第十五讲工件在夹具上加工的精度与夹具的经济分析

1、上一讲内容提要上一讲内容提要:n专用夹具设计示例专用夹具设计示例n夹具部图上尺寸、公差和技术要求的标注夹具部图上尺寸、公差和技术要求的标注本讲主要内容：本讲主要内容：n工件在夹具上加工的精度分析工件在夹具上加工的精度分析n夹具的经济分析夹具的经济分析n机床夹具的计算机辅助设计简介机床夹具的计算机辅助设计简介 本讲重点和难点：本讲重点和难点：n影响加工精度的因素影响加工精度的因素n保证加工精度的条件保证加工精度的条件 第五节第五节 工件在夹具上加工的精度分工件在夹具上加工的精度分析析 一、影响加工精度的因素一、影响加工精度的因素 用夹具装夹工件进行机械加工时，用夹具装夹工件进行机械加工时，其工艺

2、系统中影响工件加工精度的因素其工艺系统中影响工件加工精度的因素很多。很多。 与夹具有关的因素如图与夹具有关的因素如图211所示所示 定位误差定位误差 、对刀误差、对刀误差 、夹具、夹具在机床上的安装误差在机床上的安装误差 和夹具误差和夹具误差 及其它因素综合引起加工误差称为加工及其它因素综合引起加工误差称为加工方法误差方法误差 。 上述各项误差均导致刀具相对工件上述各项误差均导致刀具相对工件的位置不精确，从而形成总的加工误差的位置不精确，从而形成总的加工误差 DTAJG图211 以图以图2-9钢套钻钢套钻5mm孔的钻模为例计算。孔的钻模为例计算。 图29 1定位误差定位误差 加工尺寸加工尺寸

3、的定位误差，的定位误差， 。 对称度对称度001mm的定位误差为工件定位孔与定位心轴配合的最大间的定位误差为工件定位孔与定位心轴配合的最大间隙。隙。 2对刀误差对刀误差 因刀具相对于对刀或导向元件的位置不精确而造成的加工误差，称因刀具相对于对刀或导向元件的位置不精确而造成的加工误差，称为对刀误差。为对刀误差。 如图如图2-9中钻头与钻套间的间隙，会引起钻头的位移或倾斜，造成加中钻头与钻套间的间隙，会引起钻头的位移或倾斜，造成加工误差。及对称度工误差。及对称度001mm的对刀误差均为钻头与导向孔的最大间隙。的对刀误差均为钻头与导向孔的最大间隙。Dmm01. 0200DmmXD054. 0033.

4、 0021. 0maxTmmXT052. 003. 0022. 0max 3夹具的安装误差夹具的安装误差 因夹具在机床上的安装不精确而造成的加工误差，称为夹具的安装因夹具在机床上的安装不精确而造成的加工误差，称为夹具的安装误差。误差。 图图29中夹具的安装中夹具的安装基面为平面，因而没有安基面为平面，因而没有安装误差，装误差， 。 图图210中车床夹具的中车床夹具的安装基面安装基面 与车床过渡与车床过渡盘配合的最大间隙为安装误盘配合的最大间隙为安装误差差 ，或者把找正孔相对，或者把找正孔相对车床主轴的同轴度作为安装车床主轴的同轴度作为安装误差误差 。AA0A71HD12图210 4夹具误差夹具

5、误差 因夹具上定位元件、对刀或导向元件、分度装置及安装基准之因夹具上定位元件、对刀或导向元件、分度装置及安装基准之间的位置不精确而造成的加工误差，称为夹具误差。间的位置不精确而造成的加工误差，称为夹具误差。 如图如图211所示，夹具误差所示，夹具误差 主要包含主要包含: 定位元件相对于安装基准的尺寸或位置误差定位元件相对于安装基准的尺寸或位置误差 ； 定位元件相对于对刀或导向元件定位元件相对于对刀或导向元件(包含导向元件之间包含导向元件之间)的尺寸或的尺寸或位置误差位置误差 ； 导向元件相对于安装基准的尺寸或位置误差导向元件相对于安装基准的尺寸或位置误差 ； 若有分度装置时，还存在分度误差若有

