淺談重復(fù)定位出現(xiàn)的問題及其改進(jìn)

孔 建 蘭曉靜

（煙臺工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院，煙臺 264006）

0 引言

在我們的夾具設(shè)計及其教學(xué)工作中，經(jīng)常遇到工件在夾具中的重復(fù)定位問題，在早期的夾具教科書上也稱之為過度定位或者過定位。由于對重復(fù)定位概念的模糊理解，許多學(xué)生對重復(fù)定位產(chǎn)生了一些錯誤的認(rèn)識，另外，在相關(guān)的交流論文中，我們也接觸到許多作者對重復(fù)定位的曲解，在這里談一下我們對重復(fù)定位的理解及其合理應(yīng)用問題。

所謂重復(fù)定位是指，由于夾具為工件所提供的定位系統(tǒng)設(shè)計中，產(chǎn)生了重復(fù)限制工件同一個位置不定度（簡稱：不定度）的定位設(shè)計方案，使同一批工件在夾具中定位時，不同工件的同一個位置不定度可能會被夾具不同的定位元件所限制的情況。重復(fù)定位的概念是：具有重復(fù)限制工件不定度的定位。

在夾具的重復(fù)定位問題上，我們認(rèn)為有兩點(diǎn)需要首先明確，1）出現(xiàn)重復(fù)定位的根本原因，是由于夾具的定位設(shè)計本身出現(xiàn)了對同一個不定度的重復(fù)限制問題，而不是工件的定位表面的質(zhì)量問題，許多學(xué)生和技術(shù)人員認(rèn)為出現(xiàn)重復(fù)定位是由于工件的定位面質(zhì)量不穩(wěn)定所致，我們認(rèn)為這是對重復(fù)定位的錯誤理解。2）盡管重復(fù)定位的根源在于夾具定位設(shè)計有問題，但重復(fù)定位所造成的定位質(zhì)量不穩(wěn)定和裝夾困難等不利影響，可以通過提高工件定位表面的加工質(zhì)量來得到改善甚至合理利用。

1 重復(fù)定位出現(xiàn)的問題

1.1 重復(fù)定位的根源在夾具而不在工件

夾具為工件提供的定位系統(tǒng)是由各種定位要素（點(diǎn)、線、面）的組合而形成的，在各種卡盤、心軸、彈簧卡頭、頂尖和V形塊等定位元件的使用中，經(jīng)常會自覺不自覺地形成重復(fù)定位。例如圖1(a)所示的工件銑削鍵槽夾具中，夾具為工件提供了一個長的外圓柱表面和一個較大的垂直端面來作為工件定位時的空間位置依據(jù)，形成夾具的平面-長銷定位系統(tǒng)，該系統(tǒng)為工件提供了七個定位點(diǎn)，即七個定位約束條件：長圓柱銷提供了四點(diǎn)，左端大的平面提供了三個點(diǎn)，這是一個重復(fù)定位方案，不同工件的兩個轉(zhuǎn)動不定度會被長銷或者端面來分別限制，對同一批次的工件在該夾具上定位時，這兩個轉(zhuǎn)動不定度可能會被不同的定位元件所分別限制，該定位方案為重復(fù)定位。

圖1 工件銑削鍵槽夾具

上述定位方案存在重復(fù)定位的設(shè)置，而它對工件的實(shí)際定位影響還要看工件的具體情況來確定，如圖1(b)所示，如果某工件參加定位的內(nèi)孔表面直徑尺寸較小，則夾具的長銷對工件的位置約束發(fā)揮了四個定位點(diǎn)的實(shí)際效應(yīng)，工件的兩個轉(zhuǎn)動不定度將由夾具的長銷來限制；但如果某零件的內(nèi)孔尺寸較大，如圖1(c) 所示，工件的兩個轉(zhuǎn)動不定度就會轉(zhuǎn)化為由左側(cè)的大平面來限制，此時的長銷只限制了工件的兩個移動不定度，發(fā)揮了兩個定位點(diǎn)的實(shí)際作用。

這樣就造成了同一批工件在該夾具中裝夾定位時，對于同一個轉(zhuǎn)動不定度，有的工件可能由長銷來限制，而另一些工件也可能會由左側(cè)的端面來限制，由此形成了整批工件定位質(zhì)量和加工質(zhì)量的不穩(wěn)定。造成這一問題的原因是由于夾具所提供的定位依據(jù)的重復(fù)性所致，而不是工件的內(nèi)孔尺寸質(zhì)量，工件內(nèi)孔尺寸大小不一這是客觀存在的，不是問題的原因，它只是夾具重復(fù)定位設(shè)置碰到內(nèi)孔尺寸大小不一所造成的定位加工質(zhì)量后果。

1.2 重復(fù)定位的其他不利影響

一般來說，夾具的重復(fù)定位設(shè)計結(jié)構(gòu)除了會給工件的定位造成上述定位質(zhì)量不穩(wěn)定的不利情況外，還會帶來工件在夾具中的裝夾困難和夾緊過程中的不利變形問題。

