1、第3章 数控加工中工件的定位与装夹,第3章 数控加工中工件的定位与装夹,3.1工件在机床上的定位,3.2 定位误差分析与计算,3.3 工件的夹紧,1,3,2,本章主要内容,4,3.4 数控机床夹具,3.3工件的夹紧,一、“夹紧”引入1)零件生产基本过程【设计、工艺、加工:工件安装:定位】2)夹紧(压紧夹牢,不产生移动或震动)二、夹紧装置1、概念2、组成3、基本要求4、夹紧力确定,1)定位元件: 定位销22)夹紧装置: 螺母4、开口垫圈33)夹具体: 6,1、概念(压紧夹牢工件的机构),加工产品,力源装置,中间传力机构,夹紧元件,2夹紧装置的组成,2夹紧装置的组成(1)力源装置 (2)传力机构(
2、3)夹紧元件,3.3.2夹紧装置的组成和基本要求,图3.2 夹紧装置的组成l气缸;2斜楔;3滚子;4压板;5工件,3.3.2 夹紧装置的组成和基本要求,请分析夹紧装置的组成,图3-50 液压夹紧的铣床夹具1压板2铰链臂 3活塞杆4液压缸5活塞,3.3.2 夹紧装置的组成和基本要求,请分析夹紧装置的组成,2对夹紧装置的基本要求夹得稳(保持稳定定位)夹得牢(合适力,过大变形、损伤,过小移动、震动;自锁性)夹得快,3.3.2 夹紧装置的组成和基本要求,4夹紧力确定力的三要素:夹紧力的方向、作用点和大小。1)夹紧力方向的确定(1)不破坏定位准确性,朝向主要定位基准。,3.3.3 夹紧力确定的基本原则,
3、(1)不破坏定位准确性,朝向主要定位基准,主要夹紧力方向应垂直于主要定位面,3.3.3 夹紧力确定的基本原则,(1)不破坏定位准确性,朝向主要定位基准,主要夹紧力方向应垂直于主要定位面,3.3.3 夹紧力确定的基本原则,(2)夹紧力的方向应是工件夹紧变形尽量少,改进,3.3.3 夹紧力确定的基本原则,(2)夹紧力的方向应是工件夹紧变形尽量少,3.3.3 夹紧力确定的基本原则,图3-52 夹紧力的方向应有助于定位,(3)夹紧力的方向有助于定位,3.3.3 夹紧力确定的基本原则,(4)夹紧力的方向应有使所需的夹紧力尽可能少,3.3.3 夹紧力确定的基本原则,(4)夹紧力的方向应有使所需的夹紧力尽可
4、能少,2)夹紧力作用点的确定(1)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,图2.8 夹紧力作用点的位置不正确,3.3.3 夹紧力确定的基本原则,图2.8 夹紧力作用点的位置不正确,3.3.3 夹紧力确定的基本原则,图3-55 夹紧力作用点应在支承面内,3.3.3 夹紧力确定的基本原则,改进,(2)夹具力的作用点应位于工件刚性较好的部位,3.3.3 夹紧力确定的基本原则,图2.9 作用点应在工件刚度高的部位,3.3.3 夹紧力确定的基本原则,(3)夹具力的作用点应尽量靠近加工处,图2.10 作用点应靠近工件加工部位,3.3.3 夹紧力确定的基本原则,(3)夹具力的作
5、用点应尽量靠近加工处,(3)夹具力的作用点应尽量靠近加工处,图2.10 作用点应靠近工件加工部位,3.3.3 夹紧力确定的基本原则,图3-57 增设辅助支承和辅助夹紧力1一工件 2一辅助支承 3一铣刀,3.3.3 夹紧力确定的基本原则,3)夹紧力的大小 对工件的夹紧力过大,会引起工件变形,夹紧力过小,会造成夹不牢工件,由此可见,必须对工件施加大小适当的夹紧力。,3.3.3 夹紧力确定的基本原则,1斜楔夹紧机构2螺旋夹紧机构3偏心夹紧4定心夹紧机构5联动夹紧机构,3.3.4 典型夹紧机构,1、斜楔夹紧机构,3.3.4 典型夹紧机构,图3-58 斜楔夹紧原理,3.3.4 典型夹紧机构,1、斜楔夹紧
