夹具定位元件加工公差分析.docx

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1、夹具定位元件加工公差分析加工特征中定位元件的几何变化量是导致基准建立误差和加工特征几何误差的已知原因。定位元件公差是用来指定定位元件的允许变化范围的。目前仍没有一种模型用来分析定位元件公差规划与因为基准建立误差而可能产生的最大几何误差之间的关系。本文提出一种方法建模和分析了定位元件公差规划对潜在相关基准和加工特征线性几何误差的影响。本文还提供了一种仿真研究方法，其中的定位元件公差分析适用于揭示一些重要的见解——关于加工特征几何误差、定位元件设计和定位元件公差规划之间的关系。1引言加工夹具定位元件用于建立相对于全局坐标系(X-Y-Z)（如图1所示）的工件坐标系(x-

2、y-z)。图1.理想的基准建立图2.基准建立误差一旦工件被定位并夹紧，相对于坐标系X-Y-Z移动车刀来生成工件加工表面。假定工件基准特征和定位元件表面都是理想表面，并且不存在其他加工误差源，加工表面相对于工件坐标系的位置和形状将会是准确的。另外，如果允许定位元件的几何形状与其理想形状不同，那么如图2所示，x-y-z和X-Y-Z之间将会有偏移。这种偏移被称为基准建立误差。一般，基准建立误差不会导致加工表面的形状误差。但它会导致相对基准误差，比如方向误差，位置误差和轮廓度误差。定位元件几何形状的变化方式是由如图3所示的公差来控制的。夹具设计规范中的公差是由夹具设计师所

3、指定的。为了控制定位元件的几何形状可以使用不同的公差方案。比如说，图3中两个定位元件接触表面是由尺寸公差所控制的。另外第三个定位元件则由表面轮廓度公差所控制。从实践角度出发，夹具设计师感兴趣的研究方向是，由定位元件公差方案所允许的基准建立误差与由其可能导致最大几何误差之间的关系。最近几年，大量的基准建立误差模型被开发出来。15图3.定位元件公差方案Bourdet和Clement(1974)提出的用旋量偏移量来数学的描述基准建立误差。此外，他们开发了一个旋量偏移量模型，用来求得在棱柱形工件与球形顶端定位元件系统之间接触点的位置偏移。该模型依赖于一个假设，即偏离的接触

4、点位于定位元件的法向轴上。Bourdet和Clement(1988)通过开发一个用于确定定位元件的法向位置的模型扩展了该项工作，可以极大的减小旋量偏移量的幅度。Laloumetal.(1989)和Weiletal.(1991)随后研究了多种优化技术，可以用来优化Bourdet和Clement的模型。此外，Weiletal.(1991)建议可以开发一种函数，将旋量偏移量和关键特征的几何变化量联系起来，则该函数求最小值而非旋量偏移量求最大值。现在存在的问题是到目前为止所开发的模型都忽略了定位元件和工件之间接触几何形状。因此，这些模型无法用于研究定位元件公差规划对基准建

5、立误差的影响。同样的，它们没有提供一种方法，来预测已知的基准建立误差对已加工表面潜在几何误差的影响。本文的目的是介绍一种一般的方法来建模并分析定位元件公差规划对线性，加工特征的潜在几何误差的影响。这种特征的例子包括平面和孔轴。本文的范围局限于适用于球形顶端定位元件的尺寸公差和轮廓度公差，平面工件基准特征，和线性、加工特征，限定于为平面的工件表面。另外，假定所有其他导致工件几何误差的潜在原因都被忽略，包括基准特征变化。在接下来的章节，本文提出了将基准建立误差和定位元件几何误差变化量联系起来的模型。然后将描述与轮廓度公差和尺寸公差相关的公差带，并阐述了这些公差带相关的

6、参数是如何充担基准建立误差模型的输入量的。本文接着介绍了一种方法，用于预测已知的基准建立误差对线性、加工特征的几何误差的影响。并进一步描述了该模型如何用于将定位元件公差方案和可能由基准建立误差所导致的最大几何误差联系起来本文随后提供一种仿真研究，将定位元件公差分析模型用于夹具-工件系统。正如将要讨论的，这种个案研究提供了有价值的结果关于不同定位元件设计变量和定位元件公差方案以及加工特征几何误差之间的互相关系。152定位元件公差-基准建立误差分析定位元件公差规定了定位元件允许几何变化的极限。它通过几何方式指出了与工件潜在接触的定位元件的重要部分。为了预测定位元件公差

7、对基准建立误差的影响，提出两个模型。第一个模型将定位元件误差和基准建立误差联系起来。第二个模型将定位元件公差方案和定位元件极限误差以及其对基准建立误差必然产生的影响联系起来。定位元件误差-基准建立误差模型如下进行讨论2.1定位元件误差-基准建立误差模型假设这样一种情况，即如图4中所示的第i个定位元件不存在误差图4.无基准建立误差的工件-定位元件接触图5.存在基准建立误差的工件-定位元件接触这里定位元件的几何形状是以为圆心，为半径的理想半圆。可以注意到工件基准参考坐标系x-y-z和机床参考坐标系X-Y-Z是重合的。另外，也显示了第i个定位元件的球形顶端与工件接处点。

8、该点的坐标