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工装夹具设计中的定位分析摘要工装夹具设计中的定位分析是机械制造技术基础课程的关键内容，如何在教学过程中通俗直观的进行讲解，让学生从抽象到具象的理解定位方案是机械制造技术基础教学的难点。
本文从教学实践出发，理出了该部分内容的一种讲解方案。
关键词：夹具，定位，夹紧，自由度定位分析是工装夹具设计的首要工作。
夹具设计教学中，一般会强调，一定要将定位和夹紧区分开，定位是定位，夹紧是夹紧[1-3]。
定位与夹紧的主要区别在于，定位关注的是工件在夹具中如何放置，夹紧关注的是如何让工件固定在夹具中不跑动。
为了让学生清晰理解定位的概念，这里需要进一步强调：什么叫做工件在夹具中如何放置？所谓如何放置，实际是指，在机床刀具调整好，固定走刀路径的前提下，加工之前，将工件在机床各自由度方向上放置于一定位置。
不是“加工过程中”，而是“加工之前”的工件的摆放。
加工过程中出现的工件的跑动是“夹紧”的问题，不是“定位”的问题。
夹具理想的定位，直观上应该是，对一批工件，逐个随手往夹具里一扔，每个工件的位置和姿态是一致的。
“位置和姿态一致”是定位的追求，面向的是一批工件，“位置和姿态不动”是夹紧的追求，指的是单个工件。
图1 球形工件铣平面如图1所示，用立式普通铣床在一批球形工件上加工图示平面，最少需要限制几个自由度？首先需要明确，要加工的是一批工件，不是一个工件，要关注的是：一批工件，逐个放置到已经调好刀的机床上，工件所放位置对待加工尺寸的影响。
待加工尺寸是什么？如图1所示，该案例所指的待加工尺寸是L，需要保证尺寸L，即平面A相对于最低点的距离。
以球心为原点建立工件坐标系，在机床工作台面上建立机床坐标系，工件在机床上的位置和姿态，即转化为工件坐标系相对于机床坐标系的位置和姿态。
列出工件的六个自由度，如图1所示，即 , , , , ,，对六个自由度逐个分析。
对于，考虑当第个球形毛坯放置在机床坐标系的，第（n+1）个球形毛坯放置在的位置时，加工出的平面的定位尺寸会发生变化吗？很明显不会，但是可能会由于放置的位置超出设定的行程，出现“加工不到”的问题，“加工不到”对于定位尺寸的精度没有影响，所以可以不限制。
夹具设计定位基准的五大原则第二条原则就是重复性。
夹具设计就像是跟你讲究的朋友一样，得让人放心，反复使用的时候，每次的效果都得差不多，才能称得上好夹具。
想象一下，煎蛋的时候你每次都要摸索一遍，那可是费劲儿，真心不想。
来个好夹具，轻轻松松，每次都能煎出个美美的荷包蛋，绝对爽歪歪！再说第三条原则，位置准确性。
这点儿就像打篮球，你要是瞄不准，投篮肯定是砸篮框的。
夹具也是一样，得保证定位的准确度，才能确保加工出来的零件精确无误。
你想想，做工的时候要是千分之一的误差，嘿，那就得了，差不多就变成一场闹剧了。
所以，确保位置准确，才是王道啊！然后，咱们聊聊第四条原则，灵活性。
夹具得像变色龙一样，能适应不同的情况。
就拿我自己来说，有时候心情好，有时候又想懒洋洋地躺着，这夹具设计也是要跟上时代，得能处理不同形状、不同材料的零件。
毕竟，生活就像调味料，要百搭，才能做出好吃的饭菜，不是吗？最后一条，耐久性。
这点儿嘛，听起来简单，但真得用心。
你想想，如果夹具一会儿就坏，那可就麻烦大了。
就像你的老朋友，陪你经历了风风雨雨，当然得耐用，才能继续一起嗨。
所以，设计夹具的时候，得考虑到材料的选择，确保它们能经得起时间的考验，不至于轻易就罢工。
这五大原则，真心是夹具设计的基础。
就像咱们生活中所需的那些基本技能，得踏实做好。
能让你的工作顺顺利利，事半功倍。
无论你是新手还是老手，记住这些原则，设计夹具的时候一定能游刃有余。
再说了，生活就是个不断尝试和改进的过程，夹具设计也一样，只有不断实践，才能找到最适合的办法。
听起来是不是很简单？但实际操作起来，真得花点心思。
毕竟，技术的背后有无数个细节在支撑。
只要你多留意，慢慢深入，肯定能掌握这门艺术。