6、机构,斜楔夹紧机构特点 自锁性 增力性(要增大夹紧力,就要减小斜楔的升角) 斜楔材料:20#或20Cr,渗碳0.8 1.2mm , HRC:5662,Ra为1.6m; 45#、HRC42-46类型:斜楔斜楔与滑柱合成端面斜楔压板组合,3.3.4 典型夹紧机构,斜楔夹紧机构1一夹具体 2一斜楔 3一工件,斜楔夹紧机构类型,3.3.4 典型夹紧机构,直接采用斜楔夹紧自锁条件: 斜楔的升角小于斜楔与工件、斜楔与夹具体之间的摩擦角之和斜楔的升角: 手动夹紧机构一般取=68 气压或液压装置驱动的斜楔取 =1530,(不需要自锁),3.3.4 典型夹紧机构,2、螺旋夹紧机构 采用螺杆作中间传力元件的夹紧机
7、构统称为螺旋夹紧机构。 由螺柱、螺母、垫圈、压板等元件组成特点:结构简单、夹紧可靠、通用性 螺旋升角小,自锁性能好 夹紧力和夹紧行程都较大,3.3.4 典型夹紧机构,图2.25 螺杆的受力示意图,螺旋夹紧是斜楔夹紧的一种变型,螺杆实际上是绕在圆柱表面上的斜楔,,3.3.4 典型夹紧机构,图2.22 单个螺旋夹紧机构1螺钉、螺杆;2螺母套;3摆动压块;4工件;5球面带肩螺母;6球面垫圈,3.3.4 典型夹紧机构,图2.23头部装摆动压块,3.3.4 典型夹紧机构,虎钳:常用于装夹定位表面是平面的工件,属于铣床类机床夹具。,三爪中实气动卡盘,螺旋压板夹紧机构,图3-61 螺旋压板夹紧机构,3.3.
8、4 典型夹紧机构,3、偏心夹紧机构,图3-62 圆偏心夹紧及其圆偏心展开图(a) 偏心轮夹紧 (b) 圆偏心展开图,3.3.4 典型夹紧机构,3、偏心夹紧机构,由基圆和二个弧形楔组成,靠弧形楔楔入基圆盘与工件之间夹紧工件,圆偏心轮实际上是一斜楔的变型,图3-63 偏心夹紧机构,3.3.4 典型夹紧机构,常见偏心轮夹紧机构,偏心轮夹紧机构特点1、快夹紧动作迅速,使用方便;2、小增力比和夹紧行程较小;3、差结构抗振性能差;4、 自锁可靠性差。 适用于所需夹紧行程、切削负荷小、工件不大的手动夹紧夹具,如钻床夹具,图3-64 螺旋式定心夹紧机构1、5滑座 2、4V形块钳口 3调节杆 6双向螺杆,3.3
9、.4 典型夹紧机构,4、定心夹紧机构,图3-24弹簧夹头的结构,定心夹紧机构,图3-67 弹性夹头和弹性心轴1夹具体 2弹性筒夹 3锥套 4螺母 5心轴,3.3.4 典型夹紧机构,定心夹紧机构,单件联动夹紧机构单件同向联动夹紧。图3-68所示单件对向联动夹紧。图3-69所示互垂力或斜交力的联动夹紧。图3-70a所示多件联动夹紧机构平行式多件联动夹紧对向式多件联动夹紧复合式多件联动夹紧,3.3.4 典型夹紧机构,5、联动夹紧机构,图3-68 单件同向多点联动夹紧机构1、3定向压杆 2浮动块 4工件,图3-69 单件对向多点联动夹紧机构1工件 2一浮动压板 3一活塞杆,3.3.4 典型夹紧机构,图
