姜自莲，刘 平，杨 琳

（1.成都工业学院，四川 成都 610071；2.四川华川工业有限公司，四川 成都 610106）

短定位销高度的一种有效计算方法

姜自莲1，刘 平1，杨 琳2

（1.成都工业学院，四川 成都 610071；2.四川华川工业有限公司，四川 成都 610106）

通过对圆柱销定位原理的讨论，分析出工件定位孔/定位销欠配合中短定位销定位需要满足的条件，在此基础上，提出欠配合时短定位销定位高度的一种有效计算方法。结合工程实例，详尽演示该方法的应用，初步试用表明其有效性，能解决长定位销与短定位销分界的量化问题。

定位销；定位高度；计算方法

0 引 言

在机械加工中，机床夹具让工件相对机床、刀具保持确定的位置，实现工件的正确安装，保证加工精度，降低工人劳动强度、提高生产效率[1]。根据夹具设计理论，要定位工件，须限制工件的自由度，这通常由定位元件来完成，因此定位元件是构成机床夹具最基本的重要构件[2-3]。在实际生产加工中，工件经常以孔作为定位基准面并利用圆柱定位销（简称定位销）来定位，因此定位销就成了一种最常用的定位元件。定位销一般分为长定位销和短定位销两类，一个长定位销限制工件4个自由度，一个短定位销限制工件2个自由度。但长定位销、短定位销的分界标准至今没有量化，一直是一个模糊的概念，并困扰着人们[4]。随着现代工业对机械加工精度要求的不断提高，对工件的夹具定位精度要求也越来越高，因而对定位销实际限制工件自由度分析的准确度的要求日益提高[5]。为使定位销定位高度的计算由模糊变为准确，针对欠配合(通常也称为间隙配合)的定位孔/定位销，提出一种有效计算短定位销高度的方法，并通过实例演示了该方法的应用。

1 短定位销定位分析

图1 定位锁定位原理

如图1所示，在工件定位孔与定位销为欠配合的前提条件下，若定位销与工件的定位高度H足够大时，定位销将限制工件沿X、Y轴的移动（用表示）和绕X、Y轴的转动（用表示）共4个自由度，即为长定位销；反之，定位销不能限制工件的两个转动自由度而仅限制其两个移动自由度，即为短定位销。工件与圆柱销的配合一般采用标准公差配合（如H7/g6和H8/g6等），定位销的直径及其公差可根据所采用的配合标准来确定[2]。但是，作为区分长、短定位销关键参数的定位高度H，目前既无标准可查，也无方法可寻。为此，本文将分析短定位销的定位情况[6-7]。

图2为最小直径Dmin的定位孔在最大直径dmax的定位销上定位后形成最小配合间隙Xmin时工件的配合情况。因它们为欠配合，故Xmin＞0。假设此时工件定位孔在定位销上产生的最大转角（轴线OO与OO″之间的夹角）为Δθ0，用Δαmax表示工件定位孔垂直度公差造成的定位孔轴线的最大转角误差 （轴线OO与OO″之间的夹角）。Δθ0因配合间隙Xmin产生，而Xmin由采用的配合标准确定，采用的配合标准则意味着工件定位孔/定位销配合其定位符合设计或使用要求。故Xmin＞0时，Δθ0可认为是工件允许的最大转角。如图2所示，工件定位转角产生的决定性因素为工件定位孔的垂直度误差。若工件定位孔的垂直度在其公差范围内，则工件的定位转角小于或等于Δαmax。因此，当Δθ0≥Δαmax时，若工件合格，即使定位销不限制工件两个转动自由度，让工件自由地绕X与Y轴转动，其转动幅度仍然不超过其允许最大转角Δθ0。此时，定位销仅限制了工件两个移动自由度，满足上述短定位销条件。由此可见，短定位销成立的条件为

由图2可得：

图2 短定位销成立的条件

式中，Xmin、H的单位一致。设δ、L分别为工件定位孔的垂直度公差值和高度，二者单位一致，则有：

式中H0为短定位销的临界高度。当H≤H0时，工件为短定位销定位；当H＞H0时，由上述分析知，定位销会限制工件两个转动自由度，即为长定位销定位。

由文献[3]知，定位销的高度还受限于定位机构，应高于其最小结构高度Hmin，故短定位销高度H应满足：

上述分析是在定位孔/定位销处于最小配合间隙Xmin时进行的。由图2知，配合间隙越大，允许的工件最大转角就越大，而只要工件的垂直度误差相同，Δαmax就不变，故越能满足式（1）所示的短定位销成立条件。所以，式（5）、式（7）所示的短定位销高度H确定方法仍适合于定位孔/定位销的其他间隙配合情况。

