数控加工工艺与编程模块二零件的定位与夹紧.ppt
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1、模块二 零件的定位与夹紧,任务一 零件的定位 任务二 工件的夹紧 任务三 机床夹具,任务一 零件的定位,【学习目标】 1、知识目标:(1)了解六点定位的原理; (2)熟悉定位基准选择的原则及应用; (3)熟悉定位元件的应用。 2、技能目标:根据零件的结构,能正确选择其加工过程中的粗、精加工基准。,下一页,返回,任务一 零件的定位,【知识学习】 一、零件的六点定位 1、六点定位原理 工件在任意空间中是一个自由体,对于空间中相互 直的三个坐标平面有六个自由度。这六个自由度是工件在空间位置不确定的最高程度。应该说工件在空间的自由度越少,工件的定位越好。当工件的六个自由度都被完全消除时,它在这一空间的
2、位置即被完全确定,也就是具有了唯一性。如图2-1所示。,下一页,上一页,返回,任务一 零件的定位,沿X轴方向的移动,以 表示,如图2-1a; 沿X轴方向的转动,以 表示,如图2-1b; 沿Y轴方向的移动,以 表示,如图2-1c; 沿Y轴方向的移动,以 表示,如图2-1d; 沿Z轴方向的移动,以 表示,如图2-1e; 沿Z轴方向的移动,以 表示,如图2-1f。,下一页,上一页,返回,任务一 零件的定位,2、六点定位原理的应用 实际生产中运用六点定位原理时,必须根据实际加工情况灵活运用。会出现一些不同的定位方式。 (1)完全定位 工件在夹具中定位时,六个自由度全部被消除,称为完全定位。当采用完全定
3、位时,工件在夹具中的位置是唯一的。由图2-2可知,工件形状不同,定位表面不同,定位点的布置情况会各不相同。,下一页,上一页,返回,任务一 零件的定位,(2)不完全定位 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。有些自由度对加工要求有影响,有些自由度对加工要求无影响,只要分布与加工要求有关的支承点,就可以用较少的定位元件达到定位的要求,这种定位情况称为不完全定位。不完全定位是允许的,下面举例说明。 五点定位如图2-3a所示,钻削加工小孔D,工件以内孔和一个端面在夹具的心轴和平面上定位,限制工件 、 、 、 、 五个自由度,相当于五个支承点定位。工件绕心轴的转动 不影
4、响对小孔D的加工要求。,下一页,上一页,返回,任务一 零件的定位,四点定位如图2-4所示,铣削加工通槽B,工件以长外圆在夹具的双V形块上定位,限制工件的 、 、 、 、四个自由度,相当于四个支承点定位。工件的 、 两个自由度不影响对通槽B的加工要求。,下一页,上一页,返回,图2-3 五点定位实例,图2-4 四点定位实例,任务一 零件的定位,(3)欠定位 工件在夹具中定位时,该消除的自由度没有完全被消除,工件不能正确定位称为欠定位。欠定位不能保证工件的加工精度,往往会产生废品,在加工中是完全不允许的。 如铣削图2-5所示零件上的通槽,应该限制 、 、 三个自由度以保证槽底面与A面的平行度及尺寸6
5、0 mm两项加工要求;应该限制 、 两个自由度以保证槽侧面与B面的平行度及尺寸((30士0.1)mm两项加工要求; 自由度不影响通槽加工,可以不限制。如果 没有限制,60 mm就无法保证;如果 、 没有限制,槽底与A面的平行度就不能保证。,下一页,上一页,返回,任务一 零件的定位,(4)重复定位 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重复定位。重复定位不能保证工件的加工精度,往往会产生废品,在加工中是完全不允许的。如图2-5a所示的连杆定位方案,长销限制了 、 、 、 四个自由度,支承板限制了 、 三个自由度,其中 、 被两个定位元件重复限制,这就产生重复定位。当工件小头孔与
6、端面有较大垂直度误差时,夹紧力FJ将使连杆变形,或使长销弯曲图2-6b、c,造成连杆加工误差。若采用图2-6d所示方案,即将长销改为短销,就不会产生过定位。当过定位导致工件或定位元件变形,影响加工精度时,应严禁采用,但当过定位不影响工件的正确定位,对提高加工精度有利时,也可以采用。可见重复定位是否要采用,要具体情况具体分析。,下一页,上一页,返回,任务一 零件的定位,工件定位基准选择 1、基准概念 在加工工件时,为了使工件相对于机床、刀具具有一个正确的位置,必须把工件按工艺要求安放在所用的夹具中,使之加工工后能够符合图纸的要求,这一过程,叫做定位。而工件上的定位是靠工件上的某些表面和夹具中的定