10、3-70 互垂力、斜交力的多点联动夹紧机构1、3一摆动压块 2一摇臂 4一螺母,3.3.4 典型夹紧机构,图3-71 平行式多件联动夹紧机构1工件 2压板 3摆动压块 4球面垫圈 5螺母 6垫圈 7柱塞 8液性介质,3.3.4 典型夹紧机构,图3-72 对向式多件联动夹紧机构1、4压板 2键 3工件 5拉杆 6偏心轮,3.3.4 典型夹紧机构,图3-73 复合式多件联动夹紧机构1、4压板 2工件 3摆动压块,3.3.4 典型夹紧机构,3.4 数控机床夹具,3.4.1机床夹具概述3.4.2数控车床夹具3.4.3数控铣床夹具3.4.4拼装夹具3.4.5柔性夹具,1机床夹具的组成和功用2机床夹具的分
11、类3数控机床夹具的特点,机床夹具的组成定位支承元件夹紧装置连接定向元件对刀元件或导向元件其他装置或元件夹具体机床夹具的功用保证加工精度提高劳动生产率扩大机床工艺范围降低生产成本改善工人的劳动条件,图3-75 液压铣键槽夹具1夹具体 2液压缸 3压板 4对刀块5V形块 6圆柱销 7定向键 8铣床工作台,按夹具的通用特性分类通用夹具。专用夹具如图3-76所示可调夹具组合夹具(柔性夹具)拼装夹具。自动线夹具按夹具使用的机床分类车床夹具、铣床夹具、钻床夹具、镗床夹具、磨床夹具、齿轮机床夹具等。按夹具动力源来分类手动夹具和机动夹具机动夹具有气动夹具、液压夹具、气液夹具、电动夹具、电磁夹具、真空夹具和离心
12、力夹具等。,图3-76 专用夹具的组成及各部分与工艺系统的相互联系,夹具柔性化。夹具结构简单化。快速装夹工件夹具整体应有足够的刚度夹具与刀具不干涉夹具结构方便排屑夹紧力可调整。夹具与机床的坐标关系要明确,1三爪卡盘如图3-77所示2液压动力卡盘图3-78为液压动力卡盘结构图3气动卡盘图3-79所示,图3-77 三爪卡盘的结构,图3-78液压自动卡盘1卡盘体2滑体3卡爪4联接螺钉5T形块6滑座7拉钉8活塞 9联接端盖10缸体11引油导套12、13进出油口,图3-79 衬套式气动卡盘1卡盘;2过渡盘;3主轴;4拉杆;5连接盘;6回转汽缸;7活塞;8导气接头;9浮动盘;10卡爪,1机用平口虎钳如图3
13、-80所示2铣床卡盘图3-81所示3专用铣床夹具图3-82所示,图3-80机用平口虎钳的结构1钳体2固定钳口3、4钳口铁5活动钳口6丝杆7螺母8活动座9方头 10压板11紧固螺钉12回转底盘 13钳座零线14定位键,万向平口钳,三爪卡盘,四爪卡盘,图3-81 三爪超薄型铣床卡盘,图3-81 三爪超薄型铣床卡盘,回转工作台,分度头,1按夹具的通用化程度分: 通用夹具:指结构、尺寸已经标准化、系列化,且有较大适用范围的夹具。,图3-1 专用夹具钻模,专用机床夹具:针对某一工件的某道工序专门设计制造的夹具。,图7-11 钻6H9径向孔的钻床夹具1快换钻套 2衬套 3钻模板 4开口垫圈5螺母 6定位销
14、 7夹具体,钻床专用夹具,图3-2 组合夹具,1加筋角铁(2) 2槽用螺栓(6) 3平键(10) 4方形支承 5定位支承 6方形支承 7平垫圈 8六角螺母(8) 9 槽用螺栓 10钻套螺钉 11快换钻套 12钻模板 13圆形定位销 14工件 15方形支承 16角铁 17压紧螺钉 18基础板,组合夹具:用一套预先制造好的标准元件和合件组装而成的夹具。,槽类组合夹具,实例一,实例二,实例三,组合夹具,图3-2 槽系组合夹具,新型数控夹具与组合夹具,新型数控夹具体,组合夹具夹具体元件,夹具体元件,组合夹具,孔系组合夹具,图3-82 心轴体对称槽专用铣床夹具1定位销;2定位环;3浮动定位套;4钢球;5
