夹具加工的误差综合分析和误差分配

HEATS

% P# {- b& i% K, I; Q) m9 t

摘要：在机械加工的成组和批量生产中，使用各类夹具是确保加工精度、提高生产效率的重要手段。制订机床夹县的磨损极限是保证产品质量的必要条件。本文基于对零件加工误差的综合分析和误差分配原则，讨论了夹具磨损极限值的计算方法。

在机械加工过程中夹具的使用非常广泛，它是降低工人劳动强度、扩大机床的工业范围、保证产品质量、提高生产效率的重要手段。夹具的使用状况如何，在某种意义上反映了生产产品质量的稳定程度。零件的加工误差实际上是机械加工系统综合误差的反映，它不仅包括夹具的制造误差，还包括机床误差、刀具误差、工件的定位误差，就其误差的组成和误差的可控性来说，夹具的误差就显得较为重要。为了保证产品的加工质量，使零件的误差控制在合理的范围内，夹具磨损到什么程度必需进行修复或报废，亦即研究夹具磨损的极限偏差问题及其误差的分配就显得十分有意义。

1 机床夹具磨损极限值计算准则

9 r% Z4 B) g9 Z( B m& Z, z0 I3 W. k( M

2 @/ ]) _. V5 d. w7 D d
1. 综合误差d的计算 7 m- O1 a# U! K% M4 d' x/ w2 A# u+ [
2. 实用综合误差计算公式 ' z, ]; |" W* U# R
3. 夹具磨损极限值d_m的确定 ' }4 `4 y# U2 p# P- W
4. d磨损极限值d_m的分配
5. 夹具磨损的调整
   机械加工系统的综合误差是机床误差、夹具制造误差、刀具制造误差、工件定位误差的综合反映。 $ d. a: w" i3 T3 H- a5 s

