专利名称：“十二点定位原理”在机械加工工艺系统里的应用的制作方法
“十二点定位原理”在机械加工工艺系统里的应用机械加工工件的精度是通过工件加工表面，对其加工基准的尺寸和位置与加工时刀具切削的位置正确性决定的。随着现代机械产品高、精、尖发展趋势，对机械加工要求越来越高，其工件加工基准面，随着工件薄壁、细长、异形与加工面定位正确性难易确定，加工精度就越差，有时，在工艺审查时，认为零件加工工艺性差，无法加工，反过来要求产品设计进行零件工艺性改进设计。造成某些机械产品低、粗、劣的局面，在一定程度上受国内工艺加工水平的影响。为了开拓工艺加工的创新局面，本文提出了，在工件非加工面上消除空间自由度的“六点定位原理”基础上，采用按工艺要求模拟在工艺系统里工件非加工面和加工面，用“十二点定位原理”进行力的定位方法，该方法，为机械加工工艺创建了用一般机床加工高、精、尖机械产品开辟了广阔的途径(图I是“十二点定位原理图”)。(一)“十二点定位原理”的定位概念
力是使工件移动和变形的根源。机床、夹具、辅具、刀具、工件等组成工艺系统里工件，随着工艺加工要求受到各种力，工件有朝着最大力的方向移动可能，工艺系统里工件只有在力的平衡状态下，才按既定的位置上定位。因此，“十二点定位原理”的定位概念是在工艺系统里按工艺要求加工轨迹，进行各力点的定位分析，达到工件力的平衡点轨迹上力点定位，就能加工出按工艺要求高精度工件。( 二 )定位元件定位概念“十二点定位原理”认为定位元件对工件定位作用是决定工件在工艺系统点、线、面基准位置尺寸正确性。工件只有在定位件正确定位基础上，才有各种力的平衡点的高精度的定位。所以，工艺要求的尺寸必须要有定位元件的定位作用，甚至于过定位来保证工件基准面稳定性，绝对不允许有欠定位。这样，定位元件对工件反作用力与工艺系统各种力定位平衡在工艺要求上，始终按工艺加工要求轨迹上运动(定位元件具体的定位分析在工艺系统各种力的定位分析之中)。(三)夹紧力点的定位概念和对工件定位分析“十二点定位原理”准则力与力之间会产生相互干涉，只要能达到按工序要求轨迹上进行加工运动，其用力点的定位点越少越好。夹紧力点是夹具机构在工艺系统里首先设置对工件作用力点，也是最能协同机床对各种工件进行加工，需要新设计制造的夹具机构。实践证明夹紧力点作为工艺系统里工件的定位点，工件在工艺系统里正确位置基本确立了。因此，夹紧力点作为工件定位点，必须全面考虑工件结构特点，工艺方法，定位元件的结构和布置多种因素，才能真正确定夹紧力点成会工件的定位点首先，从工件进入工艺系统夹紧三种状态来分析工件夹紧力点作为工件定位点。
夹紧第一种状态定位元件已经全部消除工件空间的自由度，只要用工件本身的重力能克服工件加工时切削力，就不必要夹紧力点对工件定位作用。这种情况很少，一般都要依靠夹紧力点来保证工件，定位元件定位的可靠性和工件加工时稳定性。例如长箱座镗Φ42±0. 006孔，并锪二端面加工(见图2是长箱座镗Φ42±0. 006及锪二端面加工简图、图3是长箱座镗Φ42±0.006及锪二端面工序图)。夹紧力点与工件4点接触，实际上用力浮动压板夹紧力点，只有2点定位。为了确保园柱定位棒定位可靠性和镗孔时工件稳定性，在箱顶偏离中心24毫米对称两处，施加夹紧力点作为工件定位点。既达到工序定位要求，又不会使工件变形。夹紧第二种状态工件要夹紧力点，才能在定位元件定位面上正确定位点。例如半园形滑动槽支架铣2-R8+0. 2导轨及B平面加工(见图4是半圆形槽支架2-R8+0. 2导轨及平面铣夹具图、图6是半圆形槽支架2-R8+0. 2导轨及平面工序图)。 在工件安装时，由于工件重心与限位轴的偏移，工件重力绕限位轴转动，应用引导限位柱，使工件的6+0. 035.