第12讲 4.3 定位误差分析

1、1康嘉杰左侧长左侧长V形块：形块：V形块端面：形块端面：支承钉：支承钉：共限制：共限制：yzyz、 、 、xzyzyzx、 、 、x、 、左侧短左侧短V形块组合：形块组合：右侧短右侧短V形块：形块：三个短三个短V形块组合：形块组合：yzyz、 、 、xz、yzyzx、 、 、x、 、左侧短圆柱销：左侧短圆柱销：两个底面组合：两个底面组合：移动式短移动式短V形块：形块：短圆柱销与短短圆柱销与短V形块形块组合：组合：共限制：共限制：xy、zxy、 、xxyz、 、yzyzx、 、 、x、 、5第四章 机床夹具原理与设计一、机床夹具概述一、机床夹具概述二、工件在夹具中的定位二、工件在夹具中的定位三、

2、定位误差分析三、定位误差分析四、工件在夹具中的夹紧四、工件在夹具中的夹紧五、各类机床夹具五、各类机床夹具六、现代机床夹具六、现代机床夹具七、机床夹具设计的基本步骤七、机床夹具设计的基本步骤1 基准的概念基准的概念 零件是由若干表面组成的，这些表面之间必然有零件是由若干表面组成的，这些表面之间必然有尺寸和位置之间的要求。尺寸和位置之间的要求。 基准基准是零件上用来确定其他点、线、面位置所依是零件上用来确定其他点、线、面位置所依据的那些点、线、面。按其功用不同，基准可分为据的那些点、线、面。按其功用不同，基准可分为设计基准设计基准和和工艺基准工艺基准两大类。两大类。第三节 定位误差分析支承块支承块

3、1.1 设计基准设计基准 设计基准设计基准是在零件图上所是在零件图上所采用的基准。它是标注设计采用的基准。它是标注设计尺寸的起点。尺寸的起点。 平面平面2、3的设计基准是平的设计基准是平面面1，平面，平面5、6的设计基准的设计基准是平面是平面4，孔，孔7的设计基准是的设计基准是平面平面1和平面和平面4，而孔，而孔8的设的设计基准是孔计基准是孔7的中心和平面的中心和平面4。第三节 定位误差分析在零件图上不仅标注的尺寸具有设计基准，在零件图上不仅标注的尺寸具有设计基准，而且标注的位置精度同样具有设计基准。而且标注的位置精度同样具有设计基准。如图中钻套零件，如图中钻套零件，轴心线轴心线OO是是各外圆

4、和内孔的设计基准，各外圆和内孔的设计基准，也是两项跳动误差的设计基准；也是两项跳动误差的设计基准；端面端面A是端面是端面B、C的设计基准。的设计基准。第三节 定位误差分析1.2 工艺基准工艺基准 工艺基准工艺基准是在加工和装配时所使用是在加工和装配时所使用的基准。必须是实在的。然而作为基准的基准。必须是实在的。然而作为基准的点、线、的点、线、 面有时并不一定具体存在面有时并不一定具体存在(如孔和外圆的中心线，两平面的对称如孔和外圆的中心线，两平面的对称中心面等中心面等)，往往通过具体的表面来体，往往通过具体的表面来体现。现。用以体现基准的表面用以体现基准的表面称为称为基面基面。 如图示钻套的中

5、心线是通过内孔表如图示钻套的中心线是通过内孔表面来体现的，内孔表面就是基面。面来体现的，内孔表面就是基面。第三节 定位误差分析 工艺基准是在工艺过程中所使用的基准。工艺基准是在工艺过程中所使用的基准。 工艺过程是一个复杂的过程，按用途不同，工艺工艺过程是一个复杂的过程，按用途不同，工艺基准又可分为基准又可分为定位基准、工序基准、测量基准和定位基准、工序基准、测量基准和装配基准装配基准。第三节 定位误差分析（1） 定位基准定位基准 在加工中用做定位的基准在加工中用做定位的基准，称为，称为定位基准定位基准。 它是工件上与夹具定位元它是工件上与夹具定位元件直接接触的点、线或面。件直接接触的点、线或面

