RPS在汽车中的应用

精品文档 1欢迎下载 提 要 近年来 世界各国都把提高产品竞争力和发展高技术作为科技工作的主攻 方向 在高速 安全 舒适的基础上 力求好看 好用 好修 好造 这就是 现代汽车制造的普遍趋势 由于车身是汽车给人的第一印象 因此 它对于 几何方面的质量就提出了更高的要求 这就需要用零件的尺寸精度来保证 但 是 长期以来 大量的尺寸超差给汽车制造企业带来了重大的损失 不仅严重 影响零件功能的发挥 而且经常导致零件的报废 使得汽车成本增加 尺寸偏 差大给整车匹配带来的麻烦更大 间隙和平度不合格 而且原因的查找又非常 困难 RPS 理论就可以有效地解决这些问题 RPS 是德语单词 REFERENZPUCKTSYSTEM 定位点系统 的缩写 其原理是 通过保证定位具有足够的精度来实现零件的加工精度 即零件的全部工序应保 证定位基准单一化原则 本文根据该理论的原理 详细讨论了车身定位点的五大原则 并以宝来车 为例应用到车门的设计方案中 探讨了车门生产过程中的定位问题 并给出了 车门定位点的初步方案 本文对于汽车车身覆盖件的设计 生产等工程实际问题有一定的指导性意 义 精品文档 2欢迎下载 目 录 第一章绪论 1 1 1RPS 的开发背景 1 1 2RPS 的定义及制定过程 1 精品文档 3欢迎下载 1 3 课题来源及意义 4 第二章定位点系统的作用 6 2 1 基准概述 6 2 2 公差概述 7 2 3 尺寸链概述 8 2 4 尺寸链基本计算公式 10 2 5 定位点系统的作用 12 第三章 RPS 系统的五大规则 15 3 1 3 2 1 规则 15 3 2 坐标平行规则 22 3 3 统一性规则 25 3 4 尺寸标注规则 27 3 5RPS 尺寸图 32 第四章 RPS 理论在车门上的应用 35 4 1 车门简介 35 4 2 设计方案的确定 36 精品文档 4欢迎下载 结束语 46 致谢 47 参考文献 48 中文摘要 i 英文摘要 ii 第一章 绪论 1 1 RPS 的开发背景 精品文档 5欢迎下载 长期以来 大量的尺寸超差给汽车制造企业带来重大损失 不仅严重影 响零件功能 而且经常导致零件报废使得汽车成本增加 尺寸偏差大给整车匹 配带来的麻烦更大 间隙和平度不合格而且原因的查找又非常困难 因而保 证零件尺寸精度是每一个汽车制造企业所追求的目标 那么谁是保证零件尺寸 精度的主角 人们往往认为这是生产部门和质量保证部门的事情 而开发部门 只要完成理论和概念设计就大功告成了 随着汽车工业技术的进步和业内人士思想观念的转变 零件尺寸精度的保 证已不再仅仅是生产部门和质量保证部门的事情 而是要从产品开发阶段就开 始考虑了 RPS 就是出于这种思想被发明出来 并被世界各大汽车公司投入到使用当 中 发明者是率先采用流水线作业而带来世界汽车工业革命的美国福特公司 在大众公司 RPS 被制定成公司标准 vw01055 RPS 是德语单词 Referenzpunktsystem 定位点系统 的缩写 从 A4 车开始 没有填写 RPS 表 格的图纸就得不到认可的批准 由此可见 RPS 的重要地位 下面从几个方面对 RPS 作以介绍 1 2 RPS 的定义及制定过程 在设计机械加工工艺规程时 要考虑的最重要的问题之一是怎样将工件装 夹在机床上或夹具中 这里装夹有两个含义 即定位和夹紧 我们在这里要讨 论的就是定位方面的问题 定位是指确定工件在机床或夹具中占有正确位置的 过程 RPS 就是规定一些从开发到制造 检测直至批量装车各环节所有涉及到的 人员共同遵循的定位点及其公差要求 在确定这些定位点时必须遵循定位点系 统的规则 基准点的通用性必须出现在所有制造 装配 检验和安装工序中 基准点必须定位在构件的稳定部位上 这些部位即使在后续开发和生产过程中 也不会发生变化 在组织机构方面 RPS 系统是由同步工程小组确定的 同步工程小组由下 面各部门的专业人员组成 z 开发部门 z 质量保证部门 z 生产部门 