第5章数控加工工件装夹.ppt

1、第5章数控加工工件装夹,5. 1熟悉工件定位知识 5. 2工件夹紧及夹紧机构 5. 3数控车床常用夹具 5. 4数控铣床、加工中心常用夹具,5. 1熟悉工件定位知识,5.1.1工件装夹概述 1.工件的装夹 在机械加工过程中，为了保证加工精度，在加工前，应确定工件在机床上的位置，并固定好，以接受加工或检测。将工件在机床上或夹具中定位、夹紧的过程，称为装夹。 工件的安装包含了两个方面的内容: (1)定位。确定工件在机床上或夹具中正确位置的过程，称为定位。 (2)夹紧。工件定位后将其固定，使其在加工中保持定位位置不变的操作，称为夹紧。,下一页,返回,5. 1熟悉工件定位知识,2.机床夹具 方便地让工

2、件在机床上定位、夹紧和引导刀具工艺装备，称为夹具。利用夹具定位夹紧工件，具有操作迅速方便，定位精度较高、稳定，生产率较高的特点。 5.1.2工件的定位基本原理 1.工件六点定位原理 一个尚未定位的工件，其空间位置是不确定的，均有六个自由度，如图5 -2 ( a)所示，即沿空间坐标轴X, Y, Z三个方向的移动和绕这三个坐标轴的转动分别以 和 表示。,上一页,下一页,返回,5. 1熟悉工件定位知识,定位，就是限制自由度。 这些用来限制工件自由度的固定点，称为定位支承点，简称支承点。 用合理分布的六个支承点限制工件六个自由度的法则，称为六点定位原理。 在应用“六点定位原理”分析工件的定位时，应注意

3、: 定位支承点与工件定位基准面接触，才能起到限制工件自由度的作用。一个定位支承点仅限制一个自由度。,上一页,下一页,返回,5. 1熟悉工件定位知识,2.工件定位中的几种情况 (1)完全定位 工件的六个自由度全部被限制的定位，称为完全定位。当工件在X, X, Z三个坐标方向上均有尺寸要求或位置精度要求时，一般采用这种定位方式。 (2)不完全定位 根据工件的加工要求，并不需要限制工件的全部自由度，这样的定位，称为不完全定位。 工件采用不完全定位时，必须限制按加工要求需要限制的自由度;对于不影响加工要求的自由度，则可以不予限制。这样，可以简化夹具的结构。,上一页,下一页,返回,5. 1熟悉工件定位知

4、识,(3)欠定位 定位元件所能限制的自由度数，少于按加工工艺要求所需限制的自由度数的定位情况。这种情况下，工件不能正确定位，称为欠定位。显然，欠定位不能保证加工要求，往往会产生废品，因此是绝对不允许的。 如图5-4 (a)所示工件加工通槽时，若单纯以底面A定位，而不用侧面B作导向定位面，则这时工件在机床上相对于刀具的位置，就可能会偏置成图5一5中所示情况，按欠定位铣出的槽，显然是不符合图样要求的。 (4)过定位 夹具上的两个或两个以上的定位元件，重复限制工件的同一个或儿个自由度的现象，称为过定位。如图5 -6所示为两种过定位的例子。,上一页,下一页,返回,5. 1熟悉工件定位知识,5. 1.

5、3定位方法及定位元件 1.工件以平面定位 (1)支承钉 如图5 -8所示，当工件以粗糙不平的毛坯面定位时，采用球头支承钉(B型)，使其与毛坯良好接触。齿纹头支承钉(C型)用在工件的侧面，能增大摩擦系数，防止工件滑动。当工件以加工过的平面定位时，可采用平头支承钉(A型)。在支承钉的高度需要调整时，应采用可调支承。可调支承在一批工件加工前调整一次，调整后需要锁紧，其作用与固定支承相同。,上一页,下一页,返回,5. 1熟悉工件定位知识,(2)支承板 工件以精基准面定位时，除采用上述平头支承钉外，还常用图5一9所示的支承板作定位元件。A型支承板结构简单，便于制造，但不利于清除切屑，故适用于顶面和侧面定