   1. 机床误差d_z。车床主要包括：机床主轴径向跳动和机床主轴端面跳动，用d_z1表示：车床丝杠螺距综合误差，即螺距累积误差和丝杠两轴承中心线对床身导轨不等距度的综合误差，用d_z2表示。d_z1、d_z2可查表1。钻床主要是钻轴工作台垂直平行综合误差。立铣床主要是立铣床主轴中心对工作台直平行综合误差。卧铣床主要是卧铣床的综合误差。插床主要是插床导轨对工作台面不垂直误差。
      9 a1 \% j/ |7 {' H9 ~0 ?) ]. K- v1 O& `3 m* S+ \# [6 u0 q, ?& X# ]" B7 n4 h' {/ {7 d5 E0 y" n$ d( l( x% I4 ~' ]. c, z" \1 P$ A+ H2 x; X5 f6 G) d. w( ]( j$ X. C( T1 t/ O# [3 U0 |" h1 G. X' w1 w. w Y6 G3 h( Z9 I; B5 F" X1 t8 W7 a! U+ d3 N+ j( e2 \- ?( m( i& N/ ^0 p3 s# \ T( D2 {& ~9 |+ a- `" h7 j0 K% l5 D* p5 ?7 l/ v+ {5 j: v# b- C3 _! M2 R+ N' N' w. t* R1 x1 J r% i9 B/ s& d U0 R% R! k% n# A j: A! s) @0 x8 `+ A/ C. H+ Q: m6 N" t$ c. H) v8 M9 _& P/ ~6 @/ o) w4 E1 ~0 N6 R& N+ z+ M/ f5 O7 z2 Z; m9 h7 g. J6 {0 M I4 ^) I) U5 U3 i1 q+ L! V( B* s7 P2 k7 Q, b6 d' i- J" n3 J/ h |( b& b, v0 B4 a8 B# p( \/ w" P0 |$ Y$ s: B$ C) j" K X* l2 C( _" o9 R9 J3 z K4 _! ^% N4 d) f6 T* ]' ?$ |0 F; Q; A9 b9 U! N4 p6 n. s" P* H" d/ a) y" |( ~" y# R0 c% v n# e9 ]& B5 `4 p! [# A5 L t* I; j3 g- S! b2 n, N( k) [9 L; a L. g0 C$ b! z6 m4 e0 S. s" c& C* t& @2 E' D. a0 [( ^5 i1 x, w ? [' e7 s6 k/ w' Z4 X3 [+ N. N& @9 }4 Y/ E. F% b6 W, p$ d- c; B2 Z3 v: z' S$ e N5 {% U9 P: {9 B/ Q; b% o/ ^! g( x& E+ K" ^7 t# S$ ? d" C7 f0 k, h. S( A& n. k3 U7 W4 B+ Z4 L) x. U) W9 x$ o3 O4 N) e' ]% I$ P3 s. K4 `2 `6 O. e/ K* o# J& F, B& u- \9 Z. C, _* }2 a+ T$ S! g0 `' e& b$ e& X5 S" c s) g6 `: {) J$ h7 v+ E+ V& ^9 T; V# s+ E: B; c; o9 \1 j( Y8 E- L( I h$ i6 t, C" l2 T9 T, H$ U1 W* {' K6 X8 [6 T0 C' ~. [9 H' u+ I! k/ c4 Y9 d3 G# j% f$ s0 D! i3 i, @5 e1 F4 {7 i: x9 g. d5 W1 l" i! \! A; o1 O! F; A- Z* y) h" i, x7 D, K) e5 F# b/ v2 w; q3 {8 E! g- Z8 Z: g) q# t( m7 p% z9 z8 }+ n2 E( ^4 D& w2 x8 g6 [/ ~# }4 W1 U/ o! \3 t' O6 T0 e: p* ^0 J. ^$ u& Q U- c U% O- C5 b. E k+ d) M% j+ }9 Z9 F. U5 \6 E% F0 H1 i# T( `7 G( _5 h& ~" W- ~4 T! L3 x2 {; C) D4 K' m3 E7 t! {/ B7 _/ h, h- M0 J: ^0 G, F$ b, R6 j8 l) p7 y. I V0 U8 a- R+ X8 h+ u3 g6 o" p q; {) s" R x5 M* O5 x0 g( d1 e- z& O4 S! t9 I9 w' n! p3 }( { N) }6 Y1 x' f4 t {/ R* L: E, Z) H9 E; G2 C. K* a- T4 h, g# W' z+ P) b1 r8 Y1 i! F o# v0 |0 Z6 _! r, U9 v! h; x/ O( e$ x) r; d( y4 V' O# \( S& F6 u% A" R6 y i# N# _6 I9 b8 R& Y$ P" }; F# S- j/ a& k4 w! A2 w3 @- u2 A7 s5 b; ^# t5 L3 l" v# s0 ?* ~7 x# \' n6 z! L" X

      表1 车夹具制造允许误差d_j1，车床误差d_z1、d_z2

      尺寸范围 L(mm)	夹具制造 允许误差 dj1 (µm)	车床误差dz1、dz2(µm)、零件公差d1或2d1(µm)
      		≤0.08		>0.08～0.20		>0.20～0.30		>0.30～0.40		>0.40
      		dz1	dz2	dz1	dz2	dz1	dz2	dz1	dz2	dz1	dz2
      1～10	7	1	1	1.2	2	1.5	2.5	2	5	3	10
      10～20	20	1.5	2	1.8	3	2	4	3	10	5	15
      20～30	30	2	4	2.5	5	3	6.5	5	15	7	20
      30～50	48	2.5	7	3	8	4	10	7	20	9	25
      50～80	80	4	10	5	12	6.5	16	8	25	10	40
      80～120	120	6	15	8	20	10	25	15	35	20	50
      120～150	160	10	20	12	30	14	35	20	40	25	55
      150～200	200	12	30	15	40	17	45	25	50	30	70
      200～300	300	15	40	20	50	25	65	35	75	40	90
      300～500	480	20	55	30	65	40	100	50	110	60	150
      500～1000	230	40	70	50	85	75	180	90	200	100	250

