表面组合定位误差的优化处理方法

在机械加工中，有很多工件是以多个表面作为定位基准，在夹具中实现表面组合定位的。例如，箱体类工件以3个相互垂直的平面或一面两销组合定位，套类、盘类或连杆类工件以平面和内孔表面组合定位，以及阶梯轴类工件以两个外圆表面组合定位等。

采用表面组合定位时，由于各个定位基准面之间存在着位置偏差，故在定位误差的分析和计算时也必须加以考虑。为了便于分析和计算，通常把限制不定度最多的主要定位表面称为第一定位基准，然后再依次划分为第二、第三定位基准。

一般来说，采用多个表面组合定位的工件，其第一定位基准的位置误差最小，第二定位基准次之，而第三定位基准的位置误差最大。下面将对几种典型的表面组合定位时的定位误差进行分析和计算。

（1）平面组合定位

如图3.57（a）所示为长方体工件以3个相互垂直的平面为定位基准，在夹具上实现平面组合定位的情况。为达到完全定位，工件以底面A与夹具上处于同一平面的6个支承板1接触，限制了3个自由度，属于第一定位基准；工件以侧面与夹具上处于同一直线上的两个支承钉2接触，限制了两个自由度，属于第二定位基准；工件上的C面与夹具上的一个支承钉3接触，限制了1个自由度，属于第三定位基准。

图3.57　长方体工件的平面组合定位及定位误差分析

1—支承板；2，3—支承钉

当一批工件在夹具中定位时，由于工件上3个定位基准面之间的位置（即垂直度）不可能做到绝对准确，它们之间存在着角度偏差（偏离90°）±Δα，±Δβ，±Δγ，将引起各定位基准的位置误差。如图3.57（b）所示，工件上的A面已经过加工，按前述平面定位时的定位误差分析可知，其定位基准的位置几乎没有什么变动，即基准位移误差可以忽略不计。对于工件上的第二定位基准B面，则由于与A面有角度偏差，±Δα将造成此定位基准的位置误移ΔY和角度误差Δ角度，其值可由图示的几何关系求得，即

Δ角度＝±Δα

同理，工件上的第三定位基准C面，由于与A面和B面均有角度偏差±Δβ及±Δγ，故在定位时将造成更大的基准位移误差和基准角度误差。

例3.5　如图3.58所示，在卧式铣床上用三面刃铣刀加工一批长方形工件，工件在夹具中实现完全定位。图3.58（a）为该工件的工序简图，计算工序尺寸H，L1的定位误差及加工面对A面的平行度误差。

图3.58　长方形工件加工工序简图及定位误差分析

解　根据如图3.58（b）所示的几何关系，可知

由式（3.13），得

ΔD（平行度）＝±（25－15）tanΔ角度＝±10tan 18′mm＝±0.052mm

经过分析和计算，工序尺寸L1的定位误差已超过该工序尺寸公差的1／3，不能满足加工要求，故需改变定位方案。

（2）平面与内孔组合定位

在加工箱体、支架类零件时，常用工件的一面两孔定位，使其基准统一。如图3.59所示为一长方体工件及其在一面两销上的定位情况。这种定位方式的定位元件为支承板、圆柱定位销和菱形销。支承板限制3个自由度，圆柱定位销限制两个自由度，菱形销限制1个自由度。

一批工件在夹具中定位时，工件上作为第一定位基准的底面1，没有基准位移误差。但作为第二、第三定位基准的O1，O2，由于与定位销的配合间隙及两孔、两销中心距误差引起的基准位移误差必须考虑，计算方法见式（3.8）。同时，还要考虑转角误差，下面介绍计算方法。

如图3.60所示，当工件歪斜时会影响平行度公差，可得工件的转角误差为

图3.59　长方体工件在夹具中一面两销上的定位

1—底面；2—O1；3—O2

式中　TD1，TD2——工件定位孔的直径公差，mm；

Td1——圆柱定位销的直径公差，mm；(www.xing528.com)

Td2——菱形销的直径公差，mm；

X1min——圆柱定位销与孔间的最小间隙，mm；

X2min——菱形定位销与孔间的最小间隙，mm；

L——中心距，mm。

图3.60　工件转角误差计算方法

解　由图3.60可知，孔的公差TD1＝TD2＝0.016mm；轴公差Td1＝0.015mm，Td2＝0.009mm；最小间隙X1min＝0，X2min＝0.016mm；中心距公差TL＝0.01mm。

①垂直度公差0.05mm定位分析。由于基准重合且平面定位，故ΔD＝0。

②对称度公差0.03mm定位分析。由于定位基准和工序基准都是两销孔的连线，故ΔB＝0。

按式（3.8），计算ΔY得

ΔY＝TD1＋Td1＋Xmin＝（0.016＋0.015）mm＝0.031mm

ΔD＝ΔY＝0.031mm

③平行度公差0.05mm误差分析。由式（3.15）得

因ΔB＝0，故定位误差ΔD＝ΔY＝0.023／100mm。

图3.61　泵前盖的简图