第三章 工件在数控机床上的定位与装夹ppt课件

3 1工件的装夹方法与定位原理3 2定位方式与定位原件3 3定位误差3 4工件的夹紧3 5数控机床夹具 第3章工件在数控机床上的定位与装夹 3 1工件的装夹方法与定位原理 在机械加工过程中 固定工件 使之占有确定位置以接受加工或检测的装置称为机床夹具 简称夹具 第3章工件在数控机床上的定位与装夹 夹具 工件的装夹包含两个方面的内容 定位 工件能准确地放在机床的合适位置上 使工件相对于刀具和机床占有正确的加工位置 夹紧 工件定位后 还需对工件压紧夹牢 使其在加工过程中不发生位置变化 3 1 1基准及其分类 一 基准的分类 1 设计基准 基准是零件上用来确定其它点 线 面位置所依据的那些点 线 面 按其功用不同 基准可分为设计基准和工艺基准两大类 第3章工件在数控机床上的定位与装夹 毛坯设计基准是在零件图上所采用的基准 它是标注设计尺寸的起点 第3章工件在数控机床上的定位与装夹 a 支承块 b 钻套 如图 a 所示的零件 平面2 3的设计基准是平面1 平面5 6的设计基准是平面4 孔7的设计基准是平面l和平面4 而孔8的设计基准是孔7的中心和平面4 在零件图上不仅标注的尺寸有设计基准 而且标注的位置精度同样具有设计基准 如图 b 所示的钻套零件 轴心线O O是各外圆和内孔的设计基准 也是两项跳动误差的设计基准 端面A是端面B C的设计基准 定位基准 在加工中用作定位的基准 工序基准 在工序图上 用来标定本工序被加工面尺寸和位置所采用的基准 第3章工件在数控机床上的定位与装夹 2 工艺基准 分为粗基准和精基准 用作定位的表面 如果是没有经过加工的毛坯表面 称为粗基准 若是已加工过的表面 则称为精基准 工序基准应当尽量与设计基准相重合 当考虑定位或试切测量方便时也可以与定位基准或测量基准相重合 测量基准 零件测量时所采用的基准 装配基准 装配时用以确定零件在机器中位置的基准 第3章工件在数控机床上的定位与装夹 第3章工件在数控机床上的定位与装夹 三 基准问题的分析 基准是制定工艺的依据 必须是客观存在的 当作为基准的要素无法接触及是 通常有某些具体的表面来体现 这些表面称为基面 作为基准可以是没有面积的点线以及极小的面 但是工件上代表基准的基面总是具有一定的接触面积 不仅表示尺寸关系的基准如上所述 表示位置精度的基准关系也是如此 四 定位基准的选择原则 1 定位基准的选择原则 第3章工件在数控机床上的定位与装夹 1 尽量选择设计基准作为定位基准 2 定位基准与设计基准不能统一时 应严格控制定位误差保证加工精度 3 工件需两次以上装夹加工时 所选基准在一次装夹定位能完成全部关键精度部位的加工 4 所选基准要保证完成尽可能多的加工内容 5 批量加工时 零件定位基准应尽可能与建立工件坐标系的对刀基准重合 6 需要多次装夹时 基准应该前后统一 2 粗基准的选择原则 粗基准只使用一次 其他的定位基准都应该是精基准 选定粗基准面时应考虑 要能加工出精基准 工件不加工表面的形位 保证后续工序的加工余量 第3章工件在数控机床上的定位与装夹 相互位置要求原则 加工余量合理分配原则 重要表面原则 不重复使用原则 便于工件装夹原则 3 精基准的选择原则 第3章工件在数控机床上的定位与装夹 基准重合原则 基准统一原则 自为基准原则 互为基准原则 便于装夹原则 精基准的选择原则 4 辅助基准的选择 为了便于装夹或易于实现基准统一而人为制成的一种定位基准 