關(guān)于典型工件加工定位誤差的計(jì)算結(jié)果比較

夏玉華

(馬鋼利民公司 安徽馬鞍山 243000)

關(guān)于典型工件加工定位誤差的計(jì)算結(jié)果比較

夏玉華

(馬鋼利民公司 安徽馬鞍山 243000)

對(duì)工件在夾具定位誤差的定義、原因；進(jìn)行解釋的基礎(chǔ)上，列舉典型計(jì)算方法進(jìn)行比較，得出誤差合成法優(yōu)于極限位置法。

定位誤差；比較：誤差合成法；極限位置法

機(jī)械加工精度是指零件加工后，其幾何參數(shù)與理想幾何參數(shù)的符合程度。加工誤差是指零件加工后實(shí)際幾何參數(shù)與理想幾何參數(shù)的偏差。顯然加工誤差越小，加工精度越高。影響機(jī)械加工精度的因素有：原始誤差、機(jī)床幾何誤差、工藝系統(tǒng)受力變形、工藝系統(tǒng)的熱變形。一般情況下，在精密加工中，形狀精度往往占主導(dǎo)地位，因?yàn)闆]有一定的形狀精度，也就談不上尺寸精度和位置精度。機(jī)械加工精度獲得方法：提高尺寸精度、提高形狀精度、提高位置精度。

1 產(chǎn)生定位誤差的原因

定位誤差△D一般由兩部分組成：①由于基準(zhǔn)不重合而造成的誤差，稱為基準(zhǔn)不重合誤差，用△B表示；②由于定位副本身制造精度不足而產(chǎn)生的誤差，從而引起定位基準(zhǔn)的位移，稱為基準(zhǔn)位移誤差，用△Y表示。當(dāng)定位誤差與加工精度滿足△D≤(1/3-1/5)T(T為工件的工序的尺寸公差或位置公差)時(shí)，一般認(rèn)為選定的定位方式可行。計(jì)算定位誤差的目的就是判斷定位精度，看定位方案能否保證加工要求，它是決定定位方案是否合理的重要依據(jù)。

2 典型定位方式的定位誤差的計(jì)算

機(jī)床夾具常常采用平面定位、內(nèi)圓表面定位、外圓柱面定位、一面兩銷定位等典型定位方式。因此，分析計(jì)算定位誤差，可以首先探討典型定位誤差的計(jì)算。

(1)工件以平面定位時(shí)的定位誤差(略)

(2)工件以內(nèi)圓表面定位時(shí)的定位誤差

工件以內(nèi)圓表面(圓孔)定位時(shí)的定位誤差的情況比較復(fù)雜。

例如，工件以圓孔在圓柱定位心軸上定位時(shí)(一般的，心軸軸向處于水平方向)，當(dāng)工件與一定位心軸為過盈配合時(shí)，定位副間無經(jīng)向間隙，即這時(shí)不存在配合間隙引起的定位誤差。

當(dāng)工件與定位心軸為間隙配合時(shí)，工件圓孔與定位心軸之間存在的配合間隙將會(huì)引起定位誤差。但是由于重力等因素影響，工件以圓孔在圓柱定位心軸上定位時(shí)可能出現(xiàn)工件圓孔與心軸始終固定單邊接觸的情況，故此時(shí)相當(dāng)于定位副間只存在單邊間隙。

同樣以內(nèi)圓表面定位，工件以圓孔用定位銷定位(一般的，定位銷軸向通常會(huì)處于垂直方向)時(shí)，如果工件與定位銷為間隙配合，則工件圓孔與定位銷之間存在配合間隙，定位圓孔與圓柱定位銷在任意母線上接觸都是可能的，工件圓孔與定位銷間的配合間隙影響不再等效為單邊間隙。

綜合考慮金屬切削加工過程中，切削力、加緊力、重力等多方面影響因素，考慮多種金屬切削加工的異同，以及現(xiàn)實(shí)工程問題中的不確定性，探討工件以圓孔用定位銷定位情況(通常為間隙配合)更具代表性。

