1 传统六点定位法则的含义
图1 |
图2 |
- a1~a6在有的专著中称为六个定位点,在有的文献中则称为六个支承点,事实上这是两个不同的概念。支承点应是安装在夹具上直接与工件接触的具体定位元件,如支承钉、支承板、V形块等,在加工过程中它们还要参与平衡切削力、重力、夹紧力等;而定位点应是一个抽象概念,是指定位方式对自由度的限制。限制一个自由度称为一个定位点,与支承点的多少无关。例如,工件直接以平面定位时,应限制三个自由度,只应有三个定位点,而事实上此时的支承点远不止三个。而且在一些特殊情况下,工件定位时根本就无具体的支承点,如常见的在车床上用四爪卡盘夹紧工件,用千分表找正,此时并没有具体的支承点参与定位,工件位置的确定是由千分表来完成的,这种定位方式在无支承点的情况下同样可以实现定位。
- 六点定位法则源于刚体力学,与夹具设计的实际情况并不完全一致。一方面,夹具和工件均是弹性体,在定位、尤其夹紧时易产生弹性变形;另一方面,定位副之间大多存在间隙。而传统的六点定位法则忽略了弹性变形和间隙的存在。事实上,弹性变形和间隙的存在对工件的定位有重要影响。
- 过定位问题是夹具设计和使用中的敏感问题。文献和专著中一般将过定位定义为“几个定位支承点重复限制同一个自由度,这种现象称为过定位。……在确定工件定位方案时,一般不能出现过定位”。但事实上在夹具设计和应用中,过定位的情况并不少见,而且一些过定位夹具使用效果不错。如图3a所示定位方式,平面限制X、 Y方向的旋转自由度和Z方向的移动自由度,芯轴限制X、 Y方向的旋转自由度和移动自由度,两种定位方式重复限制X、 Y方向的旋转自由度,按现行的过定位定义属过定位,应避免使用,但在实际加工中却常用这种定位方式来滚切齿轮,如图2所示。因此必须对过定位有一个准确的解释,以避免在过定位问题上造成混乱。
3 对六点定位法则的再探讨
图3 |
4 避免过定位的措施
- 提高夹具定位面和工件定位基准面的加工精度是避免过定位的根本方法。
- 由于夹具加工精度的提高有一定限度,因此采用两种定位方式组合定位时,应以一种定位方式为主,减轻另一种定位方式的干涉,如采用长芯轴和小端面组合或短芯轴和大端面组合,或工件以一面双孔定位时,一个销采用菱形销等。从本质上说,这也是另一种提高夹具定位面精度的方法。
- 利用工件定位面和夹具定位面之间的间隙和定位元件的弹性变形来补偿误差,减轻干涉。在分析和判断两种定位方式在误差作用下属于干涉还是过定位时,必须对误差、间隙和弹性变形进行综合计算,同时根据工件的加工精度要求才能作出正确判断。从广义上讲,只要采用的定位方式能使工件定位准确,并能保证加工精度,则这种定位方式就不属于过定位,就可以使用。
5 结 论
- 六点定位法则中的支承点是指夹具上直接与工件接触的具体定位元件,而定位点是指定位方式对自由度的限制,是一个抽象的概念,两者不可混淆,更不能替代使用。
- 不可仅凭自由度被重复限制就判定为过定位,定位副误差是产生过定位的根本原因。
- 误差的存在使重复限制自由度表现为干涉和过定位,干涉为量变阶段,过定位为质变阶段。干涉夹具可以使用,过定位夹具破坏定位,不可使用。
- 判断是否属于过定位时,应进行误差、间隙和弹性变形的综合计算,同时根据工件加工精度要求才能作出正确判断。
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