6、位;B型支承板则易保证工作表面清洁，故适用于底面定位。 夹具装配时，为使儿个支承钉或支承板严格共面，装配后，需将其工作表面一次磨平，从而保证各定位表面的等高性。 2.工件以圆柱孔定位 工件以圆孔定位工件时，常用的定位元件有定位销、圆柱心轴和圆锥销。如图5一10所示为典型的孔定位示例，图5一10 (a)为圆柱定位销，图5一10 (b)为间隙配合心轴，图5一10 (c)为圆锥销定位。,上一页,下一页,返回,5. 1熟悉工件定位知识,(1)定位销。定位销分为短销和长销。短销只能限制两个移动自由度，而长销除限制两个移动自由度外，还可限制两个转动自由度。 (2)圆柱心轴。圆柱心轴定位有间隙配合和过盈配合

7、两种。间隙配合拆卸方便，但定心精度不高;过盈配合定心精度高，不用另设夹紧装置，但装拆工件不方便。 (3)圆锥销。采用圆锥销定位时，圆锥销与工件圆孔的接触线为一个圆，限制工件的三个移动自由度。,上一页,下一页,返回,5. 1熟悉工件定位知识,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他五个自由度。如图5 -11 (a)所示，刀具锥柄在主轴孔中的定位，限制了除绕轴旋转的其他五个自由度。 (2)顶尖 在加工轴类或某些要求准确定心的工件时，在工件上专为定位加工出工艺定位面中心孔。中心孔与顶尖配合，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

8、个中心孔确定的中心线。,上一页,下一页,返回,5. 1熟悉工件定位知识,4.工件以外圆柱表面定位 (1)在V形架上定位 V形架是应用很广泛的定位元件，应用于粗基准或精基准的定位，使用方便，其结构如图5-12 (a)所示。工件在长V形架上定位(图5 -12 (b)。 (2)在定位套上定位 定位套常用于小型形状简单的轴类零件的精基准定位。如图5一13所示为儿种常用的定位套。,上一页,下一页,返回,5. 1熟悉工件定位知识,5.定位方法的组合 (1)一面两销组合 这是一种应用很广的组合定位方式，特别适用箱体形工件(图5-14)。 (2)两面一销组合 两面一销组合情况如图5一15所示。 (3)平面、短

9、V形块和削边销。 应用情况如图5 -16所示。平面限制工件三个自由度，V形块限制工件两个自由度，削边销限制工件的旋转自由度。,上一页,下一页,返回,5. 1熟悉工件定位知识,5. 1. 4基准及其分类 工件结构的定位，必须要有一个参照物来衡量。确定工件上儿何要素(点、线、面)间的位置关系，所依据的另一些点、线、面称为基准。 基准就是“依据”。按其功用不同，基准可分为设计基准和工艺基准两大类。 1.设计基准 设计基准是零件图上设计尺寸标注的起点。如图5 -17 (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1和平面4，而孔8的设计基准是孔7的

10、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5一17 (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。,上一页,下一页,返回,5. 1熟悉工件定位知识,2.工艺基准 工艺基准是零件在加工、测量和装配时所使用的基准。工艺基准往往通过工件具体的表面来体现，用以体现基准的表面称为基准面。 作为工艺基准的点、线、面有时并不一定具体存在，如孔和外圆的中心线，两平面的对称中心面等。如图5一17 (b)所示钻套的中心线是通过内孔表面来体现的，内孔表面是基准面。 按工艺过程的不同，工艺基准又可

