专题2-定位误差分析与计算

目录上一页下一页专题2：定位误差的分析计算1、定位误差产生的原因2、常见的定位方式3、定位误差计算4、组合面定位5、定位装置设计实例目录上一页下一页根据定位误差的大小判断定位方案能否保证加工精度，从而证明该方案的可行性。定位误差是夹具误差的一个重要组成部分，因此，定位误差的大小往往成为评价一个夹具设计质量的重要指标。根据定位误差分析计算的结果，便可看出影响定位误差的因素，从而找到减小定位误差和提高夹具工作精度的途径。由此可见，分析计算定位误差是夹具设计中的一个十分重要的环节。目录上一页下一页1、定位误差产生的原因(1)基准不重合误差（△B）由于定位基准与工序基准不重合而造成的定位误差，称为基准不重合误差。图1(a)为一工件的铣削加工工序简图，图1(b)为其定位简图。加工尺寸L1的工寸L2的误差给工序尺寸L1造成定位误差，由图1可知：加工尺寸L1的工序基准是E面，而定位基准是A面，所以定位基准与工序基准的不重合。△B=L2max-L2min目录上一页下一页(2)基准位移误差（△Y）工件在夹具中定位时，由于定位副(工件的定位表面与定位元件的工作表面)的制造误差和最小配合间隙的影响，使定位基准在加工方向上产生位移，导致各个工件位置不一致，造成加工误差，这种定位误差称为基准位移误差，以△Y表示。目录上一页下一页2、常见的定位方式(1)用圆柱定位销、圆柱心轴中心定位当圆柱定位销、圆柱心轴与被定位的工件内孔为过盈配合时，不存在间隙，定位基准(内孔轴线)相对定位元件没有位置变化，则：△Y=0目录上一页下一页当定位为间隙配合时，如图2所示，由于间隙的影响，会使工件的中心发生偏移，其偏移量即为最大配合间隙，可按下式计算：△Y=Xmax=δD+δd+Xmin(2.1)式中Xmax——定位副最大配合间隙；δD——工件定位基准孔的直径公差；δd——圆柱定位销或圆柱心轴的直径公差；Xmin——定位副所需最小间隙，由设计时确定。基准位移误差的方向是任意的。减小定位副配合间隙，即可减小△Y值，提高定位精度。目录上一页下一页图3(a)所示，在套类上铣键槽，保证工序尺寸H1、H2和H3，现分析采用定位销定位时的定位误差。当定位销水平放置时，在未夹紧之前，每个工件在自身重力作用下使其内孔上母线与定单边接触。但在夹紧之后，会改变内孔接触位置，故与定位销垂直放置相同。现分别对工序尺寸的定位误差分析计算如下：目录上一页下一页对于工序尺寸H1或H2：取定位销尺寸最小、工件内孔尺寸最大，且工件内孔分别与定上、下母线接触，如图3(b)所示，它们的定位误差为：δ定位(H1)=O1O2=H1max-H2min=TD+Td+Xmin目录上一页下一页(2)以平面定位(3)工件以外圆柱定位由于工件定位面与定位元件工作面以平面接触时，二者的位置不会发生相对变化，因此认其基准位移误差为零。即：△Y=0用定位套定位外圆的定位误差，其分析计算与用圆柱心轴定位圆孔的定位误差计算完全相同。目录上一页下一页用V形块定位，如图4(a)所示，工件以外圆在V形块上定位，V形块本身是一定心元件，工件的定位面虽是外圆，但定位基准是外圆轴线。由于一批工件外圆直径尺寸的变化引起定位基准相对定位元件发生位置变化，从而产生垂直方向的基准位移误差。式中δd——工件定位基准的直径公差(mm)；α——V形块两斜面夹角。目录上一页下一页3、定位误差计算方式目录上一页下一页目录上一页下一页目录上一页下一页目录上一页下一页例2．2如图2．31(a)所示定位方案，加工工件上的小孔，已知，两外圆的同轴度公差为Φ0.02mm，V形块夹角a=90o；试计算对距离尺寸H±0.20mm产生的定位误差，并分析其定位质量。解：为便于分析计算，先将有关参数改标如图2．