z 规划 部门 z 协作厂家 早在产品开发阶段 各部门的专业人员就在同步工程小 组内达成共识的前提下确定零件的 RPS 系统 这是因为在后续制造中如果在进 行产品更改 就会造成更高费用的产生 统一的 RPS 系统使用规则可以使查 找错误 分析错误变得既快捷又清晰 另外 依据 RPS 系统方法制定出目标清 晰的措施能够有效地控制住高费用的更改过程 RPS 系统制定过程可以分为下面六个步骤 精品文档 6欢迎下载 1 功能研究 2 公差研究 3 RPS 系统确定 4 尺寸图确定 5 公差计算 6 产品图纸 以副司机气囊为例将各阶段说明如下 1 功能研究阶段 首先研究零件与周围各零件的关系 在此基础上进一步 研究零件的功能 在研究零件功能时 要按照重要程度把各功能排序 例如 副司机气囊盖板的功能按照重要程度做如下排序 间隙和平度 气囊单元释放 螺栓紧固方式 将间隙和平度放在第一位 是因为对于用户来说第一感觉是外 观形象 这种排序思想并不是没有道理的 2 公差研究阶段 在这一阶段要考虑的问题是 公差会造成哪些对功能不 利的影响 在上面的例子中 公差会造成盖板四周边缘与仪表板开口匹配不好 3 RPS 系统确定阶段 RPS 系统的确定必须符合零件功能重要性的排序结 果和公差目标 在本例中 将间隙和平度排在气囊盖板功能重要性的第一位 那么很自然地将 RPS 点定义在外表面上 如图 1 1 所示 4 尺寸图确定阶段 由同步工程小组确定的 RPS 点需要填入 RPS 尺寸图 中 它是同步工程小组工作用图 在产品图纸完成之前它是有约束力的指导性 文件 5 公差计算阶段 在做公差计算时 应当充分利用 RPS 系统原理来保 证设计意图的实现 公差计算要回答下面两个问题 总的公差达到多少 它能够保障零件的功能吗 精品文档 7欢迎下载 图 1 1 副司机气囊盖板功能研究 6 产品图纸阶段 在此阶段 将 RPS 尺寸图进一步扩充内容 把 RPS 点 之后 才能给出图纸的认可 至此 RPS 系统的制定过程全部结束 1 3 课题来源及意义 本课题来源于一汽 大众汽车有限公司产品工程部的科研项目 定位点系 统理论的研究及在车门上的应用 RPS 系统对于我们来说还是一门很新的技术 它以提高产品开发水平及产 品质量 降低成本增加效益为目标 在保证整车装配误差不大于 2 毫米的战役 中 RPS 功不可没 所以我对这个课题很感兴趣 在征得指导教师的同意下 我与一汽大众产品部联系了几次 其中得到了产品部小姜的大力支持 在此深 表感谢 毕业设计是检验所学知识的综合运用能力的重要环节 由于缺 乏实际的生产知识 我在工程师小郑的陪同下 深入到生产第一线去做一下调 研 全面了解该企业的生产现状 从冲压 焊装到总装几乎走了一遍 RPS 理 论在产品开发以及质量检测方面应用的最多 所以我又到质检部看了看 那里 的师傅给我讲了许多以前不知道的知识 特别是车门的内板上大大小小的工艺 孔和定位孔 都是干什么用的呢 要想在书本上找到答案 恐怕不太可能 即 使查阅专业技术资料 也需要几天时间 可在这里 两天时间就可以掌握了 看来实践环节的确是巩固所学知识的最佳途径 另外 这套 RPS 理论对于产 精品文档 8欢迎下载 品开发和质量监控起到了重要的作用 目前该理论已成为全球各大汽车行业竟 相使用的武器 就是因为它的应用可提高产品质量 降低成本 缩短开发周期 这次设计我选择了宝来 A4 的前车门作为研究对象 探讨了车门上定位点的问 题 也提出了车门上一些功能点的确定方案 第二章 定位点系统的作用 2 1 基准概述 基准是机械制造中应用得十分广泛的一个概念 是用来 确定生产对象上几何要素之间的几何关系所依据的那些点 线或面 机械产品 从设计 制造到出厂经常要遇到基准问题 设计时零件尺寸的标注 制造时工 件的定位 检查时尺寸的测量以及装配时零部件的装配位置等都要用到基准的 概念 用于确定产品或零件上其他点 线 面的位置的那些点 线 面 统 称为基准 基准的概念只有在研究点 线 