1、第二章 工件在数控机床上的装夹,第一节 机床夹具概述,定位,夹紧,使工件相对于机床及刀具处于正确的位置,工件定位后，将工件紧固，使工件在加工过程中不发生位置变化,找正安装,专用夹具安装,工件安装的内容,安装的方法,在机械加工过程中，为了保证加工精度，固定工件，使之占有确定位置以接受加工或检测的工艺装备统称为机床夹具，简称夹具。,一、机床夹具的分类 1、按专门化程度分类 （1）通用夹具通用夹具是指已经标准化、无需调整或稍加调整就可用于装夹不同工件的夹具。如三爪自定心卡盘和四爪单动卡盘、平口钳、回转工作台、分度头等。这类夹具主要用于单件、小批量生产。 （2）专用夹具专为某一工件的一定工序加工而设计
2、制造的夹具。结构紧凑，操作方便，主要用于产品固定的大批大量生产中。,（3）可调夹具可调夹具是指加工完一种工件后，通过调整或更换个别元件就可加工形状相似、尺寸相近的工件。多用于中小批量生产。 （4）组合夹具组合夹具是指按一定的工艺要求，由一套预先制造好的通用标准元件和部件组合而成的夹具。这种夹具使用完后，可进行拆卸或重新组装夹具，具有缩短生产周期，减少专用夹具的品种和数量的优点。适用于新产品的试制及多品种、小批量的生产。 （5）随行夹具随行夹具是在自动线加工中针对某一种工件而采用的一种夹具。除了具有一般夹具所担负的装夹工件的任务外，还担负着沿自动线输送工件的任务。,正弦平口钳，通过钳身上的孔及滑
3、槽来改变角度，可用于斜面零件的装夹,平口钳可选附件,孔系组合夹具,孔系组合夹具应用实例,孔系组合夹具应用实例,孔系组合夹具应用实例,孔系组合夹具应用实例,槽系组合夹具,夹具的分类,手动 夹 具,气动 夹 具,液 压 夹 具,气 液 增 压 夹 具,电 动 夹 具,磁 力 夹 具,真 空 夹 具,离 心 力 夹 具,其它,按动力源分类,夹具的分类,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,其 它 机 床 夹 具,按使用机床分类,二、机床夹具的组成,1夹具体 2压板 3、7螺母 4、5垫圈 6螺栓 8弹簧 9定位键 10菱形销 11圆柱销,
4、第二节 工件的定位,“六点定位原理” 应注意： (1) 定位支承点限制工件自由度的作用，应理解为定位支承点与工件定位基准面始终保持紧贴接触。 (2) 一个定位支承点仅限制一个自由度，一个工件仅有六个自由度，所设置的定位支承点数目，原则上不应超过六个。 (3) 分析定位支承点的定位作用时，不考虑力的影响,2、限制工件自由度与加工要求的关系根据工件加工表面的不同加工要求，有些自由度对加工要求有影响，有些自由度对加工要求无影响。工件定位时，影响加工要求的自由度必须限制，不影响加工要求的自由度不必限制。,完全定位,工件在夹具中的定位,不完全定位：Z轴旋转未限制,工件在夹具中的定位,a),b),不完全定
5、位： Z轴旋转未限制,Z,工件在夹具中的定位,不完全定位： a图：完全自由 b、c、d图：可以沿Y轴方向移动，e图：可以沿x、Y轴方向移动，绕Z轴旋转,工件在夹具中的定位,第三节 定位基准的选择,一、基准及其分类零件图、实际零件或工艺文件上用来确定某个点、线，面的位置所依据的点、线、面，称为基准。根据基准功用不同，分为设计基准和工艺基准。,1、设计基准 设计图样上所采用的基准，称为设计基准。,2 工艺基准在工艺过程中所采用的基准，称为工艺基准。它包括： （1）装配基准装配时用以确定零件在部件或产品中的相对位置所采用的基准。 （2）测量基准测量时所采用的基准。 （3）工序基准在工序图上用来确定本
6、工序所加工表面加工后的尺寸、形状、位置的基准。 （4）定位基准在加工中确定工件的位里所采用的基准。,作为基准的点、线、面有时在工件上并不一定实际存在（如孔和轴的轴心线，两平面之间的对称中心面等），在定位时是通过有关具体表面体现的，这些表面称为定位基面。工件以回转表面（如孔、外国）定位时，回转表面的轴心线是定位基准，而回转表面就是定位基面。工件以平面定位时，其定位基准与定位基面一致。,二、定位基准的选择,定位基准有粗基准和精基准两种。用未机加工过的毛坯表面作为定位基准的称为粗基准；用已机加工过的表面作为定位基准的称为精基准。,1、粗基准的选择粗基准的选择是否合理，直接影响到各加工表面加工余量的分