6、。 图示零件，加工平面图示零件，加工平面3和和6是通过平面是通过平面1和和4放在夹具上放在夹具上定位的，所以，定位的，所以，平面平面1和和4是是加工平面加工平面3和和6的定位基准。的定位基准。 第三节 定位误差分析（1）定位基准）定位基准 图示的钻套，用内图示的钻套，用内孔装在心轴上磨削孔装在心轴上磨削40h6外圆表面时，外圆表面时，内内孔表面是定位基面，孔表面是定位基面，孔的中心线就是定位孔的中心线就是定位基准基准。第三节 定位误差分析定位定位基准又分为基准又分为粗基准粗基准和和精基准精基准。用做定位的表面，如果是没有经过加工的毛坯表用做定位的表面，如果是没有经过加工的毛坯表面，称为面，称为

7、粗基准粗基准；若是若是已加工过的表面，则称为已加工过的表面，则称为精基准精基准。第三节 定位误差分析（2） 工序基准工序基准 在工序图上，在工序图上，用来标定本工序被用来标定本工序被加工面尺寸和位置所采用的基准加工面尺寸和位置所采用的基准，称为称为工序基准工序基准。 它是它是某一工序所要达到加工尺寸某一工序所要达到加工尺寸(即工序尺寸即工序尺寸)的起点的起点。 图示零件，加工平面图示零件，加工平面3时按尺寸时按尺寸H2进行加工，则平面进行加工，则平面1即为工序基即为工序基准，加工尺寸准，加工尺寸H2叫做工序尺寸。叫做工序尺寸。第三节 定位误差分析（2） 工序基准工序基准 工序基准应当尽量与工序

8、基准应当尽量与设计基准相重合设计基准相重合； 当考虑定位或试切测量当考虑定位或试切测量方便时，也可以与定位基方便时，也可以与定位基准或测量基准相重合。准或测量基准相重合。 第三节 定位误差分析（3）测量基准）测量基准 零件测量时所采用的基准零件测量时所采用的基准，称，称为为测量基准测量基准。 图示钻套以内孔套在心轴上测图示钻套以内孔套在心轴上测量外圆的径向圆跳动，则内孔表量外圆的径向圆跳动，则内孔表面是测量基面，孔的中心线就是面是测量基面，孔的中心线就是外圆的测量基准；用卡尺测量尺外圆的测量基准；用卡尺测量尺寸寸l和和L，表面，表面A是表面是表面B、C的测的测量基准。量基准。第三节 定位误差分

9、析（4） 装配基准装配基准 装配时用以确定零件在机器中位置的基准装配时用以确定零件在机器中位置的基准，称为，称为装配基准装配基准。 图示的钻套，图示的钻套，40h6外圆及端面外圆及端面B即为装配基准。即为装配基准。 第三节 定位误差分析2. 定位误差及其产生原因定位误差及其产生原因 当夹具在机床上的定位精度已达到要求时，如果工当夹具在机床上的定位精度已达到要求时，如果工件在夹具中定位得不准确，将会使设计基准在加工尺件在夹具中定位得不准确，将会使设计基准在加工尺寸方向上产生偏移，往往导致加工后工件精度达不到寸方向上产生偏移，往往导致加工后工件精度达不到要求。要求。 设计基准在工序尺寸方向的最大位

10、置变动量设计基准在工序尺寸方向的最大位置变动量，称为，称为定位误差定位误差，以，以ddw表示。表示。 下面讨论产生定位误差的原因。下面讨论产生定位误差的原因。第三节 定位误差分析2.1 定位基准与设计基准不重合产生的定位误差定位基准与设计基准不重合产生的定位误差 图示零件，底面图示零件，底面3和侧面和侧面4已加工好，现需加工台阶面已加工好，现需加工台阶面1和顶面和顶面2 工序一工序一：加工顶面：加工顶面2，以底面和侧面定位，此时定位基准和设计，以底面和侧面定位，此时定位基准和设计基准都是底面基准都是底面3，即，即基准重合基准重合。加工时，使刀具调整尺寸与工序尺。加工时，使刀具调整尺寸与工序尺寸

