第3章 數(shù)控加工中工件的定位

1、第第3章章 數(shù)控加工中工件的定位數(shù)控加工中工件的定位 3.1 3.1 機(jī)床夾具的概述機(jī)床夾具的概述 （1 1）機(jī)床夾具的定義）機(jī)床夾具的定義 在機(jī)床上加工工件時，為了在工件的某一部分 加工出復(fù)合工藝規(guī)程要求的表面，加工前需要使工件 在機(jī)床上占有正確的位置，即定位。 使工件在加工過程中始終保持在原先確定的位置 上，即加緊。 在機(jī)床上使工件占有正確的加工位置并使其在加 工過程中始終保持不變的工藝裝備稱為機(jī)床夾具。 （2 2）機(jī)床夾具的組成）機(jī)床夾具的組成 由定位元件、夾緊裝置、安裝連接元件、導(dǎo)向元 件、對刀元件和夾具體等幾部分組成。 定位元件 用于確定工件在夾具中的位置， 使工件在加工是相對刀具及

2、運(yùn)動軌跡有一個正確的 位置。常用的定位元件有V形塊、定位銷、定位塊 等。 夾緊裝置 用于保持工件在夾具中的既定 位置。它通常包括夾緊元件（如壓板、壓塊）、增 力裝置（如杠桿、螺旋、偏心輪）和動力源（如氣 缸、液壓缸）等組成部分。 安裝連接元件 用于確定夾具在機(jī)床上的 位置，從而保證工件與機(jī)床之間的正確加工位置。 導(dǎo)向元件和對刀元件 a. 用于確定刀具位置并引導(dǎo)刀具進(jìn)行加工的 元件，稱為導(dǎo)向元件。 b. 用于確定刀具在加工前正確位置的元件， 稱為對刀元件，如對刀塊。 夾具體 是夾具的基礎(chǔ)件，用來連接夾具上各個 元件或裝置，使之成為一個整體。 （3）機(jī)床夾具的作用與分類）機(jī)床夾具的作用與分類 機(jī)床

3、夾具的作用 a.易于保證工件的加工精度。 b.使用夾具可改變和擴(kuò)大原機(jī)床的功能，實現(xiàn)“一機(jī) 多用”。 c.使用夾具后，不僅省去劃線找正等輔助時間，而且 有時還可采用高效率的多件、多位、機(jī)動夾緊裝置，縮短 輔助時間，從而大大提高勞動生產(chǎn)率。 d.用夾具裝夾工件方便、省力、安全。 e.在批量生產(chǎn)中使用夾具時，由于勞動生產(chǎn)率的提高 和允許使用技術(shù)等級較低的工人操作，故可明顯的降低生 產(chǎn)成本。 機(jī)床夾具的分類 按使用機(jī)床類型分類，可分為車床夾具、銑床夾具、 鉆床夾具、鏜床夾具、加工中心夾具和其他機(jī)床夾具等。 按驅(qū)動夾具的動力源分類，可分為手動夾具、氣動夾 具、液壓夾具、電動夾具、磁力夾具、真空夾具和自

4、夾緊 夾具等。 按其通用化程度，一般可分為通用夾具、專用夾具、 成組夾具以及組合夾具等。 a.通用夾具的結(jié)構(gòu)、尺寸已規(guī)格化，且具有很大的通 用性，無需調(diào)整或稍加調(diào)整就可裝夾不同的工件。 b.專用夾具是針對某一工件的某一工序而專門設(shè)計和 制造的。因為不考慮通用性，所以夾具可設(shè)計的結(jié)構(gòu)緊湊， 操作方便。 c.成組可調(diào)夾具是針對通用夾具和專用夾具的缺陷而 發(fā)展起來的，它是在加工某種工件后，經(jīng)過調(diào)整或更換個 別定位元件和夾緊元件，即可加工另外一種工件的夾具。 d.組合夾具是一種由一套標(biāo)準(zhǔn)元件組裝而成的夾具。 這種夾具用后可拆卸存放，當(dāng)重新組裝時有可循環(huán)使用。 3.2 工件的定位 1.2.1 1.2.1