槽迅速进入二根尺寸相同限位芯，再插进开口垫圈，再边旋元宝螺母，边轻微摆动工件达到正确定位，并目测二根限位芯尾部K伸出一致(见图5是5号限位销放大图)，元宝螺母拼紧。再在工件的导轨端面拼紧，克服工件加工时需要的夹紧力。夹紧第三种状态夹紧力点即是工件在工艺系统里的定位。夹紧力点要达到工件“稳” “准” “正” “整” “直” “恒”的定位状态。“稳”夹紧力点使工件“稳”定在定位元件的定位面上，最好是工件形状的包络面内或者夹紧力点本身包络面内。工件定位既“稳”，又使工件变形小，这样，过定位面定位公差只要是工件允差三分之一公差值，即可，这样状态实例很多。例如弹性，塑性夹具，为什么定位精度比较高就是这个原因。在此，不具体举例。“准”夹紧力点要对“准”工艺制造特点，尤其是胚制制造工艺进行工件定位。例如高压铸件“离心水泵壳”工艺，二种工艺加工方法不一样。一种工艺是I.除掉压铸件压射头。2.用胚制外形限位，串螺杆过Φ47、Φ55毛胚孔压紧肩格面铣A面(夹具)3.以Φ 125毛胚定位，再夹紧A面(夹具)镗孔Φ47+0. 006并光端面至尺寸为70，车内孔槽 2+0. 2*Φ49· 54.以 Φ47±0· 006 孔定位，压 A 面，贴紧端面 B 镗 Φ55+0. 02*14，Φ125+0. 025 至
尺寸，这是习惯性通用工艺，先利用不加工外壳定位，自意为可以使工件壁厚均匀，光A面。实际上是破坏压铸件模具分型基准面一A面。因为A面，是分型面是上、下模接合面，其胚制孔必定与分型面垂直，否则胚制孔脱模困难，求此产生了第二种工艺。(见图7是离心水泵壳车加工工序图)I.三爪卡盘反夹Φ 125孔胚，同时贴紧A面，车压射头为Φ45*60 (留与B面距离为 10) O2.夹Φ45压射头按图车加工全部，再割去压射头(工艺上称为“一刀落”)。夹紧力点对“准”压铸件胚制工艺特点，用现成压射头作为夹紧力点的定位面，既简化了工艺，又省去了二付夹具，又提高了工件加工精度。
“正” 一旦夹紧，工件精确定位。例如照相机镜头筒车加工(见图8是“加工镜头筒”工艺系统简图、图9是镜头筒工序图)。车床“就地加工”夹紧力点的三块“软夹头”与胚制配合间隙O. 05毫米，装上胚制，定位，夹紧，再按工序要求车加工全部，能达到与定位基准同轴度O. 008毫米，比采用高精度弹簧夹头还要高的定位精。原因是使用弹簧夹头有二次装夹误差。“整”一旦夹紧，使零件“整”个加工工艺都在这夹紧力点上加工。(见图10是“电器架”翻转夹具图、图11是电器架零件图)。例如翻转式钻，铣夹具，该夹具采用工件Φ26+0. 05.及Φ45以下端面及侧面一点定位。钻、铣模四方体，夹具每个侧面及底面各四个支脚，工件靠螺帽MlO夹紧力点定位 固定。按图钻、铰，钻、铰全部后不拆下工件，放在铣床台钳夹上，校正夹具，对刀铣缺口，只要夹具各定位精度在工件允差三分之一，就能保证钻、铰、铣加工精度，这样，比工件分散定位，夹紧工件加工位置精度高。“直”例“轴承座镗孔”，原来加工基准A底面与设计基准不符，现在，夹紧力点“直”接触工件设计基准与工艺基准一致，把原来加工公差通过尺寸换算，要压缩公差值，同时还会产生假报废现象，现在“直”接接触设计基准，容易达到加工要求(见图12是轴承座架镗孔夹具图、图13是轴承座架工序图)。工件装夹“轴承座架”胚制向下，主限位接触三点，侧B与夹具线接触二点，工件背面只能一点与夹具体接触，采用联动夹紧力点工件定位，夹紧，用M30*l. 5螺母，镗杆用夹具予制孔校正，镗Φ100±0. 08至尺寸。夹紧力点确保工件“恒”停在刀具加工轨迹起始点上定位。工件的加工模式如下工件胚制进入工艺系统里定位元件定位一夹紧力点确保工件“恒”停在刀具加工轨迹起始点上定位一工件按予制的加工轨迹进行切削加工一加工完毕，拆下工件一刀具回到起始点上。这样，周而复始进行切削加工运动。实际上这种相似模式，以前已经采用。