工件在组合夹具中的定位误差分析
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(4) 市场竞争激烈 , 产品既要质量好 , 又要成 本低 。
上述特点对工厂的生产技术准备 , 其中包括工 艺装备的设计制造 , 提出了较高的要求 , 但在近 40 年的生产实践中 , 工厂在组合夹具的使用中出 现了如下问题 :
(1) 组合夹具元件选择不合理 ;
(2) 定位基准与设计基准不重合 ; (3) 不符合 6 点定位原理 , 如过定位 、欠过定 位; (4) 组合夹具刚度不足引起变形 , 产生误差 ; (5) 组合夹具元件制造尺寸产生误差 ; (6) 组合夹具尺寸调整精度产生误差 。 针对以上 6 方面的问题 , 组合夹具装配人员通 过不断地学习理论知识和实际操作 , 提高水平 , 解 决了前 3 个方面的问题 。笔者将着重对后 3 个与组 合夹具特点有关的问题进行剖析 , 通过实例具体问 题具体分析 , 着重解决实际问题 , 引起人们对工件 在组合夹具中定位误差问题的重视 , 便于今后对类 似问题的分析和解决 , 仅供从事机械加工的同行参 考和借鉴 。
收稿日期 : 2004 - 09 - 19 (本文编辑 李学富)
工件在组合夹具中定位误差分析
11 组合夹具中元件刚度不足引起变形产生的 误差
组合夹具刚度不足会引起变形 , 产生误差 。载 车传动轴十字头磨削加工夹具如图 1 所示 。当夹紧 装置 1 作用时 , 由于定位元件 ———长方形支撑的刚 度不足 , 受到另一元件的外力作用时 , 产生较大的 变形 , 使定位面 A 与夹具底面不垂直 , 结果使被 加工面 B 对定位面 A 不垂直 , 产生误差 。通过选 用较大刚度的长方形支撑 , 可以降低或消除该误 差 , 满足工艺要求 。
变速箱拨叉钻铰孔夹具如图 4 所示 。零件上的 2 - 16 + 01043孔的孔距较大 , 孔的尺寸精度和位置 精度都要求较高 , 采用镗或铣的加工方法 , 均难满 足图纸的要求 , 需采用夹具加工 。
图 4 变速箱拨叉钻铰孔夹具 1 —钻模板 ; 2 —压板 ; 3 —分度盘 ; 4 —分度头 ; 5 —手 柄 ;6 —压板 ;7 —心轴 ;8 —螺钉 ;9 —V形块 ; 10 —工件
结 束 语
工件的正确定位是保证加工精度的必要条件 , 但不是充分条件 , 还要在正确定位基础上进一步分 析工件定位的误差情况 , 达到减少或消除误差 。工 件的定位是靠工件的定位基准与夹具的定位元件接 触或配合实现的 。上述夹具实例说明 , 在组合夹具 运用上存在并需高度重视解决以下 3 个方面的问 题 , 采用经济 、合理的措施减少或消除误差 , 使组 合夹具更好地为生产实践服务 。
图 2 元件的刚度测定
由上述组装示例和元件刚度测定看出 , 组装夹 具时定位元件的变形问题是客观存在的 , 应从结构 上加强夹具的刚性 , 以避免或减少元件变形带来的 定位误差 。
21 组合夹具元件制造公差产生的误差 组合夹具元件的制造公差会使工件在组合夹具 中定位产生误差 。修井机井架底座钻削加工夹具如 图 3 所示 。 夹具加工直径 d 两孔时 , 尺寸 A ±a 是由元 件精度决定的 。由于每个元件有制造公差 , 装配间 隙使 2 元件中心线偏移 , 通过尺寸链反应为被加工 的孔中心到定位面距离产生偏差 。从图中可看出 , 左端综合误差为 δΣ = δ2 + δ1 ,2 + δ2 ,3 + δ3 ,4 + δ4 ,5 + δ5 + δ5 ,6 + δ6 式中 δΣ ———左端尺寸链末环的综合误差 ; δ2 ———件 2 侧面对键槽中心线距离的误差 ;
关键词 工件 组合夹具 定位误差 分析
