应用尺寸链理论分析计算铣床夹具定位误差

摘 要：铣床零件加工的精度与夹具定位误差关系密切，定位误差有多种计算方法，其中利用尺寸链原理分析定位误差的形成，并按照尺寸链的计算方法得出定位误差值，使计算过程步骤清晰，便于控制，有利于技术人员提高工作效率。

关键词：机械制造工艺 尺寸链 定位误差 夹具定位

中图分类号：TH161 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2014）05（c）-0248-02

随着制造业的发展，数控机床的普及使得加工精度有了大幅度提升，产品的质量明显提高。加工过程中，零件的定位方式和定位精度起着至关重要的作用，确定定位方案后，要合理计算定位误差，才能保证零件的质量要求。该文提出应用尺寸链理论进行定位误差值分析计算，与用几何解析法及微分法比较，计算过程简单易懂，更准确、更方便。

铣床上零件加工之前必须先使其在夹具中合理定位，零件形状不同，使用的夹具也随之变化。由于夹具在制造过程中误差是不可避免的，零件轮廓在加工中也必然存在形状与尺寸误差，而零件部分结构加工必须以零件的其他已加工平面或圆柱面为基准进行，批量加工时，工件定位造成的某加工面相对于工序基准在加工尺寸方向上的位置变动形成定位误差。定位误差的大小直接影响零件的加工精度。因此必须明确造成定位误差的各个环节，准确计算工件的定位误差，从而合理控制定位误差，保证零件的质量。

工件定位误差由基准位移误差和基准不重合误差两部分组成，造成误差的环节取决于夹具的尺寸与工件的已加工工序的尺寸，理想基准位置、实际基准位置、工件设计尺寸和实际加工尺寸等各相关尺寸在加工方向上可构成封闭的尺寸链，根据尺寸链各组成环的公差计算封闭环的最大误差，即为分析定位误差的原理。现以在圆柱表面铣键槽为例说明定位误差的分析计算方法。

1 工件以圆孔定位时的定位误差

心轴（或定位销）水平放置、间隙配合。

封闭环公差即是工件定位误差：

（2）心轴（或定位销）垂直放置、间隙配合。

如图2（a）所示，心轴和定位孔两圆心之间的位移O1O2为定位误差，即封闭环A0，此时工件与心轴的左、右母线都可能接触，相对于定位销中心O，工序基准位于O1至O2一条直线上，取轴与孔的安装间隙X=D-d，并使间隙分布在轴的两侧，可以找出如图2（b）所示尺寸链：

基本尺寸：

则定位误差为：

当孔与轴的母线在左右两侧互相接触时A0达到最大极限值；孔与轴两端间隙为X/2时，心轴与孔中心位置重合，A0达到最小极限值，定位误差为零。

2 工件以外圆定位时的定位误差

铣削如图3（a）所示工件的键槽时，以圆柱面在V型块上定位，分析加工尺寸分别为A1、A2、A3时的定位误差。由于键槽槽底的工序基准不同，可能出现三种情况。

2.1 加工尺寸A1的定位误差

在圆柱外表面d0-Td铣削工序尺寸为A1的键槽，工序基准为圆柱的轴线O。定位误差尺寸链的封闭环A0为O1O2，如图3（b）所示，尺寸链各组成环与封闭环O1O2在一个平面上但互不平行，构成一个平面尺寸链，将各组成环向封闭环方向上投影后，可得如图3（c）所示的直线型尺寸链。根据尺寸链计算公式有：

2.2 加工尺寸为A2的定位误差

铣键槽时，如果工序尺寸为A2时，则工序基准为心轴下母线，心轴轴线为定位基准，如图4（a）所示，存在基准不重合误差。查找定位尺寸链如图4（b）所示，则工件定位误差由基准不重合误差和基准位移误差两部分组成。

（3）加工尺寸A3的定位误差

铣键槽时，工序尺寸为A3，工序基准为心轴外圆上母线，如图5（a）所示，定位基准与工序基准不重合，查找定位尺寸链如图5（b）所示，则有：

3 结语

铣床上的夹具有通用夹具和专用夹具，无论哪种装夹定位方式，其工序尺寸与基准之间存在着必然的联系，多种形式的定位误差均可用尺寸链原理解算。不论直线型尺寸链、平面尺寸链或空间尺寸链，只要正确查找出封闭环和各组成环，然后选用不同的公式进行计算即可。计算步骤较为简单，思路清晰，同时也使尺寸链原理得到更广泛的应用。

参考文献

[1] 王先逵，主编.机械制造工艺学[M].机械工业出版社，1989.

[2] 李庆寿，主编.机械夹具设计[M].机械工业出版社，1984.

[3] 金属机械加工工艺人员手册[M].上海科学技术出版社，1965.

[4] 肖继德.机床夹具设计[M].机械工业出版社，1997.