7、配，以及加工表面和不加工表面的相互位置关系。因此，必须合理选择。,1）为保证不加工表面与加工表面之间的位置要求，应选择不加工表面为粗基准。,如图所示，以不加工的外圆表面作粗基准，可以保证内孔加工后壁厚均匀。同时，还可以在一次安装中加工出大部分要加工表面。,2）为保证重要加工面的余量均匀，应选择重要加工面为粗基准。车床床身加工时，为保证导轨面有均匀一致的金相组织和较高的耐磨性，应使其加工余量小而均匀。因此，应选择导轨面为粗基准，先加工与床腿的连接面，如图所示。然后，再以连接面为精基准，加工导轨面。这样即可保证导轨面被切去的余量小而均匀。,3）为保证各加工表面都有足够的加工余量，应选择毛坯余量最小
8、的面为粗基准。如图所示阶梯轴，毛坯锻造时两外圆有5mm的偏心，应选择58mm的外圆表面作粗基准，因其加工余量较小。如果选114mm外圆为粗基准加工58mm外圆时，则加工后的50mm的外圆，因一侧余量不足而使工件报废。,4）粗基准比较粗糙且精度低，一般在同一尺寸方向上不应重复使用。否则，因重复使用所产生的定位误差，会引起相应加工表面间出现较大的位里误差。,如图所示的小轴，如果重复使用毛坯面 B定位加工表面A 和 C，则会使加工面A 和 C产生较大的同轴度误差。,5 ）作为粗基准的表面，应尽量平整，没有浇口、冒口或飞边等其它表面缺陷，以便使工件定位可靠，夹紧方便。,2、精基准的选择除第一道工序采用
9、粗基准外，其余工序都应使用精基准。选择精基准主要考虑如何减少加工误差、保证加工精度、使工件装夹方便，并使零件的制造较为经济、容易。具体选择时可遵循下列原则： （1）基准重合原则选择加工表面的设计基准作为定位基准，称为基准重合原则。采用基准重合原则可以避免由定位基准与设计基准不重合而引起的定位误差。,如果按图所示，用面 2 定位，遵循基准重合原则，则能直接保证设计尺寸 A 的精度。由此可知，定位基准应尽量与设计基准重合，否则会因基准不重合产生定位误差，有时甚至因此造成零件尺寸超差而报废。,定位基准应尽量与设计基准重合，否则会因基准不重合产生定位误差，有时甚至因此造成零件尺寸超差而报废。应用基准重
10、合原则时，应注意具体条件。定位过程中产生的基准不重合误差，是在用夹具装夹、调整法加工一批工件时产生的。所谓调整法，是在预先调整好刀具与机床的相对位置，并在一批零件的加工过程中保持这种相对位置的加工方法。与之相对应的是试切法加工，即试切测量调整再试切，循环反复直到零件达到尺寸要求为止。试切法适用于单件小批生产下的逐个零件加工。,（2）基准统一原则当工件以某一组精基准可以比较方便地加工其它各表面时，应尽可能在多数工序中采用此同一组精基准定位，这就是基准统一原则。采用基准统一原则可以避免基准变换所产生的误差，提高各加工表面之间的位置精度，同时简化夹具的设计和制造工作量。,典型的基准统一原则是轴类零件
11、、盘类零件和箱体类零件。轴的精基准为轴两端的中心孔，齿轮是典型的盘类零件，常以中心孔及一个端面为精加工基准，而箱体类常以一个平面及平面上的两个定位用工艺孔为精基准。,（3）自为基准原则当某些精加工表面要求加工余量小而均匀时，可选择该加工表面本身作为定位基准，以搞高加工面本身的精度和表面质量。,（4）互为基准原则为使各加工表面之间有较高的位置精度，又为了使其加工余量小而均匀，可采用两个表面互为基准反复加工，称为互为基准原则。能够提高重要表面间的相互位置精度，或使加工余量小而均匀。,选择精基准时，还应考虑所选精基准能使工件定位准确、稳定，装夹方便，进而使夹具结构简单、操作方便。,3、辅助基准的选择
12、有些零件的加工，为了装夹方便或易于实现基准统，人为地造成一种定位基准，称为辅助基准。例如，轴类零件加工所用的两个中心孔、图 2-14 所示零件的两个工艺孔等。作为辅助基准的表面不是零件的工作表面，在零件的工作中不起任何作用，识是由于工艺上的需要才作出的。所以，有些可在加工完毕后从零件上切除。,下达任务：,车床进刀轴架,第一道工序划线。当毛坯误差较大时，采用划线的方法能同时兼顾到几个不加工面对加工面的位置要求。选择不加工面R22外圆和R15外圆为粗基准，同时兼顾不加工的上平面与底面距离18的要求，划出底面和凸台的加工线。 第二道工序按划线找正，刨底面和凸台。 第三道工序粗精镗32H7孔。加工要求