11、分为定位基准、工序基准、测量基准和装配基准。,上一页,下一页,返回,5. 1熟悉工件定位知识,5.1.5粗加工定位基准的选用 粗基准面的选择主要应考虑到加工表面与不加工表面之间的位置要求;各加工表面加工余量的合理分配;定位精度和装夹的可靠性。因此，在选择粗基准时一般要遵循下列原则: (1)为了保证加工面和不加工面之间的相互位置要求，一般选择不加工面为粗基准面。 (2)当零件上有多个不加工表面时，应以与加工面位置精度要求较高的表面作粗基准面。 (3)工件上每个表面都要加工，则应该以加工余量最小的表面作为粗基准面。,上一页,下一页,返回,5. 1熟悉工件定位知识,(4)粗基准面由于是毛坯表面，一般

12、情况下，只在第一道工序中使用一次，不再重复使用。 (5)尽管粗基准面是毛坯表面，但选用的粗基准面仍应尽可能平整、光洁、不应有飞边、浇口、冒口及其他缺陷，以减小定位误差，并保证零件的夹紧可靠。 5.1.6定位精基准的选择 (1)“基准重合”原则 基准重合原则就是选用设计基准作为精加工的定位基准。,上一页,下一页,返回,5. 1熟悉工件定位知识,(2)“基准统一”原则 当工件以某一组精基准定位可以较方便的加工其他各表面时，应尽可能在多数工序中采用此组精基准定位，实现“基准统一”，以减少工装设计制造费用，提高生产率，避免基准转换误差。 (3)“自为基准”原则 当精加工或光整加工工序要求余量尽量小而均

13、匀时，应选择加工表面本身作为精基准，即遵循“自为基准”原则。 (4)“互为基准”原则 为了获得均匀的加工余量或较高的位置精度，当两个表面相互位置精度以及他们自身的尺寸与形状精度都要求很高时，可以采取互为精基准的原则，多次反复进行精加工，如图5 -23所示的套筒零件，A面与F面有较高的同轴度要求，在加工中采用互为基准，可保证同轴度要求。,上一页,下一页,返回,5. 1熟悉工件定位知识,5. 1. 7工件的定位误差 1.定位误差概念 所谓定位误差是指工件在夹具中定位时，由于其被加工表面的设计基准在加工方向上的位置不定性而引起的一项工艺误差，是被测要素在加工方向上的最大变动量。 工件在夹具中定位后，

14、虽然取得了确定的位置，但由于工件的设计基准与定位基准不重合、工件定位表面有误差、定位表面与定位元件间存在间隙以及定位元件的制造误差和使用中的磨损等原因，一批工件在同一夹具中定位后取得的位置并不完全相同，即存在定位误差，它是影响加工精度的主要原因之一。,上一页,下一页,返回,5. 1熟悉工件定位知识,2.造成定位误差的原因 (1)定位基准与工序基准不重合。由于定位基准与工序基准不重合而造成的定位误差，称为基准不重合误差。 (2)定位基准的位移误差。由于定位基准本身的尺寸和儿何形状误差，以及定位基准与定位元件之间的间隙所引起的定位基准，沿加工尺寸方向(或沿指定方向)的最大位移，称为定位基准位移误差

15、。 3.减少定位误差的一般措施 (1)采用加工面的设计基准作定位基准面。 (2)提高夹具的制造、安装精度及刚度，特别是提高夹具的工件定位基准面的制造精度。 (3)如若加工面的设计基准与定位基准面不同，应提高加工面的设计基准与定位基准面间的位置测量精度。 (4)提高机床基准面和导向面的儿何精度。,上一页,返回,5. 2工件夹紧及夹紧机构,5. 2. 1夹紧装置的组成及基本要求 1.夹紧装置的组成 如图5 - 24所示为夹紧装置组成示意图，它主要由以下三部分组成: (1)力源装置:产生夹紧作用力的装置。所产生的力称为原始力，如气动、液动、电动等，图中的力源装置是气缸1。对于手动夹紧来说，力源来自人

