表面定位技术及常用元件

常用定位元件可按其结合的工件定位基准面形状分为以下几种：

①用于平面定位的定位元件：包括固定支承（支承钉和支承板两类）、自位支承、可调支承等。不起限制工件自由度的辅助支承虽属于支承元件但通常不归为定位元件。

②用于孔定位的定位元件：包括定位销（圆柱定位销和圆锥定位销）、圆柱心轴和小锥度心轴等。

③用于外圆柱面定位的定位元件：包括V形块、定位套和半圆定位座等。

应根据工件定位基面的形状和定位元件的结构特点选择定位元件。

常用定位元件的定位分析见表6.1。

表6.1　常见定位元件的定位分析

续表

1）工件以平面定位

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。如箱体、机座、支架、板类、盘类零件等，多以平面为定位基准。所用的定位元件称为基本支承，包括固定支承、可调支承、自位支承和辅助支承。

（1）固定支承

固定支承的定位尺寸固定，不能调整，主要包括固定支承钉和固定支承板两类，固定支承钉用于较小平面的支承，每个支承钉相当于定位点的作用效果，而固定支承板用于较大平面的支承。

图6.11表示了四种固定支承钉。其中（a）为平头支承钉，用于已加工平面；（b）为球头支承钉，用于未加工平面，以保证接触状态良好；（c）为网纹头支承钉，用于未加工平面，可减小实际接触面积，增大摩擦，使定位稳定可靠，但由于槽中易积屑，故多用于工件的侧面定位；（d）是带套筒的支承钉，用于大批量生产，便于磨损后更换。

图6.11　常见的固定支承钉

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（又称支承条）代替两个支承钉，它与工件的限位关系可看作线接触。如图6.12所示为支承板的结构图，其中图6.12（a）型结构简单，但沉头螺钉处易堆积切屑，故多用于工件侧面或顶面定位；而B型支承板上局部开有斜向导屑槽，可克服这一缺点，如图6.12（b）所示，主要用于工件的底面定位。

图6.12　两类常见的固定支承板

固定支承与夹具体一般采用H7/n6或H7/m6配合，带套筒的与套筒孔采用H7/js6配合连接。小型支承钉（直径d≤12mm）或支承板常采用T8A钢并淬火；大型支承钉（直径d≥12 mm）或支承板采用20钢及渗碳淬火热处理工艺，渗碳深度0.8~1.2 mm，硬度60~64HRC。两个以上支承钉或支承板同时使用时，为保证工作面在同一平面上，配合安装后应将其顶面进行一次整体平磨。

（2）可调支承

可调支承是指工件在定位过程中支承点的位置在一定高度范围内需要调整的支承。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。图6.13表示了两种可调支承的基本形式，均为螺钉及螺母组成。支承高度调整合适后，常用螺母锁紧工件。

（3）自位支承

自位支承是指支承件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，所以又称浮动支承。每一个自位支承与工件定位面都是两点或三点接触，能增加与工件定位面的接触点数目，这样可使单位面积压力减小，故多用于刚度不足的毛坯表面或不连续的平面的定位。如图6.14所示为几种自位支承的结构形式，其中图6.14（a）和图6.14（c）为双接触点，图6.14（b）为三接触点，无论哪一种，自位支承都只相当于一个定位支承点，限制工件的一个自由度，未发生过定位现象。

图6.13　可调支承

图6.14　自位支承

（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6.15所示，加工面与主要支承面有一定位置或零件具有阶梯结构时，可以在工件适当位置增设辅助支承，可避免加工过程中工件的变形。辅助支承的结构形式很多，无论采用哪一种，都应注意，辅助支承不起定位作用，即不应限制工件的自由度，同时更不能破坏基本支承对工件的定位状态。因此，辅助支承的结构都是可调并能锁紧的。

图6.15　辅助支承

2）工件以内孔定位

套筒、法兰盘、衬套及连杆等工件通常以孔作为加工时的定位基准，其夹具常用的定位元件是圆柱销、圆锥销和心轴等。通常圆孔定位还与平面定位联合使用。

（1）圆柱销定位

图6.16为常用圆柱销的结构。短圆柱销限制工件的2个自由度，长圆柱销限制工件的4个自由度。圆柱销的结构和尺寸已标准化，不同直径的定位销有其相应的结构形式，可根据工件定位内孔的直径D选用。其工作表面的直径尺寸与相应工件定位孔的基本尺寸相同，精度可根据工件的加工精度、定位孔的精度和工件装卸的方便来确定。

