第3章 数控加工中工件定位

1、第第3章章 数控加工中工件的定位数控加工中工件的定位3.1 3.1 机床夹具的概述机床夹具的概述 （1 1）机床夹具的定义）机床夹具的定义 在机床上加工工件时，为了在工件的某一部分加工出复合工艺规程要求的表面，加工前需要使工件在机床上占有正确的位置，即定位。 使工件在加工过程中始终保持在原先确定的位置上，即加紧。 在机床上使工件占有正确的加工位置并使其在加工过程中始终保持不变的工艺装备称为机床夹具。 （2 2）机床夹具的组成）机床夹具的组成 由定位元件、夹紧装置、安装连接元件、导向元件、对刀元件和夹具体等几部分组成。 定位元件 用于确定工件在夹具中的位置，使工件在加工是相对刀具及运动轨迹有一个

2、正确的位置。常用的定位元件有V形块、定位销、定位块等。 夹紧装置 用于保持工件在夹具中的既定位置。它通常包括夹紧元件（如压板、压块）、增力装置（如杠杆、螺旋、偏心轮）和动力源（如气缸、液压缸）等组成部分。 安装连接元件 用于确定夹具在机床上的位置，从而保证工件与机床之间的正确加工位置。 导向元件和对刀元件 a. 用于确定刀具位置并引导刀具进行加工的元件，称为导向元件。 b. 用于确定刀具在加工前正确位置的元件，称为对刀元件，如对刀块。 夹具体 是夹具的基础件，用来连接夹具上各个元件或装置，使之成为一个整体。 （3）机床夹具的作用与分类）机床夹具的作用与分类 机床夹具的作用 a.易于保证工件的加

3、工精度。 b.使用夹具可改变和扩大原机床的功能，实现“一机多用”。 c.使用夹具后，不仅省去划线找正等辅助时间，而且有时还可采用高效率的多件、多位、机动夹紧装置，缩短辅助时间，从而大大提高劳动生产率。 d.用夹具装夹工件方便、省力、安全。 e.在批量生产中使用夹具时，由于劳动生产率的提高和允许使用技术等级较低的工人操作，故可明显的降低生产成本。 机床夹具的分类 按使用机床类型分类，可分为车床夹具、铣床夹具、钻床夹具、镗床夹具、加工中心夹具和其他机床夹具等。 按驱动夹具的动力源分类，可分为手动夹具、气动夹具、液压夹具、电动夹具、磁力夹具、真空夹具和自夹紧夹具等。 按其通用化程度，一般可分为通用夹

4、具、专用夹具、成组夹具以及组合夹具等。 a.通用夹具的结构、尺寸已规格化，且具有很大的通用性，无需调整或稍加调整就可装夹不同的工件。 b.专用夹具是针对某一工件的某一工序而专门设计和制造的。因为不考虑通用性，所以夹具可设计的结构紧凑，操作方便。 c.成组可调夹具是针对通用夹具和专用夹具的缺陷而发展起来的，它是在加工某种工件后，经过调整或更换个别定位元件和夹紧元件，即可加工另外一种工件的夹具。 d.组合夹具是一种由一套标准元件组装而成的夹具。这种夹具用后可拆卸存放，当重新组装时有可循环使用。 3.2 工件的定位 1.2.1 1.2.1 六点定位原理六点定位原理 若要使工件在夹具中获得唯一确定的位

5、置，就需要在夹具上合理的设置相当于定位元件的六个支承点，使工件的定位基准与定位元件紧贴接触，即可消除工件的所有六个自由度，这就是工件的六点定位原理。 1.2.2 六点定位原理的应用 完全定位 工件的六个自由度全部被夹具中的定位原件所限制，而在夹具中占有完全确定的唯一位置，称为完全定位。 不完全定位 根据工件加工表面的不同加工要求，定位支承点的数目可以少于六个。 欠定位 按照加工要求应该限制的自由度没有被限制的定位称为欠定位。欠定位是不允许的。 过定位 工件的一个或几个自由度被不同的定位元件重复限制的定位称为过定位。 1.2.3 1.2.3 定位与夹紧的关系定位与夹紧的关系 定位与夹紧的任务是不

