定位误差计算.docx

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1、定位误差计算3.2.3 定位误差的分析与计算 在成批大量生产中，广泛使用专用夹具对工件进行装夹加工。加工工艺规程设计的工序图则是设计专用夹具的主要依据。由于在夹具设计、制造、使用中都不可能做到完美精确，故当使用夹具装夹加工一批工件时，不可避免地会使工序的加工精度参数产生误差，定位误差就是这项误差中的一部分。判断夹具的定位方案是否合理可行，夹具设计质量是否满足工序的加工要求，是计算定位误差的目的所在。 1.用夹具装夹加工时的工艺基准 用夹具装夹加工时涉及的基准可分为设计基准和工艺基准两大类。设计基准是指在设计图上确定几何要素的位置所依据的基准；工艺基准是指在工艺过程中所采用的基准。与夹具定位误差

2、计算有关的工艺基准有以下三种： 工序基准 在工序图上用来确定加工表面的位置所依据的基准。工序基准可简单地理解为工序图上的设计基准。分析计算定位误差时所提到的设计基准，是指零件图上的设计基准或工序图上的工序基准。 定位基准 在加工过程中使工件占据正确加工位置所依据的基准，即为工件与夹具定位元件定位工作面接触或配合的表面。为提高工件的加工精度，应尽量选设计基准作定位基准。 对刀基准 由夹具定位元件的定位工作面体现的，用于调整加工刀具位置所依据的基准。必须指出，对刀基准与上述两工艺基准的本质是不同，它不是工件上的要素，它是夹具定位元件的定位工作面体现出来的要素。如果夹具定位元件是支承板，对刀基准就是

3、该支承板的支承工作面。在图3.3中，刀具的高度尺寸由对导块2的工作面来调整，而对刀块2工作面的位置尺寸7.850.02是相对夹具体4的上工作面来确定的。夹具体4的上工作面是对刀基准，它确定了刀具在高度方向的位置，使刀具加工出来的槽底位置符合设计的要求。图3.3中，槽子两侧面对称度的设计基准是工件上大孔的轴线，对刀基准则为夹具上定位圆柱销的轴线。再如图3.21所示，轴套件以内孔定位，在其上加工一直径为d的孔，要求保证d轴线到左端面的尺寸L1及a) 孔中心线对内孔轴线的对称度要求。尺寸L1的设计基准是工件左端面A，对刀基准是定位心轴的台阶面A；d轴线对内孔轴线的对称度的设计基准是内孔轴线，对刀基准

4、是夹具定位心轴2的轴线OO。 2.定位误差的概念 用夹具装夹加工一批工件时，由于定位不准确引起该批工件某加工精度参数的加工误差，称为该加工精度参数的定位误差。定位误差以其最大误差范围来计算，其值为设计基准在加工精度参数方向上的最大变动量，用Ddw表示。 b图3.21 钻模加工时的基准分析 3.定位误差产生的原因及其计算 先以图3.22为例，分析定位误差产生的原因。图3.22是以心轴定位在轴套件的外圆柱面上加工槽子的具体定位方案。槽底尺寸h的设计基准是外圆的母线A，定位对刀基准 基准是内孔的轴线O，对刀基准是夹具定位心轴的轴线O，而一批工件外圆直径、内孔直径及夹具定位心轴直径都在其公差范围内变化

5、，故对一批工件来说，必然会存在定位不准确的问题，必将引起一批工件加工精度参数的变化，即定位误差。图3.22的定位方案，当以图3.22 铣槽工序定位误差分析 内孔定位加工槽子时，工件外圆尺寸的在变化会引起加工精度参数槽底尺寸h的变化，这是因为设计基准于定位基准不重合引起的。当工件内孔与定位心轴配合定位时，由于其配合间隙的存在会使内孔轴线对心轴轴线的位置在圆周360方向发生变化。加工刀具的位置由心轴轴线确定，对一批工件而言，必将引起内孔轴线到槽底尺寸的变化，进而引起槽底尺寸h的变化，这是因为定位基准相对对刀基准存在位置变动造成的。可见，定位误差产生的原因有两个，即定位基准与设计基准的不重合和定位基

6、准相对对刀基准的位置变动。 1）基准不重合误差 定位基准与设计基准不重合产生的定位误差称基准不重合误差，用Djb表示。从对图3.22的分析不难看出，基准不重合误差Djb与设计基准相对于定位基准的最大变动量DB密切相关。 当DB与加工精度参数的方向相同时，Djb=DB；当DB与加工精度参数的方向不同时，应根据实际定位方案所决定的几何关系按一定的函数关系进行计算，以确定DB产生的定位误差的值，故有Djb=f1(DB)。将以上两种情况概括起来，基准不重合误差的计算应为Djb=f1(DB)，其中函数f1的具体形式根据具体的定位方案分析确定。 2）基准位置误差 定位基准相对对刀基准的位置移动产生的定位误