希望这五大原则能帮到你，让你在夹具设计的路上，越走越顺，成就非凡的自己！。
夹具定位工件以平面作为定位基准时常用的定位元件如下述：（一）主要支承主要支承用来限制工件自由度，起定位作用。
1 ．固定支承固定支承由支承钉和支承板两种型式，如图 3-41 所示，在使用过程中它们都是固定不动的。
当工件以粗糙不平的毛坯面定位时，采用球头支承钉图 3-41b ；齿纹头支承钉，如图 3 -41c ，用在工件侧面，以增大磨擦系数，防止工件滑动；当工件以加工过的平面定位时，可采用平头支承钉（如图 3 -41a ）或支承板。
图 3-41d 所示支承板结构简单，制造方便，但孔边切屑不易清除干净，故适用于侧面和顶面定位；图 3-41e 所示支承板便于清除切屑，适用于底面定位。
需要经常更换的支承钉应加衬套，如图 3-42 所示。
支承钉、支承板均已标准化，其公差配合、材料、热处理等可查国家标准《机床夹具零件及部件》。
一般支承钉与夹具体孔的配合可取 H7/n6 或H7/r6 。
如用衬套则支承钉与衬套内孔的配合可取H7/js6 。
当要求几个支承钉或支承板装配后等高时，可采用装配后一次磨削法，以保证它们的工作面在同一平面内。
工件以平面定位时，除了采用上面介绍的标准支承钉和支承板，也可根据工件定位平面的不同形状设计相应的支承板。
2 ．可调支承在工件定位过程中，支承钉的高度需调整时，应采用图 3-43 所示可调支承。
在图 3 -44a 中，工件为砂型铸件，先以 A 面定位铣 B 面，再以 B 面定位镗双孔。
铣 B 面时若用固定支承，由于定位基面 A 的尺寸和形状误差较大，铣完后的 B 面与两毛坯孔（ 3-44 中的点划线）的距离尺寸 H 1 、 H 2 变化也大，致使镗孔时余量很不均匀，甚至可能使余量不够。
因此图 3-44 中可采用可调支承，定位时适当调整支承钉的高度，便可避免出现上述情况。
对于中小型零件，一般每批调整一次，调整好后，用锁紧螺母拧紧固定，此时其作用与固定支承完全相同。
若工件较大且毛坯精度较低时，也可能每件都要调整。
件在夹具中的定位问题
4.1六点定位原理
工件在未定位时在空间直角坐标系中都具有六个自由度，工件定位的目的就是限制工件的自由度。
六点定位原理就是通过六个支撑点来分别限制工件的六个自由度，用这种方法就可以确定工件在空间的具体位置了。
4.2定位中需要注意的问题
（1）定位和加紧有区别。
机械加工指的是工件在加工时，在空间的不确定性。
这里要特别注意的是：定位和加紧是有区别的，加紧意味着工件被固定，其位置不可再改变，但它在空间的具体位置不一定是确定的。
定位是在夹具中获得了准确的位置。
（2）六点定位中“点”的含义.六点定位中的“点”是指限制工件的自由度而不是简单的机械接触点。
工件和工作台的接触点可能有许多而工件在空间的自由度个数则是有限的。
4.3工件的四种定位方式
（1）完全定位。
工件的自由程度被完全限制的定位方式成为完全定位。
（2）不完全定位。
按照具体的加工要求，对工件的部分自由度进行限制的定位方式成为不完全定位。
（3）欠定位。
在按照工序进行加工时，有些本应定位的自由度未被定位，这种定位方式称为欠定位。
（4）过定位。
与欠定位相反，在按照工序进行加工时，有些本不应定位的自由度被定位了，这种定位方式称为过定位。
夹具中的定位元素和基本运用常识一．夹具设计的定位元素1、定位销（LOCATE PIN）定位销是夹具设计的最基本元素,正常一个车身零件销孔的定位由一个圆形定位销和一个菱形定位销组成.定位销图例及一般性说明：Z 为定位销的工作表面，定位时工作表面起到定位做用，头部一般为锥型或圆弧型，主要是给工件定位孔以导向作用，定位销轴端处一般留有加工圆角，在对夹具进行设计定位工件时定位销的工作表面要超出工件3-5mm。
