单元3_数控车削装夹操作

单元3数控车削装夹操作任务3.1数控车削通用夹具装夹及操作任务3.2数控车削工件装夹方案设计及实施单元3数控车削装夹操作在数控机床加工前，应预先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。工件的装夹包含了两个方面的内容:一是定位—确定工件在机床上或夹具中正确位置的过程，称为定位;二是夹紧—工件定位后将其固定，使其在加工过程中保持定位位置不变的操作，称为夹紧。在单元3，我们将学习数控车削加工前定位、夹紧和选用夹具的知识。返回任务3.1数控车削通用夹具装夹及操作【学习目标】通过本任务学习，达到以下学习目标:理解掌握数控车削装夹特点;了解常用车削通用夹具;能够正确使用常见的数控夹具【基本知识】3.1.1数控车削装夹特点1.车床夹具和数控车削夹具要求在车床上用于装夹工件的装置称为车床夹具。夹具是用来定位、夹紧被加工工件，并带动工件一起随主轴旋转。车床夹具可分为通用夹具和专用夹具两大类。下一页返回任务3.1数控车削通用夹具装夹及操作车床通用夹具有三爪卡盘、四爪卡盘、弹簧套和通用心轴等。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，专用夹具的定位精度较高，成本也较高。为满足数控加工的特点，数控车削加工要求夹具应具有较高的定位精度和刚性，结构简单、通用性强，便于在机床上安装夹具及迅速装卸工件、自动化等特性。2.数控车床工件设计基准与加工定位基准适合车削的工件结构一般为回转体结构，回转面直径方向设计基准是回转面中心轴线，轴向设计基准设置在工件的某一端面或几何中心处。数控车床加工轴套类及轮类零件的加工定位基准面一般是工件外圆表面、内圆表面、中心孔、端面。上一页下一页返回任务3.1数控车削通用夹具装夹及操作在车削加工中，较短轴类零件的定位方式通常采用一端圆柱面固定，即用三爪卡盘，四爪卡盘或弹簧套固定工件的圆柱表面，此定位方式对工件的悬伸长度有一定限制，工件悬伸过长会在切削过程中产生变形，工件悬伸过长还会增大加工误差，甚至掉活。对于切削长度较长的轴类零件可以采用一夹一顶，或采用两顶尖定位。在装夹方式允许的条件下，零件的轴向定位面尽量选择几何精度较高的端面。3.1.2典型卡盘夹具及装夹在数控车床加工中，大多数情况是使用工件或毛坯的外圆定位，以下几种夹具就是靠圆周来定位的夹具。上一页下一页返回任务3.1数控车削通用夹具装夹及操作1.三爪卡盘(1)三爪卡盘特点三爪卡盘如图3-1-1所示，是最常用的车床通用夹具。三爪卡盘是由一个大锥齿轮，三个小锥齿轮，三个卡爪组成。三个小锥齿轮和大锥齿轮啮合，大锥齿轮的背面有平面螺纹结构，三个卡爪等分安装在平面螺纹上。当用扳手扳动小锥齿轮时，大锥齿轮便转动，它背面的平面螺纹就使三个卡爪同时向中心靠近或退出。因为平面矩形螺纹的螺距相等，所以三爪运动距离相等，有自动定心的作用。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二次装夹。上一页下一页返回任务3.1数控车削通用夹具装夹及操作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。如:工件直径≤30mm，其悬伸长度不应大于直径的3倍;若工件直径30mm，其悬伸长度不应大于直径的4倍。同时也可避免工件被车刀顶弯、顶落而造成打刀事故。(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，见图3-1-2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。上一页下一页返回任务3.1数控车削通用夹具装夹及操作当需要减小两个或多个零件直径跳动偏差，以及在已加工表而不希望有夹痕时，则应使用软卡爪。软卡爪通常用低碳钢制造，软爪在使用前，为配合被夹持工件，要进行撞孔加工。