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六點(diǎn)定位法則是指導(dǎo)夾具設(shè)計(jì)的基本原則，已沿用了幾十年,，但法則本身并不完善,，對(duì)法則的理解和應(yīng)用也存在許多混亂之處,，因此有必要對(duì)六點(diǎn)定位法則進(jìn)行再探討,。 1 傳統(tǒng)六點(diǎn)定位法則的含義工件定位的實(shí)質(zhì)就是使工件在夾具中占據(jù)確定的位置,，因此工件的定位問(wèn)題可轉(zhuǎn)化為在空間直角坐標(biāo)系中決定剛體坐標(biāo)位置的問(wèn)題來(lái)討論,。在空間直角坐標(biāo)系中,，剛體具有六個(gè)自由度，即沿X,、Y,、Z軸移動(dòng)的三個(gè)自由度和繞此三軸旋轉(zhuǎn)的三個(gè)自由度,。用六個(gè)合理分布的支承點(diǎn)限制工件的六個(gè)自由度，使工件在夾具中占據(jù)正確的位置,，稱為六點(diǎn)定位法則,。人們?cè)陉U述六點(diǎn)定位法則時(shí)常以圖1所示銑不通槽的例子來(lái)加以說(shuō)明：a1、a2,、a3三個(gè)點(diǎn)體現(xiàn)主定位面A,，限制 X、Y方向的旋轉(zhuǎn)自由度和 Z方向的移動(dòng)自由度,；a4,、 a5兩個(gè)點(diǎn)體現(xiàn)側(cè)面B，限制 X方向的移動(dòng)自由度和Z方向的旋轉(zhuǎn)自由度,； a6點(diǎn)體現(xiàn)止推面C,，限制 Y方向的移動(dòng)自由度。這樣,，工件的六個(gè)自由度全部被限制,，稱為完全定位。當(dāng)然,，定位只是保證工件在夾具中的位置確定,，并不能保證在加工中工件不移動(dòng)，故還需夾緊,。定位和夾緊是兩個(gè)不同的概念,。 m4 S; ?& O9 a( z! }5 G/ Q
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圖2 |
<H1.2 h1 傳統(tǒng)六點(diǎn)定位法則存在的問(wèn)題 - a1～a6在有的專著中稱為六個(gè)定位點(diǎn)，在有的文獻(xiàn)中則稱為六個(gè)支承點(diǎn),，事實(shí)上這是兩個(gè)不同的概念,。支承點(diǎn)應(yīng)是安裝在夾具上直接與工件接觸的具體定位元件，如支承釘,、支承板,、V形塊等，在加工過(guò)程中它們還要參與平衡切削力,、重力,、夾緊力等；而定位點(diǎn)應(yīng)是一個(gè)抽象概念,，是指定位方式對(duì)自由度的限制,。限制一個(gè)自由度稱為一個(gè)定位點(diǎn)，與支承點(diǎn)的多少無(wú)關(guān),。例如，工件直接以平面定位時(shí),，應(yīng)限制三個(gè)自由度,，只應(yīng)有三個(gè)定位點(diǎn),，而事實(shí)上此時(shí)的支承點(diǎn)遠(yuǎn)不止三個(gè)。而且在一些特殊情況下,，工件定位時(shí)根本就無(wú)具體的支承點(diǎn),，如常見(jiàn)的在車床上用四爪卡盤(pán)夾緊工件，用千分表找正,，此時(shí)并沒(méi)有具體的支承點(diǎn)參與定位,，工件位置的確定是由千分表來(lái)完成的，這種定位方式在無(wú)支承點(diǎn)的情況下同樣可以實(shí)現(xiàn)定位,。
- 六點(diǎn)定位法則源于剛體力學(xué),，與夾具設(shè)計(jì)的實(shí)際情況并不完全一致。一方面,，夾具和工件均是彈性體,，在定位、尤其夾緊時(shí)易產(chǎn)生彈性變形,；另一方面,，定位副之間大多存在間隙。而傳統(tǒng)的六點(diǎn)定位法則忽略了彈性變形和間隙的存在,。事實(shí)上,，彈性變形和間隙的存在對(duì)工件的定位有重要影響。