引 言
20 世纪 60 年代初 , 我国开始推广应用组合夹 具系统 。40 多年来 , 我国的组合夹具行业通过生 产实践取得了丰富的经验 , 形成了具有我国特色的 组合夹具系统 。以组合夹具系统为基础研制能够组 合满足多种工艺要求的可调整工艺装备 , 是发展现 代夹具的一个主要方向 , 它的技术特色可归纳为 : 元件规格统一化 , 结构功能模块化 , 重复使用可调 化 , 组装管理微机化 [1。]
(1) 组合夹具元件刚度不足易引起变形产生误 差 , 应合理选择刚度适宜的定位元件 , 提高夹具的 刚性 ;
(2) 组合夹具元件制造公差使工件的位置在一 定范围内变动产生误差 , 应提高调整 、测量技术 , 合理选用量具 , 必要时对元件的精度进行选配 , 通 过测量 、调整 , 尽量消除元件制造公差对工件加工 精度的影响 ;
(3) 组合夹具尺寸调整精度产生误差 , 可通过 调整 、校正 , 保证尺寸的调整精度不直接影响工件 的准确定位 。
参 考 文 献
1 朱耀祥 1 组合夹具 1 北京 : 机械工业出版社 , 1987 : 37 2 唐用中 , 陈 享 1 组合夹具组装技术 1 北京 : 国防工业
出版社 , 1978 : 31～34
31 组合夹具尺寸调整精度产生的误差 在组合夹具的定位结构中 , 常用若干定位销 、 定位盘或支撑件组成大的定位销 、定位环来进行定 位 , 由于工件与大定位销 (环) 之间有间隙而产生 误差 [。2 ] 如图 5 所示 , 工件内孔以组合销子定位加工外 圆 , 尺寸 B 的调整精度直接影响到工件定位的准 确 。当 B 1 、B 2 、B 3 、B 4 不相等时 , 造成组合销 的中心与回转中心不重合 , 加工出来的工件外圆与 定位孔不同心 。
δ1 ,2 ———件 1 对件 2 键槽中心偏移的误差 ; δ2 ,3 ———件 2 对件 3 键槽中心偏移的误差 ; δ3 ,4 ———件 3 对件 4 键槽中心偏移的误差 ; δ4 ,5 ———件 4 对件 5 键槽中心偏移的误差 ; δ5 ———件 5 键槽中心对孔中心距偏移产生的 误差 ; δ5 ,. 6 ———件 5 孔中心对件 6 外圆中心的不同 心度误差 ; δ6 ———件 6 内孔对外圆不同轴度 、不平行度 误差 。
随着经济和技术的发展 , 江汉石油管理局第四 石油机械厂生产形势发生了很大变化 , 这些变化的 特点为 :
(1) 新产品开发快 , 产品的品种 、系列和规格 愈来愈多 ;
(2) 新产品更新换代的速度加快 , 用户要求的 交货期愈来愈短 ;
(3) 在生产类型中 , 大批大量生产的比例下 降 , 中小批量生产的比例增加 ;
图 5 尺寸调整精度产生的误差 1 —圆基础法兰 ; 2 —钻模 ; 3 —校对块规 ; 4 —定位销
泵头体是固井 、压裂设备的核心部件之一 , 其 产品为箱式贯通孔结构 。如图 6 所示为加工中心加 工贯通孔两端螺纹夹具 。
加工过程为 : 将基础板安装在工作台上 , 校正后安 装钻模板固定圆基础法兰 , 用压块 6 两边压紧圆基 础法兰 ; 以零件的吸入端端面及工艺孔为定位基 准 , 穿入自制心轴及 V 形块 , 调整校正后 , 用压 板 3 压紧 , 镗堵盖端端面及各孔和螺纹 。松开相关 件 , 圆基础法兰旋转 180°, 装夹紧 , 加工另一端 各部位 。可见 , 通过调整校正 , 保证了该组合夹具 使用的精度 , 同时 , 该组合夹具在旋转过程中的误 差远小于零件所要求的公差 , 加工的产品完全符合 图纸的要求 。
— 36 —
石 油 机 械
2005 年 第 33 卷 第 1 期
