谈辅助夹具对零件加工精度的影响

现代企业管理的目标就是追求高效率和高效益, 但基本前提必须确保零件的加工精度, 本质就是尽量降低各种加工误差。降低加工误差须从机床、刀具、零件材料、量具、辅助夹具等方面分析, 前四方面的成因分析常见于参考书中, 而辅助夹具的影响是多变的。如何有效、科学选用辅助夹具, 不仅能有效保证零件的加工精度, 更能提高生产效率。因此, 辅助夹具对零件精度的影响以及怎样有效改进, 是本文研究的重要内容。将从以下几个方面分析:

1 夹具结构对加工精度的影响

根据六点定位原理, 在实际生产中, 如选择重复定位, 也不能完全保证零件的加工精度, 可从以下分析并解决。

1) 重复定位会造成定位质量不稳定, 降低定位精度。

在图1的平面长销定位中, 对于内孔尺寸较小的零件, 与心轴配合时间隙较小, 定位时其X、Y向两个转动不定度由心轴来限制, 这两项不定度的定位质量取决于零件内孔与心轴配合间隙的大小, 若零件内孔尺寸较大时, 对零件的X、Y两个方向转动不定度的约束就可能转移到心轴左端部的环形平面处, 由平面来加以限制, 这时, 两项不定度的最终定位质量完全取决于零件左端面的垂直度误差或者端面圆跳动误差大小。

2) 重复定位可能引起夹紧变形和虚假接触。

在实际生产中, 重复定位往往会引起定位元件的夹紧变形而破坏定位原形, 并造成虚假接触。图1平面长销定位, 由于零件左端面存在垂直度误差, 造成左端面与夹具定位肩台平面成点接触, 若此时夹紧力方向平行于轴线方向, 会形成几种不同的夹紧结果:

(1) 当零件内孔与轴配合间隙较小时, 定位心轴要靠自身的刚性来维持零件左端面与夹具定位平面间接触, 若心轴刚性较强, 其自身的弯曲变形很小, 则零件左端面与环形肩台平面将形成虚假接触, 会严重影响夹紧效果, 此时两接触面相接触的虚实程度将取决于零件端面垂直度误差的大小, 内孔配合间隙的大小及夹紧力作用下心轴的微小弹性变形量的大小。

(2) 若心轴刚性不足, 在较大轴向夹紧力作用下, 零件左端面与夹具肩台平面将形成实接触, 而此时定位心轴必然发生严重弯曲变形, 造成较大的夹紧变形, 破化原有定位状态。

3) 重复定位可能造成零件装夹困难。

图2为夹具利用平面双销组合组成定位系统, 为零件提供定位依据, 由于零件上的定位孔间距误差LK较大, 使得参加定位的两孔中心距LK与夹具上的两销中心距LX有较大差异, 往往会造成图示月牙阴影区域, 材料的干涉给正常装夹带来困难, 生产中常称这种情况为插不进销, 在重复定位结构中, 常会由于零件定位表面的某项制造误差过大, 造成零件没法装夹到夹具中去。解决措施如下:

(1) 提高零件的定位表面的加工精度, 是克服重复定位可能造成的不良后果的首要方法。在图1的平面长销定位中, 严格控制工件左端面的垂直度和端面的圆跳动, 或严格控制工件内孔的孔径公差, 都会直接改善零件的定位精度, 减少心轴的弯曲变形。在图2中平面双圆柱销定位, 只要严格控制零件两定位孔的孔距公差和孔径公差, 就不会发生材料干涉及插不进销的情况。

(2) 修改夹具的重复定位结构, 根据零件的实际加工需要, 夹具对零件的定位元件可以有机结合, 防止出现重复定位的可能, 或者采用自位支撑等来消除夹具对零件重复定位。

2 加工误差对加工精度的影响

1) 基准不重合度误差△B。

零件在夹具中定位时, 由于所采用的定位基准与工序基准不相重合, 也会造成的定位误差, 如:

在图3中, 零件的定位基准与本工序的工序基准不重合, 使二者产生了距离 (尺寸200±0.145) , 此距离关联尺寸的制造误差, 就有可能被带到本工序中来, 当这个关联尺寸是由多个尺寸环节组成时, 则基准不重合误差等于各个尺寸环节的误差之和。即

式中△B——基准不重合误差

△Li——各尺寸环节误差

由于夹具在进行检验计算时, 往往不能提前预知零件各项尺寸环节的实际误差大小, 所以多以各项误差的最大允许值, 即各尺寸环节的各项公差作为计算依据, 即:

2) 基准位置度误差△W。

零件定位时, 因零件定位表面的制造及安装误差, 会造成零件定位基准要素相对它在夹具中的理想定位基准位置间的误差。如图4零件在心轴上的定位, 由于零件内孔的制造误差和安装间隙造成了零件内孔相对夹具心轴的偏置, 即零件的定位基准要素O2相对于它在夹具中定位时的理想位置O1产生了偏移, 形成了零件定位基准的位置误差O1O2, 即△w=O1O2。

在加工中, 零件上道工序的实际加工精度决定了这道工序零件加工的精度, 因此, 最好在加工上道工序时, 保证零件的尺寸精度, 以得到较统一的公差, 这样就能有效地根据零件实际定位部分的尺寸来保证辅助夹具的制造, 以最大限度的保证零件的加工精度, 尽量减少由定位基准到工序基准间的各尺寸环节。

3 夹具材料对加工精度的影响

在实际生产中, 夹具材料同样决定了夹具的使用性能, 主要体现在耐磨、耐热、耐腐蚀、高强度等方面, 这不仅能保证零件的加工效率, 同时也影响夹具的使用寿命。选用时尽量选用耐磨、耐热、耐腐蚀、高强度等性能较好的材料, 这样, 夹具不仅能满足零件的精度要求, 而且能保证夹具使用寿命。

综上所述, 辅助夹具的加工精度决定了零件的加工精度, 因此在实际加工过程中, 必须高度重视辅助夹具的设计和制造精度, 要根据被加工零件的实际形状确定辅助夹具的设计方案, 才能更加有效的提高零件的生产效率和保证零件的加工质量。

摘要：科学、合理的设计辅助夹具是提高零件加工精度的重要依据。辅助夹具的设计方案是否满足零件加工时的各尺寸精度及形位精度要求, 夹具材料选择是否合理以及使用夹具时是否科学都是至关重要的, 怎样提高夹具的科学性就是本文需要讨论的问题。

关键词：辅助夹具,设计方案,加工精度

参考文献

[1] 王兴权.机械加工工艺基础.黑龙江科学技术出版社, 2011.

[2] 朱新.工业企业管理.中国劳动社会保障出版社, 2010.