7、差称为基准位置误差，用Djw表示。同理，从对图3.22的分析不难看出，基准位置误差Djw与定位基准相对对刀基准的最大位置移动量DE密切相关。 当DE与加工精度参数的方向相同时，Djw=DE；当DE与加工精度参数的方向不同时，应根据实际定位方案所决定的几何关系按一定的函数关系进行计算，以确定DE产生的定位误差的值，故有Djw=f2(DE)。将以上两种情况概括起来，基准位置误差的计算应为Djw=f2(DE)，其中函数f2的具体形式根据具体的定位方案分析确定。 因为定位误差是对一批工件而言，是以其最大误差范围来计算的，故在上述Djb和Djw计算的分析中，考虑的是设计基准相对于定位基准的最大变动量DB

8、和定位基准相对对刀基准的最大位置移动量DE。 3）定位误差的计算 由上述定位误差产生的原因及两类定位误差的计算，可以得出定位误差Ddw的计算公式如下： Ddw=DjbDjw=f1(DB)f2(DE) 式中 Ddw定位误差； Djb基准不重合误差； Djw基准位置误差； DB设计基准相对定位基准的最大变动量； DE定位基准相对对刀基准的最大位置移动量； f1、f2求解DB、DE在加工精度参数方向上产生的定位误差的函数，其具体形式根据具体的定位方案来分析确定。 在式3-3中，当Djb和Djw由两个互不相关的变量引起时，用“+”；当Djb和Djw是同一变量引起时，要判断两者对Ddw的影响是否同向，方

9、向相同时用“+”，方向相反时用“”。 4.分析计算定位误差时应注意的问题 定位误差是指工件某工序中某加工精度参数的定位误差。它是该加工精度参数的加工误差的一部分。 某工序的定位方案对本工序的多个不同加工精度参数产生不同的定位误差，应分别逐一计算。 分析计算定位误差的前提是用夹具装夹加工一批工件，用调整法保证加工要求。 计算出的定位误差数值是指加工一批工件时某加工精度参数可能产生的最大误差范围。它是个界限范围，而不是某一个工件定位误差的具体值。 一批工件的设计基准相对定位基准、定为基准相对对刀基准产生最大位置变动量DB、DE是产生定位误差的原因，而不一定就是定位误差的数值。 3.2.4 工件在夹

10、具中加工精度的分析与定位方案的确定 任何一种机械产品，在加工的工艺过程中都不可避免地存在着加工误差，即加工几何参数的实际值与其理想值之间存在偏差。这种偏差越大，加工误差就越大，实际参数的精度就越低。所谓合格零件，是指加工误差不超出设计给定的公差值的零件。产生加工误差的原因是多方面的，其中一部分就来源于夹具。在夹具设计时，分析产生加工误差的原因，并把加工误差控制在允许的范围之内，对于提高夹具设计质量，保证工件加工质量具有重要意义。 1.工序精度参数的加工误差 所谓工序加工精度参数，是指在工序图上标注出的、通过本工序的加工来保证精度的参数，如位置尺寸、垂直度、同轴度、平行度等。机械加工过程中，夹具

11、的主要功能是保证零件上要素间的位置精度。用夹具装夹加工一批零件时，工序加工精度参数的加工误差由两部分组成，其一是于夹具的设计、制造、使用等有关的加工误差，简称夹具误差；其二是于工艺系统中除夹具之外的其它组成部分有关的加工误差，简称其它误差。 1）夹具误差 由于使用夹具进行装夹加工而引起的工序加工精度参数的加工误差称夹具误差。它主要包括以下三项： 定位误差 工件在夹具上定位不准确而引起的加工误差，用Ddw表示。 夹具位置误差 夹具在机床上的位置不准确而引起的加工误差，用Djj表示。 刀位误差 刀具相对于夹具的位置不准确引起的加工误差，或刀具与引导元件、对刀元件之间配合间隙引起的导向或对刀误差，用

12、Ddj表示。 夹具的设计、制造、夹具在机床上的装夹、夹紧时夹具变形、夹具的磨损等因素引起的工序加工精度参数的加工误差，是上述三项误差的组成部分，这些误差的存在，最终引起刀具相对于工件位置的不准确而产生加工误差。 2）其它误差 工艺系统中除夹具以外的其它组成部分引起的加工误差，用Dqt表示。产生这项误差的原因有机床、刀具、工件的几何误差、受力变形、热变形、磨损以及各种随机因素引起的加工误差。 2.工序加工精度参数公差的分配与定位方案的确定 1） 工序加工精度参数公差的分配 为了保证工件的加工精度，使其成为合格的产品，上述的各项加工误差之和应不超出工序加工精度参数设计时给定的公差值，即 Ddw+D