如中心孔 3 1 2工件的装夹方法 1 直接找正安装用划针 百分表等工具直接找正工件位置并加以夹紧的方法称直接找正安装法 此法生产率低 精度取决于工人的技术水平和测量工具的精度 一般只用于单件小批生产 2 划线找正安装先用划针画出要加工表面的位置 再按划线用划针找正工件在机床上的位置并加以夹紧 一般用于批量不大 形状复杂而笨重的工件或低精度毛坯的加工 3 用夹具安装将工件直接安装在夹具的定位元件上的方法 这种方法安装迅速方便 定位精度较高而且稳定 生产率较高 广泛用于中批生产以上的生产类型 第3章工件在数控机床上的定位与装夹 特点 工件在夹具中的正确定位 是通过工件上的定位基准面与夹具上的定位元件相接触而实现的 因此 不再需要找正便可将工件夹紧 由于夹具预先在机床上已调整好位置 因此 工件通过夹具相对于机床也就占有了正确的位置 通过夹具上的对刀装置 保证了工件加工表面相对于刀具的正确位置 第3章工件在数控机床上的定位与装夹 3 1 3工件定位的基本原理 一 六点定位原理 第3章工件在数控机床上的定位与装夹 空间物体的六个自由度 如图所示 沿X Y Z的移动自由度绕X Y Z轴转动的自由度 六点定位原理 合理设置六个支承点 工件的定位基准与定位元件保持接触 消除工件的所有六个自由度 使工件在夹具中有确定的位置 第3章工件在数控机床上的定位与装夹 二 六点定位原理的应用 完全定幻灯片41位 不完全定位幻灯片42 欠定位幻灯片43 工件的六个自由度全部被限制 不需要限制六个自由度就能达到定位的要求 应该限制的自由度没有被限制的定位 第3章工件在数控机床上的定位与装夹 过定位幻灯片44 应该限制的自由度没有被限制的定位 不允许使用 过定位是否使用要看能否减少工件的变形或定位操作是否方便 过定位可能导致的后果 A 工件无法安装B 造成工件或定位元件变形 消除或减小过定位所引起干涉的方法 A 改变定位元件的结构 使定位元件重复限制自由度的部分不起定位作用 改进图 B 合理应用过定位 提高工件定位基准之间以及定位元件的工作表面之间的位置精度 图 三 定位与夹紧的关系 定位时 必须使工件的定位基准紧贴在夹具定位元件上 而夹紧则使工件不离开定位元件 3 2定位方式和定位元件 3 2 1常见定位方式常见的定位元件及定位方式如表3 1所示 3 2 2常见的定位方案概念 工件上的定位基准面与相应的定位元件合称为定位副 1 工件以平面定位 1 支承钉 球头支承钉 图B型 齿纹头支承钉 图C型 平头支承钉 图A型 可调支承 图 自位支承 图 2 支承板 图 2 工件以圆柱孔定位定位方式的基本特点是 定位孔与定位元件之间处于配合状态 并要求确保孔中心线与夹具规定的轴线相重合 1 圆柱销 图 2 圆柱心轴 图 心轴主要用于套筒类和空心盘类工件的车 铣 磨及齿轮加工 3 圆锥销 图a b 工件以圆柱孔在圆锥销上定位 4 小锥度心轴 3 工件以圆锥孔定位 1 圆锥形心轴圆锥心轴限制了工件除绕轴线转动自由度以外的其它五个自由度 2 顶尖即为锥孔与锥销配合 两个中心孔是定位基面 所体现的定位基准是由两个中心孔确定的中心线 4 工件以外圆柱表面定位 1 V形架V形架定位的最大优点是对中性好 V形架可分为固定式和活动式 2 定位套一般适用于精基准定位 常与端面联合定位 工件以外圆柱面定位 有时也可用半圆套或锥套作定位元件 5 一面两孔定位 最常用的就是 一面两孔 定位 一平面和一圆柱销及削边销其它组合定位方式还有以一孔及其端面定位 