工业生产过程17定位误差的分析与计算

2014-11-18工业生产过程定位误差的分析与计算ZZQ2014-11-18本节课内容：定位误差及其分析与计算。定位方案的定位误差校验。2014-11-18今天的课程学完后，预期学习结果：熟悉定位误差的来源与要求；掌握工件以平面定位时的定位误差分析与计算方法；掌握工件以外圆柱面在V形块上定位时的定位误差分析与计算方法；掌握工件以内孔在心轴或圆柱销上定位时的定位误差分析与计算方法；掌握一面两孔定位组合的定位误差计算方法；掌握工件定位方案的定位误差校验方法。2014-11-18CDIO相关能力在今天课程中的培养：应用基础科学知识与工程基础知识，实行工程推理和解决问题的能力；通过对工件在夹具中定位误差各相关问题的了解，提高在企业和社会环境中，完成设计实施过程和零件制造过程的各种具体能力；提高构思系统与工程化的能力，提高面向使用设计的能力；对各项学习任务进行合理的时间安排，有效高质量地完成。2014-11-18定位误差的分析与计算前面我们分别讨论了根据工件的加工要求，确定工件应被限制的自由度，以及选择工件定位基准和根据工件定位面的情况选择合适的定位元件等问题。但还没讨论是否能满足工件加工精度的要求，要解决这一问题，需要进行工件定位误差的分析和计算来判断。如果工件的定位误差不大于工件加工尺寸公差值的1/3，一般认为该定位方案能满足本工序加工精度的要求。2014-11-18产生定位误差的原因定位误差是由于工件在夹具上（或机床上）的定位不准确而引起的加工误差。例如在轴上铣键槽，要保证尺寸H（如图所示）。若采用V形块定位，键槽铣刀按尺寸H调整好位置，由于工件外圆直径有公差，使工件中心位置发生变化，造成加工尺寸Ｈ发生变化（若不考虑加工过程中产生的其它加工误差）。此变化量（加工误差）是由于工件定位而引起的，故称为定位误差。2014-11-18定位误差来源主要来自两个方面：基准不重合误差——由于工件的设计基准与定位基准不重合而造成的加工误差定位基准位移误差——由于定位副制造不准确，使定位基准在加工尺寸方向上产生位移，导致各个工件的位置不一致而造成的加工误差。定位基准位移误差是由定位副的制造误差造成的。注意：①定位误差只产生在按调整法加工一批工件的情况下，用试切法加工时，不存在定位误差；②定位误差（包括基准不重合误差和定位基准位移误差）都与工件的定位方式有关。2014-11-18思考用试切法加工时，是否存在定位误差？为什么？2014-11-18基准不重合误差如图所示，工件以底面定位铣台阶面，要求保证尺寸a，设计基准为工件顶面，定位基准为底面，这时刀具的位置按定位面到刀具端面间的距离（调整尺寸）调整，由于一批工件中尺寸b的公差使工件顶面（工序基准）位置在一范围内变动，从而使加工尺寸a产生误差。2014-11-18基准不重合误差2014-11-18基准不重合误差2014-11-18基准不重合误差2014-11-18定位基准位移误差2014-11-18定位基准位移误差2014-11-18定位基准位移误差2014-11-18常见定位方式的定位误差以平面定位——工件以平面定位时，不考虑定位副尺寸方面的制造误差，所以，定位误差＝基准不重合误差。以内孔在心轴（或圆柱销）上定位时——工件以内孔作为定位基准时的定位误差,与工件内孔的制造精度、定位元件的放置形式、定位基面与限位基面的配合性质及设计基准与定位基准是否重合等因素有关。其定位误差需在详细分析后才能分别计算。以外圆定位——工件以外圆定位时，常见的定位元件为各种定位套、支承板和V形块等。定位套定位时误差分析与工件以内孔在心轴（或圆柱销）上定位相似，支承板定位时误差分析与工件以平面定位相似。工件以外圆柱面在V形块上定位时，定位误差需在详细分析后才能分别计算。2014-11-18工件以平面定位时定位误差的计算例如图所示的定位方案铣工件上的台阶面，试分析和计算工序尺寸（20±0.15）mm的定位误差，并判断这一方案是否可行。