面之间相互位置关系时才有意义 从设计和工艺两个方面看基准 可把基准分为两大类 即设计基准和工艺基准 设计基准 基准 工艺基准 设计基准 设计零件时 根据零件在装 配结构中的装配关系以及零件本身结构要素之间的相互位置关系 确定标注尺 寸 或角度 的起始位置 这些尺寸 或角度 的起始位置称作设计基准 简 言之 零件设计图上 用来确定其他点 线 面的位置的那些点 线 面 称 为设计基准 工艺基准 在加工和装配过程中所使用的基准 称为工艺基准 按其用途不同 又可分为工序基准 定位基准 测量基准和装配基准 工序基准 工件的加工工序图上用来确定被加工表面位置所使用的点 线 面 称为工序基准 在设计工序基准时 主要应考虑如下三个方面的问题 1 应 首先考虑用设计基准为工序基准 所选工序基准应尽可能用于工件的定位和工 序尺寸的检查 2 当采用设计基准为工序基准有困难时 可另选工序基准 但 必须可靠的保证零件设计尺寸的技术要求 定位基准 工件加工时定位所用 的基准 称为定位基准 定位基准是获得零件尺寸的直接基准 占有很重要的 地位 测量基准 工件在加工中或加工后 用来测量工件各表面尺寸 和位 置所用的基准 称为测量基准 装配基准 用来确定零件在部件或机器中位 置的基准 称为装配基准 在很早以前 我们国家的工程技术人员就已经知道 上述各基准应该尽可能使之重合 例如在设计机器零件时 应尽量以装配 基准作为设计基准 以便直接保证装配技术要求 在编制零件的加工工艺规程 时 应尽量以设计基准作为工序基准 以便直接保证零件的加工精度 在加工 及测量时 应尽量使定位基准及测量基准与工序基准重合 以消除基准不重合 误差 基准不重合误差的存在 使得工序尺寸的公差不得不缩小 有可能造 成加工困难 从而降低生产率 提高加工成本 精品文档 9欢迎下载 2 2 公差概述 生产任何一种机械产品 都要求在保证质量的前提下 做到高效率 低消耗 产品的质量与零件加工质量 产品的装配质量有关 零 件的加工质量是保证产品质量的基础 零件的加工质量包括零件的加工精度和 零件的表面质量两大方面 零件的加工精度又分为尺寸精度 形状精度和相互 位置精度 所谓加工精度是指零件在加工后的实际几何参数 尺寸 形状和 相互位置 与理想零件的几何参数相接近的程度 实际值越接近理想值 加工 精度就越高 实际加工不可能把零件做得与理想零件完全一致 总会有大小不 同的偏差 零件实际几何参数与理想几何参数的偏差 称为加工误差 零件加 工精度包含三个方面的内容 尺寸精度 形状精度和位置精度 这三者之间是 有联系的 通常形状公差应限制在位置公差之内 当尺寸精度要求高时 相应 的位置精度 形状精度也要求高 从保证产品的使用性能分析 没有必要把 每个零件都加工得绝对精确 允许有一定的加工误差 这就是公差 RPS 理 论对于产品实际尺寸偏差均在公差带的 75 范围内时 定为合格 当超过 75 或 轻微超差 但不至于影响后续功能 有条件使用 但必须在工艺加工上进行改 进 在规定期限内 进行再次检验 通常在几轮调试后 发现在工艺上很难改 进或更改 费用很高 则由生产单位 规划 质保部门共同出具 SKD 卡 注明 局部公差放宽 并不影响功能 最后交由产品部备案 当存在较大尺寸偏差 已影响后续功能 工件报废 重新调试 定期进行再次检验 2 3 尺寸链 概述 在机械制造行业的产品设计 工艺规程设计以及技术测量等工作中 都 会经常遇到尺寸链的分析与计算问题 正确地应用尺寸链理论来解决生产实际 问题 对多快好省地发展机械制造工业具有重要的实际意义 1 尺寸链的 定义 图 2 1 为某工件以 1 面定位加工 2 面 得尺寸 A1 在下一道工序仍以 1 面定位加工 3 面 得尺寸 A2 图 2 1 为在尺寸为 A1 得孔内装入尺寸为 A2 的轴 在图 2 1 中 A1 A2 A 就形成了一个封闭的尺寸链 其中 A 是加工后或装配 后间接形成的 它的误差大小与 A1 A2 的误差的大小有关 因此 尺寸链是由 