数控机床工件装夹及夹具的选用

工装夹具基本要求
• 数控铣床的工装夹具基本要求 • 在数控铣削加工中一般不要求很复杂的夹具，只 要求简单的定位、夹紧就可以了，其设计的原理也与 通用铣床夹具相同，结合数控铣削加工的特点，这里 提出一些基本要求： • 夹紧机构不得影响进给，加工部位要敞开。为保 证工件在本工序中所有需要完成的待加工面充分暴露 在外，夹具要做的尽可能开敞，因为夹紧机构元件和 加工面之间应保持一定的安全距离，同时要求夹紧机 构元件能低则低，以防止夹具与铣床主轴套筒或刀套、 刃具在加工过程中发生干涉。
定位套
组合定位方式
一面两孔定位
应用实例
连杆盖工序图
一面两孔定位
定位误差分析
定位误差：因工件定位而产生的工序基 准在工序尺寸上的最大变动量△Ｄ 基准不重合 误差 △Ｂ 定位基准与工序基准 不重合引起的误差 大小等于定位 基准与工序基 准之间的尺寸 公差
定位误差 的组成 基准位移 误差△Ｙ
定位基准与限位基准 不重合引起的误差 由于定位基面 和限位基面的 制造公差和间 隙造成的
工装夹具基本要求
• 夹具在机床上能实现定向安装。为保持零件的安装 方位与机床坐标系及编程坐标系方向的一致性，夹具 应保证在机床上实现定向安装，还要求协调零件定位 面与机床之间保持一定的坐标联系。
•
尽量不要在加工过程中更换夹紧点，当一定要在加 工过程中更换夹紧点时，要特别注意不能因更换夹紧 点而破坏夹具或工件的定位精度。 • 夹具的刚性与稳定性要好。
数控机床工件装夹及夹具的选用
机床夹具概述
在机械制造中，为完成需要的加工工序、 装配工序及检验工序等，使用着大量的夹具。 利用夹具，可以提高劳动生产率，提高加 工精度，减少废品；可以扩大机床的工艺范 围，改善操作的劳动条件。 因此，夹具是机械制造中的一项重要的工 艺装备。 机床夹具是在机床上用以装夹工件的一种 装置，其作用是使工件相对于机床或刀具有 一个正确的位置，并在加工过程中保持这个 位置不变
典型螺旋压板夹紧机构
压 紧 件
螺旋压板夹紧机构中，压紧件主要用于将工件压紧在夹具体上，以保证工 件定位后的正确位置，并使工件在切削力的作用下位置保持不变。压紧件 的类型较多，用途广泛，适当使用可以改善夹具的压紧结构，提高效。
压板
紧 固 件
紧固件在夹具系统中所占的比例较大，数量约占一半以上， 主要用于连接夹具系统中的各类元件及紧固被加工工件
以圆柱孔定位
图a为间隙配合心轴，心轴工作部分按基孔 制h6、g6或f7制造。装卸工件较方便，但定 心精度不高；图b为过盈配合心轴，引导部 分直径D3按e8制造，其基本尺寸为基准孔的 最小极限尺寸，其长度约为基准孔长度的一 半。工作部分直径按r6制造，其基本尺寸为 基准孔的最大极限尺寸。当工件基准孔的长 径比L/D>1时，心轴的工作部分应稍带锥度 ，直径D1按r6制造，其基本尺寸为孔的最大 极限尺寸；直径D2按r6制造，其基本尺寸为 基准孔的最小极限尺寸。心轴上的凹槽供车 削工件端面时退刀用。这种心轴制造简便， 定心准确，但装卸工件不便，且易损伤工件 定位孔。多用于定心精度要求较高的场合； 图c为花键心轴，用于以花键孔为定位基准 的工件
1.组合夹具适用于新产品研制，单件、小批量生产，适用于产品品 种多，生产周期短的产品结构；
2.机床设备适用于钻床、加工中心、镗床、铣床、磨床，也可以组 合成装配工装、检查的检具和焊接夹具
孔系组 合夹具 组的 合类 夹型 具 槽系组 合夹具
根据零件的加工要求，用孔系列 组合夹具元件即可快速地组装成 机床夹具。该系列元件结构简单， 以孔定位，螺栓连接，定位精度 高，刚性好，组装方便
欠定位
常用定位元件及定位方式
支承钉 支承板
以平面 定位
辅助支承 浮动支承
以外圆柱 面定位 以圆柱孔定 位
圆柱销
各种心轴
V型块
定位套
以平面定位
A型用于精基准，B型用于粗基准，C型用于侧 面定位。支承钉与夹具孔的配合为H7/r6或 H7/n6。若支承钉需经常更换时可加衬套，其 外径与夹具体孔的配合亦为H7/r6或H7/n6， 内径与支承钉的配合为H7/js6。使用几个A型 支承钉时，装配后应磨平工作表面，以保证 等高性