(1)合成時(shí)，若工序基準(zhǔn)不在定位基面上(工序基準(zhǔn)與定位基面為兩個(gè)獨(dú)立的表面)，即無相關(guān)公共變量。

(2)若工序基準(zhǔn)在定位基面上，則有相關(guān)的公共變量。在定位基面尺寸變動(dòng)方向一定(由大變小或由小變大)的條件下，定位基準(zhǔn)或基準(zhǔn)位移誤差與基準(zhǔn)不重合誤差或工序基準(zhǔn)的變動(dòng)方向相一致時(shí)，取“十”號(hào)，變動(dòng)方向相反時(shí)，取“-”號(hào)。

3 介紹三例

圖1 凸輪工序圖及定位簡(jiǎn)圖

解：(1)定位基準(zhǔn)與工序基準(zhǔn)重合，△B=0。

(2)定位基準(zhǔn)相對(duì)限位基準(zhǔn)單方向移動(dòng)，定位基準(zhǔn)移動(dòng)方向與加工尺寸方向間的夾角30°±15′。根據(jù)公式△Y=δicosα和公式△Y=(δD+δd0)/2知：

δi=(δD+δd0)/2

△Y=δicosα= cosα(δD+δd0)/2

=cos30°×(0.033+0.021)/2=0.02 mm

(3)由于工序基準(zhǔn)(孔的軸線)不在定位基面內(nèi)孔圓柱面上，△B與△Y無相關(guān)公共變量，所以△D=△B+△Y=(0+0.02)=0.02 mm

解：(1)加工尺寸A1的定位誤差。

①工序基準(zhǔn)是圓柱軸線，定位基準(zhǔn)也是圓柱軸線，兩者重合，△B=0。

圖2 銑鍵槽簡(jiǎn)圖

圖3 工件在V形塊定位時(shí)的基準(zhǔn)位移

②定位基準(zhǔn)相對(duì)限位基準(zhǔn)有位移，由圖可知

δi與加工尺寸方向一致，故

(2)加工尺寸A2的定位誤差

①工序基準(zhǔn)是圓柱下的母線，定位基準(zhǔn)是圓柱軸線，兩者不重合，定位尺寸

③誤差的合成。工序基準(zhǔn)在定位基面上，當(dāng)定位基面直徑由大變小時(shí)，定位基準(zhǔn)朝下變動(dòng)；當(dāng)定位基面直徑有大變小、定位基準(zhǔn)位置不動(dòng)時(shí)，工序基準(zhǔn)也朝上變動(dòng)。兩者的變動(dòng)方向相反，取“-”號(hào)，故

(3)加工尺寸A3的定位誤差。

①定位基準(zhǔn)與工序基準(zhǔn)不重合

③誤差的合成。工序基準(zhǔn)在定位基面上，當(dāng)定位基面直徑由大變小時(shí)，定位基準(zhǔn)朝下變動(dòng)；當(dāng)定位基面直徑由大變小、定位基準(zhǔn)位置不動(dòng)時(shí)，工序基準(zhǔn)也朝下變動(dòng)。兩者的變動(dòng)方向相同，取“+”號(hào)，故

根據(jù)定位誤差的定義，還可用極限位置法，直接計(jì)算出一批工件的工序基準(zhǔn)在工序尺寸方向上的相對(duì)位置最大位移量，即加工尺寸的最大變動(dòng)范圍。具體計(jì)算時(shí)：畫出工件定位時(shí)工序基準(zhǔn)變動(dòng)的兩個(gè)極限位置；直接按幾何關(guān)系確定工序尺寸的最大變動(dòng)范圍。