产品技术规范或零件工艺要求决定的某一尺寸和对该尺寸有直接影响的全部尺 寸所连接成的尺寸封闭图 由尺寸链的定义可知 尺寸链图形必须封闭 而 且其中必有一个尺寸是间接形成的 2 尺寸链的组成 图 2 1 尺寸链 尺寸链由下列各部分所组成 尺寸环 尺寸链中的各 个尺寸 它可分为封闭环与组成环 封闭环 在加工或装配后 间接获得的尺 寸 用 A 表示 组成环 在加工或装配过程中 直接获得的尺寸 用 Ai 表 示 组成环又可分为增环和减环 增环 在其它组成环不变时 若某组成环 的增大导致封闭环增大 则该环为增环 减环 在其它组成环不变时 若某 组成环的增大导致封闭环减小 则该环为减环 3 尺寸链的分类 a 按尺寸 链的功能要求分类 工艺尺寸链 一个零件在加工过程中所形成的尺寸联系封 闭图 装配尺寸链 一组零件在机器设计和装配过程中所形成的尺寸联系封闭 精品文档 10欢迎下载 图 b 按尺寸链间的相互联系分类 独立尺寸链 链内所有的环都只从属于 该尺寸链 其中任何一环都不再参与其他尺寸链 并联尺寸链 有一个或几 个环 以公共环的形式存在于两个或更多个尺寸链中 就形成了并联尺寸链 在装配尺寸链和工艺尺寸链中 并联尺寸链是常见的一种形式 c 按尺寸环的 空间位置分类 直线尺寸链 它的尺寸环都位于若干平行线上 角度尺寸链 它的各尺寸环全由角度所组成 平面尺寸链 它的各环不都位于若干平行线上 但却位于同一平面内 因此 平面尺寸链由直线尺寸和角度尺寸所组成 且具 有两个封闭环 空间尺寸链 同时具有直线尺寸及角度尺寸 而且它们又不 都位于同一平面上 此类尺寸链称为空间尺寸链 d 按尺寸环的相关关系分类 独立环尺寸链 尺寸链内所有尺寸环之间都是相互独立的 它们之间没有依赖 关系 相关环尺寸链 在尺寸链所有的尺寸环中 有一部分之间存在着相关 关系 4 尺寸链的计算 在利用尺寸链来解决生产实际问题时 往往会 遇到三种计算问题 1 正计算 已知各组成环 求封闭环 正计算主 要用于验算所设计的产品能否满足性能要求及零件加工后能否满足零件的技术 要求 2 反计算 已知封闭环 求各组成环 反计算主要用于产品设计 加工和装配工艺计算等方面 在实际工作中经常碰到 反计算的解不是唯一的 如何将封闭环的公差正确地分配给各组成环 这里有一个优化的问题 3 中间计算 已知封闭环及部分组成环 求其余的一个或几 个组成环 中间计算可用于设计计算与工艺计算 也可用于验算 其解可能是唯一解 也 可能是多解 2 4 尺寸链基本计算公式 机械制造中的尺寸和公差要求 通 常是以基本尺寸 A 及上 下偏差 ES EI 来表示的 在尺寸链计算中各环 的尺寸和公差要求 还可以用最大极限尺寸 Amax 和最小极限尺寸 Amin 或用中间尺寸 AM 和公差 TA 来表示 为了计算尺寸及其偏差 有时还要 用到中间偏差 MA 一 极值法解尺寸链的基本计算公式 1 封闭环的 基本尺寸 封闭环的基本尺寸等于各组成环基本尺寸的代数和 即 A0 1 1niAi 式中 n 尺寸环数 Ai 各组成环的基本尺寸 2 封闭环的极限 尺寸 封闭环的最大极限尺寸等于基本尺寸与上偏差的代数和 即 Amax A ES 封闭环的最小极限尺寸等于基本尺寸与下偏差的代数和 即 Amin A EI 3 封闭环的上偏差 封闭环的上偏差等于所有增环上偏差之和减 去所有减环下偏差之和 ES0 m pES1p 1 1 nmqEIq 式中 ESp 增环的上偏差 EIq 减环的下偏差 m 增环环数 4 封闭环的下偏差 封闭环的下偏差等于所有增环下偏差之和减去所有减环上偏差之和 EI0 m pEI1p 1 1 nmqESq 式中 EIp 增环的下偏差 ESq 减环的上偏差 5 封闭环的公差 封闭环的公差等于组成环公差之和 即 T0 1 1 niTI 式中 T0 封闭环的公差 Ti 组成环的公差 由以上公 式可见 封闭环的公差比任何一个组成环的公差都大 为了减小封闭环的公差 就应使尺寸链中组成环的环数尽量少 这就是尺寸链的最短路线原则 