6、分度装置时，还存在分度误差 。 图图29中，影响尺寸中，影响尺寸20001 mm 的夹具误差的定位面到导的夹具误差的定位面到导向孔轴线的尺寸公差向孔轴线的尺寸公差, 及导向孔对安装基面及导向孔对安装基面B的垂直的垂直度度 JJ1J2J3JFmmJ06. 02mmJ03. 03 影响对称度影响对称度001 mm的夹具误差为导向孔对定位心轴的对称度的夹具误差为导向孔对定位心轴的对称度 5加工方法误差加工方法误差 因机床精度、刀具精度、刀具与机床的位置因机床精度、刀具精度、刀具与机床的位置精度、工艺系统的受力变形和受热变形等因素造成的加工误差，统精度、工艺系统的受力变形和受热变形等因素造成的加工误差

7、，统称为加工方法误差。称为加工方法误差。 因该项误差影响因素多，又不便于计算，所以常根据经验为它因该项误差影响因素多，又不便于计算，所以常根据经验为它留出工件公差留出工件公差 的的1/3。即。即 二、保证加工精度的条件二、保证加工精度的条件 工件在夹具中加工时，总加工误差工件在夹具中加工时，总加工误差 为上述各项误差之和。为上述各项误差之和。由于上述误差均为独立随机变量，应用概率法叠加。因此保证工件由于上述误差均为独立随机变量，应用概率法叠加。因此保证工件加工精度的条件是：加工精度的条件是：mmJ03. 02K3KG 即工件的总加工误差即工件的总加工误差 应不大于工件的加工尺寸公差应不大于工件

8、的加工尺寸公差 。 为保证夹具有一定的使用寿命，防止夹具因磨损而过早报废，在为保证夹具有一定的使用寿命，防止夹具因磨损而过早报废，在分析计算工件加工精度时，需留出一定的精度储备量分析计算工件加工精度时，需留出一定的精度储备量 。因此将上。因此将上式改写为式改写为 或或 当当 时，夹具能满足工件的加工要求。时，夹具能满足工件的加工要求。 值的大小还表值的大小还表示了夹具使用寿命的长短和夹具总图上各项公差值示了夹具使用寿命的长短和夹具总图上各项公差值 确定得是否确定得是否合理。合理。 三、在钢套上钻三、在钢套上钻5mm孔的加工精度计算孔的加工精度计算 在图在图29所示钻模上钻钢套的所示钻模上钻钢套

9、的5mm孔时，加工精度的计算如孔时，加工精度的计算如下表下表: KGJATD22222KCJCKJ0KCJ0CJCJJ200.01mm 对称度为0.01mm O 0.054mm O 0.052mm O 0 0.09mm0.03mm0.067mm0.033mm0.108mm0.087mm0.092mm00DTAJGCJ 由上表可知该钻模能满足工件的各项精度要求，且有一定的精度由上表可知该钻模能满足工件的各项精度要求，且有一定的精度储备。储备。 第六节夹具的经济分析第六节夹具的经济分析 夹具的经济分析是研究夹具的复杂程度与工件工序成本的关系，夹具的经济分析是研究夹具的复杂程度与工件工序成本的关系，

10、以便分析比较和选定经济效益较好的夹具方案。以便分析比较和选定经济效益较好的夹具方案。 一、经济分析的原始数据一、经济分析的原始数据 1)工件的年批量工件的年批量N(件件)。 2)单件工时单件工时 (h)。 3)机床每小时的生产费用，机床每小时的生产费用，(元元h)。此项费用包括工人工资、机。此项费用包括工人工资、机床折旧费、生产中辅料损耗费、管理费等。床折旧费、生产中辅料损耗费、管理费等。 dT 4)夹具年成本夹具年成本 (元元)。 为专用夹具的制造费用为专用夹具的制造费用 分摊在分摊在使用期内每年的费用与全年使用夹具的费用之和。使用期内每年的费用与全年使用夹具的费用之和。 专用夹具的制造费用

