數控機床夾具概述和數控機床編程及加工

第3章數控機床夾具?第3章

數控機床夾具

3.1機床夾具概述

3.1.1概述3.1.2基準及其分類3.1.3機床夾具的組成和作用

?3.2工件的定位和夾緊3.2.1工件定位的基本原理3.2.2定位方法及定位元件3.2.3組合表面定位3.2.4夾緊裝置的組成及基本要求3.2.5夾緊力三要素確定3.2.6典型夾緊機構?3.3數控加工常用夾具3.3.1數控加工夾具簡介3.3.2組合夾具3.3.3拼裝夾具?3.1機床夾具概述3.1.1概述概念：在機械加工過程中，為了保證加工精度，固定工件，使之占有確定位置以接受加工或檢測的工藝裝備統(tǒng)稱為機床夾具，簡稱夾具。1．工件的安裝工件的安裝包含的內容：(1)定位(2)夾緊?2．工件的安裝方法 工件常用的安裝方法：(1)直接找正安裝概念：用劃針、百分表等工具直接找正工件位置并加以夾緊的方法稱直接找正安裝法。特點：生產率低，精度取決于工人的技術水平和測量工具的精度(2)劃線找正安裝

概念：先用劃針畫出要加工表面的位置，再按劃線用劃針找正工件在機床上的位置并加以夾緊。特點：費時，又需要技術高的劃線工

?(3)用夾具安裝概念：將工件直接安裝在夾具的定位元件上的方法特點：①工件在夾具中的正確定位，是通過工件上的定位基準面與夾具上的定位元件相接觸而實現的。因此，不再需要找正便可將工件夾緊。②由于夾具預先在機床上已調整好位置，因此，工件通過夾具相對于機床也就占有了正確的位置③通過夾具上的對刀裝置，保證了工件加工表面相對于刀具的正確位置。?3.1.2基準及其分類概念：基準是零件上用來確定其它點、線、面位置所依據的那些點、線、面?；鶞史诸悾涸O計基準和工藝基準1．設計基準（圖a、b）設計基準是在零件圖上所采用的基準。它是標注設計尺寸的起點。

?2．工藝基準 （圖b）概念：工藝基準是在工藝過程中所使用的基準。分類：定位基準、工序基準、測量基準和裝配基準。(1)定位基準（圖a、b）概念：在加工中用作定位的基準，稱為定位基準。它是工件上與夾具定位元件直接接觸的點、線或面。分類：粗基準和精基準?(2)工序基準（圖a）概念：在工序圖上，用來標定本工序被加工面尺寸和位置所采用的基準，稱為工序基準。注意：序基準應當盡量與設計基準相重合(3)測量基準（圖b）概念：件測量時所采用的基準，稱為測量基準(4)裝配基準（圖b）概念：裝配時用以確定零件在機器中位置的基準，稱為裝配基準。

?3.1.3機床夾具的組成和作用1．機床夾具在機械加工中的作用(1)保證加工精度(2)提高生產率、降低成本(3)擴大機床的工藝范圍(4)減輕工人的勞動強度?2．夾具的組成(1)定位元件(圖)定位元件保證工件在夾具中處于正確的位置。(2)夾緊裝置(圖)夾緊裝置的作用是將工件壓緊夾牢，保證工件在加工過程中受到外力(切削力等)作用時不離開已經占據的正確位置。(3)對刀或導向裝置對刀或導向裝置用于確定刀具相對于定位元件的正確位置。

