第二节 工件的定位
一、定位原理
工件定位的实质，就是使工件在夹具中占有正确的加工件置，这样的定位方法，可以转化为空间直角坐标系中决定物体坐标位置的问题来讨论。
1．六点定位原则
任何一个在空间处于自由状态的物体都具有6个自由度，即沿3个互相垂直的坐标轴的移动自由度，以及绕这3个坐标轴的转动自由度（见图7.3）。
图7.3 物体的6个自由度
分别用
表示物体沿x轴、y轴和z轴的移动及绕x轴、y轴和z轴的转动。因此，要使物体在空间占有正确的位置（定位），就必须约束、限制这6个自由度。在这里引出定位支承点的概念，将具体的定位元件抽象化，转化为相应的定位支承点，这6个自由度是依靠6个支承点来限制的。如图7.4所示就是夹具的“六点定位原则”。
图7.4 六点定位原则
图7.4中，1，2，3这3点在同一平面（xOz平面）内，但不在同一条直线上，这3点限制了物体的3个自由度；4，5两点（yOz平面内的点）限制了物体两个自由度；6点（xOy平面内的点）限制了物体的一个自由度。因此，1，2，3，4，5，6这6个点共限制了物体6个自由度。
应该指出，如果认为依靠6个支承点可以限制工件6个自由度，但仍有相反运动的可能性，因此，还是没有正确定位，这种理解是错误的。因为要进一步限制相反运动的可能性，以及保证工件的位置在加工过程中始终不变，这是“夹紧”的任务。反之，如果认为工件被夹紧不动了，就等于限制了它的6个自由度，同样也是错误的。
2．长方体工件的定位
长方体工件定位时可利用两面一点来定位，即一个底面、一个侧面和一个支承点来定位。其中，底面可限制3个自由度，是主要定位基准面，要尽可能地选择工件上较大的平面来作为定位基准面。侧面实际上只起到一条线的作用，可限制两个自由度。
3．圆柱体工件的定位
（1）长圆柱体的定位。如图7.5（a）所示，在圆柱面上设有四个支承点1，2，3，4（可用V形块来实现），限制
四个自由度。在圆柱面上设有一点5，限制
自由度。在圆柱表面上的键槽中设有一点6，限制Oz自由度。
（2）短圆柱体的定位。如图7.5（b）所示，在圆柱的端面上设3个支承点1，2，3，限制
三个自由度。在圆柱面上设有两个支承点4、5，限制
两个自由度。在键槽侧面设有一个支承点6，限制
自由度。
图7.5 圆柱体工件的6点定位
二、工件定位时应注意的问题
1．不完全定位和完全定位
工件在夹具中定位时，并不是所有的情况下都需要限制6个自由度，一般只要将影响本工序加工尺寸的自由度限制住即可。如图7.6所示的工件，装入钻模夹具中钻孔时，只要使钻孔中心在以R为半径的圆周上即可，而不要求确定在圆周上的哪一个位置。因此，就不需要限制工件绕Oz轴转动的自由度。这种限制了工件自由度少于6点的正确的定位方法，称为不完全定位。
如图7.7所示的工件，在加工其上小孔时，由于要求小孔与工件左端插口在同一直径上，此时就必须限制工件绕Oz轴的转动，即必须限制工件的全部6个自由度。这种限制了工件全部自由度的正确定位方法，称为完全定位。
图7.6 不完全定位实例
需要说明的是，不完全定位和完全定位是根据工件的不同加工要求或工件的不同结构形式而采取的正确定位方法。
2．欠定位和过定位
欠定位是指工件在加工过程中需要被限制的自由度没有受到限制。过定位是指工件在定位时，有两个或两个以上的支承点限制了工件同一个或一个以上的自由度，引起了工件的定位不稳定的现象。
如图7.7所示的工件，若不限制工件绕Oz轴的转动，则不能保证小孔与左端插口在同一直线上，属欠定位。如图7.8所示的长方体工件在夹具的定位，其底面的3个支承点在一条直线上，同时都限制工件沿Oz轴的移动自由度，其中必有一个支承点是多余或重要的，因此属过定位；同时该工件绕Oy轴的转动未被限制，若该自由度是需要限制的话，则此时图7.8又属于欠定位。