5、 六點(diǎn)定位原理六點(diǎn)定位原理 若要使工件在夾具中獲得唯一確定的位置，就 需要在夾具上合理的設(shè)置相當(dāng)于定位元件的六個 支承點(diǎn)，使工件的定位基準(zhǔn)與定位元件緊貼接觸， 即可消除工件的所有六個自由度，這就是工件的 六點(diǎn)定位原理。 1.2.2 六點(diǎn)定位原理的應(yīng)用 完全定位 工件的六個自由度全部被夾 具中的定位原件所限制，而在夾具中占有完全確 定的唯一位置，稱為完全定位。 不完全定位 根據(jù)工件加工表面的不同 加工要求，定位支承點(diǎn)的數(shù)目可以少于六個。 欠定位 按照加工要求應(yīng)該限制的自由 度沒有被限制的定位稱為欠定位。欠定位是不允 許的。 過定位 工件的一個或幾個自由度被不同的定位 元件重復(fù)限制的定位稱為過定位

6、。 1.2.3 1.2.3 定位與夾緊的關(guān)系定位與夾緊的關(guān)系 定位與夾緊的任務(wù)是不同的，兩者是不能互相取代。 定位時，必須是工件的定位基準(zhǔn)緊貼在夾具的定位元件， 否則不稱其是定位，而夾緊則是工件不離開定位元件。 3.3 定位基準(zhǔn)的選擇原則 設(shè)計基準(zhǔn)是在零件圖上用以確定其他點(diǎn)、線、面位置 的基準(zhǔn)。它是標(biāo)注尺寸的起點(diǎn)。 在零件加工、測量和裝配過程中所用的基準(zhǔn)，稱為工 藝基準(zhǔn)。按用途可分為定位基準(zhǔn)、工序基準(zhǔn)、測量基準(zhǔn)和 裝配基準(zhǔn)。 定位基準(zhǔn)是在加工時，用以確定零件在機(jī)床夾具中的 正確位置所采用的基準(zhǔn)；它是工件與夾具定位元件直接接 觸的點(diǎn)、線、面。 工序基準(zhǔn)是在工藝文件上用以標(biāo)注被加工表面位置的 基準(zhǔn)

7、。 測量基準(zhǔn)是零件檢驗時，用以測量已加工表面尺寸及 位置的基準(zhǔn)；裝配基準(zhǔn)是裝配時用以確定零件在機(jī)器中位 置的基準(zhǔn)。 1.3.1 1.3.1 粗定位基準(zhǔn)選擇粗定位基準(zhǔn)選擇 選擇粗基準(zhǔn)時，必須要達(dá)到以下兩個基本要求： 其一，應(yīng)保證所有的加工表面都有足夠的加工余量；其二， 應(yīng)保證工件加工表面和不加工表面之間具有一定的位置精 度。粗基準(zhǔn)的選擇原則如下： （1）互相位置要求原則 （2） 加工余量合理分配 （3） 重要表面原則 （4） 不重復(fù)使用原則 （5） 便于工件裝夾原則 1.3.2 精基準(zhǔn)的選擇原則精基準(zhǔn)的選擇原則 （1） 基準(zhǔn)重合原則 （2） 基準(zhǔn)統(tǒng)一原則 （3） 自為基準(zhǔn)原則 （4） 互為基準(zhǔn)原

8、則 （5） 便于裝夾原則 如圖1-16（a）所示零件，欲加工孔3，其設(shè)計基準(zhǔn)是面2， 要求保證尺寸A。在用調(diào)整法加工時，若以面1為定位基準(zhǔn) 見圖1-16（b），則直接保證的尺寸是C，尺寸A是通過控 制尺寸B來間接保證的。因此，尺寸A的公差為： 由此可以看出，尺寸A的加工誤差增加了一個 從定位基準(zhǔn)（面1）到設(shè)計基準(zhǔn)（面2）之間尺寸B 的誤差，這個誤差就是基準(zhǔn)不重合誤差。由于基準(zhǔn) 不重合誤差的存在，只有提高本道工序尺寸C的加 工精度，才能保證尺寸A的精度；當(dāng)本道工序C的加 工精度不能滿足要求時，還需提高前道工序尺寸B 的加工精度，這就增加了加工的難度。 若按1-16（c）所示面2定位，則符合基準(zhǔn)重

