动，称为转动自由度，分别表示为无、1。2 .六点定位原则由上可知，如果要使一个自由刚体在空间有一个确定的位置，就必须设置相应的六个约束，分别限制刚体的六个运动自由度。在讨论工件的定位时，工件就是我们所指的自由刚体。如果工件的六个自由度都加以限制了，工件在空间的位置也就完全被确定下来了。因此，定位实质上就是限制工件的自由度。分析工件定位时，通常是用一个支承点限制工件的一个自由度。用合理设置的六个支承点，限制工件的六个自由度，使工件在夹具中的位置完全确定，这就是六点定位原则。例如在如图4-6a所示的矩形工件上铳削半封闭式矩形槽时，为保证加工尺寸A,可在其底面设置三个不共线的支承点1、2、3,如图4-6b所示，限制工件的三个自由度：玄、又z为了保证B尺寸，侧面设置两个支承点4、5,限制无、z两个自由度；为了保证C尺寸，端面设置一个支承点6,限制5j自由度。于是工件的六个自由度全部被限制了，实现了六点定位。在具体的夹具中，支承点是由定位元件来体现的。如图4-6C所示，设置了六个支承钉。对于圆柱形工件，如图4-7a所示，可在外圆柱表面上，设置四个支承点1、3、4,5即2、卜z四个自由度；槽侧设置个支承点2,限制工一个自由度；端面设置一个支承点6,限制元一个自由度；工件实现完全定位，为了在外圆柱面上设置四个支承点一般采用V形架，如图4-7b所示。通过上述分析，说明了六点定位原则的几个主要问题：1）定位支承点是定位元件抽象而来的。在夹具的实际结构中，定位支承点是通过具体的定位元件体现的，即支承点不一定用点或销的顶端，而常用面或线来代替。根据数学概念可知，两个点决定一条直线，三个点决定一个平面，即一条直线可以代替两个支承点，一个平面可代替三个支承点。在具体应用时，还可用窄长的平面（条形支承）代替直线，用较小的平面来替代点。2）定位支承点与工件定位基准面始终保持接触，才能起到限制自由度的作用。3）分析定位支承点的定位作用时，不考虑力的影响。工件的某一自由度被限制，是指工件在某个坐标方向有了确定的位置，并不是指工件在受到使其脱离定位支承点的外力时不能运动。使工件在外力作用下不能运动，要靠夹紧装置来完成。3 .工件定位中的几种情况（1）完全定位完全定位是指不重复地限制了工件的六个自由度的定位。当工件在X、y、Z三个坐标方向均有尺寸要求或位置精度要求时，一般采用这种定位方式，如图4-6所ZjXo（2）不完全定位根据工件的加工要求，有时并不需要限制工件的全部自由度，这样的定位方式称为不完全定位。图4-8a所示为在车床上加工通孔，根据加工要求，不需限制和两个自由度，所以用三爪自定心卡盘夹持限制其余四个自由度，就可以实现四点定位。图4-8b所示为平板工件磨平面，工件只有厚度和平行度要求，只需%艮梭、y三个自由度，在磨床上采用电磁工作台就能实现三点定位。由此可知，工作在定位时应该限制的自由度数目应由工序的加工要求而定，不影响加工精度的自由度可以不加限制。采用不完全定位可简化定位装置，因此不完全定位在实际生产中也广泛应用。（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，因此，在确定工件在夹具中的定位方案时，决不允许有欠定位的现象产生。如在如图4-6所示中不设端面支承6,则在批工件上半封闭槽的长度就无法保证；若缺少侧面两个支承点4、5时，则工件上B的尺寸和槽与工件侧面的平行度均无法保证。（4）过定位夹具上的两个或两个以上的定位元件重复限制同一个自由度的现象，称为过定位。如图4-9a所示，要求加工平面对A面的垂直度公差为0.04mm。若用夹具的两个大平面实现定位，那工件的A面被限到z三个自由度，B面含限制了三个自由度，其中自由度被A、B面同时重复限制。由图可见，当工件处于加工位置“I”时，可保证垂宣度要求；而当方件处于加工位置“H”时不能保证此要求。这种随机的误差造成了定位的不稳定，严重时会引起定位干涉，因此应该尽量避免和消除过定位现象。消除或减少过定位引起的干涉，一般有两种方法：一是改变定位元件的结构，如缩小定位元件工作面的接触长度；或者减小定位元件的配合尺寸，增大配合间隙等；二是控制或者提高工件定位基准之间以及定位元件工作表面之间的位置精度。若如图4-9b所示，把定位的面接触改为线接触，则消除了引起超定位的自由度。