13、为尺寸320.1、60.1及凸台侧面K的平行度0.03。根据基准重合的原则选择底面和凸台为定位基准，底面限制三个自由度，凸台限制两个自由度，无基准不重合误差。,任务实施：,第四道工序钻、扩、铰16H9孔。除孔本身的精度要求外，本工序应保证的位置要求为尺寸40.1、510.1及两孔的平行度要求0.02。根据精基准选择原则，可以有三种不同的方案： (1)底面限制三个自由度，K面限制两个自由度 (2)32H7孔限制四个自由度，底面限制一个自由度 (3)底面限制三个自由度，32H7孔限制两个自由度 此方案可将工件套在一个长的菱形销上来实现，对于三个设计要求均为基准重合，唯32H7孔对于底面的平行度误差
14、将会影响两孔在垂直平面内的平行度，应当在镗32H7孔时加以限制。,第四节 常见定位方式及定位元件,工件的定位是通过工件上的定位表面与夹具上的定位元件的配合或接触实现的。定位表面形状不同，所用定位元件种类也不同。,第五节 定位误差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，以致使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D表示。,一、定位误理产生的原因 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。在工艺文件上，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
15、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B表示。 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Y表示。,如图所示键槽，其中工序尺寸 A 是由工件相对刀具的位置决定的。,A,工件以内孔在圆柱心轴上定位。由于工件内孔直径和定位心轴的制造误差和最小配合间隙，使定位基准（工件内孔轴心线）与定位心轴轴心线不重合，在工序尺寸A方向上产生位移，给工序尺寸A造成误差，这个误差就是基准位移误差。,Y=AmaxAmin,Amax最大工序尺寸； Amin最小工序尺寸；,二、定位误差的计算方法定位误差是由基准不重合误差与基准位移误差两项
16、组合而成。计算时，先分别算出B和Y ，然后再根据不同情况分别按照下述方法进行合成，从而求得定位误差 D 。 1）工序基准不在定位基面上，D=Y B。 2）工序基准在定位基面上， D=|Y+B|,“”、“”的确定可按如下原则判断：当由于基准不重合和基准位移分别引起工序尺寸作相同方向变化（即同时增大或同时减小）时，取“十”号；而当引起工序尺寸彼此向相反方向变化时，取“一”号。,三、常见定位方式的定位误差 1、工件以圆柱面配合定位的基准位移误差 （1）定位副固定单边接触，当心轴水平放置时，工件在自重作用下与心轴固定单边接触，此时,TD工件定位孔直径公差；Td 定位心轴直径公差； Xmin定位孔与定位
17、心轴间的最小配合间隙。,（2）定位副任意边接触，当心轴垂直放置时，工件与心轴任意边接触；,TD工件定位孔直径公差；Td 定位心轴直径公差；Xmin定位孔与定位心轴间的最小配合间隙。,2、工件以外画在 v 形块上定位的定位误差工件以外圆在 V 形块上定位，定位基准是工件外回轴心线，因工件外圆柱面直径有制造误差，由此产生的工件在竖直方向上的基准位移误差为：,1）当工序尺寸标为h1时，因基准重合， B=0，所以,2 ）当工序尺寸标为h2时，工序基准为外圆柱面下母线，与定位基准不重合， 由于工序基准在定位基面上，因此符号确定：当定位基面直径由大变小时，定位基准朝下运动，使h2变大；当定位基面直径由大变
18、小时，假定定位基准不动，工序基准相对于定位基准向上运动，使h2变小。两者变动方向相反，故有,3）当工序尺寸标为 h3 时，工序基准为外圆柱面上母线，基准不重合误差仍为当定位基面直径由大变小时， B 和Y都使 h3 变小，故有,3、工件以一面两孔组合定位的基准位移误差 （1）移动的基准位移误差该误差可按定位销垂直放置时计算，一般取决于第一定位副的最大配合间隙，即,圆柱销与定位孔的最大配合间隙；,图柱销直径公差；,与圆柱销配合的定位孔的直径公差；,圆柱销与定位孔的最小配合间隙。,（2）转动的基准位移误差（转角误差）转角误差取决于两定位孔与定位销的最大配合间隙X1min和X2max、中心距 L 以及