31(b)所示。其中，同轴度可标为e=0±0.01mm，r2=。mm0008.05.22目录上一页下一页由于工序基准为d2外圆下母线G，而定位基准为dl外圆轴线O2，基准不重合，两者以e及r2相联系。故△B=2×0.01+0.008mm=0.028mm因工序基准G不在工件定位面(d1)外圆上，故有△D=△Y+△B=0.028mm+0.0092mm=0.0372mm计算所得定位误差△D=0.0372(0.2×2)／3mm=0.13mm，故此方案可行。目录上一页下一页4.组合面定位实际生产中，常用几个定位元件组合起来同时定位工件的几个定位面，以达到定位要求，这就是组合面定位。现以生产中最常用的“一面两孔”定位方式做一简单介绍。“一面两孔”定位方式常用在成批及大量生产中加工箱体、杠杆、盖板等零件，是以工件的一个平面和两个孔构成组合面定位。目录上一页下一页工件上的两个孔可以是其结构上原有的，也可为满足工艺上需要而专门加工的定位孔。采用“一面两孔”定位后，可使工件在加工过程中基准统大大减少了夹具结构的多样性，有利于夹具的设计和制造。在实际生产中，由于孔心距和销心距的制造误差，孔心距与销心距很难完全相等，此时工件就无法装入两销实现定位，这就是过定位所引起的后果。为了保证一批工件都能实定位，可采用下列方法消除过定位。目录上一页下一页目录上一页下一页1)以2个圆柱销及平面支承这种方法是减小销2的直径，使其减小到能够补偿孔心距及销心距误差的最大值，从而使不出现重复限制。如图2.32所示，假定工件上圆孔1与夹具上定位销1的中心重合，这时第一个孔的装入条件：d1max=D1min–X1min其中，d1max—第一个定位销的最大直径；D1min—第一个定位孔的最小直径；X1min—第一定位副的最小间隙。目录上一页下一页目录上一页下一页第二定位销装入的条件：(1)当孔径、销径为：D1min、D2min、d1max、d2max孔间距最小、销间距最大：(L–LD)、(L+Ld)第一销孔中心到第二孔径的最大距离为：L–LD+D2min/2=L+Ld+d2max/2+X2min/2即：d2max=D2min–2(LD+Ld+X2min/2)目录上一页下一页(2)当孔径、销径为：D1max、D2max、d1min、d2min孔间距最大、销间距最小：(L+LD)、(L–Ld)第一销孔中心到第二孔径的最小距离为：L+LD–D2max/2=L–Ld–d2min/2–X2min/2即：d2min=D2max–2(LD+Ld+X2min/2)由此可知，只要将定位销的直径缩小到：d2min=D2max–2(LD+Ld+X2min/2)即可目录上一页下一页工件上孔心距的误差和夹具上销心距的误差完全用缩小定位销2的直径来补偿。当定位2的直径缩小到使工件在如图2.32所示的两种极限情况下都能装人定位销上，考虑到安装利，还应在第2定位副中增加一最小间隙X2min。d2max=D2min–2(LD+Ld+X2min/2)这种方法会因销1直径的减小而引起工件较大的转角误差，只有在加工要求不高时才使用。目录上一页下一页2)以一圆柱销和一削边销及平面平面支承定位这种方法不缩小定位销的直径，而采用定位销“削边”的方法也能增大连心线方向的间隙。这样，在连心线的方向上，仍起到缩小定位销直径的作用，使中心距误差得到补偿。但在垂直于连心线的方向上，销2的直径并未减小，所以工件的转角误差没有增大，提高了定位精度。目录上一页下一页为了保证削边销的强度，一般多采用菱形结构，故又称为菱形销。常用削边销的结构如图2.33所示。图中A型又名菱型销，刚性好、应用广。B型结构简单，容易制造，但刚性差。菱形销安装时，削边方向应垂直于两销的连心线。