2 5 精品文档 11欢迎下载 定位点系统的作用 定位点系统的作用主要体现在下面三个方面 一 避免了 由于基准点的变换造成零件尺寸公差加大 例如 要在板件上钻孔 B 和 C 这两个孔与其他件上销钉配合 公差越小越好 零件上还需要钻出孔 D 见图 2 3 图 2 4 下面用两种方式加工 1 加工时基准点发生变化 步骤 1 用孔 A 定位钻出孔 B 和孔 D 要求 AB 之间的位置公差为 0 1 AD 之间的位置公差为 0 1 步骤 2 用孔 D 定位钻出孔 C 这时基准由孔 A 变为孔 D 要求 CD 之间 的位置公差为 0 1 孔 B 孔 C 距离公差结果 A B 0 1 A D 0 1 D C 0 1 B C 0 3 图 2 3 基准发生变化的情况 T0 1 1 niTI 式中 T0 封闭环的公差 Ti 组成环的公差 由以上公式可见 封闭环的 公差比任何一个组成环的公差都大 为了减小封闭环的公差 就应使尺寸链中 组成环的环数尽量少 这就是尺寸链的最短路线原则 2 5 定位点系统的作用 定位点系统的作用主要体现在下面三个方面 一 避免了由于基准点的变换造成零件尺寸公差加大 例如 要在板件 上钻孔 B 和 C 这两个孔与其他件上销钉配合 公差越小越好 零件上还需要 钻出孔 D 见图 2 3 图 2 4 下面用两种方式加工 1 加工时基准点发生变化 步骤 1 用孔 A 定位钻 出孔 B 和孔 D 要求 AB 之间的位置公差为 0 1 AD 之间的位置公差为 0 1 步 骤 2 用孔 D 定位钻出孔 C 这时基准由孔 A 变为孔 D 要求 CD 之间的位置公 差为 0 1 孔 B 孔 C 距离公差结果 A B 0 1 A D 0 1 D C 0 1 B C 0 3 精品文档 12欢迎下载 图 2 3 基准发生变化的情况 2 加工时基准不变化 步骤 1 用孔 A 定位钻出孔 B 和孔 D 要求 AB 之间 的位置公差为 0 1 AD 之间的位置公差为 0 1 步骤 2 板件仍以孔 A 定位钻 出孔 C 基准没有变化 要求 AC 之间的位置公差为 0 1 孔 B 孔 C 距离公 差结果 A B 0 1 A C 0 1 B C 0 2 图 2 4 基准不变的情 况 比较两种情况可以看出 加工孔 C 时基准不变比基准变换造成的公差减 小了 0 1mm 上面的例子给我们的提示是 为避免基准变换 必须事先规定 好在制造和测量过程中的基准点 这样就可以有效减小零部件加工误差 不允 许各部门自作主张随意找基准点进行工作 二 避免了定位板的使用 定位 板是对于使用坯料或坯件的冲裁及工件冲孔 修边 弯曲 拉深等定位专用装 置 模具中设置定位板的目的是保证前后工序的相对位置精度及工件内孔与外 轮廓的位置精度的要求 图 2 5 所示为定位板结构 对于外形比较简单的工件 定位 一般应选择图 2 5 中 a b c d 所示的外形定位板结构 对于外轮廓 形状较复杂的工件 一般应选择 e g 所示的结构 若工件需要经几道冲压工序 完成时 则定位板须要以同一个定位基准 使定位基准单一化 以避免定位基 准不一致而造成工件的累积误差 2 加工时基准不变化 步骤 1 用孔 A 定位钻出孔 B 和孔 D 要求 AB 之 间的位置公差为 0 1 AD 之间的位置公差为 0 1 步骤 2 板件仍以孔 A 定位 钻出孔 C 基准没有变化 要求 AC 之间的位置公差为 0 1 孔 B 孔 C 距离 公差结果 A B 0 1 A C 0 1 B C 0 2 图 2 4 基准不变的 情况 比较两种情况可以看出 加工孔 C 时基准不变比基准变换造成的公差 减小了 0 1mm 上面的例子给我们的提示是 为避免基准变换 必须事先规 精品文档 13欢迎下载 定好在制造和测量过程中的基准点 这样就可以有效减小零部件加工误差 不 允许各部门自作主张随意找基准点进行工作 二 避免了定位板的使用 定 位板是对于使用坯料或坯件的冲裁及工件冲孔 修边 弯曲 拉深等定位专用 