第2章 工件在数控机床上的装夹

第二章工件在数控机床上的装卡浙江工业职业技术学院1）机床夹具概述2）工件的定位3）定位基准的选择4）常见定位方式及定位元件5）定位误差6）工件的夹紧主要内容通过实例分析与知识点讲解，掌握机床夹具选择使用，确定定位基准，能够计算定位误差教学目标2.1机床夹具概述一、机床夹具的分类1.定义：机床夹具就是机床上用以装夹工件的一种装置，它使工件相对于机床或刀具获得正确的位置，并在加工过程中保持位置不变。2.按其使用范围可分为：通用夹具、专用夹具、可调夹具、组合夹具及随行夹具五种基本类型。一、机床夹具的分类机床夹具通用夹具专用夹具成组夹具组合夹具车床夹具钻床夹具铣床夹具镗床夹具磨床夹具齿轮加工机床夹具其它机床夹具(a)槽系组合夹具1－基础件2－支承件3－定位件4－导向件5－夹紧件6－紧固件7－其它件8－合件(b)孔系组合夹具二机床夹具的功用(1)保证被加工表面的位置精度。工件加工表面的位置精度主要靠夹具和机床来保证，且加工精度稳定。(2)提高生产率。可以显著减少辅助时间，提高劳动生产率。(3)扩大机床的工艺范围。在机床上使用夹具可以改变机床的用途和扩大机床的使用范围，如以车代镗。(4)减轻工人的劳动强度，保证生产安全。三、机床夹具的组成(1)定位元件及定位装置(2)夹紧元件及夹紧装置(3)导向或对刀元件(4)夹具体(5)其它元件及装置套筒零件钻孔夹具1—快换钻套2—衬套3—钻模板4—开口垫圈5—螺母6—定位心轴7—夹具体四、应满足的基本要求(1)保证工件的加工精度(2)夹具的总体方案应与生产纲领相适应(3)使用性好(4)经济性好1、工件定位的基本原理2.2工件的定位1、定位原理•工件定位就是采取适当的约束措施来限制工件的某些自由度，使工件在该方向上有确定的位置。•实际夹具是用定位元件对工件产生约束作用的。•定位时正好限制了六个自由度，则为完全定位。正常的定位情况定位时限制的自由度少于六个，则为不完全定位。实际定位时有时会对不需要限制的自由度也加以限制。这是允许的，有时甚至是必要的。非正常的定位情况•包括欠定位和过定位(或称重复定位)。•欠定位是需要限制的自由度没有全部被限制的情况，欠定位不能保证位置精度，是不允许的。•过定位是某自由度被两个或两个以上的约束重复限制了的情况。过定位一般是不允许的，但有时也有一定的好处，这时只要工件定位基准和夹具定位元件都具有较高的形状和位置精度，过定位也是允许的。不完全定位示例球体上通铣平面时采用的两点定位球体上通铣平面时采用的三点定位3、过定位与欠定位z前顶尖后顶尖xy中心架车削细长轴时，采用前后顶尖+中心架的定位分析过定位示例过定位：某一方向的自由度被重复限制两次以上的定位限制的自由度Z，X，Y限制的自由度X，Z，X，Y，Z欠定位正确定位任何情况下都不允许出现欠定位的情况工序中加工要求必须限制的自由度没有被全部限制欠定位齿轮加工过定位时引起的变形情况当齿轮孔与端面的垂直度误差较大时过定位避免过定位的措施“端面+孔”的定位过定位43414132“一面两孔”定位时解决过定位的方法过定位322231圆柱销2改为菱形销常用定位元件所限制的自由度常用定位元件所限制的自由度常用定位元件所限制的自由度常用定位元件所限制的自由度一、基准及其分类基准设计基准工艺基准装配基准测量基准定位基准工序基准2.3定位基准的选择装配基准装配时用以确定零件在部件或产品中位置的基准装配基准装配基准测量基准零件检验时，用以测量已加工表面尺寸及位置的基准以内孔为基准（套在检验心轴上）去检验φ40h6外圆的径向圆跳动和端面B的端面圆跳动时内孔为测量基准定位基准加工时，使工件在机床或夹具中占据一正确位置所用的基准，称为定位基准将零件套在心轴上磨削φ40h6外圆表面时，内孔即定位基准工序基准在工艺文件上用以标定加工表面位置的基准，称为工序基准。二、定位基准的选择1、粗基准2、精基准采用毛坯上未经加工的表面作为定位基准。采用经过加工的表面作为定位基准。