工件定位与装夹

1机床夹具概述数控加工工件的定位与装夹（1）机床夹具的定义在机床上加工工件时，为了在工件的某一部位加工出符合工艺规程要求的表面，加工前需要使工件在机床上占有正确的位置——定位。由于在加工过程中工件受到切削力、重力、振动、离心力、惯性力等作用，所以还应采用一定的机构，使工件在加工过程中始终保持在原先确定的位置上——夹紧。在机床上使工件占有正确的加工位置并使其在加工过程中始终保持不变的工艺装备称为机床夹具。（2）机床夹具的组成工件定位销快卸垫圈螺母钻模板钻套夹具体①定位元件定位元件用于确定工件在夹具中的位置，使工件在加工时相对刀具及运动轨迹有一个正确的位置，其定位精度将直接影响工件的加工精度。②夹紧装置夹紧装置用于保持工件在夹具中的既定位置，使工件不致因加工时受到外力而改变原定的位置，通常包括夹紧元件、增力装置和动力源等组成部分。③安装联接元件安装联接元件用于确定夹具在机床上的位置，从而保证工件与机床之间的正确加工位置。④导向元件和对刀元件a.用于确定刀具位置并引导刀具进行加工的元件，称为导向元件，如图3-1中的钻套3就是引导钻头用的导向元件。b.用于确定刀具在加工前正确位置的元件，称为对刀元件，如对刀块。⑤夹具体⑥其他元件或装置夹具体是夹具的基础件，用来联接夹具上各个元件或装置，使之成为一个整体，它也用来与机床的有关部件相联接。根据加工需要，有些夹具上还可有分度装置、靠模装置、上下料装置、顶出器和平衡块等其他元件或装置。（3）机床夹具的作用与分类①机床夹具的作用a.易于保证工件的加工精度。b.使用夹具可改变和扩大原机床的功能，实现“一机多用”c.使用夹具后，不仅省去划线找正等辅助时间，而且有还可采用高效率的多件、多位、机动夹紧装置，缩短辅助时间，从而大大提高劳动生产率。d.用夹具装夹工件方便、省力、安全。当采用气动、液压等夹紧装置时，可减轻工人的劳动强度，保证安全生产。e.在批量生产中使用夹具时，由于劳动生产率的提高和允许使用技术等级较低的工人操作，故可明显地降低生产成本。但在单件生产中，使用夹具的生产成本仍较高。②机床夹具的分类机床夹具通用夹具专用夹具成组可调夹具组合夹具通用可调夹具车床夹具铣床夹具钻床夹具镗床夹具数控机床夹具其他夹具北京市工贸技师学院白晓杰a.通用夹具的结构、尺寸已规格化，且具有很大的通用性，它无需调整或稍加调整就可用于装夹不同的工件。b.专用夹具是针对某一工件的某一工序而专门设计和制造的。因为不需考虑通用性，所以夹具可设计得结构紧凑、操作方便。c.成组可调夹具是针对通用夹具和专用夹具的缺陷而发展起来的，它是在加工某种工件后，经过调整或更换个别定位元件和夹紧元件，即可加工另外一种工件的夹具。d.组合夹具是一种由一套标准元件组装而成的夹具（如图）。组合夹具2工件的定位2.1六点定位原理定位基准——工件上用于定位的表面就是确定工件位置的基准，称为定位基准。以内外、圆柱面，内外圆锥面定位时，其中心线为定位基准。xyzxyz定位的任务是限制工件的自由度，通常是用一个支承点来限制工件的一个自由度，用合理分布的六个支承点来限制工件的六个自由度，使工件在夹具中的位置完全确定。这就是六点定位原理。工件在空间的六个自由度工件的六点定位2.2六点定位原理的应用①完全定位——工件的六个自由度全部被夹具中的定位元件所限制，而在夹具中占有完全确定的唯一位置，称为完全定位。北京市工贸技师学院白晓杰MNPAabBbxzy②不完全定位——根据工件加工表面的不同加工要求，定位支承点的数目可以少于六个。五点定位示例四点定位③欠定位如工件定位的实际支承点数目少于理论上应予限制的自由度数，不能满足加工要求，称为欠定位。