11、一致，即寸一致，即C=HH (对于一批工件来说，可视为常量对于一批工件来说，可视为常量)， 则定位则定位误差误差ddw =0。 第三节 定位误差分析工序二：工序二：加工台阶面加工台阶面1，定位同工序一，此时定位基准为底，定位同工序一，此时定位基准为底面面3，而设计基准为顶面，而设计基准为顶面2，即，即基准不重合基准不重合。即使本工序刀具以。即使本工序刀具以底面为基准调整得绝对准确，且无其他加工误差，仍会由于上底面为基准调整得绝对准确，且无其他加工误差，仍会由于上一工序加工后顶面一工序加工后顶面2在在HH范围内变动，导致加工尺寸范围内变动，导致加工尺寸AA变为变为AAH，其误差为，其误差为2H，

12、显然该误差完全是由于定位，显然该误差完全是由于定位基准与设计基准不重合引起的，称为基准与设计基准不重合引起的，称为“基准不重合误差基准不重合误差”，以，以jb表示，即表示，即jb=2H。第三节 定位误差分析 如果将定位基准到设计基准间的尺寸称为如果将定位基准到设计基准间的尺寸称为联系尺寸联系尺寸，则基准，则基准不重合误差就等于联系尺寸的公差。不重合误差就等于联系尺寸的公差。第三节 定位误差分析 图中，工序改进方案使基准重合了图中，工序改进方案使基准重合了(jb=0)。这种方案虽然提。这种方案虽然提高了定位精度，但夹具结构复杂，工件安装不便，并使加工稳高了定位精度，但夹具结构复杂，工件安装不便，

13、并使加工稳定性和可靠性变差，因而有可能产生更大的加工误差。定性和可靠性变差，因而有可能产生更大的加工误差。 因此，从多方面考虑，在满足加工要求的前提下，基准不重因此，从多方面考虑，在满足加工要求的前提下，基准不重合的定位方案在实践中也可以被采用合的定位方案在实践中也可以被采用。第三节 定位误差分析2.2 定位副制造不准确产生的基准位移误差定位副制造不准确产生的基准位移误差图示工件以内孔中心图示工件以内孔中心O为定位基准，套在心轴为定位基准，套在心轴O1上，铣上上，铣上平面，工序尺寸为平面，工序尺寸为 。从定位角度看，孔心线与轴心线重合。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

14、，即设计基准与定位基准重合，jb=0。第三节 定位误差分析0HH 但实际上，定位心轴和工件内孔都有制造误差，而且为了但实际上，定位心轴和工件内孔都有制造误差，而且为了便于工件套在心轴上，还应留有间隙，故安装后孔和轴的中心便于工件套在心轴上，还应留有间隙，故安装后孔和轴的中心必然不重合，使得两个基准发生位置变动。必然不重合，使得两个基准发生位置变动。第三节 定位误差分析设孔径为设孔径为 ，轴径为，轴径为 ，最小间隙配合为，最小间隙配合为=D-d。当心轴水平放置时，工件与心轴始终在上母线当心轴水平放置时，工件与心轴始终在上母线A单边接触。则单边接触。则设计基准设计基准O与与O1间的最大和最小距离分

15、别为间的最大和最小距离分别为:DD00dd1max11min2222OOOAO ADDddDdOO第三节 定位误差分析因此，由于基准发生位移而造成的加工误差为因此，由于基准发生位移而造成的加工误差为 “基准位移误差基准位移误差”1max1minjw22221()222OOOODDddDdDdDd第三节 定位误差分析因此因此定位误差定位误差为内孔公差为内孔公差D与心轴公差与心轴公差d之和的一半，之和的一半，且与且与最小配合间隙最小配合间隙无关（无关（=D-d）。若将工件定位基准与夹具定位元件合称为若将工件定位基准与夹具定位元件合称为“定位副定位副”，则，则由于定位副制造误差，也直接影响定位精度。

16、这种由于定位副由于定位副制造误差，也直接影响定位精度。这种由于定位副制造不准确，使得制造不准确，使得设计基准位置发生变动而产生的定位误差设计基准位置发生变动而产生的定位误差，称为称为“基准位移误差基准位移误差”，用，用jw表示。表示。上例中，若上例中，若心轴垂直放置心轴垂直放置，则工件孔与心轴可能在任意边，则工件孔与心轴可能在任意边接触，此时接触，此时定位误差定位误差为为 jw=D+d+第三节 定位误差分析3. 定位误差的分析与计算定位误差的分析与计算 通常，通常，定位误差定位误差可按两种方法进行分析计算：可按两种方法进行分析计算： 一是先分别求出一是先分别求出基准位移误差和基准不重合误差基准