用夹具加工的过程如下 : 先用特制心轴穿孔 30 定位于压板 2 上 , 通过测量 、调整 , 保证孔 30 + 01052与 2 - 16 + 01043 轴线的平行度 ; 用压板 6 压紧 , V 形块定位校正后 , 拧螺钉顶上 , 固定手 柄 , 校 正 钻 铰 孔 16 + 01043 。第 一 孔 加 工 完 成 后 , 松开 V 形块 , 分度盘旋转 180°, 插上分度头 , 锁 紧手柄 , 将心轴插入下端的加工孔内 , 测量 、调整 保证两孔的同轴度, 上紧 V 形块, 钻铰孔 16 + 01043 , 完成加工 。运用此组合夹具 , 工件一次 装夹 , 测量 、调整 , 消除元件制造误差带来的定位 误差 , 加工的工件满足设计要求 。
2005 年 第 33 卷 第 1 期
宋传玉 : 工件在组合夹具中的定位误差分析
源自文库
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图 1 十字头磨削加工夹具 1 —夹紧装置 ; 2 —基础板 ; 3 —长 方形 支 撑 ; 4 —定 位 盘 ; 5 —工 件
通过刚度试验 , 可以测定元件受力时的变形情 况 。如图 2 , 对 Z202/ 60 ×60 ×80 支撑件进行刚度 测定表明 : ①第一次加载时 , 刚度比第二次加载 低 , 因为第二次加载前已消除键与键槽间隙 ; ②第 二次加载至侧向力 Q = 1 961～2 942 N 时 , 元件开 始移动 , 到 Q = 9 611 N 时 , 移动累计达到 0106 mm ; ③元件的刚度与紧固力 P 有关 , 紧固力 P 越 大 , 刚度越高 (在增加紧固力 P 时 , 要考虑螺栓 的允许载荷) , 图示在 8 963 N 和 7 247 N 2 种不同 紧固力下 , 当侧向力 Q 达到 9 807 N 时 , 二者变 形差 0106 mm [。2 ]
图 3 底座钻削加工夹具 1 —基础板 ; 2 , 3 —长方形支撑 ; 4 —导向 支撑 ; 5 —钻 模 板 ; 6 —钻 套 ; 7 —工 件
右端各元件的偏移情况和综合误差与左端相 同 。在组装实践中 , 一般作法是对夹具的定位误差 进行直接测量 , 如用量具测 2 根检验棒之间的距离 等 , 通过调整到要求的尺寸 , 尽量消除元件制造误 差对工件加工精度的影响 , 而不采用计算方法 。
图 6 加工中心加工泵头体螺纹孔夹具 1 —长方形基础板 ; 2 —圆基础法兰 ; 3 — 压板 ; 4 —工件 ; 5 —自制心轴 ; 6 —压块
其中自制心轴是夹具的关键部件之一 , 它加工 有十字形键槽和与外圆同轴心的内定位孔 。其组装
作者简介 : 宋传玉 , 工程师 , 生于 1962 年 , 1987 年 毕业于武汉理工大学金属材料及热处理专业 , 现从事石油 机械的设计及工艺研究工作 。地址 : (434024) 湖北省荆州 市 。电话 : (0716) 8429116 。
— 34 — ! 加工制造 #
石 油 机 械
CHINA PETROL EUM MACHIN ER Y
2005 年 第 33 卷 第 1 期
工件在组合夹具中的定位误差分析
宋传玉
(江汉石油管理局第四石油机械厂 )
摘要 通过实例 , 具体分析了工件在组合夹具中加工产生定位误差的原因和解决措施 , 主要 有以下 3 个方面 : (1) 组合夹具元件刚度不足引起变形 , 产生误差 , 应合理选择刚度适宜的定位 元件 , 提高夹具的刚性 ; (2) 组合夹具元件制造公差使工件的位置在一定范围内变动产生误差 , 应提高调整 、测量技术 , 合理选用量具 , 尽量消除元件制造公差对工件加工精度的影响 ; (3) 组 合夹具尺寸调整精度产生误差 , 可通过调整 、校正 , 保证尺寸的调整精度不直接影响工件的准确 定位 。
