数控机床编程与操作、数控机床的装夹方式PPT课件

1 第3讲数控机床的装夹方式 3 1数控车床夹具的概念 3 2数控车床零件基准和加工定位基准 3 3数控车床通用夹具 3 4数控车床的装夹找正 3 5数控铣削时零件的定位基准与装夹 3 6数控铣床通用夹与安装 3 7数控铣床的找正 2 第3讲数控机床的装夹方式 3 1数控车床夹具的概念 在数控车床上用于装夹工件的装置称为车床夹具 车床夹具可分为通用夹具和专用夹具两大类 通用夹具是指能够装夹两种或两种以上工件的夹具 例如车床的三爪卡盘 四爪卡盘 弹簧卡套和通用心轴等 专用夹具是专门为加工某一特定工件的某一工序而设计的夹具 按夹具元件组合的特点 可分为不能重新组合的夹具和能重新组合的夹具 后者称为组合卡具 数控车床的通用夹具与普通车床的通用夹具相同 1 数控车床夹具的定义和分类 3 第3讲数控机床的装夹方式 2 夹具的作用 在数控车削加工过程中 夹具是用来装夹被加工工件的 因此必须保证被加工工件的定位精度 并尽可能做到装卸方便 快捷 选择夹具时优先考虑使用通用夹具 使用通用夹具无法装夹 或者不能保证被加工工件与加工工序的定位精度时 才采用专用夹具 专用夹具的定位精度较高 成本也较高 专用夹具的作用为 1 保证产品质量 2 提高加工效率 3 解决车床加工中的特殊装夹问题 4 扩大机床的使用范围 4 第3讲数控机床的装夹方式 3 2数控车床零件基准和加工定位基准 1 基准 1 设计基准 设计基准是设计工件时采用的基准 例如轴套类和轮盘类零件的中心线 轴套类和轮盘类零件都是属于回转体类零件 通常将其径向设计基准设置在回转体轴线上 将轴向设计基准设置在工件的某一端面或几何中心处 2 加工定位基准 加工定位基准即在加工中工件装夹定位时的基准 数控车床加工轴套类及轮盘类零件的加工定位基准只能是被加工工件的外圆表面 内圆表面或零件端面中心孔 5 第3讲数控机床的装夹方式 3 测量基准 被加工工件各项精度测量和检测时的基准 机械加工工件的精度要求包括尺寸精度 形状精度和位置精度 2 数控车床定位基准的选择 定位基准的选择包括定位方式的选择和被加工件定位面的选择 在数控车削加工中 较短轴类零件的的定位方式通常采用一端外圆固定 即用三爪卡盘 四爪卡盘或弹簧套固定工件的外圆表面 此定位方式对工件的悬伸长度有一定限制 工件悬伸过长会使其在切削过程中产生变形 增大加工误差 对于切削长度较长的轴类零件可以采用一夹一顶的方式 或采用两顶尖定位 6 第3讲数控机床的装夹方式 3 3数控车床通用夹具 1 圆周定位夹具 1 三爪卡盘 三爪卡盘是最常用的车床通用卡具 如图 也是数控车床的通用卡具 三爪卡盘的最大优点是可以自动定心 它的夹持范围大 但定心精度不高 不适合于零件同轴度要求高时的二次装夹 在数控车削加工中 粗加工 半精加工的精度要求不高时 可利用工件或毛坯的外圆表面定位 7 第3讲数控机床的装夹方式 三爪卡盘示意图 8 第3讲数控机床的装夹方式 2 软爪 由于三爪卡盘定心精度不高 当加工同轴度要求较高的工件 或进行工件的二次装夹时 常使用软爪 通常三爪卡盘的卡爪要进行热处理 硬度较高 很难用常规刀具切削 软爪是为改变上述不足而设计制造的一种具有切削性能的夹爪 加工软爪时要注意以下几方面的问题 软爪要在与使用时相同的夹紧状态下进行车削 以免在加工过程中松动和由于反向间隙而引起定心误差 车削软爪内定位表面时 要在软爪尾部夹一适当的圆盘 以消除卡盘端面螺纹的间隙 9 第3讲数控机床的装夹方式 当被加工工件以外圆定位时 软爪夹持直径应比工件外圆直径略小 其目的是增加软爪与工件的接触面积 软爪内径大于工件外径时 会使软爪与工件形成三点接触 此种情况下夹紧牢固度较差 所以应尽量避免 当软爪内径过小时 会形成软爪与工件的六点接触 这样不仅会在被加工表面留下压痕 而且软爪接触面也会变形 这在实际使用中都应该尽量避免 软爪有机械式和液压式两种 软爪常用于加工同轴度要求较高的工件的二次装夹 10 第3讲数控机床的装夹方式 3 卡盘加顶尖 在车削质量较大的工件时 一般应将工件的一端用卡盘夹持 另一端用后顶尖支撑 为了防止工件由于切削力的作用而产生轴向位移 必须在卡盘内装一限位支撑 或者利用工件的台阶面进行限位 这种装夹方法比较安全可靠 能够承受较大的轴向切削力 