装置 模具中设置定位板的目的是保证前后工序的相对位置精度及工件内孔与 外轮廓的位置精度的要求 图 2 5 所示为定位板结构 对于外形比较简单的工 件定位 一般应选择图 2 5 中 a b c d 所示的外形定位板结构 对于外轮 廓形状较复杂的工件 一般应选择 e g 所示的结构 若工件需要经几道冲压工 序完成时 则定位板须要以同一个定位基准 使定位基准单一化 以避免定位 基准不一致而造成工件的累积误差 图 2 5 定位板的结构型式 定位板的使用有很大的局限性 并且增大了加 工时间 如果工装用 RPS 点调准 那么加工就变成直接的了 定位板不再作为 辅助定位工具 参见图 2 6 三 RPS 点是模具 工装 检具的定位点 为了 实现统一的定位技术规则 必须保证 模具 工装 检测工具 都按照 RPS 点 来制造 这一点是 RPS 系统最重要的作用 第三章 RPS 系统的五大规则 为 了使 RPS 系统在实际当中发挥作用 必须遵守下面五条规则 3 2 1 规则 坐标平行规则 统一性规则 尺寸标注规则 RPS 尺寸图 3 1 3 2 1 规 则 物体在空间具有六个自由度 即沿三个坐标轴的移动和绕三个坐标轴的转 动 用符号表示为 x y z x y z 如果完全限制了物体的这六个自由度 则物体在空间就有一个完全确定的位置 采用六个按一定规则布置的约束点 可以限制工件的六个自由度 实现完全定位 称为六点定位原理 工件的定 位是使工件在空间相对于机床与刀具占有一个正确的位置 这个正确位置可根 据各工序的技术要求来确定 为了达到某个工序的技术要求 并不一定非要使 工件的位置达到完全确定的程度不可 即并不一定要完全限制工件的六个自由 度 例如 要在图 2 10 所示的工件上铣一个通槽 加工要求为 a 槽底到 工件底面 A 的尺寸为 a0 Ta 并平行于工件底面 A b 槽侧面到工件侧面 B 的尺寸为 b Tb0 并平行于工件侧面 B 为保证要求 a 工件的底面 A 应放 置在与铣床工作台面相平行的平面上定位 因为三个点决定一个平面 所以 这就相当于在工件的底面 A 上放置了三个支承点来对工件定位 这个于工件底 面接触的相当于三个支承点 的定位平面限制了工件的 x y z 三个自由度 为保证要求 b 工件的侧面 B 应放置在与铣床工作 台的纵向进给方向相平行 的 某一直线上定位 因为两个 点决定一条直线 所以 这 就相当于在工件的 侧面上放置 了两个支承点来对工件定位 这个与工件侧面 B 接触的相当于 两个支承点的定位线限制了 x z 如果限制了工件的 x z x y z 五个自由 度 就可以保证工件的上述加工技术要求 而不一定需要再限制 所以说 工 件所需限制的自由度数取决于工件加工工序的技术要求 分析工件定位时需 要注意的是 1 工件相对于机床与刀具的正确位置 并不一定是工件完全确 精品文档 14欢迎下载 定的 位置 如在图 2 10 的加工实例中 按照铣槽工序的技术要求 工件在 y 方向的移动可以不限制 但是 在实际夹具安装中 为了减小夹紧工件时所需 的加紧力或为了减小纵向进给形成范围以提高生产率等原因 往往在 y 方向上 设置一个支承点来对工件的 y 进行限制 此时工件就被限制了六个自由度 达 到完全定位 但限制 y 并不是出于工件定位的需要 从保证通槽的加工要求考 虑 只需限制五个自由度 2 工件定位面与相当的支承点接触 应理解为 两者需紧贴而不 得脱离 图 2 10 所示实例中 也许有人认为 工件以其 A 面 支承在三个支承点上 工件确实是不能沿 z 轴下移了 但工件不是还可以向上 移动吗 这种把物体 z 自由度看成有十二个自由度一样不对 因为定位的目的 是使工件相对机床和刀具占有某个位置 它不回答能不能动的问题 3 分 析工件定位所限制的自由度时 必须把定位与夹紧区别开来 在图 2 10 的例子 中 工件限制了五个自由度 y 在定位时可以不限制 但工件在夹紧后沿 y 轴 确实是不能再移动了 这能不能说 