7、位元件接触来实现的。因些,工件的定位基准的选择非常重要。所谓的基准就是用来确定零件或部件上某些点、线、面位置时所依据的该零件上的点、线、面。 基准可以分为设计基准和工艺基准。,下一页,上一页,返回,任务一 零件的定位,(1)设计基准 零件图上确定其次点、线、面的位置所依据的那些点、线、面称为设计基准。下面图2-7为一设计基准实例。,下一页,上一页,返回,图2-7设计基准,任务一 零件的定位,2)工艺基准 是指工艺过程中所采用的基准。工艺基准又可分为定位基准、测量基准和装配基准等几种。 1)定位基准 是指加工程中用作定位的基准。也就是指用确定工件在夹具中位置点、线、面。工件定位基准位置一经确定,
8、工件其它部分的位置也就随之确定。工件定位时,作为定们基准的点或线,往往是由某些具体表面体现出来,这种表面称为定位基准面。,下一页,上一页,返回,任务一 零件的定位,例如下图2-8、2-9为车削一轴类工件,用三爪卡盘装夹时,定位基准面是工件外圆。采用两顶尖装夹时,定位基准面是工件的两中心孔,定位基准则是轴的中心线。,下一页,上一页,返回,图2-8三爪卡盘装夹,图2-9用两顶尖装夹,任务一 零件的定位,2) 测量基准 是指测量时所采用的基准。 被加工工件各项精度测量和检测时的基准。机械加工工件的精度要求包括尺寸精度、形状精度和位置精度。 尺寸误差可用长度测量量具检测;形状误差和位置误差要借助测量夹
9、具和量具来完成。下面以被加工工件径向跳动的测量误差和测量基准为例来说明。 测量径向跳动误差时,测量方向应垂直于基准轴线。,下一页,上一页,返回,任务一 零件的定位,当实际基准表面形状误差较小时,可用一对V形铁支撑被测工件。工件旋转一周,指示表上最大、最小读数之差即为径向圆跳动的误差,如图2-10a所示。此种测量方法的测量基准是零件支撑处的外表面,用两工件的圆周确定工件的中心线来进行工件的测量。测量误差中包含测量基准本身的形状误差和不同轴位置误差。 使用两中心孔作为测量基准是更为广泛应用的方法,如图2-10b所示。这是比较理想的测量基准。其好处在于:此种测量方法的基准是用两中心孔来确定工件的中心
10、线,而一般工件在数控车削加工时的加工基准和在工件设计时的设计基准都是中心线遥准,保证了基准的重合,从而能够提高工件的加工精度。由此可见,在数控车削加工中要尽量使工件的定位基准与设计基准重合。,下一页,上一页,返回,任务一 零件的定位,3)、装配基准 是指装配时用来确定零件或部件在产品中相对位置所采用的基准。如图2-11所示。,下一页,上一页,返回,图2-11装配基准,任务一 零件的定位,2、定位基准的选择 对于基准的选择,由于种类和功用的不同,选择的方法也不同。这里仅介绍与夹具计最为密切的基准之一定位基准。 定位基准的选择与工艺过程的制定是密切相关的。因此对定位基准的选择要多定方案,比较其优缺
11、点,多考虑其与工艺方案的关系,对加工精度的影响。应该说合理的选择定位基准对保证加工精度确定加工顺序都有决定性影响。定位基准分为粗基准和精基准。机械加工中,第一道工序中,用毛坯上末加工过的表面作为定位基准,这种基准称为粗基准。,下一页,上一页,返回,任务一 零件的定位,粗基准的选择 粗基准的选择是否合理,直接影响到各加工表面加工余量的分配,以及加工表面和不加工表面的相互位置关系。因此,必须合理选择。 要求: 1)要保证所有的加工表面都足够的加工余量: 2)要保证加工表面与不加工表面有一定的位置精度。 原则:,下一页,上一页,返回,任务一 零件的定位,1)相互位置要求原则:选择与加工表面相互位置精
12、度要求较高的不加工表面作为粗基准,以确不加工表面与加工表面的位置要求。如图2-12所示。 2)重要表面原则:为了保证重要加工表面的均匀,应选择重要加工表面为粗基准。,下一页,上一页,返回,图2-12相互位置原则,任务一 零件的定位,例如,车床床身加工时,为保证导轨面有均匀一致的金相组织和较高的耐磨性,应使其加工余量小而均匀。因此,应选择导轨面为粗基准,先加工与床腿的连接面,如图2-13a所示。然后,再以连接面为精基准,加工导轨面,如图2-13b所示。这样就可以保证导轨面被切去的余量小而均匀。,下一页,上一页,返回,图2-13重要表面原则,任务一 零件的定位,3)加工余量合理分配原则:对于全部表
