第2单元--工件在数控机床上的定位与装夹

第2单元工件在数控机床上的定位与装夹2.1机床夹具概述2.1.1机床夹具的概念夹具是一种保证产品质量、加速工艺过程的一种工艺装备，在不同的工艺过程中所使用的夹具也不同，但就其数量和在生产中所占的地位来说，应以机床夹具为主。2.1机床夹具概述2.1.2机床夹具的分类2.1.2.1按专门化程度分类1．通用夹具2．专用夹具3．拼装夹具5．随行夹具4．可调夹具车床夹具铣床夹具钻床夹具2.1机床夹具概述2.1.2机床夹具的分类2.1.2.2按使用机床类型分类加工中心机床夹具其他机床夹具2.1机床夹具概述2.1.2机床夹具的分类2.1.2.2按使用机床类型分类2.1机床夹具概述2.1.2机床夹具的分类2.1.2.3按驱动夹具工作的动力源分类手动夹具气动夹具液压夹具电动夹具2.1机床夹具概述2.1.2机床夹具的分类2.1.2.3按驱动夹具工作的动力源分类磁力夹具真空夹具自夹紧夹具2.1机床夹具概述2.1.3机床夹具的组成2.1.3.1定位装置2.1.3.2夹紧装置2.1机床夹具概述2.1.3机床夹具的组成2.1.3.3确定夹具相对机床位置的元件2.1.3.4确定夹具相对于刀具位置的元件2.1机床夹具概述2.1.3机床夹具的组成2.1.3.5夹具体2.1.3.6辅助装置2.1机床夹具概述2.1.4机床夹具的作用2.1.4.1保证加工精度，稳定加工质量2.1.4.2提高劳动生产率，降低加工成本2.1机床夹具概述2.1.4机床夹具的作用2.1.4.3扩大机床工艺范围2.1.4.4减轻工人的劳动强度2.2工件定位2.2.1工件的安装方式(1)定位。(2)夹紧。2.2工件定位2.2.1工件的安装方式2.2.1.1找正安装图2-5工件的划线找正2.2工件定位2.2.1工件的安装方式2.2.1.2用专用夹具安装图2-6液压铣床夹具1—夹具体；2—液压缸；3—压板；4—对刀块；5—V形架；6—圆柱销；7—定向键2.2工件定位2.2.2工件的定位2.2.2.1工件的六点定位原理沿x轴方向移动自由度，用表示；沿y轴方向移动自由度，用表示；沿z轴方向移动自由度，用表示；绕x轴方向转动自由度，用表示；绕y轴方向转动自由度，用表示；绕z轴方向转动自由度，用表示。xyzxyz2.2工件定位2.2.2工件的定位2.2.2.1工件的六点定位原理图2-7工件在空间具有的6个自由度2.2工件定位2.2.2工件的定位2.2.2.1工件的六点定位原理图2-8长方体完全定位时支承点的分布2.2工件定位2.2.2工件的定位2.2.2.1工件的六点定位原理图2-9圆盘完全定位时支承点的分布2.2工件定位2.2.2工件的定位2.2.2.2限制工件自由度与加工要求的关系图2-10限制自由度与加工要求的关系2.2工件定位2.2.2工件的定位2.2.2.2限制工件自由度与加工要求的关系图2-11工件在车床上的定位1．完全定位与不完全定位2.2工件定位2.2.2工件的定位2.2.2.2限制工件自由度与加工要求的关系图2-12长销和大端面定位2．欠定位与过定位2.2工件定位2.2.3工件的定位方法及定位元件2.2.3.1工件以平面定位图2-13支承钉1．支承钉2.2工件定位2.2.3工件的定位方法及定位元件2.2.3.1工件以平面定位图2-15各类自位支承结构1．支承钉2.2工件定位2.2.3工件的定位方法及定位元件2.2.3.1工件以平面定位图2-16辅助支承的应用2．支承板2.2工件定位2.2.3工件的定位方法及定位元件2.2.3.1工件以平面定位图2-17支承板2．支承板2.2工件定位2.2.3工件的定位方法及定位元件2.2.3.2工件以内孔定位图2-18圆柱定位销1．圆柱销2.2工件定位2.2.3工件的定位方法及定位元件2.2.3.2工件以内孔定位图2-19圆柱心轴1—引导部分；2—工作部分；3—传动部分2．圆柱心轴2.2工件定位2.2.3工件的定位方法及定位元件2.2.3.2工件以内孔定位图2-20圆锥销定位3．