- 過(guò)定位問(wèn)題是夾具設(shè)計(jì)和使用中的敏感問(wèn)題,。文獻(xiàn)和專著中一般將過(guò)定位定義為“幾個(gè)定位支承點(diǎn)重復(fù)限制同一個(gè)自由度,，這種現(xiàn)象稱為過(guò)定位�,！诖_定工件定位方案時(shí),，一般不能出現(xiàn)過(guò)定位”。但事實(shí)上在夾具設(shè)計(jì)和應(yīng)用中,，過(guò)定位的情況并不少見(jiàn),，而且一些過(guò)定位夾具使用效果不錯(cuò)。如圖3a所示定位方式,，平面限制X,、 Y方向的旋轉(zhuǎn)自由度和Z方向的移動(dòng)自由度，芯軸限制X,、 Y方向的旋轉(zhuǎn)自由度和移動(dòng)自由度,，兩種定位方式重復(fù)限制X、 Y方向的旋轉(zhuǎn)自由度,，按現(xiàn)行的過(guò)定位定義屬過(guò)定位,，應(yīng)避免使用，但在實(shí)際加工中卻常用這種定位方式來(lái)滾切齒輪,，如圖2所示,。因此必須對(duì)過(guò)定位有一個(gè)準(zhǔn)確的解釋,，以避免在過(guò)定位問(wèn)題上造成混亂。
3 對(duì)六點(diǎn)定位法則的再探討在用傳統(tǒng)的六點(diǎn)定位法則確定工件定位方案和判斷是否屬于過(guò)定位時(shí),，很多人忽略了定位副誤差的影響,。事實(shí)上，夾具和工件的定位面以及定位元件的誤差對(duì)定位影響很大,。圖3a所示定位方式雖然屬于過(guò)定位,，但只要工件和夾具定位面的尺寸、形狀,、位置均無(wú)誤差,，芯軸和端面都能與夾具定位元件的工件表面相吻合，相互之間對(duì)自由度的限制就不會(huì)發(fā)生矛盾,。顯然,，這種狀態(tài)下的定位是成功的，該夾具是可以使用的,。故不應(yīng)簡(jiǎn)單地根據(jù)自由度被重復(fù)限制就判定定位方案屬于過(guò)定位,。如圖3b所示，當(dāng)工件定位面存在垂直度誤差時(shí),，端面和芯軸對(duì)X,、 Y方向旋轉(zhuǎn)自由度的限制就會(huì)發(fā)生矛盾。如按平面定位,，工件應(yīng)放平,；如按芯軸定位，工件則應(yīng)垂直,。一批工件的內(nèi)孔和芯軸之間的實(shí)際間隙是變化的,，當(dāng)間隙變化時(shí)則會(huì)形成如圖3b、 3c所示的兩種定位情況,，這樣工件在夾具中的位置就不確定,，導(dǎo)致過(guò)定位。若夾具定位面與芯軸存在垂直度誤差,，也會(huì)產(chǎn)生類似情況,。顯然，重復(fù)限制自由度不一定會(huì)產(chǎn)生過(guò)定位,，定位副誤差才是產(chǎn)生過(guò)定位的主要原因,。
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圖3 |
由于存在誤差而使兩種定位方式之間產(chǎn)生矛盾稱為干涉。在干涉范圍內(nèi),，若有A,、 B兩種定位方式重復(fù)限制某一自由度，設(shè)計(jì)時(shí)必須確定以某一種定位方式為主,。如以A方式為主,，則發(fā)生 B方式干涉A方式,，應(yīng)通過(guò)合理設(shè)計(jì)將B方式的干涉減至最小,，確保以A方式為主進(jìn)行定位,，反之亦然。如對(duì)于圖3a所示定位方式,，一些夾具設(shè)計(jì)專著中提出以大端面和短芯軸組合或小端面和長(zhǎng)芯軸組合平改善其定位性能,，認(rèn)為這種組合方式不存在過(guò)定位。