2014-11-18工件以平面定位时定位误差的计算例解：由于工件以B面为定位基准，而加工尺寸（20±0.15）mm的设计基准为A面，两者不重合，所以存在基准不重合误差。工序基准和定位基准之间的联系尺寸是40±0.14mm，因此基准不重合误差0.28mm。定位误差＝基准不重合误差（因为工件以平面定位尺寸不考虑定位副的制造误差），所以定位误差＝改用图（b）方案。2014-11-18在V形块上定位时定位误差分析2014-11-18在V形块上定位时定位误差分析2014-11-18在V形块上定位时定位误差分析2014-11-18在V形块上定位时定位误差分析2014-11-18在V形块上定位时定位误差分析2014-11-18在V形块上定位时定位误差分析2014-11-18在V形块上定位时定位误差分析2014-11-18在V形块上定位时定位误差分析2014-11-18在V形块上定位时定位误差分析2014-11-18在V形块上定位时定位误差分析小结三种设计基准：工件轴线——总定位误差介于后两种之间。所标注尺寸不方便测量。工件下母线——总定位误差最小。这样标注尺寸也方便测量，可见这样标注尺寸是较合理的，零件工作图常采用这种设计基准。工件上母线——总定位误差最大。所标注尺寸也不能测量。对许多加工实例，基准不重合误差和定位基准位移误差不容易分别计算，所以，常直接计算总定位误差。2014-11-18工件以内孔作为定位基准时的定位误差,与工件内孔的制造精度、定位元件的放置形式、定位基面与限位基面的配合性质及设计基准与定位基准是否重合等因素有关。如下页图所示，工件以内孔在水平放置的心轴上定位。工件内孔中心线为定位基准，工件内孔圆柱面为定位基准面，定位心轴的外圆柱面为限位基面。工件以内孔在心轴上定位时的定位误差2014-11-18心轴定位误差如图所示：工件以内孔中心O为定位基准，套在心轴O1上，铣上平面，工序尺寸为H+H0。从定位角度看，孔心线与轴心线重合，即设计基准与定位基准重合，基准不重合误差C=0。但实际上，定位心轴和工件内孔都有制造误差，心轴和工件之间还可能有间隙，故安装后孔和轴的中心必然不重合。即这里有定位副制造误差引起的基准位移误差W。2014-11-18可涨心轴与刚性心轴可涨心轴——可涨心轴可消除间隙，可不考虑定位副尺寸方面的制造误差，其定位基准位移误差为零，若设计基准是工件内孔轴线，则设计基准与定位基准重合，基准不重合误差为零。因此，这种情况下，定位误差为零。刚性心轴——刚性心轴为间隙配合心轴，定位心轴和工件内孔都有制造误差，心轴和工件内孔之间还可能有不为零的最小间隙，故安装后孔和轴的中心必然不重合。即这里有定位副制造误差引起的定位基准位移误差。若设计基准是工件内孔轴线，则设计基准与定位基准重合，基准不重合误差为零。这种情况下，定位误差=定位基准位移误差。2014-11-18水平心轴的基准位移误差设孔径为D+D0，轴径为d0-d，最小间隙为=D-d。当心轴水平放置时，工件孔与心轴始终在母线A单边接触。则工序基准O与O1间的最大和最小距离分别为：因此，由于基准发生位移而造成的加工误差为：W即工件以内孔在水平放置的刚性心轴上定位时，定位误差（定位基准位移误差）为内孔制造公差与心轴制造公差之和的一半，且与间隙无关。2014-11-18注意工件以内孔在水平放置的刚性心轴上定位时，因重力作用，工件内孔与刚性心轴的接触为固定边接触，即工件内孔上母线与刚性心轴上母线接触，定位基准的位移方向总是向下，因此，在加工前调整刀具时，将刀具向下调低孔和心轴之间最小配合间隙值的二份之一，就可消除最小配合间隙的影响，即这种情况下，最小配合间隙不影响定位精度。2014-11-18垂直心轴的基准位移误差工件以内孔在垂直放置的心轴（或圆柱销）上定位时，工件内孔与刚性心轴可能在任意边接触，此时定位基准位移误差为工件内孔制造公差、心轴（或圆柱销）制造公差与最小配合间隙三者之和。