例G07自动仪表车床，用片凸轮和园柱槽形凸轮，予制工艺加工轨迹，用一定精度要求棒料，进行限位和高精度弹簧夹头，夹紧力点确保工件“恒”停在刀具轨迹起始点上，加工出精密钟表轴类等零件。为什么？没有普遍推广应用普通机床改装上，原因有多种，其中一点是不重视或不愿意在工件夹紧力点正确定位点上，下苦功夫。工件夹紧力点不在工件正确位置上定位，这样在加工予制工艺轨迹上位置偏差越大，有时大得会造成切削加工事故。现在，有数控机床上加工是用计算机控制下进行正确“寻位一加工”。我国还处在发展中国家，不能单靠这种先进设备进行机械加工，而且，我国还有大量普通机床，可以改造，应用夹紧力点确保工件“恒”停在刀具轨迹起始点上定位，工件按改造后的机床用磁带或电脑编程控制予制轨迹进行切削加工。它适用于一定批量生产，具有提高生产率，稳定加工质量，减少劳动强度，投资少，见效快，等多方面效益。因此，实践证明夹紧力点作为工件定位点，在定位元件定位的基础上，工件在工艺系统里会产生“稳” “准” “正” “整” “直” “恒”的效果，反之，工件机械加工，在工艺系统里需要工件“稳” “准” “正” “整” “直” “恒”位置要求，必须要有夹紧力点作为工件定位点(四)切削力点在工艺系统里工件定位作用“十二点定位原理”精髓是切削力点对工件定位作用(以下举例说明)因为一般切削加工总是破坏工件在工艺系统里正确定位，需要定位元件和夹紧力
点及工件本身的刚性加以克服。现在要切削力点，在切削过程中工件定位作用，尤其是细长、曲折、异形工件，定位元件和夹紧力点定位有一定困难，就要求切削力点对工件定位作用，边工件进行定位，边切削加工或者边切削边保持在工艺要求轨迹切削加工运动。就是运用控制刀具结构和刀头切削方向来达到。现在看起来很困难，实际上随着今后测量技术普及和提高，其切削力点工件定位作用应用越来越广泛。可以在工艺系统加工现场测量并反馈工件加工切削力，并用电脑操纵和控制刀具切削几何角度变化。使切削力点在工艺系统中与其他各种力点的平衡点在按工艺要求轨迹进行切削运动。(五)传动力点在工艺系统里工件定位分析。传动力点的变化也会影响工件加工精度。例如车床上工件采用两端顶尖，单头拨盘，其传动力点的变化，使工件加工产生园度误差，假如改成双拨爪拨盘，传动力点比较稳定，就可以消除工件加工园度误差。“十二点定位原理”要求工件加工按工艺要求轨迹上运动。有时，工艺要求运动轨迹比较复杂，可以直接应用传动力点仿型，传动工件定位方案进行切削加工。(见图14是传动力点仿型传动工件定位方案图。)例如进口印刷机上串墨辊上螺旋槽是正弦曲线。磨损换新，需要用专用机床加工，投资大，应用“十二点定位原理”力的定位点按工艺要求轨迹，可用原磨损串墨辊作传动力点工件定位方式切削加工新串墨辊正弦曲线槽，新串墨辊槽宽，槽深，由测量控制加工成形，调换使用，能达到原串墨辊效果。机械加工工艺系统怎样应用“十二点定位原理”进行定位分析。工件的机械加工，一般按工艺文件制订的工艺要求制造必要的工、夹、量具进入工艺系统进行加工就行(注I)。对高、精、尖产品里的关键异形零件，关键工序中疑难技术课题，尤其是企业中长期未解决的老大难题，才用“十二点定位原理”进行工件定位分析方法或者在已有工件上批量，上等级也可以用“十二点定位原理”进行探索，寻求科学定位。提出工件在工艺系统里最佳定位方案和作出可行性工艺加工方案。举例曲轴精车两曲拐(见图15是曲轴精车两曲拐工艺系统切削力点定位分析图、图16是精车两拐工序图)。
I.曲轴是发动机关键零件，精车两曲拐又是曲轴关键工序。我们对企业长期遗留下来，工艺要求两拐180度位置允差8' 18”加工超差，进行“十二点定位原理”曲轴定位分析。工艺性复审，曲轴两拐180度位置允差8' 18”技术要求是正确的理由一，因为两拐180度位置误差太大要影响发动机点火提前角的位置正确性，降低发动机功率。理由二，可以简化磨加工工艺，就是磨前校正原精车时曲拐圆周，可以直接进行磨加工曲拐工序。