6、同的，两者是不能互相取代。定位时，必须是工件的定位基准紧贴在夹具的定位元件，否则不称其是定位，而夹紧则是工件不离开定位元件。 3.3 定位基准的选择原则 设计基准是在零件图上用以确定其他点、线、面位置的基准。它是标注尺寸的起点。 在零件加工、测量和装配过程中所用的基准，称为工艺基准。按用途可分为定位基准、工序基准、测量基准和装配基准。 定位基准是在加工时，用以确定零件在机床夹具中的正确位置所采用的基准；它是工件与夹具定位元件直接接触的点、线、面。 工序基准是在工艺文件上用以标注被加工表面位置的基准。 测量基准是零件检验时，用以测量已加工表面尺寸及位置的基准；装配基准是装配时用以确定零件在机器中

7、位置的基准。 1.3.1 1.3.1 粗定位基准选择粗定位基准选择 选择粗基准时，必须要达到以下两个基本要求：其一，应保证所有的加工表面都有足够的加工余量；其二，应保证工件加工表面和不加工表面之间具有一定的位置精度。粗基准的选择原则如下： （1）互相位置要求原则 （2） 加工余量合理分配 （3） 重要表面原则 （4） 不重复使用原则 （5） 便于工件装夹原则 1.3.2 精基准的选择原则精基准的选择原则 （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 如图1-16（a）所示零件，欲加工孔3，其设计基准是面2，要求保证尺寸A。在用调整

8、法加工时，若以面1为定位基准见图1-16（b），则直接保证的尺寸是C，尺寸A是通过控制尺寸B来间接保证的。因此，尺寸A的公差为： 由此可以看出，尺寸A的加工误差增加了一个从定位基准（面1）到设计基准（面2）之间尺寸B的误差，这个误差就是基准不重合误差。由于基准不重合误差的存在，只有提高本道工序尺寸C的加工精度，才能保证尺寸A的精度；当本道工序C的加工精度不能满足要求时，还需提高前道工序尺寸B的加工精度，这就增加了加工的难度。 若按1-16（c）所示面2定位，则符合基准重合原则，可以直接保证尺寸A的精度。 应用基准重合原则时，要具体情况分析。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

9、加工批工件时产生的。若用试切法加工，设计要求的尺寸一般可直接测量，不存在基准不重合误差的问题。在带有自动测量的数控机床上加时，可在工艺中安排坐标系检查工步，即每个零件加工前由CNC系统测量头检测设计基准并自动计算、修正坐标值，消除基准不重合误差。在这种情况下，可不必尊笔循基准重合原则。3.4 3.4 常见定位方式及定位元件常见定位方式及定位元件 （1）平面定位 工件以平面作为定位基准时，所用定位元件一般可分为“基本支承”和“辅助支承”两类。“基本支承”用来限制工件的自由度，具有独立定位的作用。“辅助支承”用来加强工件的支承刚性，不起限制工件自由度的作用。 基本支承 有固定、可调、自位三种型式，

10、它们的尺寸结构已系列化、标准化，可在夹具设计手册中查用。 1）固定支承定位元件装在夹具上后，一般不再拆卸或调节，有支承钉与支承板两种。 2）可调支承定位元件在定位过程中，支承钉的高度可根据需要调整 。 3）自位支承（浮动支承 ）定位元件在定位过程中，能自动调整位置。 辅助支承 辅助支承用于提高工件装夹刚度和稳定性而不起定位作用。 (2) 外圆柱面定位 工件以外圆柱面作为定位基准时，常用V形块、半圆套、定位套、支承板、锥套和三爪自定心卡盘等定位元件作为中心定位方法。 （3） 圆孔定位 工件以圆孔定位时，常用的定位元件有定位销、圆柱心轴和圆锥销。 （4） 一面两孔定位 一面两孔定位是数控铣床加工过