软爪装夹的最大特点是工件虽经多次装夹仍能保持一定的位置精度，大大缩短了工件的装夹校正时间。3.可调卡爪式四爪卡盘可调卡爪式四爪卡盘如图3-1-3所示。它的4个基体卡座上的卡爪，可通过4个螺杆手动旋转移动径向位置，能单独调整各卡爪的位置使零件夹紧、定位。加工前，要把工件加工面中心对中到卡盘(主轴)中心，由于其装夹后不能自动定心，因此需要用更多的时间来对正和夹紧零件。上一页下一页返回任务3.1数控车削通用夹具装夹及操作可调卡爪式四爪卡盘适合装夹形状比较复杂的非回转体，如方形、长方形等。一般用于定位、夹紧不同心或结构对称的零件表面。4.弹簧卡盘弹簧卡盘定心精度高，装夹工件快捷方便，常用于精加工的外圆表面定位。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。它夹持工件的内孔是规定的标准系列，并非任意直径的工件都可以进行夹持，如图3-1-4所示，是弹簧卡盘装夹工件的示意图。上一页下一页返回任务3.1数控车削通用夹具装夹及操作5.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，能自动松开夹紧，动作灵敏、装夹迅速、方便，能实现较大夹紧力，能提高生产率和减轻劳动强度。但夹持范围变化小，尺寸变化大时需重新调整卡爪位置。如图3-1-5所示为液压式三爪卡盘。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。液压动力卡盘夹紧力的大小可通过调整液压系统的油压进行控制，以适应棒料、盘类零件和薄壁套简零件的装夹。上一页下一页返回任务3.1数控车削通用夹具装夹及操作6.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100000r/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全可靠地进行加工。随着卡盘的转速提高，由卡爪、滑座和紧固螺钉组成的卡爪组件离心力急剧增大，卡爪对零件的夹紧力下降。试验表明:Φ380mm的楔式动力卡盘在转速为2000r/min时，动态夹紧力只有静态的1/40高速动力卡盘常增设离心力补偿装置，利用补偿装置的离心力抵消卡爪组件离心力造成的夹紧力损失。另一个方法是减轻卡爪组件质量以减小离心力。如图3-1-6为楔式高速通孔动力卡盘。上一页下一页返回任务3.1数控车削通用夹具装夹及操作3.1.3车由类零件中心孔定心装夹中心孔定位夹具在两顶尖间安装工件。对于长度尺寸较大或加工工序较多的轴类零件，为保证每次装夹时的装夹精度，可用两顶尖装夹。两顶尖定位的优点是定心正确可靠，安装方便，主要用于精度要求较高的零件加工。1.中心孔中心孔是轴类零件在顶尖上安装的常用定位基准。中心孔的形状应正确，表面粗糙度应适当。中心孔的60°锥孔与顶尖上的60°锥面相配合，要保证锥孔与顶尖锥面配合贴切，并可存储少量润滑油(黄油)。中心孔有A,B,R三种类型，常用的中心孔有A型和B型。上一页下一页返回任务3.1数控车削通用夹具装夹及操作A型中心孔只有60°锥孔。对于精度一般的轴类零件，中心孔不需要重复使用的，可选用A型中心孔，如图3-1-7所示。B型中心孔外端的120°锥面又称保护锥面，用以保护60°锥孔的外缘不被碰坏。对于精度要求高，工序较多需多次使用中心孔的轴类零件，应选用B型中心孔，如图3-1-8所示。A型和B型中心孔，分别用相应的中心钻在车床或专用机床上加工。加工中心孔之前应先将轴的端面车平，防止中心钻折断。2.顶尖工件装在主轴顶尖和尾座顶尖之间，顶尖作用是进行工件的定心，并承受工件的重量和切削力。上一页下一页返回任务3.1数控车削通用夹具装夹及操作常用顶尖一般可分为普通顶尖(死顶尖)和回转顶尖(活顶尖)两种。普通顶尖刚性好，定心准确，但与工件中心孔之间因产生滑动摩擦而发热过多，容易将中心孔或顶尖“烧坏”，因此，尾架上是死顶尖，则轴的右中心孔应涂上黄油，以减小摩擦，死顶尖适用于低速加工精度要求较高的工件。