      8 e6 |6 ] U' Y, \+ g' k
   2. 夹具制造误差d_j。夹具制造误差由d_j=d_j1+d_j2+d_j3+d_j4+d_j5+d_j6构成。其中：d_j1为夹具制造允许误差，对车夹具来说是弹性夹头夹口与主轴不同轴度误差，可查表1(表中L 按(d₁+d₂)/2计算，d₁为弹性夹头夹口直径，d₂为主轴直径)：d_j2为夹具的形状位置误差：d_j3为对刀装置极限偏差：d_j4为塞尺的极限偏差：d_j5为夹具定位表面极限偏差：d_j6为钻套轴与衬套孔的综合误差。
   3. 刀具误差d_d。立铣床用的棒形铣刀主要是刀具的径向摆动误差：卧铣床用的盘状铣刀主要是刀具的径向跳动和端面摆动综合误差：钻孔用钻头主要是钻头直径的制造公差。 ' m. R- Q# }% N. k% ^; z- F
   4. 工件的定位误差d_g。
      3 j. E7 @/ j+ ~, h8 \! q, d$ z$ A: W$ c: F7 |% W* q5 w {1 C( o7 w8 F9 {# u O, ]' }+ u2 O" D3 G% O. g% X6 B2 I7 W8 [+ X+ e# z; I6 E$ f$ ]$ F# l/ v/ [9 P- c2 x9 q( g0 X, O) N# \, ^; l* N- q

      表2 其它误差d_q

      尺寸范围 (法兰盘)D (mm)	92	130	165	195	210	270	340
      其它误差dq ( µm)	36	42	42	47	47	52	52

      - F( S/ V, L3 n. T. @: R# |8 O6 O* l
   5. 其他误差d_q。车床是指车床法兰盘的定位轴与夹具定位孔的间隙误差的综合值，可查表2：铣床是指铣床法兰盘的端面跳动和不同轴的综合误差。
   在实际加工过程中，各项误差可能会互相覆盖，也不可能同时出现最大值。为了便于计算，根据加工过程实际使用的经验，将各项误差先算术平均，再乘修正系数k，从而得到实用的综合误差计算公式 : _2 y5 F" C# u( N2 s4 C( P- M

   d=k(dz+dj+dd+dg+dq)

   (1)

   其中：k的取值范围一般为k=0.7～0.8。 4 h+ ]: ]) V# w
   夹具磨损极限值应根据零件技术要求的尺寸偏差和零件在夹具上加工产生的误差而定。如果用d₁表示零件允许的尺寸误差，则夹具磨损极限值d_m可用下式表达

   dm≤d1-d

   (2)

   如果夹具上数个零件的磨损都会影响加工精度时，应该把磨损极限值d_m进行合理的分配。分配时要考虑夹具的结构要求、夹具零件的耐磨性以及夹具零件磨损对加工误差影响的程度。设可分配总值为d_k，夹具零件磨损分配值为d_k1，d_k2，d_k3，……，d_kn，则 . O r3 @( k% o+ s# H6 ~# ^6 b

   dk=dk1+dk2+dk3+……+dkn

   (3)

   夹具磨损可分配值d_k应小于夹具磨损极限值d_m。此时，精度储备为d_b @# J0 ]) @/ @6 i" g! X/ g6 J9 T- P4 w# v$ ~. K5 s* h$ k; a0 H C# }5 X/ W+ s, o

   db=dm-dk

   (4)

   一般情况下，d_k应满足下式 ; s9 h) h8 u- S" o/ f4 w) ?9 a& `

   dk≤0.8dm-0.5dm

   (5)

   为了保证零件在夹具中的加工精度，计算时应满足如下不等式 ; N- ]" A) W6 }" ^3 b$ c, I. q0 h' x) `7 r4 ?* X3 L5 K1 q0 v1 y3 f7 ~$ q* M4 C

   d1≥d+dm

   (6)

   0 i' e2 ?2 u0 [. E! d5 r
   如果式(5)不能满足，且d≥d₁，应从下述三方面进行调整：

   1. 夹具制造误差太大在可能的情况下减少制造误差。 $ O4 ~% Z. f- j, P! y2 Q6 ~
   2. 夹具结构不合理改变夹具的结构。 ! f$ L( c) L! R" i1 ~3 ^- k
   3. 零件尺寸偏差过小在可能的情况下与设计和工艺人员协商加大零件的尺寸偏差。

+ S6 x! T! J' j7 S; r% |7 w