保證上母線到加工平面的尺寸H1，即設(shè)計(jì)基準(zhǔn)為上母線(見圖(a))；

保證下母線到加工平面的尺寸H2，即設(shè)計(jì)基準(zhǔn)為下母線(見圖(b))；

圖4 在圓柱上銑平面

保證軸心線到加工平面的尺寸H3，即設(shè)計(jì)基準(zhǔn)為中心線(見圖(c))。

三種標(biāo)注的工件加工時(shí)均以外圓面為定位基準(zhǔn)，在V形塊上定位，若工件尺寸有大有小，則接觸點(diǎn)E、F的位置將會(huì)發(fā)生變化，所以，加工前以不變點(diǎn)。

A(V形塊兩工作表面的交點(diǎn))作為調(diào)整刀具位置尺寸C的依據(jù)。因此對(duì)于尺寸H1、H2、H3都會(huì)有因基準(zhǔn)不重要和定位基準(zhǔn)本身制造誤差而造成的定位誤差。

(1)尺寸H1的定位誤差：這是設(shè)計(jì)基準(zhǔn)的最大位置變動(dòng)量為B1B2，即定位誤差：

(2)尺寸H2的定位誤差：這是設(shè)計(jì)基準(zhǔn)的最大位置變動(dòng)量為C1C2，即定位誤差：

通過計(jì)算分析，可以得到下述結(jié)論：

定位誤差隨工件誤差的增大而增大，定位誤差與夾角有關(guān)，隨夾角增大而減小。隨著鋼鐵產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，在實(shí)際操作中通常采用誤差合成法，因其比較直觀、簡(jiǎn)單，有助于理解定位誤差的產(chǎn)生。

前面所介紹有關(guān)定位的完成分析計(jì)算都應(yīng)該從被加工工件的實(shí)際出發(fā)，有的放矢地解決問題。在確定定位方案時(shí)，應(yīng)注意以下問題：

(1)要正確地限制必限的自由度。這要根據(jù)加工工序的要求，采用適當(dāng)?shù)亩ㄎ患硐拗啤?/p>

(2)要確保定位精度，使定位所產(chǎn)生的誤差小于工序相應(yīng)尺寸公差的1/3至1/5(因?yàn)檫€有其它誤差也會(huì)影響原始尺寸)。在提高定位精度時(shí)，還應(yīng)考慮制造條件和經(jīng)濟(jì)性。

(3)要使定位穩(wěn)定可靠，一般情況下應(yīng)避免過定位。

(4)盡量選用標(biāo)準(zhǔn)化原件。對(duì)于非標(biāo)準(zhǔn)的定位件要合理的選取材料和規(guī)定硬度、尺寸精度、表面粗糙度的要求，以保證良好的強(qiáng)度和剛度等。

4 結(jié)語

我們?cè)跈C(jī)床加工產(chǎn)品過程中，其目的意義就是為了最終的產(chǎn)品符合圖紙?jiān)O(shè)計(jì)的尺寸。從以上對(duì)工件在夾具定位誤差的定義、原因，以及列舉典型計(jì)算方法，已經(jīng)可以得出一個(gè)基本清晰脈絡(luò)，加工工件在制定方案時(shí)，工件加工應(yīng)滿足三個(gè)條件，即：選擇定位基準(zhǔn)、選擇定位元件、選擇定位方式。

[1] 劉烈元，劉兆祥.機(jī)械加工工藝基礎(chǔ)[M].北京：高等教育出版社，2005

[2] 邢鴻雁,陳榕林.機(jī)械制造難加工技術(shù)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社,2009

[3] 張芙麗，張國強(qiáng).機(jī)械制造裝備及其設(shè)計(jì)[M].北京：國防工業(yè)出版社,2011

Analysis and Calculation of the Positioning Errorin Workpiece Machining

XIA Yu-hua

This article introduces the reasons and the calculation methods of the positioning error in workpiece machining, and gives some typical examples.

Positioning error; reasons; methods

2013-10-02；改回日期：2013-11-10

夏玉華(1962-)，女，馬鋼利民公司，工程師。

TH161+.5

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1672-9994(2014)01-0016-04