（从MODELLH 机械说明中定位销的有效长度为2.5S,S 为工件厚度）定位销按照使用形式又分为如下几种类型,下面分别予以阐述!1.1 固定销固定销,定位销的使用方式是固定的,一般夹具的设计如果有两个或两个以上的定位销时,一般有两个定位销是固定的,其余的定位销则为伸缩的或者是摆动的.固定销使用样例：样例1 样例2 样例3样例1 定位销3 个方向调整，定位销起定位和支撑的作用样例2 和3 定位销两个方向调整，定位销只起定位作用固定销销子的种类及与销座之间的配合要求：销座销座和定位销之间的配合为基孔制配合H7/g6。
标记处1 和3 之间是相互配合的，作用是防止定位销的转动。
标记处2 和4 之间销子安装后留出15mm 的距离安装螺母紧固。
1.2 伸缩销伸缩销,定位销的使用方式是伸缩的。
伸缩销在如下情况下使用。
第一，当一套夹具设计时需要有两个以上定位销定位时，为了焊接完毕后取件的方便，一般设计时最多只允许有两个定位销是固定的，（视项目情况而定,非绝对，有时规定有一个定位销是固定的，其它的为伸缩，有时规定所有的定位销都是伸缩的）而其它定位销是伸缩的。
图示为有6 个定位销的夹具，1 和4 可设计为固定的，而其它的设计成伸缩的.第二，定位销不是水平的，而是带有一定角度或者垂直与BASE 板，这时为了方便工人放件和取件，定位销也要设计成伸缩的。
（或者是摆动的）定位销与BASE 平行伸缩销使用样例样例1（SZK40）样例2 (SZK40) 样例3(SZKD63)样例4（滑轨机构）样例1 定位销3 个方向调整，定位销起定位和支撑的作用样例2 和3 定位销两个方向调整，定位销只起定位作用样例4 为使用滑轨伸缩的伸缩销单独设计这种定位销时一定要注意标记处的角度方向固定销、伸缩销设计注意事项：1. 当定位销起支撑作用时应考虑定位销支撑面与工件定位面之间的干涉关系，如果标准销子的销台面太大而与工件的定位面干涉，就要设计特殊的定位销以满足要求2. 当定位销不起支撑作用时，销台阶面应与工件之间的距离保持在5mm 左右，这样的设计不仅结构紧凑，而且当取件和放件时对销子径向的扭锯最小，定位销不容易折断。
白车身装配夹具的设计标准（尺寸可控性）I．目的使用焊装夹具的二大目的：1）决定钣金件的相对空间位置，2）提供钣金件在此空间位置上的刚度，以抵抗焊枪引起的位移和变形。
II．定位方式1．夹具上的主定位点是由NC定位块，销，托点，和夹紧块来实现的。
定位方式的首选是孔/销定位，其次是形面，如拐角，再其次是边。
2．圆孔/圆销控制四个方向，控制两个方向的是圆孔/菱销，（本公司现在的首选，也是日韩公司的首选。
）或者长孔/圆销，（欧美公司的首选）或者圆孔/双平面圆销（不常见）。
半圆孔/圆销控制三个方向。
III．主定位点的采用1．夹具设计必须严格按产品原设计的主定位点（参考系）来安排定位方式；2．如果实行有困难，必须和主定位点的原设计人员商量才能作改动；3．在延续的工序中，主定位点的采用必须按“一脉相承”的原则，以减少积累误差。
IV．焊接过程中的位移和变形1．虽然，使用焊装夹具的目的是定位和保持此定位。
在焊装过程中，即使在焊装夹具的夹持下，钣金件的位移和变形还是在所难免。
只是数量上是相对微小而已。
2．简单而言，位移和变形是由力和热引起的。
由于尺度管理追求的首要目的是产品的尺寸一致性而非产品精度，应该尽可能的使位移和变形变得一致，从而减少波动误差。
一项非常可取的做法是保持夹紧顺序和焊接顺序的严格一致。
V．定位销/块的要求精度1．NC定位块的位置精度为+0.10毫米，2．NC定位块的位置精度为+0.10毫米，3．NC定位块的位置精度为+0.10毫米，（1.2.3重复）4．定位销的位置精度为+0.10毫米，5．定位销的直径精度为+0.05毫米，（先要确定定位销的直径）6．定位销的圆度精度为+0.01毫米，7．定位销的直度不控制。
8．定位销有效长度要高出制件表面≥5mm（在不顶起外侧的制件（内外两层板）情况下）9．定位销的间距精度：±0.10毫米（对称定位销）10．单个零件的两个定位销的间距精度：±0.10毫米,11．型面可动时，不能与制件干涉（前进、后退及动作途中无干涉），按动作顺序进行。