17、位移误差和基准不重合误差，再求出其在加工尺寸方向上的代数和，即再求出其在加工尺寸方向上的代数和，即dw=jb+jw； 二是按最不利情况，确定一批工件二是按最不利情况，确定一批工件设计基准的两个极设计基准的两个极限位置限位置，再，再根据几何关系求出此两位置的距离根据几何关系求出此两位置的距离，并将其，并将其投影到加工尺寸方向上，便可求出定位误差。投影到加工尺寸方向上，便可求出定位误差。第三节 定位误差分析3.1 工件用工件用V形块定位时的定位误差计算形块定位时的定位误差计算如图所示，直径为的轴在如图所示，直径为的轴在V形块上定位铣平面，加工表形块上定位铣平面，加工表面的工序尺寸有三种不同的标注方

18、式面的工序尺寸有三种不同的标注方式0dd第三节 定位误差分析(1) 要求保证要求保证上母线到加工面的尺寸上母线到加工面的尺寸H1，即，即设计基准为设计基准为B,图图(a)；(2) 要求保证要求保证下母线到加工面的尺寸下母线到加工面的尺寸H2，即，即设计基准为设计基准为C,图图(b)；(3) 要求保证要求保证轴心线到加工面的尺寸轴心线到加工面的尺寸H3，即，即设计基准为设计基准为O,图图(c)。三种尺寸标注的工件均以外圆上的半圆面为定位基准，在三种尺寸标注的工件均以外圆上的半圆面为定位基准，在V形块上定位。若工件尺寸有大有小，则接触点形块上定位。若工件尺寸有大有小，则接触点E、F的位置将会变的位

19、置将会变化，所以，化，所以，加工前以不变点加工前以不变点A (V形块两工作表面的交点形块两工作表面的交点)作为调整作为调整刀具位置尺寸刀具位置尺寸C的依据的依据。因此，对于尺寸。因此，对于尺寸H1、H2、H3都有因都有因基准基准不重合不重合和和定位基准本身制造误差定位基准本身制造误差而造成的定位误差。而造成的定位误差。 第三节 定位误差分析(1) 尺寸尺寸H1的定位误差的定位误差。这时设计基准的最大位置变动量。这时设计基准的最大位置变动量为，即为，即定位误差定位误差： 21BB112212221112211()()222sin2sin22112sin2dwB BABABAOO BAOO Bdd

20、ddd第三节 定位误差分析(2) 尺寸尺寸H2的定位误差的定位误差。这时设计基准的最大位置变动。这时设计基准的最大位置变动量为，即定位误差：量为，即定位误差： 21CC212212221111()()12sin2dwdC CACACAOO CAOOC 第三节 定位误差分析(3) 尺寸尺寸H3的定位误差的定位误差。这时设计基准的最大位置变。这时设计基准的最大位置变动量为，即定位误差：动量为，即定位误差： 21OO2sin122sin22sin2121221dw3dddAOAOOO第三节 定位误差分析 通过以上计算，可得出如下结论：通过以上计算，可得出如下结论： (1) dwd，定位误差随工件误差

21、的增大而增大定位误差随工件误差的增大而增大；(2) dw与与V形块夹角形块夹角有关有关，随，随增大而减小，但定位稳定性变增大而减小，但定位稳定性变差，差，故一般取故一般取=90；(3) dw与工序尺寸标注方式有关与工序尺寸标注方式有关，本例中，本例中 dw1dw3dw2 2sin1122ddw2sin1121ddw2sin12dw3d第三节 定位误差分析例例4-4第三节 定位误差分析4 保证加工精度的条件保证加工精度的条件机械加工过程中，产生加工误差的因素很多。机械加工过程中，产生加工误差的因素很多。 若规定若规定工件的加工误差工件的加工误差为为工件工件; 并以并以夹具夹具表示与采用表示与采用夹具有关的误差夹具有关的误差; 以以加工加工表示表示除夹具外，与工艺系统其他一切因素除夹具外，与工艺系统其他一切因素(诸如机床误诸如机床误差、刀具误差、受力变形、热变形等差、刀具误差、受力变形、热