数控机床的夹具及其应用.docx

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数控机床的夹具及其应用

数控原理与数控机床

SHUKONGYUANLIYUSHUKONGJICHUANG

数控机床的夹具

及其应用

学院:

XX职业技术学院

系别:

机电工程系

专业：

计算机辅助设计与制造

班级:

XXX

姓名:

XXX

201X年X月X日

1、数控机床夹具的概述

1）、机床夹具的定义2）、机床夹具的组成

3）、机床夹具的作用4）.机床夹具的分类

5）、数控加工夹具的特点6）、机床夹具的现状及发展方向

2、数控机床典型夹具简介

（1）车床的夹具

1）三爪自定心卡盘2）四爪单动卡盘

3）花盘、角铁和常用附件

（2）铣床的夹具

1）、常用的夹具种类2）、数控铣床夹具的选用原则

（3）典型的夹紧机构

1）斜楔夹紧机构2）、螺旋夹紧机构

3）、偏心夹紧机构4）．联动夹紧机构

5）．定心夹紧机构

数控机床的夹具及其应用

一、数控机床夹具的概述

1、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位加工出符合工艺规程要求的表面，加工前首先要使工件在机床上占有正确的位置,即定位。

由于在加工过程中工件受到切削力、重力、振动、离心力、惯性力等作用，所以还应采用一定的机构，使工件在加工过程中始终保持在原先确定的位置上，即夹紧。

在采用工件定位与夹紧的过程又称为工件的装夹,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就称为机床夹具.如数控车床上使用的三爪自定心卡盘或四爪单动卡盘及顶尖,数控铣床上使用的平口钳、风度头等,都是机床夹具.

2、机床夹具的组成

机床夹具按其作用和功能通常可由定位元件、加紧装置、安装连接元件、导向元件、对刀元件和夹具体等几个部分组成。

（1）定位元件

定位元件用于确定工件在夹具中的位置，使工件在加工时相对刀具及运动轨迹有一个正确的位置。

定位元件是夹具的主要功能元件之一，其定位精度将直接影响工件的加工精度。

常用的定位元件有V型块、定位销、定位块等，如图中，定位销2即是定位元件。

（2）夹紧装置

夹紧装置用于保持工件在夹具中的既定位置，使工件不致因加工时受到切削力、离心力、振动等外力而改变位置。

夹紧装置也是夹具的主要功能元件之一，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.图中快卸垫圈5、螺母7及定位销2上的螺栓构成了夹紧装置。

（3）安装连接元件

安装连接元件用于确定夹具在机床上的的位置，从而保证工件与机床之间的正确加工位置。

（4）导向元件和对刀元件

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，如图中的钻套3就是引导钻头用的导向元件。

用于确定刀具在加工前的正确位置的元件，称为对刀元件，如对刀块。

这类元件共同用于确定夹具与刀具之间所应具有的相互位置，从而保证工件与刀具之间的正确加工位置。

（5）夹具体

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，夹具体也用来与机床有关部位相连接。

如图中夹具体6.

（6）其他元件或装置

根据加工需要，有些夹具上还可以有分度装置、靠模装置、上下料装置、顶出器和平衡块等其他元件或装置。

3、机床夹具的作用

机床夹具是机械加工过程中必不可少的部分.在机床加工过程中,其最主要的作用是用于装夹工作,使工件在机床上有一个正确的定位.在定位的基础上,机床夹具能起到以下作用;

（1）有利于保证工件的加工精度

使用夹具能有效保证工件加工质量，提高机床的加工精度等级。

如在摇臂钻床上使用钻夹具加工平行孔系时，其位置精度可达0.10-0.20mm，而按普通的划线找正法加工时其位置精度仅能控制在0.40-1.00mm。

同时由于受操作者的影响，同批生产零件的质量也不稳定。

（2）可扩大机床的工艺范围

如在数控车床的床鞍上或摇臂钻床的工作台上装上镗模，可以进行箱体或支架类零件的镗孔加工，用以代替镗床加工；在刨床上加装夹具后可代替拉床进行拉削加工等。

（3）可提高生产效率

使用夹具后，不仅可省去划线找正刀等辅助时间，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效率。

（4）可减轻劳动强度

如采用气动、电动夹紧。

4.机床夹具的分类

机床夹具的种类很多，按使用机床的类型可分为车床夹具、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；

按驱动夹具工作的动力源可分为手动夹具、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；

按其专门化程度，机床夹具一般分为以下5种类型。

（1）通用夹具

通用夹具的结构、尺寸已规格化，且具有一定的通用性，它无需调整或稍加调整就可用于装夹不同的工件。

如三爪自定心卡盘、四爪单动卡盘、机床用平口虎钳、万能分度头、顶尖、中心架、电磁吸盘等，一般以作为通用机床的附件，由专业厂生产。

采用这类夹具可缩短生产准备周期，减少夹具品种，从而降低生产成本。

其缺点是定位与夹紧费时，生产率较低，故主要适用于单件、小批量的生产。

（2）专用夹具

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.因为不需要考虑通用性，所以夹具可设计得结构紧凑、操作方便。