圆锥销2.2工件定位2.2.3工件的定位方法及定位元件2.2.3.2工件以内孔定位图2-21圆锥销组合定位4．小锥度心轴2.2工件定位2.2.4基准及其分类图2-26基准分析2.2.4.1设计基准2.2.4.2工艺基准2.2工件定位2.2.4基准及其分类1．定位基准2．工序基准3．测量基准4．装配基准2.2工件定位2.2.5定位误差2.2.5.1定位误差的概念及产生原因一批工件逐个在夹具上定位时，各个工件在夹具上所占据的位置不可能完全一致，以致加工后各工件的工序尺寸存在误差，这种因工件定位而产生的工序基准在工序尺寸方向上的最大变动量，称为定位误差，用ΔD表示。2.2工件定位2.2.5定位误差2.2.5.1定位误差的概念及产生原因1．基准不重合误差定位基准与设计基准不重合时所产生的加工误差，称为基准不重合误差。在工艺元件上，设计基准已转化为工序基准，设计尺寸已转化为工序尺寸，此时基准不重合误差就是定位基准与工序基准之间尺寸的公差，用ΔB表示。2.2工件定位2.2.5定位误差2.2.5.1定位误差的概念及产生原因2．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(或定位基准本身的位置变动量)称为基准位移误差，用表示。2.2工件定位2.2.5定位误差2.2.5.1定位误差的概念及产生原因2．基准位移误差(3)工件以V形块定位时的基准位移误差。(2)工件以圆孔在心轴上定位时的基准位移误差。(1)平面定位的基准位移误差。2.2工件定位2.2.5定位误差2.2.5.2定位误差的计算定位误差产生原因分析，无论是基准不重合误差，还是基准位移误差，皆是由定位引起的，因此统称为定位误差。定位误差是基准位移误差和基准不重合误差的综合结果。2.2工件定位2.2.5定位误差2.2.5.3定位误差的计算举例例2-1如图2-29所示，以A面定位加工20H8孔，求加工尺寸为(40±0.1)mm的定位误差。例2-2如图2-30所示零件，外圆及两端面已加工好(外圆直径)。现加工槽B，要求保证位置尺寸L和H，不考虑槽底面斜度对加工质量的影响。00.150D例2-3如图2-32所示齿轮坯，内孔及外圆已加工合格(mm，mm)。现在插床上以调整法加工键槽，要求保证尺寸mm。试计算图示定位方法的定位误差(忽略外圆与内孔同轴度误差)。0.025035D00.180d0.2038.5H2.2工件定位2.2.5定位误差2.2.5.3定位误差的计算举例例2-4如图2-33所示V形块的定位，工件以d1外圆定位，加工10H8孔。已知d1为mm，d2为mm，H=(40±0.15)mm，t=0.03mm。求加工尺寸(40±0.15)mm的定位误差。00.01300.0100.056552.3工件的夹紧2.3.1夹紧装置应具备的基本条件(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的位置稳定不变、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。2.3工件的夹紧2.3.2夹紧装置的组成(3)夹紧元件。(2)中间传力机构。(1)力源装置。2.3工件的夹紧2.3.2夹紧装置的组成图2-34夹紧装置组成示意图1—气缸；2—连杆；3—压板2.3工件的夹紧2.3.3夹紧力三要素确定2.3.3.1夹紧力方向的确定(1)夹紧力的作用方向应垂直于主要定位基准面。(3)夹紧力作用方向应使工件变形最小。(2)夹紧力作用方向应使所需夹紧力最小。2.3工件的夹紧2.3.3夹紧力三要素确定2.3.3.1夹紧力方向的确定图2-35夹紧力方向对镗孔垂直度的影响2.3工件的夹紧2.3.3夹紧力三要素确定2.3.3.1夹紧力方向的确定图2-36夹紧方向与夹紧力大小的关系2.3工件的夹紧2.3.3夹紧力三要素确定2.3.3.1夹紧力方向的确定图2-37夹紧力方向与工件刚性的关系2.3工件的夹紧2.3.3夹紧力三要素确定2.3.3.2夹紧力作用点的确定(1)夹紧力作用点应落在支承元件上或几个支承元件所形成的支承平面内。