第三章-工件在数控机床上的定位与装夹

第3章数控机床装夹3.1工件的装夹方法与定位原理3.2定位方式与定位原件3.3定位误差3.4工件的夹紧3.5数控机床夹具第3章工件在数控机床上的定位与装夹第3章数控机床装夹第3章工件在数控机床上的定位与装夹3.1工件的装夹方法与定位原理在机械加工过程中，固定工件，使之占有确定位置以接受加工或检测的装置称为机床夹具，简称夹具。夹具工件的装夹包含两个方面的内容：定位工件能准确地放在机床的合适位置上。使工件相对于刀具和机床占有正确的加工位置夹紧工件定位后，还需对工件压紧夹牢。使其在加工过程中不发生位置变化第3章数控机床装夹机床夹具通过使工件在机床上相对刀具占有正确的位置的过程—定位，以及克服切削过程中工件受外力的作用保持工件的准确位置的过程—夹紧，来实现工件装夹。定位和夹紧两个过程的综合称为装夹,完成工件装夹的工艺装备称为机床夹具。机床夹具的分类机床夹具按通用化程度可分为两大类。第一类通用夹具此类夹具具有通用性，只需调整或更换少量零件就可用于装夹不同的工件。如三爪、四爪卡盘、顶尖、平口钳等。通用夹具的结构复杂，适用用于大批量生产，也适用于单件小批生产，是使用最广泛的一类夹具。第3章数控机床装夹第3章数控机床装夹•第二类专用夹具专用夹具是专门为某工件的某工序设计和制造的专用夹具,其结构简单、紧凑、操作迅速方便，因设计和制造的周期较长，批量少，所以成本较高。当产品变更时，因无法使用而报废，因此专用夹具适用于产品固定的成批或大量生产中•夹具的作用和组成夹具的作用(1)可以缩短辅助时间，提高劳动生产率(2)易于保证加工精度的稳定(3)可扩大机床的使用范围(4)可以减轻劳动强度，保证安全生产第3章数控机床装夹第3章数控机床装夹夹具的组成(1)定位元件：与工件的定位基准相接触，确定工件在夹具中的正确位置。(2)夹紧装置：这是用于夹紧工件的装置，在切削时使工件在夹具中保持既定位置。(3)对刀装置：这种元件用于确定夹具与刀具的相对位置。(4)夹具体：这是用于联接夹具各元件及装置，使其成为一个整体的基础件。它与机床相结合，使夹具相对机床具有确定的位置。(5)其它元件及装置：有些夹具根据工件的加工要求，要有分度机构，铣床夹具还要有定位键等。任何夹具都必须有定位元件和夹紧装置，它们是保证工件加工精度的关键，目的是使工件“定准、夹牢”。第3章数控机床装夹3.1.1基准及其分类一、基准的分类1．设计基准基准是零件上用来确定其它点、线、面位置所依据的那些点、线、面。按其功用不同，基准可分为设计基准和工艺基准两大类。第3章工件在数控机床上的定位与装夹毛坯设计基准是在零件图上所采用的基准。它是标注设计尺寸的起点。第3章数控机床装夹第3章工件在数控机床上的定位与装夹(a)支承块(b)钻套如图(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l和平面4，而孔8的设计基准是孔7的中心和平面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(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。第3章数控机床装夹定位基准在加工中用作定位的基准第3章工件在数控机床上的定位与装夹2．工艺基准分为粗基准和精基准。用作定位的表面，如果是没有经过加工的毛坯表面，称为粗基准；若是已加工过的表面，则称为精基准。第3章数控机床装夹工序基准在工序图上，用来标定本工序被加工面尺寸和位置所采用的基准工序基准应当尽量与设计基准相重合，当考虑定位或试切测量方便时也可以与定位基准或测量基准相重合第3章数控机床装夹测量基准零件测量时所采用的基准第3章工件在数控机床上的定位与装夹第3章数控机床装夹装配基准装配时用以确定零件在机器中位置的基准第3章数控机床装夹第3章工件在数控机床上的定位与装夹三、基准问题的分析•基准是制定工艺的依据，必须是客观存在的。