16、力。 (2)中间传力机构:介于力源和夹紧元件之间传递力的机构，如图中的斜楔2、滚子3。在传递力的过程中，它能够改变作用力的方向和大小，起增力作用;还能使夹紧实现自锁，保证力源提供的原始力消失后，仍能可靠地夹紧工件，这对手动夹紧尤为重要。 (3)夹紧元件:夹紧装置的最终执行件，与工件直接接触完成夹紧作用，如图5 - 24中的压板4。,下一页,返回,5. 2工件夹紧及夹紧机构,2.对夹紧装置的要求 (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。夹紧机构既要保证工件在加工过程中不产生松动或振动。同讨，又不得产生过大的夹紧变形和表面损伤。 (3)夹紧机构的自动化程度和复杂程度

17、应和工件的生产规模相适应，并有良好的结构下艺性，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。,上一页,下一页,返回,5. 2工件夹紧及夹紧机构,5. 2. 2夹紧力三要素的确定 设计夹紧机构，必须首先合理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 确定夹紧力作用方向时，应与工件定位基准的配置及所受外力的作用方向等结合起来考虑。其确定原则是: (1)夹紧力的作用方向应垂直于主要定位基准面 (2)夹紧力作用方向应使所需夹紧力最小 (3)夹紧力作用方向应使工件变形最小,上一页,下一页,返回,5. 2工件夹紧及夹紧机构,2.夹紧力作用点的确定 (1

18、)夹紧力作用点应落在支承元件上或儿个支承元件所形成的支承面内。 (2)夹紧力作用点应落在工件刚性好的部位上。 (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。必要时应在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。 3.夹紧力大小的确定 夹紧力的大小，对工件安装的可靠性、工件和夹具的变形、夹紧机构的复杂程度等有很大关系。 加工过程中，工件受到切削力、离心力、惯性力和工件自身重力等的作用。一般情况下加工中、小工件时，切削力(矩)起决定性的作用。加工重型、大型工件时，必须考虑工件重力的作用。工件高速运动条件下加工时，则不能忽略离心力或惯性力对夹紧作用的影响。

19、,上一页,下一页,返回,5. 2工件夹紧及夹紧机构,5. 2. 3典型夹紧机构 1.楔块夹紧 楔块夹紧是夹紧机构中最基本的一种形式。其他一些夹紧如偏心轮、螺钉等都是这种楔块的变形。如图5一30所示为楔块夹紧钻模。 2.螺旋夹紧机构 将楔块的斜面绕在圆柱体上就成为螺旋面，因此螺旋夹紧的作用原理与楔块相同。如图5-31所示，手柄螺杆上为左右螺纹.转动螺杆可使左右两钳口同时接近或离开，达到快速装卸工件的目的。 螺旋夹紧的工作特点是:自锁性能好，夹紧可靠，夹紧行程调节范围大。但是夹紧动作慢、工件装卸费时。,上一页,下一页,返回,5. 2工件夹紧及夹紧机构,3.偏心夹紧 偏心轮可以看作是一个绕在转轴上的

20、弧形楔。 如图5一32所示是一个典型的偏心夹紧机构，当手柄3上作用一个力时，偏心轮绕小轴2车专动，在垫板4的反作用力作用下，小轴连同压板1的右端向上抬起，压板的左端便向下压紧工件。,上一页,返回,5. 3数控车床常用夹具,车床的夹具主要是指安装在车床主轴上的夹具，这类夹具和机床主轴相连接并带动工件一起随主轴旋转。车床类夹具主要分成两大类: (1)各种卡盘。适用于盘类零件和短轴类零件加工的夹具。 (2)中心孔、顶尖定心定位安装工件的夹具。适用于长度尺寸较大或加工工序较多的轴类零件。 5. 3. 1各种卡盘夹具 1.三爪卡盘 (1)三爪卡盘特点 三爪卡盘(如图5一33所示)，是最常用的车床通用卡具