活顶尖将顶尖与工件中心孔之间的湍动摩擦改成顶尖内部轴承的滚动摩擦，能在很高的转速下正常地工作;但活顶尖存在一定的装配积累误差，以及当滚动轴承磨损后，会使顶尖产生径向摆动，从而降低了加工精度，故一般用于轴的粗车或半精车。如图3-1-9所示为常见的各种顶尖。上一页下一页返回任务3.1数控车削通用夹具装夹及操作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。尾座套简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。两顶尖中心孔的配合应该松紧适当。3.拨动卡盘、拨齿顶尖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。自动夹紧拨动卡盘的结构如图3-1-10所示。工件安装在顶尖和车床的尾座顶尖上。当旋转车床尾座螺杆并向主轴方向顶紧工件时，顶尖也同时顶压起着自动复位作用的弹簧，最终触动拨动触头夹紧工件，并将机床主轴的转矩传给工件。上一页下一页返回任务3.1数控车削通用夹具装夹及操作拨齿顶尖: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、外拨动顶尖的锥面带齿，能嵌入工件，拨动件旋转。端面拨动顶尖利用端面拨爪带动工件旋转。图3-1-11所示为拨齿顶尖结构。壳体可通过标准变径套或直接与车床主轴孔联结，拨齿套通过螺钉与壳体联结。4.卡盘与顶尖一夹一顶装夹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支承的方法。上一页下一页返回任务3.1数控车削通用夹具装夹及操作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(见图3-1-12(a))，或利用工件的台阶限位(见图3-1-12(b)),这样能承受较大的轴向切削力，轴向定位准确。【实践任务】3.1.4三爪自定心卡盘安装及工件装夹操作1.三爪自定心卡盘安装操作①装卡盘前应切断电动机电源并将卡盘和连接盘各表面(尤其是定位配合表面)擦净并涂油:在靠近主轴处的床身导轨上垫一块木板，以保护导轨面不受意外撞击。上一页下一页返回任务3.1数控车削通用夹具装夹及操作②用一根比主轴通孔直径稍小的硬木棒穿在卡盘中，将卡盘抬到连接盘端，将棒料一端插入主轴通孔内，另一端伸在卡盘外。③小心地将卡盘背面的台阶孔装配在连接盘的定位基面上，应使卡盘背面与连接盘平面贴平、贴牢，并用三个螺钉将连接盘与卡盘可靠地连为一体，然后抽去木棒、撤去垫板。2.三爪自定心卡盘的拆卸操作①拆卸卡盘前，应切断电源，并在主轴孔内插入一硬质木棒，木棒另一端伸出卡盘之外并搁置在刀架上，垫好床身护板，以防意外撞伤床身导轨面。②卸下连接盘与卡盘连接的三个螺钉，并用木锤轻敲卡盘背面，以使卡盘止口从连接盘的阶台上分离下来。上一页下一页返回任务3.1数控车削通用夹具装夹及操作③小心地抬下卡盘。3.装、拆卡爪操作①三个卡爪有正爪和反爪之分。正卡爪用于装夹外圆直径较小和内孔直径较大的工件;反卡爪用于装夹外圆直径较大的工件。如图3-1-13(a)所示当直径较小时，工件可置于正爪之间装夹;如图3-1-13(b)所示，正爪还可将三个卡爪伸入工件内孔中利用长爪的径向张力装夹盘、套、环状零件。如图3-1-13(c)所示，当工件直径较大时，用正爪不便装夹，宜将三个正爪换成反爪进行装夹。上一页下一页返回任务3.1数控车削通用夹具装夹及操作②安装卡爪时，要按卡爪上的号码依1,2,3的顺序装配。若号码看不清，则可把三个卡爪并排放在一起，比较卡爪端面螺纹牙数的多少，多的为1号卡爪，少的为3号卡爪，如图3-1-14所示。③将卡盘扳手的方桦插入卡盘外壳圆柱面上的方孔中，按顺时针方向旋转，以驱动大锥齿轮背面的平面螺纹，当平面螺纹的螺扣转到将要接近壳体上的1槽时，将1号卡爪插入壳体槽内，继续顺时针转动卡盘扳手，在卡盘壳体上的2槽、3槽处依次装入2号、3号卡爪。拆卸卡