定位基准1．粗基准的选择在起始工序中，工件定位只能选择未经加工的毛坯表面，这种定位表面称为粗基准。粗基准选择的好坏，对以后各加工表面的加工余量的分配，以及工件上加工表面和不加工表面的相对位置均有很大的影响。因此，必须十分重视粗基准的选择。二、定位基准的选择套类零件，外圆表面1为不加工表面，为了保证镗孔后壁厚均匀（即内外圆表面的偏心较小），应选择外圆表面1为粗基准。1．粗基准的选择①对于具有不加工表面的工件，为保证不加工表面与加工表面之间的相对位置要求，一般应选择不加工表面为粗基准。阶梯轴，应选择φ55mm外圆表面作粗基准，因其加工余量较小。如果选φ108mm的外圆表面为粗基准加工φ55mm表面，当两个外圆表面的偏心为3mm时，则加工后的φ50mm的外圆表面，因一侧加工余量不足而出现部分毛面，使工件报废。1．粗基准的选择②对于具有较多加工表面的工件，粗基准的选择，应合理分配各加工表面的加工余量。在分配加工余量时应注意应保证各加工表面都有足够的加工余量。对于某些重要的表面（如导轨面和重要的内孔等），应尽可能使其加工余量均匀，对导轨面且要求加工余量尽可能小一些，以便能获得硬度和耐磨性更好的表面。使工件上各加工表面总的金属切除量最小。在分配加工余量时应注意作为粗基准的表面，应尽量平整，没有浇口、冒口或飞边等其他表面缺陷，以便使工件定位可靠，夹紧方便。由于毛坯表面比较粗糙且精度较低，一般情况下同一尺寸方向上的粗基准表面只能使用一次。当选择导轨面为粗基准加工与床腿连接的表面时，由于加工面是一个简单平面，且面积较小，即使切去较大的加工余量，金属的切除量并不大，加之以后导轨面的加工余量又比较小，故工件上总的金属切除量也就比较小。小轴，如重复使用毛坯表面B定位去分别加工表面A和C，必然会使此两加工表面产生较大的同轴度误差。①“基准重合”原则为了较容易地获得加工表面对其设计基准的相对位置精度，应选择加工表面的设计基准为定位基准。这一原则通常称为。选择定位基准时应尽可能遵守“基准重合”原则。应当指出：“基准重合”原则，对于保证表面间的相对位置精度（如平行度、同轴度等）亦完全适用。2．精基准选择原则基准重合的原则：尽可能选择被加工表面的设计基准为精基准D1及M面均已加工现加工孔2—D2定位方案1：孔D1作为定位基准，2—D2的设计基准：D1定位基准与设计基准重合定位方案2：将M面为定位基准，定位基准与设计基准不重合②“基准统一”原则当工件以某一组精基准定位，可以比较方便地加工其他各表面时，应尽可能在多数工序中采用此同一组精基准定位。例如，轴类零件的大多数工序都采用顶尖孔为定位基准，齿轮的齿坯和齿形加工多采用齿轮的内孔及基准端面为定位基准。2．精基准选择原则基准统一的原则多数工序中以同一组精基准作为加工各表面的定位基准1.常用的统一基准2.轴类零件：两顶尖孔；3.盘类件：孔＋端面；4.箱体件：一面二销孔(大批量)5.三个垂直平面(小批)统一基准会产生基准不重合的问题，工艺设计中应解决此问题；基准统一不能排除在个别工序中采用其它的基准定位。采用统一基准的优点：简化工艺过程和夹具设计；节省工艺与夹具设计费用。能在一次装夹中加工出多个表面，减少由于基准转换形成的加工误差。③自为基准原则某些要求加工余量小而均匀的精加工工序，可选择加工表面本身作为定位基准。加工表面的位置精度应由前工序保证。例如磨削床身的导轨面时，就是以导轨面找正定位。此外，采用浮动铰刀铰孔，用圆拉刀拉孔以及用无心磨磨削外圆表面等，都是以加工面本身作为定位基准的实例。2．精基准选择原则自为基准的原则加工余量很小的精加工或光整加工中，常以被加工表面本身为定位基准，以保证余量的均匀精磨床身导轨，由于导轨长，磨削余量很小，用找正导轨面的方法确定工件的位置——即以导轨面自身作为定位基准一些光整加工工艺定位基准选择均采用自为基准的原则④互为基准的原则当相关表面位置精度要求很高但精加工余量很小，加工时要用这些表面互相作为定位基准。