钳架总成加工误差原因分析及纠正措施

钳架总成加工误差原因分析及纠正措施

田建平、严登盛、安梅

宝鸡石油机械有限责任公司钻机分公司 

摘要：针对外形不规则的焊接结构件在机械加工过程中产生误差的原因进行分析，综合考虑待加工部位和结构轮廓之间的位置关系，合理选择定位基准，通过工装夹具的设计应用，降低了待加工产品的装夹时间，提高了加工精度，生产效率和产品质量都得到了很大提升。

关键词：位置误差；同轴度；定位基准；工装夹具；加工基准

1、序言：钳架总成是扶管缓冲机械手的固定装置。在缓冲机械手运送套管时，负责扶正、固定套管，使套管能安全、顺利的送达到预定位置。钳架总成由侧板、支撑管、耳板组焊而成，结构复杂，轮廓不规整，使后续加工时的安装定位、夹持紧固非常困难，不合格率居高不下。本文从当前的加工方式进行分析，查找造成加工误差的原因，并提出改善措施。

2、产品加工存在的问题：

钳架总成主要由划、镗两道工序加工完成。划线主要兼顾外形轮廓，以（图1）主视图左、右耳板对称中分线为基准，划耳板孔加工线;划φA、 φB支撑管孔加工线; 划    

φC孔加工线; 划6×Md螺纹孔加工线。

图1 ①侧板、②支撑管、③耳板            镗孔时以左视图左端定位，将工件立放在工作台上，按序φA、 φB支撑管孔加工线、分中线的平行线找正，加工各孔、锪平面成。这种定位装夹方式加工的产品会出现φA（+0.03  0）、φB（+0.03  0）孔圆度超差，与支撑管外圆不同轴。内、外圆同轴度误差很大。                                                                                                                               

3、误差成因分析：

按图纸设计要求，（如图2）所示的定位基准面，跟双耳板孔及钳架侧板上三个大孔的轴心线平行，φA（+0.03  0）、φB（+0.03  0）两孔的中心直角坐标系 X轴          图2钳架加工的装夹方式                       的距离为L；Y轴的距离为H。从定位基准的选择分析，根据设计基准及各孔之间的位置关系，为了使加工基准和设计基准保持统一，减少加工过程中的装夹次数，选择图2所示的基准面做定位基准。为了保证定位面的稳定性，按划线做为参考，对基准面进行铣削加工。铣削加工的精准度直接关系到φA（+0.03  0）、φB（+0.03  0）两孔的位置距离。在加工基准面时，如果加工误差为-1°，装夹时工件会顺时钟旋转1°。以φA（+0.03  0）圆心为加工基准，加工φB（+0.03  0）的内圆时，圆心坐标系会发生偏移，X坐标值位偏移量为xl=、 Y坐标值偏移量yh=。同理，如果基准误差为1°，装夹时工件会逆时针旋转1°，以φA（+0.03  0）圆心为加工基准，加工φB（+0.03  0）的内圆时，X、Y坐标会反方向偏移同样的值。

   通过数据分析和实际加工的测量值得出：如果定位基准有误差，会给后续加工造成很大影响，使支撑管的内、外圆同轴度产生很大的误差值。同轴度误差会造成支撑管管壁厚度不均匀，受压紧力的作用，使已加工孔产生圆度误差。  

4、解决方案：

针对存在的问题，在制定解决方案时重点考虑如何减少工件的定位偏差，保证工件的加工精度，同时也要考虑工件装卸方便，辅助夹具结构简单，能使加工效率得到提升，解决问题的关键点主要集中在有效改善工件的定位方式和装夹点合理选择上。首先我们分析一下产品的整体结构特点：两侧板外形为不规则多边体，由两根支撑管对称焊接相连，耳板和不同直径尺寸的孔分布在两侧侧板上，各孔在两侧侧板上对称贯通。根据图纸分析，φA（+0.03  0）孔圆心为设计基准，其他各孔及耳板的位置都与之相关；结合待加工钳架各组合部位外形特征，两根固定套外圆光滑整洁，尺寸规范；同时在实际工作中钳架的外形轮廓有足够的回旋空间，不会跟其他零件发生干涉。综上所述，用两根支撑管外圆做为定位基准，完全能满足设计和加工要求。为了使以两根支撑管外圆为定位基准的钳架在加工中获得一个准确、稳定的位置，我们通过设计和制作图3所示的工装来达到这个要求。

  图3

图3（工装示意图） ①侧板、②底座、③拉杆螺丝孔、④顶丝孔、⑤V型定位槽

工装由两块侧板①和一块底板②组焊而成，在两侧板上对称加工两组V型槽⑤和三组顶丝孔④。两组V型槽的水平长度和垂直高度和φA(0.03  0)、φB（0.03  0）两孔孔距的X坐标值（L）和Y坐标值（H）相等；三组顶丝孔限制工件加工时因受力发生轴向位移。工装固定在工作台上，工件不需要划线，直接跨骑在工装上，用两组压板（③连接）和三组顶丝的夹紧力完全限制了工件的六个自由度，这种定位和夹紧方式，既保证了支撑管内、外圆的同轴度，还会因为支撑面积增大使夹紧力比较分散，避免了已加工孔的圆度误差。如果工作台台面尺寸够大，工装可以背靠背对称做成两组工位或多组工位，一次装夹两件或更多件钳架，这样可以实现压板共用，有效缩短辅助时间，提高工作效率。

5、改进效果：

使用工装，省略了划线、基准面加工这些工序，不用调整找正，可以使工件自然达到精准定位。在V型槽和顶丝的共同夹持下，使工件所承受的支撑力和压紧力比较分散，可以有效解决被加工孔圆度误差。跟之前的加工方式相比较，工装可以使工件安装、压紧变得简单快捷，在不划线的情况下，镗床按坐标值加工各孔，完全可以保证支撑管内孔的同轴度要求，很大程度提升了产品质量和加工效率。

6、结束语：

本文通过视图、实物照片做为参考对象，从钳架总成加工误差产生的原因，造成的后果，解决问题的方案，可能达到的效果等方面进行了全面分析，为外形不规则工件在定位基准的选择、装夹、加工等方面提供改善建议，使工件的定位安装和加工过程变得简单快捷，为提高产品的加工效率和质量提供解决方案。

参考文献：

[1]高斌.装夹方式对零件加工精度的影响[J].金属加工（冷加工）.2019（04）：51-53.

[2]朱耀祥.现代夹具设计手册[M].北京：机械工业出版社，2009.

[3]华楚生.机械制造技术基础[M].重庆：重庆大学出版社，2000.