第2章 工件在数控机床上的装夹.ppt

第二章工件在数控机床上的装卡,浙江工业职业技术学院,1）机床夹具概述,2）工件的定位,3）定位基准的选择,4）常见定位方式及定位元件,5）定位误差,6）工件的夹紧,主要内容,通过实例分析与知识点讲解，掌握机床夹具选择使用，确定定位基准，能够计算定位误差,教学目标,2.1机床夹具概述,一、机床夹具的分类,1.定义：机床夹具就是机床上用以装夹工件的一种装置，它使工件相对于机床或刀具获得正确的位置，并在加工过程中保持位置不变。2.按其使用范围可分为：通用夹具、专用夹具、可调夹具、组合夹具及随行夹具五种基本类型。,一、机床夹具的分类,机床夹具,通用夹具,专用夹具,成组夹具,组合夹具,车床夹具,钻床夹具,铣床夹具,镗床夹具,磨床夹具,齿轮加工机床夹具,其它机床夹具,(a)槽系组合夹具1基础件2支承件3定位件4导向件5夹紧件6紧固件7其它件8合件,(b)孔系组合夹具,二机床夹具的功用,(1)保证被加工表面的位置精度。工件加工表面的位置精度主要靠夹具和机床来保证，且加工精度稳定。(2)提高生产率。可以显著减少辅助时间，提高劳动生产率。(3)扩大机床的工艺范围。在机床上使用夹具可以改变机床的用途和扩大机床的使用范围，如以车代镗。(4)减轻工人的劳动强度，保证生产安全。,三、机床夹具的组成,(1)定位元件及定位装置(2)夹紧元件及夹紧装置(3)导向或对刀元件(4)夹具体(5)其它元件及装置,套筒零件钻孔夹具,1快换钻套2衬套3钻模板4开口垫圈5螺母6定位心轴7夹具体,四、应满足的基本要求,(1)保证工件的加工精度(2)夹具的总体方案应与生产纲领相适应(3)使用性好(4)经济性好,1、工件定位的基本原理,2.2工件的定位,1、定位原理,工件定位就是采取适当的约束措施来限制工件的某些自由度，使工件在该方向上有确定的位置。实际夹具是用定位元件对工件产生约束作用的。,定位时正好限制了六个自由度，则为完全定位。,正常的定位情况,定位时限制的自由度少于六个，则为不完全定位。实际定位时有时会对不需要限制的自由度也加以限制。这是允许的，有时甚至是必要的。,非正常的定位情况,包括欠定位和过定位(或称重复定位)。欠定位是需要限制的自由度没有全部被限制的情况，欠定位不能保证位置精度，是不允许的。过定位是某自由度被两个或两个以上的约束重复限制了的情况。过定位一般是不允许的，但有时也有一定的好处，这时只要工件定位基准和夹具定位元件都具有较高的形状和位置精度，过定位也是允许的。,不完全定位示例,球体上通铣平面时采用的两点定位,球体上通铣平面时采用的三点定位,3、过定位与欠定位,过定位示例,过定位：某一方向的自由度被重复限制两次以上的定位,限制的自由度Z，X，Y,限制的自由度X，Z，X，Y，Z,欠定位,正确定位,任何情况下都不允许出现欠定位的情况,工序中加工要求必须限制的自由度没有被全部限制,欠定位,齿轮加工过定位时引起的变形情况,当齿轮孔与端面的垂直度误差较大时,过定位,避免过定位的措施,“端面+孔”的定位,过定位,4,3,4,1,4,1,3,2,“一面两孔”定位时解决过定位的方法,过定位,3,2,2,2,3,1,圆柱销2改为菱形销,常用定位元件所限制的自由度,常用定位元件所限制的自由度,常用定位元件所限制的自由度,常用定位元件所限制的自由度,一、基准及其分类,2.3定位基准的选择,装配基准,装配时用以确定零件在部件或产品中位置的基准,装配基准,装配基准,测量基准,零件检验时，用以测量已加工表面尺寸及位置的基准,以内孔为基准（套在检验心轴上）去检验40h6外圆的径向圆跳动和端面B的端面圆跳动时内孔为测量基准,定位基准,加工时，使工件在机床或夹具中占据一正确位置所用的基准，称为定位基准,将零件套在心轴上磨削40h6外圆表面时，内孔即定位基准,工序基准,在工艺文件上用以标定加工表面位置的基准，称为工序基准。,二、定位基准的选择,1、粗基准2、精基准,采用毛坯上未经加工的表面作为定位基准。,采用经过加工的表面作为定位基准。