y 也被限制了呢 不能这样认为 因为夹紧 的目的只是保持工件相对于机床与刀具的正确位置不变 即工件相对于机床与 刀具的位置是在夹紧动作之前确定的 夹紧只是保持原先的位置不变 4 工件加工不允许发生欠定位现象 但一般也不希望发生过定位现象 工件技 术要求所要求限制的各个自由度没有被全部限制 则工件就是欠定位 例如在 上例中 铣槽工序需限制 x z x y z 五个自由度 但如果在工件侧面 B 上 只放置一个支承点 则工件的 z 就无法限制 加工出来的工件就不能满足尺寸 b Tb0 的要求 因此 欠定位的情况是不允许发生的 工件定位是通过定位 元件来实现的 在选择定位元件时 原则上不允许几个定位元件同时限制工件 的某一个自由度 即原则上不允许产生重复定位的现象 工艺上把几个定位支 承点重复限制工件的某个自由度的定位现象 称为过定位 例如在滚齿机上 加工齿轮时 工件是以孔和一端面作为定位基面安装在滚齿机夹具的心轴和支 承凸台上的 图 3 2 心轴限制了工件的 x y x y 四个自由度 支承凸台 限制了工件的 z x y 三个自由度 心轴和支承凸台同时重复限制了工件的 x 和 y 工件出现了过定位现象 一般说 滚齿机夹具的心轴轴线与支承凸台 平面的垂直度误差较大 把它装在滚齿机夹具上夹紧后 就会使夹具 心轴 产生弯曲变形或使工件产生翘 曲变形 这就降低了工件的加工精 度 但是 如果工件在滚齿之前的 加工中 能保证滚齿工序定位基面 内孔与端面有很好 的垂直度 即使 还有很小的垂直度误差 也还可以 利用夹具心轴和工件内孔 间的配合 间隙来补偿 因此 工件在滚齿机 图 3 2 过定位现象 夹具上夹 紧之后 不会造成心轴的弯曲或工件的翘曲 工件在这种条件下的过定位现象 是允许的 一个刚体的平行移动和转动共有 6 个自由度 限制其 6 个自由度 刚体才能保持平衡 在 RPS 理论中 按照 3 2 1 规则 保持刚体平衡状态需要 6 个定位点 如图 2 9 所示 其中 3 个定位点在 Z 方向 2 个定位点在 Y 方 向 1 个定位点在 X 方向 3 2 1 规则由此得来 这些点 就是 RPS 系统的定位点 称 为 RPS 点 图 3 3 刚体的六个定位点 对于没有孔的零件 6 个 RPS 点是 精品文档 15欢迎下载 必须的 而有孔的零件往往将孔设定为 RPS 点 一个圆孔可以限定两个自由 度 如图 2 10 所示 图中给出的 RPS 点限定了三个自由度 因此本例子只有四 个 RPS 点 这个圆孔限定了 X Y 方向的平移 这个平面作为 Z 方向的一个 定位点 和孔定义为一个 RPS 点 图 3 4 带孔零件的自由度 RPS 理论对 RPS 点的标注给出了规定 见图 3 5 图 3 5RPS 点的标注 说明 对于大的刚 度不足的零件 在保障了 3 2 1 规则的前提下 还需要附加的定位点来保证零 件的平衡状态 如图 3 6 所示 图中 RPS5fz 是附加定位点 它的命名与主 RPS 点相似 但定位方式用小写字母表示 RPS 名称可分为 主测量点 用大写字母表示 H 代表孔 F 代表平面 T 代表理论上的点 支点 用小写 字母表示 注 支点也可以被称为附加定位点 h 代表孔 f 代表平面 t 代 表理论上的点图 3 6 零件的附加定位点 测量类型 测量孔 销 其特征字 母为 H h 平面 边棱 球 顶尖 其特征字母为 F f 理论上的点 其特 征字母为 T t 定位方向 用小写字母表示 x y z 用于网络平行的使构 件定位的坐标系 a b c 用于旋转的使构件定位的坐标系 3 2 1 规则适用于 任何形状的零件 但是任何规则都有例外 下面三种情况与 3 2 1 规则相悖 图 3 7 球体的定位点 例 1 球体只需要三个定位点即达到平衡 如图 3 7 所 示 例 2 旋转体需要五个定位点即达到平衡 如图 3 8 所示图 3 8 旋转体的 定位点图 3 9 铰接零件的定位点 例 3 铰接零件平衡需要的定位点多于 6 