機床夾具設計教學中工件自由度定位數形象化分析

工件的定位原理，即六點定位規則的應用是機床夾具設計的起點也是難點。對于技工院校的學生而言，要求他們每個人都學會應用六點定位規則分析工件的定位特點，顯得尤其困難。但若不能用好六點定位規則，將使學生們失去對本門課程學習的信心和興趣，這樣就給講授“工件定位原理”課的老師提出了巨大的挑戰，要求老師在授課過程中，耐心細致講解點點滴滴的有關知識。筆者以為可以利用教室現場及生活當中的一些感性認知進行形象化的講解。

我們知道，任何工件在直角坐標系中都可擁有六個自由度，要使工件在夾具中占據一致的正確位置，就必須限制應該限制的幾個自由度。六點定位規則理論定義：用一個支承點限制工件的一個自由度，用合理分布的六個支承點限制工件的六個自由度，使工件在夾具中的位置完全確定。

具體來說，六點定位規則在平面幾何體中的定位應用又如何？

如圖1所示，平面幾何體（可視為長方體粉筆盒擺放于講臺表面）工件以A、B、C三個平面為定位基準，其中A面最大，設置成三角形布置的三個定位支承點1、2、3，當工件的A面與該三點接觸時，可限制 z、x、y三個自由度。B面較狹長，沿平行于Y軸方向設置兩個定位支承點4、5，當側面B與該兩點接觸時即限制x、z兩個自由度。在最小的平面C上設置一個定位支承點6，限制y一個自由度。

通過上述六個定位支承點的設置，可使工件完全

定位。

教學實踐中，同學們往往難以理解上述觀點。

如A面可限期工件三個自由度（為什么？），此時，教師可示范人在地面行走時（當然人相當于“工件”，大地等同于“夾具”），雙腳隨地面前后、左右移動時仍能保持與地面的接觸，說明地面并未限制人的前后左右移動自由度（即未限制沿X、Y向的移動自由度）。但當人往上跳躍雙腳與地面的接觸立即脫離，這也就是說人與地面接觸時三個移動自由度中僅會限期上下方向的移動自由度（即限制了Z向的移動自由度）。進而概括總結出“自由度”是否被限制的關鍵工件與夾具接觸時：“會脫離，就限制。不脫離，不限期。”B面中，當工件繞Z軸轉動，會使工件與“ZOY”面的接觸發生脫離從而限制了工件繞Z軸轉動的自由度，即“會脫離，就限制”。同理，工件沿X軸移動時也會使原接觸脫離，從而限制了X軸移動的自由度。至此，最小的C面能限制沿Y向的移動自由度就很容易理解了。本例中，工件的六個自由度被全部限制屬完全定位也就不難理解了。

此外，還可與同學們共同討論門相對于門框、推拉窗、日光燈管被限制幾個自由度，進而深入理解工件自由度限制的原理與某些日常生活用品使用固定位置必要性是相通的。

（作者單位：江西贛州技師學院）