,定位基准,1粗基准的选择,在起始工序中，工件定位只能选择未经加工的毛坯表面，这种定位表面称为粗基准。粗基准选择的好坏，对以后各加工表面的加工余量的分配，以及工件上加工表面和不加工表面的相对位置均有很大的影响。因此，必须十分重视粗基准的选择。,二、定位基准的选择,套类零件，外圆表面1为不加工表面，为了保证镗孔后壁厚均匀（即内外圆表面的偏心较小），应选择外圆表面1为粗基准。,1粗基准的选择,对于具有不加工表面的工件，为保证不加工表面与加工表面之间的相对位置要求，一般应选择不加工表面为粗基准。,阶梯轴，应选择55mm外圆表面作粗基准，因其加工余量较小。如果选108mm的外圆表面为粗基准加工55mm表面，当两个外圆表面的偏心为3mm时，则加工后的50mm的外圆表面，因一侧加工余量不足而出现部分毛面，使工件报废。,1粗基准的选择,对于具有较多加工表面的工件，粗基准的选择，应合理分配各加工表面的加工余量。,在分配加工余量时应注意,应保证各加工表面都有足够的加工余量。对于某些重要的表面（如导轨面和重要的内孔等），应尽可能使其加工余量均匀，对导轨面且要求加工余量尽可能小一些，以便能获得硬度和耐磨性更好的表面。使工件上各加工表面总的金属切除量最小。,在分配加工余量时应注意,作为粗基准的表面，应尽量平整，没有浇口、冒口或飞边等其他表面缺陷，以便使工件定位可靠，夹紧方便。由于毛坯表面比较粗糙且精度较低，一般情况下同一尺寸方向上的粗基准表面只能使用一次。,当选择导轨面为粗基准加工与床腿连接的表面时，由于加工面是一个简单平面，且面积较小，即使切去较大的加工余量，金属的切除量并不大，加之以后导轨面的加工余量又比较小，故工件上总的金属切除量也就比较小。,小轴，如重复使用毛坯表面B定位去分别加工表面A和C，必然会使此两加工表面产生较大的同轴度误差。,“基准重合”原则为了较容易地获得加工表面对其设计基准的相对位置精度，应选择加工表面的设计基准为定位基准。这一原则通常称为。选择定位基准时应尽可能遵守“基准重合”原则。应当指出：“基准重合”原则，对于保证表面间的相对位置精度（如平行度、同轴度等）亦完全适用。,2精基准选择原则,基准重合的原则：,尽可能选择被加工表面的设计基准为精基准,D1及M面均已加工现加工孔2D2,定位方案1：孔D1作为定位基准，2D2的设计基准：D1定位基准与设计基准重合,定位方案2：将M面为定位基准，定位基准与设计基准不重合,“基准统一”原则当工件以某一组精基准定位，可以比较方便地加工其他各表面时，应尽可能在多数工序中采用此同一组精基准定位。例如，轴类零件的大多数工序都采用顶尖孔为定位基准，齿轮的齿坯和齿形加工多采用齿轮的内孔及基准端面为定位基准。,2精基准选择原则,基准统一的原则,多数工序中以同一组精基准,作为加工各表面的定位基准,常用的统一基准轴类零件：两顶尖孔；盘类件：孔端面；箱体件：一面二销孔(大批量)三个垂直平面(小批),统一基准会产生基准不重合的问题，工艺设计中应解决此问题；基准统一不能排除在个别工序中采用其它的基准定位。,采用统一基准的优点：简化工艺过程和夹具设计；节省工艺与夹具设计费用。能在一次装夹中加工出多个表面，减少由于基准转换形成的加工误差。,自为基准原则某些要求加工余量小而均匀的精加工工序，可选择加工表面本身作为定位基准。加工表面的位置精度应由前工序保证。例如磨削床身的导轨面时，就是以导轨面找正定位。此外，采用浮动铰刀铰孔，用圆拉刀拉孔以及用无心磨磨削外圆表面等，都是以加工面本身作为定位基准的实例。,2精基准选择原则,自为基准的原则,加工余量很小的精加工或光整加工中，常以被加工表面本身为定位基准，以保证余量的均匀,精磨床身导轨，由于导轨长，磨削余量很小，用找正导轨面的方法确定工件的位置即以导轨面自身作为定位基准,一些光整加工工艺定位基准选择均采用自为基准的原则,互为基准的原则,当相关表面位置精度要求很高但精加工余量很小，加工时要用这些表面互相作为定位基准。,精度高于6级的淬火齿轮，齿形相对于轴线的位置精度要求很高，加工需用磨齿工艺。