13、面都需要加工的零件,应该选择加工余量最小的表面作为粗基准,这样不会因为位置的偏移而造成余量太小的部位加工不出来。 如上图2-14所示的阶梯轴,毛坯锻造时两外圆有5mm的偏心,应选择58mm的外圆表面作粗基准,因其加工余量较小。如果选114mm外圆为粗基准加工拓58mm外圆时,则加工后的50mm的外圆,因一侧余量不足而使工件报废。,下一页,上一页,返回,图2-14加工余量合理分配原则,任务一 零件的定位,4)不重复使用原则:粗基准未经加工,表面比较粗糙且精度低,二次安装时,其在机床上(或夹具中)的实际位置可能与第一次安装时不一样,从而产生定位差,导致相应加工表面出现较在的位置误差。从图2-15可
14、以看出粗基准不能重复使用。,下一页,上一页,返回,图2-15加工余量合理分配原则,任务一 零件的定位,5)便于工件装夹原则:作为粗基准的表面,应尽量平整光滑,没有飞边、冒口、浇口口或其他缺陷,以便使工件定位准确、夹紧可靠。 (2)精基准的选择 精基准的选择重点是保证工件的加工精度且装夹可靠方便、结构简单。,下一页,上一页,返回,任务一 零件的定位,1)基准重合原则:直接选择加工表面的设计基准为定位基准,称为基准重合原则。采用基准重合原则可以避免由定位基准与设计基准不重合而引起的定位误差。图2-16为采用两端中心孔作为统一基准磨削各外圆表面,这样可以很好的保证各表面之间的同轴度。,下一页,上一页
15、,返回,图2-16基准重合原则,任务一 零件的定位,2)基准统一原则:同一个零件上的多道工序尽可能选择同一个定位基准,称为基准统一。这样既可保证零件各加工表面的相到位置精度,避免或减少因基准转换而引起的误差,而且简化了夹具的设计与制造。从而降低了成本缩短生间周期。如在车、铣、磨等工序中加工轴类零件时,始终是以工件的中心孔作为精基准。在加工齿轮时,先把工件的内孔加工好,然后始终以内孔作为基准。 3)自为基准原则:精加工或光整加工工序要求余量小而均匀,应选择加工表面身作为定位基准,称为自为基准原则。,下一页,上一页,返回,任务一 零件的定位,图2-17所示的导轨面磨削,在磨床上用百分表找正导轨面相
16、对机床运动方向的正确位置,然后磨去薄而均匀的一层,以满足对导轨面的质量要求。采用自为基准原则加工时,只能提高加工表面本身的尺寸精度、形状精度,而不能提高加土表面的位置精度,加工表面的位置精度应由前道工序保证。,下一页,上一页,返回,图2-17自为基准原则 1磁力表座 2百分表 3床身 4垫铁,任务一 零件的定位,4)互为基准原则:为使用工件各加工表面肯有较高的位置精度或使各加工表面肯有均匀的加工余量,可采用两个加工表面互为基进行反复加工的方法,称为互为基准原则。 车床主轴轴颈与前端锥孔有很高的同轴度要求,生产中常以主轴颈表面和锥孔表面互为基准反复加工来达到要求。又如图2-18加工精密齿轮,采用
17、齿面和内孔互为基准,反复加工。,下一页,上一页,返回,图2-18互为基准原则 1卡盘 2滚柱 3齿轮,任务一 零件的定位,5)便于装夹原则:所选精基准应能保证工件定位准确稳定,装夹方便可靠,夹具结构简单适用,操作方便灵活。同时。定位基准应足够大的接触面积,以承受较大的切削力。,下一页,上一页,返回,任务一 零件的定位,(3)辅助基准的选择 辅助基准是为了便于装夹或实现基准统一而人为制成的一种定位基准,如轴类零件加工时所用两个中心孔,它不是零件的工作表面,只是出于工艺上的需要才做出来的,也如图2-19所采用的工艺孔和工艺搭子等。,下一页,上一页,返回,图2-19辅助基准,任务一 零件的定位,三、
18、工件定位方式与定位元件 工件的定位是通工件上的定位表面与夹具上的定位元件的配合或接触实现的。一般应根据工件上定位基准面的形状,选择相应的定位元件。而定位表面分为以平面定位、以外圆柱面定位、以内孔定位等。由于定位的方式不同,所选择的定位元件也不同。 1、工件以平面定位 平面定位的形式主要是支承定位。常用的的定位元件有固定支承、可调支承、浮动支承、辅助支承四类。 (1)固定支承 有支承钉和支承板两种形式。固定支承在使用过程中是固定不动的。支承钉和支承板目前已标准化了。,下一页,上一页,返回,任务一 零件的定位,图2-20所示为各类支承钉。图2-20 (a)为平头支承钉,常用于已加工工的表 面既精基