我們認(rèn)為這種解釋是不嚴(yán)密的,。大端面和短芯軸組合或小端面和長(zhǎng)芯軸組合可改善定位性能的根本原因是采用了以一種定位方式為主,，減輕了另一種定位方式的干涉，從本質(zhì)上說(shuō),，這種改善后的組合方式與大端面和長(zhǎng)芯軸組合方式相比,，夾具定位面之間的垂直度誤差更小，從而可滿足工件的定位要求,，不會(huì)導(dǎo)致過(guò)定位,。 由于定位副誤差會(huì)改變和影響定位性質(zhì)，故應(yīng)盡量減小定位副誤差,，但夾具制造精度的提高畢竟有一定限度,，而定位副之間的間隙和定位副的彈性變形可在一定程度上對(duì)定位副誤差進(jìn)行補(bǔ)償，客觀上可減輕干涉程度,。如圖3c,、 3d所示，在干涉情況下,，工件仍可保證以大平面定位為主,。當(dāng)然，配合面的間隙必須滿足工件加工精度的要求,，不能任意擴(kuò)大,。對(duì)于彈性變形，變形量在合理范圍內(nèi)波動(dòng)是不會(huì)導(dǎo)致過(guò)定位的,。 可以認(rèn)為,，在定位副誤差作用下，兩種定位方式重復(fù)限制自由度的矛盾在量變階段表現(xiàn)為干涉,，在質(zhì)變階段表現(xiàn)為過(guò)定位,。干涉是否會(huì)轉(zhuǎn)化為過(guò)定位，取決于定位副誤差,、定位副之間的間隙,、夾緊后芯軸的彈性變形等多種因素。圖2所示的滾齒定位就屬于存在干涉的定位,，而不是過(guò)定位,。0 o- `' v, K4 i1 E, H
4 避免過(guò)定位的措施 - 提高夾具定位面和工件定位基準(zhǔn)面的加工精度是避免過(guò)定位的根本方法,。
- 由于夾具加工精度的提高有一定限度，因此采用兩種定位方式組合定位時(shí),，應(yīng)以一種定位方式為主,，減輕另一種定位方式的干涉，如采用長(zhǎng)芯軸和小端面組合或短芯軸和大端面組合,，或工件以一面雙孔定位時(shí),，一個(gè)銷采用菱形銷等。從本質(zhì)上說(shuō),，這也是另一種提高夾具定位面精度的方法,。
- 利用工件定位面和夾具定位面之間的間隙和定位元件的彈性變形來(lái)補(bǔ)償誤差，減輕干涉,。在分析和判斷兩種定位方式在誤差作用下屬于干涉還是過(guò)定位時(shí),，必須對(duì)誤差、間隙和彈性變形進(jìn)行綜合計(jì)算,，同時(shí)根據(jù)工件的加工精度要求才能作出正確判斷,。從廣義上講，只要采用的定位方式能使工件定位準(zhǔn)確,，并能保證加工精度,，則這種定位方式就不屬于過(guò)定位，就可以使用,。
5 結(jié) 論 - 六點(diǎn)定位法則中的支承點(diǎn)是指夾具上直接與工件接觸的具體定位元件,，而定位點(diǎn)是指定位方式對(duì)自由度的限制，是一個(gè)抽象的概念,，兩者不可混淆,，更不能替代使用。
- 不可僅憑自由度被重復(fù)限制就判定為過(guò)定位,，定位副誤差是產(chǎn)生過(guò)定位的根本原因,。
- 誤差的存在使重復(fù)限制自由度表現(xiàn)為干涉和過(guò)定位，干涉為量變階段,，過(guò)定位為質(zhì)變階段,。干涉夾具可以使用，過(guò)定位夾具破壞定位,，不可使用,。
- 判斷是否屬于過(guò)定位時(shí)，應(yīng)進(jìn)行誤差,、間隙和彈性變形的綜合計(jì)算,，同時(shí)根據(jù)工件加工精度要求才能作出正確判斷。
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發(fā)表于 2008-10-17 12:51:22
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