限制自由度与加工要求的关系④过定位——工件的一个或几个自由度被不同的定位元件重复限制的定位称为过定位。当过定位导致工件或定位元件变形，影响加工精度时，应该严禁采用。但当过定位并不影响加工精度，反而对提高加工精度有利时，也可以采用，要具体情况具体分析。xyzyzyz限制P限制xyz长轴大平面定位短轴、大平面定位yz限制P限制xyzxyz长轴、小平面定位xyzyzyz限制限制x3.2.3定位与夹紧的关系下图为定位与夹紧的关系图，工件在平面支承1和两个长圆柱销2上定位，工件放在实线和虚线位置都可以夹紧，但是工件在x方向的位置不能确定，钻出的孔其位置也不确定（出现尺寸A1和A2）。定位与夹紧关系图3定位基准的选择原则3.1粗基准的选择原则（1）相互位置要求原则——选取与加工表面相互位置精度要求较高的不加工表面作为粗基准，以保证不加工表面与加工表面的位置要求。（a）正确（b）不正确粗基准的选择示例根据余量小的表面找正（2）加工余量合理分配原则——对所有表面都需要加工的工件，应该根据加工余量最小的表面找正，这样不会因位置的偏移而造成余量太少的部位加工不出来。（3）重要表面原则——为保证重要表面的加工余量均匀，应选择重要加工面为粗基准。床身导轨加工粗基准的选择（4）不重复使用原则（5）便于工件装夹原则图3-13粗基准重复使用的误差3.2精基准的选择原则（1）基准重合原则如图（a）所示零件，欲加工孔3，其设计基准是面2，要求保证尺寸A。设计基准与定位基准的关系（2）基准统一原则（3）自为基准原则如图所示的床身导轨面磨削自为基准实例1—磁力表座；2—百分表；3—床身；4—垫铁1—卡盘；2—滚柱；3—齿轮互为基准实例（4）互为基准原则（5）便于装夹原则3.3辅助基准的选择辅助基准是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，如轴类零件加工所用的两个中心孔，它不是零件的工作表面，只是出于工艺上的需要才作出的。又如图所示的零件，为安装方便，毛坯上专门铸出工艺搭子，也是典型的辅助基准，加工完毕后应将其从零件上切除。辅助基准典型实例北京市工贸技师学院白晓杰4常见定位方式及定位元件（1）工件以平面定位①固定支承支承钉和支承板a)平头支承钉；b)球头支承钉；c)齿纹头支承钉；d)、e)支承板可调支承1—调整钉2—锁紧螺母②可调支承如图所示③浮动支承三点式［如图（a）］和二点式［如图（b）］只限制一个自由度,主要目的是提高工件的刚性和稳定性.浮动支承④辅助支承——辅助支承是指由于工件形状、夹紧力、切削力和工件重力等原因，可能使工件在定位后还产生变形或定位不稳，为了提高工件的装夹刚性和稳定性而增设的支承。因此，辅助支承只能起提高工件支承刚性的辅助定位作用，而不起限制自由度的作用，更不能破坏工件原有定位。12.5BDHAB辅助支承（2）工件以圆孔定位①定位销——定位削分为短销和长销。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。（3）工件以外圆柱面定位工件以外圆柱面定位时的定位元件有支承板、V形块、定位套、半圆孔衬套、锥套和三爪自动定心卡盘等形式，数控铣床上最常用的是V形块。一面两孔定位1—圆柱销；2—削边销；3—定位平面（4）工件以一面两孔定位DTTbXdD)(min削边销与孔的最小配合间隙可由下式计算：D36688202025253232404050b2345678BD0.5D1D2D3D4D5削边销结构尺寸5定位误差（1）定位误差的概念与类型工件在夹具中的位置是以其定位基面与定位元件的相互接触（配合）来确定的，由于定位基面、定位元件的工作表面本身存在一定的制造误差，导致一批工件在夹具中的实际位置不可能完全一样，使加工后各工件的加工尺寸存在误差。