第三单元工件装夹方法与数控加工夹具选择

机床夹具概述
概念：
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。
1．工件的安装
工件的安装包含的内容 ：
(1) 定位
(2) 夹紧

2．工件的安装方法
工件常用的安装方法 ：
(1) 直接找正安装
概念：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。
特点：生产率低，精度取决于工人的技术水平和测量工具的精度
(2) 划线找正安装
概念：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。
特点：费时，又需要技术高的划线工

(3) 用夹具安装
概念：
将工件直接安装在夹具的定位元件上的方法
特点：
①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触而实现的。因此，不再需要找正便可将工件夹紧。
②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了正确的位置
③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。

基准及其分类

概念：
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。
基准分类：
设计基准和工艺基准
1．设计基准
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。

2．工艺基准
概念：
工艺基准是在工艺过程中所使用的基准。
分类：
定位基准、工序基准、测量基准和装配基准。
(1) 定位基准
概念：在加工中用作定位的基准，称为定位基准。它是工件上与夹具定位元件直接接触的点、线或面。
分类：粗基准和精基准

(2) 工序基准
概念：在工序图上，用来标定本工序被加工面尺寸和位置所采用的基准，称为工序基准。
注意：序基准应当尽量与设计基准相重合
(3) 测量基准
概念：件测量时所采用的基准，称为测量基准
(4) 装配基准
概念：装配时用以确定零件在机器中位置的基准，称为装配基准。

数控机床夹具的类型和特点

１．机床夹具的类型：
（１）按夹具的使用特点分类
①通用夹具
②专用夹具
③可调夹具
④组合夹具
⑤拼装夹具

机床夹具的组成和作用

1．机床夹具在机械加工中的作用
(1) 保证加工精度
(2) 提高生产率、降低成本
(3) 扩大机床的工艺范围
(4) 减轻工人的劳动强度

2． 夹具的组成
(1) 定位元件
定位元件保证工件在夹具中处于正确的位置。
(2) 夹紧装置
夹紧装置的作用是将工件压紧夹牢，保证工件在加工过程中受到外力(切削力等)作用时不离开已经占据的正确位置。
(3) 对刀或导向装置
对刀或导向装置用于确定刀具相对于定位元件的正确位置。

(4) 连接元件
连接元件是确定夹具在机床上正确位置的元件。
(5) 夹具体
夹具体是机床夹具的基础件，
(6) 其它装置或元件
它们是指夹具中因特殊需要而设置的装置或元件。
若需加工按一定规律分布的多个表面时，常设置分度装置；为了能方便、准确地定位，常设置预定位装置；对于大型夹具，常设置吊装元件等。

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

夹具的组成与作用

①通用夹具

概念：

已经标准化的可加工一定范围内不同工件的夹具，称为通用夹具。

特点：

优点：适应性强，可用于装夹一定形状和尺寸范围内的各种工件 。
缺点：夹具的精度不高，生产率也较低，且较难装夹形状复杂的工件，故一般适用于单件小批量生产中。

三爪卡盘：用于回转工件的自动装卡

四爪单动卡盘：用于非回转体或偏心件的装卡

通用夹具的选用

平口钳分固定侧与活动侧，固定侧与底面作为定位面，活动侧用于夹紧。

通用夹具的选用

正弦平口钳，通过钳身上的孔及滑槽来改变角度，可用于斜面零件的装夹

通用夹具的选用

平口钳可选附件

通用夹具的选用

②专用夹具

概念：

专为某一工件的某道工序设计制造的夹具，称为专用夹具。

特点：

优点：在产品相对稳定、批量较大的生产中，采用各种专用夹具，可获得较高的生产率和加工精度。
缺点：设计周期较长、投资较大。

连杆加工专用铣槽夹具结构夹具

l一夹具体；2一压板；3、7一螺母；4、5一垫圈：6一螺栓；8一弹簧；9一定位键；10一菱形销；11一圆柱销

专用夹具

③可调夹具

概念：

某些元件可调整或更换，以适应多种工件加工的夹具，称为可调夹具。

分类：

①通用可调夹具（通用范围比通用夹具更大）
②成组夹具 （专用可调夹具 ）
特点：对不同类型和尺寸的工件，只需调整或更换原来夹具上的个别定位元件和夹紧元件便可使用。