齿轮加工中常用 有时还会采用V形导轨 燕尾导轨等组合成形表面作为定位基面 3 3定位误差3 3 1定位误差的产生 第3章工件在数控机床上的定位与装夹 定位误差 基准位移误差 因工件在夹具上定位不准而造成的加工误差 基准不重合误差 1 基准位移误差 一批工件定位基准相对于定位元件的位置最大变动量 2 基准不重合误差 基准不重合误差是由于工件定位时用的定位基准与工件的工序基准不重合而使工序基准的位置发生变动所引起的 其大小等于工序基准与定位基准间的尺寸及相对位置在加工尺寸方向上的变动量 以 B表示 结论 定位误差只在调整法加工一批工件的条件下 试切法加工不存在 定位误差产生的原因是定位副制造误差及其配合间隙与定位基准选择不当产生的引起的 一般情况下 定位误差由基准位移误差与基准不重合误差组成 这种由于基准位移和基准不重合导致调整法加工一批工件时的定位误差 D D Bcos ycos 式中 基准不重合误差 B方向与工序尺寸方向间的夹角 基准位移误差 y方向与工序尺寸方向间的夹角 当 B和 y是由同一误差因素导致产生的 这时称 B和 y关联 当 B和 y关联时 如果 Bcos 和 ycos 方向相同时 合成时取 号 如果 Bcos 和 ycos 方向相反时 合成时取 号 当两者不关联时 可直接采用两者的和叠加计算定位误差 3 3 2定位误差的分析与计算 1 工件以平面定位工件以平面定位时 其平面度误差很小 所以由定位副制造不准确而引起的定位误差可以忽略不计 所以工件以平面定位时 其定位误差主要由基准不重合所引起的 即其误差为设计基准到定位基准之间的尺寸公差 2 工件以圆孔定位 工件以圆柱孔在间隙配合的定位销 或心轴 上定位时 定位副有单边接触和任意边接触两种情况 产生的位移误差值不同 另外 如果工序基准和定位基准不重合 还产生基准不重合误差 应根据具体情况 进行定位误差分析计算 圆柱孔与心轴 或定位销 固定单边接触 孔的中心线位置的在竖直方向的最大变动量即为竖直方向工序尺寸的基准位移误差 工件孔直径D的尺寸公差 定位心轴直径d的尺寸公差 圆柱孔与心轴 或定位销 任意边接触 孔中心线相对于心轴中心线可以在间隙范围内作任意方向 任意大小的位置变动 孔中心线的变动范围是以最大间隙 Xmax为直径的圆柱体 其任意方向的基准位移误差为 以上讨论时仅考虑了基准位移误差 所以总的定位误差还需加上基准不重合误差 3 工件以外圆定位 若不考虑V形块的制造误差 则工件轴线总是处于V形块的对称面上 这就是V形块的对中作用 因此 在水平方向上 工件定位基准不会产生基准位移误差 但在垂直方向上 由于工件定位直径尺寸的误差 将导致工件定位基准产生位置变化 其可能产生的最大位置变化量为 工件在V形块上定位铣槽三种不同工序尺寸标注情况 设工件直径尺寸为 其定位误差分析如下 图a 所示工序尺寸为H1 以工件轴线为工序基准 此时工序基准与定位基准重合 0 其定位误差仅有基准位移误差 a b c 图b 所示工序尺寸为H2 以工件上母线为工序基准 工序基准与定位基准不重合 其定位误差为基准不重合误差和基准位移误差的矢量和 因为两者均是由工件定位外圆柱面直径尺寸误差引起 所以属于关联因素 因此计算定位误差时需判断相加还是相减 其判断方法如下 当工件直径尺寸减小时 工件定位基准下移 基准位移误差使得工序尺寸H2变小 当工件定位基准位置不变时 如果工件直径尺寸减小 则工序基准 即上母线 也将下移 