上述特点对工厂的生产技术准备 , 其中包括工 艺装备的设计制造 , 提出了较高的要求 , 但在近 40 年的生产实践中 , 工厂在组合夹具的使用中出 现了如下问题 :
(1) 组合夹具元件选择不合理 ;
(2) 定位基准与设计基准不重合 ; (3) 不符合 6 点定位原理 , 如过定位 、欠过定 位; (4) 组合夹具刚度不足引起变形 , 产生误差 ; (5) 组合夹具元件制造尺寸产生误差 ; (6) 组合夹具尺寸调整精度产生误差 。 针对以上 6 方面的问题 , 组合夹具装配人员通 过不断地学习理论知识和实际操作 , 提高水平 , 解 决了前 3 个方面的问题 。笔者将着重对后 3 个与组 合夹具特点有关的问题进行剖析 , 通过实例具体问 题具体分析 , 着重解决实际问题 , 引起人们对工件 在组合夹具中定位误差问题的重视 , 便于今后对类 似问题的分析和解决 , 仅供从事机械加工的同行参 考和借鉴 。
收稿日期 : 2004 - 09 - 19 (本文编辑 李学富)
工件在组合夹具中定位误差分析
11 组合夹具中元件刚度不足引起变形产生的 误差
组合夹具刚度不足会引起变形 , 产生误差 。载 车传动轴十字头磨削加工夹具如图 1 所示 。当夹紧 装置 1 作用时 , 由于定位元件 ———长方形支撑的刚 度不足 , 受到另一元件的外力作用时 , 产生较大的 变形 , 使定位面 A 与夹具底面不垂直 , 结果使被 加工面 B 对定位面 A 不垂直 , 产生误差 。通过选 用较大刚度的长方形支撑 , 可以降低或消除该误 差 , 满足工艺要求 。
变速箱拨叉钻铰孔夹具如图 4 所示 。零件上的 2 - 16 + 01043孔的孔距较大 , 孔的尺寸精度和位置 精度都要求较高 , 采用镗或铣的加工方法 , 均难满 足图纸的要求 , 需采用夹具加工 。
图 4 变速箱拨叉钻铰孔夹具 1 —钻模板 ; 2 —压板 ; 3 —分度盘 ; 4 —分度头 ; 5 —手 柄 ;6 —压板 ;7 —心轴 ;8 —螺钉 ;9 —V形块 ; 10 —工件
结 束 语
工件的正确定位是保证加工精度的必要条件 , 但不是充分条件 , 还要在正确定位基础上进一步分 析工件定位的误差情况 , 达到减少或消除误差 。工 件的定位是靠工件的定位基准与夹具的定位元件接 触或配合实现的 。上述夹具实例说明 , 在组合夹具 运用上存在并需高度重视解决以下 3 个方面的问 题 , 采用经济 、合理的措施减少或消除误差 , 使组 合夹具更好地为生产实践服务 。
图 2 元件的刚度测定
由上述组装示例和元件刚度测定看出 , 组装夹 具时定位元件的变形问题是客观存在的 , 应从结构 上加强夹具的刚性 , 以避免或减少元件变形带来的 定位误差 。
21 组合夹具元件制造公差产生的误差 组合夹具元件的制造公差会使工件在组合夹具 中定位产生误差 。修井机井架底座钻削加工夹具如 图 3 所示 。 夹具加工直径 d 两孔时 , 尺寸 A ±a 是由元 件精度决定的 。由于每个元件有制造公差 , 装配间 隙使 2 元件中心线偏移 , 通过尺寸链反应为被加工 的孔中心到定位面距离产生偏差 。从图中可看出 , 左端综合误差为 δΣ = δ2 + δ1 ,2 + δ2 ,3 + δ3 ,4 + δ4 ,5 + δ5 + δ5 ,6 + δ6 式中 δΣ ———左端尺寸链末环的综合误差 ; δ2 ———件 2 侧面对键槽中心线距离的误差 ;
关键词 工件 组合夹具 定位误差 分析
引 言