这种因工件在夹具上定位不准而造成的加工误差，称为定位误差，它包括基准位移误差和基准不重合误差两种类型。①基准位移误差定位基准相对于其理想位置的最大变动量，称为基准位移误差，用Y表示。2222maxminminmaxminmaxdDTTdDdDAAY②基准不重合误差定位基准和工序基准不重合而造成的加工误差，称为基准不重合误差，用B表示。B=2L①当工序基准不在定位面上时，D=Y+B；②当工序基准在定位面上时，D=|Y±B|（2）定位误差的计算方法当基准位移和基准不重合引起的加工尺寸变化方向相同时，取“+”号；反之取“-”号。注意：基准位移误差和基准不重合误差并不是在任何情况下都存在，当定位基准与工序基准重合时，B=0；当基准无变动时，Y=0。定位误差只产生在用调整法加工一批工件的条件下，采用试切法加工，不存在定位误差。（3）几种典型定位方式的定位误差①工件以平面定位——定位误差主要是有基准不重合误差引起的，一般不计算基准位移误差。②工件以圆孔定位——定位误差与工件圆孔的制造精度、定位元件的放置形式、工件圆孔与定位元件的配合性质和工序基准与定位基准是否重合等因素密切相关。③工件以外圆在V形块上定位北京市工贸技师学院白晓杰④工件以一面两孔组合定位（1）夹紧装置应具备的基本要求①夹紧过程可靠，不改变工件定位后所占据的正确位置②夹紧力的大小适当，既要保证工件在加工过程中其位置稳定不变、振动小，又要使工件不会产生过大的夹紧变形。③操作简单方便、省力、安全。④结构性好，夹紧装置的结构力求简单、紧凑，便于制造和维修。6工件的夹紧（2）夹紧力方向和作用点的选择①夹紧力应朝向主要定位基准。②夹紧力的作用点应落在定位元件的支承范围内，并靠近支承元件的几何中心。③夹紧力的方向和作用点应施加于工件刚性较好的方向和部位。④夹紧力作用点应尽量靠近工件加工表面。⑤夹紧力的方向应有利于减小夹紧力的大小。（3）夹紧力大小的估算夹紧力大小的计算是一个很复杂的问题，一般只能作粗略的估算。为简化起见，在确定夹紧力大小时，可只考虑切削力（矩）对夹紧的影响，并假设工艺系统是刚性的，切削过程是平稳的，根据加工过程中对夹紧最不利的瞬时状态，按静力平衡原理求出夹紧力的大小，再乘以安全系数作为实际所需的夹紧力，即FJ=kF3.7数控机床典型夹具简介3.7.1车床夹具图3-32三爪自定心卡盘—卡爪2—卡盘体3—锥齿端面螺纹圆盘4—小锥齿轮图3-33装夹方料1—带V形槽的半圆件2—带V形槽的矩形件3、4—带其他形状矩形件(1)三爪自定心卡盘四爪单动卡盘1—卡爪2—螺杆3—卡盘体放V形架装夹圆棒料（2）四爪单动卡盘①四爪单动卡盘装夹操作须知②在四爪单动卡盘上找正工件a.找正操作须知b.盘类工件找正方法c.轴类工件找正方法（3）其他常用装夹方法见下表北京市工贸技师学院白晓杰北京市工贸技师学院白晓杰（4）复杂畸形、精密工件装夹复杂工件的种类(对开轴承座(b)、(e)十字孔工件(c)双孔连杆(d)环首螺栓(f)齿轮油泵体用百分表检查花盘平面b.角铁c.V形架d.平垫铁e.平衡铁①花盘、角铁和常用附件a.花盘双孔连杆在花盘上装夹连杆1—连杆；2—圆形压板；3—压板；4—V形架；5—花盘②在花盘上装夹工件③在角铁上装夹工件用定位圆柱找正中心用百分表检查角铁平面1—定位柱2—螺母3—心轴与主轴轴线的平行度在角铁上装夹和找正轴承座1一平衡铁2一轴承座3一角铁令—划针盘5一压板