•当作为基准的要素无法接触及是，通常有某些具体的表面来体现，这些表面称为基面。•作为基准可以是没有面积的点线以及极小的面，但是工件上代表基准的基面总是具有一定的接触面积。•不仅表示尺寸关系的基准如上所述，表示位置精度的基准关系也是如此。第3章数控机床装夹四、定位基准的选择原则1.定位基准的选择原则第3章工件在数控机床上的定位与装夹（1）尽量选择设计基准作为定位基准；（2）定位基准与设计基准不能统一时，应严格控制定位误差保证加工精度；（3）工件需两次以上装夹加工时，所选基准在一次装夹定位能完成全部关键精度部位的加工；（4）所选基准要保证完成尽可能多的加工内容；（5）批量加工时，零件定位基准应尽可能与建立工件坐标系的对刀基准重合；（6）需要多次装夹时，基准应该前后统一。第3章数控机床装夹2.粗基准的选择原则粗基准只使用一次，其他的定位基准都应该是精基准。选定粗基准面时应考虑：要能加工出精基准；工件不加工表面的形位；保证后续工序的加工余量。第3章工件在数控机床上的定位与装夹相互位置要求原则加工余量合理分配原则重要表面原则不重复使用原则便于工件装夹原则第3章数控机床装夹3.精基准的选择原则第3章工件在数控机床上的定位与装夹基准重合原则基准统一原则自为基准原则互为基准原则便于装夹原则精基准的选择原则4.辅助基准的选择为了便于装夹或易于实现基准统一而人为制成的一种定位基准。如中心孔。第3章数控机床装夹第3章工件在数控机床上的定位与装夹3.1.2工件的装夹方法•(1)直接、找正安装用划针、百分表等工具直接找正工件位置并加以夹紧的方法称直接找正安装法。此法生产率低，精度取决于工人的技术水平和测量工具的精度，一般只用于单件小批生产。•第3章数控机床装夹•(2)划线找正安装先用划针画出要加工表面的位置，再按划线用划针找正工件在机床上的位置并加以夹紧。一般用于批量不大，形状复杂而笨重的工件或低精度毛坯的加工。•(3)用夹具安装将工件直接安装在夹具的定位元件上的方法。这种方法安装迅速方便，定位精度较高而且稳定，生产率较高，广泛用于中批生产以上的生产类型。第3章数控机床装夹•特点：•①工件在夹具中的正确定位，是通过工件上的定位基准面与夹具上的定位元件相接触而实现的。因此，不再需要找正便可将工件夹紧。•②由于夹具预先在机床上已调整好位置，因此，工件通过夹具相对于机床也就占有了正确的位置•③通过夹具上的对刀装置，保证了工件加工表面相对于刀具的正确位置。第3章工件在数控机床上的定位与装夹第3章数控机床装夹3.1.3工件定位的基本原理一、六点定位原理第3章工件在数控机床上的定位与装夹空间物体的六个自由度，如图所示：沿X、Y、Z的移动自由度绕X、Y、Z轴转动的自由度ZYX,,ZYX,,第3章数控机床装夹六点定位原理工件在直角坐标系中有六个自由度，夹具用合理分布的六个支承点限制工件的六个自由度，即用一个支承点限制工件的一个自由度方法，使工件在夹具中的位置完全确定。第3章数控机床装夹二、六点定位原理的应用完全定位不完全定位欠定位工件的六个自由度全部被限制不需要限制六个自由度就能达到定位的要求应该限制的自由度没有被限制的定位第3章工件在数控机床上的定位与装夹过定位应该限制的自由度被重复限制的定位不允许使用过定位是否使用要看能否减少工件的变形或定位操作是否方便第3章数控机床装夹0.1AB30±0.120±0.056.3600-0.2A50YX6.36.30.1B完全定位示例分析第3章数控机床装夹在车床上加工通孔磨平面第3章数控机床装夹欠定位示例第3章数控机床装夹(a)长销和大端面定位(b)平面和两短圆柱销定位第3章数控机床装夹•①、过定位可能导致的后果：•A、工件无法安装•B、造成工件或定位元件变形•②、消除或减小过定位所引起干涉的方法：•A、改变定位元件的结构，使定位元件重复限制自由度的部分不起定位作用。（改进图）•B、合理应用过定位，提高工件定位基准之间以及定位元件的工作表面之间的位置精度。