15、齿轮轴;6油缸;7手柄8拉杆;9钩形压板;10圆销;11支承板;,1拼装夹具及其典型结构图3-83为典型的拼装夹具2拼装夹具的元件与合件(1)基础元件与合件图3-84(a)所示为普通矩形平台图3-84(b)为液压圆形平台(2)定位元件与合件图3-85所示为定位支承板图3-88 手动可调夹紧压板(3)夹紧元件和合件图3-88所示为手动可调夹紧压板图3-89所示为机动可凋组合钳口图3-90所示为液压组合压板(4)回转过渡花盘如图3-91所示,图3-83 镗箱体孔的拼装夹具1、2定位孔;3定位销钉;4数控机床工作台;5液压基础平台;6工件;7通油孔;8液压缸;9活塞;10定位键;l 1螺旋压板;13
16、压板;12拉杆,图3-84 基础元件与合件1T形槽;2定位销孔;3紧固螺纹孔;4连接孔;5高强度耐磨衬套;6防尘罩;7可卸法兰盘;8耳座;9安装平台;10液压缸;11通油孔,图3-85 定位支承板,图3-86 可调定位支承,图3-87 可调V形块合件1圆柱销;2菱形销;3左、右螺纹螺杆;4、5左、右活动V形块;6工件,图3-88 手动可调夹紧压板,图3-89 机动可调组合钳口1推杆;2定位销;3活动钳口;4调整块;5杠杆;6定位槽,图3-90 液压组合压板,图3-91 回转过渡花盘,1柔性夹具的分类2传统柔性夹具的结构3新型柔性夹具的工作原理,(1)传统柔性夹具可调夹具成组夹具组合夹具(2)
17、新型柔性夹具相变和伪相变材料式柔性夹具自适应性夹具模块化程序控制式夹具,(1)组合夹具的典型结构槽系组合夹具如图3-92所示孔系组合夹具如图3-93所示(2)可调夹具的典型结构如图3-94所示,组合夹具,图3-2 槽系组合夹具,组合夹具,新型数控夹具体,组合夹具夹具体元件,夹具体元件,组合夹具,孔系组合夹具,图3-93 孔系组合夹具5钻模板;6转角垫板;7空心支承1基础件;2支承定位件;3压板;4工件,图3-94 轴向凸轮可调压板式夹具6可调压板;7支块;8固定凸轮;9活动凸轮1工作台;2工件;3滑块;4轴销螺母;5螺杆,(1)温度相变材料柔性夹具的工作原理如图3-95所示如图3-96所示(2
18、) 伪相变材料柔性夹具的工作原理,图3-95 半导体制冷夹具原理图5N, P型半导体;6散热器;7直流电源1绝热套;2相变材料;3冷板;4工件,图3-96 伪相变材料流化床夹具5液压压板;6筋板;7进气口;8过滤器1加强钢板;2容器壁;3工件;4伪相变材料,Thank You!,图7-10 装配基准1齿轮 2轴 3轴承 4螺钉 5隔圈,工艺基准装配基准,实际生产中,满足Fw 、F及G同向的夹紧机构并不多,故在机床夹具设计时要根据各种因素辩证分析、恰当处理。,图2.6所示为最不理想的状况,夹紧力Fw比(F+G)大很多,但由于工件小、重量轻,钻小孔时切削力也小,因而此种结构仍是实用的。,图2.6
19、夹紧力与切削力、重力反向的钻模,3.3.3 夹紧力确定的基本原则,钻径向孔的零件工序图,讨论:分析以下夹具的组成及作用,三爪卡盘,四爪卡盘,万向平口钳,回转工作台,分度头,图2-43 通用夹具,1按夹具的通用化程度分: 通用夹具:指结构、尺寸已经标准化、系列化,且有较大适用范围的夹具。,图3-1 专用夹具钻模,专用机床夹具:针对某一工件的某道工序专门设计制造的夹具。,图3-2 组合夹具,1加筋角铁(2) 2槽用螺栓(6) 3平键(10) 4方形支承 5定位支承 6方形支承 7平垫圈 8六角螺母(8) 9 槽用螺栓 10钻套螺钉 11快换钻套 12钻模板 13圆形定位销 14工件 15方形支承
