第三章工件在数控机床上定位及装夹

3.1 工件的装夹方法与定位原理 3.2 定位方式与定位原件 3.3 定位误差 3.4 工件的夹紧 3.5 数控机床夹具第3章工件在数控机床上的定位与装夹 3.1 工件的装夹方法与定位原理工件的装夹方法与定位原理在机械加工过程中，固定工件，使之占有确定位置以接受加工或检测的装置称为机床夹具，简称夹具。第3章工件在数控机床上的定位与装夹夹具夹具工件的装夹包含两个方面的内容：工件的装夹包含两个方面的内容：定位定位 工件能准确地放在机床的合适位置上。使工件能准确地放在机床的合适位置上。使工件相对于刀具和机床占有正确的加工位工件相对于刀具和机床占有正确的加工位置置 夹紧夹紧 工件定位后，还需对工件压紧夹牢。使其工件定位后，还需对工件压紧夹牢。使其在加工过程中不发生位置变化在加工过程中不发生位置变化 3.1.1 基准及其分类基准及其分类 一、基准的分类一、基准的分类一、基准的分类一、基准的分类 1设计基准设计基准 基准是零件上用来确定其它点、线、面位置所依据的那些点、线、面。按其功用不同，基准可分为设计基准和工艺基准两大类。第3章 工件在数控机床上的定位与装夹毛坯设计基准是在零件图上所采用的基准。它是标注设计尺寸的起点。第3章工件在数控机床上的定位与装夹(a)支承块(b)钻套如图(a)所示的零件，平面2、3的设计基准是平面1，平面5、6的设计基准是平面4，孔7的设计基准是平面l和平面4，而孔8的设计基准是孔7的中心和平面4。在零件图上不仅标注的尺寸有设计基准，而且标注的位置精度同样具有设计基准，如图(b)所示的钻套零件，轴心线OO是各外圆和内孔的设计基准，也是两项跳动误差的设计基准，端面A是端面B、C的设计基准。定位基准定位基准 在加工中用作在加工中用作定位的基准定位的基准 工序基准工序基准 在工序图上，在工序图上，用来标定本工用来标定本工序被加工面尺序被加工面尺寸和位置所采寸和位置所采用的基准用的基准 第3章工件在数控机床上的定位与装夹2工艺基准工艺基准 分为粗基准和精基准。用作定位的表面，如果是没有经过加工的毛坯表面，称为粗基准；若是已加工过的表面，则称为精基准。工序基准应当尽量与设计基准相重合，当考虑定位或试切测量方便时也可以与定位基准或测量基准相重合 测量基准测量基准 零件测量时所采用的零件测量时所采用的基准基准 装配基准装配基准 装配时用以确定零件装配时用以确定零件在机器中位置的基准在机器中位置的基准 第3章工件在数控机床上的定位与装夹 第3章工件在数控机床上的定位与装夹三、基准问题的分析三、基准问题的分析三、基准问题的分析三、基准问题的分析基准是制定工艺的依据，必须是客观存在的。当作为基准的要素无法接触及是，通常有某些具体的表面来体现，这些表面称为基面。作为基准可以是没有面积的点线以及极小的面，但是工件上代表基准的基面总是具有一定的接触面积。不仅表示尺寸关系的基准如上所述，表示位置精度的基准关系也是如此。四、定位基准的选择原则四、定位基准的选择原则四、定位基准的选择原则四、定位基准的选择原则 1.定位基准的选择原则定位基准的选择原则第3章工件在数控机床上的定位与装夹（1）尽量选择设计基准作为定位基准；（2）定位基准与设计基准不能统一时，应严格控制定位误差保证加工精度；（3）工件需两次以上装夹加工时，所选基准在一次装夹定位能完成全部关键精度部位的加工；（4）所选基准要保证完成尽可能多的加工内容；（5）批量加工时，零件定位基准应尽可能与建立工件坐标系的对刀基准重合；（6）需要多次装夹时，基准应该前后统一。2.粗基准的选择原则粗基准的选择原则 粗基准只使用一次，其他的定位基准都应该是精基准。选定粗基准面时应考虑：要能加工出精基准；工件不加工表面的形位；保证后续工序的加工余量。第3章工件在数控机床上的定位与装夹相互位置要求原则相互位置要求原则加工余量合理分配原则加工余量合理分配原则 重要表面原则 不重复使用原则不重复使用原则 便于工件装夹原则便于工件装夹原则 3.