由于这类夹具设计与制造周期较长，产品变更后无法利用，因此适用于大批量生产。

采用专用夹具，可获得较高的生产率和加工精度。

（3）可调夹具

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。

它是在加工完某种工件后，经过调整或更换个别定位元件和夹紧元件，既可加工另外一种工件的夹具。

它按成组原理设计，用于加工现状相似和尺寸相近的一组工件，故在多品种，中、小批量生产中使用有较好的经济效果。

（4）组合夹具

组合夹具是按一定的工艺要求，由一套通用标准元、部件组合而成的夹具。

这类夹具使用结束后可拆卸或重新组装。

组合夹具能有效缩短生产周期，减少专用夹具的品种和数量，适用于中、小批量生产和新产品的调制。

（5）随行夹具

随行夹具是在自动加工线中针对某一工件所采用的一种夹具。

此类夹具除了担负一般夹具的装夹任务外，还担负着自动加工线输送工件的任务。

5、数控加工夹具的特点

机床夹具，首先应满足机械加工时对工件的装夹要求。

同时，数控加工的夹具还有它本身的特点。

这些特点是：

（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作。

（2）传统的专用夹具具有定位、夹紧、导向和对刀四种功能，而数控机床上一般都配备有接触试测头、刀具预调仪及对刀部件等设备，可以由机床解决对刀问题。

数控机床上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。

因此数控加工中的夹具一般不需要导向和对刀功能，只要求具有定位和夹紧功能，就能满足使用要求，这样可简化夹具的结构。

（3）为适应数控加工的高效率，数控加工夹具应尽可能使用电动、液压、电动等自动夹紧装置快速夹紧，以缩短辅助时间。

（4）夹具本身应具有足够的刚度，以适应大切削用量切削。

数控加工具有工序集中的特点，在工件的一次装夹中既要进行切削力很大的粗加工，又要进行达到工件最终精度要求的精加工，因此夹具的刚度和夹紧力都要满足大切削力的要求。

（5）为适应数控多方面加工，要避免夹具结构包括夹具上的组件对刀具运动轨迹的干涉，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，定位元件要具有较高的定位精度，定位部位应便于清屑，无铁屑积留。

如工件的定位面偏小，可考虑增设工艺凸台或辅助基准。

对刚度小的工件，应保证最小的夹紧变形，如使夹紧点靠近支承点，避免把夹紧力作用在工件的中空区域等。

当粗加工和精加工同在一个工序内完成时，如果上述措施不能把工件变形控制在加工精度要求的范围内，应在精加工前使程序暂停，让操作者在粗加工后精加工前变换夹紧力（适当减小），以减小夹紧变形对加工精度的影响。

6、机床夹具的现状及发展方向

　夹具最早出现在18世纪后期。

随着科学技术的不断进步，夹具已从一种辅助工具发展成为门类齐全的工艺装备。

（1）机床夹具的现状

　国际生产研究协会的统计表明，目前中、小批多品种生产的工件品种已占工件种类总数的85%左右。

现代生产要求企业所制造的产品品种经常更新换代，以适应市场的需求与竞争。

然而，一般企业都仍习惯于大量采用传统的专用夹具，一般在具有中等生产能力的工厂里，约拥有数千甚至近万套专用夹具；另一方面，在多品种生产的企业中，每隔3~4年就要更新50~80%左右专用夹具，而夹具的实际磨损量仅为10~20%左右。