即：W2014-11-18一面两孔定位组合的定位误差一面两孔定位组合中工件上两孔分别采用圆柱销和削边销定位。按上面分析：工件以内孔在垂直放置的圆柱销上定位时，定位基准位移误差为工件内孔制造公差、圆柱销制造公差与最小配合间隙三者之和。采用圆柱销定位的工件上孔1中心的偏移范围为以孔1定位基准位移误差为直径的圆。采用削边销定位的工件上孔2中心在两孔中心连线方向上的偏移范围与孔1中心的偏移范围相同（即该方向自由度由圆柱销限制），孔2中心在垂直于两孔中心连线方向上的偏移范围为孔1定位基准位移误差。若两孔的定位基准位移误差不相等，则工件上孔2中心的偏移范围为长、短轴分别等于两定位基准位移误差的椭圆。2014-11-18一面两孔定位时的定位误差计算如图是工件上两孔分别采用圆柱销和削边销定位的情况。首先分别分析计算孔1和孔2中心的偏移范围。2014-11-18孔1中心的偏移范围设孔1直径为D1+D10，公差为D1；销1直径为d10-d1，公差为d1；孔、销最小间隙为1。这时，孔1与销1的最大间隙为：D1=dw1=1+D1+d1由于存在dw1，在安装一批工件时，孔1的中心将偏离销1的中心。其范围是以O1为中心，以dw1为直径的圆，如下图：2014-11-18孔2中心的偏移范围设孔2直径为D2+D20，公差为D2；销2直径为d20-d2，公差为d2；孔、销最小间隙为2。由于销2仅限制y方向的移动自由度，所以孔2中心相对销2中心的偏离范围为：在x方向：dwx=dw1=1+D1+d1，即dwx取决于孔1与销1；在y方向：dwy=dw2=2+D2+d2，这时，孔2中心相对销2中心的偏移范围近似为一个椭圆，如上页图。2014-11-18一面两孔定位时两种定位误差将孔1与孔2中心的偏移误差组合起来，便引起工件的两种定位误差(忽略连心线长度L的误差)。1）纵向定位误差Dx，即在两孔连心线方向的最大可能移动量dwx：dwx=dw1=1+D1+d12）角度定位误差D=dw，即工件绕两销中心连线的最大偏转角。如下图：2014-11-18一面两孔定位时角度定位误差由上式可看出，欲减小D=dw，可从两方面入手：提高孔、销精度，减小配合间隙；增大孔（销）中心距。两销中心连线长度越长，角度定位误差越小。故实践上采用一面两孔定位，选择定位基准时，尽可能选距离较远的两孔，常用对角线上两孔。若工件上无合适的孔而需另设工艺孔时，工艺孔也应布置在具有最大距离的位置。L2014-11-18思考齿轮减速箱箱体与箱盖结合面上的两个圆柱定位销和这里的一面两孔定位有何异同？为什么？2014-11-18工件定位方案的定位误差校验如果工件的定位误差不大于工件加工尺寸公差值的1/3，一般认为该定位方案能满足本工序加工精度的要求。当工序要保证的工序尺寸精度要求不只一项时（如下页题中，要求保证长度尺寸70mm与深度尺寸530-0.2mm，并保证键槽对称），各项精度要求均需校验。2014-11-18课堂练习图示工件铣键槽18×70，其它表面均已加工，要求保证长度尺寸70mm与深度尺寸530-0.2mm，并保证键槽对称。请设计该工序的定位方案；分析说明各定位表面分别采用什么定位元件定位？分别消除了哪些自由度？并进行定位误差分析计算(查表得：当基本尺寸为50-80mm时，6级精度IT6数值为19µm，7级精度IT7数值为30µm)。2014-11-18习题填空题：机床夹具的定位误差主要由______和_______引起的。选择题1．机床夹具中，用来确定工件在夹具中位置的元件是()。A、定位元件B、对刀—导向元件C、夹紧元件D、连接元件2．一个浮动支承可以消除（0、1、2）个自由度，一个长的v型块可消除（3，4，5）个自由度。3．辅助支承可以消除（0、1、2）个自由度，限制同一自由度的定位称（完全定位、过