11、计算公式如下专用夹具的制造费用计算公式如下: 式中式中 p材料的平均价格材料的平均价格(元元kg)； m夹具毛坯的重量夹具毛坯的重量(kg)； t夹具制造工时夹具制造工时(h)； f制造夹具的每小时平均生产费用制造夹具的每小时平均生产费用(元元h)。 jCjCzCtfpmCz 夹具年成本计算公式如下夹具年成本计算公式如下: 式中式中 专用夹具设计系数，常取专用夹具设计系数，常取0.5； 专用夹具使用系数，常取专用夹具使用系数，常取02-03； T专用夹具使用年限，对于简单夹具，专用夹具使用年限，对于简单夹具，T=1a ；对于中；对于中等复杂程度的夹具，等复杂程度的夹具，T=23a；对于复杂夹具

12、，；对于复杂夹具，T=45a。 二、经济分析的计算步骤二、经济分析的计算步骤 根据工序总成本公式：根据工序总成本公式：zTKjCKC2111K2KNCCCsdj 经济分析的计算步骤如下图：经济分析的计算步骤如下图： 序号 项 目 计算公式 单 位 备 注 1工件年批量 N件件 已知已知2单件工时 h 已知已知3机床每小时生产费用 f元元h 已知已知4夹具年成本 元元 估算估算5生产效率 件件h 6工序生产成本 元元 7单件工序生产成本 元件元件 8工序总成本 元元 9单件工序总成本 元件元件 10两方案比较的经济效益 元元 dTjCdT1NfdsfNTCfdNCsdfTCsNCCCCCsdjs

13、jNCCNCdC21212112ddCCNCCE 三、经济分析举例三、经济分析举例 设某一钢套批量设某一钢套批量N=500件，钻床每小时生产费用件，钻床每小时生产费用f=20元元h。试。试分析下列三种加工方案的经济效益。分析下列三种加工方案的经济效益。 方案方案1：不用专用夹具，通过划线找正钻孔。夹具年成本：不用专用夹具，通过划线找正钻孔。夹具年成本 单件工时单件工时 =04h。 方案方案2：用简单夹具。单件工时：用简单夹具。单件工时 =015h，设夹具毛坯重量，设夹具毛坯重量m=2，材料平均价，材料平均价p=l6元，夹具制造工时元，夹具制造工时t=4h，制造夹具每小，制造夹具每小时平均生产费

14、时平均生产费 =20元元h，可估算出专用夹具的制造价格为，可估算出专用夹具的制造价格为 =(162+420)元元=112元元 计算夹具的年成本计算夹具的年成本 : 设设 =05， =02，T=1a，则，则 =( ) =( +02)112元元=1904元元 01jC1dt2dtefeztfpmC22jC2K1K2jC211KTK2zC15 . 01 方案方案3：采用自动化夹具。单件工时：采用自动化夹具。单件工时 =005h，设夹具毛，设夹具毛坯重量坯重量m=30，材料平均价格，材料平均价格p=16元，夹具制造工时元，夹具制造工时t=56h，制，制造夹具每小时平均生产费用造夹具每小时平均生产费用

15、=20元元h，则夹具制造价格为，则夹具制造价格为: =(1630+5620)元元=1600元元 计算夹具成本计算夹具成本 。设。设 =05， =02，T=2a，则，则 钢套钻孔各方案成本估算如下表：钢套钻孔各方案成本估算如下表：3dtefeztfpmC33jC1K2K元元152016002 . 025 . 012133zTKjCKC方案方案I 方案方案 方案方案 h 0.40.150.05 2.56.720 （元）（元） 0190.41520 （元）（元） 40001500500 （元（元/件）件） 831 （元）（元） 40001690.42020 （元（元/件）件） 83.384.04dtjCsCsdCCdC 可见，批量为可见，批量