數(shù)控加工中工件的裝夾與定位

1、第第1章章 數(shù)控加工中工件的裝夾與定位數(shù)控加工中工件的裝夾與定位1.1 1.1 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(shí)，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(guò)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(guò)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(duì)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(duì)刀具及運(yùn)

2、動(dòng)軌跡有一個(gè)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(dòng)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(duì)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(duì)刀元件，如對(duì)刀塊。 夾具體 是夾具的基礎(chǔ)件，用來(lái)連接夾具上各個(gè)元件或裝置，使之成為一個(gè)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)床夾具的作用 a.易于

3、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(shí)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(shí)間，而且有時(shí)還可采用高效率的多件、多位、機(jī)動(dòng)夾緊裝置，縮短輔助時(shí)間，從而大大提高勞動(dòng)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(shí)，由于勞動(dòng)生產(chǎn)率的提高和允許使用技術(shù)等級(jí)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(dòng)夾具的動(dòng)力源分類，可分為手動(dòng)夾具、氣動(dòng)夾具、液壓夾具、電動(dòng)夾具、磁力夾具、真空夾具和自?shī)A緊夾具等。 按其通用化程度，一般

4、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(wú)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(duì)某一工件的某一工序而專門設(shè)計(jì)和制造的。因?yàn)椴豢紤]通用性，所以?shī)A具可設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)緊湊，操作方便。 c.成組可調(diào)夾具是針對(duì)通用夾具和專用夾具的缺陷而發(fā)展起來(lái)的，它是在加工某種工件后，經(jīng)過(guò)調(diào)整或更換個(gè)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(shí)有可循環(huán)使用。 1.2 工件的定位 1.2.1 1.2.1 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

5、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(gè)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(gè)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(gè)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(gè)。 欠定位 按照加工要求應(yīng)該限制的自由度沒(méi)有被限制的定位稱為欠定位。欠定位是不允許的。 過(guò)定位 工件的一個(gè)或幾個(gè)自由度被不同的定位元件重復(fù)限制的定位稱為過(guò)定位。 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

6、緊的任務(wù)是不同的，兩者是不能互相取代。定位時(shí)，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。 1.3 定位基準(zhǔn)的選擇原則 設(shè)計(jì)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(cè)量和裝配過(guò)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(cè)量基準(zhǔn)和裝配基準(zhǔn)。 定位基準(zhǔn)是在加工時(shí)，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)。 測(cè)量基準(zhǔn)是零件檢驗(yàn)時(shí)，用以測(cè)量已加工表面尺寸及位置的基準(zhǔn)；裝配基準(zhǔn)是裝配時(shí)用以確定

7、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(shí)，必須要達(dá)到以下兩個(gè)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(jì)基準(zhǔn)是面2，要求保證尺寸

8、A。在用調(diào)整法加工時(shí)，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(guò)控制尺寸B來(lái)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(gè)從定位基準(zhǔn)（面1）到設(shè)計(jì)基準(zhǔn)（面2）之間尺寸B的誤差，這個(gè)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(shí)，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(shí)，要具體情況分析。定位過(guò)程中產(chǎn)生的基準(zhǔn)不重合誤差，是在用夾具

9、裝夾、調(diào)整法加工批工件時(shí)產(chǎn)生的。若用試切法加工，設(shè)計(jì)要求的尺寸一般可直接測(cè)量，不存在基準(zhǔn)不重合誤差的問(wèn)題。在帶有自動(dòng)測(cè)量的數(shù)控機(jī)床上加時(shí)，可在工藝中安排坐標(biāo)系檢查工步，即每個(gè)零件加工前由CNC系統(tǒng)測(cè)量頭檢測(cè)設(shè)計(jì)基準(zhǔn)并自動(dòng)計(jì)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。1.4 1.4 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(shí)，所用定位元件一般可分為“基本支承”和“輔助支承”兩類?！盎局С小庇脕?lái)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(lái)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

10、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(jì)手冊(cè)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(guò)程中，支承釘?shù)母叨瓤筛鶕?jù)需要調(diào)整 。 3）自位支承（浮動(dòng)支承 ）定位元件在定位過(guò)程中，能自動(dòng)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(shí)，常用V形塊、半圓套、定位套、支承板、錐套和三爪自定心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(shí)，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)

11、控銑床加工過(guò)程中最常用的定位方式之一，即以工件上的一個(gè)較大平面和平面上相距較遠(yuǎn)的兩個(gè)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(guò)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(gè)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(guò)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(jì)算方法定位誤差的分析和計(jì)算方法 （1） 定位誤差包括基準(zhǔn)位移誤差和基準(zhǔn)不重合誤差 基準(zhǔn)位移誤差 定位基準(zhǔn)相對(duì)于其理想位置的最大變動(dòng)量，稱為基準(zhǔn)位移誤差?；鶞?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(shí)，工件在自重作

12、用下與心軸固定單邊接觸見圖1-32（b），此時(shí)基準(zhǔn)位移誤差為： 當(dāng)心軸垂直放置時(shí)，工件與心軸任意邊接觸見圖1-32（c），此時(shí)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(jì)算方法 計(jì)算定位誤差時(shí)，現(xiàn)分別計(jì)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(shí), 當(dāng)工序基準(zhǔn)在定位面上時(shí)， 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(shí)，取“+”；反之取“-”。BYD (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(shí)，其定位誤差主要是由基準(zhǔn)

13、不重合誤差引起的，一般不計(jì)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(shí)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(shí)的定位誤差 銑削如圖1-34（a）所示軸的鍵槽時(shí)，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)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(shí)的定位誤差 一面兩孔定位時(shí)，定位誤差主要是基準(zhǔn)位移誤差的計(jì)算，這時(shí)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(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)兩種

14、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(duì)工件的夾緊。 夾緊元件與夾緊機(jī)構(gòu) 夾緊元件是夾緊裝置的最終執(zhí)行元件，通過(guò)它和工件受壓面的直接接觸而完成夾緊動(dòng)作；對(duì)于手動(dòng)夾緊裝置來(lái)說(shuō)，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(guò)程可靠，不改變工件定位后所占據(jù)

15、的正確位置。 夾緊力的大小適當(dāng)，既要保證工件在加工過(guò)程中其位置穩(wěn)定不變、振動(dòng)小，又要使工件不會(huì)產(chǎn)生過(guò)大的夾緊變形。 操作簡(jiǎn)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(jiǎn)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(jiǎn)介數(shù)控機(jī)床典型夾具簡(jiǎn)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(shí)車床上最常見的自定心夾具。 （2）四爪單動(dòng)卡盤 四爪單動(dòng)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