21、，三爪卡盘最大的优点是可以自动定心，夹持范围大，装夹速度快，但定心精度存在误差，不适于同轴度要求高的工件的二次装夹。 为了防止车削时因工件变形和振动而影响加工质量，工件在三爪自定心卡盘中装夹时，其悬伸长度不宜过长。,下一页,返回,5. 3数控车床常用夹具,(2)卡爪 CNC车床有两种常用的标准卡盘卡爪，是硬卡爪和软卡爪，如图5一34所示。 当卡爪夹持在未加工面上，如铸件或粗糙棒料表面，需要大的夹紧力时，使用硬卡爪;通常为保证刚度和耐磨性，硬卡爪要进行热处理，硬度较高。 2.液压动力卡盘 三爪卡盘常见的有机械式和液压式两种。液压卡盘，动作灵敏、装夹迅速、方便，能实现较大压紧力，能提高生产率和降低

22、劳动强度。但夹持范围变化小，尺寸变化大时需重新调整卡爪位置。 自动化程度高的数控车床经常使用液压自定心卡盘，尤其适用于批量加工。,上一页,下一页,返回,5. 3数控车床常用夹具,3.可调卡爪式卡盘 可调卡爪式四爪卡盘如图5一35所示。每个基体卡座上的卡爪，能单独手动粗、精位置调整。可手动操作分别移动各卡爪，使零件夹紧、定位。加工前，要把工件加工面中心对中到卡盘(主轴)中心。 4.高速动力卡盘 为了提高数控车床的生产效率，对其主轴提出越来越高的要求，以实现高速甚至超高速切削。现在有的数控车床甚至达到100 000 r/min。对于这样高的转速，一般的卡盘已不适用，而必须采用高速动力卡盘才能保证安

23、全可靠地进行加工。,上一页,下一页,返回,5. 3数控车床常用夹具,5. 3. 2轴类零件中心孔定心装夹 1.中心孔 中心孔是轴类零件的常用定位基准，工件装在主轴顶尖和尾座顶尖之间，但车床两顶尖轴线如不重合(前后方向)，车削的工件将成为圆锥体。因此，必须横向调节车床的尾座，使两顶尖轴线重合。 2.自动夹紧拨动卡盘 在数控车床上加工轴类零件时，毛坯装在主轴顶尖和尾座顶尖之间，工件用主轴上的拨动卡盘或拨齿顶尖带动旋转。这类夹具在粗车时可传递足够大的转矩，以适应主轴高转速地切削。,上一页,下一页,返回,5. 3数控车床常用夹具,3.拨齿顶尖 如图5一39所示为拨齿顶尖结构。壳体可通过标准变径套或直接

24、与车床主轴孔联结，壳体内装有用于坯件定心的顶尖，拨齿套通过螺钉与壳体联结，止退环可防止螺钉的松动。数控车床通常采用此夹具加工10 660mm直径的轴类零件。 4.复合卡盘与一夹一顶 复合卡盘不仅可适用在两顶尖间安装工件，还适用于一夹一顶安装工件。 为保证加工过程中刚性较好，车削较重工件时采用一端夹住另一端用后顶尖的方法。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承(如图5 - 40(a)所示)，或利用工件的台阶限位(如图5 - 40 ( b)所示)，这样能承受较大的轴向切削力，轴向定位准确。,上一页,返回,5. 4数控铣床、加工中心常用夹具,5. 4. 1数控铣床、加工

25、中心工件装夹的基本要求 (1)数控铣床、加工中心夹具应有足够的夹紧力、刚度和强度 (2)尽量减小夹紧变形 (3)夹具在机床工作台上定位连接 (4)夹紧机构或其他元件不得影响进给 (5)装卸方便，辅助时间尽量短,下一页,返回,5. 4数控铣床、加工中心常用夹具,5. 4. 2数控铣床、加工中心常用的通用夹具 1.用平口虎钳装夹工件 数控铣床常用夹具是平口钳，先把平口钳固定在工作台上，找正钳口，再把工件装夹在平口钳上，这种方式装夹方便，应用广泛，适于装夹形状规则的小型工件。在机床上用平口虎钳装夹工件，如图5 - 42所示。,上一页,下一页,返回,5. 4数控铣床、加工中心常用夹具,2.压板装夹工件