?(4)連接元件連接元件是確定夾具在機床上正確位置的元件。(5)夾具體

夾具體是機床夾具的基礎件，(6)其它裝置或元件它們是指夾具中因特殊需要而設置的裝置或元件。若需加工按一定規(guī)律分布的多個表面時，常設置分度裝置；為了能方便、準確地定位，常設置預定位裝置；對于大型夾具，常設置吊裝元件等。?3.2工件的定位和夾緊工件的六個自由度長方體形工件的定位3.2.1工件定位的基本原理1．六點定位原理?①、概念：用合理分布的六個支承點限制工件六個自由度的法則，稱為六點定位原理。②、“六點定位原理”應注意：(1)定位支承點限制工件自由度的作用，應理解為定位支承點與工件定位基準面始終保持緊貼接觸。(2)一個定位支承點僅限制一個自由度，一個工件僅有六個自由度，所設置的定位支承點數目，原則上不應超過六個。(3)分析定位支承點的定位作用時，不考慮力的影響?2．工件定位中的幾種情況(1)完全定位（圖）概念：工件的六個自由度全部被限制的定位。(2)不完全定位（圖）概念：根據工件的加工要求，并不需要限制工件的全部自由度的定位。(3)欠定位（圖）概念：根據工件的加工要求，應該限制的自由度沒有完全被限制的定位(4)過定位（圖）概念：夾具上的兩個或兩個以上的定位元件，重復限制工件的同一個或幾個自由度的現象?①、過定位可能導致的后果：A、工件無法安裝B、造成工件或定位元件變形②、消除或減小過定位所引起干涉的方法：A、改變定位元件的結構，使定位元件重復限制自由度的部分不起定位作用。（改進圖）B、合理應用過定位，提高工件定位基準之間以及定位元件的工作表面之間的位置精度。（圖）

?3.2.2定位方法及定位元件概念：工件上的定位基準面與相應的定位元件合稱為定位副1．工件以平面定位(1)支承釘①、球頭支承釘（圖B型）②、齒紋頭支承釘（圖C型）③、平頭支承釘（圖A型）④、可調支承（圖）⑤、自位支承(2)支承板（圖）?2．工件以圓柱孔定位定位方式的基本特點是：定位孔與定位元件之間處于配合狀態(tài)，并要求確?？字行木€與夾具規(guī)定的軸線相重合。(1)圓柱銷（圖）(2)圓柱心軸（圖）心軸主要用于套筒類和空心盤類工件的車、銑、磨及齒輪加工。(3)圓錐銷（圖a、b）工件以圓柱孔在圓錐銷上定位(4)小錐度心軸?3．工件以圓錐孔定位(1)圓錐形心軸圓錐心軸限制了工件除繞軸線轉動自由度以外的其它五個自由度。(2)頂尖即為錐孔與錐銷配合。兩個中心孔是定位基面，所體現的定位基準是由兩個中心孔確定的中心線?4．工件以外圓柱表面定位(1)V形架V形架定位的最大優(yōu)點是對中性好。V形架可分為固定式和活動式。

(2)定位套一般適用于精基準定位，常與端面聯(lián)合定位。工件以外圓柱面定位，有時也可用半圓套或錐套作定位元件。?3.2.3組合表面定位最常用的就是“一面兩孔”定位。一平面和一圓柱銷及削邊銷其它組合定位方式還有以一孔及其端面定位（齒輪加工中常用），有時還會采用V形導軌、燕尾導軌等組合成形表面作為定位基面。?3.2.4夾緊裝置的組成及基本要求1．夾緊裝置的組成

圖(1)力源裝置

圖中1產生夾緊作用力的裝置。所產生的力稱為原始力(2)中間傳力機構

圖中2介于力源和夾緊元件之間傳遞力的機構(3)夾緊元件

圖中3夾緊裝置的最終執(zhí)行件，與工件直接接觸完成夾緊作用?2．對夾具裝置的要求（1）夾緊時應保持工件定位后所占據的正確位置。（2）夾緊力大小要適當。（3）夾緊機構的自動化程度和復雜程度應和工件的生產規(guī)模相適應，并有良好的結構工藝性，盡可能采用標準化元件。（4）夾緊動作要迅速、可靠，且操作要方便、省力、安全。?3.2.5夾緊力三要素確定夾緊力的三要素：大小、方向和作用點。1．夾緊力方向的確定確定原則：（1）夾緊力的作用方向應垂直于主要定位基準面。圖（2）夾緊力作用方向應使所需夾緊力最小。