20、16角铁 17压紧螺钉 18基础板,组合夹具:用一套预先制造好的标准元件和合件组装而成的夹具。,成组夹具,第四节 定位和夹紧装置设计示例,在工件拨叉上铣1611槽。根据工艺规程,这是最后一道机加工工序。其加工要求有:,例1,槽宽1611由铣刀保证; 槽深; 槽侧面对257孔轴线的 垂直度公差为0.08; 孔轴线与面平行,且保 持距离110.2; 槽底与面平行.,图3-57 拨叉图,第四节 定位和夹紧装置设计示例,. 定位方案分析,确定要限制的自由度 选择定位基面和定位元件。,从加工要求考虑,铣 通槽只需限制五个自由度(可不必限制),但为了承受切削力,简化定位装置结构,仍采取完全定位方案。,图-
21、58 拨叉定位方案分析,分析:,方案1,方案2,方案3,第四节 定位和夹紧装置设计示例,比较: 方案3好,假如在面处设置防转销时,离25孔轴线距离太近,尺寸公差又较大,故防转效果差,定位精度低。,按加工要求,还必须限制。,若将挡销设置在P位置时,由于此处离孔轴线较远,因而防转效果好,定位精度较高,且能承受切削力所引起的转矩。,图-59 防转挡销的位置,第四节 定位和夹紧装置设计示例,本工序的定位误差只需计算槽侧面与面的距离(110.2)及槽侧面与25 孔轴线的垂直度要求即可。,. 定位误差的分析,()对尺寸(110.2)的定位误差,()槽侧面与25孔轴线的垂直度的定位误差,y0.01,图-60
22、 铣拨叉槽时的定位误差,第四节 定位和夹紧装置设计示例,. 夹紧方案分析,必须首先对窄长支承板施加夹紧力,然后才能固定辅助支承。,分析1:由于支承板离加工表面较远,拨叉夹紧方案分析时的切削力又大,故需在靠近加工表面处再增加一个夹紧力.,分析2:但由于工件该部位的刚性差,夹紧变形大;若改用螺母与开口垫圈夹压在25孔的左端面,拨叉此处的刚性好,且夹紧力更靠近加工表面.,图-61 拨叉夹紧方案分析,第四节 定位和夹紧装置设计示例,结论:拨叉铣槽的装夹方案应如图-62所示。装夹时,先将拨叉放在定位元件、上,再拧紧钩形压板,然后使辅助支承接触工件后拧紧螺钉,最后插上开口垫圈和拧紧螺母。,图-62 拨叉的
23、装夹方案,钩形压板螺母开口垫圈长圆柱销辅助支承螺钉窄长支承板防转挡销夹具体,. 夹紧方案分析,复习思考题,夹紧装置一般由哪些部分组成?它们的作用是什么?对夹紧装置的基本要求有哪些?不良的夹紧装置将会产生什么后 果?工件在夹具中夹紧的目的是什么?夹紧与定位有何区别?选择夹紧力的方向和着力点应注意哪些原则?用简图举出几个夹 紧力方向和着力点不恰当的例子,说明其可能产生的后果。试分析图中各夹紧力的方向和着力点是否合理, 为什么?如何改进?工件在夹具中被夹紧时,会产生哪些变形?这些变形会造成工件 增加哪些加工误差?如何减少这些误差?斜楔夹紧机构必须解决哪三个问题?怎样解决这些问题?表3-6所示螺旋压板三种施力方式中,若改成不等臂 杠杆时,试推导其夹紧力的计算公式。圆偏心夹紧机构使用在哪些场合?10圆偏心轮有什么重要特性?设计圆偏心轮时,如何选择工作段? 其自锁条件是什么?,