特别是近年来，数控机床、加工中心、成组技术、柔性制造系统等新加工技术的应用，对机床夹具提出了如下新的要求：

1）能迅速而方便地装备新产品的投产，以缩短生产准备周期，降低生产成本；

2）能装夹一组具有相似性特征的工件；

3）能适用于精密加工的高精度机床夹具；

4）能适用于各种现代化制造技术的新型机床夹具；

　　5）采用以液压站等为动力源的高效夹紧装置，以进一步减轻劳动强度和提高劳动生产率；

5）提高机床夹具的标准化程度。

（2）现代机床夹具的发展方向

　现代机床夹具的发展方向主要表现为标准化、精密化、高效化和柔性化等四个方面。

（1）标准化机床夹具的标准化与通用化是相互联系的两个方面。

目前我国已有夹具零件及部件的国家标准：

GB/T2148~T2259－91以及各类通用夹具、组合夹具标准等。

机床夹具的标准化，有利于夹具的商品化生产，有利于缩短生产准备周期，降低生产总成本。

（2）精密化随着机械产品精度的日益提高，势必相应提高了对夹具的精度要求。

精密化夹具的结构类型很多，例如用于精密分度的多齿盘，其分度精度可达±0.1"；用于精密车削的高精度三爪自定心卡盘，其定心精度为5μm。

（3）高效化高效化夹具主要用来减少工件加工的基本时间和辅助时间，以提高劳动生产率，减轻工人的劳动强度。

常见的高效化夹具有自动化夹具、高速化夹具和具有夹紧力装置的夹具等。

例如，在铣床上使用电动虎钳装夹工件，效率可提高5倍左右；在车床上使用高速三爪自定心卡盘，可保证卡爪在试验转速为9000r/min的条件下仍能牢固地夹紧工件，从而使切削速度大幅度提高。

目前，除了在生产流水线、自动线配置相应的高效、自动化夹具外，在数控机床上，尤其在加工中心上出现了各种自动装夹工件的夹具以及自动更换夹具的装置，充分发挥了数控机床的效率。

　　（4）柔性化机床夹具的柔性化与机床的柔性化相似，它是指机床夹具通过调整、组合等方式，以适应工艺可变因素的能力。

工艺的可变因素主要有：

工序特征、生产批量、工件的形状和尺寸等。

具有柔性化特征的新型夹具种类主要有：

组合夹具、通用可调夹具、成组夹具、模块化夹具、数控夹具等。

为适应现代机械工业多品种、中小批量生产的需要，扩大夹具的柔性化程度，改变专用夹具的不可拆结构为可拆结构，发展可调夹具结构，将是当前夹具发展的主要方向。

数控机床典型夹具简介

一、

车床夹具.