安装刚性好 轴向定位准确 所以在数控车削加工中应用较多 4 心轴和弹簧心轴 当工件用已加工过的孔作为定位基准时 可采用心轴装夹 这种装夹方法可以保证工件内外表面的同轴度 适于批量生产 心轴的种类很多 常见的有圆柱心轴 小锥度心轴 这类心轴的定心精度不高 弹簧心轴既能定心 又能夹紧 是一种定心夹紧装置 11 第3讲数控机床的装夹方式 5 弹簧夹套 弹簧夹套定心精度高 装夹工件快捷方便 常用于精加工过的外圆表面定位 它特别适用于尺寸精度较高 表面质量较好的冷拔圆棒料的夹持 弹簧夹套所夹持工件的内孔为规定的标准系列 并非任意直径的工件都可以进行夹持 6 四爪卡盘 加工精度要求不高 偏心距较小 零件长度较短的工件时 可以采用四爪卡盘进行装夹 如图 四爪卡盘的四个卡爪是各自独立移动的 可调整工件在车床主轴上的夹持位置 使工件加工表面的回转中心与车床主轴的回转中心重合 但是 四爪卡盘的找正麻烦 一般用于单件小批生产 四爪卡盘的卡爪有正爪和反爪两种形式 12 第3讲数控机床的装夹方式 四爪卡盘 1 卡盘体 2 卡爪 3 丝杆 13 第3讲数控机床的装夹方式 2 中心孔定位夹具 1 两顶尖拨盘 两顶尖定位的优点是定心正确正确可靠 安装方便 主要用于精度要求较高的零件加工 顶尖的作用是进行工件的定心 并承受工件的重量和切削力 顶尖分前顶尖和后顶尖 前顶尖插入主轴锥孔内 另一种是夹持在卡盘上 后顶尖插入尾座套筒 一种后顶尖是固定的 另一种是回转的 回转顶尖使用较广泛 利用两顶尖定位还可加工偏心工件 14 第3讲数控机床的装夹方式 使用两顶尖装夹工件时的注意事项 前后顶尖的连线应该与车床主轴中心线同轴 否则会产生不应有的锥度误差 尾座套筒在不与车刀干涉的前提下 应尽量伸出短些 以增加刚性和减小振动 中心孔的形状应正确 表面粗糙度应较好 在轴向精确定位时 中心孔倒角可以加工成准确的圆弧形倒角 并且以该圆弧形倒角与顶尖锥面的切线为轴向定位基准来进行定位 两顶尖中心孔的配合应该松紧适当 15 第3讲数控机床的装夹方式 2 拨动顶尖 车削加工中常用的拨动顶尖有内 外拨动顶尖和端面拨动顶尖两种 内 外拨动顶尖 这种顶尖的锥面带齿 能嵌入工件 拨动工件旋转 端面拨动顶尖 这种顶尖用端面拨爪带动工件旋转 适合装夹直径在50 150mm之间的工件 3 其他车削工装夹具 数控车削加工中有时会遇到一些形状复杂和不规则的零件 不能使用三爪或四爪卡盘装夹 需要借助其他工装夹具如花盘 角铁等夹具 16 第3讲数控机床的装夹方式 3 4数控车床的装夹找正 1 装夹找正 数控车床进行工件的装夹时 必须将工表面的回转中心轴线 即工件坐标系的Z轴 找正到与数控车床的主轴中心轴线重合 2 找正方法 与普通车床找正工件的找正方法相同 一般用打表找正 通过调整卡爪 使得工件坐标系的Z轴与数控车床的主轴回转中心轴线重合 单件的偏心工件在安装时常常要进行装夹找正 使用三爪自动定心卡盘装夹较长的工件时 由于工件较长 工件远离三爪自动定心卡盘夹持部分的旋转中心会与车床主轴的旋转中心不重合 此时必须进行工件的装夹找正 三爪自动定心卡盘的精度不高时 安装工件也需要进行工件的装夹找正 17 第3讲数控机床的装夹方式 3 5数控铣削时零件的定位基准与装夹 1 定位基准 定位基准有粗基准和精基准两种 用未加工过的毛坯表面作为定位基准称为粗基准 用已加工过的表面作为定位基准称为精基准 除第一道工序用粗基准外 其余工序都应使用精基准 选择定位基准要遵循基准重合原则 即力求设计基准 工艺基准和编程基准统一 这样做可以减少基准不重合产生的误差和数控编程中的计算量 并且能有效地减少装夹次数 18 第3讲数控机床的装夹方式 零件的定位基准 一方面要能保证零件经多次装夹后其加工表面之间相互位置的正确性 如多棱体 复杂箱体等在卧式加工中心上完成四周加工后 要重新装夹以便加工剩余的加工表面 若用同一基准定位可以避免由基准转换引起的误差 另一方面零件的定位基准要能满足加工中心工序集中的特点 即一次安装尽可能完成零件上较多表面的加工 定位基准最好是零件上已有的面和空 若没有合适的面或孔 可以专门设置工艺孔或工艺凸台等作为定位基准 19 第3讲数控机床的装夹方式 2 装夹 在确定装夹方案时 要根据已选定的加工表面和定位基准确定工件的夹紧定位方式 