11、程中最常用的定位方式之一，即以工件上的一个较大平面和平面上相距较远的两个孔组合定位。 1.5 1.5 定位误差定位误差 在金属切削加工过程中，能否保证工件的加工精度，取决于刀具与工件之间正确的互相位置，而影响这个正确位置关系的误差因素有以下几种： （1）定位误差 （2）加工过程误差（加工方法误差） （3）安装误差和调整误差 1.5.11.5.1定位误差的分析和计算方法定位误差的分析和计算方法 （1） 定位误差包括基准位移误差和基准不重合误差 基准位移误差 定位基准相对于其理想位置的最大变动量，称为基准位移误差。基准位移误差是由定位副的制造误差造成的。 当心轴水平放置时，工件在自重作用下与心轴固

12、定单边接触见图1-32（b），此时基准位移误差为： 当心轴垂直放置时，工件与心轴任意边接触见图1-32（c），此时基准位移误差为： 基准不重合误差 定位基准和工序基准不重合而造成的加工误差，称为基准不重合误差 。 （2） 定位误差的计算方法 计算定位误差时，现分别计算出基准不重合误差 。和基准位移误差 ，然后根据具体情况按下述方法进行合成得到定位误差 。 当工序基准不在定位面上时, 当工序基准在定位面上时， 当基准位移和基准不重合引起的加工尺寸变化方向相同时，取“+”；反之取“-”。BYD (3) 几种典型定位方式的定位误差 工件以平面定位 定位基准位平面时，其定位误差主要是由基准不重合误差引

13、起的，一般不计算基准位移误差。 工件以圆孔定位 工件以圆孔表面为定位基准时的定位误差，与工件圆孔的制造精度、定位元件的放置形式、工件圆孔与定位元件的配合性质和工序基准与定位基准是否重合等因素密切相关。 工件以外圆在V形块上定位时的定位误差 铣削如图1-34（a）所示轴的键槽时，工件以外圆柱面在V形块上定位见图1-34（b），定位基准是工件外圆轴心线，因工件外圆柱面直径有制造误差，导致工件在垂直方向上的基准唯一误差为： 工件以一面两空定位时的定位误差 一面两孔定位时，定位误差主要是基准位移误差的计算，这时定位基准是两孔中心的连线，限位基准是两销中心的连线。基准位移误差有移动和转动两种可能。1.6

14、 1.6 工件的夹紧工件的夹紧 1.6.1 1.6.1 夹紧装置的组成和基本要求夹紧装置的组成和基本要求 （1）夹紧装置由力源装置、中间传力结构、夹紧元件与夹紧机构组成。 力源装置 力源装置是产生夹紧作用力的装置。 中间传力结构 中间传力结构是介于力源和夹紧元件之间的中间机构。它把力源装置的夹紧作用力传递给夹紧元件，然后由夹紧元件最终完成对工件的夹紧。 夹紧元件与夹紧机构 夹紧元件是夹紧装置的最终执行元件，通过它和工件受压面的直接接触而完成夹紧动作；对于手动夹紧装置来说，夹紧机构则由中间传力机构和夹紧元件所组成。 （2） 夹紧装置具备的基本要求 加紧过程可靠，不改变工件定位后所占据的正确位置。

15、 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，又要使工件不会产生过大的夹紧变形。 操作简单方便、省力、安全。 结构性好，夹紧装置的结构力求简单、紧凑，便于制造和维修。 （3）夹紧力方向和作用点的选择 夹紧力应朝向主要定位基准。 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。 夹紧力方向应有利于减小夹紧力大小。 夹紧力的方向和作用点应施加在工件刚性较好的方向和部位。 夹紧力作用点应尽量靠近工件加工表面。 1.7 1.7 数控机床典型夹具简介数控机床典型夹具简介1.7.11.7.1 车床夹具车床夹具 （1）三爪自定心卡盘 三爪自定心卡盘时车床上最常见的自定心夹具。 （2）四爪单动卡盘 四爪单动卡盘也是车床上最常见的夹具，它适用于装夹形状不规则或大型