在后退极限，距车身件端面要有大于15mm的后退间隙。
VI．定位销/块的工艺要求1．NC定位块和定位销有表面防锈处理和硬化处理。
（需要具体要求）2．NC定位块要有符合配合形面的曲面（定位型面与制件的接触面应大于80%）。
VII．定位销/块的尺寸控制能力要求1．定位销的尺寸和与其相配合的钣金件的孔要符合设计精度，（按公司标准XXXXX 执行，而在最差情况下，配合间隙不大于0.2毫米）。
（孔和销的公差和销的位置公差要进行推算，0.2mm很严格的）2．与定位销相配合的钣金件的孔通常具备符合要求的承受能力，孔的尺寸，钣金件的厚度，定位的方位，都是孔承受能力的决定因素。
由此来决定是否应该翻边。
3．定位销/块的刚度决定了在受力状态下保持位置精度的能力。
从定位销/块到基座的连接过长，关节过多都会弱化定位销/块的钢度。
4．整个夹具的刚度也会间接影响定位销/块的尺寸控制能力。
VIII．工件的放入1．所有的固定定位销必须方向一致，方向差超过15度的（15度太大，建议取消此内容），方向不一致应改为活动销。
2．工件的放入如果是由人来执行的，就必须按人机工程的角度来考虑。
通常放入之前会有提起和平移，此两项也必须要可行。
3．放入的首选是由上而下，其次是简单的水平方向的平移。
4．平移加拐弯或扭转都不是好的选择，但是还是可行的。
5．平移的方向应该和钣金件的表面成垂直，如果沿着钣金件的表面，就成了插入，插入不可取。
6．工件的放入的顺序要合理，应避免和其他件的干涉，尤其是多方面的干涉。
7．如果每个具体的动作（平移，拐弯或扭转）的时间可以量化，整个设计就可以优化。
IX．夹具的可夹性1．钣金件上的夹紧点（和测量点一样）要有和XYZ三主轴垂直的小平面，如果不可能设计，夹具就要有符合形面的曲面NC 块。
2．小冲压件的问题一是不容易夹，二是压紧点要和焊接面争空间。
因此，小冲压件上的压紧点要和焊接面尽量分开。
此外，力求推动设计工程师设定特殊形面，以利于来定位。
因为3-2-1的六点定位已经不可能，面定位成为好的选择。
X．夹具的重复性1．应用见证孔检验方法（WITNESS HOLE METHOD）2．应用重复性和重制造性的检验方法（R&R METHOD）XI．夹紧的顺序的优化1．夹紧顺序的设定决定了金属的流动方向，由此而来可能造成钣金表面的皱纹以及工件的位置变化。
因此，为了使钣金件的定位有最大的重复性和一致性夹紧顺序必须优化，2．为了使钣金件的定位有最大的重复性和一致性，应当考虑使用夹而不紧，由此来钝化夹紧顺序的敏感性。
XII．定位不足和过定位1．定位点的设定按3-2-1 原则。
定位不足会使定位没有唯一性，产品没有一致性。
2．钣金件可能有一个方向上刚度相对低一点，应该用过定位来补偿其刚度不足。
3．刚度大的方向要防止过定位。
XIII．夹紧点的密度1．运用过定位来补偿工件刚度不足时，夹紧点的密度应是在空间和刚度之间的平衡，密度高了，刚性提高了，然而，焊枪的活动空间小了。
反之亦然。
2．试制夹具的夹紧点的密度可以适当的高一点。
因为试制时时间不受节拍的限制，可以打开夹紧点来打点。
3．夹紧点可能互相干涉，当夹紧点的密度相对高，冲压件的刚度相对强，以及冲压件的误差相对大时尤其可能发生。
XIV．夹紧点的相互干涉1．夹紧点可能互相干涉；2．当夹紧点的密度相对高，冲压件的刚度相对强，以及冲压件的误差相对大时尤其明显。
3．一旦干涉发生，尺寸控制就有了问题。
4．防止干涉的措施有改进冲压件的尺寸，减少压点，取消或放开非关键的点。
XV．夹紧与夹而不紧力1．为了使夹具的重复性提高，夹具必须让钣金件在夹持状态下仍旧能做一定量的流动。
2．为了使钣金件能流动，大多数的夹持点应该设计为夹而不紧，即留有0.2毫米的缝隙。
当夹而不紧时，夹块将力施加于NC定位块上，而不是钣金件上。
（此处在操作上可能存在困难，还包括夹紧力的选择）3．设计工程师必须明白，在夹紧过程中，钣金件也会有位移，如果夹紧是分批进行，只有最后夹紧可以设计成完全紧固，否则位钣金件位置的一致性就不会是最优的。