20 世纪 60 年代初 , 我国开始推广应用组合夹 具系统 。40 多年来 , 我国的组合夹具行业通过生 产实践取得了丰富的经验 , 形成了具有我国特色的 组合夹具系统 。以组合夹具系统为基础研制能够组 合满足多种工艺要求的可调整工艺装备 , 是发展现 代夹具的一个主要方向 , 它的技术特色可归纳为 : 元件规格统一化 , 结构功能模块化 , 重复使用可调 化 , 组装管理微机化 [1。]
(1) 组合夹具元件刚度不足易引起变形产生误 差 , 应合理选择刚度适宜的定位元件 , 提高夹具的 刚性 ;
(2) 组合夹具元件制造公差使工件的位置在一 定范围内变动产生误差 , 应提高调整 、测量技术 , 合理选用量具 , 必要时对元件的精度进行选配 , 通 过测量 、调整 , 尽量消除元件制造公差对工件加工 精度的影响 ;
(3) 组合夹具尺寸调整精度产生误差 , 可通过 调整 、校正 , 保证尺寸的调整精度不直接影响工件 的准确定位 。
参 考 文 献
1 朱耀祥 1 组合夹具 1 北京 : 机械工业出版社 , 1987 : 37 2 唐用中 , 陈 享 1 组合夹具组装技术 1 北京 : 国防工业
出版社 , 1978 : 31～34
31 组合夹具尺寸调整精度产生的误差 在组合夹具的定位结构中 , 常用若干定位销 、 定位盘或支撑件组成大的定位销 、定位环来进行定 位 , 由于工件与大定位销 (环) 之间有间隙而产生 误差 [。2 ] 如图 5 所示 , 工件内孔以组合销子定位加工外 圆 , 尺寸 B 的调整精度直接影响到工件定位的准 确 。当 B 1 、B 2 、B 3 、B 4 不相等时 , 造成组合销 的中心与回转中心不重合 , 加工出来的工件外圆与 定位孔不同心 。
δ1 ,2 ———件 1 对件 2 键槽中心偏移的误差 ; δ2 ,3 ———件 2 对件 3 键槽中心偏移的误差 ; δ3 ,4 ———件 3 对件 4 键槽中心偏移的误差 ; δ4 ,5 ———件 4 对件 5 键槽中心偏移的误差 ; δ5 ———件 5 键槽中心对孔中心距偏移产生的 误差 ; δ5 ,. 6 ———件 5 孔中心对件 6 外圆中心的不同 心度误差 ; δ6 ———件 6 内孔对外圆不同轴度 、不平行度 误差 。
随着经济和技术的发展 , 江汉石油管理局第四 石油机械厂生产形势发生了很大变化 , 这些变化的 特点为 :
(1) 新产品开发快 , 产品的品种 、系列和规格 愈来愈多 ;
(2) 新产品更新换代的速度加快 , 用户要求的 交货期愈来愈短 ;
(3) 在生产类型中 , 大批大量生产的比例下 降 , 中小批量生产的比例增加 ;
图 5 尺寸调整精度产生的误差 1 —圆基础法兰 ; 2 —钻模 ; 3 —校对块规 ; 4 —定位销
泵头体是固井 、压裂设备的核心部件之一 , 其 产品为箱式贯通孔结构 。如图 6 所示为加工中心加 工贯通孔两端螺纹夹具 。
加工过程为 : 将基础板安装在工作台上 , 校正后安 装钻模板固定圆基础法兰 , 用压块 6 两边压紧圆基 础法兰 ; 以零件的吸入端端面及工艺孔为定位基 准 , 穿入自制心轴及 V 形块 , 调整校正后 , 用压 板 3 压紧 , 镗堵盖端端面及各孔和螺纹 。松开相关 件 , 圆基础法兰旋转 180°, 装夹紧 , 加工另一端 各部位 。可见 , 通过调整校正 , 保证了该组合夹具 使用的精度 , 同时 , 该组合夹具在旋转过程中的误 差远小于零件所要求的公差 , 加工的产品完全符合 图纸的要求 。
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石 油 机 械
2005 年 第 33 卷 第 1 期