26、 对中型、大型和形状比较复杂的零件，一般采用压板将工件紧固在数控铣床工作台台面上，压板装夹工件时所用工具比较简单，主要是压板、垫铁、T形螺栓(或T形螺母和螺栓)及螺母。但为满足不同形状零件的装夹需要，压板的形状种类也较多。例如箱体零件在工作台上的安装，通常用三面安装法，或采用一个平面和两个销孔的安装定位，而后用压板压紧固定。 如图5 -43所示，设置圆柱销、定位块定位工件，用压板夹紧工件。,上一页,下一页,返回,5. 4数控铣床、加工中心常用夹具,3.铣床上三爪卡盘的应用 在需要夹紧圆柱表面时，使用安装在机床工作台上的三爪卡盘可能最为适合。如果已经完成圆柱表面的加工，应在卡盘上安装一套软卡爪。

27、使用端铣刀加工卡爪，直至达到希望夹紧的表面的准确直径。应记住在加工卡爪时，必须夹紧卡盘。最好使用一块棒料或一只六角螺母，要保证卡爪紧固，并给刀具留有空间，以便切削至所需深度。 如图5 - 44所示，在工作台安放三爪卡盘，并用卡盘定位、夹紧圆柱工件。,上一页,下一页,返回,5. 4数控铣床、加工中心常用夹具,5. 4. 3专用夹具、组合夹具、可调夹具的选用 1.专用夹具 对于工厂的主导产品，批量较大、精度要求较高的关键性零件，在加工中心上加工时，选用专用夹具是非常必要的。 专用夹具是根据某一零件的结构特点专门设计的夹具，具有结构合理、刚性强、装夹稳定可靠、操作方便，能提高安装精度及装夹速度等优点

28、。选用这种夹具，一批工件加工后，尺寸比较稳定，互换性也较好，可大大提高生产率。但是，专用夹具固有的只能为一种零件的加工，有专用的狭隘性，和产品品种不断变型更新的形势不相适应，特别是专用夹具的设计和制造周期长，花费的劳动量较大，加工简单零件时不太经济。,上一页,下一页,返回,5. 4数控铣床、加工中心常用夹具,2.组合夹具 组合夹具是一种标准化、系列化、通用化程度很高的工艺装备。组合夹具由一套溅制造好的不同形状、不同规格、不同尺寸的标准元件及部件组装而成，组合夹具元件具有完全互换性及高耐磨性。各种标准元件及部件及作用见表5一1。 组合夹具一般是为某一工件的某一工序组装的夹具，组合夹具把专用夹具的

29、设计、制造、使用、报废的单向过程变为组装、拆散、清洗入库、再组装的循环过程。可用儿小时的组装周期代替儿个月的设计制造周期，从而缩短了生产周期;节省了工时和材料，降低了生产成本;还可减少夹具库房面积，有利于管理。 组合夹具分为槽系和孔系两大类。,上一页,下一页,返回,5. 4数控铣床、加工中心常用夹具,3.可调夹具 通用可调夹具与成组夹具，都属于可调夹具。其特点是只要更换或调整个别定位、夹紧或导向元件，即可用于形状和工艺相似、尺寸相近的多种零件的加工。不仅适合多品种、小批量生产的需要，也能应用在少品种、较大批量的生产中。采用可调夹具，可以大大地减少专用夹具的数量，缩短生产准备周期，降低产品成本。可调夹具是比较先进的新型夹具。 (1)通用可调夹具 通用可调夹具在调节范围内可无限调节的夹具。通用可调夹具的加工对象较广，加工对象不十分确定。 夹具由基础部分和调整部分所组成。基础部分一般包括夹具体、夹紧机构及传动机构等;调整部分一般包