4．设计工程师还必须明白，在焊接过程中，钣金件也会有位移。
只有让钣金件流动，才能有利于实现一致性，关键是力求让流动有一致性。
XVI．夹紧力1．与夹紧点的密度相同，夹紧力的强弱应该和钣金件的刚度有关。
钣金件的刚度要求则应该和焊枪可能造成的干扰有关，干扰小，所需要的夹紧力就可以相对弱一些。
（建议夹紧力应该与材料和料厚有关）2．手工焊接，干扰大，夹紧力应该相对大些。
XVII．焊枪可接近性1．焊枪对于焊点的可接近性，已经由同步工程核对过了。
应采用的特殊焊枪也已经确定。
2．焊枪和夹具的关系是干扰问题。
其原则是被焊点要有必要的刚度，如果焊点是决定钣金件位置的话。
XVIII．用来脱离夹具的托架设计1．每个定位销都要有至少一个托点，其与销的距离不能超过100毫米，钣金件相对柔软的部位要额外加点。
2．托面和被托表面形状要相配，托起应同步，使托面与被托表面相同时接触。
其差异不能造成超过15度的偏转（此处应要求与主销轴线方向一致，有偏转将会对定位销精度产生影响）。
XIX．减少焊枪与夹具的干涉1．夹具上焊枪与夹具的干涉是常见的。
2．干涉如果不能在三度空间里解决，就力求在四度空间里解决。
XX．减少工件之间的干涉1．夹具的设计要考虑工件之间的干涉，2．工件放入的方向最好和干涉垂直，3．XXI．减少干涉XXII．焊接顺序的优化1．为了防止出现表面波纹，就必须使钣金件向一个或双向流动，焊点的顺序是依次。
2．对于钣金件的误差，可以采用两种截然不同的方式，一是使误差流向最不敏感的区域，焊点的顺序是还是依次。
二是将误差控制在一定的范围内，通常的焊接顺序就是跳跃式的。
（此处建议固定一种方式，或对不同区域的焊件作不同的要求，如果是夹而不紧，焊接顺序对合件精度的影响就很大，人工操作因人而异的现象就很明显，焊接顺序很重要；如果零件都夹死，焊接顺序对对合件精度的影响就会弱化）3．焊接顺序在设计阶段就由同步工程来决定，夹具设计时优化。
XXIII．夹具控制相对精度的方式1．可以打破惯例，设计一些“无根”（即和夹具基座没有硬性连接）的装置来控制钣金件上的一些相对尺寸要求。
那一类装置可以由链条和夹具相连，而没有和夹具的精确的位置关系。
2．3．XXIV．定位点的选择1．夹具定位销/块的设计必须按照主定位点（参考系）来确定，随意变换会带入误差；2．在冲压件到分总成到总成要严格遵守主定位点（参考系）传递来执行，以减短误差链；3．两主定位孔之间的距离不能过于靠近，以避免定位误差的放大；4．XXV．定位销/块带来的局部的永久性变形1．定位销/块可能对钣金件带来变形。
最为常见的是孔被压拉变大和压块在钣金件表面留下压痕。
2．造成钣金件变形的原因是多种多样的，可能是焊接力过大？？，干涉，孔太小，孔位不对，等等；3．处理的方法也是多种多样，可以是加大孔径，该翻边孔，改进夹具精度，去处干涉，调整焊枪和操作方式。
XXVI．压紧装置带来的局部的永久性变形1．当钣金件和夹具不符合时，压紧装置可能会造成钣金件的局部变形；2．有时工程师和夹具调整工会利用夹具来纠正不正确的钣金件，但这会带来应力和反弹，以及尺寸的误差；XXVII．压紧方向的优化1．压紧装置和被压件的表面有个进入角，最佳的应该是垂直；2．当压块同时压两个面时，最佳的进入角应该是两个面形成的夹角的中线（此处应该根据控制面要求的关键程度以某一个面为主，兼顾另一个面，如果以夹角的中线的方式，在实现上存在困难）。
3．XXVIII．XXVVVVBBBB另外要要求：1．夹具底板需刻出间距为200mm的坐标线，并有1~3个基准点。
2．夹具L板、支承座、BASE板的材料、厚度、加工方式、精度、防锈方式作要求3．夹具焊接作业工作面距地面高度为750mm—850m。
4．定位销、定位面要具备独立的、三个方向的可调整性，调整垫片规格按精度要求制定。
5．夹具工作气压应与使用方现场气压（4.5个标准大气压）相一致。
还有等等，最好与夹具的技术协议相通，保持一致。