13、jj+Ddj+DqtT 在生产实际中，一般将工序加工精度参数设计给定的公差值T分成三份，定位误差Ddw占一份，夹具位置误差Djj和刀位误差Ddj和起来占一份，其它误差Dqt占一份。这样的分配并非完全合理，仅作为公差分配的初步方案，应用时还应根据具体情况进行调整。因为不是在所有的夹具中，几种加工误差都同时存在，例如钻床夹具无夹具位置误差Djj、定位误差等于零的情况等。即使几种加工误差都同时存在，也可按具体情况作适当调整。在夹具设计中，夹具总图上标注的于上述误差对应的位置精度都是通过求解式3-4而给出的。下面对图3.23所示定位方案进行分析，以说明工序加工精度参数公差值的分配方法。 图3.23中，

14、圆柱形工件在V形块上定位，在立式钻床上用钻模钻孔。设计给定加工孔的轴线对圆柱轴线的对称度公差为0.1mm。由于V形块具有良好的对中性能，1 d 故该方案对称度的定位误差Ddw=0；钻模在钻床上的位2 置是由钻套来找正，然后再固定的，所以夹具位置误差Djj=0。根据式3-4有 Ddj+DqtT=0.1 3 将公差做平均分配，取Ddj=0.05，Dqt=0.05 为了保证导向误差控制在0.05mm以内，考虑随机因图3.23 用夹具装夹的精度分析素的影响，夹具设计时可取对称度公差为0.03mm。所以，1钻模板 2工件 3V形块 在夹具设计总图中的技术要求注明“钻套轴线应通过V形块标准试棒的轴线，其对

15、称度误差不超出0.03mm。” 2） 定位方案的确定 由定位误差的组成可知，只要合理选择定位基准，合理选择定位元件并进行合理的组合与布置，就可以大大减小定位误差甚至使定位误差为零，这就是所谓的定位方案的设计问题。往往一道工序的定位方案有多个，需要择优选用。定位方案是否能满足工序的加工要求，一般的判断准则是看定位误差是否超出工序加工精度参数设计公差的三分之一。即判断定位方案是否可行的依据是 1DdwT 3式中 Ddw定位误差； T工序加工精度参数的公差值。 在多个可行的定位方案中，应考虑夹具结构繁简、制造的难易、操作的方便与否等诸多因素综合择优选用。 3.2.5 定位误差分析计算综合实例 定位误

16、差的分析与计算，在夹具设计中占有重要的地位，定位误差的大小是定位方案能否确定的重要依据。为了掌握定位误差计算的相关知识，本小节将给出一些计算实例，抛砖引玉，以使学习者获得触类旁通、融会贯通的学习效果。 例3-2 在图3.3中，零件图上标注出槽子中心平面对工件两孔轴线所决定的对称中心平面的夹角要求为4530，试计算工件以图示定位方案定位时槽子角度的定位误差并判断定位方案的合理性。 解：工件以一面两孔定位，实际上d D 2 D 1 是以一个平面和由两孔轴线组成的另一平面来组合定位，d1 此例属组合定位的定位误差分析。经分 O1 析知Djb=0，Ddw=Djw。 O2 O1 C 又从图3.3中知 O

17、 2+0.1D1=42.60，L=57L 图3.24 一面两孔定位的定位误差计算 0.009+0.1d1=42.6-，-0.025，D2=15.300.016d2=15.3-0.034，Ta=30 做出一批工件定位时产生最大角度误差的状态如图3.24所示，图中工件上的两定位孔轴线用O1和O2表示，夹具上的两销轴线分别用O1和O2表示，C点为过O2点做的两销连心线平行线与孔1直径线的交点，则 =D2max/2 O1O2O2C=L O1O1=D1max/2 O1C=O2O2C=a 于是有 tga=O1CD1max+D2max=，定位误差是指误差的最大变化范围，考虑另一个L2L产生最大角度误差的极限

18、位置，则有 Ddw=Djw=arctg又D1max+D2max0.1+0.025+0.1+0.034=arctg8 2L257810.27Ta，故对槽子的中心平面的角度这一参数来说，定位方案是合理的。 303例3-3 如图3.25所示，工件以底面定位加工孔内键槽，求尺寸h的定位误差？ 解：基准不重合误差求Djb 设计基准为孔的下母线，定位基准为底平面，影响两者的因素有尺寸h和h1，故Djb由两部分组成： D半径的变化产生DD 21 2 3 O 2 C O O / 2 尺寸h1变化产生2Th1，所以 Djb=DD+2Th12图3.25 内键槽槽底尺寸定位误差计算 A B 基准位置误差Djw 定位