精基准的选择原则精基准的选择原则 第3章工件在数控机床上的定位与装夹基准重基准重合原则合原则 基准统基准统一原则一原则 自为基自为基准原则准原则 互为基互为基准原则准原则 便于装便于装夹原则夹原则 精基准的选择原则 4.辅助基准的选择辅助基准的选择 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。如中心孔。3.1.2工件的装夹方法工件的装夹方法 (1)(1)直接找正安装直接找正安装 用划针、百分表等工具直接找正工件位置并加以夹紧的方法称直接找正安装法。此法生产率低，精度取决于工人的技术水平和测量工具的精度，一般只用于单件小批生产。(2)(2)划线找正安装划线找正安装 先用划针画出要加工表面的位置，再按划线用划针找正工件在机床上的位置并加以夹紧。一般用于批量不大，形状复杂而笨重的工件或低精度毛坯的加工。(3)(3)用夹具安装用夹具安装 将工件直接安装在夹具的定位元件上的方法。这种方法安装迅速方便，定位精度较高而且稳定，生产率较高，广泛用于中批生产以上的生产类型。第3章工件在数控机床上的定位与装夹特点：特点：工件在夹具中的正确定位，是通过工件工件在夹具中的正确定位，是通过工件上的定位基准面与夹具上的定位元件相接上的定位基准面与夹具上的定位元件相接触而实现的。因此，不再需要找正便可将触而实现的。因此，不再需要找正便可将工件夹紧。工件夹紧。由于夹具预先在机床上已调整好位置，由于夹具预先在机床上已调整好位置，因此，工件通过夹具相对于机床也就占有因此，工件通过夹具相对于机床也就占有了正确的位置了正确的位置 通过夹具上的对刀装置，保证了工件加通过夹具上的对刀装置，保证了工件加工表面相对于刀具的正确位置。工表面相对于刀具的正确位置。第3章工件在数控机床上的定位与装夹 3.1.3 工件定位的基本原理工件定位的基本原理一、六点定位原理一、六点定位原理一、六点定位原理一、六点定位原理 第3章工件在数控机床上的定位与装夹空间物体的六个自由度，如图所示：沿X、Y、Z的移动自由度绕X、Y、Z轴转动的自由度 六点定位原理：六点定位原理：合理设置六个支承点，工件的定位基准与定位元件保持接触，消除工件的所有六个自由度，使工件在夹具中有确定的位置。第3章工件在数控机床上的定位与装夹 二、六点定位原理的应用二、六点定位原理的应用二、六点定位原理的应用二、六点定位原理的应用 完全定完全定幻幻灯片灯片 41位位 不完全定不完全定位位 幻灯片 42欠定位欠定位幻幻灯片灯片 43 工件的六个自由度全部被限制 不需要限制六个自由度就能达到定位的要求 应该限制的自由度没有被限制的定位 第3章工件在数控机床上的定位与装夹过定位过定位幻幻灯片灯片 44 应该限制的自由度没有被限制的定位 不允许使用不允许使用 过定位是否使用要看能否减少工件的变形或定位操作是否方便、过定位可能导致的后果、过定位可能导致的后果：A、工件无法安装、工件无法安装B、造成工件或定位元件变形、造成工件或定位元件变形、消除或减小过定位所引起干涉的方法、消除或减小过定位所引起干涉的方法：A、改变定位元件的结构，使定位元件重复限、改变定位元件的结构，使定位元件重复限制自由度的部分不起定位作用。制自由度的部分不起定位作用。（改进（改进图图）B、合理应用过定位，提高工件定位基准之间以、合理应用过定位，提高工件定位基准之间以及定位元件的工作表面之间的位置精度。（及定位元件的工作表面之间的位置精度。（图图）三、定位与夹紧的关系三、定位与夹紧的关系三、定位与夹紧的关系三、定位与夹紧的关系定位时，必须使工件的定位基准紧贴在夹具定位元件上，而夹紧则使工件不离开定位元件。3.2 定位方式和定位元件3.2.1常见定位方式常见定位方式常见的定位元件及定位方式如表常见的定位元件及定位方式如表3-1所示。所示。3.2.2常见的定位方案常见的定位方案概念概念：工件上的定位基准面与相应的定位元件合称：工件上的定位基准面与相应的定位元件合称为定位副。为定位副。