圖（3）夾緊力作用方向應使工件變形最小。

圖?2．夾緊力作用點的確定①、概念；選擇作用點的問題是指在夾緊方向已定的情況下，確定夾緊力作用點的位置和數目。②、依據原則：（1）夾緊力作用點應落在支承元件上或幾個支承元件所形成的支承面內。圖（2）夾緊力作用點應落在工件剛性好的部位上。圖（3）夾緊力作用點應盡可能靠近被加工表面，以減小切削力對工件造成的翻轉力矩。工件剛性差的部位增加輔助支承并施加夾緊力，以免振動和變形。圖?3．夾緊力大小的確定夾緊力大小要適當，過大了會使工件變形，過小了則在加工時工件會松動，造成報廢甚至發(fā)生事故。采用手動夾緊時，可憑人力來控制夾緊力的大小當設計機動(如氣動、液壓、電動等)夾緊裝置時，則需要計算夾緊力的大小。夾緊力三要素的確定必須全面考慮工件的結構特點、工藝方法、定位元件的結構和布置等多種因素。?3.2.6典型夾緊機構1．楔塊夾緊

圖工作特點：(1)楔塊的自鎖性

楔塊的自鎖條件為：α≤φ1+φ2取α=5°~7°(2)楔塊能改變夾緊作用力的方向；(3)楔塊具有增力作用，增力比i=Q/F≈3；(4)楔塊夾緊行程??；(5)結構簡單，夾緊和松開需要敲擊大、小端，操作不方便。增力比、行程大小和自鎖條件是相互制約的圖?2．螺旋夾緊機構

圖工作特點：(1)自鎖性能好(2)增力比大(i≈75)(3)夾緊行程調節(jié)范圍大(4)夾緊動作慢、工件裝卸費時適用范圍；適用于手動夾緊，在機動夾緊機構中應用較少在實際生產中，螺旋——壓板組合夾緊比單螺旋夾緊用得更為普遍。?3．偏心夾緊

圖①、特性:(1)圓偏心夾緊的自鎖條件：D/e≥14。D/e值叫做偏心輪的偏心特性，表示偏心輪工作的可靠性，此值大，自鎖性能好，但結構尺寸也大(2)增力比：i=12~13。②、特點:優(yōu)點是操作方便，動作迅速，結構簡單缺點是工作行程小，自鎖性不如螺旋夾緊好，結構不耐振，適用于切削平穩(wěn)且切削力不大的場合，常用于手動夾緊機構。?4．聯(lián)動夾緊機構①、概念:聯(lián)動夾緊機構是操作一個手柄或用一個動力裝置在幾個夾緊位置上同時夾緊一個工件(單件多位夾緊)或夾緊幾個工件(多件多位夾緊)的夾緊機構。②、在設計聯(lián)動夾緊機構時應注意的問題：(1)必須設置浮動環(huán)節(jié)，以補償同批工件尺寸偏差的變化，保證同時且均勻地夾緊工件。(2)聯(lián)動夾緊一般要求有較大的總夾緊力，故機構要有足夠剛度，防止夾緊變形。(3)工件的定位和夾緊聯(lián)動時，應保證夾緊時不破壞工件在定位時所取得的位置。?5．定心夾緊機構①、概念：定心夾緊機構是指能保證工件的對稱點(或對稱線、面)在夾緊過程中始終處于固定準確位置的夾緊機構。②、特點：夾緊機構的定位元件與夾緊元件合為一體，并且定位和夾緊動作是同時進行的。③、按其工作原理分類：一種是按定位——夾緊元件等速移動原理來實現定心夾緊的；另一種是按定位——夾緊元件均勻彈性變形原理來實現定心夾緊的機構?3.3數控加工常用夾具

3.3.1數控加工夾具簡介①、數控機床夾具必須適應特點；數控機床的高精度、高效率、多方向同時加工、數字程序控制及單件小批生產的。②、數控機床夾具的新要求：(1)推行標準化、系列化和通用化；(2)發(fā)展組合夾具和拼裝夾具，降低生產成本；(3)提高精度；(4)提高夾具的高效自動化水平。