19、基准为工件底平面，对刀基准为与定位基准接触的支承板的工作表面，不记形状误差，则有 图3.26 V形块定位外圆时基准位置误差Djw的计算 1最大直径 2平均直径 3最小直径 Djw=0 所以槽底尺寸h的定位误差为 Ddw=0DD+2Th1 2例3-4 有一批直径为fd-Td的工件如图3.27所示。外圆已加工合格，今用V形块定位铣宽度为b的槽。若要求保证槽底尺寸分别为L1、L2和L3。试分别分析计算这三种不同尺寸要求的定位误差。 解：首先计算V形块定位外圆时的基准位置误差Djw 在图3.26中，对刀基准是一批工件平均轴线所处的位置O点，设定位基准为外圆的轴线，加工精度参数的方向与O1O2相同，则基

20、准位置误差Djw为图中O1点到O2点的距离。在O1CO2中，CO2=分别计算图3.27三种情况的定位误差 图a）中L1尺寸的定位误差 dDjb=DB=0 Djw=DE=Td2sina2图3.27 V形块定位外圆时定位误差的计算 Ddw(L1)=Td2sina2图b）中L2尺寸的定位误差 Djb=DB=Djw=DE=Td2Td2sina2需要说明的是L2尺寸定位误差Ddw的合成问题。由于Djb和Djw中都含有Td，即外圆直径的变化同时引起Djb和Djw的变化，因而要判别二者合成时的符号。当外圆直径由大变小时，设计基准相对定位基准向上偏移，而当此圆放入V形块中定位时，因外圆直径的变小，定位基准相对

21、调刀基准是向下偏移的，二者变动方向相反。故设计基准相对对刀基准的位移是二者之差，即 Ddw(L2)=图c）中L3尺寸的定位误差 T(d)1 -1a2sin2与类似，只是当外圆直径由大变小时Djb和Djw的变动方向相同，故Djb和Djw合成时应该相加，即 L2 0fd-TL1 L3 DjwTda，CO1O2=，根据勾股定理求得 22Td=DE=O1O2= b 2sina2Djb=DB=Djw=DE=Td2Td2sina2 所以 Ddw(L3)T=d21+1 asin2+0.021例3-5 有一批如图3.28所示的工件，f50h6(-0.016)外圆，f30H7(0+0.0070)内孔和两端面均已

22、加工合格，并保证外圆对内孔的同轴度误差在T(e)=f0.015范围内。今按图示的定位方案，用f30g6(-0.020)心轴定位，在立式铣床上用顶尖顶住心轴铣12h9(-0.043)的槽子。除槽宽要求外，还应保证下列要求： 槽的轴向位置尺寸0L1=25h12(0-0.21)； 槽底位置尺寸H1=42h12(0-0.25) 槽子两侧面对f50外圆轴线的对称度公差T(c)=0.25。 试分析计算定位误差，判断定位方案的合理性。 解：槽的轴向位置尺寸L1的定位误差 定位基准与设计基准重合 Djb=DB=0 定位基准与对刀基准重合 Djw=DE=0 所以 Ddw=Djb+Djw=0 槽底位置尺寸H1的定

23、位误差 槽底的设计基准是外圆的下母线，定位基准是内孔的轴线，不重合 图3.28 心轴定位内孔铣键槽定位误差的计算 Djb=DB=Dd0.016+T(e)=+0.015=0.023 22定位基准是内孔的轴线，对刀基准是心轴的轴线，两者有位置变动量 Djw=DE=Dmax-dmin=0.021+0.020=0.041 所以槽底位置尺寸H1的定位误差为 Ddw=0.023+0.041=0.064 定位误差占尺寸公差的0.064=25.6%33.3%，能保证加工要求。 0.25槽子两侧面对外圆轴线的对称度的定位误差 设计基准是外圆轴线，定位基准是内孔轴线，两者不重合，有同轴度误差 Djb=DB=0.015 定位基准是内孔的轴线，对刀基准是心轴的轴线，两者有位置变动量 Djw=DE=Dmax-dmin=0.021+0.020=0.041 所以槽子两侧面对外圆轴线的对称度的定位误差为 Ddw=Djb+Djw=0.015+0.041=0.056 定位误差占加工公差的 0.056=22.4% ，能保证加工要求。 0.25 该定位方案能满足槽子加工的精度要求，定位方案是合理的。