1工件以平面定位工件以平面定位(1)支承钉支承钉、球头支承钉、球头支承钉 （图图 B型）型）、齿纹头支承钉、齿纹头支承钉 （图图 C型）型）、平头支承钉、平头支承钉 （图图A型）型）、可调支承、可调支承 （图图）、自位支承、自位支承（图图）(2)支承板支承板 （图图）2工件以圆柱孔定位工件以圆柱孔定位定位方式的定位方式的基本特点基本特点是：定位孔与定位元件之间处是：定位孔与定位元件之间处于配合状态，并要求确保孔中心线与夹具规定的轴于配合状态，并要求确保孔中心线与夹具规定的轴线相重合。线相重合。(1)圆柱销圆柱销 （图图）(2)圆柱心轴圆柱心轴 （图图）心轴主要用于套筒类和空心盘类工件的车、铣、磨心轴主要用于套筒类和空心盘类工件的车、铣、磨及齿轮加工。及齿轮加工。(3)圆锥销圆锥销 （图（图a、b）工件以圆柱孔在圆锥销上定位工件以圆柱孔在圆锥销上定位(4)小锥度心轴小锥度心轴 3工件以圆锥孔定位工件以圆锥孔定位(1)圆锥形心轴圆锥形心轴圆锥心轴限制了工件除绕轴线转动自由度以外的其圆锥心轴限制了工件除绕轴线转动自由度以外的其它五个自由度。它五个自由度。(2)顶尖顶尖 即为锥孔与锥销配合。两个中心孔是定位基面，所即为锥孔与锥销配合。两个中心孔是定位基面，所体现的定位基准是由两个中心孔确定的中心线体现的定位基准是由两个中心孔确定的中心线4工件以外圆柱表面定位工件以外圆柱表面定位(1)V形架形架 V形架定位的最大优点是形架定位的最大优点是对中性对中性好。好。V形架可分为固定式和形架可分为固定式和活动式活动式。(2)定位套定位套一般适用于精基准定位，常与端面联合定位。一般适用于精基准定位，常与端面联合定位。工件以外圆柱面定位，有时也可用半圆套或锥套工件以外圆柱面定位，有时也可用半圆套或锥套作定位元件。作定位元件。5.一面两孔一面两孔定位定位最常用的就是最常用的就是“一面两孔一面两孔”定位。定位。一平面和一圆柱销及一平面和一圆柱销及削边销削边销 其它组合定位方式还有以一孔及其端面定其它组合定位方式还有以一孔及其端面定位（齿轮加工中常用），有时还会采用位（齿轮加工中常用），有时还会采用V形形导轨、燕尾导轨等组合成形表面作为定位导轨、燕尾导轨等组合成形表面作为定位基面。基面。3.3 定位误差定位误差 3.3.13.3.1定位误差的产生定位误差的产生定位误差的产生定位误差的产生第3章工件在数控机床上的定位与装夹定位定位定位定位误差误差误差误差 基准位移误差基准位移误差 因工件在夹具上定位不准而造成的加工误差。基准不重合误差基准不重合误差 1.基准位移误差基准位移误差 一批工件定位基准相对于定位元件的位置最大变动量。2.基准不重合误差基准不重合误差基准不重合误差基准不重合误差是由于工件定位时用的定位基准与工件的工序基准不重合而使工序基准的位置发生变动所引起的，其大小等于工序基准与定位基准间的尺寸及其大小等于工序基准与定位基准间的尺寸及相对位置在加工尺寸方向上的变动量相对位置在加工尺寸方向上的变动量，以B表示。结论：结论：定位误差只在调整法加工一批工件的条件下，试切法加工不存在。定位误差产生的原因是定位副制造误差及其配合间隙与定位基准选择不当产生的引起的。一般情况下，定位误差由基准位移误差与基准不重合误差组成。这种由于基准位移和基准不重合导致调整法加工一批工件时的定位误差D：D=Bcosycos式中基准不重合误差B方向与工序尺寸方向间的夹角；基准位移误差y方向与工序尺寸方向间的夹角。当B和y是由同一误差因素导致产生的，这时称B和y关联。当B和y关联时，如果Bcos和ycos方向相同时，合成时取“+”号；如果Bcos和ycos方向相反时，合成时取“-”号。当两者不关联时，可直接采用两者的和叠加计算定位误差。3.3.2定位误差的分析与计算1.工件以平面定位工件以平面定位时，其平面度误差很小，所以由定位副制造不准确而引起的定位误差可以忽略不计，所以工件以平面定位时，其定位误差主要由基准不重合所引起的，即其误差为设计基准到定位基准之间的尺寸公