调节支承
支承本身在定位过程中所处的位置，随工件 定位基准面位置的变化而自动与之适应，其 作用相当于一个固定支承，只限制一个自由 度。由于增加了与定位基准面接触的点数， 故可提高工件的安装刚性和稳定性。适用于 工件以粗基准定位或刚性不足的场合
自位支承
调节支承应用实例
以平面定位
旨在提高工件的装夹刚性和定位的稳定性 ，并不起消除自由度的作用。使用时必须 逐个工件进行调整，以适应工件支承表面 的位置变化结构简单，但效率较低
方向 夹紧力方向有助于定位； 夹紧力应指向主要定位面 落在支承范围内 ； 落在工件刚性较好的方向或部位 ； 靠近加工表面 主要根据切削力大小，由计算法或 类比法确定确定
夹紧力 的确定
作力点
大小
工件的夹紧
夹紧力应指向主要定位面
工件的夹紧
夹紧力作力点的位置
工件的夹紧
作用力点落在工件刚性较好的方向或部位
主定位基 准面
工件完全定位
加工时，工件的六个自由 度被完全限制了的定位
在夹具中限制 工件的自由度
不完全定位
在满足加工要求的前提下， 工件的六个自由度没有被完 全限制的现象
欠定位 过定位
根据加工要求应该限制的自 由度而没有限制的现象
工件的某个自由度被重复限 制的现象称为过定位
完全定位
不完全定位： Z轴旋转未限 制
通 用 夹 具
专 用 夹 具
可 调 夹 具
组 合 夹 具
成 组 夹 具
夹具的分 类 按适用机床分类
车 床 夹 具
铣 床 夹 具
钻 床 夹 具
镗 床 夹 具
磨 床 夹 具
夹具的分 类 按动力源分类
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
工件的夹紧
作用力靠近加工面
工件的夹紧
螺旋夹 紧机构 单螺旋夹 紧机构 螺旋压板 夹紧机构 特点：动作慢，费时 特点：夹紧力可靠，应 用广泛
基本夹 紧机构
斜楔夹 紧机构
偏心夹 紧机构
特点：夹紧力小，费 时→组合 用偏心件直接或间接 夹紧工件的机构。 定心：位于中心、对 中
定心夹 紧机构
单螺旋夹紧机构
机床夹具概述
定位装置 作用是使工件在夹具中占据正确的位置 作用是将工件压紧夹牢，保证工件在加工 过程中受到外力作用时不离开已经占据的 正确位置 将夹具上的所有组成部分，联接成为一个 整体的基础件
夹具 的组成
夹紧装置
夹具体
其它装置 或元件
包含对刀元件、导向元件、分度装置、连 接元件等
夹具的分 类
按用途分类
支承订
适用于精基准。A型用于侧面和顶面定位，B 型用于底面定位。支承板用螺钉紧固在夹具 体上。若受力较大或支承板有移动趋势时， 应增加圆锥销或将支承板嵌入夹具体槽内。 采用两个以上支承板定位时，装配后应磨平 工作表面，以保证等高性
支承板
以平面定位
适用于毛坯（如铸件）分批制造，其形状和尺 寸变化较大的粗基准定位。亦可用于同一夹具 加工形状相同而尺寸不同的工件，或用于专用 可调整夹具和成组夹具中。在一批工件加工前 调整一次，调整后用锁紧螺母锁紧
定位误差：指一批工件在夹具中的位置不一致而 引起的误差。用△D表示。 误差产生原因：基准不重合误差△B与 基准位 移误差△Y 定位误差的计算：△D=△B±△Y 当工件以平面定位时: △D=△B，（△Y=0） 当工件以内孔定位时:△Y=1/2（D+d） 当工件以外圆柱面定位时: △Y=0.707D （90°V型块定位）
不影响进给的装夹示例
不影响进给的装夹示例
数控夹具的选用
组合夹具的特点
组合夹具的优缺点： 优点：使用组合夹具可节省夹具的材料费、设计费、制造费，方 便库存保管；另外，其组合时间短，能够缩短生产周期，反复拆装， 不受零件尺寸改动限制，可以随时更换夹具定位易磨损件； 缺点：组合夹具需要经常拆卸和组装；其结构与专用夹具相比显 得复杂、笨重；对于定型产品大批量生产时，组合夹具的生产效率不 如专用夹具生产效率高 组合夹具的适用范围：
定位心轴
以外圆柱面定位
对中性好，能使工件的定位基准轴线在V 形块两斜面的对称平面上，而不受定位基 准直径误差的影响，并且安装方便。可用 于粗、精基准 固定V型块 用于定位夹紧机构中，起消除一个自由 度的作用 活动V型块
