關(guān)于典型工件加工定位誤差的計算結(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算結(jié)果比較

夏玉華

(馬鋼利民公司 安徽馬鞍山 243000)

對工件在夾具定位誤差的定義、原因；進行解釋的基礎(chǔ)上，列舉典型計算方法進行比較，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。影響機械加工精度的因素有：原始誤差、機床幾何誤差、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地位，因為沒有一定的形狀精度，也就談不上尺寸精度和位置精度。機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由于基準不重合而造成的誤差，稱為基準不重合誤差，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，從而引起定位基準的位移，稱為基準位移誤差，用△Y表示。當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，一般認為選定的定位方式可行。計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算

機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，分析計算定位誤差，可以首先探討典型定位誤差的計算。

(1)工件以平面定位時的定位誤差(略)

(2)工件以內(nèi)圓表面定位時的定位誤差

工件以內(nèi)圓表面(圓孔)定位時的定位誤差的情況比較復雜。

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

當工件與定位心軸為間隙配合時，工件圓孔與定位心軸之間存在的配合間隙將會引起定位誤差。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，故此時相當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，定位銷軸向通常會處于垂直方向)時，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，若工序基準不在定位基面上(工序基準與定位基面為兩個獨立的表面)，即無相關(guān)公共變量。

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

3 介紹三例

圖1 凸輪工序圖及定位簡圖

解：(1)定位基準與工序基準重合，△B=0。

(2)定位基準相對限位基準單方向移動，定位基準移動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(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工序基準是圓柱軸線，定位基準也是圓柱軸線，兩者重合，△B=0。

圖2 銑鍵槽簡圖

圖3 工件在V形塊定位時的基準位移

②定位基準相對限位基準有位移，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工序基準是圓柱下的母線，定位基準是圓柱軸線，兩者不重合，定位尺寸

③誤差的合成。工序基準在定位基面上，當定位基面直徑由大變小時，定位基準朝下變動；當定位基面直徑有大變小、定位基準位置不動時，工序基準也朝上變動。兩者的變動方向相反，取“-”號，故

(3)加工尺寸A3的定位誤差。

①定位基準與工序基準不重合

③誤差的合成。工序基準在定位基面上，當定位基面直徑由大變小時，定位基準朝下變動；當定位基面直徑由大變小、定位基準位置不動時，工序基準也朝下變動。兩者的變動方向相同，取“+”號，故

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

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

保證下母線到加工平面的尺寸H2，即設(shè)計基準為下母線(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)計基準為中心線(見圖(c))。

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

A(V形塊兩工作表面的交點)作為調(diào)整刀具位置尺寸C的依據(jù)。因此對于尺寸H1、H2、H3都會有因基準不重要和定位基準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)計基準的最大位置變動量為B1B2，即定位誤差：

(2)尺寸H2的定位誤差：這是設(shè)計基準的最大位置變動量為C1C2，即定位誤差：

通過計算分析，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，在實際操作中通常采用誤差合成法，因其比較直觀、簡單，有助于理解定位誤差的產(chǎn)生。

前面所介紹有關(guān)定位的完成分析計算都應(yīng)該從被加工工件的實際出發(fā)，有的放矢地解決問題。在確定定位方案時，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?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(因為還有其它誤差也會影響原始尺寸)。在提高定位精度時，還應(yīng)考慮制造條件和經(jīng)濟性。

(3)要使定位穩(wěn)定可靠，一般情況下應(yīng)避免過定位。

(4)盡量選用標準化原件。對于非標準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，以保證良好的強度和剛度等。

4 結(jié)語

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

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

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

[3] 張芙麗，張國強.機械制造裝備及其設(shè)計[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

B

1672-9994(2014)01-0016-04