2.对两曲拐加工误差进行分析，验测和计算A，在未精车前，曲轴定位基准面，进行两顶尖精磨加工，轴颈D和锥度轴同心度在O. 015晕米之内οB，在C620车头与尾架转动中心线用校棒校正同心度在O. 015毫米C，用座标镗床上光学座标定位，加工尾架夹具孔中心距25误差在O. OI毫米之内。D，用校棒校正车头夹具孔与尾架夹具孔同轴度在O. 015之内，再紧固车头夹具在车床床头上。累计第A，B，D误差是O. 015+0. 015+0. 015 = O. 045 (其中C条产生误差由D控制)结论精车两拐的工艺系统误差，在曲轴中心线O. O与曲拐距离25允差旋转中心的位置。E，以前认为精车两拐180度位置超差是车头夹具分度定位误差造成的。这样，我们就用直线定位180度绝对正确原理，新设计“园套撞直线长块180度分度夹具”。当第一曲拐按图加工后，拆下“锁紧固定螺杆”拆下车头平衡块螺钉，曲轴和车头夹具同时转过180度“弹簧夹头撞套”撞“直线长块板”另一端，再用“锁紧固定螺杆”锁紧固定弹簧夹头撞套。拼紧平衡块螺杆，切削第二曲拐。该夹具实际累积误差(O. 004+0. 005)*2 = O. 018，tg-10. 018/25 = O. 041° = 2' 14"夹具允差8’18”/3 = 2，46”，由于2’ 46” > 2，24”结论该夹具累积误差小于夹具允许偏差合格但是，通过以上工艺系统检查，测定改进再精车曲拐180度位置，还有不稳定超差。这样我们再进行精车两拐的工艺系统里用“十二点定位原理”进行力点定位分析。发现曲轴是异形件的中间轴，又不能用中心架支承定位，再加上曲拐加工又不宜用纵向走刀切削加工，所以用样板刀，刀刃与曲拐切削面大，切削力也大，在车第一拐曲拐时曲轴让刀与车第二拐曲拐时曲轴让刀变形不一样，而造成180度位置超差，因此，我们采用切削力点定位方案。用相对双刀架，梯形倒，顺牙螺杆进刀机构，同时进刀切削曲拐，由于刀刃作用力方向相对，其力相互抵消，这样，双刀切削起到工件力点定位作用，切削加工后精车两曲拐180度位置，经测定变化很小，全部曲拐加工后工件，在工艺要求的范围之内。总之，机械加工工艺系统里切削加工是机床传动力带动工件与刀具切削力作用。工件切削加工是力的作用，需要“十二点定位原理”按工艺要求工件受力平衡状态分析力点的正确定位，能切削加工出高精度的工件，因此“十二点定位原理”工件受力点定位分析方法，为高、精、尖机械产品开辟广阔的工艺加工途径。(注I):因为一般工艺员具备掌握工艺系统加工各种力平衡点切削加工基本道理。
图I是十二点定位原理2是长箱座夹具装夹图其中(1)M6螺杆(3根)(2)止头挡销(I根) (3)长立柱(2根)(4)横墚(2根)(5)板杆(2根)(6)支紧螺杆(2根)(7)活络园头(2只)(8)浮动压板(2块)(9)防止工件变形衬板(2块)(10)长箱座(I件)(11) Φ40标淮棒(I根)(12)夹具体(I件)(13)托板(I 块)(14)拼母(3 只)图3是长箱座镗Φ42±0，006及锪二端面工序4是半园形槽支架2-R8+0，2导轨及平面铣夹具(I)限位轴(I根)(2)元宝螺母(I只)(3)开口垫圈(I件)⑷弹簧(2根)(5)限位销(2根)(6)夹具体(I件)(7)半园形槽支架(I件)(8)统床工作台定位块(2块)(9)长墚柱(I根)(10)浮动压板(I块)(11)转动压板(I块)(12)Μ12螺杆(I根)(13)板杆(I根)(14)Μ12螺母、垫圈(各I共2只)(15)Μ12转动螺杆(I根)(16短墚柱(I根)(17)弹簧小壳体(2只)(18)Μ12螺母套(I件)图5是半园形槽支架铣2-R8+02导轨及平面工序6是离心水泵壳车加工工序图其中⑴压射头(I根)(2)离心水泵壳(I件)图7是加工镜头筒工艺系统图其中(I)放松工件限位圈(I件)(2)C6127车床自来卡盘(I套)(3)镜头筒坯制(I件)(4)C6127车床刀架(I套)(5)镗刀(I把)(6)限制X自由度推杆(I付)(7)软夹头(3块)图8是镜头筒工序9是电器架翻转夹具图其中(I)上四方体(I件)⑵夹具体(I件)
