V型块定位时定位误差的三种确定方法解析

零件以V型块定位时工序定位误差的三种确定方法摘要：工序定位误差分析与计算是零件设计和机械加工中不可或缺的重要工作。定位误差的确定恰当与否直接影响加工质量、工艺性和生产成本。为着认识和掌握工序定位误差、恰当的确定定位误差，本文给出了概念法、定位误差组成法和微分法三种分析计算方法，阐述了他们的特点和使用注意事项，并给出了分析计算实例。关键词：V型块，定位误差，概念法，定位误差组成法，微分法0引言在机械零件的设计和制造中，一般应确定零件的设计基准，进而确定零件各尺寸；在制造过程中，先根据零件的结构功能特点选择加工工艺路线、工序定位基准、余量等，再行加工。工序的定位以及定位误差分析与计算在零件设计和机械加工中起着重要作用。定位误差的确定恰当与否直接影响加工质量、工艺性和生产成本。通常设计师或工艺师用经验判定定位误差的大小。为着深刻认识和全面掌握工序定位误差、恰当的确定定位误差，我们给出了概念法、定位误差组成法和微分法三种分析计算方法，并以典型的定位元件V型块的定位来说明和分析工序定位误差的确定。1定位误差的基本概念及组成定位误差是指采用调整法加工一批工件时，由于定位不准确而造成某一工序在工序尺寸（通常指加工表面对工序基准的距离尺寸）或位置要求方面的加工误差。当采用夹具加工工件时，由于工件定位基面和定位元件的工作表面均有制造误差使定位基准位置变化，即定位基准的最大变动量，故由此引起的误差称基准位置误差，而对于一批工件来讲就产生定位误差。如图1所示。图1用V型块定位加工时的定位误差当定位基准与工序基准不重合时，就产生基准不重合误差。基准不重合误差即工序基准相对定位基准理想位置的最大变动量。从以上实例分析可以进一步明确，定位误差指一批工件采用调整法加工，仅仅由于定OKHCC'TaO'DNαα/2位不准而引起工序尺寸或位置要求的最大可能变动范围。定位误差主要由尺寸位置误差和基准不重合误差组成。（1）2确定定位误差的三种方法2.1概念法直接从概念出发，通常分析工序基准的两个极端情况，然后根据相关公式和公差确定具体变动量。如图2，两个极端情况：情况1，maxmin11,2dddd使工序基准尽可能地“高”得加工尺寸；情况2，minmax11,2dddd使工序基准尽可能的“低”得加工尺寸。且该工序东位误差(H)=H2-H1=P2-P1dw（2）H2H1O1αO2P2P112图2按概念确定的定位误差maxmin(H)=(O1O2+2/2)-2/2dwddO1O2+(2-(2-T2))/2dddT1/(2sin/2)T2/2dd（3）更为简单的情况(H)dw两个极端情况:情况1，maxdd使工序基准A获得最高点；情况2，mindd时A获得最低点；两者之差即为该工序的定位误差：dwjwjbP2P1C1C2O1αA2A1O2Hd图3按组成法确定的定位误差minmaxP2P1(K+/2O1O2)(K/2)ddmaxmin(/2/2)O1O2T/(2sin/2)T/2dddd（4）2.2组成法按定位误差的组成，定位误差由定位基准的位置误差和工序基准不重合误差组成；定位基准的位置误差使得该工序的加工尺寸在一定的范围内变动，而工序基准与加工工件的定位基准不重合时会出现两种情况，一是在定位基准位置误差的基础上使该工序的尺寸偏差进一步加大，二是可能使定位基准因位置误差所造成的工序尺寸偏差减小，起一定的“补偿”作用。因此有公式（1）为着进一步说明上述两种情况，我们给出用型块定位键槽的情景。对于以下母线为工序基准时的情景当定位基准由O1变动到O2时,工序的定位基准由A1变动到A2。此时定位基准的位置误差为Δjw=Td/（2sinα/2）。因为工序基准为A,而定位基准为O,工序基准和定位基准不重合，存在基准不重合误差，我们考察一下它的大小。假设O1、O2位置重合，这意味着基准位置误差为零，A1相对于O即为工件的最小半径，A2相对于O即为工件的最大半径。所以这时工序尺寸偏差为Δjb=Td/2。由于这个偏差完全由工序基准所至，与基准位置无关，故为基准不重合误差。鉴于基准位置的变动由上至下，而工序基准由下至上，使得总体工序尺寸偏差减小，起到“补偿”作用，即此时的定位误差为Δjw-Δjb=Td/（2sinα/2-Td/2对于以上母线为工序基准的情景，此时定位基准的位置误差仍为Δjw=Td/（2sinα/2）。O1向下变动到O2时，工序基准亦由上至下变动（仍为Δjb=Td/2），进一步加大了工序尺寸偏差。因此有定位误差Δjw+Δjb=Td/（2sinα/2）+Td/2（5）2.3微分法取工序尺寸方向（即敏感方向）上相对机床（夹具）不懂点到工序基准的距离/sin2/2ABOAOBODd(2sin2)22(1sin21)ddd对于AB（d，α）取全微分，有d[(,)]12(1sin21)d4cos2sin2dABddd将误差或公差分别代替微元，有(H)12(1sin21)T4cos2sin2Tdwdd（6）DαABOHd图4按微分法确定的定位误差若取V型块α角的误差为零，或认为加工一批零件均用该型块且无磨损，则α角不变即T0则上式变为:(H)12(1sin21)Tdwd（7）微分法基本步骤是：首先根据工序加工要求，确定敏感方向；然后，在该敏感方向上寻求---机床或夹具上相对固定点。