?③、通用夾具的種類：1．數控車床夾具數控車床夾具分類：A、三爪自定心卡盤

圖優(yōu)點：可自動定心，裝夾方便，應用較廣，缺點：夾緊力較小，不便于夾持外形不規(guī)則的工件B、四爪單動卡盤

圖特點：四個爪都可單獨移動，安裝工件時需找正，夾緊力大，適用于裝夾毛坯及截面形狀不規(guī)則和不對稱的較重、較大的工件。C、花盤

??④、其他的數控機床夾具A、拼裝夾具、B、組合夾具、C、可調夾具和數控夾具。?3.3.2組合夾具1．組合夾具的概念：（圖a、b）組合夾具由一套預先制造好的不同形狀、不同規(guī)格、不同尺寸的標準元件及部件組裝而成。2．組合夾具的特點：優(yōu)點：組合夾具的元件精度高、耐磨，并且實現了完全互換缺點：體積較大，剛度較差，一次投資多，成本高3．分類：組合夾具分為槽系和孔系兩大類。?4．槽系組合夾具(1)槽系組合夾具的規(guī)格槽系組合夾具分大、中、小型三種規(guī)格(2)組合夾具的元件①基礎件（圖a）②支承件（圖b）③定位件

④導向件（圖a）⑤夾緊件（圖b）⑥緊固件

⑦夾緊件

⑧合件

⑨其他新元件和合件?3．孔系組合夾具

圖（1）元件定位方式：一面兩圓柱銷定位（2）特點：優(yōu)點：允許使用的過定位；其定位精度高，剛性比槽系組合夾具好，組裝可靠，體積小，元件的工藝性好，成本低，可用作數控機床夾具缺點：組裝時元件的位置不能隨意調節(jié)，常用偏心銷釘或部分開槽元件進行彌補。

?3.3.3拼裝夾具概念：圖拼裝夾具：在成組工藝基礎上，用標準化、系列化的夾具零部件拼裝而成的夾具。固定零點編程：三個加工孔的坐標尺寸可用機床定位孔1作為零點進行計算編程浮動零點編程：選夾具上方便的某一定位孔作為零點進行計算編程特點：有組合夾具的優(yōu)點，比組合夾具有更好的精度和剛性，更小的體積和更高的效率，因而較適合柔性加工的要求，常用作數控機床夾具。

??謝謝觀看!??(a)支承塊(b)鉆套?(a)支承塊(b)鉆套?后蓋零件鉆徑向孔的工序圖?后蓋鉆夾具?完全定位示例分析?在車床上加工通孔磨平面?欠定位示例?(a)長銷和大端面定位(b)平面和兩短圓柱銷定位?(a)大端面加球面墊圈(b)大端面改為小端面?滾齒夾具1—壓緊螺母2—墊圈3—壓板4—工件5—支承凸臺6—工作臺7—心軸?支承釘?用可調支承加工相似件1—銷軸2—V形塊

3—可調支承?支承板?圓柱定位銷(a)D＞3～10(b)D＞10～18(c)D＞18(d)帶套可換定位銷?(a)間隙配合心軸

(b)過盈配合心軸

(c)花鍵心軸

?圓錐銷定位

(左)粗基準定位(右)精基準定位?

圓錐銷組合定位

?（a）V形架對中性分析

?（b）V形架

?活動V形架應用

?

一面兩孔組合定位

?削邊銷的形成

削邊銷結構(a)d<3(b)d=3～50(c)d>50

?夾緊裝置組成示意圖

1—氣缸2—連桿3—壓板?夾緊力方向對鏜孔垂直度的影響(a)合理(b)不合理

?夾緊方向與夾緊力大小的關系（a）最合理（b）較合理（c）可行（d）不合理（e）不合理（f）最不合理?夾緊力方向與工件剛性關系

?夾緊力作用點應在支承面內(a)不合理(b)合理

?夾緊力作用點應在剛性較好部位

(a)不合理(b)合理?夾緊力作用點應靠近加工表面

?楔塊夾緊鉆模

?

雙升角楔塊

?單螺旋夾緊

?(a)偏心輪夾緊(b)圓偏心展開圖

圓偏心夾緊及其圓偏心展開圖

?三爪自定心卡盤的構造

四爪單動卡盤

1-卡盤體2-卡爪3-絲桿

?平口鉗

1-底座2-固定鉗口3-活動鉗口4-螺桿

?盤類件鉆徑向孔工序圖

?鉆盤類零件徑向孔的組合夾具1—基礎件2—支承件3—定位件4—導向件5—夾緊件6—緊固件7—其它件8—合件

?a）基礎件

b）支承件

?定位件

?a）導向件

b）壓緊件

?緊固件

?其它件

?合件

?密孔節(jié)距鉆模板1一本體2一可調鉆模板?1—螺塞2—油管接頭

3—基礎板

4—液壓缸5—鍵6—活塞

液壓缸的基礎板?BIUCO孔系組合夾具組裝示意圖

?