1、数控车床夹具分类

（1）三爪自定心卡盘

如右图所示，三爪自定心卡盘是车床上最常用的自定心夹具。

它夹持工件时一般不需要找

正，装夹速度较快。

把它略加改进，还可以方便地装夹方料，其他形状的材料;同时还可以装夹小直径的圆棒。

（2）四爪单动卡盘

四爪单动卡盘如右图所示，是车床上最常用的夹具，适用于装夹形状不规则或大型的工件，夹紧力较大，装夹精度较高，不受卡爪磨损的影响，但装夹不如三爪自定心卡盘方便。

装夹圆棒料时，如在四爪单动卡盘内放上一块V行架，装夹就快捷多了。

（四爪单动卡盘1-卡盘体2-卡爪3-丝杆）

四爪单动卡盘装夹操作须知：

a）、应根据被装夹处的尺寸调节卡爪，使其相对两爪的距离略大于工件直径即可。

b）、工件被夹持部分不宜过长，一般以10-15mm为宜。

c）、为了防止工件表面被夹伤和找正工件时方便，装夹位置应垫0、5mm以上的铜皮。

d）、在装夹大型、不规则工件时，应在工件与导轨面之间垫放防护木板，以防工件掉下，损坏机床表面。

（3）花盘、角铁和常用附件

a、花盘花盘是铸铁材料，用螺纹或定位孔形式直接装在车床主轴上。

它的工作平面与主轴轴线垂直，平面度误差小，表面粗糙度Ra<1.6um。

表面上开有长短不等的T行槽（或通槽），用于安装螺栓紧固工作和其它附件以及装夹不对称和形状复杂的工件，装夹工件时需反复校正和平衡。

为了适应大小工件的要求，花盘也有各种规格，常用的有直径250mm、300mm、420mm等。

b、角铁角铁又叫弯板，是铸铁材料。

它有两个相互垂直的平面，表面粗糙度Ra<1.6um，并有较高的垂直度精度。

c、V行架V行架的工作表面是V形面，一般做成90`或120`,它的两个面之间都有较高的形位精度，主要用作工件以圆弧面为基准的定位。

d、平垫铁它装在花盘或角铁上，作为工件定位的基准平面或导向平面。

e、平衡铁平衡铁材料一般是钢或铸铁，有时为了减小体积，也可用铅制作。

二、铣床夹具

1、常用的夹具种类

（1）万能组合夹具。

这类夹具适用于小批量生产或研制时的中、小型工件在数控铣床上进行铣削加工。

（2）专用铣削夹具，它是特别为某一种或类似的几种工件设计制造的夹具，一般在批量生产或研制时非要不可时采用。

（3）多工位夹具可以同时装夹多个工件，可减少换刀次数，也便于一面加工，一面装卸工作，有利于缩短准备时间，提高生产效，较适宜于中批量生产。

（4）气动或液压夹具，这类夹具适用生产批量较大，采用其他夹具又特别费工、费力的工件。

能减轻工人劳动强度和提高生产效率，但此类夹具结构较复杂，造价往往较高，而且制造周期较长。

（5）通用铣削夹具有通用可调夹具、虎钳、分度头和三爪卡盘等。

数控铣床常用夹具是平口钳，先把平口钳固定在工作台上，找正钳口，再把工件装夹在平口钳上，这种方式装夹方便，应用广泛，适于装夹形状规则的小型工件。

（平口钳1-底座2-固定钳口3-活动钳口4-螺杆）

2、数控铣床夹具的选用原则

在选用夹具时，通常要考虑产品的生产批量、生产效率、质量保证及经济性，选用时可参考下列原则。

（1）再生产量小或研制时，应广泛采用万能组合夹具，只有在组合夹具无法解决时才考虑采用其他夹具。

（2）小批量或成批生产时可考虑采用专用夹具，但应尽量简单。

（3）在生产批量较大时可考虑采用多工位夹具和气动、液压夹具。

三、典型的夹紧机构

1、斜楔夹紧机构

（1）概念：

采用斜楔作为传力元件或夹紧元件的夹紧机构称为斜楔夹紧机构。

（2）工作特点：

1）、楔块的自锁性

2）、楔块能改变夹紧作用力的方向；

3）、楔块具有增力作用，

4）、楔块夹紧行程小；

5）、结构简单，夹紧和松开需要敲击大、小端，操作不方便。

增力比、行程大小和自锁条件是相互制约的图

2、螺旋夹紧机构

（1）概念

采用螺旋直接夹紧或采用螺旋与其他元件组合实现夹紧的机构，称为螺旋夹紧机构。

（2）工作特点：

1）自锁性能好

2）增力比大（i≈75）

3）夹紧行程调节范围大

4）夹紧动作慢、工件装卸费时

（3）适用范围；

适用于手动夹紧，在机动夹紧机构中应用较少

在实际生产中，螺旋——压板组合夹紧比单螺旋夹紧用得更为普遍。

3、偏心夹紧机构

（1）概念：

用偏心件直接或间接夹紧工件的机构,称为偏心夹紧机构.

（2）、特性:

1）圆偏心夹紧的自锁条件：

D/e≥14。

D/e值叫做偏心轮的偏心特性，表示偏心轮工作的可靠性，此值大，自锁性能好，但结构尺寸也大

2）增力比：

i=12~13。

（3）特点:

优点是操作方便，动作迅速，结构简单

缺点是工作行程小，自锁性不如螺旋夹紧好，结构不耐振，适用于切削平稳且切削力不大的场合，常用于手动夹紧机构。

4．联动夹紧机构

（1）概念:

联动夹紧机构是操作一个手柄或用一个动力装置在几个夹紧位置上同时夹紧一个工件（单件多位夹紧）或夹紧几个工件（多件多位夹紧）的夹紧机构。

（2）在设计联动夹紧机构时应注意的问题：

1）必须设置浮动环节，以补偿同批工件尺寸偏差的变化，保证同时且均匀地夹紧工件。

2）联动夹紧一般要求有较大的总夹紧力，故机构要有足够刚度，防止夹紧变形。

3）工件的定位和夹紧联动时，应保证夹紧时不破坏工件在定位时所取得的位置。

5．定心夹紧机构

（1）概念：

定心夹紧机构是指能保证工件的对称点（或对称线、面）在夹紧过程中始终处于固定准确位置的夹紧机构。

（2）特点：

夹紧机构的定位元件与夹紧元件合为一体，并且定位和夹紧动作是同时进行的。

（3）按其工作原理分类：

一种是按定位——夹紧元件等速移动原理来实现定心夹紧的；

另一种是按定位——夹紧元件均匀弹性变形原理来实现定心夹紧的机构