19、准的定位。图2-20(b)为圆头支承钉,常用于毛坯表面的定位既精基准的定位,这种支承钉由于是点接触,在使用过程中容易磨损。图2-20(c)为齿纹头支承钉,它能增加接触面的磨擦力,防止工件产生变动,常用于工件侧面的定位。对于大中型零件,当用精基准定位时,通常采用支承板。图2-20(d)为A型支承板,A型支承板结构简单,制造方便,但切屑末易堆聚在固定支承板用沉头螺钉坑中,不易清除。常用于工件侧面或顶面的定位。图2-20(e)为B型支承板,B型支承板的结构克服了A型支承板的缺点,但存在制造略为麻烦。,下一页,上一页,返回,任务一 零件的定位,(2)可调支承 常用于使用过程中,工件尺寸变化较大而支承钉
20、高度需要调整的场合。如形状变化较大或系列化产品生产时往往需要采用可调支承。可调支承的顶面位置可以在一定范围内调节调节好后用螺母其锁紧。一般调整一次后加工一批零件,调整好的可调支承其作用相当于固定支承。其结构如图2-21所示。 在毛坯质量不高而又以粗基准定位时,尤其在中小批量生产时,不同批次的毛坯尺寸住往变化很大;如果采用固定支承在夹具中定位,并用调整法加工时,则由于各批毛坯尺寸不一致,将直接引起工件上以后要加工的各表面位置的不稳定,从而使以后工序的加工余量变化太大,影响加工精度,而采用可调支承则可通过批次生产首件调整来解决问题。,下一页,上一页,返回,任务一 零件的定位,(3)浮动支承 工件在
21、定位过程中,能随工件定位基准位置的变化自动调节的支承 ,称为浮动支承图2-22所示。因些,这种支承在夹具上是活动的。(a)为球面三点式,定位时可保证与工件定位面上三个分布点接触;(b)和(c)为二点式浮动支承,分别通过球面和斜面实现浮动,从而确保工件与支承的二个浮动点接触。无论是那种形式的浮动支承,其作相当于一个固定支承,只限制一个自由度,主要目的是提高工件的刚性和稳定性。常用于毛坯面定位或刚性不足场合定位。,下一页,上一页,返回,任务一 零件的定位,(4)辅助支承 辅助支承是指由于工件形状、夹紧力、切削力和工件重力等原因,可能使工件在定位后还产生变形或定位不稳,为了提高工件的装夹刚性和稳定性
22、而增设的支承。辅助支承只能起提高工件支承刚性的辅助定位作用,而不起限制自由度的作用,更不能破坏工件原有定位。 图2-23a顶面,为防止工件左端在切削力作用下产生变形和振动。因此在工件左端悬伸部位下设置辅助支承,用来提高工件的安装稳定性和刚性。 图2-23b变速箱壳体在工件定位上定位安装铣削顶面。在箱底设置一处辅助支承,既为工件提供了预定位位置,又方便操作工人的夹紧安装,并可起到增加刚性的作用。,下一页,上一页,返回,任务一 零件的定位,2、工件以外圆柱面定位 采用外圆满定位进行加工是一种常用的定位方式,在生产中应用十分广泛。外圆定位的基本形式有两种:定心定位和支承定位。 (1)支承定位 支承定
23、位最常用的是V形块定位。以下图所示的是各种V形块的定位方式。图2-24a所示V形块用于较短工件精基准定位;图2-24b形式用于较长工件的粗基准定位;图2-24C所示形式用于工件两段精基准面相距较远的定位;图2-24d所示形式,长V形块限制工件的四个自由度,短V形块限制工件的两个自由度。V形块的夹角常用的有60,90120三种,其中以90的最常用。 (2)定心定位 由于外圆柱面具有对称性,可以很方便的采用自动定心夹具进行安装,如最常见的三爪定心卡盘、弹簧夹头等安装实例。,下一页,上一页,返回,任务一 零件的定位,3、工件以内孔定位 圆孔定位在夹具中应用十分广泛。其基本特点是定位孔和定位元件间处于
24、配合状态,理论上要求确保工件孔中心线与夹具定位元件轴线重合。圆孔定位常用的定位元件有心轴和定位销等多种形式。 (1)心轴 根据心轴结构和功能不同,心轴的结构形式很多,常用的有圆柱心轴和圆锥心轴。,下一页,上一页,返回,任务一 零件的定位,1)圆锥心轴 圆锥也称小锥度心轴图2-25所示。这类心轴的表面带有很小的锥度,一般为K=1: 10001:5000。工作时,利用小锥度的自锁性将工件楔紧在心轴上,从而带动工件旋转,因此不需另加夹紧装置。小锥度心轴定心精度高,可达0.0050.Olmm。但它所能传递的转矩较小,并要求工件孔有较高的精度,否则孔径的变化将影响工件在心轴上的轴向位置,给后续加工带来麻
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