數控機床夾具

1、2—定位孔3—定位銷孔4—數控機床工作臺5—液壓基礎平臺6—工件7—通油孔8—液壓缸9—活塞10—定位鍵11、13—壓板12—拉桿?、普通矩形平臺1—T形槽2—定位銷孔3—緊固螺紋孔4—連接孔5—高強度耐磨襯套6—防塵罩7—可卸法蘭盤8—耳座

?平面安裝

T形槽安裝

側面可調支承

可調定位支承

?定位支承板

?可調V形塊合件1—圓柱銷2—菱形銷3—左、右螺紋螺桿4、5—左、右活動V形塊6—工件

?(a)鉸鏈式(b)鉤頭式(c)杠桿式

手動可調夾緊壓板?(a)杠桿式液壓組合壓板(b)滑柱式液壓組合壓板液壓組合壓板?(a)帶徑向T形槽花盤(b)帶內外定位止口花盤

4．回轉過渡花盤?(c)帶同心T形槽花盤(d)可拼裝彎板花盤?機械工程實驗教學中心數控機床編程及加工機械工程實驗教學中心實驗目的通過數控機床的加工程序編制，掌握編程的方法及技巧；將在計算機上用OpenSoftCNC軟件模擬顯示加工過程校驗程序，然后在數控機床上對工件進行加工；結合機械加工工藝，實現最優(yōu)化編程，提高加工質量和生產效率。機械工程實驗教學中心數控編程的基本原理數控編程的目的；數控編程的內容；編程步驟。機械工程實驗教學中心數控編程的基本原理所謂編程，就是把零件的圖形尺寸、工藝過程、工藝參數、機床的運動以及刀具位移等內容，按照數控機床的編程格式和能識別的語言記錄在程序單上的全過程。這樣編制的程序還必須按規(guī)定把程序單制備成控制介質如程序紙帶、磁帶等，變成數控系統(tǒng)能讀懂的信息，再送入數控機床，數控機床的CNC裝置對程序經過處理之后，向機床各坐標的伺服系統(tǒng)發(fā)出指令信息，驅動機床完成相應的運動。數控編程的目的機械工程實驗教學中心數控編程的基本原理①分析零件圖紙，確定加工工藝過程；②計算走刀軌跡，得出刀位數據；③編寫零件加工程序；④制作控制介質；⑤校對程序及首件試加工。數控編程的內容機械工程實驗教學中心數控編程的基本原理數控編程的步驟零件圖紙分析零件圖紙制定工藝規(guī)程數學處理編寫程序文件制作控制介質程序校驗及試切數控機床機械工程實驗教學中心OpenSoftCNC軟件介紹OpenSoftCNC軟件包括數控車床模擬仿真和數控銑床模擬仿真系統(tǒng)，由軟件+標準硬件系統(tǒng)構成，不要求專用硬件或運動控制卡，所有數控功能和邏輯控制功能均由軟件完成，操作界面由系統(tǒng)操作和機床控制兩大部分組成。機械工程實驗教學中心OpenSoftCNC軟件介紹為例，軟件提供下列指令：以數控車床模擬仿真系統(tǒng)（OpenSoftCNC01T）組別指令功能編程格式模態(tài)

1G00快速線性移動G00X(U)_Z(W)_√G01直線插補G01X(U)_Z(W)_√G02順時針圓弧插補G02I_K_X(U)_Z(W)_√G03逆時針圓弧插補G03I_K_X(U)_Z(W)_√G32恒螺距公制螺紋插補G32X(U)_Z(W)_K_I_H√G33恒螺距英制螺紋插補G33X(U)_Z(W)_K_I_H√G27X軸返回程序零點G27

G28Z軸返回程序零點G28

G92定義絕對坐標系G92X_Z_√2G04延時G04E_

3M00暫停M00

M02程序結束M02

4M03主軸正轉M03√M04主軸反轉M04√M05主軸停M05√5M08開冷卻液M08√M09關冷卻液M09√

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