19、工件的偏转方向。当两孔偏转于两销同一侧时，其单边转角误差,当两孔偏转于两销异侧时，其单边转角误差,第六节 工件的夹紧,加工过程中，为保证工件定位时确定的正确位置，防止工件在切削力、离心力、惯性力、重力等作用下产生位移和振动，须将工件夹紧。这种保证加工精度和安全生产的装置，称为夹紧装置。,一、对夹紧装置的基本要求 1）夹紧过程中，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，又要使工件不产生过大的夹紧变形。 3）操作方便、省力、安全。 4）夹紧装置的自动化程度及复杂程度应与工件的产里和批量相适应。,二、央紧力方向和作用点的选择 1）夹紧
20、力应朝向主要定位基准。,被加工孔与左端面有垂直度要求，因此，要求夹紧力 FJ 朝向定位元件 A 面。如果夹紧力改朝 B 面，由于工件左端面与底面的夹角误差，夹紧时将破坏工件的定位，影响孔与左端面的垂直度要求。,夹紧力 FJ 朝向 v 形块，使工件的装夹稳定可靠。但是，如果改为朝向 B 面，则夹紧时工件有可能会离开 V 形块的工作面而破坏工件的定位。,2）夹紧力方向应有利于减小夹紧力。,当夹紧力 FJ 与切削力 F 、工件重力W同方向时，加工过程所需的夹紧力可最小。,3）夹紧力的作用点应选在工件刚性较好的方向和部位。这一原则对刚性差的工件特别重要。,薄壁套的轴向刚性比径向好，用卡爪径向夹紧时工件
21、变形大，若沿轴向施加夹紧力，变形就会小得多。,夹紧薄壁箱体时，夹紧力不应作用在箱体的顶面，而应作用于刚性较好的凸边上。,箱体没有凸边时，那样，将单点夹紧改为三点夹紧，以减少工件的夹紧变形。,4）夹紧力作用点应尽量靠近工件加工面。,在拨叉上铣槽。由于主要夹紧力的作用点距加工表面较远，故在靠近加工面的地方设置了辅助支承增加了夹紧力FJ。这样提高了工件的装夹刚性，减少了加工过程中的振动。,5）夹紧力作用线应落在定位支承范围内。,夹紧力作用线落在定位元件支承范围之外，夹紧时将破坏工件的定位，因而是错误的。,三、典型夹紧机构1、斜楔夹紧机构采用斜楔作为传力元件或夹紧元件的夹紧机构称为斜楔夹紧机构。,敲入
22、斜楔1，迫使滑柱2下降，装在滑柱上的浮动压板 3 即可同时夹紧两个工件 4 。加工完毕后，锤击斜楔 1 的小头，松开工件。,由于用斜楔直接夹紧工件的夹紧力较小，且操作费时，所以实际生产中多与其它机构联合使用。图是斜楔与螺旋夹紧机构的组合形式。通过转动螺杆推动楔块，使铰链压板转动而夹紧工件。,2、螺旋夹紧机构由螺钉、螺母、垫圈、压板等元件组成的夹紧机构称为螺旋夹紧机构。螺旋夹紧机构不仅结构简单、容易制造，而且自锁性好，夹紧力大，是夹具上用得最多的一种夹紧机构。,图为单个螺旋夹紧机构。左图用螺钉直接夹压工件，其表面易夹伤且在夹紧过程中使工件可能转动。为克服上述缺点，在螺钉头部加上摆动压块，如右图所
23、示。,如图所示为较典型的螺旋压板夹紧机构。前两图为两种移动压板式螺旋夹紧机构，右图为铰链压板式螺旋夹紧机构。它们是利用杠杆原理来实现夹紧作用的，由于这三种夹紧机构的夹紧点、支点和原动力作用点之间的相对位置不同，因此杠杆比各异，夹紧力也不同。右图增力倍数最大。,3、偏心夹紧机构用偏心件直接或间接夹紧工件的机构，称为偏心夹紧机构。图为圆偏心轮夹紧机构。当下压手柄 1 时，圆偏心轮 2 绕轴 3 旋转，将圆柱面压在垫板 4 上，反作用力又将轴 3 抬起，推动压板 5 压紧工件。图b 用的是偏心轴，图c 用的是偏心叉。,偏心夹紧机构操作方便、夹紧迅速，缺点是夹紧力和夹紧行程都较小。一般用于切削力不大、振动小、没有离心力影响的加工中。,四、气液传动装置使用人力通过各种传力机构对工件进行夹紧，称为手动夹紧。而现代高效率的夹具，大多采用机动夹紧，其动力系统有：气压、液压、电动、电磁、真空等。其中最常用的有气压和液压传动装置。,1、气压传动装置以压缩空气为动力的气压夹紧，动作迅速，压力可调，污染小，设备维护简便。但气压夹紧夹紧刚性差，装置的结构尺寸相对较大。,2、液压传动装置液压传动是用压力油作为介质，其工作原理与气压传动相似。但与气压传动装置相比，具有夹紧力大，夹紧刚性好，夹紧可靠，液压缸体积小及噪声小等优点。缺点是易漏油，液压元件制造精度要求高。,
