機(jī)床夾具設(shè)計(jì)中的定位誤差計(jì)算探討

李海安 蔡英

摘?要：定位誤差分析是機(jī)床夾具設(shè)計(jì)階段的關(guān)鍵工序，可以確定機(jī)床工序基準(zhǔn)位置最大變動(dòng)量，避免基準(zhǔn)位移誤差超標(biāo)。本文分析了機(jī)床夾具設(shè)計(jì)階段定位誤差出現(xiàn)的原因，并對(duì)機(jī)床夾具設(shè)計(jì)中定位誤差計(jì)算進(jìn)行了探討。

關(guān)鍵詞：機(jī)床夾具設(shè)計(jì);定位誤差;平面;外圓;尺寸鏈;內(nèi)孔

機(jī)床夾具定位誤差計(jì)算主要是采用作圖的方法，找出工序基準(zhǔn)兩個(gè)極端位置，隨后計(jì)算工序基準(zhǔn)位置最大變動(dòng)量，并將其折算至工序尺寸中。全面的機(jī)床夾具定位誤差計(jì)算可明確基準(zhǔn)不重合誤差，但機(jī)床夾具設(shè)計(jì)模塊復(fù)雜程度較高，部分工序基準(zhǔn)位置變動(dòng)影響因素較復(fù)雜，因此，對(duì)基準(zhǔn)誤差引起的工序基準(zhǔn)變動(dòng)情況進(jìn)行適當(dāng)分析具有非常重要的意義。[1]

1 機(jī)床夾具設(shè)計(jì)中的定位誤差產(chǎn)生原因

定位誤差主要是由于機(jī)床夾具設(shè)計(jì)階段定位不準(zhǔn)導(dǎo)致的加工誤差，即在一批工件加工階段，通過(guò)持續(xù)誤差變動(dòng)引起的工序尺寸最大變動(dòng)量。主要定位誤差影響因素包括基準(zhǔn)不重合誤差、基準(zhǔn)位移誤差兩個(gè)模塊。基準(zhǔn)不重合誤差主要是指工件工序基準(zhǔn)、工件定位基準(zhǔn)無(wú)法重合，從而導(dǎo)致加工誤差。如一批工件中尺寸公差可促使其工序基準(zhǔn)在一定范圍內(nèi)變化，最終導(dǎo)致加工尺寸發(fā)生變化;基準(zhǔn)位移誤差主要是由于定位副制造不準(zhǔn)導(dǎo)致的定位基準(zhǔn)加工尺寸方向變化，最終致使各工件加工位置不一致。

2 機(jī)床夾具設(shè)計(jì)中的定位誤差計(jì)算方法

2.1 以平面為基準(zhǔn)的誤差定位計(jì)算方法

這種計(jì)算方法主要以支承釘或支承板為定位元件，在工件平面定位的基礎(chǔ)上，假定基準(zhǔn)位移誤差為0，隨后對(duì)表面不平度誤差進(jìn)行計(jì)算。如某工件頂面為工序基準(zhǔn)，底面為定位基準(zhǔn)，工序基準(zhǔn)與定位基準(zhǔn)不重合，若底面為加工表面，則其基準(zhǔn)位移誤差為0。據(jù)此，可判定工件基準(zhǔn)不重合誤差與工件基準(zhǔn)位移誤差相等。此時(shí)，工件基準(zhǔn)不重合誤差與定位基準(zhǔn)、工序基準(zhǔn)間存在一定聯(lián)系。通過(guò)對(duì)聯(lián)系尺寸的計(jì)算，可得出基準(zhǔn)不重合誤差數(shù)值。此外，若某工件頂面為工序基準(zhǔn)及定位基準(zhǔn)，工序基準(zhǔn)與定位基準(zhǔn)重合，則工件基準(zhǔn)不重合誤差與工件基準(zhǔn)位移誤差均為0。

2.2 以外圓為基準(zhǔn)的誤差定位計(jì)算方法

主要用于V型工具加工，包括工件外圓圓心定位、外圓上母線(xiàn)定位及外圓下母線(xiàn)定位三種模式。[2]首先，若將工件外圓中心作為定位基準(zhǔn)，外圓中心位于V型工件對(duì)稱(chēng)中心線(xiàn)某一點(diǎn)，以加工軸平面為基準(zhǔn)面，為保證V型工件加工尺寸，可設(shè)定基準(zhǔn)工件中心一定，則V型件定位基準(zhǔn)為外圓中心。此時(shí)V型工具基準(zhǔn)不重合誤差為0。在實(shí)際工具加工階段，為避免工具中心在V型工具對(duì)稱(chēng)中心線(xiàn)上偏移導(dǎo)致誤差，可利用三角函數(shù)對(duì)V型塊對(duì)稱(chēng)中心線(xiàn)變動(dòng)誤差進(jìn)行計(jì)算，定位誤差為工件外圓直徑公差與二倍的V型塊正弦?jiàn)A角的比。