精度高于6级的淬火齿轮，齿形相对于轴线的位置精度要求很高，加工需用磨齿工艺。因淬火后齿轮孔和齿面均产生变形，而孔和磨齿的加工余量都很小，故先以齿面为定位基准磨孔；再以孔为基准磨齿面。齿面和齿轮孔互为基准。3．辅助基准的应用在零件的工作中不起任何作用，只是由于工艺上的需要才作出的，这种基准称为辅助基准一、平面定位方式平面定位的主要形式是支承定位。夹具上常用的支承元件有以下几种：•1.固定支承•2.可调支承•3.自位支承•4.辅助支承2.4.常见定位方式及定位元件1.固定支承2可调支承•可调支承主要用于工件的毛坯制造精度不高，而又以粗基准面定位的工序中。•图所示的几种可调支承采用螺钉螺母形式实现支承点位置的调整。可调支承在使用时的作用与固定支承相同。3自位支承•常用于毛坯表面、断续表面、阶梯表面以及有角度误差表面的定位。自位支承定位作用仍相当于一个固定支承，只限制工件的一个自由度。4辅助支承辅助支承是在每个工件定位后才经调整而参与支承的元件。它不起定位作用，而用来提高工件的装夹刚度和稳定性，承受工件重力、夹紧力或切削力。提高定位稳定性提高工件安装刚度辅助支承的应用辅助支承不起定位作用二、工件以外圆表面定位定位形式定位元件限制的自由度支承定位V形块长4短2定心圆柱套长4短2定位圆锥套三点定位外圆定心夹紧机构长4短2V形块特点对中性好;可用于非完整外圆表面定位主要参数:夹角标准:90°(GB2208—80)非标准:60°，120°V形块的常用形式活动V形块按接触线长短分析圆柱体在V形块上的定位定位套圆柱套筒圆锥套筒剖分套筒外圆定心夹紧机构举例外圆其它定位方式举例弹簧卡头图示为两种定位套定位的形式。这种定位方法定心精度不高。定位套孔口有倒角，便于工件装入。适用于精基准定位。此外，工件外圆柱面还可用半圆套或圆锥套定位。定位套三、工件以圆孔定位1.心轴2.圆柱定位销3.非标准圆柱定位销4.菱形销和圆锥销1.心轴•a)为间隙配合心轴，工件装卸方便，定心精度不高。•b)为过盈配合心轴，定心精度高，但装卸工件不便，易损伤工件定位孔。•c)为小锥度心轴，工件安装时轻轻敲人或压人，通过孔和心轴接触表面的弹性变形来夹紧工件，可获得较高的定心精度。•除了刚性心轴外，生产中还有弹性心轴、液塑心轴及自动定心心轴等，它们在定位的同时将工件夹紧，使用很方便，但结构比较复杂。2圆柱定位销•图所示为标准化的圆柱定位销。上端部有较长的倒角，便于工件装入。•图a、b、c的定位销以尾柄与夹具体采用过盈配合联接。•图d前定位销通过衬套与夹具体联接，其尾柄与衬套采用间隙配合，这种结构便于更换。3.非标准圆柱定位销图所示为非标准圆柱定位销的例子。其中图b适用于直径尺寸大的定位孔。4.菱形销和圆锥销•图a所示为菱形销，定位时只在该接触方向限制工件的一个自由度，在需要避免过定位时使用。•图b所示圆锥销用于毛坯孔定位，•图c所示圆锥销用于已加工孔定位。四、组合表面定位方式•1．孔与端面组合定位图5—18所示的轴套零件，采用内孔及一端面组合定位。•2．一面两孔组合定位常用于加工箱体、杠杆、盖板等零件，易做到基准统一，保证工件的位置精度，又有利于夹具的设计与制造。工件的定位平面一般是加工过的精基面，两孔可以是工件结构上原有的，也可以是为定位需要而专门设置的工艺孔。一面两孔定位时相应的定位元件是一面两销，两定位销可以有以下两种：(1)两个圆柱销；(2)一个圆柱销和一个削边销。•图a所示是过定位，应尽量避免。•图b所示，以轴肩支承工件端面，以短圆柱面对孔定位，避免了过定位。•图c、d所示，孔用长圆柱面定位，工件端面以小台肩面支承或用球面自位支承，以避免过定位。（1）两个圆柱销（2）一个圆柱销和一个削边销即采用两个短圆柱定位销与两孔配合，a所示。这种定位是过定位，沿连心线方向的自由度被重复限制了。只能用于加工要求不高的场合，使用较少。2.5定位误差定位误差概念把工件上被加工表面的设计基准相对于定位元件工作表面在加工尺寸