9、合 原則，可以直接保證尺寸A的精度。 應(yīng)用基準(zhǔn)重合原則時，要具體情況分析。定位 過程中產(chǎn)生的基準(zhǔn)不重合誤差，是在用夾具裝夾、 調(diào)整法加工批工件時產(chǎn)生的。若用試切法加工， 設(shè)計要求的尺寸一般可直接測量，不存在基準(zhǔn)不重 合誤差的問題。在帶有自動測量的數(shù)控機(jī)床上加時， 可在工藝中安排坐標(biāo)系檢查工步，即每個零件加工 前由CNC系統(tǒng)測量頭檢測設(shè)計基準(zhǔn)并自動計算、修 正坐標(biāo)值，消除基準(zhǔn)不重合誤差。在這種情況下， 可不必尊筆循基準(zhǔn)重合原則。 3.4 3.4 常見定位方式及定位元件常見定位方式及定位元件 （1）平面定位 工件以平面作為定位基準(zhǔn)時，所用定位元件一般可分為 “基本支承”和“輔助支承”兩類。“基本支

10、承”用來限制 工件的自由度，具有獨(dú)立定位的作用?！拜o助支承”用來加 強(qiáng)工件的支承剛性，不起限制工件自由度的作用。 基本支承 有固定、可調(diào)、自位三種型式，它們的尺寸結(jié)構(gòu)已系列化、 標(biāo)準(zhǔn)化，可在夾具設(shè)計手冊中查用。 1）固定支承定位元件裝在夾具上后，一般不再拆卸 或調(diào)節(jié)，有支承釘與支承板兩種。 2）可調(diào)支承定位元件在定位過程中，支承釘?shù)母叨?可根據(jù)需要調(diào)整 。 3）自位支承（浮動支承 ）定位元件在定位過程中，能 自動調(diào)整位置。 輔助支承 輔助支承用于提高工件裝夾剛度和穩(wěn)定性而不起定位 作用。 (2) 外圓柱面定位 工件以外圓柱面作為定位基準(zhǔn)時，常用V形塊、半圓套、 定位套、支承板、錐套和三爪自定心

11、卡盤等定位元件作為 中心定位方法。 （3） 圓孔定位 工件以圓孔定位時，常用的定位元件有定位銷、圓柱 心軸和圓錐銷。 （4） 一面兩孔定位 一面兩孔定位是數(shù)控銑床加工過程中最常用的定位方 式之一，即以工件上的一個較大平面和平面上相距較遠(yuǎn)的 兩個孔組合定位。 1.5 1.5 定位誤差定位誤差 在金屬切削加工過程中，能否保證工件的加工 精度，取決于刀具與工件之間正確的互相位置， 而影響這個正確位置關(guān)系的誤差因素有以下幾種： （1）定位誤差 （2）加工過程誤差（加工方法誤差） （3）安裝誤差和調(diào)整誤差 1.5.11.5.1定位誤差的分析和計算方法定位誤差的分析和計算方法 （1） 定位誤差包括基準(zhǔn)位移

12、誤差和基準(zhǔn)不重 合誤差 基準(zhǔn)位移誤差 定位基準(zhǔn)相對于其理想位 置的最大變動量，稱為基準(zhǔn)位移誤差。基準(zhǔn)位移 誤差是由定位副的制造誤差造成的。 當(dāng)心軸水平放置時，工件在自重作用下與心軸固定單 邊接觸見圖1-32（b），此時基準(zhǔn)位移誤差為： 當(dāng)心軸垂直放置時，工件與心軸任意邊接觸見圖1- 32（c），此時基準(zhǔn)位移誤差為： 基準(zhǔn)不重合誤差 定位基準(zhǔn)和工序基準(zhǔn)不重合而 造成的加工誤差，稱為基準(zhǔn)不重合誤差 。 （2） 定位誤差的計算方法 計算定位誤差時，現(xiàn)分別計算出基準(zhǔn)不重合誤差 。 和基準(zhǔn)位移誤差 ，然后根據(jù)具體情況按下述方法進(jìn)行 合成得到定位誤差 。 當(dāng)工序基準(zhǔn)不在定位面上時, 當(dāng)工序基準(zhǔn)在定位面上時