其次，若以工件外圓上母線(xiàn)為設(shè)計(jì)基準(zhǔn)，則工件外圓軸心為定位基準(zhǔn)。此時(shí)定、副制造不準(zhǔn)確誤差為V型塊主要定位誤差。據(jù)此，可設(shè)定定位基準(zhǔn)、設(shè)計(jì)基準(zhǔn)聯(lián)系尺寸為外圓上母線(xiàn)尺寸的1/2。在基準(zhǔn)不重合誤差確定之后，可得出基準(zhǔn)位移誤差為工具外圓直徑公差與V型塊夾角正弦值的比。通過(guò)進(jìn)一步推論，可得出以外圓上母線(xiàn)為基準(zhǔn)的V型塊定位誤差為工件外圓直徑公差與V型塊夾角正弦值的比值。

最后，若以工件外圓下母線(xiàn)為設(shè)計(jì)基準(zhǔn)，則在同樣基準(zhǔn)不重合的前提下，工具不重合誤差與基準(zhǔn)位移誤差相等。此時(shí)定位誤差與以外圓上母線(xiàn)為定位基準(zhǔn)的變化方向相反，定位誤差為基準(zhǔn)位移誤差與基準(zhǔn)不重合誤差的差。

2.3 尺寸鏈誤差分析定位方法

尺寸鏈主要是在工具加工階段，由工具收尾不間斷相連組成的尺寸組合。尺寸鏈具有突出的制約性、封閉性。在實(shí)際誤差計(jì)算階段，可假定影響某一工序尺寸及夾具幾何量一定，則工序尺寸函數(shù)增量可采用全微分方式表示，即工序尺寸誤差為工件夾具有關(guān)幾何量誤差與幾何量誤差函數(shù)的乘積累加值。

2.4 以?xún)?nèi)孔為基準(zhǔn)的誤差定位計(jì)算方法

此方法主要以定位銷(xiāo)或軸作為定位元件。若以軸為定位元件，則定位基準(zhǔn)為軸中心，此時(shí)基準(zhǔn)不重合誤差為0，主要因素為定位副制造誤差。若工件圓孔與心軸上母線(xiàn)始終接觸，則垂直方向?yàn)槎ㄎ徽`差主要位置。此時(shí)在半徑方向上，心軸制造誤差為心軸外圓直徑公差的1/2，工具制造誤差為工具內(nèi)孔直徑公差的1/2，則定位誤差及基準(zhǔn)位移誤差均為心軸外圓直徑公差的1/2與工具內(nèi)孔直徑公差1/2之和。若存在最小間隙，則需加上最小間隙的1/2。若以定位銷(xiāo)為定位元件，則定位銷(xiāo)與工件雙邊均接觸，則工具可在水平、垂直方向雙邊移動(dòng)。此時(shí)，主要會(huì)有徑向定位誤差。據(jù)此，工具在水平方向雙邊徑向基準(zhǔn)位移誤差為心軸外圓直徑公差、工具內(nèi)孔直徑公差、最小間隙之和。[3]

3 機(jī)床夾具設(shè)計(jì)中定位誤差計(jì)算方法應(yīng)用

若某一工件在立式銑床上加工鍵槽，工件外圓為Φ38H6（±0.018），內(nèi)孔為Φ18H7（±0.022），采用心軸Φ18g7（±0.006）定位，工件外圓對(duì)內(nèi)控徑向移動(dòng)公差為0.18mm，鍵槽寬度及深度分別為12hg（±0.42）、34.65h10（±0.015），鍵槽對(duì)稱(chēng)度公差為0.18mm。已知工件加工深度尺寸34.65h10（±0.015），則基準(zhǔn)不重合誤差為工件外圓誤差的1/2，即0.0009mm，基準(zhǔn)位移誤差為工具內(nèi)孔直徑公差的1/2與心軸外圓直徑公差的1/2之和，即0.018/2+0.022/2=0.0119mm，工具加工深度誤差為0.015，最終得出基準(zhǔn)位移誤差小于工具加工深度的1/3，表明工具設(shè)計(jì)與標(biāo)準(zhǔn)要求相符。

4 結(jié)語(yǔ)

機(jī)床夾具設(shè)計(jì)中的定位誤差計(jì)算，首先要分析誤差因素，然后從定位基準(zhǔn)重合、位移變動(dòng)兩方面，采用平面定位、外圓定位、尺寸鏈誤差或內(nèi)孔定位的方法，確定工件定位誤差，再結(jié)合最小間隙配合量的合理估測(cè)，可保證定位誤差計(jì)算的準(zhǔn)確度。

參考文獻(xiàn)：

[1]韓變枝，王棟.叉架零件加工夾具定位誤差CAE分析[J].組合機(jī)床與自動(dòng)化加工技術(shù)，2018，（4）：50-53.

[2]滿(mǎn)娜.定位誤差分析與計(jì)算在機(jī)床夾具設(shè)計(jì)中的實(shí)踐[J].中小企業(yè)管理與科技，2017，（7）：185-186.

[3]聶慶瑋，郭典新，劉東方.臥式四孔高效加工組合機(jī)床夾具設(shè)計(jì)[J].農(nóng)業(yè)裝備技術(shù)，2017，（3）：36-38.