基于基準(zhǔn)的定位元件約束自由度分析

趙軻

(廣東石油化工學(xué)院 機(jī)電工程學(xué)院，廣東 茂名 525000)

基于基準(zhǔn)的定位元件約束自由度分析

趙軻

(廣東石油化工學(xué)院 機(jī)電工程學(xué)院，廣東 茂名 525000)

摘要：為解決工件在定位時(shí)需要約束的自由度數(shù)和自由度以及定位元件約束工件自由度數(shù)和自由度的問題，應(yīng)用六點(diǎn)定位原理，對(duì)各種典型定位實(shí)例和定位元件進(jìn)行了分析。分析表明，工件需要約束的自由度數(shù)和自由度由所選擇的定位基準(zhǔn)幾何特征決定，而定位元件約束的自由度數(shù)和自由度也由定位元件與定位基準(zhǔn)實(shí)質(zhì)接觸面幾何特征來決定，且其個(gè)數(shù)都遵循“面三、線二、點(diǎn)一”的規(guī)律。

關(guān)鍵詞：定位基準(zhǔn)；自由度；約束；定位元件

Analysis of DOF Constrained by Position-Element Based on Datum

ZHAO Ke

(College of Machinery and Electronic Engineering, Guangdong University of Petrochemical

Technology, Maoming 525000, China)

Abstract:In order to solve the problems of DOF and DOF number which needs to be constrained when the workpiece is located, and position-element can constrain, this paper analyzes the cases of typical position and position-elements. It indicates: DOF and DOF number which needs to be constrained is determined by the geometric features of location datum, DOF and DOF number which the position-element can constrain is determined by the geometric features of essence contact surface between the position elements and the location datum, the DOF number is three, two and one when the datum and contact surface is surface line and point.

Keywords:location datum; DOF; constraint; position-element

0引言

工件在夾具中定位，以便相對(duì)于機(jī)床和刀具有正確的位置進(jìn)行加工，所以，定位方案需要約束的自由度，應(yīng)根據(jù)工件被加工面的加工要求來決定。一般來講，根據(jù)6點(diǎn)定位原理，工件在空間運(yùn)動(dòng)的6種可能性，即6個(gè)自由度，應(yīng)該用6個(gè)正確分布的點(diǎn)來全部約束。但事實(shí)上，不是所有的被加工工件都需要約束6個(gè)自由度，進(jìn)行6點(diǎn)完全定位，也可以采用不完全定位和過定位方案等。甚至，有些工件是無法進(jìn)行完全定位的。文中對(duì)各種典型的工件定位實(shí)例進(jìn)行分析，同時(shí)研究了典型定位元件約束了工件的自由度，揭示了工件需要被約束的自由度數(shù)、自由度與選用的定位基準(zhǔn)幾何特征之間的內(nèi)在聯(lián)系和基本規(guī)律，為合理設(shè)計(jì)定位方案和選擇定位元件提供了直接的理論依據(jù)。

1定位基準(zhǔn)與約束自由度和自由度數(shù)的關(guān)系

圖1　長(zhǎng)方體工件的定位基準(zhǔn)

圖2　長(zhǎng)圓柱體工件的定位基準(zhǔn)

圖3　球體工件的定位基準(zhǔn)

綜上所述，在判斷工件需要約束哪些自由度時(shí)，可根據(jù)其尺寸精度要求，先確定需要的定位基準(zhǔn)面，并根據(jù)所選的定位基準(zhǔn)面幾何特征，遵循“面三、線二、點(diǎn)一”的規(guī)律來確定各自需要約束的自由度數(shù)和自由度，然后根據(jù)實(shí)際情況，考慮需要消除的重復(fù)定位，即可得到工件需要約束的自由度。

2定位元件約束的自由度數(shù)

確定需要約束的自由度后，需要選擇合適的定位元件對(duì)工件進(jìn)行定位，而定位元件能夠限制的自由度，也由定位元件的定位面幾何特征來決定。

常用的定位元件主要有：支承釘(如圖4(a))，支承釘與定位基準(zhǔn)面的接觸本質(zhì)上相當(dāng)于一個(gè)點(diǎn)，限制一個(gè)自由度；支承板，短V型塊，短定位套、短定位銷等(如圖4(b))與定位基準(zhǔn)面的接觸本質(zhì)上相當(dāng)于一條線，限制兩個(gè)自由度；錐套和錐銷(如圖4(c))與定位基準(zhǔn)面的接觸為面，限制3個(gè)自由度。從表面上看，錐銷和定位基準(zhǔn)面的接觸為線接觸，但其定位元件的定位面為錐面，和平面定位一樣，故其應(yīng)限制3個(gè)自由度。具體限制哪些自由度，不再贅述。

圖4　常用的定位元件

綜上所述，定位元件限制的自由度數(shù)也遵循“面三、線二、點(diǎn)一”的規(guī)律，這里的面指與定位元件實(shí)際接觸的定位面是圓錐面或者大的平面。

3結(jié)語

工件在夾具中定位時(shí)，需要約束其在空間中運(yùn)動(dòng)的6種可能性，即6個(gè)自由度。但在分析定位需要約束的自由度時(shí)，需要注意“定位不等于夾緊”等問題。因?yàn)楦拍畈幻鞔_，難以區(qū)分析并得出到正確的結(jié)論，或者得到正確的結(jié)論但不明白為什么。

文中從定位基準(zhǔn)的角度出發(fā)，分析了6點(diǎn)定位原理，明確了定位就是通過確定定位基準(zhǔn)面在空間(夾具中)的正確位置，進(jìn)而使得工件定位的概念。所以，選擇不同的幾何要素做基準(zhǔn)面，只要分析該幾何要素在空間需要約束的自由度就可以了，且該自由度數(shù)也是基準(zhǔn)面最多能約束的自由度數(shù)，遵循“面三、線二、點(diǎn)一”的規(guī)律(不包括出現(xiàn)過定位時(shí)的分析[4])。定位元件限制的自由度數(shù)由定位元件的有效作用面形狀決定，也遵循“面三、線二、點(diǎn)一”的規(guī)律。

參考文獻(xiàn):

[1] 呂明，龐思勤. 機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)(第2版)[M]. 武漢：武漢理工大學(xué)出版社,2010.

[2] 吳拓. 機(jī)械制造工藝與機(jī)床夾具[M]. 北京: 機(jī)械工業(yè)出版社,2010.

[3] 李邵華. 數(shù)控機(jī)床與工裝夾具設(shè)計(jì)[M]. 杭州：浙江科學(xué)技術(shù)出版社,2009.

[4] 嚴(yán)紅. 組合定位時(shí)自由度判定的研究與應(yīng)用[J] . 湖南工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào)，2012，8(4)：36-37.

收稿日期：2014-05-06

中圖分類號(hào)：TH703.65

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B

文章編號(hào)：1671-5276(2015)04-0067-02

作者簡(jiǎn)介：趙軻(1978-)，女，山西興縣人，講師，碩士，研究方向：機(jī)電液一體化產(chǎn)品設(shè)計(jì)。

基金項(xiàng)目：茂名市科技計(jì)劃項(xiàng)目資助 (2011B01008)