用夹具加工的过程如下 : 先用特制心轴穿孔 30 定位于压板 2 上 , 通过测量 、调整 , 保证孔 30 + 01052与 2 - 16 + 01043 轴线的平行度 ; 用压板 6 压紧 , V 形块定位校正后 , 拧螺钉顶上 , 固定手 柄 , 校 正 钻 铰 孔 16 + 01043 。第 一 孔 加 工 完 成 后 , 松开 V 形块 , 分度盘旋转 180°, 插上分度头 , 锁 紧手柄 , 将心轴插入下端的加工孔内 , 测量 、调整 保证两孔的同轴度, 上紧 V 形块, 钻铰孔 16 + 01043 , 完成加工 。运用此组合夹具 , 工件一次 装夹 , 测量 、调整 , 消除元件制造误差带来的定位 误差 , 加工的工件满足设计要求 。
2005 年 第 33 卷 第 1 期
宋传玉 : 工件在组合夹具中的定位误差分析
源自文库
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图 1 十字头磨削加工夹具 1 —夹紧装置 ; 2 —基础板 ; 3 —长 方形 支 撑 ; 4 —定 位 盘 ; 5 —工 件
通过刚度试验 , 可以测定元件受力时的变形情 况 。如图 2 , 对 Z202/ 60 ×60 ×80 支撑件进行刚度 测定表明 : ①第一次加载时 , 刚度比第二次加载 低 , 因为第二次加载前已消除键与键槽间隙 ; ②第 二次加载至侧向力 Q = 1 961～2 942 N 时 , 元件开 始移动 , 到 Q = 9 611 N 时 , 移动累计达到 0106 mm ; ③元件的刚度与紧固力 P 有关 , 紧固力 P 越 大 , 刚度越高 (在增加紧固力 P 时 , 要考虑螺栓 的允许载荷) , 图示在 8 963 N 和 7 247 N 2 种不同 紧固力下 , 当侧向力 Q 达到 9 807 N 时 , 二者变 形差 0106 mm [。2 ]
图 3 底座钻削加工夹具 1 —基础板 ; 2 , 3 —长方形支撑 ; 4 —导向 支撑 ; 5 —钻 模 板 ; 6 —钻 套 ; 7 —工 件
右端各元件的偏移情况和综合误差与左端相 同 。在组装实践中 , 一般作法是对夹具的定位误差 进行直接测量 , 如用量具测 2 根检验棒之间的距离 等 , 通过调整到要求的尺寸 , 尽量消除元件制造误 差对工件加工精度的影响 , 而不采用计算方法 。
图 6 加工中心加工泵头体螺纹孔夹具 1 —长方形基础板 ; 2 —圆基础法兰 ; 3 — 压板 ; 4 —工件 ; 5 —自制心轴 ; 6 —压块
其中自制心轴是夹具的关键部件之一 , 它加工 有十字形键槽和与外圆同轴心的内定位孔 。其组装
作者简介 : 宋传玉 , 工程师 , 生于 1962 年 , 1987 年 毕业于武汉理工大学金属材料及热处理专业 , 现从事石油 机械的设计及工艺研究工作 。地址 : (434024) 湖北省荆州 市 。电话 : (0716) 8429116 。
— 34 — ! 加工制造 #
石 油 机 械
CHINA PETROL EUM MACHIN ER Y
2005 年 第 33 卷 第 1 期
工件在组合夹具中的定位误差分析
宋传玉
(江汉石油管理局第四石油机械厂 )
摘要 通过实例 , 具体分析了工件在组合夹具中加工产生定位误差的原因和解决措施 , 主要 有以下 3 个方面 : (1) 组合夹具元件刚度不足引起变形 , 产生误差 , 应合理选择刚度适宜的定位 元件 , 提高夹具的刚性 ; (2) 组合夹具元件制造公差使工件的位置在一定范围内变动产生误差 , 应提高调整 、测量技术 , 合理选用量具 , 尽量消除元件制造公差对工件加工精度的影响 ; (3) 组 合夹具尺寸调整精度产生误差 , 可通过调整 、校正 , 保证尺寸的调整精度不直接影响工件的准确 定位 。