同样使工序尺寸H2变小 两者变化方向相同 合成时取 号 即 图c 工序基准为工件下线时 工序尺寸为H3 工序基准与定位基准不重合 其定位误差为基准不重合误差和基准位移误差之差 3 4工件的夹紧3 4 1夹紧装置的组成及基本要求 1 夹紧装置的组成图 1 力源装置图中1产生夹紧作用力的装置 所产生的力称为原始力 2 中间传力机构图中2介于力源和夹紧元件之间传递力的机构 3 夹紧元件图中3夹紧装置的最终执行件 与工件直接接触完成夹紧作用 2 对夹具装置的要求 1 夹紧时应保持工件定位后所占据的正确位置 2 夹紧力大小要适当 3 夹紧机构的自动化程度和复杂程度应和工件的生产规模相适应 并有良好的结构工艺性 尽可能采用标准化元件 4 夹紧动作要迅速 可靠 且操作要方便 省力 安全 3 4 2夹紧力的确定 夹紧力的三要素 大小 方向和作用点 1 夹紧力方向的确定确定原则 1 夹紧力的作用方向应垂直于主要定位基准面 图 2 夹紧力作用方向应使所需夹紧力最小 图 3 夹紧力作用方向应使工件变形最小 图 2 夹紧力作用点的确定 概念 选择作用点的问题是指在夹紧方向已定的情况下 确定夹紧力作用点的位置和数目 依据原则 1 夹紧力作用点应落在支承元件上或几个支承元件所形成的支承面内 图 2 夹紧力作用点应落在工件刚性好的部位上 图 3 夹紧力作用点应尽可能靠近被加工表面 以减小切削力对工件造成的翻转力矩 工件刚性差的部位增加辅助支承并施加夹紧力 以免振动和变形 图 3 夹紧力大小的确定夹紧力大小要适当 过大了会使工件变形 过小了则在加工时工件会松动 造成报废甚至发生事故 采用手动夹紧时 可凭人力来控制夹紧力的大小当设计机动 如气动 液压 电动等 夹紧装置时 则需要计算夹紧力的大小 夹紧力三要素的确定必须全面考虑工件的结构特点 工艺方法 定位元件的结构和布置等多种因素 3 5数控机床夹具3 5 1数控机床夹具的类型和特点 按使用机床的类型分类 车床夹具 铣床夹具 钻床夹具 镗床夹具 加工中心夹具等按驱动夹具的动力源分类 手动夹具 气动夹具 液压夹具 电动夹具 磁力夹具和自夹紧夹具等按专门化程度分类 通用夹具 专用夹具 组合夹具 可调夹具还有拼装夹具和自动线夹具 机床夹具 装夹工件和引导刀具的工艺装备 1 机床夹具的类型 2 数控加工夹具的特点 具有柔性不需要导向与对刀功能尽可能采用自动夹紧装置要满足大力切削的要求结构不能妨碍各部分的多面加工定位元件精度较高且定位部分便于清屑对刚度小的工件应保证最小的夹紧变形 3 5 2机床夹具的组成和作用 保证加工精度提高生产率 降低成本扩大机床的工艺范围减轻工人的劳动强度 1 机床夹具在机械加工中的作用 2 夹具的组成 后盖零件钻径向孔的工序图 后盖钻夹具 1 钻套2 钻模板3 夹具体4 支承板5 圆柱销6 开口垫圈7 螺母8 螺杆9 菱形销 夹具的组成不同的夹具其基本的组成都是相同的 都包含以下几个部分 定位元件 定位元件保证工件在夹具中处正确的位置 如4 5 9 夹紧装置 夹紧装置的作用是将工件压紧夹牢 保证工件在加工过程中受到外力 切削力等 作用时不离开已经占据的正确位置 如6 7 8 连接元件 确定夹具在机床上正确位置的元件 夹具体可兼作连接元件 如夹具体3 夹具体 夹具体是机床夹具的基础件 通过它将夹具的所有元件连接成一个整体 如3 其它装置或元件 用于确定刀具相对于定位元件的正确位置的对刀或导向装置 如钻套l和钻模板2组成导向装置 3 