圖2所示工件在上述夾具的平面-長銷定位系統(tǒng)中定位，由于其左端面的垂直度誤差的存在，而造成了工件在夾緊過程中，定位長銷的彎曲變形，影響了定位精度，如果長銷的直徑較大，其彎曲變形很小，往往會導(dǎo)致工件左端面壓不實(shí)，會嚴(yán)重影響夾緊效果。

圖3所示為箱類工件經(jīng)常采用的平面-雙銷定位，兩個短圓柱銷和一個大平面形成了夾具七個點(diǎn)的重復(fù)定位系統(tǒng)，這種定位方案經(jīng)常由于工件兩定位孔的孔距誤差較大而形成夾具定位銷與工件定位孔間的相互干涉，造成兩個定位銷的插入困難，其解決方法是采用剛性較差的銷邊銷來取代兩個圓柱銷中的一個，這樣就影響了夾具的剛度。

2 重復(fù)定位的改進(jìn)方法

2.1 整批工件定位質(zhì)量的解決方法

要解決整批工件定位質(zhì)量的穩(wěn)定性，要從夾具的設(shè)計本身尋找解決方法，針對平面—長銷重復(fù)定位，我們可以采取如圖4所示的幾種辦法來解決，可以將長銷改為短銷；也可以將左側(cè)大端面的三點(diǎn)約束改為小平面的一點(diǎn)約束；或者改成浮動端面定位結(jié)構(gòu)。

圖4 平面長銷定位的改進(jìn)

2.2 平面-雙銷定位的解決方法

把定位圓柱銷改為菱形銷,如圖5所示。短圓柱銷相當(dāng)于兩個點(diǎn)來限制兩個移動不定度，菱形銷相當(dāng)一個點(diǎn)來限制一個轉(zhuǎn)動不定度，這樣該定位方式屬于完全定位。這樣，在兩孔連心線方向上仍有減小第二個銷直徑的作用，而在垂直于連心線方向上，由于銷的直徑并沒有減小，因此工件的轉(zhuǎn)角誤差沒有增加，能保證加工精度。但要注意的是菱形銷橫截面長軸垂直于兩銷連心線。否則，不僅起不到菱形銷的作用，而且轉(zhuǎn)角誤差反而會增加。

圖5 平面雙銷定位的改進(jìn)

3 重復(fù)定位的應(yīng)用趨勢

夾具的重復(fù)定位結(jié)構(gòu)對工件的定位也有有利的一方面，在重復(fù)定位中，我們可以利用夾具的重復(fù)定位結(jié)構(gòu)與工件形成更為精密的配合關(guān)系，利用工件與夾具定位元件的微量彈性變形來有效地提高二者間的結(jié)合剛度，提高工件的承載能力，從而提高加工精度。重復(fù)定位可以有效地提高工件的安裝剛度，明顯提高夾具與工件間的接觸剛性，使工件在夾具中的安裝精度得到很大提高，有利于工件承受大的切削載荷。

由前面的分析我們發(fā)現(xiàn)，如果能夠有效地控制工件定位表面的加工精度，工件的安裝困難和夾緊變形是可以得到控制和改善的。嚴(yán)格控制套類零件兩端面的端面圓跳動誤差，可以有效解決心軸的夾緊彎曲變形和安全夾緊問題。箱體夾具的平面-雙銷定位中，之所以插銷困難，是由于夾具的兩圓柱銷的重復(fù)定位造成的，但如果我們對工件上的定位孔的孔距制造誤差加以有效控制，就可以改善插銷困難問題。

在現(xiàn)代機(jī)械制造中，已經(jīng)廣泛采用了數(shù)控加工技術(shù)，而目前一般數(shù)控機(jī)床的加工精度可以很輕松地達(dá)到1μ，我們前面提到的箱體定位孔如果在數(shù)控機(jī)床上進(jìn)行加工，其孔距誤差可以很輕松地滿足5μ—8μ的精度要求，這樣就不再存在后續(xù)工序的插銷困難問題，所以，現(xiàn)在我們已經(jīng)越來越多地看到夾具設(shè)計中，重復(fù)定位設(shè)計方案的應(yīng)用實(shí)例。只要工件的定位表面的加工精度能夠保證工件進(jìn)行順利的裝夾，現(xiàn)在的許多夾具都在盡可能地采用重復(fù)定位來提高工件的安裝剛性。

4 結(jié)論

重復(fù)定位具有兩重性，一般來說重復(fù)定位是有害的，應(yīng)盡量避免。但在一些情況下又是無害的，甚至是必須的。因此，只有我們的工件定位基準(zhǔn)面、夾具的定位元件精度都要求很高時，這種定位才允許，這樣重復(fù)定位對提高工件的剛性和穩(wěn)定性有一定的好處。

[1]胡建新.機(jī)床夾具[M].北京:中國勞動社會保障出版社,2001.

[2]李紅英.淺談工件“過定位”的消除方法[J].廣西:裝備制造技術(shù),2009.