(3)钻铰套螺钉(2只)(4)M10螺母(I只)(5)定位钻模圈(I件)(6)电器架(I件)(7)软夹头(3块)(8)MlO内六角螺杆(I根)(9)对刀块(I块)(10)下四方体脚(I件)(11)内六角板头(I枝)(12)过定位套(I只)(13)钻套(10)(14)转动压板螺钉(I只)(15)转动压板(块)(16)内六角螺钉(6只)图10是电器零件图
图11是轴承架镗孔夹具图其中⑴方立柱(I根)(2)铰链压板(I块)(3)横压板(I 条)(4)Μ30Χ1· 5 螺母(I 只)(5)Μ30Χ1. 5铰链螺杆(I根)(6)点紧压头(I抉)(7)点紧压头座(I件)(8)主限位块(I块)(9)夹具体(I件)图12是轴承座工序13是传动力点仿型传动工件工艺系统定位方案图其中(I)平键(I块)⑵手轮(I套)(3)传动导向装置(I套)(4)仿型串墨辊(I根)(5)轴套(3 只)(6)Χ8126 立铣头(I 套)(7)键槽铣刀(I把)(8)钻夹头(I套)(9)被加工串墨辊坯制(I根)(10)立柱式轴承座(3根)(11)Φ6园锥销(2根，其中I根是备件)(12)园螺母(3只)(13)Τ形槽定位块(2块)(14)Χ8126Τ形槽工作台图14是曲轴精车两曲拐工艺系统切削力点定位分析图其中(I)中心转动轴(I根)(2)C620车头法兰盘(I件)(3)月亮形T形槽螺杆(4根(4)弹簧夹头拼紧螺套(I件)(5)园盘夹具体(I件)(6)尾架夹具体(I块)(7)工件拼螺母(I只)(8)尾架轴(I根)(9) C620尾架(I套)(10)尾架套筒(I根)(11)尾架平衡块(I块)(12)尾架法兰(I件)(13)前后刀架(各I套共2套)(14)刀排(2件)(15)前后刀头(各I把共2把)(16)车头平衡块(I块)(17)锁紧固定螺杆(I根)(18)弹簧夹头撞套(I件)(19)直线长块板(I条)(20)车头平衡块固定螺钉(I只)(21)中心转轴与撞套连接板(I块)图15是精车两曲拐工序图。
权利要求
1.“十二点定位原理”要求工件进入模拟工艺系统里按工艺要求，在定位元件正确定位基础上，在各种力的平衡点上确定各种力点的定位分析方法。夹紧力点在模拟工艺系统里定位，会产生“稳、准、正、整、直、恒。”的效果。
2.“十二点定位原理”要求在工艺系统里按工艺要求加工轨迹进行切削加工运动。这样切削力点本身可以在工艺系统里按工艺要求，达到各种力点平衡点上定位，进行切削加工运动，也可以在切削加工过程中，边切削加工，边按工艺要求轨迹改变切削力点大小和方向进行切削加工运动。
3.“十二点定位原理”要工件按工艺要求轨迹进行加工运动。这样，传动力点可用对工件按工艺要求仿型定位方法，进行切削加工。
全文摘要
“十二点定位原理”是从工件定位分析就按工艺要求进入模拟工艺系统的力平衡点上定位，在这正确定位基础上，研制出模拟工艺系统里的定位元件结构和位置，夹具机构，刀具结构，传动装置；再进入实际的工艺系统里最能按工艺要求的加工轨迹，进行加工出符合工艺要求的高精度工件。因此，“十二点定位原理”为工艺加工高、精、尖机械产品开辟广阔的途径。
文档编号B23Q15/00GK102794669SQ201210012968
公开日2012年11月28日 申请日期2012年6月26日 优先权日2012年6月26日
发明者项富宏 申请人:项富宏, 项嬿