并选择合适的夹具 此时 主要考虑以下几点 夹紧机构或其他元件不得影响进给 加工部位要敞开 要求夹持工件后夹具等一些组件不能与刀具运动轨迹发生干涉 对有些箱体零件加工可以利用内部空间来安排夹紧机构 将其加工表面敞开 但在卧式加工中心上对零件四周进行加工时 若很难同时安排夹具的定位和夹紧装置 可以减少加工表面来预留出定位夹紧元件的空间 必须保证最小的夹紧变形 工件在加工时 切削力大 需要的夹紧力也大 但又不能把工件夹压变形 因此 必须慎重选择夹具的支撑点 定位点和夹紧点 20 第3讲数控机床的装夹方式 装卸方便 辅助时间尽量短 由于数控铣床和加工中心加工效率高 装夹工件的辅助时间对加工效率影响较大 所以要求配套夹具在使用中也要做到装卸快而方便 对小型零件或工序时间不长的零件 可以在工作台上同时同时装夹几件进行加工 以提高加工效率 夹具结构应力求简单 零件在数控铣床和加工中心上的加工大都采用工序集中的原则 加工的部位较多 批量较小 零件更换周期短 夹具的标准化 通用化和自动化对加工效率的提高及加工费用的降低有很大影响 因此对批量小的零件优先选用组合夹具 对形状简单的单件小批量生产的零件 选用通用夹具 如三爪卡盘 虎钳等 对批量较大且周期性投产 加工精度要求较高的关键工序才设计专用夹具 以保证加工精度和提高装夹效率 21 第3讲数控机床的装夹方式 夹具应便于与机床工作台及工件定位表面间的定位元件连接 数控铣床和加工中心的工作台面上一般都有基准T形槽 工作台侧面有基准挡板 转台中心有定位孔等定位元件 固定方式一般是用T形螺钉或用螺栓与压板压紧 夹具上用于紧固的孔和槽的位置必须与工作台的T形槽和孔的位置相对应 对刀之前 应先将工件毛坯准确装夹定位在工作台上 对于较小的零件 一般安装在机用虎钳或专用夹具上 对于较大的零件 一般直接安装在工作台上 安装时要使零件的基准方向和X Y Z轴的方向一致 并且使得在切削时刀具不会碰到夹具和工作台 然后将零件夹紧 22 第3讲数控机床的装夹方式 3 6数控铣床通用夹具与安装 1 机用虎钳 在数控铣削加工中 当粗加工 半精加工和精加工精度要求不高时 对于较小的零件是利用机用虎钳进行装夹的 机用虎钳的结构如下图所示 它是常用的铣床通用卡具 用来装夹矩形和圆柱形一类的工件 机用虎钳的最大优点是快捷 但夹持范围不大 23 第3讲数控机床的装夹方式 机用虎钳 1 底座 2 固定钳口 3 活动钳口 4 螺杆 24 第3讲数控机床的装夹方式 使用机用虎钳安装工件时的注意事项 在工作台上安装机用虎钳时 要保证机用虎钳的正确位置 当机用虎钳底面没有定位键时 应该使用百分表找正固定钳口面 夹持工件时的位置要适当 不应该把工件装夹在机用虎钳的一端 安装工件时应考虑铣削时的稳定性 铣削长形工件时 可使用两个机用虎钳把工件夹紧 25 第3讲数控机床的装夹方式 2 三爪卡盘 在数控铣床加工中 对于结构尺寸不大且零件外表面不需要进行加工的圆形表面 可以利用三爪卡盘进行装夹 三爪卡盘也是铣床的通用卡具 3 圆盘工作台 圆盘工作台用于比较规则的内外圆弧面零件的装夹 4 直接在铣床工作台上安装 在单件或少量生产和不便于使用夹具夹持的情况下 常常直接在铣床工作台上安装工件 使用压板 螺母 螺栓直接在铣床工作台上安装工件时 应该注意压板的压紧点尽量靠近切削处 还应该使得压板的压紧点和压板下面的支撑点相对应 26 第3讲数控机床的装夹方式 5 利用角铁和V形铁夹紧工件 此类装夹方式适合于单件或小批量生产 圆柱形工件 如轴类零件 通常用V形铁装夹 6 专用夹具装夹工件 在大批量生产中 为了提高生产效率 常采用专用夹具装夹工件 使用此类夹具装夹工件 定位方便 准确 迅速 可靠 而且可根据工件形状和加工要求实现多件装夹 V形铁装夹示意图 27 第3讲数控机床的装夹方式 7 组合夹具装夹工件 组合夹具是一套预制好的标准元件组装而成的 标准元件有不同的形状 尺寸和规格 应用时可以按照需要选用某些元件 组装成各种各样的形式 组合夹具的主要特点是元件可以长期重复使用 结构灵活多样 8 分度头 分度头是铣床的重要附件 各种齿轮 正多边形 花键以及刀具开齿等有分度要求的工件都可使用分度头来进行加工 使用分度头和分度头尾座顶尖安装轴类工件时 应使得前后顶尖的中心线重合 使用分度头和分度头尾座