④组合夹具

概念：

采用标准的组合元件、部件，专为某一工件的某道工序组装的夹具，称为组合夹具。

特点：

使用组合夹具可缩短生产准备周期，元件能重复多次使用，可减少专用夹具数量。

新型数控夹具与组合夹具

新型数控夹具体

新型数控夹具与组合夹具

夹具体元件

新型数控夹具与组合夹具

孔系组合夹具

数控夹具的选用

孔系组合夹具应用实例

数控夹具的选用

槽系组合夹具

l一长方形基础板；

2一方形支撑件；

3一菱形定位盘；

4一快换钻套；

5一叉形压板；

6一螺栓；

7一手柄杆；

8一分度合件

数控夹具的选用

槽系组合夹具应用实例

数控夹具的选用

槽系组合夹具应用实例

数控夹具的选用

⑤拼装夹具

概念：
用专门的标准化、系列化的拼装零部件拼装而成的夹具，称为拼装夹具。
特点：
优点：具有组合夹具的优点，但比组合夹具精度高、效能高、结构紧凑。

（２）按使用机床分类：

车床夹具、
铣床夹具、
钻床夹具、
镗床夹具、
齿轮机床夹具、
数控机床夹具、
自动机床夹具、
自动线随行夹具
其他机床夹具

（３）按夹紧的动力源分类：

①手动夹具

②气动夹具

③液压夹具

④气液增力夹具

⑤电磁夹具以及真空夹具

工件的定位和夹紧

工件的六个自由度

长方体形工件的定位

工件定位的基本原理
1．六点定位原理

①、概念：
用合理分布的六个支承点限制工件六个自由度的法则，称为六点定位原理。
②、“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．工件定位中的几种情况
(1) 完全定位
概念：工件的六个自由度全部被限制的定位。
(2) 不完全定位
概念：根据工件的加工要求，并不需要限制工件的全部自由度的定位。
(3) 欠定位
概念：根据工件的加工要求，应该限制的自由度没有完全被限制的定位
(4) 过定位
概念：夹具上的两个或两个以上的定位元件，重复限制工件的同一个或几个自由度的现象

①、过定位可能导致的后果 ：
A、工件无法安装
B、造成工件或定位元件变形

②、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，使定位元件重复限制自由度的部分不起定位作用。
B、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。

定位方法及定位元件

概念：工件上的定位基准面与相应的定位元件合称为定位副
1．工件以平面定位
(1) 支承钉
①、球头支承钉
②、齿纹头支承钉
③、平头支承钉
④、可调支承
⑤、自位支承
(2) 支承板

2．工件以圆柱孔定位
定位方式的基本特点是：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线相重合。
(1) 圆柱销
(2) 圆柱心轴
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。
(3) 圆锥销
工件以圆柱孔在圆锥销上定位
(4) 小锥度心轴

3．工件以圆锥孔定位
(1) 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它五个自由度。
(2) 顶尖
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

4．工件以外圆柱表面定位
(1) V形架
V形架定位的最大优点是对中性好。
V形架可分为固定式和活动式。
(2) 定位套
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作定位元件。

3.2.3 组合表面定位

最常用的就是“一面两孔”定位。
一平面和一圆柱销及削边销
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V形导轨、燕尾导轨等组合成形表面作为定位基面。

夹紧装置的组成及基本要求

1．夹紧装置的组成
(1) 力源装置
产生夹紧作用力的装置。所产生的力称为原始力
(2) 中间传力机构
介于力源和夹紧元件之间传递力的机构
(3) 夹紧元件
夹紧装置的最终执行件，与工件直接接触完成夹紧作用

2．对夹具装置的要求
（1）夹紧时应保持工件定位后所占据的正确位置。
（2） 夹紧力大小要适当。
（3） 夹紧机构的自动化程度和复杂程度应和工件的生产规模相适应，并有良好的结构工艺性，尽可能采用标准化元件。
（4）夹紧动作要迅速、可靠，且操作要方便、省力、安全。

2．数控加工夹具的特点

①、数控加工适用于多品种、中小批量生产，为能装夹不同尺寸、不同形状的多品种工件，数控加工的夹具应具有柔性，经过适当调整即可夹持多种形状和尺寸的工件。
②、由机床解决对刀问题，由程序控制的准确的定位精度，可实现夹具中的刀具导向功能，要求具有定位和夹紧功能。
③、为适应数控加工的高效率，数控加工夹具应尽可能使用气动、液压、电动等自动夹紧装置快速夹紧，以缩短辅助时间。