活动V型块应用实例
以外圆柱面定位
图a中外圆柱面为第二定位基准；图b 中外圆柱面为主定位基准；图c中定 位元件为半圆形衬套，上半圆起夹紧 作用，下半圆孔的最小直径应取工件 定位基准外圆的最大直径。适用于大 型轴类零件
定位误差计算实例
例：用α =90°的V形块定位铣轴 上键槽，计算定位误差；若不考 虑其它误差，判断其加工精度能 否满足加工要求？ 解： D =0.207 D = 0.207×0.12=0.025 ㎜ D 为0.025 ㎜，远小于工 件尺寸公差0.25 ㎜，所以能够 满足加工要求
工件的夹紧
工件：在加工中保持这一正 确位置不变
夹紧
工件定位 基本原理
六点定位原则
任何一个自由刚体，在空间均有六个自由度， 即沿空间坐标轴X、Y、Z三个方向的移动和 绕此三坐标轴的转动。工件定位的实质就是 限制工件的自由度
基准轴 第二定位基 准面 第三定位 基准面
基准轴
基准轴
工件定位时，用合理分布的六个支承点与 工件的定位基准相接触来限制工件的六个 自由度，使工件的位置完全确定，称为 “六点定则”。六点定则是工件定位的基 本法则，用于实际生产时，起支承作用的 是一定形状的几何体，这些用来限制工件 自由度的几何体就是定位元件
螺旋式辅助支承
支承销的高度高于主要支承，当工件装 夹在主要支承上后，支承销被工件定位 基准面压下，并与其他主要支承一起与 工件定位基准面保持接触，然后锁紧。 适用于工件重量较轻，垂直作用的切削 负荷较小的场合
自位螺旋式辅助支承
以圆柱孔定位
当工作部分直径D<3mm时采用小定位 销（JB/T 8014.1－1999），夹具体上 应有沉孔，使定位销圆角部分沉入孔内 而不影响定位。大批量生产时，应采用 可换定位销（JB/T 8014.3－1999）。 工作部分的直径，可根据工件的加工要 求和安装方便，按g5、g6、f6、f7制造 ，与夹具体配合为H7/r6或H7/n6，衬套 外径与夹具体配合为H7/h6，其内径与 定位销配合为H7/h6或H7/h5。当采用 工件上孔与端面组合定位时，应该加上 支承垫板或支承垫圈 定位销
•不完全定位是允许的。
不完全定ห้องสมุดไป่ตู้：
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
过定位
当过定位导致工件或定位元件变形，影响加工精 度时，应该严禁采用。 但当过定位并不影响加工精度，反而对提高加工 精度有利时，也可以采用。
过定位
欠定位
欠定位即：按照加工要求应该限制的自由度没有 被限制的定位。 工件的定位，若应限制的自由度没有被限制，出 现欠定位，则不能保证一批工件在夹具中位置的一致 性和工序的加工精度要求，因而是不允许的。
常用夹紧元件的使用
斜楔夹紧：是铣床夹具中使用最普遍的是机 械夹紧机构，这类机构大多数是利用机械摩擦的 原理来夹紧工件的。斜楔夹紧是其中最基本的形 式，螺旋、偏心等机构是斜楔夹紧机构的演变形 式
斜楔夹紧机构
斜楔夹紧机构结构简图
l一斜楔；2一滑柱；3一浮动压板；4一工件
偏心夹紧机构
螺旋式定心夹紧机构
X
Z
Z
a)
b)
不完全定位： Z轴旋转未限制
不完全定 位 按工件加工前的结构特点和工序加工精度要求， 又可分成如下两种情况： 1）由于工件加工前的结构特点，无法限制、也没有必要 限制某些方面的自由度。 如：在球面上钻孔，在光轴上车一段轴颈、在套 筒上铣一平面及在圆盘周边铣一个槽，都没有必要， 也不可能限制绕它们自身回转轴线或球心的不定度。 这方面的不定度未被限制，并不影响一批工件在加工 中位置的一致性。 2）由于工序的加工精度要求，工件在定位时允许保留某 些方面的不定度。
离 心 力 夹 具
其
它
工件在夹具中的定位
定位
使工件相对于机床及刀 具处于正确的位置
在机械加工中，要求加工出来的表面， 对加工件的其它表面保持规定的位置 尺寸。因为加工表面是由切削刀具和 机床的综合运动所造成，所以在加工 时，必须使加工件上的规定表面（线、 点）对刀具和机床保持正确的位置才 能加工出合格的产品