夹具加工的误差综合分析和误差分配

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

• 综合误差d的计算 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。
  • 机床误差dz。车床主要包括：机床主轴径向跳动和机床主轴端面跳动，用dz1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dz2表示。dz1、dz2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。
    表1 车夹具制造允许误差dj1，车床误差dz1、dz2

    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

  • 夹具制造误差dj。夹具制造误差由dj=dj1+dj2+dj3+dj4+dj5+dj6构成。其中：dj1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)：dj2为夹具的形状位置误差：dj3为对刀装置极限偏差：dj4为塞尺的极限偏差：dj5为夹具定位表面极限偏差：dj6为钻套轴与衬套孔的综合误差。
    • 刀具误差dd。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。
      • 工件的定位误差dg。
        表2 其它误差dq

        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

      • 其他误差dq。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。
      • 实用综合误差计算公式 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

        d=k(dz+dj+dd+dg+dq) (1)

        其中：k的取值范围一般为k=0.7～0.8。
        • 夹具磨损极限值dm的确定 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dm可用下式表达

          dm≤d1-d (2)

        • d磨损极限值dm的分配 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dm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dk，夹具零件磨损分配值为dk1，dk2，dk3，……，dkn，则

          dk=dk1+dk2+dk3+……+dkn (3)

          夹具磨损可分配值dk应小于夹具磨损极限值dm。此时，精度储备为db

          db=dm-dk (4)

          一般情况下，dk应满足下式

          dk≤0.8dm-0.5dm (5)

        • 夹具磨损的调整 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

          d1≥d+dm (6)

          如果式(5)不能满足，且d≥d1，应从下述三方面进行调整：
          • 夹具制造误差太大在可能的情况下减少制造误差。

             

            • 夹具结构不合理改变夹具的结构。
              • 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。
              2 结语机械加工误差是加工系统误差的综合反映。实用综合误差公式对生产实践有一定的参考价值。夹具磨损极限偏差的分配应考虑夹具零件的耐磨性、重要性等综合因素，具体问题具体分析。夹具应留有精度储备。