固定式定位销一般直接用过盈配合装配在夹具体上，图6.16（d）所示为可换式的圆柱定位销，便于定位销磨损后进行更换，用于大批量生产中。为便于工件的顺利装入，定位销的头部应有15°倒角。(www.xing528.com)

图6.16　常见圆柱销的结构

（2）圆锥销定位

在加工套筒、空心轴等带回转孔的工件时，也经常用工件孔的端头轮廓采用圆锥销来定位。对孔的端头轮廓精度不高、孔径变化大等情况通常用图6.17（a）所示的定位销进行粗基准定位，图6.17（b）则用于精基准。圆锥销限制了工件三个平动自由度。

工件只在单个圆锥销上定位时容易倾斜，所以圆锥销常与其他定位元件进行组合定位。如图6.17（c）所示，工件以底面作为主要定位基面，采用活动圆锥销，这时只限制了两个移动自由度，即使工件孔的轮廓与尺寸变化较大，也能准确快速定位。

图6.17　常见圆柱销的结构

（3）心轴定位

心轴主要用于套类、空心盘类零件的车削、铣、磨削和齿轮加工。常见的有圆柱心轴和圆锥心轴两类。

为便于夹紧和减小工件因间隙造成的倾斜，常以孔和端面联合定位。因此，工件定位内孔与基准端面应有较高的垂直度。图6.18（a）所示为圆柱心轴，装卸方便，但定心精度不高；图6.18（b）所示为小锥度心轴（锥度为1/100~1/500），采取过盈配合，制造简单，定位准确，不用另设夹紧装置，但装卸不便，适于工件定位精度不低于IT7的精车和磨削加工，由于轴向位置不能固定，通常不能加工端面，圆锥心轴限制工件的5个自由度。

图6.18　心轴定位

图6.19所示为花键心轴结构，常用于工件的花键孔内孔定位，工程实践中又分小径定心和大径定心。由于花键轴加工较困难和复杂，这种定位方式通常只用于大批量和定心位置与定心精度有特殊要求A—A场合。

图6.19　花键心轴定位

3）工件以外圆定位

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

（1）V形块定位

V形块工作面间的夹角常取60°、90°、120°三种，其中90°V形块应用得最多。90°V形块的典型结构和尺寸已标准化，使用时可根据定位圆柱面的长度和直径进行选择。V形块有固定式和活动式两种，结构形式有多种。图6.20（a）用于较短的、经过加工的外圆面定位；图6.20（b）用于较长的、未经加工的圆柱面定位；图6.20（c）用于较长的、加工过的圆柱面定位；如图6.20（d）用于工件较长、直径较大的重型工件的圆柱面定位，这种V形块一般安装在铸铁底座上，同时镶嵌在淬硬支承板或硬质合金板上。

图6.20　固定式V形块

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，前者限制工件两个平动自由度，后者限制工件两个平动、两个转动共4个自由度。

V形块定位的主要优点表现在：

①对中性好。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。

除上述固定V形块外，夹具上还经常采用活动V形块，如图6.21所示，它只限制一个移动自由度。活动V形块除具有定位作用外，还兼有夹紧作用。

图6.21　活动V形块

图6.22　半圆套定位座结构

（2）半圆套定位

图6.22为半圆套定位座结构简图，下半圆起定位作用，上半圆起夹紧作用。图6.22（a）为可拆卸式，图6.22（b）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4个自由度。

（3）定位套定位

定位套定位的结构形式如图6.23所示。定位套装在夹具体上，工件以外的圆柱表面为定位基准在定位套内孔中支承外圆的表面，起定位作用。这种定位方法，一般适用于精基准定位。其特点是结构简单，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，定位孔应做短些。

图6.23　定位套定位状态

图6.23（a）的短定位套限制工件两个平动自由度，图6.23（b）的长定位套限制工件两个平动两个转动共4个自由度。