(2)夹紧力作用点应落在工件刚性好的部位上。(3)夹紧力作用点应尽可能靠近被加工表面，以减小切削力对工件造成的翻转力矩。2.3工件的夹紧2.3.3夹紧力三要素确定2.3.3.2夹紧力作用点的确定图2-38夹紧力作用点应在支承面内2.3工件的夹紧2.3.3夹紧力三要素确定2.3.3.2夹紧力作用点的确定图2-38夹紧力作用点应在支承面内2.3工件的夹紧2.3.3夹紧力三要素确定2.3.3.2夹紧力作用点的确定图2-40夹紧力作用点应靠近被加工表面2.3工件的夹紧2.3.3夹紧力三要素确定2.3.3.3夹紧力大小的确定夹紧力三要素的确定，是一个综合性问题，必须全面考虑工件的结构特点、工艺方法、定位元件的结构和布置等多种因素，才能最后确定并具体设计出较为理想的夹紧机构。2.3工件的夹紧2.3.4典型夹紧机构2.3.4.1楔块夹紧机构楔块夹紧机构具有以下工作特点(1)楔块的自锁性(2)楔块能改变夹紧作用力的方向(3)楔块具有增力作用(4)楔块夹紧行程小；(5)楔块结构简单2.3工件的夹紧2.3.4典型夹紧机构2.3.4.1楔块夹紧机构图2-41楔块夹紧钻模2.3工件的夹紧2.3.4典型夹紧机构2.3.4.1楔块夹紧机构图2-42双升角楔块2.3工件的夹紧2.3.4典型夹紧机构2.3.4.2螺旋夹紧机构螺旋夹紧机构具有以下工作特点(1)自锁性能好。(2)增力比大(i≈75)；(3)夹紧行程调节范围大；(4)夹紧动作慢，工件装卸费时。2.3工件的夹紧2.3.4典型夹紧机构2.3.4.2螺旋夹紧机构图2-43单螺旋夹紧机构1—螺杆；2—螺母；3—螺钉；4—压块2.3工件的夹紧2.3.4典型夹紧机构2.3.4.3偏心夹紧机构偏心夹紧机构的工作特点(1)偏心夹紧的自锁条件：D/e≥14。(2)增力比：i=12～13。2.3工件的夹紧2.3.4典型夹紧机构2.3.4.3偏心夹紧机构图2-44偏心夹紧及其偏心轮展开图2.3工件的夹紧2.3.4典型夹紧机构2.3.4.4联动夹紧机构联动夹紧机构是操作一个手柄或用一个动力装置在几个夹紧位置上同时夹紧一个工件(单件多位夹紧)或夹紧几个工件(多件多位夹紧)的夹紧机构。2.3工件的夹紧2.3.4典型夹紧机构2.3.4.4联动夹紧机构(1)必须设置浮动环节，以补偿同批工件尺寸偏差的变化，保证同时且均匀地夹紧工件；(2)联动夹紧一般要求有较大的总夹紧力，故机构要有足够刚度，防止夹紧变形；(3)工件定位和夹紧联动时，应保证夹紧时不破坏工件在定位时所取得的位置。2.3工件的夹紧2.3.4典型夹紧机构2.3.4.5定心夹紧机构按定位—夹紧元件等速移动原理来实现定心夹紧的，三爪自定心卡盘就是典型实例；按定位—夹紧元件均匀弹性变形原理来实现定心夹紧的机构，如弹簧夹筒、膜片卡盘、液性塑料等。定心夹紧机构按其工作原理习题一、简答题1．何谓“六点定位原理”？在应用“六点定位原理”分析工件的定位时，应注意哪几点？2．工件定位有几种情况？它们是如何定义的？有哪几种情况是不允许采用的？3．支承钉有哪几种结构？分别在什么情况下采用？4．工件以圆柱孔定位时有哪几种定位元件？各自特点是什么？5．“一面两孔”定位采用的元件有哪些？它有什么特点？6．工件的定位与夹紧的区别是什么？7．确定夹紧力的作用方向和着力点应遵循哪些原则？8．确定工件在夹具中应限制自由度数目的依据是什么？：习题一、简答题9．什么是欠定位？为什么不能采用欠定位？什么是过定位？10．什么是辅助支承？使用时应注意什么问题？11．工件以平面作定位基准时，常用支承类型有哪些？各起什么作用？：习题二、分析题1．试分析图2-45中的定位元件分别限制了哪些自由度？是否合理？如何改进？：图2-45题1图习题二、分析题2．如图2-46所示工件，加工工件上Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ三个小孔，分别计算三种定位方案的定位误差并说明哪个定位方案好。V形块