13、， 當(dāng)基準(zhǔn)位移和基準(zhǔn)不重合引起的加工尺寸變化方向相 同時，取“+”；反之取“-”。 B Y D (3) 幾種典型定位方式的定位誤差 工件以平面定位 定位基準(zhǔn)位平面時，其定 位誤差主要是由基準(zhǔn)不重合誤差引起的，一般不計 算基準(zhǔn)位移誤差。 工件以圓孔定位 工件以圓孔表面為定位基 準(zhǔn)時的定位誤差，與工件圓孔的制造精度、定位元 件的放置形式、工件圓孔與定位元件的配合性質(zhì)和 工序基準(zhǔn)與定位基準(zhǔn)是否重合等因素密切相關(guān)。 工件以外圓在V形塊上定位時的定位誤差 銑削如圖1-34（a）所示軸的鍵槽時，工件以外圓 柱面在V形塊上定位見圖1-34（b），定位基準(zhǔn)是 工件外圓軸心線，因工件外圓柱面直徑有制造誤差， 導(dǎo)

14、致工件在垂直方向上的基準(zhǔn)唯一誤差為： 工件以一面兩空定位時的定位誤差 一面兩孔定 位時，定位誤差主要是基準(zhǔn)位移誤差的計算，這時定位基 準(zhǔn)是兩孔中心的連線，限位基準(zhǔn)是兩銷中心的連線?；鶞?zhǔn) 位移誤差有移動和轉(zhuǎn)動兩種可能。 1.6 1.6 工件的夾緊工件的夾緊 1.6.1 1.6.1 夾緊裝置的組成和基本要求夾緊裝置的組成和基本要求 （1）夾緊裝置由力源裝置、中間傳力結(jié)構(gòu)、 夾緊元件與夾緊機(jī)構(gòu)組成。 力源裝置 力源裝置是產(chǎn)生夾緊作用力的 裝置。 中間傳力結(jié)構(gòu) 中間傳力結(jié)構(gòu)是介于力源 和夾緊元件之間的中間機(jī)構(gòu)。它把力源裝置的夾 緊作用力傳遞給夾緊元件，然后由夾緊元件最終 完成對工件的夾緊。 夾緊元件與

15、夾緊機(jī)構(gòu) 夾緊元件是夾緊 裝置的最終執(zhí)行元件，通過它和工件受壓面的直 接接觸而完成夾緊動作；對于手動夾緊裝置來說， 夾緊機(jī)構(gòu)則由中間傳力機(jī)構(gòu)和夾緊元件所組成。 （2） 夾緊裝置具備的基本要求 加緊過程可靠，不改變工件定位后所占據(jù)的正確 位置。 夾緊力的大小適當(dāng)，既要保證工件在加工過程中 其位置穩(wěn)定不變、振動小，又要使工件不會產(chǎn)生過大的 夾緊變形。 操作簡單方便、省力、安全。 結(jié)構(gòu)性好，夾緊裝置的結(jié)構(gòu)力求簡單、緊湊，便 于制造和維修。 （3）夾緊力方向和作用點(diǎn)的選擇 夾緊力應(yīng)朝向主要定位基準(zhǔn)。 夾緊力的作用點(diǎn)應(yīng)落在定位元件的支承范圍內(nèi)， 并靠近支承元件的幾何中心。 夾緊力方向應(yīng)有利于減小夾緊力大小。 夾緊力的方向和作用點(diǎn)應(yīng)施加在工件剛性較好的方 向和部位。 夾緊力作用點(diǎn)應(yīng)盡量靠近工件加工表面。 1.7 1.7 數(shù)控機(jī)床典型夾具簡介數(shù)控機(jī)床典型夾具簡介 1.7.11.7.1 車床夾具車床夾具 （1）三爪自定心卡盤 三爪自定心卡盤時車床上最常見的自定心夾具。 （2）四爪單動卡盤 四爪單動卡盤也是車床上最常見的夾具，它適用于 裝夾形狀不規(guī)則或大型