（图）第3章工件在数控机床上的定位与装夹第3章数控机床装夹(a)大端面加球面垫圈(b)大端面改为小端面第3章数控机床装夹滚齿夹具1—压紧螺母2—垫圈3—压板4—工件5—支承凸台6—工作台7—心轴第3章数控机床装夹三、定位与夹紧的关系•定位时，必须使工件的定位基准紧贴在夹具定位元件上，而夹紧则使工件不离开定位元件。第3章数控机床装夹3.2定位方式和定位元件3.2.1常见定位方式常见的定位元件及定位方式如表3-1所示。第3章数控机床装夹第3章数控机床装夹第3章数控机床装夹3.2.2常见的定位方案•概念：工件上的定位基准面与相应的定位元件合称为定位副。•1．工件以平面定位•(1)支承钉•①、球头支承钉（图B型）•②、齿纹头支承钉（图C型）•③、平头支承钉（图A型）•④、可调支承（图）•⑤、自位支承（浮动支承）（图）•(2)支承板（图）第3章数控机床装夹辅助支承辅助支承是在工件实现定位后才参与支承的定位元件，不起定位作用，只能提高工件加工时刚度或起辅助定位作用。图为常用的几种辅助支承类型，图a、b为螺旋式辅助支承，用于小批量生产；图c为推力式辅助支承，用于大批量生产。第3章数控机床装夹图a的辅助支承用于提高工件稳定性和刚度；图b的辅助支承起预定位作用。第3章数控机床装夹•2．工件以圆柱孔定位•定位方式的基本特点是：定位孔与定位元件之间处于配合状态，并要求确保孔中心线与夹具规定的轴线相重合。•(1)圆柱销（图）•(2)圆柱心轴（图）•心轴主要用于套筒类和空心盘类工件的车、铣、磨及齿轮加工。•(3)圆锥销（图a、b）•工件以圆柱孔在圆锥销上定位•(4)小锥度心轴（图）第3章数控机床装夹•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它五个自由度。•(2)顶尖•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个中心孔确定的中心线第3章数控机床装夹•4．工件以外圆柱表面定位•(1)V形架•V形架定位的最大优点是对中性好。•V形架可分为固定式和活动式。•(2)定位套•一般适用于精基准定位，常与端面联合定位。•工件以外圆柱面定位，有时也可用半圆套或锥套作定位元件。第3章数控机床装夹第3章数控机床装夹5.一面两孔定位•最常用的就是“一面两孔”定位。•一平面和一圆柱销及削边销•其它组合定位方式还有以一孔及其端面定位（齿轮加工中常用），有时还会采用V形导轨、燕尾导轨等组合成形表面作为定位基面。第3章数控机床装夹3.3定位误差3.3.1定位误差的产生第3章工件在数控机床上的定位与装夹定位误差基准位移误差因工件在夹具上定位不准而造成的加工误差。基准不重合误差第3章数控机床装夹定位误差的组成所谓定位误差，是指由于工件定位造成的加工面相对工序基准的位置误差。因为对一批工件来说，刀具经调整后位置是不动的，即被加工表面的位置相对于定位基准是不变的，所以定位误差就是工序基准在加工尺寸方向上的最大变动量。定位误差的组成及产生原因有以下两个方面：①定位基准与工序基准不一致所引起的定位误差，称基准不重合误差，即工序基准相对定位基准在加工尺寸方向上的最大变动量，以表示。②定位基准面和定位元件本身的制造误差所引起的定位误差，称基准位置误差，即定位基准的相对位置在加工尺寸方向上的最大变动量，以表示。故有此公式是在加工尺寸方向上的代数和。BYYBD第3章数控机床装夹1.基准位移误差一批工件定位基准相对于定位元件的位置最大变动量。22dDYTT第3章数控机床装夹2.基准不重合误差基准不重合误差是由于工件定位时用的定位基准与工件的工序基准不重合而使工序基准的位置发生变动所引起的，其大小等于工序基准与定位基准间的尺寸及相对位置在加工尺寸方向上的变动量，以△B表示。第3章数控机床装夹结论：①定位误差只在调整法加工一批工件的条件下存在，试切法加工不存在。②定位误差产生的原因是定位副制造误差及其配合间隙与定位基准选择不当产生的引起的。③一般情况下，定位误差由基准位移误差与基准不重合误差组成。第3章数控机床装夹这种由于基准位移和基准不重合