5 3典型夹紧机构 1 楔块夹紧图工作特点 1 楔块的自锁性楔块的自锁条件为 1 2取 5 7 2 楔块能改变夹紧作用力的方向 3 楔块具有增力作用 增力比i Q F 3 4 楔块夹紧行程小 5 结构简单 夹紧和松开需要敲击大 小端 操作不方便 增力比 行程大小和自锁条件是相互制约的图 2 螺旋夹紧机构图工作特点 1 自锁性能好 2 增力比大 i 75 3 夹紧行程调节范围大 4 夹紧动作慢 工件装卸费时适用范围 适用于手动夹紧 在机动夹紧机构中应用较少在实际生产中 螺旋 压板组合夹紧比单螺旋夹紧用得更为普遍 3 偏心夹紧图 特性 1 圆偏心夹紧的自锁条件 D e 14 D e值叫做偏心轮的偏心特性 表示偏心轮工作的可靠性 此值大 自锁性能好 但结构尺寸也大 2 增力比 i 12 13 特点 优点是操作方便 动作迅速 结构简单缺点是工作行程小 自锁性不如螺旋夹紧好 结构不耐振 适用于切削平稳且切削力不大的场合 常用于手动夹紧机构 4 联动夹紧机构 概念 联动夹紧机构是操作一个手柄或用一个动力装置在几个夹紧位置上同时夹紧一个工件 单件多位夹紧 或夹紧几个工件 多件多位夹紧 的夹紧机构 在设计联动夹紧机构时应注意的问题 1 必须设置浮动环节 以补偿同批工件尺寸偏差的变化 保证同时且均匀地夹紧工件 2 联动夹紧一般要求有较大的总夹紧力 故机构要有足够刚度 防止夹紧变形 3 工件的定位和夹紧联动时 应保证夹紧时不破坏工件在定位时所取得的位置 5 定心夹紧机构 概念 定心夹紧机构是指能保证工件的对称点 或对称线 面 在夹紧过程中始终处于固定准确位置的夹紧机构 特点 夹紧机构的定位元件与夹紧元件合为一体 并且定位和夹紧动作是同时进行的 按其工作原理分类 一种是按定位 夹紧元件等速移动原理来实现定心夹紧的 另一种是按定位 夹紧元件均匀弹性变形原理来实现定心夹紧的机构 3 5 4数控加工夹具简介 数控机床夹具必须适应特点 数控机床的高精度 高效率 多方向同时加工 数字程序控制及单件小批生产的 数控机床夹具的新要求 1 推行标准化 系列化和通用化 2 发展组合夹具和拼装夹具 降低生产成本 3 提高精度 4 提高夹具的高效自动化水平 通用夹具的种类 1 数控车床夹具数控车床夹具分类 A 三爪自定心卡盘图优点 可自动定心 装夹方便 应用较广 缺点 夹紧力较小 不便于夹持外形不规则的工件B 四爪单动卡盘图特点 四个爪都可单独移动 安装工件时需找正 夹紧力大 适用于装夹毛坯及截面形状不规则和不对称的较重 较大的工件 C 花盘 2 数控铣床夹具图特点 装夹方便 应用广泛 适于装夹形状规则的小型工件3 加工中心夹具数控回转工作台是各类数控铣床和加工中心的理想配套附件数控回转工作台分类立式工作台 卧式工作台和立卧两用回转工作台回转工作台可以用来进行各种圆弧加工或与直线坐标进给联动进行曲面加工 及实现精确的自动分度 其他的数控机床夹具A 拼装夹具 B 组合夹具 C 可调夹具和数控夹具 3 5 3组合夹具简介 1 组合夹具的概念 图a b 组合夹具由一套预先制造好的不同形状 不同规格 不同尺寸的标准元件及部件组装而成 2 组合夹具的特点 优点 组合夹具的元件精度高 耐磨 并且实现了完全互换缺点 体积较大 刚度较差 一次投资多 成本高3 分类 组合夹具分为槽系和孔系两大类 4 槽系组合夹具 1 槽系组合夹具的规格槽系组合夹具分大 中 小型三种规格 2 组合夹具的元件 基础件 图a 支承件 图b 定位件 