2 H的计算方法

根据以上分析结果，本文获得了一种有效的短定位销高度计算方法。

（1）判断定位孔/定位销之间否是为欠配合

由上述分析知，本文研究的为定位孔/定位销欠配合时的短定位销高度分析，所以首先应确定定位孔/定位销之间是否为欠配合。

根据工件的定位精度，选择合适的定位孔/定位销配合标准。根据该配合标准，计算出最小间隙Xmin。当Xmin不小于0时，为欠配合，继续进行之后的步骤，分析出短定位销高度。否则，因不满足上述分析条件而退出终止。

（2）确定Hmin

根据参考资料[1-3]和工件的定位孔或定位销公称直径，确定Hmin。

（3）计算Δαmax

根据工件定位孔的垂直度，按照式（4）计算出Δαmax。

（4）计算H0

应用式（5），计算出短定位销的临界定位高度H0。

若H0不满足式（7），则定位孔/定位销不能采用标准配合，要采取补偿措施。本文提供一种补偿方法。根据式（7）取H=H0=Hmin，将最小间隙由标准配合时的Xmin增大为定位时，一般不改变工件定位孔的尺寸，因此要获得就要将定位销的最大直径dmax减小为相应地，定位销应取h6或h7精度等级。

（5）确定H

根据式（7），确定短定位销定位高度H的范围。然后根据实际情况，确定H的具体大小。

3 实例分析

图3为如机床等工程应用场合常见的工件定位孔/定位销定位。由图3（a）知，工件以孔和底面1作为定位基准。它在图3（b）所示的短圆柱销3和平面2上定位，试确定短圆柱销3的定位长度H。

定位孔的公称直径为20 mm，查阅资料[3]可得Hmin=4mm。

由图3可得：tanΔαmax=0.1/30。

根据式（5）有H0=XmincotΔαmax=0.007×30/0.1=2.1mm。此时，H0＜Hmin，显然不满足式（7），需要进行修正计算。

图3 工件及其定位销

根据上述方法，取H=H0=Hmin=4mm，则有：

定位销的最大直径

4 结束语

在简述长、短定位销定位原理的基础上，对定位孔/定位销欠配合时的短定位销定位进行了比较详细、深入的研究，提出了短定位销定位需要满足的条件，进而分析出短定位销配合高度的量化，提炼出一种短定位销配合高度的计算方法，并列举了一个实例，详尽地演示了该方法。该方法已试用在数控线切割机床中的夹具上，结果表明了该方法的有效性与可靠性。

[1]王光斗，王春福.机床夹具设计手册[M].3版.上海：上海科技出版社，2000.

[2]方昆凡.公差与配合实用手册[M].北京：机械工业出版社，2006.

[3]吴拓.现代机床夹具设计[M].北京：化学工业出版社，2009.

[4]李红英.浅谈工件“过定位”的消除方法[J].装备制造技术，2009（3）：147-149.

[5]孟少农.机械加工工艺手册[M].北京：机械工业出版社，1991.

[6]苗忠.夹具定位原理新探[J].长春大学学报，2001（2）：5-6.

[7]明发秀.六点定位原理在加工尺寸调整中的应用[J].装备制造技术，2013（7）：191-193.

An effective calculating method of short location pin heights

JIANG Zi-lian1，LIU Ping1，YANG Lin2
（1.Chengdu Technological University，Chengdu 610071，China；2.Sichuan Huachuan Industries Co.，Ltd，Chengdu 610106，China）

The article aims to establish an effective calculating method of short location pin heights after discussing the locating principle of cylindrical pin and analyzing the conditions that short location pin must be met in order to successfully realize locating during the clearance fit of locating holes locating pin.Then，an engineering example is adopted to demonstrate the use of the method.The result shows that the method is effective，and it will help us to solve the quantification problem about the boundary between long pin and short pin.

location pin；location height；calculating method

TH16；TH131.6；TG111；TH706

：A

：1674-5124（2014）01-0025-03

10.11857/j.issn.1674-5124.2014.01.007

2013-02-06；

：2013-05-08

四川省科技厅科学研究基金项目（2009GZ0166）

姜自莲（1972-），女，四川广安市人，副教授，硕士，研究方向为材料加工。