个 3 2 坐标平行规则 在测量和加工时 零件的放置必须保证能够获得精确 的结果 下面通过两种定位系统的对比来分析坐标平行规则的重要性 图 3 10 所示为两种定位系统 图 3 10 两种定位系统 将合格的零件放到两种定位 系统中 似乎看不出什么不同 见图 3 11 图 3 11 合格零件在两种定位系统 中对比 为了研究方便 现在假设零件已经出现了制造公差 即两个零件在 X 方向上存在偏差 它们比实际合格零件做短了 图 3 12 零件在 X 方向上的 偏差 将这两个零件分别放到两个定位系统中进行测量 如图 3 13 所示 图 3 13 零件在两种系统中测量时的情况 可以看出倾斜放置导致测量结果不正 确 这里出现了 Z 方向的测量偏差 其实零件在 Z 方向是正确的 同时还可以 看出测量得到的 X 方向的偏差也是不正确的 倾斜放置造成的测量结果会导 致这样一些严重后果 尺寸合格的零件会被错误地当成废品 模具根据错误 的测量结果在 X Z 方向上进行修改 其实 Z 方向并没有错误 工装被不正确 地调整了 通过上述做法导致后来生产的产品都是废品 因此下面结论的正确 性是不言而喻的 为了获得准确的结果 定位点应当是平行于坐标轴的 这 里所说平行于坐标轴是指定位平面与坐标系的坐标轴平行 这些定位点通常 被定义为 RPS 点 不过在有些零件上是找不到与坐标轴平行的平面做 RPS 点 的 如图 3 14 这时在不影响功能的基础上应当设计出平行于坐标轴的平行作 为 RPS 点 如图 3 15 所示 精品文档 16欢迎下载 图 3 14 没有与 Z 轴平行的平面做定位点的零件 图 3 15 在零件上压出与坐标轴平行的平面 3 3 统一性规则 RPS 系统的主旨是通过避免基准转变来保证制造工 艺过程的可靠性和可重复利用的精确性 RPS 系统的统一性规则要求从产品 开发阶段直到批量生产 RPS 点的使用贯彻始终 当然不是所有的 RPS 点都一 直使用下去 那样的话在总成零件上就会有许多重复的 下面从纵梁到地板 总成的焊接流程来看 RPS 点按统一性原则的运用 图 3 16 是总成焊接前各零 件 RPS 点的分布情况 精品文档 17欢迎下载 图 3 16 焊接前 RPS 点分布情况 图 3 17 是第一道焊接工序后 RPS 点重新确定的情况 可以看到地板总成 上有 3 个 RPS 点是沿用合成前零件上已有的 总成上的 RPS1 点是单件左纵梁 上的 RPS1 点 总成上的 RPS3 点是单件前地板上的 RPS3 总成上的 RPS4 点是 单件右纵梁上的 RPS 点 图中各 RPS 点是完全遵循地板总成的功能要求确定 下来的 地板有固定前端框架 座椅 踏板 后轴 副车架以及与侧围连接的 功能 图 3 17 第一道焊接工序后 RPS 点重新分布的情况 图 3 18 是地板总 成焊接完成后 RPS 点再一次重新确定的情况 可以看到总成上的 RPS1 RPS2 RPS3 RPS4 以及附加 RPS 点 RPS7 RPS8 都是从前延续使用的 只不过是重新排序 精品文档 18欢迎下载 图 3 18 地板总成焊接后 RPS 点再一次确定的情况 RPS 系统的统一性规则还要求所有工艺流程中的输送装置原则上都要使用 RPS 点作为支点 如图 3 19 所示 图 3 19 使用 RPS 点作为支点的输送装置 3 4 尺寸标注规则 在图纸中尺寸一般是从 整车坐标线引出和标注的 往 往不标注实际尺寸 这 种标注方式会造成推算尺 寸公差的增大 如图 3 20 所示 图 3 20 从整车坐标线引出尺寸线在零件图纸上画出整车坐标是有意 义的 这样可以确定零件在整车中的位置 这是零件设计过程中重要的基础 可是对于零件的制造和测量 采用整车坐标会带来很多困难 对一辆汽车标 注尺寸 必须借助一个全方位的坐标系 数学上的汽车坐标系 来实现 高度 方向上的零线一般取汽车满载时车架纵梁的上翼缘面 地板平面或通过前轮中 心的水平线作为零线 宽度方向上的零线毫无例外地取