④、夹具的刚度和夹紧力都要满足大切削力的要求。
⑤、夹具结构不要妨碍刀具对工件各部位的多面加工。
⑥、夹具的定位要可靠，定位元件应具有较高的定位精度，定位部位应便于清屑，无切屑积留。
⑦对刚度小的工件，应保证最小的夹紧变形。

定位基准的选择

应采用同一组基准定位加工零件上尽可能多的表面，就是基准统一原则。

当对工件上两个相互位置精度要求很高的表面进行加工时，需要用两个表面互相作为基准，反复进行加工，以保证位置精度要求

定位基准的选择原则：
应先精基准，再粗基准。
1．精基准的选择原则
(1) 基准重合原则
(2) 基准统一原则
(3) 自为基准原则
(4) 互为基准原则
(5) 便于装夹原则

2．粗基准选择原则
(1) 选择重要表面为粗基准
(2) 选择不加工表面为粗基准
(3) 选择加工余量最小的表面为粗基准
(4) 选择较为平整光洁、加工面积较大的表面为粗基准
(5) 粗基准在同一尺寸方向上只能使用一次

重要表面一般是工件上加工精度以及表面质量要求较高的表面

概念：
基准重合原则：
即选用设计基准作为定位基准，以避免定位基准与设计基准不重合而引起的基准不重合误差
基准不重合误差：
由于所选的定位基准与设计基准不重合而产生的误差。
基准不重合误差的大小等于设计(工序)基准与定位基准之间的联系尺寸a(定位尺寸)的公差Ta

左图：用调整法铣削一批零件的C面，从图(c)中可看出，欲加工尺寸c的误差包括△j和Ta，为了保证尺寸c的精度， 应使：△j＋Ta≤Tc

右图：以B面定位加工C面，只需满足：△j≤Tc

(a) 工序简图 (b) 加工示意图 (c) 加工误差

基准不重合误差示例

基准重合安装示意图

概念：某些要求加工余量小而均匀的精加工工序，选择加工表面本身作为定位基准，称为自为基准原则

自为基准实例

床身加工的粗基准选择

粗基准选择的实例

3．定位基准选择示例
如下图所示为车床进刀轴架零件，若已知其工艺过程为：
(1)划线；
(2)粗精刨底面和凸台；
(3)粗精镗φ32H7孔；
(4)钻、扩、铰φl 6H9孔。
试选择各工序的定位基准并确定各限制几个自由度。

车床进刀轴架

解：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φ32H7孔。加工要求为尺寸32±0.1㎜、6±0.1㎜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。

第四道工序钻、扩、铰φ16H9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4±0.1㎜、51±0.1㎜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)φ32H7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，φ32H7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φ32H7孔对于底面的平行度误差将会影响两孔在垂直平面内的平行度，应当在镗φ32H7孔时加以限制。

(2) 工件的定位与夹紧方案的确定
首先应遵循前面所述有关定位基准的选择原则与工件夹紧的基本要求。同时注意下列三点：
①力求设计基准、工艺基准与编程原点统一，以减少基准不重合误差和数控编程中的计算工作量。
②设法减少装夹次数，尽可能做到在一次定位装夹中，能加工出工件上全部或大部分待加工表面，以减少装夹误差，提高加工表面之间的相互位置精度，充分发挥数控机床的效率。
③避免采用占机人工调整方案，以免占机时间太多，影响加工效率。

夹具的选择
1、数控加工的特点对夹具提出的基本要求：
一是保证夹具的坐标方向与机床的坐标方向相对固定；
二是要能协调零件与机床坐标系的尺寸。
2、应考虑的其他几点：
①单件小批量生产时，优先选用组合夹具、可调夹具和其他通用夹具，以缩短生产准备时间和节省生产费用；
②在成批生产时，才考虑采用专用夹具，并力求结构简单；

③零件的装卸要快速、方便、可靠，以缩短机床的停顿时间，减少辅助时间
④为满足数控加工精度，要求夹具定位、夹紧精度高；
⑤夹具上各零部件应不妨碍机床对零件各表面的加工，即夹具要敞开，其定位、夹紧元件不能影响加工中的走刀(如产生碰撞等)；
⑥为提高数控加工的效率，批量较大的零件加工可采用气动或液压夹具、多工位夹具。

第三单元 工件装夹方法与数控加 工夹具选择

第三单元工件装夹方法与数控加工夹具选择