因淬火后齿轮孔和齿面均产生变形，而孔和磨齿的加工余量都很小，故先以齿面为定位基准磨孔；再以孔为基准磨齿面。齿面和齿轮孔互为基准。,3辅助基准的应用,在零件的工作中不起任何作用，只是由于工艺上的需要才作出的，这种基准称为辅助基准,一、平面定位方式,平面定位的主要形式是支承定位。夹具上常用的支承元件有以下几种：1.固定支承2.可调支承3.自位支承4.辅助支承,2.4.常见定位方式及定位元件,1.固定支承,2可调支承,可调支承主要用于工件的毛坯制造精度不高，而又以粗基准面定位的工序中。图所示的几种可调支承采用螺钉螺母形式实现支承点位置的调整。可调支承在使用时的作用与固定支承相同。,3自位支承,常用于毛坯表面、断续表面、阶梯表面以及有角度误差表面的定位。自位支承定位作用仍相当于一个固定支承，只限制工件的一个自由度。,4辅助支承,辅助支承是在每个工件定位后才经调整而参与支承的元件。它不起定位作用，而用来提高工件的装夹刚度和稳定性，承受工件重力、夹紧力或切削力。,提高定位稳定性,提高工件安装刚度,辅助支承的应用,辅助支承不起定位作用,二、工件以外圆表面定位,V形块,特点对中性好;可用于非完整外圆表面定位,主要参数:夹角标准:90(GB220880)非标准:60，120,V形块的常用形式,活动V形块,按接触线长短分析圆柱体在V形块上的定位,定位套,圆柱套筒,圆锥套筒,剖分套筒,外圆定心夹紧机构举例,外圆其它定位方式举例,弹簧卡头,图示为两种定位套定位的形式。这种定位方法定心精度不高。定位套孔口有倒角，便于工件装入。适用于精基准定位。此外，工件外圆柱面还可用半圆套或圆锥套定位。,定位套,三、工件以圆孔定位,1.心轴2.圆柱定位销3.非标准圆柱定位销4.菱形销和圆锥销,1.心轴,a)为间隙配合心轴，工件装卸方便，定心精度不高。b)为过盈配合心轴，定心精度高，但装卸工件不便，易损伤工件定位孔。c)为小锥度心轴，工件安装时轻轻敲人或压人，通过孔和心轴接触表面的弹性变形来夹紧工件，可获得较高的定心精度。除了刚性心轴外，生产中还有弹性心轴、液塑心轴及自动定心心轴等，它们在定位的同时将工件夹紧，使用很方便，但结构比较复杂。,2圆柱定位销,图所示为标准化的圆柱定位销。上端部有较长的倒角，便于工件装入。图a、b、c的定位销以尾柄与夹具体采用过盈配合联接。图d前定位销通过衬套与夹具体联接，其尾柄与衬套采用间隙配合，这种结构便于更换。,3.非标准圆柱定位销,图所示为非标准圆柱定位销的例子。其中图b适用于直径尺寸大的定位孔。,4.菱形销和圆锥销,图a所示为菱形销，定位时只在该接触方向限制工件的一个自由度，在需要避免过定位时使用。图b所示圆锥销用于毛坯孔定位，图c所示圆锥销用于已加工孔定位。,四、组合表面定位方式,1孔与端面组合定位图518所示的轴套零件，采用内孔及一端面组合定位。2一面两孔组合定位常用于加工箱体、杠杆、盖板等零件，易做到基准统一，保证工件的位置精度，又有利于夹具的设计与制造。工件的定位平面一般是加工过的精基面，两孔可以是工件结构上原有的，也可以是为定位需要而专门设置的工艺孔。一面两孔定位时相应的定位元件是一面两销，两定位销可以有以下两种：(1)两个圆柱销；(2)一个圆柱销和一个削边销。,图a所示是过定位，应尽量避免。图b所示，以轴肩支承工件端面，以短圆柱面对孔定位，避免了过定位。图c、d所示，孔用长圆柱面定位，工件端面以小台肩面支承或用球面自位支承，以避免过定位。,（1）两个圆柱销（2）一个圆柱销和一个削边销,即采用两个短圆柱定位销与两孔配合，a所示。这种定位是过定位，沿连心线方向的自由度被重复限制了。只能用于加工要求不高的场合，使用较少。,2.5定位误差,定位误差概念把工件上被加工表面的设计基准相对于定位元件工作表面在加工尺寸方向上的最大变动量，称为“定位误差”。,一、定位误差产生的原因,定位误差产生原因,a.一批工件彼此在尺寸、形状及相互位置上均存在差异，而夹具定位元件也有制造误差。b.工件的定位基准与设计基准不重合，或工件的定位基准与定位元件的工作表面之间存在间隙。