图7.7 完全定位实例
由以上分析可知，完全定位和不完全定位是根据加工的需要及工件的结构而选用的正确的定位方法，而欠定位和过定位则是错误的定位方法，在定位过程中必须避免，另外，当支承点的布局不合理时，会产生既过定位又欠定位的现象。
图7.8 欠定位和过定位
值得注意的是，有些定位方式，从形式上看似乎是过定位，但实际上并没有过定位，这是因为没有考虑到定位基准面的具体情况来分析定位支承点的数目而造成的。例如，用3个定位支承点来定位工件底面，当然是符合定位基本原理的。但若用两条狭长平面，甚至整个平面作定位元件来定位，是否会发生过定位呢？这就要看定位基准面的具体情况而异。假如基准面是毛坯面，则只能用3个支承点来定位，若用两狭长平面或整个平面来定位，实际上基准面只能和定位元件中任意3点接触而造成不稳定定位的过定位现象；假如基准面是经过加工的平面，则采用两条狭长平面来定位，仍能很好地接触，这时就只能作为3个定位支承点来分析，而没有产生过定位现象；假如基准面是经过精加工的光整平面，则即使用整个平面支承来定位也无过定位现象。
3．工件在夹具中加工时的定位误差
工件在夹具中定位时，往往会产生两种误差，即定位基准位移误差和基准不重合误差。定位基准位移误差，是由于工件和定位元件制造误差而引起工件在夹具中的实际位置相对于理想位置的变化；基准不重合误差，是由于定位基准与设计基准不重合而造成的误差。
定位基准位移误差可以通过提高工件和夹具定位支承的精度来加以减小，而基准不重合误差则可以通过使定位基准和设计基准重合的方法予以消除。
4．定位基准的选择
在选择定位基准时，主要应从定位误差小和有利于夹具结构的简化两个方面考虑。为此，应注意以下3点：
（1）尽量使定位基准与设计基准重合，以消除基准不重合误差。
（2）尽量用已加工表面作为定位基准，以减小定位误差。当不得不用毛坯面作定位基准（如工艺过程初期）时，应尽量只用一次，而且应选用表面较光滑、误差较小、余量较小的表面或与加工表面有直接关系的表面，以有利于保证加工精度要求。
（3）应使工件安装稳定、定位方便、夹紧可靠及夹具结构简单。如图7.9所示的工件，B，C面已加工，本工序加工A面，尺寸为
mm。根据基准重合原则，应选取B面为定位基准，但B面较小，定位后工件不易稳定，且A面加工困难。此时，可选C面作为定位基准，但需要进行尺寸换算。其换算过程如下：
先画出尺寸链图（见图7.9（c）），其中组成环A2为需要换算的尺寸。根据尺寸链原理，得
A2max＝A1min－A0min＝（50－0.20）mm－20mm
＝30mm－0.20mm
A2min＝A1max－A0max＝50mm－（20＋0.40）mm
＝30mm－0.40mm
即 
由于新加工尺寸A2的公差为0.20mm，数值还比较大，加工并不困难，因此，采用C面作定位基准较为合适。
图7.9 尺寸换算实例
由以上分析可知，定位基准的选择是一个比较复杂的问题，必须结合实际情况做具体的分析。
5．选择工件定位方式
（1）工件在模具中的定位主要考虑定位基准、上料方式和操作安全可靠等因素。
（2）选择定位基准时，应尽可能与设计基准重合。如果不重合，就需要根据尺寸链计算，重新分配公差，把设计尺寸换算成工艺尺寸。不过，这样将会使零件的加工精度要求提高。当零件是采用多工序分别在不同模具上冲压时，应尽量使各工序采用同一基准。
（3）为使定位可靠，应选择精度高、冲压时不发生变形和移动的表面作为定位表面。
（4）冲压件上能够用作定位的表面随零件的形状不同而不同，平板零件最好用相距较远的两孔定位，或者一个孔和外形定位；弯曲件可用孔或形体定位；拉深件可用外形、底面或切边后的凸缘定位。
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