目录上一页下一页3)削边销尺寸的确定如图2.34所示，削边销剩余圆柱部分的最大直径为d2max=D2min–X2min。AE和CF能补偿±δLD和±δLd则AE=CF=a=δLD+δLd+X1min/2在实际工作中，补偿值一般按下式计算，经过分析后，再行调整。a=δLD+δLd(2.9)目录上一页下一页补偿值确定后，便可根据如图2.34所示计算削边销的尺寸：当采用修圆削边销时，以b取代b1。b、b1、B的尺寸可以根据表2.7选取。菱形销的结构尺寸已标准化，选用时可参照国家标准GB／T2203—91机床夹具零件及部件。min21min2min2min2122DabXaXDb或目录上一页下一页4)削边销定位误差的计算（1）基准不重合误差△B与前面讲的计算方法相同。（2）基准位移误差△Y定位基准的位移方式有两种：如图2．35(a)所示为两定位副的间隙同方向时定位基准的两个极限位置，最上位置，最下位置。如图2．35(b)所示为两定位副的间隙反方向时定位基准的两个极限位置。''2''1oo目录上一页下一页定位基准的位移方式有两种：如图2.35(a)所示为两定位副的间隙同方向时定位基准的两个极限位置，最上位置，最下位置。如图2.35(b)所示为两定位副的间隙反方向时定位基准的两个极限位置。的两个极限位置，最上位置''2''1oo，最下位置'2'1oo。如图2．35(b)所示为两定位副的间隙反方向时定位基准的两个极限位置'2''1oo。图中，''1'1oo=X1max为第一定位副的最大间隙，''2'2oo=X2max为第二定位副的最大间隙，根据图2．35可以推导出△α、△β计算公式：LXX2arctanmax1max2LXX2arctanmax1max2目录上一页下一页在计算某一加工尺寸的基准位移误差时，要考虑加工尺寸的方向和位置。计算时，可参考表2.8。如图2.35(a)所示目录上一页下一页如图2.36所示为连杆盖工序图，现要求加工其上的4个定位销孔。根据加工要求，用平面A和mm027.00122的孔定位。已知两定位孔的中心距为(59±0.1)mm，试设计两定位销尺寸并计算定位误差。解：按上述设计步骤1)确定定位销中心距及尺寸公差取δld=(1／5)δLD=(1／5)×0．2mm=0.04mm故两定位销中心距为(59±0.02)mm2)确定圆柱销尺寸及公差取mmg006.0017.0126123)按表2.7选定削边销的b1及B之值取b1=4mmB=d-2mm=(12—2)mm=10mm4)确定削边销的直径尺寸及公差取a=δLD+δLd=(0.02+0.1)mm=0.12mm则mmDabX08.012412.022min21min2目录上一页下一页目录上一页下一页目录上一页下一页4.定位装置设计实例1)定位装置设计的基本原则按工件的工艺基准选择原则，在定位装置设计时也应遵循“基准重合”和“基准统一”等原则，以减少定位误差。在组合定位中，主要定位基面的选择应便于工件的装夹和加工，并使夹具的结构简单。当基准不重合时，应按工艺尺寸链计算，求得新的工序尺寸，并以新的基准定位保证加工精度。目录上一页下一页（1）足够的精度（2）足够的储备精度（3）足够的强度和刚度（4）协调好与有关元件的关系（5）好的结构工艺性2)对定位元件的基本要求目录上一页下一页目录上一页下一页目录上一页下一页目录上一页下一页目录上一页下一页目录上一页下一页目录上一页下一页目录上一页下一页表2．7削边销尺寸(单位为mm)d3～66～88～2020～2525～3232～4040—5050Bbbld-0.5l2d-123d-234d-335d-435d-546d-658--14注：d为削边销工作部分直径。目录上一页下一页返回到表目录上一页下一页目录上一页下一页