c.工件用夹具定位加工时，只按定程法（即调整法）加工一批工件，如果按逐件试切法加工，则根本不存在定位误差。（仅有加工误差等）,误差来源,a.基准不重合误差b.定位元件制造误差c.基准位移误差,1、基准不重合误差,定位元件制造误差,由于夹具定位元件和工件定位基准本身有制造误差，也可能使工件被加工表面的设计基准在加工尺寸方向上产生变动而形成定位误差。,2、基准位移误差,定位元件制造误差,二、定位误差的计算方法,工件定位误差的实质是工件上被加工表面的设计基准相对于定位元件工作表面在加工尺寸方向上的最大变动量，因此，计算定位误差时，首先要找出工序尺寸的工序基准；然后求其在工序尺寸方向上的最大变动量。,1、工序基准不在定位面上,2、工序基准在定位面上,（一）、工件以内孔定位的基准位移误差,内孔定位误差的计算比较复杂，尺寸的标注方式不同，定位误差计算方法也不一样,一般有以下不同的情况：,三、常见定位方式的定位误差,1、工件内孔以过盈配合在刚性心轴(或定位销)上定位1）过盈配合，孔与轴无间隙，孔与轴（销）的同轴度误差等于零，即Y=02）孔中心线作定位基准，在心轴上定位，B=0所以D=03）.过盈配合时，孔在心轴上定位的定心精度是最高的。,2、工件内孔以间隙配合在刚性心轴（销）上定位（1）心轴与内孔单边接触（心轴水平放置）由于工件自重，工件内孔的上母线始终与心轴上母线接触，由于孔中心定位，B=0设定位心轴（销）直径d1、工件外径d、工件内孔D,（1）心轴与内孔单边接触,（2）心轴与内孔任意边接触,(二)、工件以外圆在V形块上定位时的定位误差,工件以外圆定位，有定心定位和支承定位，最常见的就是V形块定位，从定位作用看，V形块定位属于对中定心定位，其定位基准为工件外圆中心线。,即,（二）工件用V型块定位时的定位误差计算,由于圆柱面的加工误差，圆柱面尺寸最大时定位基准为O1，最小时为O2,例、工件用V形块定位加工键槽时的定位误差计算。,用V形块定位加工键槽时的定位误差计算,1）尺寸H；2）键槽对工件外圆中心的对称度。,标注键槽设计尺寸H时，有三种不同的标注方法：H1、H2、H3(a)对H1：(b)对H2：轴径增大，C点位置上升，因刀具位置不变，H2减小，所以(c)对H3：轴径增大，D点位置上升，因刀具位置不变，H2增大，所以,若忽略工件的圆度误差和V形块角度误差，可认为工件外圆中心在水平方向上的位置变动量为零,加工键槽时，一般有两项工序要求：,例：如图钻孔，保证尺寸A，采用四种方案，试分别进行定位误差分析（外圆dd）。,例：图示钻孔，已知条件和加工要求见图示，试分析a)、b)、c）三种定位方案中，工序尺寸L的定位误差,例：钻孔O，a)为工序图，b)f)为不同定位方案，请分别计算各种方案的定位误差。,2.6工件的夹紧,一、对夹紧装置的基本要求二、夹紧力的确定1、夹紧力方向选择的原则2、夹紧力作力点选择的原则3、夹紧力大小方向的估算三、基本夹紧机构1、斜楔夹紧机构2、螺旋夹紧机构3、偏心夹紧机构4、联动夹紧机构5、其它夹紧机构,一、对夹紧机构的基本要求,1、夹得稳夹紧过程不能破坏工件的正确定位，夹紧机构动作平稳，有足够的刚度和强度。2、夹得牢夹紧过程应可靠适当，夹紧力过大会引起工件的变形或损伤，夹紧机构一般应能自锁。3、夹得快夹紧机构的结构设计力求简单紧凑，操作应方便、省力和快捷，以减轻工人的劳动强度，缩短辅助时间，提高生产效率。4、安全性夹紧机构的设计应保证安全性，不允许在加工中出现松动或振动。5、标准化尽量采用标准结构设计和标准化元件。,二、夹紧力的确定,1、夹紧力方向的选择,夹紧力的方向不能破坏工件定位的准确性夹紧力方向应朝向主要定位基准，并保证工件与定位元件接触的可靠性。,夹紧力的方向应使夹紧时工件的变形最小夹紧薄壁工件尤其应当注意,W,Q,W,P,P,Q,夹紧力方向的选择应使夹紧力最小利用重力、切削力，最好是方向相同。,Q,W,P,Q、P、W同向，所需夹紧力Q最小,Q与P、W反向,QP+W,Q(P+W)/所需夹紧力Q最大,Q夹紧力P