馬 輝 呂會(huì)敏

（1.河北科技工程職業(yè)技術(shù)大學(xué)，邢臺(tái) 054000；2.河北省中小型非標(biāo)裝備技術(shù)創(chuàng)新中心，邢臺(tái) 054000）

機(jī)械智能制造工件必須要保障工件的定位，這是工件制造的前提。通過(guò)正確分析工件自由度和加工要求的關(guān)系，能夠確定定位方案，以避免不合理定位或夾具結(jié)構(gòu)復(fù)雜化對(duì)加工效率造成的影響。

1 機(jī)械智能制造工件的自由度

工件自由度指空間位置的不確定度[1]，可通過(guò)6個(gè)自由度描述。其中，繞3個(gè)坐標(biāo)軸轉(zhuǎn)動(dòng)的自由度用、、表示，沿3個(gè)坐標(biāo)軸的移動(dòng)自由可以用、、表示。如果工件存在所有的自由度，那么將會(huì)導(dǎo)致無(wú)法實(shí)現(xiàn)加工，更無(wú)法保障滿足加工要求。基于此，在實(shí)際進(jìn)行工件加工過(guò)程中，需限制影響工件正確位置的自由度[2]。

2 工件的加工要求

運(yùn)用夾具安裝工件進(jìn)行加工時(shí)，所能保證的加工要求是指本工序加工時(shí)需保證的尺寸精度（不包括定尺寸的表面，如槽的寬度、孔的直徑等）和形位公差（定向與定位）要求。公差分標(biāo)注的和未標(biāo)注的兩種。圖1為機(jī)械智能制造的工件加工要求，夾具能夠保證包括X方向的對(duì)稱度t、底平面、Z方向鍵槽的深度尺寸H以及鍵槽側(cè)平面等未注平行度公差。

圖1 工件的加工要求

3 自由度對(duì)典型加工表面位置的影響

應(yīng)用夾具安裝工件時(shí)可以采用調(diào)整法固定刀具在加工尺寸方向上的位置，使位置保持不變。刀具在運(yùn)行平面完成相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，正確位置主要依賴定位限制來(lái)保證自由度[3]。

3.1 平面

如圖2（a）所示，通過(guò)一個(gè)點(diǎn)來(lái)確定工件的加工表面位置時(shí)，必須要保證加工要求僅存在尺寸H。工序基準(zhǔn)和加工表面的關(guān)系為點(diǎn)、面，、、、、不會(huì)影響基準(zhǔn)與刀具運(yùn)行平面之間的位置關(guān)系。只有會(huì)影響，并影響H尺寸。所以，只有才會(huì)影響加工表面的正確位置。

如圖2（b）所示，在通過(guò)一條線來(lái)確定機(jī)械智能制造工件加工表面位置時(shí)，必須保證尺寸H、加工表面和母線之間是標(biāo)準(zhǔn)平行度公差的加工要求。加工表面與工序基準(zhǔn)之間是面與面的關(guān)系，需保證加工要求為尺寸H和加工表面與底平面的兩個(gè)方向未注平行度公差。、、、不會(huì)影響刀具和基準(zhǔn)運(yùn)行平面的位置關(guān)系，、會(huì)影響，甚至是會(huì)對(duì)尺寸H造成影響。

圖2 對(duì)單一平面的影響

3.2 回轉(zhuǎn)體表面

通過(guò)一個(gè)點(diǎn)確定加工表面位置時(shí)，如球體上的圓柱面、圓錐面或成形回轉(zhuǎn)面，其均由球心確定其位置[4]。通過(guò)一條線確定加工表面位置時(shí)，如圓柱體上的圓柱面、圓錐面或成形回轉(zhuǎn)面，其均由回轉(zhuǎn)中心線確定其位置。

如圖3所示，通過(guò)一個(gè)平面和一個(gè)點(diǎn)確定加工表面位置時(shí)，加工表面位置的軸線不僅需要過(guò)球心，還需要和平面之間呈現(xiàn)一定的角度。如圖3（a）所示，、將會(huì)對(duì)軸線和平面的位置產(chǎn)生影響；如圖3（b）所示，會(huì)對(duì)平面和軸線的位置造成影響。

通過(guò)兩個(gè)面、一條線來(lái)確定加工表面位置。例如，圓柱體加工一平面后，再在其上加工回轉(zhuǎn)體表面，其軸線既要過(guò)圓柱體的軸線心，還需要與平面呈一定角度。將圖3球體變?yōu)閳A柱體，6個(gè)自由度都會(huì)影響加工表面的位置。而圓柱面軸向方面并沒(méi)有尺寸相關(guān)要求，軸向的移動(dòng)自由度與其他位置無(wú)影響，如圖3（b）所示。

圖3 對(duì)回轉(zhuǎn)體表面的影響

3.3 溝槽

通過(guò)一個(gè)點(diǎn)確定加工表面位置時(shí)，如球體上加工一個(gè)槽，兩個(gè)方向都是面與點(diǎn)的關(guān)系，因此只有、會(huì)影響加工表面的位置[5]。

通過(guò)平面、線確定加工表面位置后，將球體更改為一個(gè)圓柱體。此時(shí)，槽與平面之間的關(guān)系為面與面，除了其余均會(huì)對(duì)加工表面位置造成影響。

圖4 對(duì)溝槽的影響

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，工件的加工要求和加工表面的形狀、零件結(jié)構(gòu)有關(guān)，應(yīng)先正確分析工件的加工要求。自由度與坐標(biāo)系建立有關(guān)，應(yīng)先建立坐標(biāo)系，再分析自由度。影響加工要求的自由度，在定位時(shí)必須要限制，否則將會(huì)出現(xiàn)欠定位問(wèn)題，影響尺寸精度形位公差?？梢韵拗频聪拗浦粫?huì)影響加工效率。小批量、單件生產(chǎn)一般都不限制，大批量加工均會(huì)限制。在實(shí)際定位過(guò)程中，限制和不限制主要取決于實(shí)際情況。