导向件 图a 夹紧件 图b 紧固件 夹紧件 合件 其他新元件和合件 5 孔系组合夹具图 1 元件定位方式 一面两圆柱销定位 2 特点 优点 允许使用的过定位 其定位精度高 刚性比槽系组合夹具好 组装可靠 体积小 元件的工艺性好 成本低 可用作数控机床夹具缺点 组装时元件的位置不能随意调节 常用偏心销钉或部分开槽元件进行弥补 a 支承块 b 钻套 a 支承块 b 钻套 后盖零件钻径向孔的工序图 后盖钻夹具 完全定位示例分析 在车床上加工通孔 磨平面 欠定位示例 a 长销和大端面定位 b 平面和两短圆柱销定位 a 大端面加球面垫圈 b 大端面改为小端面 滚齿夹具 1 压紧螺母2 垫圈3 压板4 工件5 支承凸台6 工作台7 心轴 支承钉 用可调支承加工相似件 1 销轴2 V形块3 可调支承 支承板 圆柱定位销 a D 3 10 b D 10 18 c D 18 d 带套可换定位销 a 间隙配合心轴 b 过盈配合心轴 c 花键心轴 圆锥销定位 左 粗基准定位 右 精基准定位 圆锥销组合定位 a V形架对中性分析 b V形架 活动V形架应用 一面两孔组合定位 削边销的形成 削边销结构 a d50 夹紧装置组成示意图1 气缸2 连杆3 压板 夹紧力方向对镗孔垂直度的影响 a 合理 b 不合理 夹紧方向与夹紧力大小的关系 a 最合理 b 较合理 c 可行 d 不合理 e 不合理 f 最不合理 夹紧力方向与工件刚性关系 夹紧力作用点应在支承面内 a 不合理 b 合理 夹紧力作用点应在刚性较好部位 a 不合理 b 合理 夹紧力作用点应靠近加工表面 楔块夹紧钻模 双升角楔块 单螺旋夹紧 a 偏心轮夹紧 b 圆偏心展开图圆偏心夹紧及其圆偏心展开图 三爪自定心卡盘的构造 四爪单动卡盘 1 卡盘体2 卡爪3 丝杆 平口钳 1 底座2 固定钳口3 活动钳口4 螺杆 盘类件钻径向孔工序图 钻盘类零件径向孔的组合夹具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 a 基础件 b 支承件 定位件 a 导向件 b 压紧件 紧固件 其它件 合件 密孔节距钻模板1一本体2一可调钻模板 1 螺塞2 油管接头3 基础板4 液压缸5 键6 活塞 液压缸的基础板 BIUCO孔系组合夹具组装示意图 数控机床夹具 1 2 定位孔3 定位销孔4 数控机床工作台5 液压基础平台6 工件7 通油孔8 液压缸9 活塞10 定位键11 13 压板12 拉杆 普通矩形平台1 T形槽2 定位销孔3 紧固螺纹孔4 连接孔5 高强度耐磨衬套6 防尘罩7 可卸法兰盘8 耳座 平面安装 T形槽安装 侧面可调支承 可调定位支承 定位支承板 可调V形块合件1 圆柱销2 菱形销3 左 右螺纹螺杆4 5 左 右活动V形块6 工件 a 铰链式 b 钩头式 c 杠杆式 手动可调夹紧压板 a 杠杆式液压组合压板 b 滑柱式液压组合压板液压组合压板 a 带径向T形槽花盘 b 带内外定位止口花盘 4 回转过渡花盘 c 带同心T形槽花盘 d 可拼装弯板花盘 第3章数控机床装夹 组合夹具 孔系组合夹具 槽系组合夹具 完全定位示例分析 在车床上加工通孔 磨平面 欠定位示例 a 长销和大端面定位 b 平面和两短圆柱销定位 a 大端面加球面垫圈 b 大端面改为小端面 滚齿夹具 1 压紧螺母2 垫圈3 压板4 工件5 支承凸台6 工作台7 心轴 支承钉 用可调支承加工相似件 1 销轴2 V形块3 可调支承 自位