再以该点为起点，确定到工序基准点的表达式。该表达式包含影响该工序定位误差的因素（变量）对。对该表达式求全微分，并以工序定位误差代替全微分，各影响因素的公差代替各自的微分。最后根据实际工和假设简化公式，从而获得该工序定位误差的表达式。抬入相关数值，即得定位误差值。微分法在定位误差分析计算中，不仅能够如同概念法和组成法那样，确定工序的定位误差，而且对各因素对定位误差的影响及作用有明确清晰的了解，并可进行深入分析。该方法特别是与多因素定位误差的分析与计算。下面就上述三种方法给出一个计算实例。计算实例一阶梯轴大端铣槽，尺寸如图。用标准90°V型块定位能否满足尺寸35-0.08的加工要求？H2H1P1P2ACO1O2α8-0.05φ50-0.3235-0.08解：按概念法：工序基准的最大变动度量，即定位误差为P2-P1=H2-H1=（O1O2+O2C）-O1B=[（1/sin1/α）（dmax-dmin）/2+dmin/2]-dmax/2=Td/（2sin1/α）-Td/2=0.066一般工序的定位误差应小于或等于工序尺寸公差的1/3，0.066×3=0.198＞0.08，不满足要求。按组成法：基准位置误差==O1O2=（1/sin1/α）（dmax-dmin）/2=0.226基准不重合误差=dmax/2-dmim/2=0.16由于基准位置误差与基准不重合误差的变动方向相反，有定位误差=基准位置误差-基准不重合误差=0.226-0.16=0.066按微分法：CA（d,α）=d[（1/sin1/α）-1]/2取全微分,d[CA（d,α）]=Td[（1/sin1/α）-1]/2=0.32(1.414-1)/2=0.066如果坚持运用V型块定位，可取α=120°，这时的定位误差定位误差=Td/（2sin1/α）-Td/2=0.0230.023×3＝0.069＜0.08满足要求。3结论以上讨论了加工零件时某一工序定位误差的分析与计算，分别给出了概念法、定位误差组成法和微分法三种方法，阐述了他们的特点和使用注意事项，并给出了分析计算实例。在实际工作中，一经选定某种安装和定位方法，加工工序的定位误差既可随之确定；而根据多种安装和定位方法评估加工精度时可按工序定位误差值优化的安装和定位方法。参考文献[1]龚定安，蔡建国.机床夹具设计原理.太原：山西科学艺术出版社,1984[2]王启平.机械制造工艺学.哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社,2002[3]曹国荣等.机械制造工艺学.哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社,1999[4]王宪逵.机械制造工艺学.北京：机械工业出版社,2004[5]郑修本,冯冠大.机械制造工艺学.北京：机械工业出版社,1992[6]吴天林，段正澄.机械加工系统自动化.北京：机械工业出版社,1992ThreemethodsindeterminationofprocessinglocatingerrorsofcomponentsinV-blockAbstract:Theanalysisandcalculationofprocessinglocatingerrorsofcomponentsisanindispensableandimportanttaskincomponentdesignandmanufacturing.Determinationofthelocatingerrorshasdirectinfluenceonthequality,manufactureability,andcost,ofthecomponent.Forbetterunderstandingandproperanalysisandcalculationofthelocatingerrors,theauthorpresentsthreemethodsindeterminationofprocessinglocatingerrorsofcomponentsinV-blockV-block:conceptualmethod,constituentmethodoflocatingerror,anddifferentialmethod,putsforwardthefeaturesandconsiderationsinapplicationofeachmethod.Examplesarealsogivenforusingthesemethods.Keywords:V-block,locatingerror,conceptualmethod,constituentmethodoflocatingerror,differentialmethod